JPH0485805A - 絶縁コイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、高真空中や高温中で使用される、モータお
よびマニピュレータ等に用いることのできるコイルの製
造方法に関するものである。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］従来
、コイル用巻線にはエナメル線が用いられ、巻線加工し
た後、振動等によってずれるのを防止するために有機材
料による含浸を行ない固定していた。特に耐熱性を要求
されるような用途では、被覆材料にポリイミドのような
耐熱性樹脂を使用していた。

しかしながら、ポリイミドのような耐熱性樹脂であって
も、その許容温度は高々３００℃であり、それ以上の温
度で使用することはできない。また真空中で使用するよ
うな場合には、被覆材料の熱分解によるガス放出が問題
となるため使用できなかった。

一方、有機材料を使用しない耐熱電線としては、ステン
レス合金等からなる耐熱合金製管に導体を通し、その間
に酸化マグネシウムなどの金属酸化物微粒子を充填して
絶縁した形のＭＩケーブル（ＭｉｎｅｒａＩ　　ｒｎｓ
ｕｌａｔｄ　　Ｃａｂｌｅ）や、ガラス繊維を紡織した
ガラス編組を絶縁部材として使用した電線がある。前者
は導体の占積率が小さいという問題があった。また耐熱
合金製管の可撓性が悪いので、巻線加工との作業性に問
題があった。後者は編組の目が不均一になったり、端末
部が解けたりするので作業性が悪いといった問題がある
。またガラス編組に有機樹脂を含浸させ信頼性と作業性
を改善したものもあるが、この場合は前述のように樹脂
を使用しているため耐熱性の問題があった。

また、加熱によりセラミックス化する塗料が知られてお
り、このような塗料またはこの塗料にセラミックス粒子
を分散させた塗料を、金属導体の外周面に塗布して耐熱
電線を作る方法が知られている。しかしながら、この塗
料を塗布した後加熱して完全にセラミックス化した後は
、表面のセラミックス層の靭性限界を越えて巻線加工す
ると、セラミックスの皮膜に多くのクラックを生じると
いう問題があった。皮膜にクラックを生じさせない方法
として、有機材料としての可撓性を残したまま、すなわ
ち塗布した塗料を完全にセラミックス化しないよう加熱
処理し、これを巻線加工してコイルを作製し、コイル作
製後にコイル全体を加熱処理して完全にセラミックス化
させる方法がある。

しかしながら、この場合セラミックス化する前の皮膜の
耐摩耗性に問題があり、巻線加工した際皮膜に傷が入っ
てしまい、セラミックス化後の皮膜にもこの傷が残り絶
縁性に劣るという問題があった。

また、アルミニウム導体の外周面を陽極酸化処理してア
ルマイト化したアルマイト電線も知られているが、この
アルマイト電線は可撓性に劣り巻線加工の際に多くのク
ラックを生じてしまう。

この発明の目的は、上記のような従来の問題点を解消し
、真空中で使用しても分解ガス等の放出がない絶縁コイ
ルの製造方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段および発明の作用効果］ この発明の製造方法は、導体の外周面に無機絶縁層で被
覆した線材をコイル状に巻線加工する方法であり、コイ
ル状に巻線加工した後、またはコイル状に巻線加工する
途中の段階で、無機絶縁層で被覆した線材を、セラミッ
クスの前駆体溶液に浸漬し、電着コーティングによって
線材の表面にセラミックス絶縁層を形成する。

また、真空用に用いるコイルや、あるいは有機材料の残
存が問題となるような用途にコイルを使用する場合には
、セラミックス絶縁層は加熱処理によりセラミックス化
されることが好ましい。

しかしながら、塗布した前駆体溶液は、必ずしもセラミ
ックス化する必要はない。無機絶縁層に発生したクラッ
クが小さく、少量の前駆体溶液でこのクラックが穴埋め
される場合には、単に乾燥させておくだけでもよい。こ
の場合、使用中に発生した熱でセラミックス化させるこ
とも可能である。

この発明においてセラミックスの前駆体溶液は、好まし
くは、５ｔＳＡＩＳＺｒ、ＴｉおよびＭｇからなる群よ
り選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属アルコキシ
ドまたは金属カルボン酸エスチルを加水分解ならびに縮
重合反応させた溶液である。

また、セラミックスの前駆体溶液は、さらにＡｔ、Ｍｇ
、におよびＺｒからなる群より選ばれる少なくとも１種
の金属の硝酸塩、硫酸塩、塩化物または水酸化物を含む
溶液としてもよい。この様な金属の塩を含有させること
により、電気泳動効率が上昇し、より低い印加電圧およ
び／またはより短い通電時間で、セラミックスの前駆体
微粒子を付着させることができる。その結果、厚いセラ
ミックスの被覆を形成させることができる。

また、セラミックスの前駆体溶液は、Ａｌ２Ｏ２、Ａｔ
Ｎ、ＢＮＳＳ　ｉ０２、ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２
、ｚｒ○２およびマイカからの群より選ばれる少なくと
も１種のセラミックス粒子を分散状態で含んだものであ
ってもよい。この様なセラミックス粒子の含有により、
ざらに厚膜化が容易となる。

この発明で用いる、導体の外周面を無機絶縁層で被覆し
た線材としては、アルミニウム導体の表面を陽極酸化処
理しアルマイト化したアルマイト電線や、導体の外表面
に、加熱によりセラミックス化するシリコン系樹脂また
はこの樹脂にセラミックス粒子を混合したものを塗布し
た後加熱してセラミックス化した電線、金属アルコキシ
ドまたは金属カルボン酸エステルを原料としてこれを加
水分解および縮重合させて形成した、セラミックスの前
駆体溶液を塗布し、これを加熱によりセラミックス化し
た電線等がある。

これらの電線は絶縁皮膜材料がセラミックスのみからな
るため、ある程度の可撓性を有するものの、セラミック
スの靭性限界を越えて巻線加工したとき、皮膜に多くの
クラックを生じてしまう。

この様なりラックは、通電の際に絶縁破壊の原因となる
。この発明では、この様な電線をコイル状に巻線加工し
た際あるいは巻線加工する途中の段階で発生したこのよ
うなりラックに、さらにセラミックスを充填し、クラッ
クを塞ぐようにセラミックス絶縁層を形成するものであ
る。

この発明に従う製造方法では、セラミックスの前駆体溶
液中で電着コーティングすることによりセラミックス絶
縁層を形成させている。たとえば、コイルの巻線の芯導
体を陰極にし、別に準備した白金電極を陽極として、電
圧を印加することにより電着コーティングすることがで
きる。この際、セラミックスの前駆体溶液中の前駆体粒
子や添加されたセラミックス粒子は、陰極面へと溶液中
を泳動し、陰極面が露出しているクラックの部分を特に
選択的に埋めていき、さらには巻線の周囲に電着コー、
ティングされていく。巻線加工した際に発生したクラッ
クでは導体の表面が部分的に露出しているために、この
ように特に選択的に前駆体粒子等が付着する。このよう
にクラックの部分にセラミックスの前駆体粒子やセラミ
ックス粒子を十分に付着させ、さらにそのまわりにおい
ても電着コーティングによる層が形成された後にコイル
を引上げ、必要に応じてコイル全体を加熱してセラミッ
クス絶縁層をセラミックス化させる。このように電着コ
ーティングによれば特に厚みの厚いセラミックス絶縁層
を形成することができる。また、緻密なセラミックス絶
縁層を形成させることができる。

この発明に従い製造された絶縁コイルでは、巻線加工に
より発生したクラックが、次のセラミックス絶縁層形成
の工程でセラミックス絶縁層により被覆されるので、高
い絶縁破壊電圧を得ることができる。

このようにして製造されたコイルは、無機絶縁層とセラ
ミックス絶縁層により被覆されているため一耐熱性に優
れており、加熱により分解ガス等を放出することがない
。また、クラックがないので、通電の際に絶縁破壊する
ことがない。したがって、この発明により製造されるコ
イルは、真空中で使用されるモータや、マニピュレータ
等のコイルに使用することができる。

［実施例コ 実施例１〜４ 実施例１ 無酸素銅のまわりにＪＩＳの１０５０アルミニウムを８
４μｍの厚みで被覆した、線径１ｍｍの線材を準備し、
この線材を脱脂した後、３５℃に保った２３％硫酸水溶
液中で、２分間浸漬処理した。なお、電解電流は３０Ａ
／ｄｍ２とした。

処理された線材の表面には、厚さ１５μｍの酸化皮膜が
形成されていた。このようにして得られたアルマイト電
線、すなわち陽極酸化被覆したアルミニウム線材を、直
径３０ｍｍのボビンに巻線加工してコイルを作製した。

次に、テトラブチルオルトシリケイトを８モル％、水を
３２モル％、イソプロピルアルコールを６０モル％含む
混合溶液に、テトラブチルオルトシリケイトのモル数に
対して１００分の３の量の硝酸を滴下して、８０℃にお
いて２時間反応させた溶液を準備した。この溶液Ｉ更に
対して硝酸アルミ６水和物を１０ｇ添加した。この溶液
にコイルを浸漬し、コイルの巻線の芯導体を陰極とし、
白金板を陽極としてＤＣ１６０Ｖを印加しながら２分間
型着コーティングした。次に、このコイルを引き上げて
加熱し、セラミックス化させた。

実施例２ ２−エチルーエキサノイツクシリケイト２０ｇをジブチ
ルエーテル１００ｍ１に溶解した液を調製し、この溶液
を線径１ｍｍのニッケルめっき銅線の表面上にコーティ
ングし、５００℃で１０分間加熱した。このコーティン
グおよび加熱の工程を１０回繰り返した。このようにし
て得られた絶縁電線を直径３０ｍｍのボビンに巻線加工
してコイルを作製した。

次に、テトラブチルオルトシリケイトを８モル％、水を
３０モル％、イソプロピルアルコールを６０モル％含む
混合溶液に、テトラブチルオルトシリケイトのモル数に
対して１００分の３の量の硝酸を滴下し、８０℃で２時
間反応させて溶液を調製し、この溶液ＩＬに対して硝酸
アルミ６水和物を３ｇ１硝酸マグネシウムを１０ｇ１硝
酸カリウムを１０ｇ添加した。この溶液にコイルを浸漬
し、コイルの巻線の芯導体を陰極とし、白金板を陽極と
してＤＣ１６０Ｖを印加しながら２分間型着コーティン
グした。次に、コイルを引き上げて加熱し、セラミック
ス化した。

実施例３ テトラブチルオルトシリケイトを８モル％、水を３２モ
ル％、イソプロピルアルコールを６０モル％含む混合溶
液を調製し、この溶液にテトラブチルオルトシリケイト
のモル数に対して１００分の３の量の硝酸を滴下して、
８０℃において２時間反応させた。この溶液を線径０．
５ｍｍのニッケルめっき銅線の外周面にコーティングし
、５００℃で１０分間加熱した。このコーティングと加
熱の工程を１０回繰り返した。このようにして得られた
絶縁電線を、直径３０ｍｍのボビンに巻線加工してコイ
ルを作製した。

次に、テトラブチルオルトシリケイトを８モル％、水を
３２モル％、イソプロピルアルコールを６０モル％含む
混合溶液に、テトラブチルオルトシリケイトのモル数に
対して１００分の３の量の硝酸を滴下し、８０℃におい
て２時間反応させた溶液６水和物を１０ｇ１マイ力粒子
１００ｇを添加した。十分空気攪拌しながら、この溶液
に作製したコイルを浸漬し、コイルの巻線の芯導体を陰
極とし、白金板を陽極としてＤＣ１６０Ｖを印加しなが
ら、２分間型着コーティングを行なった。

次に、コイルを引き出し、加熱して付着した成分をセラ
ミックス化させた。

実施例４ 線径０．５ｍｍのニッケルめっき銅線を準備し、これの
外周面に、加熱によりセラミックス化するシリコン樹脂
にマイカを混合したものを塗布した。

塗布後６００℃で３０分間焼付ける工程を２回繰返した
。このようにして得られた絶縁電線を直径３０ｍｍのボ
ビンに巻線加工してコイルを作製した。

テトラブチルオルトシリケイトを８モル％、水を３２モ
ル％、イソプロピルアルコールを６０モル％含む混合溶
液に、テトラブチルオルトシリケイトのモル数に対して
１００分の３の量の硝酸を滴下して、８０℃において２
時間反応させた。この溶液ＩＬに対して硝酸アルミ６水
和物を１０ｇ添加した。この溶液にコイルを浸漬し、コ
イルの巻線の芯導体を陰極とし、白金板を陽極としてＤ
Ｃ１６０Ｖを印加しながら２分間電着コーティングした
。次に、コイルを引上げて加熱しセラミックス絶縁層を
セラミックス化させた。

比較例１ 無酸素銅のまわりにＪＩＳの１０５０アルミニウムを８
４μｍの厚みで被覆した、線径１ｍｍの線材を用意し、
この線材を脱脂した後、３５℃に保った２３％硫酸水溶
液中で、２分間浸漬処理を行なった。電解電流は３０Ａ
／ｄｍ２とした。処理された線材の表面には厚さ１５μ
ｍの酸化皮膜が形成されていた。このようにして得られ
た陽極酸化皮膜を有したアルミニウム線材を直径３０ｍ
のボビンに巻線加工してコイルを作製した。

比較例２ テトラブチルオルトシリケイトを８モル％、水を３２モ
ル％、イソプロピルアルコールを６０モル％含む混合溶
液に、テトラブチルオルトシリケイトのモル数に対して
１００分の３の量の硝酸を滴下し、８０℃において２時
間反応させた。この溶液を、線径０．５ｍｍのニッケル
めっき銅線の外周面にコーティングし、５００℃で１０
分間加熱した。このコーティングおよび加熱の工程を１
０回繰返した。このようにして得られた絶縁電線を直径
３０ｍｍのボビンに巻線加工してコイルを作製した。

比較例３ 線径０．５ｍｍのニッケルめっき銅線を準備し、これに
、加熱によりセラミックス化するシリコン樹脂にマイカ
を混合したものを塗布し、６００℃で３０分間焼付ける
工程を２回繰返した。このようにして得られた絶縁電線
を直径３０ｍｍのボビンに巻線加工してコイルを作製し
た。

上記の実施例１〜４および比較例１〜３においてコイル
に加工した後にもクラックが存在しているか否かについ
て表１に示した。また最終的に得られたコイルの絶縁破
壊耐圧を表１に示した。

（以下余白） 表 表１から明らかなように、この発明に従い製造された実
施例１〜４のコイルは、クラックが認められず、また高
い絶縁破壊耐圧を示している。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）導体の外周面を無機絶縁層で被覆した線材をコイ
   ル状に巻線加工する、絶縁コイルの製造方法において、 コイル状に巻線加工した後、またはコイル状に巻線加工
   する途中の段階で、前記無機絶縁層で被覆した線材を、
   セラミックスの前駆体溶液に浸漬し、電着コーティング
   によって線材の表面にセラミックス絶縁層を形成する、
   絶縁コイルの製造方法。
2. （２）前記セラミックス絶縁層は、加熱処理によりセラ
   ミックス化される、請求項１に記載の絶縁コイルの製造
   方法。
3. （３）前記セラミックスの前駆体溶液が、Ｓｉ、Ａｌ、
   Ｚｒ、ＴｉおよびＭｇからなる群より選ばれる少なくと
   も１種の金属を含む金属アルコキシドまたは金属カルボ
   ン酸エステルを加水分解ならびに縮重合反応させた溶液
   である、請求項１に記載の絶縁コイルの製造方法。
4. （４）前記セラミックスの前駆体溶液が、さらに、Ａｌ
   、Ｍｇ、ＫおよびＺｒからなる群より選ばれる少なくと
   も１種の金属の硝酸塩、硫酸塩、塩化物または水酸化物
   を含む溶液である、請求項３に記載の絶縁コイルの製造
   方法。
5. （５）前記セラミックスの前駆体溶液が、Ａｌ＿２Ｏ＿
   ３、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＯ＿２、ＳｉＣ、Ｓｉ＿３Ｎ＿
   ４、ＴｉＯ＿２、ＺｒＯ＿２およびマイカからなる群よ
   り選ばれる少なくとも１種のセラミックス粒子を分散状
   態で含む、請求項３に記載の絶縁コイルの製造方法。
6. （６）絶縁コイルが真空用絶縁コイルである、請求項１
   に記載の絶縁コイルの製造方法。