JPH0821512B2

JPH0821512B2 - 絶縁コイルの製法

Info

Publication number: JPH0821512B2
Application number: JP17106686A
Authority: JP
Inventors: 隆吉臼杵; 宰河野; 義光池野
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1986-07-21
Filing date: 1986-07-21
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPS6328019A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、巻線加工後高温で熱処理を行い、ついで
比較的低温で使用する絶縁コイル、例えば高温熱処理で
金属間化合物を生成させる超伝導材料用芯線コイルや高
温で熱処理する必要があるアモルフアス鉄芯を用いたコ
イルなどを製造する方法に関する。

「従来の技術およびその問題点」従来、このような高温で熱処理される絶縁コイルとし
ては、導体上にホウロウフリットなどの無機絶縁物を塗
布し、これを加熱してセラミック絶縁層を形成してなる
絶縁電線をコイル状に巻き回したものが知られている。

しかしながら、このものは導体とセラミック絶縁層と
が密着しているため、絶縁電線としての可撓性が十分で
なく、コイルに巻き回す際絶縁層にクラックが入るとい
う問題が有り、また導体とセラミック絶縁層との熱膨張
率が異なるため、熱処理の際のヒートショックなどによ
り歪みがセラミック層に蓄積され、セラミック層が剥離
しやすいという問題があった。

このような問題を改善するため、導体上にガラス繊維
などの無機繊維をバインダー樹脂を用いて固着せしめ、
ついで加熱してバインダー樹脂を硬化せしめて絶縁電線
とし、この絶縁電線をボビンなどにまきつけたのち、空
気中で高温に加熱してバインダー樹脂を分解消失せしめ
て、無機繊維のみとし、導体と無機繊維との密着性をほ
とんど消失せしめ、かつ十分な耐熱性が得られるように
したコイルが知られている。

しかしながら、この絶縁コイルにあっては、バインダ
ー樹脂の熱分解の際、導体やボビンなどが同時に酸化さ
れるため、導体やボビンは耐酸化性の良好な材料からな
るものを用いる必要があり、材質的に限られる不都合が
あった。

このため、本発明者らは、先に導体上に無機繊維と可
溶性バインダー樹脂とからなる絶縁層を設けて絶縁電線
とし、この絶縁電線を巻きつけてコイルとし、このコイ
ルを可溶性バインダー樹脂の良溶媒中に浸漬し可溶性バ
インダー樹脂を溶解除去する絶縁コイルの製法を提案し
た。この方法は、上記問題点を解決するもののコイルの
電線同士が互いに接着していないため、常温付近での使
用に際しては、温度変化、振動等によって巻線が動きや
すくコイルの特性が変化する問題があった。

［問題点を解決するための手段］そこで、この発明にあっては導体上に無機繊維と可溶
性バインダー樹脂からなる第１絶縁層および無機物粒子
と可溶性バインダー樹脂からなる第２絶縁層を形成した
絶縁電線もしくは導体上に無機物粒子と可溶性バインダ
ー樹脂からなる第１絶縁層、無機繊維と可溶性バインダ
ー樹脂からなる第２絶縁層および無機物粒子と可溶性バ
インダー樹脂からなる第３絶縁層を形成した絶縁電線を
巻き回してコイルとし、このコイルを可溶性バインダー
樹脂の良溶媒中に浸漬し可溶性バインダー樹脂を溶解除
去し、ついで不活性雰囲気中で熱処理したのち、絶縁性
樹脂溶液を含浸することにより、上記問題点を解決する
ようにした。

第１図は、この発明において使用される絶縁電線の第
１の例を示すもので、図中符号１は導体である。この導
体１は、特に限定される事はなく、銅、銅合金およびこ
れら金属で表面被覆されている超伝導線などの高温での
耐酸化性の乏しい材料からなるものが、特に好ましい。
導体１の径は0.1〜5mm程度とされるが、これに限られる
ことはない。

この導体１の表面には、第１絶縁層２が設けられてい
る。この第１絶縁層２は、無機繊維を導体１上にスパイ
ラル状に密に巻きつけながら、可溶性バインダー樹脂か
らなる樹脂液を塗布含浸し、可溶性バインダー樹脂の硬
化温度以下で加熱して溶剤を揮散させ、無機繊維を導体
１に固着させたものである。無機繊維としては、電気用
ガラス繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、シリカ繊
維などの単繊維あるいはこれらからなるより糸、引きそ
ろえ糸、織物にしたテープなどが使用される。また、可
溶性バインダー樹脂としては、水、有機溶媒に溶解しや
すい樹脂であればどのようなものでもよいが、万一、微
量残存してもモノマーとなって分解消失しやすい樹脂、
例えばメタクリル酸エステル重合体、アクリル酸エステ
ル重合体およびこれらの共重合体、水、有機溶媒のいず
れにも溶解するポリエチレンオキサイドなどが望まし
い。この樹脂液としては、これら樹脂を溶解した濃度0.
5〜40重量％程度のものが使われる。また、加熱温度
は、水、有機溶媒が揮散する温度であればよく、可溶性
バインダー樹脂に熱硬化型樹脂を用いた場合には、その
架橋温度よりも低い温度に保つ必要がある。

この第１絶縁層２の厚さは、通常５〜500μｍ程度と
される。また、第１絶縁層２内での無機繊維の割合は、
重量比で60〜99.5％とされ、可溶性バインダー樹脂が出
来るだけ少ないものが好ましい。

この第１絶縁層２上には、第２絶縁層３が設けられて
いる。この第２絶縁層３は無機物粒子と可溶性バインダ
ー樹脂とからなるものである。無機物粒子としては、平
均粒径0.1〜10μｍのアルミナ、シリカ、ジルコニア、
ガラスなどの粉末が用いられるが、後工程の熱処理の
際、熱処理温度で溶融しないものでなければならない。
可溶性バインダー樹脂としては、上述のものと同様のも
のが用いられる。この可溶性バインダー樹脂の濃度0.5
〜40重量％樹脂液に無機物粒子を添加した分散液を作
り、この分散液を導体１に塗布し、可溶性バインダー樹
脂の硬化温度以下で加熱して、第１絶縁層２に固着させ
て第２絶縁層３とする。この第２絶縁層３の厚さは通常
0.5〜50μｍとされ、無機物粒子の割合は重量比で70〜9
9.5％とされる。

この第２絶縁層３の上には、必要に応じて潤滑層が設
けられる。この潤滑層はこの絶縁電線をコイル巻きなど
する際、表面の滑り性を改善し、加工性を向上させるた
めのもので、可溶性のワックス類を塗布することにより
形成される。

第２図は、この発明において使用される絶縁電線の第
２の例を示すものである。この絶縁電線は、導体１上に
まず無機物粒子と可溶性バインダー樹脂とからなる第１
絶縁層４が設けられている。この第１絶縁層４は、先の
例の絶縁電線における第２絶縁層３とほぼ同様のもので
あるが、無機物粒子には後工程の熱処理時に熔融する物
を用いてもよい。この第１絶縁層４の厚さは0.5〜50μ
ｍ程度とされる。この第１絶縁層４の上には、無機繊維
と可溶性バインダー樹脂とからなる第２絶縁層５が設け
られている。この第２絶縁層５は、先の例の絶縁電線に
おける第１絶縁層２と同様のもので、その厚さが５〜50
0μｍ程度とされる。この第２絶縁層５の上には、無機
物粒子と可溶性バインダー樹脂とからなる第３絶縁層６
が設けられている。この第３絶縁層６は先の例の絶縁電
線における第２絶縁層３と同様のもので、その厚さは0.
5〜50μｍ程度とされる。

この第３絶縁層６の上にも、必要に応じて先の例と同
様に潤滑層が設けられる。

次に、このような絶縁電線７を用いて、絶縁コイルを
製造する方法を説明する。

まず、絶縁電線７を、例えば第３図に示すようにボビ
ン８に巻き付け、コイル９とする。次いで、このコイル
９を可溶性バインダー樹脂の良溶媒中に浸漬して可溶性
バインダー樹脂を溶解除去する。絶縁電線７に潤滑層が
被覆されているものでは、予め潤滑層をなす潤滑剤を溶
解する溶媒中に浸漬して、潤滑層を除去しておく。潤滑
剤と可溶性バインダー樹脂とが同一の溶媒に溶解するも
のであれば、同時に、これらを溶解除去することができ
る。

上記良溶媒としては、水、ケトン類、エステル類、ア
ルコール類、炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類などが
可溶性バインダー樹脂との組み合わせにおいて適宜選択
され、必要応じてこれら溶媒を60〜70℃程度に加熱して
樹脂の溶解を促進してもよい。可溶性バインダー樹脂の
具体的な溶解にあたっては、溶媒を数回取り替えて行う
のが好ましい。

この溶媒浸漬により絶縁電線７の第１〜２絶縁層２、
３あるいは第１〜３絶縁層４、５、６の可溶性バインダ
ー樹脂が溶解除去され、これら絶縁層２、３、４、５、
６は耐熱絶縁特性の良好な無機物粒子および無機繊維か
ら形成される事になり、このコイル９はその耐熱性が極
めて高いものとなる。また、この可溶性バインダー樹脂
除去後のコイル９にあっては、いずれの絶縁電線を用い
ても、その巻線の最外層は無機物粒子が内側の無機繊維
に軽く付着して露出している状態となっている。

ついで、このようにして得られたコイル９は、不活性
ガスあるいは真空の不活性高温雰囲気中で熱処理され
る。この熱処理は、導体１を加熱して導体金属において
金属間化合物を生成せしめたり、ボビンや鉄芯をなす金
属の相変化を生成せしめたりするもので、このコイル９
を超伝導材料用コイルなどに使用するために必要となる
ものである。熱処理は、真空下あるいは窒素、アルゴン
などの不活性ガス中で500〜900℃で１〜50時間程度加熱
することにより行なわれる。

この熱処理においては、絶縁層２、３、４、５、６は
すべて無機質から構成されているので、コイル９の絶縁
特性などが変化することはない。

ついで、第４図に示すように熱処理の終わったコイル
９に絶縁性樹脂溶液を含浸処理する。絶縁性樹脂として
は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂な
どの電気絶縁性、耐熱性の良好な樹脂が好ましく、これ
らの樹脂を有機溶剤に溶解した溶液が含浸に使われる。
含浸処理には、真空含浸処理などの通常の方法が用いら
れる。含浸後は100〜150℃程度に加熱して溶剤を除去
し、ついで樹脂の硬化温度に加熱して樹脂を硬化させ
る。

この含浸処理により、コイル９の巻線間が絶縁性樹脂
からなる含浸物10で固結され、目的とする絶縁コイルが
得られる。

［作用］このような絶縁コイルの製法によれば、導体１に対す
る固着性のない無機物粒子や無機繊維を可溶性バインダ
ー樹脂を利用して導体１に固着しているので、コイル巻
きなどの加工時に絶縁層２、３、４、５、６が導体１か
ら剥離するようなことがなく、また絶縁電線７の表面が
比較的滑らかでこすれにくくなっているため、線同士の
こすれやボビンのツバに引っ掻けたりして繊維がバラバ
ラになるなどの問題がなく、良好な加工性を示す。ま
た、熱処理以前に可溶性バインダー樹脂を溶解除去して
いるので、熱処理工程において、電気絶縁性を低下させ
るカーボン等の生成がなくなる。また、熱処理以後に含
浸処理を行いコイル９の線間部分に樹脂からなる含浸物
10を充填、固結しているので、機械的な振動や衝撃によ
って線間短絡、絶縁劣化などを起こすことがなく、かつ
その巻線最外層が無機物粒子の露出状態となっているた
め、樹脂溶液の浸透が良く行なわれ、さらに含浸樹脂量
を多孔質状態が失われない程度、好ましくは含浸しうる
空隙の90％以下程度に抑えることにより、冷却用の液体
やガスが浸透しやすい状態が得られ、この絶縁コイルを
極低温で使用する場合に有効となる。さらに、不活性雰
囲気で熱処理しているので、導体１やボビン８に高温酸
化に弱い材料を使用できる。

［実施例１］径1.5mmの銅線表面に、平均粒径５μｍのアルミナ40
重量％と軟化流動温度700℃のガラスフリット60重量％
との無機物粒子75重量部およびノルマル・ブチルメタア
クリレート50部とイソ・ブチルアクリレート50部からな
る共重合体（ガラス転移温度40℃）25重量部をトルエン
に溶解分散したスラリー状物を塗布、乾燥し、厚さ約30
μｍの第１絶縁層を設けた。次に、この第１絶縁層上に
７μｍφのガラス繊維をスパイラル状に巻きつけ、これ
に上記共重合体の30％トルエン溶液を塗布含浸し、トル
エンを揮散させ、厚さ約100μｍのガラス繊維とアクリ
レート共重合体とからなる第２絶縁層を設けた。この第
２絶縁層上に平均粒径５μｍのアルミナ70重量部と上記
共重合体30重量部をトルエンに溶解、分散したスラリー
状物を塗布、乾燥し、厚さ約20μｍの第３絶縁層を設け
て、絶縁電線を得た。

ついで、この絶縁電線を胴径50mm、内幅150mmのセラ
ミックコーティングした金属製ボビンに10層バイフアイ
ラー巻きにしてコイルを作成した。

このコイルをアクリレート共重合体の良溶媒であるジ
クロルメタンに浸漬し、コイルの２ないし３層程度の樹
脂が溶解したところで新しいジクロルメタンにとりかえ
る方法でアクリレート共重合体を溶解除去した。

ついで、このコイルを窒素雰囲気中で、ガラスフリッ
トの軟化流動点以上の800℃で50時間加熱し、導体上に
多孔質の無機物粒子層とその上に一部が固着した無機繊
維層とが形成され、かつこの線間に第３絶縁層のアルミ
ナ粒子がバラバラの状態で充填されたコイルを得た。

次に、このコイルの常温での線間絶縁抵抗を測定し10
⁹Ω以上有ることを確認したうえ、このコイルにエポキ
シ樹脂の30％メチルエチルケトン溶液を含浸し、溶剤を
揮散させ、さらに加熱して樹脂を硬化させて、絶縁コイ
ルを得た。このコイルの樹脂充填率は別に作成した完全
充填コイルの充填量から約60％であることを確認した。

［実施例２］実施例１において、絶縁電線として第１絶縁層を除い
た２層構造のものを用いて、同様の手段により絶縁コイ
ルを得た。

これら２種の絶縁コイルを加速度9.8G、振幅2mmでコ
イルの垂直、水平の２方向について各10⁴回振動テスト
を行い、テスト前後の線間絶縁特性を調べた。

また、比較のため、実施例１および２の熱処理後含浸
処理を行わないコイルについても、同様の振動テストを
行った。これらの結果を別表に示す。

この結果から明らかなように、実施例１〜２の絶縁コ
イルは優れた耐振特性を有することがわかる。

［発明の効果］以上、説明したように、この発明の絶縁コイルの製法
は、導体上に無機繊維と可溶性バインダー樹脂からなる
第１絶縁層および無機物粒子と可溶性バインダー樹脂か
らなる第２絶縁層を形成した絶縁電線もしくは導体上に
無機物粒子と可溶性バインダー樹脂からなる第１絶縁
層、無機繊維と可溶性バインダー樹脂からなる第２絶縁
層および無機物粒子と可溶性バインダー樹脂からなる第
３絶縁層を形成した絶縁電線を巻き回してコイルとし、
このコイルを可溶性バインダー樹脂の良溶媒中に浸漬し
可溶性バインダー樹脂を溶解除去し、ついで不活性雰囲
気中で熱処理したのち、絶縁性樹脂溶液を含浸するもの
であるので、熱処理以前に可溶性バインダー樹脂を溶解
除去すことができ熱処理工程において、電気絶縁性を低
下させるカーボン等の生成がなくなる。また、熱処理以
後に含浸処理を行いコイルの線間部分に樹脂を充填、固
結しているので、機械的な振動や衝撃によって線間短
絡、絶縁劣化などを起こすことがない。また、コイルの
巻線最外層が無機物粒子の露出状態となっているため、
樹脂溶液の浸透が良く行なわれ、さらに含浸樹脂量を多
孔質状態が失われない程度に抑えることにより、冷却用
の液体やガスを容易に浸透させることができ、この絶縁
コイルを極低温で使用する場合に有効となる。さらに、
不活性雰囲気で熱処理しているので、導体やボビンに高
温酸化に弱い材料を使用できるなどの利点を有するもの
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明において使われる絶縁電線の第１の
例を示す概略断面図、第２図はこの発明において使われ
る絶縁電線の第２の例を示す概略断面図、第３図および
第４図はこの発明の絶縁コイルの製造方法の一例を工程
順に示す部分断面図である。１……導体、２……第１絶縁層、３……第２絶縁層、４
……第１絶縁層、５……第２絶縁層、６……第３絶縁
層、７……絶縁電線、９……コイル、10……含浸物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導体上に無機繊維と可溶性バインダー樹脂
からなる第１絶縁層および無機物粒子と可溶性バインダ
ー樹脂からなる第２絶縁層を形成した絶縁電線を巻き回
してコイルとし、このコイルを可溶性バインダー樹脂の
良溶媒中に浸漬し可溶性バインダー樹脂を溶解除去し、
ついで不活性雰囲気中で熱処理したのち、絶縁性樹脂溶
液を含浸することを特徴とする絶縁コイルの製法。
【請求項２】導体上に無機物粒子と可溶性バインダー樹
脂からなる第１絶縁層、無機繊維と可溶性バインダー樹
脂からなる第２絶縁層および無機物粒子と可溶性バイン
ダー樹脂からなる第３絶縁層を形成した絶縁電線を巻き
回してコイルとし、このコイルを可溶性バインダー樹脂
の良溶媒中に浸漬し可溶性バインダー樹脂を溶解除去
し、ついで不活性雰囲気中で熱処理したのち、絶縁性樹
脂溶液を含浸することを特徴とする絶縁コイルの製法。