JPS6257086B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は各種電気機器に使用される耐熱絶縁
コイル装置の製造方法に関し、特に導体上に無機
絶縁層または使用中の異常時等の高温時に無機物
化する耐熱絶縁層が形成されてなる耐熱絶縁電線
を巻付け加工したコイルを固定する方法に関する
ものである。 従来一般の耐熱用コイルとしては、導体上にガ
ラス質のものを被覆したホウロウ電線等、無機物
の絶縁被覆層を有する電線を巻付け加工したもの
が知られているが、この型式のものは電線の可撓
性が乏しいため、巻付け加工の際に被覆層に割れ
が生じ、その結果使用中の機械的振動によつて被
覆層が擦られて剥離し、層間短絡が起きる問題が
ある。一方、導体上に無機物と樹脂との複合物を
被覆しておき、その電線を可撓性のある未焼成の
状態で巻付け加工し、その後高温で焼成して被覆
層をセラミツク化させるようにしたコイルも知ら
れており、この場合には巻付け加工時には割れが
生じにくいものの、焼成の際に被覆層が収縮して
外径が小さくなり、その結果コイルの巻線間に隙
間が生じて使用中の機械的振動による擦れが起
き、そのため長期間使用しているうちには前記同
様に被覆層が削られて層間短絡が生じる問題があ
る。 上述のような問題を解決するため、従来から前
記コイルにガラス質物質などからなるスラリー状
物質を塗布して焼成し、コイルを固定する方法が
採用されている。しかしながらガラス質物質など
のスラリー状物質をコイルの外側から塗布して
も、多層に密巻きされたコイルの場合、外表面部
分は固着されるものの、内層の線間までは充填さ
れず、そのため機械的振動に対して充分ではない
のが実情であり、これを防止するためには、巻付
け加工を行ないながらスラリー状物質を塗布する
という面倒な作業を必要とする。また特にガラス
質物質を用いて固定した場合、熱衝撃によつて割
れを生じたり、被覆層が剥離し易い等の問題があ
る。 この発明は以上の問題を有効に解決した耐熱コ
イル装置の製造方法を提供することを目的とする
ものであり、多層に密巻きされたコイルに対して
も、その外表面からの塗布、含浸によつてコイル
の内層の線間部分にまで耐熱性の無機物を充填
し、しかもコイル全体を無機物で固着して、熱衝
撃性や機械的振動に対して優れた特性を有するコ
イル装置を製造し得るようにした方法を提供す
る。 すなわちこの発明の耐熱コイル装置の製法は、
導体上に無機絶縁層または高温時に無機物化する
耐熱絶縁層が形成されてなる耐熱絶縁電線が巻付
け加工されたコイルに、有機金属化合物またはそ
の低重合体もしくはそれらの部分的加水分解物の
中から選ばれた１種以上のものからなる充填剤の
溶液を含浸させた後、その充填剤を加水分解また
は熱分解させてコイルの線間部分に無機物または
高度に無機物化された物質として生成させ、次い
で無機物粒子65〜90重量部と無機高分子35〜10重
量部とを主要成分とする混合物のスラリーを被覆
含浸させて、その混合物を熱硬化させることを特
徴とするものであり、また前記混合物をさらに
400〜700℃に加熱することにより無機物化させる
ものである。 以下この発明の耐熱コイル装置の製法をより具
体的に説明する。 先ずこの発明の製法を第１図ないし第３図にし
たがつて段階的に説明すると、第１図は導体１上
に無機絶縁層もしくは高温時に無機物化する耐熱
絶縁層（以下両者を電線被覆層と総称する）２が
形成されてなる耐熱絶縁電線３をボビン等の適宜
の基枠４に多層に巻付け加工した状態のコイルを
示す。この発明の製法にあつては上述のコイル
に、熱分解または加水分解などによつて耐熱性の
無機物を生成する有機金属化合物を溶剤等によつ
て希釈もしくは溶解してなる充填剤溶液５を含浸
させ、第２図に示すように耐熱絶縁電線３の各線
間空隙に充填する。そして前記充填剤５を必要に
応じて熱分解もしくは加水分解させて無機物化も
しくは高度に無機物化した物質とする。その後無
機物粒子65〜90重量部と無機高分子35〜10重量部
とを主要成分とする混合物のスラリー６を第３図
に示すようにコイルの外面側から被覆含浸させ、
その混合物を熱硬化させる。その後必要に応じて
前記混合物を焼成して無機物化させる。したがつ
てコイルの巻線間は、有機・無機化合物からなる
充填剤５を無機物化もしくは高度に無機物化され
た物質によつて充填され、しかもコイル外面層部
分は前記混合物６を熱硬化させたものまたは無機
物化した物質によつて含浸、被覆されることにな
る。 前記充填剤５に使用される有機金属化合物は、
前述のように熱分解または加水分解によつて耐熱
性を有する無機質酸化物等の無機物質を生成する
ものであつて、しかも溶剤等により溶解もしくは
希釈して用いることのできるものであれば良く、
具体的には次の(a)、(b)に属するものの内、１種ま
たは２種以上が選ばれる。 (a) 加水分解性のアルコキシ基、アセトキシ基、
ハロゲン原子や、シリコーン系樹脂と反応性の
ビニル基、アルキルアミノ基、アルキルメルカ
プト基、エポキシ基などの基を有するSi、Ｂ、
Ｐ、Ti、Zr、Alなどの化合物、またはこれら
の誘導体や重合体、もしくはこれらの部分的な
加水分解物。より具体的には、 一般式 RSiX₃ ［Ｒ：ビニル基、アルキルアミノ基、アルキル
メルカプト基、エポキシ基など Ｘ：ハロゲン原子、アルコキシ基、アセトキシ
ル基など］ で表わされる有機ケイ素化合物は、例えばビニ
ルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルト
リエトキシシラン、γ−メルカプトロピルトリ
メトキシシラン、γ−グリシドオキシプロピル
トリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシ
ラン等の化合物や、 一般式 Si（OR）₄ 〔Ｒ：メチル、エチル、プロピル、ブチル等の
アルキル基〕 で表わされるテトラアルキルシリケート等の有
機ケイ素化合物、 テトラブチルチタネート、テトライソプロピ
ルチタネート、イソプロポキシチタニウムステ
アレート、チタニウムアセチルアセトネートな
どの有機チタン化合物、 リン酸トリｎ−ブチルエステル、亜リン酸ジ
エチルエステルなどの有機リン化合物、 ホウ酸トリｎ−ブチルエステル、ホウ酸トリ
イソプロピルエステルなどのボロンアルコキシ
ド、アルミニウム−ｎ−ブトキシド、アルミニ
ウムイソプロポキサイドなどのアルミニウムア
ルコキシド、 その他加水分解性のアルコキシ基、ハロゲン
原子、アセトキシル基などを有する有機金属化
合物、またはこれらの誘導体や重合体もしくは
これらの部分的な加水分解物。 ｂ オクチル酸鉛、オクチル酸亜鉛、酢酸マグネ
シウム、酢酸鉛、酢酸亜鉛等の有機塩類。 上述のような有機金属化合物等の充填剤は、通
常は有機溶剤等により濃度10％以下に溶解または
希釈して溶液状充填剤とし、その溶液状充填剤中
にコイルを浸漬するかまたは溶液状充填剤をコイ
ルの外面側から塗布することによつてコイルに含
浸させる。そして溶剤を揮散させ、必要に応じて
加水分解もしくは400℃〜700℃程度に加熱して有
機金属化合物を熱分解させ、無機物化または高度
に無機物化した物質とする。このように無機物化
または高度に無機物化された物質は、多孔質化す
る。したがつてコイルの線間空隙は多孔質な無機
物または高度に無機物化した多孔質物質が充填さ
れた状態となる。なお溶液状にした充填剤におけ
る有機・無機化合物の濃度が高過ぎれば、充填剤
の粘度が高くなつてコイル内層部の線間まで充填
されないおそれがあり、したがつて充填剤溶液の
濃度は10％以下とすることが望ましい。また、充
填剤溶液の濃度が低過ぎる場合等には、１回の含
浸、分解（無機物化）処理では充分に緻密に無機
物または高度に無機物化した物質が充填されない
こともあり、したがつてこの場合には含浸−分解
処理を２回以上繰返して行うことが好ましい。 一方、前記混合物６に使用される無機高分子
は、その混合物による被覆含浸物のバインダとし
て作用し、しかも焼成後の分解生成物が無機物粒
子の結合剤として作用するものである。この無機
高分子としては、各種のシリコーン樹脂や変性シ
リコーン樹脂、例えばシロキサンとメチルメタク
リレート、アクリロニトリル等の有機モノマーと
の共重合物、あるいはシリコーン樹脂とアルキツ
ド樹脂、フエノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミ
ン樹脂等との共重合物など、さらにはSiと、Ti、
Ｂ、Al、Ｎ、Ｐ、Ge、As、Sb等の元素の一種以
上と酸素とを骨格に持つた無機高分子、またはSi
とTi、Ｂ、Al、Ｎ、Ｐ、Ge、As、Sb等の元素の
一種以上と酸素と炭素とを骨格に持つた無機高分
子、あるいはTi、Ｂ、Al、Ｎ、Ｐ、Ge、As、Sb
等の元素の一種以上と酸素とを骨格に持つた無機
高分子、またはこれらと前記有機モノマーや樹脂
との共重合物等を使用することができるが、これ
らの内でも分解生成する無機物の割合が多いも
の、すなわち分解消失する成分が可及的に少ない
ものが好ましい。また上述のような無機高分子と
混合して用いられる無機物粒子は、融点450℃以
上、好ましくは融点550℃以上の結晶質粉末また
はガラス質粉末が好ましい。これより融点が低い
ものはバインダーとなるシリコーン系樹脂などの
無機高分子の焼成時における分解ガス（有機質）
の放出が固難となつて被覆物の割れや剥離が生じ
易くなり、また無機物の軟化流動による収縮によ
つても割れが生じ易くなるためである。このよう
な無機物粒子としては、例えばアルミナ
（Al₂O₃）、チタン酸バリウム（BaTiO₃）、チタン
酸カルシウム（CaTiO₃）、チタン酸鉛
（PbTiO₃）、ジルコン（ZrSiO₄）、ジルコン酸バリ
ウム（BaZrO₃）、ステアタイト（MgSiO₃）、シリ
カ（SiO₂）、ベリリア（BeO）、ジルコニア
（ZrO₂）、マグネシア（MgO）、クレー、モンモリ
ロナイト、ベントナイト、カオリン、あるいは通
常の高融点ガラスフリツト、マイカ等の酸化物、
あるいはボロンナイトライド、窒化ケイ素等の窒
化物、またはこれらの混合粉末等が使用される。
これらの無機物粒子の粒径はコイルの構造や巻付
け状態によつて異なるが、通常は平均粒径10μｍ
程度以下のものが好ましく、また可及的に緻密な
充填状態となるように大径の粒子と小径の粒子と
を組合わせることが望ましい。また無機高分子と
無機物粒子との混合物における配合比は、前述の
ように無機高分子10〜30重量％、無機物粒子90〜
65重量％とする。無機高分子が10重量％未満では
結合力が不足して強固な被覆物が形成されず、35
重量％を越えれば焼成時の収縮量が大きくなつて
割れを発生するおそれがある。 上述のような無機高分子と無機物粉末とからな
る混合物は、適宜の溶剤等により液状（スラリー
状）になし、そのスラリー状混合物を、前述の如
く充填剤が充填、無機物化されたコイルに塗布す
るか、またはそのコイルを前記スラリー状混合物
中に浸漬する。斯くすれば、前記混合物がコイル
外表面に被覆されるとともにその一部はコイル外
層部分における線間の前記無機物（もしくは高度
に無機物化された物質）に含浸される。そして溶
剤を揮散させた後、適宜の温度例えば150℃〜300
℃程度の温度で混合物中の無機高分子を熱硬化さ
せる。このようにして得られたコイル装置は、そ
のまま（混合物を未焼成のまま）使用しても良
く、あるいは400〜700℃程度の焼成熱処理を加え
て無機高分子を分解させ、これによつて前記混合
物からなる被覆含浸物をセラミツク化して、強固
に結合された多孔質の無機物として用いても良
い。前者の如く未焼成のまま用いる場合には、使
用中の高温により前記混合物が徐々に無機物化す
ることになる。 なお、耐熱絶縁電線３に使用される導体１とし
ては、銅線、銅合金線、アルミニウム線、アルミ
ニウム合金線、コンスタンタン線、銀線、金線、
白金線、ステンレス鋼線、ニクロム線、さらには
ニツケルや銀等の耐熱性金属もしくは合金のメツ
キ銅線やクラツド銅線などの良導性金属線、望ま
しくは耐熱性を有する良導電性金属線が用いられ
る。また耐熱絶縁電線３は、従来公知のセラミツ
ク絶縁電線と同様にガラス質もしくは結晶質の無
機絶縁層を形成したものであつても良いが、この
発明の場合にはコイル被覆含浸用に使用されてい
る前記混合物６と同様に、シリコーン樹旨等の無
機高分子と無機物粒子とを主要成分とする混合物
からなる耐熱絶縁層、すなわち焼成熱処理や使用
中の高温によりセラミツク化する絶縁層を形成し
たものを用いることが望ましい。但しその場合、
未焼成の状態で巻付け加工を行ない、巻付け加工
後に400〜700℃程度の温度で焼成熱処理を行つて
絶縁層を無機物化（セラミツク化）しておくこと
が望ましい。これは、焼成熱処理によつて絶縁層
が若干収縮し、線間の空隙が大きくなるため充填
剤を充填し易くなるばかりでなく、充填剤をより
緻密に充填することが可能となるからである。し
かしながら導体の種類や電線絶縁層の構造によつ
ては焼成熱処理により導電率の低下や絶縁特性の
低下が起きることもあり、したがつてコイル装置
の目的や用途によつては未焼成のまま行つても良
い。なお、耐熱絶縁電線３の絶縁層に使用される
無機高分子としては前掲のものと同様なものが用
いられ、また無機物粒子も前掲のものと同様なも
のが用いられる。そして無機高分子と無機物粒子
との混合物の配合比は、無機物粒子100重量部に
対し無機高分子10〜200重量部、好ましくは20〜
60重量部とする。 以上のようなこの発明の耐熱コイル装置製造方
法によれば、有機金属化合物等からなる充填剤の
溶液を含浸させた後にその充填剤を無機物化する
から、多層に密巻されたコイルに対しても内部の
線間部分まで確実に無機物を充填することがで
き、しかも無機高分子および無機物粒子からなる
混合物で全体を固着するから、機械的振動により
電線が擦れて層間短絡等が生じるおそれがないコ
イル装置を確実に製造でき、しかも巻付け加工を
行ないながら充填剤や固着剤を塗布する必要がな
いから作業も簡単かつ容易となる。また含浸され
る有機金属化合物および被覆含浸される混合物中
の無機高分子は、いずれも通常の有機質物質と同
程度の比較的低い温度で分解して高融点の無機物
となるだけでなく、分解の過程で生成する活性な
物質が電線の絶縁層を構成する無機物や被覆含浸
される混合物中の無機物粒子の結合剤として作用
するから、特に低融点のガラス質物質を結合剤を
使用せずにコイルを強固に固着することができ、
そのため焼成時に割れが生じたり被覆物が剥離す
る等の問題が生じない。さらに、コイルに充填、
被覆される物質はいずれも焼成によつて多孔質の
無機物となるため熱衝撃特性に優れ、ヒートシヨ
ツクにより割れが生じたり剥離したりするおそれ
が少ないコイル装置が得られる。 次にこの発明の実施例および比較例を記す。 実施例 外径0.5mmのニツケルメツキ銅線にシリコーン
樹脂とアルミナ粉末とを主要成分とする混合物が
約20μｍ厚で被覆された絶縁電線を外径50mmのボ
ビン５層に密巻きした後、400〜700℃程度で前記
混合物を焼成してセラミツク化した。次いでその
コイルに第１表に示す各種の有機金属化合物（充
填剤）の10％以下の溶液を含浸させ、その後400
〜700℃の温度範囲で熱処理して充填剤を無機物
化させた。なおこの含浸、熱処理は必要に応じ複
数回行なつた。次いでコイルにシリコーンワニス
（東芝シリコーンTSR116）20重量部（固形分）
と平均粒径1.2μｍのアルミナ粒子80重量部と溶
剤とからなるスラリー状混合物を塗布、含浸させ
て溶剤を揮散させ、180℃×１時間加熱して硬化
させた。その後さらにコイルを400〜700℃の温度
範囲で加熱してシリコーン樹脂を分解し、これに
よつて多孔質の無機物で固着された耐熱絶縁コイ
ル装置を得た。 比較例 実施例と同様の絶縁電線を５層に密巻きしたコ
イルを実施例と同様にセラミツク化した後、有機
金属化合物を含浸させることなく、前記スラリー
状混合物のみを塗布、含浸させ、180℃×１時間
加熱して硬化させた後、400〜700℃の温度範囲で
加熱してシリコーン樹脂を分解（混合物を焼成
し、これによつて前記混合物を焼成した無機物の
みによつて固定されたコイル装置を得た。 以上の実施例および比較例により得られた各コ
イル装置に対し、JISD1601（77）に従つて4Gに
て振動試験を行つた。その結果を第１表に示す。

【表】 第１表の結果から、比較例の場合は常温、高温
（600℃）のいずれも長時間振動を加えることによ
つて、線間の擦れ合いにより割れ、剥離が生じて
層間短絡が生じた。これに対し実施例ではこのよ
うな事態が発生しなかつた。 以上の説明で明らかなようにこの発明の方法に
よれば耐振特性、熱衝撃特性に優れた耐熱絶縁コ
イル装置を容易に製造することができる等、各種
の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図まではこの発明の製法を段階
的に示すための略解的な拡大断面図である。 １……導体、２……電線絶縁層（無機絶縁層ま
たは高温時に無機物化する耐熱絶縁層）、３……
耐熱絶縁電線、５……充填剤、６……混合物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導体上に無機絶縁層または高温時に無機物化
   する耐熱絶縁層が形成されてなる耐熱絶縁電線が
   巻付け加工されたコイルに、有機金属化合物また
   はその低重合体もしくはそれらの部分的加水分解
   物の中から選ばれた１種以上のものからなる充填
   剤の溶液を含浸させた後、その充填剤を加水分解
   または熱分解させて線間部分に無機物または高度
   に無機物化された物質として生成させ、次いで無
   機物粒子65〜90重量％と無機高分子35〜10重量％
   とを主要成分とする混合物のスラリーを被覆含浸
   させて、その混合物を熱硬化させることを特徴と
   する耐熱絶縁コイル装置の製法。 ２ 導体上に無機絶縁層または高温時に無機物化
   する耐熱絶縁層が形成されてなる耐熱絶縁電線が
   巻付け加工されたコイルに、有機金属化合物また
   はその低重合体もしくはこれらの部分的加水分解
   物の中から選ばれた一種以上のものからなる充填
   剤の溶液を含浸させた後、その充填剤を加水分解
   もしくは熱分解させて線間部分に無機物または高
   度に無機物化された物質として生成させ、次いで
   無機物粒子65〜90重量％と無機高分子35〜10重量
   ％とを主要成分とする混合物のスラリーを被覆含
   浸させて、その混合物を熱硬化させ、さらに400
   〜700℃に加熱して前記混合物を無機物化させる
   ことを特徴とする耐熱絶縁コイル装置の製法。