TW202343486A - 絕緣電線及使用此之線圈以及絕緣電線之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之課題係提供可實現高頻特性之改善且生產性優異之低成本的絕緣電線及使用其之線圈以及絕緣電線之製造方法。
上述課題可藉由下述之絕緣電線而解決，該絕緣電線係用以密接、捲線成為線圈之絕緣電線，且構成為以自具有構成素線(1)之金屬的金屬離子及與該金屬離子形成錯合物之化合物的有效成分形成之化合物皮膜(2)被覆之化合物皮膜被覆素線(3)、及被覆於將該化合物皮膜被覆素線(3)複數根合撚之撚線(4)外周的絕緣層(5)，成為撚線(4)之前的化合物皮膜被覆素線(3)、成為撚線(4)後之化合物皮膜被覆素線(3)或於撚線(3)之外周被覆絕緣層(5)後之化合物皮膜被覆素線(3)係經加熱處理者。
Description
本發明係關於能實現高頻特性之改善同時生產性優異之低成本絕緣電線及使用此之線圈及絕緣電線之製造方法。更詳言之，本發明係關於變壓器線圈零件、效率化馬達、逆變器、非接觸供電用線圈、電感器、扼流線圈(choke coil)、雜訊濾波器、IH加熱器、電源變壓器等之使用功率半導體之高頻線圈等所使用之絕緣電線。
扼流線圈、變壓器、電感器等之電子零件中，已使用使複數之絕緣被覆銅線撚合而成之絞合線(litz wire)，或將該絞合線進一步予以絕緣被覆之絕緣電線等。該等絕緣電線基於抑制在數十kHz~數MHz之高頻區域內因表皮效應之交流電阻上升之目的，係對撚合之素線逐根以漆包皮膜等予以絕緣。
例如於專利文獻1中，提案有可提高高頻區域之電特性之絞合線。該技術係於使漆包線複數根撚合而成之絞合線中，於經撚合之漆包線外側設置焊接性之紫外線硬化型樹脂層，其結果，與過去相比，為可使漆包皮膜厚變薄且加工外徑減小者。且，專利文獻2中，提案佔空係數優異而且可減低部分放電或電磁振動劣化之新穎絞合線。該技術係將於導體上具有漆包絕緣被覆之漆包線7根撚合，並通過圓形模嘴，藉此以不對漆包線造成損傷之程度輥軋而使外徑壓縮後，使自己融合層塗佈燒結而得者。
又，作為絞合線之末端處理方法，一般係進行焊接，但有依據漆包塗料種類而可直接焊接之情況，或藉由藥品或機械加工而去除素線表面皮膜後焊接之情況。且，於絞合線進一步進行絕緣被覆之絕緣電線中，有以剝離器(stripper)等去除絕緣被覆後，直接或去除表面被覆後焊接之情況。
然而，專利文獻1所提案之技術，係於絞合線之外側以紫外線硬化型樹脂被覆薄絕緣者，且專利文獻2所提案之技術係使撚合之漆包線輥軋者，該等均係使設於各素線之絕緣皮膜成為數μm左右之厚度。因此，於絞合線外側以如專利文獻1所記載之紫外線硬化型樹脂被覆薄絕緣時，加工外徑亦成為對構成絞合線之素線的漆包皮膜厚度大有影響者。使用如此絞合線之線圈，會以漆包皮膜厚程度使佔空係數減低。
又，絞合線直接焊接時，有絕緣皮膜之燒除渣滓或氧化物作為異物而附著於末端而發生連接不良之問題，或與裸線比較由於焊接條件為高溫且須長時間，故有使因焊接腐蝕所致之導體變細為起因而使線圈品質、良率降低之問題。又，於去除絕緣皮膜後進行焊接時，有皮膜去除之步驟數增加或皮膜去除時斷線等之問題，會成為昂貴者。
針對此等問題，專利文獻3提案一種絕緣電線，其具有藉由自構成素線之金屬的金屬離子及與該金屬離子形成錯合物之化合物所形成之化合物皮膜(咪唑化合物皮膜)被覆之化合物皮膜被覆素線，及被覆於將該化合物皮膜被覆素線複數根撚合成之撚線之外周之絕緣層。該絕緣電線由於經被覆之化合物皮膜厚度較薄，於經該化合物皮膜被覆之化合物皮膜被覆素線經撚合之撚線外周被覆絕緣層，故與絞合線比較，可使外徑減小。且，由於在末端處理時可容易進行焊接，故可便宜地提供絕緣電線。其結果，可便宜地實現電子零件及線圈之小型化，同時可提高每單位體積之絕緣電線之佔有率。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開平5-250926號公報
[專利文獻2] 日本特開平6-119825號公報
[專利文獻3] 日本專利第5805336號
[發明欲解決之課題]
近年來，對於實現高頻特性之改善，同時生產性優異之低成本絕緣電線及使用其之線圈具有需求。對於此種需求，以專利文獻3中記載之方法製造絕緣電線時，為了獲得用以改善高頻特性所需之厚度的化合物皮膜，而增加對於包含構成素線之金屬離子(以下稱為金屬離子)及與該金屬離子形成錯合物之化合物的有效成分之水溶液的接觸時間，並於素線表面形成化合物皮膜。然而，為此，必須降低線速並增加與水溶液之接觸時間，此會有降低生產性並增加成本之難處。另一方面，在不降低線速下生產之情況，必須擴大設備，會需要改良設備之大幅成本、或時間、步驟數等。
又，專利文獻3記載之絕緣電線有因長期使用或因暴露於高溫環境下而使經時高頻特性相對於初期值劣化(損失)之課題。又，為了對應於高頻，必須將化合物皮膜被覆線進行撚線，但撚數增加時，由於撚合引起之捲緊變得更強，故化合物皮膜(咪唑系化合物皮膜)被壓碎，使絕緣性降低，有無法獲得充分高頻特性之課題。
本發明係為了解決上述課題而完成者，其目的係提供可實現高頻特性之改善且生產性優異之低成本的絕緣電線及使用其之線圈以及絕緣電線之製造方法。
[用以解決課題之手段]
(1)本發明之絕緣電線之特徵係用以密接、捲線成為線圈之絕緣電線，且具有以自構成素線之金屬的金屬離子及與該金屬離子形成錯合物之化合物的有效成分形成之化合物皮膜被覆之化合物皮膜被覆素線，及被覆於將前述化合物皮膜被覆素線複數根合撚之撚線外周的絕緣層，成為前述撚線之前的前述化合物皮膜被覆素線、成為前述撚線後之前述化合物皮膜被覆素線或於前述撚線之外周被覆前述絕緣層後之前述化合物皮膜被覆素線係經加熱處理者。
依據本發明，由於成為撚線之前的化合物皮膜被覆素線、成為撚線後之化合物皮膜被覆素線或形成絕緣層後之化合物皮膜被覆素線係經加熱處理者，故藉由加熱處理化合物皮膜，不僅可促進化合物被膜之下層部中之素線表面的金屬之金屬離子與化合物之有效成分的結合而形成錯合物，亦可促進化合物皮膜之上層部中未與金屬離子結合之化合物之有效成分與藉由加熱而分散之金屬離子之結合，其結果，金屬離子與化合物的有效成分結合成之錯合物的比例增加，強化化合物皮膜內之錯合物而改善高頻特性。又，加熱處理係於60℃~300℃之範圍進行，但具體上可設為於155℃加熱24小時。所得絕緣電線如後述實施例所示，於經加熱處理時之高頻電阻值(Rac/Ro)相較於未經加熱處理時之高頻電阻值，於例如300kHz下低約50%以上。
本發明之絕緣電線中，前述化合物皮膜係咪唑系化合物皮膜。
本發明之絕緣電線中，前述化合物皮膜之厚度為0.02μm以上。
根據本發明，特別是由於化合物皮膜之厚度為0.02μm以上，故與未達該厚度之情況相比，加熱處理時錯合物幾乎不分解而被強化，且改善高頻特性。其結果，可製造實現高頻特性之改善且生產性優異之絕緣電線。且，本發明中，如本申請人所報告之專利文獻3同樣，厚度0.02μm以上之化合物皮膜的厚度與以往之漆包皮膜相比較薄，於將該化合物皮膜被覆之化合物皮膜被覆素線撚合成之撚線外周形成絕緣層之絕緣電線的外徑可減小。其結果，藉由使用該絕緣電線，可實現線圈之小型化，並且提高每單位面積之絕緣電線的佔有率。且，由於化合物皮膜之形成可藉由將含化合物之有效成分之溶液與素線接觸並乾燥而進行，故與以往的漆包皮膜相比，可藉簡易裝置形成，可以短時間極有效率地製作撚線。因此，可便宜地提供使用其的絕緣電線。
本發明之絕緣電線中，前述化合物皮膜係以於焊接溫度分解的材料所構成。
本發明之絕緣電線中，前述絕緣層係選自由絕緣性塗佈皮膜、絕緣性擠出樹脂、絕緣性帶及該等之組合所形成。
(2)本發明之線圈係使用上述本發明之絕緣電線而形成。該線圈係電源變壓器用。
依據本發明，與以往之漆包皮膜相比，可提供使用實現高頻特性之改善並且生產性優異之絕緣電線的線圈。
(3)本發明之絕緣電線之製造方法之特徵係用以密接、捲線成為線圈之絕緣電線之製造方法，該方法係將包含與構成素線之金屬的金屬離子形成錯合物之化合物的有效成分之溶液與前述素線接觸並乾燥，而於前述素線上設置由前述金屬離子與前述化合物的有效成分形成之化合物皮膜，形成化合物皮膜被覆素線；將前述化合物皮膜被覆素線複數根合撚作成撚線；於前述撚線之外周形成絕緣層；將成為前述撚線之前的前述化合物皮膜被覆素線、成為前述撚線後之前述化合物皮膜被覆素線或於前述撚線之外周被覆前述絕緣層後之前述化合物皮膜被覆素線進行加熱處理。
依據本發明，由於對成為撚線之前的化合物皮膜被覆素線、成為撚線後之化合物皮膜被覆素線或形成絕緣層後之化合物皮膜被覆素線進行加熱處理，故藉由加熱處理化合物皮膜，不僅可促進化合物被膜之下層部中之素線表面的金屬離子與化合物被膜之下層部的化合物的有效成分的結合而形成錯合物，亦可促進化合物皮膜之上層部中未與金屬離子結合之化合物的有效成分與藉由加熱而分散之金屬離子之結合，而使錯合物形成直至化合物被膜之上層部。其結果，金屬離子與化合物的有效成分結合成之錯合物的比例增加，強化化合物皮膜內之包含錯合物之有機化合物彼此之結合，可製造高頻特性經改善之絕緣電線。
本發明之絕緣電線之製造方法中，構成前述化合物皮膜之有效成分於溶入前述化合物之溶液中的比例為最初之4成以上。
根據本發明，形成化合物皮膜之際所用之溶液中所含的有效成分(化合物的有效成分)中，溶入該溶液中之有效成分的比例為上述範圍內，故如此經調整之溶液係有效成分於溶液中飽和，且不溶入溶液中之有效成分成為析出狀態，未析出而溶入溶液中之有效成分的比例相較於以往更為降低。藉由成為此種溶液狀態，不僅是溶入之有效成分，而且析出之有效成分亦容易有效於素線表面形成厚膜的化合物被膜，例如容易形成厚度0.02μm以上之化合物皮膜。又較佳之比例為最初之4成以上8成以下。
又，藉由提高形成化合物皮膜之際含有化合物的有效成分之溶液的液溫，使溶液中之有效成分與素線表面之金屬離子容易結合，可縮短化合物皮膜之形成時間。又溶液之液溫通常為25~40℃左右，但較佳提高液溫為50~75℃左右。
本發明之絕緣電線之製造方法中，前述有效成分係咪唑系化合物。
本發明之絕緣電線之製造方法中，前述化合物皮膜之厚度為0.02μm以上。
[發明效果]
本發明可提供可實現高頻特性之改善且生產性優異之低成本的絕緣電線及使用其之線圈以及絕緣電線之製造方法。具體而言，例如於300kHz之高頻特性與以往品(專利文獻3中記載之絕緣電線)相比可改善約近50%。
又，根據本發明，與以往品相比，可實現厚膜化，同時藉由加熱處理化合物皮膜，可將金屬離子與化合物的有效成分結合，使錯合物厚膜化且強化。其結果，因加撚引起之捲緊變強，即使對化合物皮膜施加應力亦不會壓潰，且由於皮膜變厚且強化，故絕緣性提高，可獲得充分之高頻特性。為了形成厚的化合物皮膜，構成化合物皮膜之有效成分，於將完全溶入於包含化合物的有效成分之溶液中之比例的濃度(有效成分濃度)設為100%時，由於可藉由將有效成分濃度設為未達100%而實現，故無需降低製造時之線速，亦無需增加與水溶液之接觸時間，可不使生產性降低地製造，不需要改良設備之大量成本或時間、步驟數等。
又依據本發明，由於使用上述絕緣電線構成線圈(電子零件)，故可便宜地實現線圈之小型化，且可提高每單位體積之絕緣電線之佔有率。
以下，針對本發明之絕緣電線及使用其之線圈，邊參考圖式加以說明。又，本發明不限於圖示之實施形態。
[絕緣電線]
本發明之絕緣電線10係如圖1~圖3所示，係用以密接、捲線成為線圈之絕緣電線，其特徵係具有構成素線1之金屬的離子(以下亦稱金屬離子)、以由與其該金屬離子形成錯合物之化合物的有效成分形成之化合物皮膜2所被覆之化合物皮膜被覆素線3、及被覆於使該化合物皮膜被覆素線3複數條撚合而成之撚線4之外周上之絕緣層5，成為撚線4之前的化合物皮膜被覆素線3、成為撚線4後之化合物皮膜被覆素線3或於撚線4之外周被覆絕緣層5後之化合物皮膜被覆素線3係經加熱處理者。
該絕緣電線10，由於對成為撚線4之前的化合物皮膜被覆素線3、成為撚線4之後之化合物皮膜被覆素線3或形成絕緣層5後之化合物皮膜被覆素線3進行加熱處理，故藉由加熱處理化合物皮膜，不僅可促進化合物皮膜2之下層部中之素線表面的金屬之金屬離子與化合物的有效成分的結合而形成錯合物，亦可促進化合物皮膜2之上層部中未與金屬離子結合之化合物的有效成分與藉由加熱而分散之金屬離子之結合，其結果，金屬離子與化合物的有效成分結合成之錯合物的比例增加，強化化合物皮膜內之錯合物，改善了高頻特性。
尤其由於化合物皮膜2之厚度為0.02μm以上，與未達該厚度之情況相比，加熱處理時錯合物幾乎不分解而被強化，改善高頻特性。其結果，可成為實現高頻特性之改善且生產性優異之絕緣電線10。
厚度0.02μm以上之化合物皮膜2與一般漆包皮膜相比較薄，於將該化合物皮膜2被覆之化合物皮膜被覆素線3撚合成之撚線4外周被覆絕緣層5之絕緣電線10的外徑可減小。其結果，藉由使用該絕緣電線10，可實現線圈之小型化，並且提高每單位面積之絕緣電線10的佔有率。且，由於化合物皮膜2之形成可藉由將化合物溶液與素線接觸並乾燥而進行，故與以往的漆包皮膜相比，可藉簡易裝置形成，可以短時間極有效率地製作撚線。因此，可便宜地提供使用其的絕緣電線。將如此之絕緣電線10加工成之線圈20可實現小型化、高品質‧高性能化。特別是可較佳地使用於變壓器、馬達、逆變器、非接觸供電用線圈、電感器、扼流線圈、雜訊濾波器、IH加熱器、電源變壓器等之使用功率半導體之高頻線圈等。
以下，針對各構成加以說明。本申請案中，絕緣層5可為單層亦可為積層，有時總稱為「絕緣層5」。
＜化合物皮膜被覆素線＞
化合物皮膜被覆素線3係如圖1~圖3所示為絕緣電線10之構成要素。將該化合物皮膜被覆素線3複數根撚合成為撚線4，於該撚線4之外周設置絕緣層5，成為絕緣電線10。具體而言，該化合物皮膜被覆素線3係以素線1與設於該素線1外周之化合物皮膜2構成。該化合物皮膜2係由素線1之構成金屬的金屬離子及與該金屬離子形成錯合物之化合物的有效成分而形成。
(素線)
素線1係構成撚線4之導體。作為素線1之材質較佳為於表面存在有容易與後述化合物形成錯合物之銅的銅或銅合金、銅包覆材等之銅複合材料。作為銅，可舉例為韌煉銅、無氧銅等。作為銅合金可舉例為銅-銀合金(混銀銅，例如混入0.02~6質量%銀之銅)、銅-錫合金(混錫銅，例如混入0.15~7質量%錫之銅)等。又，為韌煉銅或為無氧銅，可藉由根據JIS H-3510之氫脆化試驗而判定，關於銅-銀合金(混銀銅)、銅-錫合金(混錫銅)之任一者，可藉由ICP發光分光分析測定所含之元素而定性及定量分析。銅包覆材可舉例為可適用於線圈用絕緣電線之銅包覆鋁等。
素線1之直徑未特別限定，但可為例如0.03mm以上、0.5mm以下之程度。此種素線1可使任意粗細之母材進行熱加工或冷加工等而獲得。
(化合物皮膜)
化合物皮膜2為構成素線1之金屬的金屬離子與咪唑系化合物形成錯合物之化合物皮膜，且設於素線1之外周。此種化合物只要具有與素線1之構成金屬之金屬離子形成錯合物之性質的化合物即可。該化合物皮膜2之電阻值未低如以往之漆包皮膜，但於數十kHz~數MHz之高頻區域中之交流電阻上升可獲得與以往之施以漆包皮膜之素線大致同等之結果。
作為化合物可舉例為包含咪唑系化合物等之胺有機酸鹽等。可舉例為例如苯并咪唑、2-甲基苯并咪唑、2-甲基苯并咪唑、2-正丙基苯并咪唑、2-正丁基苯并咪唑、2-正苄基苯并咪唑、2-正己基苯并咪唑、2-正庚基苯并咪唑、2-正辛基苯并咪唑、2-正壬基苯并咪唑、2-正癸基苯并咪唑、2-正十一烷基咪唑、2-正十一烷基苯并咪唑、2-正十二烷基苯并咪唑、2-正十二烷基苯并咪唑、2-正十三烷基苯并咪唑、2-正十四烷基苯并咪唑、2-正十五烷基苯并咪唑、2-正十六烷基苯并咪唑、2-正十七烷基苯并咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基苄基咪唑、2,4-二苯基咪唑、2,4-二苯基-5-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑等。
其中，較佳可舉例下述化學式1所示之咪唑化合物。具體舉例為烷基苯并咪唑系化合物與苯咪唑系化合物。此等咪唑系化合物可自上市者取得。藉由咪唑系化合物與構成素線1之銅的銅離子反應，形成下述化學式2所示之銅咪唑系化合物之錯合物。化合物皮膜2係自構成素線1之銅的銅離子及與該銅離子形成錯合物之銅咪唑系化合物的有效成分形成的皮膜。又化學式1、2中之R1為烷基或苯基等之官能基或為取代基，R2為羥基等之官能基。
化合物皮膜2係於接近素線表面，化合物(包含咪唑系化合物之胺有機酸鹽等)與構成素線1之銅的離子(銅離子)反應形成錯合物層(下層部)，於該錯合物層上有效成分的化合物彼此以氫鍵或分子間力之鍵形成咪唑層之狀態。該狀態可藉由後述之圖6及圖7所示之XPS分析而評價。如此藉由將成為撚線4之前的化合物皮膜被覆素線3、成為撚線4後之化合物皮膜被覆素線3或形成絕緣層5後之化合物皮膜被覆素線3予以加熱處理，不僅可促進化合物皮膜2之下層部中之素線表面的金屬之金屬離子與化合物的有效成分的結合而形成錯合物，亦可促進化合物皮膜2之上層部中未與金屬離子結合之化合物的有效成分與藉由加熱而分散之金屬離子之結合，其結果，可產生金屬離子與化合物的有效成分結合成之錯合物的比例增加，可製造獲得充分的高頻特性之化合物皮膜內的錯合物經強化之絕緣電線10之格外效果。
加熱處理係在60℃~300℃之範圍進行，但具體而言可在155℃進行24小時。如後述實例所示，所得之絕緣電線10於經加熱處理時之高頻電阻值(Rac/Ro)比未經加熱處理時之高頻電阻值，於例如300kHz下改善約50%以上。此處，Rac為交流電阻，Ro為(1kHz的交流電阻)，高頻電阻值以「Rac/Ro」表示。
化合物皮膜2之厚度為0.02μm以上，較佳為0.05~0.10μμm。由於化合物皮膜2的厚度為0.02μm以上，故與未達該厚度之情況相比，加熱處理時錯合物幾乎不分解而強化，而改善高頻特性。其結果，成為改善了高頻特性，同時生產性及特性優異之絕緣電線10。又，與本申請人所報導之專利文獻3同樣，厚度為0.02μm以上的化合物皮膜2之厚度與以往之漆包皮膜比較係較薄，於使經該化合物皮膜2被覆之化合物皮膜被覆素線3撚合成之撚線4之外周形成絕緣層5之絕緣電線10之外徑可減小。其結果，藉由使用該絕緣電線10，可實現線圈之小型化，並且提高每單位體積之絕緣電線10的佔有率。又，由於化合物皮膜2之形成可藉由將包含化合物的有效成分之溶液與素線1接觸並乾燥而進行，故與以往的漆包皮膜相比，可藉簡易裝置形成，可於短時間極有效率地製作撚線。因此，可便宜地提供使用其之絕緣電線10。
又，此範圍內厚度之化合物皮膜2可防止素線1之氧化，可進行製品所需之末端加工之焊接處理。此外，與以往的漆包皮膜相比，由於皮膜厚度可抑制至1/100~1/10左右，故最終絕緣電線10之直徑可減小剖面積約15%，有助於線圈之小型化。又，由於化合物皮膜2不若以往漆包皮膜般厚，故具有下述優點：焊接時之燃燒殘留非常微量，不易於焊接連接部發生燒除渣滓引起的問題。又以往中，漆包皮膜係胺基甲酸酯等之耐熱溫度低者其本身雖可焊接，但此時發生燒除渣滓，作為焊接異物附著，而有發生連接不良之可能性。又，關於聚醯亞胺等之耐熱溫度高者，焊接前必須藉由藥品或機械加工去除漆包皮膜後進行焊接，而使加工步驟數大幅增加。
化合物皮膜2較佳以在焊接溫度分解的材料構成。此時之焊接溫度係在200℃~450℃範圍內之任意溫度。由於上述化合物均在焊接溫度分解，故於最終末端處理時可進行藉由焊接之末端處理。且藉由自漆包皮膜改為化合物皮膜2，且如後述調整有效成分濃度，可不進行生產設備的擴大下設為上述厚度範圍，可將皮膜分解所需之能量抑制為較少。因此，可實現焊料浸漬時間之縮短，導體線不細而提高接合之可靠性。
化合物皮膜2之形成可藉由使包含有效成分等的化合物溶液與素線1接觸並乾燥而進行。作為接觸手段可將素線1浸漬於化合物溶液中，亦可將化合物溶液塗佈或吹附於素線1上等。乾燥係用以使構成化合物溶液之溶劑(例如水或有機溶劑等)去除而進行。此化合物皮膜2之形成步驟不需要如以往之燒除步驟，可減少步驟數。且，施以前述之接觸手段後，進行乾燥等可形成化合物皮膜2。又，亦可邊進行塗佈等之接觸手段馬上設置撚合步驟，該情況下，由於化合物皮膜2之形成與撚線加工可連續進行，故與以往漆包皮膜相比可藉簡易裝置形成，可以短時間極有效率地製作撚線4。因此，可便宜地提供使用其之絕緣電線10。又，乾燥係以吹出熱風的乾燥機乾燥一定時間。此時之乾燥溫度，根據乾燥時間(線速與乾燥空氣)，於80℃~300℃，較佳於100℃~110℃之範圍乾燥。
(化合物皮膜之特徵)
本發明具有之特徵係化合物皮膜2相較於以往更厚膜化，且將經厚膜化之化合物皮膜2被覆之化合物皮膜被覆素線3作成撚線後或形成絕緣層5後進行加熱處理。因此等特徵，可以成為高頻特性優異之絕緣電線10。
(1)化合物皮膜之厚膜化
如後述比較例1所示，雖容易形成厚度0.01μm左右之化合物皮膜2，但必須進行設備擴大，否則難以形成更厚。由於藉由厚膜化可提高絕緣電線10之高頻特性，故如後述實施例所示，將化合物皮膜2之厚度厚膜化至0.02μm以上，可提高高頻特性。
化合物皮膜2係由構成素線1之金屬的金屬離子與化合物的有效成分所成者，係將素線1與含有化合物的有效成分之溶液接觸後乾燥而形成。又，化合物之溶液(有時稱為「化合物溶液」)包含與構成素線1之金屬的金屬離子形成錯合物之化合物的有效成分與其以外之成分(例如乙酸或甲酸等之酸性溶劑、氨、添加劑等)。本申請案中，與構成素線1之金屬的金屬離子形成錯合物之化合物的有效成分有時簡稱為「化合物」或「有效成分」。
化合物的有效成分係以任何濃度(質量%)含於化合物溶液中。本申請案中，如後述實施例所說明，化合物溶液中有效成分的濃度(稱為「有效成分濃度」)係製備有效成分濃度改變之各種溶液，以吸光光度法測定各溶液並作成校準曲線，基於該校準曲線與測定試料之測定結果而測定。經測定之有效成分濃度係溶入化合物溶液中的有效成分濃度。因此，全部有效成分溶入化合物溶液時，以吸光光度法測定之濃度為有效成分全部的濃度。另一方面，溶入化合物溶液之有效成分超過飽和狀態時，於化合物溶液中產生有效成分的析出物。此情況下，藉由吸光光度法測定之濃度不包含有效成分的析出物，而是化合物溶液中作為飽和狀態溶入之有效成分的濃度。
圖5係顯示出化合物溶液中有效成分濃度與pH之關係的示意圖。圖中之曲線係將化合物溶液中所含的有效成分(化合物)定義為100%時的溶解度曲線。符號b係所有有效成分成為飽和狀態之pH值，係以符號a~b表示之100%有效成分溶解於化合物溶液中之情況。符號e係超過溶解度曲線成為過飽和之pH值，係以符號c~e表示之100%有效成分中，符號c~d間之20%有效成分於化合物溶液中析出，符號d~e間之80%有效成分溶解於化合物溶液中之情況。符號h亦係超過溶解度曲線成為過飽和之pH值，係以符號f~h表示之100%有效成分中，符號f~g間的60%有效成分於化合物溶液中析出，符號g~h間之40%有效成分溶解於化合物溶液中之情況。
溶解於化合物水溶液中之有效成分具有僅溶解於乙酸及甲酸等酸性溶劑之特性，因此化合物溶液的pH較低為pH2~4左右。當將鹼溶液(氨水或氫氧化鈉水溶液等)添加於pH低的化合物溶液時，pH變高(符號b)，如圖5之溶解度曲線所示，有效成分的溶解度緩緩降低，化合物溶液中所含的有效成分於化合物溶液中飽和(符號a)。進而pH變高(符號e)時，有效成分析出(符號c~d)。化合物水溶液之最適液狀態係符號c~e與符號f~h之間的液狀態。另一方面，有效成分於化合物溶液中析出之狀態(符號c~d)係有效成分始終以飽和狀態溶解於化合物溶液中的狀態(符號d~e)，藉由設為此溶液狀態(有效成分析出之飽和溶液)，容易使有效成分與素線1表面之金屬的金屬離子(銅離子)反應，而於素線1表面附近形成錯合物。進而容易於其上形成化合物皮膜2，且化合物皮膜2快速形成。該狀態之化合物溶液，與非飽和之化合物溶液時或即使飽和亦不析出之化合物溶液相比，可更有效地成膜，可提高生產性。而且藉由延長成膜時間，亦可實現厚膜化。
又化合物溶液之pH進一步提高時(例如pH6以上)，則如圖5所示，有效成分之溶解度進一步降低，有效成分更會析出。然而，於有效成分過度析出，化合物溶液中有效成分濃度未達初始濃度(「100%」)之4成(40%)時，即有效成分之析出物變得相當多時，不易實現充分之厚膜化。另一方面，厚膜化係於相較於化合物溶液中有效成分是否析出之飽和狀態，有效成分析出而化合物溶液中有效成分濃度為初始濃度之4成(40%)以上且析出量過多之情況(圖5所示之符號f-g-h右側區域)，或為8成(80%)以下而析出量較少之情況(圖5所示之符號c-d-e的左側區域)時，難以實現充分厚膜化。因此，於有效成分析出且化合物溶液中有效成分濃度為初始濃度(100%)的8成以下(較佳6成以下)且4成以上之範圍時，可實現更厚膜化。
厚膜化之機制認為係化合物溶液中有效成分全部(100%)溶解時，有效成分的化合物成為化合物皮膜2的反應速率緩慢，不易於短時間內厚膜化，但化合物溶液中有效成分未全部溶解而於4成至8成之範圍溶解，其餘析出之情況，析出物容易與構成素線1之金屬的金屬離子結合成為化合物皮膜2，而容易厚膜化。另一方面，認為化合物溶液中僅未達4成之有效成分溶解且析出6成以上時，容易產生析出物沉澱，難以與構成素線1之金屬的金屬離子結合形成化合物皮膜2。此等厚膜化之實現，無需減慢線速、延長擴張生產線，且不進行既有設備之擴大下以短時間內即可形成例如厚度0.02μm以上之化合物皮膜2。
(2)加熱處理
藉由形成經厚膜化之化合物皮膜2，獲得化合物皮膜被覆素線3。本發明中，將成為撚線4之前的化合物皮膜被覆素線3進行加熱處理、將成為撚線4之後的化合物皮膜被覆素線3進行加熱處理、或者以於撚線4之外周被覆絕緣層5之狀態下將化合物皮膜被覆素線3進行加熱處理。藉由如此加熱處理，構成素線1之金屬的金屬離子(銅離子)因熱而擴散，更多的有效成分與銅離子反應結合形成錯合物。其結果，可提高化合物皮膜2之耐熱性，可實現高頻特性之改善。作為加熱處理溫度，係於60~300℃下進行，但基於更促進錯合物形成、皮膜強化及耐熱性提高的觀點，較佳為例如155℃，作為加熱處理時間，基於更促進錯合物形成反應、皮膜強化及耐熱性提高的觀點，較佳進行10~50小時(例如24小時等)。又，加熱處理時點，於成為撚線4之前、成為撚線4之後，及被覆絕緣層5之後均可，但更佳為於被覆絕緣層5後之狀態加熱處理化合物皮膜被覆素線3。
圖6係利用XPS於深度方向之組成分析結果，(A)係未加熱處理之化合物皮膜，(B)係經加熱處理之化合物皮膜。且圖7係利用XPS於深度方向之化學鍵分析結果，(A)係未加熱處理之化合物皮膜，(B)係經加熱處理之化合物皮膜。關於化合物皮膜2是否經加熱處理可利用XPS分析而判別。具體而言，以XPS分析測定厚度方向之銅離子(金屬離子)濃度時，如圖6(A)所示，化合物皮膜2之表層部的銅離子濃度較低而下層部(素線側的部分)的銅離子濃度較高時，可說是未經加熱處理銅離子不會擴散至表層部。另一方面，如圖6(B)所示，若化合物皮膜2之表層部的銅離子濃度與下層部(素線側部分)的銅離子濃度相同程度，則可說是藉由加熱處理使銅離子擴散至表層部。又圖6所示之XPS分析結果係針對C、Cu、N之各成分組成(原子%)加以表示。
又，如圖7(A)所示，於化合物皮膜2之N：Cu的化學鍵比率較小時，可說是未經加熱處理無法充分引起Cu與N之化學鍵。另一方面，如圖7(B)所示，於化合物膜2之N：Cu的化學鍵比率較大時，可說是藉由加熱處理充分引起Cu與N之化學鍵。
又，未對厚膜化之化合物皮膜2進行加熱處理，僅乾燥數秒~數十秒時，銅離子無法充分擴散到表層部，有於化合物皮膜2之全部厚度方向(特別是上側之表面層側)，有效成分與銅離子不反應無法形成錯合物之情況。化合物皮膜2中若有有效成分與銅離子未鍵結之部分，則該部分在100℃左右會分解。本發明中，為了實現厚膜化，必須實現在化合物皮膜2的厚度方向的全部部分，有效成分的咪唑系化合物與銅離子牢固反應而鍵結之狀態，加熱處理係其實現手段。藉由此加熱處理，化合物皮膜2可保持耐熱性至300℃左右。其結果，本發明之絕緣電線之化合物皮膜2的絕緣性比未加熱處理時更優異，其結果，改善高頻特性。
(撚線)
撚線4係如圖3所示，將以化合物皮膜2被覆之化合物皮膜被覆素線3複數根撚合而成者。作為撚合可舉例有集合撚或同心撚等，亦可對撚線施以壓縮加工使外徑更減小。關於加撚間距可任意設定並未特別限定。又，化合物皮膜被覆素線3之根數亦未特別限定，而是根據所要求之製品規格或線圈規格任意設定。
圖1所示之絕緣電線10A係包含例如將19根化合物皮膜被覆素線3撚合之撚線4者。圖2所示之絕緣電線10B係準備例如將19根化合物皮膜被覆素線3撚合成之子撚線4a，準備7根該子絞線4a並進一步撚合成之撚線(母撚線4)。本發明中，可為圖1或圖2之任一形態的絕緣電線10。又後述之實施例中，使用圖2所示之絕緣電線10。
(絕緣層)
絕緣層5較佳是被覆於撚線4外周之例如絕緣性塗佈皮膜、絕緣性擠出樹脂或絕緣性膠帶。該絕緣層5亦可由在焊接溫度可分解之材料所構成。該情況下，可藉由焊接進行末端處理。
作為絕緣層5之構成材料可舉例構成絕緣電線之各種樹脂。例如作為可形成可焊接之絕緣層之樹脂可舉例為聚胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、聚酯醯亞胺樹脂等之熱硬化性樹脂。該等中，較佳為聚胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂。且，非可焊接性者，可舉例聚苯硫醚(PPS)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、氟化樹脂共聚物(全氟烷氧基氟樹脂：PFA)、聚醚醚酮(PEEK)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醯胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)等。
絕緣層5若為絕緣性塗佈皮膜、絕緣性擠出樹脂或絕緣性膠帶，則可為單層亦可為積層。絕緣層5成為積層狀態時，亦可設2層以上之前述相同或不同之熱硬化性樹脂層，亦可於熱硬化性樹脂層上積層熱可塑性樹脂層。且，熱可塑性樹脂層亦可組合捲帶與擠出而積層。
作為絕緣層5之形成方法，以熱硬化性樹脂材料形成絕緣層5時之組成物，除了熱硬化性樹脂材料以外，含有交聯劑或溶劑。且含有根據需要之各種添加劑。該等交聯劑、溶劑及添加劑並未特別限制。絕緣層5係藉由塗佈形成用組成物而形成、捲帶形成、擠出成形而形成。
絕緣層5之厚度即便是單層或積層均無特別限定，但通常較佳為20μm以上。絕緣層5之厚度未達20μm時，有過薄而無法確保充分絕緣性之情況。
[線圈]
本發明之線圈20如圖4(A)所示，係使用上述本發明之絕緣電線10而形成。該線圈20由於使用外徑小的絕緣電線10，故可實現線圈的小型化，並且可提高每單位體積的絕緣電線的佔有率。作為線圈20舉例為例如變壓器線圈、馬達、逆變器、非接觸式電源線圈、電感器、扼流線圈、雜訊濾波器、IH加熱器、電源變壓器等之使用功率半導體之高頻線圈等。
圖4係線圈20之剖面圖，(A)係本發明之絕緣電線10捲繞於線軸21時之剖面圖，(B)係外徑較大之以往絕緣電線22捲繞於線軸21時之剖面圖。如圖4(A)、(B)所示，於相同尺寸之線軸上以相同圈數捲繞絕緣電線時，捲繞本發明之絕緣電線10時之捲繞厚度a相比於捲繞以往之絕緣電線22時之捲繞厚度b更小。
[實施例]
以下，藉由實施例更詳細說明本發明。又，本發明不因此受到限定。
[比較例1]
製備19根直徑0.1mm的軟銅線作為素線1。將19根素線1以40m/min之速度浸漬於咪唑水溶液中0.8秒，接著於100~110℃乾燥，形成設有厚度0.01μm之化合物皮膜2之化合物皮膜被覆素線3。將19根化合物皮膜被覆素線3直接以加撚間距35mm加撚，製作直徑約0.5mm之子撚線4a。另外準備7根如此形成之子撚線4a，以線速60m/min的速度以成為加撚間距45mm之方式撚合，製作直徑約1.34mm之撚線4(母絞線4)。不對該撚線4加熱處理，而於撚線4上形成三層ETFE擠出被膜，形成厚度0.18mm的絕緣層5。如此，製作直徑約1.70mm之比較例1的絕緣電線10。又作為咪唑水溶液，使用苯基咪唑0.5質量%、乙酸4.5質量%、氨0.5質量%、添加劑0.5質量%、水80.0質量%之咪唑水溶液(pH3.9，液溫35℃)。該咪唑水溶液中，不產生包含有效成分的苯基咪唑的有機酸鹽等之析出，所有有效成分均溶入水溶液中。即有效成分濃度為100%(10成)。
[實施例1]
代替比較例1之製作所用之咪唑水溶液，使用烷基苯并咪唑0.8質量%、甲酸5.3質量%、氨水17.5質量%、添加劑0.8質量%、水75.5質量%之咪唑水溶液(pH3.5，液溫50℃)。藉由將pH設為3.5，於咪唑水溶液中發成包含烷基苯并咪唑之有機酸鹽等之析出物。該咪唑水溶液由於產生有效成分析出，以該析出量使咪唑水溶液中有效成分的濃度減少，成為初始濃度之6成濃度。藉由使用此狀態之咪唑水溶液，形成設有厚度0.10μm之化合物皮膜2的化合物皮膜被覆素線3。隨後，於撚線4上形成三層ETFE擠出被膜，形成厚度0.18mm的絕緣層5。對於形成撚線4並形成絕緣層5後之絕緣電線10於155℃下進行24小時之加熱處理。隨後的撚線4以與比較例1同樣進行。因此，製作直徑約1.70mm之實施例1的絕緣電線10。
[實施例2]
將比較例1之製作所用之咪唑水溶液的pH替代為4.2，液溫替代為50℃而使用。該咪唑水溶液因產生有效成分之析出，以其析出量使咪唑水溶液中的有效成分濃度減少，成為未達初始之8成濃度。藉由使用此咪唑水溶液，形成設有厚度0.05μm之化合物皮膜2的化合物皮膜被覆素線3。隨後之撚線4形成、絕緣層5形成及加熱處理與實施例1相同，製造直徑約1.70mm的實施例2之絕緣電線10。
[實施例3]
將氨水添加於實施例1之製作所用之咪唑水溶液中，將pH升至4.0。藉由將pH設為4.0，水溶液中發生包含烷基苯并咪唑之有機酸鹽等之析出物。該咪唑水溶液因產生有效成分之析出物，而以該析出量使咪唑水溶液中之有效成分濃度減少，成為初始的4成濃度。藉由使用此種咪唑水溶液，形成設有厚度0.05μm之化合物皮膜2的化合物皮膜被覆素線3。隨後之撚線4形成、絕緣層5形成及加熱處理與實施例1同樣，製作直徑約1.70mm之實施例3的絕緣電線10。
[實施例4]
將氨水添加於實施例2之製作所用之咪唑水溶液中，使pH升至4.3，將液溫升至70℃。藉由將pH設為4.3，於水溶液中發生包含苯基咪唑之有機酸鹽等的析出物。該咪唑水溶液因產生有效成分之析出物，而以該析出量使咪唑水溶液中之有效成分濃度減少，成為初始的6成濃度。藉由使用此種咪唑水溶液，形成設有厚度0.10μm之化合物皮膜2的化合物皮膜被覆素線3。隨後之撚線4形成、絕緣層5形成及加熱處理與實施例2同樣，製作直徑約1.70mm之實施例4的絕緣電線10。
[比較例2]
實施例1中，未進行加熱處理。除此之外，與實施例1同樣，製作直徑約0.70mm之比較例2的絕緣電線10。又化合物皮膜2之厚度為0.10μm。
[比較例3]
實施例2中，未進行加熱處理。除此之外，與實施例2同樣，製作直徑約0.70mm之比較例3的絕緣電線10。又化合物皮膜2之厚度為0.05μm。
[有效成分濃度之測定]
上述實施例1~4及比較例1~3的絕緣電線之製造所用之化合物溶液中的有效成分濃度，係藉由準備有效成分濃度改變之各化合物溶液，藉由吸光光度法測定各化合物溶液作成校準曲線，基於該校準曲線與實際使用之化合物的測定結果進行測定。吸光光度計係使用UV-1800(島津製作所股份有限公司製)。
[化合物皮膜之厚度測定]
構成上述實施例1~4及比較例1~3之絕緣電線的化合物皮膜2之厚度係藉由以下任一方法測定：以掃描型電子顯微鏡之測定方法、以透過型電子顯微鏡之測定方法或將化合物皮膜2溶解於鹽酸溶液中，使用以已知濃度作成之校準曲線，自吸光光度測定換算皮膜厚度之測定方法。上述實施例1~4及比較例1~3中，基於吸光光度測定換算皮膜厚度。
[高頻特性之測定]
使用實施例1、2及比較例1~3中製作之絕緣導線，以安捷倫技術公司製之HP4284A精密LCR計，評價高頻區域之交流電阻(Ls(μH)、Rs(Ω))。該評價時，將絕緣電線捲繞於外徑40mm之線軸上繞5圈，作成線圈形狀進行測定。圖8顯示高頻電阻值之頻率特性，(A)係實施例1與比較例1、2之結果，(B)係實施例2與比較例1、3之結果。該結果亦示於表1、表2。如表1所示，經厚膜化及經加熱處理之實施例1，與未厚膜化亦未加熱處理之比較例1相比，改善了51%之300kHz下之高頻特性與經厚膜化但未加熱處理之比較例2相比，改善了38%之300kHz下之高頻特性。且，如表2所示，經厚膜化及加熱處理之實施例2，與未厚膜化亦未加熱處理之比較例1相比，改善了49%之300kHz下之高頻特性，與厚膜化但未加熱處理之比較例3相比，改善了22%之300kHz下之高頻特性。
1:素線
2:化合物皮膜
3:化合物皮膜被覆素線
4:撚線(母撚線)
4a:子撚線
5:絕緣層
10,10A,10B:絕緣電線
20:線圈
21:線軸
22:外徑較大之以往絕緣電線
[圖1]係顯示本發明之絕緣電線之一例之剖面構成圖。
[圖2]係顯示本發明之絕緣電線之另一例之剖面構成圖。
[圖3]係構成圖2所示之絕緣電線的子撚線之說明圖。
[圖4]係顯示本發明之電子零件之例的剖面構成圖(A)、(B)。
[圖5]係顯示化合物溶液中有效成分濃度與pH之關係的示意圖。
[圖6]係利用XPS之深度方向之組成分析結果，(A)係未經加熱處理之化合物皮膜，(B)係經加熱處理之化合物皮膜。
[圖7]係利用XPS之深度方向之化學結合分析之結果，(A)係未經加熱處理之化合物皮膜，(B)係經加熱處理之化合物皮膜。
[圖8]係高頻電阻值之頻率特性，(A)係實施例1與比較例1、2之結果，(B)係實施例1與比較例1、3之結果。
1:素線
2:化合物皮膜
3:化合物皮膜被覆素線
4:撚線(母撚線)
4a:子撚線
5:絕緣層
10,10B:絕緣電線
Claims (11)
- 一種絕緣電線，其特徵係用以密接、捲線成為線圈之絕緣電線，且具有 以自構成素線之金屬的金屬離子及與該金屬離子形成錯合物之化合物的有效成分形成之化合物皮膜被覆之化合物皮膜被覆素線，及 被覆於將前述化合物皮膜被覆素線複數根合撚之撚線外周的絕緣層， 成為前述撚線之前的前述化合物皮膜被覆素線、成為前述撚線後之前述化合物皮膜被覆素線或於前述撚線之外周被覆前述絕緣層後之前述化合物皮膜被覆素線係經加熱處理者。
- 如請求項1之絕緣電線，其中前述化合物皮膜係咪唑系化合物皮膜。
- 如請求項1或2之絕緣電線，其中前述化合物皮膜之厚度為0.02μm以上。
- 如請求項1至3中任一項之絕緣電線，其中前述化合物皮膜係以於焊接溫度分解的材料所構成。
- 如請求項1至4中任一項之絕緣電線，其中前述絕緣層係選自由絕緣性塗佈皮膜、絕緣性擠出樹脂、絕緣性帶及該等之組合所形成。
- 一種線圈，其係使用如請求項1至5中任一項之絕緣電線而形成。
- 如請求項6之線圈，其係電源變壓器用。
- 一種絕緣電線之製造方法，其特徵係用以密接、捲線成為線圈之絕緣電線之製造方法，該方法係 將包含與構成素線之金屬的金屬離子形成錯合物之化合物的有效成分之溶液與前述素線接觸並乾燥，而於前述素線上設置由前述金屬離子與前述化合物之有效成分形成之化合物皮膜，形成化合物皮膜被覆素線， 將前述化合物皮膜被覆素線複數根合撚作成撚線， 於前述撚線之外周形成絕緣層， 將成為前述撚線之前的前述化合物皮膜被覆素線、成為前述撚線後之前述化合物皮膜被覆素線或於前述撚線之外周被覆前述絕緣層後之前述化合物皮膜被覆素線進行加熱處理。
- 如請求項8之絕緣電線之製造方法，其中構成前述化合物皮膜之有效成分於溶入前述化合物之溶液中的比例為最初之4成以上。
- 如請求項8或9之絕緣電線之製造方法，其中前述有效成分係咪唑系化合物。
- 如請求項8至10中任一項之絕緣電線之製造方法，其中前述化合物皮膜之厚度為0.02μm以上。
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