TWI550648B - Insulated wires and manufacturing methods using such coils and insulated wires - Google Patents

Description

絕緣電線及使用此之線圈以及絕緣電線之製造方法

本發明係關於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，本發明係關於電源變壓器用線圈或開關電源用線圈等所使用之可以低成本實現線圈之小型化或占空係數(space factor)之提高之絕緣電線及使用其之線圈以及絕緣電線之製造方法。

扼流線圈(choke coil)、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~數百kHz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，提案占空 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。

[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。又，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上之絕緣皮膜成為數μm左右之厚度。例如專利文獻1中記載之導體直徑0.3mm 之2種聚胺基甲酸酯漆包線之皮膜厚為10μm~18μm。假定，專利文獻1中記載之導 體直徑0.3mm 之聚胺基甲酸酯漆包線為3種時，皮膜厚成為7~13μm左右。因此，於絞合線之外側以如專利文獻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之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占空係數減低。又，此處所謂「2種」、「3種」係指基於「JIS(日本工業規格)C 3202」者(對應之歐美規格為「IEC 60317」(歐洲)及「NEMA MW1000C」(美國))。

又，前述絞合線直接焊接時，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。且，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，前述之絞合線於去除絕緣皮膜後進行焊接時，有步驟數增加或皮膜去除時斷線等之問題。且，前述絞合線由於係對素線一根根重複進行漆包塗佈與高溫乾燥而施以漆包皮膜後將漆包線複數根撚合而得，故製造步驟多，結果與單線之絕緣電線等相比，更大幅昂貴。

本發明係為解決上述課題而完成者。其目的係可便宜地提供一種電源變壓器用線圈或開關電源用線圈等所使用之可實現線圈之小型化或占空係數之提高且可更容易進行焊接之絕緣電線及使用其之線圈以及低成本之絕緣電線之製造方法。

(1)用以解決上述課題之本發明之絕緣電線係密接並捲線而作成線圈用之絕緣電線，其特徵係具有素線(plain wire)之構成金屬、以由與前述金屬形成錯合物之化合物形成之化合物皮膜所被覆之化合物皮膜被覆素線、及被覆於使該化合物皮膜被覆素線經複數條撚合而成之撚線的外周之絕緣層。

依據本發明，由於具有素線之構成金屬、以由與其金屬形成錯合物之化合物形成之化合物皮膜所被覆之化合物皮膜被覆素線，故可使被覆之化合物皮膜厚度較薄，可使於以該化合物皮膜被覆之化合物皮膜被覆素線撚合而成之撚線的外周被覆絕緣層而成之絕緣電線外徑減小。結果，藉由使用該絕緣電線，而可實現線圈之小型化，並且可提高每單位體積之絕緣電線之占空係數。又，化合物皮膜之形成可藉由使化合物溶液與素線接觸並乾燥而進行，故可藉由比以往漆包皮膜更簡易之裝置形成，可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。

本發明之絕緣電線中，較佳前述化合物皮膜係與前述構成金屬形成錯合物之咪唑化合物皮膜。

本發明之絕緣電線中，前述化合物皮膜係較佳以於焊接溫度會分解之材料構成。

本發明之絕緣電線中，較佳前述絕緣層係絕緣性塗佈皮膜、絕緣性擠出樹脂或絕緣性膠帶。

(2)用以解決上述課題之本發明之線圈，其特徵係使用上述本發明之絕緣電線而形成。

依據本發明，由於使用具有以厚度較薄之化合物皮膜所被覆之化合物皮膜被覆素線之絕緣電線，故可使絕緣電線之外徑減小，可實現線圈之小型化，且可提高每單位體積之絕緣電線之占空係數。

本發明之線圈中，可構成為電源變壓器用。

(3)用以解決上述課題之本發明之絕緣電線之製造方法，其係密接並捲線而作成線圈用之絕緣電線之製造方法，其特徵為使與素線之構成金屬形成錯合物之化合物溶液與前述素線接觸、乾燥，以前述金屬與由前述化合物形成之化合物皮膜而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條撚合而製作撚線，於前述撚線之外周形成絕緣層。

依據本發明之絕緣電線及其製造方法，由於具有以由與素線之構成金屬形成錯合物之化合物皮膜所被覆之化合物皮膜被覆素線，故可使被覆之化合物皮膜厚度較薄，可使於以該化合物皮膜所被覆之化合物皮膜被覆素線撚合而成之撚線的外周被覆絕緣層而成之絕緣電線外徑減小。且於末端處理時容易進行焊接。又，可便宜地提供絕緣電線。

依據本發明之線圈，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占空係數。

1‧‧‧素線

2‧‧‧化合物皮膜

3‧‧‧化合物皮膜被覆素線

4‧‧‧撚線

5‧‧‧絕緣層

10‧‧‧絕緣電線

20‧‧‧電子零件(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係圖1之絕緣電線說明圖。

圖3係顯示本發明之電子零件之例的剖面構成圖(A)、(B)。

以下，針對本發明之絕緣電線及使用此之線圈以及絕緣電線之製造方法，參考圖式加以說明。又，本發明不限定於圖示之實施形態。

[絕緣電線]

本發明之絕緣電線10係於電源變壓器用線圈或開關電源用線圈等所使用之可以低成本實現線圈之小型化或占空係數之提高者。而且，該絕緣電線10係密接並捲線而作成線圈用之絕緣電線，如圖1及圖2所示，具有素線1之構成金屬、以由與其構成金屬形成錯合物之化合物形成之化合物皮膜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。

該絕緣電線10中，化合物皮膜2之厚度其性質上變薄，可使所得絕緣電線10之外徑減小。其結果，藉由使用該絕緣電線10，而可以低成本實現線圈之小型化，並且可提高每單位體積之絕緣電線10之占空係數。

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」。

(素線)

素線1係構成撚線4之導體。較佳為可焊接之導電性之導體。素線1之材質可為銅或銅合金、鋁或鋁合金、包覆銅之鋁等之複合材料、對該等鍍敷其他金屬之材料。

素線本身亦可為可焊接，於導體本身不可焊接時，亦可藉由鍍敷等而成為可焊接。作為藉鍍敷等而設之可焊接之金屬可舉例為錫、焊料、鎳、金、銀、銅、鈀、或該等之1種或2種以上之合金。

素線1之直徑並未特別限定，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為與構成素線1之金屬形成錯合物之化合物之皮膜，且設於素線1之外周。此種化合物只要具有 與素線1之構成金屬形成錯合物之性質的化合物即可。該化合物皮膜2儘管薄如後述之厚度，其電阻值亦不會如以往之漆包皮膜般高，但於數十kHz~數百kHz之高頻區域中之交流電阻之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咪唑、胺有機酸鹽等。其中，可較佳地舉例下述化學式1所示之咪唑。該咪唑可自市售者獲得。咪唑藉由與構成素線1之例如銅反應，而形成下述化學式2、3所示之銅咪唑錯合物。化合物皮膜2係可以如此之銅咪唑錯合物形成之咪唑皮膜。

化合物皮膜2係化合物與構成素線1之例如銅反應而得之層，厚度較佳為0.01μm以上、0.5μm以下。由於以該範圍內之厚度設置化合物皮膜2，故可防止素線1之氧化，可成為焊料濡濕性優異者。再者，可貢獻於減小最終絕緣電線10之直徑。又，化合物皮膜2由於並不如以往漆包皮膜般厚，故焊接時燒除渣滓非常微量，而有不易發生因焊接連接部之燒除渣滓引起之問題的優點。又，以往中，漆包皮膜係胺基甲酸酯等之耐熱溫度低者雖可直接焊接，但此時會發生焊接渣滓而作為焊接異物 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，於焊接前有必要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。

又，化合物皮膜2由於具有如此薄之厚度，故可使以薄的化合物皮膜2被覆之化合物皮膜被覆素線3撚合而成之撚線4之外周被覆後述之絕緣層5而成之絕緣電線10之外徑減小。

化合物皮膜2較佳係以在焊接溫度會分解之材料構成。此時之焊接溫度為在200℃~450℃範圍內之任何溫度。上述咪唑、胺有機鹽由於均在焊接溫度分解，故最終之末端處理時可進行焊接之末端處理。

化合物皮膜2之形成可藉由使化合物溶液與素線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，可便宜地提供使用此之絕緣電線10。

(撚線)

撚線4係將以化合物皮膜2被覆之化合物皮膜被覆素線3複數條撚合而成者。作為撚合可舉例有集合捻或同心捻等，亦可對撚線施以壓縮加工使外徑更減小。關於加捻間距可任意設定並未特別限定。又，化合物皮膜被覆素線3之條數並未特別限定，而是根據所要求之製品規格或線圈規格任意設定。

(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、絕緣性膠帶，則可為單層亦可為積層。絕緣層5成 為積層形態時，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，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。

[電子零件]

本發明之電子零件20係如圖3(A)所示，使用上述本發明之絕緣電線10而形成之線圈。該電子零件20由於使用外徑小的絕緣電線10，故可實現線圈之小型化，且可提高每單位體積之絕緣電線之占空係數。

圖3係線圈(電子零件20)之剖面圖。(A)係本發明之絕緣電線10密接於線軸21之捲線捲繞時之剖面圖。(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3(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，利用實施例更詳細說明本發明。又，本發明不因此受到限定。

[實施例1]

準備21條直徑0.1mm之銅線作為素線1。將21條素線1以50m/分鐘之速度浸漬於咪唑水溶液中0.3秒，接著在130℃乾燥，形成設有厚度0.1μm之化合物皮膜2之化合物皮膜被覆素線3。21條化合物皮膜被覆素線3直接以間距18mm加捻，製作直徑約0.53mm之撚線4。又，作為咪唑水溶液係使用咪唑5質量%、乙酸10質量%、其他添加劑0.5質量%左右之水溶液。

接著，於撚線4上，形成使PET帶捲繞3層之厚度85μm之絕緣層5。如此製作直徑約0.70mm之絕緣電線10。

[實施例2]

實施例1中，將21條素線1以10m/分鐘之速度浸漬於咪唑水溶液中1.5秒，接著在130℃乾燥，形成設有厚度0.5μm之化合物皮膜2之化合物皮膜被覆素線3。除此之外，與實施例1同樣，製作撚線4及絕緣電線10。

[比較例1]

製作以往之漆包絞合線。準備21條直徑0.1mm之銅線作為素線1。21條素線1分別以以往方法重複5次之漆包塗佈及於360℃之加熱乾燥而燒附漆包，形成設有厚度3μm之漆包層之化合物皮膜被覆素線3，且分別捲取於線軸上。隨後，自21個線軸抽出化合物皮膜被覆素線3，以間距18mm加捻，製作直徑約0.56mm絞合線。又，漆包塗佈材料係使用以溶劑稀釋聚胺基甲酸酯樹脂塗料(商品名：TPU F2-NC，東特塗料股份有限公司製)者。

接著，於絞合線上，形成使PET帶捲繞3層之厚度85μm之絕緣層5。如此製作直徑約0.73mm之外徑較大之以往絕緣電線22。

[高頻區域之交流電阻之評價]

使用實施例1、2及比較例1製作之絕緣電線，以Agilent Technologies公司製之HP4284A Precision LCR計評價高頻區域之交流電阻。於該評價時，將絕緣電線於外徑87mm之線軸上捲繞5圈作成線圈形狀進行測定。結果示於表1。由表1之結果，確認實施例1、2之絕緣電線10獲得與比較例1同等之結果，在高頻區域之交流電阻上升受抑制而可使用作為絕緣電線使用。

[焊接評價]

使用實施例1、實施例2及比較例1製作之撚線4及絞合線進行焊接評價。焊接係將撚線4及絞合線之單側之距離端部10mm之長度於溫度設定於300℃、350℃、370℃、400℃、430℃之熔融焊料(焊料種類：千住金屬工業股份有限公司製，商品名：M31，組成：Sn-3.5Ag-0.75Cu)接觸至附加焊料為止之時間，測定其時間。接觸係藉由於熔融焊料槽中升降之移動浸漬法進行。其結果示於表2。由表2之結果，實施例1、實施例2之撚線4可以比比較例1之絞合線更短的時間焊接。且實施例1、實施例2之撚線4由於並無漆包層，故有僅發生微量燒除渣滓之優點，於接續之連接步驟中不會引起問題。

[細徑化]

實施例1、實施例2之絕緣電線10之直徑約0.70mm。比較例1之絕緣電線22直徑約0.73mm。實施例1、實施例2之絕緣電線10相較於在高頻區域之交流電阻同程度之比較例1之絕緣電線22，可實現4%之細徑化。

1‧‧‧素線

2‧‧‧化合物皮膜

3‧‧‧化合物皮膜被覆素線

4‧‧‧撚線

5‧‧‧絕緣層

10‧‧‧絕緣電線

Claims (6)

1. 一種絕緣電線，其係密接並捲線而作成線圈用之絕緣電線，其特徵係具有素線(plain wire)之構成金屬、以由與前述金屬形成錯合物之化合物形成之化合物皮膜所被覆之化合物皮膜被覆素線、及被覆於使該化合物皮膜被覆素線經複數條撚合而成之撚線的外周之絕緣層；前述化合物皮膜係與前述構成金屬形成錯合物之咪唑化合物皮膜。
2. 如請求項1之絕緣電線，其中前述化合物皮膜係以於焊接溫度會分解之材料構成。
3. 如請求項1或2之絕緣電線，其中前述絕緣層係藉由絕緣性塗佈皮膜、絕緣性擠出樹脂或絕緣性膠帶、及彼等之組合所形成。
4. 一種線圈，其特徵係使用如請求項1~3中任一項之絕緣電線而形成。
5. 如請求項4之線圈，其係電源變壓器用。
6. 一種絕緣電線之製造方法，其係密接並捲線而作成線圈用之絕緣電線之製造方法，其特徵為使與素線之構成金屬形成錯合物之化合物溶液與前述素線接觸、乾燥，以前述金屬與由前述化合物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條撚合而製作撚線，於前述撚線之外周形成絕緣層。