特開 2024-112468 平角成形撚線とその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024112468

(43)【公開日】2024-08-21

(54)【発明の名称】平角成形撚線とその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01B 5/08 20060101AFI20240814BHJP

   H01B 7/02 20060101ALI20240814BHJP

   H01B 13/00 20060101ALI20240814BHJP

   H01F 5/00 20060101ALI20240814BHJP

   H02K 3/14 20060101ALI20240814BHJP

   H02K 15/04 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

H01B5/08

H01B7/02 A

H01B13/00 517

H01F5/00 F

H02K3/14

H02K15/04 Z

【審査請求】有

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023017500

(22)【出願日】2023-02-08

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000002255

【氏名又は名称】ＳＷＣＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】小山 陽平

(72)【発明者】

【氏名】桑原 優

(72)【発明者】

【氏名】平井 一臣

(72)【発明者】

【氏名】野崎 裕人

【テーマコード（参考）】

5G307

5G309

5H603

5H615

【Ｆターム（参考）】

5G307EA09

5G307EC07

5G307EF10

5G309MA18

5H603AA01

5H603CE04

5H603FA17

5H603FA22

5H603FA26

5H615AA01

5H615QQ03

5H615SS02

5H615SS25

(57)【要約】

【課題】導体占積率が高く、渦電流による損失が低い平角成形撚線とその製造方法を提供すること。
【解決手段】平角成形撚線は、第１の方向に撚られた複数の第１素線、および複数の第１素線上で第１の方向に対して反対の第２の方向に撚られた複数の第２素線を含む。複数の第１素線、および複数の第２素線の各々は、金属を含む導体と導体を被覆する絶縁皮膜を有する。複数の第１素線、および複数の第２素線は融着層によって固定される。複数の第２素線の導体の断面積の平均値は、複数の第１素線の導体の断面積の平均値以上である。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に撚られた複数の第１素線、および
前記複数の第１素線上で前記第１の方向に対して反対の第２の方向に撚られた複数の第２素線を含み、
前記複数の第１素線、および前記複数の第２素線の各々は、金属を含む導体と前記導体を被覆する絶縁皮膜を有し、
前記複数の第１素線、および前記複数の第２素線は融着層によって固定され、
前記複数の第２素線の導体の断面積の平均値は、前記複数の第１素線の導体の断面積の平均値以上である、平角成形撚線。

【請求項2】

前記複数の第１素線の数は２以上１０以下であり、
前記複数の第２素線の数は６以上２４以下であり、かつ、前記複数の第１素線の前記数よりも多い、請求項１に記載の平角成形撚線。

【請求項3】

第１の方向に撚られた複数の第１素線、
前記複数の第１素線上で前記第１の方向に対して反対の第２の方向に撚られた複数の第２素線、および
前記複数の第２素線上で前記第１の方向に撚られた複数の第３素線を含み、
前記複数の第１素線、前記複数の第２素線、および前記複数の第３素線の各々は、金属を含む導体と前記導体を被覆する絶縁皮膜を有し、
前記複数の第１素線、前記複数の第２素線、および前記複数の第３素線は融着層によって固定され、
前記複数の第２素線の導体の断面積の平均値は、前記複数の第１素線の導体の断面積の平均値以上であり、前記複数の第３素線の導体の断面積の平均値以下である、平角成形撚線。

【請求項4】

前記複数の第１素線の数は２以上１０以下であり、
前記複数の第２素線の数は６以上２４以下であり、かつ、前記複数の第１素線の前記数よりも多く、
前記複数の第３素線の数は１０以上３５以下であり、かつ、前記複数の第２素線の前記数よりも多い、請求項３に記載の平角成形撚線。

【請求項5】

第１の方向に撚られた複数の第１素線、
前記複数の第１素線上で前記第１の方向に対して反対の第２の方向に撚られた複数の第２素線、
前記複数の第２素線上で前記第１の方向に撚られた複数の第３素線、および
前記複数の第３素線上で前記第２の方向に撚られた複数の第４素線を含み、
前記複数の第１素線、前記複数の第２素線、前記複数の第３素線、および前記複数の第４素線の各々は、金属を含む導体と前記導体を被覆する絶縁皮膜を有し、
前記複数の第１素線、前記複数の第２素線、前記複数の第３素線、および前記複数の第４素線は融着層によって固定され、
前記複数の第２素線の導体の断面積の平均値は、前記複数の第１素線の導体の断面積の平均値以上であり、前記複数の第３素線の導体の断面積の平均値は、前記複数の第２素線の導体の断面積の平均値以上であり、前記複数の第４素線の導体の断面積の平均値以下である、平角成形撚線。

【請求項6】

前記複数の第１素線の数は２以上１０以下であり、
前記複数の第２素線の数は６以上２４以下であり、かつ、前記複数の第１素線の前記数よりも多く、
前記複数の第３素線の数は１０以上３５以下であり、かつ、前記複数の第２素線の前記数よりも多く、
前記複数の第４素線の数は１１以上５６以下であり、かつ、前記複数の第３素線の前記数よりも多い、請求項５に記載の平角成形撚線。

【請求項7】

最外層の前記複数の素線を被覆する共通絶縁層をさらに含む、請求項１から６の何れか１項に記載の平角成形撚線。

【請求項8】

８０％以上の導体占積率を有する、請求項７に記載の平角成形撚線。

【請求項9】

複数の第１素線を第１の方向で撚って第１の巻線を形成する工程、
前記第１の巻線を圧延する工程、
圧延された前記第１の巻線上で前記第１の方向に対して反対の第２の方向で複数の第２素線を撚って第２の巻線を形成する工程、
前記第２の巻線を圧延する工程、
圧延された前記第２の巻線を焼鈍する工程、
焼鈍された前記第２の巻線の上で前記第１の方向で複数の第３素線を撚って第３の巻線を形成する工程、および
前記第３の巻線を圧延する工程を含み、
前記複数の第１素線、前記複数の第２素線、および前記複数の第３素線の各々は、金属を含む導体と前記導体を被覆する絶縁皮膜を有し、
圧延後の前記第３の巻線において、前記複数の第２素線の導体の断面積の平均値は、前記複数の第１素線の導体の断面積の平均値以上であり、前記複数の第３素線の導体の断面積の平均値以下である、平角成形撚線の製造方法。

【請求項10】

撚る前の前記複数の第２素線の前記導体の前記断面積の前記平均値は、撚る前の前記複数の第１素線の前記導体の前記断面積の前記平均値以下であり、撚る前の前記複数の第３素線の前記導体の前記断面積の前記平均値以上である、請求項９に記載の平角成形撚線の製造方法。

【請求項11】

前記複数の第１素線の数は２以上１０以下であり、
前記複数の第２素線の数は６以上２４以下であり、かつ、前記複数の第１素線の前記数よりも多く、
前記複数の第３素線の数は１０以上３５以下であり、かつ、前記複数の第２素線の前記数よりも多い、請求項９に記載の平角成形撚線の製造方法。

【請求項12】

前記第３の巻線の上で前記第２の方向で複数の第４素線を撚って第４の巻線を形成する工程、および
前記第４の巻線を圧延する工程をさらに含み、
前記複数の第４素線は、金属を含む導体と前記導体を被覆する絶縁皮膜を有し、
圧延後の前記第４の巻線において、前記複数の第３素線の導体の断面積の平均値は、前記複数の第４素線の導体の断面積の平均値以下である、請求項９に記載の平角成形撚線の製造方法。

【請求項13】

撚る前の前記複数の第３素線の前記導体の前記断面積の前記平均値は、撚る前の前記複数の第４素線の前記導体の前記断面積の前記平均値以上である、請求項１２に記載の平角成形撚線の製造方法。

【請求項14】

前記複数の第１素線の数は２以上１０以下であり、
前記複数の第２素線の数は６以上２４以下であり、かつ、前記複数の第１素線の前記数よりも多く、
前記複数の第３素線の数は１０以上３５以下であり、かつ、前記複数の第２素線の前記数よりも多く、
前記複数の第４素線の数は１１以上５６以下であり、かつ、前記複数の第３素線の前記数よりも多い、請求項１２に記載の平角成形撚線の製造方法。

【請求項15】

前記複数の各素線の各々は、前記絶縁皮膜を被覆する融着層をさらに有し、
前記焼鈍は、前記融着層の融点以上の温度で行われる、請求項９から１４の何れか１項に記載の平角成形撚線の製造方法。

【請求項16】

前記平角成形撚線の最外層の前記巻線を被覆する共通絶縁層を形成する工程をさらに含む、請求項９から１４の何れか１項に記載の平角成形撚線の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態の一つは、平角成形撚線に関する。

【背景技術】

【0002】

電磁気回路やモータ、リアクトルなどに用いられる撚線は、銅線等の線状の導体の外周に絶縁塗料（絶縁ワニスとも呼ばれる）を塗布して焼き付けることにより導体が絶縁皮膜で被覆されたエナメル線を素線として、複数の素線が撚られた構造（リッツ線と呼ばれる）を有している。複数の素線の導体部分の総断面積と同一の断面積を有する単一の導体のエナメル線を素線として用いる場合と比較し、複数の素線を含む撚線を用いることで、渦電流による損失を低減することができる。特に、撚線を断面平角状に成形したものが、導体占積率が高く、また、整列巻きが容易なことから広く用いられている（例えば特許文献１から３参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－８７８６８号公報

【特許文献2】特開２００９－１９９７４９号公報

【特許文献3】特開２０１１－１９８７２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献２、３に開示の導線では、分割された複数の素線の数が少ないため、８０～９０％以上の高い導体占積率を得ることが困難である。また、特許文献１に開示の平角成形撚線では、分割された複数の素線の数が多いものの、使用される導体外径が１．８ｍｍであり、小型のモータに適用する場合など、より細い素線（導体）径が求められる場合に高い導体占積率を得ることが困難であった。

【0005】

本発明の実施形態の一つは、新規な構造を有する平角成形撚線とその製造方法を提供することを課題の一つとする。あるいは、本発明の実施形態の一つは、導体占積率が高く、渦電流による損失が低い平角成形撚線とその製造方法を提供することを課題の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施形態の一つは、平角成形撚線である。当該平角成形撚線は、第１の方向に撚られた複数の第１素線、および複数の第１素線上で第１の方向に対して反対の第２の方向に撚られた複数の第２素線を含む。複数の第１素線、および複数の第２素線の各々は、金属を含む導体と導体を被覆する絶縁皮膜を有する。複数の第１素線、および複数の第２素線は融着層によって固定される。複数の第２素線の導体の断面積の平均値は、複数の第１素線の導体の断面積の平均値以上である。

【0007】

本発明の実施形態の一つは、平角成形撚線である。当該平角成形撚線は、第１の方向に撚られた複数の第１素線、複数の第１素線上で第１の方向に対して反対の第２の方向に撚られた複数の第２素線、および複数の第２素線上で第１の方向に撚られた複数の第３素線を含む。複数の第１素線、複数の第２素線、および複数の第３素線の各々は、金属を含む導体と導体を被覆する絶縁皮膜を有する。複数の第１素線、複数の第２素線、および複数の第３素線は融着層によって固定される。複数の第２素線の導体の断面積の平均値は、複数の第１素線の導体の断面積の平均値以上であり、複数の第３素線の導体の断面積の平均値以下である。

【0008】

本発明の実施形態の一つは、平角成形撚線である。当該平角成形撚線は、第１の方向に撚られた複数の第１素線、複数の第１素線上で第１の方向に対して反対の第２の方向に撚られた複数の第２素線、複数の第２素線上で第１の方向に撚られた複数の第３素線、および複数の第３素線上で第２の方向に撚られた複数の第４素線を含む。複数の第１素線、複数の第２素線、複数の第３素線、および複数の第４素線の各々は、金属を含む導体と導体を被覆する絶縁皮膜を有する。複数の第１素線、複数の第２素線、複数の第３素線、および複数の第４素線は融着層によって固定される。複数の第２素線の導体の断面積の平均値は、複数の第１素線の導体の断面積の平均値以上である。複数の第３素線の導体の断面積の平均値は、複数の第２素線の導体の断面積の平均値以上であり、複数の第４素線の導体の断面積の平均値以下である。

【0009】

本発明の実施形態の一つは、平角成形撚線の製造方法である。当該製造方法は、複数の第１素線を第１の方向で撚って第１の巻線を形成する工程、第１の巻線を圧延する工程、圧延された第１の巻線上で第１の方向に対して反対の第２の方向で複数の第２素線を撚って第２の巻線を形成する工程、第２の巻線を圧延する工程、圧延された第２の巻線を焼鈍する工程、焼鈍された第２の巻線の上で第１の方向で複数の第３素線を撚って第３の巻線を形成する工程、および第３の巻線を圧延する工程を含む。複数の第１素線、複数の第２素線、および複数の第３素線の各々は、金属を含む導体と導体を被覆する絶縁皮膜を有する。圧延後の第３の巻線において、複数の第２素線の導体の断面積の平均値は、複数の第１素線の導体の断面積の平均値以上であり、複数の第３素線の導体の断面積の平均値以下である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る平角成形撚線の模式的側面図。

【図2A】本発明の実施形態に係る平角成形撚線の模式的端面図。

【図2B】本発明の実施形態に係る平角成形撚線に含まれる素線の模式的端面図。

【図3】本発明の実施形態に係る平角成形撚線の製造方法を示すフローチャート。

【図4】本発明の実施形態に係る平角成形撚線の製造方法を示す模式図。

【図5】本発明の実施形態に係る平角成形撚線の製造方法を示す模式図。

【図6A】本発明の実施形態に係る平角成形撚線の製造方法で用いられる素線の模式的端面図。

【図6B】本発明の実施形態に係る平角成形撚線の製造方法を説明する模式的端面図。

【図6C】本発明の実施形態に係る平角成形撚線の製造方法を説明する模式的端面図。

【図6D】本発明の実施形態に係る平角成形撚線の製造方法を説明する模式的端面図。

【図7A】本発明の実施形態に係る平角成形撚線の模式的端面図。

【図7B】本発明の実施形態に係る平角成形撚線の模式的端面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の各実施形態について、図面などを参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

【0012】

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。同一、あるいは類似する複数の構造を総じて表す際にはこの符号が用いられ、これらを個々に表す際には符号の後にハイフンと自然数が加えられる。また、一つの構造の一部を示す際には、符号の後に小文字のアルファベットを付すことがある。

【0013】

以下、本発明の実施形態の一つに係る平角成形撚線とその製造方法について説明する。

【0014】

１．平角成形撚線の構造
本発明の実施形態の一つに係る平角成形撚線１００は、電磁気回路や各種モータ、リアクトルなどのコイルに利用可能な巻線である。平角成形撚線１００の模式的側面図（図１）と図１の鎖線Ａ－Ａ´に沿った端面の模式図（図２Ａ）に示すように、平角成形撚線１００は、撚られた複数の素線１０２、および複数の素線１０２を被覆する共通絶縁層１０８を含む。後述する図６Ａに示すように、撚られる前の個々の素線１０２は、いわゆるエナメル線であり、銅やアルミニウムなどの電気伝導率の高い金属を含む端面が円形の導体１０４と導体１０４を被覆する絶縁皮膜１０６を含む。図６Ａに示す実施の形態では、絶縁皮膜１０６の外周にさらに融着層１１０を備える。撚られる前の導体１０４は、例えば０．２ｍｍ以上１．１ｍｍ以下の外径を有している。絶縁皮膜１０６には、例えばポリウレタン、ポリエステルイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの高分子を含む材料を適用することができ、絶縁皮膜１０６は導体１０４の外周に焼き付けて形成される。撚られる前の絶縁皮膜１０６は、例えば３μｍ以上７μｍ以下の厚さを有しており、絶縁皮膜１０６によって導体１０４同士が絶縁される。したがって、平角成形撚線１００は互いに絶縁された複数の素線１０２が撚られた構造を有しており、このため、平角成形撚線１００は平角リッツ線、あるいは平角状の分割巻線、集合撚線、集合導体、集合導線などとも呼ばれる。単一の素線で構成される巻線を利用する場合と比較し、複数の素線で平角成形撚線１００を構成することで渦電流損失が抑制されるため、平角成形撚線１００を用いることで効率の高い電磁気回路やモータなどを提供することができる。

【0015】

融着層１１０は、絶縁皮膜１０６よりも低い融点、ガラス転移点を有する熱可塑性高分子を含み、可撓性高分子としては、ポリエーテルスルホン、ポリビニルブチラール、ポリアミド、ポリエステルなどが例示される。後述するように、撚られる前の個々の素線１０２の絶縁皮膜１０６を被覆する融着層１１０は、後述する焼鈍工程で溶融し、その後再度固化するため、複数の素線１０２を強固に固定するための接着剤として機能する。したがって、平角成形撚線１００では、隣接する素線１０２は、接着剤として機能する融着層１１０によって固定される。

【0016】

共通絶縁層１０８は樹脂を含み、樹脂としてはポリ塩化ビニルやポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂、パーフルオロアルコキシアルカンポリマー（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素含有樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが例示される。共通絶縁層１０８は、例えば２５μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有している。

【0017】

平角成形撚線１００は、後述する製造方法に起因して全体として四角形または四角形に近い平角状の端面を有しており（図２Ａ）、そのアスペクト比（厚さＴに対する幅Ｗの比）は、例えば１．０以上２．０以下である。厚さＴと幅Ｗには制約はないが、例えば厚さＴは１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、幅Ｗは１．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲から適宜選択すればよい。同様に、平角成形撚線１００における個々の素線１０２も四角形、または四角形に近い端面形状を有しており（図２Ｂ）。そのアスペクト比（厚さｔに対する幅ｗの比）も１．０以上２．０以下でもよい。ただし、平角成形撚線１００全体の端面形状と個々の素線１０２の端面形状の輪郭は、複数の曲線のみ、または複数の曲線と直線を含んでもよい。なお、ここで幅Ｗとは、平角成形撚線１００が延伸する方向に垂直な方向における端面の最大長であり、厚さＴは、幅Ｗに対して垂直な方向における当該端面の最大長として定義することができる。素線１０２に対する厚さｔと幅ｗも同様である。

【0018】

図１と図２Ａから理解されるように、平角成形撚線１００は三層構造を形成し、各層が複数の素線１０２によって構成される。具体的には、平角成形撚線１００は、その中心部分に配置される複数（例えば、２から１０）の第１素線１０２－１、複数の第１素線１０２－１を囲むように設けられる複数（例えば、６から２４）の第２素線１０２－２、および複数の第２素線１０２－２を囲むように設けられる複数（例えば、１０から３５）の第３素線１０２－３を含む。複数の第１素線１０２－１、複数の第２素線１０２－２、および複数の第３素線１０２－３によってそれぞれ第１の層、第２の層、および第３の層が構成される。第３の層を構成する第３素線１０２－３は、共通絶縁層１０８内で最も外側に位置し、共通絶縁層１０８と直接接するまたは融着層１１０を介して共通絶縁層１０８に隣接する。第２の層を構成する第２素線１０２－２は、第３素線１０２－３に対して内側に位置し、第３素線１０２－３のいずれか一つまたは複数に隣接する。第２素線１０２－２は、第３素線１０２－３のいずれか一つまたは複数と直接接してもよく、融着層１１０を介して隣接してもよい。第２素線１０２－２は共通絶縁層１０８から離隔する。第１の層を構成する第１素線１０２－１は、第２素線１０２－２に対して内側に位置し、第２素線１０２－２のいずれか一つまたは複数に隣接する。第１素線１０２－１は、第２素線１０２－２のいずれか一つまたは複数と直接接してもよく、融着層１１０を介して隣接してもよい。第１素線１０２－１は共通絶縁層１０８や第３素線１０２－３から離隔する。

【0019】

第２の層を構成する第２素線１０２－２の数は、第１の層を構成する第１素線１０２－１の数よりも多く、第３の層を構成する第３素線１０２－３の数よりも少ない。第２素線１０２－２の数と第１素線１０２－１の数の差は、好ましくは５または６であり、第２素線１０２－２の数と第３素線１０２－３の数の差は、好ましくは３から８である。第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、第３素線１０２－３の数を上記のように設定することで、第２素線１０２－２と第３素線１０２－３をそれぞれ第１素線１０２－１と第２素線１０２－２の周囲において高密度で配置することができ、その結果、８０％以上（好ましくは８５％以上、より好ましくは９０％以上）の高い導体占積率を実現することができる。ここで、導体占積率は、次のように定義される。
導体占積率（％）＝（素線１０２の導体１０４部分の断面積の合計）／（平角成形撚線１００の断面積－共通絶縁層１０８の厚さ部分の断面積）×１００
図２Ａに示す実施の形態では、約８５％の高い導体占積率を実現することができる。導体占積率の増大とともに平角成形撚線１００を流れる電流量を増大できるので、平角成形撚線１００は電磁気回路やモータ、リアクトルの高効率化や小型化に寄与する。

【0020】

図１に示すように、各素線１０２は、それぞれらせん構造を形成するように撚られている。具体的には、複数の第１素線１０２－１は、例えば１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の撚りピッチ（または平均ピッチ。以下、同様。）Ｐ_１で一定の方向で撚られ（例えば反時計回り方向であるＺ撚り）、第１の層を形成する。同様に、複数の第２素線１０２－２は、複数の第１素線１０２－１上で第１素線１０２－１の撚りピッチＰ_１よりも大きい撚りピッチＰ_３（例えば、３０ｍｍ以上４０ｍｍ以下）で、第１素線１０２－１の撚り方向に対して反対の方向（例えば時計回り方向であるＳ撚り）で撚られ、第２の層を形成する。さらに、複数の第３素線１０２－３は、複数の第２素線１０２－２の周りにおいて、第２素線１０２－２の撚りピッチＰ_２よりも大きい撚りピッチＰ_３（例えば、３５ｍｍ以上４５ｍｍ以下）で、第２素線１０２－２の撚り方向に対して反対の方向で撚られ（すなわち、第１素線１０２－１のより方向と同一方向であり、例えばＺ撚り）、第３の層を形成する。各素線１０２において、撚りピッチは幅に対して１２倍以上２０倍以下が好ましい。第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、および第３素線１０２－３は、それぞれＳ撚り、Ｚ撚り、Ｓ撚りで撚られてもよい。

【0021】

なお、第１の層を形成する第１素線１０２－１、第２の層を形成する第２素線１０２－２、および第３の層を形成する第３素線１０２－３について、仮に層ごとに同方向に撚って形成した場合、圧延前の素線の外径が大きくなり、所定の仕上がり寸法を有する平角成形撚線を形成することが困難である。しかし、実施の形態では、第１の層を形成する第１素線１０２－１、第２の層を形成する第２素線１０２－２、および第３の層を形成する第３素線１０２－３について、層ごとに反対方向に撚って（第１の層、第２の層、第３の層の順に、「Ｚ撚り、Ｓ撚り、Ｚ撚り」または「Ｓ撚り、Ｚ撚り、Ｓ撚り」）形成することで、平角状に成形する前の撚線の構造および仕上り外径が安定し、平角成形撚線の仕上がり寸法を安定させることができる。

【0022】

さらに、素線１０２の導体１０４の端面の面積（以下、端面の面積を断面積と呼ぶ）は、第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、第３素線１０２－３の順で大きくなるように平角成形撚線１００が構成される。換言すると、複数の第２素線１０２－２の導体１０４の断面積の平均値は、複数の第１素線１０２－１の導体１０４の断面積の平均値以上であり、複数の第３素線１０２－３の導体１０４の断面積の平均値以下である。あるいは、複数の第２素線１０２－２の導体１０４の断面積の平均値は、複数の第１素線１０２－１の導体１０４の断面積の平均値よりも大きく、複数の第３素線１０２－３の導体１０４の断面積の平均値よりも小さくてもよい。素線１０２の総断面積は、例えば１．０ｍｍ^２以上１０．０ｍｍ^２以下とすればよい。

【0023】

図１などから理解されるように、素線１０２は、第１の層、第２の層、第３の層の順でらせん半径が大きく、各素線１０２の撚りピッチは、前述のとおり、
第１素線１０２－１＜第２素線１０２－２＜第３素線１０２－３
となり、外側の素線１０２ほど大きくなるため、平角成形撚線１００の単位長さあたりの各素線１０２の長さは、
第１素線１０２－１＞第２素線１０２－２＞第３素線１０２－３
となる。よって、各素線１０２の長さに起因する抵抗は、
第１素線１０２－１＞第２素線１０２－２＞第３素線１０２－３
となる。一般的に、加工硬化により、圧延等の加工後は素線１０２の導体１０４が硬くなり、当該導体１０４の導電率が小さくなるが、後述するように、平角成形撚線１００の製造工程において、２層目の第２の圧延工程後に焼鈍工程を実施することで、圧延により硬くなった第１素線１０２－１と第２素線１０２－２の各導体１０４は、焼鈍工程前よりも軟らかくなり、各導体１０４の導電率も大きくなる。３層目の圧延工程後に焼鈍工程を行わない場合は、第３素線１０２－３の導体１０４の導電率は圧延工程前より小さくなる。したがって、仮に、素線１０２の断面積が層に依らず同一または略同一である場合は、撚りピッチと加工硬化により、各素線１０２の抵抗は、
第１素線１０２－１＜第２素線１０２－２＜第３素線１０２－３
となり、第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、第３素線１０２－３の順で抵抗が大きくなるため、これらの素線１０２間に大きな抵抗値の差が生じる。

【0024】

一方、平角成形撚線１００において、素線１０２の導体１０４の断面積は、
第１素線１０２－１＜第２素線１０２－２＜第３素線１０２－３
となり、第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、第３素線１０２－３の順に増大する。このため、第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、第３素線１０２－３の間に大きな抵抗差が存在せず、その結果、全ての素線１０２に均一な電流を流すことが可能となり、平角成形撚線１００全体の抵抗を最小化することができる。このことは、平角成形撚線１００の特性ばらつきの低減に寄与する。例えば、第１素線１０２－１の抵抗の平均値と第３素線１０２－３の抵抗の平均値を第２素線１０２－２の抵抗の平均値の±５％以内、好ましくは±３％以内、より好ましくは±１％以内になるように、素線１０２の導体１０４の断面積を調整してもよい。

【0025】

２．平角成形撚線の製造方法
平角成形撚線１００の製造方法の一例を図３のフローチャート、および図４から図６Ｄの模式図を用いて説明する。なお、図６Ｂから図６Ｄでは、見やすさを考慮し、絶縁皮膜１０６や融着層１１０は図示を省略している。

【0026】

まず、複数の第１素線１０２－１を撚る（図３、第１の撚り工程）。具体的には、図４に示すように、それぞれ第１素線１０２－１が巻かれた複数のボビン１２０を配置する。上述したように、各素線１０２は、導体１０４と導体１０４を被覆する絶縁皮膜１０６を有し、さらに絶縁皮膜１０６を被覆する融着層１１０を備える（図６Ａ）。ボビン１２０から引き出される複数の第１素線１０２－１を図示しないマンドレルを用いて合流させ、複数のボビン１２０を公転させる（図４の点線矢印参照。）。これにより、複数の第１素線１０２－１が一定方向（時計回りまたは反時計回り）で撚られ、第１の層を構成する第１の巻線１５０が得られる。

【0027】

その後、第１の巻線１５０は圧延装置１２２によって圧延される（第１の圧延工程）。第１の圧延工程では、後述する引取機１２４などによって第１の巻線１５０の延伸方向に張力が加えられるとともに、圧延装置１２２によって圧縮される。圧延装置１２２としては公知の圧延装置を用いることができ、例えば互いに対向する一対の圧延ロール１２２－１、一対の圧延ロールの回転軸に垂直な回転軸を有する一対の圧延ロール１２２－２によって圧延装置１２２を構成することができる。一対の圧延ロール１２２－１と一対の圧延ロール１２２－２を用いて第１の巻線１５０の延伸方向に対して垂直であり、かつ互いに直交する二つの方向から圧力を加えることにより、第１の巻線１５０は延伸するとともに、ほぼ円形の端面が四角形または四角形に近い平角形状に成形される（図６Ｂ）。なお、図示しないが、圧延装置１２２として第１の巻線１５０に要求される端面形状を有するダイス孔を備える成形型を用い、ダイス孔に第１の巻線１５０を通過させることで第１の圧延工程を行ってもよい。あるいは、ダイス孔と圧延ロールの組み合わせを圧延装置１２２として用いてもよい。以下で述べる圧延装置１２８、１３６についても同様である。

【0028】

第１の巻線１５０はその後引取機１２４によって引き出され、第２の撚り工程に供される。引取機１２４にも公知の構造を適用できるため詳細な説明は割愛するが、例えば一対のローラ、一対の回転ベルトなどで引取機１２４を構成すればよい。以下で述べる引取機１３０、１３８についても同様である。

【0029】

引き続き、第２の撚り工程において第２素線１０２－２が第１の巻線１５０（すなわち、撚られた後に圧延された第１素線１０２－１）上に撚られる。具体的には、第１素線１０２－１よりも多い第２素線１０２－２の各々が巻き付けられたボビン１２６を配置する。第１の撚り工程と同様、ボビン１２６から引き出される複数の第２素線１０２－２を第１の巻線１５０上で合流させ、複数のボビン１２６を第１の巻線１５０の延伸方向を中心として公転させる。この時のボビン１２６の公転方向は、第１の撚り工程のそれに対して逆である（図４の実線矢印参照。）この工程により、複数の第２素線１０２－２が一定方向（第１素線１０２－１の撚り方向とは反対方向）で撚られ、第２の巻線１５２が得られる。

【0030】

その後、第１の圧延工程と同様、第２の巻線１５２は圧延装置１２８によって圧延される（第２の圧延工程）。第２の圧延工程においても第２の巻線１５２の延伸方向に張力が加えられるとともに、圧延装置１２８によって第２の巻線１５２に対して圧力が加えられる。第２の圧延工程で加えられる圧力の方向は、第１の圧延工程のそれと同一である。このため、第２の巻線１５２は延伸するとともに、第１素線１０２－１の周囲において四角形または四角形に近い平角形状を有する端面を形成する（図６Ｃ）。第２素線１０２－２によって第２の層が形成される。第２の巻線１５２はその後引取機１３０によって引き出され、焼鈍工程に供される。

【0031】

焼鈍工程は、融着層１１０を溶融して流動化させ、素線１０２間の隙間に浸透させる工程である。流動化した融着層１１０がその後冷却されて固化することで接着剤として機能し、その結果、第１の層と第２の層に含まれる素線１０２を強固に固定し、これらの間での剥離などの不具合の発生を防止することができる。実際、焼鈍工程を行わない場合、素線１０２間の接着力が弱いため、引き続く第３の撚り工程において素線１０２同士が剥離することがあり、平角成形撚線１００を効率良く製造することができず、歩留まりが悪い原因となることが発明者らによって確認されている。また、焼鈍工程により、圧延工程により硬くなった第１素線１０２－１と第２素線１０２－２の各導体１０４は、焼鈍工程前よりも軟らかくなり、各導体１０４の導電率は焼鈍工程前のそれよりも大きくなる。焼鈍工程は、例えば第２の巻線１５２を加熱装置１３２内で加熱処理することで行えばよい。加熱装置１３２としても公知の装置を用いることができ、例えば第２の巻線１５２を搬送するローラやベルト、第２の巻線１５２を加熱するための空間を提供するチャンバ、およびチャンバを加熱するためのヒータなどで加熱装置１３２を構成すればよい。焼鈍工程における加熱温度は、融着層１１０の融点またはガラス転移温度以上であればよい。

【0032】

引き続き、第３の撚り工程が行われる。この工程では、第３素線１０２－３が第２の巻線１５２（すなわち、撚られて圧延された第１素線１０２－１と第２素線１０２－２）上に撚られる。具体的には、図５に示すように、第２素線１０２－２よりも多い複数の第３素線１０２－３の各々が巻き付けられたボビン１３４を配置する。第１の撚り工程と同様、ボビン１３４から引き出される複数の第３素線１０２－３を第２の巻線１５２上で合流させ、複数のボビン１３４を第２の巻線１５２の延伸方向を中心として公転させる。この時のボビン１３４の公転方向は、第１の撚り工程のそれと同一であり（図５の点線矢印参照）、第２の撚り工程のそれと反対である。この工程により、複数の第３素線１０２－３が一定方向（第１素線１０２－１の撚り方向と同一方向）で撚られて第３の巻線１５４が得られる。

【0033】

その後、第１の圧延工程と同様、第３の巻線１５４も圧延装置１３６によって圧延される（第３の圧延工程）。第３の圧延工程においても第３の巻線１５４の延伸方向に張力が加えられるとともに、圧延装置１３６によって第３の巻線１５４に対して圧力が加えられる。第３の圧延工程で加えられる圧力の方向は、第１の圧延工程と第２の圧延工程のそれらと同一である。このため、第３の巻線１５４は延伸するとともに、第２素線１０２－２の周囲において四角形または四角形に近い平角形状を有する端面を形成する（図６Ｄ）。第３素線１０２－３によって第３の層が形成される。図示しないが、圧延された第３の巻線１５４に対しても焼鈍工程を行ってもよい。第３の巻線１５４は、引取機１３８によって押出機１４０側に搬送され、その後、被覆工程に供される。

【0034】

被覆工程では、押出機１４０を用いて第３の巻線１５４の表面を共通絶縁層１０８で被覆する。押出機１４０としては公知の押出機を用いることができるので詳細な説明は割愛するが、図示しないスクリューで圧縮された樹脂を加熱して溶融し、溶融した樹脂を第３の巻線１５４の表面に被覆すればよい。樹脂はその後、図示しない冷却装置で冷却してもよい。被覆工程を経て得られる平角成形撚線１００は巻取りリール１４２に巻き付けられる。なお、第３の巻線１５４に共通絶縁層１０８を形成する前に第３の巻線１５４を巻取りリール１４２に巻き付け、その後、巻取りリール１４２から引き出された第３の巻線１５４を共通絶縁層１０８で被覆してもよい。

【0035】

ここで、撚り工程に供される前の第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、および第３素線１０２－３は、第２素線１０２－２の導体１０４の直径が第１素線１０２－１の導体１０４の直径以下であり、第３素線１０２－３の導体１０４の直径以上となるように選択することができる。あるいは、撚り工程に供される前の第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、および第３素線１０２－３は、第２素線１０２－２の導体１０４の直径が第１素線１０２－１の導体１０４の直径よりも小さく、第３素線１０２－３の導体１０４の直径よりも大きくなるように選択してもよい。例えば、撚り工程に供される前の第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、および第３素線１０２－３のそれぞれの絶縁皮膜１０６を３μｍから７μｍの範囲の中で略一定の厚さとした場合、第１素線１０２－１の直径を０．２８ｍｍ以上０．９５ｍｍ以下の範囲から、第２素線１０２－２の直径を０．２５ｍｍ以上０．８５ｍｍ以下の範囲から、第３素線１０２－３の直径を０．２３ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下の範囲から選択することができる。第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、第３素線１０２－３にはそれぞれ３回、２回、１回の圧延工程が施されるため、第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、第３素線１０２－３の順でより大きく引張される。このため、同一直径の導体を有する素線１０２を第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、および第３素線１０２－３として使用すると、圧延工程で印加される張力や圧力、素線１０２の撚りピッチによっては、各素線１０２の直径の差、すなわち各導体１０４の直径の差が第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、第３素線１０２－３間で極端に大きくなる場合がある。しかしながら、上記関係が満たされるように各素線１０２を選択することで、このような不具合を解消することができ、素線１０２の導体１０４の断面積を第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、第３素線１０２－３の順に増大させることができる。その結果、素線１０２間に大きな抵抗差を生み出さないように平角成形撚線１００を構成することができる。

【0036】

以上述べたように、本発明の実施形態の一つに係る平角成形撚線１００は、それぞれ複数の素線１０２で構成される第１から第３の層を含み、素線１０２の導体１０４の断面積が第１から第３の層の順で大きくなるように構成される。このため、素線１０２の抵抗が第１から第３の層の間でほぼ同一となり、特性ばらつきが抑制された撚線を提供することができる。

【0037】

（変形例１）
変形例として、図１に示す平角成形撚線１００において、第３素線１０２－３が無い構造の平角成形撚線２００としてもよい（図７Ａ）。平角成形撚線２００は二層構造を形成し、各層が複数の素線１０２によって構成される。具体的には、平角成形撚線２００は、その中心部分に配置される複数（例えば、２から１０）の第１素線１０２－１、および複数の第１素線１０２－１を囲むように設けられる複数（例えば、６から２４）の第２素線１０２－２を含む。複数の第１素線１０２－１と複数の第２素線１０２－２によってそれぞれ第１の層と第２の層が構成される。第２の層を構成する第２素線１０２－２は、共通絶縁層１０８内で最も外側に位置し、共通絶縁層１０８と直接接するまたは融着層１１０を介して共通絶縁層１０８に隣接する。第１の層を構成する第１素線１０２－１は、第２素線１０２－２に対して内側に位置し、第２素線１０２－２のいずれか一つまたは複数に隣接する。第１素線１０２－１は、第２素線１０２－２のいずれか一つまたは複数と直接接してもよく、融着層１１０を介して隣接してもよい。第１素線１０２－１は共通絶縁層１０８から離隔する。

【0038】

第２の層を構成する第２素線１０２－２の数は、第１の層を構成する第１素線１０２－１の数よりも多い。第２素線１０２－２の数と第１素線１０２－１の数の差は、好ましくは５または６である。第１素線１０２－１、第２素線１０２－２の数を上記のように設定することで、第２素線１０２－２を第１素線１０２－１の周囲において高密度で配置することができ、その結果、８０％以上（実施の形態では約８５％）の高い導体占積率を実現することができる。導体占積率の増大とともに平角成形撚線２００を流れる電流量を増大できるので、平角成形撚線２００は電磁気回路やモータ、リアクトルの高効率化や小型化に寄与する。

【0039】

平角成形撚線２００における構造上の他の特徴は、平角成形撚線１００における第１素線１０２－１、第２素線１０２－２の特徴と同じであるため、詳細な説明を省略する。

【0040】

平角成形撚線２００の製造方法は、図３に示す工程の第２の圧延工程まで平角成形撚線１００の製造方法と同様であり、第２の圧延工程の次に共通絶縁層１０８の被覆工程が行われる。

【0041】

（変形例２）
他の変形例として、図１に示す平角成形撚線１００において、第３素線１０２－３と共通絶縁層１０８の間に第４素線１０２－４が設けられた構造の平角成形撚線３００としてもよい（図７Ｂ）。平角成形撚線３００は、四層構造を形成し、各層が複数の素線１０２によって構成される。具体的には、平角成形撚線３００では、平角成形撚線１００における複数の第３素線１０２－３を囲むように設けられる複数（例えば、１１から５６）の第４素線１０２－４をさらに含むことにより第４の層が構成される。第４の層を構成する第４素線１０２－４は、共通絶縁層１０８内で最も外側に位置し、共通絶縁層１０８と直接接するまたは融着層１１０を介して共通絶縁層１０８に隣接する。第３素線１０２－３の導体１０４の断面積の平均値は、第４素線１０２－４の導体１０４の断面積の平均値以下である。第４素線１０２－４の撚りピッチＰ_４は第３素線１０２－３の撚りピッチＰ_３よりも大きい（例えば、４０ｍｍ以上６０ｍｍ以下）。また、第４素線１０２－４は、第３素線１０２－３の撚り方向に対して反対の方向で撚られる。第３素線１０２－３の数と第４素線１０２－４の数の差は、好ましくは５から２０である。

【0042】

第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、第３素線１０２－３、第４素線１０２－４の数を上記のように設定することで、導体を高密度で配置することができ、その結果、８０％以上（実施の形態では約８５％）の高い導体占積率を実現することができる。導体占積率の増大とともに平角成形撚線３００を流れる電流量を増大できるので、平角成形撚線３００は電磁気回路やモータ、リアクトルの高効率化や小型化に寄与する。

【0043】

撚り工程に供される前の第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、第３素線１０２－３、および第４素線１０２－４のそれぞれの絶縁皮膜１０６を３μｍから７μｍの範囲の中で略一定の厚さとした場合、第４素線１０２－４の直径を０．２０ｍｍ以上０．７０ｍｍ以下の範囲から選択することができる。平角成形撚線３００においては、素線１０２の導体１０４の断面積を第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、第３素線１０２－３、第４素線１０２－４の順に増大させることができる。その結果、平角成形撚線１００と同様に、素線１０２間に大きな抵抗差を生み出さないように平角成形撚線３００を構成することができる。

【0044】

平角成形撚線３００における構造上の他の特徴は、平角成形撚線１００における第１素線１０２－１、第２素線１０２－２、第３素線１０２－３の特徴と同じであるため、詳細な説明を省略する。

【0045】

平角成形撚線３００の製造方法では、図３に示す第３の圧延工程の後、第４の撚り工程および第４の圧延工程をさらに含み、その後、共通絶縁層１０８の被覆工程が行われる。

【0046】

本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態の表示装置を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

【0047】

上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

【符号の説明】

【0048】

１００：平角成形撚線、１０２：素線、１０２－１：第１素線、１０２－２：第２素線、１０２－３：第３素線、１０２－４：第４素線、１０４：導体、１０６：絶縁皮膜、１０８：共通絶縁層、１１０：融着層、１２０：ボビン、１２２：圧延装置、１２４：引取機、１２６：ボビン、１２８：圧延装置、１３０：引取機、１３２：加熱装置、１３４：ボビン、１３６：圧延装置、１４０：押出機、１４２：巻取りリール、１５０：第１の巻線、１５２：第２の巻線、１５４：第３の巻線

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7A】

【図7B】