特許 7088999 融着性絶縁電線の製造方法、及び自己融着コイルの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-13

(45)【発行日】2022-06-21

(54)【発明の名称】融着性絶縁電線の製造方法、及び自己融着コイルの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01B 7/02 20060101AFI20220614BHJP

   H01F 5/06 20060101ALI20220614BHJP

【ＦＩ】

H01B7/02 B

H01F5/06 H

H01F5/06 Q

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020168353

(22)【出願日】2020-10-05

(65)【公開番号】P2022060717

(43)【公開日】2022-04-15

【審査請求日】2021-07-05

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003414

【氏名又は名称】東京特殊電線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001726

【氏名又は名称】特許業務法人綿貫国際特許・商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】柳原 正宏

(72)【発明者】

【氏名】羽生 勝夫

(72)【発明者】

【氏名】駒村 昇平

【審査官】神田 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－１７６２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１３４６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２３７２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２２３８６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｂ ７／０２

Ｈ０１Ｆ ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導体の外周に形成された絶縁層の外周に融着層が形成されており、前記融着層は共重合ポリエステル樹脂を主成分としてポリエステル系ホットメルト接着剤およびフィラーが添加された熱可塑性樹脂を押出して形成された構成の融着性絶縁電線の製造方法であり、前記共重合ポリエステル樹脂とポリエステル系ホットメルト接着剤との相溶性を高めることで前記融着層の融点を低くする方向に調整することによって、前記融着層の融点を６１．７℃以上かつ９１．２℃以下にすることを特徴とする融着性絶縁電線の製造方法。

【請求項2】

前記共重合ポリエステル樹脂はポリエチレンテレフタレートであり、前記フィラーは炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項１記載の融着性絶縁電線の製造方法。

【請求項3】

導体の外周に形成された絶縁層の外周に融着層が形成されており、前記融着層は共重合ポリエステル樹脂を主成分としてポリエステル系ホットメルト接着剤およびフィラーが添加された熱可塑性樹脂を押出して形成されている融着性絶縁電線が螺旋状に巻回されており、前記融着性絶縁電線における隣接した前記融着層は互いに融着された構成の自己融着コイルの製造方法であり、前記共重合ポリエステル樹脂とポリエステル系ホットメルト接着剤との相溶性を高めることで前記融着層の融点を低くする方向に調整することによって、前記融着層の融点を６１．７℃以上かつ９１．２℃以下にすることを特徴とする自己融着コイルの製造方法。

【請求項4】

前記共重合ポリエステル樹脂はポリエチレンテレフタレートであり、前記フィラーは炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項３記載の自己融着コイルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、融着性絶縁電線の製造方法、及び自己融着コイルの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エポキシ樹脂を主成分として変性エーテル型ポリエステル樹脂を添加して構成された融着層を有し、温度１００～１５０℃の低温域での接着性を向上させた融着性絶縁電線が知られている（特許文献１：特許第２８９０２８０公報）。また、共重合ポリアミド樹脂を主成分として構成された融着皮膜を有し、融点を１１０～１３０℃とした融着性絶縁電線が提案されている（特許文献２：特開平３－０８９４１４号公報）。そして、変性ポリオレフィン樹脂を主成分としてポリアミド樹脂を含有してナイロン系ホットメルト樹脂と炭酸カルシウムが添加された熱可塑性樹脂を温度が２００℃で押出して形成した融着層を有する融着性絶縁電線が知られている（特許文献３：特開２０２０－１１３４９１号公報）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第２８９０２８０公報

【文献】特開平３－０８９４１４号公報

【文献】特開２０２０－１１３４９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般的な民生機器用変圧器に求められる耐熱グレードはＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｃ４００３：２０１０）に定めるＢ種（許容温度が１３０℃）またはＦ種（許容温度が１５５℃）である。そのため、融着性絶縁電線をコイルにする際の加熱処理によって変圧器の絶縁材料が劣化するという問題や融着性絶縁電線の性能が劣化するという問題がある。しかしながら、エポキシ樹脂を主成分とした融着層は温度をさらに低くすることが困難であり、また、ポリアミド樹脂を含有した融着層は吸湿によってピンホールやクレージング等が発生し易く絶縁性能が劣り、従来技術では耐熱グレードの低い民生機器用変圧器のコイルや民生機器用の自己融着コイルへの適用が困難であった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、絶縁性能に優れた構成としつつ、民生機器用変圧器のコイルや民生機器用の自己融着コイルへの適用が可能な構成の融着性絶縁電線を提供することを目的とする。

【0006】

一実施形態として、以下に開示する解決策により、前記課題を解決する。

【0007】

本発明に係る融着性絶縁電線の製造方法は、導体の外周に形成された絶縁層の外周に融着層が形成されており、前記融着層は共重合ポリエステル樹脂を主成分としてポリエステル系ホットメルト接着剤およびフィラーが添加された熱可塑性樹脂を押出して形成された構成の融着性絶縁電線の製造方法であり、前記共重合ポリエステル樹脂とポリエステル系ホットメルト接着剤との相溶性を高めることで前記融着層の融点を低くする方向に調整することによって、前記融着層の融点を６１．７℃以上かつ９１．２℃以下にすることを特徴とする。

【0008】

この構成によれば、絶縁層の外周に形成された共重合ポリエステル樹脂を主成分としフィラーが添加された熱可塑性樹脂を押出して形成された融着層によって絶縁性能に優れた構成となる。尚且つ、共重合ポリエステル樹脂を主成分としてポリエステル系ホットメルト接着剤が添加された熱可塑性樹脂からなる融着層の融点は、民生機器用変圧器のコイルや民生機器用の自己融着コイルへの適用が可能な構成にできる。つまり、融着層は良好な接着性を維持しつつ輸送時の温度や保管時の温度によって自己融着することが防止できる。また、融着層は良好な接着性を維持しつつ融着性絶縁電線が適用される変圧器の絶縁材料が劣化することが防止できる。

【0009】

前記融着層の融点は６０℃超かつ９２℃未満が好ましい。前記融着層の融点は６８℃超かつ９１℃未満がより好ましい。一例として、前記絶縁層は絶縁テープをラップ巻きして形成している。これにより、絶縁性を高めつつ外径を小型にすることが容易にできる。前記絶縁層は３層になっていることがより好ましい。一例として、前記共重合ポリエステル樹脂はポリエチレンテレフタレートであり、絶縁性がより高められる。一例として、前記フィラーは炭酸カルシウムであり、絶縁層と融着層との密着性がより高められる。一例として、前記融着層の径方向の片側の厚みは２０～４０μｍであり、小型の民生機器用変圧器のコイルや小型の民生機器用の自己融着コイルに好適な外径にすることが容易にできる。

【0010】

本発明に係る自己融着コイルの製造方法は、導体の外周に形成された絶縁層の外周に融着層が形成されており、前記融着層は共重合ポリエステル樹脂を主成分としてポリエステル系ホットメルト接着剤およびフィラーが添加された熱可塑性樹脂を押出して形成されている融着性絶縁電線が螺旋状に巻回されており、前記融着性絶縁電線における隣接した前記融着層は互いに融着された構成の自己融着コイルの製造方法であり、前記共重合ポリエステル樹脂とポリエステル系ホットメルト接着剤との相溶性を高めることで前記融着層の融点を低くする方向に調整することによって、前記融着層の融点を６１．７℃以上かつ９１．２℃以下にすることを特徴とする。

【0011】

この構成によれば、融着性絶縁電線における融着層は良好な接着性を維持しつつ絶縁層の劣化が防止できて絶縁性能に優れた融着性絶縁電線からなる自己融着コイルにできる。自己融着コイルを構成する融着性絶縁電線における融着層は良好な接着性を維持しつつ輸送時の温度や保管時の温度によって自己融着コイルがほどけることが防止できる。

【0012】

前記融着層の融点は６０℃超かつ９２℃未満が好ましい。前記融着層の融点は６８℃超かつ９１℃未満がより好ましい。一例として、前記共重合ポリエステル樹脂はポリエチレンテレフタレートであり、前記フィラーは炭酸カルシウムである。一例として、前記融着性絶縁電線における前記融着層の径方向の片側の厚みは２０～４０μｍである。これにより、高性能かつ小型の自己融着コイルが実現できる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、絶縁性能に優れた構成としつつ、民生機器用変圧器のコイルや自己融着コイルへの適用が可能な構成の融着性絶縁電線が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は本発明の実施形態に係る融着性絶縁電線の構造を模式的に示す構造図である。

【図2】図２は図１に示す融着性絶縁電線を適用した自己融着コイルの例を示す概略の外観図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。本実施形態の融着性絶縁電線１は、例えば、民生機器用変圧器のコイルに適用される。また例えば、自己融着コイルに適用される。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

【0016】

（融着性絶縁電線）
先ず、本実施形態に係る融着性絶縁電線１とその製造方法について、図１に基づいて以下に説明する。

【0017】

図１に示す融着性絶縁電線１は、導体２と、導体２の外周に形成された第１絶縁層３ａと、第１絶縁層３ａの外周に形成された第２絶縁層３ｂと、第２絶縁層３ｂの外周に形成された第３絶縁層３ｃと、第３絶縁層３ｃの外周に形成された融着層４を有する構成である。つまり、導体２の外周に絶縁層３が三層で形成されてその外周に融着層４が形成されている構成である。

【0018】

導体２は、導電材料であればよいが、はんだ付け可能な導電性の導体であることが好ましい。例えば、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金、銅クラッドアルミニウム等の複合材料、或いは、これらの材料にはんだ付け性に優れた金属がめっきされたものであってもよい。導体自体のはんだ付けが容易でない場合には、はんだ付け性に優れた金属をめっき等によって設けることが好ましい。はんだ付け性に優れた金属としては、錫、はんだ、ニッケル、金、銀、銅、パラジウム、またはこれらの材料の合金が挙げられる。

【0019】

導体２は、単線または撚線を用いることができる。撚線の場合には、それぞれの導体素線の表面には、滑剤や酸化防止剤が塗布されていてもよい。滑剤は、導体素線の滑り性をよくするので、撚線を一層容易にするとともに、最終的に得られた絶縁電線でコイル巻線する際に個々の導体素線の滑りがよくなって巻線性をより容易にすることができる。酸化防止剤は、導体素線の酸化を防止する作用を有し、撚線時やテープ巻時の起こりうる酸化を防ぐことができる。また、導体２を構成する単線又は撚線は、予め絶縁皮膜が設けられていてもよい。絶縁皮膜は、例えばエナメル皮膜や酸化皮膜が挙げられる。絶縁皮膜としては、はんだ付けに支障がないウレタン系やポリエステル系等のエナメル皮膜が好ましい。特に表皮効果による高周波損失を低減したい場合は、予め絶縁皮膜が配された導体素線を用いることが好ましい。

【0020】

一例として、直径４．５ｍｍの銅線を直径０．５ｍｍに伸線加工して、断面が円形や楕円形などの丸形状の導体２にする。上記以外の構成として、素線を複数撚った撚線であって、断面が円形や楕円形などの丸形状に近似した撚線を導体２として用いることができる。導体２が撚線のときは、７本の素線から構成されることで断面が円形や楕円形などの丸形状により近似した形状にできるので好ましい。なお、５本以上の素線から構成される撚線を導体２にする場合もある。

【0021】

絶縁層３は１層以上の絶縁層を有する。絶縁層３は２層以上の絶縁層から構成されることが好ましい。絶縁層３の材質としては例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、エチレン－四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、四フッ化エチレン－六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、フッ素化樹脂共重合体（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂：ＰＦＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）等を挙げることができる。絶縁層３の材質は用途に応じて適宜設定される。

【0022】

絶縁層３は一例として絶縁テープによるテープ巻絶縁によって構成される。この場合の絶縁テープの厚さは例えば４μｍ以上かつ２５μｍ以下であることが好ましい。また、この場合の絶縁テープの幅は例えば２ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下であることが好ましい。絶縁テープの厚さや幅は用途に応じて適宜設定されるものであり、二層以上でテープ巻絶縁する場合のそれぞれの絶縁テープの厚さおよび幅を同じにするときがあり、それぞれの絶縁テープの厚さおよび幅を異ならせるときがある。

【0023】

絶縁層３は一例として絶縁テープによって二層以上でテープ巻絶縁されることが好ましい。テープ巻絶縁される複数の絶縁テープのうち少なくともそれら絶縁テープの重なり部分は接着層となっており、両者は接着されている。接着層は、複数の絶縁テープのうち少なくとも１つの絶縁テープに設けられている。接着層の構成材料としては、熱又は電離放射線等で固化する接着材料を挙げることができる。熱で接着固化する接着材料は、熱融着性材料であり、例えばポリエステル系、アクリル系、エポキシ系等の熱融着接着材料を挙げることができる。例えば紫外線などの電離放射線で接着固化する接着材料としては、アクリル系、エポキシ系等の電離放射線接着材料を挙げることができる。それぞれの絶縁テープは互いに逆方向に螺旋状に巻き付けられていることが好ましい。それぞれの絶縁テープの巻き付け形態は用途に応じて適宜設定される。

【0024】

特に、絶縁層３を絶縁テープによって三層以上でテープ巻絶縁される構成にした場合、高い絶縁性を実現できる。この構成は、例えばＩＥＣ６０９５０等の安全規格を満たす絶縁電線として認証されており、絶縁トランスやＩＨヒータ等のコイル用線材として用いることができる。絶縁層３を絶縁テープによって三層以上でテープ巻絶縁した構成の融着性絶縁電線１をトランス用のコイルに用いた場合には、一次側と二次側をより確実に絶縁することができる。一例として、図１のように、第１絶縁層３ａ、第２絶縁層３ｂ及び第３絶縁層３ｃを有する場合、導体２の外周に絶縁テープをラップ巻きして第１絶縁層３ａを形成し、第１絶縁層３ａの外周に接着剤層を介して絶縁テープをラップ巻きして第２絶縁層３ｂを形成し、第２絶縁層３ｂの外周に接着剤層を介して絶縁テープをラップ巻きして第３絶縁層３ｃを形成する。絶縁層３の径方向の片側の厚みは一例として１０～３００μｍである。

【0025】

上記以外の構成として、例えば押出加工によって絶縁層３を形成する場合には、導体２の外周に熱可塑性樹脂を押出して第１絶縁層３ａを形成し、第１絶縁層３ａの外周に熱可塑性樹脂を押出して第２絶縁層３ｂを形成し、第２絶縁層３ｂの外周に熱可塑性樹脂を押出して第３絶縁層３ｃを形成することができる。

【0026】

融着層４は、第３絶縁層３ｃの外周に形成されており、加熱によって自己融着する。融着層４は共重合ポリエステル樹脂を主成分としてポリエステル系ホットメルト接着剤およびフィラーが添加された熱可塑性樹脂を押出して形成されている構成である。押出機における加熱部の温度は、一例として１７０～２５０℃に設定される。本実施形態は、融着層４の融点は６０℃超かつ９２℃未満である。融着層４の径方向の片側の厚みは、一例として1０～５０μｍである。一例として、前記共重合ポリエステル樹脂はポリエチレンテレフタレートであり、かつ、前記フィラーは炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）である。

【0027】

（自己融着コイル）
続いて、本実施形態に係る自己融着コイル１０とその製造方法について、図２に基づいて以下に説明する。

【0028】

図２に示す自己融着コイル１０は、上述した実施形態の融着性絶縁電線１から構成される。一例として、導体２の直径に対して５～２０倍の直径のマンドレル棒（巻き付け治具）に、融着層４と融着層４とを密接させながら巻き付けた後、マンドレル棒を外して、融着層４の融点よりも温度が１０～３０℃高温に設定された恒温槽に３～１０分静置して加熱し、ヘリカル型で空芯の自己融着コイル１０にする。恒温槽の温度は、一例として、１１０～１３０℃である。上記以外の構成として、加熱手段はトンネル炉、バッチ炉、熱風機、その他既知の加熱手段が適用できる。

【0029】

図２に示す例は、自己融着コイル１０は、融着性絶縁電線１の先端部１０ａと先端部１０ｂがはんだ槽に浸漬されて導体２がはんだめっきされている。融着性絶縁電線１は、はんだ槽若しくは半田ごてにより加熱されることで絶縁層３および融着層４が溶けて導体２にはんだめっきすることが容易にできる。なお、図２に示したような丸型形状の自己融着コイル１０に限定されず、渦巻きコイルとしてレコード巻き型コイルやパンケーキ型コイル、角型コイル、円錐型コイル等の様々な形状のコイルに適用することが可能である。

【0030】

続いて、本実施形態に係る自己融着コイル１０の各実施例について、以下に説明する。

【0031】

融着性絶縁電線１の製造方法は上述のとおりである。導体２は直径０．５ｍｍの銅線であり、第１絶縁層３ａの径方向の片側の厚みは４０μｍであり、第２絶縁層３ｂの径方向の片側の厚みは３０μｍであり、第３絶縁層３ｃの径方向の片側の厚みは２０μｍであり、融着層４の径方向の片側の厚みは３０μｍである。融着層４を形成するに際して、共重合ポリエステル樹脂とポリエステル系ホットメルト接着剤との相溶性を高めることによって融着層４の融点を低くする方向に調整した。そして、上述の自己融着コイル１０の製造方法にしたがって、実施例１～１０の自己融着コイル１０を作製した。試料数は各２０個である。実施例１は融着層の融点が５２．３℃であり、実施例２は融着層の融点が５７．４℃であり、実施例３は融着層の融点が６１．７℃であり、実施例４は融着層の融点が６８．０℃であり、実施例５は融着層の融点が７０．１℃であり、実施例６は融着層の融点が７４．０℃であり、実施例７は融着層の融点が８１．０℃であり、実施例８は融着層の融点が８３．８℃であり、実施例９は融着層の融点が９１．２℃であり、実施例１０は融着層の融点が９５．０℃である。ここで、共重合ポリエステル樹脂からなる熱可塑性接着剤のみとした場合の融点はおよそ１００℃（９９～１０５℃）となることを確認した。これら融点は、JIS K 6863-1994 ホットメルト接着剤の軟化点試験方法に準じて測定されたものである。

【0032】

各試料の接着強度の評価条件は次のとおりである。融着層の接着強度は、引張り試験機を用いて、常温にて各試料における導体の伸線方向に先端部と先端部とが互いに逆向きになる方向に引っ張って、互いに隣接した融着層が剥離するまでに要した剥離強度を測定した。接着強度の評価基準は、剥離強度の平均値が３Ｎ以上をＡランクとし、剥離強度の平均値が２Ｎ以上かつ３Ｎ未満をＢランクとし、剥離強度の平均値が１Ｎ以上かつ２Ｎ未満をＣランクとした。

【0033】

各試料の保管安定性の評価条件は次のとおりである。保管安定性は、恒温槽を用いて、所定の保管温度にて各試料を２４０時間静置した後、取り出して、融着層にタック（べたつき）があるか否かを指先で接触確認した。保管安定性の評価基準は、保管温度６０℃でタックなしをＡランクとし、保管温度５０℃でタックなしをＢランクとし、保管温度４０℃でタックなしをＣランクとした。ここで、温度６０℃は郵送時に必要な耐熱温度を想定しており、温度４０℃は保管時に必要な耐熱温度を想定している。

【0034】

各試料の接着強度と保管安定性の評価結果を表１に示す。

【0035】

【表1】

【0036】

表１に示すように、実施例１～２は、接着強度がＡランクであり、かつ、保管安定性がＣランクであった。実施例２～９は、接着強度がＡランク若しくはＢランク以上であり、かつ、保管安定性がＡランク若しくはＢランク以上であった。また、実施例１０は、接着強度がＣランクであり、かつ、保管安定性がＡランクであった。また、融着層の融点がおよそ１００℃である従来技術（比較例）では、接着強度が１Ｎ未満となり、自己融着コイルとしては不十分な接着力であった。実施例１～１０は、従来技術と比較して、接着強度と保管安定性のいずれかないしは両方において、優れた特性であることが判明した。

【0037】

上述した実施形態の融着性絶縁電線は、自己融着性コイルのみならず、民生機器用変圧器のコイルや電子機器用の既知のコイル若しくはインダクタに適用できる。

【0038】

本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。

【符号の説明】

【0039】

１ 融着性絶縁電線
２ 導体
３ 絶縁層、３ａ 第１絶縁層、３ｂ 第２絶縁層、３ｃ 第３絶縁層
４ 融着層
１０ コイル、１０ａ 第１端部、１０ｂ 第２端部

【図1】

【図2】