JP4481664B2 - 平角絶縁導線の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁コイルに使用する平角絶縁導線の製造方法およびその製造方法で作製された平角絶縁導線ならびにそれを使用した絶縁コイルに関するものである。

従来より、コイル状に巻回した場合、断面形状が円形の導線（以下、丸線という）より占積率が高く、機器等の小型化が望めるという点で、断面形状が平角状の導線（以下、平角線という）の外周に絶縁層を設けた平角絶縁導線が使用されてきた。

この平角絶縁導線に使用される平角線の製造方法としては、従来技術の伸線加工（特許文献１）、１方向の圧延加工（特許文献２）、スリット加工（特許文献３）、それらを合わせたもの（例えば、特許文献４）などが適用され平角線を作製していた。近年平角線に要求される精度、特にコーナー部分のＲ（図３の丸印の箇所、Ｒ１〜Ｒ４）を小さくし、より占積率を向上させることが望まれてきている。

しかしながら、上記した平角線の製造方法では、コーナー部のＲを小さくするには限界があったり、また、煩雑な製造工程を経なければならないという種々の問題が存在していた。まず、伸線加工では、加工中、常に導線に引張荷重が働くため、ダイスのコーナー部にまで十分に加工対象物（導線）が充填しないため、コーナー部のＲの小さくするのには限界がある。また、コーナー部のＲを小さくするためには、特に細径の場合は、ダイスが多数枚必要となり、工程の煩雑さおよびコスト高となる。

１方向の圧延加工では、圧延ロールと接触する側（５２ａ）は平坦に加工されるものの、圧延ロールと接しない側（５２ｂ）は、図５のようになり、丸線よりは占積率はある程度向上するものの限界があった。

スリット加工では、コーナー部のＲは小さくエッジが立つ（コーナ部がほぼ直角）が、スリット加工特有のばりの発生により、後の絶縁層を設ける段階でばりが絶縁層の形成を阻害するので、ばりを除去する工程が必要となり工程が煩雑になり、かつ、ばりのないコーナー部までばり除去の影響が及ぶために結果的にコーナー部がある程度Ｒを有するようになってしまうという問題があった。

つまり、従来技術では、作製された平角線の導体のコーナー部の角Ｒを小さくすることには限界があり、また、コーナー部を直角にできるスリット加工においてもばり除去という工程が必要で、かつ、その工程により、ばりのないコーナ部にＲを持たせてしまうという問題があった。

特開２００２−２６０４６１号公報 特許３１５１７９５号公報 特開２００１−２９１４４４号公報 特開２００２−３０７１０４号公報

本発明の課題は、上記のような問題点を解決することを課題とし、詳細には、冷間加工後の平角線のコーナー部の角Ｒが小さく、かつ、ばり除去などの工程を有さない平角線の製造工程を有した平角絶縁導線の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題は、
（１）対向する２組の圧延ロールによって形成されている断面略四角状の空隙を有するカセットローラーダイスの該空隙に断面形状が円状である銅線を通し、前記圧延ロールで冷間加工させて断面形状が平角状である銅線に加工する加工工程、および前記断面形状が平角状である銅線の外周に電着によって絶縁層を形成させる形成工程を有することを特徴とする平角絶縁導線の製造方法、
（２）前記加工工程の後、さらに四角状の孔を有するダイスによる伸線加工工程を有する（１）に記載の平角絶縁導線の製造方法、
（３）前記断面形状が平角状である銅線の短辺と長辺との比が、１：１〜１：２である（１）または（２）の平角絶縁導線の製造方法、
（４）前記絶縁層がアクリル系水分散樹脂ワニスからなる（１）〜（３）に記載の平角絶縁導線の製造方法、
（５）（１）〜（４）のいずれかに記載の平角絶縁導線の製造方法で作製された平角絶縁導線、
（６）（５）に記載の平角絶縁導線を巻回してなる絶縁コイル、で解決することができる。

本発明によれば、従来技術のような製造方法で作製される平角線よりもコーナー部のＲが小さく、かつ、ばりなどの発生がないので、引続き作製された平角線の外周に絶縁層を形成させても、コーナー部に十分でかつ均一な絶縁皮膜（絶縁層）を形成させることができ、占積率が大きい絶縁コイルの作製が可能となる。

本発明の平角絶縁導体の製造方法を図１を用いて説明する。送り出しボビン１から母線（断面形状が円形の丸線）２を引き出し、ガイドロール３を介して、対向する２組の圧延ローラを有するカセットローラーダイス（以下、ＣＲＤという）４に母線２を通して冷間加工する。その後、ＣＲＤ４によって断面平角状に加工された母線（平角線５）は、ガイドロール６、キャブスタン７を介して巻取りボビン８に巻回される。引続き、巻取りボビン８から平角線５を引出し、洗浄した後（洗浄槽９）、電着槽１０、焼付槽１１を経て、製品巻取りボビン１２に平角絶縁導体１３を巻取る。平角絶縁導体１３の断面を図４に示す。
または、図示しないが、巻取りボビンに巻取ることなく工程１（母線を平角線へ加工する工程）、工程２（平角線の外周に絶縁層を形成させる工程）を連続して製造し、製品巻取りボビンに平角絶縁導体を巻取る。

本発明に適用される母線２は、公知の材料が適用される。例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、Ａｇ合金が適用される、より具体的には、例えば、オーディオ関連の機器に使用される６Ｎ−Ｃｕ（９９．９９９９％以上の純度のＣｕ）、７Ｎ−Ｃｕ（９９．９９９９９％以上の純度のＣｕ）等が挙げられる。特に純度の高い６Ｎ-Ｃｕ、７Ｎ−Ｃｕのような、非常に高価で柔らかい（断線しやすい）材料（母線）を平角線に加工する場合は、加工時に張力をかけず、不要な材料費、加工費（スリット加工後に行われるばり除去）が要らない点で後述するＣＲＤでの加工が最適である。また、これらの材料から選ばれる母線は、伸線加工と、少なくとも１回以上の焼鈍工程を組合わせて、強度および伸びを調整したものを適用すればよい。

ガイドロール３、６は、後述するＣＲＤ４の前後に設けられ、圧延前の母線２の中心とＣＲＤ４の形成された断面形状が四角形の空隙部の中心と圧延後の平角線５の中心を同一軸線上に安定して位置づけさせるためのものである。

本発明に使用されるＣＲＤ４は、図２に示すとおり、対向する２対の圧延ローラ（４１、４２と４３、４４）によって形成された空隙部Ａを有するものである。ここで母線２は、紙面の裏面より表面に向けて空隙部Ａを通過し、丸線から平角線へと冷間加工される。
ここで、空隙部Ａは、図２の４１ｃと図２の４２ｃとの距離：距離ｅ）×（図２の４３ａと図２の４４ａとの距離：距離ｆ）で算出された面積を指す。空隙間Ａの形成は、圧延ローラ４１と圧延ローラ４３との間隔ａ（図２の４１ａと４３ａ間の距離）、圧延ローラ４２と圧延ローラ４３との間隔ｂ（図２の４２ａと４３ａ間の距離）、圧延ローラ４１と圧延ローラ４４との間隔ｃ（図２の４１ｂと４４ａ間の距離）、圧延ローラ４２と圧延ローラ４４との間隔ｄ（図２の４２ｂと４４ａ間の距離）、圧延ローラ４１と圧延ローラ４２との距離ｅ（図２の４１ｃと４２ｃ間の距離）によって決定される。間隔ａ、間隔ｂ、間隔ｃおよび間隔ｄは、得られる平角線のコーナー部の角Ｒを小さくするために、０ｍｍ〜０．３ｍｍが好ましい。圧延加工後の平角線の短尺側の長さが０．５ｍｍ以下の場合は、０ｍｍ〜０．１ｍｍであるのがより好ましい。最もコーナ部の角Ｒを小さくするためには、０．００５ｍｍ〜０．０５ｍｍが最も好ましい。
ここで、平角線の短尺側の長さとは、図３のＹの長さを指す。また、平角線の断面形状が正方形である場合は、Ｘ、Ｙのどちらで測定してもよい。
また、距離ｅは、所望する平角線５の幅（厚さ）によって適宜決定すればよい。

圧延ロール４１、４２、４３、４４の外径は、加工対象の母線２の線径や、加工後の平角線の大きさにより適宜設定すれば良く、具体的には、５ｍｍ〜２００ｍｍの外径のものが好ましい。圧延ロール４１、４２間の距離ｅ、圧延ロール４３、４４間の距離ｆは、加工前後の丸線、平角線の断面積の大きさにもよるが、０．１ｍｍ〜１０ｍｍが好ましく。特に小断面積の平角線を加工する場合は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍが好ましい。また、ｅとｆとの関係は、ｅ：ｆ＝１：１〜１：２が好ましく、得られる平角線の断面形状が真四角（正方形）となり、占積率が最もよくなる点で、１：１〜１：１．２が最も好ましい。圧延ロールの材質は、セラミック、超硬合金、工具鋼、高速度工具鋼等が挙げられるが、経済性の観点で工具鋼が好ましい。
また、個々の圧延ロールは、駆動式、非駆動式であってもよいが、設備が安価であるという点で、非駆動式が好ましい。

また、加工前の母線２の断面積：Ｂと加工後の平角線５の断面積：Ｓ（図３のＸ×Ｙで算出）との関係は、（１）式で算出され、
（加工率（Ｗ（％）＝１００×（Ｂ−Ｓ）／Ｂ）・・・（１）式
Ｗは、５％≦Ｗ≦１５％であれば、平角線５のコーナー部のＲが、０．０５ｍｍ〜０．０７ｍｍというスリット加工後、ばり除去工程を施して作製される平角線のコーナー部の角Ｒと同等の寸法を得ることができるので好ましい。

キャプスタン７は、巻取りボビン８に巻回される平角線５を引抜力と巻取る際の巻取りボビン８に発生する遠心力とを調整するために使用されるものであり、特に平角線の短尺側が０．５ｍｍ以下の細線を扱う時は、断線防止という点で必要である。キャプスタン７は、公知の装置を適用すればよく、一般的に、キャプスタン７に平角線５を２〜３回巻回した後に巻取りボビン８に巻き取らせればよいし、巻取りボビンには巻き取らないで、連続して後述する電着工程へ進んでもよい。また、ガイドロール６とキャプスタン７の間に、ダイス孔が四角状の伸線ダイス（図示せず）を設けて、ＣＲＤ４で加工された線の断面形状を整える工程（スキンパス工程）を設けてもよい。スキンパス工程は、スキンパス工程の前後の加工率（％）が、５％〜２０％となる範囲で実施すればよく、加工率は（１）式と同様に算出すればよい。

引続いて、電着工程を説明する。電着工程は、巻取りボビン８に巻回された平角線５（または、巻取りボビンに巻回せず、キャプスタン７から直接引き出された平角線）を洗浄槽９に浸漬させ、平角線表面に付着した、異物、酸化物等を除去する。洗浄手段は公知の方法を適用すれば良く、例えば、超音波洗浄、プラズマ照射、酸洗またはこれらの複合等が適用できる。洗浄することで、平角線５の表面性状がよくなり、電着による絶縁層との密着力が向上する。

本発明の電着槽１０では、平角線５の外周に電着によって絶縁層１４を設けるために設けられたものである。一般に導線の外周に絶縁層を設ける手段としては、ディッピング法、電着法等が挙げられるが、コーナー部を有する平角線（特に、コーナー部の角Ｒが小さい平角線）に対しては、コーナー部への絶縁皮膜形成性が優れている電着法が好ましい。電着材料（電着ワニス）は、公知の材料を適用すれば良いが、具体的には、コーナー部（Ｒ１〜Ｒ４）の絶縁皮膜厚さ≧平坦部（５１ａ）の絶縁皮膜厚さの関係となる点で、アクリル系水分散樹脂ワニスを適用したものが好ましく、特には、耐熱性が優れているという点で、エポキシ−アクリル系水分散樹脂ワニスが好ましい。この電着ワニスを使用した電着条件は、例えば、特公平０７−１２０４９１号公報に記載された条件を適用すればよい。
形成される絶縁層の厚さは、平坦部（５１ａ）で１μｍ〜５μｍ、より好ましくは、１．５μｍ〜３μｍである。

本発明の焼付槽１１では、電着により形成した絶縁皮膜を絶縁層としてするために余剰の溶剤等を除去させるために設けられたものである。例えば、前記した変性アクリル樹脂ワニスを適用した場合は、焼付槽１１内の雰囲気温度は、１００℃〜７００℃が好ましく、より好ましくは、２００℃〜４５０℃である。１００℃より低いと、十分な密着力を得ることができず、４５０℃超えると形成した絶縁層が熱劣化してしまい所望の耐電圧特性が発現しなかったり、製品寿命が短くなる傾向になる。

また、本発明の、平角絶縁導線の製造方法には、電着槽１０と焼付槽１１の間に余分な電着ワニスを除去する洗浄槽（図示せず）を適宜設けてもよい。焼付け後は、製品巻取りボビン１２へ平角絶縁導線１３を巻き取ればよいが、絶縁層の外周にさらにコーティング層を形成させる製品に対しては、コーティング層を形成させるための各槽（図示せず）を適宜設定すればよい。

作製された平角絶縁導線は１３は、所望の長さに切断された後、巻回されて絶縁コイルとして使用される。巻回の種類としては、整列巻、エッジワイズコイル巻、α巻などが挙げられ、使用される態様に適宜あわせればよく、例えば、ボイスコイル、モーターコイル、インダクタコイル等に適用される。中でもボイスコイルに適用する場合は、６Ｎ−Ｃｕまたは７Ｎ−Ｃｕを適用することで、ノイズの少ないの音を得る点で好ましい。

以下、実施例および比較例をもって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの記載により何ら限定されるものではない。

表１に示す条件にて、平角線を作製し、引続いて、前記平角線の外周に電着により絶縁層を形成させた。絶縁層を形成させる工程（電着工程）は、実施例、比較例とも同じものを使用した。また、母線は、銅線を使用した。
実施例１：線径が０．４９４ｍｍの母線をガイドロールを介してＣＲＤの空隙Ａ（０．４３ｍｍ×０．４３ｍｍ（圧延ローラ４１，４２間の距離が０．４３ｍｍ、圧延ローラ４３、４４間の距離が０．４３ｍｍ））に通して冷間加工し、ガイドロール、キャプスタンを介して平角線を作製し、その後、前記平角線の外周に以下の電着工程で絶縁層を形成させて平角絶縁導体を作製した。
実施例２：母線の線径を０．５０６ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様に平角絶縁導体を作製した。
実施例３：母線の線径を０．５１０ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様に平角絶縁導体を作製した。
実施例４：線径０．５１０ｍｍの母線をガイドロールを介してＣＲＤの空隙Ａ（０．４５ｍｍ×０．４５ｍｍ（圧延ローラ４１，４２間の距離が０．４５ｍｍ、圧延ローラ４３、４４間の距離が０．４５ｍｍ））に通して冷間加工し、スキンパスした後（□０．４３ｍｍのダイス孔が形成された伸線ダイスに通した後：加工率：８．６９％）ガイドロール、キャプスタンを介して、平角線を作製し、実施例１と同じ条件で絶縁層を形成させて平角絶縁導体を作製した。
比較例１：線径０．５５０ｍｍの母線を□０．４３ｍｍのダイス孔が形成された伸線ダイスに通して冷間加工（伸線加工）した以外、実施例１と同様に平角絶縁導体を作製した。
比較例２：厚さ０．４４ｍｍの板材より、幅０．４３ｍｍずつ切断し（スリット加工）、その後バリ除去工程を施した後、実施例１と同様に平角絶縁導体を作製した。

（電着工程）
洗浄槽 ：有機溶剤、超音波洗浄
電着槽 ：エポキシ−アクリル系水分散樹脂ワニス（ワニス温度：２５℃）
焼付槽 ：大気中、４００℃×１０分間

（コーナー部の角Ｒの測定）
図３に示すｘ、ｙ、Ｘ、Ｙをマイクロスコープ（倍率：１００倍）を用いて測定し、コーナ部の角Ｒ、作製された平角線の断面積を以下の式にて算出した。
角Ｒ（ｍｍ）＝（ｘ＋ｙ）／２
表１には、４コーナー部の平均を作製されたコーナー部の角Ｒとして記載した。
平角線の断面積Ｓ（ｍｍ）＝Ｘ×Ｙ
表１には、上記平角線の断面積Ｓを用いて、算出した加工率を記載した。
加工率Ｗ（％）
＝１００×（母線の断面積−平角線の断面積））／（母線の断面積）

本発明は、平角絶縁導体に使用される平角線のコーナ部のＲを小さく、かつ、ばり除去などの工程を有さない平角線の製造工程で作製された平角絶縁導線は、占積率に優れた絶縁コイルとして使用することができる。

本発明の平角絶縁導線の製造方法の一例を示す図である。 本発明に使用するＣＲＤの構造を示す図である。 平角線の断面でコーナー部およびそのＲ（Ｒ１〜Ｒ４）を測定箇所を示す図である。 本発明の平角絶縁導線の製造方法で作製された平角絶縁電線の断面の一例を示す図である。 従来の１方向の圧延ロールで作製された平角線の断面形状を示す図である。

符号の説明

１ 送り出しボビンから
２ 母線
３、６ ガイドロール
４ 対向する２組の圧延ローラを有するカセットローラーダイス
４１、４２、４３、４４ 圧延ローラ
５ 平角線
５１ 平角線の断面
５２ １方向の圧延によって作製された平角線の断面
７ キャブスタン
８ 巻取りボビン
９ 洗浄槽
１０ 電着槽
１１ 焼付槽
１２ 製品巻取りボビン
１３ 平角絶縁導体
１３１ 導体部
１３２ 絶縁層
Ａ 空隙部
Ｚ 空隙部の近傍
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 平角線のコーナー部
ｘ、ｙ コーナ部のＲを決定するための測定箇所
Ｘ、Ｙ 平角線の断面積を決定するための測定箇所

Claims (6)

1. 対向する２組の圧延ロールによって形成されている断面略四角状の空隙を有するカセットローラーダイスの該空隙に断面形状が円状である銅線を通し、前記圧延ロールで冷間加工させて断面形状が平角状である銅線に加工する加工工程、および前記断面形状が平角状である銅線の外周に電着によって絶縁層を形成させる形成工程を有することを特徴とする平角絶縁導線の製造方法。
2. 前記加工工程の後、さらに四角状の孔を有するダイスによる伸線加工工程を有する請求項１に記載の平角絶縁導線の製造方法。
3. 前記断面形状が平角状である銅線の短辺と長辺との比が、１：１〜１：２である請求項１または請求項２の平角絶縁導線の製造方法。
4. 前記絶縁層がアクリル系水分散樹脂ワニスからなる請求項１〜３に記載の平角絶縁導線の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の平角絶縁導線の製造方法で作製された平角絶縁導線。
6. 請求項５に記載の平角絶縁導線を巻回してなる絶縁コイル。
   

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