JP2010153069A - リッツ線アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】リッツ線に備わるほぼ全ての導線の端面に半田が付着し、この半田を介して各導線と端子部材との間で所望の導通が確保されたリッツ線アセンブリを提供する。
【解決手段】導線３の外周に絶縁被覆４を備える素線２が複数集合して形成されたリッツ線１と、そのリッツ線１の端部に接合される端子部材（丸形端子５）とを備えるリッツ線アセンブリである。リッツ線１はリッツ線１の軸方向に非直交の端面を有し、その端面には半田が付着し、その半田を介して導線と端子部材とが導通している。
【選択図】図３

Description

本発明は、導線の外周に絶縁被覆を備える素線を複数集合して形成されるリッツ線と、このリッツ線の端部に接合される端子部材とを備えるリッツ線アセンブリに関するものである。

高周波の電流を導体に流した場合、導体の表面部分に集中的に電流が流れ、導体の中心部にはあまり電流が流れないという現象が生じる。この現象は表皮効果と呼ばれ、導体の交流抵抗を増加させる要因となる。

表皮効果の対策として、細径の導線の外周に絶縁被覆を備える素線を複数集合して形成したリッツ線が利用されている（例えば、特許文献１を参照）。リッツ線は、各導線間が絶縁されているため、導体の断面が各導線の断面ごとに細分化されたことになり、表皮効果の影響を受け難い。

このようなリッツ線を、他の導電部材に接続する場合、リッツ線の端部（導線の端部）に端子部材を接合したリッツ線アセンブリを形成し、端子部材を他の導電部材に接続する。一般に、リッツ線の端部に端子部材を接合する際、特許文献１の段落００１６や図５に示されるように、まずリッツ線の端部をリッツ線の軸方向と直交する方向に切り揃え、切り揃えた端部における素線の絶縁被覆を除去する。そして、露出した複数の導線をひとまとめにして端子部材（丸形端子）のバレル部に収めて圧着することで、導線と端子部材とを電気的・機械的に接合する。

しかし、上記特許文献に記載のようなリッツ線アセンブリを構築する場合、リッツ線の素線の絶縁被覆を除去する作業が非常に煩雑である。特に、素線の数が多くなると、各素線の線径が小さくなるため、絶縁被覆の除去作業が煩雑であるだけでなく、その除去作業時に導線が切れてしまう虞もある。

そこで、図４を参照して説明するようなリッツ線アセンブリの形成方法も考えられている。この方法では、まず、リッツ線１の端部をリッツ線１の軸方向と直交する断面で切り揃える（図４（Ａ）参照）。次に、丸形端子（端子部材）５の円筒部５１にリッツ線１を挿通して、円筒部５１からリッツ線の端部を端子部５２側に突出させると共に、リッツ線１がばらけないようにする（図４（Ｂ）参照）。そして、リッツ線１の端部を半田浴に浸漬し、その端部に半田を付着させる（図４（Ｃ）参照）。最後に、この半田の付着したリッツ線１の端部を円筒部５１の位置に戻し、さらにリッツ線１の端面に付着した半田と円筒部５１との隙間を埋めるように追加の半田を流し込む（図４（Ｄ）参照）。このようにして、リッツ線１と丸形端子５とが電気的・機械的に接合されたリッツ線アセンブリを形成する。

特開平１１−２５１１５８号公報

しかし、切り揃えたリッツ線の端部（導線の端面）に半田を付着させ、この半田を介して導線と端子部材との導通を図る場合、リッツ線の端面全体に満遍なく半田が付着し難く、半田が付着していない導線が生じるという問題がある。個々の導体の断面積が小さいと半田が付着し難く、特に、導線が細径で本数が多くなると、半田が付着しない導線の発生が顕著に見られる。このように、リッツ線と端子部材との接合部において、半田が付着していない導線があると、リッツ線アセンブリに所望の電流を流すことができない虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的の一つは、リッツ線に備わるほぼ全ての導線の端面に半田が付着しており、この半田を介して導線と端子部材との導通が確保されたリッツ線アセンブリを提供することにある。

本発明は、導線の外周に絶縁被覆を備える素線が複数集合して形成されたリッツ線と、そのリッツ線の端部に接合される端子部材とを備えるリッツ線アセンブリであって、前記リッツ線は、その軸方向に非直交の端面を有し、その端面には半田が付着し、その半田を介して導線と端子部材とが導通していることを特徴とする。

リッツ線の端部をリッツ線の軸方向に非直交に切断すると、導線の切断端面の面積が大きくなるので、導線の端面に半田が付着し易くなるし、その導体の端面に半田がムラなく付着し易い。このようなリッツ線１の端面に半田を付着させた場合、半田が付着していない導線が殆ど存在しなくなる。その結果、本発明リッツ線アセンブリは、リッツ線に備わる導線と端子部材との導通が確保された信頼性の高い導電部材となる。

本発明リッツ線アセンブリにおいて、リッツ線の端面は、リッツ線の軸方向と直交する断面に対して４５°以上傾いている構成とすることが好ましい。

リッツ線の端部をリッツ線の軸方向と直交する断面に対して４５°以上の角度で切断すると、リッツ線の端部をリッツ線の軸方向に直交する角度で切断した場合と比較して、リッツ線の端部に露出する導線端面の面積を約１.４倍以上とすることができる。上記角度が６０°以上であれば、導体端面の面積は従来の２倍以上となる。その結果、導線の端面に対する半田の付着性が良くなるし、付着した半田が導線から剥離し難くなる。この構成は、特に、細径の導線を有するリッツ線を使用する場合に効果的である。

本発明リッツ線アセンブリにおいて、素線に備わる絶縁被覆は、半田をリッツ線の端面に付着させる際に加えられる熱により除去される材料とすることが好ましい。

この構成によれば、リッツ線の切断端面を半田浴に浸漬する場合、リッツ線の端面からリッツ線の内側（端面から離れる方向）に向かって絶縁被覆が溶融除去され、この絶縁被覆が除去された部分に半田が入り込んだ状態になる。その結果、導線と半田との付着性に優れるリッツ線アセンブリとなる。ここで、本発明リッツ線アセンブリでは、リッツ線の端面の面積、即ち、導線の端面の面積が従来よりも大きい。そのため、リッツ線の端面からリッツ線の軸方向に熱が効率的に伝導し易く、端面よりも内側にある絶縁被覆であっても熱により除去される。

本発明リッツ線アセンブリにおいて、各導線の線径を１００μｍ未満、導線の本数を１００本以上とすることができる。

本発明のリッツ線アセンブリは、導線の線径や数を問わず、リッツ線（導線）の切断端面に半田を付着させ易い。そのため、導線の線径を小さくしたり、導線の数を多くしても導線と端子部材とが導通されたリッツ線アセンブリとすることができる。

本発明リッツ線アセンブリにおいて、前記リッツ線は、リアクトルのコイルの巻線であっても良い。

ハイブリッド自動車や電気自動車のような移動体に搭載される電気部品を構成するリアクトルは、高周波の交流で利用される。特に、当該電気部品におけるソフトスイッチング用のリアクトルは、一般的に、数百ｋＨｚ以上の高周波の交流（例えば、３００ｋＨｚ以上、１ｋＶ以上）で利用される。このようなリアクトルのコイルの巻線としてリッツ線アセンブリを採用すれば、リアクトルの電気的な安定性を高めることができる。

本発明リッツ線アセンブリは、リッツ線の各導線と端子部材とが半田を介して電気的・機械的に接合されているため、非常に優れた電流路として利用できる。特に、リッツ線の導線の数が多くなっても、導線と端子部材との導通が確保されたリッツ線アセンブリとなる。

＜リッツ線アセンブリの全体構成＞
本発明リッツ線アセンブリは、リッツ線と、リッツ線の端部に接合される端子部材とを備える。リッツ線は端子部材を介して他の電気部品と接続される。リッツ線アセンブリの適用箇所として代表的には、ハイブリッド自動車の車載部品であるリアクトル、特にソフトスイッチング用リアクトルを挙げることができる。以下、本発明リッツ線アセンブリの構成を詳細に説明する。

＜リッツ線＞
図１は、リッツ線１の横断面図である。なお、図１および後述する図２において、リッツ線１を構成する素線２の数は、説明の便宜上、実際よりもかなり少なく表示している。

リッツ線１は、複数の素線２を集合することで形成される。このリッツ線１は、複数の素線２を縦添えして束ねたものであっても良いし、複数の素線２を撚り合わせた撚り線構造としても良い。この素線２は、導線３と、導線３の外周に被覆される絶縁被覆４とからなる。

導線３は、導電性の材料、例えば銅や銀などの金属や、銅合金や銀合金などの合金で構成される。導線３の断面形状は特に限定されないが、素線２を複数集合することを考慮すれば、円形であることが好ましい。

また、導線３の横断面（リッツ線１の軸方向と直交する方向の断面）の寸法は、主としてリッツ線１の使用周波数を考慮して適宜選択すると良い。例えば、導線３が円形であれば、導線３の径は、１ｍｍ以下、好ましくは０.８ｍｍ以下とすると良い。導線径の下限は、導線３の機械的強度などを考慮して３０μｍ以上とすることが好ましい。導線３が円形以外の形状の場合、導線３の外接円の径を上記の範囲としても良い。

また、リッツ線１に備わる導線３の本数は、主としてリッツ線１に流される電流容量を考慮して決定すると良い。例えば、導線３の線径が５０μｍの場合、導線３の数を１００本以上（好ましくは５００本以上、より好ましくは１０００本以上）とすることで、ソフトスイッチング用リアクトル（例えば、周波数３００ｋＨｚ以上、交流電圧１ｋＶ以上の使用環境にあるリアクトル）の巻線として十分な導体断面積を確保することができる。

絶縁被覆４は、電気絶縁性を有していれば良く、その平均厚さは３〜１０μｍとすると良い。絶縁被覆４の厚さが厚すぎると、リッツ線１の断面に占める導線３の断面積の比率が低下する。逆に、絶縁被覆４の厚さが薄すぎると、導線３同士の絶縁を確保できなくなる虞がある。

絶縁被覆４は、電気絶縁性を有する樹脂などで構成することができる。好ましくは、絶縁被覆４は、後述する半田の溶融に供される熱により除去される材料で構成することが好ましい。具体的には、高融点半田が溶融したときの半田自身の熱（約３８０〜４７０℃の範囲）や、融点が低い半田であってもこの半田を溶融させるための加熱部材で加えられる熱（例えば、半田ごてであれば、２５０〜３００℃程度）により除去される材料である。溶融除去される材料で絶縁被覆４を形成すれば、後述するようにリッツ線１の端部に半田を付着させるときに、各導線３の端面全体に半田が付着し易く、しかも付着した半田が導線３の端面から剥離し難い。絶縁被覆４の代表的な材料としては、例えば、耐熱ウレタン（１５５℃）、ポリウレタン（２３０℃）、ポリウレタンとポリアミドの化合物（２３０℃）、ポリエステル（２５０℃）、ポリエステルとポリアミドの化合物（２５０℃）、ポリエステルイミド（２９０℃）などを挙げることができる（括弧内は耐軟化温度）。

＜リッツ線の端部と端子部材との接合＞
リッツ線１の端部（即ち、導線３の端面）と端子部材とを接合する際は、リッツ線１の端部をリッツ線１の軸方向と非直交に切り揃えた状態で接合する。図２は、リッツ線１の端部の切断状態を示す概略図であり、（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施形態の切断状態を示し、（Ｃ）及び（Ｄ）は、本実施形態の対比となる従来の切断状態を示す。また、図３は、リッツ線１と端子部材（丸形端子５）との接合手順を示す説明図である。

まず、図２（Ａ），（Ｂ）および図３に示すように、リッツ線１の端部をリッツ線１の軸方向に非直交に切断する（以下、「斜めに切断する」と表現する）。

ここで、リッツ線１の端部を切断する際、素線２の本数が多くなると、リッツ線１に切断圧が作用したときに素線２がバラけ易く、素線２の切断端面を揃えることが難しい。特に、図２（Ａ），（Ｂ）に示すようにリッツ線１の端部を斜めに切断する場合、図２（Ｃ），（Ｄ）に示すように同端部をリッツ線１の軸方向に直交に切断する（以下、「直角に切断する」と表現する）よりも難しい。つまり、従来、リッツ線１の端部を切断する際、直角に切断していたのは、当業者が本発明の課題を正確に把握しておらず、斜めに切断する必要性を認識していなかったことに加え、切断時の作業性を重視していたという側面もある。これに対して、本発明リッツ線アセンブリは、敢えてリッツ線１の端部を斜めに切断するようにしている。

リッツ線１の端部を斜めに切断する具体的な方法としては、例えば、以下の２つの方法が挙げられる。まず１つ目は、リッツ線１の外径（図１の素線２の包絡円径）にほぼ一致する内径を有する筒状のキャップをリッツ線１の端部に嵌め込み、キャップごとリッツ線１の端部を切断する方法である。２つ目は、リッツ線１の端部を、導線３よりも融点の低い溶融金属や溶融樹脂に浸漬して一体化した後、一体化した端部ごと切断する方法である。

リッツ線１の切断角度は、リッツ線１（導線３）の軸方向に直交する面に対して４５°以上であることが好ましい。このようにすれば、図２（Ｂ）に示すように、導線３の端面の面積が、図２（Ｄ）に示す従来の導線３の端面の面積よりも２倍以上大きくなるので、導線３の端面に半田を付着させ易いし、付着させた半田が導線３の端面から剥離し難い。

次に、図３（Ｂ）に示すように、丸形端子５の円筒部５１から端子部５２に向かって、リッツ線１の端部を円筒部５１に挿通する。その際、丸形端子５の端子部５２とリッツ線１の端面とがリッツ線１の軸方向にズレた配置とする。ここで、端子部５２を円筒部５１の開口を塞がない方向に折り曲げておくと、リッツ線１の端部に半田を付着させる際、端子部５２が邪魔とならない。もちろん、最初から端子部５２が折れ曲がった丸形端子５を使用してもかまわない。

図３（Ｂ）に示すように、リッツ線１の端部を丸形端子５の円筒部５１に挿通することでバラけないようにした後、図３（Ｃ）に示すように、リッツ線１の端面（導線の端面）に半田を付着させる。導線３の端面に半田を付着させるには、リッツ線１の端面を半田浴に浸漬したり、あるいはリッツ線１の端面に半田を載せるようにすれば良い。いずれの半田接着法を利用しても、各導線３の端面の面積が大きいため、各導線３の端面に満遍なく半田が付着し易く、半田が付着していない導線３が殆ど存在しなくなる。

ここで、リッツ線１の項目で述べたように、素線２の絶縁被覆４を半田の溶融熱で溶融する材料で構成すれば、リッツ線１の端部に半田を付着させる際、素線２の絶縁被覆を除去することができる。特に、導体３が斜めの断面であると、リッツ線１の端面からリッツ線１の根元側（リッツ線１の端面から離れる方向）に向かって熱が伝導し易い。そのため、リッツ線１の端部を半田浴に浸漬すれば、各素線２間の絶縁被覆４がリッツ線１の端面から根元側に向かって溶融し、各導線同士が導通した状態で端子部材に接続される。その結果、リッツ線１の端部において、各導線３を半田により強固に一体化させることができる。

最後に、図３（Ｄ）に示すように、半田が付着したリッツ線１の端部を円筒部５１の位置に戻し、当該端部と円筒部５１との隙間を埋めるように追加の半田を流し込む。追加の半田により、リッツ線１（導線３）と丸形端子５との導通を確保することで、本発明リッツ線アセンブリを完成させる。

なお、半田浴にリッツ線１の端部を浸漬する場合、端部に付着した半田が固まる前にリッツ線１の端部を図３（Ｄ）の位置に戻し、円筒部５１でリッツ線１の端部に付着した半田を扱くようにしても良い。

＜本発明リッツ線アセンブリの評価＞
以上のようにして作製した本発明リッツ線アセンブリについて、その電気抵抗値を測定した。リッツ線１に備わる導線３の数とその線径や、半田の材料などは予め判っているので、リッツ線１に備わる全ての導線３に半田が付着していれば、リッツ線アセンブリがどの程度の電気抵抗値を示すかを予想することができる。この予想される電気抵抗値と、測定した本発明リッツ線アセンブリの電気抵抗値とを比較したところ、リッツ線１に備わる各導線３のほぼ全てに半田が付着していることが判った。一方、リッツ線１の端部を直角に切断した従来構造のリッツ線アセンブリの電気抵抗値を測定した結果、予想値よりも大幅に高かった。そして、測定値と予想値とを比較した結果、リッツ線１に備わる導線３のうち、約２０〜３０％に半田が付着していないことが判った。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるわけではなく、その実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明リッツ線アセンブリは、高周波で使用されるリアクトルの巻線などに好適に利用可能である。

リッツ線の横断面図である。 リッツ線の切断状態を示す図であって、（Ａ）は本発明リッツ線の側面図、（Ｂ）は同リッツ線の切断面が見えるようにした斜視図、（Ｃ）は従来リッツ線の側面図、（Ｄ）は同リッツ線の切断面が見えるようにした斜視図である。 本発明のリッツ線アセンブリにおけるリッツ線と丸形端子（端子部材）との接合手順を示す概略説明図である。 従来のリッツ線アセンブリにおけるリッツ線と丸形端子（端子部材）との接合手順を示す概略説明図である。

符号の説明

１ リッツ線
２ 素線 ３ 導線 ４ 絶縁被覆
５ 丸形端子（端子部材） ５１ 円筒部 ５２ 端子部

Claims (5)

1. 導線の外周に絶縁被覆を備える素線が複数集合して形成されたリッツ線と、そのリッツ線の端部に接合される端子部材とを備えるリッツ線アセンブリであって、
   前記リッツ線は、その軸方向に非直交の端面を有し、
   その端面には半田が付着し、その半田を介して導線と端子部材とが導通していることを特徴とするリッツ線アセンブリ。
2. 前記リッツ線の端面は、リッツ線の軸方向と直交する断面に対して４５°以上傾いていることを特徴とする請求項１に記載のリッツ線アセンブリ。
3. 前記絶縁被覆を、前記半田をリッツ線端面に付着させる際に加えられる熱により除去される材料としたことを特徴とする請求項１または２に記載のリッツ線アセンブリ。
4. 前記各導線の線径が１００μｍ未満で、導線の本数が１００本以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリッツ線アセンブリ。
5. 前記リッツ線は、リアクトルのコイルの巻線であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリッツ線アセンブリ。

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