JP4263198B2 - モールドコイルの金型及びモールドコイルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型本体に収容されたコイルのコイル導体に通電することにより熱硬化性樹脂を硬化させてモールドコイルを製造するときに用いられる金型及びモールドコイルの製造方法に関する。

エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂でモールドした樹脂モールドコイルは、電気的特性及び機械的特性に優れているので、変圧器やリアクトル等のコイルとして従来より使用されている。このようなモールドコイルは、例えば予めコイルが配置された金型内に熱硬化性樹脂を注入した後、その熱硬化性樹脂を硬化させることにより製造される。
この場合、熱硬化性樹脂を硬化する方法として、従来より、高温状態にある炉内で空気加熱する方法や、金型の外面にヒータを取り付けてヒータ加熱する方法が採用されてきた。

上記モールドコイルにおいては、特に、コイルの周囲の熱硬化性樹脂を状態良く硬化させることが性能上、重要である。ところが、上述した空気加熱やヒータ加熱により熱硬化性樹脂を硬化する方法は、いずれも金型の外部から熱硬化性樹脂を加熱する構成であるため、モールドコイルの外周部の熱硬化性樹脂は高温下で速やかに硬化するが、中心部、即ちコイル近傍の熱硬化性樹脂は、比較的低い温度でゆっくりと硬化する。このため、モールドコイルの外周部に比べて中心部の方が熱硬化性樹脂の硬化が遅くなり、コイルの近傍に残留応力が残り易いという問題があった。

このような問題を解決する方法として、コイルのコイル導体に電流を流し、コイル導体を発熱させることにより熱硬化性樹脂を硬化させる方法がある。この方法では、コイルの近傍の熱硬化性樹脂を先に硬化させることができるため、コイル近傍の熱硬化性樹脂層の残留応力の低減やひけ防止を図ることができる。

このようにコイル導体に通電して熱硬化性樹脂を硬化する方法では、金型に設けられた一対の通電端子に前記コイル導体の巻き始め及び巻き終わりである両端部を接続し、前記通電端子を介して両端部間に電圧を印加する。この場合、前記コイル導体は、全体としてはエナメル等の絶縁被覆に覆われてターン間の絶縁がなされているが、両端部は前記通電端子との電気的接合のために絶縁被覆が取り除かれた状態になっている。

しかしながら、前記熱硬化性樹脂は、硬化前の液体状態では比較的抵抗が小さい。このため、図６に示すように、コイル１が組み込まれた金型２内に液体状態の熱硬化性樹脂３を充填し、通電端子４を介してコイル導体５に電流を流すと、矢印で示すように、前記熱硬化性樹脂３の層を通って前記コイル導体５の端部５ａと前記金型２との間に電流が流れてしまう。このように、熱硬化性樹脂３層を電流が流れると、熱硬化性樹脂３を構成する分子が電気分解されて析出し、硬化阻害が生じるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、内部にコイルが組み込まれた金型本体に熱硬化性樹脂を充填して前記コイル導体に通電し、前記コイル導体を発熱させることにより熱硬化性樹脂を硬化させてモールドコイルを製造するときに用いられるものであって、前記熱硬化性樹脂内に電流が流れることを極力防止することができるモールドコイルの金型及びモールドコイルの製造方法を提供するにある。

本願請求項１の発明は、内部にコイルが組み込まれた金型本体に熱硬化性樹脂を充填すると共に前記コイルのコイル導体に通電し、前記コイル導体を発熱させることにより、前記熱硬化性樹脂の上部に高温層が形成されると共に下部に低温層が形成されるようにしながら該熱硬化性樹脂を硬化させてモールドコイルを製造するときに用いられるモールドコイルの金型であって、前記金型本体の下部に設けられ前記金型本体に前記熱硬化性樹脂を注入するための注入口と、前記金型本体の上部及び下部に設けられ前記コイル導体に直流電流を流すための一対の通電端子とを備え、前記コイル導体に直流電流を流すことにより前記熱硬化性樹脂が電気分解されたときに、前記熱硬化性樹脂の分子成分が析出する極及び析出しない極が、それぞれ前記通電端子のうち下部の通電端子及び上部の通電端子となるように構成したところに特徴を有する。

金型本体の下部に設けられた注入口から注入された熱硬化性樹脂は、コイル導体の熱により加熱され、その熱は対流で上方へ移動する。このため、前記金型本体の熱硬化性樹脂のうち上部には高温層が、下部には低温層が形成される。従って、上記構成によれば、上部の通電端子周辺の熱硬化性樹脂が硬化して金型本体と通電端子との間に電流が流れることが阻止されるまでの間に、分子成分がほとんど析出しない。

更に、本願請求項２の発明は、内部にコイルが組み込まれた金型に熱硬化性樹脂を充填すると共に前記コイルのコイル導体に通電し、前記コイル導体を発熱させることにより、前記熱硬化性樹脂に高温層と低温層とを形成しながら該熱硬化性樹脂を硬化させてモールドコイルを製造するモールドコイルの製造方法であって、前記金型に、前記コイル導体に直流電流を流すための一対の通電端子を設けると共に、前記金型に充填されて形成される前記熱硬化性樹脂の前記低温層側に位置して前記熱硬化性樹脂を前記金型内に注入するための注入口を設け、前記熱硬化性樹脂内に直流電流が流れることにより前記熱硬化性樹脂が電気分解されたときに、前記熱硬化性樹脂の分子成分が析出する極及び析出しない極が、それぞれ前記通電端子のうち前記熱硬化性樹脂の前記低温層に位置する通電端子及び前記高温層に位置する通電端子となるように前記コイル導体に直流電流を流したところに特徴を有する。

低温層に比べて高温層の方が、熱硬化性樹脂の硬化速度が速く、また粘度が低いため熱硬化性樹脂の分子成分が比較的自由に移動できる。このため、熱硬化性樹脂の分子成分が析出する極を高温層に位置する通電端子にすると、熱硬化性樹脂が硬化するまでの短時間の間に熱硬化性樹脂の分子成分が析出してしまう。これに対して、上記構成では、分子成分が析出する極を低温層に位置する通電端子として、分子成分が析出するまでに時間がかかるように構成した。従って、高温層に位置する通電端子周辺の熱硬化性樹脂が硬化して金型と通電端子との間に電流が流れることが阻止されるまでの間に、分子成分がほとんど析出しない。

本発明によれば、熱硬化性樹脂内に直流電流が流れることにより前記熱硬化性樹脂が電気分解されたときに、前記熱硬化性樹脂の分子成分が析出する極及び析出しない極が、それぞれ前記熱硬化性樹脂の低温層に位置する通電端子及び高温層に位置する通電端子となるようにコイル導体に直流電流を流したので、前記熱硬化性樹脂の分子成分が析出するまでの間に熱硬化性樹脂を硬化させ、熱硬化性樹脂内を流れる電流経路を速やかに遮断することができる。従って、硬化阻害が生じることを極力防止でき、熱硬化性樹脂を良好に硬化させて高性能のモールドコイルを得ることができる。

まず最初に、本発明のいくつかの参考例について説明する。図１及び図２は第１の参考例であり、図１は金型をモールドコイルと共に示す縦断面図である。この図１において、金型本体１１は、内型１２，外型１３，上型１４，下型１５を組み合わせて構成されている。前記外型１３は、前後（図１において左右）に二分割される分割型１３ａ，１３ｂから構成されており、その一方の分割型１３ａには、一対の通電端子１６，１７が取り付けられている。前記通電端子１６，１７には、直流電源１８が接続されている。

参考例１においては、前記金型本体１１のうち前記通電端子１６，１７が設けられた前記分割型１３ａは絶縁材から構成されており、残りの型１２，１３ｂ，１４，１５は非絶縁材から構成されている。また、前記下型１５には、前記金型本体１１内に熱硬化性樹脂２３を注入するための注入口２２が設けられている。

さて、上記金型本体１１を用いてモールドコイルを製造するに際しては、まず、前記金型本体１１内にコイル１９が組み込まれる。前記コイル１９は、コイル導体２０を巻回して構成されており、前記コイル導体２０の表面はターン間の絶縁のためにエナメル等の絶縁被覆２１で覆われている。前記金型本体１１内に組み込まれたコイル１９は、前記コイル導体２０の巻き始め及び巻き終わりである両端部２０ａ及び２０ｂがそれぞれ前記通電端子１６及び１７に溶接や圧着等により接合される。

このとき、図２に示すように、前記コイル導体２０の両端部２０ａ，２０ｂは、前記通電端子１６，１７と電気的に接合するために、前記絶縁被覆２１が取り除かれ、金属表面が露出した状態にある。尚、図２では、前記コイル導体２０の端部２０ａと通電端子１６との接合部分のみを図示しているが、前記コイル導体２０の他方の端部２０ｂと通電端子１７との接合部分についても同様である。

次に、図１に示すように、前記注入口２２から前記金型本体１１内に、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂２３が注入される。尚、図１では、金型本体１１内に熱硬化性樹脂２３が充填された状態を示している。
そして、前記金型本体１１内に熱硬化性樹脂２３を充填した後、前記通電端子１６，１７を介して前記コイル導体２０に直流電流を流す。すると、前記コイル導体２０自身の抵抗損失による発熱によって金型本体１１内の熱硬化性樹脂２３が加熱され、この結果、前記熱硬化性樹脂２３が硬化する。

ところで、前記熱硬化性樹脂２３は、硬化前の液体状態にあるときは電気抵抗が比較的小さいため、電流が流れ得る状態にある。また、前記コイル導体２０の両端部２０ａ，２０ｂは金属表面が露出した状態にある。しかし、本参考例の金型本体１１においては、前記分割型１３ａを絶縁材から構成したため、金属表面が露出した状態にあるコイル導体２０の両端部２０ａ，２０ｂの近くに導電材が存在しない。従って、従来の金型と異なり、熱硬化性樹脂２３内を電流が流れて当該熱硬化性樹脂２３が電気分解されることがない。このため、硬化阻害が生じることがなく、コイル導体２０周辺の熱硬化性樹脂２３を良好に硬化させることができ、高性能のモールドコイルを製造することができる。

図３は、本発明の第２の参考例を示すものであり、第１の参考例と異なるところを説明する。尚、第１の参考例と同一部分には同一符号を付している。即ち、この第２の参考例では、分割型１３ａに代えて、非絶縁材からなる分割型３１から金型本体１１を構成している。このため、前記分割型３１のうち前記通電端子１６及び１７の周囲部には、それぞれ絶縁材１６ａ，１７ａが介装されている。そして、本参考例においては、前記分割型３１の内面に、絶縁物３２がコーティングされている。

尚、上記した以外の構成は第１の参考例と同様である。従って、本参考例においても、上記第１の参考例と同一の作用、効果を得ることができる。
図４は、本発明の第３の参考例を示すものであり、第２の参考例と異なるところを説明する。尚、第２の参考例と同一部分には同一符号を付している。この第３の参考例では、通電端子１６，１７との接合のために絶縁被覆２１を取り除いたコイル導体２０の両端部２０ａ，２０ｂ（図４では一方の通電端子１６及び端部２０ａのみ示す）を前記通電端子１６，１７と接合した後、前記通電端子１６，１７を介して前記コイル導体２０に通電する前に、前記両端部２０ａ，２０ｂ及び通電端子１６，１７のうち内側に位置する部分に絶縁物、例えばエポキシ樹脂を粉体塗装することにより絶縁被覆４１を形成する工程を設けている。この場合、前記分割型３１の内面には絶縁物はコーティングされていない。

上記構成において、前記金型本体１１内に熱硬化性樹脂２３を充填した後、前記通電端子１６，１７を介して前記コイル導体２０に電流を流すと、前記コイル導体２０自身の抵抗損失による発熱によって金型本体１１内の熱硬化性樹脂２３が加熱される。

このとき、前記コイル導体２０の両端部２０ａ，２０ｂ及び通電端子１６，１７の表面が絶縁物で覆われているため、両端部２０ａ，２０ｂや通電端子１６，１７と分割型３１との間に電流が流れることがない。従って、本参考例においても、硬化阻害が生じることがないため、コイル導体２０周辺の熱硬化性樹脂２３を良好に硬化させることができ、高性能のモールドコイルを製造することができる。

ところで、上記した第１ないし第３の参考例においては、コイル導体２０の両端部２０ａ，２０ｂの周囲の熱硬化性樹脂２３層に電流が流れることを阻止することにより、熱硬化性樹脂２３の硬化阻害の発生を防止した。これに対して、図５は本発明の第１の実施例である。この第１の実施例では、熱硬化性樹脂２３に電流が流れて電気分解されたときに、熱硬化性樹脂２３の成分が析出する量を極力抑えたところに特徴を有する。即ち、この第１の実施例では、熱硬化性樹脂２３の低分子成分が析出しない極、例えば（＋）極を両通電端子１６，１７のうちの上部に位置する端子１６とし、析出する極を下部に位置する端子１７となるように構成した。

前記コイル導体２０に通電しつつ、前記注入口２２から金型本体１１内に熱硬化性樹脂２３を注入すると、充填完了時は、熱硬化性樹脂２３の上部に高温層が、下部に低温層が形成される。これは、前記コイル導体２０から熱硬化性樹脂２３に伝わった熱が対流により上方へ移動するためである。
このとき、コイル導体２０の端部２０ａ，２０ｂは、絶縁被覆２１が取り除かれた状態にあるため、コイル導体２０に流れる電流は、図５に矢印で示すように、前記端部２０ａ、前記熱硬化性樹脂２３、前記金型３１、前記熱硬化性樹脂２３、前記端部２０ｂという経路にも流れる。

前記熱硬化性樹脂２３内を電流が流れると、その低分子成分が析出する。特に、熱硬化性樹脂２３は、温度が高いほど粘度が低いため、高温層の熱硬化性樹脂２３の分子は比較的に自由に動くことができ、析出速度が速い。また、熱硬化性樹脂製２３の硬化速度は温度が高いほど速い。そのため、上部に位置する通電端子１６を低分子成分が析出する極にすると、熱硬化性樹脂２３が硬化するまでの短時間の間に、その低分子成分が前記通電端子１６に析出する。

これに対して、本実施例では、下部に位置する通電端子１７を低分子成分が析出する極にした。このため、通電端子１７に熱硬化性樹脂２３の分子成分が析出するまでの間に、高温層に位置する通電端子１６周辺の熱硬化性樹脂２３を硬化させて、コイル導体２０の端部２０ａ，２０ｂと金型３１との間を流れる電流経路を遮断することができる。

従って、上記構成の本実施例によれば、熱硬化性樹脂２３内を電流が流れるものの、熱硬化性樹脂２３の低分子成分が析出する量を極力少なく抑えることができるので、硬化阻害の発生を防止できる。このため、熱硬化性樹脂を良好に硬化させることができ、高性能のモールドコイルを製造することができる。

尚、上記第１の参考例では、分割型１３ａの全てを絶縁材から構成したが、少なくとも、熱硬化性樹脂を介してコイル導体の端部と金型との間に電流が流れることを阻止することができる領域を絶縁材から構成しても良い。また、第２の参考例の場合も同様に、前記分割型３１の内面うち熱硬化性樹脂を介してコイル導体２０の端部２０ａ，２０ｂと分割型３１との間に電流が流れることを阻止することができる領域に絶縁物をコーティングすれば良い。また、絶縁物をコーティングすることに代えて、絶縁性のシートを金型の内面に接着などにより張り付けても良い。

上記第１ないし第３の各参考例では、分割型に対して通電端子を上下方向に離して設けることに代えて、水平方向に離して設けても良い。また、注入口は、成形型の下部に限らず、上部や側部でも良い。
更に、第１の実施例では、例えば成形型の外面にヒータを配設して、成形型内のうち水平方向の一方側及び他方側に高温層及び低温層が形成されるように構成すると共に、熱硬化性樹脂の分子成分が析出する極を低温層に位置する通電端子、析出しない極を高温層に位置する通電端子となるように構成しても良い。

本発明の第１の参考例を示すものであり、内部にコイル及び熱硬化性樹脂を収容した状態で示す金型の縦断面図 コイル導体の一方の端部及び通電端子周辺部分の拡大斜視図 本発明の第２の参考例を示すものであり、コイル及び熱硬化性樹脂を収容した状態で示す金型の一部の縦断面図 本発明の第３の参考例を示す図２相当図 本発明の第１の実施例を示す図３相当図 従来構成を説明するための図

符号の説明

図中、１１は金型本体、１６，１７は通電端子、１８は直流電源、１９はコイル、２０はコイル導体、２２は注入口、２３は熱硬化性樹脂を示す。

Claims (2)

1. 内部にコイルが組み込まれた金型本体に熱硬化性樹脂を充填すると共に前記コイルのコイル導体に通電し、前記コイル導体を発熱させることにより、前記熱硬化性樹脂の上部に高温層が形成されると共に下部に低温層が形成されるようにしながら該熱硬化性樹脂を硬化させてモールドコイルを製造するときに用いられるモールドコイルの金型において、
   前記金型本体の下部に設けられ前記金型本体に前記熱硬化性樹脂を注入するための注入口と、
   前記金型本体の上部及び下部に設けられ前記コイル導体に直流電流を流すための一対の通電端子とを備え、
   前記コイル導体に直流電流を流すことにより前記熱硬化性樹脂が電気分解されたときに、前記熱硬化性樹脂の分子成分が析出する極及び析出しない極が、それぞれ前記通電端子のうちの下部の通電端子及び上部の通電端子となるように構成したことを特徴とするモールドコイルの金型。
2. 内部にコイルが組み込まれた金型に熱硬化性樹脂を充填すると共に前記コイルのコイル導体に通電し、前記コイル導体を発熱させることにより、前記熱硬化性樹脂に高温層と低温層とを形成しながら該熱硬化性樹脂を硬化させてモールドコイルを製造するモールドコイルの製造方法において、
   前記金型に、前記コイル導体に直流電流を流すための一対の通電端子を設けると共に、前記金型に充填されて形成される前記熱硬化性樹脂の前記低温層側に位置して前記熱硬化性樹脂を前記金型内に注入するための注入口を設け、
   前記熱硬化性樹脂内に直流電流が流れることにより前記熱硬化性樹脂が電気分解されたときに、前記熱硬化性樹脂の分子成分が析出する極及び析出しない極が、それぞれ前記通電端子のうち前記熱硬化性樹脂の前記低温層に位置する通電端子及び前記高温層に位置する通電端子となるように前記コイル導体に直流電流を流したことを特徴とするモールドコイルの製造方法。

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