JP7482763B2

JP7482763B2 - coil

Info

Publication number: JP7482763B2
Application number: JP2020197897A
Authority: JP
Inventors: 朋来村田; 勝哉 ▲高▼岡
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2024-05-14
Anticipated expiration: 2040-11-30
Also published as: JP2022086082A

Description

本発明は、導体と導体を覆う絶縁体とを備える線材が巻かれたコイルに関する。 The present invention relates to a coil wound with a wire having a conductor and an insulator covering the conductor.

コイルに好適な線材を得る技術として、特許文献１には、ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂とシロキサン系化合物とが含まれる塗料を導体に塗布し、焼付けによって導体に絶縁体を設ける技術が開示されている。 As a technique for obtaining wire suitable for coils, Patent Document 1 discloses a technique in which a paint containing polyimide resin or polyamide-imide resin and a siloxane-based compound is applied to a conductor, and then an insulator is provided on the conductor by baking.

特開２０１１－１３２３９３号公報JP 2011-132393 A

コイルは、導体の温度が上がり導体の電気抵抗が大きくなると、抵抗成分によって消費される電力損失（銅損）が大きくなる。銅損を低減するため、導体の放熱を促進して導体の抵抗の上昇を抑える目的で、導体を覆う絶縁体の熱伝導性向上の要求がある。 When the temperature of a coil's conductor rises and the electrical resistance of the conductor increases, the power loss (copper loss) consumed by the resistance component increases. To reduce copper loss, there is a need to improve the thermal conductivity of the insulator that covers the conductor in order to promote heat dissipation from the conductor and suppress the increase in the conductor's resistance.

本発明はこの要求に応えるためになされたものであり、絶縁体の熱伝導性を向上できるコイルを提供することを目的とする。 The present invention was made to meet this demand, and aims to provide a coil that can improve the thermal conductivity of the insulator.

この目的を達成するために本発明のコイルは、導体と、導体を覆う絶縁体と、を備える線材が巻かれたものであって、絶縁体は、セラミック粒子、セラミック繊維および非晶質酸化物からなり、絶縁体の平均の厚さは５μｍ以上５０μｍ以下である。絶縁体の切断面において、絶縁体の面積に対するセラミック粒子の面積は４０％以上６５％以下であり、絶縁体の面積に対するセラミック繊維の面積は１０％以上２２％以下である。 To achieve this objective, the coil of the present invention is wound with a wire having a conductor and an insulator covering the conductor, the insulator being made of ceramic particles, ceramic fibers and amorphous oxides, and the average thickness of the insulator is 5 μm or more and 50 μm or less. On a cut surface of the insulator, the area of the ceramic particles relative to the area of the insulator is 40% or more and 65% or less, and the area of the ceramic fibers relative to the area of the insulator is 10% or more and 22% or less.

第１の態様によれば、導体を覆う絶縁体はセラミック粒子、セラミック繊維および非晶質酸化物からなり、絶縁体の平均の厚さは５μｍ以上５０μｍ以下である。絶縁体の切断面において、絶縁体の面積に対するセラミック粒子の面積は４０％以上６５％以下であり、絶縁体の面積に対するセラミック繊維の面積は１０％以上２２％以下である。これにより導体と絶縁体との付着性を確保し、さらに絶縁体の耐熱性を確保しつつ熱伝導性を向上できる。 According to the first aspect, the insulator covering the conductor is made of ceramic particles, ceramic fibers, and amorphous oxides, and the average thickness of the insulator is 5 μm or more and 50 μm or less. On the cut surface of the insulator, the area of the ceramic particles is 40% or more and 65% or less of the area of the insulator, and the area of the ceramic fibers is 10% or more and 22% or less of the area of the insulator. This ensures adhesion between the conductor and the insulator, and improves thermal conductivity while ensuring the heat resistance of the insulator.

第２の態様によれば、セラミック繊維の主成分は、炭化珪素、アルミナ又はアルミナ－シリカであり、絶縁体の切断面における空隙率は５％以下である。第１の態様の効果に加え、絶縁体の熱伝導性をさらに向上できる。 According to the second aspect, the main component of the ceramic fibers is silicon carbide, alumina or alumina-silica, and the porosity at the cut surface of the insulator is 5% or less. In addition to the effect of the first aspect, the thermal conductivity of the insulator can be further improved.

第３の態様によれば、セラミック粒子の材料は、窒化アルミニウム、炭化珪素および窒化珪素から選ばれる少なくとも１種である。第１又は第２の態様の効果に加え、熱伝導性をさらに向上できる。 According to the third aspect, the material of the ceramic particles is at least one selected from aluminum nitride, silicon carbide, and silicon nitride. In addition to the effects of the first and second aspects, the thermal conductivity can be further improved.

第４の態様によれば、非晶質酸化物の主成分はＢｉ又はＴｅである。第１から第３の態様のいずれかの効果に加え、絶縁体の付着性を向上できる。 According to the fourth aspect, the main component of the amorphous oxide is Bi or Te. In addition to the effects of any of the first to third aspects, the adhesion of the insulator can be improved.

第５の態様によれば、導体の材料はＣｕ又はＡｌである。第１から第４の態様のいずれかの効果に加え、導体の熱伝導性および電気伝導性を確保できる。 According to the fifth aspect, the material of the conductor is Cu or Al. In addition to the effects of any of the first to fourth aspects, the thermal conductivity and electrical conductivity of the conductor can be ensured.

一実施の形態におけるコイルの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a coil according to an embodiment. 線材の断面図である。FIG. 図２のＩＩＩで示す部分を拡大した線材の断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the wire rod of a portion indicated by III in FIG. 2 .

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は一実施の形態におけるコイル１０の斜視図である。コイル１０は、軸Ｃの周りに線材１１が螺旋状に巻かれている。本実施形態におけるコイル１０は、線材１１にエッジワイズ曲げ加工が施された巻線である。コイル１０は角筒型であり、コイル１０の外形は、軸Ｃからコイル１０を見た軸方向視において、隣り合う辺が円弧でつながった矩形状である。コイル１０の用途はモータや発電機（回転電気機械）、リアクトル、トランスが例示されるが、用途に制限はない。コイル１０は磁心が配置されない空芯コイルであっても良い。 The following describes preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view of a coil 10 in one embodiment. The coil 10 is a wire 11 wound in a spiral shape around an axis C. The coil 10 in this embodiment is a winding in which the wire 11 is edgewise bent. The coil 10 is a rectangular tube, and the outer shape of the coil 10 is a rectangle with adjacent sides connected by arcs when viewed in the axial direction of the coil 10 from the axis C. Examples of applications of the coil 10 include motors, generators (rotating electric machines), reactors, and transformers, but there are no limitations on the applications. The coil 10 may be an air-core coil without a magnetic core.

図２はコイル１０の軸Ｃを含む線材１１の断面図である。線材１１は、導体１２と、導体１２を覆う絶縁体１３と、を備える絶縁電線である。導体１２の材料はＣｕ、Ａｌ、ＣｕやＡｌの合金が例示される。本実施形態における導体１２は、角に丸みを付した平角線（単線）である。導体１２は、単線を複数集めた集合線でも良い。集合線は、単線を複数積層したものが例示される。 Figure 2 is a cross-sectional view of the wire 11 including the axis C of the coil 10. The wire 11 is an insulated electric wire including a conductor 12 and an insulator 13 covering the conductor 12. Examples of the material of the conductor 12 include Cu, Al, and alloys of Cu and Al. In this embodiment, the conductor 12 is a rectangular wire (single wire) with rounded corners. The conductor 12 may be an assembly wire made of multiple single wires. An example of an assembly wire is one made by stacking multiple single wires.

図３は図２のＩＩＩで示す部分を拡大した線材１１の断面図である。絶縁体１３は、セラミック粒子１４、セラミック繊維１５及び非晶質酸化物１６からなる。非晶質酸化物１６（ガラス）は導体１２に付着している。絶縁体１３は、セラミック粒子１４及びセラミック繊維１５が作る隙間を非晶質酸化物１６が埋めている。非晶質酸化物１６に固定されたセラミック粒子１４及びセラミック繊維１５は、非晶質酸化物１６の熱伝導性、靭性および強度を向上させる。 Figure 3 is a cross-sectional view of the wire 11, enlarging the part indicated by III in Figure 2. The insulator 13 is made of ceramic particles 14, ceramic fibers 15, and amorphous oxide 16. The amorphous oxide 16 (glass) is attached to the conductor 12. In the insulator 13, the amorphous oxide 16 fills the gaps created by the ceramic particles 14 and ceramic fibers 15. The ceramic particles 14 and ceramic fibers 15 fixed to the amorphous oxide 16 improve the thermal conductivity, toughness, and strength of the amorphous oxide 16.

絶縁体１３の熱劣化を低減するため、絶縁体１３は樹脂を含まない。樹脂材料の熱伝導率は一般に０．２５－０．３０Ｗ／ｍＫであり、非晶質酸化物１６の熱伝導率は０．６０Ｗ／ｍＫ以上である。樹脂の熱伝導率に比べ、一般に非晶質酸化物１６の熱伝導率は高いので、絶縁体１３の熱伝導性を向上できる。絶縁体１３が樹脂を含まないことは、絶縁体１３の断面に現出する物質の外観、及び、その物質の電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いた波長分散型Ｘ線分析（ＷＤＳ）により、物質に含まれる炭素が検出限界未満であることによって判定できる。 To reduce thermal deterioration of the insulator 13, the insulator 13 does not contain resin. The thermal conductivity of resin materials is generally 0.25-0.30 W/mK, and the thermal conductivity of the amorphous oxide 16 is 0.60 W/mK or higher. Compared to the thermal conductivity of resin, the thermal conductivity of the amorphous oxide 16 is generally higher, so the thermal conductivity of the insulator 13 can be improved. The fact that the insulator 13 does not contain resin can be determined by the appearance of the material appearing on the cross section of the insulator 13, and by wavelength dispersive X-ray analysis (WDS) of the material using an electron beam microanalyzer (EPMA) showing that the carbon contained in the material is below the detection limit.

セラミック粒子１４は、材料として、アルミナ、ジルコニア、ムライト、チタニア等の酸化物；窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ジルコニウム、窒化チタン等の窒化物；炭化珪素、炭化チタン等の炭化物；硼化チタン等の硼化物が例示される。セラミック粒子１４は、特に窒化アルミニウム、酸化珪素および窒化珪素から選ばれる少なくとも１種を材料とするものが、絶縁体１３の熱伝導性の向上に好適である。セラミック粒子１４は、材料の異なるものが混ざっていても良い。セラミック粒子１４は、粒子の短径に対する粒子の長径の比率（アスペクト比）が、例えば３以下である。 Ceramic particles 14 may be made of oxides such as alumina, zirconia, mullite, and titania; nitrides such as aluminum nitride, silicon nitride, zirconium nitride, and titanium nitride; carbides such as silicon carbide and titanium carbide; and borides such as titanium boride. Ceramic particles 14 made of at least one material selected from aluminum nitride, silicon oxide, and silicon nitride are particularly suitable for improving the thermal conductivity of insulator 13. Ceramic particles 14 may be made of a mixture of different materials. Ceramic particles 14 have an aspect ratio (ratio of the major axis of the particle to the minor axis of the particle) of, for example, 3 or less.

セラミック粒子１４の平均粒径は、０．４μｍ以上１０μｍ以下が好適である。絶縁体１３の強度を確保するためである。セラミック粒子１４の平均粒径は以下のようにして求められる。まず、５０個以上のセラミック粒子１４が現出する絶縁体１３の断面の画像を取得する。次いで、画像解析によって５０個以上のセラミック粒子１４の各々の面積の円相当径（直径）を求める。セラミック粒子１４の平均粒径は、得られた円相当径の平均値（ｎ≧５０）である。 The average particle size of the ceramic particles 14 is preferably 0.4 μm or more and 10 μm or less. This is to ensure the strength of the insulator 13. The average particle size of the ceramic particles 14 is determined as follows. First, an image of a cross section of the insulator 13 in which 50 or more ceramic particles 14 appear is obtained. Next, the circle equivalent diameter (diameter) of the area of each of the 50 or more ceramic particles 14 is determined by image analysis. The average particle size of the ceramic particles 14 is the average value (n≧50) of the obtained circle equivalent diameters.

セラミック繊維１５は、セラミック製の繊維の太さに対する繊維の長さの比率（アスペクト比）が３０以上のものをいう。セラミック繊維１５は、ウィスカー（針状単結晶）やガラス繊維を含む。セラミック繊維１５は、単繊維を束ねた繊維束や単繊維が採用され得る。セラミック繊維１５は、材料として、アルミナ、シリカ、アルミナ－シリカ、ジルコニア等を主成分とする非晶質の酸化物や結晶質の酸化物；炭化珪素、炭化硼素、窒化珪素などの非酸化物が例示される。セラミック繊維１５の主成分とは、物質量が９０ｍｏｌ％以上のものをいう。セラミック繊維１５は、特に炭化珪素、アルミナ又はアルミナ－シリカを主成分とするものが、絶縁体１３の熱伝導性の向上に好適である。セラミック繊維１５は、材料の異なるものが混ざっていても良い。 The ceramic fiber 15 refers to a ceramic fiber having a ratio of the length of the fiber to the thickness (aspect ratio) of 30 or more. The ceramic fiber 15 includes whiskers (needle-shaped single crystals) and glass fibers. The ceramic fiber 15 may be a bundle of single fibers or a single fiber. Examples of the material of the ceramic fiber 15 include amorphous oxides and crystalline oxides mainly composed of alumina, silica, alumina-silica, zirconia, etc.; and non-oxides such as silicon carbide, boron carbide, and silicon nitride. The main component of the ceramic fiber 15 refers to a material having a substance amount of 90 mol% or more. Ceramic fibers 15 mainly composed of silicon carbide, alumina, or alumina-silica are particularly suitable for improving the thermal conductivity of the insulator 13. The ceramic fiber 15 may be a mixture of different materials.

非晶質酸化物１６は、材料として、Ｓｉ，Ｂ，Ｐ，Ｔｅ及びＢｉのうちから選択される１種を主成分とするものが例示される。非晶質酸化物１６の主成分とは、酸素（Ｏ）以外の元素のうち非晶質酸化物１６に最も多く含まれる元素（物質量が最も多いもの）をいう。非晶質酸化物１６は、Ｏ及び主成分となる元素以外に、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ等のアルカリ金属；Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ等のアルカリ土類金属；Ａｌ等の貧金属；Ｔｉ，Ｚｎ等の遷移金属から選択される１種以上の元素が含まれ得る。 Examples of the material of the amorphous oxide 16 include those containing one selected from the group consisting of Si, B, P, Te, and Bi as the main component. The main component of the amorphous oxide 16 refers to the element (the element with the largest amount of substance) contained in the amorphous oxide 16 among elements other than oxygen (O). In addition to O and the main component element, the amorphous oxide 16 may contain one or more elements selected from alkali metals such as Li, Na, and K; alkaline earth metals such as Mg, Ca, and Ba; poor metals such as Al; and transition metals such as Ti and Zn.

絶縁体１３は、セラミック粒子１４、セラミック繊維１５及び非晶質酸化物１６以外に不純物が含まれることがある。不純物は、金属元素や非金属元素の酸化物やＣが例示される。酸化物（不純物）は、例えば導体１２と絶縁体１３との間の界面１７に存在する。Ｃ（不純物）は、例えばセラミック粒子１４及びセラミック繊維１５の少なくとも一方と非晶質酸化物１６との間の境界や非晶質酸化物１６の中に存在する。 The insulator 13 may contain impurities in addition to the ceramic particles 14, ceramic fibers 15, and amorphous oxides 16. Examples of impurities include oxides of metal elements and nonmetallic elements, and C. The oxides (impurities) are present, for example, at the interface 17 between the conductor 12 and the insulator 13. C (impurity) is present, for example, at the boundary between at least one of the ceramic particles 14 and ceramic fibers 15 and the amorphous oxide 16, or within the amorphous oxide 16.

酸化物（不純物）を構成する金属元素は、Ｃｒ，Ｃｕ等の遷移金属；Ｓｉ等の半金属、Ａｌ等の貧金属が例示される。酸化物（不純物）を構成する非金属元素はＣが例示される。不純物の含有量は、絶縁体１３に対して酸化物換算で１ｗｔ％以下である。不純物の分析は、ＥＰＭＡを用いたＷＤＳ、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析、又は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いたエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）により行うことができる。 Metal elements constituting the oxides (impurities) include transition metals such as Cr and Cu; semimetals such as Si; and poor metals such as Al. An example of a nonmetal element constituting the oxides (impurities) is C. The content of the impurities is 1 wt % or less in terms of oxides relative to the insulator 13. Analysis of the impurities can be performed by WDS using an EPMA, inductively coupled plasma (ICP) optical emission spectroscopy, or energy dispersive X-ray analysis (EDS) using a transmission electron microscope (TEM).

絶縁体１３は、コイル１０の軸Ｃを含む線材１１の断面において、導体１２の全周に亘って設けられている。少なくとも、互いに隣り合う導体１２間の絶縁を確保するためである。絶縁体１３は、平均の厚さが５μｍ以上５０μｍ以下である。導体１２と絶縁体１３との付着性を確保するためである。導体１２と絶縁体１３との間の界面１７には、導体１２の表面に形成された酸化被膜が存在することがある。 The insulator 13 is provided around the entire circumference of the conductor 12 in the cross section of the wire 11 including the axis C of the coil 10. This is to ensure insulation at least between adjacent conductors 12. The insulator 13 has an average thickness of 5 μm to 50 μm. This is to ensure adhesion between the conductor 12 and the insulator 13. An oxide film formed on the surface of the conductor 12 may be present at the interface 17 between the conductor 12 and the insulator 13.

絶縁体１３の厚さは、界面１７の法線方向の、界面１７と絶縁体１３の表面との間の距離である。絶縁体１３の厚さは、コイル１０の軸Ｃに垂直な平面で切断した線材１１の断面の画像解析によって求められる。断面観察に適した大きさにコイル１０を分割した後、画像を取得することができる。絶縁体１３の平均の厚さは、絶縁体１３のうち断面に現出する界面１７の長さが３ｍｍ以上の範囲における、界面１７と絶縁体１３の表面との間の平均の距離である。界面１７に酸化被膜が存在する場合には、絶縁体１３の厚さに酸化被膜の厚さが含まれないようにする。 The thickness of the insulator 13 is the distance between the interface 17 and the surface of the insulator 13 in the normal direction of the interface 17. The thickness of the insulator 13 is determined by image analysis of the cross section of the wire 11 cut on a plane perpendicular to the axis C of the coil 10. The image can be obtained after dividing the coil 10 into pieces of a size suitable for cross-sectional observation. The average thickness of the insulator 13 is the average distance between the interface 17 and the surface of the insulator 13 in the range where the length of the interface 17 appearing in the cross section of the insulator 13 is 3 mm or more. If an oxide film is present at the interface 17, the thickness of the insulator 13 should not include the thickness of the oxide film.

絶縁体１３の切断面において、絶縁体１３の面積に対するセラミック粒子１４の面積は４０％以上６５％以下であり、絶縁体１３の面積に対するセラミック繊維１５の面積は１０％以上２２％以下である。絶縁体１３の耐熱性を確保しつつ熱伝導性を向上するためである。絶縁体１３の面積、セラミック粒子１４の面積、及び、セラミック繊維１５の面積は、線材１１の断面の画像解析によって求められる。これらの面積を求める画像の範囲（面積）の最小値は、精度を高めるため、絶縁体１３の切断面上の２５００μｍ^２とする。絶縁体１３の３か所以上から画像を取得し、各画像からセラミック粒子１４及びセラミック繊維１５の面積の割合を求め、その平均値を絶縁体１３の面積に対するセラミック粒子１４及びセラミック繊維１５の面積とする。 In the cut surface of the insulator 13, the area of the ceramic particles 14 is 40% or more and 65% or less with respect to the area of the insulator 13, and the area of the ceramic fibers 15 is 10% or more and 22% or less with respect to the area of the insulator 13. This is to improve the thermal conductivity while ensuring the heat resistance of the insulator 13. The area of the insulator 13, the area of the ceramic particles 14, and the area of the ceramic fibers 15 are obtained by image analysis of the cross section of the wire 11. In order to improve accuracy, the minimum value of the range (area) of the image for calculating these areas is 2500 μm ² on the cut surface of the insulator 13. Images are obtained from three or more places of the insulator 13, and the ratio of the area of the ceramic particles 14 and the ceramic fibers 15 is calculated from each image, and the average value is set as the area of the ceramic particles 14 and the ceramic fibers 15 with respect to the area of the insulator 13.

絶縁体１３の切断面における空隙率は５％以下が好適である。絶縁体１３の熱伝導性の向上のためである。絶縁体１３の空隙率は以下のようにして求められる。絶縁体１３の切断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、絶縁体１３の断面の画像を取得する。画像処理によって求めた空隙の面積を画像の面積で除した値（％）を空隙率とする。空隙の面積を求める画像の範囲（面積）の最小値は、精度を高めるため、絶縁体１３の切断面上の２５００μｍ^２とする。絶縁体１３の３か所以上から画像を取得し、各画像から空隙率を求め、その平均値を絶縁体１３の空隙率とする。 The porosity of the cut surface of the insulator 13 is preferably 5% or less. This is to improve the thermal conductivity of the insulator 13. The porosity of the insulator 13 is determined as follows. The cut surface of the insulator 13 is observed with a scanning electron microscope (SEM) to obtain an image of the cross section of the insulator 13. The porosity is determined as a percentage by dividing the area of the voids obtained by image processing by the area of the image. In order to improve accuracy, the minimum range (area) of the image for determining the area of the voids is set to 2500 ^μm2 on the cut surface of the insulator 13. Images are obtained from three or more locations of the insulator 13, the porosity is determined from each image, and the average value is determined as the porosity of the insulator 13.

コイル１０は、例えば以下の方法によって製造される。まず、コイル１０の形状に導体１２を成形した巻線、及び、電荷を帯びたセラミック粒子１４及びセラミック繊維１５が分散した液体を準備する。液体の中に巻線を沈め、電着によりセラミック粒子１４及びセラミック繊維１５の膜を導体１２の表面に作る。導体１２の表面の膜には、液体に分散した樹脂も含まれるので、液体から取り出した巻線を洗浄した後、巻線を加熱して、膜に含まれる樹脂を焼失させる。電着の前処理で使われた薬品の残渣や樹脂の炭化物が、不純物として残る可能性がある。 The coil 10 is manufactured, for example, by the following method. First, a winding in which the conductor 12 is shaped into the shape of the coil 10 and a liquid in which the electrically charged ceramic particles 14 and ceramic fibers 15 are dispersed are prepared. The winding is submerged in the liquid, and a film of the ceramic particles 14 and ceramic fibers 15 is formed on the surface of the conductor 12 by electrochemical deposition. The film on the surface of the conductor 12 also contains the resin dispersed in the liquid, so after removing the winding from the liquid and washing it, the winding is heated to burn off the resin contained in the film. Residues of chemicals used in the pretreatment for electrochemical deposition and carbonized resin may remain as impurities.

次に、導体１２の表面に非晶質酸化物１６を作り、非晶質酸化物１６によってセラミック粒子１４及びセラミック繊維１５を導体１２に固定する。導体１２の表面に非晶質酸化物１６（ガラス）を作る方法は、溶融法、気相法、ゾルゲル法などが例示される。これによりセラミック粒子１４、セラミック繊維１５及び非晶質酸化物１６からなる絶縁体１３が導体１２を覆うコイル１０が得られる。必要に応じて絶縁ワニスをコイル１０に付着しても良い。 Next, an amorphous oxide 16 is formed on the surface of the conductor 12, and the ceramic particles 14 and ceramic fibers 15 are fixed to the conductor 12 by the amorphous oxide 16. Examples of methods for forming the amorphous oxide 16 (glass) on the surface of the conductor 12 include a melting method, a gas phase method, and a sol-gel method. This results in a coil 10 in which the conductor 12 is covered with an insulator 13 consisting of the ceramic particles 14, ceramic fibers 15, and amorphous oxide 16. If necessary, an insulating varnish may be applied to the coil 10.

コイル１０は、導体１２を覆う絶縁体１３が、セラミック粒子１４、セラミック繊維１５及び非晶質酸化物１６からなる。絶縁体１３の平均の厚さは５μｍ以上５０μｍ以下である。絶縁体１３の切断面において、絶縁体１３の面積に対するセラミック粒子１４の面積は４０％以上６５％以下であり、絶縁体１３の面積に対するセラミック繊維１５の面積は１０％以上２２％以下である。これにより導体１２と絶縁体１３との付着性を確保し、さらに絶縁体１３の耐熱性を確保しつつ熱伝導性を向上できる。 The coil 10 has an insulator 13 covering the conductor 12, which is made of ceramic particles 14, ceramic fibers 15, and amorphous oxides 16. The average thickness of the insulator 13 is 5 μm or more and 50 μm or less. On a cut surface of the insulator 13, the area of the ceramic particles 14 is 40% or more and 65% or less of the area of the insulator 13, and the area of the ceramic fibers 15 is 10% or more and 22% or less of the area of the insulator 13. This ensures adhesion between the conductor 12 and the insulator 13, and improves thermal conductivity while ensuring the heat resistance of the insulator 13.

絶縁体１３は樹脂を含まないので、樹脂に起因する絶縁体１３の熱劣化を低減できる。よって絶縁体１３の熱伝導性の経時劣化を低減できる。 Since the insulator 13 does not contain resin, it is possible to reduce the thermal deterioration of the insulator 13 caused by resin. This reduces the deterioration of the thermal conductivity of the insulator 13 over time.

セラミック繊維１５の主成分は、炭化珪素、アルミナ又はアルミナ－シリカであり、絶縁体１３の切断面における空隙率は５％以下が好ましい。絶縁体１３の熱伝導性をさらに向上できるからである。 The main component of the ceramic fibers 15 is silicon carbide, alumina, or alumina-silica, and the porosity of the cut surface of the insulator 13 is preferably 5% or less. This is because the thermal conductivity of the insulator 13 can be further improved.

セラミック粒子１４の材料は、窒化アルミニウム、炭化珪素および窒化珪素から選ばれる少なくとも１種が好ましい。絶縁体１３の熱伝導性をさらに向上できるからである。 The material of the ceramic particles 14 is preferably at least one selected from aluminum nitride, silicon carbide, and silicon nitride, because this can further improve the thermal conductivity of the insulator 13.

非晶質酸化物１６の主成分はＢｉ又はＴｅが好ましい。絶縁体１３の付着性を向上できるからである。 The main component of the amorphous oxide 16 is preferably Bi or Te, because this can improve the adhesion of the insulator 13.

導体１２の材料はＣｕ（電気用銅材）又はＡｌ（電気用硬アルミニウム）が好ましい。導体１２の熱伝導性および電気伝導性を確保できるからである。 The material of the conductor 12 is preferably Cu (electrical copper material) or Al (electrical hard aluminum), because this ensures the thermal conductivity and electrical conductivity of the conductor 12.

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

厚さ５ｍｍで幅が一定の平角線からなる導体の全ての面を絶縁体が覆う、表１に示すＮｏ．１－２８のサンプルを作製した。Ｎｏ．１－２８のサンプルは、導体の材料、絶縁体に含まれるセラミック粒子、セラミック繊維および非晶質酸化物の材料および割合、絶縁体の空隙率および絶縁体の平均の厚さを異ならせた。 Sample No. 1-28 shown in Table 1 was produced in which all sides of a conductor made of a rectangular wire with a thickness of 5 mm and a constant width were covered with insulation. Sample No. 1-28 differed in the conductor material, the materials and proportions of the ceramic particles, ceramic fibers, and amorphous oxides contained in the insulation, the porosity of the insulation, and the average thickness of the insulation.

Ｎｏ．１－２０，２３－２８のサンプルの絶縁体は、セラミック粒子、セラミック繊維および非晶質酸化物の面積（％）の合計に空隙率（％）を加えると１００％である。Ｎｏ．２１，２２のサンプルの絶縁体には非晶質酸化物が含まれていない。Ｎｏ．２１のサンプルの絶縁体は、非晶質酸化物の代わりにエポキシ樹脂を１６ｖｏｌ％含む。Ｎｏ．２２のサンプルの絶縁体は、非晶質酸化物の代わりにエポキシ樹脂を２３ｖｏｌ％含む。

In the insulators of samples No. 1-20 and 23-28, the sum of the areas (%) of ceramic particles, ceramic fibers and amorphous oxide plus the porosity (%) is 100%. In the insulators of samples No. 21 and 22, no amorphous oxide is contained. In the insulator of sample No. 21, 16 vol% of epoxy resin is contained instead of amorphous oxide. In the insulator of sample No. 22, 23 vol% of epoxy resin is contained instead of amorphous oxide.

Ｎｏ．１－６，２１－２８のサンプルの絶縁体に含まれるセラミック繊維は、ＳｉＯ_２－Ａｌ_２Ｏ_３系ガラスからなる。Ｎｏ．７－２０のサンプルの絶縁体に含まれるセラミック繊維は結晶質である。 The ceramic fibers contained in the insulators of samples No. 1-6 and 21-28 are made of SiO ₂ —Al ₂ O ₃ type glass, and the ceramic fibers contained in the insulators of samples No. 7-20 are crystalline.

Ｎｏ．１，２３－２８のサンプルの非晶質酸化物はＳｉ（主成分），Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａを含む。Ｎｏ．２のサンプルの非晶質酸化物はＢ（主成分），Ｎａ，Ｋ，Ｍｇを含む。Ｎｏ．３のサンプルの非晶質酸化物はＰ（主成分），Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｚｎを含む。Ｎｏ．４のサンプルの非晶質酸化物はＳｉ（主成分），Ｌｉ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｂａ，Ｚｎを含む。Ｎｏ．５－１４のサンプルの非晶質酸化物はＳｉ（主成分），Ｌｉ，Ｋ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｔｉを含む。Ｎｏ．１５のサンプルの非晶質酸化物はＴｅ（主成分），Ｚｎ，Ｂａ，Ａｌを含む。Ｎｏ．１６，１９，２０のサンプルの非晶質酸化物はＢｉ（主成分），Ｚｎ，Ｂａ，Ａｌを含む。Ｎｏ．１７のサンプルの非晶質酸化物はＴｅ（主成分），Ｚｎ，Ｍｇ，Ｂａ，Ａｌを含む。Ｎｏ．１８のサンプルの非晶質酸化物はＴｅ（主成分），Ｚｎ，Ｍｇ，Ａｌを含む。 The amorphous oxides of samples No. 1 and 23-28 contain Si (main component), Li, Na, K, Mg, and Ca. The amorphous oxide of sample No. 2 contains B (main component), Na, K, and Mg. The amorphous oxide of sample No. 3 contains P (main component), Li, Na, Ca, and Zn. The amorphous oxide of sample No. 4 contains Si (main component), Li, Na, Mg, Ba, and Zn. The amorphous oxide of samples No. 5-14 contains Si (main component), Li, K, Ba, Zn, and Ti. The amorphous oxide of sample No. 15 contains Te (main component), Zn, Ba, and Al. The amorphous oxide of samples No. 16, 19, and 20 contains Bi (main component), Zn, Ba, and Al. The amorphous oxide of sample No. 17 contains Te (main component), Zn, Mg, Ba, and Al. The amorphous oxide of sample No. 18 contains Te (main component), Zn, Mg, and Al.

表１に記されているセラミック粒子、セラミック繊維および非晶質酸化物の面積（％）、絶縁体の空隙（％）及び絶縁体の厚さ（μｍ）は、５か所の断面の平均値（小数第１位を四捨五入した値）である。Ｎｏ．１－２８のサンプルについて絶縁体の付着性、熱伝導性および耐熱性の各特性を測定し、評価した。 The areas (%) of ceramic particles, ceramic fibers, and amorphous oxides, the voids (%) of the insulator, and the thickness (μm) of the insulator shown in Table 1 are the average values (rounded to the nearest tenth) of five cross sections. The adhesion, thermal conductivity, and heat resistance of the insulator were measured and evaluated for samples No. 1-28.

（付着性）
ＪＩＳＲ３２５５：１９９７に規定されたマイクロスクラッチ試験に準拠して、絶縁体の付着性試験を行った。試験は、サンプルの絶縁体の平坦な面に圧子針を押し付け、圧子針を水平に微小振動させながら、その面に平行かつ直線的にサンプルを移動させ、試験領域の絶縁体の１００％に剥離が生じた完全損傷荷重を測定した。圧子針は、材料がダイヤモンド、先端の円錐角は１２０°、先端の曲率半径は０．２ｍｍであった。完全損傷荷重が大きいほど、導体に対する絶縁体の付着力が大きい。完全損傷荷重が６０Ｎ以上のサンプルはＡ、完全損傷荷重が４０Ｎ以上６０Ｎ未満のサンプルはＢ、完全損傷荷重が４０Ｎ未満のサンプルはＣと評価した。結果は表１に記した。 (Adhesion)
The adhesion test of the insulator was conducted according to the micro scratch test specified in JIS R3255:1997. The test was conducted by pressing an indenter needle against the flat surface of the insulator of the sample, and moving the sample parallel to and linearly along the surface while micro-vibrating the indenter needle horizontally, and measuring the complete damage load at which 100% of the insulator in the test area peeled off. The indenter needle was made of diamond, had a cone angle of 120° at the tip, and had a radius of curvature of 0.2 mm at the tip. The larger the complete damage load, the greater the adhesion of the insulator to the conductor. Samples with a complete damage load of 60N or more were rated A, samples with a complete damage load of 40N or more but less than 60N were rated B, and samples with a complete damage load of less than 40N were rated C. The results are shown in Table 1.

（熱伝導性）
サンプルの導体の厚さ方向の片面に、５ｍｍ^２の大きさの表面の温度が８０℃のヒーターを配置し、サンプルの片面を加熱した。サンプルの片面とヒーターの表面との間の距離は３ｍｍとした。サンプルの厚さ方向のもう片方の面の温度を放射温度計で測定し、サンプルの片面の加熱を開始した時から放射温度計が示す温度が５０℃に到達するまでの時間を測定する試験を行った。試験は気温２０℃の室内で行った。５０℃に到達するまでの時間が短いほど、絶縁体の熱伝導性が優れている。その時間が１５秒未満のサンプルはＳ、時間が１５秒以上２０秒未満のサンプルはＡ、時間が２０秒以上３０秒未満のサンプルはＢ、時間が３０秒以上のサンプルはＣと評価した。結果は表１に記した。 (Thermal Conductivity)
A heater with a surface temperature of 80°C and a size of ⁵ mm2 was placed on one side of the conductor of the sample in the thickness direction, and one side of the sample was heated. The distance between one side of the sample and the surface of the heater was 3 mm. The temperature of the other side of the sample in the thickness direction was measured with a radiation thermometer, and a test was performed to measure the time from when heating of one side of the sample was started until the temperature indicated by the radiation thermometer reached 50°C. The test was performed indoors at an air temperature of 20°C. The shorter the time to reach 50°C, the better the thermal conductivity of the insulator. Samples with a time of less than 15 seconds were evaluated as S, samples with a time of 15 to 20 seconds were evaluated as A, samples with a time of 20 to 30 seconds were evaluated as B, and samples with a time of 30 seconds or more were evaluated as C. The results are shown in Table 1.

（耐熱性）
サンプルを２５℃の恒温槽に１分保管した後、直ちに１７５℃の恒温槽に１分保管し、再びサンプルを２５℃にする温度変化を１サイクルとして、５００サイクルの温度変化による熱ストレスをサンプルに与えた。５００サイクルの熱ストレスを与える前のサンプルの完全損傷荷重（以下「荷重Ａ」と称す）と、５００サイクルの熱ストレスを与えた後のサンプルの完全損傷荷重（以下「荷重Ｂ」と称す）と、を測定した。完全損傷荷重は、絶縁体の付着性試験（マイクロスクラッチ試験）において試験領域の絶縁体の１００％に剥離が生じた荷重である。変化率（％）＝（荷重Ａ－荷重Ｂ）／荷重Ａとすれば、変化率が小さいほど、絶縁体の耐熱性が優れている。変化率が１０％未満のサンプルはＡ、変化率が１０％以上２０％未満のサンプルはＢ、変化率が２０％以上のサンプルはＣと評価した。結果は表１に記した。 (Heat-resistant)
The sample was stored in a thermostatic chamber at 25°C for 1 minute, immediately stored in a thermostatic chamber at 175°C for 1 minute, and then the sample was returned to 25°C for 500 cycles of thermal stress. The complete damage load (hereinafter referred to as "load A") of the sample before the 500 cycles of thermal stress and the complete damage load (hereinafter referred to as "load B") of the sample after the 500 cycles of thermal stress were measured. The complete damage load is the load at which 100% of the insulator in the test area peeled off in the insulator adhesion test (microscratch test). If the change rate (%) = (load A - load B) / load A, the smaller the change rate, the better the heat resistance of the insulator. Samples with a change rate of less than 10% were rated A, samples with a change rate of 10% to less than 20% were rated B, and samples with a change rate of 20% or more were rated C. The results are shown in Table 1.

（評価）
付着性は、Ｎｏ．１－２０の評価がＡ又はＢであったが、Ｎｏ．２１－２８の評価がＣであった。Ｎｏ．１－２０のサンプルは、絶縁体がセラミック粒子、セラミック繊維および非晶質酸化物からなり、絶縁体が樹脂を含まず、絶縁体の平均の厚さは５μｍ以上５０μｍ以下であり、絶縁体の切断面において、絶縁体の面積に対するセラミック粒子の面積は４０％以上６５％以下であり、絶縁体の面積に対するセラミック繊維の面積は１０％以上２２％以下であった。これによりＮｏ．１－２０のサンプルは、Ｎｏ．２１－２８のサンプルに比べ、導体に対する絶縁体の付着性が向上したと推察される。 (evaluation)
The adhesion of sample No. 1-20 was evaluated as A or B, while that of sample No. 21-28 was evaluated as C. In sample No. 1-20, the insulator is composed of ceramic particles, ceramic fibers, and amorphous oxides, does not contain resin, has an average thickness of 5 μm to 50 μm, and on the cut surface of the insulator, the area of ceramic particles relative to the area of the insulator is 40% to 65%, and the area of ceramic fibers relative to the area of the insulator is 10% to 22%. This suggests that sample No. 1-20 has improved adhesion of the insulator to the conductor compared to sample No. 21-28.

付着性は、Ｎｏ．１５－２０の評価がＡであったが、Ｎｏ．１－１４の評価がＢであった。Ｎｏ．１５－２０のサンプルは、絶縁体に含まれる非晶質酸化物の主成分がＴｅ又はＢｉであったから、Ｎｏ．１－１４のサンプルに比べ、導体に対する絶縁体の付着性がさらに向上したと推察される。 The adhesion rating of samples No. 15-20 was A, while that of sample No. 1-14 was B. Sample No. 15-20 contained amorphous oxides in the insulator mainly composed of Te or Bi, so it is presumed that the adhesion of the insulator to the conductor was further improved compared to sample No. 1-14.

Ｎｏ．１－２０のサンプルは、熱伝導性および耐熱性の評価がＳ，Ａ又はＢだから、絶縁体の耐熱性および熱伝導性も確保できたことが判明した。熱伝導性の評価は、Ｎｏ．７－２０がＳ又はＡであったが、Ｎｏ．１－６の評価がＢであった。Ｎｏ．７－２０のサンプルは、絶縁体に含まれるセラミック繊維の主成分が炭化珪素、アルミナ又はアルミナ－シリカであり、絶縁体の切断面における空隙率は５％以下であったから、Ｎｏ．１－６のサンプルに比べ、絶縁体の熱伝導性が向上したと推察される。 Sample No. 1-20 was rated S, A or B for thermal conductivity and heat resistance, so it was found that the heat resistance and thermal conductivity of the insulator were also ensured. No. 7-20 was rated S or A for thermal conductivity, but No. 1-6 was rated B. Sample No. 7-20 contains ceramic fibers in the insulator that are primarily composed of silicon carbide, alumina or alumina-silica, and the porosity of the cut surface of the insulator was 5% or less, so it is presumed that the thermal conductivity of the insulator is improved compared to sample No. 1-6.

熱伝導性は、Ｎｏ．１１－２０の評価がＳであったが、Ｎｏ．７－１０の評価がＡであった。Ｎｏ．１１－２０のサンプルは、絶縁体に含まれるセラミック粒子の材料が、窒化アルミニウム、炭化珪素または窒化珪素であったから、Ｎｏ．７－１０のサンプルに比べ、絶縁体の熱伝導性がさらに向上したと推察される。 The thermal conductivity of sample No. 11-20 was rated an S, while that of sample No. 7-10 was rated an A. Sample No. 11-20 contains ceramic particles made of aluminum nitride, silicon carbide, or silicon nitride, so it is believed that the thermal conductivity of the insulator is improved compared to sample No. 7-10.

耐熱性は、Ｎｏ．１１－２０の評価がＡであったが、Ｎｏ．１－１０の評価がＢであった。Ｎｏ．１１－２０のサンプルは、絶縁体に含まれるセラミック粒子の材料が、窒化アルミニウム、炭化珪素または窒化珪素であったから、Ｎｏ．１－１０のサンプルに比べ、絶縁体の耐熱性がさらに向上したと推察される。 The heat resistance of sample No. 11-20 was rated an A, while sample No. 1-10 was rated a B. Sample No. 11-20 contains ceramic particles made of aluminum nitride, silicon carbide, or silicon nitride, so it is believed that the heat resistance of the insulator is improved compared to sample No. 1-10.

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。 The present invention has been described above based on the embodiments, but the present invention is in no way limited to the above embodiments, and it can be easily imagined that various improvements and modifications are possible within the scope of the invention without departing from its spirit.

実施形態では、平角線からなる導体１２にエッジワイズ曲げ加工が施されたコイル１０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。エッジワイズ曲げ加工に代えて、フラットワイズ曲げ加工を導体１２に施したコイル１０にすることは当然可能である。導体１２は平角線に限られるものではなく、他の導体を採用することは当然可能である。他の導体は、断面が方形の角線、断面が円形の丸線が例示される。 In the embodiment, the coil 10 is described in which the conductor 12 made of a rectangular wire is edgewise bent, but this is not necessarily limited to this. It is of course possible to make the coil 10 by bending the conductor 12 flatwise instead of edgewise. The conductor 12 is not limited to a rectangular wire, and it is of course possible to adopt other conductors. Examples of other conductors include a rectangular wire with a square cross section and a round wire with a circular cross section.

実施形態では、軸方向視における外形が矩形の角筒型のコイル１０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。コイル１０の形状を、軸方向視における外形が方形や扇形である角筒型とすることは当然可能である。コイル１０の形状を、軸方向視における外形が円形（楕円形や長円形を含む）である円筒型とすることは当然可能である。 In the embodiment, the coil 10 is described as being a square tube with a rectangular outer shape when viewed in the axial direction, but this is not necessarily limited to this. It is of course possible for the coil 10 to have a square tube shape with a square or sector outer shape when viewed in the axial direction. It is of course possible for the coil 10 to have a cylindrical shape with a circular outer shape (including an elliptical or oval shape) when viewed in the axial direction.

実施形態では、軸Ｃの周りに１本の導体１２が螺旋状に巻かれたコイル１０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。軸Ｃの周りに複数本の導体が螺旋状に巻かれたコイル１０にすることは当然可能である。 In the embodiment, the coil 10 is described as having one conductor 12 wound in a spiral shape around the axis C, but this is not necessarily limited to this. It is of course possible to have a coil 10 in which multiple conductors are wound in a spiral shape around the axis C.

実施形態では、軸Ｃに沿って導体１２が螺旋状に巻かれたコイル１０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。軸Ｃと導体１２との間の距離が次第に長くなるように、軸Ｃを中心として導体１２が渦巻状に巻かれたコイル１０にすることは当然可能である。 In the embodiment, the coil 10 in which the conductor 12 is wound in a spiral shape along the axis C has been described, but this is not necessarily limited to this. It is of course possible to make the coil 10 in which the conductor 12 is wound in a spiral shape around the axis C so that the distance between the axis C and the conductor 12 gradually increases.

実施形態では、径方向に導体１２が１層巻かれたコイル１０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。径方向に導体１２が複数層巻かれたコイル１０にすることは当然可能である。 In the embodiment, the coil 10 is described in which the conductor 12 is wound in one layer in the radial direction, but this is not necessarily limited to this. It is of course possible to make the coil 10 in which the conductor 12 is wound in multiple layers in the radial direction.

１０コイル
１１線材
１２導体
１３絶縁体
１４セラミック粒子
１５セラミック繊維
１６非晶質酸化物 REFERENCE SIGNS LIST 10 Coil 11 Wire 12 Conductor 13 Insulator 14 Ceramic particles 15 Ceramic fibers 16 Amorphous oxide

Claims

導体と、前記導体を覆う絶縁体と、を備える線材が巻かれたコイルであって、
前記絶縁体は、セラミック粒子、セラミック繊維および非晶質酸化物からなり、
前記絶縁体の平均の厚さは５μｍ以上５０μｍ以下であり、
前記絶縁体の切断面において、前記絶縁体の面積に対する前記セラミック粒子の面積は４０％以上６５％以下であり、前記絶縁体の面積に対する前記セラミック繊維の面積は１０％以上２２％以下であるコイル。 A coil wound with a wire having a conductor and an insulator covering the conductor,
The insulator is made of ceramic particles, ceramic fibers, and an amorphous oxide;
The average thickness of the insulator is 5 μm or more and 50 μm or less,
A coil, wherein, on a cut surface of the insulator, the area of the ceramic particles relative to the area of the insulator is 40% or more and 65% or less, and the area of the ceramic fibers relative to the area of the insulator is 10% or more and 22% or less.

前記セラミック繊維の主成分は、炭化珪素、アルミナ又はアルミナ－シリカであり、
前記絶縁体の切断面における空隙率は５％以下である請求項１記載のコイル。 The main component of the ceramic fiber is silicon carbide, alumina, or alumina-silica,
2. The coil according to claim 1, wherein the porosity of the cut surface of the insulator is 5% or less.

前記セラミック粒子の材料は、窒化アルミニウム、炭化珪素および窒化珪素から選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２に記載のコイル。 The coil according to claim 1 or 2, wherein the material of the ceramic particles is at least one selected from aluminum nitride, silicon carbide, and silicon nitride.

前記非晶質酸化物の主成分は、Ｂｉ又はＴｅである請求項１から３のいずれかに記載のコイル。 A coil according to any one of claims 1 to 3, in which the main component of the amorphous oxide is Bi or Te.

前記導体の材料は、Ｃｕ又はＡｌである請求項１から４のいずれかに記載のコイル。 A coil according to any one of claims 1 to 4, in which the conductor material is Cu or Al.