JPS621241B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は耐熱モータや耐熱変圧器等に使用さ
れる耐熱絶縁コイルに関するものである。 周知のように耐熱モータあるいは耐熱変圧器の
コイルなど、主として高温雰囲気で使用される耐
熱絶縁コイルとしては、ガラスフリツトまたはガ
ラスフリツトと結晶性無機物との混合物などから
なる物質を導体上に塗布して焼付け（焼成）した
セラミツク絶縁電線を用いたものが知られてい
る。このようなセラミツク絶縁電線はその被覆層
（セラミツク層）が可撓性に乏しく、そのため巻
付加工時に被覆層にクラツクが生じてしまうか
ら、使用中のヒートサイクルや機械的振動によつ
てセラミツク絶縁被覆が剥離してしまう問題があ
る。そこで前述のようなガラスフリツトやその混
合物を導体上に塗布しただけの未焼成の段階でコ
イル巻加工を行ない、その後において焼成して導
体上の被覆層をセラミツク化することも行なわれ
ているが、その場合でもコイル取扱中や使用中の
機械的振動により隣り合う電線同士が擦れ合つた
り衝突したりする等の機械的衝撃や使用中の熱衝
撃等によりセラミツク絶縁被覆層に割れが発生
し、遂には被覆層が剥離してしまうことが多い。 上述のような問題を解決する方法としては、焼
成済もしくは未焼成のセラミツク絶縁電線をコイ
ル巻加工した後、その電線の絶縁物と同様な組成
の絶縁物を塗布焼付けし、これにより巻付けられ
た電線を固定する方法が知られている。しかしな
がらこの場合にはコイル表面に塗布した電線固定
用の絶縁物を焼成する際に電線自体の絶縁被覆が
軟化流動し、隣り合う線の導体同士が接触して短
絡するおそれがあるから、巻付加工時には電線間
の間隔を開けて巻付ける必要があり、そのためス
ペースフアクタが低下するとともに多層巻付けが
困難となる等の問題が生じる。また一方、セラミ
ツク絶縁電線の被覆層の絶縁物よりも低融点のフ
リツトなどを用いてコイルの電線を固定する方法
も知られており、この場合にはそのコイル固定用
のフリツトなどを焼成する際に電線の絶縁被覆が
軟化流動するおそれがなくなる。しかしながらこ
の場合には電線固定用絶縁物が低融点であるため
コイルの耐熱性、特にヒートシヨツクに対する耐
性が低くなるとともに、高温での電気的特性も低
下する等の問題が生じる。さらにまた、高融点の
アルミナ等の無機物と水ガラス等の液状ガラスと
の混合物を用いてコイルの電線を固定する方法も
考えられているが、この場合には液状ガラスが
NaやＫ等のアルカリ成分を含むため、常温では
吸湿性が高くなつて高湿雰囲気で電気的特性が低
下し、また高温でも前記アルカリ成分により絶縁
特性が低下して長期間の使用が不能となる問題が
ある。 この発明は以上の事情に鑑みてなされたもの
で、コイルの耐熱絶縁電線を固定するために線間
空隙部分やコイルの外表面部分に充填もしくは被
覆される電線固定用の無機物として、シリコーン
系樹脂もしくはシリコーン系樹脂と無機物粉末と
の混合物を焼成した構成とし、これによつて前記
諸問題を解決した耐熱絶縁コイルを提供すること
を目的とするものである。すなわちシリコーン系
樹脂が、電線の耐熱無機絶縁被覆層を溶融もしく
は軟化流動させない程度の温度で焼成・分解して
耐熱性無機物を生成し得ること、およびその焼
成・分解により多孔質の耐熱衝撃特性に優れた焼
結体となることに着目し、焼成時の温度による問
題と耐熱衝撃性の問題を一挙に解決し、かつアル
カリ分を有するガラスフリツト等の使用の排除に
よりアルカリ分による問題をも併せて解決したの
である。 以下図面を参照してこの発明をより詳細に説明
すると、第１図はこの発明の耐熱絶縁コイルの基
本的な構造例を示すものであつて、導体１上に無
機絶縁被覆層２が形成されてなる耐熱絶縁電線３
が例えば巻枠４上にコイル巻加工されており、そ
のコイルの隣り合う電線３の間には、後述する電
線固定用の無機質層５が充填され、かつ各電線３
の外側部分（すなわちコイルの外表面部分）も前
記電線固定用の無機質層５によつて被覆されてい
る。 前記電線固定用の無機質層５は、高温時に耐熱
無機物を生成するシリコーン系樹脂を線間や外表
面部分に充填、被覆して焼成することにより形成
しても良く、また前記同様なシリコーン系樹脂と
高融点無機物粉末との混合物を充填、被覆してそ
の混合物を焼成することによつて形成しても良
い。ここで前記シリコーン系樹脂としては、各種
のシリコーン樹脂や変性シリコーン樹脂、例えば
シロキサンとメチルメタクリレート、アクリロニ
トリル等の有機モノマーとの共重合物、あるいは
シリコーン樹脂とアルキツド樹脂、フエノール樹
脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂等との共重合物
など、さらにはSi以外にTi、Ｂ、Al、Ｎ、Ｐ、
Ge、As、Sb等の元素の１種以上と酸素とを骨格
に持つたシリコーン系樹脂、またはSi以外にTi、
Ｂ、Al、Ｎ、Ｐ、Ge、As、Sb等の元素の１種以
上と酸素と炭素とを骨格に持つたシリコーン系樹
脂が使用され、またこれらと前記有機モノマーや
樹脂との共重合物も使用可能であるが、望ましく
は分解生成する無機物の割合が多いもの、すなわ
ちできるだけ分解消失する成分が少ないものが良
い。これらのシリコーン系樹脂は、焼成時には比
較的低温、すなわち最も低い場合には400℃〜450
℃程度で分解してシリカやその他の酸化物、シリ
カと他の酸化物との複合酸化物等を生成し、これ
により無機質化して前記無機質層５となる。この
無機質層は多孔質の焼結体となる。 また前記電線固定用の無機質層５を生成するた
めにシリコーン系樹脂と高融点無機物粉末とを混
合して用いる場合、前述のようなシリコーン系樹
脂の分解後の生成物質は無機物粉末の結合剤とし
て作用して、より強固な無機質層５を生成させる
作用を果たす。その場合高融点無機物粉末として
は、シリコーン系樹脂の分解温度で半融または溶
融しないもの、すなわち望ましくは融点が550℃
以上、より望ましくは800℃以上のものであつ
て、電気的特性、特に絶縁特性が優れたものを使
用することが望ましい。例えば結晶質粉末、ガラ
ス質粉末、またはこれらの混合粉末が使用され、
より具体的には、アルミナ（Al₂O₃）、チタン酸
バリウム（BaTiO₃）、チタン酸カルシウム
（CaTiO₃）、チタン酸鉛（PbTiO₃）、ジルコン
（ZrSiO₄）、ジルコン酸バリウム（BaZrO₃）、ステ
アタイト（MgSiO₃）、シリカ（SiO₂）、ベリリア
（BeO）、ジルコニア（ZrO₂）、マグネシア
（MgO）、クレー、モンモリロナイト、ベントナ
イト、カオリン、あるいは通常の高融点ガラスフ
リツト、マイカ等の酸化物、ボロンナイトライト
（BN）、窒化ケイ素等の窒化物、またはこれらの
混合物等が使用される。これらの無機物粉末の粒
径は、電線３の径やそのピツチ（線間距離）等に
応じて適宜設定すれば良いが、通常は10μｍ以下
のものが好ましい。また最終的に得られる無機質
層５を緻密な層として焼成時の収縮による割れを
少なくするためには、比較的大径の粉末と小径の
粉末とがうまく組合された空隙率の小さなものと
することが望ましい。 またシリコーン系樹脂と無機物粉末との混合物
を使用する場合、その配合比はシリコーン系樹脂
10〜40wt％残部無機物粉末とすることが望まし
い。シリコーン系樹脂が10wt％未満では結合力
が不足して強固な無機質層５が形成されず、40
wt％を越えれば焼成時の収縮量が大きくなつて
割れが発生するおそれがある。なお上述の範囲内
でも特に最適な範囲はシリコーン系樹脂15〜
30wt％、残部無機物粉末である。このような混
合物を使用した場合も焼成後の無機質層５は多孔
質の焼結体となつている。 前記シリコーン系樹脂と混合して用いられる無
機質微粉末の全部または一部としては、シリコー
ン系樹脂と親和性または反応性の状態に表面処理
した無機物粉末、例えばビニル基、アルキルアミ
ノ基、アルコキシ基などを有するシラン、アルキ
ルシリケートなどによつて前処理した無機物粉末
等を用いることが望ましい。斯くすれば混合物の
スラリー状態における均一性が良好となり、また
焼成後の無機質層５内の結合力も増大する。 一方、耐熱絶縁電線３に使用される導体１とし
ては銅線、銅合金線、アルミニウム線、アルミニ
ウム合金線、コンスタンタン線、銀線、金線、白
金線、ステンレス鋼線、さらにはニツケルや銀等
の耐熱性金属もしくは合金のメツキ銅線やクラツ
ド銅線などの良導電性金属線、望ましくは耐熱性
を有する良導電性金属線が用いられる。その導体
１上に被覆された無機絶縁被覆層２は、従来公知
のセラミツク絶縁電線に使用されているセラミツ
ク物質例えばガラス及び結晶質無機物であつても
良いが、この発明の場合には前記電線固定用の無
機質層５に用いられていると同様にシリコーン系
樹脂と無機物粉末との混合物を焼成して無機質化
して得られる絶縁物を使用することが望ましい。
ここでシリコーン系樹脂は前掲のものと同様なも
のが使用され、また無機物粉末も前掲のものと同
様なものが使用される。なおこの場合電線３は、
通常は前記混合物が未焼成の状態でコイル巻加工
される。すなわち、導体上の上記混合物の被覆層
２が可撓性を有している未焼成の状態でコイル巻
加工し、その後において焼成熱処理によりシリコ
ーン系樹脂を分解させ、そのシリコーン系樹脂の
分解生成物と無機物粉末とが結合された無機絶縁
被覆層２を得るのが通常である。ただしコイル巻
加工後の導体１上の前記被覆層２の焼成熱処理
は、電線３間の充填物を無機質化して前記無機質
層５を得るための焼成熱処理と兼ねて行うことが
望ましい。斯くすれば焼成熱処理が１回で済み、
またそのため導体１の金属が長時間の熱処理によ
り絶縁物中に拡散して絶縁特性が低下してしまう
ようなおそれが少なくなる。なお導体１上の絶縁
被覆層２に使用される前記混合物は、無機物粉末
100重量部に対しシリコーン系樹脂10〜200重量
部、好ましくは20〜60重量部とする。 前述した第１図の構成は電線３が巻枠４上に一
層のみ巻付けられているものであるが、もちろん
第２図または第３図に示すように電線３を巻枠４
に多層に巻付けても良いことは勿論である。この
場合、電線固定用の無機質層５は、要は電線３が
機械的振動や衝撃等によつて移動したり擦れ合つ
たりしないように電線３を保持していれば良いか
ら、必ずしも電線３の間の全てに充填されていな
くても良く、また最外層の電線３の表面側にのみ
被覆（すなわちコイルの外表面部分のみ被覆）さ
れていても良い。換言すれば、コイルの線間空隙
部分およびコイルの外表面部分の内少くとも一部
に、電線固定用の無機質層５を生成する基材を充
填および／または被覆して、前記少くとも一部に
前記基材を焼成した無機質層５が形成されていれ
ば良い。具体的には、例えば第２図におけるコイ
ルの内層部分Ａ、外層部分Ｂ、外表面部分Ｃの
内、いずれか１つ以上の部分に無機質層５が形成
されていれば良い。但し、実際上は少くとも外層
部分Ｂおよび外表面部分Ｃの内いずれか一方に形
成されていることが望ましい。 上述のような電線固定用無機質層５が形成され
る部位は、その無機質層５を形成するための基材
の充填／被覆の方法によつて左右される。ここで
その充填／被覆法の具体例について説明すると、
先ず第１には、電線３を一層巻付けるたびごとに
無機質層５を形成するための基材（すなわちシリ
コーン系樹脂、もしくはシリコーン系樹脂と無機
物粉末との混合物）を電線３上に塗布する方法が
ある。この場合最終巻付層上にも塗布すれば、内
層部分Ａ、外層部分Ｂ、外表面部分Ｃの全てに基
材が充填、被覆されるから、焼成後にはすべての
部分Ａ，Ｂ，Ｃに電線固定用無機質層５が形成さ
れることになり、また最終巻付層上にのみ塗布し
なければ外表面部分Ｃ以外の線間の全てに基材が
充填されて全ての線間に電線固定用の無機質層５
が形成されることになる。もちろん電線３を１層
巻付けるたびごとに基材を吹付けるかまたはコイ
ルを基材の溶液またはスラリー中に浸漬しても上
述の場合と同効である。第２の方法としては、電
線３を多層に巻付けた後、コイルを基材の溶液ま
たはスラリー中に浸漬するかまたはそれらを塗布
もしくは吹付けて、コイルの外側から基材を含浸
させる方法がある。この場合には巻付層数が多け
れば内層部分Ａまで基材が充填されず、外層部分
Ｂおよび外表面部分Ｃに充填、被覆され、したが
つて焼成後にはこれらの部分のみに電線固定用の
無機質層５が形成される。さらに、特殊な方法と
して、電線３を多層に巻付けた後、先ずシリコー
ン系樹脂を含浸させ、その後シリコーン系樹脂と
無機物粉末との混合物のスラリーをコイル表面に
塗布する方法がある。この場合にはシリコーン系
樹脂は内層部分Ａまで充填され、混合物は外表面
部分Ｃのみに被覆される。したがつて焼成後の電
線固定用無機質層５は、線間部分Ａ，Ｂにおいて
はシリコーン系樹脂のみが焼成されたもの、外表
面部分Ｃにおいては混合物が焼成されたものとな
る。もちろんシリコーン系樹脂含浸後に混合物ス
ラリーも含浸させれば混合物は外層部分Ｂにも充
填されることになる。さらに特殊な方法として
は、電線３を多層に巻付けた後、先ずシリコーン
系樹脂を含浸させ、引続き一旦焼成した後、シリ
コーン系樹脂と無機物粉末との混合物スラリーを
塗布し、その後再び焼成する方法がある。この場
合も上述の場合と同様に線間部分Ａ，Ｂはシリコ
ーン系樹脂を焼成した層となり、外表面部分Ｃは
混合物を焼成した層となる。なおもちろん実際に
はこれらの方法を適宜組合せても良い。なおま
た、上述の各方法の説明では、電線３を巻付ける
と記載したが、その電線自体は巻付時には未焼成
のものであることが望ましいことは前述の通りで
あり、またその焼成は電線固定用無機質層５の無
機物を生成するための焼成熱処理と兼ねて行うこ
とが望ましいのも前述の通りである。 なお、場合によつてはコイルの線間部分、すな
わち内層部分Ａおよび外層部分Ｂの内の少くとも
内層部分Ａに潤滑性を与えるような耐熱性無機物
粉末、例えばMoS₂、WS₂、BN、雲母などを充填
しておき、コイルの外表面部分Ｃもしくは外表面
部分Ｃおよび外層部分Ｂに前記同様な電線固定用
無機質層５を形成するための基材を被覆（および
充填）して焼成しても良い。この場合電線固定用
無機質層５はコイル表面もしくは表面近くのみに
形成されているためコイルの内側部分では電線３
が機械的振動によりある程度擦れ合い易い状態と
なつているがその内側部分の線間には潤滑性無機
物粉末により潤滑性が与えられているから、前述
のような擦れ合いにより電線３の絶縁物２が摩耗
剥離するような事態の発生を効果的に防止でき
る。 以上のようなこの発明の耐熱絶縁コイルにおい
ては、電線を固定するために線間やコイル表面に
充填および／または被覆されている無機物が、シ
リコーン系樹脂もしくはシリコーン系樹脂と無機
物粉末との混合物を焼成して形成されたものとな
つている。このようなシリコーン系樹脂はその分
解温度が比較的低温であるから、通常は電線の導
体上の無機絶縁被覆層が溶融もしくは軟化流動す
る温度よりも低い温度で焼成・分解されてシリカ
や複合酸化物等の高融点の耐熱性無機物を生成す
る。したがつて焼成時に電線の導体上の無機絶縁
被覆層が軟化流動してしまうことを防止でき、し
たがつてその軟化流動による隣り合う電線間の導
体同士の短絡を防止でき、そのため巻付時に電線
の間隔をそれほど開げる必要がなくなり、スペー
スフアクタが良好となると共に、多層巻付けも容
易となる。また、前記シリコーン系樹脂や、シリ
コーン系樹脂と無機物粉末との混合物が焼成され
てなる固定用の無機質層は多孔質の焼結体となつ
ているから、耐熱衝撃特性が良好であり、急速に
昇温・冷却されるような条件で使用しても長期間
絶縁特性が低下するおそれがない。さらに従来例
の如く特に低融点のガラスフリツトや液状ガラス
等を使用する必要がないから、アルカリ成分を含
むガラス質を用いなくて済み、その結果高温絶縁
特性を良好にし得るとともに、常温での吸湿性を
従来例の場合よりも小さくして常温多湿雰囲気で
の絶縁特性も従来例の場合よりも良好にすること
ができる。 以上のようにこの発明の耐熱絶縁コイルは、ス
ペースフアクタが良好となるとともに高い耐熱衝
撃特性が得られ、しかも高温、常温での電気的絶
縁特性も従来のものと比較して良好となる等、各
種の効果を有するものである。 以下にこの発明の耐熱絶縁コイルの実施例およ
び比較例を記す。 実施例 １ 電線として外径0.70mmφのニツケルメツキ銅線
上にガラスと結晶質無機物が20μｍ厚で被覆され
たものを用い、これをボビン外径50mmの巻枠上に
５層にわたつて巻付け加工し、その後電線固定用
の無機質層を生成する基材としてシリコーンワニ
ス（樹脂分）20wt％および粒径1.6μｍ以下のア
ルミナ粉末80wt％および溶剤からなる混合物を
塗布含浸させ、最終的に500℃×５時間焼成し
た。 実施例 ２ 電線として外径0.70mmφのニツケルメツキ銅線
上にシリコーン樹脂とアルミナとからなる組成物
を22μｍ厚で被覆したものを用いて実施例１と同
様に巻付加工し、550℃×１時間熱処理し、その
後前記基材としてシリコーンワニス（樹脂分）
20wt％、粒径1.6μｍ以下のアルミナ粉末50wt
％、融点800℃のガラスフリツト30wt％および溶
剤からなる混合物を用いて塗布含浸し、550℃×
５時間焼成後さらに600℃×15分間加熱し、耐熱
絶縁コイルを得た。 実施例 ３ 実施例２と同様のコイルに実施例１と同様の基
材を含浸し焼成したコイルを得た。 比較例 １ 前記基材として融点550℃のガラスフリツトを
用い、その他の条件は実施例１と同様にしてコイ
ルを得た。 比較例 ２ 前記基材としてアルミナと水溶性ガラス質結合
剤とからなる組成物を用いて実施例１と同様のコ
イルに塗布、含浸し、350℃で加熱硬化させた。 各実施例および比較例のコイルについての外観
観察結果、線間短絡の有無、振動試験結果、絶縁
特性を第１表に示す。なお振動試験はJIS
D1601（77）法に沿つて4Gにして実施した。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はそれぞれこの発明の耐熱
絶縁コイルの構造例を示す略解的な断面図であ
る。 １……導体、２……無機絶縁被覆層、３……耐
熱絶縁電線、５……電線固定用の無機質層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 導体上に無機絶縁被覆層が形成されてなる耐
   熱絶縁電線がコイル状に巻かれており、かつその
   コイルの線間空隙部分およびコイルの外表面部分
   の内少くとも一部には、シリコーン系樹脂もしく
   はそのシリコーン系樹脂と高融点無機物粉末との
   混合物を充填および／または被覆して焼成した電
   線固定用の無機質層が形成されていることを特徴
   とする耐熱絶縁コイル。