(57)【要約】【課題】導体線同士がより確実に絶縁される集合導線の製造方法の提供。【解決手段】塗布工程（Ｓ１）と、集束工程（Ｓ２）と、塑性加工工程（Ｓ３）と、を含む、集合導線（２０）の製造方法である。塗布工程（Ｓ１）では、硫酸エステルを添加した潤滑剤を、複数の導体線（１、２）に塗布する。また、集束工程（Ｓ２）では、複数の導体線を束ねて、導線束（１、２）を形成する。さらに、塑性加工工程（Ｓ３）では、導線束を塑性加工し、集合導線（２０）を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸エステルを添加した潤滑剤を、複数の導体線に塗布する塗布工程と、
前記複数の導体線を束ねて、導線束を形成する集束工程と、
前記導線束を塑性加工し、集合導線を形成する塑性加工工程と、
を含む集合導線の製造方法。
【請求項２】
前記塑性加工工程の後において、前記導体線の表面には、ＣｕＯを含む酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の集合導線の製造方法。
【請求項３】
前記塗布工程の後において、前記導体線の表面には、ＣｕＳＯ４を含む生成物が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の集合導線の製造方法。
【請求項４】
前記塑性加工工程の後において、前記集合導線を加熱する工程をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の集合導線の製造方法。
【請求項５】
前記潤滑剤における前記硫酸エステルの濃度は、１．０〜２．４ｍｏｌ／ｌである、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の集合導線の製造方法。
【請求項６】
前記酸化膜は、１３０ｎｍ〜３００ｎｍの厚みを有する、
ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の集合導線の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の製造方法により製造された集合導線からなるコイルを有するモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集合導線の製造方法及びモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の導体線を束ねた集合導線がある。このような集合導線では、束ねられた各導体線の間には、絶縁膜が形成されていることがある。導体線同士は、絶縁膜により、互いに絶縁されている。このような集合導線をコイルとして用いると、渦損が低くて好ましい。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示される製造方法では、絶縁膜に覆われた複数の導体線を束ねた後に、束ねた複数の導体線をプレス成形し、集合導線が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０２７６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１で開示される製造方法では、プレス成形した時に、絶縁膜が破れしてしまい、導体線同士が電気的に接続してしまうことがあった。
【０００６】
本発明は、上記した事情を背景としてなされたものであり、導体線同士がより確実に絶縁される集合導線の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる集合導線の製造方法は、
硫酸エステルを添加した潤滑剤を、複数の導体線（例えば、素線）に塗布する塗布工程と、
前記複数の導体線を束ねて、導線束（例えば、束ね集合導体）を形成する集束工程と、
前記導線束を塑性加工し、集合導線（例えば、集合導体）を形成する塑性加工工程と、を含む。
【０００８】
このような構成によれば、導体線同士がより確実に絶縁される集合導線が製造される。
【０００９】
また、前記塑性加工工程の後において、前記導体線の表面には、ＣｕＯを含む酸化膜が形成されていることを特徴としてもよい。また、前記塗布工程の後において、前記導体線の表面には、ＣｕＳＯ４を含む生成物が形成されていることを特徴としてもよい。また、前記塑性加工工程の後において、前記集合導線を加熱する加熱工程をさらに含むことを特徴としてもよい。また、前記潤滑剤における前記硫酸エステルの濃度は、１．０〜２．４ｍｏｌ／ｌ以下であることを特徴してもよい。また、前記酸化膜の厚さは、１３０ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴してもよい。
【００１０】
他方、本発明にかかるモータは、上記した集合導線の製造方法で製造された集合導線からなるコイルを有するモータである。
【００１１】
このような構成によれば、渦損の低いコイルを有するモータが得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、導体線同士がより確実に絶縁される集合導線の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる集合導線の断面図である。
【図２】実施の形態１にかかる製造方法を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１にかかる製造方法の一例を示す模式図である。
【図４】酸化膜厚に対する電気抵抗を示すグラフである。
【図５】渦損低減率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１を参照して実施の形態１にかかる製造方法により得られる集合導線について説明する。図１は、実施の形態１にかかる集合導線の断面図である。
【００１５】
図１に示すように、集合導線２０は、1本の中心素線１と、複数本の周辺素線２とを含む線状体である。集合導線２０の断面において、周辺素線２は、中心素線１を包囲するように配置されている。中心素線１と周辺素線２との間には、絶縁膜３が形成されている。集合導線２０の断面において、絶縁膜３は、長さＬ及び厚みｔを有する膜である。なお、長さＬは、中心素線１の周長と、周辺素線２の周長の一部と同じである。また、厚みｔは必ずしも一定である必要ではなく、所定の範囲内であればよい。絶縁膜３は、中心素線１と周辺素線２とを電気的に絶縁し、隣接する周辺素線２同士をも電気的に絶縁している。集合導線２０をコイルとして用いると、渦損の低いコイルが得られる。
【００１６】
次に、図２を参照して実施の形態１にかかる製造方法について説明する。図２は、実施の形態１にかかる製造方法を示すフローチャートである。
【００１７】
まず、潤滑剤を複数の素線に塗布する（塗布工程Ｓ１）。作業性のため、ローラ等を用いて、複数の素線を一方向に整列させてもよい。ここで、素線としては、少なくとも銅を含む材料からなる導体線を使用することができる。このような材料としては、例えば、銅又は銅合金が挙げられるからなる導体線である。ここで、用いた潤滑剤の例として、硫酸エステル（Ｒ−Ｏ−ＳＯ２−Ｏ−Ｒ）を添加し、伸線加工に用いられる潤滑剤が挙げられる。硫酸エステルとしては、例えば、硫酸ジメチルが挙げられる。
【００１８】
ここで、潤滑剤を素線に塗布すると、硫酸エステルと、素線に含まれる銅（Ｃｕ）とが反応する。すると、硫酸銅（ＣｕＳＯ４）を含む生成物が素線の表面に形成される。
【００１９】
続いて、複数の素線を束ねて、導線束を形成する（集束工程Ｓ２）。各素線の間隙を調整するために、適宜、各素線の配置を変更してもよい。
【００２０】
続いて、導線束を塑性加工して、集合導線を形成する（塑性加工工程Ｓ３）。塑性加工として、例えば、整列、捻りやプレスなどが挙げられる。ここで、塑性加工により、集合導線が発熱することがある。この発熱により、ＣｕＳＯ４を含む生成物が以下の化学反応式１で表される化学反応を起こすことがある。
ＣｕＳＯ４→ＣｕＯ＋ＳＯ３  …（化学反応式１）
この化学反応が起こると、ＣｕＯを含む酸化膜が、素線の表面に形成される。
【００２１】
最後に、必要に応じて、集合導線を加熱炉で加熱する（加熱工程Ｓ４）。なお、加熱炉の代わりに、例えば、高周波加熱装置を使用することができる。ここで、化学反応式１で表される化学反応がさらに促進されて、ＣｕＯを含む酸化膜がより確実に素線の表面に形成される。また、ＣｕＯを含む酸化膜の厚みが増加する。
【００２２】
次に、図３を用いて、上記した実施の形態１にかかる製造方法の一例について説明する。図３は、実施の形態１にかかる製造方法の一例を示す模式図である。この一例は、製造装置１４０を用いて、導体線群１９８から集合導線２０２を連続的に製造する製造方法である。図３中、導体線群１９８は、導体線１０９が紙面の奥から手前の方向に並んだ状態を模式的に表している。
【００２３】
素線供給機１４１は導体線群１９８を第１圧延ロール１４２に送る。模式図１５８に示すように、導体線１０９は円形状の断面を有する線状体である。導体線１０９は、周辺素線１１０を形成する導体線群１９８の一部である。
【００２４】
第１圧延ロール１４２は導体線群１９８を素線供給機１４１から受けて、模式図１５９に示すように導体線群１９８の一部から周辺素線１１０を形成する。第１圧延ロール１４２は、導体線１０９を塑性変形する。周辺素線１１０の断面の形状は、例えば、台形状である。
【００２５】
第１圧延ロール１４２は、周辺素線１１０及び中心素線１３０からなる素線群１９９を、速度調整用ガイドローラ１４３に送る。かかる素線群１９９は、各素線が紙面の奥から手前の方向に並んだ状態を模式的に表している。
【００２６】
速度調整用ガイドローラ１４３は、素線群１９９を第１圧延ロール１４２から受けて、素線加工工程で生じた周辺素線１１０のたわみを除去する。速度調整用ガイドローラ１４３は、素線群１９９を向き調整用ローラ１４４に送る。
【００２７】
向き調整用ローラ１４４は、素線群１９９を速度調整用ガイドローラ１４３から受ける。向き調整用ローラ１４４は、素線群１９９の各素線を展開し、周辺素線１１０が中心素線１３０を取り囲む位置関係を作る。
【００２８】
また、向き調整用ローラ１４４は、周辺素線１１０の内周面が中心素線１３０の各辺に向くように周辺素線１１０の位置及び向きを整える。向き調整用ローラ１４４は、素線群１９９をクランプ１４５に送る。
【００２９】
導体線群１９８を素線供給機１４１からクランプ１４５に送るまでにおいて、潤滑剤を導体線群１９８又は素線群１９９の少なくとも一方に塗布する。つまり、本例では、導体線群１９８を素線供給機１４１からクランプ１４５に送るまでのいずれかの工程が、塗布工程Ｓ１に対応する。特に、素線群１９９に潤滑剤を塗布すると、潤滑剤が周辺素線１１０及び中心素線１３０の表面に十分に残存しやすくなって好ましい。
【００３０】
続いて、クランプ１４５は、素線群１９９を向き調整用ローラ１４４から受ける。クランプ１４５は、素線群１９９を整列して、中心素線１３０の周囲に周辺素線１１０を配置し、整列した集合導線、すなわち整列集合導体２００を形成する。また、クランプ１４５は、周辺素線１１０の内周面が中心素線１３０の外表面の各辺と対向するように、整列集合導体２００を形成する。なお、本例では、クランプ１４５が整列集合導体２００を形成する工程が、集束工程Ｓ２に対応する。
【００３１】
クランプ１４５は、整列集合導体２００の中心方向に向かって、所定の圧力を整列集合導体２００に加える。このため、模式図１６０に示すように、整列集合導体２００の断面１９０において、中心素線１３０及び周辺素線１１０並びに周辺素線１１０同士は接近する。クランプ１４５は、整列集合導体２００を回転機１４６に送る。
【００３２】
回転機１４６は、所定の回転方向１５２に回転している。図３中、回転方向１５２は整列集合導体２００に右ねじ方向のねじれを与える向きを有する。回転機１４６は、捻り工程として、整列集合導体２００を、中心素線１３０を中心に捻り、捻れ集合導体２０１を形成する。
【００３３】
模式図１６１に示すように、整列集合導体２００は中心素線１３０及び所定の形状を有する周辺素線１１０を整列した集合導体である。このため、回転機１４６は、断面１９０の実質的な円形形状が維持された断面１９１を形成することができる。回転機１４６は、捻れ集合導体２０１を、クランプ１４７に送る。
【００３４】
クランプ１４７は、捻れ集合導体２０１を、回転機１４６から受ける。クランプ１４７は、捻れ集合導体２０１の中心方向に向かって、所定の圧力を捻れ集合導体２０１に加える。このため、捻り工程で密着の緩んだ、中心素線１３０及び周辺素線１１０並びに周辺素線１１０同士を再度密着させる。クランプ１４７は、捻れ集合導体２０１を速度調整用ガイドローラ１４８に送る。
【００３５】
速度調整用ガイドローラ１４８は、捻れ集合導体２０１をクランプ１４７から受けて、捻り工程で生じた捻れ集合導体２０１のたわみを除去する。速度調整用ガイドローラ１４８は、捻れ集合導体２０１を第２圧延ロール１５１に送る。
【００３６】
第２圧延ロール１５１は、捻れ集合導体２０１を速度調整用ガイドローラ１４８から受ける。第２圧延ロール１５１は、塑性加工工程Ｓ３として、捻れ集合導体２０１を実質的な平角形状とした場合の図中の縦方向より、実質的に平面の圧力をかける。
【００３７】
第２圧延ロール１５１は、模式図１６２に示すように、集合導線２０２の断面１９２の図中の上下端に横方向の壁面１９４を与える。第２圧延ロール１５１は、集合導線２０２を、加熱炉１５０に送る。
【００３８】
加熱炉１５０は、加熱工程Ｓ４として、集合導線２０２を第２圧延ロール１５１から受けて、加熱する。加熱炉１５０は、必要に応じて、集合導線２０２を、コイル製造工程に送ってもよい。
【００３９】
なお、上記した実施の形態１では、向き調整用ローラ１４４、クランプ１４５、回転機１４６、クランプ１４７を経ることで、整列集合導体２００を捻って、捻れ集合導体２０１を形成させたが、左右逆捻れ集合導体を形成してもよい。左右逆捻れ集合導体は、例えば、中心素線１３０を軸として螺旋を描くように捻じれている捻じれ部分と、この捻じれ部分の捻じれ方向と逆方向に捻じれている逆捻じれ部分とを有する捻れ集合導体である。なお、左右逆捻れ集合導体は、捻じれ部分と逆捻じれ部分との間には、中心素線１３０の軸と平行となる非捻じれ部分を有してもよい。
【００４０】
ここで左右逆捻れ集合導体の製造方法について説明する。上記した実施の形態１の集束工程Ｓ２の完了した後で、クランプ１４５は、整列集合導体２００を、回転機１４６を通過させて、さらにクランプ１４７まで送る。続いて、クランプ１４５及びクランプ１４７が、一斉に集合導体２００をクランプし、整列集合導体２００の軸を固定する。さらに、クランプ１４５及びクランプ１４７が整列集合導体２００をクランプしたまま、回転機１４６が所定の回転方向１５２に回転し、整列集合導体２００を捻る。すると、左右逆捻れ集合導体が形成される。ここで、左右逆捻れ集合導体は、回転機１４６を境に、捻じれ部分と逆捻じれ部分とを有する。
【００４１】
酸化膜厚の検討．
次に、図４を用いて、集合導線において導体線の間に形成される酸化膜の厚みｔの好ましい範囲について説明する。図４は酸化膜厚に対する電気抵抗を示すグラフである。
【００４２】
図４に示すように、酸化膜の厚みが１３０ｎｍを超えると、酸化膜の電気抵抗が０．３Ωを超え得る。これまでの実験により、集合導線において、導体線の間の電気抵抗が０．３Ωを超えると、コイルの渦損が減少することがわかっている。つまり、コイルの渦損を低減するために必要な酸化膜厚は、少なくとも１３０ｎｍである。
【００４３】
ところで、酸化膜の厚みが３００ｎｍを超えると、酸化膜が導体線に密着できずに、剥離してしまうことがある。つまり、導体線との密着強度を確保するために必要な酸化膜の厚みは、３００ｎｍ以下である。
【００４４】
以上より、酸化膜の厚みは、１３０ｎｍ以上、かつ、３００ｎｍ以下であると、渦損の低減と、密着強度の確保とが両立し得て、好ましい。
【００４５】
潤滑剤における硫酸エステル濃度の検討．
次に、再び図１を用いて、潤滑剤における硫酸エステルの濃度の好ましい範囲について説明する。
【００４６】
ここでは、素線あたりの単位長さ当たりの潤滑剤に含まれる硫酸エステルのモル数ｎＥと、素線の間に形成する酸化膜におけるＣｕＯの単位長さ当たりのモル数ｎＣと、についてそれぞれ立式する。続いて、これらのモル数が等しいことを利用して、潤滑剤における硫酸エステルの濃度ＣＥを求める。
【００４７】
硫酸エステルのモル数ｎＥ［ｍｏｌ］は、以下の数式１で求められる。
ｎＥ＝ＣＥ×Ｖｌｕ  …（数式１）
ＣＥ［ｍｏｌ／ｌ］：潤滑剤における硫酸エステルの濃度
Ｖｌｕ［ｍｍ３］：素線の間に潤滑剤が存在できる単位長さ当たりの体積
【００４８】
続いて、素線の間に潤滑剤が存在できる単位長さ当たりの体積Ｖｌｕは、以下の数式２で求められる。
Ｖｌｕ＝Ｌ×ｔｓ×１［ｍｍ３］  …（数式２）
Ｌ［ｍｍ］：酸化膜を付与したい素線間の空間の長さ（図１参照）
ｔｓ［ｍｍ］：素線の間の隙間
【００４９】
ここで、素線の間の隙間ｔｓは約０．０１ｍｍである。従って、数式２は、数式３に変形できる。
Ｖｌｕ＝Ｌ×１０−５［ｍｏｌ／ｍｍ３］
＝Ｌ×１０−８［ｍｏｌ／Ｌ］…（数式３）
さらに、上記した数式１と数式３とから、硫酸エステルのモル数ｎＥ［ｍｏｌ］は、以下の数式４で表される。
ｎＥ＝ＣＥ×Ｌ×１０−８［ｍｏｌ］  …（数式４）
【００５０】
次に、素線の間に形成する酸化膜におけるＣｕＯの単位長さ当たりのモル数ｎＣについて立式する。素線の間に形成する酸化膜におけるＣｕＯの単位長さ当たりのモル数ｎＣは、以下の数式５で求められる。
ｎＣ＝Ｖｆｌ×ρ／ＭＣ  …（数式５）
Ｖｆｌ：集合導線の単位長さあたりの酸化膜体積
ρ：ＣｕＯの密度
ＭＣ：ＣｕＯのモル質量
【００５１】
続いて、集合導線の単位長さあたりの酸化膜体積Ｖｆｌ［ｍｍ３］は、以下の数式６で表される。
Ｖｆｌ＝Ｌ×ｔ  …（数式６）
ｔ：酸化膜の厚み（図１参照）［ｍｍ］
【００５２】
さらに、ＣｕＯの密度ρ［ｇ／ｍｍ３］は、６．３１×１０−３、ＣｕＯのモル質量ＭＣ［ｇ／ｍｏｌ］は、７９．５４５とする。すると、酸化銅ＣｕＯのモル数ｎＣは、以下の数式７で表される。
ｎＣ＝Ｌ×ｔ×ρ／ＭＣ
ｎＣ＝Ｌ×ｔ×（６．３１×１０−３）／７９．５４５
ｎＣ＝Ｌ×ｔ×（７．９３×１０−５）  …（数式７）
【００５３】
ここで、モル数ｎＥとモル数ｎＣとは等しいので、上記した数式３及び数式６から、以下の数式８が立式される。
ＣＥ×Ｌ×１０−８＝Ｌ×ｔ×（７．９３×１０−５））  …（数式８）
数式７から、Ｌ等を消去すると、以下の数式９が求められる。
ＣＥ＝ｔ×７．９３×１０３  …（数式９）
【００５４】
上記したように、酸化膜の厚みｔの好ましい範囲は、１３０ｎｍ以上、かつ、３００ｎｍ以下である。上記した数式７に、酸化膜の厚みｔの好ましい範囲の上下限値を代入する。すると、潤滑剤における硫酸エステルの濃度ＣＥは、１．０〜２．４ｍｏｌ／ｌと求められる。以上より、潤滑剤における硫酸エステルの濃度ＣＥは、１．０〜２．４ｍｏｌ／ｌであると、酸化膜の厚みｔは、１３０ｎｍ以上、かつ、３００ｎｍ以下であることを確保し得て好ましい。
【００５５】
以上、実施の形態１によれば、一定の範囲の厚みを有する絶縁膜を導体線の表面に形成して、導体線同士は絶縁膜により確実に隔てられる。つまり、導体線同士がより確実に絶縁された集合導線を製造することができる。
【００５６】
ところで、複数の裸銅線をプレス成形し、その後、酸化膜を形成するための液を銅線の間に浸入させて、加熱するなどして、導線間に酸化膜を形成させる集合導線の製造方法がある。このような製造方法では、酸化膜を形成するための液を銅線の間に浸入させることができず、酸化膜が形成されないことがあった。一方、上記した実施の形態１によれば、酸化膜を形成するための液として硫酸エステルを添加した潤滑剤を導体線に確実に塗布させることができ、導体線同士がより確実に絶縁された集合導線を製造することができる。
【００５７】
なお、実施の形態１では、加熱工程Ｓ４を実施したが、必要に応じて、加熱工程Ｓ４を省略してもよい。例えば、塑性加工工程Ｓ３において、加工熱が素線に発生し、ＣｕＯを含む酸化膜が十分に形成される場合、加熱工程Ｓ４を省略してもよい。
【００５８】
渦損実験．
次に、図５を用いて、実施の形態１にかかる製造方法を用いて集合導線を実施例として製造し、この製造した集合導線の渦損を測定した試験について説明する。図５は、渦損低減率を示すグラフである。なお、実施例と比較するため、比較例についても渦損を測定した。比較例は、潤滑剤を使用しないことを除いて、実施の形態１にかかる製造方法と同じ製造方法により製造された集合導線である。
【００５９】
図５に示すように、実施例では、渦損低減率が８０％を超えている。ここで、８０％は、導体線同士が所定の厚みを有する絶縁膜により隔てられており、確実に絶縁されているとした場合における渦損低減率の計算値である。つまり、８０％は、渦損低減率の理想的な値である。実施例では、集合導線に含まれる導体線同士が、所定の厚みを有する絶縁膜により、確実に絶縁されていると考えられる。
【００６０】
一方、比較例では、渦損低減率が４０％程度であった。比較例の渦損低減率は、理想的な低減率である８０％を大きく下回っている。つまり、比較例では、集合導線に含まれる導線同士が、絶縁膜により絶縁されておらず、直接接触し、各部位で導通していると考えられる。
【００６１】
応用例．
実施の形態１にかかる製造方法により得られる集合導線を用いてコイルを形成することができる。このため、本実施形態は以下の応用に適する。
【００６２】
モータは、上記の製造方法で製造された集合導線からなるコイルを備えることができる。かかるコイルは渦損が小さいので、モータは小さなコイルで従来と同等の性能を発揮する。
【００６３】
また、自動車は、かかるモータを備えることで、従来の性能を維持したまま軽量になる。自動車はかかるモータを有する駆動部を備えることが、軽量化の観点から好ましい。かかるモータはハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカーに特に好適である。
【符号の説明】
【００６４】
Ｓ１  塗布工程、      Ｓ２  集束工程、      Ｓ３  塑性加工工程、      
Ｓ４  加熱工程、      
１、２、１０９  導体線、      １９８  導体線群、      １９９  素線群、      ２００  整列集合導体、      ２０、２０１、２０２  集合導線（集合導体）
【図１】
2015080281.tif 000003
【図２】
2015080281.tif 000004
【図３】
2015080281.tif 000005
【図４】
2015080281.tif 000006
【図５】
2015080281.tif 000007