(57)【要約】【課題】熱伝導率が高く、且つ製造が容易なテープ部材を得ることにある。【解決手段】マイカ層と裏打ち材とからなるマイカテープにおいて、高熱伝導裏打ち材層に、少なくとも１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子と少なくとも０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなる複合材を含む。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイカ層と裏打ち材層とからなるマイカテープにおいて、前記裏打ち材層に、１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子と０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなる複合材を含むことを特徴とするテープ部材。
【請求項２】
マイカ層と裏打ち材層とからなるマイカテープにおいて、前記マイカ層に０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子を含むことを特徴とするテープ部材。
【請求項３】
マイカ層の両面に１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子と０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなる複合体層を有することを特徴とするテープ部材。
【請求項４】
裏打ち材層の両面に、０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子を含むマイカ層を有することを特徴とするテープ部材。
【請求項５】
マイカ層と裏打ち材層からなるマイカテープにおいて、前記裏打ち材層に１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子と０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなる複合材を含み、前記マイカ層に０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子を含むことを特徴とするテープ部材。
【請求項６】
請求項１、請求項３、請求項５のいずれかに記載のテープ部材において、０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子粒径が、１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子の粒径の０．１５倍以下であることを特徴とするテープ部材。
【請求項７】
請求項２、請求項４、請求項５のいずれかに記載のテープ部材において、０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子粒径が、少なくともマイカ燐片径の０．１５倍以下であることを特徴とするテープ部材。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のテープ部材において、０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子がカーボン粒子或いは酸化アルミニウムであることを特徴とするテープ部材。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のテープ部材において、熱伝導性を示す層がマイカ層と比較して幅広にすることを特徴とするテープ部材。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のテープ部材を製造するに際して、ガラスクロス中に１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子と０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなる複合材を塗布し、マイカ箔と貼り合わせた後、上下面からロールプレスにて圧力を加えてテープ状に成形することを特徴とするテープ部材の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のテープ部材を製造するに際して、裏打ち材として、１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子とも０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなるフィルムとマイカシートとを貼り合わせた後、その上下面からロールプレスにて圧力を加えてテープ状に成形することを特徴とするテープ部材の製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のテープ部材を用いて巻線導体を絶縁被覆してなる電磁コイル。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のテープ部材を２本用いてその上下面を反対に且つテープ間のずれ幅を所定幅ずらせて巻線導体に交互に巻回することを特徴とする電磁コイル。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のテープ部材を２本用いてその上下面を貼り合わせて巻線導体に巻回することを特徴とする電磁コイル。
【請求項１５】
請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の電磁コイルにおいて、マイカテープを巻回する際のテープ間のずらし幅を１／４より小さくすることを特徴とする電磁コイル。
【請求項１６】
請求項１２乃至請求項１５のいずれかに記載の電磁コイルを備えたことを特徴とする電磁機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テープ部材とその製造方法及びテープ部材を用いた電磁コイル並びに電磁機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁機器を高効率化、小型化及び低コスト化するには、電磁コイルの冷却性能を向上させることにより実現することができる。この電磁コイルの冷却性能を向上させる方法として、電磁コイル周辺に用いられる電気絶縁性の材料を高熱伝導化させることが望まれている。
【０００３】
従来、電磁コイル周辺に用いられる電気絶縁材料としては、無機粉末を含有する裏打ち材を有する高熱伝導性のマイカ基材シート状体が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
しかし、この電気絶縁材料は、裏打ち材に用いられている高熱伝導性を示す材料が十分な熱伝導性を示さないため、電磁コイルを形成したときの絶縁層の熱伝導率としては不十分である。
【０００５】
また、絶縁層の熱伝導率を向上させる手段として、樹脂に結晶性エポキシ樹脂を用いることにより、樹脂の熱伝導率を向上させるものがあるが（例えば特許文献２）、この結晶性エポキシ樹脂は常温で固形であるなど取扱いが難しかった。
【０００６】
さらに、絶縁層の熱伝導率を向上させる手段として、巻線導体に熱伝導シートを交互に巻回したものがあるが（例えば特許文献３）、これは熱流がマイカ層により断熱されてしまうため、高い熱伝導率を得ることが難しかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−９３２５７号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平１１−３２３１６２号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開平１０−１７４３３３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の電磁コイルに用いられる電気絶縁材料では、十分な熱伝導率が得られなかったり、製造に手間や時間がかかったりするなどの問題があった。
【００１１】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、熱伝導率が高く、且つ製造が容易なテープ部材とその製造方法及びテープ部材を用いた電磁コイル並びに電磁機器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような構成のテープ部材とその製造方法及びテープ部材を用いた電磁コイル並びに電磁機器とするものである。
【００１３】
請求項１に対応する発明は、マイカ層と裏打ち材層とからなるマイカテープにおいて、前記裏打ち材層に、１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子と０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなる複合材を含むことを特徴としている。
【００１４】
請求項２に対応する発明は、マイカ層と裏打ち材層とからなるマイカテープにおいて、前記マイカ層中に０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子を含むことを特徴としている。
【００１５】
請求項３に対応する発明は、マイカ層の両面に１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子と０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなる複合体層を有する。
【００１６】
請求項４に対応する発明は、裏打ち材層の両面に、０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子を含むマイカ層を有する。
【００１７】
請求項５に対応する発明は、マイカ層と裏打ち材層からなるマイカテープにおいて、前記裏打ち材層に１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子と０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなる複合材を含み、マイカ層中に０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子を含むことを特徴としている。
【００１８】
請求項６に対応する発明は、請求項１、請求項３、請求項５のいずれかに対応する発明のテープ部材において、０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子粒径が、１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子の粒径の０．１５倍以下であることを特徴としている。
【００１９】
請求項７に対応する発明は、請求項２、請求項４、請求項５のいずれかに対応する発明のテープ部材において、０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子粒径が、少なくともマイカ燐片径の０．１５倍以下であることを特徴としている。
【００２０】
請求項８に対応する発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに対応する発明のテープ部材において、０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子がカーボン粒子或いは酸化アルミニウムである。
【００２１】
請求項９に対応する発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに対応する発明のテープ部材において、熱伝導性を示す層がマイカ層と比較して幅広にする。
【００２２】
請求項１０に対応する発明は、請求項１乃至請求項９のいずれかに対応する発明のテープ部材を製造するに際して、ガラスクロス中に１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子と０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなる複合材を塗布し、マイカ箔と貼り合わせた後、上下面からロールプレスにて圧力を加えてテープ状に成形する。
【００２３】
請求項１１に対応する発明は、請求項１乃至請求項９のいずれかに対応する発明のテープ部材を製造するに際して、裏打ち材として、１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子と０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなるフィルムとマイカシートとを貼り合わせた後、その上下面からロールプレスにて圧力を加えてテープ状に成形する。
【００２４】
請求項１２に対応する発明は、請求項１乃至請求項９のいずれかに対応する発明のテープ部材を用いて巻線導体を絶縁被覆する。
【００２５】
請求項１３に対応する発明は、請求項１乃至請求項９のいずれかに対応する発明のテープ部材を２本用いてその上下面を反対に且つテープ間のずれ幅を所定幅ずらせて巻線導体に交互に巻回する。
【００２６】
請求項１４に対応する発明は、請求項１乃至請求項９のいずれかに対応する発明のテープ部材を２本用いてその上下面を貼り合わせて巻線導体に巻回する。
【００２７】
請求項１５に対応する発明は、請求項１２乃至請求項１４のいずれかに対応する発明の電磁コイルにおいて、マイカテープを巻回する際のテープ間のずらし幅を１／４より小さくする。
【００２８】
請求項１６に対応する発明は、請求項１２乃至請求項１５のいずれかに対応する発明の電磁コイルを備えて電磁機器を構成する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３０】
なお、以下の説明で熱伝導率の測定は、レーザフラッシュ法が用いられ、また粒子の粒度測定には、レーザ解析式粒度分布測定器を用いて平均粒径を求めている。
【００３１】
図１は、本発明によるテープ部材の第１の実施形態を示す断面図である。
【００３２】
図１に示すように、マイカ層１と裏打ち材層２とからなるマイカテープにおいて、裏打ち材層２に、１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子と０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなる複合材を高熱伝導充填材３として樹脂４中に分散させたものである。
【００３３】
図２は、熱伝導率６０Ｗ／ｍＫの１６μｍの粒径を持つ窒化ホウ素及び熱伝導率１Ｗ／ｍＫの粒径７０ｎｍの粒径を持つカーボンブラックをエポキシ樹脂中に分散したときの熱伝導率のカーボンブラック充填量依存性を示すものである。
【００３４】
図２から明らかなようにエポキシ樹脂中にカーボンブラックを微量添加することによって、高い熱伝導率を持つ熱伝導シートが得られることが分かる。この熱伝導シートを裏打ち材としてマイカ薄片を漉いて製造したマイカペーパと貼り合わせ、スリットを通してマイカテープを形成する。この場合、マイカ層１と熱伝導シートとの間は、ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂により接着する。
【００３５】
このようにして製造したマイカテープは、裏打ち材層の熱伝導率が高いため、窒化ホウ素のみを用いたマイカテープと比較して高い熱伝導率を得ることができる。
【００３６】
ここで、マイカ層と熱伝導シートの厚み比率を１：１として製造したマイカテープの熱伝導率の比較例を示すと表１のようになる。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
比較例は、裏打ち材としてポリエチレンテレフタレートを使用したテープと窒化ホウ素のみを用いたテープを併記した。
【００３９】
窒化ホウ素を充填したテープは、充填していないテープと比較して１．８倍の熱伝導率を示すが、さらにカーボンを添加した実施例では１．９３倍の熱伝導率を示し、結果として熱伝導性の高いマイカテープを製造できた。
【００４０】
図３は、マイカテープの熱伝導率を図２に示すカーボンブラックの充填率をパラメータにプロットして示したものである。
【００４１】
この図３から明らかなように、カーボンブラックを添加することによってマイカテープの熱伝導率が上昇していることが分かる。特に充填量が１ｖｏｌ％以上において、２．５％程度の熱伝導率の上昇を得ることができる。従って、マイカテープの導電率は、裏打ち材の熱伝導率に比例して高くなる。
【００４２】
このように窒化ホウ素と樹脂の複合体にカーボンを添加することによって高い熱伝導率が得られ、このシートを裏打ち材として使用することにより、高い熱伝導率を持つマイカテープを製造することができる。
【００４３】
また、図４に示すように、このマイカテープをコイル導体５に巻回し、さらにコイル離型テープを巻回した後、ゴム製の当てもの表面に這わせた状態で、その周囲より熱収縮性チューブにて巻回した後、エポキシ樹脂中にて真空含浸し、取り出した後加熱炉にて１５０℃で２４時間加熱処理して硬化させ、しかる後離型テープなどを取り除いてコイルを製造する。
【００４４】
このようにして製造されたコイルは、マイカテープが高い熱伝導率を持っているため、結果として高い熱伝導率を持つ絶縁層６が形成される。
【００４５】
従って、このような構成とすれば、冷却性能に優れ、コイルに流す電流を増大できるので、高効率の電磁コイルとすることができる。また、同じ効率で考える場合は、コイル導体の断面積を狭くできるため、小型化された、つまり安価なコイルが得られる。
【００４６】
因みに、３００ＭＷクラスの発電機において、上記絶縁層を形成したコイルとすることにより、主絶縁の熱伝導率が従来の０．２６Ｗ／ｍＫから１Ｗ／ｍＫｗ程度になることから、コイルの温度上昇を７０Ｋから４０Ｋまで低減することができた。これにより、コイルに流す電流密度を上げることが可能となり、銅の量を少なくできる。これにより、コイルに流す電流密度を上げることが可能となり、銅の量を約３割程度少なくすることができた。
【００４７】
このように第１の実施形態では、マイカ層１と裏打ち材層２とからなるマイカテープにおいて、裏打ち材層に、１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子と０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなる複合材を高熱伝導充填材３として樹脂４中に分散させることにより、熱伝導率の高いテープ部材を簡単且つ容易に得ることができ、またこのテープ部材をコイル導体に巻回して絶縁被覆することにより、高熱伝導化された電磁コイル及び電磁機器を小型にして安価に製造することができる。
【００４８】
上記では、高熱伝導性の裏打ち材を形成する材料として、窒化ホウ素とカーボンを使用した。高熱伝導性を実現した理由は、樹脂層をカーボンにより置換することによって実現できると考えられる。すなわち、高熱伝導性を持つ主の充填材とその隙間を埋めるカーボン粒子とによって高い熱伝導率を得ることが可能となる。
【００４９】
この場合、高熱伝導性を持つ主の充填材を高充填することが高い熱伝導性を実現するときに必要となるため、主の充填材を細密充填した隙間に入ることが第２の粒子、例えばカーボン粒子に対して重要となる。
【００５０】
そこで、図５に示すように細密充填した主の高熱伝導性充填材（第１の粒子）７中に第２の充填材（第２の粒子）８を入れるためには、第２の充填材８の粒径を制限することによって高い熱伝導率を持つ高熱伝導性を実現できる。
【００５１】
図６は、第２の粒子と第１の粒子との粒径の比に対する熱伝導率の変化を示すグラフで、横軸は対数（ＬＯＧ）表示としてある。図６から明らかなように第２の粒子と第１の粒子との粒径の比が０．１倍付近より小さい範囲で熱伝導率が上昇することが分かる。
【００５２】
図７は、７０ｎｍのカーボンの代わりに、平均粒径が７０ｎｍの酸化アルミニウムを充填したエポキシ樹脂の熱伝導率と酸化アルミニウムの充填量の関係を示している。
【００５３】
図７から明らかなように、酸化アルミニウムの充填量が増大するとこれに比例して熱伝導率が上昇していることが分かる。特に酸化アルミニウム粒子を２ｖｏｌ％添加した材料では、７Ｗ／ｍＫを超える熱伝導率を得た。これを裏打ち材として使用することによって高い熱伝導率を得ることができる。さらに、カーボン粒子と比較して酸化アルミニウム粒子は電気抵抗が高いため、絶縁性能として優れたものが構成できることは明らかである。
【００５４】
ここで、上記では１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ充填材として窒化ホウ素を使用したが、この窒化ホウ素の代わりとしては、カーボン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化珪素、人工ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、炭化珪素、金、銅、鉄などを用いても高熱伝導率が発現する原理を考慮すれば同様の効果を挙げることができると考えられる。
【００５５】
また、０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ充填材としてカーボンブラック及び酸化アルミニウムを使用したが、その代わりに窒化ホウ素、カーボン、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化珪素、人工ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、炭化珪素、金、銅、鉄、層状珪酸粘度鉱物、マイカなどを用いても、樹脂の熱伝導率より高いことが重要であることから、同様の効果が得られることは明らかである。
【００５６】
図８は、本発明によるテープ部材の第２の実施形態を示す断面図である。
【００５７】
第２の実施形態では、図８に示すようにマイカ層と裏打ち材層からなるマイカテープにおいて、マイカ層中に０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子を熱伝導性充填材３として分散させて高熱伝導性マイカ層９とするものである。
【００５８】
第１の実施形態では、マイカ層は通常の方法で製造し、裏打ち材に高い熱伝導率を持つ熱伝導シートを用いた。この場合、裏打ち材層と比較してマイカ層は熱伝導率が小さいため、マイカ層が熱バリアとして作用する。
【００５９】
ここで、マイカ箔を形成する際、７０ｎｍのカーボンをマイカ箔と混合することを行った。具体的には、マイカ箔とカーボンを蒸留水に攪拌し、０．０５μｍの網目を持つクロス上に塗布し、乾燥処理してマイカシートを形成した。マイカシート自体は、０．６Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導率を持つが、マイカ箔のみで成形したマイカ層に樹脂を含浸すると熱伝導率が０．２２Ｗ／ｍＫとなった。
【００６０】
一方、カーボンを複合したマイカ層の熱伝導率は、０．３５Ｗ／ｍＫであり、これはマイカ層間に含浸レジンが介在するため、熱伝導に必要なフォノンが散乱され、フォノンの平均自由工程が短くなったためと予想される。
【００６１】
第１の実施形態と同様にこのテープを用いて電磁コイルを成形することによって熱伝導性の高い主絶縁層を形成できる。
【００６２】
このようにマイカ層と裏打ち材層とからなるマイカテープにおいて、マイカ層９中に０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子を高熱伝導性充填材３として分散させることにより、熱伝導率の高いテープ部材を簡単且つ容易に得ることができ、またこのテープ部材をコイル導体に巻回して絶縁被覆することにより、高熱伝導化された電磁コイル及び電磁機器を小型にして安価に製造することができる。
【００６３】
図９は、第１の実施形態と第２の実施形態を組合せて製造されるマイカテープの構成を示す断面図である。
【００６４】
第１の実施形態及び第２の実施形態をそれぞれ実施することによって、高い熱伝導率を持つマイカテープを製造できるが、図９に示すように第１の実施形態における高熱伝導性の裏打ち材層２と第２実施形態における高熱伝導性のマイカ層９とを組合せることによって、さらに高い熱伝導率を持つマイカテープを製造できることは明らかである。
【００６５】
因みに、第１の実施形態の窒化ホウ素とカーボンを組合せて製造されるマイカテープと比較して、第２の実施形態に示したマイカ箔とカーボンを組合せたマイ層を貼り合わせることにより、熱伝導率は０．６６Ｗ／ｍＫ程度になると見積もられる。
【００６６】
図１０は、本発明によるテープ部材の第３の実施形態を示す断面図である。
【００６７】
第３の実施形態では、マイカ層１の両面に１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子と０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなる高熱伝導性の裏打ち層２を複合体層として形成するものである。
【００６８】
第１の実施形態で述べたように、裏打ち材に熱伝導率の高い材料を用いることによって、テープ自体の熱伝導率を向上させることができる。この材料をコイル導体に巻回することによって、電磁コイルが得られる。
【００６９】
図１１は、低熱伝導層（マイカ層）１１とその片面に高熱伝導層（高熱伝導性の裏打ち材層）１２からなるマイカテープを用いてテープ間のずらし幅を１／２ずらしてコイル導体表面に巻回したときの主絶縁層の断面を示すものである。この主絶縁層は、高熱伝導層１２と高熱伝導層１２との間に必ず低熱伝導層１１を挟む構成となる。この構成では、低熱伝導層１１の熱伝導率が低いため、高い熱伝導率を得ることが難しい。
【００７０】
図１２は、低熱伝導層１１とその両面に高熱伝導層１２を形成したマイカテープを用いてテープ間のずらし幅を１／２ずらしてコイル導体表面に巻回したときの主絶縁層の断面を示すものである。この構成では、高熱伝導である裏打ち材が互いに連続的につながりながら主絶縁層中に熱伝導路を形成する。従って、低熱伝導層１１の両面に高熱伝導層１２を形成することによって、高い熱伝導率を得ることが可能となる。
【００７１】
このようにして製造したマイカペーパと第１の実施形態で示した裏打ち材を使用することにより、高い熱伝導率を持つマイカテープが得られた。
【００７２】
このように低熱伝導層（マイカ層）の両面に１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子からなる複合体層を持つことにより、熱伝導性が高く、且つ製造が容易な高熱伝導化された電磁コイル及び電磁機器を得ることができる。
【００７３】
上記では、マイカ層を低熱伝導層とし、高熱伝導層で相対的に熱伝導率の低い層を挟み込む構成としたが、マイカ層を高熱伝導層とした場合、裏打ち材層を高熱伝導のマイカ層で挟み込むことによっても高い熱伝導率が得られる。すなわち、裏打ち材層の両面に０．５Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ粒子を含むマイカ層を形成することにより、熱伝導率が高く、且つ製造が容易な高熱伝導化された電磁コイル及び電磁機器を得ることができる。
【００７４】
図１３は、本発明によるテープ部材の第４の実施形態を示す断面図である。
【００７５】
第４の実施形態では、第１の実施形態乃至第３の実施形態で述べたマイカテープに関して、高熱伝導裏打ち材層２がマイカ層１と比較して幅広になるように形成するものである。
【００７６】
以下の説明において、主絶縁層の熱伝導率を算出するにあたり、図１４及び図１６に示すような等価回路を考える。
【００７７】
主絶縁層を形成する場合、高い熱伝導率を持つ層と比較的低い熱伝導層を組合せて主絶縁層を形成している。低い熱伝導率が存在する理由は、主絶縁層は本来電気絶縁性を得るために形成するものであり、本発明で用いた充填材を使用した高熱伝導性材料は、絶縁破壊特性が低下する恐れがあるため、機器によっては熱伝導性ではあるが、高い絶縁破壊特性を有する層を併せて形成する必要がある。
【００７８】
図１に示したように、裏打ち材に高熱伝導体を用いることによって高い熱伝導率を持つ構成が実現できた。このような構成の等価回路は図１４に示すように低熱伝導層の熱伝導率１３と高熱伝導層の熱伝導率１４とがシリーズになり、マイカ層は熱バリアとして作用するため、コイルなどに成形したときには、マイカ層で伝熱しにくい。
【００７９】
そこで、図１３に示すように高熱伝導性の裏打ち材層２をマイカ層１より幅広にすることによって高い熱伝導率を得ることができる。
【００８０】
図１５は高熱伝導層１２を低熱伝導層１１より幅広にしたときの主絶縁層の断面を示すものである。高熱伝導層１２がコイル主絶縁層を通してつながるために、高い熱伝導率を得ることができると考えられる。
【００８１】
このような構成の等価回路は、図１６に示すように幅広部の熱伝導率１５が低熱伝性のマイカ層の熱伝導率１３をバイパスすることにより高い熱伝導率を得ることができる。表２は、マイカ層の熱伝導率を０．２２Ｗ／ｍＫ、裏打ち材層の熱伝導率を４Ｗ／ｍＫとして、マイカ層の幅に対して１０％裏打ち材層の幅を広くした場合の熱伝導率の差異を示す。
【００８２】
【表２】
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【００８３】
この表から明らかなように、高熱伝導性の裏打ち材層２を幅広とすることにより高い熱伝導率を得ることができた。
【００８４】
このように第１の実施形態乃至第３の実施形態で述べたマイカテープに関して、高熱伝導性を示す層がマイカ層と比較して幅広になるように成形することにより、熱伝導性が高く、かつ製造が容易な高熱伝導化された電磁コイルおよび電磁機器を得ることができる。
【００８５】
図１７は、本発明の第５の実施形態として、テープ部材を電磁コイルに巻回して形成される絶縁層を示す断面図である。
【００８６】
第５の実施形態では、電磁コイルとして第１乃至第４の実施形態で述べたテープ部材のいずれかを２本用いて、その上下面を反対に且つテープ間のずれ幅を１／２ずらして交互に巻回するようにしたものである。
【００８７】
図１１に示す構成では、低熱伝導層１１と高熱伝導層１２を貼り合わせたテープ部材を導体に巻回して主絶縁層を形成すると、必ず高熱伝導層間に低い熱伝導率を持つ層が挟み込まれるため、低い熱伝導率を持つ層により伝熱が遮断されてしまう。
【００８８】
そこで、低熱伝導層１１と高熱伝導層１２とを貼り合せたテープを２本用いて、その上下面を反対に且つテープ間のずれ幅を１／２ずらして交互に巻回する。図１７中の高熱伝導層のつながりは、主絶縁層を通して形成されるため、高い熱伝導率を得ることができる。
【００８９】
例えば、第１の実施形態で述べた４Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する高熱伝導材料を裏打ち材に用いる。低熱伝導層としてマイカを用いると０．２２Ｗ／ｍＫを得る。これらを貼り合せたテープを２本用いて、同じ向きで導体に巻きつけて主絶縁層を形成すると断面は図１１に示すようになり、このときの熱伝導率と比較して、２本のテープを用いてその上下面を反対に且つテープ間のずれ幅を１／２ずらして交互に巻回すると図１７に示すようになり、この時の熱伝導率は１．２倍であった。
【００９０】
これは、高熱伝導層が主絶縁層を通して連続的に熱伝導パスを形成したためと考えられる。
【００９１】
このように第１乃至第４の実施形態で述べたテープ部材のいずれかを２本用いて、その上下面が反対に且つテープ間のずれ幅を１／２ずらして交互に巻回することにより、熱伝導性が高く、且つ製造が容易な高熱伝導化された電磁コイル及び電磁機器を得ることができる。
【００９２】
この方法は、主絶縁層内に如何に熱伝導パスを連続的に形成するかが重要なポイントである。
【００９３】
上述の方法では、低熱伝導層１１と高熱伝導層１２とを貼り合せたテープを２本用いてその上下面を反対に、且つテープ間のずれ幅を１／２ずらして交互に巻回するようにしたが、図１８に示すように２本のテープを低熱伝導層同士を向い合せに貼り合わせて１本のテープとし、このテープを導体に巻回することによっても図１９に示す主絶縁層断面となるように巻回することによっても実現できる。
【００９４】
例えば、高熱伝導層１２として、エポキシ樹脂に窒化ホウ素を充填し、ガラスクロスに塗布したテープを用い、マイカ層の両面に本テープを貼り付けることによって構成されたテープを巻回することにより、所定の主絶縁層を形成することが可能である。
【００９５】
さらには、高熱伝導層１２としては、マイカテープと別に形成することも可能である。すなわち、マイカテープとして第１の実施形態で述べたテープを使用し、これと１Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する高熱伝導テープ１６を交互に巻回して主絶縁層を形成する。
【００９６】
このようにして形成した主絶縁層の断面は、図２０に示すようになる。この場合、１Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つ熱伝導テープとして、窒化ホウ素を６０ｖｏｌ％入れたイソプロピレン系エラスとマーに酸化アルミニウムを４ｖｏｌ％入れたテープを使用する。
【００９７】
ここで、熱伝導シートを使用したときと使用しないときの熱伝導率の違いを比較例と対比して示すと表３のようになる。
【００９８】
【表３】
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【００９９】
この表３から熱伝導シートの挿入により、高い熱伝導率が得られることが分かる。
【０１００】
このように、マイカテープと高熱伝導性のテープを交互に巻回することによっても、高熱伝導層からなる熱伝導パスを主絶縁中に連続して形成することができる。
【０１０１】
図２１は、本発明の第６の実施形態として、テープ部材を電磁コイルに巻回して形成される主絶縁層を示す断面図である。
【０１０２】
第６の実施形態では、第１乃至第４の実施形態で述べた電磁コイルにおいて、マイカテープを巻回する際のテープ間のずらし幅を１／２より小さくするものである。
【０１０３】
図１１は、１／２ずらして巻回したときの主絶縁層の断面であり、高熱伝導層は２層目まで連続して熱伝導パスを形成している。
【０１０４】
一方、図２１は１／４ずらして巻回した主絶縁層の断面であるが、高熱伝導層は４層目まで連続して熱伝導パスを形成する。主絶縁層の厚み方向に長い連続パスを形成すれば、含浸樹脂などの熱伝導性が低い部位を形成しないため、それだけ高い熱伝導率を得ることができる。
【０１０５】
このように第１乃至第４の実施形態で述べた電磁コイルにおいて、マイカテープを巻回する際のテープ間のずらし幅を１／４より小さくすることにより、熱伝導率が高く、かつ製造が容易な高熱伝導化された電磁コイルおよび電磁機器を得ることができる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、熱伝導率が高く、且つ製造が容易なテープ部材とその製造方法及びテープ部材を用いた電磁コイル並びに電磁機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるテープ部材の第１の実施形態を示す断面図。
【図２】窒化ホウ素とカーボンブラックの複合体の熱伝導率を示すグラフ。
【図３】同実施形態の効果を説明するためのグラフ。
【図４】同実施形態を適用した電磁コイルを示す断面図。
【図５】同実施形態の粒子の状態を示す図。
【図６】同実施形態において、第２の粒子と第１の粒子との粒径の比に対する熱伝導率の変化を示すグラフ。
【図７】同じく、窒化ホウ素と酸化アルミニウムの複合体の熱伝導率を示すグラフ。
【図８】本発明によるテープ部材の第２の実施形態を示す断面図。
【図９】同実施形態のテープ部材の変形例を示す断面図。
【図１０】本発明によるテープ部材の第３の実施形態を示す断面図。
【図１１】本発明の第１の実施形態を適用した主絶縁層の断面図。
【図１２】本発明の第３の実施形態を適用した主絶縁層の断面図。
【図１３】本発明によるテープ部材の第４の実施形態を示す断面図。
【図１４】本発明の第１の実施形態における主絶縁層の等価回路を示す図。
【図１５】本発明の第４の実施形態における主絶縁層を示す断面図。
【図１６】本発明の第４の実施形態における主絶縁層の等価回路を示す図。
【図１７】本発明の第５の実施形態を示す断面図。
【図１８】同実施形態の第１の変形例を示す断面図。
【図１９】同実施形態の第２の変形例を示す主絶縁層の断面図。
【図２０】同実施形態の第３の変形例を示す主絶縁層の断面図。
【図２１】本発明の第６の実施形態を示す断面図。
【符号の説明】
１…マイカ層
２…高熱伝導裏打ち層
３…高熱伝導充填材
４…樹脂
５…コイル導体
６…高熱伝導主絶縁層
７…高熱伝導充填材
８…第２の充填材
９…高熱伝導性マイカ層
１０…裏打ち材層
１１…低熱伝導層
１２…高熱伝導層
１３…低熱伝導層の熱伝導率
１４…高熱伝導層の熱伝導率
１５…幅広部の熱伝導率
１６…高熱伝導シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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