(57)【要約】【課題】ヒートサイクル処理によるモールド層内のコイルとモールド樹脂との剥離の発生を抑制できるモールドコイルを提供する。【解決手段】複数の単位コイル５からなるコイル２を、モールド樹脂からなるモールド層３により覆って構成したモールドコイル１において、各単位コイル５を構成する絶縁電線６（絶縁被覆層）の表面、コイル２の内周側に設けられ内部との絶縁を確保している絶縁層４の表面、及び単位コイル５の表面に設けられ単位コイル５を構成する巻き線間の電位差を小さくする静電シールド層７の表面に低温プラズマ処理を施す。低温プラズマ処理が施された絶縁電線６（絶縁被覆層）、絶縁層４、及び静電シールド層７の各層の表面と、モールド樹脂とは強固に接着し、温度変化が生じても剥離の発生を抑制することができる。【選択図】図１
2007335725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルをモールド樹脂からなるモールド層により覆って構成したモールドコイルにおいて、
前記コイルの前記モールド樹脂と接する部分には低温プラズマ処理が施されていることを特徴とするモールドコイル。
【請求項２】
前記コイルを構成する導体の表面に絶縁被覆層として樹脂がコーティングされ、その絶縁被覆層の前記モールド樹脂と接する部分には低温プラズマ処理が施されていることを特徴とする請求項１記載のモールドコイル。
【請求項３】
前記コイルを構成する導体に絶縁被覆層として絶縁テープが巻回され、その絶縁被覆層の前記モールド樹脂と接する部分には低温プラズマ処理が施されていることを特徴とする請求項１又は２記載のモールドコイル。
【請求項４】
前記コイルを構成する導体の表面には低温プラズマ処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモールドコイル。
【請求項５】
前記コイルの内周側及び外周側の少なくとも一方には絶縁層が設けられ、前記絶縁層の前記モールド樹脂と接する部分には低温プラズマ処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のモールドコイル。
【請求項６】
前記コイルは、複数個の単位コイルからなり、
前記各単位コイルの表面に静電シールド層が設けられ、前記静電シールド層の前記モールド樹脂と接する部分には低温プラズマ処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のモールドコイル。
【請求項７】
前記コイルは、トランスを構成するための一次コイルと二次コイルとからなり、
前記モールド層内には、前記一次コイルと前記二次コイルとの間に位置する絶縁層が設けられ、その絶縁層の前記モールド樹脂と接する部分には低温プラズマ処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のモールドコイル。
【請求項８】
前記モールド層内には、前記コイルの両端を外部に接続するための端子部材などの金属製埋設物が設けられ、
この金属製埋設物の前記モールド樹脂と接する部分には低温プラズマ処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のモールドコイル。
【請求項９】
前記モールド層の成型時に前記コイルの内側を通るようにして当該モールド層と一体化された鉄心を有し、
前記鉄心の表面に絶縁層が設けられ、
この絶縁層の前記モールド樹脂と接する部分には低温プラズマ処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のモールドコイル。
【請求項１０】
前記静電シールド層は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミドなどの樹脂又はアラミド紙から形成されたテープ又はシートを基材として、その基材の表面に金属層を設けたシールド材、或いは可撓性ゴムシートの内部に金属粉を含有したシールド材から構成されていることを特徴とする請求項６記載のモールドコイル。
【請求項１１】
前記絶縁層は、テープ又はシートを主体として構成され、前記テープ又はシートは、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミドなどの樹脂又はアラミド紙から形成されていることを特徴とする請求項５，７，９のいずれかに記載のモールドコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルを樹脂内に埋設したモールドコイルに係り、特にコイルとモールド樹脂との剥離の発生を抑制したモールドコイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、モールド変圧器、モールドリアクトル、計器用変圧器、計器用変流器などに使用されている。
モールドコイルは、絶縁被覆層を有するコイルを、モールド樹脂例えばエポキシ樹脂でモールドした構成であり、目的に応じて、コイルの内周側或いは外周側に絶縁層を設けたり、静電シールド層を設けたりしている。これらのモールドコイルは、コイルを注型金型の所定の位置にセットし、次にモールド樹脂を注入し、その後、適当な条件で含浸処理して、硬化させることによって製造される。
【０００３】
モールドコイルは、モールド層内に微小空隙があると、この空隙部分で部分放電が発生する場合がある。モールドコイルの製造時、つまりモールド樹脂を注型金型に注入する際に、脱気しきれず空気が残留すると、これが微小空隙となる。この原因の対策として、特許文献１では、表面を粗面化した絶縁被覆層（例えば、表面に突起を設けた絶縁フィルム或いはアラミド繊維を加工した不織布絶縁物など）を導体に巻回し、絶縁被覆層の表面付近でモールド樹脂を凝集させ、製造時において絶縁被覆層とモールド樹脂との界面で微小空隙が生じないようにしている。
【特許文献１】特開平８−３１６０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、モールドコイルの製造時に微小空隙の発生を抑制させておいても、周辺機器やモールドコイル自身の運転や停止による温度変化、又は昼夜の温度変化が大きい地域で長年モールドコイルが使用されると、モールド樹脂とコイルとの線膨張係数の違いによって接着が弱い部分で剥離を生じ、その剥離部分の微小空隙で部分放電が生じることがある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、長期の実使用においてもコイルとモールド樹脂との剥離の発生を抑制できるモールドコイルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のモールドコイルは、コイルをモールド樹脂からなるモールド層により覆って構成したモールドコイルにおいて、前記コイルの前記モールド樹脂と接する部分に低温プラズマ処理を施したことを特徴としている。
また、本発明のモールドコイルでは、前記コイルを、複数個の単位コイルから構成し、単位コイルの表面に静電シールド層を設けることができる。さらに、モールド層内に絶縁層を設けることもできる。これら静電シールド層や絶縁層の前記モールド樹脂と接する部分にも低温プラズマ処理を施す。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、コイルとモールド樹脂との接着性を高めることができ、コイルとモールド樹脂との剥離の発生を抑制することができる。
また、静電シールド層や絶縁層と、モールド樹脂の接着性を高めることができ、静電シールド層や絶縁層と、モールド樹脂との剥離の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の第１の実施形態を、モールド変圧器に使用されるモールドコイル１に適用して図１乃至図３を参照しながら説明する。
モールドコイル１は、図１に示すように、コイル２を絶縁性樹脂、例えばエポキシ樹脂からなるモールド層３により覆って、筒状に形成したものである。変圧器は、モールドコイル１を例えば高圧側の一次コイルとし、このモールドコイル１の内側に、図示しない低圧側の二次コイルを収納し、更に二次コイルの内側に鉄心を収納して構成される。そして、モールドコイル１のモールド層３内には、二次コイルとの間の絶縁性確保のために、コイル２の内周側に位置して絶縁層４が埋設されている。なお、二次コイルは、図１と同様のモールドコイルとしても良いが、板状の導体を巻回して構成したものであっても良い。
【０００８】
本実施形態においてコイル２は、複数個の単位コイル５を直列に接続して構成されている。単位コイル５は、絶縁電線６をほぼ環状に巻回し、全体を絶縁性樹脂例えばモールド層３と同じエポキシ樹脂でモールドして構成されている。モールドされた単位コイル５の表面には、静電シールド層７が形成されている。前記モールド層３内には、このように表面に静電シールド層７を設けた単位コイル５が軸方向に間隔をおいて複数個配列されて前記コイル２が構成されている。なお、静電シールド層７は、単位コイル５を構成する巻き線間の電位差を小さくして単位コイル５内に微小空隙があった場合に部分放電を生じにくくするためのものである。
【０００９】
さて、単位コイル５を構成する前記絶縁電線６は、図２に示すように、導体８の表面に絶縁被覆層９として例えばエナメル樹脂をコーティングしてなる。
また、前記絶縁層４は絶縁材、例えばポリエチレンテレフタレートなどから形成された絶縁シート又は絶縁テープからなる。更に、前記静電シールド層７は静電シールド材、例えばポリエチレンテレフタレートから形成された絶縁シート又は絶縁テープを基材とし、この基材の表面に銅やアルミニウムなどを蒸着させて、導電性の金属層を構成したものである。
そして、これら絶縁層４、静電シールド層７、絶縁電線６（絶縁被覆層９）の表面には、モールド前に予め低温プラズマ処理が施されている。
【００１０】
ここで、低温プラズマ処理の方法について説明する。
低温プラズマ処理は、図３で示す低温プラズマ処理機１１で行われる。低温プラズマ処理機１１は、密閉可能な処理室１２を有して構成されており、その処理室１２内には、上部電極１３及び下部電極１４が対向して配置されている。上部電極１３には高周波電源１５が接続され、下部電極１４はアースされている。
【００１１】
処理室１２内は、真空ポンプ１６に接続されたバルブ１７の開放によって減圧されるようになっており、ガス供給源に接続されたバルブ１８の開放によって、処理室１２用のガスが供給されるようになっている。処理室１２内には、処理室１２内の圧力を計測する圧力計１９が設けられている。そして、低温プラズマ処理の対象物（絶縁層４を構成する絶縁材、静電シールド層７を構成する静電シールド材、及びコイル２を構成する絶縁電線６）を供給部２０にセットし、供給部２０から引き出し、処理室１２内の上部電極１３と下部電極１４との間に通し、ここで低温プラズマ処理を行った後、巻き取り部２１において再び対象物を巻きとる。上記の低温プラズマ処理を行った対象物の表面は、活性化状態で接着性が増した状態となっている。
【００１２】
上記した実施形態においては、次のような効果を得ることができる。
モールド樹脂と接する絶縁層４の表面、静電シールド層７の表面、及びコイル２を構成する絶縁電線６（絶縁被覆層９）の表面に低温プラズマ処理を行った後に、モールド樹脂でモールドしているので、モールド樹脂と各層４，７，９の表面とは強固に接着し、この強固な接着により、モールド樹脂と各層４，７，９の表面は剥離しにくくなり、例えば、温度変化が大きい地区で長年使用されても、モールド樹脂と各層４，７，９の表面との剥離の発生を抑制することができる。
【００１３】
図４は本発明の第２の実施形態を示すものであり、上記第１の実施形態との相違は、モールドコイル１で用いられる絶縁電線６の絶縁被覆層９に代えて、導体８に例えばポリエチレンテレフタレートの絶縁テープを巻回させ、これにより導体８の表面に絶縁被覆層３１を形成させたものである。そして、予め絶縁テープの表面に低温プラズマ処理を施しておくことによって、絶縁テープ（絶縁被覆層３１）とモールド樹脂とが強固に接着させることができ、絶縁テープ（絶縁被覆層３１）とモールド樹脂との剥離の発生を抑制できる。
【００１４】
ここで、低温プラズマ処理による接着性の効果を確認するために、本発明者は、第１群試料及び第２群試料に対して部分放電試験を行った。第１群試料は、絶縁層４、静電シールド層７、及び絶縁電線６（絶縁被覆層９）の表面に低温プラズマ処理を施した各層４，７，９の表面とモールド樹脂との接着性を確認するためのもので、各層４，７，９の表面に低温プラズマ処理を施した本発明のモールドコイル１を４台と、各層４，７，９の表面に低温プラズマ処理を施していないモールドコイルを４台製作して比較した。第１群試料に対する部分放電試験は、配電用６ｋＶモールド変圧器の一次コイル３側の部分放電試験（ＪＩＳ４３０６の誘電法）を内容とする。
【００１５】
まず、すべての試料に対して初期のコロナ発生電圧及び初期のコロナ消滅電圧の測定後に、ヒートサイクル処理を加え、その後ヒートサイクル処理を行い、再びコロナ発生電圧及び初期のコロナ消滅電圧の測定を行った。ヒートサイクル処理は、周辺機器やモールドコイル自身の運転や停止による温度変化、又は昼夜の温度変化が大きい地域で長年使用された場合の代替として、モールドコイル１を約０℃の水と約１００℃の水に交互に１０回浸漬させた。
【００１６】
この部分放電試験の結果を図５に示す。各層４，７，９の表面に低温プラズマ処理が施されていない試料は、ヒートサイクル処理を行うと、ヒートサイクル処理前に比べて、コロナ発生電圧及びコロナ消滅電圧は低下しており、部分放電が生じたことがわかる。つまり、各層４，７，９の表面とモールド樹脂との界面で剥離による微小空隙が生じたことがわかる。
【００１７】
一方、各層４，７，９の表面に低温プラズマ処理を施した試料は、ヒートサイクル処理を行う前と後においてもコロナ発生電圧及びコロナ消滅電圧の値はほとんど変化しておらず、モールド樹脂と各層４，７，９の表面にヒートサイクル処理による剥離はほとんどない結果が得られた。つまり、各層４，７，９の表面に低温プラズマ処理を施すことによって、モールド樹脂と各層４，７，９の表面との接着性を高めることができ、温度変化が生じても剥離の発生を抑制することができた。
【００１８】
第２群試料は、絶縁電線６のエナメル樹脂（絶縁被覆層９）の表面に低温プラズマ処理を施した絶縁被覆層９とモールド樹脂の接着性を確認するためのもので、エナメル樹脂（絶縁被覆層９）の表面に低温プラズマ処理を施した絶縁電線６（エナメル被覆電線）を４つの試料と、エナメル樹脂（絶縁被覆層９）の表面に低温プラズマ処理を施していない絶縁電線（エナメル被覆電線）を４つの試料で比較した。第２群試料に対する部分放電試験では、上記試料をモールド樹脂でモールドし、ツイストペアによる部分放電試験（ＪＩＳ  Ｃ３００３−１９８４  １１．（２））で確認を行った。なお、各絶縁電線６の導体８の直径は０．９ｍｍである。
【００１９】
第２群試料にも、第１群試料に対する部分放電試験と同様に、初期のコロナ発生電圧及びコロナ消滅電圧を測定した後、ヒートサイクル処理を行い、再び各絶縁電線６のコロナ発生電圧及びコロナ消滅電圧を測定した。
【００２０】
この部分放電試験の結果を図６に示す。絶縁被覆層９に低温プラズマ処理が施されていない絶縁電線は、ヒートサイクル処理を行うと、ヒートサイクル処理前に比べて、コロナ発生電圧及びコロナ消滅電圧は低下しており、絶縁被覆層９とモールド樹脂との界面で剥離による微小空隙が生じたことがわかる。
【００２１】
一方、エナメル樹脂（絶縁被覆層９）の表面に低温プラズマ処理を施した絶縁電線６は、ヒートサイクル処理行う前と後においてもコロナ発生電圧及びコロナ消滅電圧の値はほとんど変化しておらず、モールド樹脂とエナメル樹脂（絶縁被覆層９）とはヒートサイクル処理による剥離は生じにくい結果が得られた。つまり、エナメル樹脂（絶縁被覆層９）の表面に低温プラズマ処理を施すことによって、エナメル樹脂（絶縁被覆層９）とモールド樹脂との接着性を高めることができ、温度変化が生じても剥離の発生を抑制することができる。
【００２２】
本発明は、上記した各実施例に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
モールドコイル１で用いられる導体８の表面に低温プラズマ処理を施しても良い。この低温プラズマ処理を表面に施した導体８を直接モールド樹脂でモールドしたり、或いは導体８に低温プラズマ処理を施した後に、例えばエナメル樹脂（絶縁被覆層９）をコーティングさせたり、或いは絶縁テープ（絶縁被覆層）をこの導体８に巻回したりすることによって、導体８とエナメル樹脂（絶縁被覆層９）とが強固に接着し、或いは導体８と絶縁テープ（絶縁被覆層）との間に浸入してきたモールド樹脂とが強固に接着することにより、導体８とエナメル樹脂（絶縁被覆層９）、或いは導体８と絶縁テープ（絶縁被覆層）との剥離の発生を抑制できる。
【００２３】
上記実施形態の絶縁被覆層３１の形成に、ポリエチレンナフタレート、アラミド紙及びポリイミドを用いても良い。
上記第１の実施形態のモールドコイル１では、コイル２の内周側に絶縁層４を設けたが、コイル２の外周側に絶縁層を設け、外周側に設けられる部材との絶縁を図っても良い。この場合、外周側の絶縁層の表面にも低温プラズマ処理を施すものであり、これにより絶縁層とモールド樹脂との剥離の発生を抑制することができる。
【００２４】
複数の単位コイル５を直列接続するために、単位コイル５の端部同士をモールド層３内に埋め込まれるアンプを介して接続する場合、その金属製アンプ（金属埋設物）の表面に低温プラズマ処理を施し、モールド樹脂の接着性を高めるようにしても良い。
モールド層３の外周部分には、外部電線と接続するための端子が設けられるが、この端子（金属埋設物）の表面に低温プラズマ処理を施して当該端子とモールド樹脂との接着性を向上させるようにしても良い。この場合、端子の周りをコイル２と絶縁するための絶縁層を設け、この絶縁層の表面に低温プラズマ処理を施してモールド樹脂との接着性を高めるようにしても良い。
【００２５】
一次コイルと二次コイルとをモールド樹脂によって一体にモールドするようにしても良い。この場合、一次コイルと二次コイルとの間に、予め低温プラズマ処理された絶縁層を設けるようにしても良い。
【００２６】
コイルと鉄心とをモールド樹脂によって一体にモールドしても良い。この場合、鉄心の外周に予め低温プラズマ処理を施し絶縁テープ（絶縁層）を巻回させても良い。この絶縁層の表面は予め低温プラズマ処理が施されているため、この絶縁テープ（絶縁層）は、注入されたモールド樹脂と強固に接着し、剥離しにくくできる。
また、鉄心の表面に直接低温プラズマ処理を施し、その状態で、そのモールド樹脂によってモールドしても良い。鉄心の表面に低温プラズマ処理を施すことによって、鉄心の表面とモールド樹脂とは強固に接着させることができる。
【００２７】
上記第１の実施形態の絶縁層４及び静電シールド層７の基材にはポリエチレンテレフタレートを用いたが、ポリエチレンナフタレート、アラミド紙やポリイミドを用いても良い。また、静電シールド層７を、可撓性ゴムシートの内部に金属粉を含有したシールド材で構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すモールドコイルの断面図
【図２】絶縁導線の断面図
【図３】低温プラズマ処理機の構成を概略的に示す断面図
【図４】本発明の第２の実施形態を示す導体と絶縁テープの斜視図
【図５】部分放電試験の試験結果を示す図
【図６】エナメル線を用いた場合の部分放電試験の結果を示す図
【符号の説明】
【００２９】
図面中、１はモールドコイル、２はコイル、３はモールド層、４は絶縁層、５は単位コイル、７は静電シールド層、８は導体、９，３１は絶縁被覆層を示す。
【図１】
2007335725.tif 000003
【図２】
2007335725.tif 000004
【図３】
2007335725.tif 000005
【図４】
2007335725.tif 000006
【図５】
2007335725.tif 000007
【図６】
2007335725.tif 000008