JP2005324211A - コイル製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】線材の形状に依存することなく、スプリングバックによるコイルの変形を生じることなくコイルを形成できるコイル製造方法を提供する。
【解決手段】このコイル製造方法では、異形断面形状の線材３を送出機構１７により曲げ加工部１５に間欠的に送り出し、その送り出し動作に同期して曲げ加工部１５での曲げ加工が行われる。その曲げ加工は、支点部材１１に線材３を外接させた状態で線材３の支点部材１１よりも送り方向Ｂ１上流側の部分を固定機構１９で固定し、その固定された線材３の支点部材１１よりも送り方向Ｂ１下流側の部分を曲げ方向Ｂ３に作用部材１３により曲げることにより行われる。その曲げ加工部１５による各曲げ部分３Ｃの曲げ角度θ１は、仕上がり時に必要とされる最終曲げ角度θ２よりも線材３のスプリングバックにより見込まれる見込み戻り角度ｄθ分だけ大きな曲げ角度に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイル製造方法に関し、特に異形断面のコイルの製造に適したコイル製造方法に関する。

ハイブリッド車、電気自動車等の駆動用モータの高効率化、高出力化のためにモータ用コイルの占積率の向上が有効である。この占積率を向上させる方法として、従来の一定断面形状の線材を巻くのに対し、コイルの巻回経路上の位置に応じて線材の断面形状を変化させる方法が提案されている。

図１１は、本発明に係るコイル製造方法が適用されるコイルの斜視図である。このコイル１は、図１１に示すように、略切頭錐形の外観形態を有し、その線材３の断面形状が、小径側（図１１の上側）の端部から大径側（図１１の下側）の端部に向けて徐々に扁平に変化している。コイル１の両端部には、電気接続のための引出部５，７が設けられている。なお、図１１に示すコイル１は、ほぼ四角錐の頭部を切除したような外観形態（略切頭四角錐形の形態）を有している。

このようなコイル１の製造方法としては、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示す線材３を、図１３に示すように所定断面形状（ここでは略矩形断面形状）の芯材９に巻き付けてコイル状に成形する方法が提案されている。なお、線材３は、略矩形の断面形状が、その一端側から他端側に向けて徐々に扁平に変化するようになっている。

しかしながら、上記の図１３に示す方法では、芯材９からコイル１を取り外した際にコイル１の各曲げ部分で生じるスプリングバックにより、コイル１の形状が変形してしまうため、コイル１の形状を修正するための余分な工程（例えば、ねじれを戻して焼鈍させる工程等）が必要となる等の問題がある。

そこで、本発明の解決すべき課題は、線材の形状に依存することなく、スプリングバックによるコイルの変形を生じることなくコイルを形成できるコイル製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、線材を曲げ加工部に間欠的に送り出し、前記線材の前記曲げ加工部に位置する部分を、その間欠的な送り出し動作に同期して前記曲げ加工部によって曲げてゆくことによりコイルを形成してゆき、前記曲げ加工部による前記線材の各曲げ部分の曲げ加工は、仕上がり時に必要とされる曲げ角度よりも前記線材のスプリングバックにより見込まれる見込み戻り角度分だけ大きな曲げ角度で行う。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係るコイル製造方法において、前記各線材の各曲げ部分における前記見込み戻り角度は、前記線材の材質、前記各曲げ部分の断面形状及び断面サイズを少なくとも考慮して予め設定されている。

また、請求項３の発明では、請求項１又は２の発明に係るコイル製造方法において、前記曲げ加工部での曲げ加工は、前記線材の曲げ部分における少なくとも曲げ方向内周側の部分を、所定の挟持構造により上下から挟み込んだ状態で行う。

また、請求項４の発明では、請求項１ないし３のいずれかの発明に係るコイル製造方法において、前記曲げ加工部での曲げ加工は、所定の支点部に前記線材を添わせたた状態で前記線材の前記支点部よりも送り方向上流側の部分を所定の固定手段で固定し、所定の駆動手段によって曲げ方向に駆動される作用部により、前記線材の前記支点部よりも送り方向下流側の部分を、前記支点部を曲げの支点として前記曲げ方向に曲げることにより行う。

また、請求項５の発明では、請求項１ないし４のいずれかの発明に係るコイル製造方法において、前記線材はその長手方向に対して断面形状が変化するものである。

請求項１なしい５に記載の発明によれば、線材を曲げ加工部に間欠的に送り出し、線材の曲げ加工部に位置する部分を、間欠的な送り出し動作に同期して曲げ加工部によって曲げてゆくことによりコイルを形成してゆき、曲げ加工部による線材の各曲げ部分の曲げ加工が、仕上がり時に必要とされる曲げ角度よりも線材のスプリングバックにより見込まれる見込み戻り角度分だけ大きな曲げ角度で行われるため、線材の形状に依存することなく（例えば、一定断面形状の線材及び異形断面形状の線材にかかわらず）、スプリングバックによるコイルの変形を生じることなく、種々の形状のコイルを容易に製造することができる。

請求項２に記載の発明によれば、各線材の各曲げ部分における見込み戻り角度は、線材の材質、各曲げ部分の断面形状及び断面サイズを少なくとも考慮して予め設定されているため、コイルのスプリングバックによる変形を的確に抑制することができる。

請求項３に記載の発明によれば、曲げ加工部での曲げ加工が、線材の曲げ部分における少なくとも曲げ方向内周側の部分を、所定の挟持構造により上下から挟み込んだ状態で行われるため、線材の曲げに伴う変形より曲げ部分の内周部が上下に膨張するのを防止することができ、その結果、線材の各曲げ部分の厚みを抑制してコイルの占積率の向上が図れる。

請求項４に記載の発明によれば、曲げ加工部での曲げ加工が、所定の支点部に線材を添わせたた状態で線材の支点部よりも送り方向上流側の部分を所定の固定手段で固定し、所定の駆動手段によって曲げ方向に駆動される作用部により、線材の支点部よりも送り方向下流側の部分を、支点部を曲げの支点として曲げ方向に曲げることにより行われるため、線材の形状に依存することなく（例えば、一定断面形状の線材及び異形断面形状の線材にかかわらず）、種々の形状のコイルを容易に製造することができる。

請求項５に記載の発明によれば、異形断面形状の線材を用いて異形断面のコイルを容易に製造することができる。

本発明の一実施形態に係るコイル製造方法について以下に説明する。

本実施形態に係るコイル製造方法は、図１に示すコイル製造装置を用いて、前述の図１２（ａ）及び図１２（ｂ）の線材３をその一端側から略矩形螺旋状に順に屈曲させてゆくことにより、前述の図１１に示す異形断面のコイル１を形成するようになっている。

図１のコイル製造装置は、図１に示すように、支点部材（支点部）１１及び作用部材（作用部）１３を備えた曲げ加工部１５と、その曲げ加工部１５に線材３を送り出す送出機構（送出手段）１７と、線材３を固定する固定機構（固定手段）１９とを備えて構成されている。

送出機構１７は、テーブル２１上において線材３を曲げ加工部１５に向けて予め設定された送出寸法ごとに間欠的に送り出す。

曲げ加工部１５は、送出機構１７に対して線材３の送り方向Ｂ１下流側に設けられ、送出機構３の間欠的な送出動作に同期して線材３の曲げを行う。すなわち、送出機構１７の送出動作（送出ステップ）と曲げ加工部１５による曲げ動作（曲げステップ）とが交互に行われるようになっている。

曲げ加工部１５の支点部材１１は、線材３が曲げられる際の曲げ支点として作用する部材であり、図１及び図２に示すように、テーブル２１上に突出された棒状の軸部１１ａと、その軸部１１ａの上端部に形成された鍔部１１ｂとを備えて構成されている。この支点部材１１は、テーブル２１に設けられた貫通孔２１ａを介してテーブル２１上に突出されており、支点部材駆動機構２３により上下方向Ｂ２に駆動される。駆動機構２１により支点部材１１が上下に駆動されると、鍔部１１ｂとテーブル２１との間の間隔Ｃ１が変化する。鍔部１１ｂの役割については後述する。

作用部材１３は、支点部材１１に対して送り方向Ｂ１下流側に設けられ、テーブル２１に設けられた貫通孔２１ｂを介してテーブル２１上に突出しており、テーブル２１の下側に設けられた図示しない作用部材駆動機構により略支持部材１１の回りに周方向に駆動される。本実施形態では、貫通孔２１ｂは作用部材１３が動く軌道に沿って形成されている。

そして、所定のタイミングで作用部材１３が作用部材駆動機構により曲げ方向Ｂ３に駆動されると、作用部材１３が線材３の支点部材１１よりも送り方向Ｂ１下流側に位置する部分を曲げ方向Ｂ３に駆動する。これによって、線材３の支点部材１１に外接している部分が、支点部材１１を曲げの支点として所定の曲げ角度で曲げられる。この曲げ動作のより詳細な内容については後述する。

固定機構１９は、送出機構１７による線材３の送出経路上における送出機構１７と曲げ加工部１５との間に設けられ、送出機構１７の間欠的な送出動作に同期して線材３を間欠的に固定する。すなわち、固定機構１９は、送出機構１７による線材３の送出が行われるときには線材３を開放して線材３の通過を許容し、送出機構１７による線材３の送出動作が休止され、曲げ加工部１５による曲げ動作が行われるときには線材３を固定するようになっている。

固定機構１９のより具体的な構成としては、線材３をその幅方向である左右方向Ｂ４（送り方向Ｂ１及び上下方向Ｂ２に略垂直な方向）から挟持して固定する第１挟持機構２５と、線材３を厚み方向（上下方向Ｂ２）から挟持して固定する第２挟持機構２７とを備えている。

第１挟持機構２５は、図１及び図３に示すように、テーブル２１上に固定的に設けられた固定挟持部２５ａと、その固定挟持部２５ａに対して左右方向Ｂ４に近接離反可能に設けられた可動挟持部２５ｂと、その可動挟持部２５ｂを左右方向Ｂ４に往復駆動する第１挟持駆動機構２５ｃとを備えている。そして、可動挟持部２５ｂが第１挟持駆動機構２５ｃによって左右方向Ｂ４に往復駆動されることにより、固定挟持部２５ａと可動挟持部２５ｂとの間で線材３に対する挟持固定、固定状態の解除が行われる。可動挟持部２５ｂは貫通孔２１ｃを介してテーブル２１上に突出されている。

第２挟持機構２７は、図１及び図４に示すように、テーブル２１又はその別部材によりテーブル２１上に固定的に設けられた固定挟持部２７ａと、その固定挟持部２７ａに対して上下方向Ｂ２に近接離反可能に設けられた可動挟持部２７ｂと、その可動挟持部２７ｂを上下方向Ｂ２に往復駆動する第２挟持駆動機構２７ｃとを備えている。そして、可動挟持部２７ｂが第２挟持駆動機構２７ｃによって上下方向Ｂ２に往復駆動されることにより、固定挟持部２７ａと可動挟持部２７ｂとの間で線材３に対する挟持固定、固定状態の解除が行われる。可動挟持部２７ｂは貫通孔２１ｄを介してテーブル２１上に突出されている。

このように、固定機構１９は線材３を上下左右から挟持して固定する構成であるため、線材３の送り出しに伴う線材３の断面形状及び断面サイズの変化に容易に対応して的確な固定を行うことができるようになっている。

また、曲げ加工部１５には、図１及び図５に示すように案内部材２９が設けられている。この案内部材２９は、既にコイル状に曲げられた線材３の部分３Ａを、曲げ加工部１５に送り込まれる線材３の曲げられる前の部分３Ｂと干渉しないように上方側に案内するための部材であり、図５に示すように略スロープ状の形態を有している。このため、案内部材２９は、テーブル２１上の支点部材１１の周辺部における線材３の曲げらた部分３Ａが通過する領域に、曲げられる前の線材３の部分３Ｂが通過する領域を避けるようにして設けられている。

これにより、曲げ加工部１５によって曲げられた線材３の部分３Ａが案内部材２９上を通過する際に案内部材２９上によって順次上方に押し上げられるようにして案内され、線材３の未だ曲げられていない部分３Ｂとの干渉が回避されつつ、曲げ加工が行われてゆくようになっている。

ここで、前述の支点部材１１の鍔部１１ｂの機能について説明する。この鍔部１１ｂは、軸部１１ａの上端部から支点部材１１に外接される線材３の曲げ部分３Ｃの上方側に張り出すように形成されており、テーブル２１上面の対向部分（又はテーブル２１上に設けられた別部材）３０とによって挟持構造３１を構成している。そして、この挟持構造３１によって、図２に示すように、支点部１１に外接される線材３の曲げ部分３Ｃにおける曲げ方向内周側の部分（曲げによる変形により線材３の上下方向への膨らみ変形が生じ得る部分）を上下から加圧して挟み込んだ状態で曲げが行われるようになっている。

通常、曲げ部分３Ｃを加圧挟持することなく曲げた場合には、その曲げ部分３Ｃの内周側の部分３Ｃａが、図６に示すように曲げによる変形によって厚みが拡大するように変形するのがであるが、本実施形態では、挟持構造３１によって曲げ部分３Ｃの内周側の部分３Ｃａが上下から加圧挟持された状態で曲げられるため、図７に示すように曲げ部分３Ｃの内周側の部分３Ｃａの厚みの拡大変形を生じることなく曲げられるようになっている。

このような挟持構造３１は、支点部材１１が支点部材駆動機構２３によって曲げ動作に同期して上下方向Ｂ２に駆動されることにより、挟持構造３１による線材３の加圧挟持、その挟持状態の解除が行われるようになっている。すなわち、送出機構１７による線材３の送出が行われる際には、支点部材１１が上方に駆動されて鍔部１１ｂとテーブル２１との間隔Ｃ１が拡大され、これによって線材３の通過が許容され、作用部材１３による曲げが行われる際には、支点部材１１が下方に駆動されて鍔部１１ｂとテーブル２１との間隔Ｃ１が縮小され、線材３が挟持構造３１によって上下から加圧挟持されるようになっている。

また、挟持構造３１が線材３を加圧挟持する際の間隔Ｃ１は支点部材駆動機構２３によって容易に調節可能であるため、線材３の送り出しに伴う線材３の断面形状及び断面サイズ（特に、厚み）の変化に容易に対応できるようになっている。

次に、本実施形態に係るコイル製造方法による製造工程について説明する。

まず、固定機構１９による線材３の固定状態及び挟持構造３１による線材３の加圧挟持状態が解除されて、図１に示すように、送出機構１７により線材３が所定の送出寸法だけ送出され、線材３の次に曲げ部分３Ｃを形成すべき部分が支点部材１１に外接される。このとき、作用部材１３は線材３の支点部材１１よりも送り方向Ｂ１下流側に位置する部分に対して曲げ方向Ｂ３上流側に位置されている。

続いて、固定機構１９による線材３の固定が行われ、挟持構造３１による線材３の加圧挟持が行われると、作用部材１３が作用部材駆動機構により曲げ方向Ｂ３に駆動され、これによって、線材３の支点部材３の送り方向Ｂ１下流側に位置する部分が作用部材１３によって曲げ方向Ｂ３に押しやられるようにして曲げられる。その結果、図８に示す状態となる。

この各曲げステップにおける線材３の各曲げ部分３Ｃの曲げ角度θ１は、仕上がり時に必要とされる最終曲げ角度θ２よりも線材３のスプリングバックにより見込まれる見込み戻り角度分ｄθだけ大きな値に設定されている。そして、その各曲げ部分３Ｃにおける見込み戻り角度ｄθは、線材３の材質、各曲げ部分３Ｃの断面形状及び断面サイズを少なくとも考慮して予め設定される。即ち、線材３が異形断面の場合は、曲げ部分３Ｃごとにその断面形状等に応じて見込み戻り角度ｄθを変化させることとなる。

このため、各曲げ部分３Ｃにおいて作用部材１３が図８に示す曲げ終了位置から曲げ方向Ｂ３の上流側に戻されて、作用部材１３による曲げ応力が解除されると、曲げ部分３Ｃの曲げ角度が、θ１からスプリングバックにより見込み戻り角度ｄθに相当する量だけ戻り、最終曲げ角度θ２になる。

このように、１回分の曲げステップが終了すると、固定機構１９による線材３の固定状態及び挟持構造３１による線材３の加圧挟持状態が解除されて、図９に示すように、送出機構１７により線材３が次の送出ステップに対応する所定の送出寸法だけ送出され、線材３の次に曲げ部分３Ｃを形成すべき部分が支点部材１１に外接され、次の曲げステップが実行される。以後、このような送出ステップと曲げステップとが交互に繰り返されることにより、線材３がコイル状に曲げられてゆき、最終的に前述の図１１の異形断面のコイル１が形成される。

なお、各送出ステップにおける線材３の送出寸法、及び各曲げステップにおける曲げ角度θ１は、形成すべきコイル１の形態に応じて制御処理部に予め登録されている。そして、コイル製造装置による線材３の曲げ加工が自動的に行われるようになっている。

以上のように、本実施形態によれば、線材３を曲げ加工部１５に間欠的に送り出し、その送り出し動作に同期して曲げ加工部１５での曲げ加工が行われる。そして、その曲げ加工が、支点部材１１に線材３を外接させた（添わせた）状態で線材３の支点部材１１よりも送り方向Ｂ１上流側の部分を固定機構１９で固定し、その固定された線材３の支点部材１１よりも送り方向Ｂ１下流側の部分を、支点部材１１を曲げの支点として曲げ方向Ｂ３に作用部材１３により曲げることにより行われるため、異形断面形状の線材３であっても容易に曲げ加工を施して、種々の形状のコイル１（ここでは、略切頭四角錐形の異形断面コイル１）を容易に製造することができる。

また、曲げ加工部１５による線材３の各曲げ部分３Ｃの曲げ加工が、仕上がり時に必要とされる最終曲げ角度θ２よりも線材３のスプリングバックにより見込まれる見込み戻り角度ｄθ分だけ大きな曲げ角度θ１で行われるため、各曲げ部分３Ｃでのスプリングバックによるコイル１の変形を生じることなく、コイル１を製造することができる。

また、各線材３の各曲げ部分３Ｃにおける見込み戻り角度ｄθは、線材３の材質、各曲げ部分３Ｃの断面形状及び断面サイズを少なくとも考慮して予め設定されているため、コイル１のスプリングバックによる変形を的確に抑制することができる。

また、各曲げ部分３Ｃの曲げ加工が、曲げ部分３Ｃにおける内周側の部分３Ｃａを、挟持構造３１により上下から加圧挟持した状態で行われるため、線材３の曲げに伴う変形より曲げ部分３Ｃの内周部が上下に膨張するのを防止することができ、その結果、線材３の各曲げ部分３Ｃの厚みを抑制してコイル１の占積率の向上が図れる。

なお、本実施形態では、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示す異形断面形状の線材３を用いて異形断面のコイル１を作製するようにしたが、一定断面形状の線材や、他の形態の線材を用いて他の形態（例えば、略柱形の形態）を有するコイルを作製するようにしてもよい。例えば、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、断面形状がその長手方向に段階的に変化される線材３を用いて異形断面のコイル１を作成するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係るコイル製造方法に用いられるコイル製造装置の要部平面図である。 図１のコイル製造装置の支点部材周辺の断面図である。 図１のコイル製造装置のＡ１−Ａ１線に沿った断面図である。 図１のコイル製造装置のＡ２−Ａ２線に沿った断面図である。 図１のコイル製造装置のＡ３−Ａ３線に沿った断面図である。 厚みが拡大した線材の曲げ部分を斜視図的に示す断面図である。 厚みが拡大してない線材の曲げ部分を斜視図的に示す断面図である。 コイルの製造工程を示す説明図である。 コイルの製造工程を示す説明図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）はコイル線材の変形例の平面図及び側面図である。 本発明に係るコイル製造方法が適用される異形断面のコイルの斜視図である。 図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は図１１のコイルの製造に用いられる線材の平面図及び側面図である。 提案例に係るコイル製造方法の説明図である。

符号の説明

１ コイル
３ 線材
１１ 支点部材
１１ａ 軸部
１１ｂ 鍔部
１３ 作用部材
１５ 曲げ加工部
１７ 送出機構
１９ 固定機構
２３ 支点部材駆動機構
２５ 第１挟持機構
２７ 第２挟持機構
２９ 案内部材
３１ 挟持構造
Ｓ１ 送り方向
θ１ 曲げ角度
θ２ 最終曲げ角度
ｄθ 見込み戻り角度

Claims (5)

1. 線材を曲げ加工部に間欠的に送り出し、前記線材の前記曲げ加工部に位置する部分を、その間欠的な送り出し動作に同期して前記曲げ加工部によって曲げてゆくことによりコイルを形成してゆき、
   前記曲げ加工部による前記線材の各曲げ部分の曲げ加工は、仕上がり時に必要とされる曲げ角度よりも前記線材のスプリングバックにより見込まれる見込み戻り角度分だけ大きな曲げ角度で行うことを特徴とするコイル製造方法。
2. 請求項１に記載のコイル製造方法において、
   前記各線材の各曲げ部分における前記見込み戻り角度は、前記線材の材質、前記各曲げ部分の断面形状及び断面サイズを少なくとも考慮して予め設定されていることを特徴とするコイル製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のコイル製造方法において、
   前記曲げ加工部での曲げ加工は、前記線材の曲げ部分における少なくとも曲げ方向内周側の部分を、所定の挟持構造により上下から挟み込んだ状態で行うことを特徴とするコイル製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のコイル製造方法において、
   前記曲げ加工部での曲げ加工は、
   所定の支点部に前記線材を添わせたた状態で前記線材の前記支点部よりも送り方向上流側の部分を所定の固定手段で固定し、所定の駆動手段によって曲げ方向に駆動される作用部により、前記線材の前記支点部よりも送り方向下流側の部分を、前記支点部を曲げの支点として前記曲げ方向に曲げることにより行うことを特徴とするコイル製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のコイル製造方法において、
   前記線材はその長手方向に対して断面形状が変化するものであることを特徴とするコイル製造方法。
   

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