JP2008258590A - 巻線用治具、角型コイルおよび角型コイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】角型精度の高いコイルを製造できる巻線用治具、該巻線用治具を用いる角型コイルの製造方法および角型コイルの提供。
【解決手段】巻芯１５の両端部に第一の鍔部１２および第二の鍔部１３が対向して設けられ、第一の鍔部１２の第二の鍔部１３と対向する面に、巻芯１５の端部を略中心として放射状に四つの棒状の凸部１４が突設された巻線用治具１を用いて、導線６を巻芯１５の径方向に重ねて巻き付けて、略正方形状の角型コイル１０を得る。
【選択図】図２

Description

本発明は、巻線用治具およびこれを用いた角型コイルの製造方法並びに角型コイルに関する。

近年、携帯電話や電気剃刀機、卓上掃除機、リモートコントローラなど、バッテリーを内蔵してコードレスにした機器（コードレス機器）が広く普及している。そして、二次コイルが内蔵された機器を、一次コイルが内蔵された充電器にセットすると、充電器と機器とを電気的に接続する接点を設けることなく、一次コイルから二次コイルへの電磁誘導により、充電器から機器に電力を供給することができる（特許文献１および２参照）。

このような無接点充電式機器に内蔵される二次コイルとしては、特に薄型のものが必要とされており、そのため、複数の金属細線が束ねられてなる導線を、空芯の径方向に一列に重ねて巻き付けたコイル（以下、一列多層巻きコイルと略記することがある）が用いられる。
また、上記のような無接点充電では、電気回路部品を電磁誘導の電磁波から保護するため、通常、二次コイルに防磁シートが張り合わされる。この時、二次コイルが丸型形状であると、防磁シートの四隅近傍にはコイルが無く、図１２に示すように、この部位に渦電流が発生し、温度上昇の一因となる。そこで、二次コイルとしては、図１０に示すような角型コイルが必要とされる。
特開２００５−１３６３４２号公報 特開２００５−１３７１７３号公報

しかし、従来、一列多層巻きコイルはもとより、空芯の径方向に重ねて巻き付けられたコイルで、角型精度の高いものを製造することは、非常に困難であることが知られている。
例えば、図１１（ａ）に示すように、四角柱状の巻芯９２が鍔部９１の略中心部に突設されてなる巻線用治具９を用いて、巻芯９２に導線６を重ねて巻き付けても、得られる一列多層巻きコイル９０は、角型コイルと呼ぶのに十分な形状ではなく、丸型に近い形状となってしまう。特に巻外径に比較し、巻芯９２が小さい場合にこの傾向が著しい。
したがって、従来は、例えば図１１（ｂ）に示すように、空芯の形状によらず丸型コイルの外周部を矢印で示す四方向からプレスして成型することで、四角型コイルを得ている。
また、プレス方向を変えることで、その他所望形状の角型コイルを得ている。
しかし、このようにプレス成型して得られるコイルも、角型精度の高いものではなく、二次コイルとしての特性を十分満たすものではなかった。
このように、従来は、角型精度の高いコイルを製造する方法が無いという問題点があった。
なお、ここで「角型精度が高い」とは、角型コイルの外側周縁部において曲線状部位の占める比率が小さいことを指す。

本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、角型精度の高いコイルを製造できる巻線用治具、該巻線用治具を用いる角型コイルの製造方法および角型コイルを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、
請求項１に係る発明は、導線又は金属単線が巻き付けられる巻芯と、該巻芯の両端部に対向して設けられた鍔部とからなる巻線用治具であって、
前記鍔部の対向する面のうち少なくとも一方の面上に、前記巻芯の端部を略中心として放射状に複数の棒状の凸部が突設されていることを特徴とする巻線用治具である。
請求項２に係る発明は、前記凸部が、鍔部の対向する面のうちの一方の面上にのみ突設されていることを特徴とする請求項１に記載の巻線用治具である。
請求項３に係る発明は、前記凸部が、鍔部の対向する面の両方の面上に突設されていることを特徴とする請求項１に記載の巻線用治具である。
請求項４に係る発明は、前記凸部の数が四つであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の巻線用治具である。
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の巻線用治具を用いて、巻芯の径方向に１又は複数本の金属単線あるいは導線を重ねて巻き付けることを特徴とする角型コイルの製造方法である。
請求項６に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の巻線用治具を用いて、巻芯の径方向に１又は複数本の金属単線あるいは導線を重ねて巻き付けて得られることを特徴とする角型コイルである。
請求項７に係る発明は、１又は複数本の金属単線、あるいは複数の金属細線が束ねられてなる導線が、巻芯の径方向に一列に重ねて巻き付けられた四角型コイルであることを特徴とする請求項６に記載の角型コイルである。

本発明によれば、角型精度の高いコイルが得られ、該コイルを用いることで、充電特性の優れたコードレス機器を提供できる。

以下、図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。
（第一の実施形態）
図１は、本発明に係る巻線用治具の第一の実施形態を例示する図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
巻線用治具１は、円筒状の巻芯１５と、該巻芯１５の両端部に対向して設けられたいずれも円盤状の第一の鍔部１２および第二の鍔部１３とからなるものである。そして、巻芯１５、第一の鍔部１２および第二の鍔部１３は、同芯状に配置されている。

第一の鍔部１２の第二の鍔部１３と対向する面には、さらに角棒状の四つの凸部１４，１４・・が巻芯１５の端部を略中心として放射状に突設されている。そして、隣り合う凸部１４，１４の為す角度θ１はいずれも同じ（直角）である。

巻線用治具１のサイズは、所望の角型コイルのサイズ等に応じて、適宜選択すれば良い。具体的には、凸部１４，１４・・の長手方向の長さは、製造する角型コイルの径寸法に合わせて適宜調節すれば良い。そして、凸部１４，１４・・の長手方向の長さは、必ずしもすべて同じである必要性はない。

第一の鍔部１２および第二の鍔部１３の対向する面の間の距離Ｘ１、並びに凸部１４，１４・・の高さＸ２は、巻き付ける導線の種類、径寸法および所望の角型コイルの種類に応じて適宜調節することが好ましい。本発明において、角型コイルの角型の精度は、凸部１４，１４・・および第二の鍔部１３の対向する面の間の距離（Ｘ１−Ｘ２）に依存する。
例えば、導線として後記するような複数の金属細線が束ねられてなるものを用い、該導線を巻芯１５の径方向に重ねて一列に巻いた所謂一列多層巻きコイルを製造する場合には、前記距離Ｘ１は導線の径寸法の１．５〜１．９倍であることが好ましい。一方、前記距離（Ｘ１−Ｘ２）は、導線の径寸法の１．０〜１．５倍であることが好ましい。

巻線用治具１の材質は特に限定されず、目的に応じて適宜選択すれば良い。例えば、金属、プラスチック等を用いることができるし、複数の材質を組み合わせて用いても良い。
そして、公知の手法により、成型または組み立てれば良い。

図２は、巻線用治具１を用いて、一列多層巻きの角型コイル１０を製造する工程を説明する図であり、図２（ａ）は導線６を巻線用治具１に巻き付けた状態の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における拡大断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ線における拡大断面図である。なお、図２において、図１に示す構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。これは以降の図についても同様である。

導線６は、複数の金属細線が束ねられてなるものである。そして、導線６の径寸法は特に限定されず、所望の角型コイルの厚みを考慮して、適宜選択すれば良い。

図２（ａ）に示すように、導線６を、巻芯１５の外周上を始点として、第一の鍔部１２および第二の鍔部１３で挟まれた領域内において、巻芯１５の径方向に重ねて巻きつけていくことで、一列多層巻きの角型コイルが形成される。
この時、凸部１４が突設されている領域においては、図２（ｂ）に示すように、凸部１４と第二の鍔部１３との間の距離（Ｘ１−Ｘ２）が、導線６の径寸法と略同等である場合、導線６は第二の鍔部１３と凸部１４とに挟まれ、図２（ｂ）に示すように一列に巻かれる。
これに対し、凸部１４から離れた領域においては、図２（ｃ）に示すように、第一の鍔部１２と第二の鍔部１３との間の距離Ｘ１が導線６の径寸法よりも大きいので、図２（ｃ）に示すような巻線形状になる。
その結果、導線６が同じ回数だけ巻き付けられた時のコイルの径寸法を比較すると、凸部１４と重なる位置の径寸法Ｒ１は、凸部１４から離れた位置の径寸法Ｒ２よりも大きくなる。そして、導線６の巻き付け回数が多くなるにしたがって、Ｒ１とＲ２との差が大きくなり、やがてコイルは、その外側周縁部のうち凸部１４，１４・・と重なる四つの位置に頂点を有する略正方形状の角型コイル１０となる。
この時得られる角型コイル１０は、凸部１４と重なる位置では、その他の位置よりも厚みが薄くなる。

導線６を巻き付ける回数は、特に限定されるものではないが、回数が多いほど角型精度の高い角型コイルが得られる。

なお、図１および２では、巻芯として円筒状のものを示しているが、本発明においては、これに限定されず、筒状の巻芯であればいずれでも良い。例えば、巻芯の径方向断面の形状、すなわち、コイルの空芯の形状は円形、楕円形、多角形等いずれであっても、製造される角型コイルの外形は、空芯のこれら形状の影響をほとんど受けない。

また、図１および２では、凸部として角棒状のものを示しているが、本発明においてはこれに限定されず、凸状であればいずれでも良い。

また、第二の鍔部１３は、前記巻芯１５の端部に着脱可能に固定されていることが好ましい。このようにすることで、製造後の角型コイルを、治具から容易に取り外すことができる。着脱可能に固定する方法は特に限定されず、例えば、巻芯１５の端部を、第二の鍔部１３の該当箇所に設けた凹部に嵌合させるなど、公知の手法で良い。

さらに図１および２では、第一の鍔部、第二の鍔部として、円盤状のものを示しているが、凸部を突設可能な平面を有するものであれば、いずれの形状でも良い。

このように、本発明の巻線用治具を用いれば、鍔部に放射状に設けられた凸部の数および配置パターンを変えることで、種々の形状の角型コイルを製造できる。具体的には、角型コイルの頂点の数は、放射状に設けた凸部の数と同数になり、各頂点間の距離は、隣り合う凸部の為す角度で決定される。したがって、鍔部に設ける凸部の数および隣り合う凸部の為す角度は、目的に応じて適宜選択すれば良い。

（第二の実施形態）
図３は、本発明に係る巻線用治具および角型コイルの第二の実施形態を例示する平面図である。
本実施形態の巻線用治具２は、第一の鍔部２２の第二の鍔部１３と対向する面に、五つの凸部１４，１４・・が巻芯１５の端部を略中心として放射状に突設されている。そして、隣り合う凸部１４，１４・・の為す角度θ２はいずれも同じである。そして、本実施形態は、凸部の数および配置形態以外は、第一の実施形態と同様である。
巻線用治具２を用いて上記と同様に製造される角型コイル２０は、その外形が略正五角形状となる。

（第三の実施形態）
図４は、本発明に係る巻線用治具および角型コイルの第三の実施形態を例示する平面図である。
本実施形態の巻線用治具３は、第一の鍔部３２の第二の鍔部１３と対向する面に、四つの凸部１４，１４・・が巻芯１５の端部を略中心として放射状に突設されている。そして、隣り合う凸部１４，１４・・の為す角度は、θ３ａおよびθ３ｂの二通りであり、隣り合う角度が異なるように凸部１４，１４・・が配置されている。そして、本実施形態は、凸部の配置形態以外は、第一の実施形態と同様である。
巻線用治具３を用いて上記と同様に製造される角型コイル３０は、その外形が略長方形状となる。

（第四の実施形態）
図５は、本発明に係る巻線用治具の第四の実施形態を例示する図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
本実施形態の巻線用治具４は、第一の鍔部４２の第二の鍔部１３と対向する面において、その外周部にテーパ面１６が、凸部１４の端部にまで延在するように形成されていること以外は、第一の実施形態と同様である。このようにテーパ面が形成されていることにより、コイル製造時における巻線用治具４への導線６の巻き付けが容易となる。そして、第一の実施形態と同様の略正方形状の角型コイルを製造できる。
なお、凸部の数が四つ以外の場合にも、前記テーパ面を形成することで同様の効果が得られることは言うまでも無い。また、ここでは、第一の鍔部の外周部にテーパ面を設けた例を示しているが、代わりに第二の鍔部の第一の鍔部と対向する面において、その外周部にテーパ面を設けても良く、第一および第二の鍔部の両方の外周部にテーパ面を設けても良い。

（第五の実施形態）
図６は、本発明に係る巻線用治具の第五の実施形態を例示する概略構成図である。
本実施形態の巻線用治具５は、第二の鍔部５３の第一の鍔部１２と対向する面に、さらに高さＸ３の四つの凸部５４，５４・・が、巻芯１５の端部を略中心として放射状に突設されている。そして、これら凸部５４，５４・・は、巻芯１５の軸方向から見て、第一の鍔部１２上の凸部１４，１４・・と一致する位置に配置されている。凸部５４，５４・・は、凸部１４，１４・・と同様の材質、形状である。したがって、隣り合う凸部５４，５４の為す角度はいずれも、凸部１４，１４の為す角度と同様である。これ以外の点は、本実施形態は第一の実施形態と同様である。
前記距離Ｘ１は、第一の実施形態と同様であり、距離（Ｘ１−Ｘ２−Ｘ３）は、導線６の径寸法の１．０〜１．５倍であることが好ましい。
そして、第一の実施形態と同様の略正方形状の角型コイルを製造できる。
なお、ここでは凸部が四つの場合を示しているが、本発明において、第一および第二の鍔部の両方に凸部を設ける場合にも、凸部の数は特に限定されず、目的に応じて適宜選択すれば良い。そして、第一および／または第二の鍔部に、第四の実施形態同様にテーパ面を形成しても良い。

また、第五の実施形態においては、凸部１４および５４はいずれも四つずつ設けられているが、例えば、第一の実施形態において、第一の鍔部および第二の鍔部の両方に、巻芯の軸方向から見て互いに重ならない位置に総数四つの凸部を設けるようにしても良い。具体的には、例えば、第一の鍔部および第二の鍔部に二つずつ凸部を設けたり、いずれか一方の鍔部に一つの凸部を、他方の鍔部に三つの凸部を設けても良い。

ここまでは、凸部が、巻芯に対して対称となるように鍔部上に配置された例を示したが、本発明においては所望により、このような対称性を一切持たないように凸部を配置しても良い。すなわち、隣り合う凸部の為す角度は、すべて異なっていても良い。

またここまでは、一列多層巻きの角型コイルの製造方法について説明したが、一列多層巻きに限定せずに角型コイルを製造する場合にも、本発明の巻線用治具を用いることができる。
例えば、図１に示す第一の実施形態において、距離Ｘ１を導線の径寸法の２．５〜２．９倍程度とし、距離（Ｘ１−Ｘ２）を導線の径寸法の２．０〜２．５倍程度として、それ以外は第一の実施形態と同様の巻線用治具を用い、複数の金属細線が束ねられてなる導線を巻芯の径方向に重ねて巻き付けることで、二列多層巻き角型コイルが得られる。図７は、このような巻線用治具および導線を用いて角型コイルを製造する工程を説明する図であり、図７（ａ）は導線６を巻線用治具１に巻き付けた状態の、凸部１４が設けられている領域の拡大断面図、図７（ｂ）は凸部１４から離れた領域の拡大断面図である。ここでは、距離（Ｘ１−Ｘ２）が導線の径寸法の約２倍に設定されているので、凸部１４と重なる位置では、導線６は二列に巻き付けられる。一方、凸部１４から離れた位置では、距離Ｘ１が導線の径寸法の約２．５倍に設定されているので、導線６は図７（ｂ）に示すように巻かれる。したがって、導線６が同じ回数だけ巻き付けられた時のコイルの径寸法を比較すると、凸部１４と重なる位置の径寸法Ｒ３は、凸部１４から離れた位置の径寸法Ｒ４よりも大きくなる。そして、導線６の巻き込み回数が多くなるにしたがって、Ｒ３とＲ４との差が大きくなり、やがてコイルは、その外側周縁部のうち凸部１４，１４・・と重なる四つの位置に頂点を有する略正方形状の、一部が二列巻きとなった角型コイルとなる。また、得られる角型コイルは、凸部１４と重なる位置では、その他の位置よりも厚みが薄くなる。
なお、ここでは第一の実施形態の変形例として説明したが、例えば、第二〜第四の実施形態において同様の構成としても、同様に多列多層巻き角型コイルが製造できる。さらに、第五の実施形態において、距離Ｘ１を導線の径寸法の２．５〜２．９倍程度とし、距離（Ｘ１−Ｘ２−Ｘ３）を導線の径寸法の２．０〜２．５倍程度としても、同様に多列多層巻き角型コイルが製造できる。

ここまでは、複数の金属細線が束ねられてなる導線６を用いた例について説明したが、本発明においてはいずれの実施形態においても、前記導線６に代わり、金属単線を用いても良い。この場合も、導線６を用いた場合と同様に、角型コイルを製造できる。
金属単線は、１本のみを巻いても良いが、複数本を同時巻きすることが作業上好ましい。但し、複数本の金属単線の同時巻きは、例えば、複数本の金属単線をその相互の位置関係が固定されておらず互いに接触させただけの状態（あるいは、非接触部分が存在していても良い）で集合させたものを巻くことや、巻線用治具に対して互いに異なる方向から供給される複数本の金属単線を同時に巻くことを意味する。複数本の金属単線を、金属単線相互の位置関係を固定あるいは容易には変動しないように拘束した状態で集合したものを巻くこととは異なる。
なお、使用する金属単線の径寸法は３０〜８００μｍであることが好ましい。

金属単線の巻き付けの場合、使用する巻線用治具として、例えば、第一の実施形態の巻線用治具の前記距離Ｘ１を金属単線の径寸法の１．５〜１．９倍、前記距離（Ｘ１−Ｘ２）を金属単線の径寸法の１．０〜１．５倍としたものを用いることが好適である。
図８（ａ）〜（ｃ）に、この巻線用治具を用いて金属単線６１を巻いた状態を示す。

また、巻線用治具として、第一の実施形態の巻線用治具の前記距離Ｘ１を金属単線の径寸法の２．５〜２．９倍程度、距離（Ｘ１−Ｘ２）を金属単線の径寸法の２．０〜２．５倍程度としたものを用いて、金属単線６１を巻いた状態を図９（ａ）、（ｂ）に示す。

また、巻線用治具としては、第五の実施形態の巻線用治具の距離Ｘ１を金属単線の径寸法の２．５〜２．９倍程度、距離（Ｘ１−Ｘ２−Ｘ３）を金属単線の径寸法の２．０〜２．５倍程度としたものも採用できる。

以上の説明のように、本発明によれば、従来のように丸型コイルを角型に成型する必要がなく、巻線用治具に導線を巻き付けるだけで、所望の形状の角型コイルを高い角型精度で得られる。また、巻線用治具は構造が単純で、コイル製造工程も簡便であり、高品質の角型コイルを低コストで製造できる。

なお、本発明においては、巻線用治具における凸部の設置位置は、巻芯の軸回り方向（周方向）において互い異なる３箇所以上であることが好ましい。

本発明は、携帯電話等のコードレス機器に利用可能である。

本発明に係る巻線用治具の第一の実施形態を例示する図であり、（ａ）は第一の鍔部を凸部側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 第一の実施形態に係る角型コイルの製造過程を説明する図であり、（ａ）は導線を巻線用治具に巻き付けた状態の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における拡大断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における拡大断面図である。 本発明に係る巻線用治具および角型コイルの第二の実施形態を例示する平面図である。 本発明に係る巻線用治具および角型コイルの第三の実施形態を例示する平面図である。 本発明に係る巻線用治具の第四の実施形態を例示する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。 本発明に係る巻線用治具の第五の実施形態を例示する概略構成図である。 本発明に係る角型コイルの製造過程を説明する図であり、導線を巻線用治具に巻き付けた状態の（ａ）は凸部１４が設けられている領域の拡大断面図、（ｂ）は凸部１４から離れた領域の拡大断面図である。 巻線用治具を用いて金属単線を巻いた状態を示す図であって、（ａ）は金属単線を巻線用治具に巻き付けた状態の平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線における拡大断面図、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ線における拡大断面図である。 別態様の巻線用治具を用いて金属単線を巻いた状態を示す図であって、（ａ）は凸部１４が設けられている領域の拡大断面図、（ｂ）は凸部１４から離れた領域の拡大断面図である。 角型コイルを例示する図である。 従来のコイルの製造方法を説明する図であり、（ａ）は空芯が角型であるコイルの製造方法の説明図、（ｂ）はコイルのプレス成型方法の説明図である。 丸型の二次コイルが張り合わされた防磁シートに渦電流が発生している様子を説明する図である。

符号の説明

１，２，３，４，５・・・巻線用治具、６・・・導線、１０，２０，３０・・・角型コイル、１２，２２，３２，４２・・・第一の鍔部、１３，５３・・・第二の鍔部、１４，５４・・・凸部、１５・・・巻芯、６１・・・金属単線。

Claims (7)

1. 導線又は金属単線が巻き付けられる巻芯と、該巻芯の両端部に対向して設けられた鍔部とからなる巻線用治具であって、
   前記鍔部の対向する面のうち少なくとも一方の面上に、前記巻芯の端部を略中心として放射状に複数の棒状の凸部が突設されていることを特徴とする巻線用治具。
2. 前記凸部が、鍔部の対向する面のうちの一方の面上にのみ突設されていることを特徴とする請求項１に記載の巻線用治具。
3. 前記凸部が、鍔部の対向する面の両方の面上に突設されていることを特徴とする請求項１に記載の巻線用治具。
4. 前記凸部の数が四つであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の巻線用治具。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の巻線用治具を用いて、巻芯の径方向に１又は複数本の金属単線あるいは導線を重ねて巻き付けることを特徴とする角型コイルの製造方法。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の巻線用治具を用いて、巻芯の径方向に１又は複数本の金属単線あるいは導線を重ねて巻き付けて得られることを特徴とする角型コイル。
7. １又は複数本の金属単線、あるいは複数の金属細線が束ねられてなる導線が、巻芯の径方向に一列に重ねて巻き付けられた四角型コイルであることを特徴とする請求項６に記載の角型コイル。

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