JP2009277929A - コイル及びコイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル製造後に、コイルを構成する電線の張力の過不足やバラツキの有無を目視あるいは画像処理装置で確認することを可能にする。
【解決手段】コイルの製造方法は、電線12がボビン11に巻回された状態において予め決められたパターン15となるように、電線12に印14を付与する印付与工程と、前記印14が付与された電線12を巻回する電線巻回工程とを備えている。また、電線巻回工程で形成されたコイル13の表面に形成されたパターン15を予め決められたパターンと比較して、電線12が目的の張力で巻回されたか否かを判断する判断工程を備えている。パターン15は、コイル13の全ての巻回部13ａに跨るように形成され、印14は、電線12の張力が許容誤差の範囲内であれば、隣り合う巻回部13ａの電線12に付与されている印14の少なくとも一部が重なる幅に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイル及びコイルの製造方法に関する。

インダクタ、トランスあるいは電動機及び発電機に使用されるコイル（巻線）は、適切な張力で目的の形状に精度良く巻回されていることが好ましい。電線をボビンに一定張力で巻回する方法として、例えば、図６に示すように、ボビン５１に電線５２の一端側を固定し、電線５２の他端に錘５３を固定した状態でボビン５１を回転させることによりボビン５１の周囲に電線５２を巻回してコイル５４を製造する方法がある。

また、コアレスモータのロータに用いるため形状精度の高いコイルの巻線方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の巻線方法では、線材を繰り出し巻芯のまわりを回動するノズルを介して巻芯に線材を斜めに順次巻回するコイルの巻線方法において、前記巻芯に対して当接したままその当接角度を変える線押さえを用いて線材を巻芯へと案内する。

また、従来、図７に示すように、所定間隔毎にケーブル長さを示す区切り表示５５を付けた電気的接続に用いられるケーブル５６が提案されている（特許文献２参照）。このケーブル５６は、ケーブル５６を切断する際に、物差し等で計らなくてもケーブル長さを比較的に正確に知ることができる。
特開２００２−１５８１３１号公報 実開昭６１−３３３１５号公報

図６に示す方法では、原理的には電線５２が一定の張力でボビン５１に巻回され、ボビン５１の径が一定であれば、一定の巻径のコイル５４が得られる。しかし、電線５２の太さやボビン５１の径によっては、電線５２が一定の張力及び一定の巻径で巻回されない場合がある。したがって、得られたコイル５４が目的とした所定の張力範囲で所定径に巻回されているか否かを確認する必要がある。

また、特許文献１に記載の方法では、コイルの巻き乱れを防止して、巻き付け精度の高いコイルが得られるとされているが、得られたコイルが目的の巻き付け精度を満たすコイルであるか否かの確認に関しては何ら記載がない。コイルの製造後に、コイルの電気的性能を調べて目的とするコイルが得られているか否かを確認することはできる。しかし、コイルが、目的の張力や巻径で巻回されているか否か、即ち製造後の張力の過不足やバラツキを目視あるいは画像観察で確認することは難しかった。

特許文献２のケーブルは、電気的接続に用いられるものであり、コイルに使用される電線とは別目的の電線であり、コイルに関しては何ら記載されていない。また、区切り表示５５はケーブル５６を切断する際にケーブル長さを比較的正確に知るためのものであり、その他の目的に使用することに関しては何ら記載されていない。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、コイル製造後に、コイルを構成する電線の張力の過不足やバラツキの有無を目視あるいは画像処理装置で確認することができるコイル及びコイルの製造方法を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明のコイルは、電線に複数の印が付与されており、この電線が巻回された状態で、複数の印がパターンを形成する。ここで、「複数の印がパターンを形成する」とは、例えば、複数の印が一直線上に位置したり、複数の印によって図形を表したりすることを意味する。

この発明のコイルは、コイルを形成する際に電線を目的の張力で巻回することにより、予め電線に付与されている複数の印がパターンを形成する状態になることで得られる。したがって、コイル製造後に、コイルを目視あるいは画像処理装置で確認して、電線に付与された複数の印がパターンを形成するか否かを判断することにより、コイルを構成する電線の張力の過不足やバラツキの有無を判断することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記印は、前記コイルの全ての巻回部に存在するとともに全ての印によってパターンが形成されている。ここで、「巻回部」とは、コイルを構成する電線の１巻の部分を意味し、巻回部の数がコイルの巻数になる。

コイルを構成する巻回部の数が多い場合、一部の巻回部に印が付与されていてその印が規則性を有していても、全ての巻回部の電線が目的の張力で巻回されているとは限らない。しかし、この発明では、印は、コイルの全ての巻回部に存在するとともに全ての印によってパターンが形成されているため、コイル製造後に、コイルを目視あるいは画像処理装置で確認することにより、全ての巻回部の電線が目的の張力で巻回されているか否かを判断することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記パターンは直線である。したがって、この発明では、コイルを構成する電線の張力の過不足やバラツキの有無を、パターンが直線以外の形状の場合に比べて容易に判断することができるとともに、電線に印を付与するのも容易になる。

請求項４に記載の発明のコイルの製造方法は、電線が巻回された状態において予め決められたパターンとなるように、巻回前に電線に印を付与する印付与工程と、前記印付与工程で前記印が付与された電線を巻回してコイルを形成する電線巻回工程と、前記電線巻回工程で形成されたコイルの表面に形成されたパターンを予め決められたパターンと比較して、電線が目的の張力で巻回されたか否かを判断する判断工程とを備えている。

この発明では、電線を巻回してコイルを形成する前に、印付与工程において電線に印が付与される。印は、電線が巻回された状態において予め決められたパターンとなるように付与される。例えば、予め決められたパターンが、コイルの中心軸方向と平行に延びる直線状のパターンであれば、電線には巻径に対応した一定間隔で印が付与される。次に電線巻回工程において電線が巻回されてコイルが形成される。次に判断工程において、コイルの表面に形成されたパターンが予め決められたパターンと比較され、パターンが予め決められたパターンと許容誤差範囲で一致していれば、電線が目的の張力で巻回されていると判断され、一致していなければ電線が目的の張力で巻回されていないと判断される。そして、電線が目的の張力で巻回されたコイルが合格品になる。合格品となったコイルに付与されている印は、その後、除去されてもよい。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記パターンは、コイルの全ての巻回部に跨るように形成されたパターンであり、前記印は、電線の張力が許容誤差の範囲内であれば、隣り合う巻回部の電線に付与されている印の少なくとも一部が重なる幅に設定されており、隣り合う前記巻回部の印の少なくとも一部が重なる状態であれば、その隣り合う巻回部の電線は目的の張力で巻回されたと判断される。

コイルを構成する巻回部の数が多い場合、コイルに形成されるパターンが一部の巻回部に付与されている印で形成されていると、そのパターンが決められたパターンと一致していても、全ての巻回部の電線が目的の張力で巻回されているとは限らない。しかし、この発明では、パターンは、全ての巻回部に跨るように形成されているため、コイルに形成されたパターンが予め決められたパターンと一致していれば、全ての巻回部の電線が目的の張力で巻回されていると判断しても支障はない。また、パターンを形成する印が細い線であると、電線の張力が許容誤差の範囲内で変動しても、隣接する巻回部に付与されている印同士にずれが生じてしまい、電線が目的の張力で巻回されていないと判断されてしまう場合がある。しかし、この発明では、隣り合う巻回部の電線に付与されている印の少なくとも一部が重なる状態であれば、その隣り合う巻回部の電線が目的の張力で巻回されていると判断することができる。したがって、合格品であるにも拘わらず不合格品と判断され、他の評価方法で合格品か否かの判断が必要になることを回避することができる。

本発明によれば、コイル製造後に、コイルを構成する電線の張力の過不足やバラツキの有無を目視あるいは画像処理装置で確認することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、コイル１３は、ボビン１１と、ボビン１１の外周に一定巻径で巻回された電線１２とで構成されている。ボビン１１は円筒状に形成されるとともに両端に鍔部１１ａを有し、電線１２は両鍔部１１ａの間の領域に一層に巻回されている。この実施形態では、鍔部１１ａは、ボビン１１周面からの突出量が電線１２の太さより小さく形成されている。

ボビン１１に巻回された電線１２には複数の印１４が付与されている。印１４は、コイル１３の全ての巻回部１３ａに存在するとともに、全ての印１４によってパターン１５が形成されている。この実施形態では、パターン１５は、ボビン１１の軸方向と平行に延びる直線を形成している。

次に前記のように構成されたコイルの製造方法を説明する。
コイルの製造方法は、電線１２に印１４を付与する印付与工程と、印１４が付与された電線１２を巻回してコイル１３を形成する電線巻回工程と、電線１２が目的の張力で巻回されたか否かを判断する判断工程とを備えている。

印付与工程は、電線１２がボビン１１に巻回された状態において印１４が予め決められたパターン１５を形成するように、電線１２に複数の印１４を付与する。この実施形態では、パターン１５としてコイル１３の全ての巻回部１３ａに跨るように形成されるパターンが採用され、かつパターン１５としてボビン１１の軸方向と平行に延びる直線が採用されている。そのため、電線１２には、図１（ｃ）に示すように、印１４が一定間隔（等間隔）で形成されている。間隔の値は巻回部１３ａの巻径に対応する値に設定されている。

各印１４は、電線１２の周方向に一定幅で付与されている。各印１４の幅Ｗ（図２（ｄ）に図示）は、電線１２がボビン１１に巻回された状態において、電線１２の張力が許容誤差の範囲内であれば、隣り合う巻回部１３ａの電線１２に付与されている印１４の少なくとも一部が重なるように設定されている。

電線巻回工程では、印１４が付与された電線１２がボビン１１に一定張力で巻回される。巻回方法は公知の巻線方法を適宜採用して行われる。
判断工程では、電線巻回工程で形成されたコイル１３の表面に複数の印１４によって形成されたパターン１５を予め決められたパターンと比較して、電線１２が目的の張力で巻回されたか否かが判断される。比較は目視あるいは画像処理装置で行われる。電線１２が目的の張力でかつ目的の巻径になるように巻回されれば、図１（ａ）に示すように、パターン１５は、ボビン１１の軸方向と平行に延びる直線になる。この場合、各巻回部１３ａの電線１２は目的の張力で巻回されたと判断される。

一方、電線１２が目的の張力でかつ目的の巻径になるように巻回されなければ、パターン１５は、ボビン１１の軸方向と平行に延びる直線にならない。例えば、張力が一定でかつ巻径が一定でも、張力が目的の張力より弱い場合は、図２（ａ）に示すように、パターン１５は直線ではあるが、ボビン１１の軸方向と平行ではなく軸方向に対して一定の角度を成す状態になる。また、張力が一定でかつ巻径が一定でも、張力が目的の張力より強い場合は、図２（ｂ）に示すように、パターン１５は直線ではあるが、ボビン１１の軸方向と平行ではなく、軸方向に対して図２（ａ）の場合と逆方向に傾いた状態になる。また、張力が不均一の場合は、図２（ｃ）に示すように、パターン１５は直線にならず、規則性のないものになる。これらの場合は、電線１２は目的の張力で巻回されなかったと判断される。

さらに、コイル１３の表面に形成されたパターン１５が、完全な直線ではなく、図２（ｄ）に示すように、隣り合う巻回部１３ａの電線１２に付与されている印１４の少なくとも一部が重なる状態になる場合がある。このパターンは、電線１２が目的の張力でかつ目的の巻径になるように一定の張力で安定して巻回されてはいないが、張力が許容誤差の範囲内で変動した場合に対応するものである。したがって、電線１２は目的の張力で巻回されたと判断される。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）電線１２には、ボビン１１に巻回された状態で予め決められたパターン１５を形成するように複数の印１４が付与されている。したがって、コイル製造後に、コイル１３を目視あるいは画像処理で確認して、印１４が予め決められたパターン１５を形成するか否かを判断することにより、コイル１３を構成する電線１２の張力の過不足やバラツキの有無を判断することができる。そして、電線が目的の張力で巻回されたコイルを採用することにより、目的とする特性の良好なコイルを得ることができる。

（２）印１４は、コイル１３の全ての巻回部１３ａに存在するとともに全ての印１４によってパターン１５が形成されている。したがって、コイル１３を構成する巻回部１３ａの数が多い場合でも、コイル製造後に、コイル１３を目視あるいは画像処理装置で確認することにより、全ての巻回部１３ａの電線１２が目的の張力で巻回されているか否かを判断することができる。

（３）パターン１５は直線である。したがって、コイル１３を構成する電線１２の張力の過不足やバラツキの有無を、パターン１５が直線以外の形状の場合に比べて容易に判断することができるとともに、電線１２に印１４を付与するのも容易になる。

（４）コイルの製造方法は、電線１２がボビン１１に巻回された状態において予め決められたパターン１５となるように、電線１２に印１４を付与する印付与工程と、印付与工程で印１４が付与された電線１２を巻回する電線巻回工を備えている。また、電線巻回工程で形成されたコイル１３の表面に形成されたパターン１５を予め決められたパターンと比較して、電線１２が目的の張力で巻回されたか否かを判断する判断工程を備えている。したがって、コイル１３の表面に形成されたパターン１５が予め決められたパターンと許容誤差範囲で一致していれば、電線１２が目的の張力で巻回されたと判断することができる。

（５）パターン１５は、コイル１３の全ての巻回部１３ａに跨るように形成されたパターンであり、印１４は、電線１２の張力が許容誤差の範囲内であれば、隣り合う巻回部１３ａの電線１２に付与されている印１４の少なくとも一部が重なる幅Ｗに設定されている。したがって、パターン１５を形成する印１４の中心同士が対向しているか否かの判断ではなく、隣り合う巻回部１３ａの印１４の少なくとも一部が重なる状態であるか否かを判断すれば、電線１２が目的の張力で巻回されているか否かを判断することができる。したがって、合格品であるにも拘わらず不合格品と判断され、他の評価方法で合格品か否かの判断が必要になることを回避することができる。

（６）判断工程において、コイル１３の表面に形成されたパターン１５と、予め決められたパターンとの比較を画像処理装置で行う場合は、コイル１３の表面に形成されたパターン１５と、予め決められたパターンとのズレの割合を検出することにより、電線１２の張力を計測することができる。また、電線１２の張力の目的値からのズレの大きさを確認することができ、その結果を電線巻回工程にフィードバックすることにより、電線巻回工程における電線１２の巻回条件の調整を適正に行うことに寄与することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ コイル１３の全ての巻回部１３ａに跨るように形成されるパターン１５は、ボビン１１の軸方向と平行に延びる直線に限らない。例えば、図３（ａ）に示すように、ボビン１１の軸方向に対して傾いた状態で延びる直線にしたり、直線に代えて図３（ｂ）に示すような円弧状の曲線にしたり、図３（ｃ）に示すような波線あるいは、図３（ｄ）に示すようなジグザグ状の線にしたりしてもよい。

○ コイル１３の全ての巻回部１３ａに跨るように形成されるパターン１５は、一つのパターン１５が全ての巻回部１３ａに跨るように形成される必要はない。例えば、図４（ａ）に示すように、パターン１５として一部の巻回部１３ａに跨る２本の線が形成されたり、図４（ｂ）に示すように、パターン１５として複数の図形（例えば、丸（円））が形成されたりしてもよい。図形は丸（円）に限らず、楕円あるいは三角形、四角形、六角形等の多角形等やそれらが組み合わされた幾何学的模様や他の模様であってもよい。しかし、パターン１５として、図形や模様に比べて直線や曲線等の線が形成される方が、電線１２に付与する印１４の配置が単純で、印１４の付与が容易になる。また、判断工程において、コイル１３の表面に形成されたパターン１５を予め決められたパターンと目視あるいは画像処理装置により比較する際に、比較を簡単に行うことができる。

○ パターン１５は、コイル１３の全ての巻回部１３ａに存在する複数の印１４によって形成されるものに限らない。例えば、図５（ａ）に示すように、巻回部１３ａに対して一つ置きに付与された印１４によってパターン１５が形成される構成や、図５（ｂ）に示すように、コイル１３の中間部分を構成する巻回部１３ａにパターン１５が形成されるとともにコイル１３の端部を構成する巻回部１３ａにはパターン１５が形成されない構成にしてもよい。

○ 電線１２に付与される印１４は、隣り合う巻回部１３ａの電線１２の張力が許容誤差の範囲内であれば、隣り合う巻回部１３ａの電線１２に付与されている印１４の少なくとも一部が重なる幅より狭い幅に設定されていてもよい。この場合は、隣り合う巻回部１３ａの電線１２に付与されている印１４の少なくとも一部が重なる状態にあれば、その隣り合う巻回部１３ａの電線１２は目的の張力で巻回されていると判断される。また、隣り合う巻回部１３ａの電線１２に付与されている印１４が重ならない状態であっても、電線１２の張力が許容誤差の範囲内である可能性もあるため、別の方法で隣り合う巻回部１３ａの電線１２の張力が許容誤差の範囲内であるか否かを判断する必要がある。

○ コイル１３は、ボビン１１に巻回される電線１２の層数が、１層の物に限らず２層以上であってもよい。
○ コイル１３の形状は、電線１２が円筒状のボビン１１に巻回された形状、即ち円筒状に限らず、電線が四角筒状のボビンに巻回された形状、即ち四角筒状やその他の多角筒状（例えば、三角筒状、六角筒状）あるいは楕円筒状であってもよい。

○ コイル１３は、ボビン１１あるいはコア（磁芯）に１つのコイルが巻回された物に限らず、トランスコイルのようにコアに複数のコイルが巻回された構成であってもよい。
○ コイル１３は、直線状のボビン１１あるいはコアに巻回された物に限らず、環状のボビンあるいはコア（トロイダルコア）に巻回された物であってもよい。

○ コイル１３は、電線１２がボビン１１に巻回された物に限らない。例えば、ボビン１１を有さず、電線１２が巻回されたコイル１３であっても、ボビン１１に電線を巻回した後、ボビン１１を除いて電線１２のみで構成されているコイル１３であってもよい。

○ コイル１３を構成する電線１２は、断面が円形に限らず、例えば、三角形、四角形、六角形等の多角形やあるいは楕円形であってもよい。
○ 磁界共鳴を利用した非接触電力伝送装置の共鳴コイルに適用してもよい。非接触電力伝送装置の共鳴コイルはコイル特性が同じかできるだけ近いことが望ましい。その場合、製造後のコイルに形成されているパターンが同じものを選択することにより、特性が同じあるいはできるだけ近い物を選択することができる。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項５に記載の発明において、前記判断工程は、コイルの表面に形成されたパターンと、予め決められたパターンとの比較を画像処理装置で行い、コイルの表面に形成されたパターンと、予め決められたパターンとのズレの割合を検出することにより、電線の張力を計測する。

（ａ）はボビンに電線が巻回された一実施形態のコイルの模式側面図、（ｂ）はコイルの平面図、（ｃ）は電線の模式図。 （ａ），（ｂ）は張力が一定であるが目的の張力から外れた張力で電線が巻回されたコイルの模式側面図、（ｃ）は張力が不均一な状態で電線が巻回されたコイルの模式側面図、（ｄ）は張力が許容誤差の範囲内で変動した場合に対応するコイルの模式側面図。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はパターンが１本の線で形成される別の実施形態におけるコイルの模式側面図。 （ａ），（ｂ）はパターンが２本以上の線で形成される別の実施形態におけるコイルの模式側面図。 （ａ），（ｂ）はコイルを構成する一部の巻回部に存在する印によってパターンが形成されている別の実施形態におけるコイルの模式側面図。 電線を一定張力でボビンに巻き付ける方法を示す模式図。 従来技術の電線の斜視図。

符号の説明

Ｗ…幅、１２…電線、１３…コイル、１３ａ…巻回部、１４…印、１５…パターン。

Claims (5)

1. 電線に複数の印が付与されており、前記電線が巻回された状態で前記複数の印がパターンを形成することを特徴とするコイル。
2. 前記印は、前記コイルの全ての巻回部に存在するとともに全ての前記印によって前記パターンが形成されている請求項１に記載のコイル。
3. 前記パターンは直線である請求項２に記載のコイル。
4. 電線が巻回された状態において予め決められたパターンとなるように、巻回前に電線に印を付与する印付与工程と、
   前記印付与工程で前記印が付与された電線を巻回してコイルを形成する電線巻回工程と、
   前記電線巻回工程で形成されたコイルの表面に形成されたパターンを予め決められたパターンと比較して、電線が目的の張力で巻回されたか否かを判断する判断工程とを備えていることを特徴とするコイルの製造方法。
5. 前記パターンは、コイルの全ての巻回部に跨るように形成されたパターンであり、前記印は、電線の張力が許容誤差の範囲内であれば、隣り合う巻回部の電線に付与されている印の少なくとも一部が重なる幅に設定されており、隣り合う前記巻回部の印の少なくとも一部が重なる状態であれば、その隣り合う巻回部の電線は目的の張力で巻回されたと判断される請求項４に記載のコイルの製造方法。

Images