JP3549802B2 - トロイダルコイルおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種交流回路における整流回路、雑音防止回路および共振回路または高周波回路などに用いられるトロイダルコイルおよびそのトロイダルコイルを高能率に大量生産することのできる製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のトロイダルコイルは、図７および図８に示すように、中央部が開口されたドーナツ状のボビン１でコア部（図示せず）の全表面を被覆して、そのボビン１の外周面にコイル部２，３を作業者の手作業により巻回して構成したものが一般的である。図７のトロイダルコイルは、断面丸形状の巻線をボビン１に巻装してコイル部２を形成したものであり、図８のトロイダルコイルは、断面矩形状の巻線をボビン１に巻装してコイル部３を形成したものである。両コイル部２，３は、図示の便宜上、各巻線間を離間した状態に巻回した図示になっているが、実際にはコイル部２，３の巻線の外周面全体に絶縁樹脂がコーティングされており、コイル部２，３は、絶縁樹脂コーティングによって相互の短絡を防止して巻線間を密接させた状態でボビン１に巻回されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図７のトロイダルコイルでは、コイル部２が断面丸形状の巻線で構成されていることから、コイル部２の両リード端子２ａ，２ｂを挿入して半田付けするための実装用回路基板４の取付孔４ａ，４ｂを、加工が容易な丸孔とすることができ、また、断面丸形状のリード端子２ａ，２ｂを任意の方向に容易に折り曲げて取付孔４ａ，４ｂに挿入できる利点がある。しかしながら、断面丸形状の巻線を用いたコイル部２は、ボビン１に対し隣接する巻線間に隙間の無い密接状態で巻装しても、巻線間が線接触であることから、その接触部の周囲に大きな隙間が生じて、所定形状のボビン１に対する巻き回数が少なくなってトロイダルコイルの性能向上を図るのに限界がある。一方、コイル部２に所定の巻き回数を確保しようとする場合には、トロイダルコイル自体の小型化を図れない問題が生じる。
【０００４】
これに対し図８のトロイダルコイルは、断面矩形状の巻線を用いてコイル部３を形成しているので、この巻線の厚みの小さい側を互いに密接させることによって巻き回数を多くすることができる。ところが、コイル部３の両リード端子３ａ，３ｂを挿入して半田付けするための実装用回路基板４の取付孔４ｃ，４ｄは、丸孔に比較して加工が難しい角孔とする必要があるとともに、その角孔からなる取付孔４ｃ，４ｄに断面矩形状のリード端子３ａ，３ｂを挿入する際の位置決めが容易でなく、挿入が非常に困難である。これは、断面矩形状のリード端子３ａ，３ｂをその厚みの薄いＡ矢印方向に曲げるのは容易であるが、厚みの大きいＢ矢印方向に曲げるのが非常に難しいためである。
【０００５】
また、上記の何れのトロイダルコイルもボビン１がドーナツ形状であることから、コイル部２，３のボビン１に対する巻回を作業者の手作業に頼らざるおえないため、コイル部２，３の巻回作業を機械化して高能率に大量生産することができないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、コイル部の巻き回数を多くして性能向上と小型化とを図りながらもコイル部のリード端子を実装用回路基板の取付孔に容易に挿入して実装することのできる構成を備えたトロイダルコイルおよびそのトロイダルコイルを高能率に大量生産することのできる製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のトロイダルコイルは、コア部と、前記コア部の全表面を被覆するボビンと、前記ボビンにおける前記コア部を被覆するコア被覆部の周囲に巻装されたコイル部とを備えてなり、前記コイル部は、断面矩形状で１本の線からなる巻線を用いて形成されているとともに、両リード端子のみに捩じる整形加工が施されていることを特徴としている。
【０００８】
このトロイダルコイルでは、コイル部を断面矩形状の巻線を用いて構成しているので、比較的小型のボビンに対するコイル部の巻線の巻き回数を多くして性能向上を図ることができる。また、実装用回路基板の実装に際しては、捩じる整形加工が施されているリード端子を任意の方向に自由に、且つ容易に曲げることがてきるので、このリード端子を実装用回路基板の取付孔に極めて容易に挿入することができる。
【０００９】
上記発明のトロイダルコイルにおいて、コイル部の両リード端子に、スパイラル状に捩じる整形加工が施されている構成とすることが好ましい。これにより、スパイラル状に捩じられているリード端子は、任意の方向に自由に、且つ一層容易に曲げることができる。また、リード端子は、断面矩形状の巻線をスパイラル状に捩じることによって断面ほぼ丸形状に変形されるので、実装用回路基板の取付孔を丸孔とすることができ、回路基板の孔開け加工が容易となる利点がある。しかも、リード端子は、スパイラル状に捩じられていることによって曲げ強度が向上し、力を加えない限り簡単に変形しないことから、取扱いが容易となる。
【００１０】
本発明のトロイダルコイルの製造方法は、筒状体の一部にスリット状切欠き部を有して平面視ほぼＣ字形状となったコア部を製作する工程と、前記コア部の全表面を被覆する平面視ほぼＣ字形状のコア被覆部と、このコア被覆部の内部において同心状に位置する筒状ボス部と、前記コア被覆部におけるスリット状挿通部の一側面から面一の配置で前記ボス部まで延出して前記ボス部と前記コア被覆部とを連結する連結部とを一体に備えたボビンを製作する工程と、巻線を空芯状に巻装したコイル部を製作する工程と、前記コイル部の両リード端子に捩じる整形加工を施す工程と、前記ボス部の支軸部への外嵌によってボビン支持機構に取り付けた前記ボビンの前記コア被覆部に対し前記コイル部を前記スリット状挿通部から外嵌するよう移送することにより、前記コイル部を前記コア被覆部に巻装する工程とを備えていることを特徴としている。
【００１１】
このトロイダルコイルの製造方法では、コイル部を、機械化された別工程で巻線を巻装して空芯状に形成したのちにリード端子部に捩じる整形加工を施して製作でき、コイル部を、ボビン支持機構の支軸部にボス部を介して取り付けたボビンのコア被覆部に対しスリット状挿通部から外嵌状態に挿入させることによって自動的に巻装することができる。したがって、このトロイダルコイルは、コイル部の製作およびコイル部のボビンへの巻装を何れも機械化した簡単な自動工程によって行うことができ、本発明のトロイダルコイルを高能率に大量生産することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るトロイダルコイルを示す斜視図である。このトロイダルコイルは、後述の平面視Ｃ字形状のコア部と、このコア部の全表面を被覆するボビン７と、ボビン７を介してコア部の周囲に巻装されたコイル部８とを備えて構成されている。
【００１３】
上記ボビン７には、コア部を被覆するコア被覆部９と、このコア被覆部９の一部に平面視Ｃ字形状のコア部に対応して形成されたスリット状挿通部１０と、コア被覆部９の内部に同心状の配置で設けられた円筒状のボス部１１と、このボス部１１とコア被覆部９とを連結する連結部１２とが一体形成されている。連結部１２は、スリット状挿通部１０の一側面に対し面一の状態でコア被覆部９から延出してボス部１１に連設されている。また、コア被覆部９の厚み方向の両面からは、スリット状挿通部１０の一側面に沿ってそれぞれ外方に突出する係止片１３，１４がそれぞれ一体形成されている。
【００１４】
さらに、上記ボビン７には、コア被覆部９の厚み方向の一面におけるスリット状挿通部１０の他面近傍箇所に、内方に向け上がり勾配に傾斜して側面視三角形状のストッパ用突起部１７が形成されている。さらに、ボス部１１の内面には、筒心方向に沿った係合溝１８が設けられている。このボビン７は、Ｃ字形状のコア部に対し樹脂によるインサート成形により一体成形されたものである。この実施の形態のトロイダルコイルは、ボビン７を上記構成としたことにより、組立工程を自動化して極めて高能率に大量生産することが可能になっているが、これについては後述する。
【００１５】
また、コイル部８は、図８に示したと同様の断面矩形状の巻線をボビン７のコア被覆部９の周囲に巻線間が互いに密接する状態に巻回して構成されている。このコイル部８における両リード端子８ａ，８ｂは、スパイラル状に捩じられて、恰も縒り線状になっている。したがって、このトロイダルコイルは、コイル部８を断面矩形状の巻線を用いて構成しているので、所定形状のボビン７に対するコイル部８の巻線の巻き回数を多くして性能向上を図りながら小型化を達成することができるのに加えて、リード端子８ａ，８ｂがスパイラル状に捩じられていることにより、このリード端子８ａ，８ｂを任意の方向に自由に、且つ容易に曲げて実装用回路基板の取付孔に極めて容易に挿入することができる。また、リード端子８ａ，８ｂは、断面矩形状の巻線をスパイラル状に捩じることによって断面ほぼ丸形状に変形されるので、実装用回路基板の取付孔は丸孔とすることができ、孔開け加工が容易となる利点がある。しかも、リード端子８ａ，８ｂは、スパイラル状に捩じられていることによって曲げ強度が向上し、力を加えない限り簡単に変形しないことから、取扱いが容易となる。
【００１６】
つぎに、上記トロイダルコイルの製造方法を、その工程順に説明する。図２はコア部１９を示す斜視図である。このコア部１９は、高い比透磁率特性を有する素材によって一部にスリット状切欠き部１９ａを備えた平面視ほぼＣ字形状のほぼ円筒状に形成されている。このコア部１９の表面には、図示していないが、電気絶縁物としてのエポキシ系若しくはナイロン系の塗料またはワニスを電気用品取締法などで要求されている厚み以上に塗布することにより、電気絶縁層が形成されている。
【００１７】
図３（ａ）は、上記コア部１９の全表面を被覆する状態にインサート形成されてなるボビン７を示す斜視図、同（ｂ）はそのボビン７の一部破断した斜視図を示す。このボビン７には、上述したコア被覆部９、スリット状挿通部１０、ボス部１１、連結部１２、一対の係止片１３，１４、ストッパ用突起部１７および係合溝１８が一体成形されている。このボビン７の成形用樹脂としては、コア部１９をインサート成形するに適しているとともにコア部１９とコイル部８とを電気絶縁するのに適した材料であって、使用環境に適したものであれば良く、最適な成形用樹脂を挙げれば、耐熱性樹脂としてのＰＢＴやＰＥＴなどである。
【００１８】
図４（ａ）は上記コイル部８の製作過程を示す斜視図、（ｂ）はその製作完了状態のコイル部８を示す斜視図である。コイル部８は、（ａ）に示すように、断面矩形状の巻線２０を挿通させた筒状の巻回部材２１が巻回装置（図示せず）によって角柱状の治具２２の周囲に回動されることにより、治具２２に巻線２０が巻き付けられることによって空芯状に形成される。その巻線２０の所要回数の巻き付けが終了すると、リード端子８ａ，８ｂとなる部分の両端部がそれぞれ一対のチャッキング部材２３ａ，２３ｂ、２４ａ，２４ｂで挟み付けられて、先端側を挟み付けているチャッキング部材２４ａ，２４ｂが矢印で示す一方向に回転される。
【００１９】
これにより、リード端子８ａ，８ｂはスパイラル状に捩じられる。そののち、治具２２が引き抜かれることにより、（ｂ）に示す空芯状のコイル部８が出来上がる。このコイル部８は、一般的な電気用品としての断面矩形状の線材の表面にエナメルなどで電気絶縁した巻線２０を用いて形成される。また、巻線２０としては、断面形状が四角形、台形または長方形などの何れをも用いることができ、要は断面矩形状であってボビン７のコア被覆部９に巻装するのに適した断面形状のものを選択すればよい。
【００２０】
図５は、コイル部８をボビン７のコア被覆部９に外嵌状態に取り付けるための取付装置におけるボビン支持機構２３とこれに取り付ける前のボビン７を示す斜視図である。このボビン支持機構２３は、ボビン７の円筒状ボス部１１の貫通孔１６の内径よりも大きい径を有する回転軸２４と、ボス部１１の貫通孔１６に嵌入することのできる外径とボス部１１の筒心方向の長さとほぼ同一の長さとを有して、回転軸２４の上端面に同心状の配置で突設された支軸部２７と、支軸部２７の中央部に上方から形成された雌ねじ孔２８に螺入するためのねじ２９とを備えて構成されている。また、支軸部２７の外面には、ボス部１１の係合溝１８に係入することのできる係合条部３０が軸心方向に沿って形成されている。
【００２１】
そして、コア部１９を被覆したボビン７は、係合溝１８を係合条部３０に対し嵌入できるよう合致させた位置決め状態として、ボス部１１の貫通孔１６に支軸部２７を挿入させながらボス部１１を回転軸２４の上面に載置することにより、係合溝１８と係合条部３０との係合によって回転軸２４と一体回転する状態でボビン支持機構２３に取り付けられる。このとき、ボス部１１と支軸部２７とは各々の上面がほぼ面一となる。さらに、ボビン７は、ねじ２９が支軸部２７の雌ねじ孔２８にねじ込み締結されることにより、図６に示すように、ボビン支持機構２３に抜け止め状態に固定される。
【００２２】
続いて、図６に示すように、固定状態のボビン７は、ボビン支持機構２３の回転軸２４が矢印方向に回転されることにより、支軸部２７を介して回転軸２４と一体に矢印方向に回転されていく。これに対し空芯状のコイル部８は、図示しない送り機構に保持されながら矢印方向に移送されて、ボビン７のスリット状挿通部１０からコア被覆部９に対し外嵌状態に挿入されていく。このとき、コイル部８は、ストッパ用突起部１７におけるコイル部８の移送方向に向け上がり勾配となった傾斜面に摺動しながらストッパ用突起部１７に対しスムーズに順次乗り越えていく。
【００２３】
回転軸２４は、コイル部８の移送開始に対し予め設定されたタイミングで、且つ所定の回転速度で回転され始めるとともに、予め設定された時間だけ回転して停止する。この回転軸２４が回転停止した時点では、コイル部８の移送方向の先端部が一対の係止片１３，１４に当接し、且つコイル部８の移送方向の後端部がストッパ用突起部１７を乗り越えてストッパ用突起部１７の端面に当接している。したがって、コイル部８は、両端部を一対の係止片１３，１４とストッパ用突起部１７とで抜け止めされて、コア被覆部９に外嵌状態に保持される。これにより、ボビン７のコア被覆部９へのコイル部８の巻装工程を完全自動化することが可能となる。最後に、コイル部８が巻装されたボビン７は、ねじ２９を弛めて支軸部２７から取り外したのちに、支軸部２７から抜き取られ、コイル部８が所要形状に整形されることにより、図１に示した一実施の形態のトロイダルコイルとなる。ボビン支持機構２３には、次のボビン７が上述と同様の手順で取り付けられて、以後、上述と同様の工程が繰り返される。
【００２４】
上述のトロイダルコイルの製造方法では、機械化された別工程で形成した空芯状のコイル部８を、コア部１９をインサート成形して得られたボビン７のコア被覆部９に対し機械化した工程によって自動的に巻装することができるので、作業者の手作業による工程が無くなってトロイダルコイルを高能率に大量生産することが可能となる。また、ボビン７は、コイル部８が巻装されるコア被覆部９の内部空間を利用して一体成形したボス部１１によってコイル部８の巻装に支障のない状態でボビン支持機構２３に取り付けられるとともに、ボス部１１に形成した係合溝１８によって回転軸２４に対し一体回転するよう位置決めされる。コア被覆部９に巻装されるコイル部８は、一対の係止片１３，１４およびストッパ用突起部１７によってコア被覆部９に対し抜け止め状態に保持される。そのため、ボビン７に一体成形した種々の形状を利用することによってトロイダルコイルの組立工程の機械化を達成でき、簡単な工程によって所要のトロイダルコイルを得ることができる。
【００２５】
なお、ボビン支持機構２３に取り付けたボビン７の固定手段としては、上記実施の形態においてねじ２９を用いる場合を例示しているが、支軸部２７に対する脱着がねじ２９よりも容易な他の周知の手段を用いて、量産性の一層の向上を図ることもできる。
【００２６】
また、図３（ａ）に示すボビン７の二つの係止片１３，１４のコア被覆部９からの突出長Ｃ，Ｄは、コイル部８の厚みよりも大きく設定すれば、コイル部８のコア被覆部９からの抜脱を一層確実に防止できるとともに、製作完了したトロイダルコイルを実装用回路基板４などに実装する際に、コイル部８を実装用回路基板４の表面から浮かした状態に支持できるから、コイル部８の放熱特性が向上する利点がある。また、上記実施の形態のようにコア被覆部９の両側にそれぞれ突出する二つの係止片１３，１４を備えていることは、トロイダルコイルの実装用回路基板４などへの実装に際しての取付面の自由度が得られることになる。
【００２７】
なお、係止片１３，１４は何れか一方側のみ或いは全く設けなくても、コア被覆部９に外嵌状態に取り付けられていくコイル部８の先端の位置決めおよび抜脱防止は、連結部１２で行えるので、特に支障が生じない。また、傾斜面を有するストッパ用突起部１７におけるコイル部８が当接する当接面の高さＥは、コイル部８の厚みの少なくとも１／１０以上に設定すれば、コイル部８を確実に抜け止めできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のトロイダルコイルによれば、コイル部を断面矩形状の巻線を用いて構成したので、巻線の巻き回数を多くして性能向上を図りながらも小型化を達成することができ、それに加えて、コイル部のリード端子に捩じる整形加工を施したので、このリード端子を任意の方向に自由に、且つ容易に曲げて実装用回路基板の取付孔に極めて容易に挿入することができる。
【００２９】
また、本発明のトロイダルコイルの製造方法によれば、コイル部を、機械化された別工程で巻線を巻装して空芯状に形成したのちにリード端子部に捩じる整形加工を施して製作でき、コイル部を、ボビン支持機構の支軸部にボス部を介して取り付けたボビンのコア被覆部に対しスリット状挿通部から外嵌状態に挿入させることによって自動的に巻装することができる。したがって、このトロイダルコイルは、コイル部の製作およびコイル部のボビンへの巻装を何れも機械化した簡単な自動工程によって行うことができ、本発明のトロイダルコイルを高能率に大量生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るトロイダルコイルを示す斜視図。
【図２】同上トロイダルコイルにおけるコア部を示す斜視図。
【図３】（ａ）は同上トロイダルコイルにおけるボビンを示す斜視図、（ｂ）はそのボビンの一部破断した斜視図。
【図４】（ａ）は同上トロイダルコイルにおけるコイル部の製作過程を示す斜視図、（ｂ）はその製作完了状態のコイル部を示す斜視図。
【図５】同上トロイダルコイルの製造過程におけるボビン支持機構にボビンを取り付ける状態を示す斜視図。
【図６】同上トロイダルコイルの製造過程におけるコイル部をボビンへ取り付ける状態を示す斜視図。
【図７】従来のトロイダルコイルを実装用回路基板に取り付ける状態を示す斜視図。
【図８】従来の他のトロイダルコイルを実装用回路基板に取り付ける状態を示す斜視図。
【符号の説明】
７ ボビン
８ コイル部
８ａ，８ｂ リード端子
９ コア被覆部
１０ スリット状挿通部
１１ ボス部
１２ 連結部
１９ コア部
１９ａ スリット状切欠き部
２０ 巻線
２３ ボビン支持機構
２７ 支軸部

Claims (3)

1. コア部と、
   前記コア部の全表面を被覆するボビンと、
   前記ボビンにおける前記コア部を被覆するコア被覆部の周囲に巻装されたコイル部とを備えてなり、
   前記コイル部は、断面矩形状で１本の線からなる巻線を用いて形成されているとともに、両リード端子のみに捩じる整形加工が施されていることを特徴とするトロイダルコイル。
2. コイル部の両リード端子に、スパイラル状に捩じる整形加工が施されている請求項１に記載のトロイダルコイル。
3. 筒状体の一部にスリット状切欠き部を有して平面視ほぼＣ字形状となったコア部を製作する工程と、
   前記コア部の全表面を被覆する平面視ほぼＣ字形状のコア被覆部と、このコア被覆部の内部において同心状に位置する筒状ボス部と、前記コア被覆部におけるスリット状挿通部の一側面から面一の配置で前記ボス部まで延出して前記ボス部と前記コア被覆部とを連結する連結部とを一体に備えたボビンを製作する工程と、
   巻線を空芯状に巻装したコイル部を製作する工程と、
   前記コイル部の両リード端子に捩じる整形加工を施す工程と、
   前記ボス部の支軸部への外嵌によってボビン支持機構に取り付けた前記ボビンの前記コア被覆部に対し前記コイル部を前記スリット状挿通部から外嵌するよう移送することにより、前記コイル部を前記コア被覆部に巻装する工程とを備えていることを特徴とするトロイダルコイルの製造方法。

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