JP3955427B2 - リニアモータ用コイルユニットの単体コイル及びその巻き型 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータ用コイルユニットの単体コイル及びその巻き型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニアモータは、構造が簡潔で部品点数が少なく、可動体を直線的に駆動できる上に、その駆動が正確かつ迅速である。そのため、例えば半導体製造用の露光装置や高精度な工作機械等、あらゆる分野の直線駆動装置、或いは位置決め装置として広く利用されている。
【０００３】
リニアモータは、一般に、磁石を有する磁極ユニットと、コイルを有するコイルユニットとから構成され、その何れか一方が固定体として基台に固定され、他方が可動体として移動テーブル等に連結される。磁極ユニットとコイルユニットは一定の隙間を有して対向、配置される。両者間に磁力を発生させると、この磁力を推力として前記隙間を維持した状態で非接触で可動体が駆動される。
【０００４】
リニアモータの形態の１つとして、多極多相型の直流リニアモータが例えば特開平４−７５４６２号公報に開示されている。このリニアモータでは、隣接する磁極が異極となるようにＮ／Ｓ極の磁極を複数配置することにより磁極ユニットを形成している。又、複数個の単体コイルを結線することによって全体として１個のコイルユニットを形成している。
【０００５】
コイルユニットを構成する個々の単体コイルは、全体がほぼ矩形のリング状とされている。この矩形の４つの辺のうち、移動方向に対して直交する形で対向する２辺がリニアモータの可動体の推力発生に寄与する一対の有効導体部として機能する。他の対向する２辺は有効導体部を連結する一対の連結導体部を形成しており、この部分はリニアモータの推力発生には特に寄与しない。
【０００６】
有効導体部に作用する磁束密度をＢ（Ｔ）、有効導体部中に流れる電流をＩ（Ａ）、有効導体部の長さをＬ（ｍ）とすると、リニアモータの推力Ｆ（Ｎ）は、Ｆ＝ＢＩＬとなる。さらに、コイル単体の巻き数ｎとすると、Ｆ＝ＢｎｉＬとなる。ただしｉは導線１本当たりの電流である。
【０００７】
このことから、定められた寸法、或いは構成部材の各種諸元の下で、推力Ｆをできるだけ大きく確保するには、コイル単体の巻き数ｎを大きくする必要があることがわかる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、巻き数ｎを大きくすると、有効導体部のみならず連結導体部の横断面もその面積が大きくなるため、複数の単体コイルを連結してコイルユニットを形成する場合の各単体コイルの収まりが問題となる。
【０００９】
それは、リニアモータに使用されるコイルユニットの場合、各単体コイルの有効導体部を走行方向に密に並べる関係上、各々の単体コイルの連結導体部の存在が邪魔になり、この連結導体部をどのように処理した上で複数の単体コイルを連続的に並べるかが重要な問題となるためである。
【００１０】
例えば、米国特許Ｒｅ３４，６７４においては、有効導体部の端部付近がコイル平面（有効導体部の軸中心を含む平面）から曲折された単体コイルを、該曲折の程度を変えて３種類用意している。即ち、連結導体部のコイル平面からのオフセット態様が異なる３種類の単体コイルを用意し、これらを走行方向に順次並べ、連結導体部同士の干渉を防止しながら各々の単体コイルの有効導体部が密に整列し得る構成を採用している。
【００１１】
しかしながら、この構成は、結果として３種類の単体コイルを必要とし、製造コストが上昇する上に、３種類の連結導体部がそれぞれ独自の走行空間（走行方向横断面における投影面積）を占めるため、全体として連結導体部周りのスペースが非常に大きくなってしまうという問題がある。
【００１２】
特に、コイルの巻き数ｎを増やして有効導体部の横断面積を大きくとり、モータの推力（駆動性能）を高めようとした場合には、それに合わせて連結導体部の横断面積も大きくなり、連結導体部の占める走行空間が非常に大きくなってスペース効率を高めたモータ設計ができない。
【００１３】
また、例えば、コイルユニットからの発熱の影響を回避するためにコイルユニット全体を冷却用の密封容器に収容したりするような場合には、連結導体部の占めるスペースが大きくなると、コイルユニットをこの密封容器の中に収容した状態で、磁石ユニットを有効導体部に対して適正な隙間を維持した上で配置するという設計が困難となる場合も生じた。
【００１４】
このような点に鑑み、発明者らは先に、特願平１１−２７３５７９において、これらの欠点を改善したリニアモータ用単体コイル或いはこの単体コイルを用いたコイルユニットを提案した。この特願平１１−２７３５７９に係る技術は、現時点において未公知の技術ではあるが、本発明が解決しようとする上記問題、或いは本発明の有効性を適正に把握するための参考となるので、ここで簡単に説明する。
【００１５】
この技術では、図８の（ａ）に示すようなコイルシート３を、その大きさを少しずつ変えて複数枚重ね、（ｂ）に示すように、結果としてコイル平面ＣＰに対して有効導体部４の端部を連結導体部６ごとほぼ直角に大きく曲折した形状に形成した鞍型の単体コイル２を使用する。即ち、同図（ｃ）に示されるように、走行方向Ａに対して連結導体部６が右側に折り曲げられた単体コイル同士２ａと左側に折り曲げられた単体コイル同士２ｂが相互に相手方の有効導体部４ａ、４ｂの間に入り込みようにしてほぼ隙間なく密に整然と並べられる。個々の単体コイル２はコイルユニット１０の仕様に合わせて相互に結線され、１個のリニアモータ用のコイルユニットが形成される。
【００１６】
３相で駆動する場合には、隣接する単体コイル２の電流の位相は１２０度ずつずらされ、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相コイルユニットとされる。リニアモータの構成単位となる１極は、磁石配列の１つのＮ／Ｓ極から隣接するＮ／Ｓ極までで定義される。これに対応する単体コイル２の個数は（１極当たり）Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３個となる。
【００１７】
上記米国特許Ｒｅ３４、６７４を含め、従来一般に流通しているリニアモータのコイルユニットは、走行方向を基準にして連結導体部が右又は左に折れ曲がる態様の異なる３種類の単体コイルを組み合わせることによってコイルユニットを形成しており、走行方向（Ａ方向に一致）に垂直な断面で見た場合に３相分のコイル断面が現れるのが特徴である。これは、走行方向横断面における投影面積が少なくとも連結導体部の横断面３個分の面積を有していることを意味する。
【００１８】
これに対し、特願平１１−２７３５７９号に係るコイルユニット１０では単体コイル２の種類は１種類のみであり、これを左右に振り分けて組み合わせるだけでコイルユニット１０を形成している。したがって同断面には２相分のコイル断面だけが現れるのが大きな特徴である。これは、走行方向横断面における投影面積が基本的に連結導体部の横断面２個分の面積を有しているだけであることを意味する。
【００１９】
このほか、ａ）わずか１種類のみの単体コイル２でコイルユニット１０を形成していること、ｂ）有効導体部４の長さＬo に対して連結導体部６の長さＷo が可能な限り短く形成され、しかも有効導体部４が隙間なく並んでいること、ｃ）一対の連結導体部６を有効導体部４に対してほぼ直角に折り曲げた形状を有しており、連結導体部６が最短の長さ或いは最小の専有スペースのみを占める状態で各有効導体部４を連結していること、などの理由から、この特願平１１−２７３５７９に係る単体コイル２或いはコイルユニット１０は非常に有益な利点を多く得ることに成功している。
【００２０】
本発明は、この特願平１１−２７３５７９号に係る単体コイルのスペース効率を更に高めることを目的としたもので、特に、有効導体部から連結導体部が進行方向左右側に突出する幅を一層短縮し、よりコンパクトな設計を可能とすると共に、磁石ユニットの配置を含めた総合的な設計をより容易化することをその目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、全体がほぼ矩形のリング状とされ、前記矩形の対向する２辺がリニアモータの可動体の推力発生に寄与する一対の有効導体部として、他の対向する２辺が該有効導体部を結ぶ一対の連結導体部としてそれぞれ機能するリニアモータ用コイルユニットの単体コイルにおいて、前記一対の有効導体部のそれぞれの軸中心を含む平面をコイル平面と定義したときに、このコイル平面に対して、前記有効導体部の端部付近がほぼ直角に曲折されることによって、前記一対の連結導体部がコイル平面からオフセットされた状態で該コイル平面と平行に延在された状態とされ、且つ、該連結導体部の横断面の形状が、この延在状態において、コイル平面とほぼ直角の平行辺と、コイル平面に対向し且つコイル平面に対してコイル内周側からコイル外周側に向かって連結導体部がオフセットされた方向と逆の方向に傾斜した傾斜辺と、を有するほぼ台形の形状とされたことにより、上記課題を解決したものである。
【００２２】
この発明に係る単体コイルは、特願平１１−２７３５７９号に係る単体コイルの形状をベースとしている。即ち、有効導体部の端部付近がコイル平面からほぼ直角に曲折され、このほぼ直角の曲折によってコイル平面から連結導体部がオフセットされている（平行に外されている）。その上で、該連結導体部の横断面の形状がほぼ台形とされ、特にコイル平面に対向している（対峙している）部分が、（コイル内周側からコイル外周側に向かって）連結導体部がオフセットされた方向と逆の方向に「傾斜」した形状とされている。
【００２３】
この結果、連結導体部のオフセット長さをより短くすることができるようになり、当該単体コイルを用いてコイルユニットを形成した場合に連結導体部の走行方向横断面における投影面積を一層小さくすることができるようになる。なお、この「傾斜」のもたらす作用効果については後に詳述する。
【００２４】
更に、連結導体部の外周は、横断面が台形とされていることから、コイル平面と直角又は平行になるため、取り付け部材側或いは磁極ユニット側に対する収まりも良好である。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、前記傾斜辺のコイル平面に対する傾斜角度が、３〜３０度の範囲に設定されたことを特徴としている。
【００２６】
この発明は、本発明を「傾斜の角度」の観点でより具体化したものである。本発明は、連結導体部がほぼ直角に曲折された状態でオフセットされ、且つ前記「傾斜」の存在が認められれば、それなりの効果を有することができる。しかしながら、請求項２に記載の発明のように、この傾斜の角度が３〜３０度の範囲に設定された場合には、その効果をより端的に得ることができるようになる。なお、更に好ましい傾斜の角度は、５〜２０度の範囲である。
【００２７】
請求項３に記載の発明は、前記有効導体部が前記コイル平面と平行な側面を有し、前記傾斜辺が、この側面のうち連結導体部がオフセットされた側の側面を含む平面と、コイル平面との間に位置していることを特徴としている。
【００２８】
この発明は、本発明を「傾斜辺の形成位置」の観点でより具体化したものである。この位置に傾斜辺が形成されていると、連結導体部の横断面の一部が有効導体部の横断面の延長線上と確実に重なる位置にまで、連結導体部をコイル平面に近付けることができ、オフセット長さをほぼ最小とすることができるようになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態の例を詳細に説明する。
【００３０】
図１は本発明の実施形態に係るリニアモータ用コイルユニットの単体コイルを示すもので、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の矢示ＩＢに沿う断面図である。
【００３１】
この単体コイル１２は、全体がほぼ矩形のリング状とされており、この矩形の対向する２辺がリニアモータの可動体の推力発生に寄与する一対の有効導体部１４として機能し、他の対向する２辺が該有効導体部１４を結ぶ一対の連結導体部１６として機能する。
【００３２】
ここで、便宜上、有効導体部１４のそれぞれの軸中心０１、０２を含む平面をコイルＣＰ平面と定義する。
【００３３】
このコイル平面ＣＰに対して、有効導体部１４の端部付近がほぼ直角に曲折されている。それにより一対の連結導体部１６は、コイル平面ＣＰからオフセットされた状態で該コイル平面ＣＰと平行に延在された状態とされている。
【００３４】
一方、該連結導体部１６の横断面の形状は、この延在状態において、コイル平面ＣＰとほぼ直角の平行辺１６ａ、１６ｂと、コイル平面ＣＰに対向し且つコイル平面ＣＰに対してコイル内周側からコイル外周側に向かって連結導体部１６が曲折された（オフセットされた）方向と逆の方向に傾斜した傾斜辺１６ｃと、反コイル平面側の辺１６ｄを有するほぼ台形の形状とされている。
【００３５】
この結果、コイル平面ＣＰ側に傾斜辺１６ｃが位置し、一方、連結導体部１６の外周は、（この台形の２つの平行辺１６ａ、１６ｂのうちの１つである）辺１６ａと辺１６ｄとがそれぞれ位置することになるため、コイル平面ＣＰと直角又は平行な平面が現れることになる。
【００３６】
傾斜辺１６ｃのコイル平面ＣＰに対する傾斜角度θは、この実施形態では約１５度に設定されている。なお、この傾斜角度は３〜３０度の範囲に設定されているのが良く、より好ましくは２〜２０度の範囲に設定されているのが良い。
【００３７】
前記有効導体部１４はその断面が矩形状とされ、コイル平面ＣＰと平行な側面１４ａ、１４ｂ及びこれと直角な外側面１４ｃ、１４ｄを有する。傾斜辺１６ｃは、このうち曲折した側の側面１４ａを含む平面ＥＰと、コイル平面ＣＰとの間に位置している。
【００３８】
なお、連結導体部１６の断面形状における「台形」は、発明の性質上必ずしも幾何学上の正確な台形である必要はなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で角を丸めたり或いは各辺１６ａ〜１６ｄが若干湾曲していたとしても、本発明の「台形」の範疇に含まれる。
【００３９】
次にこの単体コイル１２を用いたコイルユニット６０をリニアモータＬＭ用に適用する場合の構成・作用を説明しながら、該単体コイル１２の形状に基づく作用について説明する。
【００４０】
先ず、図２、３、及び再び特願平１１−２７３５７９号に係る図８を兼用参照してリニアモータＬＭの構成から説明する。複数の単体コイル１２はＵ、Ｖ、Ｗ相用の単体コイル１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗとして用いられる。これら３相の単体コイル１２の組立ては、次のようにして行う。即ち、まず各単体コイル１２における有効導体部１４の外側面１４ｃを隙間なく隣接させると共に、連結導体部１６を走行方向Ａに対してそれぞれ逆側に折り曲げた単体コイル群を２列用意する（図３における上側に逆Ｕ字状に配置された単体コイル群の列と下側にＵ字状に配置された単体コイル群の列）。次いで、一方の群の１つの有効導体部１４の開口部の中に他方の群の２つの有効導体部１４の端部が入り込み、結果として有効導体部１４が等ピッチで並ぶように各群の単体コイル１２同士を対向させる。ここで図３に示されるように、一方の単体コイル群もＵ、Ｖ、Ｗ、Ｕ、Ｖ、Ｗ…の順に並べ、他方の単体コイル群もＵ、Ｖ、Ｗ、Ｕ、Ｖ、Ｗ…の順に並べる。そして一方の単体コイル群のＵ相の単体コイル１２の有効導体部１４の間に他方の単体コイル群のＶ相およびＷ相の有効導体部１４の端部が介在されるように両単体コイル群の位相を調整する。
【００４１】
すると、走行方向に沿ってＵ、Ｖ、Ｗ相の各有効導体部１４の断面が連続して並ぶようになる。この配列は、有効導体部１４に対して連結導体部１６がほぼ直角に折れ曲がる単体コイル１２を用いることによって可能となるものであるが、走行方向に垂直な断面で見ると２相分のコイルだけが現われており（図２参照）、単体コイル１２の種類が１種類のみで済むという極めて有利な配列である。
【００４２】
図２の（Ａ）は特願平１１−２７３５７９における単体コイルの組付状態を示したものであり、同図（Ｂ）は本実施形態に係るそれを示している。特願平１１−２７３５７９の構成に係るコイルユニット１０においては、これ自体従来のコイルユニットと比べるとかなりコンパクトになっている。しかしながら、図２の（Ａ）から明らかなように、連結導体部６の走行方向に対する左右幅（連結導体部６の組付状態でのトータルのオフセット幅）Ｗ１をかなり大きくしないと隣接する単体コイル２の連結導体部６同士の干渉が避けられない。
【００４３】
これに対し、本実施形態に係る単体コイル１２は、傾斜辺１６ｃがコイル平面ＣＰに対して連結導体部１６が曲折された（オフセットされた）方向と逆の方向に傾斜角度θを有し、しかもその位置が有効導体部１４の側面１４ａを含む平面ＥＰの内側（コイル平面側）に設定されている。その結果、この傾斜角度θの存在により連結導体部１６の横断面はコイル平面ＣＰ側に大きくシフトすることが可能になり、それにも拘わらず隣接する連結導体部１６の曲折部分の外周Ｇと傾斜辺１６ｃとの干渉は生じない。
【００４４】
従って、連結導体部１６の走行方向に対する左右幅（連結導体部１６の組付状態でのトータルのオフセット幅）Ｗ２を前記Ｗ１より短縮でき、無駄な領域（空間）Ｒをなくして一層コンパクトな収まりとすることができる。この短縮は、リニアモータＬＭの走行方向に対する左右幅方向の短縮に寄与し、同じ幅を確保できる場合にはより厚みのあるケーシングとすることができるため、より安定した走行を実現でき、また、設計によってはより強い推力を発生させるようにすることもできる。
【００４５】
更に、連結導体部１６の外周は、該連結導体部１６の横断面の台形の辺１６ａと辺１６ｄが現われることから、コイル平面ＣＰと直角又は平行になるため、取り付け部材側或いは磁極ユニット側に対する収まりも良好である。
【００４６】
次に、この単体コイルを１２の製造方法について説明する。
【００４７】
本発明に係る単体コイルは、具体的にどのような製造方法によって製造しても構わない。要は、最終的な形状が結果として本発明に係る形状を有していれば、本発明所定の効果を得ることができる。
【００４８】
特願平１１−２７３５７９においては、図８に示されるように、『まず厚さｔの平角線を同一平面上において所定回数巻回して矩形状のコイルシート３を形成した後、一対の連結導体部６を有効導体部４に対して同一方向にほぼ９０度折り曲げてコ字形のコイルシート３ａとし、且つこのコ字形としたコイルシート３ａをその幅及び曲げる位置を若干ずつ変えて複数枚用意してそれぞれを重ね合わせて１個の単体コイル２を得る』という技術を合わせて提案している。
【００４９】
しかしながら、この方法では本発明の要求する形状を必ずしも簡易には形成することはできない。しかも、幅及び曲げる位置を少しずつ変えた複数のコイルシートを積層することによって単体コイルを製造するというのは、コスト性、或いは設計変更の柔軟性という観点においても不利である。
【００５０】
そこで１本の導線から巻回によって本発明に係る単体コイルを製造すること可能とする方法をここで説明する。
【００５１】
図４は本発明にかかるリニアモータ用コイルユニットの単体コイルを製造するための巻き取り装置を模式的に示したものである。
【００５２】
図４では、単体コイル１２が巻き始められる状態が示されており、便宜上、単体コイル１２の素材となる導線Wが送り出される方向がＺ軸、水平方向の軸（連結導体部１６となる辺の回転中心軸）をＸ軸、鉛直方向の軸（有効導体部１４となる辺の回転中心軸）をＹ軸と定義している。
【００５３】
この巻き取り装置は、導線ＷをＺ軸方向に送り出す導線送り出し機（導線送り出し機構）２０と、送り出された導線Ｗを巻き取る巻線機３０とで構成されている。
【００５４】
まず導線送り出し機２０の構成から説明する。
【００５５】
この導線送り出し機２０は、基台２２、コイルボビン２４、ガイドローラ２６、及びガイドアーム２８を備える。
【００５６】
基台２２からは鉛直に（Ｙ軸方向に）一対の第１支柱２２ａ、一本の第２支柱２２ｂが立設されている。前記コイルボビン１４は第１支柱２２ａによってＸ軸周りに回転自在に支持され、巻回・保有している導線Ｗをリコイルして送り出す。前記ガイドローラ２６は、第２支柱２２ｂの頂部においてＸ軸周りに回転自在に支持され、コイルボビン２４から送り出された導線Ｗの送り出し方向をＺ軸方向に変える。前記ガイドアーム２８は、第２支柱２２ｂの側面に取り付けられ、導線Ｗの送り出される位置（座標）を確定・位置決めする。
【００５７】
一方、前記巻線機３０は、巻き型４０及び第１、第２回転機構５０、５２から主に構成されている。
【００５８】
巻き型４０は、自身の中心が前記Ｘ軸、Ｙ軸の原点Ｏに一致するように位置決め・配置される。この巻き型４０は単体コイル１２の矩形の頂点相当位置に導線Ｗの係止部Ｐ１〜Ｐ４を有し、自身の回転によって導線Ｗを矩形状に巻き取る際にそのベースとして機能する。
【００５９】
巻き型４０の具体的な構造を図２に示す。巻き型４０は第１ピース４２及び第２ピース４４からなる。
【００６０】
第１ピース４２は、有効導体部１４となるべき２辺１４Ａの内側に配置される。この第１ピース４２は連結導体部１６となるべき２辺１６Ａの外側にまで延在され該連結導体部１６がそれぞれ巻回される一対の第１巻回部４２ａを有する。
【００６１】
第２ピース４４は、連結導体部１６となるべき２辺１６Ａの内側に配置される。この第２ピース４４は有効導体部１４となるべき２辺１４Ａの外側にまで延在され該有効導体部１４がそれぞれ巻回される一対の第２巻回部４４ａを有する。
【００６２】
第１ピース４２の第１巻回部４２ａは、該第１巻回部４２ａの端部側に向かうに従って、前記第２ピース側からより大きく離反するように傾斜して形成されている。これは、前記「台形の傾斜辺１６ｃ」を形成するためのガイドとなるものである。
【００６３】
第１ピース４２の第１巻回部４２ａ、及び第２ピース４４の第２巻回部４４ａのそれぞれの端部には、折り返し部４２ｂ、４４ｂが、相手ピース側に向けてそれぞれ突出・形成されている。折り返し部４２ｂは、前記「台形の平行な辺１６ａ」を形成するためのガイドとなるもので、この折り返し部４２ｂの存在により連結導体部１６における導線Ｗの巻き取り状態が整形され、該連結導体部１６の断面がほぼ「台形」に維持される。
【００６４】
又、折り返し部４４ｂの存在により有効導体部１４における導線Ｗの巻き取り状態が整形され、該有効導体部１４の断面がほぼ矩形状に維持される。
【００６５】
第１ピース４２と第２ピース４４は、複数のボルト３２を介して十字状に且つ分解可能に重ねられている。十字状に重ねると、第１ピース４２の第１巻回部４２ａ及び第２ピース４４の第２巻回部４４ａがそれぞれ相手側ピース４４、４２の外側にまで延在する形となり、このときに形成される４つの交差部がそれぞれ導線Ｗの係止部Ｐ１〜Ｐ４として機能する。
【００６６】
前記第１回転機構５０は、Ｘ軸に沿って巻き型４０の第２ピース４４に押え体５３ａ、５３ｂ及びボルト５５を介して一体的に設けられたシャフト５４、このシャフト５４を回転自在に支持する一対の第３支柱５６、５６（図４）、及び該シャフト５４と一体化された円板５８、該円板５８を回転させるための取っ手６０からなる。即ち、この実施形態においては手動で巻き型４０をＸ軸周りに回転させる構成を採用している。
【００６７】
前記第２回転機構５２は、巻き型４０及び第１回転機構５０の全体をＹ軸を中心にして回転可能とする回転基台６２によって主に構成される。この回転基台６２は、第１回転機構５０の取っ手６０、円板５８及び第３支柱５６を介して手動にて回転される。従って、取っ手５８、円板６０、及び第３支柱５６は、第１回転機構５０の一部を構成すると共に第２回転機構５２の一部を兼ねていることになる。
【００６８】
なお、図の符号７０、７２は、それぞれ第１回転機構５０及び第２回転機構５２の回転回数をカウントして表示するカウンタである。
【００６９】
この実施形態では、このように半自動で巻き型４０を回転させる構成を採用しているが、本発明に係る単体ユニットは、上記巻き型４０を用いれば、完全に人の手による巻回によっても製造可能である。
【００７０】
逆に、円板５８或いは回転基台６２を図示せぬモータによって電気的に回転させるようにして完全自動化の方向に発展させてもよい。この場合には、各モータの回転は導線送り出し機２０からの導線Ｗの送り出し速度Ｓが一定となるように制御するようにすると、導線Ｗの張力Ｔｅをほぼ一定に保つことができ、巻きむらのない円滑な巻き取りを行うことができる。導線Ｗの送り出し速度Ｓは、ガイドローラ２６の回転速度と対応するため、例えばこのガイドローラ２６に回転速度センサ（図示省略）を付設することにより検出することができる。
【００７１】
次に、巻き型４０の作用を中心にしてこの巻き取り装置の作用を説明する。
【００７２】
図４〜図６を参照して、コイルボビン２４、ガイドローラ２６、ガイドアーム２８を介してＺ軸方向に送り出された導線Ｗは、巻き型４０の係止部Ｐ１の部分で折り曲げられ、図６の（ａ）に示すような最初の有効導体部１４ｆが形成された初期状態とされる。この初期状態の形成に当たっては、導線Ｗ自体を直接折り曲げてもよく、巻き型４０のＸ軸回りの回転と組み合わせて行ってもよい。
【００７３】
この状態から巻き型４０は第２回転機構５２によりＹ軸を回転中心として１８０度回転される。この回転によって先ず係止部Ｐ１において捻れが発生し、導線Ｗが該係止部Ｐ１で強固に係止される。その上で、この係止部Ｐ１を起点（或いは始点）として、終点に相当する係止部Ｐ２にまで新しく供給される導線Ｗに沿うようにして巻き型４０が回転し、（ｂ）に示されるように、最初の連結導体部１６ｆが張り渡される。この「張り渡し」は新しく供給されるストレスフリーの導線Ｗに巻き型４０が「寄り添う」ような態様で行われるため、Ｚ軸−連結導体部１６を含む平面上においてサイドフォース（捻れストレス）のほとんど発生しない状態で行うことができる。即ち、異形コイルでありながら係止部Ｐ１で発生した捻れは、次の係止部Ｐ２にはほとんど伝搬されない。
【００７４】
（ｂ）の状態が形成されると、巻き型４０はＸ軸を回転中心として１８０度回転される。この回転によって今度は係止部Ｐ２において捻れが発生し、導線Ｗが該係止部Ｐ２で強固に係止される。その上で、この係止部Ｐ２を起点（或いは始点）として、新しい終点に相当する係止部Ｐ３にまで導線Ｗに沿うようにして巻き型４０が回転し、（ｃ）に示されるように、次の有効導体部１４ｓが張り渡される。この「張り渡し」も新しく供給されるストレスフリーの導線Ｗに巻き型４０が「寄り添う」ような態様で行われるため、Ｚ軸−有効導体部１４を含む平面上においてサイドフォース（捻れストレス）のほとんど発生しない状態で行うことができる。即ち、係止部Ｐ２で発生した捻れも、次の係止部Ｐ３にはほとんど伝搬されない。
【００７５】
その後は再びＸ軸を中心として巻き型４０は１８０度回転され、前述した（ａ）における係止部Ｐ１からＰ２に至る張り渡しとまったく同様に係止部Ｐ３からＰ４への張り渡しが行われる。その結果、次の連結導体部１６ｓが張り渡され、（ｄ）のような状態となり、１周分の巻回が完了する。
【００７６】
以降、（ａ）〜（ｄ）の操作が繰り返され、カウンタ７０、７２が所定の巻回回数（巻き数）を示した段階で巻き取り操作が終了される。
【００７７】
以上の説明から明らかなように、いずれの有効導体部１４が巻回されるときも、又、いずれの連結導体部１６が巻回されるときも、常に導線Ｗを係止部Ｐ１〜Ｐ４のいずれかに係止させた状態で、当該係止部を中心として９０度折れ曲げるような態様で該導線Ｗが巻回されることになる。
【００７８】
そのため、たとえ有効導体部１４に対して２つの連結導体部１６がそれぞれ同一の方向に大きく折れ曲がるような特殊な形状の異形コイルであっても、有効導体部１４及び連結導体部１６は、双方ともそれぞれの巻回に最適な方向及び角度で導線送り出し機２０から新たな導線Ｗの供給を受けることができる。従って、必要以上に巻回張力を高めなくても無理なく且つ整然と導線Ｗを巻回していくことができる。
【００７９】
又、巻線機３０の第１、第２回転機構５０、５２は常に同一度方向に巻き型４０を回転させているものの、巻き型４０はこれによってＸ軸、Ｙ軸を中心として交互に反転させられるため、導線Ｗに対する巻き型４０の回転という観点で観察した場合には、
１）連結導体部１６と平行な軸を中心に１８０度正転（（ｄ）→（ａ））、
２）有効導体部１４と平行な軸を中心に１８０度正転（（ａ）→（ｂ））、
３）連結導体部１６と平行な軸を中心に１８０度逆転（（ｂ）→（ｃ））、
４）有効導体部１４と平行な軸を中心に１８０度逆転（（ｃ）→（ｄ））、
の４態様を繰り返すことになり、巻回が１周すると、正転によって捻れた導線Ｗが逆転によって丁度元に戻される態様となる。従って、何回巻回しても捻れが累積しない。
【００８０】
更に、前述したように、新たな巻回は常にＺ軸−有効導体部１４の平面上、或いはＺ軸−連結導体部１６の平面上のいずれかにおいてサイドフォース（捻れストレス）の殆ど発生しない状態で行われるため、係止部と係止部との間の導線Ｗには捻れストレスがほとんどなく、所定の係止部によって発生した捻れが次の係止部にまで伝搬されにくい態様が形成される。
【００８１】
本実施形態に係る方法あるいは装置によって製造された単体コイル１２は、第１、第２巻回部４２ａ、４４ａの寸法（図４のＤ１、Ｄ２参照）の寸法や巻き数を選択することにより種々の形状とすることができる。また、有効導体部１４及び連結導体部１６の長さＬ１、Ｌ２も自由に選択することができ、これらをどのように設定しても巻回が不可能となることはない。
【００８２】
ところで、特願平１１−２７３５７９号にて採用されている方式は一般に「整列巻き」と称される方式に属し、本実施形態に係る方式は、（送り出し位置を制御しない限り）「乱巻き」と称される方式に属するものとなる。巻き型４０に導線Ｗを巻回して製造された単体コイル１２は、そのままでもその有効導体部１４の線密度（導体の線積率）は必ずしも低いわけではない。しかしながら、巻き取り後に成形処理・或いは圧縮処理を施すようにすると、有効導体部１４の線密度を一層高めることができ、乱巻き方式であっても整列巻きに比べて遜色のない線密度を得ることができる。また連結導体部１６及び有効導体部１４の横断面形状をより密度の高い「台形」或いは「矩形」に成形することができるようになる。
【００８３】
例えば、このようにして巻き取られた単体コイル１２は、巻き型４０に巻回した状態のまま、成形具７０が装着される。この状態を図７に示す。
【００８４】
成形具７０は、単体コイル１２が巻き取られたままの巻き型４０を挟み込むプレート７２、７４、７６、７８とで構成される。各プレート７２、７４、７６、７８には巻き型４０の形状に合致させるために凸部７２ａ、７４ａ、或いは凹部７６ａ、７８ａがそれぞれ形成されている。なお、図７では、締結用のボルト及びボルト孔の記載は省略されている。
【００８５】
成形具７０は、当初巻き型４０に対して仮締結され、この状態で導線Ｗに所定の電流が流される。この結果導線Ｗが発熱し、やがて導線Ｗの温度が塑性域にまで上昇した段階で成形具７０を仮締結状態から締め増す。この結果、該塑性域に入った導線Ｗを所定形状に成形できる。
【００８６】
また、成形により有効導体部１４及び連結導体部１６の各横断面の矩形及び台形形状、あるいは大きさに関してよりばらつきのない単体コイル１２を得ることができるようになる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、よりコンパクトな単体コイル、或いはこれを利用したコイルユニットを提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るリニアコイルようをコイルユニットの単体コイルを示すもので、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の矢示１Ｂ線に沿う断面図、
【図２】上記単体コイルを用いたコイルユニットの縦断面図
【図３】前記コイルユニット及び磁石ユニットをの配置を示す平面図
【図４】本発明の実施形態に係るリニアコイル用コイルユニットの単体コイルを製造するための巻き取り装置の概略を示す斜視図
【図５】上記巻き取り装置における巻き型の構成を示す、正面、平面、及び縦断面図
【図６】上記巻き取り装置における導線の巻回工程を示す斜視図
【図７】上記実施形態における成形具の構成を示す分解斜視図
【図８】特願平１１−２７３５７９号（未公知）において開示されているリニアモータ用コイルユニットの製造に係る工程を順を追って示す斜視図
【符号の説明】
ＬＭ…リニアモータ
２、１２…単体コイル
４、１４…有効導体部
１４ａ…側面
６、１６…連結導体部
１６ａ、１６ｂ…平行辺
１６ｃ…傾斜辺
θ…傾斜角度
１０、６０…コイルユニット
ＲＷ…巻き取り装置
２０…導線送り出し機（導線送り出し機構）
３０…巻線機
４０…巻き型
４２…第１ピース
４２ａ…第１巻回部
４２ｂ…折り返し部
４４…第２ピース
４４ａ…第２巻回部
４４ｂ…折り返し部
５０…第１回転機構
５２…第２回転機構
７０…成形具
Ｗ…導線
Ｐ１〜Ｐ４…係止部

Claims (4)

1. 全体がほぼ矩形のリング状とされ、前記矩形の対向する２辺がリニアモータの可動体の推力発生に寄与する一対の有効導体部として、他の対向する２辺が該有効導体部を結ぶ一対の連結導体部としてそれぞれ機能するリニアモータ用コイルユニットの単体コイルにおいて、
   前記一対の有効導体部のそれぞれの軸中心を含む平面をコイル平面と定義したときに、
   このコイル平面に対して、前記有効導体部の端部付近がほぼ直角に曲折されることによって、前記一対の連結導体部がコイル平面からオフセットされた状態で該コイル平面と平行に延在された状態とされ、且つ、
   該連結導体部の横断面の形状が、この延在状態において、コイル平面とほぼ直角の平行辺と、コイル平面に対向し且つコイル平面に対してコイル内周側からコイル外周側に向かって連結導体部がオフセットされた方向と逆の方向に傾斜した傾斜辺と、を有するほぼ台形の形状とされた
   ことを特徴とするリニアモータ用コイルユニットの単体コイル。
2. 請求項１において、
   前記傾斜辺のコイル平面に対する傾斜角度が、３〜３０度の範囲に設定されたことを特徴とするリニアモータ用コイルユニットの単体コイル。
3. 請求項１又は２において、
   前記有効導体部が前記コイル平面と平行な側面を有し、
   前記傾斜辺が、この側面のうち連結導体部がオフセットされた側の側面を含む平面と、コイル平面との間に位置している
   ことを特徴とするリニアモータ用コイルユニットの単体コイル。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の単体コイルを製造するための巻き型であって、
   前記有効導体部となるべき２辺の内側に収まると共に、前記連結導体部となるべき２辺の外側にまで延在され該連結導体部がそれぞれ巻回される一対の第１巻回部を有する第１ピースと、
   前記連結導体部となるべき２辺の内側に収まると共に、前記有効導体部となるべき２辺の外側にまで延在され該有効導体部がそれぞれ巻回される一対の第２巻回部を有する第２ピースとを、
   前記第１巻回部及び第２巻回部を互いに対向させた状態で十字状に且つ分解可能に重ねて成り、且つ、
   前記第１ピースの第１巻回部の端部に、前記台形の平行辺のガイドとなる折り返し部が、第２ピース側に向けてそれぞれ突出・形成されると共に
   該第１ピースの第１巻回部が、この第１巻回部の端部側に向かうに従って、前記第２ピース側からより大きく離反するように傾斜して形成され、
   前記第１ピースと第２ピースとを十字状に重ねた際に形成される４つの交差部に導線を順次係止させながら、導線を巻回することを可能とした
   ことを特徴とするリニアモータ用コイルユニットの単体コイルの巻き型。

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