JP4319132B2 - ボビンレスコイルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボビンを用いずに導線を巻回したボビンレスコイルの製造方法に関する。

電磁アクチュエータやモータに使用されるコイルは一般にボビンと呼ばれる絶縁体の周囲に巻回されるが、このボビンを廃止したボビンレスコイルが、下記特許文献１により公知である。このボビンレスコイルは、接着層付きテープをスパイラル状に巻き付けた導線を円筒状に巻回してコイル本体を構成した後、コイル本体の円周方向の複数個所を接着テープで固定して形状を保持している。
特開平１０−１７２８２３号公報

ところで上記従来のものは、導線を巻回するときにガイドとなるボビンが存在しないため、コイル本体の形状が不正確になり易い問題があった。また導線を全長に亘って接着しているため、大量の接着層付きテープが必要になるだけでなく、その接着層付きテープの巻き付け作業に多くの工数が掛かるという問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、最小の部品点数および最小の工数でボビンレスコイルを製造することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、円周方向に並ぶ複数個の圧縮部分により分割構成される円筒状のボビン治具の前記圧縮部分に、導線をテンションをかけつつコイル形状に巻回する第１工程と、前記圧縮部分を径方向外向きに移動させることで、前記ボビン治具に巻回した導線を塑性域まで径方向に圧縮してボビンレスコイルを形成する第２工程と、該ボビンレスコイルから前記ボビン治具を分離する第３工程とを含むことを特徴とするボビンレスコイルの製造方法が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第２工程で、ボビン治具に巻回した導線を軸線方向に圧縮することを特徴とするボビンレスコイルの製造方法が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、圧縮前の導線は円形断面の丸線であり、前記第２工程で隣接する導線間の間隙が消滅するまで該導線を塑性変形させることを特徴とするボビンレスコイルの製造方法が提案される。

請求項１の構成によれば、円周方向に並ぶ複数個の圧縮部分により分割構成される円筒状のボビン治具の前記圧縮部分に、テンションをかけつつコイル形状に巻回した導線を、前記圧縮部分を径方向外向きに移動させることで塑性域まで径方向に圧縮してボビンレスコイルを形成した後、該ボビンレスコイルからボビン治具を分離するので、ボビンや接着層付きテープを廃止して部品点数およびコストを削減しながら導線のほどけを防止することができ、しかもボビンを廃止した分だけボビンレスコイルの内径を減少させ、抵抗およびインダクタンスを減少させて電流応答性を高めることができる。なおこの場合、導線はテンションをかけつつボビン治具の圧縮部分に巻回されているので、ボビン治具の圧縮部分から径方向外向きの荷重が加わっても、コイル形状に巻回された導線の外径は殆ど増加することがない。

請求項２の構成によれば、コイル形状に巻回した導線を径方向に圧縮する際に軸線方向にも圧縮することにより、導線を一層確実に塑性変形させてコイル形状を更に安定させることができる。

請求項３の構成によれば、円形断面の丸線よりなる導線をボビン治具に巻回した後に塑性域まで圧縮して隣接する導線間の間隙を消滅させるので、ボビンレスコイルの占積率が向上するだけでなく、相互に接触する導線間の摩擦力を増加させてコイル形状を更に安定させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図７は本発明の一実施例を示すもので、図１は能動型防振支持装置の縦断面図、図２は図１の２部拡大図、図３はコイル組立体の製造工程の説明図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図３の５Ａ部および５Ｂ部拡大図、図６は完成したコイル組立体の縦断面図、図７は作用を説明するフローチャートである。

図１および図２に示すように、自動車のエンジンを車体フレームに弾性的に支持するために用いられる能動型防振支持装置Ｍ（アクティブ・コントロール・マウント）は、軸線Ｌに関して実質的に軸対称な構造を有するもので、概略円筒状の上部ハウジング１１の下端のフランジ部１１ａと、概略円筒状の下部ハウジング１２の上端のフランジ部１２ａとの間に、上面が開放した概略カップ状のアクチュエータケース１３の外周のフランジ部１３ａと、環状の第１弾性体支持リング１４の外周部と、環状の第２弾性体支持リング１５の外周部とが重ね合わされてカシメにより結合される。このとき、下部ハウジング１２のフランジ部１２ａとアクチュエータケース１３のフランジ部１３ａとの間に環状の第１フローティングラバー１６を介在させ、かつアクチュエータケース１３の上部と第２弾性体支持部材１５の内面との間に環状の第２フローティングラバー１７を介在させることで、アクチュエータケース１３は上部ハウジング１１および下部ハウジング１２に対して相対移動可能にフローティング支持される。

第１弾性体支持リング１４と、軸線Ｌ上に配置された第１弾性体支持ボス１８とに、厚肉のラバーで形成した第１弾性体１９の下端および上端がそれぞれが加硫接着により接合される。第１弾性体支持ボス１８の上面にダイヤフラム支持ボス２０がボルト２１で固定されており、ダイヤフラム支持ボス２０に内周部を加硫接着により接合されたダイヤフラム２２の外周部が上部ハウジング１１に加硫接着により接合される。ダイヤフラム支持ボス２０の上面に一体に形成されたエンジン取付部２０ａが図示せぬエンジンに固定される。また下部ハウジング１２の下端の車体取付部１２ｂが図示せぬ車体フレームに固定される。

上部ハウジング１１の上端のフランジ部１１ｂにストッパ部材２３の下端のフランジ部２３ａがボルト２４…およびナット２５…で結合されており、ストッパ部材２３の上部内面に取り付けたストッパラバー２６にダイヤフラム支持ボス２０の上面に突設したエンジン取付部２０ａが当接可能に対向する。能動型防振支持装置Ｍに大荷重が入力したとき、エンジン取付部２０ａがストッパラバー２６に当接することで、エンジンの過大な変位が抑制される。

第２弾性体支持リング１５に膜状のラバーで形成した第２弾性体２７の外周部が加硫接着により接合されており、第２弾性体２７の中央部に埋め込むように可動部材２８が加硫接着により接合される。第２弾性体支持リング１５の上面と第１弾性体１９の外周部との間に円板状の隔壁部材２９が固定されており、隔壁部材２９および第１弾性体１９により区画された第１液室３０と、隔壁部材２９および第２弾性体２７により区画された第２液室３１とが、隔壁部材２９の中央に形成した連通孔２９ａを介して相互に連通する。

第１弾性体支持リング１４と上部ハウジング１１との間に環状の連通路３２が形成されており、連通路３２の一端は連通孔３３を介して第１液室３０に連通し、連通路３２の他端は連通孔３４を介して、第１弾性体１９およびダイヤフラム２２により区画された第３液室３５に連通する。

次に、前記可動部材２８を駆動するアクチュエータ４１の構造を説明する。

アクチュエータケース１３の内部に固定コア４２、コイル組立体４３およびヨーク４４が下から上に順次取り付けられる。コイル組立体４３は、固定コア４２およびヨーク４４間に配置されたボビンレスコイル４６と、ボビンレスコイル４６の外周を覆うコイルカバー４７とで構成される。コイルカバー４７には、アクチュエータケース１３および下部ハウジング１２に形成した開口１３ｂ，１２ｃを貫通して外部に延出するコネクタ４８が一体に形成される。

ここで、コイル組立体４３の製造方法について説明する。

図３および図４に示すように、円筒を円周方向に複数個（実施例では４個）の圧縮部材６４ａ…に分割したボビン治具６４を用意する。圧縮部材６４ａ…が図示せぬ駆動源に接続されて径方向に移動することで、ボビン治具６４の直径は拡大・縮小可能である。ボビン治具６４の軸線Ｌ方向両端には円環状の支持板６３，６３が配置されており、これらの支持板６３，６３は図示せぬ駆動源に接続されて軸線Ｌ方向（相互に接近する方向）に移動することができる。

先ず、図３（Ａ）に示すように、ボビン治具６４の外周面および支持板６３，６３の対向面をガイドにして円形断面の丸線よりなる導線６５をコイル形状に巻回する。続いて図３（Ｂ）および図４に示すように、ボビン治具６４の圧縮部材６４ａ…を径方向外向きに移動させて導線６５が塑性変形するまで圧縮する。導線６５は所定のテンションをかけて巻回されているので、ボビン治具６４から径方向外向きの荷重が加わっても、コイル形状に巻回された導線６５の外径は殆ど増加することはない。

続いて、図３（Ｃ）に示すように、支持板６３，６３を相互に接近するように軸線Ｌ方向に移動させて導線６５を更に圧縮する。尚、図３（Ｂ）の工程および図３（Ｃ）の工程を同時に行えば、導線６５を更に効率良く圧縮することができる。続いて、図３（Ｄ）に示すように、コイル形状に巻回された導線６５の中心から、縮径させたボビン治具６４を抜き取ってボビンレスコイル４６を完成する。このボビンレスコイル４６は導線６５が塑性域まで圧縮されているため、ボビン治具６４および支持板６３，６３からの荷重が消滅しても、そのコイル形状が維持される。

このようにして完成したボビンレスコイル４６は、その軸線Ｌ方向両端を挟む支持板６３，６３と共に金型に挿入され、周囲に合成樹脂製のコイルカバー４７を一体にモールドすることで、図６に示すような、ボビンレスコイル４６、支持板６３，６３およびコイルカバー４７よりなるコイル組立体４３を完成する。コイルカバー４７をモールドする際に、そこにコネクタ４８が一体に形成される。

図１および図２に戻り、コイルカバー４７の上面とヨーク４４の下面との間にシール部材４９が配置され、ボビンレスコイル４６の下面と固定コア４２の上面との間にシール部材５０が配置される。これらのシール部材４９，５０によって、アクチュエータケース１３および下部ハウジング１２に形成した開口１３ｂ，１２ｃからアクチュエータ４１の内部空間６１に水や塵が入り込むのを阻止することができる。

ヨーク４４の円筒部４４ａの内周面に薄肉円筒状の軸受け部材５１が上下摺動自在に嵌合しており、この軸受け部材５１の上端には径方向内向きに折り曲げられた上部フランジ５１ａが形成されるとともに、下端には径方向外向きに折り曲げられた下部フランジ５１ｂが形成される。下部フランジ５１ｂとヨーク４４の円筒部４４ａの下端との間にセットばね５２が圧縮状態で配置されており、このセットばね５２の弾発力で下部フランジ５１ｂを弾性体５３を介して固定コア４２の上面に押し付けることで、軸受け部材５１がヨーク４４に支持される。

軸受け部材５１の内周面に概略円筒状の可動コア５４が上下摺動自在に嵌合する。前記可動部材２８の中心から下向きに延びるロッド５５が可動コア５４の中心を緩く貫通し、その下端にナット５６が締結される。可動コア５４の上面に設けたばね座５７と可動部材２８の下面との間に圧縮状態のセットばね５８が配置されており、このセットばね５８の弾発力で可動コア５４はナット５６に押し付けられて固定される。この状態で、可動コア５４の下面と固定コア４２の上面とが、円錐状のエアギャップｇを介して対向する。ロッド５５およびナット５６は固定コア４２の中心に形成された開口４２ａに緩く嵌合しており、この開口４２ａはシール部材５９を介してプラグ６０で閉塞される。

エンジンのクランクシャフトの回転に伴って出力されるクランクパルスを検出するクランクパルスセンサＳａが接続された電子制御ユニットＵは、能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１に対する通電を制御する。エンジンのクランクパルスは、クランクシャフトの１回転につき２４回、つまりクランクアングルの１５°毎に１回出力される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。

自動車の走行中に低周波数のエンジンシェイク振動が発生したとき、エンジンからダイヤフラム支持ボス２０および第１弾性体支持ボス１８を介して入力される荷重で第１弾性体１９が変形して第１液室３０の容積が変化すると、連通路３２を介して接続された第１液室３０および第３液室３５間で液体が行き来する。第１液室３０の容積が拡大・縮小すると、それに応じて第３液室３５の容積が縮小・拡大するが、この第３液室３５の容積変化はダイヤフラム２２の弾性変形により吸収される。このとき、連通路３２の形状および寸法、並びに第１弾性体１９のばね定数は前記エンジンシェイク振動の周波数領域で低ばね定数および高減衰力を示すように設定されているため、エンジンから車体フレームに伝達される振動を効果的に低減することができる。

尚、上記エンジンシェイク振動の周波数領域では、アクチュエータ４１は非作動状態に保たれる。

前記エンジンシェイク振動よりも周波数の高い振動、即ちエンジンのクランクシャフトの回転に起因するアイドル時の振動や気筒休止時の振動が発生した場合、第１液室３０および第３液室３５を接続する連通路３２内の液体はスティック状態になって防振機能を発揮できなくなるため、アクチュエータ４１を駆動して防振機能を発揮させる。

能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１を作動させて防振機能を発揮させるべく、電子制御ユニットＵはクランクパルスセンサＳａからの信号に基づいてボビンレスコイル４６に対する通電を制御する。

即ち、図７のフローチャートにおいて、先ずステップＳ１でクランクパルスセンサＳａからクランクアングルの１５°毎に出力されるクランクパルスを読み込み、ステップＳ２で前記読み込んだクランクパルスを基準となるクランクパルス（特定のシリンダのＴＤＣ信号）と比較することでクランクパルスの時間間隔を演算する。続くステップＳ３で前記１５°のクランクアングルをクランクパルスの時間間隔で除算することでクランク角速度ωを演算し、ステップＳ４でクランク角速度ωを時間微分してクランク角加速度ｄω／ｄｔを演算する。続くステップＳ５でエンジンのクランクシャフト回りのトルクＴｑを、エンジンのクランクシャフト回りの慣性モーメントをＩとして、
Ｔｑ＝Ｉ×ｄω／ｄｔ
により演算する。このトルクＴｑはクランクシャフトが一定の角速度ωで回転していると仮定すると０になるが、膨張行程ではピストンの加速により角速度ωが増加し、圧縮行程ではピストンの減速により角速度ωが減少してクランク角加速度ｄω／ｄｔが発生するため、そのクランク角加速度ｄω／ｄｔに比例したトルクＴｑが発生することになる。

続くステップＳ６で時間的に隣接するトルクの最大値および最小値を判定し、ステップＳ７でトルクの最大値および最小値の偏差、つまりトルクの変動量としてエンジンを支持する能動型防振支持装置Ｍの位置における振幅を演算する。そしてステップＳ８で、アクチュエータ４１のボビンレスコイル４６に印加する電流のデューティ波形およびタイミング（位相）を決定する。

しかして、エンジンが車体フレームに対して下向きに移動し、第１弾性体１９が下向きに変形して第１液室３０の容積が減少したとき、それにタイミングを合わせてアクチュエータ４１のボビンレスコイル４６を励磁すると、エアギャップｇに発生する吸着力で可動コア５４が固定コア４２に向けて下向きに移動し、可動コア５４にロッド５５を介して接続された可動部材２８に引かれて第２弾性体２７が下向きに変形する。その結果、第２液室３１の容積が増加するため、エンジンからの荷重で圧縮された第１液室３０の液体が隔壁部材２９の連通孔２９ａを通過して第２液室３１に流入し、エンジンから車体フレームに伝達される荷重を低減することができる。

続いてエンジンが車体フレームに対して上向きに移動し、第１弾性体１９が上向きに変形して第１液室３０の容積が増加したとき、それにタイミングを合わせてアクチュエータ４１のボビンレスコイル４６を消磁すると、エアギャップｇに発生する吸着力が消滅して可動コア５４が自由に移動できるようになるため、下向きに変形した第２弾性体２７が自己の弾性復元力で上向きに復元する。その結果、第２液室３１の容積が減少するため、第２液室３１の液体が隔壁部材２９の連通孔２９ａを通過して第１液室３０に流入し、エンジンが車体フレームに対して上向きに移動するのを許容することができる。

このように、エンジンの振動の周期に応じてアクチュエータ４１のボビンレスコイル４６を励磁および消磁することで、エンジンの振動が車体フレームに伝達するのを防止する能動的な制振力を発生させることができる。

また、円周方向に並ぶ複数個の圧縮部分６４ａにより分割構成される円筒状のボビン治具６４の前記圧縮部分６４ａに、テンションをかけつつ巻回したコイル形状の導線６５を、圧縮部分６４ａを径方向外向きに移動させることで塑性域まで径方向および軸線Ｌ方向に圧縮してボビンレスコイル４６を形成した後、ボビン治具６４を該ボビンレスコイル４６から分離するので、ボビンや接着層付きテープを廃止して部品点数およびコストを削減しながら導線６５のほどけを防止することができ、しかもボビンを廃止した分だけボビンレスコイル４６の内径を減少させ、抵抗およびインダクタンスを減少させて電流応答性を高めることができる。なおこの場合、導線６５はテンションをかけつつボビン治具６４の圧縮部分６４ａに巻回されているので、ボビン治具６４の圧縮部分６４ａから径方向外向きの荷重が加わっても、コイル形状に巻回された導線６５の外径は殆ど増加することがない。

しかも、図５に示すように、丸線よりなる導線６５を塑性域まで圧縮して隣接する導線６５間の間隙を消滅させるので、ボビンレスコイル４６の占積率が向上するだけでなく、相互に接触する導線６５間の摩擦力を増加させてコイル形状の保持を更に安定させることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では能動型防振支持装置Ｍのボビンレスコイル４６を例示したが、本発明のボビンレスコイル４６は他の任意の用途に適用することができる。

また実施例ではコイル形状に巻回した導線６５を径方向および軸線Ｌ方向の両方向に圧縮しているが、軸線Ｌ方向の圧縮は必ずしも必要ではない。またコイル形状に巻回した導線６５を径方向外向きに圧縮する際に、導線６５の外周面に円筒状の固定型の内周面を当接させておけば、導線６５をより効率良く圧縮することができる。

能動型防振支持装置の縦断面図 図１の２部拡大図 コイル組立体の製造工程の説明図 図３の４−４線断面図 図３の５Ａ部および５Ｂ部拡大図 完成したコイル組立体の縦断面図 作用を説明するフローチャート

４６ ボビンレスコイル
６４ ボビン治具
６４ａ 圧縮部分
６５ 導線
Ｌ 軸線

Claims (3)

1. 円周方向に並ぶ複数個の圧縮部分（６４ａ）により分割構成される円筒状のボビン治具（６４）の前記圧縮部分（６４ａ）に、導線（６５）をテンションをかけつつコイル形状に巻回する第１工程と、
   前記圧縮部分（６４ａ）を径方向外向きに移動させることで、前記ボビン治具（６４）に巻回した導線（６５）を塑性域まで径方向に圧縮してボビンレスコイル（４６）を形成する第２工程と、
   該ボビンレスコイル（４６）から前記ボビン治具（６４）を分離する第３工程とを含むことを特徴とするボビンレスコイルの製造方法。
2. 前記第２工程で、ボビン治具（６４）に巻回した導線（６５）を軸線（Ｌ）方向に圧縮することを特徴とする、請求項１に記載のボビンレスコイルの製造方法。
3. 圧縮前の導線（６５）は円形断面の丸線であり、前記第２工程で隣接する導線（６５）間の間隙が消滅するまで該導線（６５）を塑性変形させることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のボビンレスコイルの製造方法。

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