JP4355547B2 - 平角導通線材を用いた角形コイルの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、平角導通線材（以下、「平角線」という。）を用いた角形コイルの製造方法及び製造装置に関する。

帯板状の平角線を巾方向にほぼ直角に繰り返し折り曲げて得られる矩形状コイル（以下、「角形コイル」という。）は、丸線（断面が丸状の導線）のソレノイドコイルと比較して空間の利用効率がよく大電流が流せて熱損失も小さい。このため、図６（ａ）に示すように角形コイル５０を角形のコア５２に設け、トランス製品として利用されている。

角形コイルの製造方法として、角柱状の治具乃至鉄心（コア）に平角線を巻き付ける方式（以下、「第１の方式」という。）が知られている。図６（ｂ）は、第１の方式による、角形コイル製造方法を例示したものである（特許文献１等参照）。角柱状の鉄心６１を回転させ、ガイドローラＧ及び押圧ローラＰにより平角線を当接しながら平角線の断面の長手方向を鉄心と直角方向に巻いていく。
しかし、線材にはスプリングバック（曲げ加工後の戻り量の大きさ）があり、スプリングバック後の曲げ角を直角にするためには、９０°よりも大きく曲げなければならない。第１の方式では、角柱状の鉄心の直角部で曲げ加工するので、スプリングバック後の曲げ角は必ず９０°よりも大きくなってしまうという問題がある。また、ガイドローラＧ及び押圧ローラＰが平角線の表面に常に接触しており、擦れあいながら巻き付けていくため、表面に傷が付きやすい。巻き終わり後、鉄心をコイルから抜く必要がある場合には、鉄心を引き抜く工程でも表面に傷が付けられやすいという問題もある。

角形コイルの他の製造方法としては、コイルバネを製造するためのコイリングマシンなどを利用して、円形の曲げ金型（ローラ）により線材を曲げ加工してコイリングする方式（以下、「第２の方式」という。）も知られている（特許文献２参照）。

図７（ａ）は、第２の方式によるコイリング加工装置の曲げ加工部を示したものである。円形の曲げツール（ローラ）７１、７２が設けられ、線材を順次送ると線材がローラに接触し、一方を支点、他方を作用点として平角線の側面部と点接触しながら応力が加えられ、所定の方向に曲げられる。

特開昭５３−１００４２８号公報 特開２００３−１８１５７９号公報

しかし、従来の方式には以下のような問題がある。

（１）平角線の倒れ込み
平角線を厚み方向に曲げることは容易であるが、巾方向に曲げることは困難である。一般に、素材を曲げ困難な方向に曲げるとき、外周側は引き伸ばされて厚みが薄くなる方向に組織が移動する一方で、内周側は厚みがより厚くなる方向に組織が移動する。このため、曲げ加工の際に素材に係る曲げ応力がわずかに変化しただけで組織移動バランスが崩れ、材料が曲げ方向と異なる方向に倒れ込むという現象がある。すなわち、平角線の形状が薄く（いわゆる「平たく」）なるほど、巾方向への曲げ加工時に線材が倒れやすくなる。
上記第２の方式のように、円形の曲げ金型（ローラ）により曲げ加工を行うと、ローラは円形であるため平角線の側面部と点で接触するため、応力集中点が発生し、曲げ加工時に平角線が倒れ込みやすくなる。本件発明者たちによる経験則によると、巾と厚さの比が概ね２：１より大きいときは倒れやすく、２：１以下であれば倒れにくい。曲げ加工の途中で一旦倒れ込みが始まると、倒れ込みをもとに戻すことは極めて困難である。
（２）絶縁被膜の剥離
図７（ａ）に示すように従来の円形の曲げ金型（ローラ）を用いた方式は、応力集中点Ｚが発生しやすく、この点Ｚで表面に傷が付きやすい。通常、平角線は銅などの軟らかい金属にエナメルやポリアミド系樹脂を塗布し絶縁被膜としているため、応力集中点Ｚで被膜は容易に傷つけられる。このため、応力集中点Ｚに加圧痕が形成されると、この部分から絶縁被膜が剥離して絶縁不良などの問題を引き起こす。

上記第１の問題点（平角線の倒れ込みの問題）を回避するため、例えば図７（ｂ）のように、ローラの円周側部に溝を設け、溝の壁面部と平角線とを当接させることにより倒れにくくするという方法が考えられる。しかし、このように平角線が常にこの溝に挟み込まれながらローラの自転及び公転により曲げ加工を施すと、平角線の側面部が常にローラの溝壁部と擦れあうことになるため、この部分で表面に傷が付きやすくなる。
さらに、溝付きローラを用いて成形すると、完成品のピッチＬを金型の隙間以下にすることは不可能であり、密巻きすることができず、トランスの性能が低下するという新たな問題も生ずる（図６（ａ）参照。）。

本発明が解決しようとする問題点は、表面に傷が付きにくい、新規な平角線の曲げ加工方法を提供することであり、本発明はこの加工方法を用いて角形コイルの製造方法及び製造装置等を提供することを目的とする。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、曲げ加工の際に用いる曲げ金型が平角線に与える応力を分散しながら加圧する、いわゆる応力分散加圧方式を採用したことを最も主要な特徴とする。

本発明に係る角形コイルの製造装置は、平角被覆線ｗを送り出すための線送り装置１０と、線ガイド２０と、この平角被覆線ｗを巾方向に曲げ加工する曲げ加工部３０とを備え、
曲げ加工部３０は、線送り装置１０から線ガイド２０を介して供給された平角被膜線ｗの導体曲げ部に隣接した導体直線部の両側面を面接触で狭持するための、線送り上流側曲率部と線送り下流側直線部とからなる芯金３１及び下流側直線部に平行な押圧直線部を有したクランプ爪３２とを対向して設置し、芯金３１とクランプ爪３２とが平角被覆線ｗの導体直線部を狭持し、曲げ加工の際には引き込まれ側の平角被覆線ｗをフリーにした状態で、芯金の前記曲率部の中心Ｃを軸に三者一体となって回動することにより平角被覆線ｗに直線部と曲線部とを形成する曲げ機構を備えていることを特徴とする。
この構成によると、曲げ金型には平角被覆線ｗとの擦れ部分が存在しない。このため平角被覆線ｗの表面に傷が付きにくい。また、平角被覆線ｗの側面部を面接触しながら曲げ加工するため応力が分散され、加圧痕も付かない。なお、「側面部」とは、厚み方向の面を意味する（図２（ａ）乃至（ｃ）参照）。

また、この装置の芯金３１は、平角被覆線ｗを曲げ加工する際の曲率半径と同程度の大きさの曲率半径を持つ円弧部分と、前記平角被覆線ｗを狭持するための平坦部分とを備えていることが好ましい。なお、芯金の円弧部分と平坦部分とは一体でも別体の組合せでもよく、さらに、芯金３１及びクランプ爪３２は芯金の一点Ｃを中心に回転する回転板３４の上に設けられていることが好ましい。クランプ爪３２が平角被覆線ｗを狭持した状態で、回転板３４を回転させると容易に芯金の一点Ｃを中心に三者一体で回転させることができるためである。

本発明に係る角形コイルの製造方法は、平角被覆線ｗを送り出すための線送り装置１０と、前記平角被覆線ｗを案内保持し、前記平角被覆線ｗと略同形同大の空洞２１が設けられた線ガイド２０と、芯金３１及びクランプ爪３２を含む曲げ加工部３０とを備えた角形コイルの製造装置において、
（ａ）前記平角被覆線（ｗ）の一部を前記芯金（３１）及びクランプ爪（３２）によりクランプする工程と、
（ｂ） 平角線ｗが芯金３１及びクランプ爪３２によってクランプされ、曲げ加工の際には引き込まれ側の前記平角被覆線（ｗ）をフリーにした状態で三者一体となって回転させ、前記平角被覆線（ｗ）に直線部と曲線部とを形成する工程と、
（ｃ） クランプ爪３２のクランプを解除し、芯金３１及びクランプ爪３２を初期位置に戻すと共に、線送り装置１０により平角被覆線ｗを所定量送出す工程と、
を含むことを特徴とする。

このように平角線の一端をクランプして曲げ加工を行うと、平角線の倒れ込みが発生せず、かつ表面に傷が付かない。また、平角線の曲げ角は回転角によって決められるので、スプリングバックを考慮して精密に加工することができる。

なお、この角形コイル製造装置の線ガイド２０は、平角線ｗが倒れることができない程度の微小な空洞２１を有していることが好ましい。すなわち、平角線の引き込み側（曲げ加工部側）は前記芯金とクランプ爪とでクランプされ、引き込まれ側（送り出し部側）は前記線ガイドで平角線が自由に送り出されかつ倒れることができない微小な空洞（隙間）を持つ線送りロール２０で保持される構成であるため、倒れ込みなく曲げ加工ができる。

本発明に係る角形コイル製造装置は、倒れ込まずかつ表面に加圧痕が付かない。

以下、実施例を用いて本発明に係る角形コイル製造装置及び角形コイル製造方法について説明する。

（角形コイル製造装置）
図１は本発明に係る角形コイル製造装置の側面図である。装置は大きく分けて、平角線を送り出すための線送り装置１０と、線ガイド２０と、曲げ加工部３０を備えている。特に、曲げ加工部３０の構成が本発明の特徴部であり、線送り装置１０及び線ガイド２０は線材加工機又はコイリングマシンなどに関する種々の公知技術を適用することができる。

−線送り装置及び線ガイド−
線送り装置１０は、ボビン１１に巻かれた平角線ｗを送り出す部分である。矯正機１２は、ボビンに巻かれていたときに付いた癖を取り除くための部品であり、クランプフィーダーは平角線の送り出し量を決めるための部品（線送出量調節機構）である。クランプフィーダーは、クランプ爪１３、エアシリンダ１４、サーボモータ１５、クランプ爪１６などからなり、平角線の側面部をクランプした状態で送り方向に平行移動できる。送り出し量はコンピュータ制御されるサーボモータ１５により数値制御できる。クランプフィーダーは、線送りの際にのみクランプし、曲げ加工の際にはクランプせずフリーな状態にしておかなければならない。
なお、クランプフィーダーに代えて、一対の送りロールで平角線の両側から回転接触しながら送り出す方式や、その他の一般的な線送りに関する公知技術を適用することもできるが、特に被膜付き平角線に適用する場合には、被膜の剥離を防止するという点において、クランプフィーダー方式が最も好ましい。
また、成型される角形コイルの一辺の長さは線送り装置１０の送り出し量で決まるため、送り出す方式がいずれの場合にも、サーボモータ（不図示）などで送り出し量を正確に制御できることが好ましい。
線ガイド２０は平角線を案内するためのガイドであり、各曲げ金型（後述の芯金及びクランプ爪）の誤差を少なくし、材料にかかる曲げ応力が均等に作用するようにする働きを持つと共に、曲げ加工の際に平角線が倒れないように案内する役割を果たす。平角線ｗは線ガイド２０を通過した後、曲げ加工部３０に送られる。線ガイド２０には平角線と略同形同大の空洞２１が設けられている。なお、空洞２１は、平角線が通過でき、倒れないような形状（例えば平角線ｗと略同形同大などが考えられる。）であればよい。ただし、案内の精度を確保するためには、案内ガイド２０は、ある程度以上の長さが必要である。

−曲げ加工部−
図２（ａ）は図１における曲げ加工部３０の拡大図（側面図）を、図２（ｂ）は図１における曲げ加工部３０を上から見た図（平面図）を、図２（ｃ）は、（ｂ）の曲げ加工部３０におけるＡ−Ａ断面図を示している。
曲げ加工部３０は、芯金３１とクランプ爪３２とを持ち、クランプ爪３２は、エアシリンダ３３などの直線駆動機構により鉛直上下に移動でき、クランプ爪３２を平角線ｗに接触させて平角線の側面部をクランプすることができる。また、芯金３１とクランプ爪３２は回転台３４の上に設置され、これらは回転中心Ｃを軸に回転することができる。回転板３４の回転はサーボモータ（不図示）により制御でき、クランプ爪３２が芯金３１との間で平角線ｗをクランプした状態で、回転中心Ｃを軸に三者が一体となって回転し、巾方向に曲げ加工を行うことができる。
なお、回転台３４の形状は、必ずしも図２のような円盤状である必要はなく、芯金の回転中心を軸に芯金及びクランプ爪と共に回転できるものであれば、その形状はどのようなものでもよい。

（角形コイルの製造方法）
上記角形コイル製造装置により角形コイルを製造する方法について、図３（ａ）乃至図３（ｄ）及び図４（ｅ）乃至図４（ｇ）を用いて説明する。

図３（ａ）は、平角線ｗが線ガイド２０から案内され、平角線ｗの一部が芯金３１とクランプ爪３２によってクランプされた状態を示している。このとき、平角線ｗに作用する応力は平角線ｗの両側面における芯金３１及びクランプ爪３２の接触面全体から均一な力を受けている（これを本明細書では「応力分散加圧」という。）。この状態でクランプフィーダーなどの線送り装置はクランプを解除する。

この状態から、図３（ｂ）のように、回転台（不図示）を矢印イの方向に約９０°回転させると、回転中心Ｃを軸に芯金３１と平角線ｗとクランプ爪３２とが三者一体となって回転する。引き込み側の一部がしっかりとクランプされた状態でクランプ部分が回転すると、他方の引き込まれ側は回転板の回転に伴って引き込まれ、必要な量だけ順送りされる。この動作によって、平角線は巾方向に約９０°に曲げられる。

なお、この平角線の両側面のクランプは、応力分散可能な長さ及び面積をもつ芯金３１とクランプ爪３２とで接触しなければならない。接触面積が小さいと（つまり、芯金３１又はクランプ爪３２の面積の少なくともいずれか一方が小さいと）、クランプした部分に圧力が集中し、抉れ傷ができるおそれがあるためである。クランプ部分の面積及びクランプ圧については、当業者が絶縁被膜の材質や塗布する厚さなどによって適宜調整できる設計的事項である。

次に、図３（ｃ）のように、エアシリンダ３３を操作してクランプ爪３２を平角線ｗから離し、クランプを解除すると共に回転台を逆回転（矢印イと逆方向に回転）させて芯金３１及びクランプ爪３２を初期位置（曲げ加工前の位置）に戻す。その後、クランプフィーダー又は線送りロール等の線送出量調節機構（不図示）を動作させ、角形コイルの一辺に相当する量だけ線送りして停止する。以上の図３（ａ）〜図３（ｃ）が曲げ加工の基本動作である。

次に、図３（ｄ）のように、再びエアシリンダ３３を操作してクランプ爪３２を平角線ｗに接触させ、平角線ｗをクランプする。次に、図４（ｅ）のように、回転台（不図示）を矢印イの方向に回転させ、回転中心Ｃを軸に芯金３１と平角線ｗとクランプ爪３２とが三者一体となるように約９０°回転させて停止する。その後、クランプを解除し、回転台を逆回転（矢印イと逆方向に回転）させて芯金３１及びクランプ爪３２を初期位置に戻す。

次に、図４（ｆ）のように、クランプフィーダーを操作して線送りを行い（矢印イ）、クランプ爪３２を下降させこれから曲げ加工を行う引き込み側の一部をクランプする（矢印ロ）と共にクランプフィーダーのクランプを解除して引き込まれ側の平角線をフリーにする。次に、回転台を矢印ハの方向に約９０°回転させると、回転中心Ｃを軸に芯金３１と平角線ｗとクランプ爪３２とが三者一体となって約９０°回転し、図４（ｇ）のような状態となる。

以下、これらの動作を順次繰り返し、角形コイルを形成していく。なお、コイルの連結結合部など特殊な部位を除き、曲げ角は通常直角（すなわち９０°）である。このため、上記説明において曲げ角度は約９０°としたが、実際にはスプリングバックを考慮して曲げ角度を９０°以上に設定することが必要である。線送り量及び曲げ角度はいずれもサーボ機構等のコンピュータ制御により精密に制御されることが好ましい。

（作用）
上述のように芯金３１、平角線ｗ、クランプ爪３２が三者一体となって回転すると、溝付きの円形の曲げ金型（ローラ）などで線送りする場合のように平角線の被膜と擦れる部分がないため、平角線の被膜の表面に傷が付きにくい。
また、線ガイド２０が平角線の一端をしっかりと案内保持していることにより、平角線の曲げ加工時においても平角線の倒れ込みが発生しない。また、この方法によるとコイルにほとんどピッチをつけることなく密に巻くことができる。

図５（ａ）は、本発明に係る角形コイル製造装置によって製造した角形コイル４０の一例を示している。従来よりもピッチが狭く、かつ、絶縁被膜の表面に傷が付いていない点が特徴である。また、本製造装置で製造すると角形コイルの辺長を自由な長さに設定できる。
図５（ｂ）は、本発明に係る角形コイルの製造方法を応用し、途中結合部４２を設け、２つの角形コイル４０、４０を連結した角形コイルを示している。これ以外にも、図５（ａ）に示す角形コイルを基本形とし、これを組み合わせて適宜連結した種々の角形コイルを形成することもできる。

なお、使用した平角線の絶縁用被膜はポリアミドイミロースを用いたが、この材料は、塗られている導線が概ね２５％以上伸びると剥がれやすくなることが分かっている。曲げの内径が小さくなりすぎると、曲げられる外周側が伸びが大きくなるため、被膜が剥がれやすくなる。このため、この材料を被膜として用いた場合、最小曲げＲはこれらの点を考慮して適正に選定することが好ましい。

本発明に係る角形コイル製造装置によると、巾と厚さの比が２：１以上の平角線であっても倒れ込みが全く起こることがなく、かつ、絶縁被膜の表面に傷が付きにくいために絶縁不良などを起こしにくい。しかも、コイルを密に巻くことができるので、高性能な角形コイルを製造することができる。

本発明に係る角形コイル製造装置は、主として小型かつ高性能なトランス製品などに用いられる角形コイル（角形電磁コイル）を製造する用途に用いることができる。

本発明に係る角形コイル製造装置の側面図を示している。 （ａ）は、本発明に係る角形コイル製造装置における曲げ加工部３０の側面図を拡大した図である。（ｂ）は、（ａ）における曲げ加工部３０を上から見た図（平面図）である。（ｃ）は、（ａ）の曲げ加工部３０のＡ−Ａ断面である。 本発明に係る角形コイルの製造方法における曲げ加工の各工程を示す図である。 本発明に係る角形コイルの製造方法における曲げ加工の各工程を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る角形コイル製造装置によって製造した角形コイルの一例を示す図である。 （ａ）は、角形コイルを用いたトランス製品の一例を示す図である。（ｂ）は、従来の角形コイル製造方法の一例を示した図である。 （ａ）は、従来の角形コイル製造方法の他の例を示した図である。（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂで切断した断面図を示している。

符号の説明

１０ 線送り装置
２０ 線ガイド
３０ 曲げ加工部
３１ 芯金
３２ クランプ爪
ｗ 平角線

Claims (3)

1. 平角被覆線（ｗ）を送り出すための線送り装置（１０）と、
   線ガイド（２０）と、
   この平角被覆線（ｗ）を巾方向に曲げ加工する曲げ加工部（３０）とを備え、
   前記曲げ加工部（３０）は、
   前記線送り装置（１０）から前記線ガイド（２０）を介して供給された前記平角被膜線（ｗ）の導体曲げ部に隣接した導体直線部の両側面を面接触で狭持するための、
   線送り上流側曲率部と線送り下流側直線部とからなる芯金（３１）及び
   前記下流側直線部に平行な押圧直線部を有したクランプ爪（３２）とを対向して設置し、
   前記芯金（３１）と前記クランプ爪（３２）とが
   前記平角被覆線（ｗ）の導体直線部を狭持し、曲げ加工の際には引き込まれ側の前記平角被覆線（ｗ）をフリーにした状態で、
   前記芯金の前記曲率部の中心（Ｃ）を軸に三者一体となって回動することにより前記平角被覆線（ｗ）に直線部と曲線部とを形成する曲げ機構を備えている
   ことを特徴とする角形コイルの製造装置。
2. 前記芯金（３１）は、前記平角被覆線（ｗ）を曲げ加工する際の曲率半径と同程度の大きさの曲率半径を持つ円弧部分と、前記平角被覆線（ｗ）を狭持するための平坦部分とを備え、前記芯金（３１）及び前記クランプ爪（３２）は前記芯金の一点（Ｃ）を中心に回転する回転板（３４）の上に設けられていることを特徴とする請求項１記載の角形コイルの製造装置。
3. 平角被覆線（ｗ）を送り出すための線送り装置（１０）と、
   前記平角被覆線（ｗ）を案内保持し、前記平角被覆線（ｗ）と略同形同大の空洞（２１）が設けられた線ガイド（２０）と、
   芯金（３１）及びクランプ爪（３２）を含む曲げ加工部（３０）とを備えた角形コイルの製造装置において、
   （ａ）前記平角被覆線（ｗ）の一部を前記芯金（３１）及びクランプ爪（３２）によりクランプする工程と、
   （ｂ） 前記平角被覆線（ｗ）が前記芯金（３１）及びクランプ爪（３２）によってクランプされ、曲げ加工の際には引き込まれ側の前記平角被覆線（ｗ）をフリーにした状態で三者一体となって回転させ、前記平角被覆線（ｗ）に直線部と曲線部とを形成する工程と、
   （ｃ） 前記クランプ爪（３２）のクランプを解除し、前記芯金（３１）及びクランプ爪（３２）を初期位置に戻すと共に、前記線送り装置（１０）により前記平角被覆線（ｗ）を所定量送出す工程と、
   を含むことを特徴とする角形コイルの製造方法。

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