JP4358238B2 - ボビンレスコイルおよびボビンレスコイルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コイル形状に巻回した導線の内周面を露出させたボビンレスコイルと、そのボビンレスコイルの製造方法とに関する。

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、ボビンレスコイルの巻回した導線を簡単な構造でコイル形状に保持することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴によれば、複数層のコイル形状に巻回した導線の内周面を露出させたボビンレスコイルにおいて、内径部には、前記導線の巻回時に該内径部に加わる荷重により該導線の塑性変形域が形成され、前記導線の軸線方向両端面に一対の円板状のガイド部材が当接し、それら一対のガイド部材が付勢部材で相互に接近する方向に付勢されたことを特徴とするボビンレスコイルが提案される。

また本発明の第２の特徴によれば、前記第１の特徴の構成に加えて、前記内径部の前記導線の巻き張力を高めることで該内径部の導線を塑性変形させて、前記塑性変形域を形成したことを特徴とするボビンレスコイルが提案される。

また本発明の第３の特徴によれば、前記第１または前記第２の特徴の構成に加えて、前記付勢部材は導線の一部であり、一対の円板状のガイド部材の周囲に形成した係合部に前記導線の一部を係合させることで、それら一対のガイド部材を相互に接近する方向に付勢したことを特徴とするボビンレスコイルが提案される。

また本発明の第４の特徴によれば、前記第１ないし前記第３の特徴の何れかに記載のボビンレスコイルの製造方法であって、一対の円板状のガイド部材の中心を貫通するボビン治具の外周に、それら一対のガイド部材をガイドにして導線をコイル形状に巻回する工程と、導線の少なくとも一端側を一対のガイド部材の外周部に係合させて軸線方向に引くことで、それら一対のガイド部材を相互に接近する方向に付勢する工程と、コイル形状に巻回した導線および一対のガイド部材からボビン治具を分離する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。

尚、実施例の第１、第２ガイド部材６５，６６は本発明のガイド部材に対応する。

本発明の第１の特徴の構成によれば、複数層のコイル形状に巻回されて内径部に塑性変形域が形成された導線の軸線方向両端面に一対の円板状のガイド部材を当接させ、それら一対のガイド部材を付勢部材で相互に接近する方向に付勢したので、コイル形状に巻回した導線の内周面を露出させたボビンレスコイルの形状を、内径部に形成した塑性変形域によりコイル形状の保持機能を高めながら保持することができる。

本発明の第３の特徴の構成によれば、導線の一部を付勢部材として利用し、一対の円板状のガイド部材の周囲に形成した係合部に導線の一部を係合させることで、特別の付勢部材を用いることなく、それら一対のガイド部材を相互に接近する方向に付勢することができる。

本発明の第４の特徴の構成によれば、一対の円板状のガイド部材の中心を貫通するボビン治具の外周に前記一対のガイド部材をガイドにして導線をコイル形状に巻回し、導線の少なくとも一端側を一対のガイド部材の外周部に係合させて軸線方向に引くことで前記一対のガイド部材を相互に接近する方向に付勢した後、コイル形状に巻回した導線および一対のガイド部材からボビン治具を分離するので、コイル形状が精度良く保持されたボビンレスコイルを製造することができる。

図１は能動型防振支持装置の縦断面図である。（第１実施例） 図２は図１の２部拡大図である。（第１実施例） 図３はボビン治具に導線を巻回した状態を示す図である。（第１実施例） 図４はコイル組立体の平面図である。（第１実施例） 図５は図４の５方向矢視図である。（第１実施例） 図６は図４の６−６線断面図である。（第１実施例） 図７は作用を説明するフローチャートである。（第１実施例）

６１ 導線
６２ ボビン治具
６５ 第１ガイド部材（ガイド部材）
６５ｃ 係合部
６６ 第２ガイド部材（ガイド部材）
６６ｃ 係合部
Ｌ 軸線

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に示すように、導線６１をコイル形状に巻回するためのボビン治具６２は治具本体６３と保持部材６４とで構成されており、治具本体６３は円板状のフランジ部６３ａと円柱状の巻回部６３ｂとを備え、巻回部６３ｂの先端に設けた雄ねじ６３ｃに保持部材６４の雌ねじ６４ａが螺合する。治具本体６３のフランジ部６３ａ上に嵌合する合成樹脂製の第１ガイド部材６５は、軸線Ｌに対して垂直な円板型のプレートで構成される。また合成樹脂製の第２ガイド部材６６も第１ガイド部材６５と同様に軸線Ｌに対して垂直な円板型のプレートで構成される。第２ガイド部材６６は治具本体６３の巻回部６３ｂの外周に設けた段部に嵌合した状態で、治具本体６３の雄ねじ６３ｃに雌ねじ６４ａを螺合させた保持部材６４で位置決めされる。

このように、ボビン治具６２に第１、第２ガイド部材６５，６６を保持した状態で、治具本体６３の巻回部６３ｂの外周面および第１、第２ガイド部材６５，６６の対向面をガイドにして導線６１が巻回される。

図４〜図６から明らかなように、第１ガイド部材６５の外周部に９０°間隔で４個の係合部６５ｃ…が形成される。また第２ガイド部材６６の外周部に９０°間隔で４個の係合部６６ｃ…が形成されており、そのうち二つの係合部６６ｃ，６６ｃの間に始端側突起６６ｄおよび終端側突起６６ｅが形成される。導線６１の始端側（巻き始め側）は先ず第２ガイド部材６６の始端側突起６６ｄに巻き付けられ、そこから径方向内側に巻回部６３ｂへと導かれて巻回される。

巻回部６３ｂおよび第１、第２ガイド部材６５，６６をガイドにして径方向内側から外側に向けてコイル形状に巻回された導線６１の終端側は、第１ガイド部材６５の４個の係合部６５ｃ…および第２ガイド部材６６の４個の係合部６６ｃ…に交互に係合するように円周方向に巻き付けられる。その際に導線６１に所定の張力を付与することで第１、第２ガイド部材６５，６６を相互に接近する方向に付勢する。そして導線６１の終端側（巻き終わり側）は第２ガイド部材６６の終端側突起６６ｅに巻き付けられる。

コイル形状に巻回された導線６１の内径部に加わる荷重は、導線６１を巻回する巻回部６３ｂの径、導線６１の線径、導線６１の巻数および巻き張力により決定される。例えば、同じ巻き張力で巻いた場合でも、巻数が多くなると内径部に加わる荷重が大きくなり、導線６１の塑性変形域が多くなる。従って、導線６１を巻回する巻回部６３ｂの径、導線６１の線径、導線６１の巻数および巻き張力を調整することにより、導線６１の内径部における塑性変形域をコントロールすることができる。

但し、巻回部６３ｂの径、導線６１の線径、導線６１の巻数はボビンレスコイル４６の性能に影響を及ぼすため、本実施例では図３に濃く表示した内径部の３層の導線６１の巻き張力を高めることで、その部分の導線６１を塑性変形させてコイル形状の保持機能を高めている。

このようにして、巻回された導線６１のコイル形状が保持されると、治具本体６３から保持部材６４を分離し、治具本体６３を導線６１の内周面から抜き取る。そしてコイル形状の導線６１の内周面を除く外周面および第１、第２ガイド部材６５，６６の外面に、合成樹脂のコイルカバー４７をモールドしてコイル組立体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。

しかして、コイル形状に巻回した導線６１の軸線Ｌ方向両端面に第１、第２ガイド部材６５，６６を当接させ、それら一対のガイド部材６５，６６を導線６１を利用して相互に接近する方向に付勢したので、コイル形状に巻回した導線６１の内周面を露出させたボビンレスコイル４６の形状を確実に保持することができ、しかも特別の付勢部材が不要になって部品点数が削減される。またボビンレスコイル４６から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６１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。

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６１の軸線Ｌ方向両端に配置した第１、第２ガイド部材６５，６６を導線６１自体で付勢しているが、導線６１に代えて任意の付勢部材（ワイヤーやスプリング）を用いて付勢することができる。

また実施例では導線６１の一端側で第１、第２ガイド部材６５，６６を付勢しているが、導線６１の両端側で第１、第２ガイド部材６５，６６を付勢しても良い。

また第１、第２ガイド部材６５，６６を相互に接近する方向に付勢するための導線６１の巻き付け方は任意である。

Claims (4)

1. 複数層のコイル形状に巻回した導線（６１）の内周面を露出させたボビンレスコイルにおいて、
   内径部には、前記導線（６１）の巻回時に該内径部に加わる荷重により該導線（６１）の塑性変形域が形成され、
   前記導線（６１）の軸線（Ｌ）方向両端面に一対の円板状のガイド部材（６５，６６）が当接し、それら一対のガイド部材（６５，６６）が付勢部材で相互に接近する方向に付勢されたことを特徴とするボビンレスコイル。
2. 前記内径部の前記導線（６１）の巻き張力を高めることで該内径部の導線（６１）を塑性変形させて、前記塑性変形域を形成したことを特徴とする、請求項１に記載のボビンレスコイル。
3. 前記付勢部材は導線（６１）の一部であり、一対の円板状のガイド部材（６５，６６）の周囲に形成した係合部（６５ｃ，６６ｃ）に前記導線（６１）の一部を係合させることで、それら一対のガイド部材（６５，６６）を相互に接近する方向に付勢したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のボビンレスコイル。
4. 請求項１ないし請求項３の何れかに記載のボビンレスコイルの製造方法であって、
   一対の円板状のガイド部材（６５，６６）の中心を貫通するボビン治具（６２）の外周に、それら一対のガイド部材（６５，６６）をガイドにして導線（６１）をコイル形状に巻回する工程と、
   導線（６１）の少なくとも一端側を一対のガイド部材（６５，６６）の外周部に係合させて軸線（Ｌ）方向に引くことで、それら一対のガイド部材（６５，６６）を相互に接近する方向に付勢する工程と、
   コイル形状に巻回した導線（６１）および一対のガイド部材（６５，６６）からボビン治具（６２）を分離する工程と、
   を含むことを特徴とするボビンレスコイルの製造方法。

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