JP4658487B2 - コイル、コイルの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

この発明は、コイル、コイルの製造方法及び製造装置に属し、このコイルはトランスやチョークコイルに好適に利用されうる。

トランスやチョークコイルに利用されるコイルの中で、ワイヤが螺旋状に積層して巻かれているものがある。従来、このようなコイルは図１４（ａ）に斜視図として示すように、巻かれたワイヤからなる空芯コイル１０１に芯１０３を挿入した後、同（ｂ）に示すように空芯コイル１０１と芯１０３との隙間に接着剤１０８を塗布することにより、製造されていた。従って、得られたコイルの軸方向破断面を見ると、図１４（ｃ）に示すように接着剤の充填されていない隙間１０９が残る。また、接着剤に代えて粘着テープで空芯コイルと芯とが固定されることもあった。

しかし、接着剤や粘着テープによる固定手段の場合、粘着テープは元々固着力が弱いし、接着剤にしても使用中の振動や衝撃によって空芯コイルと芯とが分離し、コイルの電気性能が不安定になることがある。また、使用中の発熱に伴って空芯コイルも芯も共に膨張するが、空芯コイルの径方向の膨張量が芯のそれより大きいために両者が分離することもある。更に接着剤を塗布すると、塗布された接着剤が乾くまで空芯コイルと芯とが互いに動かないように仮固着しておかなければならない。更にまた、接着剤の塗布装置や粘着テープの貼り付け装置においては、塗布装置の接着剤射出口や待機中の粘着テープの先端を常時清浄に保っておかなければならず、その保守に多くのコストを要する。
それ故、この発明の課題は、空芯コイルと芯とが分離しがたいコイルを安価に提供することにある。

その課題を解決するために、この発明のコイルは、
芯と、芯の周囲に螺旋状に芯の軸方向に積層して二重巻きに巻かれた平角線とを備えたコイルにおいて、前記芯と二重巻きに巻かれた平角線とが、平角線が有する径方向の弾性復元力によって固定されていることを特徴とする。
この発明のコイルは、常時は芯の外周面と平角線の内周面とが密接し、両者が平角線の有する径方向の弾性復元力によって固定されているので、振動や衝撃で分離することはない。また、弾性変形量を使用時の平角線と芯との径方向における熱膨張量差よりも大きくしておけば、熱膨張量差で分離することもない。

この発明のコイルを製造する適切な装置は、
螺旋状に積層して巻かれた平角線からなる空芯コイルに芯を挿入し、固定する装置において、
空芯コイルの径方向への移動を規制するホルダーと、
平角線の一端の一周方向の回転を阻止するストッパーと、
前記ストッパーが阻止する方向と同方向に平角線の他端を回転させる巻き戻し手段とを備え、
前記ストッパーが、ホルダーに固定されているか又はホルダーと一体的に形成されており、
前記巻き戻し手段が、空芯コイルと同軸上で回転可能且つ空芯コイルに対して進退可能で、先端に平角線の他端を引っ掛けるフックを有することを特徴とする。
この装置によれば、巻き戻し手段にて平角線の他端を回転させるとき、空芯コイルの径方向移動がホルダーにて規制され、平角線の一端の回転がストッパーにて阻止されているので、平角線の他端の回転に伴って巻き戻されて、空芯コイルの内径が拡がる。従って、芯を容易に挿入することができる。

この発明のコイルは、空芯コイルと芯とが分離しにくいことから、電気性能の信頼性に優れる。この発明のコイル製造装置によれば、芯を挿入すると同時に芯が空芯コイルに固定されるので、工数が著しく少なくて済むうえ、格別面倒な保守作業を要しないので、低コストでコイルを製造することができる。

−実施形態１−
この発明の第一の実施形態に係るコイル製造装置を図１に斜視図として示す。図中、空芯コイル１は、平角線２をその内径が円柱状の芯３の外径よりも僅かに小さくなるように螺旋状に巻かれたものである。平角線２は銅線等に薄い絶縁樹脂を被覆したワイヤからなり、その両端２ａ，２ｂはともに空芯コイル１におけるそれぞれの接線方向に延び出ている。

コイル製造装置４は、空芯コイル１を保持するホルダー５及び巻き戻しツール６を備える。ホルダー５は、空芯コイル１を載せる台５ａ及びその両側に取り付けられた２枚の板５ｂ，５ｃからなる。台５ａの上方には台５ａ上面に対して進退可能なコイル押さえ７が取り付けられている。台５ａ上面の前後方向（即ち空芯コイル１における軸方向）寸法は、空芯コイル１の軸方向寸法より平角線２の一ターン分の厚さを引いた長さと同じ又はそれより大きい。板５ｂ，５ｃは台５ａの上面よりも上方に突き出ており、板５ｂと板５ｃとの間隔は空芯コイル１の外径よりも僅かに大きい。一方の板５ｂの台５ａ上面からの突き出し寸法は、空芯コイル１の内径と平角線２の幅との和に等しく設定されている。この板５ｂは、芯３を後述の方法で空芯コイル１に挿入する際のストッパーを兼ねる。他方の板５ｃの突き出し寸法は、それほど厳格でなくてもよいが、本実施形態では板５ｂと同じである。

巻き戻しツール６は、空芯コイル１が台５ａ上面に載せられた際に空芯コイル１と同軸上で回転可能な本体６ａと、本体６ａの先端面における偏芯位置より前方に細長く突き出たフック６ｂを有する。
この装置４を用いて空芯コイル１に芯３を挿入し固定する方法は、以下の通りである。図２に示すように、先ず空芯コイル１を平角線２の一端２ａに連なる一ターン以上分が台５ａよりも前方に出るようにして台５ａの上面に載せ、コイル押さえ７にて押さえる。空芯コイル１は、台５ａの上面、コイル押さえ７の下端面及び板５ｂ，５ｃの内面にて移動が規制される。また、平角線２の他端２ｂは、板５ｂの上端に掛けられる。

この状態でツール６を空芯コイル１に向かって前進させ、フック６ｂを平角線２の一端２ａに引っ掛けて本体６ａを回転させることにより、平角線２を想像線で示す定位置から矢印Ａで示す巻き戻し方向に捻る。巻き戻されるとともに空芯コイル１の内径が芯３の外径よりも僅かに大きくなる程度に拡がる。その状態で芯３を空芯コイル１の中に挿入する。完全に挿入されたら、図３に示すように本体６ａを逆転させることにより、一端２ａを想像線の巻き戻し位置から矢印Ｂのように元の位置に復帰させる。空芯コイル１が元の内径に復帰しようとし、空芯コイル１の内周面が芯３の外周面に接触した時点で縮径が止まる。従って、芯３を挿入する前後の空芯コイル１の内径差に対応する径方向の弾性復元力が芯３と平角線２との間に作用し、両者が固定される。これにより図３に一部破断正面図として示すように、平角線２が弾性復元力で芯３に緊密に固定されたコイル１０が得られる。
尚、本体６ａを逆転させて一端２ａを復帰させることに代えて、本体６ａを後退させてフック６ｂを一端２ａから外すだけでもよい。但し、急速な縮径により芯３の損傷が懸念される場合には本体６ａを後退させるよりもゆっくり逆転させるほうが望ましい。

この実施形態では芯３として円柱状のものを用いたが、これに限定されることはなく、例えば図５（ａ）に示されるように軸方向両端に径大部を有するもの、図５（ｂ）に示されるように一端に径大部を有するもの、図５（ｃ）に示されるように周方向に環状の溝を有するもの、図５（ｄ）に示されるように多角柱状のものでもよい。前三者の場合、完全な円柱のものに比べて挿入後に径方向に作用する弾性復元力は小さくて足りる。径大部や溝が平角線の軸方向移動を阻止するからである。従って、空芯コイルの内径と芯の外径との差を小さくして、芯の挿入を容易にすることができる。尚、径大部や溝は全周に形成しなくとも、周方向に間欠的に形成しても良い。

−実施形態２−
この発明の第二の実施形態を図６に斜視図として示す。図示の便宜上、実施形態１とは逆に芯３がコイル製造装置１４の手前、巻き戻しツール６が向こうに配置されている。そして、この実施形態では空芯コイル１１が実施形態１と異なり、二重巻にされている。即ち、平角線２が一端２ａから軸方向に螺旋状に所定ターンだけ巻かれ、その外側をほぼ同じターン数巻かれながら戻って他端２ｂに至っている。従って、実施形態１では一端２ａと他端２ｂとが空芯コイル１の軸方向長さだけ離れていたが、この実施形態では両者が同じ側の端面に位置している。

また、コイル製造装置１４においては、板５ｂの一方の側に凹部５ｄが形成されている。凹部５ｄは、直方体形状の空間をなし、その下面が台５ａの上面と同じ高さかそれより低く、上面が台５ａの上面から平角線２の幅より僅かに高く、奥行きが平角線の厚みよりも深い。そして、板５ｂの凹部５ｄにおける開口側の端面は、台５ａの背面よりも少なくとも平角線２の厚みだけ突き出ている。

その他の構成は実施形態１とほぼ同じであり、同じ符号を伏して説明に代える。この装置１４を用いて空芯コイル１１に芯３を挿入し固定する方法は、以下の通りである。先ず空芯コイル１１を平角線２の開始端２ａに連なる一ターン分が台５ａよりも後方に出るようにして台５ａの上面に後方から滑らせながら載せる。平角線２の開始端２ａは凹部５ｄに挿入され、図７に示す状態となる。

この状態でツール６を空芯コイル１１に向かって前進させ、フック６ｂを平角線２の終端２ｂに引っ掛けて本体６ａを回転させることにより、平角線２を想像線で示す定位置から矢印Ａで示す巻き戻し方向に捻る。巻き戻されるとともに空芯コイル１１の内径が芯３の外径よりも僅かに大きくなる程度に拡がる。その状態で芯３を空芯コイル１１の中に挿入する。完全に挿入されたら、図８に示すように本体６ａを逆転させることにより、終端２ｂを想像線の巻き戻し位置から矢印Ｂのように元の位置に復帰させる。これにより図９に一部破断正面図として示すように、平角線２が弾性復元力で芯３に緊密に固定されたコイル２０が得られる。

−実施形態３−
この発明の第三の実施形態を図１０に斜視図として示す。この実施形態のコイル製造装置２４では実施形態１におけるツール６に代えてツール１６を用いる。その他の構成は実施形態１とほぼ同一であるので、同じ符号をもって図示することで説明に代える。
ツール１６は、本体１６ａの先端にフック１６ｂの他に２本のピン１６ｃ，１６ｄが軸方向に立てられている。ピン１６ｃ，１６ｄの高さはフック１６ｂのそれと同じである。空芯コイル１は実施形態１におけると同じくツール１６から眺めて時計方向に巻かれている。また、芯３は反時計方向に回転するように図略の回転駆動源と連結されている。

この装置２４を用いて空芯コイル１に芯３を挿入し固定する方法は、以下の通りである。先ず空芯コイル１を実施形態１におけると同様に台５ａの上面に載せる。平角線２の一端２ａはフック１６ｂの前方に位置し、他端２ｂは板５ｂに掛けられる。
この状態でツール１６を空芯コイル１に向かって前進させ、フック１６ｂを平角線２の一端２ａに引っ掛けるとともにピン１６ｃ，１６ｄの先端を空芯コイル１の端面に当てる。そして、図１１に示すように芯３を反時計方向に回転させながら空芯コイル１に挿入する。すると平角線２と芯３との間に作用する摩擦力により、接触した平角線２が芯３に連れ回りしながら巻き戻し方向に捻られる。巻き戻されるとともに空芯コイル１１の内径が芯３の外径よりも僅かに大きくなる程度に拡がり、芯３が深く挿入される。完全に挿入されたら、図１２に示すように芯３の回転を停止し、ツール１６を後退させる。これにより実施形態１におけると同じように、平角線２が弾性復元力で芯３に緊密に固定されたコイルが得られる。

この実施形態の場合、芯３の形状は図５（ａ）〜（ｄ）に示した不完全円柱よりも円柱状が望ましく、外周面を研磨したり、図１３に示すように先端にテーパを形成したりすると更に望ましい。挿入しやすくなるからである。また、図１３に示すように空芯コイルの内周面がテーパになるように平角線を巻いておいてもよい。
この実施形態では空芯コイルを直接捻る必要がないので、自動組立するのに有利である。例えば複数の空芯コイルを回転しないように立てた状態で並べて固定しておき、ロボット等で芯を回転させながら挿入することもできる。

実施形態１のコイル製造装置を空芯コイル及び芯とともに示す斜視図である。 実施形態１のコイル製造方法の前半工程を示す斜視図である。 実施形態１のコイル製造方法の後半工程を示す斜視図である。 実施形態１のコイルを示す一部破断正面図である。 （ａ）〜（ｄ）は実施形態１のコイル製造方法に適用される芯の他の例を示す斜視図である。 実施形態２のコイル製造装置を空芯コイル及び芯とともに示す斜視図である。 実施形態２のコイル製造方法の前半工程を示す斜視図である。 実施形態２のコイル製造方法の後半工程を示す斜視図である。 実施形態２のコイルを示す一部破断正面図である。 実施形態３のコイル製造装置を空芯コイル及び芯とともに示す斜視図である。 実施形態３のコイル製造方法の前半工程を示す斜視図である。 実施形態３のコイル製造方法の後半工程を示す斜視図である。 実施形態３のコイル製造方法で得られる他のコイルを示す一部破断正面図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ従来のコイル製造方法の前半工程及び後半工程を示す斜視図、（ｃ）はそれによって得られるコイルを示す一部破断正面図である。

符号の説明

１，１１，１０１ 空芯コイル
２ 平角線
３，１０３ 芯
４，１４，２４ コイル製造装置
５ ホルダー
６，１６ 巻き戻しツール
７ コイル押さえ

Claims (1)

1. 螺旋状に積層して巻かれた平角線からなる空芯コイルに芯を挿入し、固定する装置において、
   空芯コイルの径方向への移動を規制するホルダーと、
   平角線の一端の一周方向の回転を阻止するストッパーと、
   前記ストッパーが阻止する方向と同方向に平角線の他端を回転させる巻き戻し手段とを備え、
   前記ストッパーが、ホルダーに固定されているか又はホルダーと一体的に形成されており、
   前記巻き戻し手段が、空芯コイルと同軸上で回転可能且つ空芯コイルに対して進退可能で、先端に平角線の他端を引っ掛けるフックを有する
   ことを特徴とするコイル製造装置。

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