JP5147966B2 - ボビンレスコイル及び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及び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構成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、丸線を円筒状に巻回した第１の導線を同心状に積層して、その積層体の軸線を通る切断面で見て１つの導線層の各導線を、該１つの導線層と隣接する他の導線層の相隣なる２つの導線と接触させ且つその接触部を接着剤で接着することにより、絶縁体のボビンに代わる内径ガイド部を構成する第１工程と、内径ガイド部をガイドにしてその外周に第２の導線を巻回してコイル本体部を構成する第２工程とを備えた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１工程では、前記接着剤が、前記第１の導線を円筒状に巻回する前に該第１の導線に予め塗布され、前記第２工程では、接着剤の塗布されない前記第２の導線を前記内径ガイド部の外周面に巻回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又は２の構成に加えて、前記第１工程は、前記第１の導線に予め接着剤を塗布する工程と、その接着剤が予め塗布された該第１の導線を円筒状に巻回して同心状に積層した後に前記接着剤を加熱して溶解し、前記第１の導線を一体に接着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。

また更に、請求項４に記載された発明によれば、丸線を円筒状に巻回した第１の導線を同心状に積層した積層体より成る、絶縁体のボビンに代わる内径ガイド部と、前記内径ガイド部をガイドにしてその外周に第２の導線を巻回して設けられたコイル本体部とを有し、前記内径ガイド部は、その軸線を通る切断面で見て、１つの導線層の各第１の導線が、該１つの導線層と隣接する他の導線層の相隣なる２つの第１の導線と接触し且つその接触部が接着剤で接着されて成ることを特徴とするボビンレスコイルが提案される。

本発明によれば、ボビンを廃止して部品点数およびコストを削減しながら内径ガイド部にボビンに代わる機能を発揮させてコイル本体部の巻回形状を安定させることができ、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。また内径ガイド部の導線だけを接着してコイル本体部の導線を接着する必要がないため、接着剤の使用量や加工工数を最小限に抑えることができる。

能動型防振支持装置の縦断面図。（実施の形態） 図１の２部拡大図。（実施の形態） ボビンレスコイルの縦断面図。（実施の形態） 作用を説明するフローチャート。（実施の形態） 前記図３に対応する図。（参考形態）

以下、図１〜図４に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

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。

図３に示すように、円筒状に形成されたボビンレスコイル４６は、丸線を円筒状に巻回した第１の導線４５ａを同心状に２層に積層し、その積層体の軸線を通る切断面で見て１つの導線層の各導線４５ａを、該１つの導線層と隣接する他の導線層の相隣なる２つの導線４５ａと接触させ且つその接触部を接着剤６２で接着して構成した内径ガイド部４６ａと、内径ガイド部４６ａの外周に丸線よりなる第２の導線４５ｂを１０層に亘って巻回したコイル本体部４６ｂとで構成される。内径ガイド部４６ａを構成する第１の導線４５ａには予め接着剤６２が塗布されており、それを円筒状に巻回して同心状に積層した後に加熱することで接着剤６２が溶融して内径ガイド部４６ａの第１の導線４５ａが一体に接着される。

接着剤６２で円筒状に固められた内径ガイド部４６ａは絶縁体のボビンに代わる機能を有しており、その外周面をガイドにしてコイル本体部４６ｂの第２の導線４５ｂが内径ガイド部４６ａの第１の導線４５ａと同方向に巻回される。ガイド部４６の第１の導線４５ａの径方向外端と、コイル本体部４６ｂの第２の導線４５ｂの径方向内端とは接続されており、従って第１の導線４５ａおよび第２の導線４５ｂは直列に接続される。このボビンレスコイル４６は、予め接着剤６２を塗布した第１の導線４５ａを円筒状に巻回して同心状に積層し、その積層体の軸線を通る切断面で見て１つの導線層の各導線４５ａを、該１つの導線層と隣接する他の導線層の相隣なる２つの導線４５ａと接触させて構成した内径ガイド部４６ａを接着剤６２で固める工程と、内径ガイド部４６ａの外周面をガイドにしながら第２の導線４５ｂを巻回してコイル本体部４６ｂを構成する工程とにより製造することができる。

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の形態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４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。

またボビンを持たないボビンレスコイル４６を採用したことにより部品点数およびコストの削減が可能になるだけでなく、ボビンに相当する内径ガイド部４６ａによりコイル本体部４６ｂの導線４５ｂの巻回形状を安定させることができ、しかもボビンを廃止した分だけボビンレスコイル４６の内径を小さくすることができる。ボビンレスコイル４６の内径が小さくなると、必要な巻数を確保するための導線４５ａ，４５ｂの長さが短くて済み、ボビンレスコイル４６の抵抗およびインダクタンスが減少して電流応答性が向上する。更に、内径ガイド部４６ａの導線４５ａだけを接着し、コイル本体部４６ｂの導線４５ｂを接着する必要がないため、接着剤６２の使用量や加工工数を削減することができる。

次に、図５に基づいて本発明の参考形態を説明する。

実施の形態のボビンレスコイル４６の内径ガイド部４６ａの導線４５ａには丸線が使用されているが、参考形態の導線４５ａには矩形断面の平角線が使用されている。導線４５ａに平角線を採用したことにより、導線４５ａ間の接着面積を充分に確保して内径ガイド部４６ａの強度を高め、かつ導線４５ａ間の隙間を減少させて占積率を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態及び参考形態を説明したが、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、実施の形態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。

４５ａ 導線
４５ｂ 導線
４６ａ 内径ガイド部
４６ｂ コイル本体部
６２ 接着剤

Claims (4)

1. 丸線を円筒状に巻回した第１の導線（４５ａ）を同心状に積層して、その積層体の軸線を通る切断面で見て１つの導線層の各導線（４５ａ）を、該１つの導線層と隣接する他の導線層の相隣なる２つの導線（４５ａ）と接触させ且つその接触部を接着剤（６２）で接着することにより、絶縁体のボビンに代わる内径ガイド部（４６ａ）を構成する第１工程と、
   内径ガイド部（４６ａ）をガイドにしてその外周に第２の導線（４５ｂ）を巻回してコイル本体部（４６ｂ）を構成する第２工程と、
   を備えた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１工程では、前記接着剤（６２）が、前記第１の導線（４５ａ）を円筒状に巻回する前に該第１の導線（４５ａ）に予め塗布され、
   前記第２工程では、接着剤（６２）の塗布されない前記第２の導線（４５ｂ）を前記内径ガイド部（４６ａ）の外周面に巻回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. 前記第１工程は、前記第１の導線（４５ａ）に予め接着剤（６２）を塗布する工程と、その接着剤（６２）が予め塗布された該第１の導線（４５ａ）を円筒状に巻回して同心状に積層した後に前記接着剤（６２）を加熱して溶解し、前記第１の導線（４５ａ）を一体に接着する工程とを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のボビンレスコイルの製造方法。
4. 丸線を円筒状に巻回した第１の導線（４５ａ）を同心状に積層した積層体より成る、絶縁体のボビンに代わる内径ガイド部（４６ａ）と、
   前記内径ガイド部（４６ａ）をガイドにしてその外周に第２の導線（４５ｂ）を巻回して設けられたコイル本体部（４６ｂ）とを有し、
   前記内径ガイド部（４６ａ）は、その軸線を通る切断面で見て、１つの導線層の各第１の導線（４５ａ）が、該１つの導線層と隣接する他の導線層の相隣なる２つの第１の導線（４５ａ）と接触し且つその接触部が接着剤（６２）で接着されて成ることを特徴とするボビンレスコイル。

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