JP5280652B2 - リニアモータ用コイルユニット及びリニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、リニアモータ用コイル、リニアモータ用コイルユニット、リニアモータ、リニアモータ用コイルの製造方法及びリニアモータ用コイルユニットの製造方法に関する。

リニアモータでは、複数のコイルがリニアモータの可動方向に配列されている。そして、リニアモータに利用されるコイル、そのコイルを配列したコイルユニット、これらコイルやコイルユニットの製造方法について、種々の技術が提案されている。

特許文献１では、扁平型の複数のコイルを互いに重ならないように配列してコイルユニットを構成する技術が開示されている。このようなコイルユニットにおいては、各コイルの開口に線材が配置されていないから、線積率が低い。その結果、リニアモータの駆動力が低くなる。なお、特許文献１では、コイルの形成方法について開示されていない。一般的には、このようなコイルユニットのコイルは、線材が整列巻きされることにより形成されている。

特許文献２では、複数のコイルを互いに一部が重なるように配列してコイルユニットを構成する技術が開示されている。このコイルユニットでは、各コイルの開口に、隣接するコイルの一部が配置されることから、特許文献１の技術に比較して線積率が高い。なお、特許文献２には、コイルユニットを樹脂によりモールドする方法は記載されているが、コイルやコイルユニットの形成方法については開示されていない。一般的には、このようなコイルユニットにおいては、まず、線材が乱巻きされることにより平面状のコイルが形成される。そして、複数の平面状のコイルが、互いに一部が重なるように配列され、その後、押し潰されて整形されることにより、コイルユニットが形成される。

特許文献３では、平面状の複数のコイルをそれぞれＵ字状に折り曲げ、Ｕ字状の複数のコイルを組み立てることによりコイルユニットを形成する技術が開示されている。
特開平１１−１２２９０４号公報 特開２００３−２３４２３５号公報 特開２００１−１０３７２５号公報

特許文献２のように、線材の乱巻きにより構成された複数のコイルが、互いに重なるように配列され、その後、押し潰されて整形されることにより構成されたコイルユニットは、押し潰されて整形されるときに、各コイルの各部が複数のコイル間の隙間において不規則に変形する。従って、コイルの形状にばらつきが生じる。また、押し潰される際に一部のコイル同士の接触圧が高くなり、短絡や断線が生じるおそれがある。すなわち、特許文献２のような技術は、不良品が生じる可能性が高い。

特許文献３のコイルユニットは、特殊な形状であることから、設計が困難であるとともに汎用性が低い。例えば、コイルユニットは、各コイルの開口が連通されない構成であることから、コイルユニットに対して、回路基板や補強・放熱等を目的とした板状部材を挿入することができない。また、各コイルは積層された状態で直角に折り曲げられることから、折り曲げ部の外周側の線材は大きな変形を強いられることになり、破断するおそれがある。すなわち、不良品が生じる可能性が高い。さらに、コイルを直角に曲げるためには、高度な設備が必要である。

本発明の目的は、線積率を高くしつつ不良品の発生を抑制できるリニアモータ用コイル、リニアモータ用コイルユニット、リニアモータ、リニアモータ用コイルの製造方法及びリニアモータ用コイルユニットの製造方法を提供することにある。

本発明のリニアモータ用コイルは、線材が複数回巻かれることにより構成されたリニアモータ用コイルであって、前記線材は、当該コイルの軸方向及び径方向に配列されるように整列巻きされており、前記線材の束により、互いに平行に延びる第１平行部及び第２平行部と、前記第１平行部及び前記第２平行部の端部同士を連結する第１連結部及び第２連結部と、が形成されており、当該コイルの表面側に位置する線材の束により、前記軸方向の一方側に向く第１面と、前記軸方向の他方側に向く第２面とが形成されており、前記第１平行部における前記第１面及び前記第２面と、前記第２平行部における前記第１面及び前記第２面とは互いに平行であり、前記第１平行部及び前記第２平行部の前記第１面及び前記第２面に直交する方向において、前記第１平行部における前記第２面は、前記第２平行部における前記第１面よりも前記軸方向の前記一方側に位置している。

好適には、前記第１平行部の両端及び前記第２平行部の両端には、前記第１平行部及び前記第２平行部の延びる方向に見て、前記第１連結部及び前記第２連結部が直線的に前記第１平行部と前記第２平行部との間において延びるように、捩れ部が形成されている。

好適には、当該コイルの開口の中央の点に対して点対称の形状に、且つ、前記開口の中央の点を通り、前記第１平行部及び前記第２平行部に直交する面に対して面対称に構成されている。

本発明のリニアモータ用コイルユニットは、線材が複数回巻かれることにより構成された複数のコイルが所定方向に配列されたリニアモータ用コイルユニットであって、前記複数のコイルは、互いに同一の形状であり、前記複数のコイルそれぞれにおいて、前記線材は、当該コイルの軸方向及び径方向に配列されるように整列巻きされており、前記線材の束により、互いに平行に延びる第１平行部及び第２平行部と、前記第１平行部及び前記第２平行部の端部同士を連結する第１連結部及び第２連結部と、が形成されており、当該コイルの表面側に位置する線材の束により、前記軸方向の一方側に向く第１面と、前記軸方向の他方側に向く第２面とが形成されており、前記第１平行部における前記第１面及び前記第２面と、前記第２平行部における前記第１面及び前記第２面とは互いに平行であり、前記第１平行部及び前記第２平行部の前記第１面及び前記第２面に直交する方向において、前記第１平行部における前記第２面は、前記第２平行部における前記第１面よりも前記軸方向の前記一方側に位置しており、前記複数のコイルは、互いに同一の向き、且つ、前記第１平行部及び前記第２平行部が前記所定方向に直交する向きで、前記所定方向に配列され、前記複数のコイルの前記第１平行部は同一平面上において互いに隣接して配列され、前記複数のコイルの前記第２平行部は同一平面上において互いに隣接して配列されている。

好適には、前記複数のコイルは、隣接するコイルの前記第１連結部同士及び前記第２連結部同士が、前記軸方向に見て重ならないように、交互に、前記第１平行部及び前記第２平行部の延びる方向において逆方向へずれて配列されている。

好適には、前記複数のコイルの前記第１平行部と前記複数のコイルの前記第２平行部との間に挿入された板状部材を更に有する。

本発明のリニアモータは、所定方向にＮ極及びＳ極が交互に配列された磁石ユニットと、線材が複数回巻かれることにより構成された複数のコイルが前記所定方向に配列されたコイルユニットと、を有し、前記複数のコイルは、互いに同一の形状であり、前記複数のコイルそれぞれにおいて、前記線材は、当該コイルの軸方向及び径方向に配列されるように整列巻きされており、前記線材の束により、互いに平行に延びる第１平行部及び第２平行部と、前記第１平行部及び前記第２平行部の端部同士を連結する第１連結部及び第２連結部と、が形成されており、当該コイルの表面側に位置する線材の束により、前記軸方向の一方側に向く第１面と、前記軸方向の他方側に向く第２面とが形成されており、前記第１平行部における前記第１面及び前記第２面と、前記第２平行部における前記第１面及び前記第２面とは互いに平行であり、前記第１平行部及び前記第２平行部の前記第１面及び前記第２面に直交する方向において、前記第１平行部における前記第２面は、前記第２平行部における前記第１面よりも前記軸方向の前記一方側に位置しており、前記複数のコイルは、互いに同一の向き、且つ、前記第１平行部及び前記第２平行部が前記所定方向に直交する向きで、前記所定方向に配列され、前記複数のコイルの前記第１平行部は同一平面上において互いに隣接して配列され、前記複数のコイルの前記第２平行部は同一平面上において互いに隣接して配列されている。

本発明のリニアモータ用コイルの製造方法は、線材が複数回巻かれることにより構成されたリニアモータ用コイルの製造方法であって、前記線材が当該コイルの軸方向及び径方向に配列され、前記線材の束により、互いに平行に延びる第１平行部及び第２平行部と、前記第１平行部及び前記第２平行部の端部同士を連結する第１連結部及び第２連結部とが、同一平面上に形成され、当該コイルの表面側に位置する線材の束により、前記軸方向の一方側に向く第１面と、前記軸方向の他方側に向く第２面とが形成されるように、前記線材を整列巻きする工程と、前記第１平行部における前記第１面及び前記第２面と、前記第２平行部における前記第１面及び前記第２面とが互いに平行になり、且つ、前記第１平行部及び前記第２平行部の前記第１面及び前記第２面に直交する方向において、前記第１平行部における前記第２面が、前記第２平行部における前記第１面よりも前記軸方向の前記一方側に位置するように、前記整列巻きする工程により形成されたコイルを、他のコイルと組み合わせてコイルユニットを構成する前に整形する工程と、を有する。

本発明のリニアモータ用コイルユニットの製造方法は、線材が複数回巻かれることにより構成された複数のコイルが所定方向に配列されたリニアモータ用コイルユニットの製造方法であって、前記線材が当該コイルの軸方向及び径方向に配列され、前記線材の束により、互いに平行に延びる第１平行部及び第２平行部と、前記第１平行部及び前記第２平行部の端部同士を連結する第１連結部及び第２連結部とが、同一平面上に形成され、当該コイルの表面側に位置する線材の束により、前記軸方向の一方側に向く第１面と、前記軸方向の他方側に向く第２面とが形成されるように、前記線材を整列巻きする工程と、前記第１平行部における前記第１面及び前記第２面と、前記第２平行部における前記第１面及び前記第２面とが互いに平行になり、且つ、前記第１平行部及び前記第２平行部の前記第１面及び前記第２面に直交する方向において、前記第１平行部における前記第２面が、前記第２平行部における前記第１面よりも前記軸方向の前記一方側に位置するように、前記整列巻きする工程により形成されたコイルを整形する工程と、前記整列巻きする工程及び前記整形する工程を繰り返して得られた複数のコイルを、互いに同一の向きで、且つ、前記第１平行部及び前記第２平行部が前記所定方向に直交する向きで、前記複数のコイルの前記第１平行部が同一平面上において互いに隣接して配列され、前記複数のコイルの前記第２平行部が同一平面上において互いに隣接して配列されるように、前記所定方向に配列する工程と、前記配列する工程により配列された前記複数のコイルを前記複数のコイルの前記軸方向において挟み込む圧力を加える工程と、を有する。

好適には、前記配列する工程では、前記複数のコイルの、隣接する前記第１平行部同士の間隔及び前記第２平行部同士の間隔が、前記線材の半径以上、且つ、前記線材の直径の２倍以下になるように、前記複数のコイルを配列する。

本発明によれば、線積率を高くしつつ不良品の発生を抑制できる。

図１は、本発明の実施形態のリニアモータ用コイル１の斜視図である。図２は、コイル１の正面図である。図３は、コイル１の側面図である。図４は、コイル１の底面図である。図５は、図２のＶ−Ｖ線における断面図である。

コイル１は、後述するリニアモータ３１（図８参照）において、リニアモータの可動方向（ｙ方向）に複数配列されて使用されるものである。

コイル１は、図５に示すように、線材３が複数回巻かれることにより構成されている。線材３は、例えば、導電性部材が絶縁性部材により被覆されて構成されている。導電性部材は、例えば、銅により構成され、絶縁性部材は、例えば、樹脂により構成されている。

具体的には、線材３は、コイル１の軸方向（回転軸方向。図ではｚ軸方向）及び径方向に配列されるように整列巻きされている。線材３の径、巻き回数、コイル１の径等は適宜に設定されてよい。例えば、巻き回数は、５０回程度である。

コイル１の表面側において径方向へ配列された線材３の束は、軸方向の一方側（図１の紙面上方側、ｚ軸方向の正側）に向く第１面５と、軸方向の他方側（図１の紙面下方側、ｚ軸方向の負側）に向く第２面７とを構成している。また、コイル１の内周面側において軸方向へ配列された線材３の束は、内周面９を構成している。コイル１の外周面側において軸方向へ配列された線材３の束は、外周面１１を構成している。

線材３は、線材３の束の断面が概ね矩形になるように整列巻きされている。従って、第１面５と第２面７とは、コイル１全体に亘って概ね平行である。また、内周面９と外周面１１とは、コイル１全体に亘って概ね平行である。

コイル１は、線材３の束により形成された、互いに平行に延びる第１平行部１３Ａ及び第２平行部１３Ｂ（以下、単に「平行部１３」といい、これらを区別しないことがある。）と、第１平行部１３Ａ及び第２平行部１３Ｂの端部同士を連結する第１連結部１５Ａ及び第２連結部１５Ｂ（以下、単に「連結部１５」といい、これらを区別しないことがある。）とを有している。すなわち、コイル１は、概ね矩形状に形成されている。なお、コイル１は、連結部１５が弧状に形成されることにより、長円状に形成されてもよい。

平行部１３や連結部１５の厚さ（線材３の束の軸方向の厚さ。以下、「コイル厚さ」という。）は、例えば、平行部１３や連結部１５の幅（線材３の束の径方向の幅。以下、「コイル幅」という。）よりも小さい。ただし、コイル厚さがコイル幅よりも大きくてもよい。

コイル１は、一部が捩れるように形成されており、平行部１３や連結部１５は、同一平面上に配置されていない。具体的には、以下に説明するとおりである。

なお、線材３の第１端部３ａ、第２端部３ｂ（図２においてのみ示す。）や後述するターンオーバーする部分等における微小な形状を除けば、コイル１は、コイル１の開口の中央の中心点ＣＰ（図１〜図３）に対して点対称の形状に、且つ、中心点ＣＰを通り、平行部１３に直交する面（図１〜図３においては、当該面に代えて、当該面の一部である中心線ＣＬを示す。）に対して面対称に構成されている。従って、コイル１の形状については、以下の説明において、第１平行部１３Ａの語と第２平行部１３Ｂの語とを入れ替えたり、第１連結部１５Ａの語と第２連結部１５Ｂの語とを入れ替えたり、第１面５の語と第２面７の語とを入れ替えたりしても、同様のことが成立する。

第１平行部１３Ａにおける、第１面５、第２面７、内周面９及び外周面１１それぞれと、第２平行部１３Ｂにおける、第１面５、第２面７、内周面９及び外周面１１それぞれとは、互いに平行である。

第１平行部１３Ａは、第２平行部１３Ｂよりもｚ軸方向（平行部１３の第１面５及び第２面７に直交する方向）の正側（図１の紙面上方側）に位置している。図３及び図４に示すように、第１平行部１３Ａにおける第２面７は、第２平行部１３Ｂにおける第１面５よりもｚ軸方向の正側に位置している。図３に示すように、平行部１３に直交し、且つ、第１面５及び第２面７に平行な方向に見て、第１平行部１３Ａにおける第２面７と第２平行部１３Ｂにおける第１面５との間には、隙間ＳＫが形成されている。隙間ＳＫの幅（ｚ軸方向の長さ）は、適宜に設定されてよいが、例えば、コイル厚さと概ね同等である。

第１連結部１５Ａにおける、第１面５、第２面７、内周面９及び外周面１１それぞれと、第２連結部１５Ｂにおける、第１面５、第２面７、内周面９及び外周面１１それぞれとは、互いに平行である。

図３及び図４に示すように、平行部１３の延びる方向（ｘ軸方向）に見て、第１連結部１５Ａ及び第２連結部１５Ｂは、同位置に位置している。図４に示すように、平行部１３の延びる方向（ｘ軸方向）に見て、連結部１５は、第１平行部１３Ａと第２平行部１３Ｂとの間において直線的に延びている。すなわち、連結部１５における、第１面５及び第２面７は、平面であり、曲面にはなっていない。なお、上述のように、第１平行部１３Ａ及び第２平行部１３Ｂは、ｚ軸方向（平行部１３における第１面５及び第２面７に直交する方向）の位置が互いにことなるから、連結部１５（より厳密には連結部１５における第１面５及び第２面７）は、平行部１３における第１面５及び第２面７に対して傾斜している。

第１平行部１３Ａ及び第２平行部１３Ｂの両端には、第１平行部１３Ａ及び第２平行部１３Ｂを平行に保ちつつｚ軸方向の位置を異ならせ、且つ、第１連結部１５Ａ及び第２連結部１５Ｂが、第１平行部１３Ａと第２平行部１３Ｂとの間において直線的に延びるように、第１〜第４捩れ部１７Ａ〜１７Ｄ（以下、単に「捩れ部１７」といい、これらを区別しないことがある。）が形成されている。すなわち、捩れ部１７における、第１面５、第２面７、内周面９及び外周面１１は、平行部１３における、第１面５、第２面７、内周面９及び外周面１１に対して、平行部１３回り（ｘ軸回り）に、連結部１５の平行部１３に対する傾斜方向へ捩れて形成されている。

なお、捩れ部１７は、ｘ軸回りに捩れているだけでもよいし、連結部１５を平行部１３に対して連結部１５が傾斜する側に位置させるように段差が形成されていてもよい。具体的には、第１捩れ部１７Ａ及び第２捩れ部１７Ｂに、第１連結部１５Ａ及び第２連結部１５Ｂが第１平行部１３Ａに対してｚ軸方向の負側に位置するように段差が形成され、第３捩れ部１７Ｃ及び第４捩れ部１７Ｄに、第２連結部１５Ｂ及び第１連結部１５Ａが第２平行部１３Ｂに対してｚ軸方向の正側に位置するように段差が形成されてもよい。なお、本実施形態では、段差が形成されている場合を例示している。段差が形成される場合、段差の大きさ（ｚ軸方向の高さ）は、例えば、隙間ＳＫの幅（ｚ軸方向の長さ）以下又は未満である。

図６は、複数のコイル１の配列方法を説明する図である。

複数のコイル１は、互いに同一の形状に形成されている。複数のコイル１は、互いに同一の向きで、平行部１３に直交する方向に配列されている。複数のコイル１は、一のコイル１の開口に他のコイル１の一部を配置することにより、コイル全体の線積率が高くなるように、ｚ軸方向に見て一部を互いに重複させて配列されている。

具体的には、複数のコイル１の第１平行部１３Ａは、同一平面上において隣接して配列され、同様に、複数のコイルの第２平行部１３Ｂは、同一平面上において隣接して配列されている。複数のコイル１の第１平行部１３Ａにおける第１面５（第２面７）は同一平面を構成し、同様に、複数のコイル１の第２平行部１３Ｂにおける第１面５（第２面７）は同一平面を構成している。複数の第１平行部１３Ａの構成する平面と、複数の第２平行部１３Ｂの構成する平面とはｚ軸方向の位置が異なっている。隙間ＳＫ（図３）は、複数のコイル１間で連通され、複数の第１平行部１３Ａの構成する平面と、複数の第２平行部１３Ｂの構成する平面との間に孔部を形成している。

なお、一のコイル１の開口をｚ軸方向へ投影した投影面積内には、適宜な数の平行部１３が配置されてよいが、本実施形態では、２本の平行部１３が配置される場合を例示している。換言すれば、コイル１は、開口の、平行部１３に直交する方向における直径が、コイル幅の概ね２倍になるように形成されている。

複数のコイル１は、隣接するコイル１の第１連結部１５Ａ同士及び前記第２連結部１５Ｂ同士が、ｚ軸方向に見て重ならないように、交互に、平行部１３の延びる方向（ｘ軸方向）において逆方向へずれて配置されている。なお、複数のコイル１は、一つ置きに、平行部１３の延びる方向において同一の位置に配置されており、１つ離れたコイル１の第１連結部１５Ａ同士及び第２連結部１５Ｂ同士は、ｚ軸方向に見て重なっている。

複数のコイル１は、第１平行部１３Ａ側（ｙ軸方向の正側、図６の紙面左上側）から第２平行部１３Ｂ側（ｙ軸方向の負側、図６の紙面右下側）へ、順次一部をｚ軸方向の正側（図６の紙面手前側）に積層していくように配列されている。従って、一のコイル１の第１平行部１３Ａは、自己のｙ軸方向の正側に隣接する他のコイル１の第１連結部１５Ａ又は第２連結部１５Ｂのｚ軸方向の正側に当接している。また、一のコイル１の第２平行部１３Ｂは、自己のｙ軸方向の負側に隣接する他のコイル１の第１連結部１５Ａ又は第２連結部１５Ｂのｚ軸方向の負側に当接している。また、一のコイル１の第１連結部１５Ａ及び第２連結部１５Ｂは、自己のｙ軸方向の正側に一つ離れて配置された他のコイル１の第１連結部１５Ａ及び第２連結部１５Ｂのｚ軸方向の正側に当接している。なお、一つ離れたコイル１の第１連結部１５Ａ同士及び第２連結部１５Ｂ同士は、互いに当接していなくてもよい。

図７は、複数のコイル１を用いたコイルユニット２１を示す図である。

複数のコイル１は、図６を参照して説明したように配列されている。複数のコイル１の数は、要求される機能等に応じて適宜に設定される。図７では、２７個のコイル１が配列されている場合を例示している。

複数のコイル１は、適宜な方法により互いに電気的に接続されている。例えば、コイル１を構成する線材３の第１端部３ａ及び第２端部３ｂ（図２）は、隣接する他のコイル１を構成する線材３の第１端部３ａ又は第２端部３ｂと、半田により固定される。なお、複数のコイル１は、隙間ＳＫが連通されて構成された孔部２５に挿入された回路基板やコイル１の外部に配置された回路基板等を介して互いに接続されてもよい。複数のコイル１は、要求される機能等に応じて、並列接続、直列接続、又は、これらを組み合わせた接続で接続される。換言すれば、隣接するコイル１間においては、第１端部３ａ同士の接続、第２端部３ｂ同士の接続、第１端部３ａと第２端部３ｂとの接続が適宜に選択されてよい。

コイルユニット２１は、孔部２５に挿入された板状部材２３を有している。板状部材２３は、例えば、ステンレスや樹脂等の非磁性の部材により構成されている。板状部材２３の大きさは、例えば、孔部２５に嵌合する幅及び厚さを有するとともに、コイルユニット２１と同等又はそれ以上の長さを有している。板状部材２３は、コイルユニット２１の放熱性向上や強度の補強に寄与している。

図８（ａ）は、コイルユニット２１を用いたリニアモータ３１を模式的に示す、リニアモータ３１の可動方向（ｙ軸方向）に直交する断面図である。図８（ｂ）は、リニアモータ３１の一部を模式的に示す平面図である。図９は、リニアモータ３１の一部を模式的に示すリニアモータ３１の可動方向に沿う断面図である。

リニアモータ３１は、いわゆる同期型のリニアモータにより構成されている。図８（ａ）に示すように、リニアモータ３１は、コイルユニット２１に対して対向配置される磁石ユニット３３と、磁石ユニット３３を保持するヨーク３５とを有している。

ヨーク３５と、コイルユニット２１とは、不図示のスライダ等を介して、互いにリニアモータ３１の可動方向（ｙ軸方向）に相対移動可能に連結されている。コイルユニット２１及び磁石ユニット３３は、一方がリニアモータ３１の可動子を構成し、他方がリニアモータ３１の固定子を構成する。

磁石ユニット３３は、図８（ａ）、図８（ｂ）及び図９に示すように、リニアモータ３１の可動方向に沿って複数配列された磁石３７を有している。図８（ａ）に示すように、磁石３７は、例えば、Ｕ字型磁石であり、コイルユニット２１を挟んでＮ極とＳ極とが対向している。図８（ｂ）及び図９に示すように、複数の磁石３７は、リニアモータ３１の可動方向に沿って、Ｎ極とＳ極とが交互に配列されるように配列されている。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、複数の磁石３７の各磁極は、例えば、コイル１の平行部１３と同等の長さを有している。図９に示すように、複数の磁石３７は、例えば、磁石３７のピッチＰｍが、コイル１のピッチＰｃの３倍になるように配列されている。

図９に示すように、複数のコイル１は、隣接する３つのコイルにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電力が供給される。すなわち、複数のコイル１には、位相が１２０°ずつずれた交流電力が供給される。これにより、平行部１３と磁石３７との間に、コイルユニット２１と磁石ユニット３３とを可動方向に相対移動させる推力が発生する。

図１０は、コイルユニット２１の製造方法（コイル１の製造方法を含む）の概略を示すフローチャートである。

ステップＳＴ１では、線材３を巻き取って、コイル１の元になる、整形前コイル２（図１１参照）を形成する。

図１１（ａ）は、整形前コイル２の正面図（図２に対応する図）、図１１（ｂ）は、整形前コイル２の側面図（図３に対応する図）である。なお、図解を容易にするために、整形前コイル２の各部には、コイル１の対応する各部の符号を付している。また、線材３の図示は省略している。

整形前コイル２は、平板状に形成されている。すなわち、第１面５及び第２面７は、それぞれ、第１平行部１３Ａ、第２平行部１３Ｂ、第１連結部１５Ａ及び第２連結部１５Ｂに亘って一平面を形成している。

図１２（ａ）は、整形前コイル２の形成方法の原理を説明する図である。

線材３は、コイルボビン４１に巻かれている。また、線材３の一端は、巻き型４３に固定されている。巻き型４３の回転軸ＲＡ回りの外周の形状は、整形前コイル２の内周と同一形状（本実施形態では矩形）である。そして、線材３は、巻き型４３が回転軸ＲＡ回りに回転されることにより、コイルボビン４１の回転を伴ってコイルボビン４１から引き出され、巻き型４３に巻きつけられていく。この際、線材３の回転軸ＲＡ方向の位置は、アーム４５により調整され、整列巻きが実現される。

図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＸＩＩｂ−ＸＩＩｂ線における断面図である。

矢印ｙ１で示すように、線材３は、まず、巻き型４３に当接して巻かれていく。この際、線材３のうち、新たに巻き型４３に巻かれる部分の位置は、アーム４５により、巻き型４３の一回転に対して線材３の直径に相当する量だけ、回転軸ＲＡ方向（整形前コイル２の軸方向）の一方側（図１２（ｂ）の紙面下方側）へずらされていく。これにより、整形前コイル２の最も内周側の層が形成されていく。

整形前コイル２の最も内周側の層が形成されると、アーム４５は、線材３のうち新たに巻き型４３に巻かれる部分の位置を、回転軸ＲＡ方向の他方側（図１２（ｂ）の紙面上方側）へずらしていく。これにより、整形前コイル２の内周側から２層目の部分が形成されていく。同様の動作を繰り返すことにより、線材３は、整形前コイル２の径方向に積層されていくことになる。

なお、線材３のうち内周側の層から外周側の層へ移動する部分（矢印ｙ１の折り返し部分）においては、線材３は整列しない。すなわち、いわゆるターンオーバーが生じる。その結果、当該部分の付近においては、整形前コイル２に膨らみが生じる。一方、コイル１のうち、リニアモータ３１の駆動力に寄与する部分は、平行部１３である。従って、ターンオーバーは、連結部１５において生じるようにすることが好ましい。

線材３の、整形前コイル２の径方向や軸方向等において隣接する部分同士は、適宜な方法で互いに固定される。例えば、線材３が巻き型４３に巻き取られた後に、線材３を通電加熱することにより線材３の外周に予め塗布しておいた接着剤を溶融し、その後、乾燥することにより、各部は固定される。また、例えば、線材３が巻き型４３に巻き取られている間に、アルコール等の溶剤を塗布したり、熱風を吹き付けたりすることにより、線材３の外周に塗布されている接着剤を溶融し、その後、乾燥することにより、各部は固定される。また、例えば、線材３が巻き型４３に巻き取られた後に接着剤を塗布することにより各部は固定される。なお、接着剤が予め塗布されている線材３は、いわゆる融着電線である。

図１０のステップＳＴ２では、整形前コイル２を整形してコイル１を形成する。すなわち、第１平行部１３Ａと第２平行部１３Ｂとの軸方向の位置が互いにずれるようにコイル１を捩る。

なお、厳密には、後述するように、ステップＳＴ４でも整形が行われるから、ステップＳＴ２において整形がなされたコイルは、図１〜図７を参照して説明した最終的なコイル１の形状とは若干異なるが、本実施形態では、コイル１の形状は、概ねステップＳＴ２で形成されることから、以下の説明では、ステップＳＴ２以降のコイルに符号１を付す。

図１２（ｃ）は、整形前コイル２を整形してコイル１を形成する方法の一例を示す模式図である。

この例では、第１型４６及び第２型４７により整形前コイル２をプレスすることにより、整形前コイル２を整形してコイル１を形成している。第１型４６及び第２型４７の一方には、他方に対向する面に、整形前コイル２を位置決めする不図示の位置決め部が設けられている。また、第１型４６及び第２型４７の互いに対向する面には、第１型４６及び第２型４７を型締したときに、整形後のコイル１が嵌合する隙間が形成されるように、凹部や突部が形成されている。

図１０のステップＳＴ３では、ステップＳＴ１及びステップＳＴ２を繰り返し行うことにより形成された複数のコイル１を、図６や図７を参照して説明したように、平行部１３に直交する方向（リニアモータ３１の可動方向）に、一部を重ねつつ配列する。また、複数のコイル１の隙間ＳＫには、板状部材２３が挿入される。

図１３（ａ）は、複数のコイル１を配列したときの一部拡大図である。

上述のように、平行部１３（図１３（ａ）では、第２平行部１３Ｂを例示）は、隣接するコイル１の平行部１３に対して隣接して配置される。ただし、平行部１３は、隙間ｔが形成されるように隣接して配置される。

図１３（ｂ）は、隙間ｔ付近（図１３（ａ）の領域ＸＩＩＩｂ）の拡大図である。

隙間ｔは、比較的微小な隙間である。そこで、隙間ｔの大きさは、例えば、コイルユニット２１全体の可動方向の長さ、複数のコイル１の数、複数のコイル１のコイル幅、線材３の径、及び、線材３の巻き数が一旦設計された後に、複数のコイル１の巻き数を１又は２回分程度増減する調整により設定される。

従って、隙間ｔの大きさは、概ね線材３の直径の２倍以下となる。一方、図１３（ｂ）に示すように、線材３の各部は、コイル１の径方向（図１３（ｂ）の紙面左右方向）において隣接する線材３の各部に対して、半径分、コイル１の軸方向（図１３（ｂ）の紙面上下方向）にずれて配置されている。従って、隙間ｔを形成する調整前の設計において、複数のコイル１の平行部１３同士が丁度当接している場合には、巻き数を１回減らしたときの隙間は、概ね線材３の直径よりも小さく、半径より大きいことになる。

図１０のステップＳＴ４では、ステップＳＴ３により配列された複数のコイル１をまとめて整形する。

図１３（ｃ）は、配列された複数のコイル１の整形方法の一例を示す模式図である。

この例では、第３型４９及び第４型５１により、複数のコイル１をプレスすることにより、複数のコイル１を整形している。なお、プレスする前の整形前コイルユニット２２は、図７を参照して説明したコイルユニット２１と概ね同等の形状をしている。このプレスにより、複数のコイル１の比較的微小な整形を伴う最終調整がなされる。

第３型４９及び第４型５１の一方には、他方に対向する面に、整形前コイルユニット２２を位置決めする不図示の位置決め部が設けられている。また、第３型４９及び第４型５１の互いに対向する面には、第３型４９及び第４型５１を型締したときに、整形後のコイルユニット２１が嵌合する隙間が形成されるように、凹部や突部が形成されている。

なお、複数のコイル１同士の接着は、適宜な時期に適宜な方法で行われる。例えば、ステップＳＴ３において、複数のコイル１を配列している途中、又は、配列した直後に、接着剤を塗布したり、コイル１が融着電線により構成されていることを利用して融着したりしてもよい。また、ステップＳＴ４において、整形前コイルユニット２２に対してプレスする際に、接着剤を塗布したり、コイル１が融着電線により構成されていることを利用して融着したりしてもよい。

以上の実施形態によれば、コイル１は、線材３が複数回巻かれることにより構成されたリニアモータ用コイルであって、線材３は、コイル１の径方向及び軸方向に配列されるように整列巻きされており、線材３の束により、互いに平行に延びる第１平行部１３Ａ及び第２平行部１３Ｂと、第１平行部１３Ａ及び第２平行部１３Ｂの端部同士を連結する第１連結部１５Ａ及び第２連結部１５Ｂと、が形成されており、コイル１の表面側に位置する線材３の束により軸方向の一方側に向く第１面５と、軸方向の他方側に向く第２面７とが形成されており、第１平行部１３Ａにおける第１面５及び第２面７と、第２平行部１３Ｂにおける第１面５及び第２面７とは互いに平行であり、第１平行部１３Ａ及び第２平行部１３Ｂの第１面５及び第２面７に直交する方向において、第１平行部１３Ａにおける第２面７は、第２平行部１３Ｂにおける第１面５よりも軸方向の一方側（ｚ軸方向の正側）に位置していることから、複数のコイル１の第１平行部１３Ａを一平面において隣接して配列するとともに、複数のコイル１の第２平行部１３Ｂを他の一平面において隣接して配列してコイル１の開口にも他のコイル１の一部分を配置することができる。さらに、線材３は整列巻きされていることから、平行部１３内においても線材３が密に配置されている。従って、全体として線積率が高いコイル１が実現される。しかも、複数の第１平行部１３Ａ及び複数の第２平行部１３Ｂが互いに異なる平面において配列されることが可能な範囲で第１平行部１３Ａ及び第２平行部１３Ｂの位置をずらせばよいだけであるから、コイルを直角に曲げるような無理な整形をする必要はなく、線材３の断線等の破損が防止されるとともに、汎用性も高い。

第１平行部１３Ａの両端及び第２平行部１３Ｂの両端には、第１平行部１３Ａ及び第２平行部１３Ｂの延びる方向に見て、第１連結部１５Ａ及び第２連結部１５Ｂが直線的に第１平行部１３Ａと第２平行部１３Ｂとの間において延びるように、捩れ部が形成されていることから、連結部１５は、平行部１３とはｚ軸方向において異なる位置に配置されることになり、図６や図７を参照して説明したように、連結部１５を平行部１３に重ねて配置し、コイルユニット２１の小型化を図ることができる。なお、複数の整形前コイル２を図６及び図７に示した複数のコイル１と同様に配列して、複数の整形前コイル２を纏めてプレスした場合、平行部１３と連結部１５とは、プレス毎に不規則に、互いに力を及ぼしあい、平行部１３及び連結部１５の双方とも直線状の形状を維持することが難しい。

コイル１は、コイル１の開口の中央の中心点ＣＰに対して点対称の形状に、且つ、中心点ＣＰを通り、第１平行部１３Ａ及び第２平行部１３Ｂに直交する面（中心線ＣＬ参照）に対して面対称に構成されていることから、単一の形状のコイル１を形成すれば、図６や図７を参照して説明したように、複数のコイル１を重ねて配列することができることになる。その結果、コイル１の生産コストが抑制される。

また、コイルユニット２１やリニアモータ３１は、上述したようなコイル１を有するものであり、上述したコイル１の奏する効果を奏する。

本実施形態における、線材３が複数回巻かれることにより構成されたリニアモータ用コイル１の製造方法は、線材３がコイル１の径方向及び軸方向に配列され、線材３の束により、互いに平行に延びる第１平行部１３Ａ及び第２平行部１３Ｂと、第１平行部１３Ａ及び第２平行部１３Ｂの端部同士を連結する第１連結部１５Ａ及び第２連結部１５Ｂとが、同一平面上に形成され、コイル１の表面側に位置する線材３の束により軸方向の一方側に向く第１面５と、軸方向の他方側に向く第２面７とが形成されるように、線材３を整列巻きする工程（ステップＳＴ１、すなわち、整形前コイル２を形成する工程）と、第１平行部１３Ａにおける第１面５及び第２面７と、第２平行部１３Ｂにおける第１面５及び第２面７とが互いに平行になり、且つ、第１平行部１３Ａ及び第２平行部１３Ｂの第１面５及び第２面７に直交する方向において、第１平行部１３Ａにおける第２面７が、第２平行部１３Ｂにおける第１面よりも軸方向の一方側（ｚ軸方向の正側）に位置するように、整形前コイル２を、他のコイルと組み合わせてコイルユニットを形成する前に整形する工程（ステップＳＴ２）と、を有することから、複数の整形前コイル２を配列してコイルユニットを形成してからプレス等により整形する場合に比較して、各整形前コイル２の変形を制御しやすい。例えば、複数の整形前コイル２をまとめて押し潰すときのように、各整形前コイル２の各部が複数の整形前コイル２間の隙間において不規則に変形してばらつきが生じたり、一部の整形前コイル２同士の接触圧が高くなり、線材３が破断するおそれが低減される。特に、整形前コイル２は整列巻きされていることから、乱巻きされた複数のコイルを配列して整形する場合に比較して、短絡や断線のおそれがない。さらに、上述のように、コイル１は直角に曲げられるような無理な整形は不要であり、線材３の断線等が一層防止される。

本実施形態のコイルユニット２１の製造方法は、上述のコイル１の製造方法を含むものであるから、上述のコイル１の製造方法の奏する効果を奏する。

さらに、コイルユニット２１の製造方法においては、コイル１は配列前に既に整形されているから（ステップＳＴ２）、複数のコイル１を配列しただけでも（ステップＳＴ３）線積率が高くなるように好適に組み立てられた整形前コイルユニット２２が構成されるところ、配列後においても再度整形することから（ステップＳＴ４）、一層、線積率が高くなる。

また、配列する工程（ステップＳＴ３）では、複数のコイル１の、隣接する第１平行部１３Ａ同士の間隔及び第２平行部１３Ｂ同士の間隔（隙間ｔ）が、線材３の半径以上、且つ、線材３の直径の２倍以下になるように、複数のコイル１を配列することから、配列後に整形されても（ステップＳＴ４）、一部の整形前コイル２同士の接触圧が高くなり、線材３が破断することが防止される。しかも、隙間ｔは、比較的小さい隙間であるから、コイルユニット２１の線積率は高く維持される。

なお、以上の実施形態において、ステップＳＴ４の前のコイル１及びステップＳＴ４の後のコイル１は、いずれも本発明のリニアモータ用コイルの一例である。ステップＳＴ４の前の整形前コイルユニット２２及びステップＳＴ４の後のコイルユニット２１は、いずれも本発明のリニアモータ用コイルユニットの一例である。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

コイルの数、一のコイルに重ねあわされる他のコイルの数、複数のコイルに印加される電圧の位相、複数のコイルのピッチと複数の磁石のピッチとの比、磁石の形状等は、適宜に設定されてよく、実施形態に例示したものに限定されない。

板状部材（２５）は、設けられなくてもよい。また、第１平行部（１３Ａ）の第２面（７）と第２平行部（１３Ｂ）の第１面（５）とは、第１面及び第２面に平行な方向に見て、これらの間に隙間（ＳＫ）が形成されなくてもよい。

整形後のコイル（１）を配列した後の再度の整形（ステップＳＴ４）は、行われなくてもよい。すなわち、配列前のコイルの整形において、コイルを最終的な形状に整形してよい。

本発明の実施形態のリニアモータ用コイルの斜視図。 図１のコイルの正面図。 図１のコイルの側面図。 図１のコイルの底面図。 図１のコイルの断面図。 複数の図１のコイルの配列方法を説明する図。 複数の図１のコイルを用いたリニアモータ用コイルユニットを示す図。 図７のコイルユニットを用いたリニアモータの模式図。 図８のリニアモータを模式的に示す断面図。 図７のコイルユニットの製造方法の概略を示すフローチャート。 図１のコイルの元となる整形前コイルを示す模式図。 図１のコイルの製造方法を説明する模式図。 図７のコイルユニットの製造方法を説明する模式図。

符号の説明

１…コイル（リニアモータ用コイル）、３…線材、５…第１面、７…第２面、１３Ａ…第１平行部、１３Ｂ…第２平行部、１５Ａ…第１連結部、１５Ｂ…第２連結部。

Claims (3)

1. 線材が複数回巻かれることにより構成された複数のコイルが所定方向に配列されたリニアモータ用コイルユニットであって、
   前記複数のコイルは、互いに同一の形状であり、
   前記複数のコイルそれぞれにおいて、
   前記線材は、当該コイルの軸方向及び径方向に配列されるように整列巻きされており、
   前記線材の束により、互いに平行に延びる第１平行部及び第２平行部と、前記第１平行部及び前記第２平行部の端部同士を連結する第１連結部及び第２連結部と、が形成されており、
   当該コイルの表面側に位置する線材の束により、前記軸方向の一方側に向く第１面と、前記軸方向の他方側に向く第２面とが形成されており、
   前記第１平行部における前記第１面及び前記第２面と、前記第２平行部における前記第１面及び前記第２面とは互いに平行であり、
   前記第１平行部及び前記第２平行部の前記第１面及び前記第２面に直交する方向において、前記第１平行部における前記第２面は、前記第２平行部における前記第１面よりも前記軸方向の前記一方側に位置しており、
   前記第１平行部の両端及び前記第２平行部の両端には、前記第１平行部及び前記第２平行部の延びる方向に見て、前記第１連結部及び前記第２連結部が直線的に前記第１平行部と前記第２平行部との間において延びるように、捩れ部が形成されており、
   前記複数のコイルそれぞれは、各コイルの開口の中央の点に対して点対称の形状に、且つ、前記開口の中央の点を通り、前記第１平行部及び前記第２平行部に直交する面に対して面対称に構成されており、
   前記複数のコイルは、
   互いに同一の向き、且つ、前記第１平行部及び前記第２平行部の延びる方向が前記所定方向に直交するとともに前記第１平行部及び前記第２平行部における前記第１面及び前記第２面が前記所定方向に平行になる向きで、前記所定方向に配列され、
   当該複数のコイルの前記第１平行部が同一平面上において互いに隣接するように配列され、
   当該複数のコイルの前記第２平行部が同一平面上において互いに隣接するように配列され、
   隣接するコイルの前記第１連結部同士及び前記第２連結部同士が、前記軸方向に見て重ならないように、交互に、前記第１平行部及び前記第２平行部の延びる方向において逆方向へずれて配列されている
   リニアモータ用コイルユニット。
2. 前記複数のコイルの前記第１平行部と前記複数のコイルの前記第２平行部との間に挿入された板状部材を更に有する
   請求項１に記載のリニアモータ用コイルユニット。
3. 所定方向にＮ極及びＳ極が交互に配列された磁石ユニットと、
   線材が複数回巻かれることにより構成された複数のコイルが前記所定方向に配列されたコイルユニットと、
   を有し、
   前記複数のコイルは、互いに同一の形状であり、
   前記複数のコイルそれぞれにおいて、
   前記線材は、当該コイルの軸方向及び径方向に配列されるように整列巻きされており、
   前記線材の束により、互いに平行に延びる第１平行部及び第２平行部と、前記第１平行部及び前記第２平行部の端部同士を連結する第１連結部及び第２連結部と、が形成されており、
   当該コイルの表面側に位置する線材の束により、前記軸方向の一方側に向く第１面と、前記軸方向の他方側に向く第２面とが形成されており、
   前記第１平行部における前記第１面及び前記第２面と、前記第２平行部における前記第１面及び前記第２面とは互いに平行であり、
   前記第１平行部及び前記第２平行部の前記第１面及び前記第２面に直交する方向において、前記第１平行部における前記第２面は、前記第２平行部における前記第１面よりも前記軸方向の前記一方側に位置しており、
   前記第１平行部の両端及び前記第２平行部の両端には、前記第１平行部及び前記第２平行部の延びる方向に見て、前記第１連結部及び前記第２連結部が直線的に前記第１平行部と前記第２平行部との間において延びるように、捩れ部が形成されており、
   前記複数のコイルそれぞれは、各コイルの開口の中央の点に対して点対称の形状に、且つ、前記開口の中央の点を通り、前記第１平行部及び前記第２平行部に直交する面に対して面対称に構成されており、
   前記複数のコイルは、
   互いに同一の向き、且つ、前記第１平行部及び前記第２平行部の延びる方向が前記所定方向に直交するとともに前記第１平行部及び前記第２平行部における前記第１面及び前記第２面が前記所定方向に平行になる向きで、前記所定方向に配列され、
   当該複数のコイルの前記第１平行部が同一平面上において互いに隣接するように配列され、
   当該複数のコイルの前記第２平行部が同一平面上において互いに隣接するように配列され、
   隣接するコイルの前記第１連結部同士及び前記第２連結部同士が、前記軸方向に見て重ならないように、交互に、前記第１平行部及び前記第２平行部の延びる方向において逆方向へずれて配列されている
   リニアモータ。

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