JP5282341B2 - 蛇行環状コイルの成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、蛇行環状コイルの成形方法、特に、目標とする製品寸法精度を満足した蛇行環状コイルを歩留まり良く製造することが出来る蛇行環状コイルの成形方法に関する。

本願出願人は、ハイブリッド車両又は電気自動車用モータの励磁コイルに使用される、複数の蛇行部を有する蛇行環状コイル（例えば、特許文献１および２を参照。）を歩留まり良く製造するために、図１に示すような蛇行環状コイル成形機５００及び蛇行環状コイルの成形方法を提案している（例えば、特許文献３の図６を参照。）。図１は、この蛇行環状コイル成形機５００の特徴を示す要部断面説明図である。この要部断面は、例えば、第１の金型４４を有する第１金型ユニット３０の断面と第２の金型６８を有する第２金型ユニット６０の断面を組み合わせた、中心を通る成す角が１６２°の平面で切断した時の切り口である。この蛇行環状コイル成形機５００は、円周方向に等間隔で配設された複数（例えば３６°ピッチで周方向に１０個）の第１の金型４４を有する第１金型ユニット３０と、円周方向に第１の金型４４と同間隔で配設され、且つ各々が隣接する前記第１の金型４４,４４の間に配置される複数の第２の金型６８を有する第２金型ユニット６０とを備えて成り、各々の第１の金型４４は、軸方向に移動しながら同時に径方向内側に対して移動することにより環状巻線コイル１０に対し、いわゆる蛇行部を形成する一方、各々の第２の金型６８は環状巻線コイル１０を保持・固定しながら第１の金型４４の軸方向の移動量に応じて環状巻線コイル１０を径方向内側に移動させるよう構成されている。更に詳しくは、第１金型ユニット３０を下降させる（軸方向下側に移動させる）と、第１の金型４４のローラ５２がローラガイド７８に当接すると共に、環状巻線コイル１０が金型ベース４６、押さえ部４８およびブラケット５０から成る型に嵌合され、それと同時に第２の金型６８のローラ７６がローラガイド５４に当接する。そして第１金型ユニット３０をなおも下降させると、ローラ５２がローラガイド７８のローラ転動面８０に沿って移動しながら環状巻線コイル１０を径方向内側に移動させ、それと同時に、金型ベース４６が環状巻線コイル１０を下方に押して変形させ、それと同時に、ローラ７６がローラガイド５４のローラ転動面５６に沿って移動しながら環状巻線コイル１０を径方向内側に移動させる。その結果、環状巻線コイル１０は縮径しながら等間隔に複数（例えば１０個）の蛇行部を有する蛇行環状コイル５１０に成形されることになる（図２を参照。）。なお、蛇行部(Ｖ谷部)５１１は、蛇行環状コイル成形機５００において、環状巻線コイル１０を金型ベース４６によって下方に押しながらローラ５２とローラガイド７８の協働により径方向内側に移動させることにより成形されたものである一方、非蛇行部(台形部)５１２は、環状巻線コイル１０を金型ベース７０及び押さえ部材７２によって保持しながら、ローラ７６とローラガイド５４の協働により径方向内側に概ね金型ベース４６と同じ速度で移動させることにより成形されたものである。

特開２００６−２８０１８８号公報 特開２００６−２８０１８９号公報 特開２００８−５４４９０号公報

ところで、図３は、上記蛇行環状コイル５１０の成形において、環状巻線コイル１０の、金型ベース４６(説明の都合上、「上型」という。)に当接する部位(Ｖ谷部の代表点)が描く軌跡、ならびに金型ベース７０及び押さえ部材７２(説明の都合上、「下型」という。)に当接する部位(台形部の代表点)が描く各成形軌跡を同一平面上に示した説明図である。なお、Ｏ点は、成形開始時の位置であり、Ａ点およびＢ点は目標とする各寸法位置を示す。先ず、Ｖ谷部について見ると、この図から分かる通り、環状巻線コイル１０を上型によって目標とするＡ点まで径方向および深さ方向に各々押し込んだとしても、最終的な寸法位置は径方向外側にΔr-a且つ深さ方向上側にΔhだけスプリングバック(ＳＢ)したＡ'点となる。同様な事象が台形部についても起こり、下型によって目標とするＢ点まで押し込んだとしても、実際の寸法位置は径方向外側にΔr-bだけスプリングバックしたＢ'点となる。すなわち、目標半径Ｒに対し、Ｖ谷部では(Ｒ＋Δr-a)となり、台形部では(Ｒ＋Δr-b)となる。更に、目標深さＨに対し、Ｖ谷部では(Ｈ−Δh)となる。また、詳細については後述するが、Ｖ谷部および台形部の径方向の各スプリングバック量についてはΔr-a＞Δr-bとなる。また、Ｖ谷部の径方向および深さ方向の各スプリングバック量については、Δr-a＞Δhとなる。
上記蛇行環状コイル５１０は、Ｖ谷部５１１と台形部５１２がＲで繋がった形状である。また、Ｖ谷部５１１の両側曲げ部は曲率(Ｒ)が各々異なり、更に中央部の曲率もそれらとは異なる。従って、全体として３種類の曲率が存在することになる。また、台形部５１２は下型で縮径成形されるのに対し、Ｖ谷部５１１は上型で縮径成形されるのと同時に深さ方向についても上型によって所定のストローク量だけ押し込まれる。このように、Ｖ谷部５１１と台形部５１２とでは、加工方式(成形方式)および加工量(押込み量)が各々異なるため、各スプリングバック量も各々異なる。従って、このようなスプリングバック特性を有する環状巻線コイルを縮径させながら同時に深さ方向に押し込むことにより蛇行環状コイルを成形する加工方式においては、最終寸法が製品寸法精度の範囲内に収まるように材料のスプリングバック量を見込んで、加工量を基本設計の設定量(上記Ａ点、Ｂ点に対応した各押込み量)以上に設定することが一般的である。
しかしながら、上記蛇行環状コイル５１０では、製品の形状が３次元的に複雑であること、Ｖ谷部５１１での深さ方向の押込み量と径方向の押込み量が各々異なること、更には製品の曲げ部の曲率が全体として３種類あることなどから、図３に示す通り、各成形部位の各スプリングバック量が各々異なり、且つそれらが単独ではなく総合的に作用して最終形状が出来上がるため、目標とする製品寸法精度を実現することは極めて難しいという問題がある。
それに加えて、材料のロットが変わった場合、材料のスプリングバック特性も変化するため、目標とする製品寸法精度を実現することは更に難しくなるという問題がある。
また、蛇行環状コイルは、環状巻線コイルから、上型と下型を用いて上記加工方式で成形されるため、上型および下型の各押込み量の制御方法(設定方法)に対する改良が求められている。
そこで、本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は目標とする製品寸法精度を満足した蛇行環状コイルを歩留まり良く製造することが出来る蛇行環状コイルの成形方法を提供することにある。

前記目的を達成するために請求項１に記載の蛇行環状コイルの成形方法では、環状巻線コイルから、蛇行部と非蛇行部が交互に形成された蛇行環状コイルを成形する蛇行環状コイルの成形方法であって、
前記蛇行部の成形に係る第１金型と、前記非蛇行部の成形に係る第２金型の内の少なくとも一方の金型を軸方向に移動させるのと同時に、それと同期して前記第１金型および前記第２金型を径方向内側に移動させることにより前記環状巻線コイルから前記蛇行環状コイルを成形する蛇行環状コイルの成形方法において、
前記第１金型または前記第２金型の径方向または軸方向の各押込み量(ストローク量)を、前記蛇行部の成形と前記非蛇行部の成形が同時に成される時の前記蛇行部または前記非蛇行部における各成形方向の弾性戻り量(スプリングバック量)を見込んで、成形方向毎に設定してなり、
前記蛇行環状コイルの成形方向毎のスプリングバック特性を見込まない製品寸法に対応した押込み量を基本押込み量とする時、該基本押込み量に加えるべき前記スプリングバック量を見込んで決定される「金型の成形方向毎のオーバー押込み量」については、径方向の成形において、前記蛇行部の該オーバー押込み量が、前記非蛇行部の該オーバー押込み量よりも大きいことを特徴とする。
図３に示した通り、Ｖ谷部(蛇行部)と台形部(非蛇行部)は、例えば径方向について見ると、環状巻線コイルを同一の押込み量で成形する場合であっても、成形条件(成形方向や押込み量等)の相異から、実際の出来上がり寸法はＶ谷部と台形部において各々異なる。すなわち、同一の押込み量で成形する場合であっても同一成形方向におけるＶ谷部と台形部の各スプリングバック量は各々異なる。また、仮に同一の押込み量であっても、径方向と深さ方向の各スプリングバック量は各々異なる。更には、蛇行環状コイルにおけるＶ谷部と台形部の各スプリングバック挙動は、別個独立した特性を有するのではなく相互に作用し合う特性を有している。従って、金型の成形方向毎の補正押込み量については、Ｖ谷部と台形部の成形が同時に行われる時の、各部位の成形方向毎のスプリングバック量を「金型の成形方向毎のオーバー押込み量」として金型の基本押込み量に加える必要がある。
そこで、上記蛇行環状コイルの成形方法では、Ｖ谷部または台形部の各成形を行う金型の押込み量については、成形方向毎の基本押込み量に対し各部位の成形方向毎の固有のスプリングバック量を「金型の成形方向毎のオーバー押込み量」として加えた補正押込み量とした。これにより、製品寸法の精度要求を満足する蛇行環状コイルを従来よりも歩留まり良く製造することが出来るようになる。なお、基本押込み量とは、各部位の成形方向毎のスプリングバック特性を見込まない製品寸法に対応した押込み量(基本設計の設定値)である。
蛇行部と非蛇行部における各径方向の成形については、両者の最終的な縮径量が同等であっても、蛇行部は、縮径方向に加えそれとは異なる深さ方向の曲げ成形をも同時に受けるため、両者の径方向のスプリングバック量は、蛇行部の方が非蛇行部よりも大きくなる。
そこで、上記蛇行環状コイルの成形方法では、径方向の成形に係る上記オーバー押込み量については、蛇行部の径方向の上記オーバー押込み量を非蛇行部の径方向の上記オーバー押込み量より予め大きく設定して環状巻線コイルから蛇行環状コイルを成形する。

請求項２に記載の蛇行環状コイルの成形方法では、前記蛇行環状コイルの成形方向毎のスプリングバック特性を見込まない製品寸法に対応した押込み量を基本押込み量とする時、該基本押込み量に加えるべき前記スプリングバック量を見込んで決定される「金型の成形方向毎のオーバー押込み量」については、前記蛇行部において、径方向の該オーバー押込み量が深さ方向の該オーバー押込み量より大きいこととした。
蛇行部においては、径方向の変形程度（変形量）が深さ方向の変形程度（変形量）より大きいため、径方向のスプリングバック量は深さ方向のスプリングバック量より大きくなる。
そこで、上記請求項２に記載の蛇行環状コイルの成形方法では、蛇行部の成形に係る「金型の成形方向毎のオーバー押込み量」については、予め、径方向の上記オーバー押込み量を深さ方向の上記オーバー押込み量より大きく設定して環状巻線コイルから蛇行環状コイルを成形する。

請求項３に記載の蛇行環状コイルの成形方法では、材料のロット毎に前記オーバー押込み量の設定を行うこととした。
材料のロットが異なる場合は、材料のスプリングバック特性も異なるため、従前に設定した「金型の成形方向毎のオーバー押込み量」は、「１回の成形プロセスによってＶ谷部または台形部の各部位がスプリングバックした時の各部位の寸法が所定の寸法精度の範囲内に収まる」最適なオーバー押込み量として機能しなくなる場合が起こり得る。
そこで、上記蛇行環状コイルの成形方法では、材料のロット毎に上記「金型の成形方向毎のオーバー押込み量」の設定を行い、材料自体のスプリングバック特性を金型の成形方向毎の押込み量に好適に反映させることとした。

本発明の蛇行環状コイルの成形方法では、金型の成形方向毎の押込み量として、Ｖ谷部および台形部の各成形部位がスプリングバックした時の各寸法が製品寸法精度の範囲内に収まるような金型の補正押込み量（＝基本押込み量＋上記オーバー押込み量）を予め設定して環状巻線コイルから蛇行環状コイルを成形するため、製品寸法精度を満足する蛇行環状コイルを従来よりも短時間で歩留まり良く量産することが出来るようになる。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明に係る蛇行環状コイル成形機５００を示す要部断面説明図である。この要部断面は、例えば、第１の金型４４を有する第１金型ユニット３０の断面と第２の金型６８を有する第２金型ユニット６０の断面を組み合わせた、中心を通る成す角が１６２°の平面で切断した時の切り口である。
この蛇行環状コイルの成形機５００は、各金型の駆動がカム機構によって成される。すなわち、上型ユニット３０が軸方向（深さ方向）に移動すると、ローラ５２,７６がローラ転動面８０,５６に沿って移動して軸方向(深さ方向)の成形と径方向の成形が同時になされ、各金型の径方向の駆動は軸方向の駆動に従属した関係となる。すなわち、ローラ５２がローラ転動面８０に沿って移動することにより、金型ベース４６が環状巻線コイル１０を下方に押してＶ谷部(蛇行部)の成形を開始し、環状巻線コイル１０の平坦部(平面)の半径が縮む（いわゆる縮径する）。それと同時に、ローラ７６がローラ転動面５６に沿って移動することにより、環状巻線コイル１０を保持する金型ベース７０及びそれを固定する押さえ部材７２を、その縮径分に相当する量だけ径方向内側に移動させる。この動作を行うことにより、Ｖ谷部５１１と台形部５１２が交互に形成された蛇行環状コイル５１０が形成される。

以下に、上記蛇行環状コイル成形機５００を用いて環状巻線コイル１０から蛇行環状コイル５１０を成形する方法を示す。
先ず、製品寸法に対応した金型の成形方向毎の基本押込み量を求める。これは、成形プロセス前後で、周長が変化しないという条件で行う。すなわち、各部位の成形方向毎のスプリングバック特性を見込まない製品寸法に対応した押込み量(基本設計の設定値)を設定する。なお、本実施形態では、深さ方向については、上型ユニット３０のみが移動し、下型ユニット６０は静止しているものとした。

上記で求めた基本押込み量で環状巻線コイル１０から蛇行環状コイル５１０を成形する。

成形された蛇行環状コイルの実出来上がり寸法と、製品寸法との成形方向毎のズレ量を測定する。

その成形方向毎のズレ量よりも若干多く設定した値を上記オーバー押込み量として上記基本押込み量に加えた補正押込み量で、環状巻線コイル１０から蛇行環状コイル５１０を成形する。

Ｖ谷部および台形部の各径方向(r)のオーバー押込み量の設定(調整)は、各金型ベース４６,７０の各ストローク量を変えることにより行われる。他方、Ｖ谷部の深さ方向(h)の各金型のオーバー押込み量の設定（調整）は、各ローラ転動面８０,５６の各ストローク量（各傾斜プロフィール）を変えることにより行われる。

なお、上記基本押込み量として、「スプリングバック特性を見込まない製品寸法に対応した押込み量(基本設計の設定値)」を設定したが、これに代えて「経験から得られる一般的なスプリングバック量をオーバー押込み量としてその基本押込み量に加えた押込み量」を基本押込み量として設定しても良い。

なお、台形部の径方向の金型のオーバー押込み量は、Ｖ谷部の径方向の金型のオーバー押込み量よりも小さいことが特徴である。これは、台形部はＶ谷部に比べ変形程度が小さくスプリングバック量も小さいためである。

また、Ｖ谷部の成形に係る金型の成形方向毎のオーバー押込み量に関しては、径方向のオーバー押込み量が深さ方向のオーバー押込み量より大きいことが特徴である。これは、径方向の変形程度(縮径程度)が大きいため、もとの径に戻る方向のスプリングバック量が大きいためである。加えて、下型が縮径成形する台形部と上型が縮径成形するＶ谷部は同じ最終径であってもその形状の違いから、深さ方向の成形においては縮径方向とは違う方向に曲げ成形という違う成形を受けるためである。更には、成形初期では「高さ方向の変化量」＞「径方向の変化量」である一方、成形終期では「高さ方向の変化量」＜「径方向の変化量」という蛇行環状コイルそのものの幾何学的特徴に依るためである。

また、上記で設定した「金型の成形方向毎のオーバー押込み量」は、同一材料ロットに対し有効である。すなわち、環状巻線コイルの素となる材料のロットが変わる場合は、新たに上記オーバー押込み量を設定し直さなければならない。これは、一般に、材料自体のスプリングバック特性はバラツキがある(一様でない)ためである。

また、材料ロット以外に、蛇行環状コイルの素となる環状巻線コイルの成形ロット(例えば、コイルを引っ張るテンション及びコイルを巻くスピード等に特徴付けられる成形条件)が変わる場合も、新たに「金型の成形方向毎のオーバー押込み量」を設定し直すことが好ましい。

また、本実施形態で使用される環状巻線コイルとしては、円形、略円形、楕円、多角形のコイルである。

本発明の蛇行環状コイルの成形方法は、ハイブリッド車両又は電気自動車用モータの励磁コイルに使用される、複数の蛇行部を有する蛇行環状コイルの製造に好適に適用することが可能である。

蛇行環状コイルの成形機を示す要部断面説明図である。 蛇行環状コイルを示す説明図である。 Ｖ谷部および台形部のスプリングバック特性を示す説明図である。

符号の説明

１０ 環状巻線コイル
５００ 蛇行環状コイル成形機
５１０ 蛇行環状コイル

Claims (3)

1. 環状巻線コイルから、蛇行部と非蛇行部が交互に形成された蛇行環状コイルを成形する蛇行環状コイルの成形方法であって、
   前記蛇行部の成形に係る第１金型と、前記非蛇行部の成形に係る第２金型の内の少なくとも一方の金型を軸方向に移動させるのと同時に、それと同期して前記第１金型および前記第２金型を径方向内側に移動させることにより前記環状巻線コイルから前記蛇行環状コイルを成形する蛇行環状コイルの成形方法において、
   前記第１金型または前記第２金型の径方向または軸方向の各押込み量(ストローク量)を、前記蛇行部の成形と前記非蛇行部の成形が同時に成される時の前記蛇行部または前記非蛇行部における各成形方向の弾性戻り量(スプリングバック量)を見込んで、成形方向毎に設定してなり、
   前記蛇行環状コイルの成形方向毎のスプリングバック特性を見込まない製品寸法に対応した押込み量を基本押込み量とする時、該基本押込み量に加えるべき前記スプリングバック量を見込んで決定される「金型の成形方向毎のオーバー押込み量」については、径方向の成形において、前記蛇行部の該オーバー押込み量が、前記非蛇行部の該オーバー押込み量よりも大きいことを特徴とする蛇行環状コイルの成形方法。
2. 前記蛇行環状コイルの成形方向毎のスプリングバック特性を見込まない製品寸法に対応した押込み量を基本押込み量とする時、該基本押込み量に加えるべき前記スプリングバック量を見込んで決定される「金型の成形方向毎のオーバー押込み量」については、前記蛇行部において、径方向の該オーバー押込み量が深さ方向の該オーバー押込み量より大きいことを特徴とする請求項１に記載の蛇行環状コイルの成形方法。
3. 材料のロット毎に前記オーバー押込み量の設定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の蛇行環状コイルの成形方法。

Images