JP6028337B2

JP6028337B2 - コイル部品

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Publication number: JP6028337B2
Application number: JP2012015284A
Authority: JP
Inventors: 守弘橋本
Original assignee: Sumida Corp
Current assignee: Sumida Corp
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: JP2013157384A

Description

本発明は、例えば、エンジン用の燃料噴射装置（インジェクター）に、プランジャーを駆動するためのソレノイドとして組み込まれるコイル部品、その他各種装置に組み込まれて使用されるコイル部品に関する。

本発明が対象とするコイル部品は、ベース部材のボビン部に導線が巻回されてなるコイルと、該コイルに通電するための外部端子と、この外部端子に接続され、コイル巻線の端部を結束するための内部端子とを備えている。そして、上記のようなコイル部品は、例えば、インジェクター本体に一体に組み込まれるものであり、筒状のコイルの中心部にプランジャーなどが配置され、外部端子に燃料噴射制御回路からの噴射信号が入力されると、コイルの励磁によってプランジャーを軸方向に駆動するように構成されている。

上記コイル部品はインジェクター本体に組み付けられる前に、予め、ベース部材、コイル、内部端子、外部端子などが、外部端子へのコネクタ構造を形成しつつ封止成形によって一体部品として構成される。

しかして、上記のようなコイル部品では、その製造過程での封止成形時の温度変化により、また、設置環境において繰り返しての温度変化が大きく、さらに振動の影響も受けることにより、内部断線が発生して耐用年数が短くなる問題が生起している。この内部断線は、コイルから内部端子に結束される導線に発生するものであり、その断線要因としては、コイルから内部端子の結束部に至る距離における、ベース部材を構成する樹脂と導線金属との熱膨張差に起因し、この熱膨張差により発生する応力が導線の一部に繰り返して集中することにより断線が生じるものと考えられている。

上記のような温度変動に伴う断線の防止策としては、下記特許文献１に開示されるように、導線に弛みを設けるようにした構造が提案されている。この特許文献１の技術は、具体的には、本体部のボビンに巻回されたコイルの導線端部を内部端子に結束したものにおいて、温度変動に伴う樹脂製本体部と導線の熱膨張差により、端部の導線が断線するのを解消するために、端部の導線の途中に弛みを形成することで応力集中を減殺し断線防止を図る構造である。

特開平６−１３２２７号公報

上記特許文献１の断線防止構造では、その導線の端部に形成した弛みが、コイルの巻線に影響して巻弛みが発生したり、内部端子への結束部分に弛みが発生する問題も懸念される。また、上記弛みの形成には、特許文献１に記載されているような特殊な手法が必要であり、通常の内部端子構造には適用不能である。つまり、特許文献１では、内部端子を本体部に移動可能に組み付け、その中間位置で導線の端部を結束し、その後に内部端子を押し込んで端部の導線に弛みを形成するものであり、例えば、本体部に内部端子をインサート成形した構造では、内部端子の移動ができないことから適用が困難である。

また、コイル部品のコイルに通電して所定規格の駆動力を精度よく確保するためには、ボビン部に導線を巻回してコイルを作製する際に、機械巻きによって一定状態に安定して導線を巻回することが品質上および効率上も有利である。その際、機械巻きによるボビン部への導線の巻回には、所定の張力を加えて行う必要があり、この機械巻きおよび内部端子への結束作業の途中に、特許文献１のように弛みを形成することは困難である。

さらに、導線の端部に弛みを形成することは、応力集中を解消する点では有効であるが、その後の封止成形によって導線の端部は注入された封止樹脂によって一体的に固定され、弛みによる応力集中の緩和効果が少なくなり、その後の長期間の温度変動に伴って断線が発生することも考えられる。上記の封止成形は、劣悪環境で使用される部品や製品の製造において、主要部品を金型に納めて樹脂を注入して各部品を一体的に成形し、耐久性を高めることを目的とした成形法である。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、コイル巻線の端部を内部端子に結束したコイル部品において、その後の封止成形時および使用時の温度変動によって導線の端部に応力集中による断線が発生するのを防止するとともに、機械巻きが可能となるように構成したコイル部品を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るコイル部品は、以下の特徴を備えている。

すなわち、本発明に係るコイル部品は、
ボビン部を有する樹脂成形されたベース部材と、
前記ベース部材のボビン部に導線が巻回されてなるコイルと、
前記コイルに通電するための外部端子と、
前記外部端子に接続されて前記ベース部材に固定され、前記コイルの導線端部を結束するための絡げ部を有する内部端子とを備え、
前記ベース部材の表面部には、前記コイルに巻回された導線の前記絡げ部に結束された結束端部と前記コイルとの間の導線が設置される導線溝部が形成され、該導線溝部に導線が設置された後に封止成形が行われ、少なくとも前記導線溝部に樹脂が注入されて前記導線が一体に封止されてなるコイル部品であって、
前記導線溝部が、少なくとも第１縦溝部と、第２縦溝部と、該第１縦溝部および該第２縦溝部に対して外角が２０度〜７０度の角度で傾斜する少なくとも１つの傾斜溝部とを有するクランク状に屈曲した形状であり、溝内に設置された導線と当接する各屈曲角部が該導線の伸長方向の移動を規制する拘束点となり、温度変動に伴って前記導線に発生する応力を分散するように構成され、
前記第１縦溝部の対向溝面の一方側が他方側よりも高く形成され、かつ前記第２縦溝部の対向溝面の他方側が一方側よりも高く形成されていることを特徴とする。

本発明に係るコイル部品において、その導線溝部の形状は、縦溝部が２つ以上で傾斜溝部が１つ以上であるが、好ましくは、中間の１つの傾斜溝部と両側のコイルの軸線方向に延びる２つの縦溝部とで構成され、前記拘束点が導線溝部の両端を含む４つであるクランク状に屈曲しているものが、製造上および導線の設置上において好適である。

その際、傾斜溝部の対向溝面は同じ高さで形成されていることが好ましい。また、前記傾斜溝部の両側の前記第１および第２縦溝部において、該傾斜溝部から屈曲した内側の溝面が外側の溝面より高く形成され、中間の傾斜溝部の対向する両側の溝面は、前記第１および第２縦溝部の高いほうの高さより低く形成されているのが好ましい。

上記導線溝部の傾斜溝部が縦溝部に対して傾斜する外角は、つまり、その傾斜溝部の溝壁面の屈曲点における縦溝部の延長面に対して傾斜溝部の溝壁面がなす角度は、２０度〜７０度の範囲であり、好ましくは、３０度〜６０度の範囲、後述の実施形態では４５度である。

本発明に係るコイル部品によれば、コイルから内部端子の絡げ部に結束される導線が、クランク状の導線溝部に設置され封止成形によって樹脂が導線溝部内に注入されて封止され、導線溝部が少なくとも２つの縦溝部と縦溝部に対して外角が２０〜７０度の角度で傾斜する少なくとも１つの傾斜溝部とを有するクランク状に屈曲した形状であり、屈曲角部において導線が拘束されてその伸長方向への移動が各拘束点の間で規制されるように構成されていることにより、以下の作用効果を奏することが可能である。

本発明においては、導線溝部に係止された導線は、封止成形によって注入された樹脂によって導線溝部が埋められ、一体に固定された拘束状態である。そして、この導線溝部のクランク形状における屈曲角部に当接する導線に対して伸長方向に応力が作用した際に、その応力に伴って横方向ベクトルが発生して角部によって移動が規制されるように拘束され、屈曲角部が拘束点となる一方、角部から過大なせん断力を受けることがない。そのために、溝内の導線は、横方向ベクトルの発生に伴う拘束点によって、熱膨張変形においても移動が規制され、全体の長さが分割されて拘束点間の長さが短くなり、それに伴って生じる熱膨張差に応じた小さな応力が作用し、全体の熱変形に伴う応力が分散され、応力が局部的に集中することによる断線の発生が有効に防止できる。

特に、本発明では、導線溝部における傾斜溝部の傾斜形状により、さらなる応力の緩和作用が得られる。つまり、コイルと結束端部との間の直線的距離に対して、導線溝部内に設置された導線の長さは、斜め成分により長くなり、温度変動に伴う変位により受ける応力が緩和低減されることで、断線防止効果が高まる。

また、導線溝部の形状を、中間の１つの傾斜溝部と両側のコイルの軸線方向に延びる２つの縦溝部とで構成し、縦溝部の対向する溝面の高さを変えるように構成すると、コイルの機械巻きに加えて、コイル巻線の両端を内部端子に絡げる工程の機械化が実現可能となり、コイル部品の製造が高効率に行えるとともに、高品質のコイル部品を均質に製造することが可能となる。

上記導線溝部の傾斜溝部が縦溝部に対して傾斜する外角は、２０度〜７０度の範囲、好ましくは、３０度〜６０度の範囲、例えば４５度に設定するのが好適であるが、この角度に関しては、臨界的意義を有するものではなく、本発明における導線の断線防止を実現するために、不適当な領域を排除したものである。前述のように、導線溝部に設置された導線に対して温度変動に伴って伸長方向に応力が作用した際に、その応力に伴って横方向ベクトルが発生して角部によって移動が規制されるように拘束して屈曲角部が拘束点となるようにするため、および、角部から過大なせん断力を受けることがないように設定した角度である。

本発明の一実施形態に係るコイル部品の封止成形前の全体斜視図である。図１のコイル部品から筒状コイルおよびその導線を除去した状態の分解斜視図である。図１の底面図である。図１のコイル部品において、内部端子に導線を結束してからベース部材のボビン部に導線の巻回を開始する状態を概略的に示した斜視図である。ヨークを省略した図４の側面図である。図１のコイル部品において、ベース部材のボビン部へ導線を巻回し、他方の内部端子へ導線を結束した状態を概略的に示した斜視図である。ヨークを省略した図６の側面図である。

以下、本発明に係るコイル部品の実施形態について、上記図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係るコイル部品１０は、封止成形する前の状態を図１，２に示すように、全体が、樹脂により概略筒状に形成されたベース部材２０と、ベース部材２０の円筒状のボビン部２１に導線が巻回されてなる筒状のコイル３０と、ベース部材２０に取り付けられた一対の外部端子４０，５０と、外部端子４０，５０にそれぞれ接続されベース部材２０にインサートされた一対の内部端子６０，７０と、ベース部材２０に組み付けられるリング状のヨーク８０とにより構成される。

上記のベース部材２０に設置された円筒状のボビン部２１は、両端に上鍔部２２および下鍔部２３を備える。また、このボビン部２１の下鍔部２３と所定距離の間隙２４を隔ててリング状の本体部２５が形成され、本体部２５と前記ボビン部２１の下鍔部２３とは両側の柱状の連結部２６，２７によって結合されている。上記本体部２５における連結部２６，２７の間の外周部には、軸方向に沿って図で下方に突出する端子支持部２８が形成されている。

上記ベース部材２０におけるボビン部２１の筒状胴部の外周には、コイル３０を構成する導線３が巻回されるものであるが、このボビン部２１の円筒周面には、円周方向に導線３の巻回を案内する突条２１ａ（図４参照）が所定間隔に配設されている。突条２１ａは円筒周面の一部には形成されておらずに途切れており、この途切れた部分において、１つの突条間に案内されて巻回された導線３が隣接する次の突条間に移行して、導線３の巻回が連続するようになっている。

上記ベース部材２０のボビン部２１と本体部２５との間の間隙２４に装着されるリング状のヨーク８０は、軟鉄素材等によって形成され、中心部に貫通穴８１を有し、前記連結部２６，２７に対応する両側は直線状に除去され、その他の外周面はボビン部２１の鍔部２２，２３の外形に略対応した円弧状に形成されている。このヨーク８０は、筒状のコイル３０への通電時に発生された駆動力を高める機能を有している。

次に、前記ベース部材２０の本体部２５から端子支持部２８の内部には、一対の内部端子６０，７０が左右対称にインサート成形で配置されている。内部端子６０，７０は、一端にフォーク状の絡げ部６１，７１が、他端に棒状の接続部６２，７２が設けられた横板部６３，７３を有し、この横板部６３，７３が円弧形状に沿って折り曲げられている。上記内部端子６０，７０の横板部６３，７３が、ベース部材２０の本体部２５に埋設され、絡げ部６１，７１が本体部２５の両側に下方に向けて突出し、接続部６２，７２が本体部２５から突起状の端子支持部２８の内部に埋設され、その先端部が端子支持部２８からさらに下方に向けて突出している。

上記内部端子６０，７０の接続部６２，７２の先端には、外部端子４０，５０の基端部４１，５１が固着接続されるものであり、この基端部４１，５１の途中が外側に曲がって伸び、先端に連設された先端コネクタ部４２，５２がさらに斜め外側に突出している。この外部端子４０，５０には、コイル３０に通電して軸方向の駆動力を得るための制御回路からの配線が接続される。

次に、ベース部材２０の両側の連結部２６，２７の側面に、それぞれ形成する導線溝部１６，１７について説明する。まず、図４および図５に示す巻き始め側（図３で右側）の第１の連結部２６に形成された第１の導線溝部１６は、内部端子６０の絡げ部６１が突出している本体部２５の下面位置から、第１縦溝部１６ａ、傾斜溝部１６ｂ、第２縦溝部１６ｃの順に上方の下鍔部２３の上面位置に向けて形成され、さらに、下鍔部２３の上面近傍において下鍔部２３の上面に斜めに、第２縦溝部１６ｃに続いてボビン部２１の周面に対して接線方向に斜めに延びる導入溝１６ｄが連続するように形成されている。

上記第１の導線溝部１６は、図５において、Ｌ11が第１縦溝部１６ａの屈曲角部間の長さ範囲であり、Ｌ12が傾斜溝部１６ｂの屈曲角部間の長さ範囲であり、Ｌ13が第２縦溝部１６ｃの屈曲角部間の長さ範囲であり、図示の場合には、傾斜溝部１６ｂの長さより第１縦溝部１６ａおよび第２縦溝部１６ｃの長さが大きく設けられている。この第１の導線溝部１６の溝壁面の高さは、第１縦溝部１６ａでは左壁面が右壁面より高く、第２縦溝部１６ｃでは右壁面が左壁面より高くなるように形成されている。中間の傾斜溝部１６ｂでは、左壁面と右壁面が同じ高さで低く形成されている。なお、導入溝１６ｄの溝底面はボビン部２１の周面に向けて中心方向に徐々に深くなるように形成されている。

上記第１の導線溝部１６は、ベース部材２０の中心部から等距離の円筒面に形成されており、この円筒面が第１縦溝部１６ａでは右壁面の部分が接線と平行な凹面２６ａで除去されて、左壁面が右壁面より高く突出して導線３が右側から掛けやすいように構成されている。また、上部の第２縦溝部１６ｃでは左壁面の部分が接線と平行な凹面２６ｃで除去されて、右壁面が左壁面より高く突出して導線３が左側から掛けやすいように構成されている。さらに、中間の傾斜溝部１６ｂにおいては右壁面および左壁面が上下の凹面２６ａ、２６ｃに連続した高さに低く形成されている。

このような凹凸形状に形成された第１の導線溝部１６に対して、第１の内部端子６０の絡げ部６１に端部が結束された導線３は、第１縦溝部１６ａの突出している左溝面に右側から掛けられ、次に傾斜溝部１６ｂで左側に移動してから、第２縦溝部１６ｃの突出している右溝面に左側から導線３を掛ける。そして、導入溝１６ｄに沿って右側に移動しつつ、ボビン部２１の中心側に移動し、ボビン部２１の周面に下鍔部２３の近傍部分に上から見て左巻き（反時計方向）に巻回を開始し、上鍔部２２に向けて順に連続して巻回し、上鍔部２２で反転して下鍔部２３に向けて積層するように順次往復移動を繰り返して筒状に巻回する。上記導線３の絡げ部６１への結束、第１の導線溝部１６への設置およびボビン部２１への巻回は、機械巻きによって自動的に行われ、その機械巻きのときの張力が初期張力として、第１の導線溝部１６に配設された導線３にも作用している。

次に、図６および図７に示す巻き終り側（図３で左側）の第２の連結部２７に形成された第２の導線溝部１７は、ボビン部２１の下鍔部２３の上面位置から、第１縦溝部１７ａ、傾斜溝部１７ｂ、第２縦溝部１７ｃが順に内部端子７０の絡げ部７１が突出している本体部２５の下面位置に向けて形成されている。

上記第２の導線溝部１７は、図７において、Ｌ21が第１縦溝部１７ａの屈曲角部間の長さ範囲であり、Ｌ22が傾斜溝部１７ｂの屈曲角部間の長さ範囲であり、Ｌ23が第２縦溝部１７ｃの屈曲角部間の長さ範囲であり、図示の場合には、傾斜溝部１７ｂの長さより第１縦溝部１７ａおよび第２縦溝部１７ｃの長さが大きく設けられている。この第２の導線溝部１７の溝壁面の高さは、第１縦溝部１７ａでは左壁面が右壁面より高く、第２縦溝部１７ｃでは右壁面が左壁面より高くなるように形成されている。中間の傾斜溝部１７ｂでは、左壁面と右壁面が同じ高さで低く形成されている。なお、第１縦溝部１７ａの下鍔部２３に対する開口深さは、コイル３０の外周部の巻き線位置と略一致するように形成されている。

上記第２の導線溝部１７も第１の導線溝部１６と同様に、ベース部材２０の中心部から等距離の円筒面に形成されており、この円筒面が第１縦溝部１７ａでは右壁面の部分が接線と平行な凹面２７ａで除去されて、左壁面が右壁面より高く突出して導線３が右側から掛けやすいように構成されている。また、下部の第２縦溝部１７ｃでは左壁面の部分が接線と平行な凹面２７ｃで除去されて、右壁面が左壁面より高く突出して導線３が左側から掛けやすいように構成される。さらに、中間の傾斜溝部１７ｂにおいては右壁面および左壁面が上下の凹面２７ａ，２７ｃに連続した低い高さに形成されている。

このような凹凸形状に形成された第２の導線溝部１７に対しては、ボビン部２１の周面に筒状に巻回されたコイル３０の下端部の外周から引き出された終端の導線３は、第１縦溝部１７ａの突出している左溝面に右側から掛けられ、次に傾斜溝部１７ｂで左側に移動してから、第２縦溝部１７ｃの突出している右溝面に左側から導線３を掛ける。そして、第２縦溝部１７ｃから第２の内部端子７０の絡げ部７１に巻き掛けられて結束される。上記導線３の第２の導線溝部１７への設置および絡げ部７１への結束も、連続的に機械巻きによって自動的に行われ、その機械巻きのときの張力が初期張力として、第２の導線溝部１７に配設された導線３にも作用している。

上記第１および第２の導線溝部１６，１７の傾斜溝部１６ｂ，１７ｂが傾斜する角度、つまり、その傾斜溝部１６ｂ，１７ｂの溝壁面の屈曲点における第１および第２縦溝部１６ａ，１６ｃ，１７ａ，１７ｃの延長面に対して傾斜溝部１６ｂ，１７ｂの溝壁面がなす角度（外角）は、図示の場合、傾斜溝部１６ｂ，１７ｂの両端においてそれぞれ４５度である。なお、第１縦溝部１６ａ，１７ａおよび第２縦溝部１６ｃ，１７ｃは、ボビン部２１の中心軸と平行に形成されている。また、傾斜溝部１６ｂ，１７ｂの傾斜角度は、２０度〜７０度の範囲であり、好ましくは、３０度〜６０度の範囲に設定される。

傾斜溝部１６ｂ，１７ｂの傾斜角度（外角）は９０度未満の鋭角であることで、第１縦溝部１６ａ，１７ａおよび第２縦溝部１６ｃ，１７ｃに対して傾斜溝部１６ｂ，１７ｂが軸方向に戻る方向に屈曲することなく、しかもその屈曲角部に当接する導線３には、その伸長方向に作用した応力に伴って横方向ベクトルが発生し、屈曲角部に押し付けられることによって移動が規制されるように拘束され、屈曲角部が拘束点となる一方、屈曲角部から導線３が過大なせん断力を受けないように設定されている。

上記のようにして導線３が巻回されたコイル部品１０は、封止成形によって一部品化される。封止成形する際には、上記コイル部品１０を金型に配置し、外部端子４０，５０の先端コネクタ部４２，５２が露出したコネクタ形状を包み込む封止形状に樹脂を注入するものである。この封止成形により注入した樹脂が前述の第１および第２の導線溝部１６，１７にも充填され、溝内に設置された導線３が樹脂で一体的に封止され、その移動が拘束される。

特に、第１および第２の導線溝部１６，１７に配設された導線３は、それぞれの第１縦溝部１６ａ，１７ａ、傾斜溝部１６ｂ，１７ｂ、第２縦溝部１６ｃ，１７ｃの溝壁面の屈曲角部に当接している部分で伸長方向の移動が拘束され、この屈曲角部および導線溝部１６，１７の両端角部が拘束点となる。図示の場合、各導線溝部１６，１７でそれぞれ４つの拘束点が形成され、この拘束点間の導線３の移動が規制される。つまり、拘束点間の導線３の長さに応じて、温度変動に伴う線膨張係数に対応して長さ変動が発生するが、その長さ変動がこの拘束点間において規制され、それに伴う応力の大きさが溝の全長に対して拘束点間の長さに分割され、応力集中が分散されて断線の発生が防止される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に態様が限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。

例えば、上記実施形態においては、導線溝部１６，１７の傾斜溝部１６ｂ、１７ｂの数は、１つであるが、導線溝部の全長に応じて２つ以上に形成することも可能である。また、ボビン部２１は周面が断面円形のものを想定しているが、周面が断面矩形または断面楕円の扁平形状でもよく、その他、種々の形状のものに変更することが可能である。

３導線
１０コイル部品
１６，１７導線溝部
１６ａ，１７ａ第１縦溝部
１６ｂ、１７ｂ傾斜溝部
１６ｃ，１７ｃ第２縦溝部
１６ｄ導入溝
２０ベース部品
２１ボビン部
２２、２３鍔部
２５本体部
２６，２７連結部
２８端子支持部
３０筒状コイル
４０，５０外部端子
４１，５１基端部
４２，５２先端コネクタ部
６０，７０内部端子
６１，７１絡げ部
６２，７２接続部
６３，７３横板部
８０ヨーク

Claims

ボビン部を有する樹脂成形されたベース部材と、
前記ベース部材のボビン部に導線が巻回されてなるコイルと、
前記コイルに通電するための外部端子と、
前記外部端子に接続されて前記ベース部材に固定され、前記コイルの導線端部を結束するための絡げ部を有する内部端子とを備え、
前記ベース部材の表面部には、前記コイルに巻回された導線の前記絡げ部に結束された結束端部と前記コイルとの間の導線が設置される導線溝部が形成され、該導線溝部に導線が設置された後に封止成形が行われ、少なくとも前記導線溝部に樹脂が注入されて前記導線が一体に封止されてなるコイル部品であって、
前記導線溝部が、少なくとも第１縦溝部と、第２縦溝部と、該第１縦溝部および該第２縦溝部に対して外角が２０度〜７０度の角度で傾斜する少なくとも１つの傾斜溝部とを有するクランク状に屈曲した形状であり、溝内に設置された導線と当接する各屈曲角部が該導線の伸長方向の移動を規制する拘束点となり、温度変動に伴って前記導線に発生する応力を分散するように構成され、
前記第１縦溝部の対向溝面の一方側が他方側よりも高く形成され、かつ前記第２縦溝部の対向溝面の他方側が一方側よりも高く形成されていることを特徴とするコイル部品。
前記導線溝部が、中間の１つの傾斜溝部と両側のコイルの軸線方向に延びる２つの縦溝部とで構成され、前記拘束点が導線溝部の両端を含む４つであることを特徴とする請求項１記載のコイル部品。
前記傾斜溝部の対向溝面は同じ高さで形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のコイル部品。
前記傾斜溝部の両側の前記第１および第２縦溝部において、該傾斜溝部から屈曲した内側の溝面が外側の溝面より高く形成され、中間の傾斜溝部の対向する両側の溝面は、前記第１および第２縦溝部の高いほうの高さより低く形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載のコイル部品。
前記傾斜溝部が傾斜する外角が３０度〜６０度の範囲であることを特徴とする請求項１記載のコイル部品。