JP2006026681A - 異形断面コイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特別な工程を設けることなく、スプリングバックによるコイルの変形を防止することができる異形断面コイルの製造方法を提供する。
【解決手段】線材３を芯材３１に略螺旋状に巻回して形成したコイル連接体２１をプレス成形する際に生じる線材３の変形度合いを調節することにより、線材３を略螺旋状に巻回した際に生じる線材３のスプリングバックを低減する。線材３の各部のプレス成形による厚みの最大加工率が、所定の基準値以上になるように設定される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車のモータ等に適した異形断面コイルの製造方法に関する。

ハイブリッド車、電気自動車等の駆動用モータの高効率化、高出力化のためにモータ用コイルの占積率の向上が有効である。この占積率を向上させる方法として、従来の一定断面形状の線材を巻くのに対し、コイルの巻回経路上の位置に応じて線材の断面形状を変化させる方法が提案されている。

図１２は、本発明に係る異形断面コイルの製造方法が適用されるコイルの斜視図である。このコイル１は、図１２に示すように、略切頭錐形の外観形態を有し、その線材３の断面形状が、小径側（図１２の下側）の端部から大径側（図１２の上側）の端部に向けて徐々に扁平に変化している。コイル１の両端部には、電気接続のための引出部５，７が設けられている。なお、図１２に示すコイル１は、ほぼ四角錐の頭部を切除したような外観形態（略切頭四角錐形の形態）を有している。

このようなコイル１の製造方法としては、図１３に示すように、線材３を芯材９に略螺旋状に巻回して略柱形の中間コイル体１１を形成し、その中間コイル体１１を成形型１３内にセットして軸方向にプレス成形して成形する方法が提案されている。

しかしながら、上記のように中間コイル体１１を単純にプレス成形する方法では、芯材９からコイル１を取り外した際にコイル１の各曲げ部分に残存するスプリングバックにより、コイル１の形状が変形してしまい、コイル１の形状を修正するための余分な工程（例えば、ねじれを戻して焼鈍させる工程等）が必要となる等の問題がある。

そこで、本発明の解決すべき課題は、特別な工程を設けることなく、スプリングバックによるコイルの変形を防止することができる異形断面コイルの製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、線材が略螺旋状に巻回されてなる中間コイル体をその軸方向にプレス成形することにより、異形断面のコイルを製造する異形断面コイルの製造方法であって、プレス成形により生じる前記線材の変形度合いを調節することにより、前記線材を略螺旋状に巻回した際に生じる前記線材のスプリングバックを低減する。

また、請求項２の発明では、線材が略螺旋状に巻回されてなる中間コイル体をその軸方向にプレス成形することにより、異形断面のコイルを製造する異形断面コイルの製造方法であって、前記中間コイル体を構成する前記線材の延性を調節して前記中間コイル体に対するプレス成形を行うことにより、前記線材を略螺旋状に巻回した際に生じる前記線材のスプリングバックを低減する。

また、請求項３の発明では、線材が略螺旋状に巻回されてなる中間コイル体をその軸方向にプレス成形することにより、異形断面のコイルを製造する異形断面コイルの製造方法であって、プレス成形により生じる前記線材の変形度合いと、前記中間コイル体を構成する前記線材の延性とを調節して前記中間コイル体に対するプレス成形を行うことにより、前記線材を略螺旋状に巻回した際に生じる前記線材のスプリングバックを低減する。

請求項１に記載の発明によれば、プレス成形により生じる線材の変形度合いを調節することにより、線材を略螺旋状に巻回した際に生じる線材のスプリングバックを低減するため、特別な工程を設けることなく、スプリングバックによるコイルの変形を防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、中間コイル体を構成する線材の延性を調節してプレス成形することにより、線材を略螺旋状に巻回した際に生じる線材のスプリングバックを低減するために、特別な工程を設けることなく、スプリングバックによるコイルの変形を防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、プレス成形により生じる線材の変形度合いと、中間コイル体を構成する線材の延性との両方を調節することにより、線材を略螺旋状に巻回した際に生じる線材のスプリングバックを低減するために、特別な工程を設けることなく、スプリングバックによるコイルの変形をより的確に防止することができる。

＜第１実施形態＞
＜コイルの製造工程＞
本発明の第１実施形態に係る異形断面コイルの製造方法では、プレス成形により生じる線材３の変形度合いを調節することにより、線材３を略螺旋状に巻回した際に生じる線材３のスプリングバックを低減するようになっている。また、本実施形態では、大略的に、図１に示すような略樽形（ここでは、矩形形の断面形状を有する略矩形樽形）の外観形態を有するコイル連接体２１を作製し、そのコイル連接体２１を軸方向の中央部で２分割することにより、前述の図１２に示す略切頭錐形の外観形態を有する２つの異形断面のコイル１を作製する。すなわち、コイル連接体２１は、２つの中間コイル体２３Ａ，２３Ｂを軸方向に連続的に連ねて構成されており、分割された各中間コイル体２３Ａ，２３Ｂがそれぞれ異形断面のコイル１になる。

この図１のコイル連接体２１は、その中央部を境に上下の部分が上下反転に対して略対称な形態を有しており、上下の端部に電線接続のための引出部２５，２７が形成され、中央部に平面視略コ字状に外方に張り出して巻回された張り出し部２９が形成されている。この張り出し部２９を切断することにより、上下の部分を容易に分割することができるとともに、残った張り出し部２９の部分によって電気接続用の引出部が形成できるようになっている。

本実施形態に係るコイル１の製造工程の流れについて説明する。まず、コイル連接体２１の作製が行われる。その作製は、図２に示すように、一定断面形状（例えば、略矩形断面形状）の線材３を所定の芯材３１の周囲に略螺旋状に巻回することにより行われる。芯材３１は一定の略矩形断面を有しているため、略柱形の形態のコイル連接体２１が作製される。このコイル連接体２１の上下端には引出部２５，２７が形成され、中央部には張り出し部２９が形成されている。

続いて、作製されたコイル連接体２１は、図３に示すように、芯材３１に巻回された状態で成形型３３内にセットされ、プレス成形が行われる。成形型３３は、セットされた芯材３１の周囲に略樽形（ここでは、略矩形樽形）のキャビティ３４を形成する上下に対向配置された一対の上型３５と下型３７とを備えて構成され、上型３５を下型３７側に図示しないプレス機構で駆動することにより、プレス成形を行う。なお、本実施形態では上下に対向配置された上型３５及び下型３７により成形型３３を構成したが、水平方向等に対向配置された他の一対の型を用いて成形型３３を構成してもよい。

図３に示す状態から上型３５が下降されてプレス成形が行われると、成形型３３内では、上型３５の下降に伴って図４（ａ）ないし図４（ｃ）に模式的に示すように成形が進んでゆき、最終的に図４（ｃ）及び図５に示す状態となる。すなわち、プレス成形が始まると、図４（ａ）に示すようにコイル連接体２１の中央部が外方に略樽形に広がってゆき、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すようにコイル連接体２１の外周が成形型３３のキャビティ３４内周面に沿うようにしてプレス成形が行われる。

ここで、芯材３１については、線材３を芯材３１に巻回してコイル連接体２１を作製する際の芯材３１と、コイル連接体２１と共に成形型３３内に設置する芯材３１とは別のものであってもよい。

そして、プレス成形が完了した図５に示す状態では、コイル連接体２１が、芯材３１の外周と成形型３３の内周とによって形成されたキャビティ３４の形状に応じた略樽形の形態に成形される。なお、図３及び図５に示す符号５７ｂは張り出し部２９に対応して下型３７に設けられた逃げ部である。

コイル連接体２１の成形が終了すると、前述のようにコイル連接体２１を中央部で２分割することにより、２つの異形断面のコイル１（図１２参照）を作製する。

＜加工率の設定＞
コイル連接体２１を構成する線材３は、プレス成形に伴って図６に示す状態から図７に示す状態へと変形されるが、そのプレス成形による線材３の変形度合いと、プレス成形後の線材３に残存するスプリングバックの残存量との間に相関関係があることが試験等により分かった。なお、本明細書において線材３の変形度合いとは、線材３の加工率を含む概念である。

具体的には、プレス成形による線材３の厚みについての加工率Ｐｒと、プレス成形後の線材３のスプリングバックによる戻り角度θ（図８参照）との関係について試験を行った。ここで、戻り角度θとは図８に示すように設定される。すなわち、線材３を芯材３１に所定ターン数だけ巻回し、その上下の引出部２５，２７を同一方向に引き出してプレス成形を行った後、コイル連接体２１から芯材３１を抜き取ったときに、線材３に残存するスプリングバックにより上下の引出部２５，２７が外方に開くようになっており、この開いたときの引出部２５，２７が成す角を戻り角度θとしている。

厚みについての加工率Ｐｒは、プレス成形前後の線材３の厚みをｔ１，ｔ２（図６、図７参照）とすると、
Ｐｒ＝（ｔ１−ｔ２）／ｔ１［％］
の関係式で与えられる。プレス成形後のコイル連接体２１は、その部分によって線材３の厚みが異なっている。すなわち、プレス成形後の線材３の厚みは、図７に示すように上下端部の最小値（ｔ２max）から中央部の最大値（ｔ２min）に向けて徐々に小さくなっており、その結果、加工率Ｐｒはコイル連接体２１の中央部で最大値となっている。そこで、本実施形態では、コイル連接体２１の各部分の加工率Ｐｒのうちの最大値（ここでは、中央部の加工率）を基準として、加工率Ｐｒと残存するスプリングバックとの関係を調べた。

図９は、線材３の後述する延性を一定（４０％）に保持した場合における加工率Ｐｒと、プレス成形後に残存するスプリングバックによる戻り角度θとの関係に関する試験結果を示すグラフである。試験の結果、図９に示すように、最大加工率Ｐｒが５２．０％（ｔ１＝２．０４ｍｍ，ｔ２min＝０．９８ｍｍ）のときに、戻り角度θが２１．５°という結果と、１６．０°という結果とが得られた。また、最大加工率Ｐｒが５５．７％（ｔ１＝２．２１ｍｍ，ｔ２min＝０．９８ｍｍ）のときに戻り角度θが１３．２°という結果が得られた。これより、最大加工率Ｐｒが増大するほど、戻り角度θが減少することが分かった。なお、いずれの試験も線材３のターン数は３６ターンに設定されている。

そこで、本実施形態では、このプレス成形時の最大加工率Ｐｒが所定の基準値以上になるように設定することにより、スプリングバックの残存量を所定レベル以下に抑制するようにしている。その具体的な基準値としては、例えば、最大加工率Ｐｒが５５％以上になるように設定される。

以上のように、本実施形態によれば、コイル連接体２１に対するプレス成形時に生じる線材３の変形度合いを調節することにより、線材３を略螺旋状に巻回した際に生じる線材３のスプリングバックを低減するために、特別な工程を設けることなく、スプリングバックによるコイル１の変形を防止することができる。

また、コイル連接体２１を構成する線材３の各部のプレス成形による厚みの最大加工率Ｐｒが、所定の基準値（例えば、５５％）以上になるように設定するため、線材３のスプリングバックをプレス成形に伴って的確に抑制することができる。

なお、本実施形態では、２つの中間コイル体２３Ａ，２３Ｂを連ねたコイル連接体２１を構成し、それをプレス成形して２つの異形断面のコイル１を製造する場合について説明したが、本実施形態に係るプレス成形時の線材３の変形度合いを調節してスプリングバックを抑制する方法を、前述の図１３に示す単体の中間コイル体１１をプレス成形してコイル１を製造する場合に適用してもよい。この場合、図１３に示す中間コイル体１１の加工度が最大となる上端部の加工率を基準として、加工率の条件設定が行われる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る異形断面コイルの製造方法では、コイル連接体２１を構成する線材３の延性を調節してプレス成形することにより、線材３を略螺旋状に巻回した際に生じる線材３のスプリングバックを低減するようになっている。ここでは、本実施形態に係る製造方法を、前述のコイル連接体２１を構成してそれをプレス成形して２つの異形断面のコイル１を製造する場合に適用して説明を行うが、前述の図１３に示す単体の中間コイル体１１をプレス成形してコイル１を製造する場合に適用してもよい。

試験等の結果、コイル連接体２１を構成する線材３の延性と、プレス成形後の線材３に残存するスプリングバックの残存量との間に相関関係があることが分かった。

具体的には、コイル連接体２１を構成する線材３の延性と、プレス成形後の線材３のスプリングバックによる戻り角度θ（図８参照）との関係について試験を行った。ここで、線材３の延性とは、ＪＩＳＣ３００２に規定される試験によって取得されたものであり、大略的には、試料に対して引っ張り試験を行った際に引っ張り開始から剪断が生じるまでに試料が伸びた割合をパーセントで表現したものである。また、線材３の延性は、線材３を略螺旋状に巻回した際の加工硬化の影響により部分によって値が異なるが、各部分の延性の値を線材３の長手方向に対して平均した値を採用することとする。

図１０は、プレス成形による線材３の厚みに対する加工率を一定に保持した場合における、線材３の延性とプレス成形後に残存するスプリングバックによる戻り角度θとの関係に関する試験結果を示すグラフである。試験の結果、図１０に示すように、延性が４０％のときに、戻り角度θが２１．５°という結果と、１６．０°という結果とが得られ、延性が３８％のときに、戻り角度θが１５．０°という結果が得られ、延性が３５％のときに、戻り角度θが１１．８°という結果と、１２．７°という結果とが得られた。これより、延性が低下するほど、戻り角度θが減少することが分かった。なお、図１０の各試験において、プレス成形による線材３の厚みに対する加工率Ｐｒは一定値（最大加工率が５２．０％（ｔ１＝２．０４ｍｍ，ｔ２min＝０．９８ｍｍ））に設定されており、線材３のターン数は３６ターンに設定されている。

そこで、本実施形態では、このコイル連接体２１を構成するプレス成形前の線材３の延性が所定の基準レベル以下になるように設定することにより、スプリングバックの残存量を所定レベル以下に抑制するようにしている。その具体的な基準値としては、例えば、延性が３５％以下になるように設定される。

以上のように、本実施形態によれば、コイル連接体２１を構成する線材３の延性を調節してプレス成形することにより、線材３を略螺旋状に巻回した際に生じる線材３のスプリングバックを低減するために、特別な工程を設けることなく、スプリングバックによるコイルの変形を防止することができる。

また、コイル連接体２１を構成する線材の延性が、所定の基準レベル（例えば、３５％）以下になるように設定するため、線材３のスプリングバックをプレス成形に伴って的確に抑制することができる。

＜変形例＞
なお、上述の各実施形態の変形例として、プレス成形により生じる線材３の変形度合いと、コイル連接体２１を構成する線材３の延性との両方を調節してコイル連接体２１に対するプレス成形を行うことにより、線材３を略螺旋状に巻回した際に生じる線材３のスプリングバックを低減するようにしてもよい。例えば、プレス成形時の最大加工率Ｐｒが所定の基準値以上になり、かつ、このコイル連接体２１を構成するプレス成形前の線材３の延性が所定の基準レベル以下になるように設定する方法が考えられる。このように、線材３の変形度合いと延性との両方を調節することにより、より的確に残存するスプリングバックを抑制することができる。

＜適用例＞
次に、上記各実施形態に係る製造方法により製造された異形断面のコイル１の適用例について説明する。この適用例では、図１１に示すように、コイル１がモータのステータ用コアに組み込まれており、複数のコイル１が、周方向に等間隔で離隔して配置された複数のコア７１に挿入されて配設されている。

本発明の第１実施形態に係る異形断面コイルの製造方法による製造過程で作製される略樽形に形成されたコイル連接体の斜視図である。 コイル連接体の形成工程の説明図である。 コイル連接体がプレス成形される際の説明図である。 図４（ａ）ないし図４（ｃ）はプレス成形時の成形型内の途中経過を段階的に示す説明図である。 プレス成形終了時における成形型内の状態を示す説明図である。 プレス成形前の線材の状態を示す説明図である。 プレス成形後の線材の状態を示す説明図である。 スプリングバックによる戻り角度についての説明図である。 加工率Ｐｒとプレス成形後に残存するスプリングバックによる戻り角度θとの関係に関する試験結果を示すグラフである。 線材の延性とプレス成形後に残存するスプリングバックによる戻り角度θとの関係に関する試験結果を示すグラフである。 異形断面コイルの適用例を示す図である。 本発明に係る異形断面コイルの製造方法が適用されるコイルの斜視図である。 提案例に係る異形断面コイルの製造方法の説明図である。

符号の説明

１ コイル
３ 線材
２１ コイル連接体
２５，２７ 引出部
２９ 張り出し部
３１ 芯材
３３ 成形型
３４ キャビティ

Claims (3)

1. 線材が略螺旋状に巻回されてなる中間コイル体をその軸方向にプレス成形することにより、異形断面のコイルを製造する異形断面コイルの製造方法であって、
   プレス成形により生じる前記線材の変形度合いを調節することにより、前記線材を略螺旋状に巻回した際に生じる前記線材のスプリングバックを低減することを特徴とする異形断面コイルの製造方法。
2. 線材が略螺旋状に巻回されてなる中間コイル体をその軸方向にプレス成形することにより、異形断面のコイルを製造する異形断面コイルの製造方法であって、
   前記中間コイル体を構成する前記線材の延性を調節して前記中間コイル体に対するプレス成形を行うことにより、前記線材を略螺旋状に巻回した際に生じる前記線材のスプリングバックを低減することを特徴とする異形断面コイルの製造方法。
3. 線材が略螺旋状に巻回されてなる中間コイル体をその軸方向にプレス成形することにより、異形断面のコイルを製造する異形断面コイルの製造方法であって、
   プレス成形により生じる前記線材の変形度合いと、前記中間コイル体を構成する前記線材の延性とを調節して前記中間コイル体に対するプレス成形を行うことにより、前記線材を略螺旋状に巻回した際に生じる前記線材のスプリングバックを低減することを特徴とする異形断面コイルの製造方法。

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