JP2006229089A - コイル構造体の形成方法、該方法で形成されたコイル構造体、並びに該コイル構造体を備えた電気機械、アンテナ及び電子時計 - Google Patents

Abstract

【課題】 極めて細い導線を短時間のうちに多数回巻回し得るコイル構造体の形成方法、該方法で形成されたコイル構造体、並びに該コイル構造体を備えた電気機械、アンテナ及び電子時計を提供すること
【解決手段】 電気機械（モータや発電機）やアンテナ等のコイル構造体３の形成方法は、一まとめにした複数本の絶縁被覆導体細線２０，３０を巻芯１０に同時に巻回して巻線２７，３７を形成し、前記複数本の導体細線２０，３０の端部２５，３２を相互に電気的に直列に接続して該複数本の導体細線２０，３０の巻回部２７，３７を全体として一つのコイルにすることからなる。ここで、導体細線２０，３０の端部２５，３２の接続は、柱状巻芯部１０の外周部から離れた基板４０上で行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コイルの形成方法、該方法で形成されたコイル、並びに該コイルを備えた電気機械、アンテナ及び電子時計に関する。

巻芯（コア）に絶縁被覆導線を巻回してなるコイルを備えたコイル構造体は周知である。従来のコイル構造体では、通常一本の絶縁被覆導線を多数回巻回することによりコイルが形成される。

コイルの巻線は、多数回巻回されることから、形成に時間を要する。コイル構造体を小型化すると共にその性能を高めようとすると、導線を細くして巻数を多くする必要がある。例えば、腕時計用のモータのステータコイルないしコイルブロックの場合、直径が２０μｍ程度の線が５，０００回〜６，０００回程度巻回される。当然ながら、巻数の増大に伴い巻回に要する時間が長くなる。巻回時間を短くするためには、巻回速度を高くする必要がある。巻回速度を高める場合、加速や減速に伴い巻線にかかる張力が大きくなるのを避け難く、細い導線が切れる虞れがある。その結果、コイルの形成に要する時間の短縮には限度がある。

なお、高周波特性や耐圧上の理由で、一本の太いワイヤの代わりに一まとめにした複数本のより細い（但し腕時計用モータのワイヤよりはるかに太い）ワイヤを巻回してコイルを形成することは、知られている（例えば、特許文献１）。また、帯状に配列した複数本のワイヤを巻芯のまわりに捩れなく巻回してコイルを形成するために、ワイヤ供給ノズルに対して巻芯を軸線のまわりで回転させたり（例えば、特許文献１や特許文献２）、巻芯に対してワイヤ供給ノズルを備えたフライヤを軸線のまわりで回転させたりすること（例えば、特許文献３）自体は、知られている。
特開平７−１２２４５２号公報 特開２０００−１３４８７６号公報 特開平１１−９８７７９号公報

本発明は、前記諸点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、極めて細い導線を短時間のうちに多数回巻回し得るコイル構造体の形成方法、該方法で形成されたコイル構造体、並びに該コイル構造体を備えた電気機械、アンテナ及び電子時計を提供することにある。

本発明によるコイル構造体の形成方法は、前記目的を達成すべく、一まとめにした複数本の絶縁被覆導体細線を巻芯に同時に巻回して巻線を形成し、前記複数本の導体細線の端部を相互に電気的に直列に接続して該複数本の導体細線の巻回部を全体として一つのコイルにする。

本発明のコイル構造体の形成方法では、一まとめにした複数本の絶縁被覆導体細線を同時に巻回するので、極めて細い絶縁被覆導体線を高速に巻回してコイルを形成する場合でも、各絶縁被覆導体細線にかかる張力が同時に巻回される細線の本数分だけ小さくなるから、張力によって導線が切れる恐れが低減され得る。また、本数分だけ一本の導体細線の長さが短くて済むから、巻回時間が本数分だけ低減され得る。仮に、各導体細線にかかる張力が同程度になるように高速巻回するとすると、大まかには、同時に巻回される導体細線の本数分（すなわち、（本数）^１／２倍）だけ巻回速度が高められ得、巻回時間が本数分（すなわち、１／（本数）^３／２倍に）短縮され得る。

原理的には、同時に巻回される導体細線の本数を多くすれば、それだけ巻回時間が短縮され得るけれども、本数が多くなると、巻線をほぼ一様に巻回することが難しくなるので、典型的には、２本の導体細線が同時に巻回される。但し、同時に巻回される導体細線の数は、３〜４本程度でも、より多くてもよい。

なお、ここで、導体細線について、「一まとめ」とは、典型的には、帯状に配列した状態をいうけれども、巻線の巻回部の密度が大きく低下するのが避け得る状態で同時に纏めて巻回され得る限り、厳密に帯状に配列されていなくてもよい。また、一まとめの絶縁被覆導体細線は、典型的には、単に、隣接並置されるけれども、所望ならば、巻回後硬化するような液状物で濡らされていてもよい。

巻芯は、典型的には、磁気コアとなる磁芯からなるけれども、所望ならば、磁芯の外周を蔽うボビンであってもよい。なお、巻芯には、典型的には、巻線を保持すべく巻回領域の両端を規定する巻枠が取付けられている。但し、所望ならば、巻枠はなくてもよい。

本発明によるコイル構造体の形成方法では、前記複数本の導体細線の端部を相互に電気的に直列に接続して該複数本の導体細線の巻回部を全体として一つのコイルにするので、実質的に、コイルの本数分だけの倍数の長さのコイルが、断線の恐れを最低限にして、高速に短時間で形成され得る。

本発明によるコイル構造体の形成方法において、上記の導体細線の端部の接続は、巻芯の周囲の巻線部分で直接行われてもよいけれども、本発明によるコイル構造体の形成方法では、典型的には、導体細線の端部の接続を、柱状巻芯部の外周部から離れた基板上で行う。その場合、端部の接続が、容易且つ確実に行われ得、全体として、一本の導体細線を巻回したのと同様なコイルを備えたコイル構造体が短時間のうちに容易且つ確実に形成され得る。

以上のようなコイル構造体の巻線部分の形成に際して、巻芯がその中心軸線のまわりで回転されても、静置された巻芯のまわりで、フライヤが回転されてもよい。巻芯の横断面は、典型的には、円形であるけれども、場合によっては、楕円形などであても、矩形など多角形であってもよい。

以上のようにして形成されたコイル構造体は、電動モータや発電機のような電気機械の巻線構造体として用いられても、アンテナ等のコイルとして用いられてもよい。

このコイル構造体は、電子時計のモータのステータコイルや電波時計のアンテナ等のような小型の部品として用いられ得る。これらの場合、絶縁被覆導体細線の太さは、典型的には、２０μｍ程度である。但し、より太くてもより細くてもよい。

本発明の好ましい一実施の形態を添付図面に示した好ましい一実施例に基づいて説明する。

図１には、腕時計用モータのステータのコイルブロックを製造する方法が示されている。

図１の（ａ）に示したように、まず、所望位置に配置された巻芯ないし巻芯１０の係止部１１，１２に、導電細線２０，３０の巻始め側の端部部分２１，３１のうち端部配線部２２，３２を余した部位２３，３３を絡げる。巻芯１０は、典型的には、磁芯（磁気コア）からなる。但し、ボビンであってもよい。巻芯１０の両端には、フランジ状の巻枠１８，１８が設けられている。なお、図示の便宜上、左側の巻枠１８は、想像線で示してあり、該巻枠１８を無視してワイヤ（導体細線）の結線部を示してあるけれども、実際には、巻枠１８を避けて結線等が行われる。巻芯１０は、例えば、直径が１ｍｍ程度で長さが３ｍｍ程度の円筒状体ないし円柱状体で、磁芯と電気絶縁性の被覆層とからなる。径や長さはより大きくてもより小さくてもよい。絶縁被覆層はなくてもよい。導電細線２０，３０は、夫々、絶縁被覆された銅線からなり、直径が２０μｍ程度の極めて細い導電性の線である。但し、導電細線２０，３０の径は、より細くても、より太くてもよい。なお、絡げ部位２３，３３を、係止部１１，１２に絡げる代わりに、該部位２３，３３をテープや押え部材などの所望の固定手段で巻芯１０の所定部位１１，１２に固定ないし仮固定するようにしてもよい。

ここでは、巻線機の詳細については、説明を省くけれども、巻線機としては、図２の（ａ）に示したようなフライヤ式の巻線機８０でも、図２の（ｂ）に示したような回転スピンドル式ないし回転チャック式の巻線機９０でもよい。

図２の（ａ）に示したフライヤ式の巻線機８０では、巻芯１０の中心軸線Ｃに一致する回転中心軸線Ｃ１のまわりでＡ方向に回転可能で且つ中心軸線Ｃ１の延在方向に沿ってＢ１，Ｂ２方向に往復動可能に機枠（図示せず）に支持され導電細線２０，３０が引出し可能なノズル８１を備えたフライヤ８２によって、機枠（図示せず）に支持された巻芯１０にワイヤ２０，３０を巻回する。フライヤ８２の回転方向は逆でもよい。この種の巻線機８０は、自動化を可能にすべく所望に応じて、例えば、特許文献１や特許文献２の巻線機のような構造を備えていてもよい。

一方、図２の（ｂ）に示したように巻芯１０が回転するタイプすなわち回転スピンドル式ないし回転チャック式の巻線機９０では、中心軸線Ｃ２のまわりで回転可能に機枠（図示せず）に組込まれたスピンドル（円筒状の巻芯の場合）９１またはチャック（中実な円柱状の巻芯の場合）に巻芯１０を装着してスピンドル９１又はチャックの回転に従って該中心軸線Ｃ２に一致する中心軸線Ｃのまわりで巻芯１０をＡ１方向に回転させると共に、中心軸線Ｃ２の延在方向に沿ってＢ１，Ｂ２方向に往復動可能なノズル９２を配置し、巻芯１０を回転させつつ、導電細線２０，３０が引出し可能なノズル９２をＢ１，Ｂ２方向に往復動させることにより、巻芯１０のまわりに導電細線２０，３０を巻回する。巻芯１０の回転方向は逆でもよい。自動化を可能にするこの種の巻線機９０は、所望に応じて、例えば、特許文献３の巻線機のような構造を備えていてもよい。

次に、巻線機８０又は９０により、図１の（ｂ）に示したように、巻芯１０のまわりに導電細線２０，３０を巻回する。この導電細線２０，３０の巻回の際に、導電細線２０，３０が一緒に引出されて巻芯１０のまわりに巻回されるので、導電細線２０，３０の夫々にかかる張力は、ほぼ１／２になる。即ち、各導電細線２０，３０は、直径が２０μｍ程度ときわめて細いにもかかわらず、巻回の際に、二本の導電細線２０，３０が実際上一体化されているのと同様に扱われるので、断面積が２倍（直径が√２倍）の導電細線と同等になり、高速巻回に伴って比較的大きな張力が導電細線２０，３０の全体にかかる場合でも、断線の恐れが最低限に抑えられ得る。

巻線機８０や９０による巻回は、二本の導電細線２０，３０の夫々の巻数が、コイルとして要求される巻数の１／２になるところで、完了する。例えば、従来のコイルの巻数が５０００〜６０００回程度であった場合には、巻数は、２５００〜３０００回で済む。すなわち、巻数は、従来の導電細線の巻数の１／２で済むことになり、巻回に要する時間が半減される。このようにして、巻回が完了すると、巻芯ないし巻芯１０の係止部１３，１４に、導電細線３０，２０の巻終り側の端部部分３４，２４のうち端部配線部３５，２５を余した部位３６，２６を絡げて巻回部３７，２７を備えた巻線コイル３８，２８を形成する。この状態が、図１の（ｃ）に示されている。なお、絡げ部位２６，３６を、係止部１４，１３に絡げる代わりに、該部位２６，３６をテープや押え部材などの所望の固定手段で巻芯１０の所定部位１４，１３に固定ないし仮固定するようにしてもよいことは係止部１１，１２の場合と同様である。

次に、図１の（ｄ）に示したように、二本の巻線コイル２８，３８を直列に結線する。すなわち、巻線コイル２８の先端側の端部配線部２２の先端２２ａをプリント基板４０の導電パターン部４１にスポット溶接などで電気的に接続すると共に、巻線コイル２８の後端側の端部配線部２５の先端２５ａ及び巻線コイル３８の先端側の端部配線部３２の先端３２ａを基板４０の同一の導電パターン部４２にスポット溶接などで電気的に接続し、更に、巻線コイル３８の後端側の端部配線部３５の先端３５ａを基板４０の導電パターン部４３にスポット溶接などで電気的に接続する。これにより、二本の巻線コイル２８，３８は、導電パターン部４１と導電パターン部４３との間で、巻線コイル２８，３８が電気的に直列に、且つ巻線コイル２８，３８の巻回部２７，３７に同じ向きに電流が流れるように結線される。巻線コイル２８，３８とプリント基板４０の導電パターン部４１，４２，４３とにより形成されるコイル構造体２は、巻回部２７，３７の夫々の巻数の二倍の巻数を備えることになる。ここで、巻線２８，３８は全体としてコイルブロック３を構成し、コイルブロック３と導電パターン部４１，４２，４３を含むプリント基板４０とにより、コイル構造体２が形成される。

以上の如く構成されたコイル構造体２は、例えば、図３に示したような腕時計の形態の電子時計１に組込まれる。図３では、電子時計１の外装部分が全て取り除かれた状態で示されている。

電子時計１では、地板５１を備え、該地板５１には、電源となる電池５２、プリント基板５３に実装されたＩＣ（集積回路）５４の制御下で電池５２により駆動される水晶発振器５５、発振器５５及びＩＣの制御下で回転駆動されるモータ６０、モータ６０のロータ６１に結合されロータ６１の回転に応じて回転駆動される時計輪列５６等が配設されている。時計輪列５６には、時刻表示針（図示せず）が、取付けられ、輪列５６の運動に応じて文字板（図示せず）上を回転して時刻を表示する。

ここで、モータ６０は、ロータ６１及びステータ６２に加えて、ステータ６２を磁化するコイルブロック６３を含む。このコイルブロック６３が、前述のコイルブロック３に対応する。従って、このコイルブロック６３からは、四本の配線２２，３２，３５，２５がでて、プリント基板５３の導電パターン４１，４２，４３に、接続されている。プリント基板５３のうち、導電パターン４１，４２，４３を含む部分は、前述のプリント基板４０に対応する。

なお、図３において、７１及び７２は電池プラス端子及び電池マイナス端子、７４は巻真、７５はリセットレバーである。

この電子時計１では、モータ６０のコイルブロック６３すなわちコイルブロック３が二本の導電細線２０，３０を纏めて同時にコイル状に巻回して巻回部２７，３７を備えた巻線コイル２８，３８を形成し、巻回部２７，３７が直列につながるように巻線コイル２８，３８の端部を接続するようにしているので、十分な巻数の巻回部を備えたコイルブロック６３を高速に短時間で製造し得、その製造コストが最低限に抑えられ得る。

本発明による好ましい一実施例のコイル構造体の形成方法を示したもので、（ａ）は二本の導電細線の夫々の先端側端部を絡げた状態を示した説明図、（ｂ）は導電細線をコイル状に巻回している状態を示した説明図、（ｃ）はコイル状の巻回が完了し二本の導電細線の夫々の後端側端部を絡げた状態を示した説明図、（ｄ）は二つの巻線コイルを直列に接続すべく、巻線コイルの端部をプリント基板の導電パターン部に接続した状態を示した説明図。 図１のコイル構造体の形成に用いられる巻線機の一部を示したもので、（ａ）はフライヤ式巻線機で巻回部を形成する例を示した説明図、（ｂ）は回転スピンドル式の巻線機で巻回部を形成する例を示した説明図。 図１のコイル構造体をモータのステータ用のコイルブロックとして用いた電子時計の説明図。

符号の説明

１ 電子時計
２ コイル構造体
３，６３ コイルブロック
１０ 巻芯
１１，１２，１３，１４ 係止部
２０，３０ 導電細線
２１，３１，２４，３４ 端部部分
２２，３２，２５，３５ 端部配線部
４０ プリント基板
４１，４２，４３ 導電パターン
５０
５１ 地板
５２ 電池
５３ プリント基板
５４ ＩＣ（集積回路）
５５ 水晶発振器
５６ 時計輪列
６０ モータ
６１ ロータ
６２ ステータ
６３ コイルブロック
８０，９０ 巻線機
８１，９２ ノズル
９１ スピンドル
Ａ，Ａ１ 回転方向
Ｂ１，Ｂ２ 往復並進方向
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２ 中心軸線

Claims (6)

1. 一まとめにした複数本の絶縁被覆導体細線を巻芯に同時に巻回して巻線を形成し、前記複数本の導体細線の端部を相互に電気的に直列に接続して該複数本の導体細線の巻回部を全体として一つのコイルにするコイル構造体の形成方法。
2. 前記絶縁被覆導体細線の前記端部の接続を、柱状巻芯部の外周部から離れた基板上で行う請求項１に記載のコイル構造体の形成方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法で形成されたコイル構造体。
4. 請求項３に記載のコイル構造体を備えた電気機械。
5. 請求項３に記載のコイル構造体を備えたアンテナ。
6. 請求項３に記載のコイル構造体を備えた電子時計。

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