(57)【要約】【課題】  コイル形状の安定化とコンパクト化を図り、しかもコイル層の相隣接するリッツ線間の電位差を最小限としたリッツ線コイルを提供する。【解決手段】  横断面矩形の角型リッツ線１１が軸方向に縦積みされるように巻回され、全体形状が直方体状に成型されている。角型リッツ線１１は、所定形状の金型や圧延ローラ等により横断面矩形に成型されている。リッツ線の角型化には、（１）コイル成型前にリッツ線を角型化し、この角型リッツ線をコイル成型する、（２）リッツ線を角型化するのと同時にコイル成型する、（３）丸束リッツ線をコイル成型し、この成型されたコイルを一括角型化する等の方法がある。角型リッツ線コイル１０は、１本の角型リッツ線１１により成型されるものに限定されず、複数本の角型リッツ線を使って構成されてもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
角型リッツ線が軸方向に縦積みされるように巻回され、全体形状が直方体状に成型されてなることを特徴とするリッツ線コイル。
【請求項２】
請求項１記載のリッツ線コイルにおいて、
前記角型リッツ線を径方向に重ね巻きして多層巻きとしたことを特徴とするリッツ線コイル。
【請求項３】
請求項２記載のリッツ線コイルにおいて、
前記角型リッツ線の交差点におけるリッツ線部分を張力を緩め若干引き戻して軸方向に扁平にしたことを特徴とするリッツ線コイル。
【請求項４】
請求項２記載のリッツ線コイルにおいて、
前記角型リッツ線を、外層、内層、内層、外層、外層、内層の順に２層に巻き付けて縦積みしたことを特徴とするリッツ線コイル。
【請求項５】
請求項２記載のリッツ線コイルにおいて、
前記角型リッツ線を、内層、外層、外層、内層、内層、外層の順に２層に巻き付けて縦積みしたことを特徴とするリッツ線コイル。
【請求項６】
角型リッツ線の複数本が並列に並べられた状態で軸方向に縦積みされるように巻回され、全体形状が直方体状に成型されてなることを特徴とするリッツ線コイル。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか記載のリッツ線コイルにおいて、
周囲の任意箇所に、耐熱ベース基材に耐熱粘着材を付加してなる耐熱押えテープを巻き付けたことを特徴とするリッツ線コイル。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか記載のリッツ線コイルにおいて、
短辺側の中央部に凹部または凸部を設けたことを特徴とするリッツ線コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導システムの中で必要となる磁束発生手段としてのコイルであって角型リッツ線を使用したリッツ線コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気製品の中で加熱（発熱）システムを有するものにおいて省エネルギや効率向上を目的として電磁誘導加熱方式が普及され始めている。
コイルはあらゆる目的にて幅広く一般使用されている。その中で電磁誘導加熱にて使用されるコイルは高周波での使用が要求されている。高周波コイルとして使用されている電線は、その断面積の合計が同じであれば単線よりも複線（例えば、束線）が有利である。リッツ線のように、素線径が細く束数が多い線材が使用されている方がより有利である（特許文献１参照）。
図１７に、横断面円形のリッツ線（丸束リッツ線）９を巻胴に９回巻きを行って得られた従来のリッツ線コイルを示している。従来の汎用タイプのリッツ線コイルは、通常の丸束リッツ線を手巻きあるいは簡易巻線機によって巻型に巻き付けられてコイル成型されている。
【特許文献１】特開２０００−２１５９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記の技術には、次のような解決すべき課題があった。
素線径が細く束数が多いリッツ線は、金型を使ってコイル成型する際には各素線を所定の位置に配置するのに手間が掛かり、またコイル成形前は素線が解けてコイル形状が安定しない等、その取扱いが難しい。コイル形状が安定しないと、コイルの基本電気特性が安定しないことになる。加えて単線と比べると見掛けの体積（束線の見掛けの直径）が素線の絶縁皮膜の影響で増加してしまう。リッツ線のコイルの高性能化（直流抵抗の低下、インダクタンスの増加等）を図るにはコイルのボリュームアップを抑制すること、すなわちコイルのコンパクト化が一つの方法である。
【０００４】
また、図１７に示した丸束リッツ線９を使用するコイルは、断面積（体積）が大きく、コイル性能に影響する占積率が極めて低い。また、このような、従来タイプのコイルは、その製造方法に、ある程度の制限があるため、コイル層の相隣接するリッツ線間の電位差、例えば、図１７の巻き順番を示す数字１の位置におけるリッツ線と同数字７の位置におけるリッツ線との間の電位差、あるいは同数字５の位置におけるリッツ線と同数字９の位置におけるリッツ線と間との電位差が大きく、短絡の可能性が高くなってしまうという難点がある。
【０００５】
本発明は、コイル形状の安定化とコンパクト化を図り、しかもコイル層の相隣接するリッツ線間の電位差を最小限としたリッツ線コイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は次の構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
角型リッツ線が軸方向に縦積みされるように巻回され、全体形状が直方体状に成型されてなることを特徴とするリッツ線コイル。
【０００７】
角型リッツ線は、所定形状の金型や圧延ローラ等により横断面正方形あるいは矩形に成型されたものである。縦積みとは、角型リッツ線を、その平坦部が順次重なるように積層することを称している。
角型リッツ線でコイルを成型することにより、コイル形状が安定し、コイル基本電気特性の安定化が図れる。また、コイル体積をコンパクト化でき、直流抵抗の低下、インダクダンスの増加等により、電気性能の向上が図れる。
リッツ線の角型化には、次の３通りがある。（１）コイル成型前にリッツ線を角型化し、この角型リッツ線をコイル成型する。（２）リッツ線を角型化するのと同時にコイル成型する。（３）丸束リッツ線をコイル成型し、この成型されたコイルを一括角型化する。なお、このとき使用される丸束リッツ線としては、複数本のリッツ線を集合撚りしたものが好ましいが、周知の複合撚りしたものでもよい。
構成１のリッツ線コイルは、種々の目的に使用されるが、例えば所定形状の枠体に嵌め込んで電磁誘導加熱の熱源として使用する場合は、その枠体を、２４０〜２６０℃程度の高熱に耐える材料、例えば、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ樹脂（ポリエーテルエーテルケトン）、液晶樹脂等のいずれかの高耐熱性樹脂により成型するとよい。
【０００８】
〈構成２〉
構成１記載のリッツ線コイルにおいて、上記角型リッツ線を径方向に重ね巻きして多層巻きとしたことを特徴とするリッツ線コイル。
【０００９】
コイルに要求される特性によっては、図１（ａ）に示したような単層型では対応できない場合がある。コイルの径方向の厚さを増加させたい場合や、例えば、１００ボルト仕様に対し２００ボルト仕様に対応させるために使用するリッツ線を細くしたい場合等である。通常の丸束リッツ線を角型成型するにあたり、角型化（扁平化）可能な許容範囲（一定の扁平率）があるので、これを考慮する必要がある。許容範囲を越える角型化は一部の特殊な製造条件を除いては非常に困難であるため、径方向に複数層巻きされる２層以上の多層縦積型コイルが成型される。
【００１０】
〈構成３〉
構成２記載のリッツ線コイルにおいて、上記角型リッツ線の交差点におけるリッツ線部分を張力を緩め若干引き戻して軸方向に扁平にしたことを特徴とするリッツ線コイル。
【００１１】
構成３のリッツ線コイルは、角型リッツ線どうしの交差点におけるリッツ線の束を積極的に崩して構成するものである。角型リッツ線の交差点は、その箇所だけが軸方向に突出する形となるので、製品としての収まり等が悪く、また無理に圧縮成型した場合には素線の断線を引き起こす恐れがある。構成３とすることにより、角型リッツ線コイルがリッツ線の交差点を含む全面に亘って軸方向の高さがほぼ同一にされ、しかも、角型リッツ線の交差点における各素線に加圧力が緩和された状態であることにより圧縮成型による素線の断線が防止される。
【００１２】
〈構成４〉
構成２記載のリッツ線コイルにおいて、上記角型リッツ線を、外層、内層、内層、外層、外層、内層の順に２層に巻き付けて縦積みしたことを特徴とするリッツ線コイル。
【００１３】
構成４のリッツ線コイルは、角型リッツ線を外層から巻き始め、次に同列の内層を巻く。次に軸方向に沿う２列目の内層を巻き、同２列の外層を巻き、次に３列目の外層を巻くという順番で所定の列まで縦積みすることにより、角型リッツ線どうしの交差点が生じない２層構成とするものである。
【００１４】
〈構成５〉
構成２記載のリッツ線コイルにおいて、上記角型リッツ線を、内層、外層、外層、内層、内層、外層の順に２層に巻き付けて縦積みしたことを特徴とするリッツ線コイル。
【００１５】
構成５のリッツ線コイルは、角型リッツ線を内層から巻き始め、次に同列の外層を巻く。次に軸方向に沿う２列目の外層を巻き、同２列の内層を巻き、次に３列目の内層を巻くという順番で所定の列まで縦積みすることにより、角型リッツ線どうしの交差点が生じない２層構成とするものである。
【００１６】
〈構成６〉
角型リッツ線の複数本が並列に並べられた状態で軸方向に縦積みされるように巻回され、全体形状が直方体状に成型されてなることを特徴とするリッツ線コイル。
【００１７】
このタイプのコイルは軸方向の高さを低くすることができ、インダクダンスを大きくすることができる。
【００１８】
〈構成７〉
構成１ないし６のいずれか記載のリッツ線コイルにおいて、周囲の任意箇所に、耐熱ベース基材に耐熱粘着材を付加してなる耐熱押えテープを巻き付けたことを特徴とするリッツ線コイル。
【００１９】
リッツ線コイルは成型後も素線が崩れ易い。耐熱押えテープを巻き付けたことにより、成型後、他の部品に組立てるまでの間や製品としての使用時に、コイル形状を保持して作業性や電気的性能を安定化する。
【００２０】
〈構成８〉
構成１ないし７のいずれか記載のリッツ線コイルにおいて、短辺側の中央部に凹部または凸部を設けたことを特徴とするリッツ線コイル。
【００２１】
構成８のリッツ線コイルは、誘導加熱するために、磁性金属製の被加熱円筒体を、凹部又は凸部に嵌入させ最接近した状態で配置させて使用する場合に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１（ａ）は本発明のリッツ線コイルの第１の実施例を示す斜視図である。図１の（ｂ）および（ｃ）は、図１（ａ）に示された角型リッツ線の成型方法の説明図である。図２は、図１（ａ）に示されたリッツ線コイルの横断面図である。
【００２４】
この実施例のリッツ線コイル１０は、断面が角型（横断面矩形）にされた角型リッツ線１１を巻回し成型してなる単層縦積型コイルである。すなわち、角型リッツ線１１は、図１（ｂ）に示される丸束リッツ線９を、図示しない周知の金型や加圧ローラ等によって加圧して図１（ｃ）に示される横断面矩形に成型したものである。このような角型リッツ線１１をエッジワイズ巻きで軸方向に縦積みして全体形状が直方体状とされた単層のリッツ線コイル１０、すなわち、角型リッツ線単層縦積型コイルを形成している。エッジワイズ巻きとは、角型リッツ線を、その横断面矩形の短辺（エッジ）側を巻胴に向けて巻き付けることを称している。
【００２５】
このリッツ線コイル１０の周囲任意の箇所に、押えテープ１２が巻き付けられている。この押えテープ１２は、成型後のリッツ線コイル１０を一時的あるいは長期間に亘って所定のコイル形状を保持するもので、耐熱性を有しかつ肉厚の薄いものであることが望ましい。押えテープ１２として、周知の自己融着性テープを使った場合は１５０℃を越える使用環境では使用に耐えないことが考えられる。従ってリッツ線コイル１０が例えば、２００〜２２０℃の高温下で使用され、押えテープ１２にも高耐熱性が要求される場合は、例えば、カプトン（ポリイミド）、テフロン（登録商標）、ノーメックス製テープ等の耐熱ベース基材に、シリコーン樹脂、アクリル系樹脂等の耐熱粘着材を付加してなるテープが使用される。
【実施例２】
【００２６】
図３は本発明の第２の実施例の２層縦積型コイルを示す横断面図である。
図３に示す２層縦積型コイル２０は、１本の角型リッツ線２１を使って径方向に２層に成型したものである。この角型リッツ線２１は、図２に示したリッツ線コイル１０の厚さｔの１/２の横幅を有するものである。なお、厚さｔとは、コイル横断面における径方向の長さを称している。
【実施例３】
【００２７】
図４は本発明の第３の実施例の２層縦積型コイルを示す横断面図である。
図４に示す２層縦積型コイル３０は、図２に示したリッツ線コイル１０の厚さｔと同等の横幅を有する、１本の角型リッツ線３１を使って径方向に２層に成型したものである。
【００２８】
２層以上の多層縦積型コイルには、単層型コイル成型では問題視されなかった、内層と外層の交差問題が起こる場合がある。リッツ線の交差（図７）は、成型時に素線の断線を引き起こす可能性があるので、極力避ける必要がある。通常の多層縦積型コイルの成型について２層型を例にとった場合、内層、外層、内層、外層と交互に縦積みしたコイル構造とする方法が最も容易である。しかし、このコイル構造では、各ターン毎に内層と外層の交差点（クロスポイント）１３が存在することになる。そこで、図５に示す構造の多層縦積型コイルを提案する。
【実施例４】
【００２９】
図５は本発明の第４の実施例を片側横断面で示す説明図である。
角型リッツ線１１は、各ターン毎に、図７に示すような内層と外層の交差点１３が生じないように、次のようにして構成する。すなわち、角型リッツ線１１の巻き順番を示す数字の１から８を付した図５において、先ず、角型リッツ線１１を外層１から巻き始める。次に同列の内層２を巻く。次に２列目の内層３を巻き、同２列の外層４を巻き、次に３列目の外層５を巻くという順番で所定の列まで縦積みすることにより、角型リッツ線どうしの交差点が生じないようにすることができる。あるいは、角型リッツ線を、内層から巻き始め、次に同列の外層を巻く。次に２列目の外層、内層、３列目の内層、外層の順に２層に巻き付けて縦積みするようにしてもよい。このような構造は成型に手間が掛かるので、特殊事情の場合に実施される。
【実施例５】
【００３０】
図６は、本発明の第５の実施例を片側横断面で示す説明図である。
この実施例は、角型リッツ線の交差点を存在させるが、その交差点における角型リッツ線１１の束を積極的に崩して構成するものである。すなわち、交差点以外の部分は整列巻きされているが、リッツ線１１の交差点における部分を張力を緩め若干引き戻すようにして、図６に示したように横広がりにして不整列化させる。このように成型された角型リッツ線コイルは、リッツ線１１の交差点を含む全面に亘って軸方向の高さがほぼ同一にされている。
こうすることによって、角型リッツ線の交差点が存在していてもその交差点における素線へのダメージを低減させることができる、角型リッツ線多層縦積型コイルの成型が可能となる。
【００３１】
上記の各実施例に示す角型リッツ線コイルは、１本の角型リッツ線により成型したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。次に、複数本の角型リッツ線を使って構成する本発明の角型リッツ線コイルにつき説明する。
【実施例６】
【００３２】
図８は本発明の第６の実施例を示す斜視図、図９ないし図１１は、この第６の実施例の説明図である。
図８に示した実施例は、３本の角型リッツ線を使用し、これらを幅広面を横一列に並べた状態でエッジワイズ巻きで軸方向に縦積し、全体形状が直方体状に成型された３層縦積型コイルである。
複数本の角型リッツ線を使用するのは、１本の角型リッツ線だけでは成型困難な場合であるが、実験では次の条件とした場合に良好な結果が得られた。
【００３３】
すなわち、図９に示すように、１本の角型リッツ線で成型するときの、丸束リッツ線９を角型に成型した角型リッツ線１１の幅をａ、高さをｂとしたとき、図１０に示すリッツ線の撚り本数を、図９に示す丸束リッツ線９の半数ずつにした２本の丸束リッツ線９Ａを用意し、これらの２本の丸束リッツ線９Ａをそれそれ角型に成型したときの２本の角型リッツ線１１Ａの幅を１．４３ａ、高さを０．７ｂとする。このようにした角型リッツ線１１Ａを並列に多層縦積みする。
【００３４】
また、図１１に示すように、リッツ線の撚り本数を、図９に示す丸束リッツ線９の１/３等分ずつにした３本の丸束リッツ線９Ｂを用意し、これらの３本の丸束リッツ線９Ｂをそれそれ角型に成型したとき、その３本の角型リッツ線１１Ｂの幅を１．７４ａ、高さを０．５７ｂとする。このようにした角型リッツ線１１Ｂを並列に並べて３層縦積みしたものが、図８に示したリッツ線コイルである。
こうすることにより、１本のリッツ線では角型化の許容範囲を越えてしまったものが、２本以上に分けることにより見掛け上、扁平率が大きくとれるようになる。最終的にこの２本以上の角型リッツ線はコイル外部において接続されるので、１本のコイルと電気抵抗は同じにすることができる。
【実施例７】
【００３５】
図１２は本発明の第７の実施例を示す斜視図、図１３は同実施例の使用状態を示す横断面図である。
図１２に示したリッツ線コイル１０Ａは、全体形状が直方体状をなしており、コイル上面の短辺側の中央部に凹部１４Ａを設けたものである。この凹部１４Ａは、Ｖ字状をなしており、図示を省略したが、コイルの対向する反対側の短辺中央部にも設けられている。
このようなリッツ線コイル１０Ａは、例えば次のようにして成型される。すなわち、図１に示したような全体形状が直方体状をなすリッツ線コイルを、このリッツ線コイルの外形と同等な大きさの保持金型に収納する。次に、同コイルの平面の短辺側の中央部に、凹部１４Ａと相補する形状の凸部を有する押し金型を押圧することにより、凹部１４Ａを形成する。
【００３６】
このように成型されたリッツ線コイル１０Ａは、次のようにして使用される。すなわち、凹部１４Ａに対向して磁性金属製の被加熱円筒体が最接近した状態で配置される。凹部１４Ａが存在することによって、被加熱円筒体を、凹部１４Ａ内に嵌入させて、コイルに、より接近した状態で配置することができる。通電時にリッツ線コイル１０Ａから発生した磁力線が被加熱円筒体を横断し、より有効に電磁誘導加熱を行う。
【００３７】
また、リッツ線コイル１０Ａには、コイル下面の短辺側の中央部に凸部１４Ｂが設けられている。この凸部１４Ｂは、凹部１４Ａに対応してＶ字状に突起しており、図示を省略したが、コイルの対向する反対側の短辺中央部にも設けられている。
例えば、このようなリッツ線コイル１０Ａを、使用時に、磁性金属製の被加熱円筒体の内部に嵌入すると共に、凸部１４Ｂを被加熱円筒体の任意位置の周面に最接近した状態で配置した場合、上記した凹部１４Ａの場合と同様に、より有効に電磁誘導加熱が行われる。
【００３８】
図１３〜図１５はそれぞれ第７の実施例の各変形例を簡易に示した横断面図である。
図１３に示したリッツ線コイル１０Ｂでは、凹部１５Ａが長辺側を含むＶ字状に設けられている。
図１２に示したリッツ線コイル１０Ａと比べると、より大きな外径を有する被加熱円筒体１５に対応できる。
【００３９】
図１４に示したリッツ線コイル１０Ｃは、円弧をなす凹部１６Ａを設けたものである。
【００４０】
図１５に示したリッツ線コイル１０Ｄでは、凹部１７Ａが長辺側を含む円弧状に設けられている。
図１４に示したリッツ線コイル１０Ｃと比べると、より大きな外径を有する被加熱円筒体に対応できる。
【実施例８】
【００４１】
図１６は本発明の第８の実施例を示す横断面図である。
図１６に示したリッツ線コイル１０Ｅは、全体形状が直方体状をなしており、その両側面１８が外方に膨らむように湾曲した形状をなしている。このようなリッツ線コイル１０Ｅは、厚さｔの異なる角型リッツ線１１Ｅを巻きつけたものでもよいが、厚さｔの一定な角型リッツ線１１Ｅを巻きつけた後、金型等を用いて図示のように両側面を湾曲成型したものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のリッツ線コイルの第１の実施例を示す図で、（ａ）は全体構造を示す斜視図、（ｂ）は角型リッツ線の角型成型加工前の状態を示す説明図、（ｃ）は角型リッツ線を示す横断面図である。
【図２】図１（ａ）に示したリッツ線コイルの横断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す横断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例を示す横断面図である。
【図５】本発明の第４の実施例を示す横断面図である。
【図６】本発明の第５の実施例を示す横断面図である。
【図７】角型リッツ線の交差状況の説明図である。
【図８】本発明の第６の実施例を示す斜視図である。
【図９】本発明の第６の実施例の説明図である。
【図１０】本発明の第６の実施例の説明図である。
【図１１】本発明の第６の実施例の説明図である。
【図１２】本発明の第７の実施例を示す斜視図である。
【図１３】第７の実施例における変形例の説明図である。
【図１４】第７の実施例における他の変形例の説明図である。
【図１５】第７の実施例におけるさらに他の変形例の説明図である。
【図１６】本発明の第８の実施例を示す横断面図である。
【図１７】従来のリッツ線コイルの説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
９  丸束リッツ線
１０  リッツ線コイル
１１  角型リッツ線
１２  押えテープ
１３  交差点
１４Ａ、１５Ａ、１６Ａ、１７Ａ  凹部
１４Ｂ  凸部
２０、３０  多層縦積型コイル
２１、３１  角型リッツ線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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