特開 2015-76593 電磁コイル、及び位置センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-76593(P2015-76593A)

(43)【公開日】2015年4月20日

(54)【発明の名称】電磁コイル、及び位置センサ

(51)【国際特許分類】

   H01F 17/00 20060101AFI20150324BHJP

   H01F 5/00 20060101ALI20150324BHJP

   G01B 7/00 20060101ALI20150324BHJP

【ＦＩ】

   H01F17/00 C

   H01F5/00 M

   G01B7/00 101E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2013-214004(P2013-214004)

(22)【出願日】2013年10月11日

(71)【出願人】

【識別番号】000227995

【氏名又は名称】タイコエレクトロニクスジャパン合同会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100077

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 充

(74)【代理人】

【識別番号】100136010

【弁理士】

【氏名又は名称】堀川 美夕紀

(72)【発明者】

【氏名】下川 拓也

【テーマコード（参考）】

2F063

5E070

【Ｆターム（参考）】

2F063AA02

2F063CA34

2F063GA01

5E070AA01

5E070AB01

5E070BA07

5E070CB02

5E070CB15

(57)【要約】      （修正有）

【課題】大きな労力をかけず小型化でき、かつ、用途に応じた形状に容易に成形できる電磁コイルを提供する。
【解決手段】絶縁体からなり、可撓性を有する支持体２１と、支持体に支持され、導通路２４が螺旋状に形成されるコイル要素と、備え、支持体２１は、互いに対向する第１端縁の側と第２端縁の側が付き合わされることで、周方向に連なり、コイル要素は、支持体２１の表裏のいずれか一方の面に設けられ、互いに平行に形成される複数の導通路２４が、導通路２４の第１端縁に対向する一端部と、導通路２４に隣接する導通路２４の第２端縁に対向する他端部が、電気的に接続されることを特徴とする電磁コイル１０。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁体からなり、可撓性を有する支持体と、
前記支持体に支持され、導通路が螺旋状に形成されるコイル要素と、備え、
前記支持体は、
互いに対向する第１端縁の側と第２端縁の側が付き合わされることで、周方向に連なり、
前記コイル要素は、
前記支持体の表裏のいずれか一方の面に設けられ、互いに平行に形成される複数の導通路素材が、
前記導通路素材の前記第１端縁に対向する一端部と、前記導通路素材に隣接する前記導通路の前記第２端縁に対向する他端部が、電気的に接続される、
ことを特徴とする電磁コイル。

【請求項2】

前記支持体は、
平面視して形状が矩形をなしており、
複数の前記導通路素材は、
前記第１端縁に対して、所定の傾斜角をなすとともに、間隔が等しく、かつ、長さが等しく形成されている、
請求項１に記載の電磁コイル。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の電磁コイルと、
前記コイル要素に誘導起電力を発生させ、かつ、前記コイル要素近傍を移動する磁界発生手段と、を備える、
ことを特徴とする位置センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁コイルに関し、特に位置センサに使用される電磁コイルに関する。

【背景技術】

【0002】

直線状の変位を測定するセンサとして、ＰＬＣＤ（Permanent magnetic Linear Contactless Displacement）センサが知られている（例えば、特許文献１）。
ＰＬＣＤセンサは、電磁コイルと、その両側に設けられるピックアップコイルと、電磁コイルに沿って往復移動が可能に配置される永久磁石（移動体）と、を備えている。
永久磁石が電磁コイルに沿って移動することで電磁コイルに生じる磁界により、ピックアップコイルにも磁界が形成され、誘導電圧が生じる。その誘導電圧を測定することで永久磁石の位置、つまり変位を特定できる。

【0003】

ＰＬＣＤセンサは、例えば自動車において変位する部品の位置を計測する。ＰＬＣＤセンサは狭隘な場所に設けられることもあり、現状のＰＬＣＤセンサの小型化が望まれている。
一般的に、ＰＬＣＤセンサに使用されている電磁コイルは、樹脂製のボビンの周囲に電線が巻き回された構成となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１０−５０７７８９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、ボビンに電線をきちんと整列させて巻き回す作業は容易ではなく、ボビンに電線を等間隔に配置することが困難である。さらに、ボビンの形状によっても、電線の巻き回しの作業性が異なる。
また、ボビンには、電線が抜け落ちないように軸方向の両端に鍔が形成され、その分だけ厚さが必要なため、電磁コイルを小型化するには限界がある。さらに、小型のボビンの周囲に電線を巻き回す際、電線が切断しないように配慮する必要があるため、大きな労力が必要とされる。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、大きな労力をかけず小型化でき、かつ、用途に応じた形状に容易に成形できる電磁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】

かかる目的のもと、本発明の電磁コイルは、絶縁体からなり、可撓性を有する支持体と、支持体に支持され、導通路が螺旋状に形成されるコイル要素と、備え、支持体は、互いに対向する第１端縁の側と第２端縁の側が付き合わされることで、周方向に連なり、コイル要素は、支持体の表裏のいずれか一方の面に設けられ、互いに平行に形成される複数の導通路素材が、導通路素材の第１端縁に対向する一端部と、導通路素材に隣接する導通路の第２端縁に対向する他端部が、電気的に接続されることを特徴とする。
このように構成された電磁コイルは、大きな労力をかけずに小型化できる。

【0007】

さらに、本発明の電磁コイルは、支持体は、平面視して形状が矩形をなしており、複数の導通路素材は、第１端縁に対して、所定の傾斜角をなすとともに、間隔が等しく、かつ、長さが等しく形成されていることが好ましい。
支持体の形状を矩形にすることで、第１端縁と第２端縁を重ね合わせやすくすることができるため、コイル作製の作業性を向上させることができる。

【0008】

さらに、本発明は、上記の電磁コイルと、コイル要素に誘導起電力を発生させ、かつ、コイル要素近傍を移動する磁界発生手段と、を備えることを特徴とする位置センサをも提供する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、導通路素材の第１端縁に対向する一端部と、導通路素材に隣接する導通路の第２端縁に対向する他端部を電気的に接続できる。そのため、電磁コイルを大きな労力をかけず小型化でき、かつ、用途に応じた形状に容易に成形できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施の形態の電磁コイルを示す図であり、（ａ）は電磁コイルを形成するコイル前駆体の正面図、（ｂ）は電磁コイルの斜視図である。

【図2】電磁コイルの作製手順を説明するための図である。

【図3】ＰＬＣＤセンサを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態の電磁コイル１０（以下、単にコイル１０とよぶ場合がある）は、位置センサとして知られるＰＬＣＤ（Permanent magnetic Linear Contact-less Displacement：永久磁石式リニア非接触変位）センサ１に使用される。
ＰＬＣＤセンサ１は、図３に示すように、電磁コイル（以下、単にコイル）１０と、コイル１０の長手方向Ｘの両側に配置されるピックアップコイル３，４と、永久磁石５と、制御部７とを備えている。永久磁石５は、位置が固定されているコイル１０に対して平行な経路に沿って往復移動が可能に配置されている。ＰＬＣＤセンサ１は、位置を計測したい部材に永久磁石５を追従して移動させることにより、当該部材の位置を計測する。

【0012】

ＰＬＣＤセンサ１は、以下のようにして位置を計測する。
永久磁石５が矢印方向Ａに移動すると、移動した位置に対応してコイル１０に誘導起電力が生じ、コイル１０の周囲に形成される磁界が変化する。そして、その磁界の変化によってピックアップコイル３，４に磁束変化が生じ、誘導電圧が生じる。
ピックアップコイル３，４は、それぞれの両端が電圧計３ａ，４ａに接続されている。そして、永久磁石５の移動によって生じたピックアップコイル３，４の誘導電圧Ｖ３，Ｖ４は、電圧計３ａ及び４ａによって検出され、制御部７で電圧差ΔＶ（｜Ｖ３−Ｖ４｜）が求められる。そして、その電圧差ΔＶから永久磁石５の位置を判断することができる。
永久磁石５は、位置を計測したい部材、例えば、自動車のステアリングギアに取り付けられ、ステアリングギアに追従して移動する。この場合、運転手のステアリング操作によってステアリングギアの位置が移動されると、永久磁石５の位置も追従して移動する。

【0013】

次に、図１を参照してコイル１０について説明する。
コイル１０は、図１（ａ）に記載される可撓性を備えるコイル前駆体２０を、図１（ｂ）に示すように円筒状に成形することで作製される。
はじめに、図１（ａ）を参照してコイル前駆体２０について説明する。
コイル前駆体２０は、平面視の形状が矩形の支持シート２１と、支持シート２１のおもて面２２に形成された複数の導通路２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，・・・）と、おもて面２２を被覆する絶縁性フィルム２５と、を備えている。絶縁性フィルム２５は、後述するタブ２９ａ，タブ２９ｂを除いて設けられる。

【0014】

支持シート２１は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、及びフッ素樹脂より構成され、容易に変形させることができるように、例えば、３００〜１６００μｍ程度の厚さを有している。
支持シート２１は、互いに対向する一対の長縁２７ａ，長縁２７ｂを備え、各導通路２４の両端（始端ｓ，終端ｆ）と長縁２７ａ，長縁２７ｂの間に、一対のタブ２９ａ，タブ２９ｂを備えている。タブ２９ａ，タブ２９ｂは、コイル前駆体２０を円筒状に成形してコイル１０を作製する際に、長縁２７ａの側と長縁２７ｂの側を接合するのに用いられる。

【0015】

各導通路２４は、同じ長さＬで形成され、等間隔Ｐに配置されている。そして、支持シート２１の長縁２７ｂに対して同じ角度θだけ傾斜させて配置されている。つまり、各導通路２４は、互いに平行に形成されている。また、導通路２４ａの始端ｓは、長手方向Ｘにおいて、隣接する導通路２４ｂの終端ｆと同じ位置となるように形成されている。なお、２４ｂ、２４ｃも同様に形成されている。つまり、導通路２４は１ピッチずつずらした位置に配置されている。
各導通路２４は、両端に始端ｓおよび終端ｆを備える。この始端ｓと終端ｆ及びその周囲は、絶縁性フィルム２５を被覆していないために導通路２４が剥き出しにされており、電気的な接点２６を構成する。
導通路２４は、例えば、導電性に優れる金属材料、例えば銅又は銅合金を膜状に形成したものを用いることができる。

【0016】

以上説明したコイル前駆体２０は、その構成がフレキシブルプリント基板（Flexible Printed Circuits：ＦＰＣ）を踏襲するものであるから、ＦＰＣの製造プロセスに従って作製することができる。ただし、ＦＰＣはあくまで好ましい形態の一例である。

【0017】

次に、図１（ｂ）及び図２を参照して、コイル前駆体２０を用いて作製されるコイル１０を説明する。
コイル前駆体２０を、タブ２９ａとタブ２９ｂが付き合わされるように円筒状に成形する。このとき、導通路２４が形成された面（おもて面２２）が内側になるようにする。また、各導通路２４の終端ｆの接点２６と、隣接する導通路２４の始端ｓの接点２６とが重なるように、位置決めされる。なお、支持シート２１が矩形であるので、タブ２９ａとタブ２９ｂを位置ずれしないようにすれば、対応する接点２６と接点２６を位置ずれすることなく接触させることができる。そうすると、コイル前駆体２０の状態では独立していた複数の導通路２４が一本に繋がり、螺旋状の導通路が形成される。
次に、タブ２９ａとタブ２９ｂを固定する。固定の方法は任意であり、例えば、タブ２９ａとタブ２９ｂをつき合わせてから、突き合わされた部分をうら面２３の側から接着剤で包むことで、タブ２９ａとタブ２９ｂを接合することができる。また、接着剤の代わりに、機械的に拘束する部材を、タブ２９ａとタブ２９ｂの外側から嵌合することで固定することができる。

【0018】

以上により作製されたコイル１０の空洞部分にコア２８を配置する。コア２８の配置方法は任意であるが、例えば、コア２８を絶縁性の部材で保持し、その部材の周囲にコイル１０を固定することができる。

【0019】

本実施形態によるコイル１０は、導通路２４が形成されたコイル前駆体２０を成形するだけで作製することができるので、電線をボビンに巻き回す従来のコイルに比べて製造が極めて容易である。しかも、導通路２４がパターンにより形成されるため、形成される螺旋状の導通路は正確に等間隔に配置される。したがって、コイル１０を用いたＰＬＣＤセンサは、低コストでありながら、高い検知精度を得ることができる。
また、コイル前駆体２０は可撓性を備えているため、任意の形状のコイル１０を作製することができる。つまり、以上の説明では、円形に成形する例を示したが、例えば、矩形、多角形、楕円形など、用途に応じた形状を得ることができる。
中でも、矩形に成形することで、長縁２７ａと長縁２７ｂを重ね合わせやすくできるため、コイル作製の作業性が向上させることができる。
また、コイル１０は、ボビンに電線を巻き回した従来のコイルと比べ、厚さを薄くすることができる。つまり、従来のコイルは、電線が抜け落ちないように軸方向の両端に鍔が形成されているため、その分だけボビンの厚さが大きくなる。一方、本実施形態におけるコイル１０は、その表面に銅箔からなる導通路２４を形成するものであるから、鍔を設ける必要がない。そのため、コイル１０の厚さを薄くできる。

【0020】

さらにまた、従来のコイルは、電線を巻き回す際に電線に過大な張力が生ずることがあり、電線が切断されるおそれがある。しかし、本実施形態のコイル１０は、導通路２４を形成する際に張力は生じないので、導通路２４に切断は生じない。
さらに、従来のコイルでは、巻線のからげ部をはんだ付けや溶接により固定しているために、熱損傷により巻線が断線するおそれがある。本実施形態におけるコイル１０は、はんだ付けや溶接を行わないため、熱損傷を受けることはない。

【0021】

以上、実施形態に基づき、本発明を説明したが、これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
コイル１０は、螺旋状の導通路を円筒状に成形された支持シート２１の内周面に形成する例を示したが、外周面に形成することもできる。
また、導通路は、支持シート２１のおもて面２２とうら面２３の両方に設けることもできる。そうすると、円筒状に成形された支持シート２１の内周面と外周面の両方に螺旋状の導通路を設けることができ、内・外の螺旋状の導通路を一本の導通路になるように繋げば、２層巻されたコイルとすることができる。

【0022】

また、コイル１０は、コア２８を設けなければ、ピックアップコイル３，４に適用することもできる。
なお、本実施形態ではコイル１０をＰＬＣＤセンサ１に適用した例を説明したが、他のセンサ、例えば、誘導形検出センサに適用できる。

【符号の説明】

【0023】

１ ＰＬＣＤセンサ（センサ）
３，４ ピックアップコイル
３ａ，４ａ 電圧計
５ 永久磁石
７ 制御部
１０ 電磁コイル（コイル）
２０ コイル前駆体
２１ 支持シート
２２ おもて面
２３ うら面
２４ 導通路
２４ａ〜２４ｃ 導通路
２５ 絶縁性フィルム
２６ 接点
２７ａ，２７ｂ 長縁
２８ コア
２９ａ，２９ｂ タブ
Ｐ 間隔
ｓ 始端
ｆ 終端

【図1】

【図2】

【図3】