(57)【要約】【課題】比較的柔らかい紐状の芯材の周囲に比較的硬い線材を螺旋状に巻回する。【解決手段】コイル巻線装置２０は、紐状の芯材１１を芯線ノズル２２から一定の張力で繰出す芯材繰出手段２１と、芯線ノズル２２から繰出された芯材１１を把持して張力に抗して引出す芯材引出手段５０と、芯線ノズル２２から引出された芯材１１に向けて交差する方向から線材１２を繰出す線材操出手段６０と、芯線ノズル２２に芯線ノズル２２を中心に回転可能に嵌入され線材操出手段６０から繰出された線材１２を芯材１１と共に挟む案内部材８６が端部に偏心して設けられた回転体３７と、回転体３７を回転させて回転体３７と共に回転する案内部材８６が線材１２を芯線ノズル２２の近傍における芯材１１に周回させる回転手段４２とを備える。【選択図】  図１
2020155430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紐状の芯材(11)を芯線ノズル(22)から一定の張力で繰出す芯材繰出手段(21)と、
前記芯線ノズル(22)から繰出された前記芯材(11)を把持して前記張力に抗して前記芯材(11)を前記芯線ノズル(22)から引出す芯材引出手段(50)と、
前記芯線ノズル(22)から引出された前記芯材(11)に向けて交差する方向から線材(12)を繰出す線材操出手段(60)と、
前記芯線ノズル(22)に前記芯線ノズル(22)を中心に回転可能に嵌入され前記線材操出手段(60)から繰出された前記線材(12)を前記芯材(11)と共に挟む案内部材(86)が端部に偏心して設けられた回転体(37)と、
前記回転体(37)を回転させて前記回転体(37)と共に回転する前記案内部材(86)が前記線材(12)を前記芯線ノズル(22)の近傍における前記芯材(11)に周回させる回転手段(42)と
を備えたコイル巻線装置。
【請求項２】
線材操出手段(60)が、線材(12)を繰出す先端ノズル(61)と、前記先端ノズル(61)を通過する前記線材(12)を開放可能に挟持する線材挟持具(71)と、前記先端ノズル(61)と前記線材挟持具(71)との間隔を拡大又は縮小させる拡大縮小手段(68)と、
を備えた請求項１記載のコイル巻線装置。
【請求項３】
線材操出手段(60)が、少なくとも先端ノズル(61)を移動させるノズル移動機構(62)を更に備えた請求項２記載のコイル巻線装置。
【請求項４】
案内部材が、回転体(37)の端部に枢支されて線材(12)が掛け回し可能なプーリ(86)である請求項１ないし３いずれか１項に記載のコイル巻線装置。
【請求項５】
紐状の芯材(11)の周囲に線材(12)を螺旋状に巻回させる巻線方法であって、
前記芯材(11)に所定の張力を付与しつつ前記芯材(11)を芯線ノズル(22)に挿通させて、
前記芯線ノズル(22)から前記芯材(11)を前記張力に抗して引出しつつ前記芯線ノズル(22)近傍の前記芯材(11)の周囲に前記線材(12)を周回させる
ことを特徴とするコイル巻線方法。
【請求項６】
芯線ノズル(22)から引出された芯材(11)と交差する方向から線材(12)を繰出し、
前記芯線ノズル(22)の近傍において前記芯材(11)とともに前記線材(12)を案内部材(86)により挟み、
前記案内部材(86)を前記芯材(11)を中心に回転させることにより前記案内部材(86)を超えた先端側線材(12a)を前記案内部材(86)に順次掛け回して前記芯材(11)の周囲に順次周回させる請求項５記載のコイル巻線方法。
【請求項７】
芯線ノズル(22)に回転体(37)を回転可能に嵌入させ、前記回転体(37)の前記芯材(11)の引出し側端部に案内部材(86)を偏心して設け、
前記芯材(11)を中心とする前記案内部材(86)の回転が、前記案内部材(86)が設けられた前記回転体(37)を回転させることにより行われる請求項６記載のコイル巻線方法。
【請求項８】
芯線ノズル(22)からの芯材(11)の引出しとともに案内部材(86)に届かない基端側線材(12b)を前記芯材(11)の引出し速度と同一の速度でその引出し方向に移動させる請求項６又は７記載のコイル巻線方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子タバコの発熱素子のように、紐状の芯材の周囲に線材を螺旋状に巻回させるコイル巻線装置及びコイル巻線方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子タバコの発熱素子は、一般に高抵抗合金（例えばニクロム、アルディローム、コンスタンタン合金など）からなる線材を所定の形状に加工したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この発熱素子を構成する高抵抗合金からなる線材は、通電されると喫煙液を霧化して喫煙効果を生み出すものであるため、喫煙液を効率よく霧化するために、その喫煙液を浸透させる芯材の周囲に、このような線材を螺旋状に巻回させることが知られている。このような発熱素子では、通電して発熱した線材により芯材に浸透した喫煙液を効率よく霧化し得るとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１６−５０７１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、発熱素子に用いられる高抵抗合金からなる線材は、所定の形状に加工する必要から可撓性を有するけれども、比較的硬いものとして知られている。その一方で、芯材は、喫煙液を浸透させる必要から、ガラスファイバーなどの耐熱性を有する繊維を束ねて紐状にしたものが多く、このような繊維を束ねた紐状の芯材は比較的柔らかいものとして知られている。従って、比較的柔らかい紐状の芯材の周囲に比較的硬い線材を螺旋状に巻回することになる発熱素子の製造にあっては、従来から機械化が困難であって、手作業により行うことが多いという現実がある。
【０００５】
また、芯材の周囲に線材を螺旋状に巻回させた発熱素子にあっては、線材と芯材の間に隙間があったり芯材を絞りすぎたりすると線材周りに液体が十分供給されなくなり、線材が焼けてしまうため、その線材を芯材の周囲に隙間無く適度に密着して巻線することが重要になる。
【０００６】
一方、紐状の芯材は柔らかいため直径が安定しない。このため、線材を芯材の周囲に隙間無く適度に密着して巻回したとしても、芯材の直径が変化するとその周囲に巻回された線材から成るコイルの内径も変わることになる。そして、線材の長さが変わってしまうと、それに応じて抵抗が変化することになるので、螺旋状に巻回された線材から成るコイルの内径管理（抵抗管理）は重要となる。特に、電子タバコの発熱素子では、線材の抵抗については、水煙の量や味を決める要素になっており、その抵抗管理はきわめて重要である。
【０００７】
本発明の目的は、比較的柔らかい紐状の芯材の周囲に比較的硬い線材を螺旋状に巻回し得るコイル巻線装置及びコイル巻線方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、芯材と線材との間の隙間をなくしつつ、芯材の周囲に同一の内径で線材を螺旋状に巻回し得るコイル巻線装置及びコイル巻線方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のコイル巻線装置は、紐状の芯材を芯線ノズルから一定の張力で繰出す芯材繰出手段と、芯線ノズルから繰出された芯材を把持して張力に抗して芯材を芯線ノズルから引出す芯材引出手段と、芯線ノズルから引出された芯材に向けて交差する方向から線材を繰出す線材操出手段と、芯線ノズルに芯線ノズルを中心に回転可能に嵌入され線材操出手段から繰出された線材を芯材と共に挟む案内部材が端部に偏心して設けられた回転体と、回転体を回転させて回転体と共に回転する案内部材が線材を芯線ノズルの近傍における芯材に周回させる回転手段とを備える。
【００１０】
この場合の線材操出手段は、線材を繰出す先端ノズルと、先端ノズルを通過する線材を開放可能に挟持する線材挟持具と、先端ノズルと線材挟持具との間隔を拡大又は縮小させる拡大縮小手段と、を備えることが好ましく、線材操出手段は、少なくとも先端ノズルを移動させるノズル移動機構を更に備えることもできる。そして、案内部材は、回転体の端部に枢支されて線材を掛け回し可能なプーリであることが好ましい。
【００１１】
本発明のコイル巻線方法は、紐状の芯材の周囲に線材を螺旋状に巻回させる巻線方法であって、芯材に所定の張力を付与しつつ芯材を芯線ノズルに挿通させて、芯線ノズルから芯材を張力に抗して引出しつつ芯線ノズル近傍の芯材の周囲に線材を周回させることを特徴とする。
【００１２】
この場合、芯線ノズルから引出された芯材と交差する方向から線材を繰出し、芯線ノズルの近傍において芯材とともに線材を案内部材により挟み、案内部材を芯材を中心に回転させることにより案内部材を超えた先端側線材を案内部材に順次掛け回して芯材の周囲に順次周回させることが好ましく、芯線ノズルに回転体を回転可能に嵌入させ、回転体の芯材の引出し側端部に案内部材を偏心して設け、芯材を中心とする案内部材の回転が、案内部材が設けられた回転体を回転させることにより行われることが好ましい。
【００１３】
そして、芯線ノズルからの芯材の引出しとともに案内部材に届かない基端側線材を芯材の引出し速度と同一の速度でその引出し方向に移動させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のコイル巻線装置及びコイル巻線方法では、芯線ノズルから芯材を引出すと共に、芯線ノズル近傍において案内部材を周回させるので、その案内部材と芯材の間に通過した先端側線材は案内部材に順次掛け回され、周回する案内部材により芯材の周囲に順次案内されて巻回されることになる。
【００１５】
ここで、芯材には一定の張力が付与されているので、芯材はその張力に抗して引出されることに成り、芯材は比較的柔らかいものであるけれども、その芯線ノズルの引出し端部において、急激に屈曲するようなことはない。このため、その芯線ノズルの引出し端部の近傍において、引出された芯材に線材を巻回させることにより、比較的柔らかい芯材の周囲に比較的硬い線材を螺旋状に巻回することが可能になる。
【００１６】
一方、芯材に線材を巻回させる巻線時に、その芯材には一定の張力が付与された状態で芯線ノズルの先端から引出されるので、線材の巻線時の芯材の外径は自然状態における外径よりも小さなものとなっており、その外径は比較的均一なものとなる。このため、そのような小さな外径を有しかつ長手方向において外径の変化の少ない芯材の周囲に線材が巻回されることになる。
【００１７】
その巻線後において、芯材に付与されていた張力を消滅させると、引き延ばされていた芯材は張力が付与されていない自然状態と成り、その外径は拡大することになる。このため、外径が小さな状態でその外径に螺旋状に巻回された線材は、外径が拡大した芯材の外周面に適度に密着し、芯材の周囲に同一の内径で線材が螺旋状に巻回されたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明実施形態のコイル巻線装置を示す平面図である。
【図２】そのコイル巻線装置の正面図である。
【図３】芯材に向かって交差する方向から線材を繰出した状態を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】そのコイル巻線装置により芯材の周囲に線材が螺旋状に巻回される状態を示す斜視図である。
【図５】その線材を繰出した先端ノズルを芯材から遠ざけて巻線される線材を先端ノズルから突出させた状態を示す図３に対応する図である。
【図６】線材が突出した先端ノズルを線材と共に移動させてその線材を芯材と交差させた状態を示す図６に対応する図である。
【図７】その線材を折り返して芯材に掛け回した状態を示す図６に対応する図である。
【図８】その先端ノズルを芯材から更に遠ざけて芯材との間に新たに線材を繰出した状態を示す図７に対応する図である。
【図９】巻線後の線材を切断する状態を示す図８に対応する図である。
【図１０】芯材の周囲に線材が螺旋状に巻回されたコイルの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１０に、本発明により得られるコイル８を示す。このコイル８は、例えば、電子タバコの発熱素子を構成するようなものであって、芯材１１の周囲に線材１２を螺旋状に巻回したものである。この実施の形態における芯材１１は、ガラスファイバーなどの耐熱性を有する繊維の集合を束ねて紐状にしたものであって、線材１２は、高抵抗合金であるニクロム線である場合を例示する。
【００２１】
図１〜図３に本発明のコイル巻線装置２０を示す。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が略水平前後方向、Ｙ軸が略水平横方向、Ｚ軸が略垂直方向に延びるものとし、コイル巻線装置２０の構成を説明する。
【００２２】
本発明のコイル巻線装置２０は、繊維の集合から成る紐状の芯材１１を芯線ノズル２２から一定の張力で繰出す芯材繰出手段２１を備える。図２に示す様に、芯材１１は芯材スプール２３に巻回されて貯線され、巻解かれた芯材１１が芯線ノズル２２にまで案内されるものとし、その間に芯材１１に一定の張力を付与する芯材張力装置２４が設けられる。
【００２３】
この芯材張力装置２４は、繰出される芯材１１に張力を与えるとともにその芯材１１を引き戻し可能なものであり、架台１９に設けられたケーシング２６と、そのケーシング２６のＸ軸方向における側面に鉛直方向に延びて設けられた張力バー２７とを備える。
【００２４】
芯材１１が巻き付けられて貯線された芯材スプール２３はケーシング２６のＸ軸方向における側面に設けられ、それを回転させて芯材１１を繰出す繰出し制御モータ２８がケーシング２６の内部に設けられる。また、張力バー２７の先端には、芯材スプール２３から繰出された芯材１１が導かれる芯材ガイドプーリ２９が設けられ、芯材ガイドプーリ２９に導かれた芯材１１はその芯材ガイドプーリ２９から芯線ノズル２２を貫通するように配線される。
【００２５】
張力バー２７は、基端の回動軸２７ａを支点としてＹ軸方向に回動可能となっている。この回動軸２７ａの回動角度は、ケーシング２６内に収容され回動軸２７ａに取付けられた回動角度検出手段としてのポテンショメータ３０により検出される。ポテンショメータ３０の検出出力は図示しないコントローラに入力され、コントローラからの制御出力が繰出し制御モータ２８に接続される。
【００２６】
また、張力バー２７の回動軸２７ａと芯材ガイドプーリ２９との間の所定位置には、張力バー２７の回動方向に付勢力を与える付勢手段としての弾性部材であるスプリング３１の一端が取付けブラケット２７ｂを介して取付けられる。張力バー２７は、弾性部材であるスプリング３１によって回動角度に応じた弾性力が及ぼされる。このスプリング３１の他端は、移動部材３２に固定される。この移動部材３２は張力調節ネジ３３に螺合しており、この張力調節ネジ３３の回転に従って移動調整が可能に構成される。このように、スプリング３１の他端の固定位置は変更でき、張力バー２７によって付与される芯材１１の張力が調節可能に構成される。
【００２７】
図示しないコントローラは、回動角度検出手段であるポテンショメータ３０により検出された回動角度が所定の角度となるように繰出し制御モータ２８を制御するように構成される。従って、この芯材張力装置２４では、スプリング３１により張力バー２７を介して芯材１１に張力を与えて、その張力バー２７が所定の角度になるように芯材スプール２３が回転して所定量の芯材１１が繰出される。よって、芯材１１の張力は所定の値に維持されることになる。
【００２８】
図２の拡大図に示すように、この実施の形態における芯線ノズル２２は、芯材１１の自然状態における外径よりも小さな内径を有する真っ直ぐな筒状物であって、Ｙ軸方向に延びて、その基端が架台１９に立設された第一支柱３６に取付けられるものとする。そして、芯線ノズル２２の内径は、引き延ばして外径を適度に小さくした芯材１１が通過可能に構成される。
【００２９】
また、本発明のコイル巻線装置２０は、その芯線ノズル２２に嵌入されて、その芯線ノズル２２を中心に回転する回転体３７を備える。具体的に、架台１９には、第一支柱３６に隣接して第二支柱３８がＹ軸方向に離間して立設され、この第二支柱３８に、円筒状の回転体３７が貫通して設けられる。円筒状の回転体３７には、芯線ノズル２２が挿通され、この回転体３７は芯線ノズル２２を中心に回転可能にベアリング３９を介して第二支柱３８に設けられる。
【００３０】
第二支柱３８から第一支柱３６側に突出する回転体３７にはプーリ４１が嵌着される。そして架台１９又は第二支柱３８には回転体３７を回転させる回転手段となるモータ４２が設けられる。即ち、モータ４２はその回転軸４２ａが回転体３７に平行になるように架台１９又は第二支柱３８（この実施の形態では第二支柱３８）に設けられ、モータ４２の回転軸４２ａには別のプーリ４３が設けられる。
【００３１】
そして、回転体３７のプーリ４１とモータ４２における回転軸４２ａのプーリ４３の間にはベルト４４が掛け回され、これによりモータ４２が駆動するとベルト４４を介して回転体３７を回転可能に構成される。
【００３２】
図１及び図２に示す様に、このコイル巻線装置２０は、芯線ノズル２２を貫通した芯材１１を把持して芯線ノズル２２から引出す芯材引出手段５０が設けられる。この実施の形態における芯材引出手段５０は、流体圧により一対の挟持片５１ａ，５１ｂを開閉し、その挟持片５１ａ，５１ｂにより芯材１１を把持可能に構成された芯材把持装置５１と、把持した芯材１１を中心に芯材把持装置５１を回転させるモータ４９と、その芯材把持装置５１をモータ４９と共に三軸方向に移動可能な移動機構５２とを備える。
【００３３】
図における移動機構５２は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向伸縮アクチュエータ５６〜５８の組み合わせにより構成されたものを例示する。即ち、移動機構５２を構成する各伸縮アクチュエータ５６〜５８は、細長い箱形ハウジング５６ｄ〜５８ｄと、そのハウジング５６ｄ〜５８ｄ内部に長手方向に伸びて設けられサーボモータ５６ａ〜５８ａによって回動駆動されるボールネジ５６ｂ〜５８ｂと、このボールネジ５６ｂ〜５８ｂに螺合して平行移動する従動子５６ｃ〜５８ｃ等によって構成される。
【００３４】
この実施の形態では、芯材把持装置５１をモータ４９の回転軸４９ａに取付け、その芯材把持装置５１をＹ軸方向に移動可能にモータ４９をＹ軸方向伸縮アクチュエータ５７のハウジング５７ｄに取付け、そのＹ軸方向伸縮アクチュエータ５７とともに芯材把持装置５１をＺ軸方向に移動可能に、Ｙ軸方向伸縮アクチュエータ５７の従動子５７ｃがＺ軸方向伸縮アクチュエータ５８の従動子５８ｃに取付けられる。また、そのＹ軸及びＺ軸方向伸縮アクチュエータ５７，５８とともに芯材把持装置５１をＸ軸方向に移動可能に、そのＺ軸方向伸縮アクチュエータ５８のハウジング５８ｄがＸ軸方向伸縮アクチュエータ５６の従動子５６ｃに取付けられる。そして、Ｘ軸方向伸縮アクチュエータ５６のハウジング５６ｄがＸ軸方向に伸びて架台１９に固定される。
【００３５】
それらの各伸縮アクチュエータ５６〜５８における各サーボモータ５６ａ〜５８ａは、これらを制御する図示しないコントローラの制御出力に接続され、これらの各伸縮アクチュエータ５６〜５８は、図示しないコントローラからの指令によりサーボモータ５６ａ〜５８ａが駆動してボールネジ５６ｂ〜５８ｂが回転すると、このボールネジ５６ｂ〜５８ｂに螺合する従動子５６ｃ〜５８ｃがハウジング５６ｄ〜５８ｄの長手方向に沿って移動させて、芯材把持装置５１を三軸方向に移動可能に構成される。
【００３６】
よって、一対の挟持片５１ａ，５１ｂが開放された芯材把持装置５１を移動させて、芯線ノズル２２の先端から突出した芯材１１を一対の挟持片５１ａ，５１ｂの間にまで位置させ、その後一対の挟持片５１ａ，５１ｂを閉じることにより、その一対の挟持片５１ａ，５１ｂにより芯材１１を把持させ、その状態の芯材把持装置５１を芯線ノズル２２から遠ざける方向に移動させることにより、この芯材引出手段５０は、芯線ノズル２２を貫通した芯材１１を把持して芯線ノズル２２から引出すことができるように構成される。
【００３７】
そして、架台１９には、芯材張力装置２４から芯線ノズル２２に延びる線材１２を第一支柱３６の近傍において挟持片５３ａにより挟持して、芯材把持装置５１が芯材１１を把持していない状態において、芯線ノズル２２に向かう芯材１１の移動を禁止する芯材挟持具５３が設けられる。
【００３８】
図２における芯材挟持具５３は、流体圧により一対の挟持片５３ａを離間又は接近させ、離間した一対の挟持片５３ａの間に芯材１１を通過させて、その一対の挟持片５３ａを互いに接近させることにより、芯材１１を挟持可能に構成された、いわゆる流体圧シリンダである。そして、この芯材挟持具５３は、出没軸５４ａを鉛直にして本体５４ｂが架台１９に設けられた流体圧シリンダ５４の出没軸５４ａの上端に取付けられ、この流体圧シリンダ５４は、芯材１１を挟持しない状態の芯材挟持具５３を下降させて、芯材１１の配索の障害にならないように構成される。
【００３９】
図１及び図３に示す様に、コイル巻線装置２０は、芯線ノズル２２と交差する方向から芯線ノズル２２を貫通して引出された芯材１１に向けて線材１２を繰出す線材操出手段６０を備える。この線材操出手段６０は、その線材１２が挿通される先端ノズル６１と、その先端ノズル６１を３軸方向に移動させるノズル移動機構６２を備える。
【００４０】
ノズル移動機構６２は架台１９に対して支持板６６を３軸方向に移動可能に構成される。このノズル移動機構６２は、先の移動機構５２と同一構造で有り、支持板６６をＸ軸方向に移動可能にＸ軸方向伸縮アクチュエータ６３のハウジング６３ｄに取付け、そのＸ軸方向伸縮アクチュエータ６３とともにその支持板６６をＺ軸方向に移動可能に、Ｘ軸方向伸縮アクチュエータ６３の従動子６３ｃがＺ軸方向伸縮アクチュエータ６５の従動子６５ｃに取付けられる。
【００４１】
また、そのＸ軸及びＺ軸方向伸縮アクチュエータ６３，６５とともにその支持板６６をＹ軸方向に移動可能に、そのＺ軸方向伸縮アクチュエータ６５のハウジング６５ｄがＹ軸方向伸縮アクチュエータ６４の従動子６４ｃに取付けられる。そして、Ｙ軸方向伸縮アクチュエータ６４のハウジング６４ｄがＹ軸方向に伸びて架台１９に固定される。それらの各伸縮アクチュエータ６３〜６５における各サーボモータ６３ａ〜６５ａは、これらを制御する図示しないコントローラの制御出力に接続される。
【００４２】
先端ノズル６１は取付板６７に固定され、支持板６６には流体圧シリンダ６８がその出没ロッド６８ａをＸ軸方向に向けてその本体部６８ｂが取付けられ、その出没ロッド６８ａの突出端に先端ノズル６１をＸ軸方向に向けて取付板６７が取付けられる。
【００４３】
支持板６６には先端ノズル６１と同軸に基端ノズル６９が設けられ、基端ノズル６９近傍の支持板６６には、基端ノズル６９を通過して先端ノズル６１に向かう線材１２を一対の挟持片７１ａにより開放可能に挟持する線材挟持具７１が取付けられる。この線材挟持具７１は、芯材１１を挟持する芯材挟持具５３と同一構造の流体圧シリンダが用いられるので、繰り返しての説明を省略する。
【００４４】
また、図３に示すように、支持板６６には、流体圧シリンダ６８及び線材挟持具７１の他に、先端ノズル６１を通過した線材１２や、芯線ノズル２２を通過した芯材１１をエア圧により切断するカッタ装置５９が設けられる。カッタ装置５９は、図示しないコントローラからの指令により駆動してカッタ装置５９を昇降させる昇降シリンダ７２と、そのカッタ装置５９を鉛直軸を軸として回転させる回転シリンダ７３を介して支持板６６に取付けられる。
【００４５】
このため、昇降シリンダ７２により昇降するカッタ装置５９は、下降してそのカッタ歯５９ｂが線材１２や芯材１１を切断する切断位置と、上昇してその線材１２や芯材１１から離間する待機位置との間を移動可能に構成され、回転シリンダ７２により鉛直軸を中心として回転するカッタ装置５９は、そのカッタ歯５９ｂが線材１２を挟んで切断させる方向から、その線材１２と交差する芯材１１を挟んで切断する方向へと、回転可能に構成される。
【００４６】
図１及び図３に示すように、芯材１１と同様に、線材１２は線材スプール７４に巻回されて貯線され、その線材スプール７４から巻解かれて繰出された線材１２が基端ノズル６９及び先端ノズル６１にこの順序で挿通される。そして、このコイル巻線装置２０には、線材スプール７４から巻解かれた線材１２に所定の張力を付与する線材張力装置７５が備えられる。
【００４７】
この実施の形態における線材張力装置７５は、芯材１１に所定の張力を付与する芯材張力装置２４（図２）と同一構造のものが用いられ、架台１９に設けられたケーシング７６と、そのケーシング７６のＹ軸方向における側面に鉛直方向に延びて設けられた張力バー７７とを備える。線材スプール７４はケーシング７６の側面に設けられ、その線材スプール７４を回転させる繰出し制御モータ７８が内部に設けられる。張力バー７７の先端には線材ガイドプーリ７９が設けられ、張力バー７７の基端の回動軸７７ａの回動角度を検出するポテンショメータ８０がケーシング７６内に設けられる。
【００４８】
図３に示すように、張力バー７７にはスプリング８１の一端が取付けブラケット７７ｂを介して取付けられ、このスプリング８１の他端は、移動部材８２に固定される。この移動部材８２は張力調節ネジ８３に螺合しており、この張力調節ネジ８３の回転に従って移動調整が可能に構成される。
【００４９】
従って、この線材張力装置７５では、スプリング８１により張力バー７７を介して線材１２に張力を与えて、その張力バー７７が所定の角度になるように、即ち、ポテンショメータ８０により検出された回動角度が所定の角度となるように、繰出し制御モータ７８を制御して線材スプール７４を回転させ、所定量の線材１２を繰出すことにより、線材１２の張力を所定の値に維持するように構成される。
【００５０】
図１〜図３に示すように、芯線ノズル２２に嵌入された回転体３７の芯材１１の繰出し側端部には、その回転中心から偏心して案内部材８６が設けられる。この案内部材８６は、線材操出手段６０から繰出された線材１２を芯線ノズル２２から引出された芯材１１と共に挟むものであって、回転手段であるモータ４２が回転体３７を回転させると、図４に示すように、この案内部材８６が回転体３７と共に回転して、案内部材８６が芯材１１と共に挟む線材１２を芯線ノズル２２の近傍における芯材１１の周囲に案内して撫で付け、それにより線材１２を芯材１１の周囲に周回させるものである。
【００５１】
図４に示すように、この実施の形態における案内部材は、回転体３７の端部に枢支されて、線材１２が掛け回された状態で回転することにより、線材１２を芯線ノズル２２の近傍における芯材１１の周囲に容易に案内し得るようなプーリ８６である場合を示す。
【００５２】
図１〜図３に戻って、芯線ノズル２２の芯材１１の繰出し側端部における下方の架台１９には、伸縮アクチュエータ９１がそのハウジング９１ｄをＸ軸方向に延びて設けられ、その従動子９１ｃには、流体圧シリンダ９２を介して芯材１１に線材１２が螺旋状に巻回されたコイル８を受け取る受け取り具９３が設けられる。
【００５３】
流体圧シリンダ９２は、その出没軸９２ａを上方に向けてその本体９２ｂが従動子９１ｃに取付けられ、その出没軸９２ａの上端に受け取り具９３が取付けられる。そして、受け取り具９３の上部には、コイル８（図１０）を収納可能な凹溝９３ａが芯材１１の繰出し方向に平行に形成され、この凹溝９３ａにコイル８が収容された状態で、その受け取り具９３を流体圧シリンダ９２により下降させ、更に伸縮アクチュエータ９１により、Ｘ軸方向に移動させることにより、得られたコイル８を外部に排出可能に構成される。
【００５４】
次に、本発明のコイル巻線方法について説明する。
【００５５】
本発明の巻線方法は、紐状の芯材１１の周囲に線材１２を螺旋状に巻回させる巻線方法であって、芯材１１に所定の張力を付与しつつその芯材１１を芯線ノズル２２に挿通させて、その芯線ノズル２２から芯材１１を張力に抗して引出しつつ芯線ノズル２２近傍の芯材１１の周囲に線材１２を周回させることを特徴とする。
【００５６】
上記コイル巻線装置２０を用いると、図４に示すように、芯線ノズル２２から引出された芯材１１と交差する方向から線材１２を繰出し、芯線ノズル２２の近傍において芯材１１とともに線材１２を案内部材８６により挟み、案内部材８６を芯材１１を中心に回転させることにより案内部材８６を超えた先端側線材１２ａを案内部材８６に順次掛け回して芯材１１の周囲に周回させることになる。
【００５７】
その手順を具体的に説明すると、先ず、芯材１１及び線材１２を装着する。図２に示す様に、芯材１１の装着にあっては、芯材スプール２３に巻回されて貯線された芯材１１を準備し、芯材張力装置２４におけるケーシング２６の側面において、繰出し制御モータ２８が回転可能にその芯材スプール２３を取付ける。そして、芯材スプール２３から巻解いた芯材１１を、張力バー２７の先端における芯材ガイドプーリ２９に導き、その後芯線ノズル２２に貫通させる。
【００５８】
この実施の形態における芯線ノズル２２は、芯材１１の自然状態における外径よりも小さな内径を有する真っ直ぐな筒状物であるので、芯材１１を引き延ばすことにより外径を適度に小さくして、芯線ノズル２２に通過させることになる。そして、架台１９に設けられた芯材挟持具５３に芯材１１を挟持させて芯材１１の移動を禁止させ、芯材張力装置２４により、その芯材１１が引っ張られても、芯線ノズル２２から芯材１１が引き戻されないようにしておく。
【００５９】
また、図３に示すように、線材１２の装着にあっては、線材スプール７４に巻回されて貯線された線材１２を準備し、線材張力装置７５におけるケーシング７６の側面に、繰出し制御モータ７８が回転可能にその線材スプール７４を設ける。そして、線材スプール７４から巻解いた線材１２を、張力バー７７の先端における線材ガイドプーリ７９に導き、その後に基端ノズル６９及び先端ノズル６１にこの順序で貫通させる。
【００６０】
先端ノズル６１は、流体圧シリンダ６８を介して支持板６６に取付けられているので、流体圧シリンダ６８の出没ロッド６８ａを本体部６８ｂから突出させた状態で先端ノズル６１に線材１２を貫通させ、先端ノズル６１からの線材１２の突出量は、芯材１１と交差させるに必要な長さとする。そして、支持板６６に設けられた線材挟持具７１に線材１２を挟持させて線材１２の移動を禁止させ、線材張力装置７５により、その線材１２が線材張力装置７５側に引っ張られても、先端ノズル６１から線材１２が引き戻されないようにしておく。
【００６１】
また、回転手段であるモータ４２にあっては回転体３７を回転させて、その先端に設けられた案内部材８６の芯材１１に対する位置を、線材１２の繰出し方向に直交する方向（図３では芯材１１の上方。）に位置させる。そして、芯線ノズル２２を貫通して引出された芯材１１と交差する方向から、その芯材１１と交差させるべく線材１２を移動させる。この線材１２の移動は、ノズル移動機構６２により、線材挟持具７１と共に先端ノズル６１を移動させて、図３に示すように、その先端ノズル６１から突出した線材１２を芯線ノズル２２を貫通した芯材１１と案内部材８６の間に進入させて、芯線ノズル２２近傍の芯材１１と交差させる。
【００６２】
その後、図２に示す様に、芯材引出手段５０により芯線ノズル２２から繰出された芯材１１を把持する。具体的には、一対の挟持片５１ａ，５１ｂを離間させた状態の芯材把持装置５１を移動機構５２により芯線ノズル２２の先端に対向する位置まで移動させ、その一対の挟持片５１ａ，５１ｂの間に芯材１１を位置させた後、その一対の挟持片５１ａ，５１ｂを閉じて、その一対の挟持片５１ａ，５１ｂにより芯線ノズル２２の先端縁から突出する芯材１１を挟持する。
【００６３】
そして、架台１９に設けられた芯材挟持具５３による芯材１１の把持を解消させて芯材１１の繰出しを許容するけれども、芯材引出手段５０により芯線ノズル２２から繰出された芯材１１を把持することにより、芯材張力装置２４が芯材１１を引っ張っても、芯線ノズル２２から芯材１１が引き戻されないことになる。
【００６４】
その後、図５に示すように、先端ノズル６１が取付けられている流体圧シリンダ６８の出没ロッド６８ａを本体部６８ｂに没入させて、線材１２を挟持する線材挟持具７１に先端ノズル６１を近づけることにより、その後の巻回に必要な長さの線材１２を芯線ノズル２２近傍の芯材１１と先端ノズル６１の間に引出す。
【００６５】
次に、図６に示すように、この線材挟持具７１と先端ノズル６１を線材１２と共にノズル移動機構６２により芯材１１に近づけて、芯線ノズル２２から繰出された巻線に必要な長さを有する線材１２を芯材１１に案内部材８６と芯材１１の間に挿通して、交差させる。
【００６６】
その後、図７に示す様に、回転手段により回転体３７を１８０度回転させる。すると、案内部材８６と芯材１１の間に挿通された巻線に必要な長さの先端側線材１２ａに、回転移動する案内部材８６が当接し、更に回転移動する案内部材３７は、その先端側線材１２ａを芯材１１の周囲にＵ字状に掛け回すことになる。これにより線材張力装置７５が線材１２を線材張力装置７５側に引っ張っても、その線材１２を引き戻さないようにする。そして、支持板６６に設けられた線材挟持具７１による線材１２の挟持を解消して線材１２の繰出しを許容する。
【００６７】
その後、図８に示す様に、ノズル移動機構６２を用いて、線材挟持具７１と共に先端ノズル６１を芯材１１から遠ざけて、その先端ノズル６１から線材１２を更に引出して、引出し線に必要な長さの線材１２を新たに引出した後に、再び線材挟持具７１によりその線材１２を挟持しておく。
【００６８】
この状態から、図４に示すように、芯材１１を芯線ノズル２２から引出しつつ案内部材８６を芯材１１の周囲に必要な回数周回させる。芯材１１の引出しは図２に示す芯材引出手段５０により行われ、芯材１１を把持している芯材把持装置５１を芯線ノズル２２から離間させることにより、図４の一点鎖線矢印で示す様に、芯材１１を芯線ノズル２２から引出す。
【００６９】
この芯材１１の引出しと共に案内部材８６を芯材１１の周囲に周回させるけれども、この案内部材８６の周回は、回転手段であるモータ４２（図２）により回転体３７を、図４の実線矢印で示す様に、回転させることにより行う。
【００７０】
このように、芯線ノズル２２近傍において案内部材８６を周回させると、その案内部材８６と芯材１１の間に通過した先端側線材１２ａは案内部材８６に順次掛け回され、先端側線材１２ａが掛け回された状態で芯材１１の周囲を更に周回する案内部材８６により、その先端側線材１２ａは芯材１１の周囲に順次案内されて芯材１１に撫で付けられ、それにより芯材１１に巻回されることになる。
【００７１】
特に、この実施の形態における案内部材８６は、回転体３７の端部に枢支されたプーリであるので、そのプーリから成る案内部材８６は、線材１２が掛け回された状態で回転して、その先端側線材１２ａを案内するので、案内部材８６に対して先端側線材１２ａが擦れるようなことを回避し、擦れによる線材１２の表面損傷を防止することになる。そして、線材１２の巻回は芯材１１を引出しつつ行われるので、その先端側線材１２ａは、芯線ノズル２２から引出された芯材１１の周囲に螺旋状に巻回されることになる。
【００７２】
ここで、芯線ノズル２２は、芯材１１の自然状態における外径よりも小さな内径を有する筒状物であり、芯材１１には芯材張力装置２４（図２）により一定の張力が付与されているので、比較的柔らかい紐状の芯材１１は引っ張られてその外径を適度に小さくした状態で、芯線ノズル２２に挿通されて真っ直ぐな状態で引出される。このため、芯線ノズル２２の引出し側端部近傍において、芯材１１は急激に屈曲するようなことはないので、その芯材１１が柔らかくても、その芯線ノズル２２の引出し側端部近傍の芯材１１であれば比較的硬い線材１２であっても巻回させることが可能となる。よって、本発明は、比較的柔らかい紐状の芯材１１の周囲に比較的硬い線材１２を螺旋状に巻回し得るものになる。
【００７３】
一方、先端ノズル６１から芯材１１にまで延びるけれども、芯材１１と案内部材８６の間を通過しない基端側線材１２ｂは、案内部材８６に当接することはない。そして、図８に示す様に、線材１２を繰出す先端ノズル６１は芯材１１から離間しているので、先端ノズル６１を移動させないと、その先端ノズル６１と芯材１１の間の基端側線材１２ｂは、芯材１１を引出すと徐々に傾動することになる。
【００７４】
このため、芯材１１の引出しと共に、ノズル移動機構６２（図３）により、線材１２が繰出された先端ノズル６１を、図４の破線矢印で示す様に、芯材１１引出し方向にその引出し速度と同一の速度で移動させることが好ましい。このように、先端ノズル６１を芯材１１の引出し方向に同一の速度で移動させるようにすれば、その基端側線材１２ｂと芯材１１との交角は変化しないので、より安定して線材１２を螺旋状に巻回させることが可能になる。
【００７５】
図４に示すように、予め引出されて芯線１１を超えた先端側線材１２ａが芯材１１の周囲に巻回された後には、回転体３７の回転を停止して、それ以上の線材１２の巻回を禁止する。そして、芯材引出手段５０（図２）により、芯材１１を挟持している芯材把持装置５１を芯線ノズル２２から更に離間させて、芯材１１を芯線ノズル２２から必要な長さ更に引出す。その後、芯線ノズル２２の手前に設けられた芯材挟持具５３により芯材１１を把持して、その後の芯材１１の繰出しを禁止させ、この状態で引出手段における芯材把持装置５１により芯材１１の把持を解消させる。
【００７６】
ここで、線材１２を巻回させる巻線時に、芯材１１には一定の張力が付与された状態で芯線ノズル２２の先端から引出されていたので、巻線時の芯材１１の外径は自然状態における外径よりも小さなものとなっており、その外径は比較的均一なものとなる。このため、そのような小さな外径を有しかつ長手方向において外径の変化の少ない芯材１１の周囲に線材１２が巻回されることになる。
【００７７】
その巻線後において、芯材把持装置５１により芯材１１の把持が解消すると、芯材１１に付与されていた張力は消滅し、引き延ばされていた芯材１１は張力が付与されていない自然状態と成り、図１０に示す様に芯材１１の外径は拡大することになる。このため、外径が小さな状態でその外径に螺旋状に巻回された線材１２は、外径が拡大した芯材１１の外周面に適度に密着しつつ、芯材１１の周囲に同一の内径で線材１２が螺旋状に巻回されたものとなる。
【００７８】
このように巻線が終了した後には、図９に示す様に、線材挟持具７１による線材１２の挟持を解消させて、その線材挟持具７１をノズル移動機構６２により芯材１１から遠ざけるとともに、先端ノズル６１が取付けられている流体圧シリンダ６８の出没ロッド６８ａを本体６８ｂから突出させる。
【００７９】
そして、芯材１１と先端ノズル６１との間の線材１２の長さを、先に芯材１１に螺旋状に巻回された線材１２の引出しに必要な長さと、次に巻回させるに必要な線材１２の長さの和になるような長さにする。そして、再び線材挟持具７１により線材１２を把持させて、その線材１２の移動を禁止し、この状態で、カッタ装置５９を昇降シリンダ７２により下降させて切断位置にして、線材１２を切断する。
【００８０】
その後、カッタ装置５９の方向を回転シリンダ７３により変更してノズル移動機構６２により移動させ、線材１２が螺旋状に巻回された芯材１１を所定の長さになるように切断して、芯材１１の周囲に線材１２を螺旋状に巻回した図１０に示すコイル８を得る。この芯材１１の切断時に、その下方に受け取り具９３を位置させると共に、流体圧シリンダ９２によりそれを上昇させて、芯材１１に線材１２が螺旋状に巻回された図１０に示すコイル８を受け取り具９３の溝９３ａに収容させた状態で芯材１１を切断することが好ましい。
【００８１】
芯材１１が切断されると、芯材１１に線材１２が螺旋状に巻回された図１０に示す様なコイル８は独立して受け取り具９３に支持され、伸縮アクチュエータ９１により、その受け取り具９３を芯線ノズル２２の下方からＸ軸方向に移動させて排出させることにより一連の巻線作業を終了して、次の巻線作業が開始される。これにより、芯材１１に線材１２が螺旋状に巻回された図１０に示すコイル８を連続的に得ることが可能となるのである。
【００８２】
なお、上述した実施の形態では、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向伸縮アクチュエータの組み合わせにより構成された移動機構５２及びノズル移動機構６２を説明したけれども、これらの移動機構５２，６２はこの構造のものに限るものではなく、芯線把持装置５１及び先端ノズル６１等が架台１９に対して３軸方向に移動可能である限り、他の形式のものであっても良い。
【００８３】
また、上述した実施の形態では、芯材張力装置２４及び線材張力装置７５が、それぞれ張力バー２７，７７をスプリング３１，８１により傾動させて、芯材１１及び線材１２に張力を付与する場合を説明したが、張力を付与する手段は、これに限らず、他の形式のものであっても良い。例えば、芯線スプール２３や線材スプール７４自体を移動させて、芯材１１や線材１２に張力を付与するような形式のものであっても良い。
【００８４】
また、上述した実施の形態では、線材１２の巻線時に先端ノズル６１を芯材１１の引出し方向にその引出し速度と同一の速度で移動させる場合を説明したけれども、線材１２を繰出す先端ノズル６１を芯材１１から離間させて、芯材１１の引出しに伴う線材１２の傾動を許容し得る場合には、必ずしも先端ノズル６１を移動させなくとも良い。
【００８５】
また、上述した実施の形態では、案内部材が、回転体３７の端部に枢支されたプーリ８６である場合を説明したが、擦れに起因する線材１２の表面損傷を回避し得る限り、案内部材８６は、回転体３７に対して回転しないような部材、例えば、線材１２が接触する部位がその線材１２の表面損傷を回避し得るように研磨されたようなピン状の部材であっても良い。
【００８６】
更に、上述した実施の形態では、芯材１１を真っ直ぐに引出す場合を説明したけれども、必要があれば、その引出しの際に芯材１１を把持する芯材把持装置５１をモータ４９により回転させて、芯材１１を捩りながら引出すようにしても良い。芯材１１を捩りながら引出すようにすれば、線材１２が撫で付けられて巻回される芯材１１をより強固に、かつその外径をより均一にすることができ、より芯材１１の周囲に線材１２を同一の内径で螺旋状に巻回することが可能となる。その一方で、芯材１１を捩ることが不要であれば、モータ４９を装着しなくても良い。
【符号の説明】
【００８７】
１１  芯材
１２  線材
２０  コイル巻線装置
２１  芯材繰出手段
２２  芯線ノズル
３７  回転体
４２  モータ（回転手段）
５０  芯材引出手段
６０  線材操出手段
６１  先端ノズル
６２  ノズル移動機構
６８  流体圧シリンダ（拡大縮小手段）
７１  線材挟持具
８６  プーリ（案内部材）
【図１】
2020155430.tif 000003
【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】
2020155430.tif 000008
【図７】
2020155430.tif 000009
【図８】
2020155430.tif 000010
【図９】
2020155430.tif 000011
【図１０】
2020155430.tif 000012