(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するボビンへ巻線用の線材を案内する案内機構と、
該案内機構をボビンの回転軸と略平行に間欠的に移動する移動機構とを備え、前記ボビンを回転しつつ前記案内機構を間欠的に移動することにより、該ボビンの原点位置より線材を整列して巻き付ける巻線機において、
該ボビンが前記原点位置に到達する前の所定角度位置を前記線材の巻取速度に応じて決定する決定手段と、
前記ボビンの回転角度位置が前記所定角度位置に達したときに前記案内機構を移動させるよう該移動機構を制御する制御手段とをさらに備えたことを特徴とする巻線機。
【請求項２】
線源から前記供給機構まで前記線材を案内する可撓性材料からなる管状部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の巻線機。
【請求項３】
前記管状部材が、ガラス繊維チューブであることを特徴とする請求項２記載の巻線機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は巻線機に関し、とくに線材を回転するボビンに整列状態で巻き付ける巻線機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転するボビンに線材を整列状態で巻き付ける巻線機においては、線材を整列状態で巻き付けるために、線材の案内機構をボビンの回転に応じてボビンの回転軸と平行に移動する必要がある。このような巻線機においては、巻線の巻乱れを防止するために種々の機構が提案されている。例えば、特開平５−２５１２５３号公報では、線材の案内機構を間欠的に移動することにより、線材の案内角度をボビンの回転軸に対してできるだけ直角に保つようにした巻線機が提案されている。このように、案内機構を間欠的に移動することにより、巻線の巻乱れを生じることなく線材を整列状態でボビンに巻き取ることができる。
【０００３】
しかしながら、上記特開平５−２５１２５３号公報に記載された巻線機においては、ボビンの回転をセンサで検出し、ボビンが１回転したときにコントローラからの信号によりモータが案内機構を移動する構成となっているため、制御に応答遅れが発生しやすく、ボビンの回転が高速になるとボビンの回転と案内機構の移動とのタイミングがとりにくくなるという問題がある。とくにボビンの回転開始時あるいは停止時のように、ボビンの回転速度が過渡状態にあるときにボビンの回転と案内機構の移動とのタイミングが取りにくいものである。一方、応答遅れの生じないモータを使用することができるが、このようなモータを使用するとコストが上昇する。
【０００４】
そこで、ボビンの回転に応じて回転する入力軸および入力軸の所定の回転ごとに間欠的に回転する出力軸を備えたインデックスドライブと、出力軸の回転角度に応じて案内機構を回転軸と平行に駆動するハートカムとを設けた巻線機が提案されている（特開平７−２９７０６５号公報）。この巻線機によれば、インデックスドライブにより間欠的に回転するハートカムにより、ボビンの回転に応じて案内機構を間欠的に一定量ずつ移動することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平７−２９７０６５号公報に記載された巻線機では、巻き取る線材の直径等のサイズが変更された場合には、その線材のサイズや巻幅に応じて案内機構を駆動する必要があるため、カムやプーリのサイズあるいは形状を変更する必要があり、その取り替え作業が非常に煩わしいものである。また、線材のサイズに応じて複数のカムやプーリを用意する必要があるため、コストアップになり、そのカムやプーリを保管するスペースも必要となる。
【０００６】
本発明の目的は、線材のサイズに拘わらず、コストを上昇させることなく線材を容易に整列させて巻き取ることができる巻線機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図１〜４を参照して説明すると、請求項１の発明は、回転するボビン６へ巻線用の線材を案内する案内機構１０と、案内機構１０をボビン６の回転軸と略平行に間欠的に移動する移動機構９とを備え、ボビン６を回転しつつ案内機構１０を間欠的に移動することにより、ボビン６の原点位置より線材Ｗを整列して巻き付ける巻線機に適用され、ボビン6が原点位置に到達する前の所定角度位置を線材Ｗの巻取速度に応じて決定する決定手段３１Ｆと、ボビン6の回転角度位置が所定角度位置に達したときに案内機構１０を移動させるよう移動機構９を制御する制御手段２をさらに備えたことにより上記目的を達成する。
【０００８】
請求項２の発明は、線源１６から供給機構１０まで線材Ｗを案内する可撓性材料からなる管状部材２２をさらに備える。
請求項３の発明は、管状部材２２が、ガラス繊維チューブである。
【０００９】
請求項１の発明によれば、ボビン6が原点位置に到達する前の所定角度位置が線材Ｗの巻取速度に応じて決定され、ボビン6の回転角度位置がこの所定角度位置に達したときに移動機構９により案内機構１０が移動される。これにより、上述した低コストのモータのように制御に遅れを生じるようなものであっても、この遅れを考慮して案内機構１０が移動され、案内機構１０の移動をボビン６の回転とのタイミングをとって行うことができる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、線源１６から繰り出される線材Ｗは管状部材２２内を通って供給機構１０まで案内される。これにより、線源１６から供給機構１０での線材Ｗのぶれが防止される。
【００１１】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る巻線機の構成を示す斜視図、図２は線材であるワイヤの経路図、図３は後述する制御部の構成を示すブロック図、図４はワイヤの巻き始めのセット位置を示す図である。図１に示すように、本実施の形態に係る巻線機は、ベース１と、ベース１上に配設された制御部２と、巻線部３とを備える。制御部２の前面には作業メニューを入力するためのコントロールパネル４が設けられている。コントロールパネル４には、入力された作業メニューをリセットするリセットスイッチ４Ａと、巻線機の駆動を停止するストップスイッチ４Ｂと、巻線機の駆動を開始するスタートスイッチ４Ｃと、種々の設定値を表示するための液晶表示部４Ｄとを備える。また、制御部２の側面には、治具ホルダ５が突出している。治具ホルダ５は制御部２の内部に設けられた後述するモータにより回転される。
【００１３】
巻線部３は、ボビン６を装着して回転する、一端が治具ホルダ５に、他端がテイルストック８に取り付けられるスピンドル軸７と、線材Ｗをボビン６に供給する供給機構１０と、供給機構１０を移動させる移動機構９とを備える。ボビン６は断面が矩形のコイル巻胴部６Ａと巻胴部６Ａを挟むように設けられた治具部６Ｂとを有する。テイルストック８はベース１に形成された溝１Ａ内を摺動可能とされている。移動機構９は供給機構１０が固定される２本のトラバース軸１１Ａ，１１Ｂと、支持ブッシュ１３Ａ，１３Ｂを備えたトラバース軸１１Ａ，１１Ｂを支持する支持部１２とからなる。そして、２本のトラバース軸１１Ａ，１１Ｂは互いに平行にかつスピンドル軸７と平行に配されており、このトラバース軸１１Ａ，１１Ｂが制御部２内に設けられた後述するトラバースモータにより、スピンドル軸７と平行に間欠的に移動され、これにより、供給機構１０がスピンドル軸７に平行に移動する。これは図５に示すように、巻線がボビン６の巻胴部６Ａに整列して巻取られるように、原点Ｏを基準として回転角度がθとなった位置において、ノズル１９を巻線の太さ分ΔＴ移動させるものである。
【００１４】
図３に示すように、制御部２はコントロールパネル４から入力された、巻き数、ピッチ、巻き幅等の情報を処理する情報処理部３１Ａと、治具ホルダ５を駆動するインダクションモータ３１Ｂと、治具ホルダ５の回転数を検出するエンコーダ３１Ｃと、トラバース軸１１Ａ，１１Ｂを駆動するトラバースモータ３１Ｄと、トラバースモータ３１Ｄの回転数を検出するエンコーダ３１Ｅと、インダクションモータ３１Ｂおよびトラバースモータ３１Ｄの駆動を制御する制御回路３１Ｆとからなる。
【００１５】
図２に示すように、供給機構１０は、線材用ボビンケース１５に収容されたボビン１６から繰り出される線材Ｗを挟み込んで、線材Ｗにある程度のテンションを付与するためのフェルト１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃと、線材Ｗにテンションを付与するために直線状に配設された４つのテンションロッド１８Ａ〜１８Ｄと、ノズル１９と、ノズル１９から供給される線材Ｗを安定させるための４つの安定ロッド２０Ａ〜２０Ｄとからなる。フェルト１７Ａ〜１７Ｃ，テンションロッド１８Ａ〜１８Ｄ、ノズル１９および安定ロッド２０Ａ〜２０Ｄは、基板３０に取り付けられている。また、線材用ボビンケース１５の線材Ｗの出口には線材Ｗを挟み込むフェルト２１が配設されており、さらにフェルト２１とフェルト１７Ａとの間には、ガラス繊維チューブ２２が配設されており、線材Ｗはガラス繊維チューブ２２内を通って供給機構１０に供給される。ここで、線材Ｗの直径が０．３〜０．６ｍｍとすると、ガラス繊維チューブ２２の内径は６ｍｍであり、その肉厚は０．５ｍｍのものを使用する。このように、線材Ｗをガラス繊維チューブ２２を通過させることにより、線材用ボビンケース１５から繰り出された線材Ｗの振動を防止することができる。
【００１６】
テンションロッド１８Ａ〜１８Ｄはねじ２４Ａ〜２４Ｄにより基板３０に形成された長孔３１に取り付けられている。また、ねじ２４Ａ〜２４Ｄはテンションロッド１８Ａ〜１８Ｄの中心から偏心して取り付けられている。したがって、ねじ２４Ａ〜２４Ｄを中心として回転させることにより、テンションロッド１８Ａ〜１８Ｄはその間隔および長孔３１に対する偏心位置を自由に変更可能となっている。そして、テンションロッド１８Ａ〜１８Ｄには線材Ｗが交互に蛇行して各テンションロッド１８Ａ〜１８Ｄに接するように配設されており、線材Ｗと各テンションロッド１８Ａ〜１８Ｄとの摺動抵抗により線材Ｗにテンションが付与される。この際、テンションロッド１８Ａ〜１８Ｄの位置を変更するとともに、その中心軸を長孔３１に対して偏心させることにより線材Ｗのテンションを種々変更することができる。
【００１７】
ノズル１９は線材Ｗの位置決めを行うものであり、線材Ｗのサイズに応じて種々のノズル径のものが選択される。また、ノズル１９を図２に示す位置に配することにより、ノズル１９はボビン６から比較的離れた位置に配されることとなる。これにより、ボビン６の位置においては、線材Ｗは比較的自由に移動することができるため、例えばボビン６に対する線材Ｗの巻き取り方を種々変更した場合のようにボビン６の位置における線材Ｗの移動の仕方が種々変化しても、この線材Ｗの移動に対応することができる。
【００１８】
安定ロッド２０Ａ〜２０Ｄは線材Ｗの移動を安定させるものであり、ノズル１９から供給される線材Ｗが接するように配設される。また、安定ロッド２０Ｂは安定ロッド２０Ｂに対して偏心して設けられるねじ２５により基板３０に取り付けられており、その偏心位置を調節することにより、安定ロッド２０Ａ〜２０Ｄを通過する線材Ｗのテンションを変更することができる。このように、線材Ｗを安定ロッド２０Ａ〜２０Ｄを通過させることにより、線材Ｗがその繰り出し方向に対して垂直な方向に移動しようとした場合、ある程度の摺動抵抗が線材Ｗに付与されるため、その移動を安定したものとすることができる。
【００１９】
次いで、本実施の形態の動作について説明する。
まず、線材Ｗのセッティングを行う。不図示のボビン台に線材用ボビンケース１５を載置し、線材Ｗが巻回されたボビン１６を線材用ボビンケース１５内に収容する。そして、線材Ｗを線材用ボビンケース１５から繰り出して、フェルト２１に挟み込み、フェルト２１に挟み込んだ線材Ｗをガラス繊維チューブ２２に通す。ガラス繊維チューブ２２に通された線材Ｗを供給機構１０のフェルト１７Ａ〜１７Ｃに挟み込んだ後、テンションロッド１８Ａ〜１８Ｄ間に線材Ｗを通過させる。ここで、テンション値は線材Ｗとテンションロッド１８Ａ〜１８Ｄとの接触面積に比例するため、線材Ｗのテンション値を測定しながら、テンションロッド１８Ａ〜１８Ｄを基板３０の長孔３１に対して上下左右にずらして、線材Ｗのテンション値を所望とする値に調節する。テンションロッド１８Ａ〜１８Ｄを通過させた線材Ｗをノズル１９に挿入し、ノズル１９を通過させた線材Ｗを安定ロッド２０Ａ〜２０Ｄに通過させる。この際、安定ロッド２０Ｂを線材Ｗを張った状態において、線材Ｗに僅かに接触する位置に固定する。これは、線材Ｗと安定ロッド２０Ｂとの隙間をあけると線材Ｗの振動が発生し、逆に完全に接触させると安定ロッド２０Ｂと線材Ｗとの間に不要な摩擦が発生して、線材Ｗの送り方向に対して垂直な方向へのすべりが悪くなるためである。
【００２０】
次いで、ボビン６を取り付ける。まず、テイルストック８を溝１Ａに沿って治具ホルダ５から離れる方向へ移動させ、テイルストック８に設けられた治具ホルダ７と制御部２に設けられた治具ホルダ５との間にスピンドル軸７を懸架させ、このスピンドル軸７に巻胴部６Ａを取り付ける。巻胴部６Ａを取り付けテールストック８をベース１に固定し、さらに治具部６Ｂを取り付けてボビン６の取り付けを終了する。そして、ボビン６を取り付けた後に、コントロールパネル４の液晶表示部４Ｄに表示されるボビン６の回転角度の表示を０度に合わせる。そして、ボビン６を手動で回転させて、図４に示すように、安定ロッド２０Ａ〜２０Ｄから繰り出される線材Ｗが巻胴部６Ａの面６Ｃに接触するようにボビン６を回転する。そしてこのボビン６の位置が線材Ｗの巻き取りの原点位置となる。
【００２１】
次いで、巻胴部６Ａの引掛け金具（不図示）に線材Ｗを引掛けて、線材Ｗをボビン６に固定する。この際、線材Ｗを３０〜５０ｃｍ程度引き出しながら、線材Ｗがたるまないように線材Ｗを固定する。これにより、安定ロッド２０Ｄの位置にある線材Ｗの、線材Ｗの送り方向に垂直な方向における位置が安定する。
【００２２】
次いで、制御部２のコントロールパネル４から作業メニューを入力する。この作業メニューとしては、線材Ｗの巻き数、送りピッチ、巻き幅、スピンドル軸５の回転速度、可変角度巻き数が挙げられる。ここで、可変角度について説明する。線材Ｗの通常の巻取りにおいては、回転するボビン６が図４に示す原点位置に到達した際に、入力された送りピッチにより供給機構１０をトラバース軸１１Ａ，１１Ｂにより移動させる。しかしながら、巻取りを開始してから定常状態（定速状態）となるまでの間において線材Ｗの巻取速度が大きくなった場合、あるいは線材Ｗの巻取数が大きくなって線材Ｗの巻取速度が大きくなると、巻取速度にトラバースモータ３１Ｄの応答速度が追従することができなくなり、ボビン６の回転と供給機構１０の移動との同期が取れなくなってしまう。このように、ボビン６の回転と供給機構１０との同期が取れなくなると、図６に示すように供給機構１０の移動に遅れΔＬが生じて巻線が重なってしまい線材Ｗを整列して巻き取ることができなくなってしまう。また、巻取終了時のように逆に線材Ｗの巻取速度が小さくなった場合は巻線が飛んでしまう。さらに、線材Ｗの巻取数が大きくなると、ボビン６の収束すなわち線材Ｗの巻取速度が大きくなり、同様に巻線の乱れが生じる。さらにまた、巻層が大きくなると、巻き形状が円形に近づくため巻線が飛びやすくなる。
【００２３】
そこで、本実施の形態においては、供給機構１０の移動をボビン６の原点位置において行うのではなく、線材Ｗの巻取速度に応じて、例えば図４の仮想線で示す位置Ａのように原点位置の約９０度手前の回転位置において供給機構１０の移動を行うように作業メニューの可変角度の値をセットする。ボビン６の回転速度位置はエンコーダ３１Ｅからの信号により割り出すことができる。これにより、線材Ｗの巻取速度が大きくなっても、供給機構１０を移動するトラバースモータ３１Ｂの応答遅れを考慮して原点位置の手前から供給機構１０の移動が行われるため、実質的にボビン６が原点位置に到達したときに供給機構１０の移動が行われることとなる。したがって、線材Ｗが乱れることなく、線材Ｗを整列して巻き取ることができる。そして、この可変角度の設定を、線材Ｗの巻取速度に応じて設定する。すなわち、巻取速度と供給機構１０を移動させる回転角度との関係をテーブルなどに記憶し、ボビン６の回転速度と巻層に基づいて線材Ｗの巻取速度を設定する。そして、設定された巻取速度に基づいてテーブルを参照して供給機構１０を移動させる際のボビン６の回転角度を求め、ボビン６の回転角度を検出しつつ移動角度となったときに供給機構１０を移動させる。なお、このような可変角度の設定は、ある程度の回数巻線を行って統計的に設定値を定めることが好ましい。
【００２４】
ここで、これらの作業メニューの設定結果は液晶表示部４Ｄに表示されるため、作業者は入力結果を確認しながら作業メニューの入力を行うことができる。
【００２５】
このようにして作業メニューの入力を行った後、スタートスイッチ４Ｃをオンとして、線材Ｗの巻取作業を開始する。本実施の形態における巻線機においては、線材Ｗの巻取速度に応じて供給機構１０の移動のタイミングが作業メニューにより設定されているため、線材Ｗの巻取速度が大きくなっても、巻乱れを生じることなく線材Ｗを整列して巻き取ることができる。例えば、巻取速度が小さいときには、巻胴部６Ａが図４の実線で示す位置に回転したときに供給機構１０が移動するが、巻取速度が大きくなると、巻胴部６Ａが実線位置よりも手前の位置Ａに回転したときに供給機構１０が移動し、さらに巻取速度が大きくなると巻胴部６Ａが位置Ａよりも手前の位置Ｂに回転したときに供給機構１０が移動することとなる。
【００２６】
なお、上記実施の形態においては、１つのボビン６のみを使用して線材Ｗを巻き取るようにしているが、複数のボビンをスピンドル軸７に取り付けて、各ボビンに同時に線材Ｗを巻き取るようにしてもよい。
また、上記実施の形態において、ボビン６の回転が定常状態となった後は、巻層が大きくなるにつれて、線材Ｗの巻取速度が大きくなる。したがって、巻層が大きくなっても線材Ｗの巻取速度が一定となるように、ボビン６の回転速度を制御することが好ましい。さらに、この場合、巻層が大きくなって線材Ｗの巻取速度が大きくなるにつれて、移動機構１０が移動するタイミングを徐々に早めていくようにしてもよい。
【００２７】
また、上記実施の形態においては、ガラス繊維チューブ２２を使用しているが、可撓性を有する材料からなる管状部材であれば、いかなるものを用いてもよい。
さらに、上記実施の形態においては、ガラス繊維チューブ２２内に線材用ボビンケース１５から繰り出される線材Ｗを通過させるようにしているが、線材Ｗの径が所定値以上（例えば、直径０．６ｍｍ以上）の場合には、ガラス繊維チューブ２２では線材Ｗの暴れに対向することができないため、ガラス繊維チューブ２２を使用することなく、線材Ｗの途中経路に線材Ｗを挟み込むフェルトを設け、このフェルトにより線材Ｗの暴れを防止することが好ましい。
さらにまた、上記実施の形態においては、テンションロッド１８Ａ〜１８Ｄにより線材Ｗに摺動抵抗を与えているが、ベアリングを用いて線材Ｗに摺動抵抗を与えてもよい。
【００２８】
以上の実施の形態と請求項との対応において、制御部２が制御手段を、コントロールパネル４が入力手段を、ガラス繊維チューブ２２が管状部材をそれぞれ構成する。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の巻線機によれば、ボビンが原点位置に到達する前の所定角度位置が線材の巻取速度に応じて決定され、ボビンの回転角度位置がこの所定角度位置に達したときに移動機構により案内機構を移動させるようにした。これにより、線材の巻取速度と移動機構の移動とのタイミングをとって、巻線の飛び、重なりなどを無くして、線材を整列して巻き取ることができる。また、この移動機構の移動を制御手段により行うようにしたため、線材の種類が変更されても、従来の巻線機のようにカムやプーリなどの機構を設ける必要が無くなり、これにより移動機構の移動制御を簡易に行うことができる。
【００３０】
請求項２の発明によれば、管状部材により、線源から繰り出される線材のぶれ等の振動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る巻線機の構成を示す斜視図
【図２】線材供給機構の構成を示す図
【図３】ボビンの取付状態を示す図
【図４】制御部の構成を示すブロック図
【図５】ボビンへの線材の巻取を説明するための図
【図６】巻取位置のずれを説明するための図
【符号の説明】
１    ベース
２    制御部
３    巻線部
４    コントロールパネル
５，７    治具ホルダ
６    ボビン
６Ａ    巻胴部
６Ｂ    治具部
９    移動機構
１０    供給機構
１５    線材用ボビンケース
１７Ａ〜１７Ｃ    フェルト
１８Ａ〜１８Ｄ    テンションロッド
１９    ノズル
２０Ａ〜２０Ｄ    安定ロッド
【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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