(57)【要約】      （修正有）【課題】巻きコイル層当たりの８の字交差の数が増え、それにより巻かれるコイル密度が増えるようにフィラメント材の８の字形状中の８の字交差の半径方向間隔をプログラムすることにある。【解決手段】マンドレルの上の巻きコイル敷設の制御のための横断機構、巻き工程が進行する時に、それにより巻きコイルの密度が増加し、巻きコイルの次の層の交差数が増加するように巻きコイルの角変位を変化させるためのスピンドルの回転と横断機構の動作に従って、マンドレル上の巻き層の前進を制御すること。【選択図】図１
2006151685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
８の字形状のフィラメント材を巻く装置は
前記フィラメント材が巻かれるマンドレルを保持するための回転可能スピンドル
マンドレル上の巻きコイル層の横断機構、及び
巻き工程が進行すれば前記巻きコイルのその次の層の交差数が増え、それにより前記巻きコイルの密度が増えるように、スピンドルの回転と巻きコイルの角変位を変化させるための動作に従うマンドレル上の巻き層の前進を制御する手段
より成る装置。
【請求項２】
前記コイルの前記角変位を決定するために下記方程式
（１）φ＝COS-1(Rm/(Rm+D));
ここで、Rm=マンドレルの直径
D  =  フィラメント材の直径、及び
（２）φ/cos［２４］= φ１
から決定される、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記巻き層の前記前進を制御する前記手段は前記巻きコイルの最下層から最上層に延びる前記巻きコイルの中に半径方向の穴を作りだす、請求項２記載の装置。
【請求項４】
８の字巻きの巻きフィラメント材の工程は
前記フィラメント材が巻かれるマンドレルを保持するスピンドルを回転すること
前記マンドレルの上巻きコイル層のために横断機構を動かすこと、更に
巻き工程が進行すれば前記巻きコイルのその次の層の交差数が増え、それにより前記巻きコイルの密度が増えるように、スピンドルの回転と巻きコイルの角変位を変化させるための動作に従うマンドレル上の巻き層の前進を制御すること
から成る工程。
【請求項５】
前記前進を制御する前記段階は前記コイルの前記角変位を決定する次の方程式
φ＝COS-1(Rm/(Rm+D));
ここで、Rm=マンドレルの直径
D  =  フィラメント材の直径、及び
φ/cos［２４］=  φ１
から決定される請求項４の工程。
【請求項６】
前記巻き層の前記前進を制御する段階は巻き材料の最も内側の層から最も外側の層へ拡がる前記巻きコイル中に半径方向の穴を作り出す、請求項５記載の工程。
【請求項７】
次の層中の前記フィラメント材交差数は増加し、前記巻きコイルの前記密度は前記パッケージの前記増加する直径により増加し、それにより、前記巻き材料の所定の直径のために巻かれた材料の長さは交差数が一定であるより大きい
８の字形状に巻かれたフィラメント材のパッケージ。
【請求項８】
前記巻かれたフィラメント材は前記最も内側の層から最も外側の層まで拡がる半径方向の穴を含む請求項７記載の巻きフィラメント材のパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は８の字状態に巻かれたフィラメント材のコイル巻きの方法と装置に関し、特に、巻きコイル又はパッケージの密度が巻き密度を増加させるように制御される。本発明は半径方向穴（ペイアウトホール）がいちばん奥の巻きからいちばん外の巻きまで作り出される８の字巻き形状、特にフィラメント材の８の字巻き形状に適用され、それにより、手繰り出される時に、フィラメント材の糸のよじれ又はもつれをなくすためにペイアウトホールを通過し、フィラメント材料が巻きコイルの内側から取り出されることを可能にする。この巻き技術はREELEX(登録商標)又はREELEXII（登録商標）巻き工程としてその巻き技術の業界の中で知られており、本発明の譲受人のワインディング、インクによる商標及び特許保護に従う。
【背景技術】
【０００２】
マンドレル上に８の字形状にフィラメント材を巻く既知の技術は、マンドレルの回りに実質的に半径方向に等間隔で８の字コイルを作り出す。巻きコイルの各層は（プラス前進又はより高率）プラス方向又はマイナス方向（マイナス前進又はより低い比率）のどちらかに８の字が前進する事により作り出される。プラスまたはマイナス前進はフィラメント材をマンドレルに与える横断動作に従ったマンドレルの回転速度を変化する事に関連する。この着想は早くも1956年に米国特許No.2767938で本発明の譲受人であるワインディングに譲渡されたテーラー、ジュニアの「巻き可撓性材料」に紹介されている。
【０００３】
前進は実際の（従来技術の）機械歯車である「歯車比率」又は最近「電子歯車」とも言及される。最近の方法で、例えば、コンピューター生成信号はマンドレルが所望する前進を獲得するように横断動作に従い、取り付けられるスピンドルの回転を制御する。フィラメント材の巻き層は上述のプラス又はマイナス比率の間で互い違いにする事により製造される。REFLEX（登録商標）又はREFLEXII（登録商標）巻き技術の中で、巻きコイルの一部は巻きフィラメント材を配置するための上述のペイアウトホールを生成するための８の字がない。
【０００４】
従来の又は既知の巻き技術で、前進は全巻きコイルの製造に渡りセットされ固定されたままである。各層の８の字の数は（交互の層の中で）一定であるので、巻きプロセスが継続する時にコイル直径が増加すれば、それらは円周上で更に離れることは明白である。これはコイル直径が増加すれば、巻きコイルの密度を下げる影響がある。例えば、８の字が（特定の層の中に１０個の８の字が）ひとつの層の中で３６度の間隔であると、８の字はマンドレルの表面上で（巻きの周辺に沿って）約２．４インチ離れ、即ち直径８インチである。コイルが１６インチに到達したら８の字は4.8インチ離れ、コイルが直径２１インチに到達したら6.6インチ離れる。同様な結果が他の８の字間隔の異なったマンドレルにより、勿論、獲得される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は従来の巻き技術を使用した８の字巻き以上の巻き密度に繋がるプログラムされた巻き技術を使用した８の字形状にフィラメント材の巻きを作り出し、それにより、より以上のフィラメント材が、実質的に従来技術の巻き方法により巻かれたフィラメント材と同直径に対して巻かれることを可能にする。
【０００６】
本発明の特徴は、巻きコイル層当たりの８の字交差の数が増え、それにより巻かれるコイル密度が増えるようにフィラメント材の８の字形状中の８の字交差の半径方向間隔をプログラムすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
巻きコイルの密度を増加させることが、フィラメント材の所定の長さに対してより小さい直径にする本発明の一つの長所である。あるいは、フィラメント材の長さの顕著な増加は巻きコイルの所定の直径に対して、又はFMの所定の長さに対して、より小さい直径で８の字形状に巻かれる。
【０００８】
８の字に巻かれたフィラメント材のパッケージを提供することが本発明の更なる目的であり、この中で巻きコイルの密度がそのパッケージの直径の増加につれ増加するように、その次の層の中でフィラメント材の交差の数が増え、それによりそのパッケージの所定の直径に対して巻かれた材料の長さは交差の数が一定のままならそれより大きい。
【０００９】
本発明実施の好ましい実施例を表す次の図面と関連させれば、本発明の上記目的、特徴及び長所は本発明を実施する最良の態様である次の記述の考察より読んで明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
８の字の角変位を減少させる事により、フィラメント材を巻く間に巻きの直径が増加するので、８の字巻きの先行技術、即ち巻きの一定の半径方向の間隔に比較し、巻き密度と特に巻き外径の増加は達成される。例えば、説明として、直径２１インチに巻かれたフィラメント材のコイルの中に、半径方向の間隔が３６度の間隔に維持されれば、コイルは８インチの直径でコイルの周辺に沿って約２．４インチ離れる。コイルの直径が１６インチに到達した時、円周上のコイル間隔は４．８インチになる。コイルが２１インチの直径に達したら、６．６インチの間隔になる。８インチのコイル直径のための直径２．４インチ（36度）のコイル開始間隔は１３度の角（半径方向）変位に減少させることができる。これは最後の層の中に２７個の８の字を配置されることを意味する。その層の巻かれた長さの違いは顕著である。一定な進行としてこの中に述べられた先行技術による巻き技術により巻かれたフィラメント材の量はおよそ110フィートであり、一方、本発明のプログラムされた技術によれば、フィラメント材の巻かれた量は297フィートである。
【００１１】
交差１１、１２、１３、１４は巻きコイルの中心線に沿い図１に示された８の字に巻かれたコイル１０の一部の区域の中に見られる。中心線Xとコイル１５、１６、１７、１８で形成された角度βは８の字形状のパターンの関数であり、横断動作、巻かれた８の字パターンの直径、その他の要素の関数でもある。角度βが小さいほど巻き層ごとの交差が少なくなり、反対に、角度βが大きくなれば巻き１０の層ごとの交差は増えるということが図１から明らかである。これは角度βが小さくなればフィラメント材の間隔が小さくなるのと同様な理由からである。すなわち、巻き密度はベータ角が増加又は減少するかどうかにより、減少又は増加する。
【００１２】
図２Ａの中に見られるＡーＡ線に沿う図１の巻きコイル１０の切断図は紙の外から接近してページの中の２４に戻る巻き材料２２を持つマンドレル表面２０を示す。フィラメント材の次のコイルは２６から接近しているように見える。角変位０は巻きコイルを変形させる必要がないことを考慮に入れて計算される。撚り糸２６は撚り糸２２がマンドレルの表面２０（それがマンドレルの表面でなければその下の層）と既に接している場所に置かれる。撚り糸２６が撚り糸２２に接近すれば（即ち０度に減少されれば）、撚り糸２２は図２Ｂに見られるように余計な曲げを持つ。
図２Ａの角変位０は次の方程式（１）から計算することができる。
φ＝cos-1(Rm/(Rm+D))
ここで、Ｒｍ＝マンドレル半径
Ｄ＝  ケーブル直径
【００１３】
角度φはコイルの軸よりもむしろ平面（切断線Ａ−Ａ）で見られるので、（図１の）角度βを考慮にいれ調整される。角度βは８の字の輪郭のパターンの形状の関数であり、言い換えれば、横断動作の関数、８の字巻きの直径、及び図１の記述に従って上記に述べられた他の要因である。従って、角度βは全ての角度であってよいが、典型的な角度は約２４度（この角度は８インチマンドレルを使用した殆どの工業用ケーブル巻き線機の典型）である。マンドレル（個々のコイル層）上の８字の間の変位角は方程式（２）により計算される。
φ/cos[24]=φ
【００１４】
この角度は最少角度であり、巻き進行をセットするために通常使用される。その進行は角変位として入れられるが、巻き制御システムの通常の進入パラメーターはスピンドルモーター回転速度に比較して、横断モーター速度の１％の速度増加または減少の中にある。したがって、上昇割合は4.0％のような数字である。一つの８の字を形成するために２回転のスピンドルの回転（720度）を必要とする。そして、4.0%の上側の率はスピンドルの2回転のために28.8度(720度ｘ0.040=28.8度)まで横断を進行する効果がある。
【００１５】
最少の進行を決定するための典型的な計算式は以下のようである。
Ｒｍ＝４インチ(マンドレルは８インチと仮定する)
Ｄ＝.242インチ
【００１６】
従って、φ＝19.447度であり、マンドレル上の最少８の字の変位は21.287度である。21.287度の進行を作り出すために、横断はスピンドルと比較して2.96%(又はそれぞれ横断率へのスピンドル、1.0296への２、そして2.9704への２)の速度進行(+又は-)を持たなければならぬ。
【００１７】
コイル直径の増加としての密度変化の効果を示すために、簡単な計算を実行することが役に立つ。何故なら上記の例の中で、各々の８の字は21.287度で円周の回りに変位され、ペイアウトホールがない場合、各層に16.9の８の字の隙間がある(360度/21.287度)。ペイアウトホールを備えたコイルの中に、ペイアウトホールの大きさは約９０半径度である(すなわち80度より大きく110度より小さい)。ペイアウトホールを収容するために８の字を除去する事により(90度の25%はこの例の中で任意に選択される)８の字の数は12.675である。
【００１８】
８の字の各ループは大体円形であり、８の字には２つのループがあるので、代表的な８インチのマンドレルの表面上で約4.189フィートを形成する(８インチの２ループ回ｘPi/12)。コイルの層ごとに８の字を12.675持ち、マンドレル上に置かれたケーブルの長さは53.093フィート(12.675ループｘ4.189フィート)である。模範となる巻き方の最後の層で、コイルは直径約１５インチである。この最後の層に８の字を同数使用し、ケーブルの巻き長さは99.549フィートである。
【００１９】
この中に述べられた方法、すなわち巻きコイルの直径が増加する時、８の字が増える方法に従って、層の直径14インチのための公式（１）、（２）を使用する事により、12.675の８の字の替わりに17.306の８の字が従来技術の８の字の巻き方と同様に、８の字の数の増加なしに最終層に配置される。本発明の方法の他の利点は最終層の直径は１５インチではなく１４インチであるということも記される。これはフィラメント材の巻きコイルが、より小さいパッケージの中に含まれることを可能にし、保存輸送能力を高め、それに比例してパッケージの価格を低減させる。
【００２０】
本発明の第一の良い特徴は実は同量のフィラメント材はより小さい入れ物やパッケージに含まれるということである。あるいはフィラメント材の大部分は所定の大きさのパッケージの中に含まれる。上記の例の中で、最終層の中で巻かれるフィラメント材の長さは、８の字密度は本発明と同様にプログラムされていない巻き方よりも27%も大きい126.855である。実際、第一層の後で巻かれたフィラメント材の全ての層は、フィラメント材の望まれる長さのためにより少ない層しか必要でないので、その中にそれ以上の巻かれた材料を持つ（したがって直径15インチではなく14インチ）。
【００２１】
ここに記述されたプログラム密度手法の使用に先立って、フィラメント材のコイル巻きに渡って、前進は一定である（プラスとマイナスの前進はお互い等しくなかったかもしれない、しかし、一度選択されたら、それらはコイルまきの全体を通して変化しないままである）。フィラメント材の層はお互い上に巻かれているので、コイルの半径Rは増加し、半径の増加は巻かれる材料の直径を知ることによって計算されるということは明白である。（図２Ａの）撚り糸２６のコイル直径はフィラメント材の直径と同様である量により、撚り糸（２２）より大きいことが明らかである。方程式１及び２を（コンピューターで）解く事により、または（コンピューターの中で）検査図（look-up chart）を与える事により、前進は巻き材料の中に余分な曲げを加えなくても、増加した密度を与える８の字の間隔を維持するために適当に量削減することができる。
【００２２】
添付した表は、先行技術の巻き方法と本発明のプログラム密度との手法の相違を示している。表の中の欄送りはフィラメント材の1000フィートコイルを想定し、すなわち21インチの端末形状と１２インチの横断幅を使用した直径８インチのマンドレルの上に巻かれるのは直径0.33インチである。このコイルは開始が6.5%である（上方と下方の）平均前進を使用して巻かれる。これは８の字間の角度が46.8度であり、マンドレルの周囲の上に3.267インチの距離を与える。これは最少の数字でなく、増加した密度であり、それを傷つける結果となるフィラメント材の曲げを持たない良質な８の字コイルを製造するのに適した数字である。低すぎる比率は不均一なコイルを製造する。表中で比率はコイルが２１インチに達する時間により平均6.5%から1.3%まで減少する。この例の中で、コイルは密度調整の影響により２１インチまで到達しないので、その比率は1.3%マークに実際に達しない。この例の中で、その比率は各層で0.26%減少する。この減少率は結局、ケーブルの直径による。
【００２３】
【表１】
2006151685.tif 000003
【００２４】
補間法により、コイルの直径は約2.9インチの差がある。理論上、２０インチでプログラムされた巻き密度方法を使用し巻かれるフィラメント材の量は先行技術により巻かれる密度の２倍であり、又は1000フィートのコイルはフィラメント材の同じ長さの直径19.22インチ（１８層）の替わりに本発明のプログラム密度技術を使用すると直径16.58インチ（１４層）である。その前進は、６．５％で始まり、３．３８％で終了する。
【００２５】
［プログラム密度を持つ典型的巻き機械の詳細］
図３に見られるような巻き線機２８のブロック線図により、コンピューター３０はエンコーダー３３と３４を備えるスピンドル変位３１と横断変位３２の他に、使用されるポテンショメーターやリゾルバーのような他の装置も観察する。必要な前進はサムホイールスイッチ、キーボード、コンピューターキーボード、内蔵データベースより入るか、又は（図３にはないが）シリアル通信を通過するデータベースからダウンロードされる。前進はフィラメント材２９の直径、マンドレル３１Aの直径、及びスピンドル３１の表面３１Aから計算される。巻き工程の様々なパラメーターはディスプレー３０Bを通して表示される。
【００２６】
その前進は二つから構成され、ひとつはプラスの前進であり、もうひとつはマイナスの前進であり、等しい必要がない。コンピューター３０はスピンドル３１と横断３２の位置を読み、横断３２への前進となる横断ドライブ４０を通過して横断モーター３８へ参照信号４１を提供する。コンピューター３０は巻きの中にペイアウトホールを作る時に、前進（プラス又はマイナス）の向きを切り替える。以上の働きは当業者により既知である。
【００２７】
スピンドルモーター３３は既知の巻き技術の方法によりコンピューター３０から参照信号４３によるスピンドルドライブ４２により制御される。
【００２８】
横断３２は単純クランクアーム３５と接続ロッド３６により操作される。クランクアーム３５と接続ロッド３６の配列は横断モーター３８とカムボックス３９により一定のクランクアームのRPMで操作される時、実際のワイヤー分配器の動作中に作られる歪がある（横断３２）。カムボックス３９は通常、以上の歪を取り除くようにカムの配列を使用する。
【００２９】
コンピューター３０はそれぞれエンコーダー３４と３３経由して、カウンター回路４４を通過し、それぞれ横断モーター３８とスピンドルモーターの入力を受け入れる。本発明に従ったプログラム密度工程は、必要な前進が横断モーター３８及び/又はスピンドルモーター３３に提供されるように、上記で定義された方程式（１）と（２）を解くようにコンピューターにプログラムすること又はコンピューターの中に備えることにより、実行される。
【００３０】
巻き線機２９の実際の物理的な配置はどの特徴がいちばん価値があるかに頼り、まき線機の組立ての方法が多数あるので、本発明に対して重要性を持たない。例えば、機械カムは最大の速度を与える。二重と単一のベルト横断は他の利点を有する。電気的カムは速度制限はあるがかなり柔軟性を持つ。例えば、電気的カムは一般的に糸巻きを巻くために使用されるが、この中で述べられた方法は糸巻きには適用されない。ボルトとナットの配列は高い精密姓を持つが、深刻な速度制限がある。直流モーターも交流モーター、ステッパー、サーボと同様に使用される。機械的カムにより動かされる場合、横断３２は標準回転モーター（DC,AC,ステッパー、サーボ）により動かされる。電気カムはサーボモーターとリニアモーターも使用できる。巻き線機２９の詳細はどうであれ、本発明の密度補償の過程は同様である。
【００３１】
図４Aと図４Bはそれぞれ、（１）プログラムされない巻き方を使用した従来のまき技術、すなわち巻かれたフィラメント材パッケージ中のコイル交差の一定角間隔、に従い巻かれたフィラメント材のパッケージの断面図、（２）本発明のプログラムされた密度教示、プログラムされた８の字巻きの半径方向間隔、により巻かれたフィラメント材のパッケージ切断図。
【００３２】
図４Aに従い、プログラムされた密度制御がなくても、隣接交差50-51,52-53,54-55,
56-57,58-59,及び、59-60の間の角度αは一定角であることは明白である。これは従来技術によるプログラムされない密度制御を使用した巻き技術であり、所定の交差グループ内（例えばグループ５０の交差）はお互いに一直線である。図４Aから６１の直径が増加すると交差が周囲上でより離れることが明白である。これはコイルの直径が増加すると効果的な巻きコイルの密度の減少をもたらす。従来の巻き技術は交差のない区域に図４Aに見られるようにペイアウトホール６２を作り出す。
【００３３】
（全てを含んだ）64A-64Iは８の字形状に巻かれるフィラメント材のパッケージ６３に形成され、この中に、パッケージ６３の中心６３Aからの次の層の中のフィラメント材の交差の数は増加し、巻きコイルの密度はパッケージの直径と共に増え、ここで巻きコイルのパッケージの所定の巻き材料の長さは、図４Aのパッケージ６１中の様に交差の数が直線である場合より大きい。プログラムされない密度巻き技術により形成され、この中で巻きの次の層の交差は一直線に並べられた図４Aのパッケージの様でなく、図４Bで表される本発明の実施例の中で、交差64A-64Iは撒き散らされていて、一直線でないことは明らかである。フィラメント材の巻きパッケージの中の交差の不整列はその巻きパッケージの密度をより増長し、それにより、同じ長さのフィラメント材はより小さい直径の中で巻かれ、あるいは、より長いフィラメント材の長さは、本発明によるプログラム密度を使用しない先行技術の巻き技術により形成されるよりも、より小さな直径により巻かれる。
【００３４】
したがって、本発明は特に述べられた実施例に限定しないで、当業者に明白であるという全ての修正や変化を含む事が望ましい。本発明の範囲は次に添付の請求項の中に列挙される様々な用語や構成と同等な物により決定されるべきであることが我々の意図するところである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は先行技術の巻き方法従い、８の字状に巻かれたフィラメント材の部分コイルの中央部にある８の字の交差を表しており、この中で交差はコイルの中央部にある。
【図２Ａ】図２Aは図１のA-A線に沿う図１の部分コイルの切断図を示す。
【図２Ｂ】図２Bは巻き工程中の半径方向の間隔によるフィラメント材の部分コイルの中の付加的な曲げを表す。
【図３】図３はブロック線図の中に、本発明のプログラムされた密度の取り組みを実行するための巻き線機の好ましい実施例を示す。
【図４Ａ】図４Aは（１）巻きフィラメント材のパッケージ中のコイル交差の一定角度間隔の様に、プログラムされていない巻き方を使用した従来技術の巻き方に従い巻かれたフィラメント材のパッケージの切断図を表し、（２）８の字交差のプログラムされた半径方向間隔のような、本発明のプログラム密度技術に従って巻かれたフィラメント材のパッケージの切断図。
【図４Ｂ】図４Bは（１）巻きフィラメント材のパッケージ中のコイル交差の一定角度間隔の様に、プログラムされていない巻き方を使用した従来技術の巻き方に従い巻かれたフィラメント材のパッケージの切断図を表し、（２）８の字交差のプログラムされた半径方向間隔のような、本発明のプログラム密度技術に従って巻かれたフィラメント材のパッケージの切断図。
【図１】
2006151685.tif 000004
【図２Ａ】
2006151685.tif 000005
【図２Ｂ】
2006151685.tif 000006
【図３】
2006151685.tif 000007
【図４Ａ】
2006151685.tif 000008
【図４Ｂ】
2006151685.tif 000009
【外国語明細書】
2006151685.tif 000010
2006151685.tif 000011
2006151685.tif 000012
2006151685.tif 000013
2006151685.tif 000014
2006151685.tif 000015
2006151685.tif 000016
2006151685.tif 000017
2006151685.tif 000018
2006151685.tif 000019
2006151685.tif 000020
2006151685.tif 000021
2006151685.tif 000022
2006151685.tif 000023
2006151685.tif 000024
2006151685.tif 000025
2006151685.tif 000026
2006151685.tif 000027
2006151685.tif 000028
2006151685.tif 000029
【図１】
2006151685.tif 000030
【図２Ａ】
2006151685.tif 000031
【図２Ｂ】
2006151685.tif 000032
【図３】
2006151685.tif 000033
【図４Ａ】
2006151685.tif 000034
【図４Ｂ】
2006151685.tif 000035