(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材を巻芯に巻線する巻線装置であって、
軸中心に回転し、線材が巻回される巻芯と、
軸中心に回転し、掛け回された線材を前記巻芯に対して繰り出すローラと、
前記ローラから前記巻芯に供給される線材の張力を調節するテンション装置と、を備え、
前記ローラに掛け回される線材の巻形状及び巻径が、前記巻芯に巻回される線材の巻形状及び巻径と略同じであることを特徴とする巻線装置。
【請求項２】
巻線動作を制御するコントローラをさらに備え、
前記ローラは、掛け回される線材の巻形状及び巻径が所望のものとなるように、線材が掛け回される部位の形状及び大きさを変更可能であり、
前記コントローラは、前記ローラに掛け回される線材の巻形状及び巻径が、前記巻芯に巻回される線材の巻形状及び巻径と略同じとなるように、前記ローラにおける線材が掛け回される部位の形状及び大きさを設定することを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。
【請求項３】
前記ローラを回転軸方向に移動するローラ移動機構をさらに備え、
前記ローラは、断面形状が前記巻芯の断面形状と相似であり、かつ断面大きさが回転軸方向に連続的に変化するテーパ状に形成され、
前記コントローラは、前記ローラに掛け回される線材の巻径が、前記巻芯に巻回される線材の巻径と略同じとなるように、前記ローラ移動機構にて前記ローラの移動量を制御することを特徴とする請求項２に記載の巻線装置。
【請求項４】
前記ローラから前記巻芯に供給される線材の速度を検出する速度検出器をさらに備え、
前記コントローラは、
前記速度検出器によって検出された線材の速度に基づいて、前記巻芯に巻回される線材の巻径を演算し、
前記ローラにおける線材が掛け回される部位の断面大きさが、前記演算された線材の巻径と略同じとなるように、前記ローラ移動機構にて前記ローラの移動量を制御することを特徴とする請求項３に記載の巻線装置。
【請求項５】
軸中心に回転する巻芯に線材を巻線する巻線装置において、線材の張力を調節するテンション装置であって、
軸中心に回転し、掛け回された線材を前記巻芯に対して繰り出すローラを備え、
前記ローラに掛け回される線材の巻形状及び巻径が、前記巻芯に巻回される線材の巻形状及び巻径と略同じであることを特徴とするテンション装置。
【請求項６】
線材を巻芯に巻線する巻線方法であって、
ローラに掛け回された線材を軸中心に回転することによって前記巻芯に対して繰り出す工程と、
前記ローラから繰り出された線材が軸中心に回転する前記巻芯に巻回される工程と、
前記ローラから前記巻芯に供給される線材の張力を調節する工程と、を含み、
前記ローラに掛け回される線材の巻形状及び巻径が、前記巻芯に巻回される線材の巻形状及び巻径と略同じ状態で巻線が行われることを特徴とする巻線方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻線装置、テンション装置、及び巻線方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コイルを形成する巻線装置に備えられる従来のテンション装置として、巻線機に供給される線材の張力を検出し、この検出値に応じて線材を繰り出す繰り出しローラの回転数を制御し、線材の張力を一定に保つようにしたものが知られている。（特開平１１−２２２３５７号公報，特開２０００−１２８４３３号公報参照）。
【発明の開示】
【０００３】
しかしながら、このような従来のテンション装置において、断面の外径が異なる異径の巻芯、例えば断面形状が長方形の巻芯に対して巻線を行う場合には、巻芯が１回転する間に線材の張力は周期的に変動する。したがって、巻線機に送られる線材の張力を一定に保つことが難しいという問題点があった
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、巻線機に供給される線材の張力の変動を抑制することができる巻線装置、テンション装置、及び巻線方法を提供することを目的とする。
本発明は、線材を巻芯に巻線する巻線装置であって、軸中心に回転し、線材が巻回される巻芯と、軸中心に回転し、掛け回された線材を前記巻芯に対して繰り出すローラと、前記ローラから前記巻芯に供給される線材の張力を調節するテンション装置とを備え、前記ローラに掛け回される線材の巻形状及び巻径が、前記巻芯に巻回される線材の巻形状及び巻径と略同じであることを特徴とする。
本発明によれば、断面形状が異径の巻芯に対して巻線を行う場合でも、ローラに掛け回される線材の巻形状及び巻径が、巻芯に巻回される線材の巻形状及び巻径と略同じであるため、巻芯が１回転する間の線材の張力の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明の第１の実施の形態の巻線装置を示す斜視図である。
図２Ａは、巻芯の断面を示す断面図である。
図２Ｂは、線材の速度が変化する様子を示す特性図である。
図３は、本発明の第２の実施の形態の巻線装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
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。
（第１の実施の形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態の巻線装置１００について説明する。図１は巻線装置１００を示す斜視図である。
巻線装置１００は、線材供給源２から供給される線材３を軸中心に回転する巻芯（コイルボビン）１１に対して巻線しコイルを製造する装置である。
巻線装置１００は、巻芯１１を軸中心に回転駆動する巻線機１０と、線材供給源２から供給される線材３を巻芯１１に対して供給する線材繰り出し機２０と、線材繰り出し機２０から巻線機１０に供給される線材３の張力を調節するテンション装置１５と、巻線動作を制御するコントローラ７０とを備える。
巻芯１１は、線材３が巻線される巻胴部１１ａと、巻胴部１１ａの両端面に設けられコイルの巻幅を規制する鍔部１１ｂとからなる。
図２Ａには、巻胴部１１ａにおける回転中心軸に垂直な断面を示す。図２Ａに示すように、巻胴部１１ａの断面形状は、回転中心Ｏから外形までの寸法である外径ａ，ｂ，ｃが円のように一定ではなく、部位によって異なる異径に形成される。本実施の形態は、巻胴部１１ａの断面形状が、図２Ａに示すような長方形である場合について示す。
巻線機１０は、一端部に巻芯１１を支持するスピンドル１２と、出力軸がスピンドル１２の他端に連結された巻線モータ１３とを備える。巻線モータ１３が回転駆動することによって、巻芯１１は軸中心に回転する。
巻線機１０は、巻芯１１に巻線される線材３を回転軸方向に送るガイド機構（図示省略）も備える。このガイド機構を用いて巻線を行うことによって、巻芯１１に対して線材３を多層に整列巻きすることができる。巻芯１１は、断面形状が長方形であるため、巻芯１１に線材３を巻線することによって、平角形のコイルが製造される。
線材繰り出し機２０は、線材供給源２から巻線機１０に供給される線材３が掛け回されるローラ２１と、ローラ２１を回転駆動する繰り出しモータ２５とを備える。ローラ２１には線材３が１周掛け回され、繰り出しモータ２５が回転駆動することによってローラ２１は軸中心に回転し、ローラ２１に掛け回された線材３は巻芯１１に対して繰り出される。なお、巻芯１１とローラ２１との回転軸は、平行に形成されている。
巻芯１１を回転駆動する巻線モータ１３とローラ２１を回転駆動する繰り出しモータ２５との回転速度は巻線中常に同じで、かつ両モータ１３，２５の回転の位相も巻線中常に同じとなるようにコントローラ７０によって制御される。
テンション装置１５は、ローラ２１から繰り出された線材が掛け回されるプーリ１６と、プーリ１６を回転駆動すると共にプーリ１６の回転速度を変更可能な線速変更モータ１７と、基端部が回動可能に支持されたテンションアーム３２と、テンションアーム３２の回動先端部に設けられ線材３が掛け回されるテンションプーリ３３と、テンションアーム３２を巻芯１１から遠ざかる方向に付勢し線材３に張力を付与するテンションスプリング３４と、テンションアーム３２の基端部に設けられテンションアーム３２の回動角度を検出するエンコーダ３５とを備える。
テンションアーム３２は、線材３の張力とテンションスプリング３４の付勢力が釣り合う回動位置に保持され、線材３の張力が所定値より大きくなるとテンションスプリング３４に抗して巻芯１１に近づく方向（図中下方）に回動し、線材３の張力が所定値より小さくなるとテンションスプリング３４の付勢力によって巻芯１１から遠ざかる方向（図中上方）に回動する。
テンションスプリング３４によるテンションアーム３２に対する付勢力は、張力調整機構４０によって調整される。
張力調整機構４０は、架台１９に設けられたボールねじ４２と、ボールねじ４２を回転させるための調整つまみ４３と、ボールねじ４２に螺合しボールねじ４２に沿って移動する可動体４１とを備える。テンションスプリング３４は、一端部がテンションアーム３２に連結され、他端部が可動体４１に連結される。
テンションスプリング３４の張力は、調整つまみ４３を回転させボールねじ４２を回転させ、可動体４１を昇降させることによって調整される。なお、張力調整機構４０によるテンションスプリング３４の張力の調整は、巻線を始める前の初期設定として行われ、巻線中に行われることはない。
テンションアーム３２は、その回動基端部がエンコーダ３５の回転検出軸３１に連結され、エンコーダ３５はテンションアーム３２の回転角度に応じた信号をコントローラ７０に出力する。コントローラ７０は、エンコーダ３５から入力されたテンションアーム３２の回転角度に基づいて線材３の張力を演算し、その演算された線材３の張力が予め設定された所定値（目標値）に近づくように線速変更モータ１７の回転速度をフィードバック制御する。線速変更モータ１７の回転速度を制御することによって、プーリ１６から繰り出される線材３の線速が変更されるため、線材３の張力は目標値に調節されることになる。
コントローラ７０には、巻線装置１００による巻線動作を制御するＣＰＵ、ＣＰＵの処理動作に必要なマップ等が記憶されたＲＯＭ、及びＲＯＭから読み出されたデータや各計器によって読み出されたデータ等を一時的に記憶するＲＡＭ等が格納されている。
次に、線材繰り出し機２０におけるローラ２１、及びローラ２１に掛け回される線材３の巻径を調整する機構について説明する。
なお、以下において、線材３の巻形状とは、巻芯１１、ローラ２１に巻回される線材３のループ形状であり、また、線材３の巻径とは、ループの内径である。
ローラ２１は、断面形状が巻芯１１の断面形状と相似であり、かつ断面の大きさであるローラ径が回転軸方向に連続的に変化するテーパ状に形成される。
ローラ２１における線材３が掛け回される部位は、ローラ径調整機構５０にてローラ２１を回転軸方向に移動することによって変更させることができる。具体的には、ローラ２１は、回転軸後方に向かって断面積が次第に大きくなるように形成されているため、ローラ２１を回転軸前方に移動させることによって、ローラ２１における線材３が掛け回される部位のローラ径は大きくなり、掛け回される線材３の巻径は大きくなる。
また、ローラ２１の断面形状は、巻芯１１の断面形状と相似であるため、ローラ２１を回転軸方向に移動させたとしても、ローラ２１における線材３が掛け回される部位の断面形状と巻芯１１の断面形状は常に同じとなる。
このように、ローラ２１を回転軸方向に移動させることによって、ローラ２１に掛け回される線材３の巻形状及び巻径を、巻芯１１に巻回される線材３の巻形状及び巻径と同じにすることが可能となる。
ローラ径調整機構５０は、繰り出しモータ２５が載置されるモータ台５２と、架台１９上に配置され繰り出しモータ２５の回転軸と平行に延在するレール５３と、モータ台５２に結合されレール５３に沿って移動自在な従動体５１と、従動体５１に螺合し繰り出しモータ２５の回転軸と平行に延在するボールねじ５４と、ボールねじ５４を回転駆動するローラ移動モータ５５とを備える。
ローラ移動モータ５５を駆動することによって、モータ台５２はレール５３に沿って移動するため、モータ台５２に載置された繰り出しモータ２５は、その回転軸方向に移動する。このように、ローラ移動モータ５５を駆動することによって、ローラ２１を回転軸方向に移動させることができ、ローラ径調整機構５０は、ローラ２１における線材３が掛け回される部位のローラ径を変更するものである。
また、ローラ径調整機構５０は、ローラ２１が回転軸方向に移動するときに、ローラに掛け回された線材３がローラ２１と一緒に移動することを防止するためのガイド機構（図示省略）も備える。ガイド機構を用いることによって、線材３は、所定の経路を通るように案内されるため、ローラ２１が回転軸方向に移動した際には、それに伴ってローラ２１に掛け回される線材３の巻径もスムーズに変更されることになる。
テンションアーム３２の回動先端部のテンションプーリ３３と巻芯１１との間には、ローラ２１から巻芯１１に供給される線材３の速度を検出する速度検出器６０が設けられる。
速度検出器６０は、線材３が掛け回されるプーリ６１と、プーリ６１の回転角度を検出するエンコーダ６２とを備える。エンコーダ６２によって検出されたプーリ６１の回転角度はコントローラ７０に入力され、コントローラ７０は、その入力された回転角度に基づいて巻芯１１に供給される線材３の速度を演算する。
ここで、巻芯１１に線材３が巻き重ねられ巻層数が増えると、巻芯１１を１周する線材３の長さが長くなるため、線材３の速度は上昇する。コントローラ７０には、線材３の速度と巻層数との関係が規定された第１マップが記憶され、コントローラ７０は、このマップを用いて、演算した線材３の速度から線材３の現在の巻層数を判定し、その判定された巻層数から巻芯１１に巻回されている現在の巻径を演算する。
コントローラ７０には、ローラ２１の回転軸方向への移動量とローラ２１における線材３が掛け回される部位のローラ径との関係が規定された第２マップが記憶されている。このマップは、ローラ２１のテーパ角度等から規定される。コントローラ７０は、このマップを用いて、ローラ２１における線材３が掛け回される部位のローラ径が、演算された巻芯１１の巻径と同じとなるように、ローラ２１の回転軸方向への移動量を制御する。
次に、コントローラ７０によって制御される巻線装置１００の巻線動作について説明する。
（１）巻線前の準備
線材供給源２から取り出された線材３は、ローラ２１に１周掛け回された後、プーリ１６、テンションプーリ３３、及びプーリ６１に掛け回され、先端部がロボットハンド（図示省略）によって巻芯１１の端子（図示省略）に絡げられる。
また、ローラ径調整機構５０によって、ローラ２１における線材３が掛け回される部位の断面大きさが、巻芯１１の巻胴部１１ａの断面大きさと同じになるように、ローラ２１の回転軸方向の初期位置が調整される。
（２）巻線工程
巻線モータ１３と繰り出しモータ２５とを、互いの回転速度が同じで、かつ互いの回転の位相が同じとなるように、同期して回転駆動する。このように、巻線モータ１３と繰り出しモータ２５とを同期して回転駆動することによって、巻芯１１とローラ２１との回転位置は、同じ位置に保たれる。
巻線モータ１３と繰り出しモータ２５とを回転駆動することによって、ローラ２１から繰り出された線材３は、巻芯１１における巻胴部１１ａの外周に整列巻きされる。巻胴部１１ａへの１層目の巻線が終了すると１層目の線材３の外周に２層目の巻線が行われ、２層目の巻線が終了すると２層目の線材３の外周に３層目の巻線が行われる。このように、巻胴部１１ａには、線材３が多層に巻線され、巻胴部１１ａに巻回される線材３の巻径は、層数が増える毎に大きくなる。
線材３の巻径は、コントローラ７０にて演算される。具体的には、速度検出器６０によって検出された線材３の速度と上記第１マップとから現在の巻層数が判定され、その判定された巻層数から巻芯１１に巻回されている現在の巻径が演算される。
そして、コントローラ７０は、巻胴部１１ａに巻回される線材３の巻径が大きくなる毎に、その巻径とローラ２１における線材３が掛け回される部位のローラ径とが同じになるように、上記第２マップを用いてローラ２１の回転軸方向への前進移動量を制御する。
このようにしてローラ２１における線材３が掛け回される部位のローラ径は、巻胴部１１ａに巻回される線材３の巻径と同じになるように変更され、かつローラ２１の断面形状と巻芯１１の断面形状とは相似であるため、ローラ２１に掛け回される線材３の巻径及び巻形状は、巻胴部１１ａに巻回される線材３の巻径及び巻形状と同じになる。
このように、巻線中、ローラ２１に掛け回される線材３の巻径及び巻形状が、巻胴部１１ａに巻回される線材３の巻径及び巻形状と同じになるように制御されると共に、巻線モータ１３と繰り出しモータ２５との回転は、互いの回転速度が同じで、かつ互いの回転の位相が同じになるように同期制御される。したがって、線材３を断面形状が異径の巻芯１１に対して巻線し線材３の速度が変化する場合でも、その速度変化と同じようにローラ２１から繰り出される線材３の速度も変化する。そのため、巻芯１１とローラ２１との間における線材３の張力の変動を抑制することができ、テンションアーム３２の振れ角を抑えることができる。
この点について、図２を参照して、さらに詳しく説明する。図２Ａは、巻芯１１の断面を示す断面図であり、図２Ｂは、線材３の速度が変化する様子を示す特性図である。
図２Ａに示すように、断面が長方形をした巻芯１１の断面において、回転中心Ｏから長辺１１Ａまでの長さをａ、回転中心Ｏから短辺１１Ｂまでの長さをｂ、回転中心Ｏから角部１１Ｃまでの距離をｃとする。この場合、巻芯１１の回転角速度が一定値ωに保たれている場合には、図２Ｂに示すように、巻芯１１に巻回される線材３の速度（縦軸）は、巻芯１１の回転角度（横軸）に対してａω、ｃω、ｂω、ｃω、ａω、…の変曲点が生じるように変動する。
ここで、ローラ２１の断面形状が従来のように円形の場合において、巻芯１１に対して線材３を巻線すると、テンションアーム３２は周期的に振れるため、線速変更モータ１７の回転角速度を図２Ｂに示す線材３の速度に対応して制御する必要がある。したがって、巻芯１１に供給される線材３の張力を一定に制御することは難しく、細い線材３を用いると線材３がその張力変動によって断線する可能性がある。
これに対して、本実施の形態では、ローラ２１に掛け回される線材３の巻径及び巻形状が、巻胴部１１ａに巻回される線材３の巻径及び巻形状と同じになるように制御されるため、ローラ２１の回転角速度を巻芯１１と同じ一定値ωに保つことによって、ローラ２１から繰り出される線材３の速度も、巻芯１１に巻回される線材３の速度と同じように図２Ｂに示すように変化する。したがって、巻芯１１とローラ２１との間における線材３の張力の変動を抑制することができ、テンションアーム３２の周期的な振れを抑制することができる。これにより、巻芯１１に供給される線材３の張力を高い精度で一定に保つことができ、品質の高いコイルを製造することが可能となる。
なお、巻芯１１とローラ２１との間における線材３の張力の変動は、上述のように、ローラ２１における線材３が掛け回される部位のローラ径を変更することによって抑制されるが、ロータ径変更の制御遅れ等によって巻芯１１とローラ２１との間における線材３の張力が一時的に変動し、テンションアーム３２が振れる場合がある。その場合には、線速変更モータ１７が動作することによって、プーリ１６から繰り出される線材３の線速が変更され、線材３の張力は目標値に制御（調節）される。このように、線速変更モータ１７は、ローラ径調整機構５０によるローラ径変更制御を補完するように動作する。
（３）巻線後の工程
所望の層数の巻線終了後、ロボットハンドによって線材３が切断され、線材３の終端部は巻芯１１の端子（図示省略）に絡げられる。そして、スピンドル１２から巻芯１１が取り外され、スピンドル１２に新たな巻芯１１が取り付けられる。以上のようにして、コイルが製造される。
なお、本実施の形態では、ローラ２１をブロック状に形成したが、これに限らず、ローラ２１を線材３が掛け回される枠状に形成し、枠の大きさをアクチュエータ等によって変更する構成としても良い。つまり、ローラ２１は、掛け回される線材３の巻形状及び巻径が所望のものとなるように、線材３が掛け回される部位の形状及び大きさを変更可能な構成としてもよい。
以上に示す本実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。
線材３を断面形状が異径の巻芯１１に対して巻線を行う場合でも、ローラ２１に掛け回される線材３の巻形状及び巻径が、巻芯１１に巻回される線材３の巻形状及び巻径と同じになるように制御される。したがって、巻芯１１に巻回される線材３の張力を精度良く制御することができ、張力の変動を抑制することができる。これにより、製造される異径コイルの品質が高められる。
また、ローラ２１は、断面形状が巻芯１１の断面形状と相似であり、かつローラ径が回転軸方向に連続的に変化するテーパ状に形成される。したがって、ローラ２１における線材３が掛け回される部位のローラ径は、ローラ径調整機構５０にてローラ２１を回転軸方向に移動させることによって所望の径に変更され、かつローラ２１を回転軸方向に移動させたとしてもローラ２１における線材３が掛け回される部位の断面形状と巻芯１１の断面形状は常に同じとなる。このように、ローラ２１の形状を巻芯１１の断面形状と相似で、かつ回転軸方向にテーパ状に形成することによって、ローラ２１を回転軸方向に移動させるだけで、ローラ２１に掛け回される線材３の巻形状及び巻径を、巻芯１１に巻回される線材３の巻形状及び巻径と同じにすることが可能となる。
（第２の実施の形態）
図３を参照して、本発明の第２の実施の形態の巻線装置２００について説明する。図３は巻線装置２００を示す斜視図である。
本実施の形態の巻線装置２００における上記第１の実施の形態の巻線装置１００と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省賂する。以下では、巻線装置１００との相違点を中心に説明する。
巻線装置２００における上記第１の実施の形態の巻線装置１００との相違点は、テンション装置１５の構成が一部異なる点である。
上記第１の実施の形態の巻線装置１００におけるテンション装置１５では、線速変更モータ１７の回転速度を制御することによって、プーリ１６から繰り出される線材３の線速を変更し、ローラ２１から巻芯１１に供給される線材３の張力を調節した。
これに対して、巻線装置２００におけるテンション装置１５０は、プーリ１６及び線速変更モータ１７を備えず、ローラ２１から巻芯１１に供給される線材３の張力は、繰り出しモータ２５の回転速度を変化させることによって調節するものである。
巻線装置２００においては、巻芯１１とローラ２１との間における線材３の張力の変動は、第１の実施の形態と同様に、ローラ２１における線材３が掛け回される部位のローラ径を変更することによって抑制される。しかし、ロータ径変更の制御遅れ等によって巻芯１１とローラ２１との間における線材３の張力が変動し、テンションアーム３２が振れる場合には、繰り出しモータ２５が動作することによって線材３の張力が制御（調節）される。このように、巻線装置２００では、繰り出しモータ２５がローラ径調整機構５０によるローラ径変更制御を補完するように動作する。
繰り出しモータ２５がローラ径変更制御を補完するように動作する際、繰り出しモータ２５の回転速度が増減することによって、繰り出しモータ２５と巻線モータ１３との回転の位相がずれてしまう。しかし、この位相のずれは一時的なものであり、ローラ径調整機構５０によるローラ径変更制御が安定すれば、繰り出しモータ２５と巻線モータ１３との回転速度及び回転の位相は、再び同じになる。
以上に示す本実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。
巻芯１１とローラ２１との間における線材３の張力を調節する特別な設備を設ける必要がなく、簡便な構造にて上記第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、ローラ２１から巻芯１１に供給される線材３の張力を繰り出しモータ２５の回転速度を変化させることによって制御する装置に、ローラ径調整機構５０を適用したという考え方をすれば、断面が異径の巻芯１１に対して巻線を行う場合でも、ローラ径調整機構５０によるローラ径変更制御によって繰り出しモータ２５の回転速度の変化が抑えられ、巻芯１１に巻回される線材３の張力を精度良く制御することができる。
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
本発明は、回転する巻芯に対して線材を巻線する巻線装置に適用することができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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