(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル素線を所定の搬送経路に沿って搬送する搬送部と、搬送されるコイル素線に対して押込みロールを押圧して所望の曲率に変形させる変形部と、螺旋状に成形されて繰り出される成形体を所定の方向に導出するように支持する支持部と、コイル素線の搬送動作及び押込みロールの押圧動作を制御してコイル素線を螺旋状に周回するように成形する制御部とを備え、前記支持部は、前記成形体の内部に配設される支持軸を備え、前記支持軸は、前記押圧動作の作用点となる支点ロールの軸心に沿うように設定されるとともに前記支点ロールと一体化している空芯コイルの巻線装置。
【請求項２】
コイル素線を所定の搬送経路に沿って搬送する搬送部と、搬送されるコイル素線に対して押込みロールを押圧して所望の曲率に変形させる変形部と、螺旋状に成形されて繰り出される成形体を所定の方向に導出するように支持する支持部と、コイル素線の搬送動作及び押込みロールの押圧動作を制御してコイル素線を螺旋状に周回するように成形する制御部とを備え、前記支持部は、前記成形体の内部に配設される支持軸を備え、前記支持軸は、前記押圧動作の作用点となる支点ロールの軸心に沿うように設定されたワイヤからなる空芯コイルの巻線装置。
【請求項３】
前記ワイヤは、前記支点ロールの中空軸を通過するように設けられている請求項２に記載の空芯コイルの巻線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送ロールおよび加工ロールをピンチ形またはピラミッド形に構成して、金属板あるいは線材を連続搬送しながら曲げる加工機において、被加工材を高精度で巻回することのできる空芯コイルの巻線方法および巻線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動力源である電動モータは、ロータあるいはステータに形成されたスロットに導線を巻いてコイルを形成したモータが使われている。また、近年では引用文献２のようなアルファ巻きコイルを用いたスロットレスモータも使われるようになっている。
一方、電気自動車やハイブリッド自動車用モータは、小型化、高出力化が求められており、そのためモータに用いられるコイルの占積率の向上が図られている。こうした占積率の高いモータの製造方法として、予め形成された空芯コイルをステータに配置する方法が提案されている。
空芯コイルの製造方法および製造装置に関する従来技術として、特許文献１および特許文献２がある。
【０００３】
特許文献１には、コイル、その製造方法およびその製造装置、ティース、コアならびに回転電機についての技術が開示されている。
具体的には、連続的に送り込まれるコイル素線に当接する基軸部と、コイル素線を挟んで基軸部と反対側に配置され、円弧状に揺動する揺動部とを備え、基軸部と揺動部とでコイル素線を挟み込み、揺動部を揺動させることにより、コイル素線の曲率を連続的に調節する製造装置が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、コイル、スロットレスモータ及びコイルの製造方法についての技術が開示されている。
具体的には、導線を固定する固定具と、導線を直角方向に押圧する押圧具とを備えた折り曲げ装置を用い、素材である導線を所定長さ突出させて根元を前記固定具で固定した状態で、前記押圧具で導線の突出部を平面上で直角方向に押圧して当該導線を直角に折り曲げた後、さらに、固定具から導線を所定長さ突出させて直角に折り曲げる操作を順次繰り返すことにより、角形渦巻状の渦巻体を形成することを特徴とするコイルの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３６９８４号公報
【特許文献２】特開２００９−７１９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１には以下に説明する課題がある。
特許文献１は、線材（コイル素線）を連続的に送り込み、揺動部を揺動させることで、コイル素線の曲率を連続的に調整することができる。その一方で、すでに形成した加工済み部分の線材の自重や慣性力の影響を受ける。そのためコイル素線の物性や断面形状によっては、設計コイルの巻数が多くなるほど、また、加工が進むに連れ、線材を高精度に加工できなくなることを出願人は確認した。
【０００７】
特許文献２は、線材（銅線）を所定長さ突出させ、固定具で線材を固定した状態で押圧具を押圧し、線材を外周面が丸いガイド２２に沿うように曲げる。そのため、特許文献１と比較して、すでに成形した加工済み部分の影響が少ないものの、ガイド２２を変更しなければ線材に付与する曲率を変更することができない。
【０００８】
そこで本発明は、このような課題を解決するために、コイル素線を連続的に搬送しながらロールにより曲げて成形されていく成形体が加工中のコイル素線の曲げ加工におよぼす影響を低減し、細いコイル素線で巻数が多い空芯コイルであっても、高精度に巻回することが可能な空芯コイルの巻線方法および巻線装置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】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明による曲げ方法は以下のような特徴を有する。
（１）コイル素線を搬送しながら搬送方向と交差する方向に押込みロールを用いて押圧する押込み動作により前記コイル素線を所望の曲率で螺旋状に周回するように変形させて成形体を成形し、成形体を軸方向に圧縮してコイル素線を密着させる空芯コイルの巻線方法において、
回動しながら繰り出されて成形されていく前記成形体を所定の方向に導出するように支持する空芯コイルの巻線方法。
【００１０】
（２）前記成形体の内部に設けられた支持軸により前記成形体を支持する（１）に記載の空芯コイルの巻線方法。
【００１１】
（３）前記成形体の動きに合わせて前記支持軸を回動及び／又は移動させる（２）に記載の空芯コイルの巻線方法。
【００１２】
（４）コイル素線を所定の搬送経路に沿って搬送する搬送部と、搬送されるコイル素線に対して押込みロールを押圧して所望の曲率に変形させる変形部と、螺旋状に成形されて繰り出される成形体を所定の方向に導出するように支持する支持部と、コイル素線の搬送動作及び押込みロールの押圧動作を制御してコイル素線を螺旋状に周回するように成形する制御部とを備えている空芯コイルの巻線装置。
【００１３】
（５）前記支持部は、前記成形体の内部に配設される支持軸を備えている（４）に記載の空芯コイルの巻線装置。
【００１４】
（６）前記支持軸は、前記成形体が繰り出される展開方向に開放端が形成されている（４）又は（５）に記載の空芯コイルの巻線装置
【００１５】
（７）前記支持軸は、前記押込み動作の作用点となる支点ロールの軸心に沿うように設定されている（５）又は（６）に記載の空芯コイルの巻線装置。
【００１６】
（８）前記支持軸は、前記支点ロールと一体化している（７）に記載の空芯コイルの巻線装置。
【００１７】
（９）前記支持部は、前記支持軸を回動させる回動手段及び／又は前記支持軸を移動させる移動手段を備えている（５）から（８）のいずれかに記載の空芯コイルの巻線装置。
【００１８】
（１０）前記支持軸は、ワイヤからなる（７）に記載の空芯コイルの巻線装置。
【００１９】
（１１）前記ワイヤは、前記支点ロールの中空軸を通過するように設けられている（１０）に記載の空芯コイルの巻線装置。
【発明の効果】
【００２０】
このような特徴を有する本発明の巻線方法および巻線装置は、以下のような作用効果が得られる。
コイル素線を連続的に搬送しながらロールにより曲げて成形されて繰り出されていく成形体を所定の方向に導出するように支持部により支持することで、加工中のコイル素線の曲げ加工におよぼす影響を低減し、細いコイル素線で巻数が多い空芯コイルであっても、高精度に巻回することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る加工部１を示す斜視図である。
【図２】変形部４にガイド５を設けた斜視図である。
【図３】コイルおよび展開したコイルの斜視図である。
【図４】加工するコイルの例１の正面図である。
【図５】図４のコイルを螺旋状に加工したときのコイル中心位置の変化を表した図である。
【図６】本発明に係る第１実施形態の斜視図およびXY平面図である。
【図７】本発明に係る第２実施形態の斜視図およびYZ平面図である。
【図８】本発明に係る第３実施形態（第１実施形態の変形）の斜視図、支点ロールの断面図およびYZ平面図である。
【図９】本発明に係る第３実施形態（第２実施形態の変形）の斜視図、支点ロールの断面図およびYZ平面図である。
【図１０】本発明に係る第３実施形態（第１実施形態の変形）の変形例の斜視図、支点ロールの断面図およびYZ平面図である。
【図１１】加工するコイルの例２の正面図である。
【図１２】本発明に係る第４実施形態の斜視図、XY平面図および支点ロールの断面図である。
【図１３】加工の進行にともうコイル中心位置の変化を抽出した図である。
【図１４】本発明に係る第５実施形態の支持軸を移動させる機構の斜視図である。
【図１５】加工中におけるコイル素線と各ロールの概要図である。
【図１６】本発明に係る巻線装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。
【００２３】
（第１実施形態）
本発明に係る第１実施形態に関する空芯コイルの巻線装置について、図１から図６を参照しながら説明する。本実施形態に関する巻線装置は、コイル素線を所定の搬送経路に沿って搬送する搬送部、搬送されるコイル素線に対して押込みロールを押圧して所望の曲率に変形させる変形部、螺旋状に成形されて繰り出される成形体を所定の方向に導出するように支持する支持部、及び、コイル素線の搬送動作及び押込みロールの押圧動作を制御してコイル素線を螺旋状に周回するように成形する制御部を備えている。
図１に示すように、搬送部３は、駆動ロール１２ａおよび駆動ロール１２ａに対向配置された従動ロール１２ｂを有し、コイル素線２を駆動ロール１２ａおよび駆動ロール１２ｂの間に狭持して駆動ロール１２ａを回転駆動することで、コイル素線２を図示せぬ供給部から繰り出していき、長手方向に直線状になるように整形しながら変形部４へ搬送する。
【００２４】
変形部４は、押さえロール１３、支点ロール１４および押込みロール１５を供えている。支点ロール１４は、コイル素線２の搬送経路の一方の側に配置され、押込みロール１５はコイル素線２の搬送経路の他方の側に配置されて搬送経路に交差する方向に移動するようになっている。そして、押込みロール１５によりコイル素線２を押圧する押込み動作によりコイル素線２を所望の曲率に変形させる。コイル素線２を変形する際に押さえロール１３によりコイル素線２が撓まないように押さえることで、コイル素線２を精度良く変形することができる。
制御部は、図１に示すように、搬送部３の駆動ロール１２ａを制御することでコイル素線２の搬送量を制御するとともに、変形部４の押込みロール１５の押込み動作を制御することで、コイル素線２を螺旋状に周回するように成形する成形体を得ることができる。図３に示す成形体５０は、コイル素線２を所定の搬送速度で搬送しながら所定のタイミングで押込み動作を繰り返し行うことで、直線部及び曲線部を交互に形成して螺旋状に成形している。そして、図３に示すように、成形体５０を螺旋方向に圧縮してコイル素線を密着させることで、空芯コイルを製造することができる。
【００２５】
成形体５０と支点ロール１４より搬送経路上流側に位置するコイル素線２との干渉や各ロールとの干渉を防ぐため、図２に示すように、適宜ガイド５を設置することが望ましい。支点ロール１４を通過したコイル素線２は、ガイド５に案内されながら搬送されて、螺旋状に成形体５０が成形される。
ガイド５による成形体５０のＺ方向への強制変位量が大きい場合、成形体５０のＺ方向の広がりが多くなるため、押さえロール１３および支点ロール１４のガイド５側の端部のＺ方向位置が揃っていることが望ましい
【００２６】
図３に空芯コイルの例を示す。空芯コイルは、コイル素線２を直線部と曲率の異なる曲線部を交互に螺旋状に成形することで、螺旋軸方向に圧縮して密着配列可能なコイルである。コイルを成形する際の、成形体の外形および中心軸の移動について、説明を容易にするため、図４に示す１周のみのコイルを成形する場合で説明する。
図５に、図４に示したコイルを短辺部３０ａ→曲線部３０ｂ→長辺部３０ｃ→曲線部３０ｄの順に成形していく際の、成形体の外形および中心軸は、図５に示すように移動する。図５（ａ）は短辺部３０ａを、図５（ｂ）は曲線部３０ｂを、図５（ｃ）は長辺部３０ｃを、図５（ｄ）は曲線部３０ｄを成形する際の外形及び中心軸をそれぞれ示している。実線は加工開始時点、破線は加工終了時点を示しており、２点鎖線は中心軸が移動する軌跡を示している。成形体の外形及び中心軸の移動する様子をみると、コイル素線を曲げる場合の作用点となる支点ローラ１４の軸心を中心に移動することがわかる。また、こうした成形体の移動では、図５（ｅ）に示すように、曲げ加工の際にコイル素線が通過しない非干渉領域２３が支点ロール１４の軸心方向に沿って存在している。この例では、非干渉領域２３は、支点ロール１４の外径と同じ幅で短辺部３３ａと同じ長さの略矩形状になる。空芯部の形状が円形の空芯コイルを成形する場合の非干渉領域は、空芯部の円形を直径とする円形状となる。
【００２７】
支持部２０は、図６に示すように、支点ロール１４の軸心方向に沿って非干渉領域に配設された棒状の支持軸２１で構成される。支持軸２１は加工開始時に非干渉領域に設置され、変形部４においてコイル素線２を螺旋状に周回するように変形されて繰り出される成形体５０を支持する。支持軸２１を成形体５０の内部に設けて支持することで、支持軸２１と接触してコイル素線２の表面が傷付くことを最小限に抑えることができる。
【００２８】
図６に示すように、変形部４において螺旋状に周回するように変形されていく成形体５０を支点ロール１４の軸心方向に導出するように支持部２０により支持することで、変形されていくコイル素線２が支持軸２１に沿って安定した状態で繰り出されていくとともに成形体５０の自重が加工中のコイル素線２に及ぼす影響を低減することができ、高精度でコイル素線２を加工することが可能となる。
こうして高精度で成形された成形体５０を軸方向に所定長さで切断し、軸方向に圧縮してコイル素線を密着させることで、占積率の高い空芯コイルを得ることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
本発明に係る第２実施形態に関する空芯コイルの巻線装置について、図７を参照しながら説明する。第２実施形態に関する巻線装置は、支持軸に固定されて支持軸を中心に回動する支持体を備えた支持部、及び、コイル素線の成形に応じて支持体の回動を制御する制御部を備えている点以外は、第１実施形態と同一の構成を備えている。
【００３０】
図７に示すように支持部２０として、支持軸２１に固定されて支持軸２１を中心に回動する支持体２２を用いる。支持軸２１は、回動手段である回転量を制御可能な支持軸回転モータ２７に接続されており、中心軸を中心に回転するように設定されている。支持体２２はネジ止め等により支持軸２１の回転と同期して支持軸２１を中心に回動する。図１６に示すように、制御部３０は曲げ加工部１のほか支持部２０を制御する。
支持体２２の回動するタイミングおよび量はコイル素線２の加工に対応するように制御部３０が支持軸回転モータ２７を制御する。例えば、図５に示すように、回動しながら成形されて繰り出される成形体５０の動作タイミングに合わせて支持体２２を回動させることで、成形体５０がスムーズに繰り出されるようになり、加工中のコイル素線２の曲げ加工に与える影響を低減することができる。
支持体２２のXY断面形状は略矩形状で、成形する成形体５０の最内周の形状よりも小さく、支持体２２のXY断面形状の長辺は、成形する成形体５０の最内周の短辺よりも長く設定されている。そのため支持体２２を回動させることで成形体５０を回動させることができる。
【００３１】
また、支持体２２の支点ロール１４側の端部はテーパ状となっているとともに、その位置は支点ロール１４に対して成形体５０の巻数が２巻以上離れた位置に設定される。これにより、図７に示すように移動しようとする成形体５０の動きを支持体２２が拘束しても、テーパ部あるいはテーパ先端から支点ロール１４間にある成形体５０の部分がバネ状に緩衝材の役割を果たすため、加工中のコイル素線２を精度良く曲げることができる。
【００３２】
（第３実施形態）
本発明に係る第３実施形態に関する空芯コイルの巻線装置について、図８及び図９を参照しながら説明する。第３実施形態は、支持部２０の支持軸２１が支点ロール１４の軸と一体化して軸心が一致している点以外の構成が第１実施形態と同一である。
【００３３】
図８及び図９に示すように、支点ロール１４は、支点ロール軸１６に軸受け１７を配置し、コイル素線２との接触面となる支点ロール円筒体１８を軸受け１７に配置することで構成される。支点ロール軸１６を延設したものを支持軸２１としている。
別体の軸をカップリング等で支点ロール軸１６と締結したものを支持軸２１としてもよく、あるいは別体の軸を支点ロール軸１６離間して設置してもよい。
【００３４】
図９のように、支持体２２を用いる場合で、支持体２２を回動させる支持軸回転モータの動力を支点ロール軸１６側から伝達することで、成形体５０を繰り出していく展開方向の支持体２２の端部を開放端とすることができる。これにより成形体５０を開放端から取り出し、組み立て工程などの次工程へと連続搬送が可能となるため生産効率を高めることができる。
【００３５】
第３実施形態の変形例を図１０に示す。図１０（ａ）は変形例の斜視図である。
図１０（ｂ）に示すように、中空パイプを支点ロール軸１６’に用い、その中に通したワイヤを通過させ、成形体５０の進展方向に設けた吊り具２４に係止したものを支持軸２１として用いてもよい。ワイヤが支点ロール軸１６’に接触しないように設置すれば、成形体５０の重さが支点ロール１４に影響を与えないため、高精度にコイル素線２を曲げることができる。
成形体５０はコイル素線２の加工に応じて回転するため、図１０（ｃ）に示すように吊り具２４を越えてZ方向に進展することができる。
【００３６】
（第４実施形態）
本発明に係る第４実施形態に関する空芯コイルの巻線装置について、図１１及び図１２を参照しながら説明する。第４実施形態は、支持軸２１を支点ロール１４と一体となるように構成する場合に、支持軸２１と支点ロール１４の半径をコイル素線２の厚さに応じて限定する点以外の構成が第３実施形態と同一である。
【００３７】
図１１に示すように、成形体５０を３１ａ→３１ｂ→・・・３１ｈ→３１ｉの順に内側から外側に加工する場合、３１ｉとなるコイル素線が支点ロール１４の上にきたとき、成形済みの３１ａは成形体５０の一部となり支持軸２１に乗りあがる。
支持軸２１の半径と支点ロール１４の半径の差が、コイル素線２の厚さ以上となるようにすることで、図１２（ｃ）に示すように成形体５０が円滑に支持軸２１に乗りあがることが可能となり、成形されていく成形体５０の成形直後の部分が安定した状態で保持されて高精度にコイル素線２を曲げることが可能となる。
【００３８】
（第５実施形態）
本発明に係る第５実施形態に関する空芯コイルの巻線装置について、図１３及び図１４を参照しながら説明する。本実施形態は第２実施形態の支持軸２１に２つの方向の自由度を持たせることで、支持体２２の回動の他に、支持軸２１が成形体５０の中心軌跡を追従するようにしており、それ以外の構成については、第２実施形態と同じである。
【００３９】
図１３は、図５（ａ）から図５（ｄ）に示すコイルの中心の軌跡である２点鎖線を連続して描いた線図で、支持軸２１は、この２点鎖線の軌跡に追従するように移動する。
支持軸２１を追従させる機構としては、例えば、図１４（ａ）に示すように、支持軸２１は図示せぬ基台に配置されており、回動手段である支持軸回転モータ２７による回転角度θ１の回動と、移動手段であるX方向アクチュエータ２５によるＸ軸移動および移動手段であるY方向アクチュエータ２６によるＹ軸移動が可能となっている。あるいは、図１４（ｂ）に示すように、回動手段である方位角駆動モータ２８による方位角度θ２、回動手段である仰俯角駆動モータ２９による仰俯角θ３の制御により支持軸２１を回動させて先端側のみを追従させてもよい。
支持軸２１を回動及び／又は移動させて成形体５０の中心の動きに追従させることで、加工中に支持軸２１に沿って移動する成形体５０の不用意な揺動が抑えられてコイル素線２の曲率におよぼす影響を低減することができる。
【００４０】
図１３に示す軌跡は、コイルの成形後の形状の中心に基づいて描画しているため、実際の加工時では、図１５に示すようにコイル素線２と支点ロール１４との接触箇所や接触角度は異なるため、回転角度θ1や支持軸２１の位置あるいは、回転角度θ1方位角度θ２および仰俯角θ３は、実際の加工に合わせて適宜調整することが望ましい。
【００４１】
以上のように、コイル素線２が変形されて繰り出されていく成形体５０の動きのタイミングに合わせて、支持軸２１を移動させたり支持体２２を回動させることで、支持軸２１に支持されながら移動する成形体５０が加工中のコイル素線２の曲げ動作におよぼす影響を低減することができる。
【００４２】
加工曲率と設計曲率の偏差に応じて、例えばコイル素線２の加工曲率が設計曲率に比べて低い場合は、支持軸２１の回動角度θ1を変化させる動作を曲げ動作のタイミングに先行して開始し、加工曲率が設計曲率に比べて高い場合は、回動角度θ1を変化させる動作の開始を曲げ動作のタイミングから遅らせるなど、コイル素線２の曲率の微調整手段として支持軸回転モータ２７を利用することもできる。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・加工部、  ２・・・コイル素線、３・・・搬送部、４・・・変形部、５・・・ガイド、１２・・・駆動ロールおよび従動ロール、１３・・・押さえロール、１４・・・支点ロール、１５・・・押込みロール、１６・・・支点ロール軸、１７・・・軸受け、１８・・・支点ロール円筒体、２０・・・支持部、２１・・・支持軸、２２・・・支持体、２３・・・非干渉領域、２４・・・吊り具、２５・・・X方向アクチュエータ、２６・・・Y方向アクチュエータ、２７・・・支持軸回転モータ、２８・・・方位角駆動モータ、２９・・・仰俯角駆動モータ、３０・・・制御部、５０・・・成形体、１００・・・巻線装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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