JP3422118B2 - 繊維巻回装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、ワークに対して繊維を
巻回する繊維巻回装置、特に複数本の細径繊維をボビン
から同時に引出しワークに高張力を維持しつつ巻回する
繊維巻回装置の改良に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来からボビンに巻回されたワイヤーや
繊維を該ボビンから引出し、この引出したワイヤーや繊
維をワーク、例えばモータやトランス等のコアやボビン
に所定回数巻回して特性調整や耐久強度調整を行う技術
が知られている。例えば、特開昭６１−１２４６号公報
にはモータの回転子表面に永久磁石を配置し、この永久
磁石の上から熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を巻回し、
該繊維を加熱硬化させて、モータの回転子に永久磁石を
固定し、回転子の耐久性を向上させる技術が開示されて
いる。この場合、モータの回転子は高速で回転するた
め、回転時の遠心力によって永久磁石が飛散しないよう
に回転子の全周に渡って永久磁石を均一力で強固に固定
することが要求される。また、モータの回転子と固定子
との間の空間はモータの発生するトルクに大きな影響を
与えるため、所定の空間距離を確保することが望まれ
る。そのため、使用される繊維は巻回時にかさばらず、
強固に巻くことができることが要求される。そのため、
回転子に巻回される繊維には、例えば太さが１３μｍ程
度のガラスの細径繊維を数百本（８００本程度）束ねて
形成されるガラス繊維ワイヤ（以下、単に繊維という）
等を使用し、繊維に高張力を付与することによって、回
転子に繊維を薄く強固に巻回している。 【０００３】しかし、回転子に繊維を巻回する場合、繊
維には高張力が付与されているので、高速で巻回すると
繊維に負荷がかかり断線してしまう。そのため、低速で
巻回作業を行わなければならず、巻回に時間がかかり生
産性が悪いという問題がある。 【０００４】そこで、回転子の巻回範囲を複数本、例え
ば２本や３本の繊維を同時に巻回し、巻回時間を１／
２，１／３に短縮するする、いわゆる複数本巻きが行わ
れている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の複数本
巻きは繊維の張力管理を張力測定装置等を用いて繊維毎
に行っていた。例えば、２本の繊維を用いる２本巻きを
行う場合、それぞれの繊維に対して張力測定装置を配置
し、その測定結果に基づき張力制御を個々に行ってい
た。 【０００６】繊維の張力変動は連続的に起こるため、１
本巻の場合は隣接部分の張力のバラツキは小さいが、複
数巻きの場合は、繊維同士の張力の相関はなく、隣接部
分の張力のバラツキが大きくなってしまう場合がある。
隣接部分の張力に大きなバラツキがある場合、繊維に含
浸した樹脂を加熱硬化させる時に隣接部分の繊維の膨脹
・収縮条件の違いから繊維の断線が発生しやすいという
問題がある。 【０００７】この発明は係る課題を解決するためになさ
れたもので、複数の繊維の張力のバラツキを低減すると
共に、互いのバランスを取り、繊維を断線させることな
くワークに巻回することのできる繊維巻回装置を提供す
ることを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、複数本の細径繊維を同時にワークに巻回す
る繊維巻回装置において、細径繊維を巻回したボビンを
回動自在に支持する複数のボビン支持部と、各ボビン支
持部に接続され各ボビンから引出される細径繊維に所定
張力を与える張力付与部と、所定の張力を有しボビンか
ら引出される細径繊維をワークに巻回する繊維巻回部
と、各細径繊維の張力を測定する複数の張力測定部と、
前記張力測定部で測定された２本の細径繊維の張力差を
求め、その張力差が所定張力差より大きい場合、張力の
大きい側の細径繊維の張力を低減させて張力差を所定張
力差以内に調整する張力付与調整を行う制御部と、を含
むことを特徴とする。 【０００９】 【作用】上記構成によれば、張力測定部の測定結果に基
づき張力付与部の張力付与調整を行う制御部は、各測定
張力の差を所定張力差以内に維持するように、２本の細
径繊維の張力差を求め、その張力差が所定張力差より大
きい場合、張力の大きい側の細径繊維の張力を低減させ
て張力差を所定張力差以内に調整するので、各繊維の張
力のバラツキは低減すると共に、各繊維の張力を接近さ
せることができるので、互いの繊維の張力は安定し、断
線すること無く回転子の全周に渡って均一力で繊維を巻
回することができる。 【００１０】 【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づき
説明する。 【００１１】繊維巻回装置で複数本の細径繊維の巻回を
同時に行う場合に、各繊維が張力の上限値で全て巻回さ
れた場合、各繊維が断線の可能性を有するため、回転子
全体として断線の可能性が増加してしまう。また、逆に
下限値で全て巻回された場合は永久磁石の保持の信頼性
が低減する場合がある。本実施例の説明においては、本
実施例の繊維巻回装置の構造の説明に続いて、その装置
において、上述したような現象を回避するための制御
を、まず、参考として説明する。 【００１２】図１は本実施例の複数本巻きの繊維巻回装
置の概略構成を示す平面図である。図１に示すように、
繊維巻回装置１０は、繊維メーカーから供給される繊維
１２を巻回したボビン１４を支持するボビン支持部１６
と、繊維１２に樹脂を含浸させる樹脂含浸槽１８と、ワ
ークであるモータの回転子２０に繊維１２を巻回する繊
維巻回部２２等から構成されている。前記ボビン１４
は、繊維１２として、例えば太さが１３μｍ程度の細径
のガラス繊維を数百本（８００本程度）束ねて形成され
るガラス繊維ワイヤを数百メートルを単位として巻回し
た略円筒形を呈している。また、ボビン支持部１６は、
ボビン１４を巻回軸１６ａ，１６ｂを中心に回動自在に
支持している。このボビン支持部１６は回転制御可能な
モータ２４とパウダクラッチ（不図示）等のトルク発生
器から成る張力付与部を有し、繊維１２が引出される図
中矢印Ａ方向と逆の方向に所定量の回転力を付加してい
る。なお、本実施例の繊維巻回装置１０のボビン支持部
１６は複数本の繊維１２、例えば２本の繊維１２ａ，１
２ｂを同時に回転子２０に巻回するため、２台のボビン
支持部１６ａ，１６ｂを紙面表裏方向に段違いに配置
し、繊維１２ａ，１２ｂは引出し途中で隣接位置に導か
れ回転子２０に巻回される。したがって、繊維１２は１
本巻に比べて２倍のピッチで回転子２０に巻回され、巻
回時間を１／２にすることができる。 【００１３】また、樹脂含浸槽１８には、例えば熱硬化
性接着剤樹脂が満たされ、各ボビン１４ａ，１４ｂから
引き出された繊維１２ａ，１２ｂは、複数のガイドロー
ラ２６ａ，２６ｂ，２６ｃによって、緩やかに曲げられ
樹脂含浸槽１８の内部に導かれる。繊維１２はガイドロ
ーラ２６ｂの下面側で樹脂が含浸される。 【００１４】一方、繊維巻回部２２には、表面に図示し
ない永久磁石が借り止めさたモータの回転子２０を支持
した定速モータ２８が配置され、定速モータ２８によっ
て回転子２０は定速回転する。この定速モータ２８の回
転力は前記ボビン支持部１６のモータ２４の回転力より
大きく設定され、定速モータ２８とモータ２４の回転力
の差によって繊維１２に張力が与えられる。 【００１５】なお、定速モータ２８は回転子２０を支持
した状態で、サーボモータ等の制御モータ３０とボール
ネジ３２等から成る定ピッチ送り機構によって図中矢印
Ｂ方向に一定ピッチで送られる。従って、回転子２０を
定速で回転させつつ、一定ピッチで矢印Ｂ方向に送るこ
とによって、樹脂を含浸した繊維１２を回転子２０に一
定ピッチで巻回することができる。この後、繊維１２が
巻回された回転子２０を所定時間、所定温度で加熱する
ことによって、樹脂を硬化させ永久磁石を回転子２０に
強固に固定する。 【００１６】上述のような構成の装置において、参考技
術では、各繊維毎に、その張力を測定する張力測定部
と、該張力測定部の測定結果に基づき各繊維のボビンを
繊維引き出し方向とは逆方向に回転させている各モータ
を関連付けながら制御する制御部を設け、各繊維に張力
の和を用いることによって張力調整を行う。 【００１７】繊維１２の張力を直接測定する張力測定部
３４はボビン支持部１６と繊維巻回部２２との間、例え
ば樹脂含浸槽１８の直前に配置されている。この張力測
定部３４は繊維１２の下方からローラ等を介して繊維１
２を押上下げている。その時の反力を測定し張力として
いる。この張力測定部３４は各繊維１２ａ，１２ｂを測
定する測定子を有し、それぞれの張力を制御部３６に供
給する。 【００１８】前記張力測定部３４は連続的に張力を測定
し、制御部３６は所定間隔、例えば３分間隔でモータ２
４の制御を行い張力の調整を実行する。 【００１９】モータ２４の回転力ＰはＰ＝ｒ×Ｔで表さ
れる（ｒ：ボビン１６の半径、Ｔ：繊維１２の張力）。
したがって、回転力Ｐが一定の場合、繊維１２の使用に
よってボビン１４の半径ｒは減少し、繊維１２の張力Ｔ
は増加する。そのため、張力を一定に保つためには、モ
ータ２４の回転力Ｐの制御が必要になる。そこで、各繊
維の張力Ｔa，Ｔbのそれぞれに関して所定に張力範囲、
例えばＴ＝５ｋｇｆ±０．５ｋｇｆになるようにモータ
２４の回転力Ｐを制御する。つまり、ｔmin＝４．５ｋ
ｇｆ≦Ｔa，Ｔb≦ｔmax＝５．５ｋｇｆになるように制
御する。 【００２０】図２のフローチャートに示すように、張力
測定部３４が張力Ｔa，Ｔbを測定する（Ｓ１０１）。ま
ず、従来から行われている張力のフィードバック制御と
同様に、繊維１２ａの張力Ｔaと上限値ｔmaxとの比較を
行う（Ｓ１０２）。もし張力Ｔaがｔmaxより大きい場合
は、モータ２４ａの出力を所定量低下させて、張力Ｔa
が減少するように制御し、再び調整された張力Ｔaを測
定する（Ｓ１０３）。そして再度、上限値ｔmaxとの比
較を繰り返し行う（Ｓ１０２）。なお、モータ２４ａの
制御は供給する電流や電圧を変化させることによって行
う。この時の供給電流や電圧の変化率は１〜２０％が望
ましい。この比較調整を繰り返し行い張力Ｔaが上限値
ｔmaxより小さくなったら、下限値ｔminとの比較を行う
（Ｓ１０４）。もし張力Ｔaがｔminより小さい場合は、
モータ２４の出力を所定量上昇させて、張力Ｔaが増加
するように制御し、調整された張力Ｔaを測定し（Ｓ１
０５）、下限値ｔminとの比較を繰り返し行う（Ｓ１０
４）。この下限値の調整も繰り返し行い、結果的に繊維
１２ａの張力ＴaをＴa＝５ｋｇｆ±０．５ｋｇｆの範囲
に制御する。次に、繊維１２ｂの張力Ｔbに関しても同
様にＴb＝５ｋｇｆ±０．５ｋｇｆに成るように制御す
る（Ｓ１０６〜Ｓ１０９）。 【００２１】このように各繊維１２ａ，１２ｂ毎に張力
調整を行う場合、張力Ｔa，Ｔbが共に、上限張力（ｔma
x）で巻回される場合がある。繊維１２ａ，１２ｂがそ
れぞれ断線の可能性を有するため全体として断線の可能
性が増加してしまう。また、下限張力（ｔmin）のみで
巻回される場合は、回転子２０の固定される永久磁石の
保持の信頼性を十分に維持できない。そこで、繊維１２
ａの張力Ｔaと繊維１２ｂの張力Ｔbとの和を算出し、そ
の和を所定値に維持することにより張力Ｔa，Ｔbが共に
上限値または下限値になることを防止している。張力の
和Ｔは、例えば、Ｔ＝Ｔa＋Ｔb＝１０ｋｇｆ±０．５ｋ
ｇｆになるようにモータ２４の回転力を制御する。つま
り、Ｔ1min＝９．５ｋｇｆ≦Ｔ≦Ｔ1max＝１０．５ｋｇ
ｆになるように制御する。まず、所定範囲内に調節され
た張力Ｔa，Ｔbの和を求める（Ｓ１１０）。そして、張
力和Ｔと上限値Ｔ1maxとの比較を行う（Ｓ１１１）。も
し張力和ＴがＴ1maxより大きい場合は、さらに張力Ｔa
と張力Ｔbとの比較を行い（Ｓ１１２）、大きい方の張
力を発生させているモータ２４の出力を所定量低下させ
て、再度調整された張力Ｔa，Ｔbに関して張力和の算出
を行う（Ｓ１１３〜Ｓ１１４）。そして、張力和Ｔと上
限値Ｔ1maxとの比較を行い、張力和Ｔが上限値Ｔ1maxよ
り小さくなるまでこの制御を繰り返し行う。なお、この
場合もモータ２４の供給電流や電圧の変化率は１〜２０
％が望ましい。また、Ｔa＝Ｔbの場合は張力Ｔbを調整
しているがＴaを調整しても良い。そして、張力和Ｔが
上限値Ｔ1maxより小さくなったら、張力和Ｔと下限値Ｔ
1minとの比較を同様に行い（Ｓ１１５〜Ｓ１１８）、Ｔ
＝Ｔa＋Ｔb＝１０ｋｇｆ±０．５ｋｇｆになるようモー
タ２４の制御を行う。 【００２２】このように張力Ｔaと張力Ｔbとの和を所定
範囲内に調整することによって、各繊維の張力が極端に
変動したり、全ての繊維の張力が最大になったり最小に
なったりすることがなく、互いの繊維の張力は安定し、
断線すること無く回転子の全周に渡って均一力で繊維を
巻回することができる。つまり、繊維１２ａ，１２ｂが
共に上限張力になることが防止され、回転子２０全体と
しての断線の発生率を低減することができる。また、繊
維１２ａ，１２ｂが共に下限張力になることが防止さ
れ、回転子２０に固定する永久磁石の保持の信頼性を向
上させることができる。このように、繊維の巻回時間を
低減して生産性を向上することができる。また、巻回品
質を向上することができる。 【００２３】なお、制御部３６による上述のような制御
は、例えば３分毎に行ったが、さらに頻繁に行えば、張
力の変動を最小限にしながら張力調整を行うことが可能
であり、張力変動を小さくすることによりさらに断線の
可能性を低減することができる。 【００２４】次に本実施例について具体的に説明する。
本実施例の特徴的事項は、各繊維毎に、その張力を測定
する張力測定部と、該張力測定部の測定結果に基づき各
繊維のボビンを繊維引き出し方向とは逆方向に回転させ
ている各モータを関連付けながら制御する制御部を設
け、各繊維に張力の差を用いることによって張力調整を
行うところである。 【００２５】本実施例は張力Ｔaと張力Ｔbとの差を所定
範囲内に管理することにより、回転子２０に繊維１２
ａ，１２ｂを隣接巻回したときに両者の張力差を低減し
断線の発生率を低減させるものである。 【００２６】図３のフローチャートは張力差を利用した
制御の後半部分であり、前半部分は図２のフローチャー
トの（Ｓ１０１）〜（Ｓ１０９）と同じである。 【００２７】各繊維１２ａ，１２ｂの調整がそれぞれ終
了したら、制御部３６は繊維１２ａ，１２ｂの張力差Ｔ
＝Ｔa−Ｔbの算出を行う（Ｓ２０１）。そして、張力差
Ｔの絶対値と目標張力差範囲Ｔ2との比較を行う（Ｓ２
０２）。この目標張力差範囲Ｔ2は、例えば０．５ｋｇ
ｆである。もし、張力差Ｔの絶対値が目標張力差範囲Ｔ
2より大きい場合、張力Ｔaと張力Ｔbとの比較を行い
（Ｓ２０３）、大きい方の張力を発生させているモータ
２４の出力を所定量低下させて、調整された張力Ｔa，
Ｔbに関して張力差Ｔの算出を再度行う（Ｓ２０４〜Ｓ
２０５）。そして、張力差Ｔの絶対値と目標張力差範囲
Ｔ2との比較を行い（Ｓ２０２）、張力差Ｔが目標張力
差Ｔ2より小さくなるまで繰り返し制御を行う。 【００２８】このように、繊維１２ａと繊維１２ｂとの
張力差を所定範囲内に管理することによって、繊維１２
ａと繊維１２ｂが隣接した場合でも両者の張力の差は小
さく、繊維に含浸した樹脂を加熱硬化させる時に隣接部
分の膨脹・収縮条件をほぼ同じにすることができるので
膨脹・収縮条件の違いから繊維１２の断線が発生するこ
とを防止することができる。 【００２９】前述した参考例及び、実施例において、ボ
ビン１４に巻回された繊維１２が引き出されるときに一
方向に引き出されるとボビン１４の端部に巻回された繊
維１２はボビン１４上を滑りながら引き出し位置、例え
ばボビン１４の中央付近に移動する。したがって、繊維
１２はボビン幅分だけ常に振れ動くことになる。そのた
め、ボビン１４の下層に巻回されている繊維と擦れ合う
結果、摩擦抵抗が上昇し断線してしまう。そこで、図４
（ａ）に示すようにボビン支持部と繊維巻回部との間、
つまりボビン１４に隣接した位置に、繊維１２の巻回位
置に応じて図中矢印Ｃ方向に移動可能な繊維ガイド部３
８を配置している。この繊維ガイド部３８のローラ部４
０は、図４（ｂ）に示すように軸部４２を滑らかに矢印
Ｃ方向に摺動できるようにボールベアリング４０ａを有
している。したがって、ローラ部４０は繊維１２が引き
出されるときに繊維１２の引出し位置に追従して移動
し、繊維１２の引き出しに伴って該繊維１２がボビン１
４上を滑ることを防止することが可能になり、繊維にか
かる負荷が低減され、張力が安定するとと共に、摩擦に
よる繊維１２の断線を防止することができる。また、繊
維の巻回時間を低減して生産性を向上することができる
と共に、巻回品質を向上することができる。 【００３０】また、図５に示すように、樹脂含浸槽１８
等の前に移動可能なボビンガイド部３８を複数設けるこ
とによって、繊維１２の引き出し距離を長くすることが
できる。この結果、繊維１２の引き出しによる該繊維１
２振れ角度を小さくすることが可能になり、さらに断線
を低減することができる。 【００３１】また、繊維１２の断線は、繊維巻回装置の
改良と共に、図６、図７に示すように回転子２０の形状
を変更することによって、繊維１２を高張力で巻回した
場合でも断線を低減することができる。 【００３２】回転子２０は図６（ａ）に示すように、ケ
イ素鋼板で形成された複数の薄板２０ａを重ね合わせて
形成され、その周囲に永久磁石４４ａが繊維１２によっ
て固定される。この時、図６（ｂ）に示すように薄板２
０ａの表面に樹脂ゴム接着剤４６をコーティングするこ
とによって、薄板２０ａ表面の凹凸や薄板２０ａ接合部
の隙間を排除できるので、凹凸部のエッジや隙間によっ
て、高張力で巻回されている繊維１２が断線することを
防止することができる。また、図７（ａ）に示すように
永久磁石４４ａのエッジ部に樹脂ゴム接着剤４６をコー
ティングすることによって同様に断線を防止することが
できる。さらに、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように
永久磁石のエッジ部の上端４４ｂや下端４４ｃに大きめ
のＲ、例えばＲ＝１ｍｍ程度を設けることによって断線
の防止を良好に行うことができる。 【００３３】上述の説明においては、本実施例では２本
の繊維を隣接して回転子に巻回した例を示したが、回転
子の両端から中央に向かって繊維を巻回しても同様の効
果を得ることができる。また、２本以上複数の繊維で巻
回した場合でも同様の効果を得ることができる。 【００３４】さらに、上述の説明においては、モータの
回転子に繊維を巻回する例を示したが、他のワーク、例
えばトランスのコイル等にワイヤー等を巻回する場合に
も断線不良を低減させる同様な効果を得ることができ
る。 【００３５】 【発明の効果】本発明の繊維巻回装置によれば、張力測
定部の測定結果に基づき張力付与部の張力付与調整を行
う制御部は、各測定張力の差を所定張力差以内に維持す
るので、各繊維の張力のバラツキは低減すると共に、各
繊維の張力を接近させることができるので、互いの繊維
の張力は安定し、回転子の全周に渡って均一力で繊維を
巻回することができるので、繊維の断線を防止すると共
に、繊維の巻回時間を低減して生産性を向上することが
できる。また、巻回品質を向上することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明に係る繊維巻回装置の概略構成を説明
する平面図である。 【図２】 本発明に係る繊維巻回装置を用いる参考例の
フローチャートである。 【図３】 本発明に係る繊維巻回装置の実施例のフロー
チャートである。 【図４】 本発明に係る繊維巻回装置の繊維ガイド部を
説明する説明図である。 【図５】 本発明に係る繊維巻回装置の繊維ガイド部の
配置を説明する説明図である。 【図６】 繊維の断線を低減する回転子形状を説明する
説明図である。 【図７】 繊維の断線を低減する回転子形状を説明する
説明図である。 【符号の説明】 １０ 繊維巻回装置、１２ 繊維（細径繊維）、１４
ボビン、１６ ボビン支持部、１８ 樹脂含浸槽、２０
回転子（ワーク）、２２ 繊維巻回部、２４モータ、
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ ガイドローラ、３４ 張力測
定部、３６制御部、３８ 繊維ガイド部、４０ ローラ
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 41/06

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数本の細径繊維を同時にワークに巻回
   する繊維巻回装置において、 細径繊維を巻回したボビンを回動自在に支持する複数の
   ボビン支持部と、 各ボビン支持部に接続され各ボビンから引出される細径
   繊維に所定張力を与える張力付与部と、 所定の張力を有しボビンから引出される細径繊維をワー
   クに巻回する繊維巻回部と、 各細径繊維の張力を測定する複数の張力測定部と、前記張力測定部で測定された２本の細径繊維の張力差を
   求め、その張力差が所定張力差より大きい場合、張力の
   大きい側の細径繊維の張力を低減させて張力差を所定張
   力差以内に調整する 張力付与調整を行う制御部と、を 含むことを特徴とする繊維巻回装置。