JP4528077B2 - 巻線機と巻線方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータのボビン等に巻線を行うための巻線機及び巻線方法に関する。

ボビン等の巻芯の回りを回転して巻芯に線材を巻回する、いわゆるフライヤ型の巻線機がある（特許文献１参照）。これは、線材を挿通したノズルを巻芯中心回りに回転させて、線材を巻回する巻線機であり、ノズルが１回回転する毎に線材に捩れ部（交叉部）が生じる。
特開２００２−３５３０５９号公報

しかしながら、特に２本の線材を１つのノズルから同時に繰り出し、１つの巻芯に巻回する場合には、通常ノズルが巻芯回りに１回回転する毎に１回２本の線材が交叉する。このときに生ずる線材の交叉部がノズルの外に繰り出されず、ノズルの内部に留まってしまうことがある。このような留まりが累積して、一度にノズル外部に繰り出されると、ボビンの巻回に巻き乱れが生ずる。そのため、線材を整列にボビンに巻線することが出来ず、線材間に余分な隙間が生じ、線材の占積率が低下し、コイル特性が低下してしまう問題が生じていた。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、複数の線材を１つの巻芯に巻回する時に生じる交叉部を、ノズルから繰り出された所定の位置で生じさせ、ボビンに巻線し、巻き乱れを防止する巻線機を提供することを目的とする。

本発明は、線材を繰り出す複数の繰出ノズルを１つの巻芯の軸回りに回転して巻芯に線材を巻回する第１ノズル回転機構と、前記第１ノズル回転機構を回転する第１スピンドル回転機構と、前記第１ノズル回転機構に線材を送り出す複数の送出ノズルを前記第１ノズル回転機構と同方向に回転させる第２ノズル回転機構と、前記第２ノズル回転機構を回転する第２スピンドル回転機構と、を備え、前記第１スピンドル回転機構は、前記巻芯と同軸上に配置され、回転を拘束された第１スピンドル支持軸と、この第１スピンドル支持軸と同軸に回転する第１スピンドルとを備え、前記第１ノズル回転機構は、前記第１スピンドルの端面に、第１スピンドルの中心軸と平行にオフセットして回転自在に取り付けられた第１プーリと、この第１プーリに取り付けられた前記複数の繰出ノズルと、前記第１スピンドル支持軸に固定された第２プーリと、これらのプーリ間に掛け渡される第１連結部材とを備え、前記第２スピンドル回転機構は、前記第１スピンドル回転機構に対して所定の間隔を持って設けられ、回転を拘束された第２スピンドル支持軸と、前記第２スピンドル支持軸と同軸に回転する第２スピンドルとを備え、前記第２ノズル回転機構は、前記第１スピンドル回転機構が配置される側とは反対側の前記第２スピンドルの端面に、第２スピンドルの中心軸と平行にオフセットして回転自在に取り付けられた第３プーリと、前記第３プーリに取り付けられた前記複数の送出ノズルと、前記第２スピンドル支持軸に固定された第４プーリと、これらのプーリ間に掛け渡される第２連結部材とを備え、前記第１プーリと前記第２プーリの前記第１連結部材に対する接触径を同一とし、前記第３プーリと前記第４プーリの前記第２連結部材に対する接触径を同一として、前記第１スピンドル及び前記第２スピンドルを同一方向に同期して回転させることで、前記第１プーリを前記第２プーリの周囲に公転させつつ自転させ、前記第３プーリを前記第４プーリの周囲に公転させつつ自転させ、前記複数の送出ノズルと前記複数の繰出ノズルとの位置関係を同一に保つとともに、前記第１プーリの前記複数の繰出ノズルの姿勢を一定に維持し、前記複数の繰出ノズルの１回の回転につき所定の位置で前記繰出ノズルからそれぞれ繰り出された線材を交叉させて巻線する。

本発明によると、複数の繰出ノズルが、その姿勢を変えないように第１スピンドルの軸中心に公転と自転を行うため、一回転中に必ず線材が交叉し、かつ交叉する位置が決められるので、線材を整列にボビンに巻線することが出来、線材間に余分な隙間が生じさせることがなく、線材の占積率が低下やコイル特性の低下を抑制することができる。また、送出ノズルから導入される線材は、送出ノズルから繰出ノズルまでの間で交叉することがない。

図１は本発明の第１実施形態の巻線機１を示す斜視図である。また、図２は側断面図である。図示されるように、巻線機１は、固定された巻芯としてのボビン７の回りに線材９を繰り出すノズルを回転して線材９を自動的にボビン７に巻回するものである。

図において、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が水平左右方向、Ｙ軸が水平前後方向、Ｚ軸が垂直方向に延びるものとし、以下、本発明の巻線機１の構成について説明する。

本発明の巻線機１は、図１、図２に示すように、水平面を有するベース１００上に設置されており、ボビン７に線材９を巻回する第１ノズル回転機構３０を備えた第１スピンドル回転機構１０と、第２ノズル回転機構４０を備えた第２スピンドル回転機構２０とから構成される。

第１スピンドル回転機構１０は、ベース１００上に柱状のヘッド１６が立設され、ヘッド１６の中央部には、Ｙ方向に貫通孔１６ａが形成されている。この貫通孔１６ａに外径部が嵌合する第１ベアリング１７が備えられ、第１ベアリング１７の内径部は環状の第１スピンドル１１の外径部と嵌合する。さらに、第１スピンドル１１の中心軸と同軸上に第１スピンドル支持軸１８が、第２ベアリング１９を介して第１スピンドル１１に回転自在に支持される。したがって、ベース１００上に固定されたヘッド１６に対して、第１スピンドル１１と第１スピンドル支持軸１８は、回転自在に支持されている。

第１スピンドル１１の両端面１１ａ、１１ｂはＸ−Ｚ平面に平行な平面として形成され、ボビン７側の一端面１１ａには後述する第１ノズル回転機構３０の第１プーリ３２を回転自在に支持するための位置決め部材６０が固定され、他端面１１ｂには第１スピンドル１１と略同径の回転プーリ１２が同軸的に固定される。この回転プーリ１２は、ベルト１４を介して他の回転プーリ１３に接続されており、他の回転プーリ１３を回転させるスピンドルモータ１５が備えられ、スピンドルモータ１５が回転することにより、回転プーリ１２が回転する。結果として回転プーリ１２が固定された第１スピンドル１１も回転する。なお、回転プーリ１２には、その内側を線材９が通過するための貫通孔（不図示）が形成される。

第１スピンドル１１の一端面１１ａ側には、第１ノズル回転機構３０が設置される。第１ノズル回転機構３０は、位置決め部材６０に回転自在に支持されたＹ軸方向に伸びるプーリ軸３２ａに固定された第１プーリ３２と、第１スピンドル支持軸１８に固定された第２プーリ３３と、第１、第２プーリ間に掛け渡されるベルト３４とから構成される。

ここで、第１、第２プーリ３２、３３のベルト接触半径は、同一径として構成され、また第１プーリ３２には、線材９が繰り出される２本のノズル３１ａ、３１ｂが並列して設置される。パイプ状のノズル３１ａ、３１ｂは、第１プーリ３１をＹ方向に貫通して、例えば水平に設置される。線材９は、第１スピンドル１１をＹ方向に貫通する貫通孔１１ａを経由してノズル３１ａ、３１ｂから繰り出され、第１スピンドル支持軸１８と同軸上のボビン取付軸７ａに取り付けられたボビン７に巻回される。

ノズル３１ａ、３１ｂの移動軌跡について説明すると、スピンドルモータ１５の作用により第１スピンドル１１が回転すると、第１スピンドルに回転自在に支持された第１プーリ３２もまた、第１スピンドル支持軸１８および第２プーリ３３回りに回転する。このとき第１、第２プーリ３２、３３はベルト３４により接続しており、また、各プーリのベルト接触径は同じであり、また、第１スピンドル支持軸１８は、後述するように回転を拘束されているので、第１プーリ３２に設けられたノズル３１ａ、３１ｂは、その姿勢を一定にしたまま、第１スピンドル支持軸１８回りを回転することになる。言い換えると、第１スピンドル支持軸１８と同軸上にボビン７を設置することで、ノズル３１ａ、３１ｂがボビン７回りを回転することになり、ノズル３１ａ、３１ｂから繰り出される線材９がボビン７に巻回される。

第１スピンドル回転機構１０に対して所定の間隔を持ってヘッド２６に設けられる第２スピンドル回転機構２０は、第１スピンドル回転機構１０とスピンドル支持軸の高さが異なるのみで、他の構成については第１スピンドル回転機構１０と同じ構成である。ただし、その向きが反対に設置され、第１スピンドル回転機構１０の回転プーリ１２と第２スピンドル回転機構２０の回転プーリ２２が対面するように設置される。線材９は、第２スピンドル回転機構２０に備えられた第２ノズル回転機構４０のノズル４１ａ、４１ｂに導入され、ついで第２スピンドル２１の貫通孔２１ａ内を通過して第１スピンドル回転機構１０に送られ、第１スピンドルの貫通孔１１ａを通過してノズル３１ａ、３１ｂから繰り出され、ボビン７に巻回されることとなる。ボビン７に巻回される複数の線材９は、図示されない線材源から供給され、線材源から供給された線材９は、図示されないテンション装置を介して略一定の張力が付与される。

さらに第２スピンドル回転機構２０の第２スピンドル支持軸２８の中心軸が、第１スピンドル回転機構１０の第１スピンドル支持軸１８の中心軸とＺ軸方向にオフセットして設置される。そして、相対する第１、第２スピンドル支持軸１８、２８の端部をジョイント５０で連結する。このように第１、第２スピンドル支持軸１８、２８の端部をジョイント５０で連結することで、第１、第２スピンドル支持軸１８、２８の回転が互いに拘束され、第１、第２スピンドル支持軸１８、２８は静止状態を維持することになる。なお、第１スピンドル支持軸１８の回転を拘束する機構としては、たとえば、特願平１０−２９９６７７のように、永久磁石を用いて、拘束してもよい。

また、第１、第２スピンドル回転機構１０、２０のスピンドルモータ１５、２５は、第１、第２スピンドル１１、２１が同一方向に同一回転速度で同期して回転するよう運転される。

次に、このように構成された巻線機１の巻線動作について説明する。

まず、ボビン７を所定位置にその中心軸をＹ方向と平行に固定する。

次に、ノズル３１ａ、３１ｂからそれぞれ繰り出される線材９の先端部をボビン７の端子（図示せず）に係止する。

続いて、スピンドルモータ１５、２５を同期稼動して第１、第２スピンドル回転機構１０、２０の第１、第２スピンドル１１、２１を回転させるとともに、線材９を第２ノズル４１ａ、４１ｂに導入する。スピンドルの回転により、第１ノズル回転機構３０のノズル３１ａ、３１ｂから繰り出される線材９がボビン７に巻回される。

ここで、第１スピンドル回転機構１０による巻線動作を詳しく説明すると、スピンドルモータ１５が起動して、その回転がベルト１４から回転プーリ１２に伝達される。回転プーリ１２と一体化した第１スピンドル１１が回転し、この第１スピンドル１１に接続する第１プーリ３２が第１スピンドル支持軸１８（＝ボビン７）を中心として回転する。したがって、第１プーリに固定されたノズル３１ａ、３１ｂから繰り出された線材９が、第１スピンドル支持軸１８と同軸に設置されたボビン７に巻回されることになる。このとき、第１プーリ３２が第１スピンドル１１に回転自在に支持されるとともに、第１プーリ３２と第２プーリ３３とがベルト３４を介して接続され、各プーリ３２、３３のベルト３４に対する接触径が同一に構成されているため、第１プーリ３２は回転を拘束された第２プーリ３３の周囲を第１スピンドル１１と一体的に公転するとともに自転することになり、その時ノズル３１ａ、３１ｂの姿勢を一定に保ったまま公転及び自転する。

なお、第１、第２スピンドル回転機構１０、２０の各スピンドル１１、２１は同期して回転する。ノズル３１ａ、３１ｂとノズル４１ａ、４１ｂとは同一位置関係を保ったまま、公転する。このため、ノズル４１ａ、４１ｂから導入される線材９は、ノズル４１ａ、４１ｂからノズル３１ａ、３１ｂまでの間で交叉することはない。そして前述の通り、線材９を繰り出すノズル３１ａ、３１ｂがそのノズルの姿勢を維持したまま、第１スピンドル軸中心に回転される。このため、ノズル３１ａ、３１ｂから繰り出された線材９は、ボビン７ヘの巻回時に、ノズル３１ａ、３１ｂの一回の回転につき１度、ボビン７側の所定の回転位置で交叉することになる。

このような構成とすることにより、１対のノズル３１ａ、３１ｂが、例えば水平方向に配され、その姿勢を一定に保ったまま、第１スピンドル１１の軸中心に回転する。この場合に、一方のノズル３１ａが、第１スピンドル軸１１の中心からみて他方のノズル３１ｂに対し外径側から内径側にその位置を変えるときに、ノズルから繰り出される２本の線材９が交叉することになる。このように、ノズルの一回の回転中に必ず複数の線材９が交叉し、かつその交叉する回転位置が定められるので、ボビン７に線材９を巻線する場合に、交叉位置の整った線材を整列してボビンに巻線することが出来、線材間に余分な隙間が生じさせることがなく、線材の占積率が低下やコイル特性の低下を抑制することができる。また、交叉位置を念頭において、巻線プログラムを作成することが出来るので、ボビン７ヘの巻線に対し、巻き乱れが生じないよう工夫することが出来る。

こうしてボビン７への巻線が終了すると、線材９を図示しないカッタにより切断し、ボビン７を取り外す。

以上のように巻線機１は、ノズル回転機構３０のノズル３１ａ、３１ｂがボビン７の回りを回転し、ノズル回転機構３０から繰り出される線材９がボビン７へと巻回される。

したがって、本発明は、独立して設けられた複数のノズルがボビン回りに一回回転する毎にノズルから繰り出された線材を所定の位置で交叉させるので、線材を整列にボビンに巻線することが出来、線材間に余分な隙間が生じさせることがなく、線材の占積率が低下やコイル特性の低下を抑制することができる。また、ボビン７に線材を巻線する場合に交叉位置を念頭において、巻線プログラムを作成することが出来るので、ボビン７ヘの巻線に対し、巻き乱れが生じないよう工夫することが出来る。

また、スピンドル回転機構は、第１スピンドル支持軸１８と同軸方向に、かつオフセットして配置された第２スピンドル支持軸２８と、この第２スピンドル支持軸回りに回転する第２スピンドル２１とを備え、第１スピンドル支持軸１８の回転は、第１、第２スピンドル支持軸１８、２８をオフセット状態で接続することにより拘束されるため、従来装置のように歯車機構や強力な永久磁石を用いることなく、ヘッド部の構造を簡素化できる。

本発明は上記の実施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。

本発明の巻線機は、ボビンに線材を巻回する装置に限らず、種々の巻芯に線材を巻回する装置に適用できる。

本発明の実施形態を示す巻線機の斜視図。 同じく巻線機の断面図。

符号の説明

１ 巻線機
７ ボビン（巻芯）
９ 線材
１０ 第１スピンドル回転機構
１１ 第１スピンドル
１１ａ 貫通孔
１８ 第１スピンドル支持軸
２０ 第２スピンドル回転機構
２１ 第２スピンドル
２１ａ 貫通孔
２８ 第２スピンドル支持軸
３０ 第１ノズル回転機構
３１ａ ノズル
３１ｂ ノズル
３２ 第１プーリ
３３ 第２プーリ
３４ ベルト
４０ 第２ノズル回転機構
５０ ジョイント

Claims (5)

1. 線材を繰り出す複数の繰出ノズルを１つの巻芯の軸回りに回転して巻芯に線材を巻回する第１ノズル回転機構と、
   前記第１ノズル回転機構を回転する第１スピンドル回転機構と、
   前記第１ノズル回転機構に線材を送り出す複数の送出ノズルを前記第１ノズル回転機構と同方向に回転させる第２ノズル回転機構と、
   前記第２ノズル回転機構を回転する第２スピンドル回転機構と、を備え、
   前記第１スピンドル回転機構は、
   前記巻芯と同軸上に配置され、回転を拘束された第１スピンドル支持軸と、
   この第１スピンドル支持軸と同軸に回転する第１スピンドルとを備え、
   前記第１ノズル回転機構は、
   前記第１スピンドルの端面に、第１スピンドルの中心軸と平行にオフセットして回転自在に取り付けられた第１プーリと、
   この第１プーリに取り付けられた前記複数の繰出ノズルと、
   前記第１スピンドル支持軸に固定された第２プーリと、
   これらのプーリ間に掛け渡される第１連結部材とを備え、
   前記第２スピンドル回転機構は、前記第１スピンドル回転機構に対して所定の間隔を持って設けられ、
   回転を拘束された第２スピンドル支持軸と、
   前記第２スピンドル支持軸と同軸に回転する第２スピンドルとを備え、
   前記第２ノズル回転機構は、
   前記第１スピンドル回転機構が配置される側とは反対側の前記第２スピンドルの端面に、第２スピンドルの中心軸と平行にオフセットして回転自在に取り付けられた第３プーリと、
   前記第３プーリに取り付けられた前記複数の送出ノズルと、
   前記第２スピンドル支持軸に固定された第４プーリと、
   これらのプーリ間に掛け渡される第２連結部材とを備え、
   前記第１プーリと前記第２プーリの前記第１連結部材に対する接触径を同一とし、前記第３プーリと前記第４プーリの前記第２連結部材に対する接触径を同一として、前記第１スピンドル及び前記第２スピンドルを同一方向に同期して回転させることで、前記第１プーリを前記第２プーリの周囲に公転させつつ自転させ、前記第３プーリを前記第４プーリの周囲に公転させつつ自転させ、
   前記複数の送出ノズルと前記複数の繰出ノズルとの位置関係を同一に保つとともに、前記第１プーリの前記複数の繰出ノズルの姿勢を一定に維持し、前記複数の繰出ノズルの１回の回転につき所定の位置で前記繰出ノズルからそれぞれ繰り出された線材を交叉させて巻線することを特徴とする巻線機。
2. 前記第１スピンドルは、回転中心軸と平行な貫通孔を備え、
   前記線材は、この貫通孔を通って、前記繰出ノズルに送出されることを特徴とする請求項１に記載の巻線機。
3. 前記第２スピンドル支持軸は、前記第１スピンドル支持軸の軸方向にオフセットして配置され、
   前記第１スピンドル支持軸及び前記第２スピンドル支持軸の回転は、前記第１、第２スピンドル支持軸を接続することにより拘束されることを特徴とする請求項１に記載の巻線機。
4. 前記第１、第２スピンドルは、それぞれの回転中心軸と平行な貫通孔を備え、
   前記送出ノズルからの線材は、これら貫通孔を通って、前記繰出ノズルに送出されることを特徴とする請求項１に記載の巻線機。
5. 線材を繰り出す複数の繰出ノズルを１つの巻芯の軸回りに回転して巻芯に線材を巻回する第１ノズル回転機構と、前記第１ノズル回転機構を回転する第１スピンドル回転機構と、前記第１ノズル回転機構に線材を送り出す複数の送出ノズルを前記第１ノズル回転機構と同方向に回転させる第２ノズル回転機構と、前記第２ノズル回転機構を回転する第２スピンドル回転機構と、を備え、前記第１スピンドル回転機構は、前記巻芯と同軸上に配置され、回転を拘束された第１スピンドル支持軸と、この第１スピンドル支持軸と同軸に回転する第１スピンドルとを備え、前記第１ノズル回転機構は、前記第１スピンドルの端面に、第１スピンドルの中心軸と平行にオフセットして回転自在に取り付けられた第１プーリと、この第１プーリに取り付けられた前記複数の繰出ノズルと、前記第１スピンドル支持軸に固定された第２プーリと、これらのプーリ間に掛け渡される第１連結部材とを備え、前記第２スピンドル回転機構は、前記第１スピンドル回転機構に対して所定の間隔を持って設けられ、回転を拘束された第２スピンドル支持軸と、前記第２スピンドル支持軸と同軸に回転する第２スピンドルとを備え、前記第２ノズル回転機構は、前記第１スピンドル回転機構が配置される側とは反対側の前記第２スピンドルの端面に、第２スピンドルの中心軸と平行にオフセットして回転自在に取り付けられた第３プーリと、前記第３プーリに取り付けられた前記複数の送出ノズルと、前記第２スピンドル支持軸に固定された第４プーリと、これらのプーリ間に掛け渡される第２連結部材とを備える、巻線機で巻線を行う巻線方法において、
   前記複数の送出ノズルを、前記複数の繰出ノズルとの位置関係を同一に保ちながら前記第４プーリの周囲に回転させ、
   前記複数の繰出ノズルを、その姿勢を一定に維持したまま、１つの巻芯の軸回りに回転させ、前記複数の繰出ノズルそれぞれから繰り出される線材を前記複数の繰出ノズルの１回の回転につき所定の位置で交叉させて前記巻芯に巻線することを特徴とする巻線方法。

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