JP6095193B1 - ニードル進退手段及び巻線機 - Google Patents

Abstract

【課題】磁極ティースの周りにニードルを高速で周回させても、巻線されたコイル線の整列精度を高く保つことが可能なニードル進退手段、及び前記ニードル進退手段を備えた直巻式巻線機を提供すること。【解決手段】直巻式巻線機をなすニードル進退手段を、ニードル進退運動用のサーボモータを周回運動用の機構から影響されないように配設した。サーボモータの回転運動を軸体により伝達し、外筒を揺動させる運動に変換させ、外筒と内筒の間に中間筒を配設させ、外筒だけに伝えた揺動運動によって、内筒と外筒に位相差を発生させるように構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の磁極ティースを内面に備えた円環状断面のステータコアの内径側から、複数箇所の磁極ティースに、同時にコイル線を巻線させるように、コイル線を送出させる細筒体（以下「ニードル」という。）を進退させるニードル進退手段及び直巻式巻線機に関する。具体的には、磁極ティースの周りにニードルを高速で周回させても、巻線されたコイル線の整列精度を高く保つことが可能なニードル進退手段、及び前記ニードル進退手段を備えた直巻式巻線機に関する。

直巻式巻線機によれば、ニードルは、軸方向に沿った往復直線運動と周方向に沿った往復揺動運動とが合成されて周回運動され、磁極ティースの周りにコイル線を巻線させている。また、コイル線を磁極ティースの周りに一周回させる毎に、ニードルをコイル線一本分の寸法で径方向に進退させて、コイル線を磁極ティースに整然と並ぶように巻線させている。

ニードルを進退させる技術として、螺旋状のカム溝を刻設させてカム板とした円盤と、カムフォロアを設けたニードルを径方向に摺動自在に配設させた円盤とを重ねて、複数のニードルを放射状に進退させる技術が知られている。２つの円盤が、外筒と、コイル線を案内させる内筒により回動自在に個別に支えられて、外筒と内筒の回動に位相差がない状態ではニードルが進退されず、位相差が発生された状態ではニードルが進退するようにされている。

この外筒と内筒の往復運動に位相差を発生させる技術の一つとして、特許文献１には、内筒と外筒とを２つのタイミングベルトを介して回動運動させる技術が開示されている。２つのタイミングベルトの一方は、可動プーリを介して巡回されている。この可動プーリの位置が変えられることにより、可動プーリに引っ掛けられたタイミングベルトが辿る経路が変えられ、内筒と外筒との間に位相差が発生される。

しかし、タイミングベルトは内面に咬合溝を有してはいるが、タイミングベルトが長いため弛みやすいことに加えて、揺動運動させるためには往復運動が必要であるため、タイミングベルトの咬合溝がずれる現象が発生しやすく、位相差を発生させるタイミングが狂いやすいという課題があった。この技術によれば、タイミングベルトの咬合溝のずれの発生を防止するために、タイミングベルトを高速で巡回させることができないと共に、巻線されたコイル線の整列精度を高くすることが困難であるという課題があった。

特許文献２には、一方の円盤のヘッド部に、カム板と位相差発生用のモータとを内蔵させた巻線機の技術が開示されている。この技術によれば、ヘッド部に内蔵させた位相差発生用のモータを回転させて、２つの円盤に位相差を発生させることが可能であり、比較的簡易な構成によりニードルを進退させることができるとされている。

しかし、ニードルを進退させるヘッド部に位相差発生用のモータを備えさせているため、ヘッド部が大きくなり、巻線空間が小さい小型モータ用のステータコアには適用が困難であるという課題があった。また、モータ自体が往復移動することにより、エンコーダ等の精密部品や、モータ回線等の故障により機器の耐久性が低下しやすく、ヘッド部を高速に回動させることが困難であった。更に、モータを搭載したヘッド部の重量が重くなるため、振動がニードルに伝わりやすいという課題があった。この技術によっても、巻線されたコイル線の整列精度を高くすることが困難であるという課題があった。

特許文献３には、外筒と内筒とを、夫々別のモータにより往復回転させて、ニードルを周回運動させると共に進退運動させる技術が開示されている。この技術によれば、いずれかのモータの停止により、２つの円盤の回動がずれ、位相差が発生されてニードルを進退させている。この技術によれば、磁極ティースに速く巻線するためには、周回運動用のモータを速く往復回転させる必要がある。

しかし、高速で回転されているモータを、短時間の間に停止させる場合には、微振動を伴うと共に、停止位置が目標値を超えるオーバーシュートの現象が発生する。周回運動用のモータを高速に回動させると、回転を反転させる際にオーバーシュートが発生するため、ニードルの先端の位置が設定軌道を外れやすく、径方向にも巻線が不揃いを発生させやすいという課題があった。この技術によっても、高速で巻線させた場合には、巻線されたコイル線の整列精度を高くすることが困難であるという課題があった。

特許文献１：特開２０００−２４５１２１号公報
特許文献２：特開２０００−１７５４１５号公報
特許文献３：特開２００２−２０８５３０号公報

本発明が解決しようとする課題は、磁極ティースの周りにニードルを高速で周回させても、巻線されたコイル線の整列精度を高く保つことが可能なニードル進退手段、及び前記ニードル進退手段を備えた直巻式巻線機を提供することである。

本発明の第１の発明のニードル進退手段は、コイル線を送出させる複数のニードルと、前記コイル線を案内させる内筒と、外筒と、前記内筒と前記外筒に連結される中間筒と、重ねられた２つの円盤とを含み、一方の前記円盤は、螺旋状のカム溝を有し、他方の前記円盤は、径方向に延びる直線状のニードル摺動溝を有し、各々の前記円盤は、前記中間筒又は前記内筒のいずれか一方に回動自在に支えられ、前記内筒は前記中間筒と周方向の揺動運動のみを許容する第１の連結手段で連結され、前記外筒は前記中間筒と軸方向のみの直線運動のみを許容する第２の連結手段で連結され、前記外筒と一体に回動される前記中間筒と、前記内筒との回動により発生された位相差により、前記ニードルに設けられたカムフォロアが前記カム溝に沿って摺動され、前記複数のニードルの先端が径方向に進退運動されるニードル進退手段において、前記ニードル進退手段は、回転運動発生手段と、揺動運動発生手段とを含み、前記回転運動発生手段をなすサーボモータが、前記外筒から離間された状態で基台に固定され、前記揺動運動発生手段が、運動伝達手段と運動方向変換手段とを備え、前記運動伝達手段が軸体をなし、前記サーボモータが発生させた回転運動を前記外筒の側面に、前記外筒の軸方向と交差する方向に伝達させ、前記運動方向変換手段が、前記側面に伝達された回転運動を、前記外筒を揺動させる揺動運動に変換させて前記位相差を発生させることを特徴としている。

回転運動発生手段をなすサーボモータの正逆回転運動によって振動が発生しても、サーボモータが外筒から離間された状態で基台に固定されているため、カム溝を配設させた円盤、又はニードルを配設させた円盤に振動が伝わりにくい。また周回運動を構成するために高速回転されるサーボモータとも切り離されているため、周回運動用のサーボモータにオーバーシュートが発生して、微振動が発生してもニードル進退手段をなすサーボモータは影響を受けない。

揺動運動発生手段をなす運動伝達手段により、ニードル進退手段をなすサーボモータが発生させた回転運動を、外筒の側面に伝達させている。また、運動方向変換手段により外筒の軸方向と交差する方向に伝達された回転運動を、外筒を軸方向に揺動させる回転運動に変換させている。例えば、入力軸と出力軸とが交差されているウォームギア、かさ歯車、クラウンギア等により、回転運動の運動方向を変換させればよい。運動伝達手段が軸体からなり、交差する方向に回転運動を変換させてから回転運動を伝達させるため、タイミングベルトのように弛みが発生せず、高い動作応答性と精度により、外筒を揺動運動させることができる。

なお、中間筒が、内筒と周方向の揺動運動のみを許容する第１の連結手段で連結され、外筒と軸方向のみの直線運動のみを許容する第２の連結手段で連結されている。外筒に伝達された回転運動は中間筒を回転運動させるが、内筒は中間筒とは揺動運動が許容されているため、外筒に伝達された回転運動は内筒には伝達されず、前記外筒と一体に回動される前記中間筒と内筒に位相差が発生される。

本発明の第１の発明によれば、回転運動発生手段をなすサーボモータの回転運動が高い動作応答性と精度により、外筒を揺動させる揺動運動として伝達され、外筒と内筒に位相差が発生される。これにより、高い生産効率を得るために、ニードルの先端の周回運動を速くさせても、それに応じた速度でニードルを進退運動させることが容易で、巻線されたコイル線の整列精度を高く保つことが可能である。

本発明の第２の発明は、第１の発明のニードル進退手段であって、前記軸体が、伸縮可能とされると共に、自在継手を介して前記サーボモータと前記運動方向変換手段とを連結させていることを特徴としている。

運動伝達手段が、自在継手を介して伸縮可能とされた軸体とされ、前記サーボモータと前記運動方向変換手段とを連結させている。軸体が、軸方向に伸縮可能とされると共に、自在継手によりサーボモータと運動方向変換手段とに連結されているため、サーボモータが基台に固定された状態で、サーボモータの回転運動発生部と、回転運動を伝達させる外筒の側面との距離が変動しても、回転運動が正確に伝達される。

また、内筒と中間筒と外筒とが同期されて軸動している場合には、軸体が伸縮可能とされているため、軸体から外筒に回転運動を阻害する力が作用されず、サーボモータが発生させた回転運動だけを正確に外筒に伝達させることができる。サーボモータの回転運動が、高い動作応答性で正確に外筒に伝達されることにより、巻線されたコイル線の整列精度を高くすることが可能である。

本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明のニードル進退手段であって、前記運動方向変換手段が、ウォームとウォームホイールからなるウォームギアを有し、前記ウォームが、前記軸体の外筒側の端部に固着され、前記ウォームホイールが、前記外筒の周囲に固着され、前記ウォームが前記ウォームホイールを回転させて前記外筒を揺動させることを特徴としている。

ウォームギアによれば、ウォームが回転されなければ、ウォームとウォームホイールとの咬合位置がずれることがなく、ウォームの回転のみによって位相差を発生させることができ好適である。具体的には、外筒と内筒とを同期させて往復運動させている間は、ウォームとウォームホイールとの咬合位置がずれず、同期状態が変化することがない。サーボモータの回転運動が、高い動作応答性で正確に外筒に伝達されることにより、巻線されたコイル線の整列精度を高くすることが可能である。

本発明の第４の発明は、磁極ティースの周囲にコイル線を巻線させる直巻式巻線機において、第１から第３の発明のニードル進退手段を備えていることを特徴としている。これにより、高い動作応答性があると共に、径方向の整列精度が高い電動子を製造できる直巻式巻線機を提供することができる。

・本発明の第１の発明によれば、高い生産効率を得るために、ニードルの先端の周回運動を速くさせても、それに応じた速度でニードルを進退運動させることが容易で、巻線されたコイル線の整列精度を高く保つことが可能であるという有利な効果を奏する。
・本発明の第２から第３の発明によれば、サーボモータの回転運動が、高い動作応答性で正確に外筒に伝達されることにより、巻線されたコイル線の整列精度を高くすることが可能である。
・本発明の第４の発明によれば、高い動作応答性があると共に、径方向の整列精度が高い電動子を製造できる直巻式巻線機を提供することができる。

巻線機を説明する説明図（実施例１）。 巻線状態とニードルの進退を説明する説明図（実施例１） ニードル進退手段の構成を説明する説明図（実施例１）。 運動伝達手段と運動方向変換手段の構成を説明する説明図（実施例１）。 ニードル進退手段の作用を断面により説明する説明図（実施例１）。 巻線機を断面により説明する説明図（実施例１）。 揺動運動発生手段を説明する説明図（実施例１）。 揺動運動発生手段を説明する説明図（実施例１）。

直巻式巻線機をなすニードル進退手段を、ニードル進退運動用のサーボモータを周回運動用の機構から影響されないように配設した。サーボモータの回転運動を弛むことがない軸体により伝達し、外筒を揺動させる運動に変換させ、外筒と内筒の間に中間筒を配設させ、外筒だけに伝えた運動によって、内筒と外筒に位相差を発生させるように構成した。

実施例１では、運動方向変換手段がウォームギアとされたニードル進退手段１を、図１から図８を参照して説明する。なお、図１では、本発明の主要な構成部分を実線で示し、その他の構成部分を破線で示している。また、図１では、内筒１０の想像線を一点鎖線で示している。図１では、コイル線が放射状に送出される方向を太線矢印により示している。

図１は、直巻式巻線機１００を説明する斜視図を示している。図２は、巻線状態とニードルの進退を説明する説明図を示している。図２は、図２（Ａ）図は、ステータコアの一部とニードルヘッド部１１を示し、図２（Ｂ）図は、ニードル１２とカム板２１をなす中間筒の天板部を示し、ニードルの先端１７がスロットの外端まで進んだ状態を示している。図３は、ニードル進退手段１の構成を説明する説明図を示している。図４は、運動伝達手段と運動方向変換手段の構成を説明する説明図を示している。図５は、ニードル進退手段の作用を断面により説明する説明図を示している。図６は、直巻式巻線機１００の機構を断面により説明する説明図を示している。図７、図８は、揺動運動発生手段を説明する説明図を示している。

まず、図１から図５を参照して、直巻式巻線機１００とニードル進退手段１の構成を説明する。直巻式巻線機１００は、ニードル１２の先端をステータコアの径方向に進退運動させるニードル進退手段１と、ニードルが取り付けられる内筒１０と、内筒の周囲に配設される外筒３０と、内筒と外筒との間に配設される中間筒２０（図３参照）とを備えている。この外に、ニードルの先端をステータコアの軸方向に往復直線運動させる直線運動手段８０（図６参照、破線で図示）と、ニードルの先端をステータコアの周方向に往復揺動運動させる往復揺動運動手段７０（図１参照、破線で図示）とを備えている。

ニードルの先端１７は、ステータコア１１０の軸方向への往復直線運動と、ステータコアの周方向への往復揺動運動の２つの運動が合成されて、磁極ティース１１１の周りに周回運動されると共に、１回の周回運動ごとにコイル線１本分の寸法だけステータコアの径方向に進退運動されて、コイル線１３０が径方向に整列された状態で一層巻線されている（図２（Ａ）図参照）。

ここで、図３を参照して、ニードルの先端１７に各々の運動を伝達させる内筒１０と中間筒２０と外筒３０の構成を説明する。図３（Ａ）図では、ステータコア１１０を破線で示している。図３（Ａ）図は、ニードルの先端１７がステータコアの端面から上方に出るように、内筒１０と中間筒２０が上方に移動されている状態を、断面図により示し、図３（Ｂ）図は、図３（Ａ）図のＡ−Ａ位置における断面図を示している。

内筒１０は、中心部がコイル線１３０を案内する中空の空間とされ、先端部はニードルヘッド部１１をなす円盤をなしている。円盤は上部円盤１３と下部円盤１４の２つとされ、上部円盤１３には、ニードル１２が径方向に摺動されるニードル摺動溝１５が放射状に刻設されている。下部円盤１４は、上部円盤１３よりも小径の円盤とされている。

中間筒２０は、カム板２１をなす円盤と、内筒１０と外筒３０とがなす隙間に挿通される胴体部２３とを備えている（図３（Ａ）図，図３（Ｂ）図参照）。カム板２１は、前記上部円盤１３と同一外径とされ、３本の螺旋形状のカム溝２２が刻設されている（図２（Ｂ）図参照）。胴体部２３は上方が拡径された拡径部２４とされ、その周縁部２５が立設され、拡径部２４に前記下部円盤１４が格納される。また、中間筒２０の下方外面には、軸方向に沿って、第２の連結手段をなす筋状の凸部２６が軸方向に形成される（図３（Ｂ）図参照）。

前記拡径部２４に、内筒の下部円盤１４を格納させた状態で、カム板２１が被せられ、下部円盤１４が中間筒２０に囲まれる。内筒１０の端面に接して内筒の上部円盤１３が被せられ、内筒が一体化される。なお、中間部２０と内筒１０とは複数の部品が、前記形状にボルト等により結合されて、前記の形状とされればよい。

第１の連結手段は、前記のように、ニードルヘッド１１に設けられる内筒の下部円盤１４が、中間筒のカム板２１と拡径部２４と周縁部２５に囲まれて構成される。下部円盤１４は、中間筒のカム板２１と拡径部２４と周縁部２５に囲まれているため、内筒１０と中間筒２０とは軸方向には一体に直線運動され、周方向には夫々回動自在とされる。

コイル線を送出させるニードル１２は、内筒の上部円盤１３に刻設された直線状のニードル摺動溝１５に摺動自在に装着され（図２（Ｂ）図参照）、ニードル１２の下部に形成された突出部からなるカムフォロア１６が、中間筒のカム板２１に刻設されたカム溝２２に沿って摺動される。外筒３０に揺動運動が伝達され、内筒１０と外筒３０とに位相差が発生されると、カムフォロア１６がカム溝２２に沿って摺動され、各々のニードル１２が同時に径方向に進退運動される（図２（Ｂ）図参照）。

外筒３０は、中心部が中空とされた筒体とされ、内部に中間筒２０と内筒１０とが挿通されている。外筒３０の内面には、第２の連結手段をなす筋状の凹部３１が軸方向に形成されている（図３（Ｂ）図参照）。中間筒の下方外面に形成された前記筋状の凸部２６と、前記筋状の凹部３１を第２の連結手段として、外筒３０と中間筒２０とが連結されている。そうすると、ニードルヘッド部１１がステータコアの軸方向に往復直線運動される際には、内筒１０と中間筒２０とは周方向には軸動されない状態で、内筒と中間筒とは軸方向には一体の状態で直線運動される。なお、外筒の天部３２の高さは一定とされている。

一方、外筒３０と中間筒２０は、凸部２６と凹部３１が嵌合されて周方向の回転運動は一体とされているため、ニードルヘッド部がステータコアの周方向に往復揺動運動される際には、外筒３０と中間筒２０は連動して回転される。ニードル進退手段１をなすサーボモータ６０が発生させた回転運動は、後述する軸体４０と、筐体部６１に格納されたウォームギア５０により伝達され、外筒３０を揺動運動させる。外筒３０に伝達された揺動運動は、第２の連結手段により中間筒２０に伝達され、内筒１０に対して位相差が発生される。

次に、図１及び図４から図８を参照して、ニードル進退手段１の構成を詳細に説明する。ニードル進退手段は、回転運動発生手段をなすサーボモータ６０と、揺動運動発生手段をなす運動伝達手段と運動方向変換手段を含んでいる。運動伝達手段は、両端に自在継手が装着された伸縮自在な軸体４０からなっている。運動方向変換手段は、ウォームギア５０からなり、外筒３０の側面に水平方向の軸回りに伝達された回転運動を垂直方向の軸回りの回転運動に変換している。なお、ウォームギア５０は、内筒１０の外周縁から連設された筐体部６１に格納されている（図４（Ａ）図参照）。

まず、図１を参照して、回転運動発生手段をなすサーボモータ６０について説明する。サーボモータ６０は、外筒３０から離間された基台１２０に固定されており、ニードルの先端がサーボモータの駆動によって発生される振動の影響を受けにくくされている（図１参照）。なお、本実施例では、サーボモータ６０の高さ方向の位置調整をするために、高さ調整用の架台１２１を介して、基台１２０に固定させている。また、サーボモータ６０は、ニードルを往復揺動運動させるサーボモータ７１、及びニードルを往復直線運動させるサーボモータ８１からも独立されている（図１，図６参照）。そのため、ニードル１２を磁極ティースの周りで周回運動させるためのサーボモータ７１，８１の影響を受けることもない。

次に、図１、図４及び図５を参照して、サーボモータ６０の回転運動をウォームギアに伝達させる軸体４０について説明する。図４（Ａ）図では、軸体４０の一部を切り欠いた状態を示している。図４（Ａ）図は、図５のＡ−Ａ位置における断面により、軸体４０とウォームギア５０の構成を説明する説明図を示し、図４（Ｂ）図は、図４（Ａ）図のＡ−Ａ位置における軸体４０の断面図を示している。図５において、矢印Ｂはウォームの回転方向を示し、矢印Ｃは内筒の回転方向を示し、矢印Ｄはニードルが退く方向を示し、矢印Ｅはタイミングベルトの回転方向を示し、矢印Ｆはカム機構の出力軸の回転方向を示している。

軸体４０は、主軸部４１が竿体４２と筒体４３が組み合わされてなり、竿体４２と筒体４３の対向面には、主軸部４１の軸方向に沿って伸びる凹凸溝４４が咬合溝として備えられている。そのため、主軸部４１は、軸方向の伸縮が許容されると共に、凹凸溝４４の咬合により竿体４２と筒体４３とが共回りされ、周方向の回転運動のみが伝達される（図４（Ｂ）図参照）。

また、軸体４０は、両端部が自在継手４５，４６とされ、連結対象との連結角度が変わっても、軸体４０からの回転運動が伝達される。軸体の主軸部４１は、外筒３０の軸方向と交差する方向に伸び、基端部の自在継手４５がサーボモータ６０の回転軸に連結され、先端部の自在継手４６がウォームギア５０に装着される（図１，図４参照）。そのため、サーボモータ６０の回転運動を、外筒３０の軸方向と交差する方向を中心軸として、外筒の側面に伝達可能である（図４（Ａ）図参照）。

軸体４０が回転されていない状態では、ニードルの先端１７を、周方向に往復揺動運動させると、内筒１０と外筒３０とが同期して往復揺動運動される。そうすると、基台に固定されたサーボモータ６０と、内筒の中心軸周りに回転されるウォーム５１との距離・相対角度も、往復揺動運動の状態に応じて変化される（図７参照）。その際、軸体４０は、距離・相対角度の変化に追従して、主軸部４１が伸縮されると共に、両端の自在継手４５，４６の連結角度が変化される（図７参照）。これにより、弛みが発生しない軸体により、サーボモータ６０の回転運動をウォームギア５０に伝達させることができ、高い動作応答性を得ることができる。

次に、図４を参照して、ウォームギア５０の構成を説明する。運動方向変換手段をなすウォームギア５０は、軸体４０の先端部に連結されるウォーム５１と、ウォームと咬合されるウォームホイール５２を備える（図４（Ａ）図参照）。ウォーム５１は、内筒１０に装着された軸受け部６３から連設された筐体部６１に格納されており、筐体部と一体に、内筒の中心軸周りに往復揺動運動される。

ウォームホイール５２は、筐体部６１に格納されると共に、外筒３０の周囲に一体に固着されており、ウォーム５１を回転させることにより、軸体４０により外筒の側面に伝達されたサーボモータ６０の回転運動を、外筒３０を揺動させる揺動運動に変換させている（図８参照）。前記揺動運動により、外筒３０と内筒１０との間に位相差が発生される。

ここで、図１、図５及び図６を参照して、ニードル１２を磁極ティースの周りに周回運動させる周回運動手段の一例の構成を簡単に説明する。周回運動手段は、往復揺動運動手段７０と直線運動手段８０とを備えている。なお、往復揺動運動手段７０と直線運動手段８０は、各図において破線で示している。往復揺動運動用のサーボモータ７１と、直線運動用のサーボモータ８１は、夫々基台１２０に独立して配設されている（図１，図６参照）。往復揺動運動用のサーボモータ７１が発生させた往復揺動運動と、直線運動用のサーボモータ８１が発生させた直線運動とが合成されて周回運動とされる。

直線運動用のサーボモータ８１が発生させた回転運動は、クランク機構８４により内筒１０を上下方向に直線運動させる。直線運動が伝達された内筒１０は、中間筒２０と一体に上下方向に直線運動される。往復揺動運動用のサーボモータ７１が発生させた往復揺動運動は、カム機構７４とリンク機構７６により、筐体部６１を軸回りに往復揺動運動させる。そして、筐体部６１から外筒３０と内筒１０とに往復揺動運動が伝達される。

詳細には、筐体部６１に伝達された往復揺動運動は、筐体部６１と内筒１０とを軸方向のみに直線運動させる軸受け部６３により、内筒に往復揺動運動が伝達されている。また、軸受け部６３と内筒１０とが面する位置には、軸方向に伸びる複数の直線溝６４が備えられ、直線溝に沿って複数のベアリング６５が嵌合されている（図５参照）。そのため、筐体部６１と内筒１０とは、内筒が往復揺動運動される際には、ベアリング６５が咬合されて、一体に往復揺動運動される。内筒が直線運動される際には、ベアリング６５が滑動されて、筐体部に対して内筒のみが往復直線運動される。

一方、外筒３０には、筐体部６１からウォームギア５０を通じて、往復揺動運動が伝達されている。そのため、外筒３０と内筒１０は、同じ筐体部６１から往復揺動運動が伝達されるが、外筒の往復揺動運動により内筒の往復揺動運動が影響されることがない。このため、軸体４０が、ウォームギア５０を回転させれば、外筒３０のみを揺動運動させることができ、外筒３０と内筒１０との間に位相差を発生させることができる（図５，図８参照）。なお、軸体を回転させない状態においては、外筒と内筒とが同期して往復揺動運動される（図７参照）。

次に、図５を参照して、ニードル１２をステータコアの周方向に移動させる往復揺動運動手段の一例を、簡単に説明する。往復揺動運動手段７０は、往復揺動運動用のサーボモータ７１と、サーボモータの回転運動をカム機構に伝達させるプーリ７２とタイミングベルト７３と、サーボモータの回転運動を往復揺動運動に変換させるカム機構７４と、カム機構から出力される往復揺動運動を伝達させるリンク機構７６とを備えている。カム機構７４は、往復揺動運動用のサーボモータ７１から入力された一方向のみの回転運動を、往の揺動運動、停止状態、復の揺動運動、停止状態を順に繰り返す往復揺動運動に変換させている。

リンク機構７６は、カム機構の出力軸７５に装着された揺動主動部７７と、揺動主動部から延びる一対の連結竿７９と、連結竿と連結される揺動従動部７８を有している（図５参照）。リンク機構７６は、いずれも剛性のある竿体等から構成されており、弛みや遊びが発生しにくく、動作応答性が高くされている（図５参照）。また、揺動従動部７８から垂下される連結軸６２により、筐体部６１に往復揺動運動が伝達される。

次に、図６を参照して、ニードル１２をステータコアの軸方向に移動させる直線運動手段８０の一例を、簡単に説明する。直線運動手段８０は、直線運動用のサーボモータ８１と、サーボモータにより回転される円盤８５と、円盤の中心軸８６から偏心された位置に配設された竿部８７と、ステータコアの軸方向に往復直線運動される板体８８とを備えている。

直線運動手段は、直線運動用のサーボモータ８１の一方向の回転運動から、往の直線運動、復の直線運動を順に繰り返す往復直線運動に変換させている。サーボモータ８１の出力軸には、プーリ８２が装着され、タイミングベルト８３により、円盤の中心軸８６に装着されたプーリを一方向に回転させている。前記中心軸８６が回転されると、円盤８５に備えられた竿部８７が円軌道を描くようにして、前記中心軸８６の周りを旋回される。

板体８８の中央部には、水平方向に伸びる長孔８９が穿孔されており、前記長孔８９に、竿部８７の先端部が挿通されている（図６参照）。旋回運動の垂直方向成分は、竿部８７が長孔８９を垂直方向に押圧させることにより、板体８８に伝達される。一方、旋回運動の水平方向成分は、竿部８７が長孔８９に沿って水平方向に移動されるため、板体８８には伝達されず、サーボモータ８１の一方向の回転運動から、往復直線運動のみが抽出される。

また、板体８８には、内筒１０を保持させる保持部９０が備えられ、往復直線運動を内筒１０に伝達させている。前記保持部９０と内筒１０の対向面には、夫々、周に沿って円周形状をなす円周溝９１が刻設されており、円周溝９１に複数のベアリング９２が嵌装されている（図６参照）。そのため、内筒１０が往復揺動運動される際には、ベアリング９２が滑動して内筒が回転することが許容される。板体８８が軸方向に往復直線運動される際には、ベアリング９２が咬合され、内筒１０が板体８８と共に往復直線運動される。

ここで、図７を参照して、ニードル１２を進退させていない状態での、ニードル進退手段１と往復揺動運動手段７０の動作状態を詳細に説明する。図７（Ａ）図は、往復揺動運動がされていない状態を示し、図７（Ｂ）図は、内筒１０と外筒３０とが中心軸に対して、反時計回りに回転され、筐体部６１が反時計回りに傾いている状態を示し、図７（Ｃ）図は、内筒１０と外筒３０とが中心軸に対して、時計回りに回転され、筐体部６１が時計回りに傾いている状態を示している。

筐体部６１に往復揺動運動が伝達されると、軸受け部６３が、筐体部６１と共回りされることにより、内筒１０に往復揺動運動が伝達される（図５，図７参照）。なお、軸体４０が回転されない限り、筐体部６１が回転されても、ウォーム５１とウォームホイール５２の咬合位置は変化されない。

そして、外筒３０と中間筒２０とが第２の連結手段により共回りし、中間筒２０が筐体部６１と同期した状態で、往復揺動運動される（図３参照）。そうすると、外筒３０と中間筒２０と内筒１０とが、同期して往復揺動運動されるため、中間筒２０と内筒１０との間に位相差が発生せず、ニードル１２は進退運動されない（図３参照）。

また、図上において、筐体部６１が反時計回りに傾いた状態（図７（Ｂ）図矢印Ｂ参照）では、軸体の主軸部４１が基端部を基準点として、時計回りに傾斜した状態となるように、両端部の自在継手の連結角度が変化し、サーボモータ６０とウォーム５１との連結角度の変化に対応している。また、竿体４２が筒部に収容されることにより、サーボモータ６０とウォーム５１の距離の変化に対応している（図７（Ｂ）図矢印Ａ参照）。図上において、筐体部６１が時計回りに傾いた状態（図７（Ｂ）図矢印Ｄ参照）では、主軸部４１が基端部を基準点として、反時計回りに傾斜した状態となると共に、竿体４２が筒部４３から引き出され、連結角度と距離の変化に対応される（図７（Ｃ）図矢印Ｄ参照）。

次に、図８を参照して、ウォームギア５０が回転され、ニードルの先端が径方向に進退される際のニードル進退手段の動作を説明する。図８（Ａ）図は、ニードルの先端１７がスロット１１２の外端に位置し、巻線工程が開始された状態を示している。図８（Ｂ）図は、ニードルの先端１７がスロットの内端近傍まで後退された状態を示している。図８（Ｃ）図は、ニードルの先端１７が、内端から前進するように反転され、下層に巻線されたコイル線１３０の上に、上層のコイル線１３１が重ねられた、巻線が開始される状態を示している。

外筒３０と内筒１０との間に位相差が発生されると、その位相差が第２の連結手段を介して中間筒２０に伝達される（図５参照）。そうすると、中間筒２０と内筒１０との間にも位相差が発生し、カムフォロア１６が位相差に応じて、カム溝２２に沿って摺動されることにより、ニードルの先端１７が径方向に進退運動される（図８参照）。

上述したように、往復揺動運動は、筐体部６１に直結された軸受け部６３により内筒１０に伝達される。一方、外筒３０には、ウォームギア５０を介して伝達されている。そのため、軸体４０を回転させると、内筒１０の往復回転動作に影響を及ぼすことなく、ウォーム５１が回転された分だけ、外筒３０のみを内筒に対して揺動運動させることができる（図８参照）。

ウォームギア５０の回転量は、ニードルが磁極ティースの周りを一周周回される間に、コイル線１本分の進退運動に必要な位相差を発生させるだけでよい。そのため、ニードル進退用のサーボモータに要求される回転運動の速度は、ニードルを周回運動させる場合と比べて、低い速度であればよく、進退運動を容易に周回運動に追従させることができる。そのため、ニードルの先端を高速周回運動させる場合であっても、サーボモータの回転による振動の発生を抑制でき、巻線の径方向の整列精度を高くできる。

また、サーボモータ６０の回転方向は、ニードルの先端１７がステータコアのスロット１１２の外端から内端まで移動する間は、一方向に回転されている（図８（Ａ）図，図８（Ｂ）図矢印Ａ参照）。そのため、筐体部６１の回転方向（図８（Ａ）図矢印Ｅ，図８（Ｂ）図矢印Ｆ参照）に拘わらず、軸体４０とウォーム５１とウォームホイール５２が、一方向に回転される（図８（Ａ）図，図８（Ｂ）図矢印Ｂから矢印Ｄ参照）。

そして、カムフォロア１６の摺動方向が反転されると、サーボモータ６０の回転方向が逆転される（図８（Ｃ）図矢印Ｇ参照）。それに伴い、軸体４０とウォーム５１とウォームホイール５２の回転方向が反対方向に切り替わる（図８（Ｃ）図矢印Ｈから矢印Ｊ参照）。そうすると、ニードルの先端１７の移動方向が進出方向に切り替わり、既に巻線されている下層のコイル線１３０の上に重なるように、上層のコイル線１３１の巻線が開始される（図８（Ｃ）図参照）。

（その他）
・実施例１では、周回運動として合成させる、揺動運動用のサーボモータと直線運動用のサーボモータは、独立された例を説明したが、これに限定されず、他の形態の周回運動手段に、本発明のニードル進退手段が適用されてもよいことは勿論のことである。
・実施例１では、中間筒にカム溝を設け、内筒にニードル摺動溝を設けたが、ニードルを上下反転させて中間筒にニードル摺動溝を設け、内筒にカム溝を設けてもよいことは勿論のことである。
・運動方向変換手段が、ウォームギア以外のかさ歯車等を使用する場合には、運動方向変換手段が受ける力よりも、サーボモータのトルクを大きくしておけば、歯車の咬合位置がずれることがなく、ウォームギアと同様の効果が得られる。
・今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記した説明に限られず特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…ニードル進退手段、１００…巻線機、
１０…内筒、１１…ニードルヘッド部、１２…ニードル、１３…上部円盤、１４…下部円盤、１５…ニードル摺動溝、１６…カムフォロア、１７…ニードルの先端、
２０…中間筒、２１…カム板、２２…カム溝、２３…胴体部、２４…拡径部、２５…周縁部、２６…凸部、
３０…外筒、３１…凹部、３２…天部、
４０…軸体、４１…主軸部、４２…竿体、４３…筒部、４４…凹凸溝、４５，４６…自在継手、
５０…ウォームギア、５１…ウォーム、５２…ウォームホイール、
６０…サーボモータ、６１…筐体部、６２…連結軸、６３…軸受け部、６４…直線溝、６５…ベアリング、
７０…往復揺動運動手段、７１…サーボモータ、７２…プーリ、７３…タイミングベルト、７４…カム機構、７５…出力軸、７６…リンク機構、７７…揺動主動部、７８…揺動従動部、７９…連結竿、
８０…直線運動手段、８１…サーボモータ、８２…プーリ、８３…タイミングベルト、８４…クランク機構、８５…円盤、８６…中心軸、８７…竿部、８８…板体、８９…長孔、９０…保持部、９１…円周溝、９２…ベアリング、
１１０…ステータコア、１１１…磁極ティース、１１２…スロット、１２０…基台、１２１…架台、
１３０，１３１…コイル線

Claims (4)

1. コイル線を送出させる複数のニードルと、前記コイル線を案内させる内筒と、外筒と、前記内筒と前記外筒に連結される中間筒と、重ねられた２つの円盤とを含み、一方の前記円盤は、螺旋状のカム溝を有し、他方の前記円盤は、径方向に延びる直線状のニードル摺動溝を有し、各々の前記円盤は、前記中間筒又は前記内筒のいずれか一方に回動自在に支えられ、前記内筒は前記中間筒と周方向の揺動運動のみを許容する第１の連結手段で連結され、前記外筒は前記中間筒と軸方向のみの直線運動のみを許容する第２の連結手段で連結され、前記外筒と一体に回動される前記中間筒と、前記内筒との回動により発生された位相差により、前記ニードルに設けられたカムフォロアが前記カム溝に沿って摺動され、前記複数のニードルの先端が径方向に進退運動されるニードル進退手段において、
   前記ニードル進退手段は、回転運動発生手段と、揺動運動発生手段とを含み、
   前記回転運動発生手段をなすサーボモータが、前記外筒から離間された状態で基台に固定され、
   前記揺動運動発生手段が、運動伝達手段と運動方向変換手段とを備え、
   前記運動伝達手段が軸体をなし、前記サーボモータが発生させた回転運動を前記外筒の側面に、前記外筒の軸方向と交差する方向に伝達させ、
   前記運動方向変換手段が、前記側面に伝達された回転運動を、前記外筒を揺動させる揺動運動に変換させて前記位相差を発生させる、
   ことを特徴とするニードル進退手段。
2. 前記軸体が、伸縮可能とされると共に、自在継手を介して前記サーボモータと前記運動方向変換手段とを連結させている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のニードル進退手段。
3. 前記運動方向変換手段が、ウォームとウォームホイールからなるウォームギアを有し、
   前記ウォームが、前記軸体の外筒側の端部に固着され、
   前記ウォームホイールが、前記外筒の周囲に固着され、
   前記ウォームが前記ウォームホイールを回転させて前記外筒を揺動させる、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のニードル進退手段。
4. 磁極ティースの周囲にコイル線を巻線させる直巻式巻線機において、
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のニードル進退手段を備えている、
   ことを特徴とする直巻式巻線機。

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