JP7336825B2 - 巻線装置及び巻線方法 - Google Patents

Description

本発明は、線材源から繰出されて所定のテンションが付与された線材を巻芯に巻回する巻線装置及び巻線方法に関するものである。

従来、コイルを形成する巻線機に備えられるテンション装置として、図１２に示すように、線材源から繰出された線材２が掛け回されるキャプスタン３と、基端における回動支点４ａの回りで回動可能なテンションアーム４と、このテンションアーム４の先端に取付けられキャプスタン３から繰出される線材２を通過させた後に転向させて巻線機に導くガイドプーリ５と、テンションアーム４の回動支点４ａとガイドプーリ５との間の所定位置においてテンションアーム４にその回動角度に応じた弾性力を及ぼす弾性部材６と、テンションアーム４の回動角度を検出するポテンショメータ７と、このポテンショメータ７により検出された回動角度が所定の角度となるようにキャプスタン３の回転を制御して、そのキャプスタン３からガイドプーリ５を介して図示しない巻線機に向かう線材２の速度を制御する繰出用モータ８と、を備えた装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、線材２はガイドプーリ５を介して巻線機に導かれ、その巻芯に巻回されるけれども、この従来のテンション装置から繰出される線材２の繰出速度は、テンションアーム４の回動角度が所定の角度となるようにキャプスタン３の回転が制御され、その線材２の繰出速度は巻芯が巻取る線材の巻取速度と均衡を保ち、線材２には弾性部材６により弾性力が及ぼされたテンションアーム４により所定のテンションがかかった状態となっている。

この状態から、巻芯が巻取る線材の巻取速度に変動が生じると、線材２のテンションが変動するが、この変動分は、テンションアーム４が回動角度を変えることにより吸収される。そして、このテンションアーム４の回動角度の変化はポテンショメータ７を介してキャプスタン３の回転にフィードバックされるので、直ちにテンションアーム４の回動角度が所定角度となるように、繰出用モータ８によりキャプスタン３の回転速度が調整され、線材２にかかるテンションは所定値に戻されるとしている。

特開２０００－１２８４３３号公報）

上述したように、図１２に示す従来のテンション装置では、線材２の巻取速度の変動をテンションアーム４が回動角度を変えることにより吸収する。しかし、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であって、その短辺と長辺が著しく異なるような巻芯に対してその線材２を巻線する場合には、巻芯が１回転する間にその巻芯に巻回される線材２の速度は周期的に著しく変動する。すると、その速度の変動を吸収するテンションアーム４の回動角度は著しく増大し又は減少することになる。

即ち、キャプスタン３から繰出された線材２が、ガイドプーリ５において、図１２に示すように、テンションアームに対して略直角を成して折曲がるように転向して巻線機に導かれる場合で説明すると、その巻線機における線材２の巻取速度が高まって単位時間に所定の長さＬ１だけ余計に巻取られる場合には、ガイドプーリ５もその余計に巻取られる所定の長さＬ１だけ実線矢印で示すように巻線機側に引っ張られて移動することになる。そして、そのガイドプーリ５が先端に設けられたテンションアーム４は、弾性部材６の弾性力に抗して回動し、その先端におけるガイドプーリ５が所定の長さＬ１だけ移動することを許容することになる。

けれども、巻線機における巻芯に巻取られる線材２の速度の変動が著しく、その速度が一時に著しく上昇した場合には、その線材２にガイドプーリ５が勢いよく引っ張られることになり、そのガイドプーリ５が先端に設けられてその変動を吸収するテンションアーム４の回動がその引っ張られるガイドプーリ５の勢いに追従できず、そのテンションアーム４の先端に設けられたガイドプーリ５と巻芯との間の線材２に弾性部材６が及ぼす弾性力を越えたテンションが一時的に付与されることになる。

逆に、その巻線機における線材２の巻取速度が低下して単位時間に所定の長さＬ２だけ巻取られる量が減少する場合には、弾性部材６の弾性力によりガイドプーリ５はその減少した所定の長さＬ２だけ巻線機から離間する方向に移動することになり、そのガイドプーリ５が先端に設けられたテンションアーム４は、弾性部材６の弾性力によって回動し、その先端におけるガイドプーリ５が破線矢印で示すように、所定の長さＬ２だけ移動することを許容することになる。

けれども、巻線機における巻芯に巻取られる線材２の速度の変動が著しく、巻線機における巻芯に巻取られる線材２の速度が一時に著しく低下した場合には、その線材２がガイドプーリ５を引っ張る力が一時に著しく減少し、そのガイドプーリ５が先端に設けられてその変動を吸収するテンションアーム４はその慣性力によりその回動が弾性部材６の弾性力によっても追従できず、そのテンションアーム４の先端に設けられたガイドプーリ５と巻芯との間の線材２が一時的に緩むようなことが生じる。このため、従来のテンション装置では、巻線機における異径の巻芯に巻回される線材２の速度が著しく変動する場合には、その巻線機に送られる線材２のテンションを一定に保つことが難しいという問題点があった。

本発明の目的は、巻芯における線材の巻取速度が著しく変動する場合でも、その巻芯に巻回される線材のテンションを一定に保つことができる巻線装置及び巻線方法を提供することにある。

本発明は、巻芯と、線材を巻芯に供給する線材繰出機構と、線材繰出機構から巻芯に供給される線材に張力を付与するテンション装置と、巻芯を回転させて線材繰出機構から供給されてテンション装置により張力が付与された線材を巻芯に巻回させる巻芯回転手段と、巻芯回転手段を制御するコントローラとを備えた巻線装置の改良である。

その特徴ある構成は、線材繰出機構が線材の供給速度を可変可能に構成され、コントローラは、回転する巻芯に巻回される線材の巻取速度に等しい速度で線材を供給するように線材繰出機構を巻芯回転手段とともに制御するところにある。

この場合、線材繰出機構は、線材源から供給される線材が掛け回されるキャプスタンと、キャプスタンを回転させて掛け回された線材を巻芯に供給する繰出用モータとを備え、コントローラは、繰出用モータを制御して線材の巻取速度に等しい速度で線材を供給するように構成されたことが好ましい。

また、回転する巻芯に巻回される線材の巻取速度であって、予め算出された算出巻取速度を記憶する記憶手段が設けられる場合、コントローラは、記憶手段に記憶された算出巻取速度に従って線材を供給するように繰出用モータを制御することが好ましく、巻芯に関する情報を記憶する記憶手段と、巻芯に関する情報から巻芯に巻回される線材の巻取速度を算出する演算回路が設けられる場合、コントローラは、演算回路が算出した算出巻取速度に従って線材を供給するように繰出用モータを制御することが好ましい。

そして、線材繰出機構からテンション装置に向けて繰出される線材の速度を検出する繰出速度検出手段と、テンション装置を通過して巻芯に向かう線材の速度を検出する巻取速度検出手段とを備える場合、コントローラは、巻取速度検出手段の検出出力による実測巻取速度の速度変化の状態と繰出速度検出手段の検出出力による実測繰出速度の速度変化の状態の時間軸方向のずれをなくすように繰出用モータを制御することが好ましい。

一方、別の本発明は、巻芯を回転させて線材繰出機構から供給されてテンション装置により張力が付与された線材を巻芯に巻回させる巻線方法の改良である。

その特徴ある点は、巻芯に巻回される線材の巻取速度を算出して算出巻取速度を得、その算出巻取速度に等しい速度で線材繰出機構から線材を繰出すところにある。

この場合、線材源から供給される線材が掛け回されるキャプスタンを繰出用モータにより回転させて線材を巻芯に供給させ、モータを制御してキャプスタンの回転により巻芯に供給される線材の速度を算出巻取速度に一致させることが好ましい。

予め算出された算出巻取速度を記憶手段に記憶させる場合、記憶手段に記憶された算出巻取速度に従って線材を供給するように繰出用モータを制御することが好ましく、巻芯に関する情報を記憶手段に記憶させる場合、コントローラの演算回路により巻芯に関する情報から巻芯に巻回される線材の巻取速度を算出し、その演算回路が算出した算出巻取速度に従って線材を供給するように繰出用モータを制御することが好ましい。

そして、線材繰出機構からテンション装置に向かう線材の繰出速度と、テンション装置を通過して巻芯が巻取る線材の巻取速度を検出し、検出された実測繰出速度の速度変化の状態と実測巻取速度の速度変化の状態との時間軸方向のずれをなくすように線材繰出機構から線材を繰出すことが好ましい。

本発明の巻線装置及び巻線方法では、巻芯に巻回される線材の巻取速度に等しい速度で線材繰出機構から線材を繰出すので、たとえ、テンション装置が、線材を掛け回して弾性部材により移動するガイドプーリのようなものを備えていたとしても、そのガイドプーリのようなものの線材の速度変動に伴う移動を防止することが出来る。

すると、そのガイドプーリのようなものの移動に伴う線材の張力変動は回避されるので、異径の巻芯に巻回される線材の速度が著しく変動する場合であっても、その巻芯に巻回される線材のテンションを一定に保つことが可能となるのである。

本発明の実施形態における巻線装置を示す正面図である。 その巻線装置の上面図である。 その算出巻取速度と実測繰出速度と実測巻取速度との関係を示す図である。 その実測繰出速度と実測巻取速度がずれた場合を示す図３に対応する図である。 その実測巻取速度が算出巻取速度より速い場合を示す図である。 その実測巻取速度が算出巻取速度より遅い場合を示す図である。 その巻芯の回転角度とそれに巻回される線材の速度との関係を示す図である。 その巻芯に二層目の線材が巻回される場合の巻芯の角度とそれに巻回される線材の速度との関係を示す図７に対応する図である。 その巻芯に三層目の線材が巻回される場合の巻芯の角度とそれに巻回される線材の速度との関係を示す図８に対応する図である。 その巻芯に線材が第二層目まで巻回される状態を示す図２のＡ部拡大図である。 その巻芯に線材が第三層目まで巻回される状態を示す図１０に対応する図である。 従来のテンション装置を示す正面図である。

次に、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳しく説明する。

図１及び図２に、本発明における巻線装置１０を示す。この巻線装置１０は、巻芯１２を回転させてその巻芯１２に線材１３を巻回させる巻線機１１と、その巻芯１２に線材１３を供給する線材繰出機構２１と、その線材繰出機構２１から巻芯１２に供給される線材１３に張力を付与するテンション装置３１とを備える。

ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が水平前後方向、Ｙ軸が水平横方向、Ｚ軸が垂直方向に延び、Ｙ軸方向に線材１３が繰出されるものとして本発明の巻線装置１０について説明する。

この実施の形態における巻線機１１は、設置場所に設置された本体部１５の上面に立設された基板１５ａに巻芯回転手段として巻線用モータ１４が、その回転軸１４ａをＸ軸方向に向けて水平に取付けられ、この巻線用モータ１４が巻芯１２を等速で回転させるように構成される。

この巻線機１１にあっては、巻線用モータ１４の回転軸１４ａに巻芯１２が同軸に取付けられ、その軸中心に巻芯１２を回転させて、線材繰出機構２１から供給されてテンション装置３１により張力が付与された線材１３を巻芯１２に巻回させるように構成される。なお、図における符号１６は、巻芯１２の回転角度を検出する回転角センサ１６である。

図１に示す様に、巻線機１１が設けられた設置場所には、その巻線機１１から離間して基台１７が設けられ、この基台１７には、この基台１７を移動容易にするためのローラ１７ａと、設置場所に移動不能に固定する脚部材１７ｂが設けられる。そして、この基台１７は巻線機１１に対してＹ軸方向にずれた位置に設置される。

この実施の形態における線材１３は電機部品のコイルを製造するために使用される断面が円形又は方形を成す被覆銅線であって、この線材１３は比較的大きなリール１８に巻回されて貯線され、このリール１８は線材源として基台１７の巻線機１１から離間する端部にずれて配置される。基台１７には、後述するコントローラ４６が設けられるハウジング１９がリール１８に隣接するように搭載され、線材繰出機構２１は、このハウジング１９を介して基台１７に搭載される。

具体的に、線材繰出機構２１は、このリール１８をＺ軸方向上側から覆うようにハウジング１９に取付けられた平板２２に設けられ、この平板２２には線材１３が貫通可能な貫通孔２２ａが形成される。この平板２２の貫通孔２２ａの近傍には台板２３が立設され、この台板２３には、貫通孔２２ａを貫通してＺ軸方向に伸びる線材１３をＹ軸方向の両側から挟んでその巻癖をとる複数の小ローラ２３ａが設けられる。

また、この実施の形態において、線材１３を巻線機１１に向けて繰出す線材繰出機構２１は、複数の小ローラ２３ａにより巻癖がとられた線材１３が掛け回されて転向させる比較的大径のキャプスタン２４と、このキャプスタン２４に隣接して台板２３に枢支されたキャプスタン２４より小径の補助プーリ２５と、このキャプスタン２４を回転させる繰出用モータ２６とを備える。

キャプスタン２４と補助プーリ２５には、それらを連結するように線材１３が少なくとも１周掛け回され、繰出用モータ２６が駆動してキャプスタン２４を回転させると、リール１８から巻解かれた線材１３を引き上げて新たに掛け回すとともに、既に掛け回されている線材１３をそのキャプスタン２４から巻解いて巻線機１１に向けて繰出すように構成される。

この線材繰出機構２１と巻線機１１の間のハウジング１９には鉛直板３０がＹ軸方向に延びて設けられ、この鉛直板３０には線材繰出機構２１から巻芯１２に供給される線材１３に張力を付与するテンション装置３１が設けられる。

この鉛直板３０には、キャプスタン２４により転向された線材１３を水平にして巻線機１１の方向に向ける第一転向プーリ３２と、その第一転向プーリ３２により巻線機１１に向かう線材１３が掛け回される第二転向プーリ３３が設けられる。この実施の形態における第一及び第二転向プーリ３２，３３は、線材１３の掛け回しを容易にするために、比較的大きな径のものが使用されるものとする。

このテンション装置３１は、線材繰出機構２１から繰出されて第二転向プーリ３３により巻線機１１から遠ざかる方向に向かう線材１３が掛け回されたガイドプーリ３４と、線材１３にバックテンションを付与する方向、即ち、巻線機１１から遠ざかる方向にガイドプーリ３４を付勢して、ガイドプーリ３４の位置に応じたバックテンションを線材１３に付与する弾性部材３５とを備える。

即ち、鉛直板３０にはレール３６がＹ軸方向に延びて設けられ、このレール３６にガイドプーリ３４を回転可能に支持する支持台３７がＹ軸方向に移動可能に設けられる。ガイドプーリ３４は線材繰出機構２１から繰出された線材１３が掛け回されるものであり、この実施の形態では、第二転向プーリ３３により転向された線材１３が掛け回されるものとして使用される。

そして、鉛直板３０にはこのガイドプーリ３４を巻線機１１から遠ざける方向に付勢する弾性部材３５が設けられる。この実施に形態における弾性部材は一対のコイルスプリング３５，３５から成り、その一端が支持台３７に取付けられ、その他端が巻線機１１から離れる方向に離間して可動体４１（図１）に取付けられる。

この一対のコイルスプリング３５，３５はその支持台３７を巻線機１１から遠ざける方向に付勢するので、その支持台３７に枢支されたガイドプーリ３４のＹ軸方向における位置に応じたバックテンションを、そのガイドプーリ３４に掛け回されて巻線機１１に向かう線材１３に付与することになる。

このコイルスプリング３５，３５によるガイドプーリ３４に対する付勢力は、張力調整機構４０によって調整される。この張力調整機構４０は、鉛直板３０にコイルスプリング３５，３５と平行に設けられて可動体４１をＹ軸方向に移動可能に支持するレール４２と、レール４２に移動可能に搭載された可動体４１に螺合して鉛直板３０に枢支された雄ねじ４３と、雄ねじ４３を回転させるための調整つまみ４４とを備える。

そして、一端が支持台３７に取付けられたコイルスプリング３５，３５の他端は、この可動体４１に連結されるため、コイルスプリング３５，３５の張力は、調整つまみ４４を回転させて雄ねじ４３を回転させ、可動体４１を巻線機１１に対して離接させることによって調整されることになる。

ここで、図１における符号４５は、ガイドプーリ３４のＹ軸方向における位置を検出する位置センサ４５であって、その検出出力は後述するコントローラ４６の入力に接続されるものとする。

なお、張力調整機構４０によるコイルスプリング３５，３５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、線材１３に付与するテンションを一定にするために、巻線中に行われることはないものである。

また、本発明の巻線装置１０における巻線機１１は、その巻芯１２を軸中心に回転させて、線材１３をその巻芯１２に巻回させるものであって、この実施の形態における巻芯１２は、線材１３が巻線される巻胴部１２ａと、巻胴部１２ａの両端面に設けられて線材１３の巻幅を規制する鍔部１２ｂとを有する。この巻芯１２は、巻芯回転手段である巻線用モータ１４の回転軸１４ａに同軸に取付けられるものとし、巻線用モータ１４が回転駆動することによって、巻芯１２はその軸を中心に回転するように構成される。本実施の形態では、巻胴部１２ａの断面形状が、長方形である場合について示す。

また、巻線機１１には、巻芯１２に巻線される線材１３を回転軸方向に送るガイド機構５１が備えられる。このガイド機構５１は基板１５ａに、巻芯１２の回転軸に平行に設けられ、かつ軸方向に移動可能に設けられた支持ピン５２と、その支持ピン５２の先端に取付けられて線材１３が巻芯１２の軸方向の移動を制限するガイド部材５３と、その支持ピン５２を軸方向に移動させるガイド用モータ５４（図２）とを備える。

図２に示す様に、ガイド用モータ５４は、その回転軸５４ａが支持ピン５２に隣接してその支持ピン５２に平行になるように取付けられ、その回転軸５４ａにボールねじ５５が同軸に設けられる。そして、ボールねじ５５に螺合する雌ねじ部材５６が支持ピン５２の基端に取付けられる。

このため、ガイド用モータ５４が駆動してボールねじ５５が回転すると雌ねじ部材５６とともに支持ピン５２が軸方向に移動して、その先端に設けられたガイド部材５３を巻芯１２の回転軸方向に移動させるように構成される。そして、ガイド部材５３は、線材１３を巻芯１２の回転軸方向の両側から挟んで、その回転軸方向における線材１３の通過位置を制限するように構成される（図１０，図１１）。

また、この巻線装置１０は、線材繰出機構２１からテンション装置３１に向けて繰出される線材１３の速度を検出する繰出速度検出手段７０と、そのテンション装置３１を通過して巻芯１２に向かう線材１３の速度を検出する巻取速度検出手段６０とが設けられる。

この実施の形態における巻取速度検出手段６０は、ハウジング１９の巻線機１１側の端部に立設された補助板６２に設けられ、その補助板６２に線材１３を挟むように枢支された一対のローラ６１，６１と、いずれか一方のローラ６１の回動角度を検出する第一エンコーダ６３とを備える。

一方、この実施の形態における繰出速度検出手段７０は、第一及び第二転向プーリ３２，３３の間の鉛直板３０に設けられ、その鉛直板３０に線材１３を挟むように枢支された一対のローラ７１，７１と、いずれか一方のローラ７１の回動角度を検出する第二エンコーダ７３とを備える。

また、ハウジング１９には、巻芯回転手段を構成する巻線用モータ１４やガイド機構５１におけるガイド用モータ５３を制御するコントローラ４６が収容される。このコントローラ４６には、巻線装置１０による巻線動作を制御するＣＰＵや、そのＣＰＵの処理動作に必要な情報やデータ等が記憶された記憶手段となるメモリ４６ａが格納され、このコントローラ４６には、その情報を入力する入力装置４６ｂが接続されて設けられるものとする。

従って、巻線用モータ１４やガイド用モータ５３にはコントローラ４６からの制御出力がそれぞれ接続され、コントローラ４６はこの巻線用モータ１４を駆動させて巻芯１２を等速回転させるとともに、ガイド用モータ５３を制御して、その巻芯１２が一回転する度にガイド部材５３を線材１３の外径に相当する量だけ巻芯１２の回転軸方向に移動させることにより、線材繰出機構２１から供給されてテンション装置３１により張力が付与された線材１３をその巻芯１２に密着させる、いわゆる整列巻を可能にするように構成される。

また、回転角センサ１６の検出出力はコントローラ４６の制御入力に接続され、このコントローラ４６は、等速回転する巻芯１２の回転角度を常に認識可能に構成される。

一方、線材繰出機構２１における繰出用モータ２６は、その回転軸２６ａの回転速度を可変可能に構成され、その繰出用モータ２６により回転駆動されるキャプスタン２４は、その回転速度を変化させることにより線材１３の繰出速度を変更可能に構成される。そして、この線材繰出機構２１における繰出用モータ２６にも、コントローラ４６の制御出力が接続され、このコントローラ４６は、回転する巻芯１２に巻回される線材１３の巻取速度に等しい速度で線材１３を供給するように、線材繰出機構２１を巻芯回転手段１４とともに制御する様に構成される。

具体的に、このコントローラ４６には演算回路４６ｃが設けられ、メモリ４６ａに記憶された情報やデータにより、回転する巻芯１２に巻回される線材１３の巻取速度を算出可能に構成される。そして、コントローラ４６は、演算回路４６ｃが算出した算出巻取速度に基づいて、回転する巻芯１２に巻回される線材１３の巻取速度に等しい速度で線材１３を巻芯１２に供給するように線材繰出機構２１を巻芯回転手段１４とともに制御する様に構成される。

この実施の形態では、繰出速度検出手段７０や速度検出手段６０が設けられるで、その第一及び第二エンコーダ６３，７３の検出出力はコントローラ４６の制御入力に接続される。そして、コントローラ６３は、実測繰出速度や実測巻取速度を検出して、線材繰出機構２１からその巻取速度に等しい速度で線材１３を供給するようにフィードバック制御するように構成されるものとする。

次に、上記巻線装置を用いた本発明の巻線方法を説明する。

本発明の巻線方法は、軸中心に巻芯１２を回転させて線材繰出機構２１から供給されてテンション装置３１により張力が付与された線材１３を巻芯１２に巻回させる方法である。

上記巻線装置１０を用いるので、図１に示す様に、線材１３はリール１８に巻回されて貯線され、線材源であるリール１８から解かれた線材１３は、平板２２の貫通孔２２ａを貫通した後に複数の小ローラ２３ａによりその巻癖がとられ、線材繰出機構２１を構成するキャプスタン２４及び小プーリ２５に巻回される。

そして、このキャプスタン２４から伸びる線材１３は第一及び第二転向プーリ３２，３３によりその方向が順次変更されて、テンション装置３１におけるガイドプーリ３４に掛け回された後に巻線機１１に達するように配索される。巻線機１１ではガイド部材５３を通過させた線材１３が巻芯１２に係止されるものとする。

この実施の形態において、使用される巻芯１２に関する情報、即ち、巻芯１２の線材１３が直接巻回される巻胴部１２ａの断面形状及びその巻幅ｗ（図１０）におけるデータ並びにその巻芯１２に巻回される線材１３の線径ｄに関するデータは、入力装置４６ｂを介してコントローラ４６の記憶手段であるメモリ４６ａに記憶される。この状態から巻線が開始されることになる。

この実際の巻線に際して、コントローラ４６は巻線用モータ１４を駆動させて巻芯１２を等速回転させることになり、その回転角度は回転角センサ１６が検出してコントローラ４６にフィードバックする。

また、ガイド機構５１にあっては、図１０及び図１１に示す様に、その巻芯１２が一回転する度にガイド部材５３を線材１３の外径に相当する量だけ巻芯１２の回転軸方向に移動させる。このようにして、線材繰出機構２１から供給されてテンション装置３１により張力が付与された線材１３を巻芯１２に整列巻させることになる。

そして、本発明の巻線方法における特徴ある点は、巻芯１２に巻回される線材１３の巻取速度を予め算出して算出巻取速度を得、その算出巻取速度に等しい速度で線材繰出機構２１から線材１３を繰出すところにある。

実際の巻線では、巻芯１２を同一の角速度ωで回転させることになるけれども、この実施の形態において、線材１３を巻取る巻芯１２は、図７（ａ）に示すように、その巻胴部１２ａの断面が長方形を成しており、その断面において、回転中心Ｏから長辺までの長さをａ、回転中心Ｏから短辺までの長さをｂ、回転中心Ｏから角部までの距離をｃとするとすると、巻芯１２の回転角速度ωが一定値に保たれている場合には、図７（ｂ）に示すように、巻芯１２に巻回される線材１３の速度（縦軸）は、巻芯１２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とになる。

このように、巻芯１２に巻回される線材１３の巻取速度は変動するものであるけれども、その巻芯１２の断面形状が判明しており、その回転中心Ｏからの各部への距離が判明していれば、巻芯１２の回転角速度ωと掛け合わせることにより、その巻芯１２に巻取られる線材１３の速度を算出して得ることが可能となる。

この実施の形態では、使用される巻芯１２の線材１３が直接巻回される巻胴部１２ａの断面形状に関するデータはメモリ４６ａに記憶されているために、コントローラ４６における演算回路４６ｃは、巻芯１２に関するデータ、具体的には巻芯１２の回転中心Ｏから線材１３が巻回される各部位までの長さａ，ｂ，ｃを、巻芯１２を回転させる角速度ωに掛け合わせることにより、図７（ｂ）に示すような算出巻取速度を得る。

そして、コントローラ４６は巻線用モータ１４を駆動させて、巻芯１２を一定の角速度ωにて回転させるとともに、線材繰出機構２１における繰出用モータ２６を制御して、演算回路４６ｃにより得られた算出巻取速度に等しい速度でその線材繰出機構２１から線材１３を供給するように制御するものとする。

ここで、上記巻線装置１０には、線材繰出機構２１からテンション装置３１に向けて繰出される線材１３の速度を検出する繰出速度検出手段７０と、そのテンション装置３１を通過した線材１３の速度を検出する巻取速度検出手段６０を設けているので、図３（ａ）に示す様な算出巻取速度に等しい速度でその線材繰出機構２１から線材１３を供給するように制御した場合、図３（ｂ）に示す様な、その線材繰出機構２１からの線材１３の実測繰出速度と、図３（ｃ）に示す様な、巻芯１２への線材１３の実測巻取速度が検出されることになる。

ここで、非円形断面を有する巻芯１２に対して線材１３を巻線すると、巻芯１２に巻取られる線材１３の巻取速度が変化することから、従来のように、線材繰出機構２１からの線材１３の繰出速度を一定にすると、図１の破線矢印で示す様に、ガイドプーリ３４は周期的に振れ、その揺れに起因して線材１３に付与される張力が変動することになる。

けれども、本発明では、図３（ａ）に示す様に、巻芯１２に巻取られる線材１３の巻取速度に等しい速度で線材繰出機構２１から線材１３を巻芯１２に供給するので、図３（ｃ）に示す様に、巻芯１２に巻き取られる線材１３の巻取速度が増加すると、図３（ｂ）に示す様に、その増加に伴って線材繰出機構２１からの線材１３の供給速度も増加し、同様に、巻芯１２の巻取速度が減少すると線材繰出機構２１からの線材１３の供給速度も減少することになる。

このように、線材繰出機構２１からの線材１３の供給速度と、巻芯１２の線材１３の巻取速度が一致すると、図１の破線矢印で示す様なガイドプーリ３４の周期的な振れは無くなり、巻芯１２に供給される線材１３の張力を一定に保つことができる。この結果、品質の高いコイルを製造することが可能となる。

また、コントローラ４６は巻芯１２を等速回転させるとともに、ガイド部材５３を巻芯１２の回転軸方向に移動させて、線材１３を巻芯１２に整列巻させるけれども、巻芯１２に線材１３を多層に渡って巻回させる場合には、図１０に示す様に、巻胴部１２ａへの１層目の巻線が終了すると１層目の線材１３の外周に２層目の巻線が行われ、図１１に示す様に、２層目の巻線が終了すると２層目の線材１３の外周に３層目の巻線が行われることになる。

このように、巻胴部１２ａに線材１３が多層に巻線される場合、図８及び図９に示す様に、上層にいくに従って巻芯１２の回転中心Ｏから線材１３が巻回される各部位までの長さは増大し、巻芯１２が一定の角速度ωで回転しているとすると、その巻芯１２に巻取られる巻取速度は上層へいくに従って早まる。

具体的に、図７に示す様に、巻芯１２の回転中心Ｏから線材１３が巻回される各部位までの長さは、第一層目であれば巻芯１２の断面における外形状そのものであるけれども、図８に示す様に、第二層目の巻芯１２の回転中心Ｏから線材１３が巻回される各部位までの長さは、巻芯１２の断面形状における外形状に線材１３の線径ｄを加えたものとなり、図９に示す様に、第三層目の巻芯１２の回転中心Ｏから線材１３が巻回される各部位までの長さは、第二層目のものに線材１３の線径ｄを更に加えたものとなる。

この巻芯１２の断面における形状に順次加える線材１３の線径ｄや、巻胴部１２ａの巻幅ｗにおけるデータはメモリ４６ａに予め記憶されているため、図１のコントローラ４６における演算回路４６ｃは、その巻幅ｗを線径ｄで除することにより各層の整列巻に必要な回転数を導き出すことが出来る。

また、第二層目の巻線となれば、図８に示す様に、その第二層目の巻線における巻芯１２の回転中心Ｏから線材１３が巻回される各部位までの長さ（ａ＋ｄ）、（ｂ＋ｄ）、（ｃ＋ｄ）を求め、第三層目の巻線となれば、図９に示す様に、その第三層目の巻芯１２の回転中心Ｏから線材１３が巻回される各部位までの長さ（ａ＋２ｄ）、（ｂ＋２ｄ）、（ｃ＋２ｄ）を求めた上で、それらの長さ（ａ＋ｄ）、（ｂ＋ｄ）、（ｃ＋ｄ）、（ａ＋２ｄ）、（ｂ＋２ｄ）、（ｃ＋２ｄ）に回転させる巻芯１２の角速度ωを掛け合わせることにより、各層の算出巻取速度（図８（ｂ）、図９（ｂ））を得ることができる。

そして、コントローラ４６は、線材繰出機構２１における繰出用モータ２６を制御して、第二層目以降であっても、そのように演算して得られた各層毎の算出巻取速度に等しい速度でその線材繰出機構２１から線材１３を供給する様に制御するものとする。

すると、第二層目以降であっても、線材繰出機構２１における線材１３の繰出速度（繰出し量）は、巻芯１２の線材１３の巻取速度（巻取り量）とバランスするようにその繰出し量が制御される。

よって、第二層目以降であっても、テンション装置３１におけるガイドプーリ３４の周期的な振れは抑制され、ガイドプーリ３４に掛け回された線材１３には、弾性部材３５によりガイドプーリ３４の位置に応じた変動のない一定のバックテンションが付与されることになる。

ここで、実際の巻線にあって、コントローラ４６は、線材繰出機構２１からテンション装置３１に向けて繰出される線材１３の速度と、テンション装置３１を通過して巻芯に向かう線材１３の速度を検出し、検出された実測繰出速度の速度変化の状態と実測巻取速度の速度変化の状態との時間軸方向のずれをなくすように繰出用モータ２６を制御して、線材繰出機構２１から線材１３を繰出すことになる。

即ち、本発明では、巻芯１２が巻取る線材１３の速度を予め算出し、得られた算出巻取速度に等しい速度で線材繰出機構２１から線材１３が供給されるように繰出用モータ２６を制御し、図３に示す様に、本来それらの間に時間軸方向のずれは生じない。

けれども、巻芯１２の回転速度を高めると、線材繰出機構２１からの線材１３の供給速度が比較的速いピッチで変化することになり、コントローラ４６が算出巻取速度に従って繰出用モータ２６を制御しても、巻芯１２が巻取る線材１３の実際の巻取速度と、繰出用モータ２６が駆動して供給される線材１３の供給量との間にずれが生じることもある。

ここで、線材繰出機構２１からテンション装置３１に向けて繰出される線材１３の実際の速度は、繰出速度検出手段７０により検出され、巻芯１２が巻取る線材１３の実際の巻取速度は、巻取速度検出手段６０により検出されるので、コントローラ４６は、その巻取速度検出手段６０の検出出力による実測巻取速度の速度変化の状態と、繰出速度検出手段７０の検出出力による実測繰出速度の速度変化の状態を常に対比させる。そして、検出された実測繰出速度の速度変化の状態と実測巻取速度の速度変化の状態との時間軸方向のずれをなくすように線材繰出機構２１から線材１３を繰出す。

具体的に、図４（ｃ）の実線で示す実測巻取速度と、図４（ｂ）の一点鎖線で示す実測繰出速度のそれぞれの速度変化の間に時間軸方向のずれＴが生じると、コントローラ４６はその時間的なずれＴを求める。そして、図４（ａ）の実線で示す算出巻取速度からそのずれＴを減じて、二点鎖線で示す様な補正巻取速度を得る。

この点で、この実施の形態におけるコントローラ４６は、実測巻取速度と実測繰出速度のそれぞれの速度変化の時間軸方向のずれＴを算出し、そのずれＴを算出巻取速度から減じて補正巻取速度を得る速度補正手段を備えたものとなる。

そして、コントローラ４６は、得られた図４（ａ）の二点鎖線で示す補正巻取速度に沿って繰出用モータ２６を制御する。すると、コントローラ４６は、図４（ａ）の実線で示す算出巻取速度をずれＴの量だけ先行させた状態で繰出用モータ２６を制御することになり、図４（ｃ）の実線で示す巻芯１２が巻取る線材１３の実際の巻取速度に、線材繰出機構２１から実際に供給される線材１３の速度を図４（ｂ）の実線で示すように、合致させることができる。

これにより、巻芯１２の回転速度を高めて、巻芯１２への巻き取り速度が比較的速いピッチで変化するような場合であっても、線材繰出機構２１からの線材１３の供給速度をその速度変化に追従させることが可能となる。

このようにして、巻芯１２が巻取る線材１３の実際の巻取速度と、繰出用モータ２６が駆動して供給される線材１３の供給量との間のずれを無くして、テンション装置３１におけるガイドプーリ３４の周期的な振れを防止する。これにより、巻芯１２の回転速度を高めても、弾性部材３５によりガイドプーリ３４の位置に応じた変動のない一定のバックテンションを付与することが可能となるのである。

一方、実測巻取速度と算出巻取速度のそれぞれの速度変化の間に時間軸方向のずれは生じていないけれども、それらの巻取速度自体にずれが生じている場合、即ち、算出巻取速度と巻芯１２への線材１３の実際の巻取速度が異なるようであれば、線材の供給量と線材巻取り量が一致しないことになる。

すると、線材１３が掛け回されたガイドプーリ３４がレール３６に沿って移動して巻芯１２との間隔を変更させて、その一致しない線材１３の量だけＹ軸方向における位置が変化する。このように供給量と巻取り量の差は、ガイドプーリ３４の位置の変化によって吸収され、ガイドプーリ３４の移動は位置センサ４５により検出されて、コントローラ４６にフィードバックされる。

ここで、ガイドプーリ３４が移動すると、線材１３に付与されるバックテンションが徐々に変動することになるので、位置センサ４５の検出出力によりガイドプーリ３４の位置の変化が検出されると、コントローラ４６は、ガイドプーリ３４の位置がレール３６の所定の位置、例えば略中央に戻るように、線材１３の供給量となる算出巻取速度を一定の割合で増減させ、その増減した補正巻取速度に基づいて繰出用モータ２６の回転速度を制御し、線材繰出機構２１における線材１３の繰出速度を、巻芯１２の巻取速度とバランスさせる。

即ち、図５（ａ）に示す様に、算出巻取速度に比較して巻芯１２への線材１３の実測巻取速度の方が速く、ガイドプーリ３４が巻線機１１に徐々に近づく様であれば、図５（ｂ）に示す様に、線材繰出機構２１による線材１３の繰出し量が増加するように、算出巻取速度を一定の割合で増加させて、実測巻取速度に略一致した補正巻取速度を得る。このように増加した補正巻取速度に基づいて、コントローラ４６は線材繰出機構２１における繰出用モータ２６を制御して、図５（ｃ）に示す様に、実測繰出速度を実測巻取速度に一致させる。

一方、図６（ａ）に示す様に、算出巻取速度に比較して巻芯１２への線材１３の実測巻取速度の方が遅く、ガイドプーリ３４が巻線機１１から徐々に遠ざかる様であれば、図６（ｂ）に示す様に、線材繰出機構２１による線材１３の繰出し量が減少するように、算出巻取速度を一定の割合で減少させて、実測巻取速度に略一致した補正巻取速度を得る。このように減少させた補正巻取速度に基づいて、コントローラ４６は線材繰出機構２１における繰出用モータ２６を制御して、図６（ｃ）に示す様に、実測繰出速度を実測巻取速度に一致させる。

これにより、ガイドプーリ３４はレール３６の所定位置、例えば略中央に復帰し、線材１３にかかるテンションは所定の値に戻されることになる。

なお、上述した実施の形態では、テンション装置３１がレールに沿って移動可能に設けられたガイドプーリ３４を備える場合を説明したけれども、テンション装置は図１２に示す様にテンションアーム４を弾性部材６により回動させて、そのテンションアーム４の先端に取付けられたガイドプーリ５から繰出される線材２に張力を付与する様なものであっても良い。

図１２に示す様なテンションアーム４を有するテンション装置であっても、巻芯１２に巻回される線材１３の巻取速度に等しい速度で線材繰出機構２１から線材を繰出すようにすれば、その線材の速度変動に伴うガイドプーリ５の移動を防止することが出来る。すると、そのガイドプーリ５の移動に伴う線材の張力変動は回避されるので、その巻芯１２に巻回される線材のテンションを一定に保つことが可能となる。

また、上述した実施の形態では、テンション装置３１においてガイドプーリ３４を付勢する付勢手段である弾性部材３５がコイルスプリングである場合を例示した。けれども、エア圧等の流体圧によりロッドを没入又は突出させる方向に付勢するような流体圧シリンダを、その付勢手段である弾性部材として用いても良い。このような流体圧シリンダを弾性部材として用いた場合において、その弾性力を変更したい場合には、そのシリンダにおける圧縮エア等の流体圧力を変更することにより、比較的容易にその弾性力を変更することができる。

更に、上述した実施の形態では、コントローラ４６に演算回路４６ｃを設け、メモリ４６ａに記憶された情報やデータから算出巻取速度をその演算回路４６ｃが算出する場合を説明した。けれども、算出回路４６ｃを設けることなく、コントローラ４６と別に巻取速度を予め求めて、このように別に設けられた算出巻取速度を記憶手段４６ａに記憶させるようにしても良い。

この場合、コントローラ４６は、記憶手段４６ａに記憶された算出巻取速度に従って線材１３を供給するように繰出用モータ２６を制御することになり、これでもガイドプーリ３４の頻繁な移動は回避されるので、巻芯１２に巻回される線材１３のテンションを一定に保つことが可能となる。

１０ 巻線装置
１２ 巻芯
１３ 線材
１４ 巻線用モータ（巻芯回転手段）
１８ リール（線材源）
２１ 線材繰出機構
２４ キャプスタン
２６ 繰出用モータ
３１ テンション装置
４６ コントローラ
４６ａ メモリ（記憶手段）
４６ｃ 演算回路
６０ 巻取速度検出手段
７０ 繰出速度検出手段

Claims (10)

1. 巻芯(12)と、線材(13)を前記巻芯(12)に供給する線材繰出機構(21)と、前記線材繰出機構(21)から前記巻芯(12)に供給される前記線材(13)に張力を付与するテンション装置(31)と、前記巻芯(12)を回転させて前記線材繰出機構(21)から供給されて前記テンション装置(31)により張力が付与された前記線材(13)を前記巻芯(12)に巻回させる巻芯回転手段(14)と、前記巻芯回転手段(14)を制御するコントローラ(46)とを備えた巻線装置において、
   前記線材繰出機構(21)は前記線材(13)の供給速度を可変可能に構成され、
   前記コントローラ(46)は、回転する前記巻芯(12)に巻回される前記線材(13)の巻取速度に等しい速度で前記線材(13)を供給するように前記線材繰出機構(21)を前記巻芯回転手段(14)とともに制御する
   ことを特徴とする巻線装置。
2. 線材繰出機構(21)は、線材源(18)から供給される線材(13)が掛け回されるキャプスタン(24)と、前記キャプスタン(24)を回転させて掛け回された前記線材(13)を巻芯(12)に供給する繰出用モータ(26)とを備え、
   コントローラ(46)は、前記繰出用モータ(26)を制御して前記線材(13)の巻取速度に等しい速度で前記線材(13)を供給するように構成された
   請求項１記載の巻線装置。
3. 回転する巻芯(12)に巻回される線材(13)の巻取速度であって、予め算出された算出巻取速度を記憶する記憶手段(46a)が設けられ、
   コントローラ(46)は、前記記憶手段(46a)に記憶された前記算出巻取速度に従って前記線材(13)を供給するように繰出用モータ(26)を制御する
   請求項２記載の巻線装置。
4. 巻芯(12)に関する情報を記憶する記憶手段(46a)と、前記巻芯(12)に関する情報から前記巻芯(12)に巻回される線材(13)の巻取速度を算出する演算回路(46c)が設けられ、
   コントローラ(46)は、前記演算回路(46c)が算出した算出巻取速度に従って前記線材(13)を供給するように繰出用モータ(26)を制御する
   請求項２記載の巻線装置。
5. 線材繰出機構(21)からテンション装置(31)に向けて繰出される線材(13)の速度を検出する繰出速度検出手段(70)と、
   前記テンション装置(31)を通過して巻芯(12)に向かう線材(13)の速度を検出する巻取速度検出手段(60)とを備え、
   コントローラ(46)は、前記巻取速度検出手段(60)の検出出力による実測巻取速度の速度変化の状態と前記繰出速度検出手段(70)の検出出力による実測繰出速度の速度変化の状態の時間軸方向のずれをなくすように繰出用モータ(26)を制御する
   請求項２ないし４いずれか１項に記載の巻線装置。
6. 巻芯(12)を回転させて線材繰出機構(21)から供給されてテンション装置(31)により張力が付与された線材(13)を前記巻芯(12)に巻回させる巻線方法において、
   前記巻芯(12)に巻回される前記線材(13)の巻取速度を算出して算出巻取速度を得、
   前記算出巻取速度に等しい速度で前記線材繰出機構(21)から前記線材(13)を繰出す
   ことを特徴とする巻線方法。
7. 線材源(18)から供給される線材(13)が掛け回されるキャプスタン(24)を繰出用モータ(26)により回転させて前記線材(13)を巻芯(12)に供給させ、
   前記繰出用モータ(26)を制御して前記キャプスタン(24)の回転により前記巻芯(12)に供給される前記線材(13)の速度を前記算出巻取速度に一致させる
   請求項６記載の巻線方法。
8. 予め算出された算出巻取速度を記憶手段(46a)に記憶させ、
   前記記憶手段(46a)に記憶された前記算出巻取速度に従って線材(13)を供給するように繰出用モータ(26)を制御する
   請求項７記載の巻線方法。
9. 巻芯(12)に関する情報を記憶手段(46a)に記憶させ、
   前記巻芯(12)に関する情報から前記巻芯(12)に巻回される線材(13)の巻取速度をコントローラ(46)の演算回路(46c)により算出し、
   前記演算回路(46c)が算出した算出巻取速度に従って前記線材(13)を供給するように繰出用モータ(26)を制御する
   請求項７記載の巻線方法。
10. 線材繰出機構(21)からテンション装置(31)に向かう線材(13)の繰出速度と、前記テンション装置(31)を通過して巻芯(12)が巻取る前記線材(13)の巻取速度を検出し、
    検出された実測繰出速度の速度変化の状態と実測巻取速度の速度変化の状態との時間軸方向のずれをなくすように前記線材繰出機構(21)から前記線材(13)を繰出す
    請求項６ないし９いずれか１項に記載の巻線方法。

Images