JP2001500673A - コイル巻線機及びコイル巻線方法 - Google Patents

コイル巻線機及びコイル巻線方法

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Abstract

(57)【要約】 巻芯部材に線条材を当接状態とすると共に、該線条材を一対の巻線治具によって両側から線条材を塑性変形させる圧接力で挟み込み、いずれか一方の巻線治具を回転駆動することによって巻芯部材の周面に巻回する。

Description

【発明の詳細な説明】 コイル巻線機及びコイル巻線方法 技術分野 本発明は、特に線条材の一種である平角線を縦状態で巻線するコイル巻線機及 びコイル巻線方法に関する。 背景技術 日本で公開された特開平4−75303号公報には、断面が長方形である帯状 の平角線を縦状態で巻回するコイル巻線機が開示されている。このコイル巻線機 は、平角線の一方の短面が当接される回転軸部材と、この回転軸部材に挿通され ると共にその端面(支持面)に平角線の一方の長面が当接される円筒状のブッシ ュと、上記回転軸部材との間に平角線を挟み込むように平角線のもう一方の短面 に圧接される押えローラとを備え、該押えローラとブッシュとを強制的に回転さ せることによって平角線を回転軸部材に順次縦巻きするものである。このコイル 巻線機によれば、平角線が縦巻きされるので比較的薄型のコイルを形成すること かできる。 このコイル巻線機によって巻線されたコイルは、平角線の長面同士が互いに対 向したものとなる。しかし、このようなコイルは、巻線後において平角線のスプ リングバックによって、平角線の間隔(コイルの中心軸線方向の間隔)が広がっ て厚さ寸法が大きくなる。すなわち、このような従来のコイル巻線機によって巻 線されたコイルは、コイルが軸線方向に互いに間隔を持つので、コイルの厚さ寸 法を十分に薄くすることができないという問題点がある。このようなコイルの問 題点は、小型化、薄型化の要求が厳しい電子機器の分野では、極めて重要な問題 となっている。また、同時に上記従来のコイルでは、スプリングバックによって 巻線後に巻径が大きくなるという問題点もある。 さらに、従来のコイル巻線機では、コイルの両端部が直線状に巻残されるので 、後工程において必要に応じてこの直線部分をカットする必要がある。すなわち 、従来のコイル巻線機を用いた場合、コイルの巻始部と巻終部をカットする工程 が別途必要となるため、コイルの製造に係わる工程が多いことによるコスト上昇 が問題であった。 発明の開示 本発明の第1の目的は、線条材の巻線後におけるスプリングバックを抑えるこ とによって、コイル形状の小型・薄型化を実現することが可能なコイル巻線機及 びコイル巻線方法を提供することである。 このような目的を達成するために、本発明では、コイル巻線機に係わる手段と して、線条材を塑性変形させながら巻線するという手段を採用する。 また、本発明では、このように線条材を塑性変形させて巻回する具体的な手段 として、巻芯部材に線条材を当接状態とすると共に、該線条材を一対の巻線治具 によって両側から線条材を塑性変形させる圧接力で挟み込み、いずれか一方の巻 線治具を回転駆動することによって巻芯部材の周面に巻回するという手段を採用 する。 さらに、本発明では、このように線条材を塑性変形させて巻回する具体的な手 段として、各々の対向面によって線条材の先端部を圧接状態に挟み込むと共に、 何れか一方が前記対向面内で回転駆動される一対の巻線治具と、回転駆動される 方の巻線治具の回転中心に沿って該回転駆動される方の巻線治具と回転駆動され ない方の巻線治具内に設けられた中治具とに挿通される巻芯部材と、回転駆動さ れない方の巻線治具に対して前記回転中心に沿って可動自在に設けられ、巻芯部 材の周面に巻回された線条材を回転駆動される方の巻線治具の対向面と間で圧接 状態に挟み込む前記中治具とを備え、前記回転駆動される方の巻線治具の対向面 と中治具による線条材への圧接力を線条材を塑性変形させる圧力として、線条材 を巻芯部材の周面に巻回するという手段を採用する。 一方、本発明では、コイル巻線方法に係わる手段として、線条材を塑性変形さ せながら巻線するという手段を採用する。 また、本発明では、このようなコイル巻線方法に係わる手段においても、巻芯 部材に線条材を当接状態とすると共に、該線条材を一対の巻線治具によって両側 から線条材を塑性変形させる圧接力で挟み込み、いずれか一方の巻線治具を回転 駆動することによって巻芯部材の周面に巻回するというより具体的な手段を採用 する。 このような手段を採用することによって、本発明では、線条材を塑性変形させ ながら巻線するので、線条材の巻回後におけるスプリングバックを抑えることが 可能であり、よってコイル形状の変化を極力抑えることができる。 例えば、線条材として平角線を用い、この平角線を縦状態として巻回した場合 には、スプリングバックが抑えられる分、コイル形状を薄型化することが可能と なる。また、コイル径が太くなることが抑えられるので、コイル形状を小型化す ることが可能である。したがって、小型・薄型化の要請が強い電子機器に用いて 好適なコイルを製造することができる。 図面の簡単な説明 図1は、本発明の実施形態におけるコイル巻線機の構成を示す斜視図である。 図2は、本発明の実施形態におけるコイル巻線機における巻線治具の構成を示 す斜視図である。 図3Aは、本発明の実施形態におけるコイル巻線機における巻線治具の詳細構 成を示す平面図である。 図3Bは、本発明の実施形態におけるコイル巻線機における巻線治具の詳細構 成を示す側面図である。 図4は、本発明の実施形態における巻線開始時の巻線治具と平角線の位置関係 を示す斜視図である。 図5は、本発明の実施形態における巻線工程を示す第1の工程図である。 図6は、本発明の実施形態における巻線工程を示す第2の工程図である。 図7は、本発明の実施形態における巻線工程を示す第3の工程図である。 図8は、本発明の実施形態における巻線工程を示す第4の工程図である。 図9は、本発明の実施形態における平角線の巻線状態を示す正面図である。 図10は、本発明の実施形態によって巻線されたコイルの斜視図である。 発明を実施するための最良の形態 以下に、本発明の最良の実施形態について説明する。 まず、図1を参照して、本実施形態におけるコイル巻線機の全体構成を説明す る。この図において、符号1は、長方形状の基台であり、例えばその長辺が座標 軸のX軸方向に沿うように配置されている。この基台1上には、平板かつ長方形 状でその長辺がX軸方向に沿って配置されると共に、その後端部にZ軸方向に突 出する立設部2aが設けられたL字状のベース部材2と、該ベース部材2と離間 した位置にレール3によってX軸方向に移動可能な移動支持体4と、該移動支持 体4をX軸方向に移動させるシリンダ5と、平角線Aを摺動自在に支持する線材 ガイド6とが備えられている。 上記ベース部材2は、その上面にレール7を介してX軸方向に移動するL字形 状の補助ベース部材8が設けられると共に、立設部2aには補助ベース部材8を X軸方向に移動させるシリンダ9が設けられている。補助ベース部材8は、上記 ベース部材2と同様の形状に形成されており、上記シリンダ9のロッド先端部が 固定される立設部8aを備える共に、その上面にはレール9を介してX軸方向に 移動するヘッド部材10が備えられ、さらに該ヘッド部材10をX軸方向に移動 させる加圧シリンダ11がブラケット12を介して固定されている。 また、補助ベース部材8には、巻芯前後シリンダ8bが備えられている。この 巻芯前後シリンダ8bのロッド先端部には、連結部材14を介して棒状の巻芯部 材13が固定されている。連結部材14は、巻芯部材13を回転可能に巻芯前後 シリンダ8bのロッドに連結させるためのものである。上記巻芯部材13は、X 軸方向を軸心とすると共に上記ヘッド部材10に挿通状態とされるものであり、 巻芯前後シリンダ8bによってX軸方向すなわち軸芯方向に移動するようになっ ている。 ヘッド部材10は、上記巻芯部材13が挿通状態とされると共に回転可能に支 持された回転治具支持機構15と、該回転治具支持機構15を回転駆動するスピ ンドルモータ16と、チャック開閉シリンダ17とが備えられており、また回転 治具Rが装着されるようになっている。すなわち、上記巻芯部材13は、回転治 具Rの回転中心に挿通されるようになっている。回転治具支持機構15は、円筒 状の回転支持体18と該回転支持体18の端面(背面)に設けられた中空円筒状 のチャック19とから構成されている。回転支持体18は、上記回転治具Rを支 持するものであり、ベルト20を介してスピンドルモータ16の軸に取付けられ たプーリ16aに結合されている。この回転支持体18は、ピンドルモータ16 よって回転駆動されることにより回転治具Rを回転させる。 チャック19は、巻芯部材13を回転支持体18に結合/解離するものであり 、その外周面にはX軸方向にスプラインが複数形成されている。このチャック1 9は、長尺状の支持具21を介してチャック開閉シリンダ17のロッド先端部に 取付けられた環状の締付部材22がスプラインに沿ってX軸方向に移動すること によって、巻芯部材13を回転支持体18に結合/解離する。この図の場合、締 付部材22がX軸正方向に移動すると巻芯部材13は回転支持体18に結合され 、締付部材22がX軸負方向に移動すると、巻芯部材13は回転支持体18から 解離した状態とされる。 一方、移動支持体4は、円筒状の固定治具Sの端面(正面)が上記回転治具R の端面(正面)と対峙するように支持するものであり、固定治具SをX軸負方向 に加圧する加圧シリンダ23を備える。固定治具Sは、スプリング24を介して X軸方回に移動可能に移動支持体4に装着されている。加圧シリンダ23のロッ ド先端部はブラケット25を介して固定治具Sの端面(背面)に取付けられてお り、当該加圧シリンダ23の作動によって固定治具SをX軸負方向に加圧するよ うになっている。また、固定治具Sの軸芯には、円筒状の中治具Saが挿通状態 とされている。この中治具Saは、その端面(背面)が移動支持体4に固定状態 に支持されており、もう一方の端面(正面)が上記巻芯部材13と対峙するよう になっている。 ここで、上記平角線Aは、平板な線条材であり、その断面が短面a1と長面a2 とからなる長方形である。このような平角線Aは、線条材供給装置26から供給 されるようになっており、線材ガイド6によって支持されて対峙状態にある上記 回転治具Rと固定治具Sとの間に挿入されるようになっている。なお、上記回転 治具Rと固定治具Sとは、巻線治具を構成するものである。 次に、上記回転治具Rと固定治具S及び中治具Saの詳細構成について、図2 〜図4を参照して説明する。 中治具Saは、筒状の本体部s1と、該本体部s1の正面s2の中心部に形成され た孔すなわち円筒状の巻芯部材13の先端部が挿入される巻芯挿入孔s3と、本 体部s1の周面s4に上記正面s2から軸線Lに沿って一定長さで形成されたつば 部s5とから形成されている。このつば部s5において、正面s2から先端部s6に かけて連続する面(案内面)s7は、正面s2に対して本体部s1の背面s8側に若 干傾斜するように形成されている。また、案内面s7及び上記正面s2の幅は、上 記平角線Aの長面a2の幅bよりも若干広く設定されている。 固定治具Sは、このように形成された中治具Saが挿入されるものであり、例 えば円筒状の本体部s9と、該本体部s9の中心に軸線Lに沿って形成された孔で あって中治具Saが挿入状態とされる巻線収容孔s10と、本体部s9の正面s11か つ上記つば部s5に該当する位置にその周面s12から巻線収容孔s10にかけて軸 線Lの方向に形成された一定深さの線材導入窓s13とから形成されている。 また、この固定治具Sの正面s11(回転治具Rとの対向面)は、単一平面では なく、以下のように形成されている。すなわち、リング状の正面s11のうち、こ の図において軸線Lを中心として線材導入窓s13から一定角度の扇形面部s14は 、軸線Lに対して直交するように形成され、これ以外の面部s15は、扇形面部s 14に対して矢印k1に沿って順次滑らかに後退するように形成されている。すな わち、扇形面部s14の辺部s16では、所定深さの段差s17が形成されている。 回転治具Rは、このように形成された固定治具Sに対して、以下のように形成 されている。すなわち、回転治具Rは、例えば円筒形状の本体部r1と、該本体 部r1の中心に軸線Lの方向に形成された孔であって上記巻芯部材13が挿通さ れる挿通孔r2と、本体部r1の正面r3(固定治具Sとの対向面)に形成された 案内溝r4とから形成されている。この案内溝r4は、平角線Aの短面a1が巻芯 部材13の周面に当接される状態(縦状態)で先端部が入込む溝であり、図3A にも示すように正面r3において上記挿通孔r2の上部から本体部r1の外周面r4 にかけて一定傾斜で深くなるように形成されている。また、外周面r5における 案内溝r4の深さは、平角線Aの短面a1の寸法よりも若干広く形成されている。 上記回転治具Rの正面r3も単一平面ではなく、軸線Lを中心として案内溝r4 から一定角度の扇形面部r6は軸線Lに対して直交するように形成され、これ以 外の面部r7は、扇形面部r6に対して矢印k2に沿って順次滑らかに後退するよ うに形成されている。すなわち、扇形面部r6の辺部r8では、上記段差s17と同 様の深さの段差r9が形成されている。すなわち、回転治具Rの正面r3は、平角 線Aを挟込んだ状態で、上記固定治具Sの正面s11と当接状態となる。 このように形成された回転治具Rと固定治具Sとは、図4に示すように、線材 導人窓s13から案内溝r4にかけて案内されて、平角線Aを挟み込むようにして 互いの正面s11,r3が当接状態とされることにより、平角線Aを巻芯部材13 の周面上に縦状態に保持する。この状態において、中治具Saの正面s2と案内面 s7と は、平角線Aの一方の長面a2に当接された状態となっている。 以上に、本実施形態のコイル巻線機の構成について説明したが、駆動手段であ るシリンダ5,9と巻芯前後シリンダ8bと加圧シリンダ11,23とチャック 開閉シリンダ17とスピンドルモータ16とは、図示しない制御装置によって制 御・駆動されるものである。また、平角線Aにおいては、図示しない線条材供給 装置によってその供給が調整されるようになっている。 次に、図1〜図10を参照して、上記コイル巻線機を用いたコイルの巻線方法 について説明する。 まず、本コイル巻線機では、線材ガイド6によって摺動可能に支持されること によって、図3にも示すように平角線AのX軸方向の位置は一定に保持されてい る。この状態において、シリンダ5,9が作動されて回転治具Rと固定治具Sと が平角線Aを挟み込むように移動される。 すなわち、シリンダ5が作動されて移動支持体4がレール3上をX軸負方向に 移動されることにより、固定治具Sの正面s11の一部分(案内溝r4に対向する 部分)と中治具Saの案内面s7とが平角線Aの一方の長面a2に当接状態とされ る。また、シリンダ9が作動されて補助ベース部材8がレール7上をX軸正方向 に移動されると共に巻芯前後シリンダ8bが作動されることにより、巻芯部材1 3の先端部が中治具Saの巻芯挿入孔s3に挿入され、かつ平角線Aの先端部が案 内溝r4に入込んで、該案内溝r4の底面と回転治具Rの正面r3の一部分(中治 具Saの案内面s7に対向する部分)とが平角線Aのもう一方の長面a2に当接状 態とされる。 平角線Aは、このように固定治具Sと中治具Sa及び回転治具Rによって挟み 込まれた状態において、上述した案内面s7の傾斜及び案内溝r4の深さが一定の 傾斜を有するので、その先端部が軸線Lに対して回転治具R側にに若干傾いた姿 勢 になっている。また、この状態において、平角線Aは、当接状態とされた上記各 種面(当接面)に対して摺動可能な状態となっている。 この状態において、続いて加圧シリンダ11,23が作動されることにより、 平角線Aの各長面a2は、上記各種当接面によって一定の圧接力で圧接される。 該圧接力は、平角線Aの長手方向(巻取方向)に対して直交する方向の力であり 、平角線Aに対して側圧として作用する。この側圧(圧接力)は、平角線Aの種 類に応じて設定されるものであり、平角線Aの弾性限界を若干超える圧力すなわ ち平角線Aを塑性変形させることが可能な圧力に設定される。 図5は、このように平角線Aに側圧が加えられた状態(巻線工程の初期状態) を示す工程図である。この状態において、スピンドルモータ16が作動されて回 転治具Rが時計回りの方向に回転される。このとき、線条材供給装置26によっ て平角線Aの供給が停止状態とされるので、図6に示すように、平角線Aの先端 部すなわち案内溝r4に入込んだ部分が巻芯部材13の周面に回転治具Rの回転 角度に応じて巻回される。このように平角線Aの先端部は、案内溝r4に入込ん でいるので、また、扇形面部r6が案内溝r4よりもX軸正方向に突出しているの で、確実に回転されて巻芯部材13の周面に巻回される。ここで、平角線Aは、 上記各種当接面による弾性限界を超えた側圧によって塑性変形しつつ巻芯部材1 3に巻回される。 そして、図7に示すように、回転治具Rが半回転した状態で平角線Aの先端部 が巻芯部材13の周面に全て巻回される。すなわち、この実施形態では、上記平 角線Aの先端部の長さは、巻芯部材13の半周面に巻回される長さに設定されて いる。この状態において、チャック開閉シリンダ17を作動されてチャック19 が閉じられる。この結果、回転治具Rと巻芯部材13とが結合状態とされ、これ 以降、巻芯部材13は回転治具Rと同時に回転することになる。 続いて、回転治具Rが巻芯部材13と一緒に回転されると共に、線条材供給装 置26から平角線Aが回転治具Rの回転に同期して送出されることによって、こ れ以降、平角線Aは、回転治具Rの正面r3と中治具Saの正面s2とによって挟 み込まれた状態となる。この回転治具Rの正面r3と中治具Saの正面s2とによ って平角線Aに加えられる圧接力(側圧)も、上記回転治具Rと固定治具Sとに よって平角線Aに加えられる側圧と同様に平角線Aを塑性変形させる圧力に設定 されており、これ以降、平角線Aは塑性変形しながら巻芯部材13に巻取られる ように巻回される。 ここで、線材ガイド6のX軸方向の位置つまり平角線Aの供給位置は一定であ り、これに従って中治具SaのX軸方向の位置は移動支持体4の位置はシリンダ 5によって一定位置に設定されている。しかし、巻取られた平角線Aは回転治具 Rの回転に応じて巻線収容孔s10内に順次収容されるので、回転治具RのX軸方 向の位置は、図9に示すようにX軸負方向に順次変位し、これと同時に固定治具 Sの位置もX軸負方向に順次変位する。 このようにして平角線Aが所定数巻回されると、図示しない切断装置によって 平角線Aの供給側、例えば線材導入窓s13の入口にて切断し、さらに回転治具R を回転させることによって残りの平角線Aを全て巻取る。そして、全ての平角線 Aを巻取ると、加圧シリンダ11,23による圧接が解除され、巻芯前後シリン ダ8bが作動されて巻芯部材13が固定治具Sから抜かれる。さらに、シリンダ 5,9が作動されることによって固定治具Sと回転治具Rとが離間されて巻線収 容孔s10内のコイルが取出される。 図10は、以上の巻取工程によって製造されたコイルCの斜視図である。この ようなコイルの製造方法によれば、平角線Aの長面a2に加えられる側圧によっ て、該平角線Aは塑性変形しながら巻回されるので、巻線終了後に生じるスプリ ングバックが抑えられる。したがって、巻線された平角線Aの間隔が小さくなる ため、コイル厚dの薄いコイルを製造することができる。 なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のよう な変形例も本発明の範囲に属する。 (1)上記実施形態では、中治具Saを移動支持体4に固定し、中治具Saに対し て固定治具SがX軸方向に移動可能となるように構成したが、固定治具Sを移動 支持体4に対して固定しかつ中治具Saをスプリング等の弾性部材を介して移動 支持体4に装着する構成が考えられる。この場合、巻芯部材13に巻回される平 角線Aは、回転治具Rと弾性部材による側圧を受けながら塑性変形して巻回され ることになる。 (2)上記コイルの巻線工程では、図10に示すように、コイルの巻始部c1と 巻終部c2とは完全にリング状に巻回される。しかし、回転治具Rの回転開始時 に、回転治具Rと巻芯部材13とを結合状態として同時に回転させると共に、線 材ガイド6の平角線Aの保持力を緩めておくことによって、案内溝r4に入込ん だ平角線Aの先端部は巻線されずに直線状体に維持される。また、切断装置によ って平角線Aの供給側を切断した状態でコイルを取り出すことにより、平角線A の後端部も直線状体となる。このような巻線工程によれば、コイルの両端部に直 線状のリード線が形成されることになる。 (3)上記実施形態では、線材ガイド6のX軸方向の位置つまり平角線Aの供給 位置が一定であり、平角線Aの巻線と共に回転治具Rと固定治具SとがX軸負方 向に移動するように構成されている。また、上記変形例(1)では、平角線Aの 巻線と共に中治具SaがX軸正方向に移動する。しかし、線材ガイド6をX軸方 向に移動可能に構成し、回転治具Rや固定治具Sあるいは中治具Saを極力固定 するように構成することも可能である。この場合、線材ガイド6の移動機構が必 要となる。 (4)上記実施形態では平角線Aのコイル巻線機及びその巻線方法に係わる実施 形態について説明したが、本発明の本質的な技術思想は、巻線後のスプリングバ ックを極力抑えるために、線条材を塑性変形させながら巻線するという手段を用 いる点にあるので、線条材の種類としては平角線Aに限定されるものではない。 コイル製造に通常用いられる丸線等も適用することが可能である。ただし、この 場合には、上記巻線治具(回転治具Rと固定治具S)の各正面の形状を線条材の 形状に合わせて変更する必要がある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.線条材を塑性変形させながら巻線することを特徴とするコイル巻線機。 2.巻芯部材に線条材を当接状態とすると共に、該線条材を一対の巻線治具によ って両側から線条材を塑性変形させる圧接力で挟み込み、いずれか一方の巻線治 具を回転駆動することによって巻芯部材の周面に巻回することを特徴とするコイ ル巻線機。 3.各々の対向面によって線条材の先端部を圧接状態に挟み込むと共に、何れか 一方が前記対向面内で回転駆動される一対の巻線治具と、 回転駆動される方の巻線治具の回転中心に沿って該回転駆動される方の巻線治 具と回転駆動されない方の巻線治具内に設けられた中治具とに挿通される巻芯部 材と、 回転駆動されない方の巻線治具に対して前記回転中心に沿って可動自在に設け られ、巻芯部材の周面に巻回された線条材を回転駆動される方の巻線治具の対向 面と間で圧接状態に挟み込む前記中治具とを備え、 前記回転駆動される方の巻線治具の対向面と中治具による線条材への圧接力を 線条材を塑性変形させる圧力として、線条材を巻芯部材の周面に巻回することを 特徴とするコイル巻線機。 4.回転駆動される方の巻線治具には、線条材の先端部が入込む案内溝が形成さ れることを特徴とする請求項2または3記載のコイル巻線機。 5.巻線開始時に線条材の供給を停止すると共に、線条材の先端部が巻芯部材の 周面に巻回されると、線条材を回転駆動される方の巻線治具の回転に同期して送 り出す線条材供給装置を備えることを特徴とする請求項2〜4いずれかに記載の コイル巻線機。 6.線条材が平角線であり、該平角線を縦状態として巻回することを特徴とする 請求項1〜5いずれかに記載のコイル巻線機。 7.線条材を塑性変形させながら巻線することを特徴とするコイル巻線方法。 8.巻芯部材に線条材を当接状態とすると共に、該線条材を一対の巻線治具によ って両側から線条材を塑性変形させる圧接力で挟み込み、いずれか一方の巻線治 具を回転駆動することによって巻芯部材の周面に巻回することを特徴とするコイ ル巻線方法。 9.巻線開始時に線条材の供給が停止状態とされて線条材の先端部をも巻芯部材 の周面に巻回し、かつ巻線終了時には線条材の後端部をも巻芯部材の周面に巻回 することを特徴とする請求項8記載のコイル巻線方法。 10.線条材が平角線であり、該平角線を縦状態として巻回することを特徴とす る請求項7〜9いずれかに記載のコイル巻線方法。
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