JP2003002539A - 巻線機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 線材繰り出し中または線材繰り出し停止中の
如何に拘わらず、線材に印加されるテンション値を任意
に変更することが可能であり、機械的調整を必要とせず
に広範囲な線径の線材に対応することができる構成とさ
れたテンション装置を提供する。 【解決手段】 本発明に係るテンション装置は線材収納
部１から巻線部へと供給される線材２に対して張力を印
加するものであって、線材２が先端部を走行するテンシ
ョンアーム８の基端部には回転トルク発生機構１５が連
結されており、この回転トルク発生機構１５は電気入力
を制御するのに伴って線材２に印加される張力を任意に
変更可能なものであることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コイルやトランス
などにおいて巻線作業を自動的に行なう場合に使用され
る巻線機に関し、詳しくは、線材収納部から線材ガイド
部を介して巻線部に供給される線材に対して一定の張力
を印加するテンション装置の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】コイルやトランスなどの巻線作業を実行
する自動巻線機においては従来から、図１２に示す如き
テンション装置が使用されている。このテンション装置
は、線材供給部である線材ボビン５１と巻線部（図示省
略）との間に設置されており、線材ボビン５１から引き
出された線材５２の走行を案内するスネールガイド５３
及び線押え５４と、線材５２が巻回されて共に回転する
ブレーキプーリ５５と、ブレーキプーリ５５を経た線材
５２が先端部のガイドローラ５６を通過して巻線部へと
走行していくテンションアーム５７と、これらの各々が
位置決めして配設されたフレーム５８とを備えている。
そして、フレーム５８上に基端部が軸支されたテンショ
ンアーム５７に対しては引っ張りスプリング５９による
回転トルクが付与され、ガイドローラ５６を通過する線
材５２にはテンションアーム５７の回転トルクに基づい
た一定の張力が印加されている。

【０００３】このテンション装置では、つぎのような動
作が実行される。まず、巻線作業中の線材繰り出し時、
つまり、線材ボビン５１から線材５２が引き出されてお
り、この引き出された線材５２とともにブレーキプーリ
５５が回転している状態下においては、ブレーキプーリ
５５のブレーキトルクが支配的であることによって線材
５２に印加される張力の値、いわゆるテンション値が一
定となる。また、引き出しが停止された後の線材５２に
印加されるテンション値は、テンションアーム５７の回
転トルクによって一定となる。さらに、線材５２の緩み
が生じた場合にあっては、テンションアーム５７が線材
５２を引っ張るよう回転する結果として線材５２の緩み
は吸収されてしまう。

【０００４】しかしながら、テンションアーム５７の回
転トルクは引っ張りスプリング５９でもって付与される
構造であるため、テンションアーム５７の角度位置によ
っては引っ張りスプリング５９の伸び量が変化すること
になり、結果的には線材５２に印加されるテンション値
が変化することになる。そこで、このような不都合をな
くす必要上、バネ定数が小さくて全長の長い引っ張りス
プリング５９を用いたり、テンションアーム５７の角度
位置による線材５２の張力変化が少なくなるよう引っ張
りスプリング５９の取付け位置や取付け方法などに配慮
することが実行されている。

【０００５】すなわち、テンションアーム５７では、線
材繰り出し時のテンション値と緩み吸収動作時のテンシ
ョン値とが予め設定されており、線材繰り出し時のテン
ション値は、線材５２の種別などに応じて定められた適
正なテンション値が得られるようブレーキプーリ５５の
ブレーキトルクを調整することによって設定される。な
お、ブレーキプーリ５５には摩擦式や磁力式、または、
エア式などがあり、これらのブレーキプーリ５５では機
械的または電気的な手法によるブレーキトルクの調整が
行われる。また、緩み吸収動作時のテンション値は、テ
ンションアーム５７がその動作範囲内の適正な角度位置
にある時のブレーキプーリ５５で生じている線材繰り出
し時のテンション値と釣り合うようにしたテンションア
ーム５７の回転トルクでもって調整されることになり、
具体的には、引っ張りスプリング５９の固定位置（作用
点）を移動したり、その伸び量を変化させることによっ
て調整されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来構
造とされたテンション装置を使用して行われる実際の巻
線作業においては、端末線処理や引き回し時の断線防
止、または、カラゲ時の緩み防止などの必要上から、線
材繰り出し時のテンション値を一時的に規定値よりも高
めへとシフトしたり、あるいは、低めへとシフトしたり
したうえで作業したい場合がある。また、線材５２の線
径変更などが必要な場合もあり、このような場合には、
テンション値の設定を短時間のうちに変更することが可
能であるとともに、その再現性が良好であることが求め
られる。

【０００７】そこで、線材繰り出し時のテンション値を
変化させる際であってブレーキプーリ５５が電気式であ
る際には電圧信号によって任意にブレーキトルクを制御
することが実行され、また、緩み吸収動作時のテンショ
ン値もブレーキプーリ５５で生じる線材繰り出し時のテ
ンション値と釣り合うようにしながらテンションアーム
５７の回転トルクを調整することによって制御されるこ
ととなる。しかしながら、テンションアーム５７に回転
トルクを付与している引っ張りスプリング５９のバネ定
数は一定であるため、緩み吸収動作時のテンション値を
変更するには、引っ張りスプリング５９の固定位置を機
械的に移動させたり、引っ張りスプリング５９の本数を
変更したりする必要があることとなり、線材繰り出し時
はまだしも緩み吸収動作時のテンション値を変更するこ
とは困難なのが実情である。

【０００８】本発明はこのような不都合に鑑みて創案さ
れたものであり、線材繰り出し中または線材繰り出し停
止中の如何に拘わらず、線材に印加されるテンション値
を任意に変更することが可能であり、機械的調整を必要
とせずに広範囲な線径の線材に対応することができる構
成とされたテンション装置を備えた巻線機の提供を課題
としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、線材
供給部から線材ガイド部を介して巻線部に供給される線
材に対して張力を印加するテンション装置を備えた巻線
機において、上記線材が先端部を走行するテンションア
ームの基端部には回転トルク発生機構が連結されてお
り、この回転トルク発生機構は電気入力を制御するのに
伴って線材に印加される張力を任意に変更可能なもので
あることを特徴としている。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１において、上
記回転トルク発生機構は、一定速度で回転するＤＣモー
タの発生する回転トルクの一部をテンションアームの基
端部へと伝達する電磁クラッチであることを特徴として
いる。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１又は２におい
て、線材収納部とテンションアームとの間には、線材を
間欠的に供給するブレーキプーリが配置されていること
を特徴としている。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１又は２におい
て、上記テンションアームの角度検出機構と、線材収納
部及びテンションアーム間に配置された繰り出しプーリ
とを備えており、この繰り出しプーリは、テンションア
ームの角度位置に応じて線材の線材繰り出し速度を制御
するものであることを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るテンション装
置の実施の形態を図面に基づいて説明する。 （実施の形態１）図１〜６は実施の形態１に係る巻線機
を説明するための図であり、図１は巻線機の全体構造を
示す正面図、図２は巻線装置の正面図、図３はその平面
図であり、図４は図２中の矢印Ａ−Ａで切断したブレー
キプーリの構造を示す断面図、図５はヒステリシスクラ
ッチの断面図、図６はブロック図である。

【００１４】図１において、１００は本実施の形態１に
係る巻線機である。この巻線機１００は、床面に設置さ
れる巻線機筐体１０１と、該筐体１０１上に配設された
線材リール（線材供給部）１，テンション装置１０２，
線材ガイド部１０３，巻線部１０４，線材処理部１０５
及びワーク挿排部１０５を備えている。

【００１５】前記テンション装置１０２は前記線材リー
ル１から巻線部１０４に延びる線材２に所要の張力を印
加するためのものである。

【００１６】また前記線材ガイド部１０３はこれのノズ
ル１０３ａをｘ軸（左右方向），ｙ軸（紙面垂直方向）
及びｚ軸（上下方向）に移動させることより該ノズル１
０３ａを通過する線材２を巻線部１０４で回転駆動され
るワーク１０４ａの所要位置に巻回するようになってい
る。

【００１７】前記線材処理部１０５は線材２の先端及び
終端をワーク１０４に溶着固定し、また前記ワーク排出
部１０６は、上記巻線作業の終了して巻線部１０４に把
持されているワークと巻線作業前のワークとを交換する
ように構成されている。

【００１８】上記テンション装置１０２は、図２及び図
３に示すように、上記線材リール１から引き出された線
材２の走行を案内するスネールガイド３及びガイドロー
ラ４と、１周分だけ巻回された線材２とともに回転する
ブレーキプーリ５と、このブレーキプーリ５を経てきた
線材２を案内するガイドローラ６と、先端部のアイレッ
トガイド７を通過した線材２が巻線部へと走行していく
テンションアーム８と、これらの各々が位置決めして配
設されたフレーム９とを備えている。そして、この際に
おけるテンションアーム８の周囲には位置検出センサ１
０〜１２が配設されており、位置検出センサ１０，１１
の各々はテンションアーム８の基端部に配置されたドグ
１３，１４を検知することにより、また、位置検出セン
サ１２はテンションアーム８そのものを検知してテンシ
ョンアーム８の角度位置を検出するようになっている。

【００１９】さらに、テンションアーム８の基端部には
電磁クラッチであるヒステリシスクラッチ１５の出力軸
１５ａが連結されており、このヒステリシスクラッチ１
５の入力軸１５ｂに対しては一定速度で回転するＤＣギ
ヤードモータ１６の出力軸がベルト１７を介したうえで
連結されている。すなわち、ここでのヒステリシスクラ
ッチ１５はＤＣギヤードモータ１６で発生する回転トル
クの一部をテンションアーム８の基端部へと伝達する回
転トルク発生機構として機能するようになっており、こ
のテンションアーム８に対してはヒステリシスクラッチ
１５によって常に回転トルクが付与されるので、このテ
ンションアーム８の角度位置に拘わらず、その先端部の
アイレットガイド７を通過して巻線部へと走行する線材
２には一定の張力が印加される。

【００２０】また、電気入力、つまり、具体的には入力
電流が変化した場合には、ヒステリシスクラッチ１５
は、ＤＣギヤードモータ１６からヒステリシスクラッチ
１５を介してテンションアーム８の基端部へと伝達され
る回転トルクを比例的に変化させることになる。そのた
め、ヒステリシスクラッチ１５への入力電流を制御する
ことに伴っては、テンションアーム８の先端部に配置さ
れたアイレットガイド７を通過して走行する線材２に対
し、伝達トルクをテンションアーム８の回転半径で除し
た値に相当するテンション値が付与される。なお、この
際におけるＤＣギヤードモータ１６は、巻線工程におけ
る線材２の緩みを発生させるワーク移動やノズル移動な
どの速度を十分に上回る速度がテンションアーム８の先
端部でもって確保される回転速度となるよう設定されて
いる。

【００２１】ところで、本実施の形態においては、ＤＣ
ギヤードモータ１６で発生する回転トルクの一部をヒス
テリシスクラッチ１５によってテンションアーム８の基
端部に伝達するとしているが、これらに代えてトルクモ
ータ（図示省略）を用いることも考えられる。しかしな
がら、トルクモータが有する単位体積当たりの発生トル
クは２．８ｇｆ・ｃｍであり、その変動に対する追従性
はやや低くなるのに対し、ヒステリシスクラッチ１５及
びＤＣギヤードモータ１６であれば、発生トルクが４．
４ｇｆ・ｃｍとなるばかりか、変動に対する高い追従性
が得られる。また、トルクモータではＡＣ４０〜６０Ｖ
の制御電圧が必要であり、かつ、発生トルクと印加電圧
の関係が非直線性となるのに対し、ヒステリシスクラッ
チ１５及びＤＣギヤードモータ１６の組み合わせでは、
制御電圧がＤＣ２４Ｖ以下の一般電圧であってよく、し
かも、発生トルクと印加電圧の関係が直線的となって制
御性が良好になるという利点が確保される。

【００２２】さらにまた、線材リール１とテンションア
ーム８との間には線材２を間欠的に供給するブレーキプ
ーリ５が配置されている。このブレーキプーリ５は、図
３に示すように、線材２の滑りを防止するためのＯリン
グ１８が外周溝部に嵌め込まれたプーリドラム１９と、
フレーム９によりプーリドラム１９を回転自在に支持す
るベアリング２０と、プーリドラム１９の側面を押さえ
込んで回転を阻止するブレーキパッド２１と、このブレ
ーキパッド２１をプーリドラム１９に押し付けるバネ２
２と、このバネ２２の付勢力に抗してブレーキパッド２
１をプーリドラム１９から離間させるソレノイド２３と
を具備している。そして、通常時におけるブレーキパッ
ド２１はバネ２２の付勢力でもってプーリドラム１９の
側面を押さえ込んでおり、その結果としてブレーキプー
リ５は回転不可となっている。

【００２３】つぎに、実施の形態１に係るテンション装
置の動作を説明する。まず、巻線作業中の線材繰り出し
時には、線材ボビン１から引き出された線材２がスネー
ルガイド３及びガイドローラ４に案内されてブレーキプ
ーリ５に１周だけ巻回された後、ガイドローラ６によっ
て案内されながらテンションアーム８の先端部に配置さ
れたアイレットガイド７を通過したうえで巻線部へと向
かって走行していくことになる。そして、この際には、
バネ２２でもって押圧付勢されたブレーキパッド２１が
プーリドラム１９の側面を押さえ込んでいるためにブレ
ーキプーリ５の回転は阻止されていることになり、線材
２が巻線部へと巻き込まれるのに伴ってテンションアー
ム８は設定された回転トルクを保ったままで反時計方向
へと回転することになる。

【００２４】また、巻線部による線材２の巻き込みが終
了した線材繰り出しの停止時にも、テンションアーム８
は設定された回転トルクを保持し続ける。そのため、以
後の時点でもって巻線部側の線材２に緩みが生じると、
テンションアーム８は時計方向へと回転することにな
り、線材２に印加されているテンション値は一定のまま
に保たれる。さらに、引き続き、巻線部へと線材２が巻
き込まれるのに伴ってテンションアーム８が反時計方向
に回転し、かつ、位置検出センサ１０がＯＮ動作する
と、ソレノイド２３がＯＮ動作する結果としてブレーキ
パッド２１がプーリドラム１９の側面から離間すること
となり、ブレーキプーリ５の回転が可能となる。

【００２５】そして、ブレーキプーリ５の回転が可能に
なると、テンションアーム８は巻線部１０４側の線材２
に対してテンション値を印加したままで供給側の線材２
を線材ボビン１から引き出しながら時計方向へと回転す
ることになり、テンションアーム８の回転によって位置
検出センサ１１がＯＮ動作する。すると、ソレノイド２
３が復帰し、ブレーキパッド２１によって再びプーリド
ラム１９の側面が押さえ込まれるため、ブレーキプーリ
５の回転は阻止されてしまう。その結果、線材ボビン１
からの線材２の供給は停止されることになり、テンショ
ンアーム８は巻線部による線材２の巻き込み量に応じて
反時計方向へと向かう回転を開始することになる。

【００２６】すなわち、本実施の形態に係るテンション
装置では、線材繰り出し中は勿論のこと、線材繰り出し
の停止中または線材２の緩み吸収動作時であっても、線
材２に印加されるテンション値をヒステリシスクラッチ
１５への入力電流を制御するだけのことによって任意に
変更可能であり、コイルやトランスなどに用いられる線
材２の線径が細くなってテンション値のきめ細かい制御
が必要な際にも容易に対処可能であることになる。な
お、線材２の材料切れ、あるいは、何らかの原因に基づ
く線材２の断線が生じた場合は、ガイドローラ６に当た
るまでテンションアーム８は時計方向へと回転すること
になり、このテンションアーム８を検出してＯＮ動作し
た位置検出センサ１２から巻線部の制御部に断線信号が
出力される結果としてテンション装置を使用した巻線作
業は中断されることになる。

【００２７】（実施の形態２）図７〜１１は実施の形態
２に係るテンション装置を説明するための図であり、図
７は全体構造を示す正面図、図８はその平面図、図９は
図７中の矢印Ｂ−Ｂで切断した繰り出しプーリの構造を
示す断面図、図１０は繰り出しプーリの駆動回路構成を
示す回路図であり、図１１は線速とテンション値との関
係を示す説明図である。なお、実施の形態２に係るテン
ション装置の全体構造は実施の形態１と基本的に異なら
ないから、図７及び図８において図２及び図３と同一の
機器、部品については同一符号を付し、ここでの詳しい
説明は省略する。

【００２８】本実施の形態に係るテンション装置は、図
７及び図８で示すように、線材リール１から引き出され
た線材２の走行を案内するスネールガイド３及びガイド
ローラ４と、これらによって案内されてきた線材２をテ
ンションアーム８に向けて繰り出す繰り出しプーリ３１
と、この繰り出しプーリ３１を経てきた線材２を案内す
るガイドローラ６と、先端部のアイレットガイド７を通
過した線材２が巻線部へと走行していくテンションアー
ム８と、これらの各々が位置決めして配設されたフレー
ム３２とを備えている。そして、この際、テンションア
ーム８の基端部には、一定速度で回転するＤＣギヤード
モータ１６の発生する回転トルクの一部を伝達するヒス
テリシスクラッチ１５が連結されているとともに、テン
ションアーム８の角度検出機構となる角度検出用ポテン
ショメータ３３が同心状として取り付けられている。

【００２９】また、繰り出しプーリ３１はブレーキプー
リ５に代えられたものであり、図９に示すように、Ｏリ
ング１８が外周溝部に嵌め込まれたプーリドラム３４
と、これを回転駆動するためのＤＣモータ３５とを具備
している。そして、この繰り出しプーリ３１は図８に示
すような駆動回路構成とされており、角度検出用ポテン
ショメータ３３によって検出されるテンションアーム８
の角度位置に応じて線材の線材繰り出し速度を制御する
ことになっている。すなわち、この構成では、テンショ
ンアーム８の角度位置を検出した角度検出用ポテンショ
メータ３３からの出力電圧Ｖout がパワートランジスタ
３６のベースに加わると、コレクタ電流が流れてＤＣモ
ータ３５が回転するため、角度検出用ポテンショメータ
３３への入力電圧Ｖinをトリマー抵抗３７でもって調節
することにより、ＤＣモータ３５が回転し始める時のテ
ンションアーム８の角度位置θを設定することが行われ
る。

【００３０】なお、本実施の形態に係るテンション装置
においても、ＤＣギヤードモータ１６で発生する回転ト
ルクの一部をヒステリシスクラッチ１５によってテンシ
ョンアーム８の基端部へと伝達することが実行される。
したがって、テンションアーム８の先端部に配置された
アイレットガイド７を通過して巻出部へと走行していく
線材２に対して印加されるテンション値が、ヒステリシ
スクラッチ１５への入力電流を制御することに伴って調
整されることは、実施の形態１と同様である。

【００３１】つぎに、実施の形態２に係るテンション装
置の動作を説明する。まず、線材リール１から引き出さ
れた線材２は繰り出しプーリ３１に対して巻回されるこ
ととなり、この繰り出しプーリ３１を通過した線材２は
テンションアーム８の先端部に配置されたアイレットガ
イド７を通過したうえで巻線部へと向かって供給され
る。そこで、線材２にテンション値が印加されていない
と考えると、この状態におけるテンションアーム８は時
計方向へと回転しきっている。そして、この状態から線
材２が巻線部へと巻き込まれ始めると、実施の形態１と
同様、テンションアーム８は設定された回転トルクを保
持したままで反時計方向へ回転することになり、テンシ
ョンアーム８が角度位置θにまで達すると、コレクタ電
流が流れ始めるためにＤＣモータ３５が回転し始め、か
つ、繰り出しプーリ３１が回転し始める。

【００３２】さらに、巻線部へと巻き込まれる線材２の
線速と繰り出しプーリ３１の周速とが等しくなるまでテ
ンションアーム８が回転する。つまり角度検出用ポテン
ショメータ３３からの出力電圧がテンションアーム８の
回転角度により変化し、繰り出しプーリ３１の回転速度
が変化することになり、これら両者が釣り合った時点で
テンションアーム８の回転は停止されることになる。す
なわち、テンションアーム８の先端部に配置されたアイ
レットガイド７を通過する線材２の線速が変化すると、
テンションアーム８の釣り合い位置（角度）も変化する
ことになるが、テンションアーム８の回転トルクが角度
位置に関わりなく一定であるから、線材２に印加される
テンション値には何ら影響も生じず、設定されたテンシ
ョン値が常に確保される。なお、図１１（ａ) ，( ｂ)
は線速とテンション値との関係を示す説明図であり、微
小なテンション値の調整が可能であることが明らかとな
っている。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
ないし請求項３に係る巻線機によれば、線材繰り出し中
及び線材繰り出しの停止中、あるいはまた、緩み吸収動
作時においても、線材に印加されるテンション値を任意
のタイミングで無段階的に制御することが可能となるの
で、テンション値の設定に関する自由度が従来に比較し
て大幅に増すこととなる。そのため、断線や巻緩みを防
止したり、線材の線径が変更された場合におけるテンシ
ョン値の設定が機械的調整を必要とせずに可能であり、
テンション値の設定を短時間かつ再現性よく容易に実行
できるという効果が得られる。さらに、本発明の請求項
４に係る構造を採用している際には、線材の供給系統で
発生する摩擦抵抗に起因したテンションの影響を受け
ず、テンションアームの回転トルクのみでもって線材に
対してテンションを印加することが可能となり、テンシ
ョン値の微小な制御が行えるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係る巻線機の全体構造を示す正
面図である。

【図２】上記巻線機に採用されているテンション装置の
全体構造を示す正面図である。

【図３】上記テンション装置の平面図である。

【図４】図２中の矢印Ａ−Ａで切断したブレーキプーリ
の構造を示す断面図である。

【図５】上記実施形態装置のヒステリシスクラッチの断
面側面図である。

【図６】上記実施形体装置のブロック構成図である。

【図７】実施の形態２に係るテンション装置の全体構造
を示す正面図である。

【図８】その平面図である。

【図９】図５中の矢印Ｂ−Ｂで切断した繰り出しプーリ
の構造を示す断面図である。

【図１０】繰り出しプーリの駆動回路構成を示す回路図
である。

【図１１】線速とテンション値との関係を示す説明図で
ある。

【図１２】従来の形態に係るテンション装置の全体構造
を示す正面図である。

【符号の説明】

１ 線材リール（線材収納部） ２ 線材 ８ テンションアーム １５ ヒステリシスクラッチ（回転トルク発生機構） １６ ＤＣギヤードモータ（ＤＣモータ） １００ 巻線機 １０２ テンション装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線材供給部から線材ガイド部を介して巻
   線部に供給される線材に対して張力を印加するテンショ
   ン装置を備えた巻線機において、上記テンション装置
   の、上記線材が先端部を走行するテンションアームの基
   端部には回転トルク発生機構が連結されており、この回
   転トルク発生機構は電気入力を制御するのに伴って線材
   に印加される張力を任意に変更可能なものであることを
   特徴とする巻線機。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記回転トルク発生
   機構は、一定速度で回転するＤＣモータの発生する回転
   トルクの一部をテンションアームの基端部へと伝達する
   電磁クラッチであることを特徴とする巻線機。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、線材収納部と
   テンションアームとの間には、線材を間欠的に供給する
   ブレーキプーリが配置されていることを特徴とする巻線
   機。
4. 【請求項４】 請求項１又は２において、上記テンショ
   ンアームの角度検出機構と、線材収納部及びテンション
   アーム間に配置された繰り出しプーリとを備えており、
   この繰り出しプーリは、テンションアームの角度位置に
   応じて線材の線材繰り出し速度を制御するものであるこ
   とを特徴とする巻線機。