JP2005129718A - 巻線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コアの巻芯部の径や線材の径や線材の巻幅がばらついても、最適巻線条件で線材をコアに巻付けることができる巻線装置を提供する。
【解決手段】 巻芯部径測定器２１は発光部と受光部を備えている。コア６０は発光部と受光部の間に配置され、スピンドル５によって中心軸のまわりに回転駆動した状態で巻芯部径が測定される。線材供給部１５と線材供給ノズル１０の間には、線材径測定器２２が置かれている。線材径測定器２２としては、通常、エアーマイクロメータなどのような非接触測定器が使用される。制御部２４では、巻芯部径測定器２１や線材径測定器２２から送られてきたデータに基づいて、線材供給ノズル１０の位置やコア６０の回転角を制御して、線材７０をコア６０の巻芯部に巻付ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、巻線装置、特に、線材をコアに巻付けてインダクタなどを製作する際に用いられる巻線装置に関する。

一般に、コアに線材を巻付けてインダクタを製造する際に用いられる巻線装置としては、コアを中心軸のまわりに回転駆動させて、前記コアまたは該コアに線材を供給する線材供給ノズルを、コアの中心軸方向に往復運動しつつ線材供給ノズルから供給される線材をコアに巻付ける形式の巻線装置が用いられている。

通常の巻線装置は、ある一定数量（ロット）のコアに対して最初に巻線条件（巻始め位置、巻ピッチ、巻数など）が設定されると、ロットのコア全てに対してその巻線条件で巻付け作業を行うものであった。

なお、インダクタの電気特性のばらつきを抑える巻線装置として、特許文献１や特許文献２に記載のものがあった。特許文献１の巻線装置は、巻付け中に発生した巻むらを検出するものである。特許文献２の巻線装置は、コアの巻芯部幅を測定し、この測定値に基づいて線材が乱巻きにならないように巻付けるものである。
特開平８−１２４７７７号公報 特開昭６１−１０７７１４号公報

ところで、インダクタの電気特性（インダクタンス特性）は、コアの巻芯部の径、線材の径および線材の巻幅によって変わる。しかし、コアの巻芯部の径や線材の径にはばらつきがあり、また、巻付け中の制御しきれない線材の挙動により線材の巻幅がばらつくことがある。これが、完成したインダクタの電気特性のばらつきの一要因となっている。

そこで、本発明の目的は、コアの巻芯部の径や線材の径や線材の巻幅がばらついても、最適巻線条件で線材をコアに巻付けることができる巻線装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る巻線装置は、コアの巻芯部の径を測定する巻芯部径測定器や、線材の径を測定する線材径測定器や、コアの巻芯部に巻付け途中の線材の巻幅を測定する画像処理装置を備えている。

そして、巻芯部径測定器で得られた巻芯部の径のデータや、線材径測定器で得られた線材の径のデータに基づいて、巻芯部に巻付ける線材の最適巻線条件を算出し、該最適巻線条件から、コアの中心軸方向におけるコアと線材供給ノズルとの相対的位置およびコアと線材供給ノズルとの相対的回転角を制御する。

以上の構成により、コアの巻芯部径や線材の径のばらつきに影響を受けることなく、高精度のインダクタンス特性を有するインダクタを製造することができる。

また、画像処理装置で得られた巻付け途中の線材の巻幅のデータから、予め設定された線材の標準巻幅になるように、コアの中心軸方向におけるコアと線材供給ノズルとの相対的位置を制御する。

以上の構成により、線材の巻幅のばらつきが解消される。

また、本発明に係る巻線装置は、予め設定された前記線材の標準巻幅において、前記線材の最終ピッチの間隔をあけるように算出することを特徴とする。

本発明によれば、コアに線材を巻付ける前に、コアの巻芯部径や線材の径を測定し、その巻芯部径や線材径に最適な巻線条件で線材をコアに巻付けるので、コアの巻芯部径や線材の径のばらつきの影響を受けることなく、高精度のインダクタを製造することができる。

また、コアに線材を巻付けている途中に、線材の巻幅を測定し、その巻幅の測定データから、コアの中心軸方向におけるコアと線材供給ノズルとの相対的位置を制御して予め設定された線材の標準巻幅になるようにするので、線材の巻幅のばらつきが少ない高精度のインダクタを製造することができる。

以下に、本発明に係る巻線装置の一実施例について添付図面を参照して説明する。

図１は巻線装置１の概略構成図である。巻線装置１は、ターンテーブル２の周辺部に、コア投入エリアＡ、巻線エリアＢ、端末処理エリアＣおよび完成品取り出しエリアＤが配置されている。

ターンテーブル２は平面視が矩形であり、四つの側面にはそれぞれコア把持機構３が設けられている。コア把持機構３はコア６０を把むためのチャック４を備えている。巻線エリアＢにおいては、さらにコア６０を中心軸のまわりに回転駆動させるためのスピンドル５を備えている。スピンドル５にはエンコーダが内蔵されており、このエンコーダはモータの回転角度に比例したパルスを発生する。スピンドル５のモータとエンコーダは協働してコアの回転角度を常時計測する。ターンテーブル２は反時計方向回りに回転して、コア把持機構３にて把持されたコア６０をエリアＡ、エリアＢ、エリアＣ、エリアＤと順次搬送する。

コア投入エリアＡは、コア６０をパーツフィーダ（図示せず）によって整列した後、順次、ターンテーブル２の把持機構３にセットするエリアである。

巻線エリアＢは、コア６０の巻芯部に線材７０を巻付けるエリアである。巻線エリアＢには、線材供給部１５と、線材７０の径を測定する線材径測定器２２と、ＣＣＤカメラ２５とが配置されている。また、本実施例では、この巻線エリアＢに、コア６０の巻芯部の径を測定する巻芯部径測定器２１が配置されている。

図２は巻芯部径測定器２１の概略構成を示す。図２において、コア６０の中心軸の方向は紙面に垂直な方向であり、斜線部はコア６０の巻芯部の横断面を表示している。巻芯部径測定器２１は発光部２１ａと受光部２１ｂを備えている。コア６０は発光部２１ａと受光部２１ｂの間に配置され、スピンドル５によって中心軸のまわりに回転駆動した状態で巻芯部径が測定される。

このとき、巻芯部径測定器２１は、コア６０の巻芯部の長手方向（中心軸方向）に平行移動し、予め設定しておいた箇所の巻芯部横断面の縦寸法Ｄ１と横寸法Ｄ２を測定する。発光部２１ａから平行光やレーザビームが照射されると、巻芯部によって受光部２１ｂに陰ができる。この陰の長さが巻芯部径として検出される。測定された巻芯部径のデータは制御部２４に送られる。

図３に示すように、線材供給部１５は、定テンション機構（図示せず）にて線材７０に一定のテンションを加えた状態で、線材７０を線材供給ノズル１０に送り込む。線材供給ノズル１０は、平行移動用モータ１１によってコア６０の中心軸に対して平行に移動可能である。線材供給部１５と線材供給ノズル１０の間には、線材径測定器２２が置かれている。線材径測定器２２としては、通常、エアーマイクロメータなどのような非接触測定器が使用される。測定端子によって線材７０を傷つけないためである。測定された線材径のデータは制御部２４に送られる。

制御部２４では、巻芯部径測定器２１や線材径測定器２２から送られてきたデータに基づいて、線材供給ノズル１０の位置やコア６０の回転角を制御して、線材７０をコア６０の巻芯部に巻付ける。

制御部２４には以下の関係式（１），（２），（３）がメモリされている。ここに、ΔＬはインダクタのインダクタンスの変化率であり、ΔＷはコア６０の巻芯部に巻付けられた線材７０の巻幅ｌの変化率であり、ΔＳはコア６０の巻芯部の横断面の面積Ｓ（＝πＲ²）の変化率であり、Δｄは線材７０の径ｄの変化率である。

ΔＬ＝―ΔＷ／２…（１）
ΔＬ＝５ΔＳ／６…（２）
ΔＬ＝―Δｄ／８．５…（３）

これらの関係式（１），（２），（３）は、図４に示すようなコア６０Ａの巻芯部に線材７０Ａが密着巻されている単層円筒形コイルの自己インダクタンスＬの理論式
Ｌ＝（Ｋｎ・４π²・Ｒ²・Ｎ²／ｌ）×１０^-1（ｎＨ）
ただし、ｌ：線材７０Ａの巻幅
Ｒ：コア６０Ａの巻芯部の半径
Ｎ：線材７０Ａの巻数
Ｋｎ：長岡係数
を利用して求めた。

すなわち、前記自己インダクタンスＬの理論式において、線材７０Ａの巻幅ｌ、コア６０Ａの巻芯部の横断面の面積Ｓ（＝πＲ²）、線材７０Ａの径ｄを変化させたときの自己インダクタンスＬの変化をシュミレーションしたものを図にした。そして、その図から、インダクタンスの変化率ΔＬと線材７０の巻幅ｌの変化率ΔＷの関係、インダクタンスの変化率ΔＬとコア６０の巻芯部の横断面の面積Ｓの変化率ΔＳの関係、並びに、インダクタンスの変化率ΔＬと線材７０の径ｄの変化率Δｄの関係を推測して関係式（１），（２），（３）を求めた。

図２に示すように、本実施例のコア６０の巻芯部の横断面が矩形であるにもかかわらず、単層円筒形コイルの自己インダクタンスＬの理論式を用いたのは、以下の理由による。すなわち、この矩形の巻芯部に線材７０を巻付けると、線材７０が巻芯部のエッジ部で直角に折れ曲がらず、円弧状に曲がり、矩形の巻芯部のサイズが小さければ、線材７０は矩形の巻芯部に略円形状に巻付けられることになるからである。

なお、コア６０Ａの巻芯部に線材７０Ａが疎巻（ピッチ巻）されている場合の単層円筒形コイルの自己インダクタンスＬの理論式は、
Ｌ＝（Ｋ・Ｋｎ・４π²・Ｒ²・Ｎ²／ｌ）×１０^-1（ｎＨ）
ただし、Ｋ：係数
となる。

巻芯部径測定器２１や線材径測定器２２から巻芯部径や線材径の測定データが送られてくると、制御部２４は予めメモリに登録しておいた巻芯部径や線材径（設計値）と比較し、コア６０の巻芯部の横断面の面積Ｓの変化率ΔＳや線材７０の径ｄの変化率Δｄを求める。そして、これらの変化率ΔＳ，Δｄを関係式（２）および（３）に代入することによって、インダクタンスの変化率ΔＬを算出する。例えば、コア６０の巻芯部の横断面の面積Ｓが設計値より５％減少した場合、関係式（２）からインダクタンスは約４．２％減少する。

次に、所望のインダクタンス値が得られるように、制御部２４は、算出したインダクタンスの変化率ΔＬに基づいて、線材７０の最適巻数Ｎを算出する。この最適巻数Ｎから制御部２４は、スピンドル５のモータおよび平行移動用モータ１１に駆動信号を送り、線材供給ノズル１０の位置やコア６０の回転角を制御する。こうして、線材７０をコア６０の巻芯部に最適巻数Ｎで巻付ける。

なお、インダクタンスの変化率ΔＬから求まる最適巻数Ｎが、例えば５．２回というように整数値にならなかった場合には、回転角の制御により整数分のみ巻回するとともに、端数については後述する画像処理装置２３で巻幅ｌを算出する際に、最終ピッチの間隔をあける（疎巻にする）ように算出し、線材供給ノズル１０の位置を制御する。

以上のように、巻線装置１は、コア６０に線材７０を巻付ける前に、コア６０の巻芯部径や線材７０の径を測定し、その巻芯部径や線材径に最適な巻線条件で線材７０をコア６０に巻付けるので、コア６０の巻芯部径や線材７０の径のばらつきに影響を受けることなく、高精度のインダクタを製造することができる。

さらに、本実施例では、線材７０をコア６０の巻芯部に巻付けている途中（図３の点線を参照）に、ＣＣＤカメラ２５でコア６０の巻芯部に巻付けられている線材７０を撮像している。画像処理装置２３はＣＣＤカメラ２５から撮像データが送られてくると、巻付け途中の線材７０の巻幅ｌを算出する。そして、予めメモリに登録しておいた巻幅（設計値）と比較し、線材７０の巻幅ｌのずれ量を算出する。

制御部２４は、画像処理装置２３から巻幅ｌのずれ量のデータが送られてくると、予めメモリに登録しておいた位置に最終ターンがくるように（図３の一点鎖線参照）、平行移動用モータ１１に駆動信号を送り、線材供給ノズル１０の位置を制御する。

以上のように、巻線装置１は、コア６０に線材７０を巻付けている途中に、線材７０の巻幅ｌを測定し、その巻幅ｌの測定データから、コア６０の中心軸方向におけるコア６０と線材供給ノズルとの相対的位置を制御して予め設定された線材７０の標準巻幅になるようにするので、線材７０の巻幅ｌのばらつきが少ない高精度のインダクタを製造することができる。

端末処理エリアＣは、コア６０の巻芯部に巻付けた線材７０の始端部および終端部を、コア６０の両端の鍔部に形成した外部電極に熱圧着やはんだ付けで電気的に接続するエリアである。こうして巻芯部に線材７０が巻付けられたインダクタが完成する。

完成品取り出しエリアＤは、完成したインダクタを把持機構３から取り外すエリアである。

なお、本発明に係る巻線装置は、前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、巻線供給ノズルを固定し、コアを中心軸のまわりに回転駆動させるとともに、コアを中心軸方向に往復運動させて線材をコアに巻付けるものであってもよい。また、コアを固定し、巻線供給ノズルをコアのまわりに回転駆動させるものであってもよい。つまり、コアと巻線供給ノズルが相対的に移動可能であればよい。

また、巻芯部径測定器は巻線エリアＡに設けてもよい。つまり、線材をコアに巻付ける前に巻芯部径を測定できれば、巻芯部径測定器の設置場所は問わない。さらに、巻芯部径測定器は、図２に示すような測定器２１でなく、画像処理装置２３を使って巻芯部径を測定してもよい。

本発明に係る巻線装置の一実施例を示す概略構成図。 巻芯部径測定器の概略構成図。 巻線エリアの拡大構成図。 計算式を説明するためのインダクタの断面図。

符号の説明

１…巻線装置
１０…線材供給ノズル
２１…巻芯部径測定器
２２…線材径測定器
２３…画像処理装置
２４…制御部
２５…ＣＣＤカメラ
６０…コア
７０…線材
ｌ…巻幅
ｄ…線材の径
２Ｒ…コアの巻芯部の径

Claims (5)

1. 線材をコアに巻付ける巻線装置において、
   コアに巻付ける線材を供給するための線材供給ノズルと、
   前記コアの巻芯部の径を測定する巻芯部径測定器と、
   前記巻芯部径測定器で得られた前記コアの巻芯部の径のデータに基づいて、前記巻芯部に巻付ける線材の最適巻線条件を算出し、該最適巻線条件から、前記コアの中心軸方向における前記コアと前記線材供給ノズルとの相対的位置および前記コアと前記線材供給ノズルとの相対的回転角を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする巻線装置。
2. 線材をコアに巻付ける巻線装置において、
   コアに巻付ける線材を供給するための線材供給ノズルと、
   前記線材の径を測定する線材径測定器と、
   前記線材径測定器で得られた前記線材の径のデータに基づいて、前記巻芯部に巻付ける線材の最適巻線条件を算出し、該最適巻線条件から、前記コアの中心軸方向における前記コアと前記線材供給ノズルとの相対的位置および前記コアと前記線材供給ノズルとの相対的回転角を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする巻線装置。
3. 線材をコアに巻付ける巻線装置において、
   コアに巻付ける線材を供給するための線材供給ノズルと、
   前記コアの巻芯部に巻付け途中の線材の巻幅を測定する画像処理装置と、
   前記画像処理装置で得られた巻付け途中の前記線材の巻幅のデータから、予め設定された線材の標準巻幅になるように、前記コアの中心軸方向における前記コアと前記線材供給ノズルとの相対的位置を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする巻線装置。
4. 線材をコアに巻付ける巻線装置において、
   コアに巻付ける線材を供給するための線材供給ノズルと、
   前記コアの巻芯部の径を測定する巻芯部径測定器と、
   前記線材の径を測定する線材径測定器と、
   前記コアの巻芯部に巻付け途中の線材の巻幅を測定する画像処理装置と、
   前記巻芯部径測定器で得られた巻芯部の径のデータ、および、前記線材径測定器で得られた線材の径のデータに基づいて、前記巻芯部に巻付ける線材の最適巻線条件を算出し、該最適巻線条件から、前記コアの中心軸方向における前記コアと前記線材供給ノズルとの相対的位置および前記コアと前記線材供給ノズルとの相対的回転角を制御するとともに、前記画像処理装置で得られた巻付け途中の線材の巻幅のデータから、予め設定された線材の標準巻幅になるように、前記コアの中心軸方向における前記コアと前記線材供給ノズルとの相対的位置を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする巻線装置。
5. 予め設定された前記線材の標準巻幅において、前記線材の最終ピッチの間隔をあけるように算出することを特徴とする請求項４に記載の巻線装置。

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