JP2005219890A - ワイヤの巻取方法および巻取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 巻取りを行いながら巻幅を調整し、線材を整列させてスプールに巻き取らせるワイヤの巻取方法および巻取装置を提供する。
【解決手段】 スプール（１）に線材（３）を巻取る巻取方法において、線材を繰り出す速度を略一定に調整し、スプールの回転速度を検出し、検出されたスプールの回転速度に応じて、スプールに巻き取らせる線材を移動させるスプール軸方向の巻幅（Ｄ）を調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワイヤを整列させて巻き取る巻取方法および巻取装置に関するものである。

ワイヤをスプールに巻き取る場合、ワイヤの線径、総巻数、スプールの回転速度（あるいは、回転するフライヤの回転速度）、およびスプールの巻幅からピッチを決定して巻線していた。

しかしながら、スプール幅やワイヤの線径には公差によるにばらつきがあり、巻線時、スプールの端部で巻線しようとする残りのスペースとワイヤ径とが、必ずしも整合しないため、ワイヤとスプール端部との間に隙間ができたり、あるいは逆に、ワイヤがスプール端部の壁面に乗り上げたりすることがある。

また、同一のスプールでも、仕様の変更などにより、ワイヤ径が変わることがあり、このような場合もワイヤとスプール端部の間に隙間ができたり、あるいは逆にワイヤがスプール端部の壁面に乗り上げたりすることがある。

例えば、ワイヤとスプール端部の間に隙間ができた場合、端部の巻厚が中央部の巻厚に比べ小さくなる。また、ワイヤがスプール端部の壁面に乗り上げた場合、端部の巻厚が中央部の巻厚に比べ大きくなる。さらに、スプールの鍔が薄い場合などは、巻線中に、ワイヤの押圧力に負けて（とくに、ワイヤがスチールワイヤのように、剛性が高いものの場合に顕著である）、スプール幅が拡がって、巻厚を均一とすることができない。

このように巻厚が均一とならず、中央部と端部で巻厚が異なるより、全域を同一巻厚になるように均一に巻線するほうが、総巻数を最大にでき、効率的に巻取りができる。

このような問題を解決するために、巻回されたスプールの巻厚を、レーザー光を当ててその反射波の位相差を検出して、巻厚を測定し、巻厚が小さくなっている場合は、巻幅を拡げ（またはその箇所の巻数を増加させ）、巻厚が大きくなっている場合は、巻幅を縮める（またはその箇所の巻線をしない）ものもある。

しかし、この巻取方法では、レーザー光を発射し、反射波を検出する装置が必要となるため、使用する装置が高価となってしまうという問題があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、安価にワイヤをスプールの全域にわたって均一に巻き取ることのできる巻取方法および巻取装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、スプールに線材を巻取る巻取方法において、線材を繰り出す速度を略一定に調整し、スプールの回転速度を検出し、検出されたスプールの回転速度に応じて、スプールに巻き取らせる線材を移動させるスプール軸方向の巻幅を調整する。

第２の発明は、スプールに線材を巻き取る巻取装置において、スプールを回転させて線材を巻き取らせる巻取機構と、スプールに巻き取らせる線材をスプール軸方向に移動させるトラバース機構と、線材を繰り出す速度を略一定に調整する線材繰り出し速度調整機構と、スプールの回転速度を検出するスプール回転速度検出手段と、検出されたスプールの回転速度に応じて、線材を移動させる巻幅を調整するコントローラと、を備えた。

第３の発明は、第２の発明において、線材の巻取り位置がスプールの中央部と端部におけるスプールの回転速度を検出し、端部の回転速度が中央部の回転速度に比べて小さい場合、巻幅を大きくし、端部の回転速度が中央部の回転速度に比べて大きい場合、巻幅を小さくする構成とした。

第４の発明は、第３の発明において、コントローラは、中央部の回転速度として、予め設定された値を用いる。

第５の発明は、第２の発明において、トラバース機構の移動速度を加減速することにより、スプール上に巻き取られた線材の層を任意の形状とする構成とした。

第６の発明は、第２の発明において、巻き取りが進むにつれて、線材を移動させる巻幅を徐々に狭め、スプールの端部付近での線材の層を傾斜させる構成とした。

第１および第２の発明によると、スプールに線材を巻き取らせながら巻幅の調整を行うことができ、線材をスプールに整列させて巻き取ることができ、線材の巻き取り回数を増加することができる。

第３の発明によると、端部の回転速度が中央部の回転速度に比べて小さい場合、巻幅を大きくすることにより、端部付近における線材の巻数を多くして線材の巻厚を増加させる。端部の回転速度が中央部の回転速度に比べて大きい場合、巻幅を小さくすることにより、端部付近における線材の巻数を少なくして線材の巻厚を増加させないようにする。これにより、スプールの端部においても、線材を整列させて巻き取ることができ、線材の巻き取り回数を増加することができる。

第４の発明によると、巻乱れの少ない中央部におけるスプールの回転速度として、予め設定した値を用いることにより、巻取装置の動作速度を速くすることができる。

第５の発明によると、巻き取った線材の層を任意の形状にすることができる。

第６の発明によると、チャックを備えた固定冶具によってスプールを保持する場合でも、チャックと線材が干渉するのを防ぎつつ、巻取り回数を増加させることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図３は本実施形態に用いるスプール１を示す。

スプール１は第１、第２つば部４１、４２を有し、線材であるワイヤ３はその間に巻き取られる。スプール１の幅Ｗには公差があり、スプール１によって若干の誤差がある。したがって、ワイヤ３は、スプール１の第１、第２端部１ａ、１ｂに、所定の巻幅Ｄにわたって巻き取られる。

図１は本発明による巻取装置の第１実施形態を示す。

巻取装置５０は、スプール１をその軸まわりに回転可能に保持する巻取機構１０を備える。

巻取機構１０は、スプール１を軸方向の両側から挟持してスプール１を固定する２つの固定冶具２を備える。各固定冶具２は、架台４に略直立して固設された２つの支持フレーム７にそれぞれ回転可能に支持される。一方の支持フレーム７には、固定冶具２を回転させるモータ１２が設けられる。

一方の固定冶具２には、スプール回転速度検出手段としてスプール１の回転速度を検出する回転速度センサ１９が設けられる。コントローラ５は、回転速度センサ１９が検出するスプール１の回転速度を参照しながらモータ１２の回転速度を所定の速度に制御する。

巻取装置５０は、スプール１に繰り出すワイヤ３を案内するトラバース機構２０を備える。

トラバース機構２０は、スプール１の軸方向に延びたガイド台６を備える。ガイド台６は、架台４に略直立して固設されたガイドフレーム１１の上部に取り付けられる。

ガイド台６内には、ガイド台６を長手方向に移動するガイド本体１３が設けられる。ガイド本体１３は、ガイド台６の両端に支持され、ガイド台６の長手方向にわたって延びる２本のガイド棒８によって貫通されて摺動可能に支持される。ガイド台６には、ガイド台６の長手方向にわたって延びるボールねじ９が、ガイド棒８と平行に、かつこれらに挟み込まれるようにして回転可能に設けられる。ボールねじ９はガイド本体１３と螺合しており、ガイド台６の一端に設けられたサーボモータ１４がボールねじ９を回転させることにより、ガイド本体１３をボールねじ９に沿って移動させる。サーボモータ１４は、コントローラ５によって制御され、ガイド本体１３をスプール１の軸方向と平行に移動させつつ、ワイヤ３をスプール１に巻き取らせる。

ガイド本体１３には、スプール１の上方まで突出した突出部１５が設けられる。突出部１５の先端には、ワイヤ３を案内してスプール１に繰り出す一対のガイドローラ１６が設けられる。

巻取装置５０は、図２に示すように、ワイヤ３を所定のテンションに調整する線材繰り出し速度調整機構６０を備える。

線材繰り出し速度調整機構６０は、ワイヤ３のごみ取り用のフェルトプーリ６８の上方に、棒状のテンションアーム７０を備える。このテンションアーム７０は、その基端部７０Ａにおいて固定部材６９に回転自在に軸支され、この固定部材６９に沿って回転する。このテンションアーム７０の回転角度は、基端部７０Ａ付近に設置されたポテンショメータ７１によって検出される。

テンションアーム７０の先端には、ワイヤ３のガイド部材であるプーリ７２が設けられる。ワイヤ巻取りボビン６２とこれを駆動する繰り出し駆動モータ６３とから構成されたワイヤ源６１からフェルトプーリ６８に導かれたワイヤ３は、このプーリ７２にかけ回され、さらにプーリ７２よりもコイルボビン７７側にあるプーリ７３にかけ回された後、スプール１へと導かれる。なお、テンションアーム７０先端のガイド部材としては、プーリ７２に代えて、例えばワイヤ３を通すリング状の部材を備えるようにしてもよい。

プーリ７３は、固定部材６９に設置されたエンコーダ７４の回転軸に固定されている。これにより、プーリ７３を介してスプール１に導かれたワイヤ３の量は、エンコーダ７４により正確に検出できるようになっている。

また、固定部材６９に設けられたボス部６８Ａとテンションアーム７０の間には、テンションスプリング７５が設けられ、テンションアーム７０のプーリ７３側への回転に対して、引き戻す方向のバネ力を及ぼす。これにより、スプール１への巻線でワイヤ３がプーリ７３から前方に引き込まれ、テンションアーム７０がプーリ７３側に傾斜すると、テンションスプリング７０が伸長し、ワイヤ３にはテンションスプリング７５のバネ力と等しいテンションが与えられるようになっている。

なお、テンションアーム７０の素材としては、テンション変動がポテンショメータ７１により検出される傾斜角度に正確に反映されるように、十分に剛性が高く撓みが少ないとともに、テンション変動への追従性が高いものであるように、軽量のものが用いられる。また、この十分な剛性と高い追従性を達成するため、テンションアーム７０の形状は、基端部７０Ａ側（回動支点側）で太く、先端側（プーリ７２側）で細く形成される。

コントローラ５は、ポテンショメータ７１およびエンコーダ７４の検出値に応じて、所定の速度でワイヤ３を繰り出すように繰り出しモータ６３を制御する。

この線材繰り出し速度調整機構６０から供給されたワイヤ３が、前記一対のガイドローラ１６を介してスプール１に繰り出される。

このような線材繰り出し速度調整機構６０の構成により、ワイヤ３は所定の繰り出し速度に保たれる。

巻取装置５０は以上のように構成され、この装置を用いて、以下に説明するようにワイヤ３がスプール１に巻取られる。

一般に、ワイヤ３の繰り出し速度が一定に保たれた場合、スプール１に巻かれたワイヤ３の巻厚にばらつきがあると、スプール１の回転速度が変動する。たとえば、スプール１の中央部から端部にかけて巻厚が増加すると、周の長さも増加するため、ワイヤ３の繰り出し速度を一定に保とうとすると、スプール１の回転速度は減少する。逆に、スプール１の中央部から端部にかけて巻厚が減少すると、周の長さも減少するため、ワイヤ３の繰り出し速度を一定に保とうとすると、スプール１の回転速度は増加する。

本発明では、上述の特性に着目し、スプール１にワイヤ３を巻き取らせながら、スプール１の回転速度を回転速度センサ１９で検出し、スプール１の軸方向にかけてワイヤ３の巻厚の変動を判定する。そして、この変動に応じて、ガイド本体１３の移動範囲を調整してワイヤ３の巻幅を調整することにより、スプール１にワイヤ３を均一の巻厚で巻き取らせる巻取方法とした。

以下に、巻取方法の手順を示す。

ガイド本体１３をスプール１の第１端部１ａに移動させ、ワイヤ３の先端を第１つば部４１に隣接させてスプール１に保持させる。

ガイド本体１３をスプール１に沿って第１端部１ａから第２端部１ｂまで移動させ、ワイヤ３を所定の巻幅Ｄにわたってスプール１に巻き取らせていく。ガイド本体１３は第２つば部４２から所定の余り代Ｓをおいた位置で折り返し、第１つば部４１に向かって移動する。このようにして、ガイド本体１３を第１端部１ａと第２端部１ｂとの間で往復させることによって、スプール１に所定の巻幅Ｄにわたってワイヤ３を巻き取らせていく。これを、スプール１まわりに所定数のワイヤ層が形成されるまで続け、テスト巻とする。

次に、図４に示すように、調整巻きを開始する。調整巻１層目において、ガイド本体１３が第１端部１ａから中央部１ｄに移動したとき、コントローラ５は回転速度センサ１９に第１端部１ａおよび中央部１ｄの各位置におけるスプール１の回転速度１ＬＥ、１Ｃを検出させ、それらの値をコントローラ５内に格納する。

コントローラ５は、第１端部１ａの回転速度１ＬＥと中央部１ｄの回転速度１Ｃを比較し、中央部１ｄの回転速度１ＬＥに対して第１端部の回転速度１Ｃが増加しているか減少しているかを判定する。

例えば、第１端部１ａと中央部１ｄとのあいだに回転速度の違いがない場合、コントローラ５は、図５の（１）で示すように、スプール１の外径は第１端部１ａと中央部１ｄとのあいだにかけて巻厚の差はないと判定する。

中央部１ｄの回転速度１Ｃに対して第１端部１ａの回転速度１ＬＥが減少している場合、コントローラ５は、図５の（２）で示すように、第１端部１ａ付近の巻厚は中央部１ｄに比べて大きいと判定する。

中央部１ｄの回転速度１Ｃに対して第１端部１ａでの回転速度１ＬＥが増加している場合、コントローラ５は、図５の（３）で示すように、第１端部１ａ付近の巻厚は中央部１ｄに比べて小さいと判定する。

次に、ガイド本体１３をスプール１に沿って第２端部１ｂから第１端部１ａまで逆方向に水平移動させながら、調整巻２層目を行っていく。

調整巻１層目で、図５の（１）で示すように、第１端部１ａ付近の巻厚は中央部１ｄに比べて差がないと判定した場合、ガイド本体１３はテスト巻と同様に所定の巻幅Ｄでワイヤ３を巻き取らせていく。

調整巻１層目で、図５の（２）で示すように、第１端部１ａ付近の巻厚は中央部１ｄに比べて大きいと判定した場合、ガイド本体１３を第１端部１ａの手前で止めて調整巻２層目の巻取りを終了する。これにより、外径の膨らんだ第１端部１ａ付近でのワイヤ３の巻取りを防止し、第１端部１ａ付近の巻厚がさらに増加するのを防止することができる。したがって、この場合、第１端部１ａ付近での巻取りを行わないため、巻幅Ｄ１は小さくなる。

調整巻１層目で、図５の（３）で示すように、第１端部１ａ付近の巻厚は中央部１ｄに比べて小さいと判定した場合、第１端部１ａを超えて巻幅Ｄ２を延長してワイヤ３を巻き取らせる。これにより、巻厚の減少している第１端部１ａ付近での巻回数を増加することができ、第１端部１ａ付近の巻厚を増加させることができる。

この調整巻２層目の巻取りの過程で、コントローラ５は、回転速度センサ１９に第２端部１ｂおよび中央部１ｄにおけるスプール１の回転速度２ＲＥ、２Ｃを検出させ、それらの値をコントローラ５内に格納し、第２端部１ｂおよび中央部１ｄにおける巻厚の比較を行なう。そして、比較の結果に基づき、図５の（４）、（５）に示すように、第１端部１ａと同様に巻幅Ｄ３、Ｄ４の調整を行いつつ調整巻３層目を行っていく。

したがって、第１、第２端部１ａ、１ｂともに巻厚が小さい場合、図５の（６）に示すように、所定の巻幅Ｄを超えて巻幅Ｄ５を延長して巻き取りを行う。

第１、第２端部１ａ、１ｂともに巻厚が大きい場合は、図５の（７）に示すように、巻幅Ｄ６を小さくして巻き取りを行う。

第１端部１ａの巻厚が大きく、第２端部１ｂの巻厚が小さい場合は、図５の（８）に示すように、第１端部１ａ側で縮め、第２端部１ｂ側で延長した巻幅Ｄ７にて巻き取りを行う。

第１端部１ａの巻厚が小さく、第２端部１ｂの巻厚が大きい場合は、図５の（９）に示すように、第１端部１ａ側で延長し、第２端部１ｂ側で縮めた巻幅Ｄ８にて巻き取りを行う。

巻幅Ｄの加減量は、巻厚の変化の量を勘案して決定されるが、テスト巻によりその巻線に合う加減量の係数が決定される。

以上のように巻幅Ｄを調整しながらワイヤ３を巻き取っていくことにより、スプール１の全域にわたって均一な巻厚のワイヤ層を形成することができる。

図６は、巻取り装置の第２の実施形態を示す。

第１実施形態によると、固定冶具２によってスプール１を軸方向から挟持して保持するが、本実施形態によると、固定冶具２は、チャック８０を備え、チャック８０によってスプール１のつば部４１、４２を径方向から挟持してスプール１を保持する。チャック８０は、つば部４１、４２の径方向に移動可能な構造となっており、チャック８０のつめ部８１がスプール１のつば部４１、４２の内側にはまり込むことによってつば部４１、４２が固定される。

この状態では、ワイヤ３がチャック８０のつめ部８１に干渉してしまう。この場合には、ワイヤ３がつめ部８１に干渉する部分に巻線をしないという方法もあるが、これでは、スプール１ヘのワイヤ３の巻数を最大にすることができない。

そこで、チャック８０のつめ部８１付近の所定の範囲では所定の傾斜角を持つようにワイヤ３を巻き取り、つめ部８１にワイヤ３が干渉しないようにした。

詳細には、所定の巻幅Ｄから、あるいは回転速度から所定のオフセット値を段階的に減算することにより、段階的に巻幅Ｄが小さくなり、チャック付近の所定の範囲で所定の傾斜角をもった巻形状を形成することができる。つまり、次層の巻線で巻幅Ｄを縮めていき、これを、順次繰り返して行けば、所定の傾斜角をもった巻線とすることができる。

これにより、チャック８０のつめ部８１とワイヤ３が干渉するのを防ぎつつ、スプール１によるワイヤ３の巻き取り回数を増加させることができる。

さらに、オフセット値を、巻線中の所定の位置で設定すれば、所定の位置で巻径を変化させることが可能になる。たとえば、上記とは逆に第１、第２端部１ａ、１ｂで巻厚を拡げたり、また、中央部１ｄの所定範囲で巻厚を拡げたりすることが可能になる。

もちろん、オフセット値を用いなくても、あらかじめ決られた巻線形状になるように、所定の位置で、スプールの回転速度を検知して、その値に応じて、巻線をプログラム制御するようにしても良い。

また、スプール１の所定の位置で、ガイド本体１３の移動速度を加減速させることにより、その位置での巻厚を増減することもできる。

また、本実施形態では、スプール１を回転させて、ワイヤ３をスプール１まわりに巻回するスピンドル方式を説明をしたが、これに限るものではなく、スプール１を固定し、ワイヤ３を繰り出すトラバース機構２０を回転させるフライヤ方式を用いてもよい。

また、中央部１ｄの回転速度については、実際に測定しなくても、巻き乱れが生じる可能性がきわめて低いので、検出値に代えてあらかじめ設定された値を用いてもよい。これにより、スプールの中央部において回転速度を検出する必要がなくなり、動作速度を速くすることができる。

なお、本実施形態では、第１、第２端部１ａ、１ｂおよび中央部１ｄでスプール１の回転速度を検出したが、これに限らず、より多くの位置で回転速度を検出してもよい。

本実施形態では、ワイヤ３については、特に用途の限定をしていないが、タイヤ等に埋め込まれるスチールワイヤや、電気用のコイル絶縁ワイヤに適用可能である。

本発明を、構造的と方法的特徴に関してある程度特定的な言葉で説明したが、本明細書に開示した手段は本発明を実施する好ましい形態を含むものであり、本発明はこれら図示し記載された特定の特徴に制限されないことを理解されたい。したがって、本発明は、均等の原則に従って適切に解釈される特許請求の範囲に記載された範囲内におけるいかなる形態または変更についても含むものである。

本発明は、スプールにワイヤを巻き取らせる巻取方法及び巻取装置に適用可能である。

本発明による巻取装置の一実施形態を示す図である。 本巻取装置のテンション装置を示す図である。 スプールを説明する図である。 本実施形態の調整巻を説明する図である。 本実施形態による、巻幅の増減を説明する図である。 第２実施形態による、チャックを備えた固定冶具を示す図である。

符号の説明

１ スプール
２ 固定冶具
３ ワイヤ
４ 架台
５ コントローラ
６ ガイド台
７ 支持フレーム
８ ガイド棒
９ ボールねじ
１０ 巻取機構
１１ ガイドフレーム
１２ モータ
１３ ガイド本体
１４ サーボモータ
１６ ガイドローラ
１９ 回転速度センサ
２０ トラバース機構
６０ 線材繰り出し速度調整機構
８０ チャック

Claims (6)

1. スプールに線材を巻取る巻取方法において、
   線材を繰り出す速度を略一定に調整し、
   スプールの回転速度を検出し、
   検出されたスプールの回転速度に応じて、スプールに巻き取らせる線材を移動させるスプール軸方向の巻幅を調整する、
   ことを特徴とした線材の巻取方法。
2. スプールに線材を巻き取る巻取装置において、
   スプールを回転させて線材を巻き取らせる巻取機構と、
   スプールに巻き取らせる線材をスプール軸方向に移動させるトラバース機構と、
   線材を繰り出す速度を略一定に調整する線材繰り出し速度調整機構と、
   スプールの回転速度を検出するスプール回転速度検出手段と、
   検出されたスプールの回転速度に応じて、線材を移動させる巻幅を調整するコントローラと、
   を備えたことを特徴とする線材の巻取装置。
3. 前記線材の巻取り位置が前記スプールの中央部と端部における前記スプールの回転速度を検出し、端部の回転速度が中央部の回転速度に比べて小さい場合、巻幅を大きくし、端部の回転速度が中央部の回転速度に比べて大きい場合、巻幅を小さくする構成とした、
   ことを特徴とした請求項２に記載の線材の巻取装置。
4. 前記コントローラは、中央部の回転速度として、予め設定された値を用いることを特徴とした請求項３に記載の線材の巻取装置。
5. 前記トラバース機構の移動速度を加減速することにより、前記スプール上に巻き取られた前記線材の層を任意の形状とする構成としたことを特徴とした請求項２に記載の線材の巻取装置。
6. 巻き取りが進むにつれて、線材を移動させる巻幅を徐々に狭め、スプールの端部付近での前記線材の層を傾斜させる構成としたことを特徴とした請求項２に記載の線材の巻取装置。
   
   
   
   

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