JP2007173264A - 多軸巻線機 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトでありながら、高精度の多軸巻線機を提供する。
【解決手段】ノズル２４Ａ〜２４Ｈを用いて絡げ動作を行う際に、Ｘ軸サーボモータ２１ｂ、２２ｂが互いに同期して駆動され、Ｙ軸サーボモータ２１ｄ、２２ｄが互いに同期して駆動され、Ｚ軸サーボモータ２１ｆ、２２ｆが互いに同期して駆動されるので、ノズル２４Ａ〜２４Ｈを取り付けた梁２３を精度良く駆動できる。このように、ノズル駆動ユニット２０を、左側駆動部２１と、右側駆動部２２とに分けることで、単一のサーボモータを用いた従来例と比較すると、ノズル２４Ａ〜２４Ｈの周囲のスペースを空けることができ、線材の取り回しが容易になる。又、梁２３の両端を比較的定格容量の低いサーボモータを用いて駆動するため、梁２３の両端を高い剛性を持って保持する構造が無くても、ノズル２４Ａ〜２４Ｈを精度良く位置決めできるので、コンパクト且つ省エネに優れた多軸巻線機を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、多軸巻線機に関し、特に巻線を行うボビンの端子に線材を絡げるために用いる複数のノズルを同時に駆動する多軸巻線機に関する。

コイルを製造する巻線機が知られている。かかる巻線機においては、線材を供給するノズルを所定位置に移動させ、ボビンの回転に伴ってノズルを軸線方向に移動させることが行われている。巻線を行うボビンには通常複数の端子が設けられており、ボビン周囲に巻線を行った線材の両端は端子に絡げられ、更に端子に対してハンダ付けされ、電気的導通を実現するようになっている。

ここで、巻線の効率を高めるために、一度に複数のボビンに巻線を行える多軸巻線機が開発されている（特許文献１参照）。
特開平１０−１６３０５７号公報

特許文献１の多軸巻線機においては、単一のサーボモータによりノズルユニットをＺ方向に駆動すると共に、別の単一のサーボモータによりノズルユニットをＸ方向に駆動するようになっている。又、別の単一のサーボモータが、巻軸ユニットをＹ方向に駆動するようになっている。各サーボモータを独立して駆動することで、巻軸に対してノズルを３次元的に相対移動可能となっている。なお、ノズルの導出角度の調整は、２つのロータリーアクチュエータでノズルユニットを回転させて行っている。

このような構成における問題点は、各方向のユニットの移動をそれぞれ単一のサーボモータを用いて円滑に行うために、サーボモータからの駆動力がユニットの重心位置近傍をなるべく通るようにサーボモータを配置しなければならないという問題がある。しかるに、多軸巻線機のノズルユニットの重心は、並んだノズルの中央に位置することが多いため、供給源からノズルに至る線材を避けて配置することが困難な場合がある。又、単一のサーボモータを用いてノズルユニット等を駆動する際に、各ノズルの位置精度を確保するためには、ノズルユニットの支持部材の剛性を高める必要があり、それにより多軸巻線機の大型化を招くとともに、移動部材の質量増大による移動速度の低下やオーバーシュートなどの問題も生じさせている。移動速度の低下やオーバーシュートは、サーボモータの定格出力を増大させることで対応できるが、それによりコストの増大を招くこととなる。

本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたものであり、コンパクトでありながら、大型で高精度の多軸巻線機を提供することを目的とする。

上述の目的を達成すべく、第１の本発明の多軸巻線機は、
ベースと、
複数のノズルと、
前記ベースに対して前記ノズルを挟んで両側に配置され、前記ベースに対してＸ軸方向に移動可能な一対のＸ軸テーブル、及び前記Ｘ軸テーブルをＸ軸方向に駆動する一対のＸ軸アクチュエータと、
前記Ｘ軸テーブルに対して、前記ノズルを挟んで両側に配置され、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に移動可能な一対のＹ軸テーブル、及び前記Ｙ軸テーブルをＹ軸方向に駆動する一対のＹ軸アクチュエータと、
前記Ｙ軸テーブルに対して、前記ノズルを挟んで両側に配置され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動可能な一対のＺ軸テーブル、及び前記Ｚ軸テーブルをＺ軸方向に駆動する一対のＺ軸アクチュエータと、を有し、
前記複数のノズルは前記Ｚ軸テーブルに取り付けられていることを特徴とする。

第２の本発明の多軸巻線機は、
複数のノズルと、
前記ベースに対して前記ノズルを挟んで両側に配置され、前記ベースに対してＸ軸方向に移動可能な一対のＸ軸テーブルと、
前記Ｘ軸テーブルをＸ軸方向に駆動する単一のＸ軸アクチュエータと、
前記Ｘ軸テーブルに対して、前記ノズルを挟んで両側に配置され、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に移動可能な一対のＹ軸テーブル、及び前記Ｙ軸テーブルをＹ軸方向に駆動する一対のＹ軸アクチュエータと、
前記Ｙ軸テーブルに対して、前記ノズルを挟んで両側に配置され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動可能な一対のＺ軸テーブル、及び前記Ｚ軸テーブルをＺ軸方向に駆動する一対のＺ軸アクチュエータと、を有し、
前記複数のノズルは前記Ｚ軸テーブルに取り付けられており、且つＸ軸方向に沿って並べられていることを特徴とする。

第１の本発明の多軸巻線機によれば、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸テーブルと、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸アクチュエータが、ノズルを挟んで両側に各々一対配置されているので、ノズル近傍のスペースを確保することができる。又、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸テーブルは、ノズルを挟んだ両側においてＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸アクチュエータにより駆動されるので、高い剛性を持ってノズルホルダーの両端を保持する構造が無くても、より高精度のノズル位置決めを実現出来、それによりコンパクトな構成を提供できる。

第２の本発明の多軸巻線機によれば、Ｙ軸及びＺ軸テーブルと、Ｙ軸及びＺ軸アクチュエータが、ノズルを挟んで両側に各々一対配置されているので、ノズル近傍のスペースを確保することができる。又、Ｙ軸及びＺ軸テーブルは、ノズルを挟んだ両側においてＹ軸及びＺ軸アクチュエータにより駆動されるので、高い剛性を持ってノズルホルダーの両端を保持する構造が無くても、より高精度のノズル位置決めを実現出来、それによりコンパクトな構成を提供できる。なお、Ｘ軸方向は、複数のノズルの並び方向に平行であるので、単一のアクチュエータで駆動しても、ノズル近傍のスペースを確保することができる。従って、単一のアクチュエータを用いることで、より低コスト且つコンパクトな多軸巻線機を提供できる。

前記Ｙ軸テーブルを前記ノズルの両側で支持する一対のＸ軸テーブルは、Ｘ軸方向に延在するシャフトにより連結されていると好ましい。

以下、本発明による実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる多軸巻線機の斜視図である。図１において、筐体１上に、巻軸回転ユニット１０と、ノズル駆動ユニット２０とが配置されている。巻軸回転ユニット１０は、水平方向に並べられた８本の巻軸１１Ａ〜１１Ｈと、駆動部１２とからなる。駆動部１２内には不図示のモータが配置され、巻軸１１Ａ〜１１Ｈを同期して回転させるようになっている。なお、８組のフィンガーとカッターが設けられているが、ここでは図示を省略する。又、テーブル間に配置されるリニアガイドなども図示を省略する。

ノズル駆動ユニット２０は、ノズル駆動ユニット２０の両側に配置された左側駆動部２１と右側駆動部２２とからなる。左側駆動部２１は、筐体１上に固定されたベース２Ａに対してＸ軸方向（図１参照）に移動可能なＸ軸テーブル２１ａと、ベース２Ａに搭載され且つベース２Ａに対してＸ軸テーブル２１ａをＸ軸方向に駆動するＸ軸サーボモータ（アクチュエータ）２１ｂと、Ｘ軸テーブル２１ａに対して、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向（図１参照）に移動可能なＹ軸テーブル２１ｃと、Ｘ軸テーブル２１ａに搭載され且つＸ軸テーブル２１ａに対してＹ軸テーブル２１ｃをＹ軸方向に駆動するＹ軸サーボモータ（アクチュエータ）２１ｄと、Ｙ軸テーブル２１ｃに対して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向（図１参照）に移動可能なＺ軸テーブル２１ｅと、Ｙ軸テーブル２１ｃに搭載され且つＹ軸テーブル２１ｃに対してＺ軸テーブル２１ｅをＺ軸方向に駆動するＺ軸サーボモータ（アクチュエータ）２１ｆとを有している。

より具体的には、各サーボモータ２１ｂ、２１ｄ、２１ｆの回転軸に連結されたねじ軸が、駆動するテーブル２１ａ、２１ｃ、２１ｅに螺合することで、ねじ軸の回転方向及び回転量に応じてテーブル２１ａ、２１ｃ、２１ｅを移動させることができる。

一方、右側駆動部２２は、筐体１上に固定されたベース２Ｂに対してＸ軸方向に移動可能なＸ軸テーブル２２ａと、ベース２Ｂに搭載され且つベース２Ｂに対してＸ軸テーブル２２ａをＸ軸方向に駆動するＸ軸サーボモータ（アクチュエータ）２２ｂと、Ｘ軸テーブル２２ａに対して、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に移動可能なＹ軸テーブル２２ｃと、Ｘ軸テーブル２２ａに搭載され且つＸ軸テーブル２２ａに対してＹ軸テーブル２２ｃをＹ軸方向に駆動するＹ軸サーボモータ（アクチュエータ）２２ｄと、Ｙ軸テーブル２２ｃに対して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動可能なＺ軸テーブル２２ｅと、Ｙ軸テーブル２２ｃに搭載され且つＹ軸テーブル２２ｃに対してＺ軸テーブル２２ｅをＺ軸方向に駆動するＺ軸サーボモータ（アクチュエータ）２２ｆとを有している。

同様に、各サーボモータ２２ｂ、２２ｄ、２２ｆの回転軸に連結されたねじ軸が、駆動するテーブル２２ａ、２２ｃ、２２ｅに螺合することで、ねじ軸の回転方向及び回転量に応じてテーブル２２ａ、２２ｃ、２２ｅを移動させることができる。全てのサーボーモータは、不図示の制御装置により駆動制御されるようになっている。

左側駆動部２１のＺ軸テーブル２１ｅと、右側駆動部２２のＺ軸テーブル２２ｅとは、梁（ノズルホルダーともいう）２３の両端にそれぞれ連結されている。梁２３には、中空細円筒のノズル２４Ａ〜２４Ｈが、巻軸１１Ａ〜１１Ｈと同じピッチで取り付けられている。図示していないが、各ノズル２４Ａ〜２４Ｈには、線材の供給源より線材が供給されている。

本実施の形態の多軸巻線機によれば、ノズル２４Ａ〜２４Ｈを用いて絡げ動作を行う際に、Ｘ軸サーボモータ２１ｂ、２２ｂが互いに同期して駆動され、Ｙ軸サーボモータ２１ｄ、２２ｄが互いに同期して駆動され、Ｚ軸サーボモータ２１ｆ、２２ｆが互いに同期して駆動されるので、ノズル２４Ａ〜２４Ｈを取り付けた梁２３を精度良く駆動できる。このように、ノズル駆動ユニット２０を、左側駆動部２１と、右側駆動部２２とに分けることで、単一のサーボモータを用いた従来例と比較すると、ノズル２４Ａ〜２４Ｈの周囲のスペースを空けることができ、線材の取り回しが容易になる。又、梁２３の両端を比較的定格容量の低いサーボモータを用いて駆動するため、梁２３の剛性に関わらず、ノズル２４Ａ〜２４Ｈを精度良く位置決めできるので、コンパクト且つ省エネに優れた多軸巻線機を提供できる。なお、Ｘ軸サーボモータ２１ｂ、２２ｂ、Ｙ軸サーボモータ２１ｄ、２２ｄ、Ｚ軸サーボモータ２１ｆ、２２ｆを、それぞれ互いに独立して駆動することもできる。これは、多軸巻線機の初期設定時などにおいて、梁２３の両端の位置決めを迅速に行う際に有効となる。

ここで、ノズルの絡げ動作を含む巻線動作について、一つのノズル２４Ａを例に取り図面を参照して説明する。なお、ノズル２４Ａ〜２４Ｈは、梁２３に固定されているので、梁２３を駆動することにより、ノズル２４Ｂ〜２４Ｈは、ノズル２４Ａと同様に３次元的に移動する。ここで、ノズル２４Ａ（〜２４Ｈ）の任意の移動は、サーボモータ２１ｂ、２２ｂ、２１ｄ、２２ｄ、２１ｆ、２２ｆを所定量（ゼロを含む）駆動することで達成されるが、その制御の詳細は記載しない。

図２〜１６は、ボビン近傍を拡大して示す図であるが、巻軸１１Ａに取り付けられたボビンＢの本体Ｂ１については図９を除いて省略する。図９に示すように、ボビンＢは、円筒状の本体Ｂ１の端部において、その軸線に直交する平面に沿って並べられた２つの端子Ｔ１，Ｔ２を有しているものとする。

図２において、線材Ｗを把持するフィンガー３１は、先端に凸部３１ａを有する細長い板状の固定部３１ｂと、固定部３１ｂに対して平行に延在する移動部３１ｃとからなる。不図示の駆動部により駆動されることによって、移動部３１ｃの先端は凸部３１ａに対して接近／離隔可能となっている。

まず、図２に示すように、不図示の線材の供給源から供給され、ノズル２４Ａを貫通してその下端から突出した線材Ｗは、その先端から所定の位置で、フィンガー３１より把持されている。これは、前回巻線終了時に移動部３１ｃの先端と、固定部３１ｂの凸部３１ａとの間に線材Ｗが介在するようにフィンガー３１を移動させた後、移動部３１ｃを凸部３１ａに接近させることで、両者間に線材Ｗを挟持し、カッターＣにてカットされた結果である（後述）。

図３〜７に示すように、端子Ｔ１の近傍にフィンガー部３１を留めた状態で、ノズル２４Ａを端子Ｔ１の周囲において、３回半回動させる。これにより、ノズル２４Ａは端子Ｔ１，Ｔ２であって本体Ｂ１の端（手前側）に位置することとなる。その後、図８に示すように、フィンガー３１の移動部３１ｃを凸部３１ａから離隔させることにより、線材Ｗの把持を終了させ、線材Ｗから凸部３１ａが離れるように、２次元的にフィンガー３１を退避させる。

ここで、図９に示すように、巻軸１１Ａを矢印方向に高速回転させると、ノズル２４Ａから供給される線材は、ボビンＢの本体Ｂ１の端から巻き付くようになる。この際に、ノズル２４Ａを、線材Ｗの線径に応じて軸線方向に所定のピッチで移動させることにより、隙間なく本体Ｂ１の周囲に巻線を行うことができる。なお、ノズル２４Ａを往復動作させることにより、ボビンＢ１の周囲に複数層にわたって巻線を行うことができる。

巻線終了後には、巻軸１１Ａを静止させ、図１０に示すように、ノズル２４Ａを端子Ｔ２の周囲において３回だけ回動させる。これにより、ノズル２４Ａは端子Ｔ１，Ｔ２の間に位置することとなる（図１１参照）。

更に、図１２に示すように、待機していたカッターＣとフィンガー３１とを、端子Ｔ２とノズル２４Ａとの間に延びた線材Ｗに接近させる。ついで、図１３に示すように、カッターＣとノズル２４Ａとの間の線材Ｗを、開いた凸部３１ａと移動部３１ｃとの間に介在させた後、移動部３１ｃを凸部３１ａに接近させることによりフィンガー３１で把持する（図１４参照）。

その後、図１５に示すように、カッターＣで線材Ｗをカットする。更に、図１６に示すように、カッターＣを退避させることで巻線動作が終了し、８個のボビンＢを新たなものに交換することで、図２から図１６を参照して説明したようにして、次の巻線動作を行うことができる。

図１７は、第２の実施の形態にかかる多軸巻線機の斜視図である。図１７に示す実施の形態は、上述した実施の形態に対して、左側駆動部２１のＸ軸サーボモータ２１ｂを省略している。その代わり、左側駆動部２１のＸ軸テーブル２１ａは、右側駆動部２２のＸ軸テーブル２２ａに対してシャフト２５により連結されている。ノズル１１Ａ〜１１Ｈの並び方向と平行に延在するシャフト２５自体は、その構成上Ｘ軸方向しか移動しないので、駆動部１２のハウジング下部を切り取って、ここにシャフト２５が通過するようにすると好ましい。更に、シャフト２５は、Ｘ軸サーボモータ２２ｂのねじ軸（回転軸）の軸線上に配置していると、Ｘ軸テーブル２１ａ、２２ａのストレスを抑えることができるので好ましい。

本実施の形態によれば、左側駆動部２１のＸ軸サーボモータ２１ｂを省略する代わりに、シャフト２５により２つのＸ軸テーブル２１ａ、２２ａを連結しており、更にＺ軸テーブル２１ｅ、２２ｅを連結する梁２３とで、剛性の高いボックス構造を形成することで、単一のＸ軸サーボモータ２２ｂを用いた場合でも、ノズルの移動遅れを抑制することができる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば多軸巻線機とは、本実施例に示すものに限らないが、大型になればなるほど、本発明は効果がある。

第１の実施の形態にかかる多軸巻線機の一例を示す斜視図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 ボビンＢの端子近傍を拡大して示す図である。 第２の実施の形態にかかる多軸巻線機の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 筐体
２Ａ ベース
２Ｂ ベース
１０ 巻軸回転ユニット
１１Ａ〜１１Ｈ 巻軸
２０ ノズル駆動ユニット
２１ 左側駆動部
２１ａ Ｘ軸テーブル
２１ｂ Ｘ軸サーボモータ
２１ｃ Ｙ軸テーブル
２１ｄ Ｙ軸サーボモータ
２１ｅ Ｚ軸テーブル
２１ｆ Ｚ軸サーボモータ
２２ 右側駆動部
２２ａ Ｘ軸テーブル
２２ｂ Ｘ軸サーボモータ
２２ｃ Ｙ軸テーブル
２２ｄ Ｙ軸サーボモータ
２２ｅ Ｚ軸テーブル
２１ｆ Ｚ軸サーボモータ
２３ 梁
２４Ａ〜２４Ｈ ノズル
２５ シャフト
３１ フィンガー
３１ａ 凸部
３１ｂ 固定部
３１ｃ 移動部
Ｂ ボビン
Ｂ１ 本体
Ｃ カッタ
Ｔ１，Ｔ２ 端子
Ｗ 線材

Claims (3)

1. ベースと、
   複数のノズルと、
   前記ベースに対して前記ノズルを挟んで両側に配置され、前記ベースに対してＸ軸方向に移動可能な一対のＸ軸テーブル、及び前記Ｘ軸テーブルをＸ軸方向に駆動する一対のＸ軸アクチュエータと、
   前記Ｘ軸テーブルに対して、前記ノズルを挟んで両側に配置され、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に移動可能な一対のＹ軸テーブル、及び前記Ｙ軸テーブルをＹ軸方向に駆動する一対のＹ軸アクチュエータと、
   前記Ｙ軸テーブルに対して、前記ノズルを挟んで両側に配置され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動可能な一対のＺ軸テーブル、及び前記Ｚ軸テーブルをＺ軸方向に駆動する一対のＺ軸アクチュエータと、を有し、
   前記複数のノズルは前記Ｚ軸テーブルに取り付けられていることを特徴とする多軸巻線機。
2. ベースと、
   複数のノズルと、
   前記ベースに対して前記ノズルを挟んで両側に配置され、前記ベースに対してＸ軸方向に移動可能な一対のＸ軸テーブルと、
   前記Ｘ軸テーブルをＸ軸方向に駆動する単一のＸ軸アクチュエータと、
   前記Ｘ軸テーブルに対して、前記ノズルを挟んで両側に配置され、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に移動可能な一対のＹ軸テーブル、及び前記Ｙ軸テーブルをＹ軸方向に駆動する一対のＹ軸アクチュエータと、
   前記Ｙ軸テーブルに対して、前記ノズルを挟んで両側に配置され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動可能な一対のＺ軸テーブル、及び前記Ｚ軸テーブルをＺ軸方向に駆動する一対のＺ軸アクチュエータと、を有し、
   前記複数のノズルは前記Ｚ軸テーブルに取り付けられており、且つＸ軸方向に沿って並べられていることを特徴とする多軸巻線機。
3. 前記Ｙ軸テーブルを前記ノズルの両側で支持する一対のＸ軸テーブルは、Ｘ軸方向に延在するシャフトにより連結されていることを特徴とする請求項２に記載の多軸巻線機。
   
   
   

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