JP2007311530A - コイル巻線装置及びコイル巻線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構造のコイル巻線装置及びそれを用いたコイル巻線方法を提供することを目的とする。
【解決手段】複数のコイルが連結された連結コイルを巻線するコイル巻線装置であって、軸中心に回転すると共に軸方向へ移動可能な巻軸２と、巻軸２に対して線材１を繰り出すと共に巻軸２の軸方向に移動可能なノズル４と、コイル巻線時にはコイルの端部を規定すると共に、コイル巻線後には巻軸２の進入を許容するチャック２４とを備え、巻軸２に巻線されたコイルをチャック２４内に順次収容し、巻軸２に対して複数のコイルを直列に巻線する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイル巻線装置及びコイル巻線方法に関するものである。

コンパクトディスク等の光ディスクの再生、記録用の装置におけるヘッドの駆動に用いられるコイルとしてフォーカスコイルやトラッキングコイル等が知られている。

この種のコイルを製造するコイル巻線装置として、１本の連続する線材を用いて、連結された複数のコイルを製造する装置が知られており、本出願人は特許出願を行っている（特許文献１）。

特許文献１に記載のコイル巻線装置は、スピンドル先端部に線材を巻き付ける複数の巻治具を並列に配置し、これら巻治具をスピンドル先端部にそれぞれ軸方向へ出入り可能に支持するものである。

このコイル巻線装置では、一つのスピンドルに複数の巻治具を設ける構成のため、巻治具はスピンドルの回転中心からずれて配置される。このため、巻治具はスピンドルの軸を中心に円を描くように回転する。これにより、スピンドル回転時におけるノズルから繰り出される線材の繰り出し速度は、巻治具とノズルの距離によって変化することになる。つまり、巻治具とノズルの距離が遠くなるにしたがい線材の繰り出し速度は速くなり、線材の張力は大きくなる。また、巻治具とノズルの距離が近くなるにしたがい線材の繰り出し速度は遅くなり、線材の張力は小さくなる。

このように、特許文献１に記載のコイル巻線装置では、スピンドルが１回転する間で線材にかかる張力が変動するため、スピンドルの回転速度を速くするには限界がある。また、線材の張力が大きい箇所では線材が巻治具に巻締り、張力が小さい箇所では線材が巻治具に巻緩むため、所望のコイル形状が得難い。

そこで、本出願人は、このような問題点を解決するコイル巻線装置を発明し、特許出願を行っている（特許文献２）。

特許文献２に記載のコイル巻線装置は、スピンドル軸の回転に伴ってスピンドル軸を中心に旋回するフライヤと、複数の巻治具をスピンドル軸と対峙する位置に順番に送る機構とを備え、複数の巻治具に対して線材を順次巻線するものである。
特開平９−２７４３５ 特願２００６−１２１５８

特許文献２に記載のコイル巻線装置では、連結コイルの連数分すなわちコイルの数に対応する巻治具を備えるものであるため、各巻治具毎にコイルの巻幅を調整する機構等を設ける必要がある。したがって、装置が大掛かりとなりかつ複雑な構造となる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、簡便な構造のコイル巻線装置及びそれを用いたコイル巻線方法を提供することを目的とする。

本発明は、複数のコイルが連結された連結コイルを巻線するコイル巻線装置であって、軸中心に回転すると共に軸方向へ移動可能な巻軸と、前記巻軸に対して線材を繰り出すと共に当該巻軸の軸方向に移動可能な線材供給部と、コイル巻線時にはコイルの端部を規定すると共に、コイル巻線後には前記巻軸の進入を許容するチャックとを備え、前記巻軸に巻線されたコイルを前記チャック内に順次収容し、前記巻軸に対して複数のコイルを直列に巻線することを特徴とする。

本発明によれば、線材が巻線されるのは巻軸のみであり、連結コイルの連数に対応する巻治具を必要としないため、簡便な構造のコイル巻線装置を得ることができる。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１〜図３を参照して本発明の実施の形態に係るコイル巻線装置１００について説明する。図１はコイル巻線装置１００を示す斜視図であり、図２はコイル巻線装置１００を示す断面図であり、図３はチャック近傍の拡大斜視図である。

コイル巻線装置１００は、１本の連続する線材１を用いて、複数のコイルが連結された連結コイルを製造するものであり、線材供給部としてのノズル４から繰り出される線材１を、軸中心に回転すると共に軸方向へ移動可能な巻軸２の外周に巻線するものである。

巻軸２は、土台５上に立設する基台６に軸受７を介して回転可能に支持される円筒部材８を挿通している。巻軸２の外周には、円筒部材８の内周に設けられたキー溝８ａと嵌合するキー２ａが形成されている。したがって、巻軸２は、円筒部材８と一体に回転し、軸方向へは円筒部材８に対して摺動可能である。

巻軸２の先端には、巻始め時に線材１を引っ掛けて保持するための切り欠き２ｂが設けられている。

また、巻軸２の逆端付近には、巻軸２を軸方向に移動させる巻軸移動機構１１と、巻軸２を軸中心に回転させる巻軸回転機構１２とが配置されている。

巻軸移動機構１１は、巻軸移動モータ１３と、巻軸移動モータ１３の出力軸に連結され巻軸２と平行に延在するボールねじ１４と、ボールねじ１４が螺合する移動板１５とを備える。

移動板１５には巻軸２が軸受１６を介して貫通している。軸受１６は、巻軸２の移動板１５に対する相対回転が可能である一方、軸方向への移動は一体となるように構成されている。

これにより、巻軸移動モータ１３が駆動すると、巻軸２は移動板１５を介して軸方向へ移動する。

巻軸回転機構１２は、巻軸回転モータ１８と、巻軸回転モータ１８の出力軸に取付けられた第一プーリー１９と、第一プーリー１９とベルト２０を介して連結された第二プーリー２１とを備える。

巻軸２の端部にはスプライン２ｃが形成され、第二プーリー２１はスプライン２ｃを介して巻軸２とスプライン結合している。

これにより、巻軸２は、巻軸回転モータ１８の回転と同期して回転し、かつ軸方向へは第二プーリー２１に対して摺動自在に移動する。

巻軸２と同軸上には、軸中心に回転すると共に軸方向へ移動可能なチャック軸２３が巻軸２に対向して設けられている。チャック軸２３の先端には巻軸２と対向するチャック２４が連結されている。

チャック２４は、円筒状部材であり、端面２４ａには巻軸２の外周面が摺動する開口部２４ｂが設けられ、胴部２４ｃの内径は巻軸２の外径と比較して大きい。

巻軸２が開口部２４ｂを挿通しチャック２４内に挿入された状態では、端面２４ａはコイルの端部を規定する鍔部として機能する。また、円筒部材８の端面８ｂもコイルの端部を規定する鍔部として機能する。このように、線材１は、チャック２４の端面２４ａと円筒部材８の端面８ｂとの間にて巻幅が規定された状態にて、巻軸２に巻線される。このチャック２４及び円筒部材８が巻幅規定部材である。

チャック２４は、軸方向に二つに分割された半円筒形状の分割チャック（２４ｄと２４ｅ）からなり、この分割チャック２４ｄと２４ｅは、後述する開放機構２７によって軸方向と直交する方向に開放可能な構造となっている。

チャック２４が開放した状態では、チャック２４の開口部２４ｂの面積が大きくなるため、巻軸２にコイルが巻線された状態においても、巻軸２は開口部２４からチャック２４内に進入することが可能となる。

このように、チャック２４は、巻軸２への巻線時には閉鎖状態にてコイルの端部を規定し、巻軸２へのコイル巻線後には開放状態となり巻軸２のチャック内への進入を許容する。このチャック２４の閉鎖開放動作と巻軸２の軸方向への移動動作とを同期して行うことによって、巻軸２への複数のコイルの巻線が行われる。

なお、分割チャック２４ｅの端部外周には、巻軸２に巻線されるコイル間の渡り線を係止するための係止部材としての係止ピン２５が設けられる。

チャック２４を開放する開放機構２７について説明する。チャック軸２３の先端には円板部材２８が連結されている。円板部材２８の端面には、巻軸２と直交する方向にガイド溝２８ａが形成されている。

分割チャック２４ｄ，２４ｅにおける端面２４ａの逆端には、それぞれフランジ部２９ａ，２９ｂが形成されている。フランジ部２９ａ，２９ｂのそれぞれの背面には、ガイド溝２８ａと摺動可能に嵌合する板部材３０ａ，３０ｂがネジ３１によって連結されている。フランジ部２９ａと２９ｂは、スプリング３２によって分割チャック２４ｄ，２４ｅが閉鎖する方向に付勢されている。

チャック軸２３の中空部には、軸方向に移動可能な中棒３５が挿通している。中棒３５の先端には先細形状の楔部３４が連結され、板部材３０ａ，３０ｂのそれぞれには楔部３４の先細形状に沿ったテーパ部３３が形成されている。中棒３５が前進し、楔部３４が板部材３０ａ，３０ｂのテーパ部３３に当接し押圧することによって、板部材３０ａ，３０ｂは円板部材２８のガイド溝２８ａに沿って、互いに離れる方向へ移動する。

これにより、分割チャック２４ｄと２４ｅは、スプリング３２の付勢力に抗して互いに離れる方向へ移動し、チャック２４は巻軸２と直交する方向に開放する。中棒３５を後退させ、楔部３４を板部材３０ａ，３０ｂから離せば、スプリング３２の付勢力によってチャック２４は閉鎖する。このように、中棒３５の前進及び後退によってチャック２４の開放及び閉鎖が行われる。

中棒３５の前進及び後退は、中棒移動機構３７によって行われる。中棒移動機構３７は、中棒移動モータ３８と、中棒移動モータ３８の出力軸に連結され中棒３５と平行に延在するボールねじ３９と、ボールねじ３９が螺合すると共に中棒３５が固定された移動板４０とを備える。これにより、中棒移動モータ３８が駆動すると、中棒３５は移動板４０を介して軸方向へ移動する。

チャック軸２３は、土台５上に立設する基台４２に軸受４３を介して回転可能に支持される円筒４４を挿通している。チャック軸２３の外周には、円筒４４の内周に設けられたキー溝４４ａと嵌合するキー２３ａが形成されている。したがって、チャック軸２３は、円筒４４と一体に回転し、軸方向へは円筒４４に対して摺動可能である。

チャック軸２３の軸方向への移動はチャック軸移動機構４５によって行われ、チャック軸２３の回転はチャック軸回転機構４６によって行われる。チャック軸移動機構４５は、チャック軸移動モータ４７と、チャック軸移動モータ４７の出力軸に連結されチャック軸４５と平行に延在するボールねじ４８と、ボールねじ４８が螺合する移動板４９とを備える。

移動板４９にはチャック軸２３が軸受５０を介して貫通している。軸受５０は、チャック軸２３の移動板４９に対する相対回転が可能である一方、軸方向への移動は一体となるように構成されている。

これにより、チャック軸移動モータ４７が駆動すると、チャック軸２３は移動板４９を介して軸方向へ移動する。

チャック軸回転機構４６は、チャック軸回転モータ５２と、チャック軸回転モータ５２の出力軸に取付けられた第一プーリー５３と、第一プーリー５３とベルト５４を介して連結された第二プーリー５５とを備える。

チャック軸２３の端部にはスプライン２３ｂが形成され、第二プーリー５５はスプライン２３ｂを介してチャック軸２３とスプライン結合している。

これにより、チャック軸２３は、チャック軸回転モータ５２の回転と同期して回転し、かつ軸方向へは第二プーリー５５に対して摺動自在に移動する。

以上のように、チャック軸２３は軸中心に回転すると共に軸方向へ移動可能であり、チャック２４の回転及び軸方向への移動は、チャック軸２３を介して行われる。

ノズル４は、線材供給源（図示せず）から供給される線材１を、巻軸２に対して繰り出すためのものであり、ノズル保持部材６０に保持され直交三軸方向に移動可能に構成される。線材１はノズル保持部材６０の貫通孔及びノズル４を挿通して、巻軸２に導かれる。

ノズル保持部材６０にはクランプシリンダ６１が設けられ、クランプシリンダ６１を駆動することによって、ピストン（図示せず）が線材１をノズル保持部材６０に対して押し付け保持する。

ノズル４を直交三軸方向に移動させるノズル移動機構６２について説明する。ノズル移動機構６２は、ノズル４を巻軸２と直角水平方向に移動させるＸ軸移動機構６３と、ノズル４を巻軸２の軸方向に移動させるＹ軸移動機構６４と、ノズル４を鉛直方向に移動させるＺ軸移動機構６５とからなる。なお、以下において、「Ｘ軸方向」とは、巻軸２と直角水平方向を指し、「Ｙ軸方向」とは、巻軸２の軸方向を指し、「Ｚ軸方向」とは鉛直方向を指すものとする。

Ｘ軸移動機構６３は、第一支持台６７上に配置され、Ｘ軸移動モータ６８と、Ｘ軸移動モータ６８の出力軸に連結されＸ軸方向に延在するボールねじ６９と、ボールねじ６９が螺合すると共にノズル保持部材６０に固定された移動板７０と、Ｘ軸方向に延在しノズル保持部材６０を案内するガイドレール７１とを備える。

これにより、Ｘ軸移動モータ６８が駆動すると、ノズル４を保持するノズル保持部材６０はガイドレール７１に沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｙ軸移動機構６４は、第二支持台７２上に配置され、第一支持台６７をＹ軸方向に移動させるものであり、Ｙ軸移動モータ７３と、Ｙ軸移動モータ７３の出力軸に連結されＹ軸方向に延在するボールねじ７４と、ボールねじ７４が螺合すると共に第一支持台６７に固定された移動部材７５と、Ｙ軸方向に延在し第一支持台６７を案内する一対のガイドレール７６とを備える。

これにより、Ｙ軸移動モータ７３が駆動すると、第一支持台６７はガイドレール７６に沿ってＹ軸方向に移動し、ノズル４もＹ軸方向に移動する。

Ｚ軸移動機構６５は、土台５上に配置され、第二支持台７２をＺ軸方向に移動させるものであり、Ｚ軸移動モータ７８と、Ｚ軸移動モータ７８の出力軸に連結されＺ軸方向に延在するボールねじ７９と、ボールねじ７９が螺合すると共に第二支持台７２に固定された移動部材８０と、Ｚ軸方向に延在し第二支持台７２を摺動可能に貫通する摺動軸８１とを備える。

これにより、Ｚ軸移動モータ７８が駆動すると、第二支持台７２は摺動軸８１に沿ってＺ軸方向に移動し、ノズル４もＺ軸方向に移動する。

以上のように、ノズル４は、ノズル移動機構６２によって直交三軸方向に移動可能である。

コイル巻線装置１００は、巻線中にコイルに対して熱風を吹きかけ、コイルを溶着させる熱風装置８３を備える。熱風装置８３は、巻軸２のノズル移動機構６２と反対側に配置される。

また、コイル巻線装置１００は、巻軸２への巻線終了後に、線材１を切断するためのカッター８４を備える。カッター８４は、シリンダ８５の動作によって鉛直方向に移動可能である。

次に、図４〜図６を参照してコイル巻線装置１００の動作について説明する。図４はコイル巻線装置１００による巻線動作の手順を示す図であり、図５は巻線終了後の状態を示す図である。コイル巻線装置１００の動作は、コイル巻線装置１００に搭載されたコントローラ（図示せず）にて制御される。

まず、クランプシリンダ６１を駆動させ線材１を保持した状態にて、図４（Ａ）に示すように、ノズル４先端から繰り出されている線材１を、巻軸２先端の切り欠き２ｂに係止させる。

クランプシリンダ６１による線材１の保持を解除し、図４（Ｂ）に示すように、巻軸２を約１回転させ線材１を巻軸２に巻き付ける。

図４（Ｃ）に示すように、中棒３５を前進させチャック２４を開放した状態にてチャック２４を前進させる。

次に、図４（Ｄ）に示すように、中棒３５を後退させチャックを閉鎖する。これにより、巻軸２には、チャック２４の端面２４ａと円筒部材８の端面８ｂとを鍔部とする巻胴部８７が形成され、端面２４ａと端面８ｂにてこれから巻線されるコイルの巻幅が規定される。つまり、端面２４ａと端面８ｂとの間隔がコイルの巻幅となる。

次に、図４（Ｅ）に示すように、ノズル４を移動させることによって、線材１を係止ピン２５に掛け回すと共に、チャック２４の端面２４ａ近傍の巻始め位置に線材１を案内する。

この状態にて、図４（Ｆ），（Ｇ）に示すように、チャック２４と巻軸２を同期回転させると共に、ノズル４を端面２４ａと端面８ｂとの間を巻軸２と平行に往復移動させることによって、線材１を巻胴部８７に多層に巻線する。このようにして、巻軸２には連結コイルを構成する一つコイル８８が形成される。

線材１の巻線中、巻軸２に巻線された線材１には、図４（Ｇ）に示すように、熱風装置８３にて熱風が吹き付けられる。これにより、線材１の自己溶着層が溶融してコイル８８は溶着される。

なお、線材１を巻胴部８７に巻線する際、チャック軸２３を回転させたが、巻始め時に線材１を巻胴部８７の外周に案内した状態にて巻軸２を回転させるようにすれば、チャック軸２３を回転させなくとも巻線を行うことは可能である。

コイル８８の巻線終了後、図４（Ｈ）に示すように、チャック２４及び巻軸２を円筒部材８から遠ざかる方向へ所定距離移動させる。この移動距離は、コイル間のスペースと次に巻線するコイルの巻幅分である。

次に、図４（Ｉ）に示すように、チャック２４を開放すると共に巻軸２側に移動させ、再びチャック２４を閉鎖する。これにより、コイル８８はチャック２４内に収容され、巻軸２には、次に巻線するコイルの巻胴部８７が形成される（図４（Ｄ）と同じ状態）。

なお、図４（Ｈ），（Ｉ）に示したように、チャック２４を後退、前進させる代わりに、コイル８８の巻線終了後、チャック２４をその場にて開放し、巻軸２が所定距離移動した後にチャック２４を閉鎖しコイル８８を収容するようにしてもよい。

次に、図４（Ｅ）の場合と同様に、線材１を係止ピン２５に掛け回し、次に巻線するコイルの巻始め位置に線材１を移動させる。このように、コイル間の渡り線を係止ピン２５に掛け回すことによって、次のコイルを巻線する際に、線材１の張力はコイル８８に及び難くなるため、コイル８８の端部がほずれるのを防止することができる。

以降の手順は図４（Ｆ）〜（Ｉ）に示した手順と同じであり、この手順を連結コイルの所望の連数分繰り返し、図５に示すように、複数のコイル（８８ａ〜８８ｅ）を巻軸２に対して直列に巻線する（図５では５連の連結コイル）。

巻線が終了したら、図５に示すように、チャック２４を開放して後退させ、クランプシリンダ６１を駆動させ線材１を保持し、カッター８４にてコイルとノズル４の間の線材１を切断する。

以上のように、コイル巻線装置１００による連結コイルの巻線方法は、チャック２４と円筒部材８との間の巻胴部８７にコイルを巻線した後に、巻軸２を巻幅規定部材であるチャック２４及び円筒部材８に対して相対移動させることによって、チャック２４と円筒部材８との間に再び巻胴部８７を形成してコイルを巻線するという工程を繰り返し、巻軸２に対して複数のコイルを直列に巻線するものである。

次に、図６を参照して、巻軸２に巻線された連結コイルを巻軸２から取り外す方法について説明する。図６は連結コイルを巻軸２から取り外す手順を示す図である。

連結コイルを巻軸２から取り外すには、巻軸２の下方に配置される取外治具９０を用いる。

取外治具９０は、図５に示すように、連結コイル８９を収容する半円筒形状の収容部９１と、連結コイル８９の各コイル（８８ａ〜８８ｅ）間に挿入される複数の爪部９２とを備える。

連結コイル８９を取り外すには、まず、図６（Ａ）に示すように、取外治具９０を上方に移動させ、収容部９１に連結コイル８９を収容すると共に、各コイル（８８ａ〜８８ｅ）間に爪部９２を挿入する。

次に、図６（Ｂ）に示すように、巻軸２を後退させ、円筒部材８内に収める。このとき、連結コイル８９は爪部９２によって移動が規制されるため、連結コイル８９から巻軸２が抜き取られ、連結コイル８９は取外治具９０に保持される。

次に、図６（Ｃ）に示すように、排出棒９３を連結コイル８９内に挿通させた後、取外治具９０を下降させ元の位置に戻す。これにより、連結コイル８９は排出棒９３にて保持される。

そして、図６（Ｄ）に示すように、連結コイル８９を排出ボックス９４上まで移動させ、排出棒９３を後退させ抜き取ることによって、連結コイル８９を排出ボックス９４に落下させる。以上のようにして、連結コイル８９を排出ボックス９４に回収する。

以上のように、本実施の形態によれば、線材１が巻線されるのは巻軸２のみであり、一つの巻軸２によって多連の連結コイルを製造することができる。このように、連結コイルの連数に対応する巻治具を必要としないため、巻線装置の構造が大掛かりで複雑になることはなく、簡便な構造とすることができる。

また、連結コイルを構成する各コイルの巻幅は、チャック２４の端面２４ａと円筒部材８の端面８ｂにて規定される。つまり、各コイルの巻幅の調整は、共通の部材によって行われるため、各コイル間の巻幅のばらつきを抑制することができる。

また、本実施の形態では、ノズルを巻治具の周囲を回転させるフライヤ式の巻線方法ではなく、巻線される巻軸２を回転させて巻線を行う方法であるため、線材１に捻れが生じることがなく、安定した巻線を行うことができる。

さらに、コイル巻線装置１００の構造が簡便であることに起因して、熱風装置８３を巻軸２の近い位置に配置することができるため、各コイルの溶着状態を均一にすることができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、連結コイルの巻線装置に適用することができる。

本発明の実施の形態に係るコイル巻線装置１００を示す斜視図である。 同じくコイル巻線装置１００を示す断面図である。 チャック近傍の拡大斜視図である。 同じくコイル巻線装置１００による巻線動作の手順を示す図である。 巻線終了後の状態を示す図である。 連結コイルを巻軸から取り外す手順を示す図である。

符号の説明

１００ コイル巻線装置
１ 線材
２ 巻軸
４ ノズル
８ 円筒部材
８ａ 円筒部材の端面
２３ チャック軸
２４ チャック
２４ａ チャックの端面
２５ 係止ピン
８９ 連結コイル

Claims (6)

1. 複数のコイルが連結された連結コイルを巻線するコイル巻線装置であって、
   軸中心に回転すると共に軸方向へ移動可能な巻軸と、
   前記巻軸に対して線材を繰り出すと共に当該巻軸の軸方向に移動可能な線材供給部と、
   コイル巻線時にはコイルの端部を規定すると共に、コイル巻線後には前記巻軸の進入を許容するチャックと、を備え、
   前記巻軸に巻線されたコイルを前記チャック内に順次収容し、前記巻軸に対して複数のコイルを直列に巻線することを特徴とするコイル巻線装置。
2. 前記巻軸を摺動可能に支持する円筒部材を備え、
   前記連結コイルの各コイルは、前記チャックの端面と前記円筒部材の端面との間にて巻幅が規定されることを特徴とする請求項１に記載のコイル巻線装置。
3. 前記チャックは、
   開放可能な分割構造であり、
   閉鎖状態にてコイルの端部を規定し、開放状態にて前記巻軸の進入を許容することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコイル巻線装置。
4. 前記チャックには、コイル間の渡り線を係止する係止部材が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のコイル巻線装置。
5. 複数のコイルが連結された連結コイルを巻線するコイル巻線方法であって、
   軸中心に回転する巻軸における巻幅規定部材間に線材を繰り出しコイルを巻線する工程と、
   前記巻軸を前記巻幅規定部材に対して相対移動させる工程と、
   前記巻軸における前記巻幅規定部材間に線材を繰り出し、前記コイルと直列にコイルを巻線する工程と、を備え、
   前記工程を繰り返し、前記巻軸に対して複数のコイルを直列に巻線することを特徴とするコイル巻線方法。
6. 前記巻幅規定部材の一方は、開放可能な分割構造であり、閉鎖状態にてコイルの端部を規定し、開放状態にて前記巻軸の進入を許容することを特徴とする請求項５に記載のコイル巻線方法。