JP2008184304A - テンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】細い線材に対してきめ細かくテンション制御を行えるテンション装置を提供する。
【解決手段】空気圧源１５０よりホースＨ、コネクタＣを介して空気室１３３ｅ内に給送すると、下方斜孔１４３はステージ１３３ｘの内側面で遮蔽されているので、開放した上方斜孔１４２のみから空気が中空筒状体１４０の貫通孔１４１内に供給される。すると、図２に示すように、貫通孔１４１内には上方に向かう気体の流れが生じる。 その後、カットアンドホールド機構が線材Ｗを釈放し、回転軸１２２を回転させることで、線材ＷをボビンＢの外周面に巻き付けてゆくが、このとき、貫通孔１４１内を通過する線材Ｗには、上方に向かう空気流により抵抗が与えられ、所望のテンションを付与されるようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、移動する線材に所定の張力を付与するテンション装置に関し、例えば、細い線材をボビンに巻回する巻線機に用いられると好適なテンション装置に関する。

ボビンに線材を巻き付けてコイルを製造する巻線機が知られている。まず、従来技術による巻線機について簡単に説明する。図４は、従来技術による巻線機の一例を示す斜視図である。図４において、図示されていない線材の供給源から矢印方向に、巻線機に向かって線材Ｗが供給されている。

供給された線材Ｗは、まずテンション装置１０を介して巻線機の下方に送られ、駆動部４０に支持された細いパイプ状のノズル２０を通過した後、その先端を挟み部３０において挟まれて保持される。

ノズル２０は、駆動部４０の駆動により３次元的に移動可能となっており、より具体的には、回転シャフト５０の先端に保持されたボビンＢの上方において、その位置を自在に変更できるほか、その姿勢をも変更することができる。

巻線機の動作について説明すると、まず線材Ｗの先端を挟み部３０に挟んだまま、ノズル２０がボビンＢの端子部Ｂ１の周囲をぐるりと回り、線材Ｗを端子部Ｂ１に巻き付ける動作（からげ動作）がなされる。

線材Ｗが端子部Ｂ１にからみついた状態で、挟み部３０はボビンＢから離れる方向に移動して線材Ｗの先端を切断する。線材Ｗが太く移動による切断が困難な場合は、図示されていない駆動部４０に支持されたニッパーで切断する。その後、回転シャフト５０をボビンＢとともに高速回転させる。この際ボビンＢの回転に同期させて、ノズル２０をボビンＢの長さ方向に所定のピッチで移動させ、それにより同一箇所に線材が巻き付くことを防止する。

所定回数だけ、線材ＷがボビンＢに巻き付いた段階で、回転シャフト５０を停止させる。その後再びノズル２０のからげ動作により、線材ＷをボビンＢの端子部Ｂ２にからみつかせ、かつ線材Ｗを切断して、巻線機の動作は終了する。

ところで、かかる巻線機の動作において、線材ＷをボビンＢの周囲にきれいに巻くため、あるいはユーザーの要求する仕様に成るよう精密に巻くためには、一定の張力を線材Ｗに付与して、線材Ｗの巻付き時にたるみ等が生じないようにする必要がある。そこでテンション装置１０を、ノズル２０と線材の供給源との間に配置し、ボビンＢの回転に伴って線材Ｗが移動するときに一定の制動力を付与し、それにより線材Ｗにたるみが生じないようにしている（特許文献１，２参照）。
特開平１１−１１６１４１号公報

ところで、外径φ０．０２ｍｍ以下の超極細線の巻線を行いたいという要求がある。しかるに、このように細い線材について巻線を行う場合には、太い線材とは異なる取り扱いが必要であることが判明した。

特許文献１においては、磁力を用いて線材が巻き付くテンションプーリに抵抗を与え、線材にテンションを与える技術が開示されている。しかるにテンションプーリは、ある程度の質量を有するので慣性によるレスポンスの遅れが問題となる。例えば線材が巻き付いたボビンの回転速度を増大させる加速時には、線材に引っ張られてテンションプーリも加速するが、慣性の影響により回転速度は直ちに増大せず、それにより線材のテンションが高まり線材が細いと容易に断線してしまうという問題がある。一方、線材が巻き付いたボビンの回転速度を低下させる減速時には、テンションプーリは付与されている磁力で回転速度が徐々に低下するが、慣性により直ちに減速しないため、線材を送り出しすぎてテンションがゼロとなり、線材の巻き付け不良を招く恐れがある。

更に、特許文献１のテンション装置においては、線材が巻き付いたプーリは揺動可能なテンションバーで支持されており、このテンションバーは、線材にテンションを与える方向に弾性的に付勢されている。従って線材のテンションが変化したときは、テンションバーが揺動して、線材の過度の緊張や弛みを排除するようになっている。しかしながら、テンションバーの効果を確保するためには、テンションバーをある程度長くせざるをえず、それにより慣性が大きくなる。従って、細い線材のテンション調整に用いると、例えば巻線に使用しているボビンが長方形であるような、縦横比の大きなものであると、巻線中の線速変化が激しく、巻線が高速となれば、テンションバーが追従できず線材の緊張と弛みが生じてテンション値の増減をきたし、容易に切断してしまう恐れがある。以上の問題は、太い線材においては、表面化していなかったものである。

尚、フェルト等の間に細い線材を通して軽く挟み、その摩擦力で軽い抵抗を与えることも考えられる。しかしながら、細い線材が長時間フェルト等と擦れ合うので、塵埃が堆積したり摩耗することで摩擦力が変化してテンション機能が不安定になる恐れがある。特に、細い線材の場合には、テンション値が小さいので、通常の線材よりもテンション制御を精密に行う必要がある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、細い線材に対してきめ細かくテンション制御を行えるテンション装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成すべく、本発明のテンション装置は、線材の供給源から線材の処理部（例えば巻線を行うボビンやボビンレス治具等）まで移動する線材に張力を付与するテンション装置において、
前記線材が内部を通過する開口を備えた保持部材と、
前記開口内に気体を給送する給送手段とを有し、
前記開口内に給送された気体は、前記保持部材に対して相対移動する前記線材に対して抵抗を付与することを特徴とする。

本発明のテンション装置は、前記線材が内部を通過する開口を備えた保持部材と、前記開口内に気体を給送する給送手段とを有し、前記開口内に給送された気体は、前記保持部材に対して相対移動する前記線材に対して抵抗を付与するので、固体同士の摩擦に頼らず、気体の抵抗を用いて線材にテンションを与えることができるため、細い線材に微小なテンションを付与することも可能になる。

前記給送手段は、前記開口内に給送する気体の量又は速度を調整可能となっていると、線材に与えるテンションを任意に調整できるので好ましい。

前記保持部材は、前記線材をボビンに供給するためのノズルに組み付けられていると、巻線を行うボビンとテンション装置との距離が狭まり、その間のワイヤ長さも最小限に抑えることができ、ワイヤーイナーシャーも最小にする事が出来る、更に巻線機のコンパクト化を図れるので好ましい。

前記給送手段は、前記ノズル内に給送する気体の方向を調整可能となっていると、前記ノズルに線材を通過させやすくなるので好ましい。

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、本発明による実施の形態にかかるテンション装置を含むノズル周辺の斜視図である。図２、３は、本実施の形態のノズルの断面図である。本実施の形態のテンション装置は、図４に示す巻線機（巻線機を複数並列に並べた多軸巻線機を含む）に用いることができるが、プーリを用いたテンション装置は不要である。尚、本実施の形態で用いる線材の径はφ０．１ｍｍ以下であるものとする。

図１において、ボビンＢは、不図示のモータの回転軸１２２の先端に取り付けられているが、（回転）駆動部である回転軸１２２は、軸線方向には移動しない。回転軸１２２に近接して、ＸＹＺ移動機構１３３が設けられている。ＸＹＺ移動機構１３３は、モータ１３３ａによりＺ方向に移動可能なステージ１３３ｚと、ステージ１３３ｚ上に載置されモータ１３３ｂによりＹ方向に移動可能なステージ１３３ｙと、ステージ１３３ｙ上に載置されモータ１３３ｃによりＸ方向に移動可能な細長いステージ１３３ｘとを有している。ステージ１３３ｘの先端には、中空筒状体１４０が取り付けられている。ＸＹＺ移動機構１３３は、図示の形態に限られない。

図２、３において、ステージ１３３ｘは、中空筒状体１４０が挿通された開口１３３ｄと、開口１３３ｄの周囲に形成された環状の空気室１３３ｅとを有している。空気室１３３ｅは、ステージ１３３ｘの側面に形成された径孔１３３ｐを介して外部と連通している。径孔１３３ｐにはコネクタＣが挿入されており、コネクタＣにホースＨを接続することで、外部の空気圧源１５０から空気室１３３ｅに、圧力又は流量が調整された空気が供給されるようになっている（図１参照）。空気圧源１５０が給送手段を構成する。

保持部材である中空筒状体１４０は、中央を貫通する貫通孔（開口）１４１と、貫通孔１４１に向かって外部から斜め上方に延在する上方斜孔１４２と、貫通孔１４１に向かって外部から斜め下方に延在する下方斜孔１４３とを有している。中空筒状体１４０の下端には、細いチューブ状のノズル１３９が同軸に取り付けられている。尚、中空筒状体１４０の開口１４１の内径は、線材Ｗの外径の２〜３０倍であると好ましい。

ステージ１３３ｘに対して、中空筒状体１４０は相対移動可能となっており、図２に示す状態では、上方斜孔１４２に空気室１３３ｅ内が開口し、下方斜孔１４３はステージ１３３ｘの内側面で遮蔽される。一方、図３に示す状態では、下方斜孔１４３に空気室１３３ｅ内が開口し、上方斜孔１４２はステージ１３３ｘの内側面で遮蔽される。

本実施の形態の動作について説明する。まず、初めて中空筒状体１４０内に線材Ｗを通過させる場合、ステージ１３３ｘに対して中空筒状体１４０を移動させ、図３に示す状態となるようにする。ここで、空気圧源１５０よりホースＨ、コネクタＣを介して空気室１３３ｅ内に給送すると、上方斜孔１４２はステージ１３３ｘの内側面で遮蔽されているので、開放した下方斜孔１４３のみから空気が中空筒状体１４０の貫通孔１４１内に供給される。すると、図３に示すように、貫通孔１４１内には下方に向かう気体の流れが生じる。そこで、中空筒状体１４０の上部に線材Ｗの端部をセットすると、気流により貫通孔１４１内に吸い込まれることとなる。線材Ｗはきわめて細いので、手作業で中空筒状体１４０に挿通することが困難であり、このように自動的にセットできると作業の手間が省ける。

更に、ステージ１３３ｘに対して中空筒状体１４０を移動させ、図２に示す状態となるようにする。ここで、空気圧源１５０よりホースＨ、コネクタＣを介して空気室１３３ｅ内に給送すると、下方斜孔１４３はステージ１３３ｘの内側面で遮蔽されているので、開放した上方斜孔１４２のみから空気が中空筒状体１４０の貫通孔１４１内に供給される。すると、図２に示すように、貫通孔１４１内には上方に向かう気体の流れが生じる。

巻線時には、中空筒状体１４０を通りノズル１３９の下端から突き出した線材Ｗの端部を、不図示のカットアンドホールド機構で把持した後、ノズル１３９が、ボビンＢのフランジに形成されたいずれかの端子Ｔ（ここでは中央）の周囲を移動することで、線材Ｗを端子Ｔの周囲に巻き付ける、いわゆるからげ動作を行う。

その後、カットアンドホールド機構が線材Ｗを釈放し、回転軸１２２を回転させることで、線材ＷをボビンＢの外周面に巻き付けてゆくが、このとき、貫通孔１４１内を通過する線材Ｗには、上方に向かう空気流により抵抗が与えられ、所望のテンションを付与されるようになっている。気体による抵抗の付与は、線材Ｗを摩滅させることがなく、線材に係合するプーリ等も最小限で済むため、構成の簡素化を図れる。更に、ノズル１３９にテンション装置（中空筒状体１４０）を連結することで、巻線を行うボビンとテンション装置との距離が狭まり、その間のワイヤ長さも最小限に抑えることができ、加えてコンパクトな巻線機を提供できる。

ノズル１３９は、中空筒状体１４０と一体的にボビンＢの回転数に応じてＸＹＺ移動機構１３３により軸線方向に往復移動させられる。それにより、ボビンＢの外周面に既に巻き付いている線材Ｗの側面と、これから巻き付けようとする線材Ｗの側面とが密着するように複数層に巻き付けられる。

巻線が終了すれば、ノズル１３９が端子Ｔ（例えば一番端）の周囲を移動することで、からげ動作が行われ、その後ノズル１３９から出ている線材Ｗを、カットアンドホールド機構でカットすることで、コイルの製造が完了する。

尚、空気圧源１５０から中空筒状体１４０に供給される空気は、一定ではなく、例えば回転軸１２２の回転速度又は加速度に同期して、流量を制御できるようにすると好ましい。より具体的には、回転軸１２２の加速中には、中空筒状体１４０内に供給される空気量を抑えて線材Ｗのテンションを制限し、切断が生じないようにしたり、回転軸１２２の減速中には、中空筒状体１４０内に供給される空気量を増大させて線材Ｗのテンションを高めて、弛みを抑制したりすることもできる。

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、線材Ｗにテンションを付与するために中空筒状体に供給するものは、空気に限らず液体であっても良い。

本発明による実施の形態にかかるテンション装置を含むノズル周辺の斜視図である。 本実施の形態にかかる中空筒状体１４０の断面図である。 本実施の形態にかかる中空筒状体１４０の断面図である。 処理装置の一例である巻線機の斜視図である。

符号の説明

１２２ 回転軸
１３３ 移動機構
１３３ａ モータ
１３３ｂ モータ
１３３ｃ モータ
１３３ｄ 開口
１３３ｅ 空気室
１３３ｐ 径孔
１３３ｘ ステージ
１３３ｙ ステージ
１３３ｚ ステージ
１３９ ノズル
１４０ 中空筒状体
１４１ 貫通孔
１４２ 上方斜孔
１４３ 下方斜孔
１５０ 空気圧源
Ｂ ボビン
Ｃ コネクタ
Ｈ ホース
Ｔ 端子
Ｗ 線材

Claims (4)

1. 線材の供給源から線材の処理部まで移動する線材に張力を付与するテンション装置において、
   前記線材が内部を通過する開口を備えた保持部材と、
   前記開口内に気体を給送する給送手段とを有し、
   前記開口内に給送された気体は、前記保持部材に対して相対移動する前記線材に対して抵抗を付与することを特徴とするテンション装置。
2. 前記給送手段は、前記開口内に給送する気体の量又は速度を調整可能となっていることを特徴とする請求項１に記載のテンション装置。
3. 前記保持部材は、前記線材をボビンに供給するためのノズルに組み付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のテンション装置。
4. 前記給送手段は、前記ノズル内に給送する気体の方向を調整可能となっていることを特徴とする請求項３に記載のテンション装置。
   

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