JP2010004589A - コイル巻取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】巻取り工程の後に整形工程が不要であり、且つ、コイル状に巻き取った線材を４個の芯金ピース１２から容易に取り外すことのできるコイル巻取り装置を提供する。
【解決手段】４個の芯金ピース１２で構成される芯金は、コイル状に巻き取った線材のスプリングバックを見込んで、予め螺旋状に捻じれた形状を有している。このため、芯金に巻き取られた線材は、螺旋状に捻じれた状態でコイル状に成形されるため、芯金から線材を取り外した後に、予め螺旋状に捻じれている分だけ、スプリングバックにより戻ることで、捻じれの無いコイル形状に成形できる。また、４個の芯金ピース１２は、縮小方向と拡大方向とに移動可能に構成されている。これにより、線材を巻き取った後、４個の芯金ピース１２を縮小方向に移動させることで、コイル状に巻き取った線材を４個の芯金ピース１２から容易に取り外すことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、線材を芯金の周囲に巻き取ってコイル状に成形するためのコイル巻取り装置に関する。

従来、特許文献１に記載されたコイル巻取り装置が公知である。
このコイル巻取り装置は、直線状の線材（例えば平角線）をコイル状に巻き取るための装置であり、図７に示す様に、四カ所のコーナ部にそれぞれＲ形状を付けた略矩形断面の芯金１００を有している。この芯金１００に線材をローラでガイドしながら、モータにより芯金１００を回転させて、芯金１００の周囲に線材を所定回数だけ巻き取ることによりコイル状に成形される。成形されたコイル体は、例えば、スタータモータのフィールドコイルに使用される。
特開２００６−２９０４７９号公報

ところが、上記の芯金１００を用いて巻き取ったコイル体は、芯金１００から取り外した後、図８に示す様に、コイル状に巻き取られた線材２００の残留応力（スプリングバック）により、例えば、各ターン毎に捻じれ角θ＝３〜４度の捻りが生じる。このため、芯金１００から取り外したコイル体は、モータのステータコアに組み付ける前に、捻りを修正するための整形工程が必要になり、コストアップの要因となっていた。
また、芯金１００に巻き取った線材２００は、スプリングバックにより巻き絞まっているため、芯金１００から取り外すのに大きな荷重を要し、取り外しが困難であった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、巻取り工程の後に整形工程が不要であり、且つ、芯金に巻き付けた線材を芯金から容易に取り外すことのできるコイル巻取り装置を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、四カ所のコーナ部にそれぞれＲ形状を付けた略矩形断面の芯金を有し、この芯金の周囲に線材をＮ回（Ｎは２以上の整数）巻き取ってコイル状に成形するコイル巻取り装置であって、芯金は、線材を巻き取るためのＮ段の巻取りトラックを有し、このＮ段の巻取りトラックは、１段目からＮ段目まで１周毎に四カ所のコーナ部が周方向に順次ずれて螺旋状に構成され、且つ、芯金は、略矩形状の長手方向および短手方向に分割されて、それぞれコーナ部を含む４個の芯金ピースから成り、この４個の芯金ピースが、芯金の中心から放射状に互いの距離が近づく縮小方向と、互いの距離が遠ざかる拡大方向とに移動可能に構成されていることを特徴とする。

本発明のコイル巻取り装置は、芯金の側面（巻取りトラック）に線材を押圧して、芯金を回転させながら線材を芯金の周囲に巻き取ってコイル状に成形する。このコイル巻取り装置に使用される芯金は、線材を巻き取るための巻取りトラックが、１段目からＮ段目まで１周毎に四カ所のコーナ部が周方向に順次ずれて螺旋状に構成されている。つまり、本発明の芯金は、コイル状に巻き取った線材のスプリングバックを見込んで、予め螺旋状に捻じれた形状を有している。このため、芯金に巻き取られた線材は、螺旋状に捻じれた状態でコイル状に成形されるため、芯金から線材を取り外した後に、予め螺旋状に捻じれている分だけ、スプリングバックにより戻ることで、結果的に、捻じれの無いコイル形状に成形できる。
また、芯金を構成する４個の芯金ピースは、芯金の中心から放射状に互いの距離が近づく縮小方向と、互いの距離が遠ざかる拡大方向とに移動可能に構成されているので、線材を巻き取った後、４個の芯金ピースを縮小方向に移動させることで、コイル状に巻き取った線材を４個の芯金ピースから容易に取り外すことができる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載したコイル巻取り装置において、芯金の長手方向に隣合う２個の芯金ピースは、互いのコーナ部を形成するＲ形状に共通の接線Ａを仮想した場合に、Ｒ形状の接点からコーナ部の終端までの外形線が、接線Ａより内側へ入り込んでいることを特徴とする。
上記の構成によれば、芯金の長手方向に隣合う芯金ピースと芯金ピースとの間で、接線Ａの内側へ線材を押圧しながら巻き取ることができるので、線材が接線Ａの外側へ太鼓状に膨れることを抑制できる。その結果、コイルの長手方向における角部と角部との間を直線状に成形できる。

（請求項３の発明）
請求項２に記載したコイル巻取り装置において、芯金の短手方向に隣合う２個の芯金ピースは、互いのコーナ部を形成するＲ形状に共通の接線Ｂを仮想した場合に、Ｒ形状の接点からコーナ部の終端までの外形線が、接線Ｂより内側へ入り込んでいることを特徴とする。
請求項２の場合と同様に、芯金の短手方向に隣合う芯金ピースと芯金ピースとの間で、接線Ｂの内側へ線材を押圧しながら巻き取ることができるので、線材が接線Ｂの外側へ太鼓状に膨れることを抑制できる。その結果、コイルの短手方向における角部と角部との間を直線状に成形でき、コイルの全体形状を四角形（矩形）に近づけることができる。

（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかのコイル巻取り装置において、線材は、断面矩形の平角線であり、この平角線を芯金に対しエッジワイズ方向に巻き取ってコイル状に成形することを特徴とする。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１はコイル巻取り装置１に使用される巻取りヘッド７の斜視図、図２（ａ）は巻取りヘッド７の平面図、同図（ｂ）は巻取りヘッド７の側面図、図３はコイル巻取り装置１の三面図、図４はコイル巻取り装置１に使用される第１の巻取り治具４の断面図である。
本実施例のコイル巻取り装置１は、直線状の線材２（図３参照）を、その両端からそれぞれ芯金（後述する）の周囲にコイル状に巻き取るための装置であり、完成品としてのコイルは、例えば、スタータモータのフィールドコイルに使用できる。
このコイル巻取り装置１は、図３に示す様に、平行に設置された２本のスライドガイド３と、この２本のスライドガイド３の一端側に固定される第１の巻取り治具４と、２本のスライドガイド３上を移動可能に搭載される第２の巻取り治具５と、第１、第２の巻取り治具４、５にセットされる線材２にテンションを掛けるためのテンションシリンダ６等より構成される。

第１の巻取り治具４は、線材２を芯金に巻き取るための巻取りヘッド７（図１、２参照）と、巻取りヘッド７に設けられる主軸８（図４参照）をベルト駆動するサーボモータ９と、芯金に対し線材２をガイドするための押圧ローラ１０と、この押圧ローラ１０を駆動するサーボモータ１１等を備えている。
巻取りヘッド７は、図１および図２に示す様に、４個の芯金ピース１２によって構成される芯金と、線材２の端部をセットするためのフック（図示せず）と、４個の芯金ピース１２を縮小方向と拡大方向〔図２（ａ）に示す矢印方向〕とに移動させるためのカム機構（後述する）等が設けられている。
なお、第２の巻取り治具５は、第１の巻取り治具４と同じく、巻取りヘッド７、サーボモータ９、押圧ローラ１０、サーボモータ１１等を備える。但し、それぞれの構造および機能は、第１の巻取り治具４と同一であるので、その説明は省略する。

４個の芯金ピース１２は、それぞれ芯金の角部を含む様に分割されている。つまり、四カ所の角部を有する芯金を４個の芯金ピース１２に分割し、それぞれの芯金ピース１２に１箇所ずつ角部が含まれている。また、芯金ピース１２の角部は、Ｒ面取りが行われており、このＲ面取りを有する角部を、以下の説明では、コーナ部と呼ぶ。
４個の芯金ピース１２から成る芯金は、図１に示す様に、線材２を巻き取るためのＮ段（Ｎは２以上の整数）の巻取りトラック１２ａ（芯金ピース１２の側面）を有し、このＮ段の巻取りトラック１２ａは、１段目からＮ段目まで１周毎に四カ所のコーナ部が周方向に順次ずれて螺旋状に構成されている。
また、図５に示す様に、芯金の長手方向（図示上下方向）に隣合う２個の芯金ピース１２は、互いのコーナ部を形成するＲ形状に共通の接線Ａを仮想した場合に、Ｒ形状の接点ａからコーナ部の終端までの外形線が、接線Ａより内側へ入り込んで形成されている。

カム機構は、図２（ａ）に破線形状で示すカムプレート１３と、このカムプレート１３を回転させるための操作レバー１４と、カムプレート１３に当接する４個のカムフォロア１５〔図２（ｂ）参照〕とで構成され、この４個のカムフォロア１５にそれぞれ芯金ピース１２が固定されている。このカム機構は、操作レバー１４によりカムプレート１３を回転させると、カムプレート１３の凹凸形状（カムプロフィール）に沿ってカムフォロア１５が図２（ａ）に示す矢印方向へ移動することにより、各カムフォロア１５に固定された４個の芯金ピース１２が、芯金の中心から放射状に互いの距離が近づく縮小方向と、互いの距離が遠ざかる拡大方向とに移動することができる。

次に、コイル巻取り装置１（図３参照）の作動を説明する。
ａ）まず、直線状の線材２の両端部を、それぞれ第１、第２の巻取り治具４、５の巻取りヘッド７に設けられたフックにセットする。なお、使用される線材２は、断面矩形状の平角線であり、この平角線を芯金に対しエッジワイズ方向にセットする。但し、本実施例のコイル巻取り装置１は、平角線以外の線材、例えば、断面円形、断面長円形、断面多角形等の線材にも使用できることは言うまでもない。
ｂ）続いて、テンションシリンダ６にエアーを供給して、第２の巻取り治具５を反巻取り方向〔図３（ｂ）の右方向〕へ付勢することにより、両フックにセットされた線材２にテンションが掛かっている状態を保持する。

ｃ）サーボモータ１１により押圧ローラ１０を前進させて線材２に押し当てる。
ｄ）サーボモータ９により巻取りヘッド７の主軸８を回転させる。この主軸８の回転により、巻取りヘッド７が回転して、芯金の周囲に線材２が巻き取られる。なお、主軸８の下端部には、図４に示す様に、台形ねじを有するネジ軸１６が取り付けられ、このネジ軸１６がフランジナット１７にねじ結合されている。フランジナット１７は、ステー１８を介して支柱１９に固定されている。このネジ軸１６とフランジナット１７とのねじ結合により、主軸８が回転する毎に巻取りヘッド７が定寸ピッチで下降する。
また、第１の巻取り治具４は、定位置に固定され、第２の巻取り治具５は、スライドガイド３上に搭載されているため、第１、第２の巻取り治具４、５の両巻取りヘッド７をそれぞれ回転させて芯金に線材２を巻き取っていくと、第２の巻取り治具５がスライドガイド３上を移動して第１の巻取り治具４に近づいてくる。

ｅ）線材２を４個の芯金ピース１２の周囲に所定回数（例えば３回）巻き取って、巻取り工程を終了する。
ｆ）テンションシリンダ６へのエアーの供給を停止して、テンションを緩める。
ｇ）操作レバー１４によりカムプレート１３を回転させ、４個の芯金ピース１２を縮小方向へ移動させて、巻き取ったコイル状の線材２を芯金ピース１２から取り外す。
芯金ピース１２から取り外された線材２は、図６（ａ）に示す様に、連続した２つのコイル部２０が形成されており、この後、図６（ｂ）に示す最終形状に成形されて、製品として完成する。

（本実施例の効果）
コイル巻取り装置１に使用される芯金は、線材２を巻き取るための巻取りトラック１２ａが、１段目からＮ段目まで１周毎に四カ所のコーナ部が周方向に順次ずれて螺旋状に構成されている。つまり、４個の芯金ピース１２で構成される芯金は、コイル状に巻き取った線材２のスプリングバックを見込んで、予め螺旋状に捻じれた形状を有している（図１参照）。このため、芯金に巻き取られた線材２は、螺旋状に捻じれた状態でコイル状に成形されるため、芯金から線材２を取り外した後に、予め螺旋状に捻じれている分だけ、スプリングバックにより戻ることで、捻じれの無いコイル形状に成形できる。その結果、巻取り工程の後に、スプリングバックにより生じるコイルの捻りを修正するための整形工程が不要であり、コストダウンに寄与できる。

また、４個の芯金ピース１２は、巻取りヘッド７にカム機構を介して取り付けられ、そのカム機構を操作することにより、芯金の中心から放射状に互いの距離が近づく縮小方向と、互いの距離が遠ざかる拡大方向とに移動可能に構成されている。これにより、線材２を巻き取った後、４個の芯金ピース１２を縮小方向に移動させることで、コイル状に巻き取った線材２を４個の芯金ピース１２から容易に取り外すことができる。
さらに、芯金の長手方向に隣合う２個の芯金ピース１２は、図５に示した様に、Ｒ形状の接点ａからコーナ部の終端までの外形線が接線Ａより内側へ入り込んで形成されている。これにより、芯金の長手方向に隣合う芯金ピース１２と芯金ピース１２との間で、接線Ａの内側へ線材２を押圧ローラ１０で押圧しながら巻き取ることができるので、線材２が接線Ａの外側へ太鼓状に膨れることを抑制できる。その結果、コイルの長手方向における角部と角部との間を直線状に成形できる。

また、芯金の長手方向だけでなく、短手方向においても、互いのコーナ部を形成するＲ形状に共通の接線Ｂ（図５参照）を仮想して、Ｒ形状の接点ｂからコーナ部の終端までの外形線が接線Ｂより内側へ入り込む形状にしても良い。これにより、コイル状に成形された線材２が接線Ｂの外側へ太鼓状に膨れることを抑制でき、コイルの短手方向における角部と角部との間を直線状に成形できる。

芯金を有する巻取りヘッドの斜視図である。 （ａ）巻取りヘッドの平面図、（ｂ）巻取りヘッドの側面図である。 （ａ）コイル巻取り装置の平面図、（ｂ）コイル巻取り装置の正面図、（ｃ）コイル巻取り装置の側面図である。 巻取り治具の詳細な構成を示す断面図である。 ４個の芯金ピースの形状を表す平面図である。 （ａ）芯金から取り外したコイル状線材の平面図、（ｂ）コイルの最終形状を示す平面図である。 （ａ）従来技術に係る芯金の上面図、（ｂ）同芯金の断面図、（ｃ）同芯金の底面図である。 スプリングバックにより捻じれたコイルの平面図である（従来技術）。

符号の説明

１ コイル巻取り装置
２ 線材
１２ 芯金ピース（芯金）
１２ａ 巻取りトラック

Claims (4)

1. 四カ所のコーナ部にそれぞれＲ形状を付けた略矩形断面の芯金を有し、この芯金の周囲に線材をＮ回（Ｎは２以上の整数）巻き取ってコイル状に成形するコイル巻取り装置であって、
   前記芯金は、前記線材を巻き取るためのＮ段の巻取りトラックを有し、このＮ段の巻取りトラックは、１段目からＮ段目まで１周毎に前記四カ所のコーナ部が周方向に順次ずれて螺旋状に構成され、且つ、前記芯金は、略矩形状の長手方向および短手方向に分割されて、それぞれ前記コーナ部を含む４個の芯金ピースから成り、この４個の芯金ピースが、前記芯金の中心から放射状に互いの距離が近づく縮小方向と、互いの距離が遠ざかる拡大方向とに移動可能に構成されていることを特徴とするコイル巻取り装置。
2. 請求項１に記載したコイル巻取り装置において、
   前記芯金の長手方向に隣合う２個の前記芯金ピースは、互いの前記コーナ部を形成するＲ形状に共通の接線Ａを仮想した場合に、Ｒ形状の接点から前記コーナ部の終端までの外形線が、接線Ａより内側へ入り込んでいることを特徴とするコイル巻取り装置。
3. 請求項２に記載したコイル巻取り装置において、
   前記芯金の短手方向に隣合う２個の前記芯金ピースは、互いの前記コーナ部を形成するＲ形状に共通の接線Ｂを仮想した場合に、Ｒ形状の接点から前記コーナ部の終端までの外形線が、接線Ｂより内側へ入り込んでいることを特徴とするコイル巻取り装置。
4. 請求項１〜３に記載した何れかのコイル巻取り装置において、
   前記線材は、断面矩形の平角線であり、この平角線を前記芯金に対しエッジワイズ方向に巻き取ってコイル状に成形することを特徴とするコイル巻取り装置。

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