JP2010045290A - 空芯コイル巻線装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短絡不良や接着不良を生じることなく接着強度の均質な空芯コイルを製造することのできる空芯コイル巻線装置およびその制御方法を提供する。
【解決手段】空芯コイル巻線装置１は、巻芯及び前記巻芯上に巻回された線材を加熱するためのエアヒータ５０ａと、固定側巻治具を加熱するためのエアヒータ５０ｃと、可動側巻治具を加熱するためのエアヒータ５０ｅと、を備えている。空芯コイル巻線装置１は、熱電対５２ｇにより巻芯１０、可動側巻治具２０及び固定側巻治具３０の温度を検出し、検出した温度に基づいて、エアヒータ５０ａ、５０ｃ及び５０ｅの出力、並びに可動側巻治具２０及び線材供給手段４０の位置を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は空芯コイル巻線装置およびその制御方法に関する。

空芯コイル（ａｉｒ−ｃｏｒｅ ｃｏｉｌ）は、線材を円筒形状等に巻き、その中心部には何も入れないか、ベークライト等の非磁性体を挿入して線材を保持するようにした受動素子の一種であり、耐電力が大きく、インダクタンスが小さいという特徴を有している。空芯コイルは、専用の巻線装置により線材を巻回して製造されるが、巻回後も空芯コイルの形状を保持するために、従来、予め接着剤で被覆した線材を用い、巻回中に溶剤で接着剤被膜を溶融しながら線材同士を接着する方法が採られていた。しかし、かかる溶剤を使用する方法では、複雑で高精度な溶剤供給機構が必要となること、溶剤の飛散等により治具等の頻繁なメンテナンスが必要であること等の問題があった。

これに対し、巻回中に線材を熱風等で加熱しながら接着剤被膜を融解して線材同士を融着させる方法が提案されている。（例えば、特許文献１及び２参照）。
特開２００７−１８０３６０号公報 特開平１１−８８９９号公報

しかしながら、上記従来技術では、巻芯及び巻芯上に巻回された線材に熱風を直接吹き付けたり、巻芯部分をダクトで囲って熱風加熱するものであり、巻芯の中央部付近と固定側巻治具及び可動側巻治具と接触する両端部付近とでは温度差が生じるため、巻き上がった空芯コイルの接着強度が不均一になり、コイルの中央部で過剰加熱により被覆材まで融解されて短絡不良を生じたり、コイルの両端部で加熱不足により接着不良が生じる等の問題があった。

また、巻芯を加熱することにより、その両端部の固定側巻治具及び可動側巻治具の温度も上昇して熱膨張によりその寸法が変化し、固定側巻治具の位置決め治具の位置が変動するため線材巻回時のトラバース原点が変動し巻ムラや巻崩れ等の不良を生じたり、空芯コイルの巻幅が変動する等の問題があり、その調整を作業者の経験等に基づいて手動で行っているのが現状であった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、短絡不良や接着不良を生じることなく接着強度の均質な空芯コイルを製造することのできる空芯コイル巻線装置およびその制御方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、巻ムラや巻幅変動等を生じることなく自動制御により空芯コイルを製造することのできる空芯コイル巻線装置およびその制御方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の各手段により達成される。

（１）すなわち、本発明は、巻芯及び前記巻芯上に巻回された線材を加熱するための第１の加熱部と、固定側巻治具を加熱するための第２の加熱部と、可動側巻治具を加熱するための第３の加熱部と、を備えたことを特徴とする、空芯コイル巻線装置である。

（２）本発明はまた、前記第１〜３の加熱部は、それぞれ複数の加熱手段を備えたことを特徴とする、（１）に記載の空芯コイル巻線装置である。

（３）本発明はまた、前記第１〜３の加熱部は、前記複数の加熱手段の出力方向がそれぞれ前記巻芯、前記固定側巻治具又は前記可動側巻治具の回転軸を中心として略９０度の角度を成すように配設されていることを特徴とする、（２）に記載の空芯コイル巻線装置である。

（４）本発明はまた、前記第１〜３の加熱部は、前記複数の加熱手段の出力がそれぞれ独立して制御可能であり、少なくともその１つは他と異なる設定値で制御されることを特徴とする、（２）〜（３）のいずれか１項に記載の空芯コイル巻線装置である。

（５）本発明はまた、前記第１〜３の加熱部は、エアヒータである、（１）〜（４）のいずれか１項に記載の空芯コイル巻線装置である。

（６）本発明はまた、前記巻芯、前記巻芯上に巻回された線材、前記固定側巻治具又は前記可動側巻治具の少なくとも１つの温度を検出する温度検出手段をさらに有する、（１）〜（５）のいずれか１項に記載の空芯コイル巻線装置である。

（７）本発明はまた、前記温度検出手段により検出した温度に基づいて前記第１〜３の加熱部の出力を調整することを特徴とする、（６）に記載の空芯コイル巻線装置である。

（８）本発明はまた、前記温度検出手段により検出した温度に基づいて線材巻回時のトラバース原点を調整することを特徴とする、（６）又は（７）に記載の空芯コイル巻線装置である。

（９）本発明はまた、前記温度検出手段により検出した温度に基づいて線材巻回時の前記可動側巻治具の位置を調整することを特徴とする、（６）〜（８）のいずれか１項に記載の空芯コイル巻線装置である。

（１０）本発明はまた、前記第１〜３の加熱部の温度を検出する加熱部温度検出手段をさらに有する、（１）〜（９）のいずれか１項に記載の空芯コイル巻線装置である。

（１１）さらに、本発明は、巻芯及び前記巻芯上に巻回された線材、固定側巻治具並びに可動側巻治具を加熱する加熱ステップと、前記巻芯、前記巻芯上に巻回された線材、前記固定側巻治具又は前記可動側巻治具の少なくとも１つの温度を検出する温度検出ステップと、前記温度検出ステップにより検出した温度に基づいて前記加熱ステップにおける出力を調整するステップと、を有することを特徴とする、空芯コイル巻線装置の制御方法である。

（１２）本発明はまた、前記温度検出ステップにより検出した温度に基づいて線材巻回時のトラバース原点を調整するステップをさらに有することを特徴とする、（１１）に記載の空芯コイル巻線装置の制御方法である。

（１３）本発明はまた、前記温度検出ステップにより検出した温度に基づいて線材巻回時の前記可動側巻治具の位置を調整するステップをさらに有することを特徴とする、（１１）又は（１２）に記載の空芯コイル巻線装置の制御方法である。

本発明の空芯コイル巻線装置によれば、巻芯及び巻芯上に巻回された線材を加熱するための加熱部以外に、固定側巻治具及び可動側巻治具を加熱するための加熱部をそれぞれ独立して設けたので、巻芯の中央部付近と固定側巻治具及び可動側巻治具と接触する両端部付近とに温度差を生じることなく均一に加熱することができ、過剰加熱による短絡不良や加熱不足による接着不良を生じることなく接着強度の均質な空芯コイルを製造することができる。

また、本発明の空芯コイル巻線装置によれば、上記各加熱部にそれぞれ複数の加熱手段を設けたので、各部を安定して加熱することができ、空芯コイルの接着強度のより安定した品質管理を行うことができる。特に、上記複数の加熱手段を、出力方向がそれぞれ巻芯、固定側巻治具又は可動側巻治具の回転軸を中心として略９０度の角度を成すように配設することにより、より安定した加熱が可能となるものである。

また、本発明の空芯コイル巻線装置によれば、各加熱部の複数の加熱手段の出力がそれぞれ独立して制御可能であり、少なくともその１つは他と異なる設定値で制御されるので、各部のより安定した高精度の温度制御が可能となり、空芯コイルの接着強度のより安定した品質管理が可能となるものである。

また、本発明の空芯コイル巻線装置によれば、巻芯、巻芯上に巻回された線材、固定側巻治具又は可動側巻治具の少なくとも１つの温度を検出する温度検出手段を有し、当該温度検出手段により検出した温度に基づいて上記各加熱部の出力をフィードバック制御することにより、各加熱部の自動温度制御が可能となる。特に、各加熱部の温度を検出する加熱部温度検出手段を備えることにより、各加熱部のより高精度な自動温度制御が可能である。

さらに、本発明の空芯コイル巻線装置によれば、上記温度検出手段により検出した温度に基づいて線材巻回時のトラバース原点をフィードバック制御することにより、固定側巻治具の温度上昇に伴う熱膨張によりその寸法が変化して固定側巻治具の位置決め治具の位置が変動しても、検出した温度に合わせて線材の供給位置を調節してトラバース原点を調節して、巻ムラや巻崩れ等の不良を防止することができる。

同様に、本発明の空芯コイル巻線装置によれば、上記温度検出手段により検出した温度に基づいて線材巻回時の可動側巻治具の位置をフィードバック制御することにより、可動側巻治具の温度上昇に伴う熱膨張によりその寸法が変化しても、検出した温度に合わせて可動側巻治具の位置を調節して絶えず一定に保つことができ、線材巻回時の巻幅の変動を抑えて空芯コイルの巻幅不良を防止することができる。

特に、本発明の空芯コイル巻線装置では、巻芯及び巻芯上に巻回された線材のみならず、固定側巻治具及び可動側巻治具をも同時に加熱して各部が所定温度（高温）に維持された状態でそれらの位置制御を行うので、季節や環境の変化による影響等を受けることなく安定したフィードバック制御を実現することができるものである。

以下、本発明に係る空芯コイル巻線装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る空芯コイル巻線装置１の主要部の構成を示す概略正面図である。図１に示すように、本実施形態に係る空芯コイル巻線装置１は、巻芯１０、可動側巻治具２０、固定側巻治具３０、線材供給手段４０、エアヒータ５０ａ、５０ｃ及び５０ｅ、制御部（図示せず）等から構成されている。

巻芯１０は、その外周に線材を巻回積層することにより空芯コイルを形成する部材である。巻芯１０は、架台８０の支持部８２ａに回転及び摺動自在に軸支されており、架台８０上に載置されたメインモータ（図示せず）により、プーリ７０ａ、ベルト７２ａ、プーリ７０ｃ、従動軸７４、プーリ７０ｅ、ベルト７２ｃ及びプーリ７０ｇを介して水平軸回りに回転されるとともに、エアシリンダ６０ａにより水平軸方向（図面の左右方向）に摺動されるようになっている。

可動側巻治具２０は、巻芯３０に摺動自在に周設された治具キャップ、治具受フランジ等からなり、同じくメインモータにより水平軸回りに回転されるとともに、エアシリンダ６０ｃによりテールプレート８４及び摺動軸７６を介して水平軸方向（図面の左右方向）に摺動可能に構成されている。

固定側巻治具３０は、線材巻回時のトラバース原点を決定するための位置決め治具等からなり、可動側巻治具２０と同軸線上に対向して架台８０の支持部８２ｃに回転自在に軸支されており、メインモータによりプーリ７０ａ、ベルト７２ｅ及びプーリ７０ｉを介して、可動側巻治具２０と同期して水平軸回りに回転されるようになっている。

線材供給手段４０は、空芯コイル用の線材を巻芯に供給するための部材であり、線材の張力を調整するガイドローラ４２、線材を所定の巻回位置に案内する線材バサミ４４等からなり、モータ６２により摺動フレーム７８を介して水平方向（図面の左右方向）に摺動自在に構成されている。

エアヒータ５０ａは、巻芯１０及び巻芯１０上に巻回された線材２を、また、エアヒータ５０ｃ及び５０ｅは、それぞれ可動側巻治具２０及び固定側巻治具３０を加熱するための装置であり、何れもブロワー（図示せず）により送風されたエアを電熱線等で加熱してノズルから吹き出す構成となっている。

図２は、空芯コイル巻線装置１の巻芯部周辺の構成を説明するための概略断面図である。図２に示すように、空芯コイル巻線装置１は、巻芯１０に対して２つの巻芯用エアヒータ５０ａを備えており、それぞれのノズルの吹き出し方向が巻芯１０の回転軸を中心として略９０度の角度を成すように配設されている。これらの２つの巻芯用エアヒータ５０ａは、互いに独立してエアの温度や風量等の出力の調整が可能に構成されている。これにより、特に両者の出力を異なる温度や風量に設定する（例えば一方を他方よりやや低温に設定する等）ことにより、巻芯や芯材の温度をより高精度に制御することが可能となるものである。同様に、可動側巻治具２０及び固定側巻治具３０に対しても、それぞれ２つの可動側巻治具用エアヒータ５０ｃ及び固定側巻治具用エアヒータ５０ｅを備えており、その構成は巻芯用エアヒータ５０ａと同様である。

図示しない制御部は、各種制御や演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、作業領域として一時的にデータを記憶するＲＡＭ等から構成され、メインモータを始めとする各部材の駆動を制御する他、後述するように、エアヒータ５０ａ、５０ｃ及び５０ｅの出力制御並びに線材供給手段４０及び可動側巻治具２０の位置制御を行う。

次に、本実施形態に係る空芯コイル巻線装置１の動作の概要について説明する。図３は、空芯コイル巻線装置１によるエアヒータの出力制御処理並びに線材供給手段及び可動側巻治具の位置制御処理の動作を説明するための概念図であり、図４はその手順を示すフローチャートである。なお、図４のフローチャートにより示されるアルゴリズムは、制御部９０のＲＯＭ等に制御プログラムとして記憶されており、動作開始の際にＣＰＵにより読み出されて実行される。

空芯コイル巻線装置１は、まず、ステップＳ１１０において、固定側巻治具３０に内蔵された熱電対５２ｇにより固定側巻治具３０、巻芯１０及び可動側巻治具２０の温度を検出する。ついで、ステップＳ１２０において、予め製品ロットごとに設定された設定温度を制御部９０のＲＯＭ等から読み出し、ステップＳ１１０で検出した各部温度が当該設定温度の範囲内であるか否かを判断する。

ステップＳ１１０で検出した各部温度が設定温度範囲内でない場合は（ステップＳ１２０のＮＯ）、ステップ１３０に進み、巻芯用エアヒータ５０ａ、動側巻治具用エアヒータ５０ｃ及び固定側巻治具用エアヒータ５０ｅのノズル先端部に設置された熱電対５２ａ、５２ｃ及び５２ｅによりエアヒータ５０ａ、５０ｃ及び５０ｅのエアの吹き出し温度を検出し、これに基づいてエアヒータ５０ａ、５０ｃ及び５０ｅに内蔵された電熱線５４ａ、５４ｃ及び５４ｅ、又はブロワ５６ａ、５６ｃ及び５６ｅの出力を調整することにより、エアヒータ５０ａ、５０ｃ及び５０ｅの出力を個別に調整する。

次いで、ステップＳ１４０に進み、予め固定側巻治具３０の温度と膨張率（体積）との関係から求めたキャリブレーションテーブルを制御部９０のＲＯＭ等から読み出し、当該キャリブレーションテーブルに基づいて、ステップＳ１１０で検出した温度から線材供給手段４０の位置の調整量ｄ１を求める。そして、調整量がｄ１となるようにモータ６２への出力を制御して線材供給手段４０を移動して線材供給位置を調整することにより、トラバース原点を調整する。

更に、ステップＳ１５０に進み、予め可動側巻治具２０の温度と膨張率（体積）との関係から求めたキャリブレーションテーブルを制御部９０のＲＯＭ等から読み出し、当該キャリブレーションテーブルに基づいて、ステップＳ１１０で検出した温度から可動側巻治具２０の位置の調整量ｄ２を求める。そして、調整量がｄ２となるようにエアシリンダ６０ａへの出力を制御して可動側巻治具２０を移動することにより、空芯コイルの巻幅を調整する。

なお、上記ステップＳ１３０、Ｓ１４０及びＳ１５０の手順は、いずれの順番で処理されるものであっても構わない。

そして、ステップＳ１２０において、ステップＳ１１０で検出した各部温度が設定温度範囲内である場合は（ステップＳ１２０のＹＥＳ）、ステップ１６０に進み、当該製品ロットの連続した巻回工程が終了するまで上記ステップＳ１１０〜Ｓ１５０を繰り返し（ステップ１６０のＮＯ）、当該製品ロットの巻回工程が終了したら（ステップＳ１６０のＹＥＳ）、エアヒータの出力制御処理並びに線材供給手段及び可動側巻治具の位置制御処理を終了する。

本発明の空芯コイル巻線装置は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、本発明の空芯コイル巻線装置における巻芯用エアヒータ、可動側巻治具用エアヒータ及び固定側巻治具用エアヒータの設置位置及び数量、形状、熱電対及び電熱線の設置位置及び数量等は、上記実施形態の例に限定されるものではない。

また、本発明の空芯コイル巻線装置における巻芯、可動側巻治具及び固定側巻治具の加熱手段はエアヒータに限定されるものではなく、その何れか又は全部に他の加熱手段、例えば、埋め込み式ヒータ（電熱線）、セラミックヒータ、赤外線ヒータ等を利用するものであってもよい。

また、上記実施形態では、固定側巻治具に温度検出手段としての熱電対が組み込まれていたが、これに代えて又はこれに加えて、巻芯又は可動側巻治具に熱電対等の温度検出手段が組み込まれていてもよい。更に、本発明の空芯コイル巻線装置における温度検出手段は熱電対に限定されるものではなく、例えば赤外線熱検出器等を利用するものであってもよい。

本発明の空芯コイル巻線装置およびその制御方法は、上記各手順を実行するための専用のハードウエア回路によっても、また、上記各手順を記述したプログラムをＣＰＵが実行することによっても実現することができる。後者により本発明を実現する場合、空芯コイル巻線装置を動作させる上記プログラムは、フロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体によって提供されてもよいし、インターネット等のネットワークを介してオンラインで提供されてもよい。この場合、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムは、通常、ＲＯＭやハードディスク等に転送され記憶される。また、このプログラムは、たとえば、単独のアプリケーションソフトとして提供されてもよいし、空芯コイル巻線装置の一機能としてその装置のソフトウエアに組み込んでもよい。

本発明によれば、短絡不良や接着不良を生じることなく接着強度の均質な空芯コイルを製造することのできる空芯コイル巻線装置が提供される。また、本発明によれば、巻ムラや巻幅変動等を生じることなく自動制御により空芯コイルを製造することのできる空芯コイル巻線装置が提供される。

本発明の実施形態に係る空芯コイル巻線装置１の主要部の構成を示す概略正面図である。 空芯コイル巻線装置１の巻芯１０周辺の構成を説明するための概略断面図である。 空芯コイル巻線装置１によるエアヒータの出力制御処理並びに線材供給手段及び可動側巻治具の位置制御処理の動作を説明するための概念図である。 空芯コイル巻線装置１によるエアヒータの出力制御処理並びに線材供給手段及び可動側巻治具の位置制御処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 空芯コイル巻線装置
２ 線材
１０ 巻芯
２０ 可動側巻治具
３０ 固定側巻治具
４０ 線材供給手段
４２ ガイドローラ
４４ 線材バサミ
５０ａ、５０ｃ、５０ｅ エアヒータ
５２ａ、５２ｃ、５２ｅ、５２ｇ 熱電対
５４ａ、５４ｃ、５４ｅ 電熱線
５６ａ、５６ｃ、５６ｅ ブロワ
６０ａ、６０ｃ エアシリンダ
６２ モータ
７０ａ、７０ｃ、７０ｅ、７０ｇ、７０ｉ プーリ
７２ａ、７２ｃ、７２ｅ ベルト
７４ 従動軸
７６ 摺動軸
７８ 摺動フレーム
８０ 架台
８２ａ、８２ｃ 支持部
８４ テールプレート
９０ 制御部

Claims (13)

1. 巻芯及び前記巻芯上に巻回された線材を加熱するための第１の加熱部と、
   固定側巻治具を加熱するための第２の加熱部と、
   可動側巻治具を加熱するための第３の加熱部と、
   を備えたことを特徴とする、空芯コイル巻線装置。
2. 前記第１〜３の加熱部は、それぞれ複数の加熱手段を備えたことを特徴とする、
   請求項１に記載の空芯コイル巻線装置。
3. 前記第１〜３の加熱部は、前記複数の加熱手段の出力方向がそれぞれ前記巻芯、前記固定側巻治具又は前記可動側巻治具の回転軸を中心として略９０度の角度を成すように配設されていることを特徴とする、
   請求項２に記載の空芯コイル巻線装置。
4. 前記第１〜３の加熱部は、前記複数の加熱手段の出力がそれぞれ独立して制御可能であり、少なくともその１つは他と異なる設定値で制御されることを特徴とする、
   請求項２〜３のいずれか１項に記載の空芯コイル巻線装置。
5. 前記第１〜３の加熱部は、エアヒータである、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の空芯コイル巻線装置。
6. 前記巻芯、前記巻芯上に巻回された線材、前記固定側巻治具又は前記可動側巻治具の少なくとも１つの温度を検出する温度検出手段をさらに有する、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の空芯コイル巻線装置。
7. 前記温度検出手段により検出した温度に基づいて前記第１〜３の加熱部の出力を調整することを特徴とする、
   請求項６に記載の空芯コイル巻線装置。
8. 前記温度検出手段により検出した温度に基づいて線材巻回時のトラバース原点を調整することを特徴とする、
   請求項６又は７に記載の空芯コイル巻線装置。
9. 前記温度検出手段により検出した温度に基づいて線材巻回時の前記可動側巻治具の位置を調整することを特徴とする、
   請求項６〜８のいずれか１項に記載の空芯コイル巻線装置。
10. 前記第１〜３の加熱部の温度を検出する加熱部温度検出手段をさらに有する、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の空芯コイル巻線装置。
11. 巻芯及び前記巻芯上に巻回された線材、固定側巻治具並びに可動側巻治具を加熱する加熱ステップと、
    前記巻芯、前記巻芯上に巻回された線材、前記固定側巻治具又は前記可動側巻治具の少なくとも１つの温度を検出する温度検出ステップと、
    前記温度検出ステップにより検出した温度に基づいて前記加熱ステップにおける出力を調整するステップと、
    を有することを特徴とする、空芯コイル巻線装置の制御方法。
12. 前記温度検出ステップにより検出した温度に基づいて線材巻回時のトラバース原点を調整するステップをさらに有することを特徴とする、
    請求項１１に記載の空芯コイル巻線装置の制御方法。
13. 前記温度検出ステップにより検出した温度に基づいて線材巻回時の前記可動側巻治具の位置を調整するステップをさらに有することを特徴とする、
    請求項１１又は１２に記載の空芯コイル巻線装置の制御方法。

Images