JP3306322B2 - 巻線方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シート状の連続体
や板状の非連続体に液体を薄膜コーティング（塗布）に
使用される整列巻線付きロッドを製造するための、巻線
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シート状の連続体や板状の非連続
体の表面に、数μmのオーダーで薄膜状に液体を塗布す
る方法として、細線を巻線したロッドバー（細線、ロッ
ドバー共に金属）を用いるロッドコーティング法があ
る。

【０００３】ロッドコーティング法の概略を図８に示
す。ロッドコーティング法とは、等ピッチもしくは密着
状態で細線を巻線したロッドバー(8a)を液体(8b)に浸
し、このロッドバー(8a)とゴムローラ等の搬送ローラ(8
c)との間に、ワークであるシート状の連続体や板状の非
連続体(8d)を挿入することで、巻線した線材(8e)の谷間
に入り込んだ液体(8f)を転写、薄膜状に塗布する方法で
ある。このようなロッドコーティング法は、写真フィル
ムの製造工程や液晶カラーフィルタの製造工程などで用
いられている。ロッドコーティング法については、例え
ば、特開平2-258081号公報や特開平4-270346号公報等に
記載されている。

【０００４】この様なロッドコーティング法に用いる巻
線付きロッドの整列巻線は、従来人手で行っていた。つ
まり、回転手段にロッドバーをチャックして、手動もし
くは自動でこれを回転させる。そして、回転するロッド
バーに合わせ、手で持った線材を軸方向に逐次移動、位
置決めして巻線を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおり巻線付
きロッドの整列巻線は人手に頼って行っているため、
（１）巻き付け角度が不安定、（２）線材の幅寸法の変
化に対応が困難、（３）目標とする巻き付け角度への移
行時間が長い、（４）巻線時に線材に加える張力が不安
定 等などの問題があった。そして、このような問題
は、最終的には、（１）巻線の隙間や重なりが生じこれ
に起因して塗布した膜厚が不均一になる、（２）ロッド
コーティングに使う装置の調整に多くの時間を要す、
（３）巻線付きロッドの寿命が短い 等の問題につなが
るものであった。

【０００６】以下、このような問題点についてさらに詳
細に述べる。

【０００７】（１） 整列巻線を行うには、ロッドバー
に巻線する時の線材の角度（以下“巻き付け角度”と言
う）を一定に保つ必要がある。しかし、人手による巻線
では作業中に線材を支持する手の位置を正確かつ一定に
保つことができない。そのため、密着整列巻線を実現し
ようとしても線材の隙間や重なりが生じたり、等ピッチ
の整列巻線を実現しようとしてもピッチのばらつきが生
じてしまう。

【０００８】このような不具合のある巻線付きロッドを
用いてロッドコーティングを行った場合、図９に示した
様にロッドバーの巻線の隙間や重なりの生じた箇所(9a)
〜(9c)に対応して、塗布したワークの搬送方向に帯状の
塗布ムラ(9d)〜(9f)が生じていた。

【０００９】ロッドコーティング法では、隣接する線材
間の谷間に侵入する塗布液の量を巻き線した線材の外径
によって調整し、被塗布体上に形成する塗布液の膜厚を
管理する。そのため、隣接する線材の間に隙間やピッチ
ずれがあった場合、その部分の塗布膜厚が増加し、被塗
布体の進行方向に平行な塗布むらが生じてしまう。液晶
カラーフィルタのレジスト塗布においては、外径１００
μｍ程度のステンレスワイヤを１μｍ単位で巻線して膜
厚を管理している。そのため数μｍオーダーの線材の隙
間や重なりでも、製品の品質に多大な影響を与える。例
えば、レジストの塗布膜厚は１〜２μｍであり、わずか
数１０ｎｍの膜厚の差が、液晶ディスプレイの色むら不
良の原因になっている。

【００１０】また、ロッドコーティング法では、ロッド
と被塗布体、ロッドとそれを支える支持部品が接触して
こすれあうことによって、線材の隙間や重なりが生じて
しまっていた。また、被塗布液中のゴミや顔料粒子が線
材の隙間に入り込むことにより、線材の隙間や重なりが
生じてしまっていた。

【００１１】（２） ロッドコーティング法では、塗布
された液体の膜厚をロッドバーに巻線する線材の幅寸法
（断面形状が円の場合は直径）によって管理している。
様々な幅寸法の線材を高精度に整列巻線することが要求
されるが、密着整列巻線を行う場合の巻き付け角度、ロ
ッドバーの回転速度とトラバースの速度の理想値は、各
幅寸法によって異なる。よって、様々な幅寸法に対応し
て精度良く巻線するにはノウハウと熟練を要する。ま
た、その製作にも多大の時間を必要とする。そのため、
密着整列巻線付きロッドは、高価で長納期の部品であっ
た。

【００１２】また、一つのリールに巻かれた線材の間で
も幅寸法のばらつきは存在する。この様なリール中の幅
寸法のばらつきには手作業では対応するのは不可能で、
巻線における隙間や重なりの原因となっていた。

【００１３】（３） 密着整列巻線を行う場合、図１０
（a)の様に既に巻線した線材に巻き付け中の線材を押し
付けながら巻線を行わねばならない。このため線材の出
口(10a)はロッドバー(10b)に巻線した線材の端部(10c)
よりも遅れた状態で進行する。しかし、巻線開始時から
この時の巻き付け角度θmでロッドバーを回転させる
と、線材は密着整列巻線をしようとする方向と逆方向に
巻線されてしまう（図１０(b)）。よって、巻線の開始
時は線材の出口(10a)が巻線の端部(10c)よりも進んだ状
態にしておき（図１０(c)）、巻き付け角度θ0を巻線が
進むに従って徐々にθmに近づけていかなければならな
い。

【００１４】従来はこの動作を人手で行っていたため、
巻き付け角度がθmに安定するまでに時間がかかり、隙
間や重なりが生じた無効な巻線領域が広範囲に及んでい
た。このため、必要とする密着整列巻線の範囲より余分
に巻線を行い、巻線後に無効な部分を取り除く作業が必
要であった。

【００１５】また、図７(a)、(b)、(c)に示すロッドバ
ー端部やロッドバーの溝や突起の近傍から有効に密着整
列巻線された巻線付きロッドを得ることは困難であり、
巻線して塗布に使用出来る範囲がロッドバーの形状によ
って制限されていた。

【００１６】（４） 人手による巻線作業では線材に加
える張力を一定に保つことが出来ない。このため線材と
ロッドバーの間の接触圧力が小さい部分が生じる。その
結果、コーティング時に外力が加わると、摩擦力が小さ
い部分では、線材とロッドバーの滑りによって巻線のピ
ッチ不良や隙間、重なりが生じてしまう。この様に、巻
線した直後には良品として使えた巻線付きロッドが、使
用に伴って不良品になる場合があった。

【００１７】また、巻線時に加える張力の調整は手の触
感に頼るしかなく、線材の断面積の変化に応じて張力を
調整することは高度な熟練を要する困難な作業であっ
た。

【００１８】本発明は、ロッドコーティング法に用いる
ロッドバーの製造に好適な巻き線方法および装置、特
に、整列巻線を自動化、高精度化、長寿命化することの
できる巻線方法および装置を提供することを目的とす
る。

【００１９】

【００２０】

【課題を解決するための手段】 本発明の第１の態様とし
ては、被巻線材を回転させるとともに、線材を供給する
トラバースを該被巻線材の回転軸に平行に移動させるこ
とで、該被巻線材に線材を巻き付ける巻線方法におい
て、上記トラバースから供給された上記線材の幅寸法お
よび巻き付け角度を逐次測定し、上記測定によって得ら
れた幅寸法に基づいて、上記トラバースの移動と上記被
巻線材の回転とを同期させるための基本値を決定し、 上
記測定によって得られた、巻き付け角度と当該巻き付け
角度の目標値との差分に基づいて修正量を決定し、 上記
基本値を上記修正量の分だけ修正し、該修正後の値に基
づいて、上記被巻線材の回転速度と上記トラバースの移
動速度との少なくとも一方を制御すること、を特徴とす
る巻線方法が提供される。

【００２１】

【００２２】

【００２３】本発明の第２の態様としては、被巻線材に
線材を巻き付ける巻線装置において、上記被巻線材を回
転させる回転手段と、上記線材を送出する送出部を備
え、少なくとも該送出部を上記被巻線材の回転の軸に平
行に移動させつつ上記線材を供給するトラバース手段
と、上記トラバース手段から供給された上記線材の幅寸
法を測定する寸法測定手段と、上記トラバース手段から
供給された上記線材の上記被巻き線材への巻き付け角度
を測定する角度測定手段と、上記寸法測定手段の測定結
果および上記角度測定手段の測定結果に基づいて、上記
被巻線材の回転速度と上記送出部の移動速度との少なく
とも一方を制御する制御手段と、を有することを特徴と
する巻線装置が提供される。

【００２４】上記制御手段は、上記寸法測定手段の測定
結果に基づいて、上記送出部の移動と上記被巻線材の回
転とを同期させるための基本値を求めるとともに、上記
角度測定手段の測定結果に基づいて該測定された巻き付
け角度と別途定められた巻き付け角度の目標値との差分
値を求め、該差分値に基づいて修正量を求め、上記基本
値を上記修正量の分だけ修正し、該修正後の値に基づい
て、上記被巻線材の回転速度と上記送出部の移動速度と
の少なくとも一方を制御する。

【００２５】本発明の第３の態様としては、被巻線材に
線材を巻き付ける巻線装置において、上記被巻線材を回
転させる回転手段と、上記線材を送出する送出部を備
え、少なくとも該送出部を上記被巻線材の回転の軸に平
行に移動させつつ上記線材を供給するトラバース手段
と、上記トラバース手段から供給された上記線材の幅寸
法を測定する寸法測定手段と、上記送出部から送出され
上記被巻き線材に巻き付けられるまでの間の所定の領域
における、上記線材の位置を測定する位置測定手段と、
上記寸法測定手段の測定結果および上記位置測定手段の
測定結果に基づいて、上記被巻線材の回転速度と上記送
出部の移動速度との少なくとも一方を制御する制御手段
と、を有することを特徴とする巻き線装置が提供され
る。

【００２６】上記制御手段は、上記寸法測定手段の測定
結果に基づいて上記送出部の移動と上記被巻線材の回転
とを同期させるための基本値を求めるとともに、上記位
置測定手段の測定結果と別途定められた目標の位置との
差分値を求め、該差分値に基づいて修正量を求め、上記
基本値を上記修正量の分だけ修正し、該修正後の値に基
づいて、上記被巻線材の回転速度と上記送出部の移動速
度との少なくとも一方を制御するものであってもよい。

【００２７】本発明の第４の態様としては、被巻線材を
回転させるとともに、線材を供給するトラバースを該被
巻線材の回転軸に平行に移動させることで、該被巻線材
に線材を巻き付ける巻線装置において、被巻線材を回転
させる回転手段と、線材を送出する送出部を備え、少な
くとも該送出部を上記被巻線材の回転の回転軸に平行に
移動させつつ上記線材を供給するトラバース手段と、上
記トラバース手段から供給された線材の幅寸法を測定す
る寸法測定手段と、上記寸法測定手段の測定結果に基づ
いて当該線材の断面積を求め、さらに、該断面積に応じ
た所定の引っ張り応力値を決定する演算手段と、を備
え、上記トラバース手段は、上記演算手段の求めた引っ
張り応力値の引っ張り応力を上記線材に与えるテンショ
ナとを含んで構成されるものであること、を特徴とする
巻線装置が提供される。

【００２８】作用を説明する。

【００２９】先ず、第１，第２，第３の態様における作
用を説明する。

【００３０】トラバース手段は、送出部を被巻線材の回
転の軸に平行に移動させつつ線材を供給する。一方、回
転手段は被巻線材を回転させる。これにより、トラバー
ス手段から供給された線材は被巻き線材に巻き付けられ
ることになる。

【００３１】この時、寸法測定手段は、トラバース手段
から供給された線材の幅寸法を逐次測定している。ま
た、角度測定手段は、トラバース手段から供給された線
材の被巻き線材への巻き付け角度を逐次測定している。

【００３２】制御手段は、寸法測定手段，角度測定手段
の測定結果に基づいて、送出部の移動速度と上記回転手
段による上記被巻線材の回転速度との少なくとも一方を
制御する。該制御は、送出部の移動と、被巻き線材の回
転に伴う巻き付け位置の変位とを同期させるように行
う。また、巻き付け角度を目標値に一致させるように行
う。具体的な制御内容としては以下のような手法が考え
られる。

【００３３】制御手段は、測定によって得られた幅寸法
に基づいて上記被巻線材の回転速度の基本値を決定す
る。また、測定された巻き付け角度に基づいて基本値の
修正量を決定する。該修正量は、そして、基本値をこの
修正量の分だけ修正し、該修正後の値に基づいて、被巻
線材の回転速度を制御する。

【００３４】修正量は、例えば、測定された巻き付け角
度と目標値との差分値を求め、その差分値の大きさに応
じたものとする。このようにすれば、目標値とのずれ
（差分値）が大きい場合（例えば、巻き線開始時）で
も、速やかにずれを小さくできる。

【００３５】角度測定手段に代わって、線材の位置を測
定する位置測定手段を採用することも可能である。この
場合には、制御手段は、位置測定手段の測定結果と、別
途定められた目標の位置との差分値を求め、該差分値に
基づいて修正量を求めるようにする。

【００３６】このように実際の巻き付け角度をリアルタ
イムで測定し、逐次目標とする巻き付け角度とのずれを
補正して一定に近づけることで、高精度な等ピッチの巻
線、もしくは密着整列巻線が可能となる。

【００３７】又、逐次線材の幅寸法を測定し、被巻き線
材の回転速度と送出部の速度及び目標巻き付け角度を決
定するため、線材の幅寸法を変更したり、線材の幅寸法
のばらつきがあった場合でも、高精度に密着整列巻線を
行うことができる。これをロッドコーティング用の巻線
付きロッドバーの製造に適用すれば、高精度なピッチ、
あるいは密着状態で巻線された巻線付きロッドが得られ
る。このような巻線付きロッドを用いてロッドコーティ
ングを行なえば、高精度な膜厚にて均一で安定した液体
塗布が可能となる。

【００３８】さらに、巻線開始時の巻き付け角度から目
標とする巻き付け角度に短時間で自動的に変更が行われ
るため、整列巻線の無効領域が減少する。これにより、
被巻き線材に余分に巻線して取り除く作業が必要なくな
り、使用する線材の量を減らすことが出来る。また、被
巻き線材の端部や溝、突起の近傍からの有効な整列巻線
が可能になるため、被巻き線材の形状や巻線領域の選択
肢が増す。このような巻線付きロッドを用いてロッドコ
ーティングを行なえば、高精度な膜厚で塗布することの
出来る領域が拡大される。

【００３９】第４の態様における作用を説明する。

【００４０】トラバース手段は、送出部を被巻線材の回
転の軸に平行に移動させつつ線材を供給する。一方、回
転手段は被巻線材を回転させる。これにより、トラバー
ス手段から供給された線材は被巻き線材に巻き付けられ
ることになる。

【００４１】この時、寸法測定手段は、トラバース手段
から供給された線材の幅寸法を逐次測定している。演算
手段は、寸法測定手段の測定結果に基づいて当該線材の
断面積を求める。そして、その断面積に応じた所定の引
っ張り応力値を決定する。この引っ張り応力値は、線材
と被巻き線材の滑りを防ぐのに十分な、線材による被巻
き線材の圧縮力が得られるようにとの観点から決定す
る。例えば、線材の弾性限界の７０％に設定してもよ
い。トラバース手段は、演算手段の求めた引っ張り応力
値の引っ張り応力をテンショナによって線材に与えつ
つ、線材を供給する。

【００４２】このようにすることで、線材によって被巻
き線材に圧縮力が加わるため線材と被巻き線材の滑りが
防止される。外力が加わっても線材がずれて隙間や重な
りが生じることはない。ロッドコーティングに用いられ
る巻線付きロッドバーの製造に適用した場合、巻線付き
ロッドは半永久的に使えるようになる。更に各巻線幅に
適した張力の設定も自動で行なえる。

【００４３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面を用いて
説明する。

【００４４】図１は本発明の巻線方法を実現する自動整
列巻線機の外観図である。

【００４５】主軸(1a)はモータによって回転されるよう
になっており、その軸の先端はセンタ形状とされてい
る。そして、その後部には、ケレ回し(1b)が設けられて
いる。主軸(1a)の反対側には芯押し台(1c)が設けられて
いる。芯押し台(1c)は、ロッドバー(1d)の長さに応じて
案内(1e)上をロッドバー(1d)の軸方向に水平移動可能で
あり、所定の位置でロック機構(1f）によって固定され
る。

【００４６】芯押し台(1c)には、主軸(1a)と同軸に回転
センタ(1g)が取り付けられている。ロッドバー(1d)に設
けたセンタ穴に、主軸(1a)，芯押し台(1c)のセンタを一
致させる。そして、その状態で芯押し台(1c)のハンドル
(1h)を操作することで回転センタ(1g)を前進させて、ロ
ッドバー(1d)を主軸(1a)と芯押し台(1c)の間に取り付け
る。

【００４７】ロッドバー(1d)には予めリング状のケレ(1
i)を取付けておき、ケレ回し(1b)のピンとケレ(1i）の
溝を一致させ、ネジ止め等によりロッドバー(1d)に固定
する。これにより主軸(1a)の回転に伴って、ロッドバー
(1d)が回転される。

【００４８】一方、ロッドバー(1d)に巻き付ける線材
は、トラバース(1j)によって供給される。このトラバー
ス(1j)は、ロッドバー(1d)の軸と平行にリニアモータに
より駆動されている。

【００４９】図２にトラバース(1j)の詳細図を示す。ト
ラバースの上の軸(2a)には、線材の巻かれたリール(2b)
をセットし、固定ノブ(2c)によって軸(2a)に対してリー
ル(2b)が回転可能に保持する。トラバース上にリール(2
b)を乗せることにより、線材がねじれたり，許容範囲外
の角度で供給されることを防止し、巻線時の張力変動の
影響を無くすことが出来る。リール(2b)から伸びた線材
(2d)はホルダ(2e)でフェルト(2f)などを介して上下から
挟み予備張力を与える。予備張力を与えられた線材はパ
ウダブレーキ等に接続されたプーリ(2g)に数回巻き付
け、ノズル(2h)から外に出す。

【００５０】図３にノズル(2h)の構造の一例を示す。ノ
ズルはソロバン玉状のローラ(3a)〜(3d)を４方向に配置
し、その内の１つのローラ(3a)をマイクロメータ(3e)に
よって左右に移動可能とする。これにより巻線する線材
(3f)の幅寸法を変えた場合でも線材(3f)を左右から精度
良く位置決めし、線材の出口での振れを防止出来る。ノ
ズル(2h)から出た線材は、ノズル(2h)の上下に取り付け
られたラインセンサ(2i)の測定ラインを横切り、ロッド
バー(2j)に巻線される。

【００５１】図4は線材とノズル、ラインセンサの測定
ラインの位置関係を示したものである。ロッドバー(4a)
から数mmの位置にラインセンサの測定ライン(4b)があ
る。ノズル(4c)から出た線材(4d)がロッドバー(4a)に巻
線される直前の線材のエッジを、ラインセンサが検出す
ることにより、幅寸法ｄ（線材の断面形状が円の場合は
直径）及びノズル(4c)に対する線材(4d)の位置aを読み
取る。ここで、点Pはラインセンサの原点を表してい
る。

【００５２】次に、該巻線装置の制御上の構成を説明す
る。

【００５３】該巻き線装置では、図５に示すように、ラ
インセンサ5bの測定結果（ｄ、a）と、トラバース移動
機構5cから入力されるトラバースの移動速度vr とに基
づいて、コントローラ5aが主軸の回転機構5eを制御する
ことで、主軸の回転とトラバースの移動との同期化およ
び巻き付け角度の調整を図っている。また、コントロー
ラ5aが、トラバース機構のパウダブレーキ5dを制御する
ことで、線材にかかる張力Ｔを調整している。

【００５４】ラインセンサ5bは、測定ライン上における
線材のエッジを検出し、該検出結果に基づいて線材の幅
寸法ｄ、線位置ａを求めるものである。該ラインセンサ
5bは、エッジを検出するための光学センサと、該光学セ
ンサの検出結果に基づいて、幅寸法ｄおよび位置ａを求
める演算部とから成る。該ラインセンサ5bは、測定結果
（ｄ、a）をコントローラ5aに出力している。

【００５５】トラバース移動機構5cは、コントローラ5a
から指示された速度で、トラバースを主軸に平行に移動
させるための機構であり、モータなどを含んで構成され
ている。該トラバース移動機構5cはトラバースの実際の
速度vrを検出する機構を備えており、その検出結果をコ
ントローラ5aに出力する構成となっている。

【００５６】パウダブレーキ5dは、トラバースが供給す
る線材の張力を調整するためのものであり、そのトル
ク、すなわち、張力は、コントローラ5aからの指示に従
って調整可能に構成されている。

【００５７】主軸回転機構5eは、コントローラ5aから指
示された回転速度で、主軸を回転させるための機構であ
り、モータなどを含んで構成されている。

【００５８】コントローラ5aは、マイクロプロセッサな
どから成り、ラインセンサ5b等から入力された入力デー
タに基づいて所定の演算を行うことで、指令値を求めて
いる。以下、該コントローラ5aによる演算制御の内容
を、［１］主軸の回転とトラバースの移動との同期化お
よび巻き付け角度の調整、［２］線材に加わる張力Ｔの
制御に分けて、それぞれ詳細に説明する。

【００５９】［１］主軸の回転とトラバースの移動との
同期化および巻き付け角度の調整 密着整列巻線を行う際は、コントローラは、先ず、トラ
バースに一定速度vで動くように指令を与えておく。こ
れと同時に、コントローラは、ラインセンサから一定の
サンプリング周期で幅寸法ｄと線位置a、トラバースの
モータのエンコーダからトラバースの実行速度vrを読み
込む。そして、これらの値を基にして、主軸の回転速度
の指令値nを計算によって求め、主軸に動作指令を出
す。

【００６０】本実施形態においては指令値ｎを、下記数
１を基礎として導出される数３（あるいは、数６）の計
算を行うことで求めている。

【００６１】

【数１】n=（60vr/ｄ）−γ(θ−θm) 但し、 n：主軸回転速度の指令値(rpm) vr：トラバースの実行速度(mm/s) ｄ：線材の幅寸法(mm) γ：比例定数 θ：巻き付け角度の測定値（rad） θm：理想の巻き付け角度（rad） 数１における第１項は、幅寸法ｄに応じて主軸の回転速
度（より正確には、主軸の回転に伴う線材の巻き線位置
の移動速度）とトラバースの速度を同期させる役割を持
っている。主軸の回転速度は、読み取った幅寸法ｄの値
に応じて変更される。具体的には、幅寸法ｄが大きけれ
ば回転速度が下げられる。一方、幅寸法ｄが小さければ
回転速度が上げられる。又、トラバースの実行速度vrが
外乱によって変動した場合、vrが大きくなれば回転速度
が上げられる。逆に、vrが小さくなれば回転速度が下が
る。この様に、幅寸法ｄやトラバースの実行速度vrが変
化しても、トラバースに対して主軸の回転が自動的に同
期する。

【００６２】数１における第２項は、巻き付け角度を補
正する役割を負っている。所定の目標巻き付け角度θm
と、ラインセンサから読み込んだ結果に基づいて算出し
た巻き付け角度θとの差分を取る。そして、この差分に
定数γを積算することで、該差分を逆方向の回転速度に
換算することができる。目標とする巻き付け角度θmよ
りも実際の巻き付け角度θの方が小さい場合には、主軸
の回転速度が上げられる（図６(a)参照）。逆に、実際
の巻き付け角度θの方が大きい場合には、主軸の回転速
度が下げられる（図６(b)参照）。このような制御が行
われる結果、巻き付け角度は常にθmに近づけられるよ
うに制御されることになる。

【００６３】ところで、数１には、本実施形態において
は実際に測定していないθが含まれている。従って、実
際には以下において述べるθと線位置aとの関係式に基
づいて、この巻き付け角度θを、線位置aを含んだ式に
置き換えた式を用いて演算を行う。以下、該置き換えを
説明する。

【００６４】図４等からも明らかなとおり巻き付け角度
θと線位置aの間には数２の関係がある。

【００６５】

【数２】tanθ=(a−a0)／c 但し、θ：巻き付け角度(rad) a：測定によって得られた線位置 (mm) a0：巻き付け角度=0(rad）の時の線位置(mm) c：ノズルの線材の出口とラインセンサの測定ラインと
の距離(mm) 該数２の関係を数１に代入すると、数３が得られる。

【００６６】

【数３】n=（60vr/ｄ）−γ［tan^-1｛（a−a0）／ｃ｝
− tan^-1｛（am−a0）／ｃ｝］ 但し、n：主軸回転速度の指令値(rpm) vr：トラバースの実行速度(mm/s) ｄ：線材の幅寸法(mm) γ：比例定数 a：測定によって得られた線位置(mm) a0：巻き付け角度=0(rad）の時の線位置(mm) am：目標巻き付け角度に対応する目標の線位置(mm) c：ノズルの線材の出口とラインセンサの測定ラインと
の距離(mm) 従って、コントローラは、ラインセンサの検出結果
（ｄ、a）等を数３に代入演算することで、指令値ｎを
求めることができる。数３におけるｃはあらかじめ測定
しておいた値を使用する。

【００６７】なお、巻き付け角度θが小さい場合には、
一般に数４のような近似関係が成立している。

【００６８】

【数４】θ≒tan θ そして、数４および数２より、数５の関係が成立する。

【００６９】

【数５】θ≒（a−a0）／ｃ 従って、数５を数１に代入した数６を数３の代わりに使
用することができる。

【００７０】

【数６】n=（60vr/ｄ）−α(a−am) 但し、 n：主軸回転速度の指令値(rpm) vr：トラバースの実行速度(mm/s) ｄ：線材の幅寸法(mm) α：比例定数（＝γ／ｃ） am：目標巻き付け角度に対応する目標の線位置(mm) a：測定によって得られた線位置(mm) 数６における第１項は、数１、数３における第１項と同
じものである。数６における第２項は、数１、数３にお
ける第２項に相当する役割（つまり、巻き付け角度を補
正する役割）を負っている。数６における第２項では、
所定の目標巻き付け角度θmに対応する線位置amと、ラ
インセンサから読み込んだ実際の線位置aとの差分を取
る。そして、この差分に定数αを積算することで、該差
分を逆方向の回転速度に換算していることになる。

【００７１】上述した数１，数３，数６に含まれてい
る、目標とする巻き付け角度θm及びそれに対応する線
位置amは、幅寸法ｄによって異なる。そのため、あらか
じめ実験などを行って両者の関係を調べておく。このよ
うな関係を数式化した一例が数７である。測定によって
得られた幅寸法ｄを数７に代入することでamを算出でき
る。また、amは分かってながらθmが不明の場合には、
そのamを数８（これは、数２の逆算式）に代入すること
で、θmを算出できる。逆に、θmが分かっていながらam
が不明の場合には、そのθmを数２に代入することで、a
mを算出できる。

【００７２】

【数７】am =a1・ｄ＋b1 但し、 am：目標とする線位置(mm) a1：定数 b1：定数 ｄ：線材の幅寸法(mm)

【００７３】

【数８】θm＝tan^-1｛（am−a0）／ｃ｝ 但し、θm：目標とする巻き付け角度(rad) am：目標とする線位置(mm) a0：巻き付け角度=0(rad）の時の線位置(mm) c：ノズルの線材の出口とラインセンサの測定ラインと
の距離(mm) この様にしてコントローラが主軸の回転速度の指令値n
を決定することで、主軸の回転速度とトラバースの速度
とを同期させ、かつ巻き付け角度を一定にできる。従っ
て、高精度に密着整列巻線を行うことが出来る。

【００７４】等ピッチの整列巻線を行う場合には、数３
（あるいは、数６）に代わって数９（あるいは、数１
０）を用いて主軸の回転速度の指令値nを決定すればよ
い。数９，数１０は、数３，数６の第１項のｄを、目標
とする巻線ピッチｐに、また、数３，数６の第２項のam
を、目標とする巻線ピッチ角θpに対応した線位置ap
に、置き換えたものである。なお、巻き線ピッチｐ、線
位置apは、共に別途定められる一定値であって、幅寸法
ｄによらない。

【００７５】

【数９】n=（60vr/ｐ）−γ［tan^-1｛（a−a0）／ｃ｝
− tan^-1｛（ap−a0）／ｃ｝］ 但し、n：主軸回転速度の指令値(rpm) vr：トラバースの実行速度(mm/s) ｐ：目標とするピッチ(mm) γ：比例定数 a：測定によって得られた線位置(mm) a0：巻き付け角度=0(rad）の時の線位置(mm) ap：目標とする巻き付け角度に対応する目標の線位置(m
m) c：ノズルの線材の出口とラインセンサの測定ラインと
の距離(mm)

【００７６】

【数１０】n=（60vr／ｐ）−α(a−ap) 但し、 n：主軸回転速度の指令値 vr：トラバースの実行速度(mm/s) ｐ：目標とするピッチ(mm) a：測定によって得られた線位置(mm) ap：目標とする巻き付け角度に対応する目標の線位置(m
m) α：比例定数 以上述べた制御を行うことで、巻線開始時の巻き付け角
度θ0から定常巻線時の目標巻き付け角度θm，θpへの
変更を自動的に行うことができる。しかも、修正量（数
１における第２項）は目標値との差分値に応じたものと
なっているため、ずれの大きい場合（例えば、巻き付け
開始時）にも、短時間で目標巻き線角度に到達する。そ
のため、巻線に乱れがある無効範囲が減少する。これに
より、従来よりも整列巻線の有効領域を広げることがで
き、図７(a)のようにロッドバーの端部近傍から有効に
整列巻線したロッドや、図７(b)、(c)の様に溝や突起の
近傍から有効な整列巻線を行ったロッドを得ることが出
来る。よって、ロッドコーティングの塗布範囲の拡大が
図れると共に、ロッドバーの形状に拘束されずに塗布範
囲を自由に設定することが可能となる。

【００７７】［２］ 線材に加える張力Ｔの制御 線材に加える張力Ｔは、パウダブレーキのトルクを制御
することで調整可能である。張力Ｔの大きさは、巻線中
にラインセンサから読み込んだ幅寸法ｄから算出した線
材の断面積に基づいて、コントローラが計算によって決
定する。例えば、線材の断面形状が円の場合は張力Tは
線径ｄの関数として数１１により求める。そして、求め
た張力Ｔに応じた電圧をパウダブレーキに出力すること
で、パウダブレーキでは該張力Ｔに応じたトルクが得ら
れる。なお、パウダブレーキのトルクと線材に加わる張
力Ｔとの関係はあらかじめ分かっている。通常は、張力
Ｔは、パウダブレーキのトルクに比例する。

【００７８】

【数１１】T=β・σπ（ｄ／２）² 但し、 β：定数（0≦β＜1） σ：降伏応力(kgf/mm²) T：張力(kgf) π：円周率 ｄ：線径(mm) これにより巻線開始から終了まで、線材の断面積に応じ
て安定した張力を線材に付加することができる。βとし
て適当な値（例えば、0.7程度）を設定しておけば、こ
の張力によって、巻線された線材とロッドバーの間に圧
縮応力を生じさせ線材の滑りを防止することもできる。

【００７９】なお、本実施形態ではトラバースの指令速
度vを一定の値とし、主軸の回転速度の指令値nを計算、
制御したが、逆に主軸の回転速度の指令値nを一定とし
てトラバースの指令速度vを計算、制御しても同様の効
果が得られる。さらには、トラバースの速度と、主軸の
回転速度とを同時に調整しながら制御しても構わない。

【００８０】上記実施形態の備えるラインセンサは、線
材の線位置ａおよび線幅ｄを出力するものであった。そ
のため、指令値ｎを求める際には、巻き付け角度θを位
置ａに置き換えた数式（数３、数６）を用いていた。し
かし、線材の巻き付け角度θを検出・出力するセンサを
備えている場合には、コントローラは数１を用いて指令
値ｎを求めることができる。

【００８１】本発明の巻き線方法および装置を適用して
作成した巻線ロッドでは、線径に応じて高精度に密着，
等ピッチの巻き線ができる。また、張力付加による線材
の滑り防止効果によって、より均一、且つ高精度の膜厚
でのロッドコーティングが可能になる。

【００８２】なお、特許請求の範囲において言う“回転
手段”とは、主軸およびこれを回転させるモータ等によ
って構成されている。“送出部”とは、上記実施形態に
おいてはトラバースのノズルに相当する。“寸法測定手
段”とは、ラインセンサおよびその検出結果に基づいて
寸法を求めるための処理演算を行うコントローラに相当
する。“角度測定手段”とは、ラインセンサおよびその
検出結果に基づいて所定の処理演算を行うコントローラ
（特に、数３の演算を行う場合）に相当する。但し、上
述した実施形態では、角度を求める処理演算を独立して
行うのではなく、実際に用いられる演算式中に含めてい
る。“位置測定手段”とは、ラインセンサおよびその検
出結果に基づいて位置を求めるための所定の演算を行う
コントローラ（特に、数６の演算を行う場合）に相当す
る。“制御手段”とは、コントローラに相当する。“基
本値”とは、数１における第１項（あるいは、数３，数
６，数９，数１０における第１項）に相当する。“修正
量”とは、数１における第２項（あるいは、数３，数
６，数９，数１０における第２項）に相当する。“演算
手段”とは、コントローラに相当する。“テンショナ”
とは、パウダブレーキに相当する。

【００８３】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば以下の
効果が得られる。

【００８４】（１） より高精度に等ピッチ、あるいは
密着整列巻線された巻線付きロッドを製作することがで
きる。このような巻線付きロッドを用いれば、ロッドコ
ーティングの際に巻線のピッチ誤差、隙間や重なりに起
因する塗布ムラの発生を防止し、高精度で均一な膜厚で
の液塗布が可能となる。

【００８５】（２） 巻線する線材の幅寸法に柔軟に対
応し、作業者によるロッドバーの巻線の不均一を無く
し、一定高品質の整列巻線ロッドを容易に短時間で得る
ことが出来る。

【００８６】（３） 巻き付け角度の移行を短時間で正
確に行うことで、有効な整列巻線の範囲の長い巻線付き
ロッドを製作することができる。このような巻線付きロ
ッドを用いれば、ロッドコーティングによる塗布範囲が
広くなる。又、ロッドバーの巻線位置の選択範囲が広が
り、塗布範囲のバリエーションも増える。又、従来のよ
うに余分に巻線を行って除去する必要が無くなり、工数
を低減すると共に線材の無駄を省くことができる。

【００８７】（４） ロッドバーと線材の間の応力によ
り、巻線付きロッドの使用による線材の滑りを防止し、
ロッドコーティングによる巻線のピッチ不良や隙間、重
なりの生じない半永久的に使用できる整列巻線付きロッ
ドを得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態である自動整列巻線機の外観
を示す斜視図である。

【図２】トラバース機構の詳細を示す、（ａ）正面模式
図、（ｂ）側面模式図である。

【図３】ノズルの詳細を示す、（ａ）平面模式図、
（ｂ）側面模式図である。

【図４】線材とノズル、ラインセンサの測定ラインの位
置関係を示した図である。

【図５】自動整列巻線器の回路構成を示すブロック図で
ある。

【図６】巻き付け角度の制御の様子を示した図である。

【図７】本発明により高精度に巻線された整列巻線付き
ロッドの例である。

【図８】ロッドコーティング法の概要を示す、（ａ）概
念図、（ｂ）要部拡大図である。

【図９】従来の巻線付きロッドとロッドコーティングに
よって生じる塗布ムラの位置関係を示した図である。

【図１０】巻線開始時と巻線中の巻き付け角度の変化の
様子を示す図である。

【符号の説明】

［図１］ 1a・・・主軸、1b・・・ケレ回し、1c・・・芯押し台、
1d・・・ロッドバー、1e・・・案内、1f・・・ロック機
構、1g・・・回転センタ、1h・・・ハンドル、1i・・・
ケレ、1j・・・トラバース ［図２］ 2a・・・軸、2b・・・リール、2c・・・ノブ、2d・・・
線材、2e・・・ホルダ、2f・・・フェルト、2g・・・プ
ーリ、2h・・・ノズル、2i・・・ラインセンサ、2j・・
・ロッドバー ［図３］ 3a〜3d・・・ローラ、3e・・・マイクロメータ、3f・・
・線材 ［図４］ 4a・・・ロッドバー、4b・・・ラインセンサの測定ライ
ン、4c・・・ノズル、4d・・・線材、θ・・・巻き付け
角度、P・・・ラインセンサの原点 ［図５］ 5a・・・コントローラ、5b・・・ラインセンサ、5c・・
・トラバース移動機構、5d・・・パウダブレーキ、5e・
・・主軸回転機構 ［図６］ θ・・・巻き付け角度、θm・・・目標とする巻き付け
角度 ［図８］ 8a・・・ロッドバー、8b・・・液体、8c・・・搬送ロー
ラ、8d・・・ワーク、8e・・・線材、8f・・・液体 ［図９］ 9a〜9c・・・巻線のピッチずれ、隙間、重なりの発生箇
所、9d〜9f・・・ロッドコーティングにより塗布膜厚の
ムラが生じた箇所、θ・・・巻き付け角度、θm・・・
目標とする巻き付け角度、a・・・線位置、am・・・目
標とする線位置 ［図１０］ 10a・・・ノズルの線材の出口、10b・・・ロッドバー、
10c・・・ロッドバーの巻線端部、θm・・・目標とする
巻き付け角度、θ0・・・初期巻き付け角度

フロントページの続き (72)発明者 ▲柳▼瀬 裕康 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日 立製作所 電子デバイス事業部内 (72)発明者 市村 幸雄 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日 立製作所 電子デバイス事業部内 (56)参考文献 特開 平４−270346（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−204281（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−75571（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−249065（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B65H 54/28 H01F 41/06

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被巻線材を回転させるとともに、線材を供
   給するトラバースを該被巻線材の回転軸に平行に移動さ
   せることで、該被巻線材に線材を巻き付ける巻線方法に
   おいて、 上記トラバースから供給された上記線材の幅寸法および
   巻き付け角度を逐次測定し、上記 測定によって得られた幅寸法に基づいて、上記トラ
   バースの移動と上記被巻線材の回転とを同期させるため
   の基本値を決定し、 上記測定によって得られた、巻き付け角度と当該巻き付
   け角度の目標値との差分に基づいて修正量を決定し、 上記基本値を上記修正量の分だけ修正し、該修正後の値
   に基づいて、 上記被巻線材の回転速度と上記トラバース
   の移動速度との少なくとも一方を制御すること、を特徴
   とする巻線方法。
2. 【請求項２】被巻線材に線材を巻き付ける巻線装置にお
   いて、 上記被巻線材を回転させる回転手段と、 上記線材を送出する送出部を備え、少なくとも該送出部
   を上記被巻線材の回転の軸に平行に移動させつつ上記線
   材を供給するトラバース手段と、 上記トラバース手段から供給された上記線材の幅寸法を
   測定する寸法測定手段と、 上記トラバース手段から供給された上記線材の上記被巻
   き線材への巻き付け角度を測定する角度測定手段と、 上記寸法測定手段の測定結果および上記角度測定手段の
   測定結果に基づいて、上記被巻線材の回転速度と上記送
   出部の移動速度との少なくとも一方を制御する制御手段
   と、を有し、 上記制御手段は、上記寸法測定手段の測定結果に基づい
   て、上記送出部の移動と上記被巻線材の回転とを同期さ
   せるための基本値を求めるとともに、上記角度測定手段
   の測定結果に基づいて該測定された巻き付け角度と別途
   定められた巻き 付け角度の目標値との差分値を求め、該
   差分値に基づいて修正量を求め、上記基本値を上記修正
   量の分だけ修正し、該修正後の値に基づいて、上記被巻
   線材の回転速度と上記送出部の移動速度との少なくとも
   一方を制御するものであること、を特徴とする巻線装
   置。
3. 【請求項３】被巻線材に線材を巻き付ける巻線装置にお
   いて、 上記被巻線材を回転させる回転手段と、 上記線材を送出する送出部を備え、少なくとも該送出部
   を上記被巻線材の回転の軸に平行に移動させつつ上記線
   材を供給するトラバース手段と、 上記トラバース手段から供給された上記線材の幅寸法を
   測定する寸法測定手段と、上記送出部から送出され上記被巻き線材に巻き付けられ
   るまでの間の所定の領域における、上記線材の位置を測
   定する位置測定手段と、 上記寸法測定手段の測定結果および上記位置測定手段の
   測定結果に基づいて、上記被巻線材の回転速度と上記送
   出部の移動速度との少なくとも一方を制御する制御手段
   と、 を有することを特徴とする巻線装置。
4. 【請求項４】上記制御手段は、上記寸法測定手段の測定
   結果に基づいて上記送出部の移動と上記被巻線材の回転
   とを同期させるための基本値を求めるとともに、上記位
   置測定手段の測定結果と別途定められた目標の位置との
   差分値を求め、該差分値に基づいて修正量を求め、上記
   基本値を上記修正量の分だけ修正し、該修正後の値に基
   づいて、上記被巻線材の回転速度と上記送出部の移動速
   度との少なくとも一方を制御するものであること、を特
   徴とする請求項３記載の巻線装置。
5. 【請求項５】被巻線材を回転させるとともに、線材を供
   給するトラバースを該被巻線材の回転軸に平行に移動さ
   せることで、該被巻線材に線材を巻き付ける巻線装置に
   おいて、 被巻線材を回転させる回転手段と、 線材を送出する送出部を備え、少なくとも該送出部を上
   記被巻線材の回転の回転軸に平行に移動させつつ上記線
   材を供給するトラバース手段と、 上記トラバース手段から供給された線材の幅寸法を測定
   する寸法測定手段と、上記寸法測定手段の測定結果に基づいて当該線材の断面
   積を求め、さらに、該断面積に応じた所定の引っ張り応
   力値を決定する演算手段と、 を備え、 上記トラバース手段は、上記演算手段の求めた引っ張り
   応力値の引っ張り応力を上記線材に与えるテンショナと
   を含んで構成されるものである ことを特徴とする巻線装
   置。