JP6257083B2 - コイル成形装置及びコイル成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばコアレスモータのロータ等に用いられるコイルであって、巻芯の周囲に巻付けられた線材から成るコイルを成形するコイル成形装置及びコイル成形方法に関するものである。

従来より、小型のコアレスモータのロータのコイルは、高い形状精度が要求されており、この種のコイルの製造装置として、円柱状の巻芯と、線材を繰出しつつその巻芯の軸に対して傾斜して回転するノズルを備えものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このような巻線装置では、巻芯の外周に線材を斜めに順次巻回して円筒形のコイルを形成するとしている。

特許第３５８８５８６号公報

上記従来の巻線装置では、線材が繰出されるノズルを巻芯の軸に対して傾斜して回転させるので、その線材は円柱状の巻芯の周囲に斜めに順次巻付けられることになる。このように、円柱状の巻芯の周囲に斜めに順次巻付けられた線材から成るコイルにあっては、その線材はコイルの軸方向の端部において折り返されることになる。すると、その折り返される端部において線材が巻芯から離れ、そのような線材から成るコイルにあっては、その軸方向の端部における外径が拡大する様な現象を生じさせる。

しかし、円柱状の巻芯の周囲に斜めに順次巻付けられた線材から成るコイルであって、コアレスモータのロータ等に用いられるコイルは、高い形状精度が要求される。このため、その様なコイルにあっては、その軸方向の端部において折り返される線材を巻芯に馴染ませて、コイルの軸方向の端部における外径が拡大する様なことを防止する必要がある。

このように線材を巻芯に馴染ませる方法として、図５に示すように、断面がコイル３の外形に略等しい凹面４ａが形成された押しつけ部材４を、図６（ａ）に示すように、巻芯１に巻付けられた線材２に巻芯１の径方向から圧接させることが考えられる。

けれども、その凹面４ａの端部分（図５のＢ部）では、巻芯１に巻回された線材２であって巻芯１から離れた線材２を、図６（ｂ）に示すように、その巻芯１の周方向に移動させた後にその巻芯１に馴染ませるようになり、線材２の整列性が損なわれて、コイル３の軸方向の端部における外径を減少させることが困難になる不具合がある。

本発明の目的は、線材の整列性を失うことなく線材を巻芯に馴染ませてコイルの外径を所望の値にし得るコイル成形装置及びコイル成形方法を提供することにある。

本発明のコイル成形装置は、円柱状の巻芯の周囲に斜めに順次巻付けられた線材から成るコイルを成形する装置であって、断面が円弧状を成す凹溝が外周に形成された複数のローラと、複数のローラがコイルを周囲から把持する把持位置とコイルから離間させる離間位置との間で移動させるローラ移動手段と、把持位置の複数のローラをコイルの長手方向に転動させる転動手段とを備えたことを特徴とする。

この場合、ローラ外周の円弧状断面の半径が得ようとするコイルの外周の半径に略等しく形成されたことが好ましく、複数のローラに対して巻芯を回転させる巻芯相対回転機構を更に備えることもできる。

一方、本発明のコイル成形方法は、円柱状の巻芯の周囲に斜めに順次巻付けられた線材から成るコイルを成形する方法であって、断面が円弧状を成す凹溝が外周に形成された複数のローラによりコイルの長手方向略中央を周囲から把持し、コイルを把持した複数のローラをコイルの長手方向に転動させて巻芯に巻回された線材を巻芯に馴染ませることを特徴とする。

この場合、コイルを把持した複数のローラをコイルの長手方向に転動させた後に複数のローラをコイルから離間させ、複数のローラに対してコイルを所定の角度回転させた後に複数のローラによりコイルの長手方向略中央を周囲から再び把持し、コイルを把持した複数のローラをコイルの長手方向に再び転動させて巻芯に巻回された線材を巻芯に再度馴染ませることが好ましい。

本発明のコイル成形装置及びコイル成形方法では、コイルを把持した複数のローラをコイルの長手方向に転動させるので、そのローラは巻芯に巻回された線材を巻芯に押しつけて馴染ませる。そして、このローラはコイルの長手方向に転動するので、コイルの軸方向の端部において折り返される線材は、巻芯の軸方向に案内されつつその巻芯に馴染ませられることになる。すると、巻芯に巻回された線材は、その巻芯の周方向に移動する様なことは無く、線材の整列性が損なわれるようなことはない。

よって、本発明では、線材の整列性を失うことなくその線材を巻芯に馴染ませて、円柱状の巻芯の周囲に斜めに順次巻付けられた線材から成るコイルの外径を所望の値にすることができるものとなる。

本発明実施形態における成形装置を示す正面図である。 その複数のローラの配置状態を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。 そのローラがコイルの略中央を把持して転動する状態を示す図である。 別の装置における複数のローラの配置状態を示す図２に対応する図である。 従来のコイル成形に用いられる押しつけ部材を示す図１に対応する図である。 その従来の押しつけ部材によりコイルを挟持する状態を示す図３に対応する図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明のコイル成形装置１０は、円柱状の巻芯１１の周囲に斜めに順次巻付けられた線材１２から成るコイル１３を成形するものであって、この実施の形態におけるコイル１３はコアレスモータのロータ等に用いられるものとする。

図示しないが、このコイル１３の製造にあっては、いわゆるフライヤ式の巻線装置等が用いられる。この巻線装置では、線材１２の一端が巻芯１１に係止された状態で、ノズルがフライヤを介して巻芯１１のまわりを斜めに回動することにより、線材１２が巻芯１１の外周に斜めに巻回されて、コイル１３が形成されるものである。

図１における巻芯１１は、そのような巻線装置に用いられるものであって、そのような巻線機により巻線されて、斜めに順次巻付けられた線材１２から成るコイル１３が周囲に成形された巻芯１１をその巻線機から取外し、その状態で本発明の成形装置１０に用いられるものとする。

図１に示す巻芯１１は、コイル１３が周囲に形成される中実丸棒状のものであり、この巻芯１１には軸方向に同軸に連続してその巻芯１１より大径の支持棒部１１ｂが形成される。

また、その支持棒部１１ｂの外周には、支持棒部１１ｂと同軸に円盤部１１ｃが形成され、巻芯１１と反対側の支持棒部１１ｂには、この巻芯１１を後述するチャック１７に把持させる被把持部１１ｄが形成される。

円盤部１１ｃには、巻芯１１の周囲に形成されたコイル１３のリード線１３ａ（タップ）を支持するフック棒１４が配設される。フック棒１４は、巻芯１１の周囲下方に、引き出すリード線１３ａの数に応じて、周方向に所定間隔をおいて複数配設される。

フック棒１４は、棒状部１４ａと、その棒状部１４ａの先端側に設けられた所定のカーブを成す鈎部１４ｂを有し、棒状部１４ａが円盤部１１ｃに挿通されて上下動可能になっており、円盤部１１ｃの下側にフック棒１４を下方に付勢するスプリング１４ｃが介装される。この実施の形態では、３本のフック棒１４が、下方に向かって互いの間隔を広めるように円盤部１１ｃに傾斜して挿通される場合を示す。

本発明のコイル成形装置１０は、巻芯１１を回転させる巻芯相対回転機構であるモータ１６が設けられる。このモータ１６は、基台１０ａの上面に回転軸１６ａを上方にして設置され、鉛直な回転軸１６ａにはチャック１７が取付けられる。

このチャック１７は、巻芯１１に支持棒部１１ｂを介して同軸に連結された被把持部１１ｄが離脱可能に取付けられるものであって、そのチャック本体１７ａの外周には被把持部１１ｄを離脱させるハンドル１７ｂが軸方向に移動可能に設けられる。

そして、このチャック１７には、被把持部１１ｄを把持する方向にそのハンドル１７ｂを付勢するコイルスプリング１７ｃがチャック本体１７ａに嵌入される。

また、基台１０ａには、そのハンドル１７ｂをコイルスプリング１７ｃの付勢力に抗して移動させ、チャック本体１７ａから被把持部１１ｄを離脱させる流体圧シリンダ１８が設けられる。

この流体圧シリンダ１８の出没ロッド１８ａには、ハンドル１７ｂに先端が係止する係止板１９の基端が取付けられ、この出没ロッド１８ａを没入させることによりハンドル１７ｂを下降させてチャック本体１７ａから被把持部１１ｄを離脱させるように構成される。

そして、円柱状の巻芯１１の周囲に斜めに順次巻付けられた線材１２から成るコイル１３は、この巻芯１１に巻付けられた状態で、複数のフック棒１４とともに図示しない巻線機から取外され、その被把持部１１ｄをこの成形装置１０のチャック１７に把持させることにより、その巻芯１１をモータ１６の回転軸１６ａの延長上に同軸に取付けられるように構成される。

本発明のコイル成形装置１０は、断面が円弧状を成す凹溝が外周に形成された複数のローラ２１を備える。

この実施の形態では、図２に示すように、３箇のローラ２１が用いられる場合を示し、この複数のローラ２１を、コイル１３を周囲から把持する把持位置とコイル１３から離間させる離間位置との間で移動させるローラ移動手段２２を備える。

このローラ移動手段は、図１及び図２に示すように、流体圧によりスライダ２２ｄを移動可能に構成された流体圧シリンダ２２であって、その本体部２２ａの下面に複数のローラ２１が放射状に移動可能に設けられる。

即ち、本体部２２ａの下部には水平なテーブル２２ｂが設けられ、このテーブル２２ｂの下面に３本のレール２２ｃが１２０度毎にテーブル２２ｂの中央部分から放射状に設けられる。

この３本のレール２２ｃには、スライダ２２ｄが移動可能にそれぞれ設けられ、これらのスライダ２２ｄの両側にはローラ２１を挟む支柱２２ｅがそれぞれ立設され、この一対の支柱２２ｅにローラ２１が枢支される。レール２２ｃが放射状に設けられることから、複数のローラ２１も放射状を成して設けられる。

そして、この流体圧シリンダ２２は、圧縮エアの供給によりスライダ２２ｄを介してその３個のローラ２１を放射状に移動可能に構成され、図２の破線矢印で示すように、３個のローラ２１が互いの間隔を拡げるように放射状に移動すると、その中央に巻芯１１が存在したならば、その巻芯１１の外周に存在するコイル１３からそれら複数のローラ２１は離間するように構成される。

その一方、スライダ２２ｄは、図２の実線矢印で示すように互いの間隔を縮めることにより、複数のローラ２１の間に巻芯１１が存在したならば、その複数のローラ２１は巻芯１１の外周に存在するコイル１３を周囲から把持する把持位置にまで移動可能に構成される。

即ち、ローラ移動手段である流体圧シリンダ２２は、複数のローラ２１がコイル１３を周囲から把持する把持位置と、そのコイル１３から複数のローラ２１を離間させる離間位置との間で、それら複数のローラ２１を移動可能に構成される。

この実施の形態では、３個のローラ２１が放射状に設けられる場合を例示し、３個のローラ２１はそれぞれ同形同大のものが用いられ、それらの外周には断面が円弧状を成す凹溝が全周に連続してそれぞれ形成される。

ローラ２１の外径及びその外周の円弧状断面の半径は成形しようとするコイル１３との関係において決定され、ローラ２１の外径はそのコイル１３の軸方向の長さと同じ又はそれよりも大きなものが用いられ、円弧状断面の半径はその得ようとするコイル１３の外周の半径に等しく形成されるものとする。

そして、本発明のコイル成形装置１０は、把持位置のローラ２１をコイル１３の外周に接触させた状態で長手方向に転動させる転動手段２５を備える。この転動手段２５は、把持位置の複数のローラ２１を巻芯１１の軸方向である鉛直方向に移動させるものであるけれども、この実施の形態では、その複数のローラ２１を水平面内においても移動可能なものを示す。

即ち、この実施の形態における転動手段２５は、図１に示すように、サーボモータ２６ａ〜２８ａが駆動してボールネジ２６ｂ〜２８ｂが回転すると、このボールネジ２６ｂ〜２８ｂに螺合する従動子２６ｃ〜２８ｃがハウジング２６ｄ〜２８ｄの長手方向に沿って移動する、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向伸縮アクチュエータ２６〜２８の組み合わせにより構成される。

この実施の形態では、ローラ移動手段である流体圧シリンダ２２の本体部２２ａは支持部材２３に固定され、その支持部材２３をＹ軸方向に移動可能にＹ軸方向伸縮アクチュエータ２６のハウジング２６ｄに取付け、そのＹ軸方向伸縮アクチュエータ２６とともにその支持部材２３をＺ軸方向に移動可能に、Ｙ軸方向伸縮アクチュエータ２６の従動子２６ｃがＺ軸方向伸縮アクチュエータ２７の従動子２７ｃに取付けられる。

また、そのＹ及びＺ軸方向伸縮アクチュエータ２６，２７とともにその支持部材２３をＸ軸方向に移動可能に、そのＺ軸方向伸縮アクチュエータ２７のハウジング２７ｄがＸ軸方向伸縮アクチュエータ２８の従動子２８ｃに取付けられる。そして、Ｘ軸方向伸縮アクチュエータ２８のハウジング２８ｄがＸ軸方向に伸びて架台３５の上部に固定される。

そして、この架台３５が基台１０ａに固定され、各伸縮アクチュエータ２６〜２８における各サーボモータ２６ａ〜２８ａは、これらを制御する図示しないコントローラ２１の制御出力に接続される。

次に、本発明のコイル成形方法を説明する。

本発明のコイル成形方法は、円柱状の巻芯１１の周囲に斜めに順次巻付けられた線材１２から成るコイル１３を成形するコイル成形方法である。

その特徴ある点は、図２及び図３に示すように、断面が円弧状を成す凹溝が外周に形成された複数のローラ２１によりコイル１３の長手方向略中央を周囲から把持し、コイル１３を把持した複数のローラ２１を図３の実線矢印で示す様にコイル１３の長手方向に転動させて、巻芯１１に巻回された線材１２を巻芯１１に馴染ませるところにある。

そして、コイル１３を把持した複数のローラ２１をコイル１３の長手方向に転動させた後には複数のローラ２１をコイル１３から離間させ、巻芯１１をコイル１３とともにその軸心を中心として所定の角度回転させた後に、複数のローラ２１によりコイル１３の長手方向略中央を周囲から再び把持し、コイル１３を把持した複数のローラ２１をコイル１３の長手方向に再び転動させて巻芯１１に巻回された線材１２を巻芯１１に再度馴染ませることが好ましい。

この実施の形態では、上述したコイル成形装置１０を用いるものとして、本発明のコイル成形方法の具体的な手順を以下に説明する。

先ず、成形の対象となるコイル１３を準備する。このコイル１３は、円柱状の巻芯１１の周囲に斜めに順次巻付けられた線材１２から成るものであって、図示しない巻線機等により、円柱状の巻芯１１の周囲に線材１２を斜めに順次巻付けることにより得ることができる。

そして、このようなコイル１３は、巻芯１１の周囲に巻付けられた状態で準備されて上述した成形装置１０に取付けられる。具体的には、コイル１３を構成する線材１２が外周に巻付けられた巻芯１１に同軸に連結された被把持部１１ｄをチャック１７に把持させる。

この把持は、流体圧シリンダ１８によりその出没ロッド１８ａを没入させてハンドル１７ｂを下降させ、その状態でチャック本体１７ａに被把持部１１ｄを進入させ、その後出没ロッド１８ａを突出させて、コイルスプリング１７ｃの付勢力によりハンドル１７ｂを移動させる。これにより被把持部１１ｄをチャック１７本体に把持させ、モータ１６の回転軸１６ａに同軸に巻芯１１を鉛直方向に向けて取付ける。

次に、断面が円弧状を成す凹溝が外周に形成された複数のローラ２１によりコイル１３の長手方向略中央を周囲から把持させる。具体的には、転動手段２５により移動手段である流体圧シリンダ２２を移動させて、複数のローラ２１の中央を巻芯１１の上方に位置させる。

その後、複数のローラ２１を離間状態とし、その状態で流体圧シリンダ２２を複数のローラ２１とともに下降させて、離間状態の複数のローラ２１の中央に巻芯１１を進入させ、それら複数のローラ２１をコイル１３の鉛直方向の略中央に維持させる。

そして、流体圧シリンダ２２により複数のローラ２１を互いに近づけて、図３に示す様に、複数のローラ２１によりコイル１３の長手方向略中央を周囲から把持させる。

ここで、コイル１３の長手方向略中央における線材１２は巻芯１１に密着しているので、ローラ２１外周の円弧状断面の半径が得ようとするコイル１３の外周の半径に略等しく形成することにより、コイル１３の長手方向略中央における線材１２が、そこを把持するローラ２１により巻芯１１の周方向に案内されるようなことはない。このため、複数のローラ２１がその長手方向略中央を把持する際に、線材１２の整列性が損なわれるようなことはない。

複数のローラ２１がコイル１３の長手方向略中央を把持した後には、図３の実線矢印で示す様に、コイル１３を把持した複数のローラ２１をコイル１３の長手方向（鉛直方向）に転動させて、巻芯１１に巻回された線材１２を巻芯１１に馴染ませる。

即ち、転動手段２５により、ローラ移動手段である流体圧シリンダ２２とともに複数のローラ２１を鉛直方向に往復移動させて、コイル１３の外周面に外周が接触した複数のローラ２１をそのコイル１３の外周面に接触させた状態で軸方向に転動させる。

そして、コイル１３の軸方向の端部において巻芯１１から離れた線材１２を転動するローラ２１が踏みつけて、その端部の線材１２を巻芯１１の軸方向に案内しつつその巻芯１１に押しつけて馴染ませる。

このように、コイル１３を把持した複数のローラ２１をコイル１３の長手方向に転動させて、コイル１３の両端部における線材１２をそれぞれ巻芯１１に押しつけて馴染ませた後には、その複数のローラ２１をコイル１３から離間させる。

この離間は、流体圧シリンダ２２に圧縮エアを給排して、スライダ２２ｄを介して３個のローラ２１を放射状に、互いに離間する方向に移動させることにより行われる。

ローラ２１がコイル１３から離間した後には、巻芯１１をコイル１３とともにその軸心を中心として所定の角度回転させる。

この回転はモータ１６によりチャック１７とともに巻芯１１を回転させることにより行われる。所定の角度とは、コイル１３のローラ２１が転動した部分が、ローラ２１とローラ２１の間に来るような角度であり、図２に示すように、３箇のローラが１２０度毎に設けられた場合の所定の角度は６０度である。

その後、複数のローラ２１によりコイル１３の長手方向略中央を周囲から再び把持し、コイル１３を把持した複数のローラ２１をコイル１３の長手方向に再び転動させて巻芯１１に巻回された線材１２を再び巻芯１１に再度馴染ませる。

これにより、先のローラ２１の転動持にそのローラ２１が接触しなかった箇所であっても、今回のローラ２１の転動により、先にローラ２１が接触しなかった箇所における線材１２を巻芯１１の軸方向に案内して、その巻芯１１に馴染ませることができる。

そして、このローラ２１はコイル１３の長手方向に転動して線材１２を巻芯１１に馴染ませるので、コイル１３の軸方向の端部における線材１２は、巻芯１１の軸方向に案内されつつその巻芯１１に馴染ませられることになる。すると、巻芯１１に巻回された線材１２は、その巻芯１１の周方向に移動することは無く、線材１２の整列性は損なわれない。

よって、本発明におけるコイル成形装置１０及びコイル成形方法では、線材１２の整列性を失うことなくその線材１２を巻芯１１に馴染ませて、円柱状の巻芯１１の周囲に斜めに順次巻付けられた線材１２から成るコイル１３の外径を所望の値にすることが可能なものとなるのである。

また、ローラ２１の外周の円弧状断面の半径を、得ようとするコイル１３の外周の半径に略等しく形成しているので、その巻芯１１の周囲に斜めに順次巻付けられた線材１２から成るコイル１３の外径は、その得ようとしている外径と成り、コイル１３の外径を所望の値にすることができる。

そして、所望の外径に成形されたコイル１３は、その後巻芯１１から取外されることになる。この実施の形態における成形装置１０では、コイル１３の成形後、複数のローラ２１を離間位置に移動させた後に上昇させ、チャック１７から巻芯１１とともに取外されて、次の工程に移されて、その後の工程において巻芯１１から取外されるものとする。

なお、上述した実施の形態では、３箇のローラ２１が放射状を成して設けられる場合を例示したけれども、ローラの数は３箇に限るものではない。そのローラ２１の数は、コイル１３を周囲から把持しうる限り、４箇以上であってもよく、図４に示すように、２箇であっても良い。

図４には、２箇のローラ２１が１８０度毎に設けられる場合を示す。この場合、コイル１３を把持したローラ２１を最初に転動させ、その後そのローラ２１に対してコイル１３を回転させて再びローラ２１により転動させる場合の所定の角度とは、９０度となる。

また、上述した実施の形態では、複数のローラ２１を鉛直方向に移動させるとともに水平面内においても移動可能な転動手段２５を用いて説明したけれども、把持位置の複数のローラ２１をコイル１３の長手方向に転動させ得る限り、転動手段は、複数のローラ２１を水平面内において移動させるものでなくても良く、複数のローラ２１を移動させずに、コイル１３を巻芯１１とともに軸方向に移動させるようなものであっても良い。

また、上述した実施の形態では、巻芯相対回転機構として巻芯１１を回転させるモータ１６が設けられる場合を説明したけれども、複数のローラ２１に対して巻芯１１を回転させ得る限り、巻芯相対回転機構は巻芯１１を回転させるものではなくて、複数のローラ２１を巻芯１１の軸を中心に回転させるようなものであっても良い。

１０ コイル成形装置
１１ 巻芯
１２ 線材
１３ コイル
１６ モータ（巻芯相対回転機構）
２１ ローラ
２２ 流体圧シリンダ（ローラ移動手段）
２５ 転動手段

Claims (5)

1. 円柱状の巻芯(11)の周囲に斜めに順次巻付けられた線材(12)から成るコイル(13)を成形するコイル成形装置であって、
   断面が円弧状を成す凹溝が外周に形成された複数のローラ(21)と、
   前記複数のローラ(21)が前記コイル(13)を周囲から把持する把持位置と前記コイル(13)から離間させる離間位置との間で移動させるローラ移動手段(22)と、
   把持位置の前記複数のローラ(21)を前記コイル(13)の長手方向に転動させる転動手段(25)と
   を備えたことを特徴とするコイル成形装置。
2. ローラ(21)外周の円弧状断面の半径が得ようとするコイル(13)の外周の半径に略等しく形成された請求項１記載のコイル成形装置。
3. 複数のローラ(21)に対して巻芯(11)を回転させる巻芯相対回転機構(16)を更に備える請求項１又は２記載のコイル成形装置。
4. 円柱状の巻芯(11)の周囲に斜めに順次巻付けられた線材(12)から成るコイル(13)を成形するコイル成形方法であって、
   断面が円弧状を成す凹溝が外周に形成された複数のローラ(21)により前記コイル(13)の長手方向略中央を周囲から把持し、
   前記コイル(13)を把持した前記複数のローラ(21)を前記コイル(13)の長手方向に転動させて前記巻芯(11)に巻回された前記線材(12)を前記巻芯(11)に馴染ませる
   ことを特徴とするコイル成形方法。
5. コイル(13)を把持した複数のローラ(21)を前記コイル(13)の長手方向に転動させた後に前記複数のローラ(21)を前記コイル(13)から離間させ、
   前記複数のローラ(21)に対して前記コイル(13)を所定の角度回転させた後に複数のローラ(21)により前記コイル(13)の長手方向略中央を周囲から再び把持し、
   前記コイル(13)を把持した前記複数のローラ(21)を前記コイル(13)の長手方向に再び転動させて前記巻芯(11)に巻回された前記線材(12)を前記巻芯(11)に再度馴染ませる
   請求項４記載のコイル成形方法。

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