JP6264269B2

JP6264269B2 - 巻線装置

Info

Publication number: JP6264269B2
Application number: JP2014243192A
Authority: JP
Inventors: 光征林; 明山崎; 将大林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2034-12-01
Also published as: JP2016105437A; US9672966B2; US20160155553A1

Description

本発明は、巻線装置に関する。

従来、分割巻線型のコイルを製造するためのボビンとして、巻芯に設けられた複数の鍔によって、当該巻芯が複数の巻回領域に区画されているものが知られている。このボビンの鍔には、線材が通過可能な溝が形成されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、線材は、ある巻回領域に所定巻き数を巻き回された後、鍔の溝を通過して、隣の巻回領域に移行することができる。

特開平６−２３１９８１号公報

一般的な巻線装置では、高速回転しているボビンに線材が供給されることによって、ボビンに線材が巻き回される。しかしながら、特許文献１等の従来の分割巻線型のボビンを用いる場合、ボビンが高速回転を保ったままであると、線材が鍔の溝を通過することができない。このため、従来の巻線装置では、ほぼ停止状態になるまでボビンを減速させた後に線材を溝に通す方法が採られている。この方法では、線材が溝を通過する度にボビンの減速停止した後、再び加速を行う必要があるため、ボビンの全ての巻回領域に線材を巻くためには大変時間がかかる。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、より短時間で線材を巻くことのできる分割巻線型のボビン、巻線装置、及びコイルを提供することを目的とする。

本発明の巻線装置は、線材が周方向に巻き回される巻芯と、巻芯の外周面に立設され、巻芯の軸方向に沿って外周面を複数の巻回領域に分割し、巻回領域間を移行する線材が通過可能な溝が形成された鍔と、有するボビンを備える。また、鍔は、溝の溝壁面として、互いに対向しており、かつ、軸方向の一方側に向かうに従って周方向の一方側に位置するように軸方向に対して傾斜している第１案内壁面及び第２案内壁面を有する。
また、巻線装置は、ボビンに線材を巻き取る巻線装置であって、ボビンを保持し、ボビンと一体に回転可能な保持部と、ボビンに線材を供給しつつボビンに対して軸方向に相対移動可能であるノズルと、ノズルの移動を制御する制御部と、を備えている。制御部は、ボビンが一回転する間に、ノズルがボビンの鍔の直上における第１所定位置から第２所定位置まで加速及び減速を順に行いながら軸方向に移動するように、制御を行う。

本発明のボビンに線材が巻き回される場合、線材は、巻芯に対して相対的に、周方向の一方側から他方側へ、及び、軸方向の一方側から他方側へ移動しながら、各巻回領域にコイル層を形成する。また、線材は、ある巻回領域にコイル層が形成された後、鍔の溝を通過して、隣の巻回領域に移行する。

上記構成によれば、溝の第１案内壁面及び第２案内壁面は、互いに対向しており、かつ、それぞれ線材の移動方向に沿って延びている。このため、線材は、第１案内壁面に沿って移動することにより溝の内側に案内され、第２案内壁面に沿って移動することにより溝の外側に案内される。これにより、線材は溝を確実に通過することができる。

したがって、本発明の巻線装置によって、ボビンに線材が巻き回される場合、ボビンが高速回転している状態であっても、線材は溝を通過することができる。このため、線材が溝を通過するために、ボビンの回転速度を減速停止する必要はない。よって、本発明のボビンによれば、全ての巻回領域に線材を巻くためにかかる時間を従来よりも短くすることができる。
なお、本明細書でいう「高速回転」とは、特に限定されないが、例えば１００００ｒｐ
ｍ以上を想定する。
上記構成の巻線装置によれば、本発明のボビンに線材を巻き付けるとき、鍔の溝に線材
を迅速かつ確実に通すことができる。

本発明の第１実施形態によるボビンを示す平面図である。図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。図１のＩＩＩ部分の拡大図である。本発明の第１実施形態による巻線装置を示す模式図である。図４の巻線装置について、（Ａ）はノズル移動速度の時間変化を示すグラフであり、（Ｂ）はボビン回転数の時間変化を示すグラフである。図１のＶＩ部分の拡大図であり、ボビンに対する線材及びノズルの各位置を示している。移行直前のノズル位置及び線材の様子を説明するための模式図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、移行期間においてボビンが回転する様子を説明するためのボビンの断面図である。本発明の第２実施形態によるボビンを示す部分拡大図である。図９のボビンを矢印Ｘ方向から見たときの側面図である。比較例のボビンを示す部分拡大図である。ボビンの回転速度について、本発明の第１実施形態と比較例とを比較するためのグラフである。

以下、本発明による複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
（ボビン）
まず、本実施形態によるボビン１の構成について図１及び図２を参照して説明する。本実施形態のボビン１は、例えば巻線などの線材が分割して巻き回されることによって、分割巻線型のコイルを構成するものである。

ボビン１は、筒状の巻芯２と、巻芯２の外周面２１に立設している複数の鍔３、４とを備えている。複数の鍔３、４は、巻芯２の軸方向に並んで配置されており、軸方向の両端側に配置された鍔４の間に複数の鍔３が配置されている。以下の説明において、適宜、巻芯２の周方向を単に「周方向」と称し、巻芯２の軸方向を単に「軸方向」と称する。

鍔３は、巻芯２の外周面２１を、軸方向に沿って並ぶ複数の巻回領域２３に区画している。鍔３には、鍔３の外周面３１から巻芯２の外周面２１に接するまで切り込まれた溝５が形成されている。溝５は、線材が隣接する巻回領域２３間を移行可能であるように、鍔３を軸方向に貫通している。

溝５の詳細な構成について、さらに図３を参照して説明する。
なお、説明上、ボビン１に線材６が巻き回されることを想定し、巻芯２の周方向の一方側を線材６の巻き始めに近い「始端側」、その他方側を線材６の巻き終わりに近い「終端側」と称する。また、線材６が複数の巻回領域２３に軸方向の一方側に向かって順に巻き回されることを想定し、巻芯２の軸方向の一方側を「移行先側」と称し、その他方側を「移行元側」と称する。

また、以下では、溝５の詳細を説明するために、巻芯２の軸Ｐを中心軸とする第１仮想円Ｃ１の第１接線Ｌ１と、巻芯２の軸Ｐを中心軸とする第２仮想円Ｃ２の第２接線Ｌ２とを仮定する（図２参照）。第１接線Ｌ１と第２接線Ｌ２とは、巻芯２の外周面２１と鍔３の外周面３１との間で互いに交わる。
本実施形態では、巻芯２が略四角柱形状であり、第１接線Ｌ１は、巻芯２の外周面２１の角部に接しており、第２接線Ｌ２は、巻芯２の外周面２１が成す一平面に接している。なお、巻芯２は円柱形状であってもよい。

鍔３は、溝５を構成している溝壁面５３〜５５を有している。溝壁面５３〜５５のうち、周方向の終端側に面する溝壁面５１、５２を、それぞれ第１案内壁面５１及び戻り防止壁面５２と称する。また、周方向の始端側に面する溝壁面５３〜５５を、それぞれ第２案内壁面５３、第３案内壁面５４、及び、側壁面５５と称する。

第１案内壁面５１及び戻り防止壁面５２は、それぞれ第１接線Ｌ１に沿って延びており、互いに接して山型を成している。具体的には、第１案内壁面５１は、軸方向の移行先側に向かうほど周方向の終端側に近づくように軸方向に対して傾斜しており、戻り防止壁面５２は、軸方向の移行先側に向かうほど周方向の始端側に近づくように軸方向に対して傾斜している。

第２案内壁面５３は、第２接線Ｌ２に沿って延びている。また、第２案内壁面５３は、軸方向の移行先側に向かうほど周方向の終端側に近づくように軸方向に対して傾斜している。

第３案内壁面５４は、第２案内壁面５３と側壁面５５との間に配置されており、軸方向の移行先側に向かうほど巻芯２の外周面２１側に近づくように軸方向に対して傾斜している。
側壁面５５は、第２接線Ｌ２及び軸方向に沿って延びており、巻芯２の外周面２１に接している。なお、巻芯２の外周面２１からの側壁面５５の高さは、巻回領域２３に巻き回される線材によって成されるコイル層の高さに基づいて設定されることが好ましい。

図３では、溝５を通過する線材６の経路を矢印Ａ１で示している。
図３に示すように、線材６は、溝５を通過するとき、周方向の始端側から終端側へ、および、軸方向の移行元側から移行先側へ、第１案内壁面５１、第２案内壁面５３、及び第３案内壁面５４に沿って移動することができる。すなわち、線材６は、第１案内壁面５１、第２案内壁面５３、及び第３案内壁面５４によって移動方向に案内される。

また、戻り防止壁面５２によれば、溝５を通過する途中の線材６に対して、仮に移動方向とは逆方向へ働く力が加わったとしても、線材６は、戻り防止壁面５２に接触することによって、移行元側に戻ることが防止される。

（巻線装置）
次に、本実施形態による巻線装置１１の構成について、図４及び図５を参照して説明する。巻線装置１１は、上述のボビン１に線材６を巻き取ることによってコイルを製造する装置である。なお、以下の説明及び参照する図面では、説明の簡略化のため、ボビン１が３つの巻回領域２３を有するものとする。

巻線装置１１は、ボビン１を保持する保持部１２と、ボビン１に対して線材６を供給するノズル１３と、制御部１４とを備えている。
保持部１２は、ボビン１を保持した状態で回転駆動されることにより、ボビン１と一体に回転可能である。ボビン１の軸Ｐと保持部１２の回転中心軸とは一致する。以下の説明では、保持部１２に保持された状態のボビン１の軸方向を単に「軸方向」と称する。
ノズル１３は、供給源から供給される線材６をノズル先端１３１からボビン１に供給する。また、ノズル１３は、例えば周知のトラバース機構によって、ボビン１に対して軸方向に相対移動可能である。

制御部１４は、例えばマイクロコンピュータであり、ボビン１に対するノズル１３の相対位置に基づいて、ボビン１の回転及びノズル１３の移動等を制御することができる。
ボビン１に供給される線材６は、ボビン１の回転によってボビン１に対して相対的に周方向に移動し、ノズル１３の移動によってボビン１に対して相対的に軸方向に移動する。

ボビン１を用いてコイルを製造する場合の巻線装置１１の動作について、図５〜図８を参照して説明する。以下に説明する保持部１２及びノズル１３の各動作は、制御部１４によって制御される。なお、図５（Ａ）は、ノズル１３の移動速度の時間変化を示すグラフであり、図５（Ｂ）は、ボビン１の回転数の時間変化を示すグラフである。

巻線装置１１は、ボビン１の各巻回領域２３に線材６を巻き回し、各巻回領域２３にコイル層を形成することによって、コイルを製造する。
まず、第ｎ巻回領域２３にコイル層を形成するとき、保持部１２はボビン１と共に回転し、ノズル１３は、線材６を供給しながら第ｎ巻回領域２３の直上を往復移動する。
具体的には、第ｎ巻回領域２３において設定されたコイル層の１層目から最終層の１つ前の層までが巻かれる間、ノズル１３は第ｎ巻回領域２３の直上を往復移動する。コイル層の最終層が巻かれるとき、ノズル１３は、第ｎ巻回領域２３を移行元側から移行先側に向かって移動する。そして、コイル層の最終層の最後の一巻きが行われるとき、ノズル１３は鍔３の直上にまで移動し、第ｎ巻回領域２３よりも鍔３の幅Ｔの１/４ほど移行先側である第１所定位置Ｐｎ１まで移動する（図６参照）。このとき、線材６は鍔３側に引きつけられながら巻き回される（図７参照）。
コイル層の最終層の最後の一巻きが終了する時刻、すなわち第ｎ巻回領域２３に線材６が所定の巻き数を巻かれた時刻をｔ１とする。

第ｎ巻回領域２３に線材６が巻かれる間、ノズル１３の移動速度は、ほぼ第１速度Ｓ１である。また、ボビン１の回転数は、第１回転数Ｒ１に保たれた後、時刻ｔ１に合わせて第２回転数Ｒ２にまで減少する。
なお、第１回転数Ｒ１及び第２回転数Ｒ２は、特に限定されないが、１００００ｒｐｍ以上であってもよい。また、第２回転数Ｒ２は、第１回転数Ｒ１の約６０％〜７０％であることが好ましい。

時刻ｔ１後、ノズル１３は、第１所定位置Ｐｎ１から鍔３の幅Ｔの１/２ほど移行先側である第２所定位置Ｐｎ２に「瞬時移動」する。第２所定位置Ｐｎ２は、第ｎ巻回領域２３よりも鍔３の幅Ｔの３/４ほど移行先側における鍔３の直上である。
この瞬時移動が終了する時刻をｔ２とする。以下、時刻ｔ１からｔ２の間を、適宜、移行期間Ｔｍと称する。

移行期間Ｔｍは、ボビン１が第２回転数Ｒ２で１回転する時間以下に設定されている。この移行期間Ｔｍに、ノズル１３は、第１速度Ｓ１から第２速度Ｓ２（Ｓ２＞Ｓ１）に加速し、その後、第１速度Ｓ１に減速することにより、上述の「瞬時移動」を行う。

例えば、図８（Ａ）〜（Ｃ）は、移行期間Ｔｍにおいてボビン１が回転する様子を示している。この例では、移行期間Ｔｍの開始時刻ｔ１のボビン１の角度を０度とするとき、６０度付近で線材６が溝５を通過している。

上述したような巻線装置１１の動作により、ボビン１に供給される線材６は、わずかな移行期間Ｔｍの間に、図６に示す位置Ｐｗ１からＰｗ２までを矢印Ａ１に沿って移動することができる。すなわち、線材６は、溝５を確実に、素早く通過することができる。

時刻ｔ２後、ノズル１３は、第（ｎ＋１）巻回領域２３の直上に向かって第１速度Ｓ１で移行し、その後、第（ｎ＋１）巻回領域２３の直上において往復移動を行う。なお、第（ｎ＋１）巻回領域２３において設定されたコイル層の１層目の最初の一巻きについて、線材６は鍔３側に引きつけられながら巻き回される。
また、時刻ｔ２後、ボビン１の回転数は、再び、第１回転数Ｒ１にまで上昇する。
以上の動作が繰り返されることにより、ボビン１の全ての巻回領域２３に線材６が所定の巻き数を巻き回され、コイルが製造される。

（効果）
以下、本実施形態の効果について説明する。
まず、比較例として、分割巻線型の従来のボビン１００について、図１１を参照して説明する。
従来のボビン１００は、本実施形態と同様に巻芯１２０及び複数の鍔１３０を有しているが、鍔１３０に形成される溝１５０の構成が本実施形態とは異なる。溝１５０は、周方向の終端側に面する溝壁面１５８と、周方向の始端側に面する溝壁面１５９によって構成されている。溝壁面１５８及び溝壁面１５９の形状は、それぞれ山型形状であって、互いに鏡像関係である。

このような従来のボビン１００に対して線材６を巻き付ける場合、ボビン１００を高速回転させた状態では、線材６が溝１５０を通過することができない。例えば、図１１中の矢印Ａ３に示すように、線材６は、溝壁面１５８に沿って移動することで溝１５０の内側に一旦入っても、その後、溝壁面１５９に接触し、溝壁面１５９に沿って移動することで移行元側の巻回領域１２３に戻ってしまう。

そこで、従来の巻線装置は、ボビン１００の回転速度をほぼ停止状態にまで減速してから線材６を溝１５０に通している。このため、ボビン１００の全ての巻回領域１２３に線材６を巻くためには、ボビン１００の減速停止及び加速を繰り返し行う必要があるため、大変時間がかかる。

これに対して、本実施形態のボビン１は、上述したように、線材６が周方向に巻き回される巻芯２と、巻芯２の外周面２１に立設され、外周面２１を軸方向に沿って複数の巻回領域２３に分割し、巻回領域２３間を移行する線材６が通過可能な溝５が形成されている鍔３と、を備える。鍔３は、溝５の溝壁面として、互いに対向しており、かつ、軸方向の移行先側に向かうに従って周方向の終端側に位置するように軸方向に対して傾斜している第１案内壁面５１及び第２案内壁面５３を有している。

上記構成のボビン１に線材６が巻き回される場合、線材６は、巻芯２に対して相対的に、周方向の始端側から終端側へ、及び、軸方向の移行元側から移行先側へ移動しながら、各巻回領域２３にコイル層を形成する。また、線材６は、各巻回領域２３にコイル層が形成された後、鍔３の溝５を通過して、隣の巻回領域２３に移行する。

上記構成によれば、溝５の第１案内壁面５１及び第２案内壁面５３は、互いに対向しており、かつ、それぞれ線材６の移動方向に沿って延びている。このため、線材６は、第１案内壁面５１に沿って移動することにより溝５の内側に案内され、第２案内壁面５３に沿って移動することにより溝５の外側に案内される。これにより、線材６は、溝５を確実に通過することができる。

したがって、ボビン１に線材６が巻き回される場合、ボビン１が高速回転している状態であっても、線材６は溝５を通過することができる。このため、線材６が巻回領域２３間を移行する度に比較例のようにボビン１の回転速度を減速停止することは必要ない。
なお、本明細書でいう「高速回転」とは、特に限定されないが、１００００ｒｐｍ以上であってもよい。

図１２は、比較例のボビン１００又は本実施形態のボビン１を用いてコイルを製造する場合について、ボビンの回転数の時間変化を示すグラフである。図１２に示すように、本実施形態によれば、全ての巻回領域２３に線材６を巻くためにかかる時間が、比較例よりもΔｔだけ短くなる。

また、本実施形態の巻線装置１１は、上述のボビン１に線材６を巻き取るものであり、ボビン１を保持し、ボビン１と一体に回転可能な保持部１２と、ボビン１に対して線材６を供給しつつボビン１に対して軸方向に相対移動可能であるノズル１３と、ボビン１が一回転する間に、ノズル１３がボビン１の鍔３の直上における第１所定位置Ｐｎ１から第２所定位置Ｐｎ２まで加速及び減速を順に行いながら軸方向に移動するように、ノズル１３の移動を制御する制御部１４とを備えている。
上記構成の巻線装置１１によれば、ボビン１に線材６を巻き付けるとき、鍔３の溝５に線材６を迅速かつ確実に通すことができる。

また、ボビン１に線材６が巻き回されることによって製造されるコイルでは、線材６が溝５を通らずに鍔３の外周面３１を渡ってしまうといった不良の発生が抑制される。これにより、例えば巻回領域２３間の絶縁をより確実に行うことが可能である。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態によるボビンについて、図９及び図１０を参照しつつ説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

第２実施形態の鍔３３は、鍔３３の外周面３３１から巻芯２の外周面２１に接するまで切り込まれた溝８と、溝８に対して軸方向の移行元側に形成された切り欠き９とを有している。

溝８は、第１案内壁面８１、第２案内壁面８３、第３案内壁面８４、及び、側壁面８５によって構成されている。溝８の構成は、戻り防止壁面を含まない点を除いて、第１実施形態とほぼ同様である。

切り欠き９は、鍔３３の一部を、鍔３３の外周面３３１から巻芯２の外周面２１に接するまで切り取っている。切り欠き９に対して周方向の始端側の側面９１は、軸方向の移行先側に向かうほど周方向の終端側に近づくように軸方向に対して傾斜している。

図９では、溝８を通過する線材６の経路を矢印Ａ２で示している。
図９に示すように、線材６は、切り欠き９の側面９１によって案内されてから、溝８を通過する。よって、第２実施形態によれば、切り欠き９によって、線材６が溝８内に進入することが容易になる。また、第１実施形態と同様、線材６は、第１案内壁面８１、第２案内壁面８３、及び第３案内壁面８４によって移動方向に案内され、溝８を確実に通過できる。
なお、第２実施形態のボビンに対して線材６を巻き回す巻線装置及びその動作については、第１実施形態と同様である。

［他の実施形態］
なお、上記実施形態では、ノズル１３の第１所定位置Ｐｎ１が「巻回領域２３よりも鍔３の幅Ｔの１/４ほど軸方向の移行先側まで移動した位置」であり、第２所定位置Ｐｎ２が「巻回領域２３よりも鍔３の幅Ｔの３/４ほど軸方向の移行先側に進んだ位置」であるが、本発明はこれに限られず、鍔の直上における任意の２点であればよい。
以上、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１・・・ボビン
２・・・巻芯
２１・・・外周面
３、３３・・・鍔
５、８・・・溝
５１、８１・・・第１案内壁面
５３、８３・・・第２案内壁面

Claims

線材（６）が周方向に巻き回される巻芯（２）、および、前記巻芯の外周面（２１）に立設され、前記外周面を前記巻芯の軸方向に沿って並ぶ複数の巻回領域（２３）に区画しており、隣接する前記巻回領域間を移行する前記線材が通過可能な溝（５、８）が形成されている鍔（３、３３）を有するボビン（１）に前記線材を巻き取る巻線装置（１１）であって、
前記ボビンを保持し、前記ボビンと一体に回転可能な保持部（１２）と、
前記ボビンに前記線材を供給しつつ前記ボビンに対して前記軸方向に相対移動可能であるノズル（１３）と、
前記ボビンが一回転する間に、前記ノズルが前記ボビンの前記鍔の直上における第１所定位置（Ｐｎ１）から第２所定位置（Ｐｎ２）まで加速及び減速を順に行いながら前記軸方向に移動するように、前記ノズルの移動を制御する制御部（１４）と、
を備え、
前記鍔は、前記溝の溝壁面として、互いに対向しており、かつ、前記軸方向の一方側に向かうに従って前記周方向の一方側に位置するように前記軸方向に対して傾斜している第１案内壁面（５１、８１）及び第２案内壁面（５３、８３）を含むことを特徴とする巻線装置。
前記鍔は、前記溝の溝壁面として、前記軸方向の一方側に向かうに従って前記周方向の他方側に位置するように前記軸方向に対して傾斜しており、前記第１案内壁面と共に山型形状を成している戻り防止壁面（５２）をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。
前記鍔は、前記溝に対して前記軸方向の他方側に形成された切り欠き（９）を有することを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。
前記制御部は、前記保持部が前記巻回領域に設定された巻き数の最後の一巻き分を回転する間、前記ノズルが前記巻回領域から前記第１所定位置まで移動するように、前記ノズルの移動を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の巻線装置。