JP6448670B2 - テンションローラ、張力調整装置及び電動機の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、線材に張力を付与するテンションローラ、張力調整装置及び電動機の製造方法に関する。

従来より、電線等の線材に張力を付与するテンションローラを有する張力調整装置を用いて、完全整列巻のステータコアを備える電動機が製造されている。テンションローラは、例えばパウダーブレーキ又はサーボモータの電磁ブレーキとローラとを組み合わせたものが採用されており、動摩擦によって巻線中の線材に張力を付与するものである。線材が巻回されるステータコアが、長辺と短辺とを有する矩形状をなしている場合、線材が長辺に巻回されているときと、線材が短辺に巻回されているときとで、線材の巻き取り量が異なる。このように、線材の巻き取り量は、一定ではなく変動するため、テンションローラの回転速度が変化し、慣性力が発生する。この慣性力は、角速度の変化量によって決定され、巻線速度が上がると、それに伴って慣性力も増大する。そして、慣性力は、巻線中の張力を低下又は増加させる要因である。張力は、低下時と増加時とのいずれにおいても、問題が生じる。

先ず、張力が低下したときの問題点について説明する。製造されるステータの仕様は集中巻であり、短辺クロス方式にて予め決められた位置に巻線する完全整列巻である。この場合、狙った位置に正確に線材を巻くことが求められる。ここで、張力が低下すると、ステータコアとノズルとの間の線材が緩み、振動が発生する。即ち、張力が低下すると、狙った位置に正確に線材を巻くことが困難となる。このように、巻線速度が上がると、線材にかかる張力が低下するため、巻線の整列性が悪化する。

次に、張力が増加したときの問題点について説明する。巻線中の線材に強い外力が加わると、線材が大きく伸びる。これにより、線材を覆う絶縁被膜が破損して、線材の絶縁性が損なわれる。即ち、張力が増加すると、製品の品質が悪化する。

張力が低下又は増加する問題点を解消することを目的として、線材の線速を一定にして、ローラの角速度を一定に近づける技術が提案されている。特許文献１には、ダンサローラ又はダンサアーム等に巻かれた線材にかかるテンションを所定値に制御するテンション制御手段を有するテンション装置が開示されている。テンション制御手段は、シャトルプーリを移動させて線材の移動経路長を変更するスライド用モータを有している。このように、特許文献１は、線材の移動経路長を物理的に変化させることによって、長辺と短辺とを有する矩形状をなした巻芯に、張力の変動を抑えつつ線材を巻回しようとするものである。

また、特許文献２には、ダンサロールの位置によって線材にかかる張力の変動を検知し、その張力の変動に基づいて付与する張力を制御する巻線装置が開示されている。特許文献２は、線材に付与する張力を制御することにより、線材にかかる張力を一定に保持しようとするものである。

特開２００７−２２１９４５号公報 特開平８−１９０８６４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたテンション装置は、複雑な構造を有している。また、特許文献２に開示された巻線装置は、長辺と短辺とを有する巻芯のような真円状ではない巻芯に線材が巻回されることについて何ら配慮されていない。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、真円状ではない巻芯に線材が巻回される場合においても、簡易な構造で、線材にかかる張力の変動を抑制するテンションローラ、張力調整装置及び電動機の製造方法を提供するものである。

本発明に係るテンションローラは、巻芯に巻回される線材に張力を付与するテンションローラにおいて、回転自在に設けられたローラ本体と、ローラ本体の外周に設けられてローラ本体と共に回転し、線材が巻回される環状の環状部と、を備え、環状部は、ローラ本体の径方向に移動自在の複数の小片部材で構成され、小片部材の夫々とローラ本体との間に設けられ、小片部材をローラ本体から離間する方向に付勢し、小片部材とローラ本体との間の距離を変位させる付勢部を備え、付勢部は、弾性部材が内部に設けられた複数の軸部を有し、複数の小片部材は、それぞれ複数の軸部に支持され、弾性部材によってローラ本体から離間する方向に付勢されており、複数の辺の辺長が相違した多角形状をなしている巻芯に巻回される線材に張力を付与し、小片部材は、線材にかかる張力に応じて移動するものであり、環状部は、複数の辺のうち最も辺長が短い辺に線材が巻回されているときに、その外周長が最も短くなって、弾性部材が最大撓みとなる構成である。

本発明によれば、付勢部は、小片部材の夫々とローラ本体との間に設けられ、小片部材をローラ本体から離間する方向に付勢する。このため、真円状ではない巻芯に線材が巻回される場合においても、簡易な構造で、線材にかかる張力の変動を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る張力調整装置２を示す正面図である。 本発明の実施の形態１に係る張力調整装置２を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るテンションローラ１を示す正面図である。 本発明の実施の形態１に係るテンションローラ１を示す正面図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機の製造方法を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機の製造方法を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機の製造方法を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機の製造方法を示す模式図である。

以下、本発明に係るテンションローラ、張力調整装置及び電動機の製造方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る張力調整装置２を示す正面図である。この図１に基づいて、張力調整装置２について説明する。図１に示すように、張力調整装置２は、例えば複数のテンションローラ１とプリテンショナ３とを有している。テンションローラ１は、巻芯６（図２参照）に巻回される電線等である線材４が、外周縁部に巻回されて、その線材４に張力を付与するものである。図１では、張力調整装置２が２個のテンションローラ１を有している例を示している。プリンテンショナは、例えば２個のローラから構成されており、２個のローラの間に線材４が通される。これにより、プリテンショナ３は、線材４を延ばして線材４に張力を付与する。また、線材４において、張力調整装置２よりも巻芯６側には、張力調整装置２とは別のテンションローラ１に巻回されている。

図２は、本発明の実施の形態１に係る張力調整装置２を示す斜視図である。図２に示すように、線材４において、張力調整装置２とは別のテンションローラ１と巻芯６との間には、ノズル５が設けられている。ノズル５は、線材４が巻芯６に巻回される位置を調整するものである。また、巻芯６は、例えば多角形状をなしており、複数の辺の辺長が相違している。この巻芯６は、例えば電動機のステータコアであり、回転モーメントを発生させる固定子である。ステータコアは、正面視において長方形状をなしており、両端部がインシュレータとなっている。なお、インシュレータは、一方が上部インシュレータ６ａであり、他方が下部インシュレータ６ｂである。

巻芯６は、円板状の台座であるスピンドル７に載置されている。スピンドル７は、巻芯６を回転させるものであり、これにより、巻芯６に線材４が巻回される。なお、スピンドル７の回転速度は、例えば２００ｒｐｍ〜４００ｒｐｍである。また、巻芯６は、多角形状に限らず、真円状でなければよい。例えば、巻芯６は、楕円状でもよく、多角形と楕円とが混在した形状でもよい。

図３は、本発明の実施の形態１に係るテンションローラ１を示す正面図である。図３を用いて、テンションローラ１について詳細に説明する。図３に示すように、テンションローラ１は、ローラ本体１１と、環状部１２と、付勢部１３とを有している。ローラ本体１１は、回転自在に設けられ、例えば線材４が巻回される中心軸であり、例えば正面視において矩形状をなしている。

環状部１２は、ローラ本体１１の外周に設けられてローラ本体１１と共に回転し、線材４が巻回される環状の部材である。そして、環状部１２は、ローラ本体１１の径方向に移動自在の複数の小片部材１２ａで構成されている。なお、小片部材１２ａは、例えば線材４にかかる張力に応じて移動するものである。図３では、環状部１２が４個の円弧状の小片部材１２ａから構成されている例を示している。小片部材１２ａは、いずれも同じ形状を有しており、中心角は９０°である。なお、小片部材１２ａは、夫々異なる形状を有していてもよい。

付勢部１３は、小片部材１２ａの夫々とローラ本体１１との間に設けられ、小片部材１２ａをローラ本体１１から離間する方向に付勢し、小片部材１２ａとローラ本体１１との間の距離を変位させるものである。図３では、８個の付勢部１３が設けられた例を示している。付勢部１３は、例えば小片部材１２ａとローラ本体１１とを接続する軸部１３ａと、軸部１３ａの内部に設けられた弾性部材（図示せず）とを有している。そして、小片部材１２ａは、弾性部材によってローラ本体１１から離間する方向に付勢されている。付勢部１３は、いずれも同じ形状を有しており、例えば弾性部材として、圧縮バネ、板バネとしてもよく、シリンダとしてもよい。なお、付勢部１３は、夫々異なる形状を有していてもよい。

また、図３では、環状部１２の外周長が最も長くなるときのテンションローラ１を図示している。テンションローラ１において、線材４にかかる張力が最小であるときに、少なくとも一つの小片部材１２ａがローラ本体１１から離れる方向に移動する。そして、環状部１２の外周長が最も長くなる。このとき、ローラ本体１１から離れる小片部材１２ａを付勢する付勢部１３の弾性部材は自然長の状態である。なお、弾性部材は、自然長でなくともよい。この場合、付勢部１３は、ストッパ等によって、弾性部材が若干撓んだ状態で止められ、伸び切って自然長に達することが規制される。図３では、いずれの小片部材１２ａもローラ本体１１から最も離れる例を示しており、即ち、環状部１２がローラ本体１１から最も離れる。このように、図３では、テンションローラ１が最も拡径され、環状部１２の外周長が最も長くなる。

図４は、本発明の実施の形態１に係るテンションローラ１を示す正面図である。図４では、環状部１２の外周長が最も短くなるときのテンションローラ１を図示している。テンションローラ１において、線材４にかかる張力が最大であるときに、少なくとも一つの小片部材１２ａがローラ本体１１に近づく方向に移動する。そして、環状部１２の外周長が最も短くなる。このとき、ローラ本体１１に近づく小片部材１２ａを付勢する付勢部１３の弾性部材は最大撓みの状態である。図４では、いずれの小片部材１２ａもローラ本体１１に最も近づく例を示しており、即ち、環状部１２がローラ本体１１に最も近づく。このように、図４では、テンションローラ１が最も縮径され、環状部１２の外周長が最も短くなる。

図５〜図８は、本発明の実施の形態１に係る電動機の製造方法を示す模式図である。ここで、巻芯６であるステータコアを有する電動機を製造する電動機の製造方法について説明する。前述の如く、巻芯６は、例えば多角形状をなしており、複数の辺の辺長が相違している。本実施の形態１においては、巻芯６は、正面視において長方形状をなしており、２個の短辺と２個の長辺とを有している。

先ず、図５に示すように、巻芯６における複数の辺のうち最も辺長が短い辺、即ち短辺に線材４が巻回される。このとき、線材４にかかる張力が最大であり、環状部１２の外周長が最も短い。次に、図６に示すように、巻芯６における複数の辺のうち最も辺長が長い辺、即ち長辺に線材４が巻回される。このとき、線材４にかかる張力が最小であり、環状部１２の外周長が最も長い。

そして、図７に示すように、巻芯６における複数の辺のうち最も辺長が短い辺、即ち短辺に線材４が巻回される。このとき、線材４にかかる張力が最大であり、環状部１２の外周長が最も短い。その後、図８に示すように、巻芯６における複数の辺のうち最も辺長が長い辺、即ち長辺に線材４が巻回される。このとき、線材４にかかる張力が最小であり、環状部１２の外周長が最も長い。なお、本実施の形態１においては、巻線速度が一定の場合、巻芯６からプリテンショナ３までの線材４の長さが一定となるように、テンションローラ１の径が変化する。

このように、テンションローラ１は、複数の辺のうち最も辺長が短い辺に線材４が巻回されているときに、環状部１２の外周長が最も短くなる構成であり、弾性部材が最大撓みの状態である。なお、テンションローラ１は、複数の辺のうち最も辺長が短い辺に線材４が巻回されているときに、弾性部材が最大の撓みに達していなくともよい。また、テンションローラ１は、複数の辺のうち最も辺長が長い辺に線材４が巻回されているときに、環状部１２の外周長が最も長くなる構成であり、弾性部材が自然長である。そして、これらの工程が繰り返されることにより、巻芯６であるステータコアに線材４が巻回されて、電動機が製造される。

以上のとおり、電動機の製造方法は、環状部１２の外周長が最も長い第１の状態で、巻芯６における複数の辺のうち最も辺長が長い辺に線材４を巻回する工程と、環状部１２の外周長が第１の状態よりも短い第２の状態で、巻芯６における複数の辺のうち最も辺長が短い辺に線材４を巻回する工程とを備える。

次に、本発明の実施の形態１に係るテンションローラ１の作用について説明する。テンションローラ１は、付勢部１３が、小片部材１２ａの夫々とローラ本体１１との間に設けられ、小片部材１２ａをローラ本体１１から離間する方向に付勢し、小片部材１２ａとローラ本体１１との間の距離を変位させる。これにより、テンションローラ１は、環状部１２の外周長が変化する。

真円状ではない巻芯６に線材４が巻回される場合、線材４の巻き取り量は一定ではなく、変化する。本実施の形態１では、上記のとおり、テンションローラ１は、環状部１２の外周長が変化する。このため、線材４の巻き取り量が変化しても、この巻き取り量の差分は、テンションローラ１における環状部１２の外周長の変化によって相殺される。従って、テンションローラ１は、真円状ではない巻芯６に線材４が巻回される場合においても、線材４にかかる張力の変動を抑制することができる。

また、テンションローラ１の径が変化することによって、線材４の移動の軌跡を変化させる。そして、テンションローラ１の径が変化することによって、線材４の巻き取り量によって変化する線材４の線速は一定となり、テンションローラ１の回転速度も一定となる。このため、テンションローラ１の回転速度の変化により生じる慣性力が低減される。従って、テンションローラ１は、線材４にかかる張力の変動を抑制することができる。また、線速が一定となるため、巻線速度を上げても、巻線の整列性及び品質が劣化しない。

更に、本実施の形態１では、真円状ではない巻芯６に線材４が巻回される場合においても、線材４にかかる張力の変動を、簡易な構造で抑制することができる。従来より、シャトルプーリを移動させて線材４の移動経路長を変更するスライド用モータを有するテンション制御手段を備えたテンション装置が知られている。従来技術は、これにより、張力の変動を抑制しようとするものである。これに対し、本実施の形態１は、シャトルプーリ及びスライド用モータ等の別の部材を使用せず、テンションローラ１を上記構成とすることのみで、張力の変動を抑制している。このように、本実施の形態１では、真円状ではない巻芯６に線材４が巻回される場合においても、線材４にかかる張力の変動を、簡易な構造で抑制することができる。

また、本実施の形態１では、巻芯６が、多角形状をなしており、複数の辺の辺長が相違している。そして、テンションローラ１は、複数の辺のうち最も辺長が短い辺に線材４が巻回されているときに、環状部１２の外周長が最も短くなる。また、テンションローラ１は、複数の辺のうち最も辺長が長い辺に線材４が巻回されているときに、環状部１２の外周長が最も長くなる。本実施の形態１は、環状部１２の外周長の変化を利用して、線材４の移動経路長の差分を相殺している。

また、上記実施の形態１のように、付勢部１３が弾性部材を有している場合、複数の辺のうち最も辺長が短い辺に線材４が巻回されているときに、弾性部材が最大撓みであり、環状部１２がローラ本体１１に最も近づき、テンションローラ１が最も縮径されて、環状部１２の外周長が最も短くなる。また、複数の辺のうち最も辺長が長い辺に線材４が巻回されているときに、弾性部材が自然長であり、環状部１２がローラ本体１１から最も離れ、テンションローラ１が最も拡径されて、環状部１２の外周長が最も長くなる。このように、本実施の形態１は、弾性部材の最大撓みを利用して、線材４の移動経路長の差分と、テンションローラ１における環状部１２の外周長の差分とを合致させている。このため、弾性部材の撓みは、最小限で済む。従って、テンションローラ１の径の変化量を小さくすることができる。

更に、本実施の形態１に係る電動機は、上記のテンションローラ１を用いて製造されている。このため、電動機は、線材４が巻回されるステータコアが、真円状ではない巻芯６であっても、線材４にかかる張力の変動を抑制することができる。

１ テンションローラ、２ 張力調整装置、３ プリテンショナ、４ 線材、５ ノズル、６ 巻芯、６ａ 上部インシュレータ、６ｂ 下部インシュレータ、７ スピンドル、１１ ローラ本体、１２ 環状部、１２ａ 小片部材、１３ 付勢部、１３ａ 軸部。

Claims (5)

1. 巻芯に巻回される線材に張力を付与するテンションローラにおいて、
   回転自在に設けられたローラ本体と、
   前記ローラ本体の外周に設けられて前記ローラ本体と共に回転し、前記線材が巻回される環状の環状部と、を備え、
   前記環状部は、前記ローラ本体の径方向に移動自在の複数の小片部材で構成され、
   前記小片部材の夫々と前記ローラ本体との間に設けられ、前記小片部材を前記ローラ本体から離間する方向に付勢し、前記小片部材と前記ローラ本体との間の距離を変位させる付勢部を備え、
   前記付勢部は、弾性部材が内部に設けられた複数の軸部を有し、
   複数の前記小片部材は、それぞれ複数の前記軸部に支持され、前記弾性部材によって前記ローラ本体から離間する方向に付勢されており、
   複数の辺の辺長が相違した多角形状をなしている前記巻芯に巻回される前記線材に張力を付与し、
   前記小片部材は、前記線材にかかる張力に応じて移動するものであり、
   前記環状部は、
   複数の前記辺のうち最も辺長が短い辺に前記線材が巻回されているときに、その外周長が最も短くなって、前記弾性部材が最大撓みとなる構成であるテンションローラ。
2. 前記小片部材は、前記線材にかかる張力に応じて移動するものであり、
   前記環状部は、
   複数の前記辺のうち最も辺長が長い辺に前記線材が巻回されているときに、その外周長が最も長くなる構成である請求項１記載のテンションローラ。
3. 前記付勢部は、弾性部材を有し、
   前記小片部材は、前記弾性部材によって前記ローラ本体から離間する方向に付勢されている請求項１又は２記載のテンションローラ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のテンションローラ
   を備える張力調整装置。
5. 巻芯に巻回される線材に張力を付与するテンションローラにおいて、
   回転自在に設けられたローラ本体と、
   前記ローラ本体の外周に設けられて前記ローラ本体と共に回転し、前記線材が巻回される環状の環状部と、を備え、
   前記環状部は、前記ローラ本体の径方向に移動自在の複数の小片部材で構成され、
   前記小片部材の夫々と前記ローラ本体との間に設けられ、前記小片部材を前記ローラ本体から離間する方向に付勢し、前記小片部材と前記ローラ本体との間の距離を変位させる付勢部を備え、
   前記付勢部は、弾性部材が内部に設けられた複数の軸部を有し、
   複数の前記小片部材は、それぞれ複数の前記軸部に支持され、前記弾性部材によって前記ローラ本体から離間する方向に付勢されているテンションローラを用いて、複数の辺の辺長が相違する多角形状の巻芯であるステータコアを有する電動機を製造する電動機の製造方法において、
   前記環状部の外周長が最も長い第１の状態で、前記巻芯における複数の前記辺のうち最も辺長が長い辺に前記線材を巻回する工程と、
   前記環状部の外周長が前記第１の状態よりも短い第２の状態で、前記弾性部材が最大撓みとなって、前記巻芯における複数の前記辺のうち最も辺長が短い辺に前記線材を巻回する工程と、
   を備える電動機の製造方法。

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