JP7064108B1

JP7064108B1 - モータ巻線製造方法及びモータ巻線製造装置

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Publication number: JP7064108B1
Application number: JP2021146415A
Authority: JP
Inventors: 修一上田; 曜横山
Original assignee: Tanaka Seimitsu Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tanaka Seimitsu Kogyo Co Ltd
Priority date: 2021-09-08
Filing date: 2021-09-08
Publication date: 2022-05-10
Anticipated expiration: 2041-09-08
Also published as: JP2023039301A

Abstract

【課題】巻線に直接接着剤を塗布する技術において、接着剤の塗布厚さを、ほぼ一定にすることができると共に巻線機の不具合などに柔軟に対応できるモータ巻線製造技術を提供する。
【解決手段】モータ巻線製造装置（10）は、被巻体（2１）に巻線（22）を巻きつける巻線機（20）と、被巻体（21）に巻きつけられる前に、巻線（22）に接着剤を塗布する塗布機構（40）とを備え、この塗布機構（40）は、常温では硬化しない熱硬化性の接着剤を巻線（22）へ適量吐出するニードル(41)と、接着剤を塗り広げる刷毛(44)とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ巻線の製造技術の改良技術に関する。

モータ巻線はモータを構成する要素の一つである。モータ巻線では、被巻体に巻線が密に巻かれている。巻線の巻姿が崩れるとモータの性能に悪影響がでる。そこで、巻線を接着剤で固定することが従来から行われてきた。

例えば、槽にワニスを溜め、このワニスに巻線が巻かれた被巻体を浸す。細部までワニスが含浸したら引き上げ、乾燥する。
引き上げた際に余剰のワニスが垂れる。また、乾燥には２４時間程度を要する。よって、ワニス浸漬法は、ワニスの無駄使いが発生すると共に生産性が低く、改良の余地がある。

そこで、改良案として、接着剤を刷毛で塗ることが提案されてきた（例えば、特許文献１（図１）参照）。
特許文献１では、巻枠の胴部分に、予め刷毛で接着剤を塗布する。次に、巻枠の胴部分に巻線（コイル）を巻く。巻線と隣の巻線との間に接着剤が介在するため、巻線が良好に固定される。接着剤の供給量は、巻線と隣の巻線との間からはみ出す接着剤の量を見ながら調整する。

しかし、特許文献１の技術には、次に述べる問題点がある。
第１に、接着剤の供給量は、巻線と隣の巻線との間からはみ出す接着剤の量を見ながら調整すると説明されているが、巻線は常に動いているため、はみ出す接着剤の量の検出が難しく、接着剤の供給量の調節は容易ではない。
第２に、接着剤を、巻線ではなく、巻枠の胴部分に塗布するため、どうしても塗布量は多くなる。接着剤の無駄使いが発生する。

そこで、さらなる改良案として、接着剤を巻線に直接塗ることが提案されてきた（例えば、特許文献２（図１）参照）。
特許文献２では、主剤と硬化剤とを混合し、混合した接着剤を塗布装置により、巻線へ塗布する。

しかし、特許文献２の技術には、次に述べる問題点がある。
第１に、巻線には、張力のみが加わっている。巻線は巻枠に巻かれた後は振れないが、巻枠に巻く前は、僅かではあるが上下左右に振れる。そのため、塗布装置との距離が変わり、塗布厚さが不可避的に変化する。塗布厚さが薄い箇所では、巻線の固定が不十分になる。接着剤の塗布厚さを、ほぼ一定にすることが求められる。
第２に、接着剤は常温硬化性である。すなわち、主剤に硬化剤を混ぜた瞬間から硬化が進行する。巻線機に不具合が発生するなど、巻線作業中にトラブルが発生すると、塗布装置の扱いが極めて面倒になる。巻線機の不具合などに柔軟に対応できることが求められる。

特開２００１－６９２２号公報特開平４－２４７６１０号公報

本発明は、巻線に直接接着剤を塗布する技術において、接着剤の塗布厚さを、ほぼ一定にすることができると共に巻線機の不具合などに柔軟に対応できるモータ巻線製造技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、被巻体に巻きつけられる巻線を接着剤で固めることでモータ巻線を得るモータ巻線製造方法であって、
粘度が５～１００Ｐａ・ｓであるものを中粘度、この中粘度より流動性の低いものを高粘度と定義するときに、
巻線機と、中粘度又は高粘度であって常温では硬化しない熱硬化性の接着剤と、この接着剤を適量吐出するニードルと、前記巻線の幅より大きな外径を有し前記接着剤を塗り広げる刷毛と、加熱機構とを準備する工程と、
前記被巻体に巻きつけられる前に、前記巻線に前記ニードルで前記接着剤を吐出する工程と、
この吐出された接着剤は流動性は低いが、前記刷毛で機械的に押し均すと共に前記刷毛の毛と毛の間を前記接着剤が通過することで塗布厚がほぼ一定になるようにして、前記接着剤を前記巻線に塗り広げる工程と、
前記接着剤が塗布された前記巻線を前記被巻体に巻きつける工程と、
前記巻線が巻かれている前記被巻体又は前記被巻体から外した前記巻線を、前記加熱機構で接着剤が硬化する温度まで加熱する工程とからなることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、モータ巻線製造装置であって、
このモータ巻線製造装置は、被巻体に巻線を巻きつける巻線機と、前記被巻体に巻きつけられる前に、前記巻線に接着剤を塗布する塗布機構とを備え、
粘度が５～１００Ｐａ・ｓであるものを中粘度、この中粘度より流動性の低いものを高粘度と定義するときに、
この塗布機構は、中粘度又は高粘度であって常温では硬化しない熱硬化性の接着剤を前記巻線へ適量吐出するニードルと、
前記接着剤は流動性は低いが、前記刷毛で機械的に押し均すと共に前記刷毛の毛と毛の間を前記接着剤が通過することで塗布厚がほぼ一定になるようにして、前記接着剤を前記巻線に塗り広げる刷毛とを備えており、
前記刷毛の外径は、前記巻線の断面の幅より大きいことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２記載のモータ巻線製造装置であって、
前記ニードルと前記刷毛は、走行する前記巻線に沿ってこの順で配置されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２記載のモータ巻線製造装置であって、
前記ニードルは、前記刷毛に付属していることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、接着剤は中粘度又は高粘度であって流動性は低いが、刷毛で機械的に押し均すと共に刷毛の毛と毛の間を接着剤が通過することで、接着剤の塗布厚さがほぼ一定になる。
また、常温では硬化しない接着剤を使用するため、作業が中断しても接着剤が硬化することはない。そのため、巻線機の不具合などに時間を掛けて対応することができる。
また、刷毛の外径に比較して巻線の幅が小さいため、接着剤を正確に巻線に当てることができる。
よって、本発明によれば、巻線に直接接着剤を塗布する技術において、接着剤の塗布厚さを、ほぼ一定にすることができると共に巻線機の不具合などに柔軟に対応できるモータ巻線製造方法が提供される。

請求項２に係る発明では、塗布機構にニードルと刷毛とを備える。ニードルで吐出した接着剤は流動性は低いが、刷毛で機械的に押し均すと共に刷毛の毛と毛の間を接着剤が通過することで、接着剤の塗布厚さがほぼ一定になる。
また、請求項１と同様に、常温では硬化しない接着剤を使用するため、作業が中断しても接着剤が硬化することはない。そのため、巻線機の不具合などに時間を掛けて対応することができる。
また、刷毛の外径に比較して巻線の幅が小さいため、接着剤を正確に巻線に当てることができる。
よって、本発明によれば、巻線に直接接着剤を塗布する技術において、接着剤の塗布厚さを、ほぼ一定にすることができると共に巻線機の不具合などに柔軟に対応できるモータ巻線製造装置が提供される。

請求項３に係る発明では、ニードルの次に刷毛が配置される。ニードルで吐出した接着剤の全量を刷毛で広げることができる。

請求項４に係る発明では、ニードルが刷毛に付属されている。
請求項３では、ニードルを支えるニードル支持体と、刷毛を支える刷毛支持体を各々設ける必要があるが、請求項４では刷毛支持体だけで済む。すなわち、ニードル支持体が不要であるため、塗布装置の簡素化及び軽量化が図れる。

本発明に係るモータ巻線製造装置の原理図である。図１の２部拡大図である（ただし、反時計回りに約７０°回転させた）。刷毛の利点を説明する図である。刷毛のさらなる利点を説明する図である。加熱機構を説明する図である。本発明に係るモータ巻線製造方法を説明するフロー図である。剥離試験を説明する図である。モータ巻線製造装置の変更例を説明する図である。変更例で使用した刷毛の断面図である。図８の１０部拡大図である。刷毛のさらなる変更例を説明する図である。刷毛のさらなる変更例を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１に示すように、モータ巻線製造装置１０は、被巻体２１に巻線２２を巻きつける巻線機２０と、被巻体２１に巻きつけられる前に、巻線２２に接着剤を塗布する塗布機構４０とを備えている。
巻線２２は、銅線、アルミニウム線、その他の合金線などモータ巻線として使用される線であれば、種類は問わない。

巻線機２０は、周知であるため構造は任意であるが、例えば、ベース２３に載っている主軸２４と、ベース２３に設けられ図面表裏方向へ延びるレール２５と、このレール２５に移動自在に載っているスライダ２６と、このスライダ２６に載っている可動盤２７と、可動盤２７を図面表裏方向へ往復移動させる送りねじ２８及び送りモータ２９と、ベース２３に載っている固定盤３１と、この固定盤３１に回転可能に設けられているドラム３２及び第１中継ローラ３３と、可動盤２７に回転可能に設けられている第２中継ローラ３４及び第３中継ローラ３５と、主軸２４に取付けられる被巻体２１と、この被巻体２１を所定方向へ回す主軸モータ３６とからなる。

ドラム３２には、巻線２２がコイル状（渦巻状）に巻かれている。
第１中継ローラ３３、第２中継ローラ３４及び第３中継ローラ３５は、フリー回転する溝付きローラが好適である。
被巻体２１は、例えば、角断面の巻枠３７である。被巻体２１は、丸断面の巻枠やモータの鉄心でもよく、巻枠を持たない空芯コイルにおいては、巻線時に仮の巻枠として使用する治具でもよい。要は、巻線２２が巻かれる相手部材であればよく、種類や形状は問わない。

主軸２４に被巻体２１を取付ける。ドラム３２から繰り出された巻線２２は、第１中継ローラ３３、第２中継ローラ３４及び第３中継ローラ３５に掛けられ、先端が被巻体２１に掛けられる。
次に、主軸モータ３６で被巻体２１が回される。この回転と連動して、送りモータ２９で可動盤２７は所定速度で且つ所定距離だけ図面表裏方向へ往復移動する。
以上により、巻線２２が被巻体２１に巻きつけられる。

塗布機構４０は、第２中継ローラ３４と第３中継ローラ３５との間に配置されるニードル４１と、このニードル４１を可動盤２７に固定するニードル支持体４２と、第２中継ローラ３４と第３中継ローラ３５との間で且つニードル４１よりも第３中継ローラ３５寄りに配置される刷毛４４と、この刷毛４４を可動盤２７に固定する刷毛支持体４５と、ニードル４１へ制御されたエアを供給するディスペンサ４６と、このディスペンサ４６へ圧縮空気を供給する空気源４７とを備えている。

ニードル４１は、中空針であり、シリンダ４８の先に着脱自在に取付けられる。シリンダ４８内に接着剤が供給され、この接着剤がエア圧で押し出される。
注射器に例えると、薬液が接着剤に相当し、ピストンを押す指がエア圧に相当する。指の力が小さいと薬液の吐出量は少なくなり、指の力が大きいと薬液の吐出量が多くなる。
同様に、エア圧を制御することで、ニードル４１から吐出する接着剤の単位時間当たりの吐出量（吐出速度）を変更することができる。

なお、ニードル支持体４２は、直接的にはシリンダ４８を支えているが、このシリンダ４８を介してニードル４１を支えているため、便宜的に「ニードル支持体」と呼ぶことにする。

図２は、図１の２部拡大図であるが、見やすくするために回転させた。
図２に示すように、巻線２２はニードル４１から刷毛４４へ連続的に移動している。
ニードル４１から所定の吐出速度で接着剤５０が、巻線２２上に吐出される。

接着剤５０は、常温では硬化しない熱硬化性の接着剤とする。加えて、接着剤５０の粘度は、中粘度（５～１００Ｐａ・ｓ）又は高粘度（１００Ｐａ・ｓ以上）とする。

ニードル４１と刷毛４４との中間位置５１では、接着剤５０は、中粘度又は高粘度であって流動性が低いため、略半円断面となる。
刷毛４４の直前位置５２で、接着剤５０は、刷毛４４の抵抗により、少し盛り上がる。

刷毛４４の内部位置５３では、接着剤５０は、刷毛４４の抵抗により、図面表裏方向へ広がる。広がった結果、接着剤５０の厚さが、徐々に小さくなる。
刷毛４４の出口位置５４では、刷毛４４で均され、接着剤５０の塗布厚ｔが、ほぼ一定になる。
接着剤５０は、中粘度又は高粘度であって流動性は低いが、刷毛４４で機械的に押し均すため、ほぼ一定の塗布厚ｔになる。

刷毛４４の作用を確認するために、本発明者らは、図３に示す実験を行った。
図３（ｄ）は、巻線２２の断面を示す。巻線２２の上面を通る上面線５３を定義する。
図３（ａ）では、刷毛４４の先端（下端）を、上面線５３と同じにした。
図３（ｂ）では、刷毛４４の先端（下端）が、上面線５３よりＬ１（１ｍｍ）だけ下になるようにした。
図３（ｃ）では、刷毛４４の先端（下端）が、上面線５３よりＬ２（２ｍｍ）だけ下になるようにした。

以上の形態で、接着剤の塗布を実施したところ、図３（ｄ）に示す接着剤５０の塗布厚ｔは、ほとんど同一であった。刷毛４４で接着剤５０を押し広げる。広げる際に、刷毛４４の毛と毛の間を接着剤５０がスルー（通過）する。この現象を「トンネル現象」と呼ぶと、トンネル現象により、図３（ａ）～図３（ｃ）相互間の差異が、緩和され、結果として、塗布厚ｔが、ほとんど同一になったと考えられる。

このトンネル現象は、巻線２２の上下の振れに有効に寄与する。
すなわち、図４に示すように、巻線２２が上下に振れて、ニードル４１と巻線２２との距離Ｌ３が増減すると、ニードル４１と刷毛４４との中間位置では、接着剤５０の高さが波状に変化する。
巻線２２が上下に振れて、刷毛４４の基部と巻線２２との距離Ｌ４が増減するが、上述したトンネル現象により、出口位置５４では、塗布厚ｔが、ほぼ一定になる。

よって、本発明によれば、巻線２２に直接接着剤５０を塗布する技術において、接着剤５０の塗布厚ｔを、ほぼ一定にすることができるモータ巻線製造技術が提供される。

図１において、接着剤を塗布した巻線２２が所定巻数でだけ被巻体２１に巻かれたら、主軸モータ３６を止める。そして、主軸２４から被巻体２１を外す。
図５（ａ）に示すように、巻線２２が巻かれた被巻体２１を、加熱機構５５に入れて、接着剤が硬化する温度まで加熱する。
また、図５（ｂ）に示すように、被巻体２１から外した状態の巻線２２を、加熱機構５５に入れて、接着剤が硬化する温度まで加熱する。

以上に述べた本発明の作用は、モータ巻線製造方法として、次のフロー図で説明することができる。
図６のＳＴ０１（ステップ番号０１。以下同じ）で、巻線機、接着剤、ニードル、刷毛、加熱機構を準備する（準備工程）。
ＳＴ０２で、ニードルで、巻線へ接着剤を吐出する（吐出工程）。
ＳＴ０３で、刷毛で、接着剤を塗り広げる（塗り広げ工程）
ＳＴ０４で、接着剤が塗布された巻線を、被巻体に巻きつける（巻きつけ工程）。
ＳＴ０５で、加熱機構にて接着剤を加熱して硬化する。
以上により、所望のモータ巻線が得られる。

本発明者らは、得られたモータ巻線を評価するために、剥離試験を実施した。
図７（ａ）に示すように、最も外側の巻線２２を引き剥がした。残った巻線２２に接着層５７が残留した。
図７（ａ）のｂ－ｂ線断面図である図７（ｂ）に示すように、巻線２２の絶縁被膜５８は、上面と左側面と右側面には残っていたが、下面は剥離し消失していた。剥離した絶縁被膜は、図７（ａ）に示す接着層５７に残っていた。
結果、本発明での接着剤の接着強度は、十分に大きいことが確かめられた。

次に、本発明の変更例を説明する。
図８に示すモータ巻線製造装置１０は、塗布機構４０だけが、図１に示すモータ巻線製造装置１０と異なる。その他は、変更がないため、変更のない構成要素については、図１の符号を流用し、詳細な説明は省略する。

この変更例では、塗布機構４０は、ニードル付属刷毛４４Ｂを主要素とする。この刷毛４４Ｂを採用したことにより、ニードル支持体（図１、符号４２）は不要になる。結果、塗布機構４０が簡単になり、軽量化が図れるという利点がある。

図９（ａ）に示すように、ニードル付属刷毛４４Ｂは、先端（下端）に刷毛４４を有する刷毛筒４９に、ニードル４１を内蔵してなる。

図１０に示すように、ニードル４１から吐出された接着剤５０は図面左右及び表裏方向へ若干広がって刷毛４４へ進入する。進入した接着剤５０は、刷毛４４で塗り広げられ、塗布厚ｔは、ほぼ一定になる。

図２に示す例と、図１０に示す例の評価を、実験により確かめた。その内容を以下に説明する。

第１実施例：
第１実施例は、図２の形態で実験を行った。
目標塗布量Ａは、０．１５０ｇ（グラム）に設定した。
実験では、目標塗布量Ａが得られるように、吐出速度と吐出時間を調整した。
実験は、５回行い、吐出速度の平均値と、吐出時間の平均値を求めた。
実験での吐出速度は０．０１３ｇ／ｓ（秒）、吐出時間は１３ｓであった。

実験での塗布量Ｂは、（０．０１３ｇ／ｓ×１３ｓ＝０．１６９ｇの計算により、）０．１６９ｇであった。
接着剤の歩留まりは、［（０．１５０ｇ÷０．１６９ｇ）×１００＝８８の計算により、］８８％であった。

変更例：
変更例は、図１０の形態で実験を行った。
目標塗布量Ａは、０．１５０ｇ（グラム）に設定した。
実験では、目標塗布量Ａが得られるように、吐出速度と吐出時間を調整した。
実験は、５回行い、吐出速度の平均値と、吐出時間の平均値を求めた。
実験での吐出速度は０．０１７ｇ／ｓ（秒）、吐出時間は１３ｓであった。

実験での塗布量Ｂは、（０．０１７ｇ／ｓ×１３ｓ＝０．２２１ｇの計算により、）０．２２１ｇであった。
接着剤の歩留まりは、［（０．１５０ｇ÷０．２２１ｇ）×１００＝６８の計算により、］６８％であった。

図２では、刷毛４４の全てが接着剤５０の塗り広げ作用を発揮する。
対して、図１０では、刷毛４４の半分強（下流側約２／３）が接着剤５０の塗り広げ作用を発揮するものの、残りの半分弱（上流側約１／３）は塗り広げに関与してはいない。
このため、塗り広げられなかった接着剤５０が、刷毛の４４の上流側に残留する。
この差が、接着剤の歩留まりの差となって現れた。
結果、表１の最下行に示すように、第１実施例は◎（より良い）、変更例は○（良）の評価となった。

本発明者らは、以上の知見から、ニードル付属刷毛４４Ｂでは、ニードル４１の位置を上流側へ寄せることが、有効であると知見するに至った。
図１１（ａ）及び図１１（ａ）のｂ矢視図である図１１（ｂ）に示すように、ニードル４１の先端（下端）が刷毛４４内の範囲にて、中心から巻線２２の上流側へαだけ、偏心させてもよい。

または、図１１（ｃ）及び図１１（ｃ）のｄ矢視図である図１１（ｄ）に示すように、ニードル４１の先端（下端）の一部が刷毛４４から露出するようにして、ニードル４１の先端を中心から巻線２２の上流側へβだけ、偏心させてもよい。

または、図１１（ｅ）及び図１１（ｅ）のｆ矢視図である図１１（ｆ）に示すように、ニードル４１の先端（下端）の全部が刷毛４４から露出するようにして、ニードル４１の先端を中心から巻線２２の上流側へγだけ、偏心させてもよい。

また、ニードル付属刷毛４４Ｂは、図１２（ａ）に示すように、ニードル４１が刷毛４４の中心に進入するようにして、ニードル４１を刷毛４４に内蔵してもよい。

図１２（ｂ）に示すように、ニードル４１から吐出された接着剤５０は、直ぐに巻線２２に当たる。刷毛４４の外径に比較して巻線２２の幅（図１２（ｂ）で表裏方向の寸法）が小さいときに、接着剤５０を正確に巻線２２に当てることができて、好ましい。

よって、「ニードルが刷毛に付属している」とは、図９、図１１（ａ）、図１１（ｃ）、図１１（ｅ）、図１２（ａ）の何れの形態であってもよい。
ただし、価格の点では、図９が最も安く、図１１（ｅ）が最も高くなる。また、塗布性能の点では、図１１（ｅ）が最も優れており、図９が最も落ちる。
よって、価格と性能との兼ね合いを図りつつ、何れかを選択すればよい。

尚、巻線２２は、実施例では横長の長方形断面としたが、正方形断面、丸断面の線であってもよい。

本発明は、モータ巻線の製造に好適である。

１０…モータ巻線製造装置、２０…巻線機、２１…被巻体、２２…巻線、４０…塗布機構、４１…ニードル、４４…刷毛、４４Ｂ…ニードル付属刷毛、５０…接着剤、５５…加熱機構、ｔ…塗布厚。

Claims

被巻体に巻きつけられる巻線を接着剤で固めることでモータ巻線を得るモータ巻線製造方法であって、
粘度が５～１００Ｐａ・ｓであるものを中粘度、この中粘度より流動性の低いものを高粘度と定義するときに、
巻線機と、中粘度又は高粘度であって常温では硬化しない熱硬化性の接着剤と、この接着剤を適量吐出するニードルと、前記巻線の幅より大きな外径を有し前記接着剤を塗り広げる刷毛と、加熱機構とを準備する工程と、
前記被巻体に巻きつけられる前に、前記巻線に前記ニードルで前記接着剤を吐出する工程と、
この吐出された接着剤は流動性は低いが、前記刷毛で機械的に押し均すと共に前記刷毛の毛と毛の間を前記接着剤が通過することで塗布厚がほぼ一定になるようにして、前記接着剤を前記巻線に塗り広げる工程と、
前記接着剤が塗布された前記巻線を前記被巻体に巻きつける工程と、
前記巻線が巻かれている前記被巻体又は前記被巻体から外した前記巻線を、前記加熱機構で接着剤が硬化する温度まで加熱する工程とからなることを特徴とするモータ巻線製造方法。
モータ巻線製造装置であって、
このモータ巻線製造装置は、被巻体に巻線を巻きつける巻線機と、前記被巻体に巻きつけられる前に、前記巻線に接着剤を塗布する塗布機構とを備え、
粘度が５～１００Ｐａ・ｓであるものを中粘度、この中粘度より流動性の低いものを高粘度と定義するときに、
この塗布機構は、中粘度又は高粘度であって常温では硬化しない熱硬化性の接着剤を前記巻線へ適量吐出するニードルと、
前記接着剤は流動性は低いが、前記刷毛で機械的に押し均すと共に前記刷毛の毛と毛の間を前記接着剤が通過することで塗布厚がほぼ一定になるようにして、前記接着剤を前記巻線に塗り広げる刷毛とを備えており、
前記刷毛の外径は、前記巻線の断面の幅より大きいことを特徴とするモータ巻線製造装置。
請求項２記載のモータ巻線製造装置であって、
前記ニードルと前記刷毛は、走行する前記巻線に沿ってこの順で配置されていることを特徴とするモータ巻線製造装置。
請求項２記載のモータ巻線製造装置であって、
前記ニードルは、前記刷毛に付属していることを特徴とするモータ巻線製造装置。