JPH10163057A - 巻線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 線材の自動交換が可能で、高速、高精度の多
軸の巻線装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 本体フレーム１に、ベース３とベース５
を、互いにその面が直交するように取付け、回転自在な
巻軸１０を設置し所定の軸方向に移動自在な巻軸ユニッ
ト２を前記ベース３の一面に、また、前記巻軸ユニット
２の移動方向と垂直な平面内を移動自在かつ角度可変の
ノズル４５を保持したノズルホルダ２３を有するノズル
ユニット４をベース５の片面に取付け、その反対面に互
いに直交する３次元を移動自在な線材チャック４１や線
材押え４２を持つ治具ユニット６を、設置した構成とす
ることにより、ノズルユニット４の可動部の質量を減ら
し剛性を上げることができ、巻線補助のための治具ユニ
ット６により、高速、高精度の巻線装置が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器に使用す
るコイル、トランス、スピーカーのボイスコイルなどの
製作に使用する巻線装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の巻線装置を図面を用いて説明す
る。

【０００３】なお、以下従来例および本発明の詳細な説
明において、被巻線体のボビンを把持する巻軸を回転お
よび移動させる構成を巻軸ユニット、線材を導出するノ
ズルを移動させる機構をノズルユニット、巻線の補助の
ための治具とそれを移動させる機構を治具ユニットと称
するものとする。

【０００４】図５は従来の巻線装置の要部斜視図であ
る。図５の巻線装置は本体フレーム５１上に組み立てら
れた巻軸ユニット５２と、ノズルユニット５４と、治具
ユニット５６の三つのユニットで構成されている。

【０００５】巻軸ユニット５２は片面に端子７０を取付
けたボビン６４を保持して回転する巻軸６０とその回転
駆動体６９とで構成されている。

【０００６】ノズルユニット５４はノズルホルダ５３の
中に保持されたノズル５５に線材６８が挿通され、ノズ
ルホルダ５３の着脱や回転方向に駆動する駆動体６３と
それぞれＺ，ＹおよびＸ方向に駆動するＺ方向駆動体５
９、Ｙ方向駆動体５８およびＸ方向駆動体５７で構成さ
れている。

【０００７】治具ユニット５６は巻線の補助を行う線材
押え６２と線材チャック６１のＺ方向駆動体６６および
Ｙ方向駆動体６５およびＸ方向駆動体６７とで構成され
ている。

【０００８】そして、巻軸６０の回転機能のみを持つ巻
軸ユニット５２と、互いに直動するＸ，Ｙ，Ｚの３方向
に移動自在なノズルユニット５４を巻始め位置設定や巻
線駆動や巻終りなどの所定の駆動を行って、線材６８を
被巻線体のボビン６４に巻線を行っている。

【０００９】そしてまた、互いに直動するＸ，Ｙ，Ｚの
３方向に移動自在な治具ユニット５６により線材押えや
線材のチャックなどの動作に加えて多様なＸ，Ｙ，Ｚ駆
動をさせ、複雑な巻線を行うのである。

【００１０】なお前記従来の巻線装置では、単一のノズ
ルホルダであるため線材６８の切換えができずトランス
などの異なる種類の線材６８を複数あるいは複数箇所に
巻線することが困難であった。これを行うためには複数
の異なる線材６８が設定された巻線装置により順番に巻
線を行うか、一定のロット数の巻線を行った後、線材６
８を交換して再び同様の巻線を行うなどの方法を行って
いた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】巻線装置は、生産性、
品質、および品種切換性の向上のために高速化、高精度
化が必要であり、そのために巻線装置の各可動部分、特
にノズルユニットの軽量化、高剛性化が要求されてい
る。

【００１２】また、巻線仕様の複雑化、高度化あるいは
巻線品質の向上を図るために、ノズルと巻線対象である
ワークの被巻線体（ボビンなど）の所定動作だけで巻線
を行うのではなく、前記ノズルやワークの所定動作に加
えて補助動作である線材の保持や案内、規制あるいは引
っ掛けなどの動作を行い、巻線を補助するための治具ユ
ニットを設置することが必要である。

【００１３】さらに、トランスなどの異なった種類の線
材を複数あるいは複数箇所に巻線をする必要がある製品
の場合には、生産管理の容易さ、仕掛在庫の削減のため
に、一台の巻線装置で自動的に線材の切換を行い、各種
の線材の巻線ができることが求められている。

【００１４】しかしながら、前記の要求に対して従来の
巻線装置では、ノズルが互いに直動するＸ，Ｙ，Ｚの３
方向に移動自在な３組の直線移動機構を立体的に構成し
設置する必要があり、このため、駆動による力点、各ユ
ニットの重心と、直線移動機構による支持点の配置に制
限を受け、これらを力学的に最適に配置することや、ノ
ズルユニットの可動部の質量低減、剛性確保は困難であ
った。

【００１５】さらに、巻線装置に治具ユニットを設置し
た場合、ノズルユニットと治具ユニットのユニット同士
の位置関係の制限から、各ユニットの構造は複雑となり
前記の問題がさらに増加することとなる。これらの理由
により、従来の巻線装置では可動する各ユニットの剛性
不足に起因する振動により、装置の高速化、高精度化が
困難であるという課題を有していた。

【００１６】また、巻線装置に治具ユニットを設置した
場合、ノズルユニットと治具ユニットのユニット同士の
位置関係の制限により、生産性の向上のための巻軸の多
軸化が困難であるという課題も有していた。

【００１７】そしてまた、線材の自動切換機能を巻線装
置に持たせようとした場合、切換可能なノズルをノズル
ユニットに設置すると、ノズルユニットの可動部の質量
が増加し、剛性はさらに低下する。また、ノズルユニッ
トの外部に、複数の線材を挿通したノズルを保持し供給
するノズルブロックを設置し、線材を交換するためにノ
ズルユニットのノズルとノズルブロックの必要とするノ
ズルを交換するようにした場合には、質量、剛性の問題
はないが、ノズル交換に時間が必要となるという課題も
有していた。

【００１８】本発明は、前記課題を解決しようとするも
のであり、動作の高速化、高精度化、巻軸の多軸化を実
現し、また、線材の自動交換が可能な巻線装置を提供す
ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明による巻線装置は、本体フレームに、巻軸ユ
ニット用のベースとノズルユニット用のベースを、互い
にその面が直交するように取付け、回転自在な巻軸を設
置し所定の次元方向に移動自在な巻軸ユニットを前記巻
軸ユニット用のベースの一面に、また、前記巻軸ユニッ
トの移動方向と垂直な平面内を移動自在で、かつ巻軸の
回転水平面に対して任意の角度に設定自在なノズルホル
ダに保持されたノズルを有するノズルユニットを取付
け、前記ノズルユニット用のベースの片面に互いに直交
するところの３次元方向に移動自在な治具ユニットを、
ノズルユニット用のベースのノズルユニットと反対側の
面に設置した構成としたものである。

【００２０】本発明により、複雑な巻線や、複数の異な
った種類の線材を巻線できる巻軸の多軸化が容易で、高
速化、高精度化が容易に実現することが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、本体ベ
ースと、線材を巻線する被巻線体を把持あるいは保持あ
るいは開放する巻軸と、巻軸を回転および移動させる機
構からなる巻軸ユニットと、線材を導出するノズルとノ
ズルを移動させる機構からなるノズルユニットと、線材
を把持あるいは押える巻線の補助のための治具とそれを
移動させる機構からなる治具ユニットにより構成され、
特定の方向に移動自在でかつ回転自在な１本または複数
の巻軸と、その巻軸の移動方向と垂直な平面を移動自在
な１本または複数のノズルとを備えた巻線装置としたも
のであり、可動部が単純で、各ユニットを最適に配置で
きるという作用を有する。

【００２２】請求項２に記載の発明は、巻軸の移動方向
がその回転軸と平行になるように構成された請求項１に
記載の巻線装置としたものであり、請求項１の作用に加
え、巻軸およびノズルの多軸化が容易であるという作用
を有する。

【００２３】請求項３に記載の発明は、互いに直交する
Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３次元を移動自在に構成された巻線の
補助のための治具ユニットを設けた請求項１および請求
項２に記載の巻線装置としたものであり、請求項１、請
求項２の作用に加えて、巻線仕様の複雑化に対応でき、
巻線品質の向上が図れるという作用を有する。

【００２４】請求項４に記載の発明は、巻線に使用する
ノズルを、個別に出入自在および切換自在にした複数個
のノズル構成とした請求項１、請求項２、および請求項
３に記載の巻線装置としたものであり、請求項１，２の
作用に加えて、線材の自動切換が容易であるという作用
を有する。

【００２５】請求項５に記載の発明は、ノズルが巻軸の
回転水平面に対して任意の角度に設定かつ保持できるよ
うに構成した、請求項１、請求項２、請求項３および請
求項４に記載の巻線装置としたものであり、線材を巻回
する端子の方向の自由度が向上するという作用を有す
る。

【００２６】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態における
巻線装置要部の部分断面側面図、図２は同巻線装置にお
ける巻軸ユニットの要部斜視図、図３は同巻線装置にお
けるノズルユニットの要部斜視図、そして図４は同巻線
装置における治具ユニットの要部斜視図である。

【００２７】図１、図２において、３は巻軸ユニット２
用の金属材でなり本体フレーム１の一面に固定されたベ
ース、金属材の端子４６を片面に取付け固定し製品を構
成するボビン１４を把持、保持そして開放する所定数の
巻軸１０、巻軸１０を回転駆動する金属材で箱状のフレ
ーム４４に回転自在に取付けた駆動軸１０ａ、その駆動
軸１０ａと直結し金属材でＬ字状の取付アングル４３で
フレーム４４の一面に取付けた巻軸回転用のサーボモー
タ１１、それと同期して他の駆動軸１０ａを駆動する歯
付プーリ１３と歯付ベルト１２、フレーム４４に回転自
在に取付けられかつ巻軸移動用のサーボモータ９に一端
が連結しベース３への固定部（図示せず）を回転自在に
挿通するボールネジ部８、フレーム４４の底面に配設し
た２本の金属材あるいはセラミック材でなるバー状の直
動レール７、その直動レール７を凹部溝に装着して摺動
自在とするベース３の上面に固着された４個の金属材あ
るいはセラミック材でなるレール受７ａにより巻軸ユニ
ット２を構成している。

【００２８】そして、サーボモータ１１の駆動により巻
軸１０すなわちボビン１４を回転させ、サーボモータ９
の駆動により巻軸１０をＹ方向に往復移動をさせるので
ある（駆動機構は図示せず）。

【００２９】図１、図３において、５はノズルユニット
４用の金属材でなるベースであり、本体フレーム１に前
記ベース３と互いにその面が直交するように固定されて
いる。４５は金属材あるいはセラミック材などでなるノ
ズルであり、絶縁被膜された銅線などの巻線用の線材２
５をノズル４５の上端部に設置され、ノズル４５の操作
を行うガイド付きエアシリンダー（図示せず）などのエ
アの切換えにより、線材２５を把持、開放する把持チャ
ック２４を経由して挿通させており、同様の材料でなる
ノズルホルダ２３の中に保持されている。

【００３０】前記巻軸１０と員数や間隔などが対応した
所定数のノズル４５を保持したノズルホルダ２３は保持
取付け用の両端を９０度曲げ加工された金属材でなるベ
ース２６の片面に固定されている。

【００３１】１６は金属材でなり両端を９０度曲げ加工
し、ノズル４５をＺ方向に往復移動用のテーブルであ
り、その内側にベース２６の９０度曲げ加工した両端
を、サーボモータ２７の駆動軸４７により連結し、その
駆動によりノズル４５からの線材２５の導出角度を可変
するために回転自在としている。

【００３２】２０は前記と同材質および同形状の直動レ
ールであり、テーブル１６の背面に２本取付けられてお
り、その直動レール２０を凹部溝に装着して摺動自在と
する４個のレール受２０ａがノズル４５のＸ方向の往復
移動用のテーブル１５の片面に固着されている。

【００３３】２１はテーブル１５の片面に取付けられた
ノズル４５をＺ方向に往復移動用のサーボモータ２２に
一端が連結したボールネジ部であり、テーブル１６の背
面に取付けた固定部（図示せず）を回転自在に挿通して
いる。

【００３４】１７は前記と同材質および同形状の直動レ
ールであり、ベース５の片面に２本取付けられており、
その直動レール１７を凹部溝に装着して摺動自在とする
４個のレール受１７ａが、前記テーブル１５の反対面に
固着されている。

【００３５】１８はベース５の片面に取付けられたサー
ボモータ１９に一端が連結したボールネジ部であり、テ
ーブル１５の背面に取付けた固定部（図示せず）を回転
自在に挿通し、ノズル４５をＸ方向に往復移動させてい
る。以上によりノズルユニット４が構成されている。

【００３６】そして、サーボモータ２７の駆動により線
材２５のノズル４５からの導出角度の変更と設定を、サ
ーボモータ２２の駆動によりノズル４５のＺ方向に往復
移動を、そしてサーボモータ１９の駆動によりノズル４
５のＸ方向に往復移動をさせるのである（駆動機構は図
示せず）。

【００３７】図１、図４において、４２は金属材あるい
はセラミック材でなるＬ字状の線材押え、４１は線材２
５を把持する線材チャックであり、移動治具４０に前記
巻軸１０と対応した所定数が各々搭載されている。

【００３８】移動治具４０は２本の直動レール３７の先
端下面に設置されており、またその近傍下面には移動治
具４０をＹ方向に往復移動用の中央部に孔を設けたテー
ブル３６の上面が固着されている。直動レール３７と対
応し直動レール３７を凹部溝に装着して摺動自在とする
４個のレール受３７ａを移動治具４０をＸ方向に往復移
動用のテーブル３２の下面に取付けている。

【００３９】３８はテーブル３６の上面一端に固定され
移動治具４０をＹ方向に往復移動用のサーボモータ３９
に一端が連結したボールネジ部であり、テーブル３２の
下面に取付けられた固定部（図示せず）を回転自在に挿
通している。

【００４０】２８はＬ字板状の金属材でなり移動治具４
０をＺ方向に往復移動用のテーブルであり、その下面に
前記と同じ２本の直動レール３３が設置されており、直
動レール３３に対応して直動レール３３を凹部溝に装着
して摺動自在とする４個のレール受３３ａをテーブル３
２の上面に取付けている。

【００４１】３４は取付アングル３５ａによりテーブル
２８の下面一端に取付けられ移動治具４０をＸ方向に往
復移動用のサーボモータ３５に一端が連結したボールネ
ジ部であり、テーブル３２の上面に取付けられた固定部
（図示せず）を回転自在に挿通している。

【００４２】２９は前記と同じ直動レールであり、２本
が前記ベース５のノズルユニット４を構成した面と反対
面に設置されており、直動レール２９に対応して直動レ
ール２９を凹部溝に装着して摺動自在とする４個のレー
ル受２９ａをテーブル２８のＬ字状の垂直外面に取付け
ている。

【００４３】３０は取付アングル３１ａによりテーブル
２８の垂直上面一端に取付けられた移動治具４０をＺ方
向に往復移動用のサーボモータ３１に一端が連結したボ
ールネジ部であり、ベース５の反対面に固定された固定
部３１ｂを回転自在に挿通している。以上により治具ユ
ニット６を構成している。

【００４４】そして、サーボモータ３１の駆動により移
動治具４０のＺ方向に往復移動を、サーボモータ３９の
駆動により移動治具４０のＹ方向に往復移動を、そして
サーボモータ３５の駆動により移動治具４０のＸ方向に
往復移動をさせるのである（駆動機構は図示せず）。

【００４５】本発明の構成は、巻軸ユニット２はベース
５の面に対して垂直であり回転とＹ方向に往復移動を行
い、ノズルユニット４はベース５と平行な平面内を移動
可能でありＸ，Ｚ方向の往復移動およびノズル４５から
の線材２５の導出角度の可変を行い、治具ユニット６は
互いに直交する３次元（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）を往復移動を
行うのである。

【００４６】巻線動作は、別途供給機構（図示せず）か
ら送出された線材２５を把持チャック２４を経由してノ
ズル４５を通してその先端から導出し、ボビン１４の巻
始めとなる所定の端子４６の根元に巻回して巻始めを行
い、続いて前記構成の巻軸ユニット２、ノズルユニット
４および治具ユニット６の回転、角度および往復移動の
最適な設定およびその動作と、線材チャック４１と線材
押え４２の補助により、ボビン１４の所定巻線部分への
所定巻数の巻線、中間端子となる所定端子４６への巻
回、ボビン１４の他の部分への巻線、巻終りとなる所定
の端子４６の根元への巻回による巻終りなどを行って製
品としての所定の巻線を行うのである。

【００４７】以上のように、ノズルユニット４の移動次
元がＸ，Ｙ方向の２次元となり、直動レールおよびレー
ル受２組を平面的に配置すればよく、可動部を単純な構
造にし、小型軽量、高剛性とする事が可能である。また
ボールネジ部などの駆動による力点、各ユニットの重心
と、直動レールおよびレール受による支持点の配置も力
学的にモーメントの発生しない最適な配置にすることが
可能である。

【００４８】また、生産性向上のために巻軸１０を多軸
化する場合も、ノズル４５を並べる平面をノズルユニッ
ト４が移動する平面と同じにできるため、単純な構造の
ノズルユニット４のままで巻軸１０の多軸化に対応して
ノズル４５の本数を増加することが容易である。

【００４９】そして、巻軸ユニット２とノズルユニット
４の小型化、移動範囲の平面化が可能となるため、治具
ユニット６を追加した場合でも、従来の巻線装置に比
べ、ノズルユニット４と治具ユニット６のユニット同士
の位置関係の制限が少なく、複数のノズル４５をノズル
ユニット４に配設した場合でも、剛性の確保が容易であ
る。

【００５０】さらにまた、ノズル４５を並べる平面をノ
ズルユニット４が移動する平面と同じにできるので、ノ
ズルユニット４に複数のノズル４５を配設するのが容易
となるのである。

【００５１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、巻線を行
う線材を巻回するボビンの端子の向きが、ラジアル方向
（巻軸の回転軸に対して直角方向）の場合やアキシャル
方向（巻軸の回転軸に対して平行）の場合のいずれでも
巻線を行うことが可能で、複雑な巻線や、線材の自動交
換が可能であり、複数の異なった種類の線材を巻線でき
る巻軸の多軸化が容易で、高速化、高精度化が容易に実
現できるという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における巻線装置要部の部
分断面側面図

【図２】同巻線装置における巻軸ユニットの要部斜視図

【図３】同巻線装置におけるノズルユニットの要部斜視
図

【図４】同巻線装置における治具ユニットの要部斜視図

【図５】従来における巻線装置の要部斜視図

【符号の説明】

１ 本体フレーム ２ 巻軸ユニット ３ ベース ４ ノズルユニット ５ ベース ６ 治具ユニット ７ 直動レール ７ａ レール受 ８ ボールネジ部 ９ サーボモータ １０ 巻軸 １０ａ 駆動軸 １１ サーボモータ １２ 歯付ベルト １３ 歯付プーリ １４ ボビン １５ テーブル １６ テーブル １７ 直動レール １７ａ レール受 １８ ボールネジ部 １９ サーボモータ ２０ 直動レール ２０ａ レール受 ２１ ボールネジ部 ２２ サーボモータ ２３ ノズルホルダ ２４ 把持チャック ２５ 線材 ２６ ベース ２７ サーボモータ ２８ テーブル ２９ 直動レール ２９ａ レール受 ３０ ボールネジ部 ３１ サーボモータ ３１ａ 取付アングル ３１ｂ 固定部 ３２ テーブル ３３ 直動レール ３３ａ レール受 ３４ ボールネジ部 ３５ サーボモータ ３５ａ 取付アングル ３６ テーブル ３７ 直動レール ３７ａ レール受 ３８ ボールネジ部 ３９ サーボモータ ４０ 移動治具 ４１ 線材チャック ４２ 線材押え ４３ 取付アングル ４４ フレーム ４５ ノズル ４６ 端子 ４７ 駆動軸

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体ベースと、線材を巻線する被巻線体
   を把持あるいは保持あるいは開放する巻軸と、巻軸を回
   転および移動させる機構からなる巻軸ユニットと、線材
   を導出するノズルとノズルを移動させる機構からなるノ
   ズルユニットと、線材を把持あるいは押える巻線の補助
   のための治具とそれを移動させる機構からなる治具ユニ
   ットにより構成され、特定の方向に移動自在でかつ回転
   自在な１本または複数の巻軸と、その巻軸の移動方向と
   垂直な平面を移動自在な１本または複数のノズルとを備
   えた巻線装置。
2. 【請求項２】 巻軸の移動方向がその回転軸と平行にな
   るように構成された請求項１に記載の巻線装置。
3. 【請求項３】 互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向の３次元
   を移動自在に構成された巻線の補助のための治具ユニッ
   トを設けた請求項１および請求項２に記載の巻線装置。
4. 【請求項４】 巻線に使用するノズルを、個別に出入自
   在および切換自在にした複数個のノズル構成とした請求
   項１、請求項２および請求項３に記載の巻線装置。
5. 【請求項５】 ノズルが巻軸の回転水平面に対して任意
   の角度に設定かつ保持できるように構成した、請求項
   １、請求項２、請求項３および請求項４に記載の巻線装
   置。