JP4299750B2

JP4299750B2 - 巻線装置

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Publication number: JP4299750B2
Application number: JP2004263408A
Authority: JP
Inventors: 冬樹三浦
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: JP2006080332A

Description

本発明は巻線装置に関する。

従来、コアの巻芯部に導線を巻回してコイル部品を製造する際にその導線の両端がコイルの最外周層より延びる様に導線が巻回されているコイル部品がある。このようなコイル部品を製造するための巻線装置が特許文献１に開示されている。
特開２００１−２６７１７１号公報

特許文献１に記載の巻線装置では、一方に設けられた第一モータより他方側に延出された第一の回転軸の先端の治具にコアが支持されて導線の一端側を巻き取っている。また、第一のモータの他方側に設けられた第二モータより、第二の回転軸が第一のモータの回転軸と同軸かつ一方側に延出されている。この第二の回転軸にはコアの周囲を遊星状態に回転し導線の他端側を保持するテンショナが設けられている。この第二の回転軸は、第一の回転軸と同じ回転方向で、第一の回転軸より早く回転することにより、テンショナに保持された導線の他端側がコアに巻き付けられてコイル部品が製造されている。

従来の巻線装置では、コアで導線を巻き取るための第一モータとコアに導線を巻き付けるための第二モータとの二つのモータを必要としていた。コアに対して導線の一端側と他端側とを巻回するためには、第一モータに対して第二モータの回転数を大きくする必要があるため、それぞれのモータを所定の回転数にする必要があり、このため、回転数を制御する制御装置が別途必要になっていた。

また、テンショナがコア周囲を回転するために、第二の回転軸より延出されて設けられるが、コアを治具に取り付ける際に、テンショナが邪魔になる。更に、取り付け時に誤作動等によりテンショナが回転した場合には手等を挟むおそれがあった。また、同じくテンショナが延出されて設けられていることにより、治具に支持されたコア周辺には他の機器を取り付け難くなっていた。

そこで、本発明は、回転数の同調を図るための制御装置を必要とせず、かつ拡張性の高い巻線装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、コイル部品のコアに導線をクロスワイズ巻きする巻線装置であって、巻線装置は、コアを保持するコア保持部と、コア保持部を回転させるギア機構と、ギア機構を駆動する駆動部と、導線の一端側を支持する第一ワイヤクランパと、コア保持部の回転軸と同軸な回転軸周りに設けられてギア機構によりコア保持部と同回転方向にコア保持部の回転速度より早い回転速度で回転され、導線の他端側を支持する第二ワイヤクランパと、を備え、コアに導線が掛けられた状態で、第一ワイヤクランパからコアまでの導線をコア保持部が回転してコアに巻き取ると共に、コアから第二ワイヤクランパまでの導線を第二ワイヤクランパが回転してコアに巻き付けて導線を積層しながらコアに巻回する巻線装置を提供する。

このような構成によると、一台の駆動装置、例えば一台のモータで巻線装置を駆動することができる。従って駆動装置自体の回転数等を制御する必要が無くなり、制御装置を省くことができる。また、駆動装置とコア保持部及び第二ワイヤクランパまでの間にギア機構を介在させることにより、コア保持部及び第二ワイヤクランパの回転比を任意に設定することができる。更に第一ワイヤクランパ及び第二ワイヤクランパで導線を支持することにより、コアに導線を巻回する際に導線に適度な張力を与えることができるため、巻回時に導線が縺れることを防止し、好適にコアに導線を巻回することができる。また、コアはコア保持部によりコアの一方向からのみの支持で保持することができるため、コアの他方側には特に巻回に係る装置を設ける必要が無く、コアの他方側を開かれた状態とすることができる。よって、このコアの他方側に種々の付属機器を取り付ける等の巻線装置としての拡張性を高めることができる。

また、ギア機構はコア保持部を回転させる第一ギアと、第二ワイヤクランパを回転させる第二ギアとを備え、第一ギアと第二ギアとの回転比は１：２であることが好ましい。

このような構成によると、コアに導線を巻回する際に、一端側の導線と他端側の導線との巻回数を同一巻き回数にすることができる。よって、導線の両端側が均等に巻回され、コイル部品としてのばらつきを低減することが可能となる。

また、巻線装置は、コア保持部に保持されたコアを加熱可能な加熱装置を更に備え、加熱装置のコアを加熱する加熱部は、コア保持部近傍に配置されることが好ましい。

このような構成によると、導線の巻回時にコア及び巻回された導線を加熱することができる。よって導線に予め熱溶融性の接着剤等を塗布しておくことにより、導線の巻回と同時に加熱して、巻回されて積層された導線間を接着することができる。これにより導線巻回後に導線を切断した際も、巻回された導線がコアより解けることが無くなるため、その後の作業性及びコイル部品の安定性を向上させることができる。

本発明の巻線装置によれば、回転数の同調を図るための制御装置を必要とせず、かつ拡張性の高い巻線装置を提供することができる。

本発明の実施の形態による巻線装置について図１から図６を参照しながら説明する。図１に示す巻線装置１は、クロスワイズ巻線方法によりコイル部品を製造する装置である。クロスワイズ巻線方法とは、コイル部品の巻芯部に巻回する導線を巻始め時に交差させて２列とし、以後２列同時に導線を積層しながら巻回していく方法である。

本実施の形態による巻線装置で製造するコイル部品は、ドラム形状のコアに断面が略長方形の平角線を巻回したもので、外形形状は直径４ｍｍ程度の略円柱形状をなす。図２はコア３１に平角線３２が巻回された状態を示したものである。コア３１は巻芯部３１Ａ（図４）の両端に一対の鍔部３１Ｂが設けられている。巻芯部３１Ａには熱融着性の樹脂が塗布されており、その上に平角線３２が巻回されている。平角線３２の一端部３２Ａと他端部３２Ｂはそれぞれコイル部品３０の最外層から接線方向に延びた状態に維持されている。

図１に示すように、巻線装置１は、本体部２と、本体部２に平角線３２を供給する平角線供給部１４とを有している。本体部２には後述するギア機構を駆動するためのモータ３が内蔵されている。モータ３の出力軸３Ａは平歯車である駆動モータギア４（歯数：６０）に連結されている。このモータ３は、ステッピングモータ等の回転角を容易に制御できるモータである。駆動モータギア４は本体部２の外側に配設されている。

駆動モータギア４には第一ギアであるスピンドルギア５（歯数：６０）が噛合しており、スピンドルギア５には第一中間ギア６（歯数：３０）が、更に第一中間ギア６には第一連結ギア７（歯数：１５）が噛合している。スピンドルギア５には、後述のチャック２１を回転させるスピンドル軸５Ａの一端が同軸に連結されている。スピンドル軸５Ａの他端には、コア３１を保持するコア保持部としてのチャック２１が固定されていると共に、公転ギア１０（歯数：６０）がスピンドル軸５Ａに対して遊嵌されている。また、第一連結ギア７には、本体部２の下面から上面までを貫通している連結軸７Ａの一端が同軸に連結されており、連結軸７Ａの他端には第二連結ギア８（歯数：３０）が同軸に連結されている。

本体部２の上方には、第二連結ギア８に噛合する第二中間ギア９（歯数：１５）と、第二中間ギア９に噛合する前述の公転ギア１０が設けられている。これら駆動モータギア４、スピンドルギア５、第一中間ギア６、第一連結ギア７、第二連結ギア８、第二中間ギア９及び公転ギア１０よりギア機構１１が構成されている。モータ３が回転すると、図１に矢印で示すように、駆動モータギア４は反時計方向に回転する。駆動モータギア４に従動してスピンドルギア５は時計方向に回転し、よってスピンドル軸５Ａもスピンドルギア５と共に回転する。一方、公転ギア１０は、第一中間ギア６、第一連結ギア７、第二連結ギア８及び第二中間ギア９を介してスピンドルギア５と同じ時計方向に回転する。ギア機構１１を構成するそれぞれのギアの歯数より、スピンドルギア５に対する公転ギア１０のギア比は１：２となっており、スピンドルギア５が一回転することにより公転ギア１０は二回転する。即ち、チャック２１が１回転するときに公転ギア１０は同方向に２回転することになる。

図３に示すように、チャック２１は、スピンドル軸５Ａの上端に埋設されてピン２１Ｂにより固定されている。チャック２１の中心軸とスピンドル軸５Ａの回転軸とは同軸になるように配列されている。チャック２１の先端部は、鉛直方向に四分割された保持部２１Ａを形成している。四分割された保持部２１の各部分間には、一定の隙間が設けられており、保持部２１Ａの先端部中央には、鍔部３１Ｂを挿入可能な凹部２１ａが形成されている。また、この保持部２１Ａはその回転軸方向に直交する断面が先端からスピンドル軸５Ａ側に向かって小さくなる略楔形に形成されている。

チャック２１の保持部２１Ａとスピンドル軸５Ａに固定されている部分との間には、図３に示すように、スプリング２３が設けられている。このスプリング２３と保持部２１Ａとの間には、環状のチャッククランプ２２がチャック２１に外挿されて位置している。スプリング２３は、このチャッククランプ２２を上方に付勢しているため、チャッククランプ２２は、保持部２１Ａ側に押し上げられる。保持部２１Ａは略楔形をしており、かつ四分割された各部分の間に隙間が設けられているため、チャッククランプ２２が押し上げられることにより、隙間部分が閉じられて四分割された各部分がそれぞれ当接した状態になる。

スピンドル軸５Ａには、ベアリング２４が外挿されており、ベアリング２４の外周部分にはベアリングホルダ１０Ａが嵌入されている。また、ベアリングホルダ１０Ａの上方には公転ギア１０が固定されている。よって、公転ギア１０は、スピンドル軸５Ａ及びチャック２１に対して自在に回転可能であると共に、スピンドル軸５Ａにより支持されている。

図１に示すように、平角線供給部１４と公転ギア１０との間には、平角線３２を保持する第一ワイヤクランパ１２が設けられている。第一ワイヤクランパ１２には一対のフェルト１２Ａが設けられており、平角線３２がチャック２１に対して常に一定の向きを保つように規制されている。また、一対のフェルト１２Ａにより平角線３２が保持される際には、一対のフェルト１２Ａ間に一定の圧力が加わるように第一ワイヤクランパ１２に設けられた図示せぬネジ等により、調整されている。尚、第一ワイヤクランパ１２の平角線３２を保持する部分は、保持部２１Ａの最先端位置と鉛直方向同一若しくは上方に位置している。

図３に示すように、公転ギア１０の外周下方位置には、第一ワイヤクランパ１２と同様の第二ワイヤクランパ１３が設けられており、公転ギア１０に穿設された溝１０ａを介してチャック２１から延出する平角線３２の一端部３２Ａを一対のフェルト１３Ａ（図１）で保持している。

この第二ワイヤクランパ１３で保持する平角線３２の一端部３２Ａは、チャック２１から略水平方向に延出された後に略鉛直方向に引き出される。その略鉛直方向に折り曲げる箇所にはワイヤガイド１３Ｂが設けられており、チャック２１から第二ワイヤクランパ１３までの間で平角線３２に不要なねじれ等が発生しないようにしてある。ワイヤガイド１３Ｂは、保持部２１Ａの最先端位置よりも低い位置に配置されている。また、第二ワイヤクランパ１３で保持されている平角線３２の一端部３２Ａは、第二ワイヤクランパ１３に向かって垂下されるため、公転ギア１０の下方には、その上面の開口の径が少なくとも公転ギア１０の直径よりも大きな凹部２ａ（図１）が形成されており、この凹部２ａは、本体部２の幅方向側面にも開口している。

また、図１に示すように、本体部２の上面には、保持部２１Ａ斜め上方に加熱部であるエア噴射ノズル２５Ａを備えた加熱装置であるエアヒータ２５が設けられている。また、本体部２の前面部（図１の手前側側面）には、巻線装置１の主電源スイッチや、モータの回転数やエアヒータ２５の温度等を制御する制御部に対する操作部１５が設けられている。

以下、巻線装置１によるコイル部品３０の製造方法について説明する。先ず電源を投入すると共に、エアヒータ２５にエアを導入し、エア噴射ノズル２５Ａより所定の温度のエアが噴射するようにヒータ温度を操作部１５で設定する。これと並行して、コア３１に巻回する巻回数等のプログラムを操作部１５より選択して設定する。第二ワイヤクランパ１３は、自動的に幅方向側面の開口位置に位置するように予めプログラムが組まれている。そして、巻線装置１が動作可能となった状態でチャッククランプ２２を押し下げた状態に拘束して、凹部２１ａにコア３１の鍔部３１Ｂを入れ、チャッククランプ２２の拘束を解き、保持部２１Ａでコア３１を保持する。この場合に、巻線装置１は、チャック２１上方が開放された形状であるため、コア３１の保持作業が容易に行える。

コア３１が保持部２１Ａに保持された状態で、第一ワイヤクランパ１２に支持されている平角線３２を平角線供給部１４より引き出し、ねじれが発生しない状態で巻芯部３１Ａに掛ける。そして、巻芯部３１Ａに巻回しない状態で巻芯部３１Ａを支点として平角線３２をワイヤガイド１３Ｂ経由で第二ワイヤクランパ１３まで引き延ばし、第二ワイヤクランパ１３の一対のフェルト１３Ａに挟持させる。この時第一ワイヤクランパ１２からコア３１間の間に位置する平角線３２の一端部３２Ａ、及びコア３１から第二ワイヤクランパ１３間に位置する平角線３２の他端部３２Ｂは、それぞれ適度な張力を保ちながら配線されている。

第二ワイヤクランパ１３から垂下した他端部３２Ｂは、巻芯部３１Ａへの巻線動作が進むに連れて短くなるが、巻線開始前の長さは、少なくとも巻芯部３１Ａに他端部３２Ｂの巻付けを完了した状態で、第二ワイヤクランパ１３に他端部３２Ｂが保持されている程度の長さとする。また、平角線３２を第二ワイヤクランパ１３まで配線した状態での一端部３２Ａと他端部３２Ｂとの位置関係は図３に示すように、一端部３２Ａが他端部３２Ｂの上方に位置している。

この状態で、モータ３に電源を投入して、平角線３２の巻回を開始する。この時にチャック２１及び公転ギア１０は、図１に示すように、本体部２の上方側より見て時計回りに回転している。巻線開始直後の巻芯部３１Ａ周りの一端部３２Ａと他端部３２Ｂとの位置関係は、図４に示すように、一端部３２Ａが他端部３２Ｂの上方に位置しているため、一端部３２Ａが上側、他端部３２Ｂが下側にそれぞれ巻回される。

巻回時に、コア３１はチャック２１と一体回転しているため、図５に示すように、コア３１は一端部３２Ａをその巻芯部３１Ａに巻き取る。これに対して、公転ギア１０に設けられた第二ワイヤクランパ１３は、ギア機構１１のギア比により、チャック２１が一回転する間に二回転する。チャック２１が一回転する間に、ワイヤクランパ１３はチャック２１の周りを一回転することになり、この際に他端部３２Ｂが巻芯部３１Ａに巻き付けられる。よって、モータ３の回転数を制御しなくても、チャック２１と公転ギア１０との回転比がずれることなく、チャック２１が一回転する間に、一端部３２Ａと他端部３２Ｂとは、正確にそれぞれ同じ長さだけ巻き付けられる。

また、一端部３２Ａを巻き取り、他端部３２Ｂが巻き付けられる際に、巻回された一端部３２Ａ及び他端部３２Ｂは、それぞれ第一ワイヤクランパ１２及び第二ワイヤクランパ１３を介して供給される。この時に第一ワイヤクランパ１２及び第二ワイヤクランパ１３は、それぞれ圧力がかかった状態で一端部３２Ａ及び他端部３２Ｂを保持しているため、第一ワイヤクランパ１２と巻芯部３１Ａとの間、及び第二ワイヤクランパ１３と巻芯Ｂ３１Ａとの間の一端部３２Ａ及び他端部３２Ｂには張力がかかった状態となる。このため、巻回途中に平角線３２がずれたり、縺れたりすることが低減され、良好に巻回することが可能となっている。

上記巻回が開始されると同時に、エア噴射ノズル２５Ａより高温のエアが噴射され、コア３１及び平角線３２が加熱される。平角線３２には熱融着性の樹脂が塗布されているため、加熱されることによりこれが溶けて巻回された平角線３２が層間接着される。

そして、予めプログラムされた一定の巻回数が巻かれた後に、モータ３の駆動が停止され、かつエアヒータ２５よりのエアの噴出も停止される。この時に、コイル部品３０には、図６に示すように、上下二段のコイルが形成されると共に、その最外層から一端部３２Ａと他端部３２Ｂとが延出した状態となる。

その後、一端部３２Ａを切断し、第二ワイヤクランパ１３に保持されている他端部３２Ｂを外す。この場合に平角線３２は加熱されて巻回されたそれぞれの層間が接着されているため、巻回された平角線３２が解けることはない。そして、保持部２１Ａより、コア３１を外して、一端部３２Ａ及び他端部３２Ｂを所定の長さに切りそろえて、図２に示すコイル部品３０が完成する。

本実施の形態では平角線を用いたが、これに限らず、例えば図７に示すように、通常の断面円形の導線１３２Ａ及び１３２Ｂを用いたコイル部品１３０でも同様に巻回することが可能である。また、本実施の形態の巻線装置１では、公転ギア１０の上方が、開放されている形状であるため、エアヒータ２５だけに限らず、例えば巻回された導線を切断するワイヤカット機構や、コアを保持部２１Ａ二次道で供給するコア自動供給装置等も取り付けることが可能である。

また、本実施の形態では、巻回される巻線の一端側と他端側との巻数が同じになるようにギア機構１１のギア比を設定したが、これに限定されず、例えば第一中間ギア６や第一連結ギア７等を歯数の異なる他のギアに変更することにより、種々の巻数に設定することも可能である。また、導線を巻回する際に、コアには必ずしも鍔部が必要とは限らず、鍔部と別体の巻芯部のみに巻回した後に鍔部を接合してコイル部品を製造しても良い。

本発明の実施の形態にかかる巻線装置の斜視透視図。本発明の実施の形態にかかる巻線装置で製造されるコイル部品の斜視図。本発明の実施の形態にかかる巻線装置のコア保持部付近の部分詳細図。本発明の実施の形態にかかる巻線装置のコア周辺の巻回時の部分斜視図。本発明の実施の形態にかかる巻線装置のコアの水平方向断面図。本発明の実施の形態にかかる巻線装置のコアの垂直方向断面図。本発明の実施の形態にかかる巻線装置の他の実施例にかかるコアの垂直方向断面図。

符号の説明

１巻線装置２本体部２ａ凹部３モータ３Ａ出力軸
４駆動モータギア５スピンドルギア５Ａスピンドル軸
６第一中間ギア７第一連結ギア７Ａ連結軸８第二連結ギア
９第二中間ギア１０公転ギア１０Ａベアリングホルダ１０ａ溝
１１ギア機構１２第一ワイヤクランパ１２Ａフェルト
１３第二ワイヤクランパ１３Ａフェルト１３Ｂワイヤガイド
１４平角線供給部１５操作部２１チャック２１Ａ保持部
２１Ｂピン２１ａ凹部２２チャッククランプ２３スプリング
２４ベアリング２５エアヒータ２５Ａエア出口３０コイル部品
３１コア３１Ａ巻芯部３１Ｂ鍔部３２平角線３２Ａ一端部
３２Ｂ他端部

Claims

コイル部品のコアに導線をクロスワイズ巻きする巻線装置であって、
該巻線装置は、該コアを保持するコア保持部と、
該コア保持部を回転させるギア機構と、
該ギア機構を駆動する駆動部と、
該導線の一端側を支持する第一ワイヤクランパと、
該コア保持部の回転軸と同軸な回転軸周りに設けられて該ギア機構により該コア保持部と同回転方向に該コア保持部の回転速度より早い回転速度で回転され、該導線の他端側を支持する第二ワイヤクランパと、を備え、
該コアに該導線が掛けられた状態で、該第一ワイヤクランパから該コアまでの該導線を該コア保持部が回転して該コアに巻き取ると共に、該コアから該第二ワイヤクランパまでの該導線を該第二ワイヤクランパが回転して該コアに巻き付けて該導線を積層しながら該コアに巻回することを特徴とする巻線装置。
該ギア機構は該コア保持部を回転させる第一ギアと、該第二ワイヤクランパを回転させる第二ギアとを備え、該第一ギアと該第二ギアとの回転比は１：２であることを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。
該巻線装置は、該コア保持部に保持された該コアを加熱可能な加熱装置を更に備え、該加熱装置の該コアを加熱する加熱部は、該コア保持部近傍に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の巻線装置。