JP2015050364A - コイルの製造装置及びコイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下層から上層に移った巻初めの線材が巻芯の軸方向外側に移動することを防止して、線材の整列性を向上させる。
【解決手段】コイルの製造装置２０は、回転により線材１１が巻き付けられる巻芯２２と、線材ガイド５１を介して線材１１を一定の張力で繰出す線材操出機５０と、線材１１が繰出される線材ガイド５１を少なくとも巻芯２２の回転軸方向に移動させる移動機構５２と、巻芯２２に巻回された一部の線材１１の移動を禁止する線材移動禁止機構７０とを備える。線材移動禁止機構７０が、ずれ防止部材７１と、ずれ防止部材７１を長手方向に移動させて巻芯２２に巻回された線材１１に当接させる当接位置とその線材１１から離間する離間位置との間で移動可能な移動手段７２と、移動手段７２とともに当接位置のずれ防止部材７１を巻芯２２の回転軸を中心に回動させる回動手段７３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、巻芯に複数列の線材からなる巻線層が複数層積層されたコイルの製造装置及びその製造方法に関する。更に詳しくは、特に巻回される線材の整列性に優れたコイルの製造装置及びその製造方法に関するものである。

従来、モータやソレノイド等の磁気アクチュエータに適用されるコイルとして、複数列の線材からなる巻線層が複数層積層されたコイルが知られている。このコイルは、線材を巻芯の軸方向一方側から他方側に向けて順次巻回することにより複数列の線材からなる一の巻線層を形成し、その一の巻線層の外周に線材を巻芯の軸方向他方側から一方側に向けて順次巻回することにより複数列の線材からなる他の巻線層を形成し、これらを順次繰り返すことにより製造される。

ここで、このようなコイルの小型化や磁力向上によるモータ等の省電力化を図るため、コイルの導体占積率（コイルの巻線層が形成される空間の断面積に対して、線材の導体部分が占める断面積の割合）を高めることが望まれている。斯かる導体占積率を高めるには、線材の整列性を向上させること、すなわち各線材を隙間無く整列させて巻回することが必要である。

この整列巻にあっては、各巻線層の巻幅をフランジにより規定して、線材を１回巻取る毎に、線材を繰出すガイドを巻芯の軸方向にその線材の線径に等しい量だけ移動させることが行われる。このように、各巻線層における巻幅をフランジにより規定することにより、下層から上層に移った第二層目以降の巻線層の各巻初めの線材が巻芯の軸方向外側に移動することを防止して、各巻線層を構成する線材の整列性を確保し、これにより、線材を巻芯に互いが密着するように巻取るとしている。

一方、得ようとするコイルにあっては、その外周側における巻線層の巻幅を狭める場合もある。この巻幅を狭めた巻線層にあっては、その巻幅を規定するフランジが存在しないために、下層から上層に移った巻初めの線材が巻芯の軸方向外側に移動して、その巻幅を規定の寸法内にすることが困難になるとともに、その巻線層を構成する各線材間に隙間が生じて線材の整列性が確保されない不具合を生じさせる。

この点を解消するために、線材の巻き付けに伴って巻線層を替えるとき、下層から上層に移る線材の折り返し位置を規定する規定部材をフランジと別に設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このように、下層から上層に移る線材の折り返し位置を規定部材で規定することにより、巻幅を狭めるために下層から上層に移った巻線層の各巻初めの線材が巻芯の軸方向外側に移動することを防止して、各巻線層を構成する線材の整列性を確保するとしている。

特開２００３−３３２１６４号公報

ここで、巻幅が狭められた上層の巻線層を形成する場合には、下層の巻線層から引き出された線材と、上層の巻線層の第一列目を構成する線材は所定の角度で交差することになる。しかし、上記特許文献１における巻線装置及び巻線方法では、例えば、巻芯の断面が方形であれば、その一片における線材を規定部材により規定するのみであり、その巻芯に巻回される線材には所定の張力が付与されている。このため、巻芯が回転して巻き取られた線材がその規定部材を通過して、規定部材により規定が解除された段階で、線材に加えられている張力により上層に移った巻初めの線材が伸張して、巻芯の軸方向外側に移動する場合がある。すると、その巻線層を構成する線材の整列性を確保できないという未だ解決すべき課題が残存していた。

本発明の目的は、下層から上層に移った巻初めの線材が巻芯の軸方向外側に移動することを防止して、線材の整列性を向上し得るコイルの製造装置及びコイルの製造方法を提供することにある。

本発明のコイルの製造装置は、回転により線材が巻き付けられる巻芯と、線材ガイドを介して線材を一定の張力で繰出す線材繰出機と、線材が繰出される線材ガイドを少なくとも巻芯の回転軸方向に移動させる移動機構と、巻芯に巻回された一部の線材の移動を禁止する線材移動禁止機構とを備える。

その特徴ある構成は、線材移動禁止機構が、ずれ防止部材と、ずれ防止部材を長手方向に移動させて巻芯に巻回された線材に当接させる当接位置とその線材から離間する離間位置との間で移動可能な移動手段と、移動手段とともに当接位置のずれ防止部材を巻芯の回転軸を中心に回動させる回動手段とを備えたところにある。

この場合、移動手段が流体の圧力によりずれ防止部材を移動させる流体圧シリンダであることが好ましく、あるいは、単に伸縮可能なスプリングを用いて構造を簡素化することも可能である。また、線材が熱融着性被覆を有する被覆導線であって、巻回された線材に熱風を吹き付けて線材を互いに接着させる熱風発生手段を更に備えることが好ましい。

本発明の方法は、線材を繰出す線材ガイドを巻芯の軸方向一方側から他方側に向けて移動させつつ巻芯を回転させることにより巻芯の周囲に軸方向一方側から他方側に向けて順次巻回された複数列の線材からなる一の巻線層を形成し、線材を繰出す線材ガイドを巻芯の軸方向他方側から一方側に向けて移動させつつ巻芯を回転させることにより一の巻線層の外周に軸方向他方側から一方側に向けて順次巻回された複数列の線材からなる他の巻線層を形成し、これらを順次繰り返すことにより巻芯に複数層の巻線層が積層されたコイルを製造する方法である。

その特徴ある点は、積層された複数層の巻線層の内の第二層目以降のいずれか一又は二以上の巻線層の形成において、下層から上層に移行した線材にずれ防止部材を移行した側から当接させ、線材ガイドをずれ防止部材が当接した側に移動させて線材ガイドから線材を折り曲げ、その後ずれ防止部材と線材ガイドの間の線材が巻芯の周方向に延びる位置まで線材ガイドを戻し、ずれ防止部材を線材に当接させた状態で巻芯とともに巻芯の回転軸を中心に回動させ、その後ずれ防止部材を線材から離間させてから巻線層の形成を継続するところにある。

このコイルの製造方法では、ずれ防止部材を線材に当接させた状態で巻芯とともに巻芯の回転軸を中心に回動させる範囲が９０度を超えることが好ましく、ずれ防止部材を線材から離間させてから形成される巻線層の第一列目の線材に隣接する第二列目の線材を巻線するときに、第一列目の線材にずれ防止部材を再び当接させることが更に好ましい。そして、線材が熱融着性被覆を有する被覆導線である場合には、巻回される線材に熱風を吹き付けて線材を互いに接着させることが好ましい。

本発明のコイルの製造装置及びコイルの製造方法では、フランジにより巻幅が規定されていない巻線層を形成する場合に、その巻初めの第一列目を構成することになる線材にずれ防止部材を当接させ、その線材のずれを防止した状態で予め巻回することにより、その巻初めの線材を下層の巻線層の外表面になじませることができる。特に、９０度を超えて下層の巻線層の外周に巻回させることにより、その巻初めの線材を下層の巻線層の外表面に確実になじませることができる。

ここで、巻幅が狭められると、下層の巻線層から引き出された線材と、その巻線層の第一列目を構成する線材は所定の角度で交差することになる。けれども、その下層の巻線層から引き出された線材をずれ防止部材に当接させて予め折り曲げておくことにより、その交差する部分で線材が膨らむ様なことを防止することができる。これにより、下層の巻線層の外周に巻回された巻初めの線材が、その後ずれるようなことを有効に防止することができる。よって、下層から上層に移った巻初めの線材が巻芯の軸方向外側に移動することを防止することができる。

また、ずれ防止部材を線材から離間させてから、巻線層の第一列目の線材に隣接する第二列目の線材を巻線するときに、その第一列目の線材にずれ防止部材を再び当接させ、そのずれ防止部材を線材に再び当接させた状態で、そのずれ防止部材を巻芯とともに巻芯の回転軸を中心に回動させれば、第一列目の線材が第二列目の線材に押されて巻芯の軸方向外側に移動する様なことを防止できる。

そして、線材が熱融着性被覆を有する被覆導線である場合に、巻回される線材に熱風を吹き付けてその第一及び第二列目の線材を互いに接着させることにより、その後の第三列目の線材を巻線したとしても、これらのずれを確実に防止することができる。よって、下層から上層に移った巻初めの線材が巻芯の軸方向外側に移動することは確実に防止される。この結果、線材の整列性を向上させることができる。

本発明実施形態のコイルの製造装置を示す平面図である。 その線材移動禁止機構を含む図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ方向から観た線材繰出機と移動機構の拡大図である。 その製造装置における巻線装置を示す図１のＣ−Ｃ線断面図である。 下層の巻線層の巻終わりから線材を斜めに引き出してずれ防止部材をその外側に接触させた状態を示す図である。 線材ガイドを移動させて線材をずれ防止部材を中心に折り曲げた状態を示す図５に対応する図である。 その線材ガイドを逆方向に移動させて線材を巻芯の周方向に延びる位置まで戻した状態を示す図５に対応する図である。 斜めに引き出した線材にずれ防止部材を接触させた状態を示す図４のＤ−Ｄ線断面図である。 そのずれ防止部材を線材に当接させた状態で巻芯とともに巻芯の回転軸を中心に回動させた状態を示す図８に対応する図である。 第一列目の線材に隣接する第二列目の線材を巻線する状態を示す図５に対応する図である。 その第二列目の線材にずれ防止部材を接触させた状態を示す図４のＤ−Ｄ線断面図である。 そのずれ防止部材を線材に当接させた状態で巻芯の回転軸を中心に更に回動させた状態を示す図１１に対応する図である。 その巻線層の巻終わりから線材を逆方向に斜めに引き出してずれ防止部材をその外側に接触させた状態を示す図である。 線材ガイドを移動させて線材をずれ防止部材を中心に再び折り曲げた状態を示す図１３に対応する図である。 線材を巻芯の周方向に延びる位置まで戻した状態を示す図１３に対応する図である。 その引き出した線材にずれ防止部材を接触させた状態を示す図４のＤ−Ｄ線断面図である。 そのずれ防止部材を線材に当接させた状態で巻芯とともに巻芯の回転軸を中心に回動させた状態を示す図１６に対応する図である。 第一列目の線材に隣接する第二列目の線材を巻線する状態を示す図１３に対応する図である。 その第二列目の線材にずれ防止部材を接触させた状態を示す図４のＤ−Ｄ線断面図である。 そのずれ防止部材を線材に当接させた状態で巻芯の回転軸を中心に更に回動させた状態を示す図１９に対応する図である。 外周側の二層の巻幅が順次狭くなるコイルを示す図５に対応する図である。 伸縮可能なスプリングを用いた移動手段を示す図２に対応する図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図２１に、本発明により得られるコイル１０を示す。このコイル１０は、螺旋状に巻回された巻線から成る巻線層が巻線の径方向に複数層に亘って積層されたコイル１０であって、外周側の数層（この実施の形態では外周側の二層１３，１４）が、外周側に向かってその巻幅Ｗ１，Ｗ２が順次狭くなる様なものである。図２１では、後述する第一及び第二フランジ２３，２４に挟まれた状態のコイル１０を外周側から観た状態を示す。このコイル１０において巻回方向に隣接する各線材１１は互いに接触しており、これによってコイル１０における線材の占積率を高めるようにしている。この実施の形態における線材１１は、断面が円形を成し、熱風又は溶剤により融着する絶縁被覆を有する自己融着線材（いわゆるセメントワイヤ）が使用される場合を例示する。

本発明のコイルの製造装置２０を図１に示す。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が略水平前後方向、Ｙ軸が略水平横方向、Ｚ軸が略垂直方向に延びるものとし、コイルの製造装置２０の構成を説明する。

本発明のコイルの製造装置２０は、架台１９上に設けられた巻線装置２１を備える。この巻線装置２１は、回転することにより線材１１を実際に巻取る巻芯２２と、その巻芯２２の両側に同軸に設けられた円板状の第一及び第二フランジ２３，２４を有する。巻芯２２は、断面円形の筒状部材から成る。この巻芯２２は得ようとするコイル１０の厚さ方向に等しい長さを有し、この巻芯２２は線材１１を巻取ってコイル１０を形成するために、その外径は得ようとするコイル１０（図２１）の内径に等しく形成される。また第一及び第二フランジ２３，２４の外径は、巻芯２２に巻回されたコイル１０の巻幅が等しい最外周の巻線層の外径と略同一に形成される。図示しないが、筒状の巻芯２２は周方向に複数に分断され、第一フランジ２３にわずかに移動可能に取付けられる。

図１及び図４に示すように、コイルの製造装置２０は、巻芯２２が先端に設けられた第一回転体２８と、その第一回転体２８に対向して同軸に設けられた第二回転体２９を備える。巻芯２２は、第一フランジ２３を介して第一回転体２８の先端に同軸に設けられる。架台１９には第一支持壁３２が立設され、第一回転体２８はＹ軸方向に伸びてこの第一支持壁３２に回転可能に設けられる。第一支持壁３２には第一回転体２８を回転させるサーボモータ３３が取付けられる。第一回転体２８及びサーボモータ３３の回転軸３３ａにはそれぞれプーリ３４ａ，３４ｂが設けられ、それらのプーリ３４ａ，３４ｂにベルト３４ｃが架設される。これによりサーボモータ３３は、駆動してその回転軸３３ａが回転すると、ベルト３４ｃを介してその回転が第一回転体２８に伝達され、これにより第一回転体２８を巻芯２２とともに回転させるように構成される。

第一回転体２８には、線材１１の端部が係止される係止ピン２８ａが設けられ、その係止ピン２８ａの近傍の第一フランジ２３には、係止ピン２８ａに先端が係止された線材１１を巻芯２２の周囲にまで案内するスリット２３ａ（図２）が形成される。そして、この巻芯２２では、そのスリット２３ａを介して巻芯２２の外周にまで達した線材１１を回転することによりその巻芯２２の周囲に巻回するように構成される。

第二フランジ２４は、巻芯２２から離脱可能に構成され、その巻芯２２に挿入可能な挿入部２４ｂと、その挿入部２４ｂが巻芯２２に挿入された状態で第一フランジ２３とともに巻芯２２を挟む円板状のフランジ本体２４ａとを有する。第二フランジ２４における挿入部２４ｂは、巻芯２２の内径に等しい外径を有し、この挿入部２４ｂを巻芯２２に挿入することにより、巻芯２２の外径を得ようとするコイル１０の内径に等しくし、この挿入部２４ｂが巻芯２２から離脱すると、巻芯２２の外径も縮小し、巻芯２２の外周に巻回された線材１１からなるコイル１０をその巻芯２２から離脱可能に構成される。

図１及び図４に示すように、架台１９には、第一支持壁３２とＹ軸方向に所定の間隔を空けて第二及び第三支持壁３６，３７がその第一支持壁３２に平行に立設され、この第二及び第三支持壁３６，３７に第二回転体２９が第一回転体２８と同軸にＹ軸方向に伸びて長手方向に移動可能に架設される。第三支持壁３７には第二回転体２９を回転させるサーボモータ３８が取付けられる。第二回転体２９及びサーボモータ３８の回転軸３８ａにはそれぞれプーリ３９ａ，３９ｂが設けられ、それらのプーリ３９ａ，３９ｂにベルト３９ｃが架設される。第二回転体２９に設けられるプーリ３９ｂはその第二回転体２９の長手方向に移動可能であって、第三支持壁３７に設けられる。これによりサーボモータ３８が駆動してその回転軸３８ａが回転すると、ベルト３９ｃを介してその回転が第二回転体２９に伝達され、これにより第二回転体２９は回転可能に構成される。

また、第二回転体２９の第一回転体２８に臨む端部には第二フランジ２４が同軸に設けられ、第一回転体２８に設けられた巻芯２２に挿入部２４ｂが臨むように設けられる。第二及び第三支持壁３６，３７には、第一回転体２８に対して第二回転体２９を第二フランジ２４とともにその軸方向に移動させる間隔可変機構４１が設けられる。そして、この間隔可変機構４１により、第一回転体２８に対して第二回転体２９を第二フランジ２４とともにその軸方向に移動させて、第二フランジ２４の挿入部２４ｂを巻芯２２に挿入させることによりその巻芯２２の外径を得ようとするコイルの内径にし、その状態で第一回転体２８と第二回転体２９の双方を同期回転させることにより、フランジ本体２４ａと第一フランジ２３の間にある巻芯２２に線材１１を巻取るように構成される。

この実施の形態における間隔可変機構４１は、第二及び第三支持壁３６，３７に第二回転体２９に平行になるように架設されたボールネジ４２と、そのボールネジ４２を回転させるサーボモータ４３と、そのボールネジ４２に螺合してＹ軸方向に移動する可動台４４とを有する。そして、第二回転体２９が、その可動台４４に軸方向に移動不能であってかつ回転可能に取付けられる。これにより、サーボモータ４３が駆動してボールネジ４２が回転し、可動台４４がＹ軸方向に移動すると、その可動台４４とともに第二回転体２９もＹ軸方向に移動する。そして、第二回転体２９がその軸方向であるＹ軸方向に移動すると、第一回転体２８は移動しないので、第一回転体２８に対して第二回転体２９を第二フランジ２４とともにその軸方向に移動するように構成される。

図１及び図３に示すように、架台１９上には、線材ガイドを介して線材１１を一定の張力で繰出す線材操出機５０と、その線材１１が繰出される線材ガイドを少なくとも巻芯２２の回転軸方向に移動させる移動機構５２が設けられる。この実施の形態における線材ガイドは、その線材１１が挿通されるノズル５１であり、移動機構５２は、そのノズル５１を３軸方向に移動可能に構成される。ノズル５１は支持板５４に固定され、ノズル移動機構５２はこの支持板５４を架台１９に対して３軸方向に移動可能に構成される。

具体的に、この実施の形態におけるノズル移動機構５２は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向伸縮アクチュエータ５６〜５８の組み合わせにより構成される。この実施の形態では、ノズル５１が設けられる支持板５４をＸ軸方向に移動可能にＸ軸方向伸縮アクチュエータ５６のハウジング５６ｄに取付け、そのＸ軸方向伸縮アクチュエータ５６とともにその支持板５４をＺ軸方向に移動可能に、Ｘ軸方向伸縮アクチュエータ５６の従動子５６ｃがＺ軸方向伸縮アクチュエータ５７の従動子５７ｃに取付けられる。また、そのＸ軸及びＹ軸方向伸縮アクチュエータ５６，５７とともにその支持板５４をＹ軸方向に移動可能に、そのＺ軸方向伸縮アクチュエータ５７のハウジング５７ｄがＹ軸方向伸縮アクチュエータ５８の従動子５８ｃに取付けられる。そして、Ｙ軸方向伸縮アクチュエータ５８のハウジング５８ｄがＹ軸方向に伸びて架台１９に固定される。それらの各伸縮アクチュエータ５６〜５８における各サーボモータ５６ａ〜５８ａは、これらを制御する図示しないコントローラの制御出力に接続される。

図３に示すように、支持板５４には、ノズル５１の他にノズル５１を通過した線材１１をエア圧により切断するカッタ装置５９（特許出願番号；特願２０１０−８７６６８）と、その線材１１を把持片６０ａにより把持してノズル５１を通過する線材１１の移動を禁止する把持装置６０が設けられる。カッタ装置５９は、図示しないコントローラからの指令により駆動するエアシリンダ５９ａを介して支持板５４に取付けられる。このエアシリンダ５９ａによりカッタ装置５９は、そのカッタ歯５９ｂが線材１１を切断する切断位置と、その線材１１から離間する待機位置との間を移動可能に構成される。これにより、このカッタ装置５９と把持装置６０はノズル５１とともに移動し、図示しないコントローラにより制御可能に構成される。

一方、線材操出機５０は、線材１１が巻き付けられたドラム６２と、そのドラム６２から解かれて繰出された線材１１に張力を付与する張力装置５３を備える。この張力装置５３は、繰出される線材１１に張力を与えるとともにその線材１１を引き戻し可能なものである。この実施の形態における張力装置５３は、架台１９に設けられたケーシング６１と、そのケーシング６１のＹ軸方向における側面に設けられたドラム６２及び張力バー６３とを備える。線材１１はドラム６２に巻き付けられ、そのドラム６２を回転させて線材１１を繰出す繰出し制御モータ６４がケーシング６１の内部に設けられ、ドラム６２から繰出された線材１１は張力バー６３の先端における線材ガイド６３ａに導かれる。線材ガイド６３ａに導かれた線材１１はその線材ガイド６３ａからノズル５１を貫通するように配線される。

張力バー６３は、基端の回動軸６３ｂを支点としてＸ軸方向に回動可能となっている。この回動軸６３ｂの回動角度は、ケーシング６１内に収容され回動軸６３ｂに取付けられた回動角度検出手段としてのポテンショメータ６５により検出される。ポテンショメータ６５の検出出力は図示しないコントローラに入力され、コントローラからの制御出力が繰出し制御モータ６４に接続される。

また、張力バー６３の回動軸６３ｂと線材ガイド６３ａとの間の所定位置には、張力バー６３の回動方向に付勢力を与える付勢手段としての弾性部材であるスプリング６６の一端が取付けブラケット６３ｃを介して取付けられる。張力バー６３は、弾性部材であるスプリング６６によって回動角度に応じた弾性力が及ぼされる。このスプリング６６の他端は、移動部材６７に固定される。この移動部材６７は張力調節ネジ６８の雄ネジ６８ａに螺合しており、この雄ネジ６８ａの回転に従って移動調整が可能に構成される。このように、スプリング６６の他端の固定位置は変位でき、張力バー６３によって付与される線材１１の張力が調節可能に構成される。

図示しないコントローラは、回動角度検出手段であるポテンショメータ６５により検出された回動角度が所定の角度となるように繰出し制御モータ６４を制御するように構成される。従って、この張力装置５３では、スプリング６６により張力バー６３を介して線材１１に張力を与えて、その張力バー６３が所定の角度になるようにドラム６２が回転して所定量の線材１１が繰出される。よって、線材１１の張力は所定の値に維持されるようになっている。

また、図１及び図２に示すように、本発明のコイルの製造装置２０は、巻芯２２に巻回された線材１１に接触してその移動を禁止する線材移動禁止機構７０を備える。この線材移動禁止機構７０は、細長いずれ防止部材７１と、そのずれ防止部材７１を長手方向に移動させる移動手段７２と、その移動手段７２とともにずれ防止部材７１を巻芯２２の回転軸を中心に回動させる回動手段７３とを備える。なお、この実施の形態におけるずれ防止部材７１は、細長い棒状のものを用いる場合を説明するけれども、このずれ防止部材７１は、板状のものであっても良く、あるいはその他の形状のものを用いることもできる。そして、このずれ防止部材７１は、線材１１を傷付けることなく円滑に当接できる形状、材質のものを用いることが望ましい。

移動手段は、ずれ防止部材７１を移動させて巻芯２２に巻回された線材１１に当接させる当接位置とその線材１１から離間する離間位置との間で移動可能なものであり、この実施の形態では流体の圧力によりずれ防止部材７１を移動させる流体圧シリンダ７２が用いられる。この流体圧シリンダ７２は、回転台７７に取付けられたシリンダ本体７２ｂと、そのシリンダ本体７２ｂに給排される流体圧によりそのシリンダ本体７２ｂに沿って長手方向に往復移動可能なスライダ７２ａとを有する。

そして、そのスライダ７２ａにずれ防止部材７１が取付けられる。この実施の形態におけるずれ防止部材７１は、断面が円形を成す長尺のピンであり、スライダ７２ａの移動方向の端縁からその移動方向に延びて設けられる。

回動手段７３は、回転台７７とともに流体圧シリンダ７２をＹ軸の周りに回転させるサーボモータ７５と、そのサーボモータ７５を三軸方向に移動可能な可動板移動機構７８を備える。サーボモータ７５は、その回転軸７５ａの正転及び逆転の双方が可能なものであり、その回転軸７５ａがＹ軸に平行になるように可動板７４に取付けられる。このサーボモータ７５の回転軸に回転台７７が取付けられ、この回転台７７に取付けられたシリンダ７２はＸＺ平面内において回転可能にその回転軸７５ａに取付けられる。

この実施の形態において、サーボモータ７５が取付けられた可動板７４を架台１９に対して三軸方向に移動させる可動板移動機構７８は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向伸縮アクチュエータ７９〜８１の組み合わせにより構成される。この可動台移動機構７８は、前述したノズル移動機構５２と同一構造であるので、繰り返しての説明は省略する。

そして、この様なサーボモータ７５と可動板移動機構７８を備える回動手段７３は、その可動板移動機構７８が巻芯２２の回転軸を中心とする円弧状に可動板７４を移動させるとともに、サーボモータ７５が移動手段である流体圧シリンダ７２を回転させることにより、その流体圧シリンダ７２により当接位置に移動したずれ防止部材７１を、巻芯２２の回転軸を中心に回動させるように構成される。

そして、巻芯２２の下方における架台１９上には、巻線装置２１である巻芯２２に巻取られた線材１１を加熱して融着させる熱風発生器９１が設けられる。この熱風発生器９１は、その熱風吹き出し口９１ａが巻芯２２に臨むように架台１９上に取付けられ、図示しないコントローラからの指令により、熱風をその吹き出し口９１ａから巻芯２２に向かって吹き出す様に構成される。

次に、上記装置を用いた本発明のコイルの製造方法について説明する。

本発明のコイルの製造方法は、線材１１を繰出す線材ガイド５１を巻芯２２の軸方向一方側から他方側に向けて移動させつつ巻芯２２を回転させることにより巻芯２２の周囲に軸方向一方側から他方側に向けて順次巻回された複数列の線材１１からなる一の巻線層を形成し、線材１１を繰出す線材ガイド５１を巻芯２２の軸方向他方側から一方側に向けて移動させつつ巻芯２２を回転させることにより一の巻線層の外周に軸方向他方側から一方側に向けて順次巻回された複数列の線材１１からなる他の巻線層を形成し、これらを順次繰り返すことにより巻芯２２に複数層の巻線層が積層されたコイル１０を製造する方法である。

その詳細な手順にあっては、先ず、図１に示すように、間隔可変機構４１により第一回転体２８に対して第二回転体２９を第二フランジ２４とともにその軸方向に移動させて、巻芯２２を第一及び第二フランジ２３，２４により挟む。それとともに、第二フランジ２４の挿入部２４ｂを巻芯２２に挿入させて、その巻芯２２の外径を得ようとするコイル１０の内径にしておく（図４）。その後、カッタ装置５９を待機位置に維持させ、把持装置６０の把持片６０ａにより線材１１を把持し、ノズル５１から線材１１を突出させた状態でノズル移動機構５２によりそのノズル５１を移動させる。そして、線材１１の端縁を第一回転体２８に設けられた係止ピン２８ａに係止させる。その後、再びノズル５１を移動させて、係止ピン２８ａから延びる線材１１を第一フランジ２３に形成されたスリット２３ａに挿入させる。この状態から巻芯２２を回転させ、スリット２３ａを介して巻芯２２の外周にまで達した線材１１をその巻芯２２の周囲に巻回する。

巻芯２２の回転は、サーボモータ３３，３８を同期して回転駆動し、第一及び第二回転体２８，２９を巻芯２２とともに回転させることにより行われる。このようにして、線材操出機５０からノズル５１を経て繰出される線材１１を第一及び第二フランジ２３，２４に挟まれる巻芯２２に巻取る。第一フランジ２３側から線材１１の巻取りを開始すると、その巻芯２２が一回転して線材１１を１回巻取る毎に、ノズル移動機構５２は、巻初め当初第一フランジ２３側にあったノズル５１を巻芯２２の軸方向にその線材１１の線径に等しい量だけ移動させる。これにより、線材１１は巻芯２２の長手方向に互いが密着するように巻取られ、巻芯２２の周囲にその軸方向の一方側から他方側に向けて順次巻回された複数列の線材１１からなる一の巻線層を形成する。そして、熱風発生手段である熱風発生器９１（図２及び図４）は、巻線装置２１である巻芯２２に巻取られた線材１１を加熱して密着する線材１１を互いに融着させる。

ノズル５１が第二フランジ２４側まで達して第一の巻線層が形成された後には、その第一層目の巻線の上に第二層目の巻線として、線材１１を更に巻取る。この第二層目の巻線にあって、ノズル移動機構５２（図３）は、その巻芯２２が一回転して線材１１を１回巻取る毎に、ノズル５１を、第一層目の巻線の時の移動方向と逆の方向に、即ち、線材１１を繰出す線材ガイドであるノズル５１を巻芯２２の軸方向他方側から一方側に向けて、その線材１１の線径に等しい量だけ移動させる。そして、第二層目の巻線において線材１１を所定の回数だけ巻芯２２に巻取り、一の巻線層の外周に軸方向他方側から一方側に向けて順次巻回された複数列の線材１１からなる他の巻線層を形成する。この第二層目の巻線は、第一及び第二フランジ２３，２４による挟まれる巻芯２２の全幅、即ち第一層目の巻線の全巻幅に亘って行われる。

このような巻線層の形成を順次繰り返すことにより、第一及び第二フランジ２３，２４による挟まれる巻芯２２の周囲に複数層の巻線層を順次形成する。ここで、第一及び第二フランジ２３，２４の外径は、その第一及び第二フランジ２３，２４の間の巻芯２２の全長、即ち、巻幅が等しい最外周の巻線層の外径と略同一に形成されており、巻線層の形成は、巻線層の外周が第一及び第二フランジ２３，２４の外周に達する最外周のものまで繰り返される。この場合、各巻線層における巻幅Ｗ３（図２１）は第一及び第二フランジ２３，２４により規定されるので、下層から上層に移った第二層目以降の巻線層の各巻初めの線材１１が巻芯２２の軸方向外側に移動することは防止される。この結果、各巻線層を構成する線材１１の整列性は確保されることになる。

この各巻線層の形成において、線材操出機５０から繰出される線材１１には、一定の張力が付与される。図３に示すように、この張力の付与は線材操出機５０における張力装置５３により行われ、この張力装置５３では、スプリング６６により張力バー６３を介して線材１１に張力を与える。よって、各巻線層の形成において、線材１１の張力は所定の値に維持され、各巻線層における線材１１の層間における密着の程度に差が生じるようなことを防止する。

図５に示すように、第一及び第二フランジ２３，２４の外周に達する巻線層１２が形成された後には、その外周に巻幅を順次狭めた複数の巻線層１３，１４（図２１）を更に形成する。本発明の特徴ある点は、その巻幅を順次狭めた巻線層１３，１４の形成において、下層から上層に移行した線材１１にずれ防止部材７１を移行した側から当接させ、線材ガイド５１をずれ防止部材７１が当接した側に移動させてずれ防止部材７１から線材１１を折り曲げ、その後にずれ防止部材７１と線材ガイド５１の間の線材１１が巻芯２２の周方向に延びる位置まで線材ガイド５１を戻し、ずれ防止部材７１を線材１１に当接させた状態で巻芯２２とともに巻芯２２の回転軸を中心に回動させ、その後ずれ防止部材７１を線材１１から離間させてから巻線層１３，１４の形成を継続するところにある。

その具体的な手順を説明すると、第一及び第二フランジ２３，２４の外周に達する巻線層１２が形成された状態で巻芯２２の回転を停止する。そして、ノズル移動機構５２によりそのノズル５１を移動させ、第一及び第二フランジ２３，２４の外周に達する巻線層１２の巻終わり側のフランジ２４側から延びる線材１１を他方のフランジ２３側に斜めに引き出す。この実施の形態では、図５に示すように、第二フランジ２４側から線材１１が引き出されるものとして、その斜めに引き出された線材１１に第二フランジ２４側からずれ防止部材７１を当接させる。

棒状部材７１の位置決めは、可動板動機構７８により位置決めを行い、サーボモータ７５により流体圧シリンダ７２とともに棒状部材７１を回転させて、その棒状部材７１の長手方向を巻芯２２の半径方向に一致させる。そして、図８の一点鎖線矢印で示すように、その流体圧シリンダ７２のスライダ７２ａを流体であるエア圧により移動させ、それにより軸方向に移動する棒状部材７１の先端を第一及び第二フランジ２３，２４の外周に達する巻線層１２の外周に当接させる。

図５に示すように、ずれ防止部材７１の先端を下層である巻線層１２の外周に当接させる位置は、下層である巻線層１２の上に形成される巻線層１３の幅寸法Ｗ２（図２１）を規定する位置であり、斜めに引き出された線材１１の第二フランジ２４側である。そして、その線材１１をずれ防止部材７１を当接させた後、図６に示すように、ノズル移動機構５２によりそのノズル５１をずれ防止部材７１が当接した側に移動させ、線材ガイド５１であるノズル５１から繰出された線材１１をそのずれ防止部材７１を中心に折り曲げる。この折り曲げの程度は、斜めに引き出された線材１１が周方向に転向する角度を超えるまで行われる。

その後、図７及び図８に示すように、ずれ防止部材７１と線材ガイド５１の間の線材１１が巻芯２２の周方向に延びる位置まで線材ガイド５１を戻し、図９に示すように、そのずれ防止部材７１を線材１１に当接させた状態で巻芯２２とともに巻芯２２の回転軸を中心に回動させる。図８及び図９に示すように、ずれ防止部材７１を線材１１に当接させた状態で巻芯２２とともに巻芯２２の回転軸を中心に回動させる範囲は９０度を超える範囲である。

巻芯２２の回転は、サーボモータ３３，３８（図１）を同期して回転駆動させることにより行われ、巻芯２２が回転を開始することにより、ノズル移動機構５２はノズル５１を巻芯２２の軸方向に第二フランジ２４側から第一フランジ２３側に向かって移動させることを再び開始する。この移動の程度は、その巻芯２２が一回転して線材１１を１回巻取る毎に、その線材１１の線径に等しい量だけノズル５１を移動させることになる。

一方、ずれ防止部材７１の回動は回動手段７３により行われ、可動板移動機構７８が巻芯２２の回転軸を中心とする円弧状に可動板７４を移動させるとともに、サーボモータ７５が移動手段である流体圧シリンダ７２を回転させることにより、図９に示すように、その流体圧シリンダ７２により当接位置に移動したずれ防止部材７１を、巻芯２２の回転軸を中心に回動させることになる。このとき、誤差により、ずれ防止部材７１の回転中心が巻芯２２の回転中心からずれていたとしても、流体圧によりずれ防止部材７１を軸方向に移動させて巻線層１２の外周に当接させている流体圧シリンダ７２が、そのずれ防止部材７１の誤差により生じる若干の移動を許容して、その誤差を吸収する。このため、誤差によりずれ防止部材７１が巻線層１２の外周から離れて線材１１との当接が解消するようなことを有効に回避することができる。

図９に示すように、ずれ防止部材７１を線材１１に当接させた状態で巻芯２２とともに巻芯２２の回転軸を中心に回動させ、その巻初めの第一列目を構成することになる線材１１が、９０度を超えて下層の巻線層１２の外周に巻回された後には、流体圧シリンダ７２によりずれ防止部材７１を一点鎖線矢印で示すように線材１１から離間させ、その後巻芯２２を回転させるとともに、その巻芯２２が一回転して線材１１を１回巻取る毎に、ノズル５１を巻芯２２の軸方向にその線材１１の線径に等しい量だけ移動させて、巻幅Ｗ２（図２１）が狭められた巻線層１３（図２１）の形成を継続する。

このように、巻幅が狭められた巻線層１３を形成する場合に、その巻初めの第一列目を構成することになる線材１１にずれ防止部材７１を当接させ、その線材１１のずれを防止した状態で９０度を超えて下層の巻線層１２の外周に巻回させることにより、その巻初めの線材１１を下層の巻線層１２の外表面になじませることができる。

特に、巻幅が狭められると、下層の巻線層１２から引き出された線材１１と、その巻線層１３の第一列目を構成する線材１１は所定の角度で交差することになる。けれども、本発明では、その下層の巻線層１２から引き出された線材１１をずれ防止部材７１に当接させて予め折り曲げておくので、その交差する部分で線材１１が膨らむ様なことは無く、９０度を超えて下層の巻線層１２の外周に巻回された巻初めの線材１１が、その後ずれるようなことを有効に防止することができる。

また、この実施の形態では、図１０に示すように、ずれ防止部材７１を線材１１から離間させてから形成される巻線層の第一列目の線材１１に隣接する第二列目の線材１１を巻線するときに、その第一列目の線材１１にずれ防止部材７１を実線矢印で示すように再び当接させる。そして、そのずれ防止部材７１を線材１１に再び当接させた図１１に示すような状態から、図１２に示すように、そのずれ防止部材７１を巻芯２２とともに巻芯２２の回転軸を中心に回動させる。その範囲は、同様に９０度を超える範囲である。これにより、第一列目の線材１１が第二列目の線材１１に押されて巻芯２２の軸方向外側に移動する様なことを防止できる。そして、線材１１が熱融着性被覆を有する被覆導線であるので、巻回される線材１１に熱風発生手段である熱風発生器９１により熱風を吹き付けてその第一及び第二列目の線材１１を互いに接着させることにより、その後の第三列目の線材１１を巻線したとしても、これらのずれを確実に防止することができる。よって、下層１２から上層１３に移った巻初めの線材１１が巻芯２２の軸方向外側に移動することは防止され、線材１１の整列性を確実に向上させることができる。

この実施の形態では、外周側の二層１３，１４（図２１）が、外周側に向かってその巻幅Ｗ１，Ｗ２（図２１）が順次狭くなる様なコイル１０を得る場合を説明する。このため、上述した手順で、巻幅が縮小された巻線層１３の上に更に巻幅を狭めた巻線層１４を形成することになる。この手順は同様の手順であり、図１３及び図１６に示すように、巻幅が狭められた巻線層１３の終わりの線材１１をその巻線層１３の幅方向の中央に向かうように斜めに引き出す。そして、斜めに引き出されることにより下層１３から上層１４に移行した線材１１にずれ防止部材７１を移行した側から当接させる。

その後、図１４に示すように、線材ガイドであるノズル５１をずれ防止部材７１が当接した側に移動させて線材ガイド５１から線材１１を折り曲げ、その後、図１５に示すようにずれ防止部材７１と線材ガイド５１の間の線材１１が巻芯２２の周方向に延びる位置まで線材ガイド５１を戻す。そして、図１６に示す状態から、図１７の実線矢印で示すように、ずれ防止部材７１を線材１１に当接させた状態で巻芯２２とともに巻芯２２の回転軸を中心に回動させる。この回動が９０度を超えることにより、下層の巻線層１３の外周にその線材１１は巻回され、その更に巻幅が狭められた巻線層１４における巻初めの線材１１を下層の巻線層１３の外表面に確実になじませる。

その後、ずれ防止部材７１を線材１１から離間させてから巻線層１４の形成を継続するけれども、ずれ防止部材７１を線材１１から離間させてから、巻線層１４の第一列目の線材１１に隣接する第二列目の線材１１を巻線するときに、図１８及び図１９に示すように、その第一列目の線材１１にずれ防止部材７１を再び当接させ、そのずれ防止部材７１を線材１１に再び当接させた状態で、図２０に示すように、そのずれ防止部材７１を巻芯２２（図１）とともに巻芯２２の回転軸を中心に回動させる。これにより、第一列目の線材１１が第二列目の線材１１に押されて巻芯２２の軸方向外側に移動する様なことを防止する。

その後、更に巻幅Ｗ１が狭められた巻線層１４（図２１）の形成を継続し、所定の巻幅Ｗ１の巻線層１４が得られた段階で巻芯２２の回転を停止し、その巻線層１４の形成を終了させる。このようにして、図２１に示すように、外周側の数層（この実施の形態では外周側の二層１３，１４）が、外周側に向かってその巻幅が順次狭くなる様なコイル１０を得る。

なお、所望の形状のコイル１０が得られた後には、図１に示すように、把持装置６０の把持片６０ａにより線材１１を把持して線材操出機５０から線材１１が繰出されることを防止した上で、カッタ装置５９（図３）をエアシリンダ５９ａにより切断位置に移動し、その第一コイル１２から線材操出機５０へと延びる線材１１を切断する。

その後、間隔可変機構４１により第一回転体２８に対して第二回転体２９をその軸方向に移動させて、第二フランジ２４を巻芯２２から離間させ、第二フランジ２４における挿入部２４ｂを巻芯２２から離脱させる。それにより巻芯２２の外径を縮小させ、巻芯２２の外周に巻回された線材１１からなるコイル１０をその巻芯２２から離脱させる。これにより、巻芯２２から離脱された所望のコイル１０を得ることができる。

なお、上述した実施の形態では、外周側の二層における巻線層１３，１４が、外周側に向かってその巻幅が順次狭くなる様なコイル１０を用いて説明したけれども、巻幅を規定するようなフランジが無いようなコイルであれば、その巻線層の数は二層に限られずに、何層であって良い。

また、上述した実施の形態では、回転台７７とともに流体圧シリンダ７２をＹ軸の周りに回転させるサーボモータ７５と、そのサーボモータ７５を三軸方向に移動可能な可動板移動機構７８を備えた回動手段７３を説明したけれども、回動手段７３は、移動手段である流体圧シリンダ７２とともにずれ防止部材７１を巻芯２２の回転軸を中心に回動させ得る限り、他の形式のものであっても良い。

また、上述した実施の形態では、移動手段が流体圧シリンダ７２である場合を説明したけれども、移動手段は、伸縮可能なスプリングを用いて構造を簡素化することも可能である。具体的に、図２２に示すように、移動手段は、回転台７７に取付けられた細長いハウジング９２と、そのハウジング９２の内部に長手方向に移動可能に設けられてずれ防止部材７１の基端が接続された移動部材９３と、そのハウジング９２の内部に設けられてずれ防止部材７１をハウジング９３の端部から突出させるように移動部材９３を付勢するコイルスプリング９４とを備えるようなものであっても良い。

このような移動手段を用いる場合には、三軸方向に移動可能な可動板移動機構７８を用いてずれ防止部材７１を当接位置に移動することになり、当接位置に移動したずれ防止部材７１を回動手段７３が巻芯２２の回転軸を中心に回動させることになる。このとき、誤差により、ずれ防止部材７１の回転中心が巻芯２２の回転中心からずれていたとしても、コイルスプリング９４の付勢力に抗して、ずれ防止部材７１がハウジング９２に没入することにより、そのずれ防止部材７１の誤差により生じる若干の移動を許容して、その誤差を吸収する。このため、図２２に示すような移動手段であっても、誤差によりずれ防止部材７１が巻線層１２の外周から離れて線材１１との当接が解消するようなことを有効に回避することができる。

また、上述した実施の形態では、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向伸縮アクチュエータの組み合わせにより構成されたノズル移動機構５２及び可動板移動機構７８を説明したけれども、これらの移動機構はこの構造のものに限るものではなく、ノズル５１及び可動板７４が架台１９に対して３軸方向に移動可能である限り、他の形式のものであっても良い。

また、上述した実施の形態では、断面が円形を成す線材１１を用いて説明したが、線材１１はその断面が方形を成すいわゆる角線であっても良い。

更に、上述した実施の形態では、線材ガイドとしてノズル５１を用いて説明したけれども、線材ガイドは線材１１を所定の位置に繰出し得る限り、他のものであっても良い。例えば、その線材１１が掛け回されるプーリであっても良い。

１１ 線材
２０ コイルの製造装置
２２ 巻芯
５０ 線材操出機
５１ ノズル（線材ガイド）
５２ 移動機構
７０ 線材移動禁止機構
７１ ずれ防止部材
７２ 流体圧シリンダ（移動手段）
７３ 回動手段
９１ 熱風発生機（熱風発生手段）
９２ ハウジング
９３ 移動部材
９４ コイルスプリング

Claims (8)

1. 回転により線材(11)が巻き付けられる巻芯(22)と、線材ガイド(51)を介して前記線材(11)を一定の張力で繰出す線材操出機(50)と、前記線材(11)が繰出される前記線材ガイド(51)を少なくとも前記巻芯(22)の回転軸方向に移動させる移動機構(52)と、前記巻芯(22)に巻回された一部の線材(11)の移動を禁止する線材移動禁止機構(70)とを備えた巻線装置であって、
   前記線材移動禁止機構(70)が、ずれ防止部材(71)と、前記ずれ防止部材(71)を前記巻芯(22)に巻回された前記線材(11)に当接させる当接位置とその線材(11)から離間する離間位置との間で移動させる移動手段(72)と、前記移動手段(72)とともに当接位置の前記ずれ防止部材(71)を前記巻芯(22)の回転軸を中心に回動させる回動手段(73)とを備えた
   ことを特徴とするコイルの製造装置。
2. 移動手段が流体の圧力によりずれ防止部材(71)を移動させる流体圧シリンダ(72)である請求項１記載のコイルの製造装置。
3. 移動手段が、ハウジング(92)と、前記ハウジング(92)の内部に移動可能に設けられてずれ防止部材(71)の基端が接続された移動部材(93)と、前記ハウジング(92)の内部に設けられて前記ずれ防止部材(71)の先端を前記ハウジング(92)から突出させるように前記移動部材(93)を付勢するコイルスプリング(94)とを備える請求項１記載のコイルの製造装置。
4. 線材(11)が熱融着性被覆を有する被覆導線であって、巻回された前記線材(11)に熱風を吹き付けて前記線材(11)を互いに接着させる熱風発生手段(91)を更に備えた請求項１ないし３いずれか１項に記載のコイルの製造装置。
5. 線材(11)を繰出す線材ガイド(51)を巻芯(22)の軸方向一方側から他方側に向けて移動させつつ前記巻芯(22)を回転させることにより前記巻芯(22)の周囲に軸方向一方側から他方側に向けて順次巻回された複数列の線材(11)からなる一の巻線層を形成し、線材(11)を繰出す線材ガイド(51)を前記巻芯(22)の軸方向他方側から一方側に向けて移動させつつ前記巻芯(22)を回転させることにより前記一の巻線層の外周に軸方向他方側から一方側に向けて順次巻回された複数列の線材(11)からなる他の巻線層を形成し、これらを順次繰り返すことにより前記巻芯(22)に複数層の巻線層が積層されたコイルを製造する方法であって、
   前記積層された複数層の巻線層の内の第二層目以降のいずれか一又は二以上の巻線層の形成において、下層から上層に移行した前記線材(11)にずれ防止部材(71)を移行した側から当接させ、
   前記線材ガイド(51)を前記ずれ防止部材(71)が当接した側に移動させて前記ずれ防止部材(71)から前記線材(11)を折り曲げ、
   その後前記ずれ防止部材(71)と前記線材ガイド(51)の間の線材(11)が前記巻芯(22)の周方向に延びる位置まで前記線材ガイド(51)を戻し、
   前記ずれ防止部材(71)を前記線材(11)に当接させた状態で前記巻芯(22)とともに前記巻芯(22)の回転軸を中心に回動させ、
   その後前記ずれ防止部材(71)を線材(11)から離間させてから巻線層の形成を継続する
   ことを特徴とするコイルの製造方法。
6. ずれ防止部材(71)を前記線材(11)に当接させた状態で前記巻芯(22)とともに前記巻芯(22)の回転軸を中心に回動させる範囲が９０度を超える請求項５記載のコイルの製造方法。
7. ずれ防止部材(71)を線材(11)から離間させてから形成される巻線層の第一列目の線材(11)に隣接する第二列目の線材(11)を巻線するときに、前記第一列目の線材(11)にずれ防止部材(71)を再び当接させる請求項５又は６記載のコイルの製造方法。
8. 線材(11)が熱融着性被覆を有する被覆導線であって、巻回される前記線材(11)に熱風を吹き付けて前記線材(11)を互いに接着させる請求項５ないし７いずれか１項に記載のコイルの製造方法。

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