巻線機のテンション付与装置

【課題】ワイヤにテンションを付与しつつ、ワイヤの被覆の損傷を予防し、被巻線体に精度良くワイヤを巻線できる巻線機のテンション付与装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る巻線機のテンション付与装置１００は、電磁ブレーキ２１を備えた回転自在のテンションローラ２２と、テンションローラ２２の外周面にワイヤ１を挟んで押圧しながら、テンションローラ２２の回転スピードに合わせてテンションローラ２２と反対方向に回転してワイヤ１を巻付テンションローラ３２に送出する押圧ローラ２３とを有する押圧搬送機構２０を備えたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コイル用の巻線機においてノズルの移動に合わせてワイヤにテンションを付与する巻線機のテンション付与装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コイル用の巻線機では、ワイヤにテンションを付与することでワイヤの振動を抑制し、巻枠に対する位置決め精度が向上する。
これにより、コイルを所定の形状に整列して形成することができる。
テンションが大き過ぎる場合には、ワイヤの断線や伸びが大きくなるという問題があるため、ワイヤに対して所定の引っ張り力を維持することが望まれる。
ワイヤにテンションを付与する装置の例としては、例えば特許文献１のような装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２５５８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１においては、電磁ブレーキによってテンションを付与する構造が示されている。
電磁ブレーキ部分で発生するテンションの大きさＦ２は、ブレーキトルクＴｂをプーリの半径Ｒｐで除した値となる（後述、式１）。
また、ワイヤガイドによる一次テンションをＦ１としたとき、ワイヤとプーリの間で滑りが生じない条件は、ワイヤのプーリへの巻き付け角をθ、ワイヤとプーリの摩擦係数をμとすると「オイラーのベルト理論」により、次の式２となる。
Ｆ２＝Ｔｂ／Ｒｐ（式１）
Ｆ２＜Ｆ１・ｅｘｐ（μ・θ）（式２）
電磁ブレーキによる所定のテンションを正しく付与するためには、ワイヤとプーリに滑りが生じないことが必要条件となる。滑りを生じることなくより大きなテンションを付与するためには、次のような方策がある。
（１）一次テンションＦ１を大きくする。
（２）ワイヤとプーリの摩擦係数を大きくする。
（３）ワイヤとプーリの巻き付け角を大きくする。
特許文献１によれば、一次テンションＦ１を、ワイヤガイドを用いてワイヤを挟み込むことにより発生させている。
【０００５】
ワイヤの挟み込みのための機構では、ワイヤとワイヤガイドの間の滑り摩擦によりテンションを与える。
ワイヤの表面には、エナメルなどの絶縁被覆が存在する。
従って、滑り摩擦によって被覆が損傷しないように工夫を施す必要がある。
テンションＦ１は、挟み込み力Ｎと摩擦係数μ２により次の式３で与えられる。
Ｆ１＝μ２・Ｎ（式３）
ここで、テンションＦ１を大きくするために、Ｎを大きくすればワイヤを変形させる課題があった。
また、μ２を大きくすればワイヤとワイヤガイドの間で、滑りによりワイヤ被覆が損傷するという課題もあった。
【０００６】
本発明は、これらの課題を解決するためになされたものであり、ワイヤの変形や被覆損傷の確率を低減し、ワイヤに対してより大きなテンションを付与できる、巻線機のテンション付与装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る巻線機のテンション付与装置は、
回転抵抗付与機構を備えた巻付テンションローラにワイヤを巻き付け、巻付テンションローラの回転抵抗によりワイヤにテンションを付与する巻付テンション機構を備えた巻線機のテンション付与装置において、
回転抵抗付与機構を備えた回転自在のテンションローラとテンションローラの外周面にワイヤを挟んで押圧しながら、外周面の回転スピードに合わせてテンションローラと反対方向に回転してワイヤを巻付テンションローラに送出する押圧ローラとを有する押圧搬送機構を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る巻線機のテンション付与装置は、
回転抵抗付与機構を備えた回転自在のテンションローラとテンションローラの外周面にワイヤを挟んで押圧しながら、外周面の回転スピードに合わせてテンションローラと反対方向に回転してワイヤを巻付テンションローラに送出する押圧ローラとを有する押圧搬送機構を備えたものなので、
テンションローラと押圧ローラによって十分なテンションをワイヤに付与することができる。
【０００９】
また、ワイヤと、巻付テンションローラ及び巻付テンションローラとの間でも滑りが発生せず、ワイヤに付与する最大テンションを大きくすることができる。
また、ワイヤが各部品との間で摺動摩擦しないので、ワイヤの絶縁被覆へのダメージを与えずに十分に高いテンションをワイヤに付与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る巻線機のテンション付与装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る巻線機のテンション付与装置に架設したワイヤの取付模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る巻線機のテンション付与装置の押圧搬送機構の斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る巻線機のテンション付与装置の押圧搬送機構の正面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る巻線機のテンション付与装置の押圧搬送機構の側面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る巻線機のテンション付与装置の巻付テンション機構の斜視図、正面図、側面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る巻線機のテンション付与装置の他の巻付テンション機構の斜視図、正面図、側面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る巻線機のテンション付与装置の巻付テンションローラの配置例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る巻線機のテンション付与装置に架設したワイヤの取付模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る巻線機のテンション付与装置に架設したワイヤの取付模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る巻線機のテンション付与装置の機械式ブレーキ６０の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、本発明に係る巻線機のテンション付与装置の実施の形態１を、図を用いて説明する。
図１は、巻線機のテンション付与装置１００（以下、装置１００という）の斜視図である。
図２は、装置１００に架設したワイヤ１の取付模式図である。
ワイヤ１は、図の右手に設置した図示しないワイヤドラムから装置１００に供給される。
【００１２】
図３は、装置１００の押圧搬送機構２０の斜視図である。
図４は、押圧搬送機構２０の正面図である。
図５は、押圧搬送機構２０の側面図である。
押圧搬送機構２０は、電磁ブレーキ２１の回転軸に接続されたテンションローラ２２と、押圧ローラ２３等で構成されている。
ワイヤ１はテンションローラ２２と押圧ローラ２３の間に挟み込まれてこれらの間を通過する。この時、テンションローラ２２と押圧ローラ２３は互いに逆方向に、それぞれの外周面が同じスピードで回転する。
押圧ローラ２３は、回転自在のローラであり、リニアガイド２４を介して、上下に動作するシリンダ２５に接続されている。
このシリンダ２５を上下に動作させることによって、押圧ローラ２３のテンションローラ２２に対する押圧力を調整できる。
そして、押圧ローラ２３の押圧力と、回転抵抗付与機構としての電磁ブレーキ２１の制動力によってワイヤ１にテンションを付与し、ワイヤ１が滑らないように制御する。
また、テンションローラ２２の外周面はゴム又はシリコン加工を施してワイヤの滑りを防止する。
【００１３】
図６（ａ）は、巻付テンション機構３０の斜視図である。
図６（ｂ）は、巻付テンション機構３０の正面図である。
図６（ｃ）は、巻付テンション機構３０の側面図である。
巻付テンション機構３０は、電磁ブレーキ３１と、電磁ブレーキ３１の回転軸に接続された巻付テンションローラ３２で構成されている。
先に説明したテンションローラ２２と、これから説明する巻付テンションローラ３２は、いずれもワイヤ１に対してテンションを付与する点で機能は共通する。
しかし、巻付テンションローラ３２は、ワイヤ１を巻き付けて、ローラ面とワイヤ１との摩擦力と電磁ブレーキ３１の制動力によってテンションを付与する点が先のテンションローラ２２と異なる。
【００１４】
押圧搬送機構２０を通過したワイヤ１は、押圧搬送機構２０の押圧ローラ２３の上端部と、巻付テンション機構３０の巻付テンションローラ３２の下端部とを結ぶ直線上であって、巻付テンションローラ３２の直近に設けたガイド７の横穴に導かれる。
そして、ワイヤ１は、巻付テンションローラ３２に、下側から時計回りに概略３／４周分の角度に渡って巻き付けられる。
巻付テンションローラ３２の外周は溝になっているのでワイヤ１が外れることはない。
また、巻付テンションローラ３２の外周の溝面はゴム又はシリコン加工を施してワイヤの滑りを防止する。
【００１５】
図７（ａ）は、巻付テンション機構４０の斜視図である。
図７（ｂ）は、巻付テンション機構４０の正面図である。
図７（ｃ）は、巻付テンション機構４０の側面図である。
巻付テンション機構４０は、回転抵抗付与機構としてのサーボモータ４１と、サーボモータ４１の回転軸に接続された巻付テンションローラ４２で構成されている。
ワイヤ１は、先述のガイド７の縦穴を通って、巻付テンションローラ３２の右端部と巻付テンションローラ４２の左端部とを結ぶ直線上であって、巻付テンションローラ４２の直近に設けたガイド１０の縦穴に導かれる。
【００１６】
そして、ワイヤ１は、巻付テンションローラ４２に、向かって左端から反時計回りに概略３／４周分の角度に渡って巻き付けられる。
その後、ワイヤ１は、先のガイド１０の横穴を通って、図示しないノズルを介して被巻線体に供給される。
【００１７】
次に、ワイヤ１に付与されるテンションについて、図２を用いて説明する。
押圧搬送機構２０のテンションローラ２２によってワイヤ１に発生するテンションＦ１は、
電磁ブレーキ２１による摩擦トルクをτ１とし、テンションローラ２２の半径をｒ１とするとき、次式で表される。
Ｆ１＝τ１／ｒ１
【００１８】
次に、巻付テンション機構３０の巻付テンションローラ３２によって発生するテンションＦ２は、電磁ブレーキ３１による摩擦トルクをτ２、巻付テンションローラ３２の半径をｒ２とするとき、次式で表される。
Ｆ２＝τ２／ｒ２
【００１９】
このとき、巻付テンションローラ３２の巻き付け角θ２及び、巻付テンションローラ３２とワイヤ１の摩擦係数μ２を用いて、オイラーのベルト理論により次式の条件を設定する。
Ｆ２≦Ｆ１・ｅｘｐ（μ２・θ２）
Ｆ２の値がこの条件を満たすようにτ２の値を制御することによって、巻付テンションローラ３２とワイヤ１の間での滑りの発生を防止できる。
【００２０】
同様に、巻付テンション機構４０の巻付テンションローラ４２によって発生するテンションＦ３は、サーボモータ４１による摩擦トルクをτ３、巻付テンションローラ４２の半径をｒ３とするとき、次式で表される。
Ｆ３＝τ３／ｒ３
【００２１】
このとき、巻付テンションローラ４２の巻き付け角θ３及び、巻付テンションローラ４２とワイヤ１の摩擦係数μ３を用いて、オイラーのベルト理論により次式の条件が設定する。
Ｆ３≦（Ｆ１＋Ｆ２）・ｅｘｐ（μ３・θ３）
Ｆ３の値がこの条件を満たすようにτ３の値を制御することによって、巻付テンションローラ４２とワイヤ１の間での滑りの発生を防止できる。
【００２２】
以上の結果、被巻線体にかかるテンションは、Ｆ１、Ｆ２及びF３の総和となる。
また、各条件設定を満たす限り、ワイヤ１と各テンションローラは、転がりによる相対運動をし、滑り運動は発生しない。
【００２３】
本実施の形態では、巻付テンション機構３０には電磁ブレーキ３１を使用し、巻付テンション機構４０にはサーボモータ４１を使用して、ワイヤ１に付与するテンションを調整した。
この理由は、サーボモータ４１による調整は、電磁ブレーキ３１による調整に比べて微妙な制御が可能だからである。
しかしながら、ワイヤの太さや種類によって電磁ブレーキだけで構成しても良いし、サーボモータだけで構成しても良い。
【００２４】
シリンダ２５の押圧力、電磁ブレーキ３１とサーボモータ４１の回転抵抗の付与は、以下のように行う。
（１）まず、テンションローラ２２と押圧ローラ２３の間にワイヤ１を挟んだ状態で、シリンダ２５に適当な押圧指令を仮出力する。
（２）次に、電磁ブレーキ２１に対して適当な制動指令値を出力する。
（３）手作業でワイヤ１を引き出し、この時にワイヤ１に付与されているテンションを測定する。
（４）測定したテンションを元に、先の各指令値を増減させて所望のテンションを得る。
（５）次に、巻付テンション機構３０にワイヤ１を巻き付ける。
（６）巻付テンション機構３０に回転抵抗を付与する適度な指令を与える。
（７）手作業でワイヤ１を引き出し、ワイヤ１に付与されたテンションを測定する。
（８）測定したテンションを元に、巻付テンション機構３０に与えた指令値を増減させて所望のテンションを得る。
（９）次に、巻付テンション機構４０にもワイヤ１を巻き付けてサーボモータ４１に与える指令値の設定を同様におこなう。
【００２５】
図８は、巻付テンションローラの他の配置例を示す図である。
巻付テンションローラの配置は先に説明した配置に限られるものではなく例えば図８のような配置であっても良い。また、巻付テンションローラは２個に限られるものでもなく３個以上でも良い。
【００２６】
なお、同じ装置１００の設置スペース内で、巻付テンションローラ３２、４２に対するワイヤ１の巻き付け角度を大きく取るためには、巻付テンションローラ３２と巻付テンションローラ４２へのワイヤ１の巻き付けは、８の字を描くようにする方が有利である。
【００２７】
本発明の実施の形態１に係る巻線機のテンション付与装置１００によれば、テンションローラ２２と押圧ローラ２３によって十分なテンションをワイヤ１に付与することができる。
また、ワイヤ１と、巻付テンションローラ３２及び巻付テンションローラ４２との間でも滑りが発生せず、ワイヤ１に付与する最大テンションを大きくすることができる。
また、ワイヤ１が各部品との間で摺動摩擦しないので、ワイヤ１の絶縁被覆へのダメージを与えずに十分に高いテンションをワイヤ１に付与できる。
【００２８】
実施の形態２．
以下、本発明に係る巻線機のテンション付与装置の実施の形態２を、図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図９（ａ）は、巻線機のテンション付与装置に架設したワイヤ１の取付模式図である。
図９（ａ）に示すワイヤ１の取り回し順は、実施の形態１とまったく同じである。
本実施の形態では、巻付テンションローラ２３２と巻付テンションローラ２４２との間に、中間ローラ５０を設けている。
この中間ローラ５０を使用すると、例えば図９（ａ）のように２個の巻付テンションローラを使用したり、図９（ｂ）のように中間ローラ５０からワイヤ１を直接ノズルに導いて巻付テンションローラ２４２を使用しない運用をしたりできる。
【００２９】
同じ巻線機を使用して様々なコイルを巻線する場合、コイルの大きさや、ワイヤの太さ、線材によって付与するテンションは様々である。
実施の形態１では押圧ローラ、電磁ブレーキ、サーボモータを使用してテンションを調整したが、付与するテンションを大きく変更するには、使用する巻付テンションローラの数を調整することが効果的である。
【００３０】
本実施の形態の巻線機のテンション付与装置によれば、巻付テンションローラ間に中間ローラ５０を設けるだけで容易にテンションを大きく変更して様々な線材に対応することができる。
【００３１】
実施の形態３．
以下、本発明に係る巻線機のテンション付与装置の実施の形態３を、図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１０（ａ）は、巻線機のテンション付与装置に架設したワイヤ１の取り付け模式図である。
本実施の形態では、各巻付テンションローラに巻き付けるワイヤ１の巻き付け角度を調整できるように移動ローラ３５０、３５１を備えている。
図１０（ｂ）に示すように、移動ローラ３５０、３５１を左右に移動することによって容易に各巻付テンションローラに対するワイヤ１の巻き付け角度を調整できる。
ワイヤ１の巻き付け角度を大きくすることによって、ワイヤ１に付与できるテンションを大幅に増加できる。
【００３２】
実施の形態４．
以下、本発明に係る巻線機のテンション付与装置の実施の形態４を、図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１１は、機械式ブレーキ６０の断面模式図である。
本実施の形態では電磁ブレーキや、サーボモータの代わりに、機械式ブレーキ６０を使用してワイヤ１にテンションを付与する。
巻付テンションローラの軸６３は、粘性流体６４を充填したハウジング６１に回転可能に軸支持されている。
ハウジング６１の中の軸６３には、はねが取り付けられており、回転時に粘性流体６４を受けて回転抵抗が生じる。
【００３３】
本発明の実施の形態４に係る機械式ブレーキ６０によれば、簡便な構造で一定の制動力を確保できる。
これにより、低コストな巻線機のテンション付与装置を提供できる。
【符号の説明】
【００３４】
ｒ１，ｒ２，ｒ３半径、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３テンション、２０押圧搬送機構、
２１，３１電磁ブレーキ、２２テンションローラ、２３押圧ローラ、
２４リニアガイド、２５シリンダ、３０，４０巻付テンション機構、
３２，４２，２３２，２４２巻付テンションローラ、４１サーボモータ、
７，１０ガイド、５０中間ローラ、３５０，３５１移動ローラ、
６０機械式ブレーキ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転抵抗付与機構を備えた巻付テンションローラにワイヤを巻き付け、前記巻付テンションローラの回転抵抗により前記ワイヤにテンションを付与する巻付テンション機構を備えた巻線機のテンション付与装置において、
回転抵抗付与機構を備えた回転自在のテンションローラと、前記テンションローラの外周面に前記ワイヤを挟んで押圧しながら、前記外周面の回転スピードに合わせて前記テンションローラと反対方向に回転して前記ワイヤを前記巻付テンションローラに送出する押圧ローラとを有する押圧搬送機構を備えた巻線機のテンション付与装置。
【請求項２】
前記押圧ローラの押圧力は調整可能である請求項１に記載の巻線機のテンション付与装置。
【請求項３】
前記巻付テンション機構を複数備えた請求項１又は請求項２に記載の巻線機のテンション付与装置。
【請求項４】
複数の前記巻付テンション機構の各前記巻付テンションローラに、前記ワイヤを順次８の字型に巻き付ける請求項３に記載の巻線機のテンション付与装置。
【請求項５】
前記巻付テンションローラに対する前記ワイヤの巻き付け角度を可変とする移動ローラを備えた請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の巻線機のテンション付与装置。
【請求項６】
複数の前記巻付テンションローラの間に中間ローラを配置した請求項３又は請求項４に記載の巻線機のテンション付与装置。
【請求項７】
前記巻付テンションローラ及び前記テンションローラに備えた各回転抵抗付与機構は、サーボモータ又は電磁ブレーキである請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の巻線機のテンション付与装置。
【請求項８】
前記各回転抵抗付与機構の制動力は可変である請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の巻線機のテンション付与装置。
【請求項９】
前記巻付テンションローラ及び前記テンションローラに備えた各回転抵抗付与機構は、機械式ブレーキである請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の巻線機のテンション付与装置。
【請求項１０】
前記巻付テンションローラ又は前記テンションローラの少なくとも１つの外周面はゴム加工、又はシリコン加工を施してある請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の巻線機のテンション付与装置。

【図１】