特許 7158507 セラミックノズルおよび巻線機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-13

(45)【発行日】2022-10-21

(54)【発明の名称】セラミックノズルおよび巻線機

(51)【国際特許分類】

   B65H 57/12 20060101AFI20221014BHJP

【ＦＩ】

B65H57/12

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020569644

(86)(22)【出願日】2020-01-28

(86)【国際出願番号】 JP2020002973

(87)【国際公開番号】W WO2020158730

(87)【国際公開日】2020-08-06

【審査請求日】2021-07-13

(31)【優先権主張番号】P 2019013171

(32)【優先日】2019-01-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003029

【氏名又は名称】弁理士法人ブナ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】太田 翔一

【審査官】大谷 謙仁

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－１８０８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１８５６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１７８６６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６５Ｈ ５７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に沿って、線材を案内するための貫通孔を備えてなる円筒体からなるセラミックノズルであって、前記貫通孔を形成する内周面の粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、前記粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、前記粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）が１．６μｍ以下であり、
前記粗さ曲線における算術平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下であり、
前記算術平均粗さ（Ｒａ）の変動係数が０．２以下であり、
前記内周面の前記軸方向に沿う粗さ曲線におけるスキューネス（Ｒ _ＳＫ１ ）は、前記円筒体の外周面の円周方向に沿う粗さ曲線におけるスキューネス（Ｒ _ＳＫ２ ）よりも小さい、セラミックノズル。

【請求項2】

前記切断レベル差（Ｒδｃ）の変動係数が０．３以下である、請求項１に記載のセラミックノズル。

【請求項3】

前記スキューネス（Ｒ_ＳＫ１）は０または負の値を示し、前記スキューネス（Ｒ_ＳＫ２）は正の値を示す、請求項１または２に記載のセラミックノズル。

【請求項4】

請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセラミックノズルを用いてなる、巻線機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、セラミックノズルおよび巻線機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、高周波コイル等のインダクタに巻線を行う自動巻線機では、巻線用の線材を案内するためのセラミックノズルが用いられている。

【0003】

このようなセラミックノズルとして、特許文献１では、線材を案内するための貫通孔を備え、セラミック等の脆性材料からなるセラミックノズルが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平９－６３８８３号公報

【発明の概要】

【0005】

本開示のセラミックノズルは、軸方向に沿って、線材を案内するための貫通孔を備えてなり、前記貫通孔を形成する内周面の粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、前記粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、前記粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）が１．６μｍ以下である。

【0006】

本開示の巻線機は、上記セラミックノズルを用いてなる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示のセラミックノズルを備えてなる巻線機の概略構成を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。

【図2】本開示のセラミックノズルを用いた巻線の状態を示す模式図である。

【図3】本開示のセラミックノズルの一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は軸を含む断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、本明細書の全図において、混同を生じない限り、同一部分には同一符号を付し、その説明を適時省略する。

【0009】

以下、図面を参照して、本開示のセラミックノズルおよび巻線機について詳細に説明する。

【0010】

図１は、本開示のセラミックノズルを備えてなる巻線機の概略構成を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。

【0011】

図２は、本開示のセラミックノズルを用いた巻線の状態を示す模式図である。

【0012】

図３は、本開示のセラミックノズルの一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は軸を含む断面図である。

【0013】

図１に示す巻線機３０は、ドラム１から供給された線材２は、ガイドローラー３、４を経て円筒体からなるセラミックノズル５に案内され、セラミックノズル５に案内された線材２は、その先端部がチャック６により挟持される。

【0014】

セラミックノズル５は、図３（ｂ）に示すように、軸方向に沿って、線材２を案内するための貫通孔５ａを備えており、線材２の供給口側および排出口側の内周面がいずれも湾曲しながら拡径している。

【0015】

セラミックノズル５は、例えば、全長Ｌ_１が２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下、線材２の供給口側の外径Ｄ_１が１．８ｍｍ以上２ｍｍ以下、線材２の排出口側の外径Ｄ_２が１ｍｍ以上１．４ｍｍ以下、貫通孔５ａの直径Ｄ_３が０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下である。

【0016】

また、セラミックノズル５はプレート７およびクランク８を介してブロック９に支持されている。線材２を巻き付けるためのコイルボビン１０は、コイルボビン１０をその先端部で固定する回転軸１１がセラミックノズル５の軸に対して垂直になるように設置されている。

【0017】

ここで、セラミックノズル５はエアシリンダ１２のストロークによって回転する。

【0018】

また、ブロック９は、以下のような機構により、三次元方向に自由に移動し、この移動に伴ってセラミックノズル５も移動する。

【0019】

まず、ブロック９はパルスモーター１３の駆動により、Ｘ軸方向に位置決めされる。具体的には、送りねじ１４およびブロック１５を介して、フレーム１６に摺動自在に支持されたスライド軸１７によりブロック９が押し動かされ、Ｘ軸方向に位置決めされる。

【0020】

同様に、ブロック９は、パルスモーター１８の駆動により、送りねじ１９およびブロック２０を介してＹ軸方向に、また、パルスモーター２１の駆動により送りねじ２２およびスライドブロック２３を介してＺ軸方向にそれぞれ位置決めされる。

【0021】

このように、コイルボビン１０の周辺で、セラミックノズル５は三次元方向の位置が決められ、この位置決めによりコイルボビン１０への線材２の巻線作業は以下のようにしてなされる。

【0022】

まず、セラミックノズル５とチャック６との間で張力を与えられた線材２が、セラミックノズル５の貫通孔５ａを挿通して、図２に示すように、コイルボビン１０の第１端子２４に固定される。

【0023】

その後、セラミックノズル５がＸ軸方向へ移動させられつつ、回転軸１１がプーリー等を介してパルスモーター２５によって回転駆動させられることにより、回転軸１１の先端部に固定されたコイルボビン１０は回転して、線材２はコイルボビン１０に巻き付けられる。コイルボビン１０への巻き付けが終了した後、線材２は第２端子２６に固定される。

【0024】

図１に示す巻線機３０に備えられた本開示のセラミックノズル５は、貫通孔５ａを形成する内周面５ｂの粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、前記粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）が１．６μｍ以下である。

【0025】

負荷長さ率Ｒｍｒとは、以下の式（１）に示されるように、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１で規定されている粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さＬだけ抜き取り、この抜き取り部分の粗さ曲線を山頂線に平行な切断レベルで切断したときに得られる切断長さη１，η２，・・・、ηｎの和（負荷長さηp）の、基準長さＬに対する比を百分率で表した値であり、高さ方向およびこの高さ方向に垂直な方向の表面性状を示すものである。
Ｒｍｒ＝ηp／Ｌ×１００・・・（１）
ηｐ：η１＋η２＋・・・・＋ηｎ
このような負荷長さ率Ｒｍｒに対応する、２種類の負荷長さ率それぞれに対応する切断レベルＣ（Ｒｒｍｒ）およびこれら切断レベルＣ（Ｒｒｍｒ）同士の差を表す切断レベル差（Ｒδｃ）も、表面の高さ方向およびこの高さ方向に垂直な方向の表面性状に対応する。切断レベル差（Ｒδｃ）が大きい場合、測定の対象とする表面の凹凸は大きいが、小さい場合には、その表面の凹凸は小さく比較的平坦といえる。

【0026】

切断レベル差（Ｒδｃ）が１．６μｍ以下であると、内周面５ｂの凹凸が小さく、比較的平坦となるので、内周面５ｂからの脱粒が発生しにくくなる。その結果、貫通孔５ａの直径が小さくなっても、脱粒によって生じる断線を抑制することができる。

【0027】

また、切断レベル差（Ｒδｃ）の変動係数が０．３以下であってもよい。

【0028】

切断レベル差（Ｒδｃ）の変動係数は、切断レベル差（Ｒδｃ）の標準偏差を√Ｖ_１、切断レベル差（Ｒδｃ）の平均値をＸ_１としたとき、√Ｖ_１／Ｘ_１で表される値である。

【0029】

切断レベル差（Ｒδｃ）の変動係数が上記範囲であると、内周面５ｂの凹凸のばらつきが小さくなるので、内周面５ｂからの脱粒がさらに発生しにくくなり、この脱粒によって生じる断線の抑制効果が高くなる。

【0030】

また、粗さ曲線における算術平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下であってもよい。

【0031】

算術平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下であると、内周面５ｂの凹凸がより小さくなるので、内周面５ｂからの脱粒がさらに発生しにくくなり、この脱粒によって生じる断線を抑制することができる。

【0032】

また、算術平均粗さ（Ｒａ）の変動係数が０．２以下であってもよい。

【0033】

算術平均粗さ（Ｒａ）の変動係数が内周面５ｂの凹凸のばらつきが小さくなるので、内周面５ｂからの脱粒がさらに発生しにくくなり、この脱粒によって生じる断線の抑制効果が高くなる。

【0034】

ここで、算術平均粗さ（Ｒａ）の変動係数は、算術平均粗さ（Ｒａ）の標準偏差を√Ｖ_２、算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値をＸ_２としたとき、√Ｖ_２／Ｘ_２で表される値である。

【0035】

本開示では、粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）および算術平均粗さ（Ｒａ）は、いずれもＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠した測定モードを有するレーザー顕微鏡装置（例えば、(株)キーエンス社製（ＶＫ－９５１０））を用いて求めればよい。レーザー顕微鏡ＶＫ－９５１０を用いる場合、例えば、測定モードをカラー超深度、ゲインを９５３、測定倍率を４００倍、１箇所当りの測定範囲を６８０μｍ～７３０μｍ（軸方向）×１５μｍ～２５０μｍ（円周方向）、測定ピッチを０．０５μｍ、輪郭曲線フィルタλｓを２．５μｍ、輪郭曲線フィルタλｃを０．０８ｍｍとして測定範囲毎に上記各表面性状を示す値を求めればよい。測定範囲の個数は、線材の供給口側および排出口側が拡径している部分を除く内周面５ｂのうち、等間隔に少なくとも８個とし、円周方向の長さは、貫通孔５ａの直径に応じて測定範囲が広くなるように設定すればよい。

【0036】

また、内周面５ｂの軸方向に沿う粗さ曲線におけるスキューネス（Ｒ_ＳＫ１）は、外周面の円周方向の粗さ曲線におけるスキューネス（Ｒ_ＳＫ２）よりも小さくてもよい。

【0037】

ここで、スキューネス（Ｒ_ＳＫ）とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に規定されており、粗さ曲線における平均高さを中心線とした際における山部と谷部との比率を示す指標である。

【0038】

スキューネス（Ｒ_ＳＫ１）がスキューネス（Ｒ_ＳＫ２）よりも小さいと、内周面５ｂにおける山の部分の平坦性が外周面５ｃにおける山の部分の平坦性よりも高くなるので、線材２に対する内周面５ｂの攻撃性が抑制される。一方、外周面５ｃにおける山の部分の急峻性は内周面５ｂにおける山の部分の急峻性よりも高くなるので、外周面５ｃをエポキシ系の接着剤によってブロック９に接着する場合、アンカー効果が得られやすく、セラミックノズル５が振動しても信頼性を維持することができる。

【0039】

この効果は、内周面５ｂの軸方向に沿う粗さ曲線における算術平均粗さ（Ｒ_ａ１）と外周面の円周方向に沿う粗さ曲線における算術平均粗さ（Ｒ_ａ２）とがほぼ同等、例えば、０．０５μｍ以上０．２０μｍ以下である場合についても生じる。

【0040】

例えば、スキューネス（Ｒ_ＳＫ１）は－０．８以上０．８以下であり、スキューネス（Ｒ_ＳＫ２）は１以上２以下である。

【0041】

特に、スキューネス（Ｒ_ＳＫ１）は０または負の値を示し、スキューネス（Ｒ_ＳＫ２）は正の値を示すとよい。このような場合、線材２に対する内周面５ｂの攻撃性がさらに抑制されるとともに、信頼性が向上する。

本開示では、粗さ曲線におけるスキューネス（Ｒ_ＳＫ１、Ｒ_ＳＫ２）および算術平均粗さ（Ｒ_ａ１、Ｒ_ａ２）は、いずれもＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠した測定モードを有するレーザー顕微鏡（(株)キーエンス製、ＶＫ－Ｘ１１００またはその後継機種）を用いて測定することができる。測定条件としては、まず、倍率を４８０倍、カットオフ値λｓを無し、カットオフ値λｃを０．０８ｍｍ、カットオフ値λｆを無し、測定対象とする内周面５ｂおよび外周面５ｃから１か所当たりの測定範囲をそれぞれ７０５μｍ×５３０μｍに設定する。

【0042】

ここで、測定範囲の設定にあたっては、倍率を４８０倍として観察した表面のうち、その表面の特徴を示す代表的な部分を選択すればよい。そして、各測定範囲毎に内周面５ｂは長手方向に、また、外周面５ｃは短手方向に沿って、略等間隔となるように測定対象とする線を３本引く。それぞれの線に対して線粗さ計測を行い、９通りの組み合わせでスキューネス（Ｒ_ＳＫ１）とスキューネス（Ｒ_ＳＫ２）とを比べればよい。なお、外周面５ｃにおける測定長は３８０μｍであり、内周面５ｂにおける測定長は５５０μｍである。

【0043】

本開示のセラミックノズルは、例えば、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、炭化珪素または窒化珪素を主成分とするセラミックスからなるノズルである。

【0044】

セラミックスにおける主成分とは、セラミックスを構成する成分の合計１００質量％のうち７０質量％以上を占める成分をいう。セラミックスを構成する成分は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて同定すればよい。各成分の含有量は、成分を同定した後、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）またはＩＣＰ発光分光分析装置を用いて、成分を構成する元素の含有量を求め、同定された成分に換算すればよい。

【0045】

酸化ジルコニウムが主成分である場合、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ネオジム（Ｎｄ_２Ｏ_３）および酸化カルシウム（ＣａＯ）から選ばれる少なくとも１種を含んでいてもよい。

【0046】

酸化アルミニウムが主成分である場合、酸化珪素（ＳｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）から選ばれる少なくとも１種を含んでいてもよい。

【0047】

次に、本開示のセラミックノズルの製造方法の一例について説明する。

【0048】

まず、酸化ジルコニウムを主成分として、イットリウムを酸化物に換算して２ｍｏｌ％以上４ｍｏｌ％以下含むセラミックノズルを得るには、酸化ジルコニウムの粉末および酸化イットリウムの粉末の合計１００ｍｏｌ％中、酸化イットリウムの粉末が２ｍｏｌ％以上４ｍｏｌ％以下となるように調合する。

【0049】

また、酸化ジルコニウムを主成分として、マグネシウムおよびカルシウムの少なくともいずれかを酸化物に換算して８ｍｏｌ％以上１２ｍｏｌ％以下含むセラミックノズルを得るには、上記セラミック原料の粉末および上記第２族元素の酸化物の粉末の合計１００ｍｏｌ％中、第２族元素の酸化物の粉末が８ｍｏｌ％以上１２ｍｏｌ％以下となるように調合する。

【0050】

酸化ジルコニウムの平均粒径（Ｄ_５０）は、例えば、０．１μｍ以上１μｍ以下である。
次に、調合した原料に、メタクリル酸イソブチル（ｉＢＭＡ）、メタクリル酸イソブチル（ｉＢＭＡ）、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂およびパラフィンワックス、マイクロワックス等をバインダとして添加し、混練装置を用いて混練して可塑化混合物を得る。ここで、混練装置は、例えば、加圧式ニーダーであり、１４０～１６０℃程度の温度で混練すればよい。

【0051】

混練終了後、可塑化混合物が軟化する温度に加熱された押出成形機に可塑化混合物を投入して、筒状の成形体を得る。

【0052】

なお、セラミックノズルの貫通孔を形成する内周面は成形体を得るために押出成形機内に設置されるマンドレル（芯金）の外周面を略転写する。

【0053】

従って、本開示のセラミックノズルを得るには、粗さ曲線における２５％の負荷長さ率での切断レベルと、粗さ曲線における７５％の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）が１．６μｍ以下である外周面を有するマンドレル（芯金）を用いる。

【0054】

同様に、切断レベル差（Ｒδｃ）の変動係数が０．３以下であるセラミックノズルを得るには、マンドレル（芯金）の外周面の粗さ曲線における切断レベル差（Ｒδｃ）の変動係数を０．３以下とすればよい。

【0055】

また、粗さ曲線における算術平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下であるセラミックノズルを得るには、マンドレル（芯金）の外周面の粗さ曲線における算術平均粗さ（Ｒａ）を１μｍ以下とすればよい。

【0056】

また、算術平均粗さ（Ｒａ）の変動係数が０．２以下であるセラミックノズルを得るには、マンドレル（芯金）の外周面の粗さ曲線における算術平均粗さ（Ｒａ）の変動係数を０．２以下とすればよい。

【0057】

得られた成形体を順次、脱脂、焼成することで、円筒状の焼結体を得ることができる。ここで、焼成雰囲気は大気雰囲気、焼成温度は１３００℃以上１７００℃以下とし、保持時間は２時間以上４時間以下とすればよい。得られた焼結体の両端面に研削加工を施すことにより、本開示のセラミックノズルを得ることができる。

【0058】

内周面の軸方向に沿う粗さ曲線におけるスキューネス（Ｒ_ＳＫ１）が、円筒体の外周面の径方向に沿う粗さ曲線におけるスキューネス（Ｒ_ＳＫ２）よりも小さくするには、内周面を焼成面とし、外周面を径方向に沿ってセンタレス加工を施せばよい。

【0059】

また、スキューネス（Ｒ_ＳＫ１）が０または負の値を示し、スキューネス（Ｒ_ＳＫ２）が正の値を示すようにするには、外周面を径方向に沿ってセンタレス加工を施し、ＪＩＳ Ｒ ６００１－２：２０１７で規定する粒度が＃２４０以下の研削材を用いればよい。

【0060】

なお、本開示は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。

【符号の説明】

【0061】

１ ：ドラム
２ ：線材
３、４：ガイドローラー
５ ：セラミックノズル
６ ：チャック
７ ：プレート
８ ：クランク
９ ：ブロック
１０ ：コイルボビン
１１ ：回転軸
１２ ：エアシリンダ
１３ ：パルスモーター
１４ ：送りねじ
１５ ：ブロック
１６ ：フレーム
１７ ：スライド軸
１８ ：パルスモーター
１９ ：送りねじ
２０ ：ブロック
２１ ：パルスモーター
２２ ：送りねじ
２３ ：スライドブロック
２４ ：第１端子
２５ ：パルスモーター
２６ ：第２端子
３０ ：巻線機

【図1】

【図2】

【図3】