JP2001247260A - 張力制御装置及び張力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確で、信頼性があり、低コストのファイバ
トウ張力調整装置を提供すること。 【解決手段】 本発明によれば、スプールホルダを有す
る支持フレーム２４と、スプールホルダを駆動するモー
タと、上に方向変換ローラを有する自由端及び角度位置
センサと協働するように回転可能に取り付けられた固定
端部と、力を及ぼすようにダンサアーム５０及び支持プ
レートに取り付けられた低摩擦空気シリンダ５８と、第
２の角度位置と協働するように取り付けられた第２の方
向変換ローラと、前記ダンサアームの位置に応じてモー
タ４２を制御することによってファイバの張力を制御す
るためのコントローラ１８及び関連回路と、を有する１
つまたは複数のファイバトウの張力を制御する装置及び
方法が示されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複合構造の製造に
関する。特に、本発明は、ファイバトウを、回転マンド
レルの周りのレイダウン表面に適用して工作物をつくる
ためのコンピュータ制御ファイバ配置装置に関する。特
に詳細には、本発明は、ファイバトウがレイダウイン表
面に巻かれ、最後に適用されるとき最適なファイバトウ
の張力を提供し、ファイバ等の速度を制御し、ファイバ
の移動を正確に監視することには制限されない。

【０００２】

【従来の技術】ファイバトウ配置/巻き機械は、予め選
択したパターンまたは織物に熱硬化性樹脂を含浸した複
数のファイバ、ファイバトウまたはフィラメントを、回
転マンドレルに取り付けられたレイダウン表面に配置す
るか、巻く。レイダウン表面または工作物は、円筒形の
形状または不規則な形状である。最終的な工作物の形状
とは無関係に、工作物の寸法上の輪郭または全体の構造
上の品質が、非常に厳格な製造上の要求や完全性の要求
に合致するか、またはそれを越えることは避けられな
い。

【０００３】大部分のファイバトウの配置/巻き機械
は、ファイバまたはトウを含む複数のスプールを有す
る。ファイバは、放出されロボットアームに配置された
コンピュータ制御のヘッドによって工作物の周りに正確
に配置される。３２またはそれ以上のファイバのうちの
各ファイバは、ヘッドによって同時に巻かれ配置される
とき、所定の張力で工作物の周りに巻かれ、この所定の
張力は、使用されている特定のファイバ及び製造される
特定のレイダウン表面または工作物の形状に最適なであ
ることが重要である。このような張力は、１，１３５ｇ
(約２．５ポンド)の力の範囲から４５４ｇ(約１．０ポ
ンド)の範囲である。従って、複合物製造業界におい
て、ファイバが個々のスプールからはがされ、工作物の
周りに配置されるときファイバ張力をできるだけ正確に
制御し、ファイバの張力を少なくとも許容範囲内で維持
することが長期にわたって必要とされてきた。

【０００４】さらに、張力装置は、工作物の与えられた
部分について特定のファイバが必要とされない場合には
ファイバを準備または静止モードで保持するために使用
される。ファイバ張力装置は、ファイバが望ましくない
応力を受けないように、またはファイバを破壊しないよ
うに張力装置がファイバに張力を加えるときファイバの
たるみを巻き上げるために使用される。さらに、ファイ
バ張力装置は、ファイバの搬送中の不具合を検出し、そ
れをマスタコンピュータまたはコントローラに報告し、
もし適当であるとみなされれば、ファイバ上の張力を解
放する。好ましくは、ファイバ張力装置は、ファイバの
使用状態を監視することができなければならず、ほとん
ど空になったスプールを検出し、このような情報をマス
タコントローラに報告し、そのとき、最小限の中断でほ
とんど空のスプールを置換することができる。したがっ
て、経済的な方法で狭い範囲内の力でファイバの振幅の
張力を適当に正確に維持するだけでなく、種々の監視、
報告及び欠陥検出試験を信頼性を持って実行するファイ
バ張力装置が産業界内で必要とされる。

【０００５】コンピュータ化されたファイバ配置/巻き
取り機械に使用されるものを含むファイバ張力装置は、
複数のプーリを使用し、支持構造に取り付けられたロー
ラの向きを定め、この支持構造は、巻き取られるとき、
ファイバを案内し支持し、それが所定の通路に沿ってコ
ンピュータにより制御されるヘッドに向かって走行する
とき、方向を変える。通常、ファイバスプールは、プロ
セッサ制御電気モータによって駆動されるスプールホル
ダに取り付けられている。

【０００６】ファイバ配置機械内に収納されるファイバ
張力装置は、Brockmanらに付与された米国特許第5,223,
072号内に開示されている。Brockmanらの米国特許第5,2
23,072号は、CNCコントローラ装置と関連してファイバ
の張力を検出するために方向変換ローラに取り付けられ
るロードセルを示しており、ローカルマイクロプロセッ
サが駆動モータによってスプールに付与されるトルクを
制御する。さらに、CNCコントローラ装置及びローカル
プロセッサは、駆動モータからの位置速度に関するフィ
ードバック情報を使用し、速度ループ並びに力ループを
組み込む。

【０００７】所定の張力を維持するためにプーリ又は方
向変換ローラを使用し、ファイバ通路を操作することに
関して、１９９７年の８月に発行されたPCIMマガジンの
９０ページから始まる記事は、バイオテクノロジー産業
のためのナノ技術ファイバセンサの製造に使用される張
力制御装置を開示している。前述した装置は、アームの
自由端に方向変換ローラと、アームに沿った中間点に取
り付けられた低摩擦ローラとを有するダンサアームの使
用を含む。コンピュータ制御閉鎖ループフィードバック
装置は、アームを再び位置決めするときシリンダに送ら
れる圧力を増減するために電気圧力調整器の自動調整を
行い、製造工程の間ファイバ張力を変化させることによ
ってファイバの張力を維持することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、正確
で、信頼性があり、低コストのファイバトウ張力調整装
置を提供することである。

【０００９】他の目的は、時間を消費する調整の要求を
低減するか、なくすファイバ配置機械においてだけでは
なく、場合には低減し、ファイバ部材の張力と制御が必
要な機械または処理において使用することにも適してい
る張力装置を提供することである。また本発明の他の目
的は電気的な制御力を含む力を測定せず、ドリフトを受
けるアナログセンサ及び関連回路も必要としないファイ
バ張力装置を提供することである。本発明の他の目的
は、ファイバスプールホルダトルクを制御する必要がな
く、廉価なステッパモータを使用してファイバスプール
ホルダを駆動することができるファイバ張力装置を提供
することである。他の目的は、破れたトウまたは他の不
具合を検出し、これをメインコントローラに報告し、適
当であれば、張力を停止するファイバ張力調整装置を提
供することである。さらに他の目的は、張力が加えられ
たとき、ファイバのゆるみをとり、空のスプールを検出
し、ファイバの使用を決定し、ファイバの速度を監視す
るファイバ張力調整装置を提供することである。本発明
のこれら及び他の目的は、本明細書全体を完全に検討し
たときに明らかになる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、スプールホル
ダを有する支持フレームと、スプールホルダを駆動する
モータと、方向変換ローラが取付られた自由端を有する
ダンサアームと、角度位置センサと協働するために回転
可能に取り付けられた固定端と、ダンサアーム及び支持
フレームに取り付けられた低摩擦空気シリンダと、第２
の角度位置センサとともに協働するように取り付けられ
た第２の方向変換ローラと、位置制御張力装置を制御す
るためのコントローラ及びその関連回路と、を有する１
つまたは複数のファイバトウを制御する装置及びその方
法を提供する。

【００１１】好ましくは、４つの個々のテンショナを制
御するための信号バファリング回路を有する単一のプリ
ント回路基板に取り付けられたマイクロコントローラが
設けられる。ＰＣＢは、いくつかのマイクロコントロー
ラの間で通信を可能にするＳＴＤスタイルのバックプレ
ーンに差し込まれ、少なくとも３２個のテンショナの制
御を可能にする。ファイバ配置機械と、メインマスタコ
ントローラと各テンショナとの間の通信が提供される。
好ましくは、スプールホルダを駆動するモーータは、各
ステッパドライバによって駆動されるステッパモータで
ある。マイクロコントローラは、その所定の位置、その
中心位置でダンサアームを維持するためにファイバを送
るか送らないようにステッパモータを制御する。各ダン
サアームに取り付けられた空気シリンダは、同じ向きの
テンショナが同じ空気圧を受けるように共通の空気圧調
整器に接続されている。各ファイバの張力は、ダンサア
ームの位置を監視することによって制御され、ダンサア
ームの位置は、その回転点でダンサアームとともに配置
された角度位置センサによって検出され、ステッパモー
タを起動してファイバがそのダンサアームを元の位置に
戻すことができるようにする。さらに、重力による力及
びダンサアームに作用する空気シリンダ、したがってフ
ァイバトウはファイバ張力を維持することに寄与する。
各方向変換ローラと協働する第２の角度位置センサは、
ファイバ速度情報を提供し、ダンサアーム位置の制御及
び現在のスプール直径の評価をさらに向上させ、ファイ
バの使用をさらによくしてファイバ走行の不規則性また
は不具合を検出する。

【００１２】各マイクロコントローラは、４つのテンシ
ョナを制御することが好ましいので、４つのテンショナ
の各々は、直接の制御で他の対のテンショナに関して隣
接するテンショナの双方に直接関連する。さらに、ＰＣ
Ｂ及びバックプレーンは、破壊されたトウファイバの検
出がテンショナのいずれか１つに生じる場合には、他の
テンショナの隣のテンショナのファイバ速度が主なファ
イバ配置機械コントローラに容易に利用可能になるよう
に構成される。さらに、ファイバの繰り出しに失敗する
かどうかを検出し、各ステッパモータを自動的に停止
し、その後ファイバ走行を監視する。その後、制御ロジ
ックは、検出された問題がそれ自身解決された場合に
は、ステップモータが再び張力をゆっくりかけることを
開始する。ステッパモータが作動するとき自動的に係合
し、ステッパモータが停止するとき、自動的に離脱する
選択的なクラッチが提供される。したがって、選択クラ
ッチは、ステップモータ駆動列からスプールホルダを選
択的に係合・離脱し、巻き戻し問題を検出するコントロ
ーラのファイバ張力を減衰する際に補助となる機構を提
供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。特に図１を参照する
と、複数のファイバトウ４を有するロボット型の通常の
ファイバ配置/巻き取り機械すなわち装置２が示されて
おり、この装置は、上方に配置されたファイバスプール
６及び下方に配置されたファイバスプール８から同時に
送られる少なくとも３２個のスプールまで変化すること
ができる。ファイバ配置巻き取り機械２は、クリール７
を備えており、このクリール７は、左側７Ｌと右側７Ｒ
を有する。クリール７の各側は、ファイバスプールの上
列及びファイバスプールの下列をそれぞれ支持し駆動す
る。特に、図１では見ることはできないが、クリール７
の上方左側に配置されたファイバスプールの列は、7UL
として示され、クリール７の下方左側に配置されたファ
イバスプールの列は、7LLとして指定され、クリール７
の上方右側に配置されたファイバスプールの列の鏡像に
なるように配置されている。クリール７の下方右側に配
置されたファイバスプールの列は、図１の７ＬＲとして
指定される。クリール７の種々の列に配置された各スプ
ールから巻き戻され熱可塑性樹脂材料で含浸された個々
のファイバトウ４は、コンピュータ制御のファイバトウ
配置ヘッド１０を通して個々に案内され、この２つの配
置ヘッド１０は、最後に工作物１２の表面に所定の個々
のファイバを配置する。通常、工作物１２は、不規則な
形状を有し、動力で回転可能なマンドレル１４に取り付
けられており、マンドレルは、ファイバのラッピング、
またはレイダウンを容易にし、工作物１２の最終的な形
状を蓄積するように作用する。通常、配置ヘッダ１０
は、メインコントローラ１８によって制御されたロボッ
トアーム１６に取り付けられ、このコントローラ１８
は、各個々のファイバトウ４が工作物１２上に配置さ
れ、可能なように協働して張力がかかるようにロボット
アーム１６を操作するだけではなく、３２またはそれ以
上のファイバトウ４の繰り出し並びにマンドレルの回転
速度を制御する。

【００１４】図２を参照すると、本発明の位置テンショ
ナ組立体２２は、図１に示す列７ULに配置される目に見
えない上方に配置されたファイバスプールと関連して使
用されるように構成され、このファイバスプールは、後
側または左側７Ｌに配置され、図１のクリール７の右側
７Ｒに設置され図面で見ることができる下方ファイバス
プール８に対して鏡像関係にある。図２を参照すると、
位置テンショナ組立体２２は、支持モジュール２４を有
し、支持モジュール２４は、フェイスプレート２６と、
ウエブプレート２８と、方向変換ダンサ支持プレート３
０とを有する。支持モジュール２４は、アルミニウム合
金からつくられるが、適当な構造的な強度を有する材料
を使用することができる。スプール軸３６にファイバト
ウ３２のスプールに取り付けられ、このスプール軸３６
は、フェイスプレート２６を貫通し、フェイスプレート
３６に取り付けられた軸受けブロック３４によって支持
されている。スプール軸３６を駆動するために、スプー
ル軸３６は、モータプーリ４４に取り付けられた駆動ベ
ルト４０を受けるためにその上に取り付けられたスプー
ルプーリ３８を有する。モータプーリ４４はステッパモ
ータ４２に接続されている。ステッパモータ４２は、パ
シフィックサイエンティック社から販売されている。モ
デルM21NRXB-LNN-NS-00は特に適している。しかしなが
ら、所望のレイト及び物理的及び物理的特性を有する他
のメーカからのステップモータも、本発明とともによく
動作するであろう。調整可能なステッパモータ取付部材
４６は、駆動ベルト４０の張力を調整する簡単で有利な
方法を提供する。この駆動ベルトの構成は、それが簡単
であること、駆動減速比を選択することが容易であり、
維持が容易であることが好ましく、歯車の減速駆動体の
ような他の駆動機構を同様に使用することができる。電
力線及び信号線をエンコーダ５６及び６６に接続するた
めの電気コネクタ４８を以下に説明する。ステッパモー
タ４２は、この技術分野でよく知られ使用される個々の
ステッパモータ駆動体（図示せず）によって電気的に駆
動されることが好ましい。

【００１５】固定端を参照すると、ファイバ張力ダンサ
アーム５０の一端は、方向変換/ダンサ支持プレート３
０及びフェイスプレート２６に回転可能に接続され、ア
ームの他端、自由端は、その上にファイバトウ方向変換
ローラが取り付けられている。ダンサアーム５０の回転
可能に接続された端部は、ダンサアームエンコーダブラ
ケット５４の途中に回転エンコーダ５６に組み合わされ
るように取り付けられる。したがって、その運動の範囲
内のダンサアームの動きは、回転光エンコーダ５６を介
して検出される。モデルNORS16D-P1-1024-1/4-5-CA18-L
D-0-M1-Sを有する特に適当な光エンコーダは、Rencoエ
ンコーダ社から市販されている光エンコーダである。し
かしながら、他のエンコーダも他の販売会社によって得
ることができる。例示としての低摩擦空気シリンダ５８
がダンサアーム５０の幅に沿って所定の点に取り付けら
れ、このダンサアーム５０は、ダンサアーム５０の動き
の所望の範囲に関してシリンダ５８の適当な工程動作を
可能にする。現在の位置テンショナ組立体に特に適した
例示としての空気シリンダは、エアポット社から販売さ
れているエアペルシリンダと称される。エアペルシリン
ダ、モデルE9C2.OUは、特別に適していることが証明さ
れている。空気シリンダ５８は、ブラケット６０を取り
付けることによって方向変換/ダンサ支持プレートに固
定される。

【００１６】それに取り付けられた方向変換ローラ６４
を有する揺動ブラケット６２は、ファイバトウがスプー
ル３２から送り出され、ファイバトウ方向変換ローラ６
４及び５２を介して位置ポテンショナ組立体２２を通し
て案内され、図２で見ることができるか、最下端で取り
付けられプレート３０の後側でペイアウト方向変換ロー
ラ６８によって経路が変更され、これは、ファイバ１０
６のルーチンが示されるテンショナ組立体２２の反対側
の図である図４にさらによく示される。例によって、約
１５．２４ｃｍ（約６インチ）の全長を有し、ダンサア
ーム５８の回転可能な固定端部の取付点と、ダンサアー
ム５５の回転可能な固定点の中心から３．８１ｃｍ
（１．５インチ）の点に回転可能に取り付けられたシリ
ンダ５８を有する反対側の自由端の方向変換ローラ取付
点との間で中心から中心の間で１３．３ｃｍ（５．２５
インチ）の距離を有するダンサアームが適当な構成を提
供することが分かった。

【００１７】さらに、例としてのダンサアームは、水平
方向の上下でほぼ４５°の弧に延びる動きの範囲を有
し、それによって、図２及び図４のαとして示される底
部の位置への最上端の位置からの可動な動きは、全部で
約９０°になる。もちろん、この範囲の動き、ダンサア
ームの長さ、シリンダ５８の取付点、方向変換プーリの
直径または機能的に等価なガイドは本発明を適用する特
定の用途の要求に合致するように変形される。

【００１８】ペイアウト方向変換ローラ６８は、Renco
Encoder 社から市販されている追加の回転光エンコーダ
６６と関連して取り付けられ、モデルRS16D-P1-1024-1/
4-5CA18-LD-0-M1-Sは、ファイバがファイバの配置機械
２のファイバトウ配置ヘッド１０に送られるとき、方向
変換ローラ６８の回転速度を検出するためのエンコーダ
５６として好ましい。別の例として、他の光エンコーダ
は、他のメーカーから得ることができ、好ましいRenco
エンコーダに代わりに使用することができる。バルクヘ
ッドユニオン７０は、加圧供給ラインを空気シリンダ５
８に取り付けることを容易にする。

【００１９】図２に示すような位置テンショナ２２は、
クリール７の上方左側に配置されている列7ULに取り付
けられるファイバスプールを保持し張力をかけることに
特に適している。同じポジショナは、ファイバトウのス
プールを保持するスプール軸３６がクリール７から外側
に離れて延び、方向変換/ダンサ支持プレート３０が列7
LRに位置するとき下方に延びるように位置テンショナ組
立体２２を１８０°水平方向に回転させることによって
クリール７の下方右側の列7LRに取り付けられたファイ
バスプールを保持し、張力をかけるために同じポジショ
ナを使用することができる。さらに、方向変換ローラ６
４が取り付けられている揺動ブラケット６２と後述する
重り８４を有する重い揺動ブラケット８２と交換する必
要があり、これは、テンショナ２２が反転した向きに配
置されたときスプール３２から繰り出されるファイバに
対応するためにブラケット８２及び方向変換ローラ６４
を上方に向くように維持するように作用する。

【００２０】図３を参照すると、反転位置テンショナ組
立体７２が示されている。反転位置組立体７２（テンシ
ョナ７２と称する）は、支持モジュール７４が、目に見
えない後方に配置された下方左列7LLか、または図１に
示すように配置されたクリール７の左側に配置されたフ
ァイバトウスプールを受け、案内し、張力をかけるため
にファイバ配置機械２に設置するように再び向きを変ら
れて図１に示されているクリール７の左側７Ｌに配置さ
れている点で組立体と異なる。これらの位置は、クリー
ル７の右側７Ｒ内の下方位置に示される下方ファイバス
プール８と鏡像関係にある。図３を参照すると、フェイ
スプレート７６は、水平方向に１８０°回転する以外は
同じフェイスプレート２６と同じであり、もし同じでな
い場合には、スプールホルダ軸受けブロック３４を所定
の位置に下方に位置決めするために対向して取り付けら
れるか、提供された同じ部品を有する。すなわち、フェ
イスプレート２６は、ここに設置された他の部品を有す
る前に、水平方向回転してフェイスプレート７６にな
り、他の部品は、適当に組み立てられたテンショナ７２
を提供する前に付加される。同様にフェイスプレート７
６及び方向変換ダンサプレート８０は、ファイバスプー
ル３２、方向変換/ダンサプレート８０、及び方向変換
ローラ揺動ブラケット８２を図示するような反転位置に
上のペイアウト方向変換ローラ６８及びエンコーダ６６
の向きを決めるためにウエブ７８の途中のフェイスプレ
ート７６を取り付ける前に水平方向に１８０°回転され
る。重力の影響を相殺するために、テンショナ７２が図
１に示すファイバ配置/巻き機械２のクリール７の列７L
Lに設置されるとき、ブラケット８０の直立を直接維持
するために揺動ブラケット８２の低い位置に重り８４が
取り付けられている。

【００２１】図２に示す組み立てられたテンショナ２２
に関して、図３に示す組み立てられた反転テンショナ７
２は、組立体は水平方向に１８０°回転したとき、方向
変換ローラ６４を有し、その上に取り付けられた重り８
４を有する揺動ブラケット８２は、方向変換ローラ６４
の重りが取り付けられていない揺動ブラケット６２と置
換することができ、図１に示すようなクリール７の右側
７Ｒに配置された列７URに配置されたファイバスプール
を支持し、張力をかけるために使用することができる。
要約すると図２に示すテンショナ２２は、図１に示すよ
うなクリール７の左側７Ｌの上方左側の列に設置するた
めに準備される。組立てられたテンショナ２２を水平方
向に回転し、揺動ブラケット６２と重りのついたブラケ
ット８２と交換することによって、重りのついたこのよ
うに回転されたテンショナ２２が図１に示すようなクリ
ール７の右側７Ｒの下方右列７ＬＲに設置するために準
備される。図３に示すようなテンショナ７２は、図１に
示すようなクリール７の左側７Ｌの下方左側の列７ＬＬ
に設置されるように準備される。組立てられたテンショ
ナ７２を水平方向に回転し、重りのついた揺動ブレケッ
ト８２を重りのないブラケット６２と交換する際に、こ
のように回転したテンショナ７２は、図１に示すクリー
ル７の右側７Ｒの上方右側の列７ＵＲに設置するために
準備される。したがって、図２及び図３に示すテンショ
ナ２２及び７２は、全体で４列の適当に支持され適当な
向きの４列のファイバスプールを有するクリール７を提
供することに必要な異なる向きの全体で４列の２つのテ
ンショナ組立体に機能するように準備される。完成した
テンショナ組立体２２及び７２を回転させ、適当な揺動
部材をつくるとき、回転テンショナ組立体２２及び７２
は、全体で４列で適当に支持され、適当な方向を向いた
ファイバスプールを有するクリール７を提供するために
必要な、全体で４つの異なる列の残りの２つのクリール
において機能するようになっている。この４列の構成
は、各スプールからのファイバが工作物１２に配置され
るとき４列の各々のスプール7UL,7LL,7UR,7LRの各々の
スプールがファイバ配置/巻き機械２の操作者によって
ファイバスプールの容易な配置が可能になる。

【００２２】図４を参照すると、図２に示すようなライ
ン４−４に沿った断面図が示されている。図４は、方向
変換/ダンサ支持プレート３０及び個々のファイバトウ
１０６の通路を含む支持モジュール２４の後側を示す。
この通路は、ファイバトウ１０がファイバの配置ヘッド
１０に移行する前に方向変換ローラ６４と、ダンサアー
ム方向変換ローラ５２と、後方方向変換ローラ９６と、
最後にペイアウトローラ６８によってテンショナ組立体
２２を通って繰り出され、案内されるときに通過する通
路である。図２に示すようなその上に方向変換プーリ５
２が取り付けられたダンサアーム５０の動きの範囲は、
図２のαで示され、最上端の範囲はプレート３０の形状
によって制限され、最も低い範囲は、ダンサアームが図
４では見えない取付点のい周りで回転するときドエルピ
ン９８によって制限される。スプールホルダ１００は、
ファイバトウが繰り出されるときファイバトウ３２のス
プールを容易に受けしっかりと保持される形状及び寸法
である。このようなスプールホルダは、市販しているメ
ーカから製造され容易に得ることができる。

【００２３】図５を参照すると、図４に示された線５−
５に沿った断面図が示されている。さらに、モータプー
リに整列するように軸受けブロック３４から適当な距離
にプーリ３８の間隔をあけるためにスペーサ１０２が使
用される。スペーサ１０４は、軸受けブロック３４に関
してスプール軸３６を適当に位置決めするために使用さ
れる。方向変換ローラ５２が取り付けられたダンサアー
ムエンコーダ５６及び方向変換ローラ６８が取り付けら
れたペイアウトエンコーダ６６は、この図面で容易に理
解することができる。

【００２４】図６を参照すると、図５の線６−６に沿っ
たダンサアーム５０及び好ましいエアペル空気シリンダ
５８がプレート３０の上方に示されている。好ましく
は、空気シリンダ５８のロッド端部は、ロッド端部軸受
け８６及び適当なファスナによってダンサアームに取り
付けられている。空気シリンダ５８の対向端部は適当な
ファスナによってシリンダ取付ブラケット６０のクレバ
ス８８に固定される。ダンサアーム５０の動きを細かく
調整し、位置テンショナ組立体２２が稼働するときに予
備加圧される空気をシリンダに提供するとき、シリンダ
に出入りする空気の流速を制御するためにシリンダ５８
上に一対の調整可能な調量弁９０が設けられる。好まし
くは、調整可能なエンコーダクランプ９２は、その従来
調整可能なダンサアームエンコーダブラケット５４に接
続されて設置されている。

【００２５】図１ないし図６を参照すると、制御ステッ
パモータ４２の制御に関して適当なときにステッパモー
タドライバが単一のプリント回路基板（ＰＣＢ）に取り
付けられたマイクロコントローラに接続され、隣り合う
４つの位置テンショナ組立体２２及び７２、すなわち、
ファイバ配置機械２の同じ側に配置されるともに互いに
直接隣接する４つの組立体を制御するために信号バッフ
ァ回路を有する。各ＰＣＢは、ＳＴＤ型の単一のバック
プレーンに差し込まれ、これは、すべての位置テンショ
ナ組立体を制御するために必要なすべてのマイクロコン
トローラの間に通信することが可能である。好ましく
は、メインファイバ配置機械コントローラ１８と各テン
ショナコントローラ（図示せず）との間での通信を可能
にするRS485シリースバスが提供される。マイクロコン
トローラは、ダンサアーム５０をその中心または水平位
置に戻すようにステッパモータドライバによって各ステ
ッパモータ４２を制御する。同様の向き、すなわち、反
転したものと比較して直立する空気シリンダ５８は、各
向きの共通の圧力調整器を介して同じ空気圧を受ける。
要するに、直立位置、すなわち、列7UL及び7URに設置さ
れた反転位置に取付けられたテンショナ組立体の第１の
共通の圧力調整器と、各向きを有する組立体のわずかに
異なる作動圧を受けるために、反転位置、すなわち、7L
L及び7LRに取り付けられたテンショナ組立体の第２の共
通の圧力調整器とを有する。通常の空気作動圧力は、約
１０３．４ＫＰａ（約１５ｐｓｉｇ）の大きさであり、
さらに反転組立体に３４．５−６８．９ＫＰａ（５−１
０ｐｓｉｇ）が加えられる。種々の方向変換ローラが配
置され、ダンサアームは、ダンサアーム位置の小さい変
化がファイバ張力の無視できない変化において生じるよ
うに構成されている。すなわち、ファイバの張力は、供
給される空気圧に作用する空気シリンダに寄与すること
のできる力によって、自由端に取り付けられた方向変換
ローラと、直立及び反転されたテンショナ組立体のため
の異なる共通の圧力調整器及び各設定を含むダンサアー
ムの重力によって影響を受ける。張力は、マイクロコン
トローラによって支配され、マイクロコントローラは、
ダンサアームエンコーダからの入力を介してダンサアー
ムの位置とペイアウト方向変換エンコーダを介してファ
イバ速度とを監視し、ステッパモータドライバでステッ
パモータを駆動し、毎分毎の回転数（rpm）を適当に増
減してダンサアームをその中心または水平方向の位置に
戻すようにする。要するに、ダンサアーム方向変換ロー
ラ５２は、ファイバスプール３２から離れた中心位置を
越えて上方に揺動し、図４に示した直立した向きになる
場合、ファイバトウは、基準位置から張力が増大し、ロ
ーラ５２が中心位置からファイバスプール３２の下に揺
動するとき、ファイバトウ１０６は、基準位置から張力
が減少する。スプール３２に関するローラ５２の相対運
動に関してファイバ位置のテンショナ組立体の反転した
位置についても同じことが言えるが、「上方」及び「下
方」の関しては反転する。

【００２６】さらに、ペイアウトエンコーダ６６は、方
向変換ローラのrpmを調整するようにマイクロプロセッ
サに情報を提供する。ファイバトウ速度は、公知のアル
ゴリズムによって決定され、与えられたスプールから繰
り出されたファイバの全体量及びスプールに残ったファ
イバの量の追跡は、公知のアルゴリズム及び予備的に入
力されたデータによって決定することができる。したが
って、本発明は、スプールホルダを駆動するファイバス
プールモータのトルクを制御する必要なくファイバの張
力を制御することができ、それによってドリフト及び調
整をするアナログセンサ及び関連回路の必要性をなく
す。さらに、本発明のファイバペイアウトエンコーダ
は、ファイバ速度情報をマイクロコントローラに提供す
るためにファイバ配置機械メインコントローラの必要性
をなくし、さらに正確で早いエラー検出を可能にする。
さらに、本発明によるファイバペイアウトエンコーダを
含むファイバテンショナは、ファイバ速度情報を送るた
めに備えられていないファイバ配置/巻き取り機械につ
いて使用することができる。

【００２７】互いに物理的に隣接した４つの位置テンシ
ョナにおいて１つのマイクロコントローラを使用するこ
とが好ましいので、マイクロコントローラは、グループ
になった４つの組立体の各々を制御するために信号バッ
ファ回路を有する単一のＰＣＢに取り付けられているマ
イクロコントローラによってその制御グループ内のポジ
ショナ組立体のいずれかの他の隣接する組立体のファイ
バ速度を直接検知する。さらに、テンショナ組立体の他
のグループの各マイクロコントローラのＰＣＢは、バッ
クプレーンと通信し、所定のグループのファイバトウが
破壊されたかどうか、またはそれを行うために命令され
た後にファイバトウが加えられているかどうかを検出す
るために他のマイクロコントローラから利用することが
できる。このような場合、ファイバ配置機械のメインコ
ントローラに信号が送られ、操作者がその問題を決定し
修理するために一時的にそれを停止することができる。

【００２８】本発明のテンショナコントローラは、与え
られたファイバトウが繰り出しに失敗したかどうかを検
出することができるプログラムされたロジックを備えて
おり、これは、スプールファイバが時々過度に張り付き
やすいという付随的な問題がある。もし、ファイバトウ
が繰り出しに失敗した場合、プログラムされたロジック
は、各ステッパモータを一時的に停止し、ファイバの走
行を監視することができる。ファイバが適当に走行する
場合には、マイクロコントローラは、ファイバが破壊し
ないように張力を次第に強めることを再び始め、問題と
なるファイバトウを監視する。このような繰り出しの問
題の修正を可能にするために、ステッパモータ及び減速
歯車の固有の後方抵抗またはドラッグを克服するために
必要な張力の量を低減するために追加的なクラッチを設
けることができる。したがって、追加的なクラッチは、
メインコントローラに信号を送り、ファイバ配置機械を
一時的に停止し、作業者がその問題を解決することがで
きるように困難の多いファイバトウを自動的に送り出す
ことができる可能性が増大する。この処理を達成するた
めに例示としての選択的なクラッチが図７−図９に示さ
れている。

【００２９】選択的なクラッチ組立体２１０の斜視図が
図７に示されている。クラッチ組立体２１０は、軸受け
ブロック２１２に固定されたスプールホルダ軸２１６に
取り付けられており、図面に参照符号３４が付されてい
る。プーリ２１４は、保持リング２２０で軸２１６に取
り付けられており、クラッチハウジング２２４は、リテ
ーナクリップ２１８によって回転しないようになってお
り、図８及び図９に示すクラッチ組立体の断面でさらに
よく理解することができる。

【００３０】動作において、クラッチ内のソレノイド
は、摩擦部材２２６を軸取付部材２２８に接触させ、プ
ーリ２１４を軸２１６に効率よく結合する。特に適当な
クラッチのハウジング及びソレノイド部分は、ＲＷ４−
３５５を有するＰＩＣデザインから利用可能である。そ
の後、動作は、プーリ２１４が駆動ベルト４０によって
モータプーリ４６に接続される。軸２１６が、関連する
マイクロコントローラによって受けられた指示にしたが
ってステッパモータ４２が各ドライバによって起動され
るときに回転されるいう点で同じである。マイクロコン
トローラが上述したようなファイバ送り問題を検出する
とき、クラッチソレノイドは、非作動となり、摩擦部材
２２６は、もはやウエブプレート２８には係合されず、
スプールホルダ軸がさらに自由に回転することができる
ようにし、それによって問題のファイバトウの現在の張
力を低減し問題のファイバトウがそれ自身修正すること
ができるようにする。予め選択した時間が通過した時
に、マイクロコントローラは、ステッパモータドライバ
への命令を介して問題のファイバトウの張力を次第に増
大することができ、もし、問題のファイバトウがそれ自
身正しいことが分かった場合にはソレノイドを再び励磁
し、クラッチを再び係合する。もし問題のファイバトウ
がそれ自身修正したことをマイクロプロセッサが検知し
ない場合には、マイクロプロセッサは、警告を表示する
か、操作者が調査するためにファイバ機械を停止するた
めにマスタコントローラに適当な信号を送ることができ
る。

【００３１】本発明の精神及び範囲から逸脱せずにその
多数の変形例が可能であるので、次の特許請求の範囲に
よって定義される本発明は、上述した特定の実施形態に
は制限されないことを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の使用に適している通常のファイバ配置
機械を図示している。

【図２】クリールの上方左側に配置されたファイバスプ
ールと関連して使用する位置制御テンショナ組立体の好
ましい実施の形態の斜視図である。位置制御テンショナ
組立体は、もし、水平方向に回転し、小さい部品と置換
する場合、クリールの下方右側に配置されたファイバス
プールと関連して使用する。

【図３】クリールの下方左側に配置されたファイバスプ
ールと関連して使用される反転した位置制御テンショナ
組立体の好ましい実施の形態の斜視図である。もし、水
平方向に回転し、小さい部品と置換する場合、クリール
の上方右側に配置されたファイバスプールと関連して使
用するために適している。

【図４】図２の線４−４に沿った位置制御テンショナ組
立体の断面図である。

【図５】図４の線５−５に沿った位置制御テンショナ組
立体の断面図である。

【図６】図５の線６−６に沿った図面に対応する位置制
御テンショナ組立体のダンサアーム及び空気シリンダ部
分の正面図である。

【図７】本発明の選択クラッチ組立体の斜視図である。

【図８】図７に示す選択クラッチ組立体の正面図であ
る。

【図９】図７の線９−９に沿った選択クラッチ組立体の
断面図である。

【符号の説明】

４ ファイバトウ ６ ファイバスプール ７ クリール ７Ｌ 左側 １０ 配置ヘッド １２ 工作物 １８ メインコントローラ ２２ 位置テンショナ組立体 ２６ フェイスプレート ３２ ファイバトウ ４０ 駆動スプール軸 ４８ 電気コネクタ ５０ ダンサアーム ５６ エンコーダ ５８ シリンダ ６２ スイベルブラケット ６８ ローラ ７２ テンショナ組立体 ７６ フェイスプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598174370 ＭＮ11−2216，600 Ｓｅｃｏｎｄ Ｓｔ ｒｅｅｔ ＮＥ，Ｈｏｐｋｉｎｓ，Ｍｉｎ ｎｅｓｏｔａ 55343−8384，Ｕｎｉｔｅ ｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ (72)発明者 ロイド・ジー・ミラー アメリカ合衆国ユタ州84010，ボウンティ フル，ノース・イースト・ヒルズ・サーク ル 1519 (72)発明者 キース・ジー・シュープ アメリカ合衆国ユタ州84010，ボウンティ フル，イースト・ヴァインヤード・ドライ ブ 1462

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ファイバスプールを回転可能に保持する
   スプールホルダと、前記スプールホルダを駆動する動力
   源と、 ファイバの方向を変え案内する方向変換ガイドと、 自由端部と固定端部を有するダンサアームであって、前
   記固定端部は、当該ダンサアームの相対的な角度位置を
   検出するために第１の角度センサに協働するように取り
   付けられ、前記自由端は、前記ファイバを案内し前記フ
   ァイバの経路の方向を変換するために前記ダンサアーム
   に取り付けられたファイバ方向変換ガイドを有するダン
   サアームと、 圧縮空気供給源に接続可能であり、前記ダンサアームに
   沿って所定の点に回転可能に取付られた第１の端部と支
   持構造に回転可能に取り付けられた第２の端部とを有す
   る低摩擦予備負荷可能な空気シリンダと、 前記ファイバの相対速度を検出する第２の角度センサ
   と、 少なくとも前記第１の角度センサによって提供されたダ
   ンサアーム位置情報を基に電源を制御することによって
   ファイバ張力を制御する回路を有する処理コントローラ
   と、を備えたファイバの張力を制御する装置。
2. 【請求項２】 ステッパドライバに接続されている電気
   ステッパモータを有する請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記処理コントローラは、信号バファリ
   ング回路を有する単一のプリント回路基板に取り付けら
   れたマイクロコントローラであり、前記プリント回路基
   板は他のプリント回路基板に取り付けられた少なくとも
   １つの他の処理コントローラとの間で通信を可能にする
   単一のバックプレーンに接続されている請求項１に記載
   の装置。
4. 【請求項４】 前記ファイバ方向変換ガイドのうち少な
   くとも１つはローラである請求項１に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記装置内で前記ファイバの方向を変え
   案内する少なくとも１つの方向変換ガイドは、揺動可能
   に取り付けられたファイバ方向変換ローラである請求項
   １に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記処理コントローラは、リモートマス
   タ処理コントローラと電気的に接続されている請求項１
   に記載の装置。
7. 【請求項７】 前記少なくとも１つの第１及び第２の角
   度センサは回転光エンコーダである請求項１に記載の装
   置。
8. 【請求項８】 前記第２のセンサは、前記装置内で前記
   ファイバの方向を変え案内する少なくとも１つの方向変
   換ガイドを監視し、前記処理コントローラにファイバ速
   度情報を提供し、前記第１及び第２の角度センサは回転
   光エンコーダである請求項７に記載の装置。
9. 【請求項９】 前記処理コントローラがファイバ送りで
   発生した問題を検出した際、電源からスプールホルダを
   自動的に離脱するためにクラッチが備えられている請求
   項１に記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記クラッチは、前記プロセッサコン
    トローラによって選択的に励磁可能であり、前記スプー
    ルホルダの近傍に配置された電気ソレノイド機構と、前
    記電源によって駆動されるプーリと、を有する請求項９
    に記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記低摩擦空気シリンダの予備負荷
    は、空気圧力調整器であり、前記摩擦空気シリンダが少
    なくとも１つの調量弁を備えている請求項１に記載の装
    置。
12. 【請求項１２】 マスタ処理コントローラを有するファ
    イバ配置装置の複数のファイバの張力を制御する処理制
    御装置であって、複数のファイバテンショナ組立体を備
    え、各ファイバテンショナ組立体は、ファイバスプール
    を回転可能に保持するスプールホルダと、 前記スプールホルダを駆動する電源と、 前記各ファイバテンショナ組立体内で前記ファイバの方
    向を変え案内するための少なくとも１つのガイドと、 固定端部と自由端部を有するダンサアームであって、前
    記固定端部は、前記ダンサアームの相対的な角度位置を
    検出するための第１の角度センサに協働するように取り
    付けられ、前記自由端部は、所定の位置に取り付けられ
    たファイバ方向変換ガイドを有するダンサアームと、 空気供給源に接続可能であり、前記ダンサアームに沿っ
    て所定の点に回転可能に取り付けられた第１の端部及び
    支持構造に回転可能に取り付けられ第２の端部を備えた
    低摩擦予備負荷可能な空気シリンダと、 前記複数のファイバの相対速度を検出する第２の角度セ
    ンサと、 少なくとも前記第１のセンサによって提供されたダンサ
    アームの位置情報を基に電源を制御することによってフ
    ァイバ張力を制御する回路を有するファイバテンショナ
    組立体に対して近位に設けられた少なくとも１つの処理
    コントローラと、を有し、 前記ファイバテンショナ組立体の少なくとも１つのプリ
    ント回路基板は、所定の数の隣接するテンショナ組立体
    を制御するために少なくとも１つの所定の処理コントロ
    ーラの信号バッファ回路を備えており、少なくとも１つ
    の予め選択された数の処理コントローラは、単一のバッ
    クプレーンに接続されており、当該単一のバックプレー
    ンは、複数の予め選択されたコントローラとの間で通信
    を可能にし、少なくとも１つの予め選択された処理コン
    トローラは、ファイバ配置装置のマスタ処理コントロー
    ラと電気的に接続されている処理制御装置。
13. 【請求項１３】 前記複数のテンショナ組立体のうちの
    少なくとも１つのテンショナ組立体の前記第１と前記第
    ２のセンサは、回転光エンコーダであり、前記第２の光
    エンコーダは、ファイバ速度情報を前記ファイバテンシ
    ョナ組立体の少なくとも１つの組立体の近傍の少なくと
    も１つの処理コントローラに提供する請求項１２に記載
    の装置。
14. 【請求項１４】 前記電源は、ステッパドライバと接続
    される電気ステッパモータを有する請求項１２に記載の
    装置。
15. 【請求項１５】 前記複数のファイバテンショナ組立体
    のうち少なくとも１つの組立体の空気シリンダの予備負
    荷は、少なくとも１つの調量弁によって調整可能であ
    り、前記空気供給源を所定の圧力で維持するために圧力
    調整器が提供されている請求項１２に記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記ファイバテンショナ組立体のうち
    少なくとも１つのファイバ組立体内で前記ファイバの方
    向を変え案内するための少なくとも１つのガイドはロー
    ラであり、前記ファイバテンショナ組立体のうち少なく
    とも１つのファイバ組立体内で前記ファイバの方向を変
    え案内するための少なくとも１つのガイドは揺動可能に
    取り付けられたローラである請求項１２に記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記複数のファイバテンショナ組立体
    のうち少なくとも１つのファイバテンショナ組立体は、
    前記処理コントローラがファイバ送りで発生した問題を
    検出したとき、電源からスプールホルダを自動的に離脱
    するクラッチを備えている請求項１２に記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記クラッチは、少なくとも１つの前
    記プロセッサコントローラによって選択的に励磁可能で
    あり、前記スプールホルダの近傍に配置された電気ソレ
    ノイド機構と、前記電源によって駆動されたプーリと、
    を有する請求項１７に記載の装置。
19. 【請求項１９】 マスタ処理コントローラと複数のファ
    イバテンショナ組立体とを有するファイバ配置装置で複
    数のスプールファイバの張力を制御する方法であって、 複数の各ファイバテンショナ組立体にファイバの所定の
    スプールに動きを付与するためにテンショナ組立体処理
    コントローラによって制御されたステッパモータを提供
    することと、 第１の端部に回転可能に固定され、第２の端部のファイ
    バの方向を変え案内するローラを有するダンサアームを
    提供することと、 前記ダンサアームに沿った所定の点で空気供給源に空気
    的に接続可能である低摩擦の予備負荷可能な空気シリン
    ダの第１の端部を回転可能に取付けることと、 前記ダンサアームに所定のバイアスを提供するために前
    記空気シリンダの第２の端部を支持構造に回転可能に取
    り付けることと、 前記ダンサアームの相対的な角度位置を検出し前記テン
    ショナ組立体処理コントローラに接続するために少なく
    とも１つのセンサを提供することと、 前記マスタ処理コントローラの作動により前記ファイバ
    を繰り出すときダンサアームの相対的な角度位置に応答
    して前記ステッパモータを作動または非作動とするため
    にテンショナ組立体処理コントローラを予めプログラム
    することとを有する複数のスプールファイバの張力を制
    御する方法。
20. 【請求項２０】 各テンショナ組立体処理コントローラ
    は、１ないし４つのテンショナ組立体を制御する請求項
    １９に記載の方法。
21. 【請求項２１】 各テンショナ組立体処理コントローラ
    は、共通のバックプレーンに接続され、前記共通のバク
    プレーンは、マスタ処理コントローラに接続されている
    請求項１９に記載の方法。
22. 【請求項２２】 前記速度情報を検出し各テンショナ組
    立体処理コントローラにファイバ速度情報を送るために
    第２のセンサが設けられる請求項１９に記載の方法。
23. 【請求項２３】 前記ファイバ速度が静止し、予め選択
    されたパラメータが合致したときに モータを再び起動
    して次第にファイバの張力を大きくする情報を受けステ
    ッパモータを一時的に非作動とするために少なくとも１
    つのテンショナ組立体の処理コントローラを予めプログ
    ラムすることを有する請求項２２に記載の方法。
24. 【請求項２４】 前記ステッパモータをスプールファイ
    バに連結し離脱するためにテンショナ組立体プロセッサ
    制御クラッチを提供することを有する請求項２３に記載
    の方法。
25. 【請求項２５】 前記ファイバ近傍に配置された前記テ
    ンショナ組立体コントローラによって選択的に非作動と
    される電気ソレノイド機構と、前記ステッパモータによ
    って駆動されるプーリとを有する請求項２３に記載の方
    法。