JP2005170642A

JP2005170642A - 線材テンション調整装置

Info

Publication number: JP2005170642A
Application number: JP2003415968A
Authority: JP
Inventors: Naoya Taniguchi; 直也谷口; Norihiko Fujii; 紀彦藤井
Original assignee: ACRO NAINEN CO Ltd
Current assignee: ACRO NAINEN CO Ltd
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】スプールから繰り出される線材の配線経路が簡素でコンパクトな構成で済み、スプール交換時の線材掛け直し作業に手間と時間のかからない線材テンション調整装置が求められている。
【解決手段】線材テンション調整装置１は、円筒内周面４を持つハウジング３内で回転する回転盤１２に、複数対のブレーキ部材Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３および弾性部材２４ａ，２４ｂ，２４ｃが配備され、各対のブレーキ部材Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３および弾性部材２４ａ，２４ｂ，２４ｃにより生じる回転軸８の制動トルクと回転速度との関係を示すトルク特性を全ての対につき足し合わせて得られる合成トルク特性が、一定テンションを線材に付与可能な回転軸の制動トルクと回転速度との関係を示す所定トルク特性に近接するように、各対のブレーキ部材Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３および弾性部材２４ａ，２４ｂ，２４ｃが構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、スプールから一定速度で繰り出される線材のテンションを一定に保持する線材テンション調整装置に関するものである。

この種の線材テンション調整装置を用いた装置を図７に示す。図に示したスチールコード製造装置５０はラジアルタイヤ用のスチールコードを製造する装置である。スチールコード製造装置５０の基台Ｅ上に回動自在に枢支された複数のスプール２，２，・・・,２からのスチールワイヤＬ,Ｌ,・・・,Ｌは、線材テンション調整装置５１,５１,・・・,５１、ガイドプーリ５４,５５、ボイス５６、撚り線機５７に順次架け渡されて、線材引張装置５８につながれている。線材テンション調整装置５１は軸受５３回りに揺動するテンションプーリ５２を備えている。各スプール２，２，・・・,２にはスチールワイヤＬ,Ｌ,・・・,Ｌの繰り出しを妨げない程度の回転抵抗が付与されており、慣性力によりスプール２が回り過ぎてスチールワイヤＬを弛ませることがないようにされている。このスチールコード製造装置５０において、スプール２，２，・・・,２から繰り出されたスチールワイヤＬ,Ｌ,・・・,Ｌ（矢印Ｑ方向）は、線材テンション調整装置５１,５１,・・・,５１で所定のテンションに調整されたのち、ガイドプーリ５４,５５を経てボイス５６に集合され、撚り線機５７で撚り合わされてコードＬｄにされ線材引張装置５８に巻き取られる。

ここで、スプール２の回転速度とスチールワイヤＬｃの巻径の関係を次式に示す。
Ｎ１×Ｄ１＝Ｎ２×Ｄ２
式中、Ｄ１はスプール２に巻かれたスチールワイヤＬｃの巻径、Ｄ２はスチールワイヤＬｃの巻径Ｄ１とは異なる巻径、Ｎ１は巻径Ｄ１のスチールワイヤＬが一定速度で繰り出されるときのスプール２の回転速度、Ｎ２は巻径Ｄ２のスチールワイヤＬが一定速度で繰り出されるときのスプール２の回転速度である。
また、繰り出されたスチールワイヤＬにかかるテンションとスプール２に作用する制動トルクの関係を次式に示す。
Ｐ＝Ｔ／Ｄ
式中、Ｐはテンション、Ｔは制動トルク、ＤはスチールワイヤＬｃの巻径である。

上記した各式から明らかなように、スチールワイヤＬが一定速度で繰り出されて消費されると、スチールワイヤＬの巻径Ｄが小さくなるにつれてスプール２の回転速度Ｎは大きくなる。これに伴い、スプール２に作用する制動トルクＴ、更にはスチールワイヤＬにかかるテンションＰが増大しようとする。そこで、線材テンション調整装置５１がテンションプーリ５２を作動させてスチールワイヤＬのテンションＰを所定に保持するようになっている。
特開平９−３１８７６号公報（段落番号００１９〜００２６、図１）

ところで、前記したスチールコード製造装置５０では、スプール２から線材引張装置５８までの線材配線経路に、比較的大掛かりで複雑な構成の線材テンション調整装置５１が配備されているので、線材配線経路が複雑な構成となり、かつ、長くなるという問題がある。更には、スプール２を交換する際に、新たなスプール２のスチールワイヤＬを線材テンション調整装置５１のテンションプーリ５２に掛け直してつなぐラインアップ作業に多大な手間と時間がかかっていた。かかる不具合は使用されるスプールの数が多いスチールコード製造装置５０において深刻な問題となっている。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、スプールから一定速度で繰り出される線材のテンションを所定に保持する装置であって、スプールから繰り出される線材の配線経路が簡素でコンパクトな構成で済み、スプール交換時の線材掛け直し作業に手間と時間のかからない線材テンション調整装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る線材テンション調整装置は、円筒内周面を有するハウジングと、ハウジング内にハウジング筒心回りに回動自在に軸支されていて線材を巻いたスプールが軸端部に着脱可能に装着される回転軸と、回転軸に設けられてハウジング内で回転する回転盤と、ハウジングの円筒内周面に対し近接離間自在に回転盤に枢支されて円筒内周面と摺接するブレーキ部材と、ブレーキ部材と回転盤の間に設けられてブレーキ部材のブレーキシュー部をハウジングの円筒内周面に向けて付勢する弾性部材とを備えるとともに、回転盤の回転により生じる遠心力によってブレーキシュー部をハウジングの円筒内周面から離す方向に付勢するウエイト部をブレーキ部材に設けた線材テンション調整装置であって、回転盤に複数対のブレーキ部材および弾性部材を配備し、各対のブレーキ部材および弾性部材により生じる回転軸の制動トルクと回転速度との関係を示すトルク特性を全ての対につき足し合わせて得られる合成トルク特性が、一定テンションを線材に付与可能な回転軸の制動トルクと回転速度との関係を示す所定トルク特性に近接するように、各対のブレーキ部材および弾性部材を構成したものである。

また、前記の構成において、前記線材がスチールワイヤであり、前記回転軸に装着されるスプールがスチールコード製造装置に供給されるスチールワイヤを巻いたスプールである構成である。

本発明に係る線材テンション調整装置によれば、スプールの回転速度の増加に応じて制動トルクを小さくすることにより、スプールから一定速度で繰り出された線材にほぼ一定のテンションを付与するので、スプールから繰り出された線材の配線経路に別の線材テンション調整装置を必要とせず、線材配線経路の構成が極めて簡素になる。これに伴って、線材配線経路を短くでき、装置全体のコンパクト化を図ることができる。更には、スプールを交換する際に、新たなスプールからの線材をつなぐラインアップ作業が簡単になり、交換作業の時間を短縮できる。

一方で、スチールコードを製造するスチールコード製造装置はスプールの取扱い数量が膨大であるから、当該スチールコード製造装置に本発明の線材テンション調整装置を適用すると、請求項１の発明による効果が格段と高くなる。

本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。ここに、図１は本発明の一実施形態に係る線材テンション調整装置およびスプールを示す斜視図、図２は前記線材テンション調整装置の平面図、図３は前記線材テンション調整装置およびスプールの側断面であって図４におけるＡ−Ａ線矢視断面図、図４は図３におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。

各図において、この実施形態に係る線材テンション調整装置１は、平面視略円形状で中空構造を持つハウジング３と、ハウジング３に回動自在に設けられた回転ユニットＵを備えている。
ハウジング３は、下面が開口して形成された上部ケース６と、上部ケース６の下面開口に装着される下部ケース５とから成っている。上部ケース６内には垂直方向のハウジング筒心Ｃを持つ円筒内周面４が形成されており、ケース平面中央部にハウジング筒心Ｃと同軸心で軸挿通穴２５が形成されている。下部ケース５上面には前記のハウジング筒心Ｃと同軸心でラジアルベアリング７が配備されている。上部ケース６と下部ケース５とはそれぞれの外縁部でビス１０，１０，１０，１０により一体に固定されている。また、上部ケース６および下部ケース５の外縁部には、線材テンション調整装置１を基台Ｅに固定するボルト１６，１６，１６，１６を通すためのボルト穴１１,１１,１１,１１が形成されている。

回転ユニットＵは、ハウジング３のラジアルベアリング７に下端部８ｂが回動自在に軸支された回転軸８と、回転軸８の下端部８ｂにボス１３およびキー１４で固設されていて回転軸８と一体にハウジング３内で回転する回転盤１２とから成っている。回転軸８は、軸端部８ｃがハウジング３の上面から突出して形成されており、この突出部分にスプール２の軸装着用穴２ａが着脱可能に装着される。回転軸８の大径部８ａは、軸挿通穴２５に装着されたスラストベアリング９の上輪部９ａに支持されている。スラストベアリング９下方位置の回転軸８には、スラストベアリング９の潤滑剤の洩れを防ぐオイルシール１５が配備されている。
一方、回転盤１２の３ヶ所には、上向きに起立した切起し部１２ａ,１２ａ,１２ａが形成されている。各切起し部１２ａ,１２ａ,１２ａの回転方向（矢印Ｒ方向）下流側位置の回転盤１２には、上向きの枢支ピン２３，２３，２３がそれぞれ立設されている。枢支ピン２３，２３，２３にはブレーキ部材Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３がそれぞれ径方向揺動自在に枢支される。

ブレーキ部材Ｓ１,Ｓ２,Ｓ３では、枢支穴１９ａ，１９ｂ，１９ｃを有する基板部１８ａ，１８ｂ，１８ｃの一端側にブレーキシュー部２０ａ，２０ｂ，２０ｃが設けられ、枢支穴１９ａ，１９ｂ，１９ｃをはさんで基板部１８ａ，１８ｂ，１８ｃの他端側にウエイト部２２ａ，２２ｂ，２２ｃが設けられている。ブレーキシュー部２０ａ，２０ｂ，２０ｃの外周面には摩擦材２１ａ，２１ｂ，２１ｃが焼結などで固着されている。枢支穴１９ａ，１９ｂ，１９ｃは回転盤１２の枢支ピン２３，２３，２３に回動自在に装着されている。また、ウエイト部２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、回転盤１２の回転により生じる遠心力によってブレーキシュー部２０a，２０ｂ，２０ｃをハウジング３の円筒内周面４から離す方向に付勢する。この場合、例えばウエイト部２２ｂの重量をウエイト部２２ｃよりも重くし、ウエイト部２２ｃの重量をウエイト部２２ａよりも重くしてある。これらブレーキ部材の側面の一例として、ブレーキ部材Ｓ２を図５に示しておく。

そして、ブレーキシュー部２０a，２０ｂ，２０ｃと回転盤１２の切起し部１２ａ，１２ａ，１２ａとの間に、ブレーキシュー部２０a，２０ｂ，２０ｃを円筒内周面４に向けて常に付勢する弾性部材（この例では圧縮コイルバネ）２４ａ，２４ｂ，２４ｃが設けられている。これらのブレーキ部材Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、それぞれのブレーキシュー部２０と隣のウエイト部２２とが接触干渉しないように、回転盤１２の周方向に適当距離離して配置されている。
上記のように、ブレーキ部材Ｓ１,Ｓ２,Ｓ３は、それぞれのブレーキシュー部２０ａ，２０ｂ，２０ｃがハウジング３の円筒内周面４に対し近接離間自在となるように回転盤１２に枢支され、摩擦材２１ａ，２１ｂ，２１ｃが円筒内周面４に摺接するようになっている。

ここで、回転ユニットＵにおける制動トルクと回転速度の関係を図６を用いて説明する。図６において、ブレーキ部材Ｓ２，Ｓ３および弾性部材２４ｂ,２４ｃを省き、ブレーキ部材Ｓ１および弾性部材２４ａの対のみを回転盤１２に取り付けた場合の回転ユニットＵにおける制動トルクと回転速度との関係を示すトルク特性はトルク曲線Ｆ１で示される。同様に、ブレーキ部材Ｓ１，Ｓ３および弾性部材２４ａ,２４ｃを省き、ブレーキ部材Ｓ２および弾性部材２４ｂの対のみを回転盤１２に取り付けた場合の回転ユニットＵにおける制動トルクと回転速度との関係を示すトルク特性はトルク曲線Ｆ２で示される。また、ブレーキ部材Ｓ１，Ｓ２および弾性部材２４ａ,２４ｂを省き、ブレーキ部材Ｓ３および弾性部材２４ｃの対のみを回転盤１２に取り付けた場合の回転ユニットＵにおける制動トルクと回転速度との関係を示すトルク特性はトルク曲線Ｆ３で示される。これらのトルク曲線Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３は、いずれも一定のテンションＰをスチールワイヤＬに付与可能な理想の所定トルク特性を示す所定トルク曲線Ｉから離れている。これは、各対のブレーキ部材Ｓ１，Ｓ２,Ｓ３および弾性部材２４ａ，２４ｂ，２４ｃをそれぞれ一対であるいは一部の対を省いて用いると、スプール２に巻かれたスチールワイヤＬｃの巻径Ｄ（回転速度Ｎと反比例）が変化した場合にスチールワイヤＬにかかるテンションＰが一定にならないことを示している。

それに対し、全ての対のブレーキ部材Ｓ１，Ｓ２,Ｓ３および弾性部材２４ａ，２４ｂ，２４ｃを用いると、トルク曲線Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３で示す各トルク特性が足し合わされて、合成トルク曲線Ｍで示す合成トルク特性が得られる。この合成トルク曲線Ｍは上記の所定トルク曲線Ｉにかなり近接している。このように、各対のブレーキ部材Ｓ１，Ｓ２,Ｓ３および弾性部材２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、それぞれのトルク曲線Ｆ１，Ｆ２,Ｆ３を足し合わせて得られる合成トルク曲線Ｍが所定トルク曲線Ｉに可能な限り近づくように、ブレーキシュー部２０またはウエイト部２２の大きさ・長さ・重量、枢支穴１９とブレーキシュー部２０の作用点間のモーメント腕長、枢支穴１９とウエイト部２２の重心間のモーメント腕長、あるいは弾性部材２４のバネ定数といった機械的条件が適宜に設定されている。

上記構成の線材テンション調整装置１は、例えば図７に示したスチールコード製造装置５０に使用される。但し、このスチールコード製造装置５０は従来の線材テンション調整装置５１,５１,・・・,５１を省略した構成にしてある。
そこで、線材テンション調整装置１がスチールコード製造装置５０の基台Ｅの装着用凹部Ｅａに設置され、ハウジング３のボルト穴１１を通されたボルト１６がネジ穴１７に螺着されることにより基台Ｅに固定される。次に、スプール２の軸装着用穴２ａが回転軸８上部の軸端部８ｃから嵌装され、スプール２が回転軸８の所定位置に装着保持される。スプール２の巻芯部２ｂには直径０．２ｍｍまたは０．３ｍｍのスチールワイヤ（線材）Ｌｃが最大巻径２００ｍｍ（図３中のＤ１）で巻かれている。スプール２はスチールワイヤＬｃの消費により巻径が７０ｍｍ（図３中のＤ２）になったときに回転軸８から取り外されて交換されるようになっている。

続いて、スプール２からスチールワイヤ（線材）Ｌが引き出され、ガイドプーリ５４,５５、ボイス５６、撚り線機５７に順次架け渡されて線材引張装置５８につながれる。そこで、線材引張装置５８を駆動すると、スチールワイヤＬが引っ張られてスプール２から一定速度（例えば、毎分８０ｍ）で繰り出される。巻径２００ｍｍのときのスプール２の回転速度Ｎは例えば１３０ｒｐｍである。スプール２から繰り出されたスチールワイヤＬはガイドプーリ５４,５５、ボイス５６を経て撚り線機５７で撚られてスチールコードＬｄとされたのち線材引張装置５８に巻き取られる。このスチールコード製造装置５０では、３０分〜１時間半程度でスチールワイヤＬｃが使い切られてスプール２が交換される。

ところで、スチールワイヤＬの消費により、スチールワイヤＬｃの巻径Ｄが次第に小さくなる。それに伴って、スプール２の回転速度Ｎが高くなり、ブレーキ部材Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のウエイト部２２ａ，２２ｂ，２２ｃにかかる遠心力が大きくなる。すると、円筒内周面４に対する摩擦材２１ａ，２１ｂ，２１ｃの押圧力が低下して回転ユニットＵの制動トルクＴが小さくなる。これにより、スチ−ルワイヤＬにかかるテンションＰがほぼ一定に保持される。すなわち、線材テンション調整装置１は合成トルク曲線Ｍに沿って作動し、スチールワイヤＬのテンションＰをぼぼ一定（例えば、０．０６ｋｇ・ｍ）に保持するのである。

上述した線材テンション調整装置１によれば、繰り出されるスチールワイヤＬに対しほぼ一定のテンションＰを付与するので、スプール２から線材引張装置５８までのワイヤ配線経路に別のテンション調整装置（例えば、テンションプーリ５２を持つ従来装置５１）を必要としない。
従って、スプール２から線材引張装置５８に至るワイヤ配線経路の構成が極めて簡素になる。また、比較的スペースをとる従来装置５１（図７）が不要になることから、スプール２から線材引張装置５８までの距離を短くでき、装置全体のコンパクト化を図ることができる。そして、スプール２を交換する際にも、新たなスプール２からのスチールワイヤＬをつなぐラインアップ作業が簡単になり、作業時間も格段に短縮される。特に、ラジアルタイヤ用のスチールコードを製造するスチールコード製造装置５０に適用するとスプール２の取扱い個数が膨大であるため、格別の効果を得ることができる。

尚、上記の実施形態では３つのブレーキ部材を回転ユニットの回転盤に取り付けた例を示したが、本発明の線材テンション調整装置はそれに限定されるものでない。ハウジング内の設置スペースや製造コストなどの条件が許す限り、例えば２つのあるいは４つ以上のブレーキ部材を回転ユニットの回転盤に設けても構わない。因みに、合成トルク曲線Ｍをできるだけ所定トルク曲線Ｉに近づけるためには、所定トルク曲線Ｉから離れている部分の合成トルク曲線Ｍを所定トルク曲線Ｉに近づけられるブレーキ部材を新たに設けるとよい。これにより、スチールワイヤＬをよりいっそう正確に一定テンションで保持することができる。

また、本発明の線材テンション調整装置が適用される装置としては既述したスチールコード製造装置に限るものでなく、例えばスプールに巻かれた線材を一定速度かつ一定テンションで繰り出す装置であれば好適に用いられる。そして、本発明に適用される線材としては、上記したスチールワイヤのみならず、例えばロープ、糸条なども含まれる。また、本発明に適用されるスプールは、一般に称される巻芯、コイル芯、マンドレル、ボビンなども含むものとする。また、本発明の弾性部材としては圧縮コイルバネ以外に、コイル部分が枢支ピン２３に装着されて一端が回転盤１２に係止され他端がブレーキシュー部２０に係止されてブレーキシュー部２０を円筒内周面４に押し付ける捻りコイルバネなどでもよい。

本発明の一実施形態に係る線材テンション調整装置およびスプールを示す斜視図である。前記線材テンション調整装置の平面図である。前記線材テンション調整装置およびスプールの側断面であって図４におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。図３におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。前記線材テンション調整装置に用いられるブレーキ部材のひとつを示す側面図である。回転ユニットにおける制動トルクと回転速度の関係を示すグラフである。従来の線材テンション調整装置や撚り線機を含むスチールコード製造装置の概略構成図である。

符号の説明

１線材テンション調整装置
２スプール
３ハウジング
４円筒内周面
７ラジアルベアリング
８回転軸
８ｃ軸端部
９スラストベアリング
１２回転盤
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ枢支穴
２０ａ，２０ｂ，２０ｃブレーキシュー部
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ摩擦材
２２ａ，２２ｂ，２２ｃウエイト部
２３枢支ピン
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ弾性部材
５０スチールコード製造装置
Ｃハウジング筒心
Ｄ１,Ｄ２巻径
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３トルク曲線
Ｉ所定トルク曲線
Ｌスチールワイヤ（線材）
Ｌｃスチールワイヤ（線材）
Ｍ合成トルク曲線
Ｎ回転速度
Ｐテンション
Ｓ１,Ｓ２,Ｓ３ブレーキ部材
Ｔ制動トルク

Claims

円筒内周面を有するハウジングと、ハウジング内にハウジング筒心回りに回動自在に軸支されていて線材を巻いたスプールが軸端部に着脱可能に装着される回転軸と、回転軸に設けられてハウジング内で回転する回転盤と、ハウジングの円筒内周面に対し近接離間自在に回転盤に枢支されて円筒内周面と摺接するブレーキ部材と、ブレーキ部材と回転盤の間に設けられてブレーキ部材のブレーキシュー部をハウジングの円筒内周面に向けて付勢する弾性部材とを備えるとともに、回転盤の回転により生じる遠心力によってブレーキシュー部をハウジングの円筒内周面から離す方向に付勢するウエイト部をブレーキ部材に設けた線材テンション調整装置であって、回転盤に複数対のブレーキ部材および弾性部材を配備し、各対のブレーキ部材および弾性部材により生じる回転軸の制動トルクと回転速度との関係を示すトルク特性を全ての対につき足し合わせて得られる合成トルク特性が、一定テンションを線材に付与可能な回転軸の制動トルクと回転速度との関係を示す所定トルク特性に近接するように、各対のブレーキ部材および弾性部材を構成したことを特徴とする線材テンション調整装置。
前記線材がスチールワイヤであり、前記回転軸に装着されるスプールがスチールコード製造装置に供給されるスチールワイヤを巻いたスプールである請求項１に記載の線材テンション調整装置。