JP2006290476A - 線条体の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 線条体の製造において、線条体巻取り機のトラバースターン時の反転時間を短縮し、或いは同時に反転時間内の実効的トラバース速度を大きくして、巻き乱れを生じさせない線条体の製造装置および製造方法を実現し、これによって巻取りの問題が生産加工設備の高速性能を抑えることが無いようにする。
【解決手段】 生産加工された線条体１を巻取り機で巻取りボビン１１に巻取る線条体の製造装置において、該巻取り機は、ボビン回転部１０をトラバース方向に加圧する加圧装置３０を備えることを特徴とする線条体の製造装置および製造方法とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は線条体の製造（線材生産、被覆加工、集線などの他、単なる巻替えも含み、以下、生産加工とも称する）において、特に線条体をボビンに巻き取る技術に関し、線条体を高速度で巻取ることができ、かつ巻取り品質に優れる線条体の製造装置および製造方法に関する。

線条体の製造においては、得られた線条体をボビンに巻取る際、ボビン全体に線条体を均一に巻くことが重要になる。ボビンの一部に線条体が偏って巻かれたりすると、後にこの線条体を繰出す際に、もつれたりして線条体を断線することになり兼ねない。線条体を均一に巻くために従来から一般的に用いられている有効な方法は、線条体の走行方向と直交する方向にボビンを往復させながら巻取るもので、この線条体の走行方向と直交する方向に動かすことをトラバースと呼び、このための機械装置をトラバース装置またはトラバーサと呼んでいる。

図４は線条体をボビンに巻取る状況の概略説明図である。この図において、線条体１は図の上から下に走行して巻取りボビン１１に巻取られるのであるが、線条体をボビンに均一に巻くために、ボビンを図の左右に往復運動させて、つまりトラバースさせて線条体をボビンに万遍なく巻くようにしている。１０はボビン回転部で、ボビン１１を支持する架台１３と、ボビン駆動軸１４等からなる。駆動軸１４は架台１３に取付けられた図示していないモータに連結してボビンを回転させる。図はボビンの右側部分に線条体１を一層巻き、未だ巻かれていない左側部分にこれから巻きが進む状態を示している。右側部分のようにボビンに一周線条体が巻かれる毎に、線条体がその直径分隣にずれる巻方は整列巻きと呼ばれる。通常、ボビンには、線条体は多くの層が重なって巻かれるが、最後まで整列巻きを崩さず、均一に巻くのが理想とされる。

ボビンを図の左右に往復運動させるトラバース装置２０は主に枠体２１とサーボモータ２２とボールネジ２３とからなる。サーボモータ２２がトラバーサ２０の駆動源で、ボールネジ２３はサーボモータ２２の回転運動を直線運動に変換してボビン回転部１０を左右に往復運動させる。このようなボビンを左右に往復運動させる方式のトラバーサは、ボビントラバーサと呼ばれる。一方、ボビンに左右の往復運動を与えず、線条体１の走行路を左右に往復運動させる方式はガイドトラバーサなどと呼ばれる。

線条体をトラバースさせながら巻取ることは均一な巻き状態を実現するのに不可欠である。しかし、ボビンの鍔１２のところではトラバースの向きを反転（以下、トラバースターン、またはターンと称す）させる必要があり、ここでトラバース速度が一定値から外れるため、ボビンの鍔の際において線条体を均一に巻くことは、技術的な困難を伴っていた。このような技術的困難を解決するために、従来は、例えば特許文献１に示すように、トラバースターンの際に高度な制御技術を導入する等の提案がなされていた。

トラバースターンの問題を、図５を参照して説明する。図５は横軸を時間（ｔ）とし、縦軸をトラバース速度（Ｕ）としたグラフである。ボビンが１回転する時間をτとすると、この間に線条体の直径ｄだけトラバースすれば線条体は隙間無く整列状態で巻かれる。この時のトラバース速度はｕ＝ｄ／τである。理想的には図の点線に示すように、このトラバース速度ｕでボビンの鍔の際まで進み、鍔に当たったところでターンしてトラバース速度は−ｕに切り替わることが好ましい。しかしｕから−ｕに瞬時に切り替わることは不可能であって、実際は図の実線に示すように有限な時間Ｔにてｕから減速して０になり、それから向きを変えて増速して−ｕになる。最大トラバース速度からの減速が始まり逆向きの最大トラバース速度になるまでの時間Ｔを反転時間と定義する。反転時間における、トラバース速度の絶対値の平均値（以下、「実効的トラバース速度」と称す）はｕにはならず、ｕよりも小さい値になる。図のように反転時間内で、トラバースの加速度が一定であれば実効的トラバース速度はｕ／２となる。ターン時の実効的トラバース速度がｕより小さいことは、鍔の近傍により長い時間線条体が存在することであり、その結果、線条体を多層に積み上げて巻くと、鍔部にはより多くの線条体が巻き重なり、その部分が盛上ることになる。

つまり、鍔近傍は線条体の巻状態の特異点となって、巻状態が非常に乱れ易くなる。ターン部における線条体の巻き重なりに起因して生じる乱れの態様の典型的な例を図６に示す。図の（ａ）は線条体１の巻き重なりが蓄積して生じる「盛上り」、（ｂ）は盛上り部の線条体１が低い側にずれ落ちた「線こぼれ」、（ｃ）は盛上り部に巻いた線条体１がそこに埋まりこんだ「食込み」である。このような状態に巻かれた線条体をその後ボビンから繰出すと、図７に示すように、線条体１がもつれて、線条体同士が引っ掛りスムーズな繰出しができなくなって、断線する可能性があるため、このような巻状態にならないようにしなければならない。線条体１が光ファイバ心線の場合は、もつれは断線に直結し易いばかりか、断線に至らなくても破断寿命や、伝送特性に致命的なダメージを与えるため、巻乱れの回避には細心の注意が払われていた。

さらに、ボビンに巻取られる線条体１が光ファイバテープ心線の場合、この巻乱れの問題は最も深刻である。光ファイバテープ心線は、複数本の光ファイバを並行に並べ、これらを一括して樹脂被覆したもので、全体断面は矩形状であり円形ではなく、側圧による伝送損失の増加を防ぐため完全な整列巻きが必要とされる。図８に光ファイバテープ心線の巻取り状態の断面図を示す。この場合、線条体１は細幅のテープ状の形状であるため定常部の整列巻きは比較的容易で、ボビン回転数に比例したトラバース速度を与えるだけで良いが、ターン部では反転時間が長いと二重、三重に重なって整列巻きが崩れ易く、さらにこのような巻き不調の上に巻きが積層されると巻きの乱れは拡大増幅されて、伝送損失増加、線の曲がり、外傷といった不良状態となる。さらに光ファイバテープ心線は、数百ｍ／分以上の高速で生産されるため、このような光ファイバテープ心線を、トラバースターン部を含めて整然と巻くことは至難であった。このため、例えば特許文献２に示されるように、光ファイバテープ心線の巻取りの改良に関する工夫が従来から提案されている。

特開２００１−２７０６５７号公報 特開２００１−２３２０号公報

巻き乱れの防止のため、トラバースターンに高度で複雑な制御を導入しても、巻取り速度が大きくなれば、実効的トラバース速度が低下してターンが追いつけなくなるという単純な理由から、巻き乱れは避け難くなる。このため従来は、ターンが追いつけるように、巻取り速度つまり生産速度を抑える場合があった。すなわち、巻乱れがその後深刻な結果に結びつく設備においては、ターンの際に巻乱れが生じないような巻取り速度までボビンの回転数を落として、設備全体を運転していた。生産加工設備、例えば線条体への押出し被覆設備や、光ファイバの線引装置、光ファイバテープ心線の製造設備などとしては更なる高速性能を有していても、設備全体の線速はトラバースターン時に巻乱れが生じない巻取り速度に抑えて、生産加工能力を生かしきれていなかった。

このような問題の基本的解決策は、いかに速いトラバースターンを実現するかにかかっている。そのためには前記の説明からも明らかなように、ターン時に、実効的トラバース速度が低下しないように、瞬間的にトラバース速度を増大させて反転させるか、反転時間をできる限り短縮するか、またはこれらを同時に組合わせて実施することが有効である。経験的には、ボビンが１／２回転する時間を反転時間とするのが好適で、ボビンが１回転する時間を反転時間としたのではターンが遅すぎてターン部に線条体の巻き重なりが生じる。この経験則のように反転は極めて短時間に行われることが要求される。

しかし、最近実現されている反転機構による反転時間は、ほぼ限界に達している。例えば、正逆転クラッチ等の機械的反転機構を用いた場合、反転時間は軽負荷、高応答のものでも１５ｍｓ程度が限界で、通常は５０ｍｓ程度が必要である。高応答のサーボモータを用いた場合には、使用するモータの容量を上げていけば反転時間は減少していくが、自己のロータおよびボールネジ等回転機構の慣性による限界があり、２０ｍｓ程度が必要である。このような従来技術による反転時間は、製造線速が数百ｍ／分〜千ｍ／分には対応できるが、数ｍｓの反転時間が要求される数千ｍ／分の製造線速には、対応できなかった。

本発明は、線条体の製造において、線条体巻取り機のトラバースターン時の反転時間を短縮し、或いは同時に反転時間内の実効的トラバース速度を大きくして、巻乱れを生じさせない線条体の製造装置および製造方法を実現し、これによって巻取りの問題が生産加工設備の高速性能を抑えることが無いようにするものである。

本発明は、生産加工された線条体を、ボビン回転部と当該ボビン回転部を横移動させるトラバース装置とからなる巻取り機で巻取りボビンに巻取る線条体の製造装置において、前記ボビン回転部をトラバース方向に加圧する加圧装置を備えることを特徴とする線条体の製造装置であり、さらに、生産加工された線条体を、ボビン回転部と当該ボビン回転部を横移動させるトラバース装置とからなる巻取り機で巻取りボビンに巻取る線条体の製造方法において、前記ボビン回転部をトラバース方向に加圧する加圧装置によりトラバースターンを補助することを特徴とする線条体の製造方法である。

ここでボビン回転部とは、ボビンと、これを装着して支持する架台と、線条体を巻取るためにボビンを駆動する機構の総称である。また、加圧装置は最大トラバース速度からの減速と、逆向きの最大トラバース速度への増速をともに速める作用をするもので、前記反転（トラバースターン）時間を短縮するものとする。

本発明の線条体の製造装置および製造方法によれば、速いトラバースターンが実現できるため、巻取りの事情が生産加工設備の高速性能を抑えることが無い。また、機械的に簡素な構成でかつ生産性に優れるため製造コストを低減すると同時に、トラバースターン時の線条体に巻乱れを生じさせないので、品質や信頼性にも優れる線条体を得ることができる。線条体が、巻乱れのない優れた巻取り品質が要求される光ファイバ心線である場合には、本発明が特に有効である。さらに線条体が、トラバースターン時の巻き乱れが最も生じ易い光ファイバテープ心線の場合は、本発明は最大の効果を発揮する。

本発明の実施の形態を図１により説明する。図１は本発明の製造装置の基本的な構成を示すもので、線条体１が巻き取られるボビン回転部１０と、ボビン回転部を横移動させるトラバース装置２０と、ボビン回転部をトラバース方向に加圧する加圧装置３０とを備えている。加圧装置３０は、図１においてはボビン回転部の一方の側に設けられたエアシリンダ３１でありボビン回転部１０とエアシリンダ３１はシャフト３２で連結されている。エアシリンダ３１の代りにオイルシリンダを用いても良い。

ボビン回転部１０は、ボビン１１と、ボビン支持架台１３と、ボビンの駆動軸１４等とからなる。トラバース装置２０は主に枠体２１と、サーボモータ２２と、ボールネジ２３等とからなる。図１の構成においては、エアシリンダ３１はトラバース装置２０の枠体２１に固定され、ボビン支持架台１３とはエアシリンダ３１に出入りするシャフト３２で結ばれ、シャフト３２の露出している長さＬはトラバースに伴い伸縮する。エアシリンダ３１はトラバースの外側にあって、ボビン回転部１０に対してトラバースターン前のトラバース方向と逆方向に加圧してトラバースの内側に戻るよう強い作用を及ぼすため、ターン時のモータ２２の負荷を軽減してその結果速いトラバースターンを実現することができる。

図２は、加圧装置３０として、圧縮バネ３３をボビン回転部１０の両側に設けたもので、ボビン回転部１０とバネ３３は連結されていないため、ボビン回転部１０がバネに当たっている間のみ加圧される。つまり、ボビン回転部１０は、トラバースターンの前後の限られた移動長さのみ加圧される。この構成においては、バネ３３はトラバースの外側にあって、ボビン回転部１０に対してトラバースターン前のトラバース方向と逆方向に加圧してトラバースの内側に戻るよう強い作用を及ぼすため、ターン時のモータ２２の負荷を軽減してその結果速いトラバースターンを実現することができる。なお、図の３４はバネ３３の片側を支持する支持体である。

従来の構成と本発明の構成におけるモータの負荷の比較を図３に示す。図３（ａ）は従来のトラバーサ装置におけるサーボモータ回転数Ｎの時間ｔに対する変化と、同じくサーボモータのトルクＴの時間ｔに対する変化を上下に並べて示した模式図で、図３（ｂ）は本発明のトラバーサ装置について同じものを示したものである。本発明（ｂ）ではトラバースターン時のモータの負荷トルクは加圧装置による補助のおかげで、従来構成（ａ）に比べて軽減される。本発明ではモータの負荷が小さくなる分、速いターンが実現できる。

図３を以下に詳しく説明する。図（ａ），（ｂ）とも上図は要求されるサーボモータの回転数Ｎを表していて、同じ図である。ｔ_２からｔ_３ にボビンの右端でターンしたとすると、ｔ_４からｔ_５でボビンの左端でターンする場合を示している。このサーボモータ回転数を実現するための同モータの所要トルクは図（ａ），（ｂ）の下図に示している。上図で回転数が変化するときに大きな加速度を要し、ボビンの慣性などに依存する大きなトルクが必要になる。従って、下図で時間０からｔ_１の間、ｔ_２からｔ_３の間、ｔ_４からｔ_５の間で大きなトルクを必要とする。また、回転数が一定の所で必要とするトルクは摩擦などのいわゆるメカニカルロスで、図ではＴ_ｌと表している。全てのグラフは模式的に表したもので、正負の符号は、サーボモータの正逆の回転方向に対応する。

図３における図（ａ）、（ｂ）の違いは下図のトルクＴのグラフに見られる。例えば従来技術（ａ）の場合、トラバースターン時に、加圧装置の補助が無いためＴの絶対値が６単位必要なのに対して、加圧装置の補助が得られる本発明（ｂ）の場合は、Ｔの絶対値は４単位で済む。本発明でトラバースターン時のトルクが小さくて済むということは、その分モータの容量を速い速度変化に当てることができ、実際にはｔ_２からｔ_３の間、ｔ_４からｔ_５の間等の時間間隔を図示したよりも（すなわち従来よりも）短縮することができる。この事は、図５で説明したように速いトラバースターンを実現して高速の生産加工速度を妨げないことになる。

図１の加圧装置３０がシリンダ式の場合、シリンダ３１の特性を調節してトラバースターンの補助力の大きさや作用時間などの作動パターンを設定することができる。そしてこの作動パターンに整合させたサーボモータ２２の制御を行なえば、モータの容量を効率よく使って速いトラバースターンが実現できる。また図２の、加圧装置３０がバネ式の場合においても、バネ３３のバネ定数や作用長さなど、バネ特性に整合させたサーボモータ２２の制御を行なえばモータの容量を効率よく使って速いトラバースターンが実現できる。
なお、作用時間として、トラバースターンの前後の限られた時間となるように設定すれば良い。例えば、時間０からｔ_１の間、ｔ_２からｔ_３の間、ｔ_４からｔ_５の間を作用時間とするのが効果的である。

上記実施形態ではボビントラバーサの場合について説明したが、本発明は、ガイドトラバーサについても同様に適用可能である。
また、線条体１が光ファイバテープ心線の場合はトラバースターン時の巻き乱れが最も生じ易いが、上記実施形態の線条体の製造装置および製造方法を用いることで実効的トラバース速度を大きくして、巻き乱れを極めて効果的に防止することができる。

本発明の製造装置の構成例を示す概略図である。 本発明の製造装置の、他の構成例を示す概略図である。 トラバース速度とトルクの時間変化を示すグラフである。 従来の製造装置の構成例を示す概略図である。 トラバース速度の変化を示すグラフである。 ボビンの鍔部に生じる巻乱れの状況を示す概略図である。 もつれの状況を示す概略断面図である。 光ファイバテープ心線の巻取りの問題を説明する概略図である。

符号の説明

１：線条体
１０：ボビン回転部
１１：ボビン
１２：ボビンの鍔
１３：架台
１４：駆動軸
２０：トラバース装置
２１：枠体
２２：サーボモータ
２３：ボールネジ
３０：加圧装置
３１：エアシリンダまたはオイルシリンダ
３２：シャフト
３３：圧縮バネ
３４：支持体

Claims (7)

1. 生産加工された線条体を、ボビン回転部と当該ボビン回転部を横移動させるトラバース装置とからなる巻取り機で巻取りボビンに巻取る線条体の製造装置において、前記ボビン回転部をトラバース方向に加圧する加圧装置を備えることを特徴とする線条体の製造装置。
2. 前記加圧装置は、前記ボビン回転部をトラバースターンの前後の限られた時間のみトラバースターン前のトラバース方向と逆方向に加圧するものであることを特徴とする請求項１に記載の線条体の製造装置。
3. 前記加圧装置は、前記ボビン回転部をトラバースターンの前後の限られた移動長さのみトラバースターン前のトラバース方向と逆方向に加圧するものであることを特徴とする請求項１に記載の線条体の製造装置。
4. 前記加圧装置は、エアシリンダもしくはオイルシリンダであることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の線条体の製造装置。
5. 前記加圧装置は、バネであることを特徴とする請求項３に記載の線条体の製造装置。
6. 生産加工された線条体を、ボビン回転部と当該ボビン回転部を横移動させるトラバース装置とからなる巻取り機で巻取りボビンに巻取る線条体の製造方法において、前記ボビン回転部をトラバース方向に加圧する加圧装置によりトラバースターンを補助することを特徴とする線条体の製造方法。
7. 前記線条体が光ファイバテープ心線であることを特徴とする請求項６に記載の線条体の製造方法。

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