JP2008018466A

JP2008018466A - 伸線機における巻き出しトルク調整装置

Info

Publication number: JP2008018466A
Application number: JP2006194330A
Authority: JP
Inventors: Fumio Sato; 文男佐藤
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-01-31

Abstract

【課題】伸線機において、伸線加工中の金属極細線の断線を防止して装置の稼動率の向上を図ること。
【解決手段】伸線されるべき金属極細線１を供給する巻き出しスプール２と、巻き出しスプール２から金属極細線１を巻き出す巻き出し手段７，８とを備えた伸線機において、巻き出しスプール２の回転軸に連結された出力軸を有する誘導電動機４を設け、巻き出しスプール２の回転により誘導電動機４に発生する発電制動力により、巻き出しスプール２から引き出される前記極細線１に張力をかけるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属極細線を伸線加工するのに用いられる伸線機における巻き出しトルク調整装置に関する。

ＩＣ用ワイヤー等の金属極細線を伸線加工する際に、ワイヤーの繰り出し部は、通常、一定のバックテンションがかかるように繰り出しモーターとワイヤー張力検出機構とによって制御されている。しかし、図５に示すような、伸線するワイヤーＷを伸線用ダイスの前後でキャプスタンの抱き角によって搬送する、いわゆるスリップ式伸線方法においては、ワイヤーとキャプスタン間における滑りによってワイヤー送りに細かな間欠運動が発生する。すると、張力測定機構のアームＬの先端に枢支されたプーリーＰが左右に揺動を繰り返し、これが原因でワイヤーＷがプーリーＰから外れ、断線の原因となっていた。

従来、この問題を解決するため、例えば特許文献１に提案されている如く、プーリーＰの回転数を計測することにより、プーリーＰからのワイヤーＷの外れを検出し、装置を停止させることにより断線の防止をはかるようにしたものがあった。
特開２００４−１１５１７０号公報

しかし、この場合でも、ワイヤー張力検出機構からワイヤーが外れると、ワイーの繰り出し制御が不能となり、結局、ワイヤーの断線を防ぐことは出来なかった。また、断線後の再スタート毎に伸線用ダイスへのワイヤーＷの通し作業が必要となり、生産性が大幅に低下することなどの問題が発生していた。

本発明は、従来装置のかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、巻き出しスプールにトルク調整可能な制動力をかけることにより、プーリーからの金属極細線の外れをなくし、断線を防止すると共に装置の稼動率の向上を図ることのできる伸線機を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明による巻き出しトルク調整装置は、伸線されるべき金属極細線を供給する巻き出しスプールと、前記巻き出しスプールから前記金属極細線を巻き出す巻き出し手段とを備えた伸線機において、前記巻き出しスプールの回転軸に連結された出力軸を有する回転電機を設け、前記巻き出しスプールの回転により前記回転電機に発生する発電制動力により、前記巻き出しスプールから引き出される前記極細線に張力をかけるようにしたことを特徴とする。

また、本発明による巻き出しトルク調整装置は、前記巻き出しスプールの巻き径の変化を検出して前記回転電機の発電制動力を制御し得る検出手段を設け、前記検出手段により検出された前記巻き径の減少による張力の変化を前記発電制動力の変化で補正して、前記金属極細線の巻き出し張力を一定に保持するようにしたことを特徴とする。

また、本発明による巻き出しトルク調整装置は、前記回転電機に回転検出発電機（タコジェネレータ）を取り付けて前記回転電機の回転速度を測定し、前記巻き出しスプールの直径の減少率を測定するようにしたことを特徴とする。

また、本発明による巻き出しトルク調整装置は、前記回転電機として誘導電動機又は直流電動機を使用し、前記誘導電動機又は直流電動機を直流発電機として作用させるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、ワイヤーの繰り出し張力に所定の制動力を作用させるようにしたから、プーリーからのワイヤー外れを確実に防止することができ、その結果ワイヤー外れによる断線を防止できて、製品の収率向上と共に生産性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図示した実施例に基づき説明する。
図１は本発明にかかる巻き出しトルク調整装置を備えた伸線機の基本構成を示す概略斜視図、図２は単相電動機をワイヤー張力制御手段として用いる場合の結線例を示す説明図、図３は直流電動機をワイヤー張力制御手段として用いる場合の結線例を示す説明図、図４は図２及び３に示す電動機に用いる直流電源の機能説明図である。

図１において、１は巻き出しスプール２に予め所定量巻き付けられた伸線されるべき金属極細線、３は装置本体に回転可能に支持されていて巻き出しスプール２を着脱可能に保持するスプールホルダー、４は本体ケースが装置本体に取り付けられていて主軸がスプールホルダー３と回転検出発電機としてのタコジェネレター４ａに連結された回転電機としての誘導電動機、５は誘導電動機４の固定子コイルから引き出されたリード線、６は出力端がリード線５を介して単相の誘導電動機４の固定子コイルとタコジェネレター４ａに接続された直流電源、７は装置本体に取り付けられたワイヤー巻き取りモーター、８はワイヤー巻き取りモーター７の主軸に取り付けられたスプールホルダーに着脱可能に保持された巻き取りスプール、９は装置本体に回転可能に対向して横架されたキャプスタン、１０は一対のキャプスタン９，９間に該キャプスタンと平行な列をなすように配置された多数の伸線用ダイス、１１は一対のキャプスタン軸に取付けられたプーリー、１２は一対のプーリー１１，１１間に張架されたベルト、１３は装置本体に取り付けられていて主軸が一方のキャプスタン軸に連結されたキャプスタンモーターである。

一対のキャプスタン９，９と多数のダイス１０は伸線加工部を構成する。伸線加工に先立ち、巻き出しスプール２から引き出された未加工の金属極細線１は、ガイドプーリーを介して伸線加工部に導かれ、第１のダイス１０に通され一対のキャプスタン９，９間に掛けられ、第２のダイス１０に通され一対のキャプスタン９，９間に掛けられ、これを何回か繰り返して所定の線径に細められるようにした後、ガイドプーリーを介して巻き取りスプール８に巻き付け、運転準備を完了する。

上記準備を完了した後、ワイヤー巻き取りモーター７を起動させると、巻き取りスプール８が回転して、金属極細線１は図１の矢印方向へ走行し、巻き出しスプール２に巻かれた金属極細線１が繰り出される。キャプスタン９，９をスリップ式キャプスタンとして用いる伸線方式では、金属極細線１を送り出すためには、引き出し方向に対し、所定のバックテンションが必要となる。そのため、誘導電動機４の固定子コイルに直流電源６からリード線５を介して一定の直流電流を流し、これにより誘導電動機４の回転子に制動力を働かせて、スプールホルダー３を介し、巻き出しスプール２に制動力が作用するようにする。また、金属極細線１の線径に応じて制動力を調整する必要があるが、それは直流電源６において供給電流の大きさを設定することにより行なわれる。

次に、巻き出しスプール２に制動力が作用するようにさせる具体的手段について説明する。図２は上記の単相誘導電動機４を用いる場合の接続例を示す。この場合は、図２に示すように、電気的に直交する二つの固定子コイル４ｂ，４ｃにリード線５を並列に接続して直流電流Ｉ₀を流し、固定子と回転子間の空隙に固定磁界を生成させる。この固定磁界に鎖交する回転子巻き線には、巻き出しスプール２の回転速度に比例した大きさの起電力が誘起され、この起電力に基づく電流による磁界と上記固定磁界との間で発生する電磁力が回転子に制動力を与え、巻き出される金属極細線１に張力を加える結果となる。即ち、誘導電動機を直流発電機として作用させることによって、巻き出しプーリー２に制動をかけ、巻き出される金属極細線１に張力をかけることができる。

以上は誘導電動機を直流発電機として作用させる例について説明したが、誘導電動機の代わりに直流電動機を利用することもできる。図３はその場合の接続例を示している。即ち、界磁コイル４ｄに直流電流Ｉ₀を流して、前記と同様に固定子と回転子間の空隙に固定磁界を発生させると、巻き出しスプール２の回転によって上記と同様に、固定磁界に鎖交する回転子巻き線には、巻き出しスプール２の回転速度に比例した大きさの起電力が誘起され、この起電力に基づく電流による磁界と上記固定磁界との間で発生する電磁力が回転子に制動力を与え、巻き出される金属極細線１に張力を加える結果となる。図３に示された可変抵抗ＶＲは、回転子巻き線に流れる電流を調整するもので、通常は界磁コイル４ｄに流す直流電流Ｉ₀の大きさを調整して巻き出しスプール２に加えられる制動力を制御するが、直流電流Ｉ₀の大きさを固定して可変抵抗ＶＲの抵抗値を変えることによっても、制動力を制御することができる。

次に、金属極細線１の巻き出しによって減少する巻き直径の変化による張力変化を自動的に補正して、常に一定の張力が巻き出される金属極細線１に加えられるようにする方法を説明する。
巻き出しスプール２に予め巻き付けられた金属極細線１の巻き直径は、金属極細線１の巻き出しによって、次第に減少する。金属極細線１の巻き出しは、一定速度で行なわれるので、巻き出し速度をｖ、初期回転速度をＮｏ、その時の巻き直径をＤｏ、運転中の任意時点における回転速度をＮｎ、その時の巻き直径をＤｎとすると、下記の（１）式が成り立つ。
ｖ＝ πＤｏＮｏ＝ πＤｎＮｎ …（１）

（１）式の関係が成立するため、巻き出しによって巻き直径が減少すると、次第に巻き出し速度ｖは上昇するが、（１）式から下記の（２）式が得られる。
Ｄｎ/Ｄｏ＝Ｎｏ/Ｎｎ
Ｎｎ＝Ｎｏ・（Ｄｏ/Ｄｎ） …（２）

また、一定の張力Ｆの下で金属極細線１を引き出すための初期及び運転中の任意の時点における必要な制動トルクをそれぞれＴｏ、Ｔｎとすると、
Ｔｎ＝Ｆ・（Ｄｎ/２） …（３）
Ｔｏ＝Ｆ・（Ｄｏ/２） …（４）
で、（３）式および（４）式から運転中の制動トルクは、
Ｔｎ＝Ｔｏ・（Ｄｎ/Ｄｏ） …（５）
＝Ｔｏ・（Ｎｏ/Ｎｎ） …（６）
と表される。

一方、前述のように回転子コイルに誘起する起電力即ち回転子電流は、前記固定磁界の強さと回転子の回転速度に比例し、制動力は回転子電流と前記固定磁界の強さとに比例するため、回転子に発生する初期制動トルクをＴｏ、前記固定磁界の強さをΦｏ、回転子電流の大きさをＩ₂、回転子の回転速度をＮｏとすると、下記の（７）式のように表される。
Ｔｏ＝Ｋ₁Φｏ・Ｉ₂
＝Ｋ₁Φｏ（Ｋ₂Φｏ・Ｎｏ）
＝Ｋ₃Φｏ²・Ｎｏ …（７）
但し、Ｋ₃＝Ｋ₁・Ｋ₂

初期の励磁電流（直流電流）をＩ₀とすると、固定磁界の強さΦｏはＩ₀に比例するので、上記（７）式は、
Ｔｏ＝Ｋｏ・Ｉ₀ ²・Ｎｏ …（８）
と表すことができる。このとき、Ｋｏ＝Ｋ₃・Ｋ₄ ²（但し、Ｋ₄はＩ₀の係数である）。

同様に、回転速度がＮのときは、
Ｔｎ＝Ｋｏ・Ｉｎ²・Ｎｎ …（９）
と表すことができる。

上記の（８）式および（９）式より、
Ｔｎ＝Ｔｏ・（Ｉｎ²/Ｉ₀ ²）・（Ｎｎ/Ｎｏ） …（１０）
となる。

次に電動機の励磁電流を、
Ｉｎ＝Ｉｏ・（Ｎｏ/Ｎｎ） …（１１）
とすることができると、上記（１０）式は、
Ｔｎ＝Ｔｏ・（Ｎｏ/Ｎｎ）
となって、上記（６）式となり、運転中の張力を常に一定とすることができることが分る。

次に、図４を用いて金属極細線１の張力を一定にする方法を説明する。
図中、Ｈを信号保持器、Ｄを徐算器、Ｍを掛算器、ＡをゲインＧの増幅器、Ｉｓを設定電流、Ｉｏを界磁コイルに与える出力電流、Ｅを回転子の回転速度を測定するタコジェネレーター４ａの出力電圧、Ｈｏｌｄを電圧保持信号、ａ，ｂ，ｃおよびｄを信号保持器Ｈからの出力信号，徐算器Ｄからの出力信号，掛算器Ｍからの出力信号および増幅器Ａからの出力信号とすると、ａは運転開始時のＨｏｌｄ信号によって保持されたタコジェネレーター４ａの初期電圧Ｅo、ｂは徐算器ＤでＥoをＥnで除算したＥo/Ｅn、ｃは徐算器Ｄの出力と設定電流Ｉｓを乗算する掛算器Ｍの出力Ｉｓ・（Ｅo/Ｅn）、ｄは増幅器Ａの出力Ｉｏ＝Ｇ・Ｉｓ・（Ｅo/Ｅn）となって、電動機の界磁電流となる。即ち、運転初期に界磁電流Ｇ・Ｉｓによって発生する制動力Ｔoは、運転中に補正しない場合（１０）式から（Ｎｎ/Ｎo）倍となるが、タコジェネレーター４ａで電圧を測定して（Ｅo/Ｅn）倍、即ち、（Ｎo/Ｎｎ）倍すれば、（６）式となって、常に線引き張力を一定にすることができる。

上記の場合、徐算器Ｄおよび掛算器Ｍ等はアナログ演算器で構成したが、これらは、コンピューターで演算を行なうように構成しても良いし、汎用シーケンサーを使用するようにしても良い。

本発明にかかる巻き出しトルク調整装置を備えた伸線機の基本構成を示す概略斜視図である。単相電動機をワイヤー張力制動手段として用いる場合の結線例を示す説明図である。直流電動機をワイヤー張力制動手段として用いる場合の結線例を示す説明図である。図２及び３に示す電動機に用いる直流電源の機能説明図である。従来のワイヤー張力検出装置を備えた伸線機の概略斜視図である。

符号の説明

１金属極細線
２巻き出しスプール
３スプールホルダー
４誘導電動機
４ａ回転検出発電機（タコジェネレーター）
４ｂ、４ｃ固定子コイル
４ｄ界磁コイル
５リード線
６直流電源
７ワイヤー巻き取りモーター
８巻き取りスプール
９キャプスタン
１０伸線用ダイス
１１、Ｐプーリー
１２ベルト
１３キャプスタンモーター
ＶＲ可変抵抗器
Ｈ信号保持器
Ｄ除算器
Ｍ掛算器
Ａ増幅器
Ｗワイヤー
Ｌ張力測定機構のアーム
ａ、ｂ、ｃ、ｄ出力信号

Claims

伸線されるべき金属極細線を供給する巻き出しスプールと、前記巻き出しスプールから前記金属極細線を巻き出す巻き出し手段とを備えた伸線機において、前記巻き出しスプールの回転軸に連結された出力軸を有する回転電機を設け、前記巻き出しスプールの回転により前記回転電機に発生する発電制動力により、前記巻き出しスプールから引き出される前記極細線に張力をかけるようにしたことを特徴とする巻き出しトルク調整装置。
前記巻き出しスプールの巻き径の変化を検出して前記回転電機の発電制動力を制御し得る検出手段を設け、前記検出手段により検出された前記巻き径の減少による張力の変化を前記発電制動力の変化で補正して、前記金属極細線の巻き出し張力を一定に保持するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の巻き出しトルク調整装置。
前記回転電機に回転検出発電機（タコジェネレータ）を取り付けて前記回転電機の回転速度を測定し、前記巻き出しスプールの直径の減少率を測定することを特徴とする請求項２に記載の巻き出しトルク調整装置。
前記回転電機として誘導電動機又は直流電動機を使用し、前記誘導電動機又は直流電動機を直流発電機として作用させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の巻き出しトルク調整装置。