JP2010280464A - テンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】付勢部材の交換又は調整を行うことなく巻線に加えるテンションの変更ができるテンション装置を提供する。
【解決手段】テンション装置は、ボビンから導かれた巻線を巻線機に向かって繰り出すテンションプーリと、テンションプーリと巻線機との間で巻線を案内するアームプーリを先端に有し、基端を支点にして回動自在なテンションアームと、アームプーリがテンションプーリ及び巻線機から離間するようにテンションアームを付勢する付勢部材と、テンションアームの基端及び先端を結ぶ直線と、水平方向とのなす角度であるアーム角度を検出する角度検出部と、テンションプーリに結合され、テンションプーリを回転させるモータと、角度検出部が検出したアーム角度と、入力される目標アーム角度と応じてモータの駆動を制御して、巻線の繰り出す速度を増減させる制御部とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻線に所望のテンションを加えて繰り出すテンション装置に関する。

巻芯に巻線を巻き付ける巻線機に巻線を繰り出す際に、巻線にテンションを加えるテンション装置が提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載のテンション装置は、巻線源から導かれた巻線をガイドプーリを介して繰り出し制御プーリに巻き付け、繰り出し制御プーリからテンションバー先端の巻線ガイドを介してコイルボビン等の巻芯に繰り出す構成である。繰り出し制御プーリには、サーボモータが連結され、テンションバーは、基端を支点として回動可能に保持されると共に、付勢部材により所定の回動方向に対して付勢力が与えられ巻線にテンションを加える構成となっている。巻線に加えられるテンションが変化すると、テンションの変化に応じてテンションバーが回動し、サーボモータがテンションバーの所定の角度になるように巻線の繰り出し速度を制御して巻線に過大なテンションが加わらないようにしている。

特開２０００−１２８４３３号公報

しかしながら、特許文献1に記載のテンション装置では、サーボモータは、テンションバーが所定の角度によるように制御するのみで、巻線に加えるテンションの調節は、テンション装置が有する付勢部材により行う。このため、例えば、異なる太さ又は異なる材質の巻線を異なるテンションを加えて巻芯などに巻き付けて製品を大量に生産する場合、付勢部材の交換又は調整などの調節に時間を要するという問題がある。このような製造工程における作業時間の増加は、製造コストの増加をまねくという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、付勢部材の交換又は調整を行うことなく巻線に加えるテンションの変更ができるテンション装置を提供することにある。

（１）上記問題を解決するために、本発明は、巻芯に巻線を巻回する巻線機にボビンから前記巻線を所望のテンションを加えて繰り出すテンション装置であって、前記ボビンから導かれた前記巻線を前記巻線機に向かって繰り出すテンションプーリと、前記テンションプーリと前記巻線機との間で前記巻線を案内するアームプーリを先端に有し、基端を支点にして前記アームプーリを前記テンションプーリ及び前記巻線機のそれぞれと近接離間させるように回動自在なテンションアームと、前記アームプーリが前記テンションプーリ及び前記巻線機から離間するようにテンションアームを付勢する付勢部材と、前記テンションアームの基端及び先端を結ぶ直線と、水平方向とのなす角度であるアーム角度を検出する角度検出部と、前記テンションプーリに結合され、前記テンションプーリを回転させるモータと、前記角度検出部が検出した前記アーム角度と、入力される目標アーム角度とに応じて前記モータの駆動を制御して、前記巻線の繰り出す速度を増減させる制御部とを具備することを特徴とするテンション装置である。

（２）また、本発明は、上記記載の発明において、前記制御部は、前記アーム角度と前記目標アーム角度との角度偏差、及び、入力される前記モータの回転子の位置を示す位置信号から該回転子の目標位置を示す目標位置信号を算出し、該目標位置信号から前記モータへの指令信号を生成して前記モータを駆動するＰＩ制御を行うことを特徴とする。

（３）また、本発明は、上記記載の発明において、前記制御部は、前記ＰＩ制御における積分項に上限値及び下限値を設けることを特徴とする。

（４）また、本発明は、上記記載の発明において、前記制御部は、算出した前記目標位置信号が、前記巻線を繰り出す方向に前記モータを駆動するか否かを判定し、前記巻線を繰り出す方向の場合、算出した前記目標位置信号により前記指令信号を更新し、前記巻線を繰り出す方向でない場合、前記指令信号を更新しないことを特徴とする。

（５）また、本発明は、上記記載の発明において、前記テンションプーリと前記アームプーリとの間に設けられた第1のガイドプーリと、前記アームプーリと前記巻線機との間に設けられた第２のガイドプーリと、を備え、前記第1のガイドプーリから前記アームプーリへ送り出される前記巻線の移動方向と、前記アームプーリから前記第２のガイドプーリへ送り出される前記巻線の移動方向とが、水平方向に対してなす角度がそれぞれ６０度から８０度であることを特徴とする。

（６）また、本発明は、上記記載の発明において、前記巻線に前記所望のテンションが加わる場合、前記第１のガイドプーリから前記アームプーリへ送り出される前記巻線の移動方向と、前記アームプーリから前記第２のガイドプーリへ送り出される前記巻線の移動方向とが、それぞれ鉛直方向であることを特徴とする。

（７）また、本発明は、上記記載の発明において、前記テンションプーリと前記第１のガイドプーリとの間に設けられた第３のガイドプーリと、前記第２のガイドプーリと前記巻線機との間に設けられた第４のガイドプーリとを備え、前記第３のガイドプーリから前記第１のガイドプーリへ送り出される前記巻線の移動方向と、前記第２のガイドプーリから前記第４のガイドプーリへ送り出される前記巻線の移動方向とが、水平方向に対してなす角度がそれぞれ４５度であることを特徴とする。

（８）また、本発明は、上記記載の発明において、前記テンションアームの素材は、ガラス繊維又炭素繊維を用いた繊維強化プラスチックであることを特徴とする。

この発明によれば、テンションアームの角度を設定し、テンションアームの角度と設定した角度とに応じてモータを駆動して、巻線の繰り出し速度を制御することにより、スプリングの変更を行うことなく巻線に加えるテンションの変更ができる。

第1実施形態におけるテンション装置１の構成を示す概略図である。 同実施形態におけるアーム角度検出部２２が検出するアーム角度θTの一例を示す概略図である。 同実施形態における制御部２３の構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態における制御部２３のモータ１３への指令信号を生成する処理を示すフローチャートである。 同実施形態における目標アーム角度θTrefを変更した場合の巻線に加えられるテンション（巻線張力）の時間応答の一例を示す波形図である。 第２実施形態におけるテンション装置１Ａの構成を示す概略図である。 第３実施形態におけるテンション装置１Ｂの構成を示す概略図である。 第４実施形態におけるテンション装置１Ｃの構成を示す概略図である。 第５実施形態におけるテンション装置１Ｄの構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態によるテンション装置を図面を参照して説明する。

＜第1実施形態＞
図１は、第1実施形態におけるテンション装置１の構成を示す概略図である。図示するように、テンション装置１は、巻線Ｗを供給する巻線源であるボビン２からガイドプーリ３に案内されて導かれた巻線Ｗに対して所望のテンションを加え、巻線を巻芯、例えば、モータの電機子に巻回する装置であるフライヤ４に、所望のテンションを加えた巻線Ｗを繰り出す。
また、テンション装置１は、バックテンショナ部１１と、テンションプーリ１２と、モータ１３と、テンションアーム１４と、アームプーリ１５と、固定部１６と、バネ１７と、ストッパ１８、１９と、ガイドプーリ２０、２１と、アーム角度検出部２２と、制御部２３とを具備している。

バックテンショナ部１１は、巻線Ｗを供給する巻線源であるボビン２からガイドプーリ３を介して導かれた巻線Ｗに一定のテンションを加える。
テンションプーリ１２は、バックテンショナ部１１によりテンションを加えられた巻線Ｗが巻き付けられて、巻線Ｗとテンションプーリ１２との間に摩擦力が発生するようになっている。また、テンションプーリ１２は、方向ａ（図１においては、時計方向）に回転することにより巻線Ｗをフライヤ４に向けて繰り出す。

また、テンションプーリ１２は、回転軸１２ａがモータ１３の回転子に結合され、モータ１３が駆動されると、モータ１３の回転子と共に回転する。すなわち、モータ１３の駆動により、テンションプーリ１２が回転して巻線Ｗが繰り出され、モータ１３の駆動を制御することにより巻線Ｗの繰出速度を制御する。モータ１３には、例えば、ブラシレスＤＣモータが用いられる。また、バックテンショナ部１１は、フェルト、モータ及びプーリを組み合わせたものなどを用いて、バックテンショナ部１１とテンションプーリ１２との間の巻線Ｗに弛みが生じないようにある程度の摩擦を生じさせる。

また、モータ１３には、モータ１３が有する回転子の位置（回転角）を検出し、回転子の位置を示す位置信号を出力する位置検出部１３ａが付設されている。ここで、位置検出部１３ａには、例えば、磁気式位置検出装置であるレゾルバ、ホールＩＣ、又は、光学エンコーダなどが用いられる。
テンションアーム１４は、基端１４ａを支点に回動するように回転自在にテンション装置に保持されている。また、テンションアーム１４は、先端１４ｂにアームプーリ１５が回転可能に支持され、基端１４ａから先端１４ｂに向かって離間した位置に設けられた引掛け部１４ｃに、一端がテンション装置１の固定部１６に係止されたバネ（付勢部材）１７の他端が、係止されている。また、テンションアーム１４は、アームプーリ１５がテンションプーリ１２及びフライヤ４と近接する方向となる上方向への回動がストッパ１８により制限され、アームプーリ１５がテンションプーリ１２及びフライヤ４と離間する方向となる下方向への回動がストッパ１９により制限される。また、テンションアーム１４は、質量が軽く、応力により変形しない素材、例えば、ガラス繊維又炭素繊維を用いた繊維強化プラスチックにより構成される。

ガイドプーリ２０、２１は、巻線Ｗの移動方向において、アームプーリ１５に対して巻線を供給する側と、巻線を送り出す側とそれぞれに設けられ、巻線Ｗの移動方向を変え、アームプーリ１５に対する巻線Ｗの巻き付ける長さを保つためのものである。すなわち、巻線Ｗは、テンションプーリ１２により繰り出され、ガイドプーリ２０に案内されて移動方向が変更され、アームプーリ１５に案内されて移動方向が折り返され、ガイドプーリ２１へ導かれる。ガイドプーリ２１は、テンション装置１において、最もフライヤ４側に設けられ、アームプーリ１５から導かれた巻線Ｗを案内して、巻線Ｗの移動方向をフライヤ４に向けて変更する。符号２０ａ、２１ａは、ガイドプーリ２０、２１それぞれの回転軸である。

また、ガイドプーリ２０は、テンションアーム１４の配設方向１４ｄ（基端１４ａと先端１４ｂとを結ぶ直線方向）が水平方向と平行となるとき、ガイドプーリ２０とアームプーリ１５との間の巻線Ｗの移動方向が鉛直方向（図面において上下方向）となる位置に配設される。
また、ガイドプーリ２１は、ガイドプーリ２０と同様に、テンションアーム１４の配設方向が水平方向と平行となるとき、ガイドプーリ２１とアームプーリ１５との間の巻線Ｗの移動方向が鉛直方向となる位置に配設される。

アーム角度検出部２２は、例えば、抵抗式ポテンションメータ、光学式ポテンションメータ、光学式エンコーダなどにより構成され、テンションアーム１４の基端１４ａに設けられ、基端１４ａとアームプーリ１５の回転軸１５ａを結ぶ直線が水平方向（図面の左右方向、鉛直方向に対して垂直方向）に対してなす角度であるアーム角度θTを計測し、計測したアーム角度θTを示すアーム角度信号を出力する。
制御部２３は、アーム角度検出部２２が出力したアーム角度信号と、入力される目標アーム角度θTrefを示す目標アーム角度信号とから、アーム角度θTと目標アーム角度θTrefの差である角度偏差ΔθTを算出し、算出した角度偏差ΔθTが０（零）になるように、算出した角度偏差ΔθTと、位置検出部１３ａが出力する位置信号とに応じてモータ１３をＰＩ制御により駆動させる。すなわち、制御部２３は、角度偏差ΔθTと位置信号とにより、モータ１３及びテンションプーリ１２を介して、巻線Ｗの繰出速度を制御することにより、アーム角度θTと目標アーム角度θTrefとが一致させる制御を行う。また、制御部２３は、モータ１３を駆動するモータ駆動制御部２３ａを備える。

図２は、同実施形態におけるアーム角度検出部２２が検出するアーム角度θTの一例を示す概略図である。なお、図２においては、アーム角度θTに係る一部の構成を示している。図示するように、アーム角度検出部２２は、テンションアーム１４の回動支点である基端１４ａと、アームプーリ１５の回転軸１５ａとを結ぶ直線が、水平方向（鉛直方向（重力方向）に対して垂直な方向）に対してなすアーム角度θTを検出する。アーム角度θTは、アームプーリ１５がガイドプーリ２０、２１に近づく方向を正の値とし、アームプーリ１５がガイドプーリ２０、２１から遠ざかる方向を負の値とする。また、アーム角度θTが増加すると（テンションアーム１４が上方に回動すると）、バネ１７が伸びることにより、テンションアーム１４とアームプーリ１５とを介して、巻線Ｗに加えられるテンションが増加する。一方、アーム角度θTが減少すると（テンションアーム１４が下方に回動すると）、バネ１７が縮むことにより、テンションアーム１４とアームプーリ１５とを介して、巻線Ｗに加えられるテンションが減少する。

ここで、テンションプーリ１２の動作について説明する。
フライヤ４への巻線速度が、テンションプーリ１２により繰り出される巻線の繰出速度より速い場合、速度の差により巻線Ｗに加えられるテンションは大きくなり、テンションアーム１４は、上方に回動する。この場合、テンションプーリ１２の回転速度（回転角）を増加させることにより、巻線の繰出速度を速くして巻線Ｗに加えられるテンションを減少させる。
一方、フライヤ４への巻線速度が、テンションプーリ１２により繰り出される巻線Ｗの繰出速度より遅い場合、速度の差により巻線Ｗに弛みが生じ、この弛みにより、テンションアーム１４がバネ１７の弾性力により下方に回動する。この場合、テンションプーリ１２の回転速度（回転角）を減少させることにより、巻線Ｗの繰出速度を遅くして巻線Ｗに加えられるテンションを増加させる。

図３は、同実施形態における制御部２３の構成を示す概略ブロック図である。図示するように制御部２３は、減算部２３１、ローパスフィルタ部２３２、ＰＩ（Proportional Integral;比例積分）演算部２３３、加算部２３４、逆回転検出部２３５、及び、モータ駆動制御部２３ａとを備える。また、ＰＩ演算部２３３は、乗算部２４１、２４４と、積分演算部２４２と、リミッタ部２４３と、加算部２４５とを有する。
減算部２３１は、外部から入力される目標アーム角度信号と、アーム角度検出部２２が出力するアーム角度信号との差である角度偏差ΔθTを示す角度偏差信号を生成する。ローパスフィルタ部２３２は、減算部２３１が生成した角度偏差信号に含まれる高周波成分、例えば、カットオフ周波数ｆｃ＝２００Ｈｚ以上の周波数成分を除去し、高周波成分を除去した角度偏差信号をＰＩ演算部２３３に出力する。

乗算部２４１は、ローパスフィルタ部２３２が出力した角度偏差信号と、予め定められた比例ゲインＫθＰとを乗算して出力する。
積分演算部２４２は、ローパスフィルタ部２３２が出力した角度偏差信号を予め定められた期間において累算する累積演算により時間積分を行い、累積演算結果を積分値として出力する。なお、積分演算部２４２の出力する積分値の初期値は、０（零）とする。リミッタ部２４３は、積分演算部２４２が出力した積分値が、予め定められた上限値及び下限値により定められる範囲内の値であるか否かを判定し、積分値が範囲内の値である場合、積分値を出力し、積分値が下限値より小さい場合、下限値を出力し、積分値が上限値より大きい場合、上限値を出力する。

乗算部２４４は、リミッタ部２４３の出力と、予め定められた積分ゲインＫθＩとを乗算して出力する。加算部２４５は、乗算部２４１が出力する乗算結果と、乗算部２４４が出力する乗算結果を加算して出力する。ここで、加算部２４５が出力する加算結果は、角度偏差ΔθTに応じたモータ１３の回転子に対する進角（ＰＩ演算値）であり、この進角は、テンションプーリ１２を回転させる角度である。すなわち、ＰＩ演算部２３３において、乗算部２４１が比例項の算出を行い、積分演算部２４２、リミッタ部２４３、及び、乗算部２４４が積分項の算出を行う構成としている。
ここで、比例ゲインＫθＰ、積分ゲインＫθＩ、及び、角度偏差信号を累算する期間は、シミュレーションや、実験などから統計的に算出した値を用いる。

加算部２３４は、位置検出部１３ａが出力する位置信号と、加算部２４５が出力する加算結果とを加算し、加算結果をモータ１３が有する回転子の位置（回転角）を示す目標位置信号として出力する。ここで、目標位置信号は、モータ１３を駆動する際の回転子の目標位置を示す。
逆回転検出部２３５は、加算部２３４が出力する目標位置信号と、位置検出部１３ａが出力する位置信号とから、モータ１３が逆転方向に回転させない指令信号を出力する。モータ駆動制御部２３ａは、逆回転検出部２３５が出力した指令信号に応じて、モータ１３を駆動する。ただし、テンションプーリ１２から巻線Ｗが繰り出される方向をモータの位置（回転角）の正の方向とする。

図４は、同実施形態における制御部２３のモータ１３への指令信号を生成する処理を示すフローチャートである。
減算部２３１に、アーム角度検出部２２から出力されたアーム角度信号が入力されると（ステップＳＴ１０１）、アーム角度信号及び入力された目標アーム角度信号から、角度偏差信号を算出してローパスフィルタ部２３２に出力する（ステップＳＴ１０２）。このとき、加算部２３４と逆回転検出部２３５とには、位置検出部１３ａから位置信号が入力される。
ローパスフィルタ部２３２は、減算部２３１から出力された角度偏差信号から高周波成分を除去して、乗算部２４１と積分演算部２４２とに出力する（ステップＳＴ１０３）。

積分演算部２４２は、ローパスフィルタ部２３２が出力した角度偏差信号を時間積分してリミッタ部２４３に出力する（ステップＳＴ１０４）。
リミッタ部２４３は、積分演算部２４２が算出した積分値に対して、予め定めた範囲内の値か否かを判定し、積分値が当該範囲内の値である場合、積分値を乗算部２４４に出力し、積分値が当該範囲より小さい値である場合、当該範囲の下限値を乗算部２４４に出力し、積分値が当該範囲より大きい値である場合、当該範囲の上限値を乗算部２４４に出力する（ステップＳＴ１０５）。

乗算部２４１は、ローパスフィルタ部２３２が出力した角度偏差と、比例ゲインＫθＰとを乗算し、乗算結果を加算部２４５に出力する。乗算部２４４は、リミッタ部２４３が出力した値と、積分ゲインＫθＩとを乗算し、乗算結果を加算部２４５に出力する。加算部２４５は、乗算部２４１の乗算結果と、乗算部２４４の乗算結果とを加算し、加算結果（ＰＩ演算値）を加算部２３４に出力する（ステップＳＴ１０６）。

加算部２３４は、加算部２４５が出力した加算結果と、位置検出部１３ａが出力した位置信号とを加算し、加算結果を目標位置信号として逆回転検出部２３５に出力する（ステップＳＴ１０７）。
逆回転検出部２３５は、加算部２３４が出力した目標位置信号が、位置検出部１３ａが出力した位置信号より小さいか否かを判定する（ステップＳＴ１０８）。
目標位置信号が位置信号より小さくない場合（ステップＳＴ１０８：Ｎｏ）、目標位置信号を新たな指令信号として、指令信号を更新する（ステップＳＴ１０９）
目標位置信号が位置信号より小さい場合（ステップＳＴ１０８：Ｙｅｓ）、目標位置信号により指令信号を更新しない（ステップＳＴ１１０）。

逆回転検出部２３５は、指令信号をモータ駆動制御部２３ａに出力して、モータ１３の駆動を制御する（ステップＳＴ１１１）。
制御部２３は、ステップＳＴ１０１からステップＳＴ１１１までの処理を繰り返し行い、例えば、制御部２３は、１ｍｓごとにステップＳＴ１０１〜ＳＴ１１１を繰り返し行い、モータ１３を駆動することにより、巻線Ｗを繰り出す繰出速度の制御を行う。

上述のように、テンション装置１において、制御部２３が、アーム角度θTと入力される目標アーム角度θTrefとの角度偏差ΔθTを０（零）にするようにモータ１３の制御を行うことにより、アーム角度θTに応じて変化する巻線Ｗに加えられるテンションを制御する構成とした。これにより、本実施形態のテンション装置１は、目標アーム角度θTrefを変更することにより、巻線Ｗに加えるテンションを制御するので、バネ１７の交換、あるいは、バネ１７の調節を行わずとも、目標アーム角度θTrefを変更することにより巻線Ｗに加えられるテンションを変更することができる。
更に、本実施形態のテンション装置１を用いることにより、巻線Ｗに加えるテンションを変更する場合、バネ１７の交換、あるいは、バネ１７の調節が不要になり、バネ１７の交換及びバネ１７の調節に要していた時間を省くことができ、巻線Ｗに加えるテンションを変更して巻芯、電機子などに巻き付ける時間を短縮することが可能となる。

また、ステップＳＴ１０５において、積分値に上限値及び下限値を設けることにより、例えば、巻線機が一時的に巻線の巻回を停止しているような場合、テンションアーム１４のアーム角度θTと目標アーム角度θTrefとの角度偏差ΔθTの積分値が一方的に増大あるいは減少してしまい、巻回を再開した場合に、停止していた期間の積分値に影響され、目標アーム角度θTrefとアーム角度θTとの０にする方向に収束しない可能性がある。リミッタ部２４３が積分値に上限値及び下限値を設けることにより、上述のように一時的に巻回を停止していた後に、再開する場合においても、所望のテンション（目標アーム角θTrefにより定まるテンション）を再開後すぐに巻線Ｗに加えることができる。

また、ステップＳＴ１０８において、目標位置信号が位置信号より小さいか否かを判定することにより、角度偏差ΔθTから算出した進角が負の値である場合を検出する。進角が負、すなわち、逆回転となる場合、制御部２３は、位置指令の更新を行わずにモータ１３を駆動することにより、モータ１３を逆転方向に駆動させず、モータ１３の回転子に結合されたテンションプーリ１２を逆転方向に回転させない制御をすることができる。この結果、テンションプーリ１２を逆転方向に回転させることにより、巻線Ｗに過剰なテンションを加えることを防ぐことができる。

また、フライヤ４が巻線を巻き取る速度は、一定でなく巻き取り速度が変化することがある。この場合、巻線に加わるテンションは巻き取る速度に応じて変化し、特に、巻き取る速度が高速のとき、巻線に加わるテンションは大きく変化する。巻線に加わるテンションの大きな変化は、巻芯などに巻き取られる巻線に緩みを生じさせ、巻線不良が発生しやすい。このように、フライヤ４が高速に巻線を巻き取る場合においても、本実施形態のテンション装置１は、テンションアーム１４のアーム角度θTによりテンションプーリ１２による巻線Ｗの繰出速度を制御することにより、フライヤ４が巻線Ｗを巻き取る速度が変化しても、それに追従して巻線Ｗに加えるテンションを安定させることができる。

また、テンションアーム１４の方向が水平方向と平行に位置するとき、ガイドプーリ２０、２１とアームプーリ１５との間の巻線Ｗの移動する方向が鉛直方向（水平方向に対して９０度）となるようにガイドプーリ２０、２１を配設したことにより、目標アーム角度θTrefを０度としたときに、ガイドプーリ２０とガイドプーリ２１との間における巻線Ｗの位置が、アームプーリ１５の回転軸１５ａを通る鉛直方向に対して対称となるので、テンションアーム１４の回転軸（基端１４ａ）まわりの慣性モーメントの影響により発生する巻線Ｗに対するテンションの変動を抑制することができる。これにより、モータ１３の制御の安定性を高めることができるので、フライヤ４に繰り出す巻線Ｗに加えるテンションを安定させることができる。

また、ガイドプーリ２０、２１は、ガイドプーリ２０からアームプーリ１５に巻線が移動する方向が水平方向に対してなす角度と、アームプーリ１５からガイドプーリ２１に巻線が移動する方向が水平方向に対してなす角度とが、９０度から６０度の間になるように配設する構成とした。これにより、フライヤ４が巻線を巻き取る速度が変動によりテンションアーム１４が回動しても上述の角度が鋭角になることがなく、バネ１７の弾性力により巻線Ｗに加えるテンションを維持することができるので、モータ１３の制御により抑制するまでの期間における変動を、テンションアーム１４の回動により吸収することができ、フライヤ４に繰り出す巻線Ｗに加えるテンションを安定させることができる。

また、テンションアーム１４を構成する素材をガラス繊維又炭素繊維を用いた繊維強化プラスチックなどの軽く変形しにくい素材にすることにより、テンションアーム１４の慣性モーメントが巻線Ｗに加えるテンションに与える影響を抑制することができ、フライヤ４に繰り出す巻線Ｗに加えるテンションを安定させることができる。

なお、ガイドプーリ２０、２１を配設する位置を、アームプーリ１５とガイドプーリ２０、２１とそれぞれの間の巻線Ｗの移動方向が鉛直方向となる位置としたが、アームプーリ１５とガイドプーリ２０，２１とそれぞれの間の巻線Ｗの移動方向が水平方向に対してなす角度が６０度から９０度の間になるように配置してもよい。

なお、テンションアーム１４の基端１４ａから先端１４ｂまでの長さ（テンションアーム１４の長さ）は、例えば、１０ｃｍ〜２０ｃｍとし、テンションアーム１４が水平方向に対してなす角度が０度の場合に、ガイドプーリ２０、２１の回転軸２０ａ、２１ａとアームプーリ１５の回転軸１５ａの距離が、テンションアーム１４の長さの０．５〜２．０倍となる距離が好ましい。この構成の場合、テンションアーム１４の回動範囲を十分に確保できるので、フライヤ４への巻線速度が変化したときに、巻線Ｗが弛むことを防ぐことができる。
なお、バネ１７に、引張りバネを用いた構成を示したが、引張りバネ以外のトルクバネなどを用いて構成してもよい。

図５は、同実施形態における目標アーム角度θTrefを変更した場合の巻線に加えられるテンション（巻線張力）の時間応答の一例を示す波形図である。ただし、波形の微少な変動を省くためにフィルタ処理を施している。図５に示す波形図は、実験により得られたものであり、目標アーム角度θTrefを、−２０度、０度、１０度とした場合の時間応答性を示す。ここで、縦軸方向は巻線張力［Ｎ］を示し、横軸方向は時間［ｓｅｃ］を示す。時刻０．１［ｓｅｃ］からフライヤ４による巻線Ｗの巻き付けが開始され、時刻０．６［ｓｅｃ］に巻き付けが終了する場合の波形図である。
図示するように、目標アーム角度θTrefを−２０度としたときに略２０［Ｎ］、０度としたときに略１７［Ｎ］、１０度としたときに略１３［Ｎ］となっており、目標アーム角度θTrefを変更することにより、巻線Ｗに加えるテンションを調節できることが分かる。

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態におけるテンション装置１Ａの構成を示す概略図である。図示するように、テンション装置１Ａは、ボビン２からガイドプーリ３を介して導かれた巻線Ｗに対して所望のテンションを加え、フライヤ４に、所望のテンションを加えた巻線Ｗを繰り出す。また、テンション装置１Ａは、バックテンショナ部１１と、テンションプーリ１２と、モータ１３と、テンションアーム１４と、アームプーリ１５、３１と、固定部１６と、バネ１７と、ストッパ１８、１９と、ガイドプーリ２０、２１、３２と、アーム角度検出部２２と、制御部２３と、取付け部３３とを具備している。
テンション装置１Ａは、第１実施形態のテンション装置１（図１）の変形形態であり、テンション装置１に比べ、アームプーリ３１と、ガイドプーリ３２とを加え、固定部１６に替えて、取付け部３３を具備する点が異なり、同じ構成については同じ符号（１１〜１５、１７〜２３）を付して、その説明を省略する。

アームプーリ３１は、巻線Ｗの移動方向において、ガイドプーリ２０より下流、且つ、アームプーリ１５より上流に設けられ、テンションアーム１４の基端１４ａと先端１４ｂとの間のテンションアーム１４に配設される。
ガイドプーリ３２は、巻線Ｗの移動方向において、アームプーリ１５、３１との間に設けられ、巻線Ｗの移動方向を変えると共に、アームプーリ１５、３１に対して巻線Ｗを巻き付ける長さを保つためのものである。３２ａは、ガイドプーリ３２の回転軸である。
取付け部３３は、テンション装置１Ａに固定され、引掛け部３３ａと調節ねじ３３ｂとを有する。また、取付け部３３において、調節ねじ３３ｂの先端に固定された引掛け部３３ａは、バネ１７の一端を係止し、調節ねじ３３ｂは、取付け部３３に螺合したもので、調節ねじ３３ｂのネジ込みの位置により引掛け部３３ａの位置を調節して、バネ１７の弾性力を調節する。

テンション装置１Ａにおいて、第１実施形態のテンション装置１の構成に加え、アームプーリ３１とガイドプーリ３２とを備えたことにより、巻線Ｗは、テンションプーリ１２、ガイドプーリ２０、アームプーリ３１、ガイドプーリ３２、アームプーリ１５、ガイドプーリ２１の順に導かれる。また、巻線Ｗは、テンションプーリ１２により繰り出されると、ガイドプーリ２０に案内されて移動方向が変更され、アームプーリ３１に案内されて移動方向が折り返され、ガイドプーリ３２に案内されて移動方向が折り返され、アームプーリ１５に案内されて移動方向が折り返されてガイドプーリ２１へ導かれる。ガイドプーリ２１は、テンション装置１において、最もフライヤ４側に近い位置に設けられ、アームプーリ１５から導かれた巻線Ｗを案内して、巻線Ｗの移動方向をフライヤ４に向けて変更する。

上述の構成により、テンション装置１Ａは、テンションアーム１４に２つのアームプーリ１５、３１を設けることにより、フライヤ４への巻線速度の変動が生じた場合、第１実施形態のテンション装置１に比べ、テンションアーム１４の回動する変動量が略半分になると共に、巻線速度の変動により巻線Ｗに生じるテンションの変動量が小さくなる。これにより、テンション装置１Ａは、第1実施形態のテンション装置１に比べ、フライヤ４へ巻線Ｗを送り出す巻線速度の変化に対する追従性を高めることができると共に、テンションアーム１４の回動する変動量が略半分になることで、モータ１３の制御の安定性を高めることができ、フライヤ４に繰り出す巻線Ｗに加えるテンションを安定させることができる。
なお、本実施形態では、テンションアーム１４に２つのアームプーリを備える構成を示したが、３つ以上のアームプーリと、アームプーリの数に応じたガイドプーリを備える構成としてもよい。

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態におけるテンション装置１Ｂの構成を示す概略図である。図示するように、テンション装置１Ｂは、ボビン２からガイドプーリ３を介して導かれた巻線Ｗに対して所望のテンションを加え、フライヤ４に、所望のテンションを加えた巻線Ｗを繰り出す。また、テンション装置１Ｂは、バックテンショナ部１１、テンションプーリ１２と、モータ１３と、テンションアーム１４と、アームプーリ１５と、固定部１６と、バネ１７と、ストッパ１８、１９と、ガイドプーリ２０、２１、４２と、アーム角度検出部２２と、制御部２３とを具備している。
テンション装置１Ｂは、第１実施形態のテンション装置１（図１）の変形形態であり、テンション装置１に比べ、アームプーリ４１と、ガイドプーリ４２とを具備する点が異なり、同じ構成については同じ符号（１１〜２３）を付して、その説明を省略する。

アームプーリ４１は、回転軸４１ａが、アームプーリ１５の回転軸１５ａと同じ方向及び同じ位置になるようにテンションアーム１４に配設される。
ガイドプーリ４２は、巻線Ｗの移動方向において、アームプーリ１５、４１との間に設けられ、巻線Ｗの移動方向を変えると共に、アームプーリ１５、４１に対して巻線Ｗを巻き付ける長さを保つためのものである。４２ａは、ガイドプーリ４２の回転軸である。

テンション装置１Ｂにおいて、第１実施形態のテンション装置１の構成に加え、アームプーリ４１とガイドプーリ４２とを備えたことにより、巻線Ｗは、テンションプーリ１２、ガイドプーリ２０、アームプーリ４１、ガイドプーリ４２、アームプーリ１５、ガイドプーリ２１の順に導かれる。また、巻線Ｗは、テンションプーリ１２により繰り出され、ガイドプーリ２０に案内されて移動方向が変更され、アームプーリ１５に案内されて移動方向が折り返され、ガイドプーリ４２に案内されて移動方向が折り返され、アームプーリ４１に案内されて移動方向が折り返されてガイドプーリ２１へ導かれる。ガイドプーリ２１は、テンション装置１において、最もフライヤ４側に設けられ、アームプーリ４１から導かれた巻線Ｗを案内して、巻線Ｗの移動方向をフライヤ４に向けて変更する。なお、巻線Ｗをアームプーリ１５、４１に巻き付ける順は、逆であってもよい。

上述の構成により、テンション装置１Ｂは、テンションアーム１４に２つのアームプーリ１５、４１を設けることにより、フライヤ４への巻線速度の変動が生じた場合、第１実施形態のテンション装置１に比べ、テンションアーム１４の回動する変動量が略半分になるので、巻線速度の変動により生じるテンションの変動量が小さくなる。これにより、テンション装置１Ｂは、テンション装置１に比べ、フライヤ４への巻線速度の変化に対する追従性を高めることができると共に、モータ１３の制御の安定性を高めることができ、フライヤ４に繰り出す巻線Ｗに加えるテンションを安定させることができる。

なお、本実施形態では、テンションアーム１４に２つのアームプーリを備える構成を示したが、３つ以上のアームプーリと、アームプーリの数に応じたガイドプーリを備える構成としてもよい。

＜第４実施形態＞
図８は、第４実施形態におけるテンション装置１Ｃの構成を示す概略図である。図示するように、テンション装置１Ｃは、ボビン２からガイドプーリ３を介して導かれた巻線Ｗに対して所望のテンションを加え、フライヤ４に、所望のテンションを加えた巻線Ｗを繰り出す。また、テンション装置１Ｃは、バックテンショナ部１１と、テンションプーリ１２と、モータ１３と、テンションアーム１４と、アームプーリ１５、３１と、固定部１６と、バネ１７と、ストッパ１８、１９と、ガイドプーリ５１と、アーム角度検出部２２と、制御部２３とを具備している。
テンション装置１Ｃは、第１実施形態のテンション装置１（図１）の変形形態であり、テンション装置１に比べ、ガイドプーリ２０、２１に替えて、１つのガイドプーリ５１を具備する点と、巻線Ｗの導き方が異なり、同じ構成については同じ符号（１１〜１９、２２〜２３）を付して、その説明を省略する。

ガイドプーリ５１は、巻線Ｗの移動方向において、テンションプーリ１２とフライヤ４との間に配設される。また、ガイドプーリ５１は、アームプーリ１５に対して巻線Ｗを巻き付ける長さを保つためのものである。５１ａは、ガイドプーリ５１の回転軸である。
テンション装置１Ｃにおいて、第１実施形態のテンション装置１の構成に対して、ガイドプーリ２０、２１に替えて、ガイドプーリ５１を備え、ガイドプーリ５１とアームプーリ１５との間に巻線Ｗを２回巻き付けることにより、巻線Ｗは、テンションプーリ１２、ガイドプーリ５１、アームプーリ１５、ガイドプーリ５１、アームプーリ１５、ガイドプーリ５１の順に導かれる。また、巻線Ｗは、テンションプーリ１２により繰り出され、ガイドプーリ５１により移動方向が変更され、アームプーリ１５により移動方向が折り返され、更に、ガイドプーリ５１により移動方向が折り返され、アームプーリ１５により移動方向が折り返され、ガイドプーリ５１により移動方向が変更され、フライヤ４に向けて移動方向を変更する。

上述の構成により、テンション装置１Ｃは、テンションアーム１４に２つのアームプーリを設けずとも、第２実施形態のテンション装置１Ａ、及び、第３実施形態のテンション装置１Ｂと同様に、テンションアーム１４の回動する変動量が略半分になるので、巻線速度の変動により巻線Ｗに生じるテンションの変動量が小さくなる。これにより、テンション装置１Ｃは、テンション装置１に比べ、フライヤ４への巻線速度の変化に対する追従性を高めることができると共に、テンションアーム１４の回動する変動量が略半分になることで、モータ１３の制御の安定性を高めることができ、フライヤ４に繰り出す巻線Ｗに加えるテンションを安定させることができる。
なお、アームプーリ１５に巻線Ｗを巻き付ける回数を２回としたが、３回以上であってもよい。

＜第５実施形態＞
図９は、第５実施形態におけるテンション装置１Ｄの構成を示す概略図である。図示するように、テンション装置１Ｄは、ボビン２からガイドプーリ３を介して導かれた巻線Ｗに対して所望のテンションを加え、フライヤ４に、所望のテンションを加えた巻線Ｗを繰り出す。また、テンション装置１Ｄは、バックテンショナ部１１、テンションプーリ１２と、モータ１３と、テンションアーム１４と、アームプーリ１５と、固定部１６と、バネ１７と、ストッパ１８、１９と、ガイドプーリ２０、２１、６１、６２と、アーム角度検出部２２と、制御部２３とを具備している。
テンション装置１Ｄは、第１実施形態のテンション装置１（図１）の変形形態であり、テンション装置１に比べ、ガイドプーリ６１、６２を加えて具備する点が異なり、同じ構成については同じ符号（１１〜２３）を付してその説明を省略する。

ガイドプーリ６１は、巻線Ｗの移動方向において、ガイドプーリ２０とアームプーリ１５との間に設けられ、ガイドプーリ２０とガイドプーリ６１との間の巻線Ｗの移動方向が鉛直方向に対して略４５度をなすように配設されている。ガイドプーリ６２は、巻線Ｗの移動方向において、アームプーリ１５とガイドプーリ２１との間に設けられ、ガイドプーリ６２とガイドプーリ２１との間の巻線Ｗの移動方向が鉛直方向に対して略４５度をなすように配設されている。６１ａ、６２ａは、ガイドプーリ６１、６２それぞれの回転軸である。
テンション装置１Ｄにおいて、第１実施形態のテンション装置１の構成に加え、ガイドプーリ６１、６２を具備することにより、巻線Ｗは、テンションプーリ１２、ガイドプーリ２０、ガイドプーリ６１、アームプーリ１５、ガイドプーリ６２、ガイドプーリ２１の順に導かれる。また、巻線Ｗは、テンションプーリ１２により繰り出され、ガイドプーリ２０に案内されて移動方向が変更され、ガイドプーリ６１に案内されて更に移動方向が変更され、アームプーリ１５に案内されて移動方向が折り返され、ガイドプーリ６２に案内されて移動方向が変更され、ガイドプーリ２１に案内されて更に移動方向が変更されてフライヤ４に向かって繰り出される。

上述の構成により、テンション装置１Ｄは、フライヤ４が巻線を巻き取る速度に変化が生じた場合、ガイドプーリ６１、６２を加えて巻線Ｗに関与する慣性モーメントを増やしたことにより、第１実施形態のテンション装置１に比べ、巻線Ｗに加えられるテンションの変動量を低減することができる。また、ガイドプーリ２０、６１の間の巻線Ｗの移動方向と、ガイドプーリ２１、６２の間の巻線Ｗの移動方向とが鉛直方向に対して略４５をなすように配設されているので、それぞれのガイドプーリから受ける慣性モーメントを平均化することができる。

上述の第１実施形態から第５実施形態において、固定部１６又は引掛け部３３ａは、バネ１７によりテンションアーム１４に対して所望の付勢力が与えられる位置に設けられる。例えば、固定部１６又は引掛け部３３ａは、図５に示した巻線張力が得られる位置に予め配置されている。また、図１、６〜９に示すように、テンションアーム１４の配設方向１４ｄが水平方向に対して平行であるとき、バネ１７の付勢力が働く方向が鉛直方向になるように配設しているが、バネ１７は、テンションアーム１４に対して付勢力が働く位置に配設されていればよい。

上述の第１実施形態から第５実施形態の制御部２３は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、上述した指令信号を生成する処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…テンション装置
２…ボビン、３…ガイドプーリ、４…フライヤ
１１…バックテンショナ部、１２…テンションプーリ、１３…モータ、
１３ａ…位置検出部
１４…テンションアーム、１４ａ…基端、１４ｂ…先端、１４ｃ…引掛け部
１５、３１、４１…アームプーリ、１６…固定部、１７…バネ、１８、１９…ストッパ
２０、２１、３２、４２、５１、６１、６２…ガイドプーリ
２２…アーム角度検出部、２３…制御部、２３ａ…モータ駆動制御部
１２ａ、１５ａ、４１ａ、４２ａ、５１ａ、６１ａ、６２ａ…回転軸
３３…取付け部、３３ａ…引掛け部、３３ｂ…調節ねじ
２３１…減算部、２３２…ローパスフィルタ部、２３３…ＰＩ演算部
２３４…加算部、２３５…逆回転検出部、２４１、２４４…乗算部
２４２…積分演算部、２４３…リミッタ部、２４５…加算部

Claims (8)

1. 巻芯に巻線を巻回する巻線機にボビンから前記巻線を所望のテンションを加えて繰り出すテンション装置であって、
   前記ボビンから導かれた前記巻線を前記巻線機に向かって繰り出すテンションプーリと、
   前記テンションプーリと前記巻線機との間で前記巻線を案内するアームプーリを先端に有し、基端を支点にして前記アームプーリを前記テンションプーリ及び前記巻線機のそれぞれと近接離間させるように回動自在なテンションアームと、
   前記アームプーリが前記テンションプーリ及び前記巻線機から離間するようにテンションアームを付勢する付勢部材と、
   前記テンションアームの基端及び先端を結ぶ直線と、水平方向とのなす角度であるアーム角度を検出する角度検出部と、
   前記テンションプーリに結合され、前記テンションプーリを回転させるモータと、
   前記角度検出部が検出した前記アーム角度と、入力される目標アーム角度とに応じて前記モータの駆動を制御して、前記巻線の繰り出す速度を増減させる制御部と
   を具備することを特徴とするテンション装置。
2. 前記制御部は、
   前記アーム角度と前記目標アーム角度との角度偏差、及び、入力される前記モータの回転子の位置を示す位置信号から該回転子の目標位置を示す目標位置信号を算出し、該目標位置信号から前記モータへの指令信号を生成して前記モータを駆動するＰＩ制御を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載のテンション装置。
3. 前記ＰＩ制御における積分項は、予め定められた上限値及び下限値が設定されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のテンション装置。
4. 前記制御部は、
   算出した前記目標位置信号が、前記巻線を繰り出す方向に前記モータを駆動するか否かを判定し、前記巻線を繰り出す方向の場合、算出した前記目標位置信号により前記指令信号を更新し、前記巻線を繰り出す方向でない場合、前記指令信号を更新しない
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のテンション装置。
5. 前記テンションプーリと前記アームプーリとの間に設けられた第1のガイドプーリと、
   前記アームプーリと前記巻線機との間に設けられた第２のガイドプーリと、
   を備え、
   前記第1のガイドプーリから前記アームプーリへ送り出される前記巻線の移動方向と、前記アームプーリから前記第２のガイドプーリへ送り出される前記巻線の移動方向とが、水平方向に対してなす角度がそれぞれ６０度から８０度である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４に記載のテンション装置。
6. 前記巻線に前記所望のテンションが加わる場合、前記第１のガイドプーリから前記アームプーリへ送り出される前記巻線の移動方向と、前記アームプーリから前記第２のガイドプーリへ送り出される前記巻線の移動方向とが、それぞれ鉛直方向である
   ことを特徴とする請求項５に記載のテンション装置
7. 前記テンションプーリと前記第１のガイドプーリとの間に設けられた第３のガイドプーリと、
   前記第２のガイドプーリと前記巻線機との間に設けられた第４のガイドプーリと
   を備え、
   前記第３のガイドプーリから前記第１のガイドプーリへ送り出される前記巻線の移動方
   向と、前記第２のガイドプーリから前記第４のガイドプーリへ送り出される前記巻線の移動方向とが、水平方向に対してなす角度がそれぞれ４５度である
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のテンション装置。
8. 前記テンションアームの素材は、ガラス繊維又炭素繊維を用いた繊維強化プラスチックである
   ことを特徴とする請求項１から請求項７に記載のテンション装置。

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