JP3968881B2 - テープ巻付装置のテープ送出張力制御方法 - Google Patents
テープ巻付装置のテープ送出張力制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行される線条体にテープを巻き付けるテープ巻付装置に係り、特に、テープ切れや緩みの発生を防止するテープ巻付装置のテープ送出張力制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
導体線等の線条体に絶縁体テープ等のテープを巻き付けるテープ巻付装置は、その線条体を引き取る引取装置と共にテープ巻付ラインに設けられる。引取装置が線条体を引き取ることにより、線条体は線軸方向に走行する。テープ巻付装置（中心式テーピング装置）は、図４に示されるように、この走行される線条体 （図示せず）を中空軸１１に貫通させ、この中空軸１１及び中空軸１１の外周に設けた部材を回転させてテープを巻き付けるようになっている。即ち、テープをロール状に蓄えたテープパット２１が線条体と同軸に配置されており、このテープパット２１は中空軸１１の外周に回転自在に設けたテープパットホルダ２２に保持されている。テープパットホルダ２２は、径方向に広がった円盤状のテープパット装着部２３と、軸方向に伸びた中空管状のホルダシャフト部２４と、ホルダシャフト部２４の端に位置するホルダプーリ２５とを一体的に形成したものである。このテープパットホルダ２２のテープパット装着部２３に装着したテープパット２１を軸方向からテープパット押え２６で押さえることにより、テープパット２１をテープパットホルダ２２に固定することができ、テープパットホルダ２２と一体にテープパット２１が回転するようになっている。
【０００３】
このテープパット２１の径方向外側には、線条体と平行な第一のテープガイド３１が配置され、テープパット２１より線条体走行方向前方には、線条体に傾斜して臨む第二のテープガイド１２が配置されている。第一のテープガイド３１は、テープパットホルダ２２のホルダシャフト部２４の外周に回転自在に設けたテーピング本体３２に取り付けられている。テーピング本体３２は、径方向に広がった円盤状の回転板３３と、軸方向に伸びた中空管状の本体シャフト部３４と、本体シャフト部３４の端に位置する本体プーリ３５とを一体的に形成したものである。これにより、第一のテープガイド３１は、テーピング本体３２が回転すれば線条体の周方向に回転するようになっている。第一のテープガイド３１は、テーピング本体３２の回転板３３の縁端部に線条体と平行に取り付けられている。この第一のテープガイド３１の外側にテープパット２１から送出されるテープ４０を掛け、このテープ４０を第二のテープガイド１２に向かわせるようにする。一方、第二のテープガイド１２は、線条体を貫通させている中空軸１１の外側に傾斜角調整自在に取り付けられている。これにより、第二のテープガイド１２は、中空軸１１が回転すれば線条体の周方向に回転するようになっている。この中空軸１１にもその延長端に一体的に中空軸プーリ１３が形成されている。第一のテープガイド３１から送られるテープ４０を第二のテープガイド１２に掛け、このテープ４０を線条体に対して所定の角度で供給することになる。
【０００４】
第一のテープガイド３１はテーピング本体３２と共に回転し、第二のテープガイド１２は中空軸１１と共に回転するが、ここで、本体プーリ３５に対向させて本体プーリ３５と同径の駆動プーリ５１が設けられ、中空軸プーリ１３に対向させて中空軸プーリ１３と同径の駆動プーリ５２が設けられ、これら２つの駆動プーリ５１，５２が共通のラインシャフト５３に取り付けられている。従って、ラインシャフト５３の駆動により、２つのテープガイド３１，１２を同期して回転させることができる。また、ラインシャフト５３の回転速度は、図示されない引取装置による線条体の引取速度と電気的又は機械的に同期させるようになっている。
【０００５】
以上の構成により、２つのテープガイド３１，１２を線条体の周方向に回転させて線条体にテープを巻き付けることができる。
【０００６】
テープパット２１からのテープ送出張力を発生させる機構は、テープガイド３１，１２を回転させるラインシャフト（これを主軸とする）５３とテープパット２１を回転させるテープパットホルダ（これを副軸とする）２２との間に設けたパウダーブレーキ６１，６２である。パウダーブレーキ（パウダークラッチとも言う）は、空間を隔てた２つの回転要素間に磁性粒子を充填し、磁場の印加により回転要素間に摩擦力を発生させるものである。磁場を印加する操作電圧を変化させると、摩擦力を変化させることができる。摩擦力が小であれば、２つの回転要素は互いに滑りやすくなり、摩擦力が大であれば滑りにくくなる。ここでは、ラインシャフト（主軸）５３とテープパットホルダ（副軸）２２とは２つのパウダーブレーキ６１，６２を介して連結されている。シャフト及びプーリ部分を省略してテープ巻付装置のヘッド部分４１に着目すると、テープガイド３１，１２の回転（主軸の回転に相当する）に対して滑りを持たせてテープパット２１の随伴回転（副軸の回転に相当する）を得ていることになる。このようにして、テープガイド３１，１２の回転に対して滑りを持たせてテープパット２１を随伴回転させることにより、その滑りトルクに応じたテープパット２１からのテープ送出張力を発生させることができる。即ち、パウダーブレーキ６１，６２の操作電圧を変化させれば、テープ送出張力を制御することができる。
【０００７】
パウダーブレーキ６１は、図示されないテンションコントローラにより制御される。このテンションコントローラは、テープパット２１の径の変化によるテープ４０の引出しトルクの変化を演算し、テープパット径が変化しても均一なテープ送出張力が得られるような制御を行うものである。
【０００８】
もう一つのパウダーブレーキ６２は、停止張力用パウダーブレーキと呼ばれ、テープ巻付装置の速度が変化したときに使われるものである。即ち、起動時或いは停止時等にラインシャフト５３の回転速度が変化したとき、テープパット２１にかかる慣性トルクを吸収するために、テープ４０に張力を印加するものである。この張力は、テープ巻付装置の機械的特性に合わせて予め設定しておく。即ち、パウダーブレーキ６２の操作電圧を予め一定に定めておき、起動時或いは停止時等にこの操作電圧を印加する。
【０００９】
図４のテープ巻付装置にあっては、テープパットホルダ（副軸）２２はラインシャフト（主軸）５３に対し、２つのパウダーブレーキ６１，６２を介して滑りながら随伴回転していることになる。テープ巻付装置を停止させるとき、速度変化するラインシャフト５３に対してテープパットホルダ２２が相対的に遅れたり進んだりすると、テープ４０に異常張力がかかってテープ切れや緩みが発生してしまう。これを回避するために停止張力用のパウダーブレーキ６２が設けられている。パウダーブレーキ６２は、従来、次のように制御されている。
【００１０】
図５に示されるように、テープ巻付装置のパット回転部（テープパットホルダ、テープパット及びテープパット押え）２０の総重量をＷ、パット回転部２０の半径をＲ、パット回転部２０の角速度をωとすると、パット回転部２０にかかる慣性モーメントＩは、
【００１１】
【数１】
【００１２】
で与えられ、パット回転部２０の慣性トルクＴは、
【００１３】
【数２】
【００１４】
となる。この慣性トルクＴからパウダーブレーキやメカロス等により発生する摩擦トルクＴF を差し引いたトルクが実際にテープ張力に影響を与えるトルクＴD となる。即ち、
【００１５】
【数３】
【００１６】
式（２）によれば、テープ巻付装置を一定速度で運転しているときには、角加速度がないため慣性トルクＴは発生しないが、起動時や停止時には速度変化、即ち角加速度があるため慣性トルクＴが発生する。そこで、この慣性トルクＴの発生に対し、パウダーブレーキ６２に予め定めた一定の操作電圧を印加して摩擦トルクＴF を大きくし、式（３）のトルクＴD を０に近付ける。これにより実際にテープ張力に影響を与えるトルクＴD を小さくしてテープ切れや緩みを回避することができる。
【００１７】
従来技術によるテープ巻付装置の電気系統は、図６に示されるように、停止張力用電源１の電圧Ｖより予め設定した電圧ＶB を生成する張力設定アンプ２を備え、テープ巻付装置に停止信号が入力されたときに操作電圧ＶB をパウダーブレーキ６２に印加するようになっている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、起動時や停止時の速度変化によって起こるテープ張力の変化に対し、パウダーブレーキに予め定めた一定の操作電圧を印加して一定の張力をかけることでテープ張力の変化を緩和させている。しかし、このような方法には、次のような問題点がある。
【００１９】
テープ巻付装置をより高速で運転する場合や機械的強度が弱いテープを巻き付ける場合、一定の張力をかけるだけではテープ張力変化を吸収できず、テープ切れや緩みを回避することができない。なお、テープ張力変化の発生要因は、テープパットホルダ２２とラインシャフト５３とを介しているパウダーブレーキ６１，６２の慣性、線条体の引取装置とテープ巻付装置とのモータ等の電気的同調のズレ、パウダーブレーキ６１，６２の摩擦特性等であり、テープ巻付装置の構造などの機械的特性に起因するものである。
【００２０】
このようなテープ張力変化の変化幅が大きな使用環境下では、テープに異常張力がかかりテープ切れや緩みが発生する。従来技術では、テープ巻付装置の停止時等にテープ切れや緩みが発生するため、運転速度を高めることができず、生産性が向上できない。また、機械的強度が強いテープを使用せざるを得ず、テープのコストが低減できない。
【００２１】
これを解決する１つの方法として、起動時や停止時にスロースタート、スローストップを行うことが考えられる。しかし、撚合ラインの中に何かの異常があった場合にスローストップを行うと、その異常時に生産されたテープ巻付線条体がかなり引き取られた後に停止することになり、そのことが新たに問題となる。従って、この方法は好適ではない。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、テープ切れや緩みの発生を防止するテープ巻付装置のテープ送出張力制御方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、線条体を線軸方向に走行させ、この線条体と同軸にテープをロール状に蓄えたテープパットを配置し、このテープパットの径方向外側に前記線条体と平行な第一のテープガイドを配置すると共に前記線条体に傾斜して臨む第二のテープガイドを配置し、
前記テープガイドの回転に対して滑りを持たせて前記テープパットを随伴回転させるために、前記テープガイドを回転させる主軸と前記テープパットを回転させる副軸との間にパウダーブレーキを用い、
これらのテープガイドを前記線条体の周方向に回転させて前記線条体にテープを巻き付けるときに、前記テープガイドの回転に対して滑りを持たせて前記テープパットを随伴回転させることにより前記テープパットからのテープ送出張力を発生させ、
前記テープガイドの回転を停止させるときに、前記テープガイドの運転速度信号を発生させ、一定の値からなる第一の操作電圧から、前記テープガイドの運転速度信号の電圧の低下量を差し引いた第二の操作電圧をパウダーブレーキに印加することにより、前記テープ送出張力を制御するものである。
【００２５】
前記テープガイドの回転に対して滑りを持たせて前記テープパットを随伴回転させるために、前記テープガイドを回転させる主軸と前記テープパットを回転させる副軸との間にパウダーブレーキを用い、前記テープガイドの回転を停止させるときに、前記テープガイドの回転速度の減少に比例させて前記パウダーブレーキの操作電圧徐々にを高くし、その操作電圧に比例させて、前記テープパットの滑りの度合いを徐々に小さくしてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２７】
まず、本発明を考案するにあたり、従来のテープ巻付装置が運転中に停止するときに実際にテープにかかる慣性トルク（張力）を詳しく分析したので、その内容を説明する。なお、ここでは、テープ巻付装置の前段に、線条体を撚り合わせる撚合装置及びその線条体を送出する送出機を接続し、線条体の撚り合わせと同時にテープ巻き付けを行う巻取回転型の撚合ラインを用いるものとする。
【００２８】
図７に示されるように、テープ巻付装置が運転中に停止するときに実際にテープにかかる慣性トルクは、パウダーブレーキ６２を介してラインシャフト５３に連結しているテープパットホルダ２２が減速することによる滑りで発生するトルクＴ１（ラインシャフト５３の回転による慣性トルク）と、テープ４０が引き出されていることによりテープパットホルダ２２が回転板３３と相対的に回転している相対速度の変化によるトルクＴ２とがある。このトルクＴ１，Ｔ２の発生メカニズムは次の通りである。
【００２９】
１）ラインシャフト５３（図７ではテーピング本体の回転板３３）がＮ１（ｒｐｍ）で回転しているときに、テープ巻付装置に対して停止信号が入力される。なお、このときテープパットホルダ２２は、Ｎ２（ｒｐｍ）で回転しているものとする。
【００３０】
２）テープ巻付装置が停止の動作に入り、ラインシャフト５３が減速する。
【００３１】
３）▲１▼トルクＴ１の発生…ラインシャフト５３によりパウダーブレーキ６２を介して駆動されているテープパットホルダは、慣性トルクＴ１でもっと回ろうとする。慣性トルクＴ１は図示のようにテープの引出方向とは逆方向に作用する。従って、テープ送出張力は大きくなる。
【００３２】
▲２▼トルクＴ２の発生…テープパットホルダ２２は、テーピング本体の回転板３３と相対的に見ると、Ｎ１−Ｎ２＝Ｎ３（ｒｐｍ）で回転しているので慣性トルクＴ２で回ろうとする。慣性トルクＴ２は図示のようにテープの引出方向と同一方向に作用する。従って、テープ送出張力は小さくなる。
【００３３】
４）テープ巻付装置の各機構が完全に停止するまでの間に、ラインシャフトの減速率、パウダーブレーキ固有の摩擦特性、引取装置やテープ巻付装置固有の慣性・摩擦、撚合ラインとテープ巻付装置との電気的・機械的同調のずれなどによりテープ送出張力が変動する。
【００３４】
このようにして実際にテープにかかる張力が発生するが、一般的には線条体の巻取機（引取装置）、送出機、テープ巻付装置からなる撚合ラインでは、実際のテープ巻の状態から分析した結果、撚合ラインの減速停止時に巻き付けられるテープに実際にかかる張力ＴD （停止張力）は図８のように変化することが判った。図８に示されるように、張力ＴD は、テープ巻付装置が停止動作を始めた後に急激に減少して最小張力Ｔｍｉｎに達し、その後、徐々に大きくなり、最大張力Ｔｍａｘに達した後、再び減少して完全停止の状態で±０になる。この変動曲線において、張力ＴD が最小張力Ｔｍｉｎ側にあるときには、テープが緩む傾向にあり、張力ＴD が最大張力Ｔｍａｘ側にあるときには、テープに過大な張力がかかるためテープが切れることがある。
【００３５】
これに対し、従来技術においてテープ巻付装置に停止信号が入力されたときにパウダーブレーキ６２に印加する操作電圧（停止張力電圧）は、ＶB であり、完全停止となるまで一定である。このパウダーブレーキ操作から得られる停止張力は電圧ＶB に比例するので、以下、図８上で電圧ＶB と張力ＴD とを比較する。テープ巻付装置が高速運転されると、ラインシャフトが高速回転になり図示の張力ＴD の変動幅はいっそう大きくなる。これに対して一定の電圧ＶB でパウダーブレーキ６２を操作したのではテープにかかる張力ＴD を緩和しきれず、テープ切れや緩みを回避することができない。
【００３６】
もし、張力ＴD が最小張力Ｔｍｉｎ側のときテープが緩まないようにするためには、操作電圧をＶB ´のように小さく設定しなくてはならない。しかし、操作電圧ＶB ´を設定してしまうと、張力ＴD が最大張力Ｔｍａｘ側になったとき、テープに過大な張力がかかり、テープが切れてしまう。
【００３７】
このように、テープ巻付装置に停止信号が入力された直後にテープにかかる最小張力Ｔｍｉｎと、その後に発生する最大張力Ｔｍａｘとの差が大きいため、従来技術のように一定の操作電圧ＶB を与えてもテープ張力変化を吸収できず、テープ切れや緩みを回避することができない。
【００３８】
そこで、本発明では、テープガイド３１，１２の回転速度の変化に比例させてパウダーブレーキ６２の操作電圧を変化させるようにした。ここで、テープガイド３１，１２の回転速度はラインシャフト５３の回転速度に比例し、ラインシャフト５３の回転速度は撚合ラインの運転速度（引取装置の引取速度等）に同期されている。従って、撚合ラインの運転速度に比例させてパウダーブレーキ６２の操作電圧を変化させてもよい。
【００３９】
さて、このような操作電圧の変化方法は、図８において、テープに実際にかかる張力ＴD の変動曲線が、従来技術の操作電圧ＶB の直線から図２に示す撚合ラインの運転速度信号Ｓの曲線を差し引いた曲線に近似していることに着目したものである。これに基づき、一定の操作電圧ＶB から撚合ラインの運転速度信号Ｓを適宜に増幅した電圧を減算し、図３に示す操作電圧（停止張力電圧）ＶA を得る。
【００４０】
本発明のテープ送出張力制御方法を適用したテープ巻付装置の電気系統は、図１に示されるように、停止張力用電源１の電圧Ｖより予め設定した電圧ＶB を生成する張力設定アンプ２と、撚合ライン３の運転速度信号Ｓをゲイン調整してこの速度に比例する電圧Ｓ´を生成するゲイン調整アンプ４と、電圧ＶB から電圧Ｓ´を減算して操作電圧ＶA を生成する減算器５とを備え、テープ巻付装置に停止信号が入力されたときに操作電圧ＶA をパウダーブレーキ６２に印加するようになっている。
【００４１】
図１の電気系統により制御される図４のテープ巻付装置の動作を説明する。
【００４２】
線条体の撚合装置、線条体の送出機に本発明のテープ巻付装置を組み合わせた撚合ラインにおいて定常の運転速度で運転が行われているものとする。この撚合ラインが停止するときに、停止信号が発生されると共に、運転速度信号Ｓが発生される。撚合ラインの運転速度信号Ｓは、図２に示されるように、停止動作の開始直後には所定の値から大きな傾斜で減少し、次第に傾斜が小さくなり、完全停止の時点で傾斜がなくなると共に値０に至る。従って、テープ巻付装置にあっては、ラインシャフト５３の回転速度が運転速度信号Ｓに比例して減速し、テープガイド３１を含むテーピング本体３２の回転速度が運転速度信号Ｓに比例して減速する。
【００４３】
ラインシャフト５３の減速により、既に説明したように慣性トルクＴ１，Ｔ２が発生してテープに実際にかかる張力ＴD （停止張力）は図３に示されるように、停止動作を始めた直後に減少して最小張力Ｔｍｉｎに達し、その後、徐々に大きくなり、最大張力Ｔｍａｘに達した後、再び減少して完全停止の状態で±０になる。
【００４４】
一方、図１のテープ巻付装置の電気系統では、ゲイン調整アンプ２により運転速度信号Ｓに比例する電圧Ｓ´が生成され、減算器５により予め設定した電圧ＶB から電圧Ｓ´減算した操作電圧ＶA が生成される。操作電圧ＶA は、図３に示されるように、停止動作を始めた直後、所定の値から大きな傾斜で増加し、次第に傾斜が小さくなり、完全停止の時点で傾斜がなくなると共に一定値に至る。この操作電圧ＶA がパウダーブレーキ６２に印加されるので、パウダーブレーキ６２内の２つの回転要素間の摩擦力は、操作電圧ＶA に比例して最初は非常に小さく、それから徐々に大きくなっていく。従って、テープガイド３１，１２の回転に対するテープパット２１の滑りの度合いは、操作電圧ＶA に比例して最初は非常に大きく、それから徐々に小さくなっていく。このパウダーブレーキ６２の操作によってテープ４０に印加される張力は、操作電圧ＶA に比例して最初は非常に小さく、それから徐々に大きくなっていくことになる。
【００４５】
図３において、操作電圧（停止張力電圧）ＶA の曲線が張力ＴD の変動曲線に近似していることがよく判る。従って、ラインシャフト５３の減速により発生する張力ＴD がパウダーブレーキ６２の操作によって印加される張力によって吸収され、テープ切れや緩みが防止されることになる。
【００４６】
本発明のテープ送出張力制御方法は、テープ巻付装置の機械的構造は従来技術と同じくして実施することができ、このテープ巻付装置をより高速で運転する場合や機械的強度が弱いテープを巻き付ける場合でも、テープ張力変化を十分に吸収し、テープ切れや緩みを発生させることなくテープ巻き付けを行うことができる。また、撚合ラインを構成する引取装置、テープ巻付装置に電気的、機械的同期のズレが生じる場合でも、テープ巻付装置が停止するときに発生するテープパットホルダの慣性によるテープ送出張力の変化を小さくすることが可能であり、テープ切れや緩みなどの異常を撲滅することが可能である。
【００４７】
本発明のテープ送出張力制御方法は、非常に安価かつ短時間で従来のテープ巻付装置に導入することが可能であり、これを実施した場合、厚さ０．１ｍｍ、幅１５〜５０ｍｍの不織布を直径５〜２０ｍｍの線条体に巻き付ける場合を例にとると、従来技術で制御する場合に比較して、テープ切れや緩みなどの異常が発生する運転速度が高くなるため、テープ巻付装置の定常運転の回転速度を約４０％も上げることが可能となる。
【００４８】
なお、上記の実施形態では、撚合ラインの運転速度信号Ｓをゲイン調整アンプに入力したが、テープ巻付装置の主軸系の回転速度信号を入力してもよいことは勿論である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００５０】
（１）テープ張力の変化時にテープガイドに対するテープパットの滑りの度合いを調節するようにしたので、テープ張力の変化がよく吸収され、テープ切れや緩みの発生を防止することができる。
【００５１】
（２）テープ巻付装置の機械的構造は従来と同じでよいので、簡易に実施できる。
【００５２】
（３）滑りの度合いの調節にテープガイドの回転速度を用いたので、実際のテープ張力を計測する必要がなく、張力センサ等を付加しなくてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるテープ巻付装置の電気系統図である。
【図２】撚合ラインの運転速度信号の時間変化図である。
【図３】本発明による停止張力及び停止張力電圧の時間変化図である。
【図４】テープ巻付装置の機械構造図である。
【図５】テープ巻付装置のパット回転部の斜視図である。
【図６】従来技術によるテープ巻付装置の電気系統図である。
【図７】テープ巻付装置のパット回転部の正面図である。
【図８】従来技術による停止張力及び停止張力電圧の時間変化図である。
【符号の説明】
２ 張力設定アンプ
４ ゲイン調整アンプ
５ 減算器
１１ 中空軸
１２、３１ テープガイド
２１ テープパット
２２ テープパットホルダ
３２ テーピング本体
４０ テープ
５３ ラインシャフト
６１、６２ パウダーブレーキ
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行される線条体にテープを巻き付けるテープ巻付装置に係り、特に、テープ切れや緩みの発生を防止するテープ巻付装置のテープ送出張力制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
導体線等の線条体に絶縁体テープ等のテープを巻き付けるテープ巻付装置は、その線条体を引き取る引取装置と共にテープ巻付ラインに設けられる。引取装置が線条体を引き取ることにより、線条体は線軸方向に走行する。テープ巻付装置（中心式テーピング装置）は、図４に示されるように、この走行される線条体 （図示せず）を中空軸１１に貫通させ、この中空軸１１及び中空軸１１の外周に設けた部材を回転させてテープを巻き付けるようになっている。即ち、テープをロール状に蓄えたテープパット２１が線条体と同軸に配置されており、このテープパット２１は中空軸１１の外周に回転自在に設けたテープパットホルダ２２に保持されている。テープパットホルダ２２は、径方向に広がった円盤状のテープパット装着部２３と、軸方向に伸びた中空管状のホルダシャフト部２４と、ホルダシャフト部２４の端に位置するホルダプーリ２５とを一体的に形成したものである。このテープパットホルダ２２のテープパット装着部２３に装着したテープパット２１を軸方向からテープパット押え２６で押さえることにより、テープパット２１をテープパットホルダ２２に固定することができ、テープパットホルダ２２と一体にテープパット２１が回転するようになっている。
【０００３】
このテープパット２１の径方向外側には、線条体と平行な第一のテープガイド３１が配置され、テープパット２１より線条体走行方向前方には、線条体に傾斜して臨む第二のテープガイド１２が配置されている。第一のテープガイド３１は、テープパットホルダ２２のホルダシャフト部２４の外周に回転自在に設けたテーピング本体３２に取り付けられている。テーピング本体３２は、径方向に広がった円盤状の回転板３３と、軸方向に伸びた中空管状の本体シャフト部３４と、本体シャフト部３４の端に位置する本体プーリ３５とを一体的に形成したものである。これにより、第一のテープガイド３１は、テーピング本体３２が回転すれば線条体の周方向に回転するようになっている。第一のテープガイド３１は、テーピング本体３２の回転板３３の縁端部に線条体と平行に取り付けられている。この第一のテープガイド３１の外側にテープパット２１から送出されるテープ４０を掛け、このテープ４０を第二のテープガイド１２に向かわせるようにする。一方、第二のテープガイド１２は、線条体を貫通させている中空軸１１の外側に傾斜角調整自在に取り付けられている。これにより、第二のテープガイド１２は、中空軸１１が回転すれば線条体の周方向に回転するようになっている。この中空軸１１にもその延長端に一体的に中空軸プーリ１３が形成されている。第一のテープガイド３１から送られるテープ４０を第二のテープガイド１２に掛け、このテープ４０を線条体に対して所定の角度で供給することになる。
【０００４】
第一のテープガイド３１はテーピング本体３２と共に回転し、第二のテープガイド１２は中空軸１１と共に回転するが、ここで、本体プーリ３５に対向させて本体プーリ３５と同径の駆動プーリ５１が設けられ、中空軸プーリ１３に対向させて中空軸プーリ１３と同径の駆動プーリ５２が設けられ、これら２つの駆動プーリ５１，５２が共通のラインシャフト５３に取り付けられている。従って、ラインシャフト５３の駆動により、２つのテープガイド３１，１２を同期して回転させることができる。また、ラインシャフト５３の回転速度は、図示されない引取装置による線条体の引取速度と電気的又は機械的に同期させるようになっている。
【０００５】
以上の構成により、２つのテープガイド３１，１２を線条体の周方向に回転させて線条体にテープを巻き付けることができる。
【０００６】
テープパット２１からのテープ送出張力を発生させる機構は、テープガイド３１，１２を回転させるラインシャフト（これを主軸とする）５３とテープパット２１を回転させるテープパットホルダ（これを副軸とする）２２との間に設けたパウダーブレーキ６１，６２である。パウダーブレーキ（パウダークラッチとも言う）は、空間を隔てた２つの回転要素間に磁性粒子を充填し、磁場の印加により回転要素間に摩擦力を発生させるものである。磁場を印加する操作電圧を変化させると、摩擦力を変化させることができる。摩擦力が小であれば、２つの回転要素は互いに滑りやすくなり、摩擦力が大であれば滑りにくくなる。ここでは、ラインシャフト（主軸）５３とテープパットホルダ（副軸）２２とは２つのパウダーブレーキ６１，６２を介して連結されている。シャフト及びプーリ部分を省略してテープ巻付装置のヘッド部分４１に着目すると、テープガイド３１，１２の回転（主軸の回転に相当する）に対して滑りを持たせてテープパット２１の随伴回転（副軸の回転に相当する）を得ていることになる。このようにして、テープガイド３１，１２の回転に対して滑りを持たせてテープパット２１を随伴回転させることにより、その滑りトルクに応じたテープパット２１からのテープ送出張力を発生させることができる。即ち、パウダーブレーキ６１，６２の操作電圧を変化させれば、テープ送出張力を制御することができる。
【０００７】
パウダーブレーキ６１は、図示されないテンションコントローラにより制御される。このテンションコントローラは、テープパット２１の径の変化によるテープ４０の引出しトルクの変化を演算し、テープパット径が変化しても均一なテープ送出張力が得られるような制御を行うものである。
【０００８】
もう一つのパウダーブレーキ６２は、停止張力用パウダーブレーキと呼ばれ、テープ巻付装置の速度が変化したときに使われるものである。即ち、起動時或いは停止時等にラインシャフト５３の回転速度が変化したとき、テープパット２１にかかる慣性トルクを吸収するために、テープ４０に張力を印加するものである。この張力は、テープ巻付装置の機械的特性に合わせて予め設定しておく。即ち、パウダーブレーキ６２の操作電圧を予め一定に定めておき、起動時或いは停止時等にこの操作電圧を印加する。
【０００９】
図４のテープ巻付装置にあっては、テープパットホルダ（副軸）２２はラインシャフト（主軸）５３に対し、２つのパウダーブレーキ６１，６２を介して滑りながら随伴回転していることになる。テープ巻付装置を停止させるとき、速度変化するラインシャフト５３に対してテープパットホルダ２２が相対的に遅れたり進んだりすると、テープ４０に異常張力がかかってテープ切れや緩みが発生してしまう。これを回避するために停止張力用のパウダーブレーキ６２が設けられている。パウダーブレーキ６２は、従来、次のように制御されている。
【００１０】
図５に示されるように、テープ巻付装置のパット回転部（テープパットホルダ、テープパット及びテープパット押え）２０の総重量をＷ、パット回転部２０の半径をＲ、パット回転部２０の角速度をωとすると、パット回転部２０にかかる慣性モーメントＩは、
【００１１】
【数１】
で与えられ、パット回転部２０の慣性トルクＴは、
【００１３】
【数２】
となる。この慣性トルクＴからパウダーブレーキやメカロス等により発生する摩擦トルクＴF を差し引いたトルクが実際にテープ張力に影響を与えるトルクＴD となる。即ち、
【００１５】
【数３】
式（２）によれば、テープ巻付装置を一定速度で運転しているときには、角加速度がないため慣性トルクＴは発生しないが、起動時や停止時には速度変化、即ち角加速度があるため慣性トルクＴが発生する。そこで、この慣性トルクＴの発生に対し、パウダーブレーキ６２に予め定めた一定の操作電圧を印加して摩擦トルクＴF を大きくし、式（３）のトルクＴD を０に近付ける。これにより実際にテープ張力に影響を与えるトルクＴD を小さくしてテープ切れや緩みを回避することができる。
【００１７】
従来技術によるテープ巻付装置の電気系統は、図６に示されるように、停止張力用電源１の電圧Ｖより予め設定した電圧ＶB を生成する張力設定アンプ２を備え、テープ巻付装置に停止信号が入力されたときに操作電圧ＶB をパウダーブレーキ６２に印加するようになっている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、起動時や停止時の速度変化によって起こるテープ張力の変化に対し、パウダーブレーキに予め定めた一定の操作電圧を印加して一定の張力をかけることでテープ張力の変化を緩和させている。しかし、このような方法には、次のような問題点がある。
【００１９】
テープ巻付装置をより高速で運転する場合や機械的強度が弱いテープを巻き付ける場合、一定の張力をかけるだけではテープ張力変化を吸収できず、テープ切れや緩みを回避することができない。なお、テープ張力変化の発生要因は、テープパットホルダ２２とラインシャフト５３とを介しているパウダーブレーキ６１，６２の慣性、線条体の引取装置とテープ巻付装置とのモータ等の電気的同調のズレ、パウダーブレーキ６１，６２の摩擦特性等であり、テープ巻付装置の構造などの機械的特性に起因するものである。
【００２０】
このようなテープ張力変化の変化幅が大きな使用環境下では、テープに異常張力がかかりテープ切れや緩みが発生する。従来技術では、テープ巻付装置の停止時等にテープ切れや緩みが発生するため、運転速度を高めることができず、生産性が向上できない。また、機械的強度が強いテープを使用せざるを得ず、テープのコストが低減できない。
【００２１】
これを解決する１つの方法として、起動時や停止時にスロースタート、スローストップを行うことが考えられる。しかし、撚合ラインの中に何かの異常があった場合にスローストップを行うと、その異常時に生産されたテープ巻付線条体がかなり引き取られた後に停止することになり、そのことが新たに問題となる。従って、この方法は好適ではない。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、テープ切れや緩みの発生を防止するテープ巻付装置のテープ送出張力制御方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、線条体を線軸方向に走行させ、この線条体と同軸にテープをロール状に蓄えたテープパットを配置し、このテープパットの径方向外側に前記線条体と平行な第一のテープガイドを配置すると共に前記線条体に傾斜して臨む第二のテープガイドを配置し、
前記テープガイドの回転に対して滑りを持たせて前記テープパットを随伴回転させるために、前記テープガイドを回転させる主軸と前記テープパットを回転させる副軸との間にパウダーブレーキを用い、
これらのテープガイドを前記線条体の周方向に回転させて前記線条体にテープを巻き付けるときに、前記テープガイドの回転に対して滑りを持たせて前記テープパットを随伴回転させることにより前記テープパットからのテープ送出張力を発生させ、
前記テープガイドの回転を停止させるときに、前記テープガイドの運転速度信号を発生させ、一定の値からなる第一の操作電圧から、前記テープガイドの運転速度信号の電圧の低下量を差し引いた第二の操作電圧をパウダーブレーキに印加することにより、前記テープ送出張力を制御するものである。
【００２５】
前記テープガイドの回転に対して滑りを持たせて前記テープパットを随伴回転させるために、前記テープガイドを回転させる主軸と前記テープパットを回転させる副軸との間にパウダーブレーキを用い、前記テープガイドの回転を停止させるときに、前記テープガイドの回転速度の減少に比例させて前記パウダーブレーキの操作電圧徐々にを高くし、その操作電圧に比例させて、前記テープパットの滑りの度合いを徐々に小さくしてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２７】
まず、本発明を考案するにあたり、従来のテープ巻付装置が運転中に停止するときに実際にテープにかかる慣性トルク（張力）を詳しく分析したので、その内容を説明する。なお、ここでは、テープ巻付装置の前段に、線条体を撚り合わせる撚合装置及びその線条体を送出する送出機を接続し、線条体の撚り合わせと同時にテープ巻き付けを行う巻取回転型の撚合ラインを用いるものとする。
【００２８】
図７に示されるように、テープ巻付装置が運転中に停止するときに実際にテープにかかる慣性トルクは、パウダーブレーキ６２を介してラインシャフト５３に連結しているテープパットホルダ２２が減速することによる滑りで発生するトルクＴ１（ラインシャフト５３の回転による慣性トルク）と、テープ４０が引き出されていることによりテープパットホルダ２２が回転板３３と相対的に回転している相対速度の変化によるトルクＴ２とがある。このトルクＴ１，Ｔ２の発生メカニズムは次の通りである。
【００２９】
１）ラインシャフト５３（図７ではテーピング本体の回転板３３）がＮ１（ｒｐｍ）で回転しているときに、テープ巻付装置に対して停止信号が入力される。なお、このときテープパットホルダ２２は、Ｎ２（ｒｐｍ）で回転しているものとする。
【００３０】
２）テープ巻付装置が停止の動作に入り、ラインシャフト５３が減速する。
【００３１】
３）▲１▼トルクＴ１の発生…ラインシャフト５３によりパウダーブレーキ６２を介して駆動されているテープパットホルダは、慣性トルクＴ１でもっと回ろうとする。慣性トルクＴ１は図示のようにテープの引出方向とは逆方向に作用する。従って、テープ送出張力は大きくなる。
【００３２】
▲２▼トルクＴ２の発生…テープパットホルダ２２は、テーピング本体の回転板３３と相対的に見ると、Ｎ１−Ｎ２＝Ｎ３（ｒｐｍ）で回転しているので慣性トルクＴ２で回ろうとする。慣性トルクＴ２は図示のようにテープの引出方向と同一方向に作用する。従って、テープ送出張力は小さくなる。
【００３３】
４）テープ巻付装置の各機構が完全に停止するまでの間に、ラインシャフトの減速率、パウダーブレーキ固有の摩擦特性、引取装置やテープ巻付装置固有の慣性・摩擦、撚合ラインとテープ巻付装置との電気的・機械的同調のずれなどによりテープ送出張力が変動する。
【００３４】
このようにして実際にテープにかかる張力が発生するが、一般的には線条体の巻取機（引取装置）、送出機、テープ巻付装置からなる撚合ラインでは、実際のテープ巻の状態から分析した結果、撚合ラインの減速停止時に巻き付けられるテープに実際にかかる張力ＴD （停止張力）は図８のように変化することが判った。図８に示されるように、張力ＴD は、テープ巻付装置が停止動作を始めた後に急激に減少して最小張力Ｔｍｉｎに達し、その後、徐々に大きくなり、最大張力Ｔｍａｘに達した後、再び減少して完全停止の状態で±０になる。この変動曲線において、張力ＴD が最小張力Ｔｍｉｎ側にあるときには、テープが緩む傾向にあり、張力ＴD が最大張力Ｔｍａｘ側にあるときには、テープに過大な張力がかかるためテープが切れることがある。
【００３５】
これに対し、従来技術においてテープ巻付装置に停止信号が入力されたときにパウダーブレーキ６２に印加する操作電圧（停止張力電圧）は、ＶB であり、完全停止となるまで一定である。このパウダーブレーキ操作から得られる停止張力は電圧ＶB に比例するので、以下、図８上で電圧ＶB と張力ＴD とを比較する。テープ巻付装置が高速運転されると、ラインシャフトが高速回転になり図示の張力ＴD の変動幅はいっそう大きくなる。これに対して一定の電圧ＶB でパウダーブレーキ６２を操作したのではテープにかかる張力ＴD を緩和しきれず、テープ切れや緩みを回避することができない。
【００３６】
もし、張力ＴD が最小張力Ｔｍｉｎ側のときテープが緩まないようにするためには、操作電圧をＶB ´のように小さく設定しなくてはならない。しかし、操作電圧ＶB ´を設定してしまうと、張力ＴD が最大張力Ｔｍａｘ側になったとき、テープに過大な張力がかかり、テープが切れてしまう。
【００３７】
このように、テープ巻付装置に停止信号が入力された直後にテープにかかる最小張力Ｔｍｉｎと、その後に発生する最大張力Ｔｍａｘとの差が大きいため、従来技術のように一定の操作電圧ＶB を与えてもテープ張力変化を吸収できず、テープ切れや緩みを回避することができない。
【００３８】
そこで、本発明では、テープガイド３１，１２の回転速度の変化に比例させてパウダーブレーキ６２の操作電圧を変化させるようにした。ここで、テープガイド３１，１２の回転速度はラインシャフト５３の回転速度に比例し、ラインシャフト５３の回転速度は撚合ラインの運転速度（引取装置の引取速度等）に同期されている。従って、撚合ラインの運転速度に比例させてパウダーブレーキ６２の操作電圧を変化させてもよい。
【００３９】
さて、このような操作電圧の変化方法は、図８において、テープに実際にかかる張力ＴD の変動曲線が、従来技術の操作電圧ＶB の直線から図２に示す撚合ラインの運転速度信号Ｓの曲線を差し引いた曲線に近似していることに着目したものである。これに基づき、一定の操作電圧ＶB から撚合ラインの運転速度信号Ｓを適宜に増幅した電圧を減算し、図３に示す操作電圧（停止張力電圧）ＶA を得る。
【００４０】
本発明のテープ送出張力制御方法を適用したテープ巻付装置の電気系統は、図１に示されるように、停止張力用電源１の電圧Ｖより予め設定した電圧ＶB を生成する張力設定アンプ２と、撚合ライン３の運転速度信号Ｓをゲイン調整してこの速度に比例する電圧Ｓ´を生成するゲイン調整アンプ４と、電圧ＶB から電圧Ｓ´を減算して操作電圧ＶA を生成する減算器５とを備え、テープ巻付装置に停止信号が入力されたときに操作電圧ＶA をパウダーブレーキ６２に印加するようになっている。
【００４１】
図１の電気系統により制御される図４のテープ巻付装置の動作を説明する。
【００４２】
線条体の撚合装置、線条体の送出機に本発明のテープ巻付装置を組み合わせた撚合ラインにおいて定常の運転速度で運転が行われているものとする。この撚合ラインが停止するときに、停止信号が発生されると共に、運転速度信号Ｓが発生される。撚合ラインの運転速度信号Ｓは、図２に示されるように、停止動作の開始直後には所定の値から大きな傾斜で減少し、次第に傾斜が小さくなり、完全停止の時点で傾斜がなくなると共に値０に至る。従って、テープ巻付装置にあっては、ラインシャフト５３の回転速度が運転速度信号Ｓに比例して減速し、テープガイド３１を含むテーピング本体３２の回転速度が運転速度信号Ｓに比例して減速する。
【００４３】
ラインシャフト５３の減速により、既に説明したように慣性トルクＴ１，Ｔ２が発生してテープに実際にかかる張力ＴD （停止張力）は図３に示されるように、停止動作を始めた直後に減少して最小張力Ｔｍｉｎに達し、その後、徐々に大きくなり、最大張力Ｔｍａｘに達した後、再び減少して完全停止の状態で±０になる。
【００４４】
一方、図１のテープ巻付装置の電気系統では、ゲイン調整アンプ２により運転速度信号Ｓに比例する電圧Ｓ´が生成され、減算器５により予め設定した電圧ＶB から電圧Ｓ´減算した操作電圧ＶA が生成される。操作電圧ＶA は、図３に示されるように、停止動作を始めた直後、所定の値から大きな傾斜で増加し、次第に傾斜が小さくなり、完全停止の時点で傾斜がなくなると共に一定値に至る。この操作電圧ＶA がパウダーブレーキ６２に印加されるので、パウダーブレーキ６２内の２つの回転要素間の摩擦力は、操作電圧ＶA に比例して最初は非常に小さく、それから徐々に大きくなっていく。従って、テープガイド３１，１２の回転に対するテープパット２１の滑りの度合いは、操作電圧ＶA に比例して最初は非常に大きく、それから徐々に小さくなっていく。このパウダーブレーキ６２の操作によってテープ４０に印加される張力は、操作電圧ＶA に比例して最初は非常に小さく、それから徐々に大きくなっていくことになる。
【００４５】
図３において、操作電圧（停止張力電圧）ＶA の曲線が張力ＴD の変動曲線に近似していることがよく判る。従って、ラインシャフト５３の減速により発生する張力ＴD がパウダーブレーキ６２の操作によって印加される張力によって吸収され、テープ切れや緩みが防止されることになる。
【００４６】
本発明のテープ送出張力制御方法は、テープ巻付装置の機械的構造は従来技術と同じくして実施することができ、このテープ巻付装置をより高速で運転する場合や機械的強度が弱いテープを巻き付ける場合でも、テープ張力変化を十分に吸収し、テープ切れや緩みを発生させることなくテープ巻き付けを行うことができる。また、撚合ラインを構成する引取装置、テープ巻付装置に電気的、機械的同期のズレが生じる場合でも、テープ巻付装置が停止するときに発生するテープパットホルダの慣性によるテープ送出張力の変化を小さくすることが可能であり、テープ切れや緩みなどの異常を撲滅することが可能である。
【００４７】
本発明のテープ送出張力制御方法は、非常に安価かつ短時間で従来のテープ巻付装置に導入することが可能であり、これを実施した場合、厚さ０．１ｍｍ、幅１５〜５０ｍｍの不織布を直径５〜２０ｍｍの線条体に巻き付ける場合を例にとると、従来技術で制御する場合に比較して、テープ切れや緩みなどの異常が発生する運転速度が高くなるため、テープ巻付装置の定常運転の回転速度を約４０％も上げることが可能となる。
【００４８】
なお、上記の実施形態では、撚合ラインの運転速度信号Ｓをゲイン調整アンプに入力したが、テープ巻付装置の主軸系の回転速度信号を入力してもよいことは勿論である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００５０】
（１）テープ張力の変化時にテープガイドに対するテープパットの滑りの度合いを調節するようにしたので、テープ張力の変化がよく吸収され、テープ切れや緩みの発生を防止することができる。
【００５１】
（２）テープ巻付装置の機械的構造は従来と同じでよいので、簡易に実施できる。
【００５２】
（３）滑りの度合いの調節にテープガイドの回転速度を用いたので、実際のテープ張力を計測する必要がなく、張力センサ等を付加しなくてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるテープ巻付装置の電気系統図である。
【図２】撚合ラインの運転速度信号の時間変化図である。
【図３】本発明による停止張力及び停止張力電圧の時間変化図である。
【図４】テープ巻付装置の機械構造図である。
【図５】テープ巻付装置のパット回転部の斜視図である。
【図６】従来技術によるテープ巻付装置の電気系統図である。
【図７】テープ巻付装置のパット回転部の正面図である。
【図８】従来技術による停止張力及び停止張力電圧の時間変化図である。
【符号の説明】
２ 張力設定アンプ
４ ゲイン調整アンプ
５ 減算器
１１ 中空軸
１２、３１ テープガイド
２１ テープパット
２２ テープパットホルダ
３２ テーピング本体
４０ テープ
５３ ラインシャフト
６１、６２ パウダーブレーキ
Claims (1)
- 線条体を線軸方向に走行させ、この線条体と同軸にテープをロール状に蓄えたテープパットを配置し、このテープパットの径方向外側に前記線条体と平行な第一のテープガイドを配置すると共に前記線条体に傾斜して臨む第二のテープガイドを配置し、
前記テープガイドの回転に対して滑りを持たせて前記テープパットを随伴回転させるために、前記テープガイドを回転させる主軸と前記テープパットを回転させる副軸との間にパウダーブレーキを用い、
これらのテープガイドを前記線条体の周方向に回転させて前記線条体にテープを巻き付けるときに、前記テープガイドの回転に対して滑りを持たせて前記テープパットを随伴回転させることにより前記テープパットからのテープ送出張力を発生させ、
前記テープガイドの回転を停止させるときに、前記テープガイドの運転速度信号を発生させ、一定の値からなる第一の操作電圧から、前記テープガイドの運転速度信号の電圧の低下量を差し引いた第二の操作電圧をパウダーブレーキに印加することにより、前記テープ送出張力を制御することを特徴とするテープ巻付装置のテープ送出張力制御方法。
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