JP4756867B2 - テープ巻付装置及びテープ巻付張力の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は線材のテープ巻付装置及びテープ巻付張力の制御方法に関し、特に、導体外周の絶縁体を極薄の多孔質テープ体の巻回により形成する為の線材のテープ巻付装置と、極薄の多孔質テープを導体外周に巻き付る際のテープ張力を一定にして巻付作業を安定化させるテープ巻付張カの制御方法に関する。

近年の高度情報化社会の進展により、情報通信機器及び、その機器に適用される半導体素子の試験・検査装置等の伝送速度の高速化及び、伝送精度向上の要請が高まっている。この為、その機器及び装置等に適用される同軸ケーブル及び同軸コードにあっても、伝送速度の高速化及び伝送精度の向上が求められる。

ここで、同軸ケーブルに要求される代表的な電気特性を記述すると、以下のようになる。
伝搬遅延時間（Ｔｄ）＝√ε／０．３（ｎＳ／ｍ）
相対伝送速度（Ｖ）＝１００／√ε（％）
特性インピーダンス（Ｚ_０）＝６０／√ε・ＬｎＤ／ｄ（Ω）
静電容量（Ｃ）＝５５．６３ε／ＬｎＤ／ｄ（ＰＦ／ｍ）
但し、ε：絶縁体の比誘電率、Ｄ：絶縁体の外径（外部導体の内径）、ｄ：導体外径（内部導体の外径）とする。

前記した各式から、同軸ケーブルの伝送特性には、絶縁体の比誘電率、内部導体及び絶縁体の外径が関与し、比誘電率に関しては、その値が小さい程、伝送特性が向上し、内部導体及び絶縁体の外径に関しては、その比率とバラツキが大きく関与することが理解出来る。

特に、特性インピーダンスと静電容量については、絶縁体の比誘電率が小さく、且つ、そのバラツキが少ないことと、内部導体と絶縁体の外径（シールド層の内径）等のバラツキが少なく、且つ、それらの形状がより真円状に形成されることが理想であることが理解出来る。

従来の同軸ケーブルにおいて、同軸ケーブルに適用される発泡絶縁体は、ケーブルの伝搬遅延時間を出来るだけ小さくして、伝送速度を速めることを目的として、現在では、その気孔率（発泡率）を６０％以上として、空隙を多く設けることで、絶縁体の比誘電率（ε）を１．４以下とすることによって、伝送時間の短縮、減衰量の減少等を図っている。気孔率を６０％以上とし、比誘電率を１．４以下とした絶縁体材質として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の多孔質テープ体（特許文献１及び特許文献２参照）を内部導体外周に巻回し、巻回時又は巻回後に焼成処理してなるものが適用され、この他の多孔質テープ体として、５００万以上の重量平均分子量のポリエチレンテープ体を適用したものがある（特許文献３参照）。それらの絶縁体層は、多孔質テープ体の性質上、その厚さ、気孔率のバラツキが大きく、同軸ケーブルの伝送特性の安定度においては、その改善が強く要望されている。

特に、内部導体サイズをＡＷＧサイズ２４以上の細径導体とし、特性インピーダンス値を５０Ωとした同軸ケーブルでは、絶縁体層の厚さ、外径、気孔率、焼成等のバラツキにより、伝送特性のバラツキを無くして安定化を図る上で、大きな障害となっている。

また、絶縁体層は、内部導体外周に多孔質テープ体を重ねて巻回して構成するので、導体外周のテープ体の重ね部で、空隙部と重ねによる外径の凸凹が生じ、比誘電率及び外径のバラツキが極めて大きくなる。

また、この絶縁層は、機械的強度が極めて小さい多孔質テープ体を使用するので、テープ体自体の巻回時の伸び、切れを無くす為と、多孔質テープ体を巻回することにより生じる、極細内部導体の伸び、断線を無くす為に、テープ体の張力は極めて小さくする必要がある。このため、巻回後の絶縁体は、外径の凸凹、外径のバラツキが更に大きくなると共に、内部導体との密着度が極めて弱く、比誘電率と外径のバラツキが更に拡大する。

更に、絶縁体外径を所定外径に維持して、そのバラツキを無くすことに加え、絶縁体形状を真円の円筒体状に形成することが難しいという大きな問題があった。

多孔質テープ体を適用して、同軸ケーブルの絶縁体を構成する場合の種々の解決しなければならない問題点を列記したが、薄いテープを内部導体外周に巻回して、絶縁体を構成するテープ体巻回装置の従来例として、極細線等の線材外周に薄いテープを、張力変動を抑えて、高速で安定して巻き付けることが出来るテープ巻装置を開示したものがある（特許文献４参照）。

特許文献４に開示された発明を図７を参照して具体的に説明すると、軸５１中心に線材５２１を下から上へ通過させる貫通穴５２を設け、軸部５１Ａの外周とテープリール鍔を下から支えるフランジ面とに各々空気軸受けを構成する空気吹出し穴５３を設けて回転可能に縦向きに設置するリール軸５１と、このリール軸の上部に回転可能に同心的に設ける逆漏斗状のフライヤー５１０と、フライヤー外面に貼りつけたテープカバー５１７と、フライヤーの上部に設けてフライヤーと一体回転させるテープ巻付ガイド５１８及びテープ押さえ５１９と、前記リール軸とフライヤーを個々に回転させるモータ５７、５１３を具備し、前記リール軸５１に装着したテープリール５３１から繰り出すテープ５３２をフライヤーの下部外周縁に設けたガイド５１６に通した後、前記テープカバーの下側をくぐらせてテープ巻付ガイド及びテープ押さえ経由で線材５２１上に導き、更に、前記テープリールを前記吹出し穴から吹き出す空気で所定の回転抵抗を与えて浮上させ、この状態で線材を所定速度で通過させながらフライヤーを定速回転させ、リール軸をリール巻径に応じた速度で回転させて線材外周にテープを巻くようにした線材のテープ巻装置である。

これによれば、遠心力や風の影響を受け難く、また空気浮上のテープリールとリール軸との間に生じる自動微調整作用により定速巻きを行ってもテープ張力の変動が抑えられ、更に、巻付け部ではテープ張力の変動幅が更に小さくなるので、切れやすい極薄テープであっても、適正張力を保持して安定した状態下で高速巻することが出来、またテープの巻付けピッチや巻付け状態が一定すると言う利点を有していると記載されている。

特許文献５には、テーピング・ヘッド回転速度と運転状態信号及びブレーキ力に対する相関関係を予め実測したデータに基づいて、テープ送り出し張力を制御することにより、テープの送り出し張力における調整を自動的に行えるようにするテープ送り出し張力調整装置が開示されている。

特公昭４２−１３５６０号公報 特公昭５１−１８９９１号公報 特開２００１−２９７６３３号公報 特開平６―１２４６１４号公報 特開２０００―２８９９３９号公報

しかし、従来のテープ巻付装置は以下の問題点を有している。
（１）テープリールを空気で浮かしてリール軸の回転によりテープリールを回転させてテープを供給するので、テープリールに巻回されているテープ体の量の大小によりテープ供給の張力が変化しやすい。
（２）モータ５７と５１３の回転数のアンバランスによりテープ張力が変化して巻き付け量が変化し巻き付け形状が一定化しにくい。
（３）テープ巻き付けテープ押さえ５１９迄のテープ条長が長くなり、テープ供給部のテープ張力がテープ巻き付け部のテープ張力と一体に成らないのでテープ巻回時の風圧によるテープの切断がおきやすい。
（４）テープの巻回張力は、ガイド穴５１６、テープカバー５１７、テープ巻付ガイド５１８との接触により発生するが、接触面積が比較的大きいこととフライヤー５１０の回転数により変化しやすい。
（５）上記（１）、（２）により、テープの供給とテープ巻によるテープの張力が安定せずテープ巻が不安定となるため、テープ巻の外形が凸凹となり、またテープの切断が生じやすい。
（６）テープリールからテープ巻回（テープの押さえ５１９）迄の、テープリールから繰り出されたテープが長いため、フライヤー５１０の回転による風圧を受け、テープ張力が変化しやすい。
（７）設定トルクより実際のトルクが大きければテープ体を操り出し、また実際のトルクが設定トルクを下回る場合はブレーキをかけるように制御して、テープ送り出し張力が一定になるよう制御されているが、テープ巻量に関係なく設定されたトルクを制御しているため、テープ送り出し張力に大きなムラが生じる。
（８）テープ体が巻回されたケーブルの引取装置においては、常に設定した回転数で回転してケーブルを引取するようにされているが、ケーブルの引取速度とテープ体のケーブルへの巻回速度は同期するようには制御されておらず、テープ体の巻回ピッチ量を一定にした引取りを行うようにはされていない。

従って、本発明の目的は、上記の問題点を解決することができるものであって、多孔質テープ体からなる絶縁体層の形成において、テープ体の伸びや切断なしに巻回することが可能で、絶縁体外径を所定外径に維持し、巻き付け形状を一定化することが可能な線材のテープ巻付装置及びテープ巻付張力の制御方法を提供することにある。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、線材を供給する線材供給装置と、前記線材供給装置から供給された線材にテープ体を巻回するテープ巻回装置と、前記テープ巻回装置により前記テープ体を巻回された前記線材を引き取る引取装置とからなるテープ巻付装置において、
前記テープ巻回装置は前記線材供給装置から前記線材を押通してガイドする中空軸と、テープ体が巻回されているテープパッドを固定するテープパッド固定部と、前記中空軸を中心として前記テープパッド固定部を回転駆動して回転軸トルクを所定値に制御してテープ体の繰出し張力を所定値にするサーボモータとからなる第１の駆動源を有するテープ供給部と、前記テープ体の張力を制御する複数の張力制御ロールを有して前記テープ供給部の外側に前記中空軸を中心として回転可能に装着されたテープ巻フライヤーと、前記テープ巻フライヤーの回転を所定回転数に制御するサーボモータとからなる第２の駆動源を有するテープ巻部とから構成され、
前記テープ体は前記第１の駆動源により回転軸トルクが制御された回転に伴い無張力で前記テープ巻フライヤーの張力制御ロールに前記テープパッドから供給され、前記テープ巻フライヤーの張力制御ロールに供給された前記テープ体は、前記第２の駆動源による回転により、前記線材に張力が一定値とされ、前記線材に巻回される事を特徴とするテープ巻付装置を提供する。

上記発明において、前記引取装置の駆動源が、前記線材の引取速度を所定の速度にするため、回転数を所定回転数に制御するサーボモータであってもよく、また、前記第２の駆動源は、前記引取装置の駆動源により前記線材の引取速度を一定にするための所定回転数に同期して、前記テープ巻フライヤーを回転駆動するものであってもよい。

第２の発明は、上記目的を達成するため、線材を供給する線材供給装置と、前記線材供給装置から供給された線材にテープ体を巻回するテープ巻回装置と、前記テープ巻回装置により前記テープ体が巻回された前記線材を引き取る引取装置とからなるテープ巻付装置での前記テープ体に係る張力を制御するテープ巻付張力の制御方法において、
前記テープ巻回装置での前記テープ体の張力制御は、前記テープ体が巻回されているテープパッドを固定するテープパッド固定部を、前記線材供給装置から前記線材を押通してガイドする中空軸を中心として、回転駆動するサーボモータを有する第１の駆動源により回転軸トルクを所定値に制御して前記テープ体の繰出し張力を所定値にし、
次に前記テープパッド固定部の外側に装着されたテープ巻フライヤーに供給された前記テープ体を前記テープ巻フライヤーに設けられた複数の張力制御ロールに絡ませて前記線材に巻回される直前の前記テープ体の張力を所定の張力とし、前記テープ巻フライヤーを前記中空軸を中心として回転駆動するサーボモータを有する第２の駆動源により回転数を所定回転数で制御して、前記線材に巻回する前記テープ体に係る張力を前記テープパッドに巻回されている前記テープ体の巻回量に関係なく常に一定の張力とする事を特徴とするテープ巻付張力の制御方法を提供する。

上記発明において、前記線材の引取速度は、前記引取装置の駆動源であるサーボモータにより、回転数を所定回転数に制御されて所定の速度に制御されるものであってもよく、また、前記第２の駆動源は、前記引取装置の駆動源により前記線材の引取速度を一定にするための所定回転数に同期して、前記テープ巻フライヤーを回転駆動して、前記線材に巻回される前記テープ体の巻付ピッチを一定に制御されるものであってもよい。

本発明によれば、線材に巻回する多孔質テープ体（特に、多孔率６０％以上）の張力と、巻付け角度とを一定化させて、巻回張力のバラツキ等による絶縁体外径の凸凹、外径のバラツキを少なくすることが可能となる。また、多孔質テープ体の巻回張力を一定化することに加え、回転による風力の影響を少なくすることにより、巻回による多孔質テープ体の切断を無くし、均一に巻回することが出来、絶縁体外径の変動、波打ち等を無くすことが可能となる。

本発明は以上説明したように構成され、以下に記載するような発明の効果を有する。すなわち、本発明によれば、トルク斬減制御によりテープ巻量によらず、テープ張力を変化させずにテープパットからテープを繰り出すことができ、線材（導体）へのテープ巻回の張力はテープ巻フライヤーの張力制御ロールにて調整可能であり、一定化することができるため、線材へのテープ巻回は容易となり、巻回によるテープ体の密着度は一定化されるので、安定したテープ巻きが可能なテープ巻装置を提供できる。これにより、テープ巻回による電線化が安定する。

また、トルク斬減制御によりテープ巻量によらず、テープ体の繰り出し張力と巻回張力を常に一定化し、かつ最小の張力とすることができ、巻回による風圧を張力制御ロールやテープガイドロールにテープ体を短い間隔で接触させることで、その影響を少なくすることが出来るため、テープ体の張力が小さいものでも巻回することが可能なテープ巻装置の提供が可能となる。

さらに、テープ巻フライヤーを引取装置の駆動モータとの比例制御により、同期させて駆動することで、製造スピード及び製品ピッチが加速・減速に関係なく一定となるようにできる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１は本発明のテープ巻回装置を含めたテープ巻絶縁線心のテープ巻付装置の全体図であり、図２は本発明のテープ巻付装置の具体例を示す断面図である。図３は本発明のテープ巻付装置本体部分の具体例を示す斜視図であり、図４（ａ）〜（ｄ）はテープ張力を所定値にするためのテープ巻付装置本体部分の具体例を示す図である。

図１に示すテープ巻付装置は、線材１０を供給する供給装置９と、供給された線材１０をガイドするガイドロール１１と、テープ巻回装置１００、２００と、テープ巻回装置によりテープ体１を巻回されたテープ巻絶縁線心１２を引き取る引取装置１３と、テープ巻絶縁線心１２を所定外径の真円状に成形する成形ダイス１４と、成形された線心１５をガイドするガイドロール１６、１７と、巻取装置１８とから成る。

すなわち、供給装置９から供給される線材１０は、まずテープ巻回装置１００へ通すためにガイドロール１１にてガイドされ、ガイドされた線材１０はテープ巻回装置１００にてテープ体１をテープ巻回されたのち、引き続き、テープ巻回装置２００にてテープ巻回され、巻回されたテープ巻絶縁線心１２は、引取装置１３を経由して、成形ダイス１４へガイドされる。成形ダイス１４にて、テープ巻絶縁線心１２は所定外径の真円状に成形され、成形された線心１５はガイドロール１６及び１７により巻取装置１８へ導かれ、巻き取られる。

線材１０は、主として、電線等、特に、本発明では発泡同軸ケーブル、中でも特性インピーダンス値を±１Ωにした高精度発泡同軸ケーブルの芯材である内部導体である。また、本発明は、特に、細径の内部導体、例えば、ＡＷＧサイズ２４〜３０の内部導体に適している。

テープ体１は、多孔質テープ体、特に、気孔率６０％以上、比誘電率（ε）１．４以下とした多孔質テープ体、例えば、ＰＴＦＥや５００万以上の重量平均分子量のポリエチレンが用いられる。焼成処理したテープ体を巻回してもよいし、巻回時又は巻回後に焼成処理してもよい。

ガイドロールは、テープ巻回装置１００，２００、引取装置１３、成形ダイス１４、及び巻取装置１８に適切にガイドされていれば、必ずしも別途に設ける必要はなく、またロールに限られるものではなく、ガイドロールの個数、形状等は特に限定されない。

引取装置１３は、成形ダイス１４へテープ巻絶縁線心１２をガイドする機能も有しており、単なるガイドロールであってもよい。引取装置１３とは別にガイドロールを設ける構成としてもよい。

成形ダイス１４は、引取装置１３と巻取装置１８間に設けられた、所定の内径及び所定の内径長、例えば、内径１．１２ｍｍ、内径長３．００ｍｍを有するものであり、テープ巻絶縁線心１２は、かかる成形ダイス１４に通されて外径１．１２±０．０２ｍｍで真円状に成形される。テープ巻絶縁線心１２の成形は、成形ダイスを複数、例えば、２個にして序々に成形するようにしても良い。

また、図１では、同軸ケーブルを製造するものとして、テープ巻回装置を２連（１００、２００）にしたものを図示しているが、他の用途では一連であっても良い。

次に、図２及び図３を用いて、図１におけるテープ巻回装置１００について詳細に説明する。テープ巻回装置１００は、中心に線材１０を押通してガイドする中空軸１０１と、テープ体１を巻回したテープパット１０２と、テープパット１０２が固着されているテープパット固定部１０３と、テープパット固定部１０３の端部に設けられた駆動源連結部１０４と、駆動源連結部１０４にベルト１０５等で連結された駆動モータ１０６とから成るテープ体供給部を有する。テープパット１０２は、中空軸１０１にテープパット固定部１０３を介して固定されている、又は直接に中空軸１０１に固定されていても良い。テープパット固定部１０３は、中空軸１０１の外周に固着されている。

テープパット固定部１０３の外側にはテープ巻フライヤー基板１０７がテープパット固定部１０３の回転とは別の回転ができるように取り付けられている。テープ巻フライヤー基板１０７の一端にはベルト１０８により連結された駆動モータ１０９を有する。

テープ巻フライヤー基板１０７は、基板１０７に対し垂直に立植した複数本の張力制御ロール１１０（１１０Ａ〜１１０Ｅ）、１２０（１２０Ａ〜１２０Ｅ）を有し、張力制御ロールの他端には円盤状の案内盤１２１を有する。張力制御ロールは、基板１０７上で中空軸１０１を挟んで反対の側にそれぞれ３〜７本程度あることが好ましく、それぞれ５本であることがより好ましい。案内盤１２１には、中空軸１０１を貫通させる貫通孔１２５を有する短絡板１２６を取り付けている。

張力制御ロール１１０Ｅ、案内盤１２１、及び短絡板１２６には、それぞれテープガイドロール１２２、１２３、１２４が取り付けられている。テープガイド１２２、１２３、１２４は、テープ体１を中空軸１０１の先端部へ導く機能のほか、テープ巻回時のテープ巻回装置１００の回転により生じるテープ自体にかかる風圧の影響を少なくする為の機能をも有する。

図２及び図３において、張力制御ロール１２０、１２０Ａ〜Ｅ、１２０Ｅ上のテープガイドロール、案内盤１２１上の反対側のテープガイドロール、及び短絡板１２６上の反対側のテープガイドロールが図示されているが、これらはテープ体の巻回方向を反対方向に巻回する際に使用されるものであり、またテープ巻回装置の軸を中心にしてそのバランスを一定化する為のものでもある。

上記の張力制御ロールは、巻回するテープ体の張力をこれで調整するものであり、その配置は、中空軸１０１を通っている線材１０の中心から約２００ｍｍの位置に１１０Ａ、１１０Ｃ、１１０Ｅ及び１２０Ａ、１２０Ｃ、１２０Ｅが立植し、中心より約１５０ｍｍの位置に１１０Ｂ、１１０Ｄ及び１２０Ｂ、１２０Ｄが立植し、それぞれは約４５度（線材１０の中心から同距離にある最も近い２本（例えば、１１０Ａと１１０Ｃ、１１０Ｂと１１０Ｄ）を結んだ直線に対して中心側又は外側へ４５度（例えば、角ＢＡＣが４５度））ずれて千鳥配置され、テープガイドロール１２２、１２３、１２４へと導かれるように構成され、更にはこれらの張力制御ロール１００Ａ〜１１０Ｅ、１２０Ａ〜１２０Ｅは、テープ巻フライヤー基板１０７と案内盤１２１との間で固定され一体化されている。

図４（ａ）〜（ｄ）は、テープ張力を所定値にするためのテープ巻回装置本体部分の具体例を示しており、ここで、テープ巻回に係るテープ体自体の張力は、張力制御ロールに絡ませる接触面積により決まるものであり、張力制御ロールの太さと、張力制御ロールに当接するテープ体の接触量により決まってくる。例えば、張力制御ロール１１０Ａでは、その太さを約２０〜４０ｍｍ、好ましくはおよそ３０ｍｍとし、ほぼ１８０度の接触角度となるようにし、その角度と巻回するテープ体の幅の面積で張力が決まる。本実施の形態においては、約０．２Ｎのテープ張力が得られるよう張力制御ロール１１０Ａを構成している。テープ体の張力が０．２Ｎで良い場合（図４（ａ））は、１１０Ａでターンさせた後テープガイド１２２、１２３、１２４を経由して巻回部へ導く。テープ体の張力を更に大きい値にする場合は、張力制御ロール１１０Ａから互いに約４５度ずらした位置に配置した張力制御ロール１１０Ｂ（２ターン：０．４Ｎ）、１１０Ｃ（３ターン：０．６Ｎ）、１１０Ｄ（４ターン：０．８Ｎ）に順次絡ませて（図４（ｂ）〜（ｄ））、この絡ませによりテープ体は約９０度の接触角度となり、その角度と巻回するテープ体の幅の面積でテープ体の張力が決まってくる。本実施の形態では、張力制御ロール１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄに絡ませることにより、一ロールで約０．２Ｎの張力が生じるように設定している。

次にテープ巻回装置により、実際にテープ巻回する具体的方法を以下に説明する。まず供給装置９と巻取装置１８間にＡＷＧ＃２６の線材を速度１０ｍ／ｍｉｎで走行させる。走行される線材１０の外周に気孔率が６０％以上でテープ幅４.６ｍｍ、厚さ０.０９ｍｍの焼成ＰＴＦＥテープ体１を１／２重ねでテープ巻回装置１００により巻回する。巻回するテープ体１は、テープパット１０２から引き出され、テープ巻フライヤー基板１０７上の張力制御ロール１１０Ａに絡ませて張力調整がなされ、テープガイドロール１２２、１２３、１２４を介して中空軸１０１先端部に供給される。駆動モータ１０６、１０９を駆動させることにより、テープパット固定部１０３と、テープ巻フライヤー１０７とをそれぞれ、１００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍで回転させて、中空軸１０１の中空に沿ってガイドされた線材１０の外周にテープ体１を巻回させる。ここで回転数が異なるのは、テープパット１０２とテープ巻フライヤー１０７の外周径の違いにより生じるものである。

（トルク制御の基本的事項）
次に、後述する軸トルクの斬減制御の基本となる、軸トルクと張力の関係等の基本的事項について説明する。ボビン又はパッド中心軸で駆動またはブレーキを付与する機構においては、軸トルクは次式で表される。テープパット１０２に巻き付けられたテープ体１の回転中心からの垂直距離を巻半径（Ｒ）とすると、
軸トルク（Ｔ）＝張力（Ｆ）×巻半径（Ｒ）
と表される。

巻細り（テープ巻回によりテープパッドのテープ体の残量が減っていく場合）による張力一定制御、すなわち繰出し制御を行う場合には、上記の式から、
張力（Ｆ）＝Ｔ／Ｒ
であるので、張力（Ｆ）を一定にするには、小さくなっていくテープパッドの巻半径（Ｒ）の分だけ軸トルク（Ｔ）を小さくする制御が必要である。

以上が、巻径の変化（テープパッドのテープ体の残量の変化）による張力制御の基本的な考え方であり、メカニカルなロスや運転条件等のファクターのない、いわゆる「静トルク」の時である。しかし、現実の作業形態は複雑で下記のようなファクターが加味され、いわゆる「動トルク」の考え方を付加する必要がある。
（１）過酷な運転条件（加速時間、減速時間）
（２）張力範囲（一定張力管理レベル）
（３）慣性モーメント（ＩＮＥＲＴＩＡ）、ＧＤ２と云った、物体の回しにくさ、あるいは回転している物体の止めにくさを表す。

以上のような、ファクターから求める制御レベルの精度に合せ、張力一定制御を選定する必要がある。一般的には、モータ駆動による線材の繰出、巻取又はダンサーによる定張力制御を行うが、加速時間または減速時間が短く、一定張力の管理レベルが高い程、慣性力が影響が大きくなり、またトルク変動範囲が増大するので技術的には難易度が増す。

本発明のテープ体１のテープパット１０２は重量も軽く、テープ巻フライヤー１０７の内部に位置し、独立安定している事から、張力制御は、巻細りによる張力一定制御とし、テープ体への巻量が少なくなる分だけ軸トルクを暫減、すなわち、徐々に弱くして、テープ体１の繰出時のテープ張力を一定にしている。

（サーボモータによるトルク制御）
図２において、テープ巻ヘッド構造はテープパット１０２にトルクを付与する駆動モーター１０６とその動力を伝えるベルト１０５と、駆動源連結部１０４を介してテープパット固定部１０３が一体となっている部分と、線材１０にテープ体１を巻回するテープ巻フライヤー１０７を回転する駆動モーター１０９とその動力を伝えるベルト１０８とからなる部分の２層構造となっている。テープパット１０２の繰出しテープ張力は、テープ巻量に伴い変化するので駆動モーター１０６により、トルク制御を行う。すなわち、パルス発生器６で発生したパルスを基準にして、制御・演算装置２で所要の軸トルクを算出することで、テープの減る量に合わせてテープパット１０２にかかる軸トルクを、１０００ステップに分解した電圧に設定して自動的に暫減する制御を行い、テープ体１の繰出し張力を一定にする機構としている。なお、駆動モータ１０９は図１の引取装置１３の駆動モータ１２７との比例制御により、テープ体巻回ピッチが加速・減速に関係なく一定となるように、線材１０にテープ体１を巻回するものである。

（テープ体１の繰出し時のトルク暫減制御）
図５は、本発明に係るトルク暫減制御のフローチャートである。以下、図２とこのフローチャートに基づいて、トルク暫減制御を順を追って説明する。

まず、ステップＳ１０１において、タッチパネル４から各係数データを入力する。すなわち、運転開始時のテープパット固定部１０３が駆動モータ１０９の回転スピードにより振り回わされないようにするための、トルクのゼロ点をマイナス側にずらすオフセット値、減速時加算トルク値の定数を入力する。

また、駆動モータ１０６をトルク制御するため、テープパット固定部１０３に与えるトルク暫滅値を、３段階のトルク暫減値として入力する。テープ体１の条長値及び駆動モータ１０６の初期トルク値を設定し、次に、第１段階の、テープ体１の残量条長値及び駆動モータ１０６のトルク値を設定し、次に、第２段階のテープ体１の残量条長値及び駆動モータ１０６のトルク値を設定し、次に、第３段階のテープ体１の残量条長値及び駆動モータ１０６のトルク値の設定し、引取装置駆動モータ１２７及び駆動１０９モータ回転数値、製品巻ピッチ値及び引取条長値を、タッチパネル４にて、制御・演算装置２にデータとして扱うために入力する。

次に、ステップＳ１０２において、テープ巻付運転装置の駆動を開始させる。運転準備スイッチ５ＡをＯＮすると運転に必要な条件が揃ったか制御・演算装置２に信号が入力され、自己判断をし、ＯＫであればタッチパネル４に青色ランプが点灯する。制御・演算装置２に運転準備の信号が入力され、制御・演算装置２から、駆動モータ１０６用サーボアンプ３Ａに信号入力され、駆動モータ１０６が初期トルクデータにセットされる。運転開始スイッチ５Ｂから、制御・演算装置２に運転開始の信号が入力され、制御・演算装置２から、駆動モータ１０９用のサーボアンプ３Ｂに信号入力され、駆動モータ１０９が所定の回転数値まで上昇駆動を始めると同時に、サーボアンプ３Ｃにも運転開始信号が入力され、駆動モータ１２７が駆動モータ１０９の駆動開始とともに、比例制御にて所定の引取速度設定値まで駆動上昇開始する。引取装置１３の駆動モータ１２７が駆動されると、パルス発生器６からパルス信号が制御・演算装置２内の高速カウンターユニットに入力され、制御・演算装置２に出力されて、製品ピッチ設定値データを基準にリアルタイムに演算して、駆動モータ１０９と引取装置１３の駆動モータ１２７の回転を比例的に制御、すなわち同期させて駆動することで、常に一定のテープ巻ピッチが形成される。

ステップＳ１０３で、第１段階のトルク斬減制御が開始される。引取駆動モータ１２７が駆動され回転を始めると同時に、パルス発生器６から、０．１ｍ間隔でパルス信号が、制御・演算装置２内の高速カウンターユニットに入力される。ここで、パルス発生器６は、駆動モータ１２７の１回転に伴い１０パルス発生するようにスリットを有するロータリエンコーダで構成され、引取装置１３がテープ巻絶縁線心１２を０．１ｍ引取る毎に１パルスを発生するよう構成されている。制御・演算装置２の演算部では、テープ体１の条長値設定データと、第１段階のテープ体１の残量条長値設定データとの差を係数１０００を用いて割った結果が、上記パルス信号に同期してカウントアップされる。また、駆動モータ１０６の初期トルク値設定データと、第１段階の駆動モータ１０６のトルク値設定データとの差を、制御・演算装置２の演算部にて係数１０００を用いて割った結果を、上記カウントアップ毎に、駆動モータ１０６の初期トルク値設定データから少しづつ減少変化させる。すなわち、制御・演算装置２内のデジタルアナログユニットにデジタル信号として入力し、電流を少し減少変化させたアナログ信号として出力してサーボアンプ３Ａに信号を入力し、少し減少変化させた電圧を駆動モータ１０６に出力させることにより、駆動モータ１０６で出力されるトルクをテープ体１の残量条長値に応じて減少変化させることで、テープ体１の繰出し張力を一定にする。

そして、ステップＳ１０４において、第１段階のテープ体１の残量値条長データが上記パルスに同期してカウントアップされ、第１段階の設定した所定のカウント値に達したと判断されることにより、駆動モータ１０６のトルク値設定データの第１段階目のトルク暫減制御が終了する。上記のトルク暫減制御は、１０００ステップの制御、すなわち、駆動モータ１０６の初期トルク値設定データと第１段階の駆動モータ１０６のトルク値設定データとの差を１０００で割った分解能で制御可能なものである。

第１段階のテープ体１の残量条長値設定データが所定の値に達する事で、ステップＳ１０５の第２段階のテープ体１の残量条長値設定データに移り、第２段階目の駆動モータ１０６のトルク値暫減制御に移行する。

ステップＳ１０３と同様に、パルス発生器６から、０．１ｍ間隔でパルス信号が、制御・演算装置２内の高速カウンターユニットに入力される。制御・演算装置２の演算部では、テープ体１の条長値設定データと、第２段階のテープ体１の残量条長値設定データとの差を係数１０００を用いて割った結果が、上記パルス信号に同期してカウントアップされる。また、駆動モータ１０６の初期トルク値設定データと、第２段階の駆動モータ１０６のトルク値設定データとの差を、制御・演算装置２の演算部にて係数１０００を用いて割った結果を、上記カウントアップ毎に、駆動モータ１０６の初期トルク値設定データから少しづつ減少変化させる。すなわち、制御・演算装置２内のデジタルアナログユニットにデジタル信号として入力し、電流を少し減少変化させたアナログ信号として出力してサーボアンプ３Ａに信号を入力し、少し減少変化させた電圧を駆動モータ１０６に出力させることにより、駆動モータ１０６で出力されるトルクをテープ体１の残量条長値に応じて減少変化させることで、テープ体１の繰出し張力を一定にする。

そして、ステップＳ１０６において、第２段階のテープ体１の残量値条長データが上記パルスに同期してカウントアップされ、第２段階の設定した所定のカウント値に達することにより、駆動モータ１０６のトルク値設定データの第２段階目のトルク暫減制御が終了する。上記のトルク暫減制御は、第１段階目のトルク暫減制御と同様に、１０００ステップの制御、すなわち、駆動モータ１０６の初期トルク値設定データと第２段階の駆動モータ１０６のトルク値設定データとの差を１０００で割った分解能で制御可能なものである。

第２段階のテープ体１の残量条長値設定データが所定の値に達する事で、ステップＳ１０７の第３段階のテープ体１の残量条長値設定データに移り、第３段階目の駆動モータ１０６のトルク値暫減制御に移行する。

ステップＳ１０５と同様に、パルス発生器６から、０．１ｍ間隔でパルス信号が、制御・演算装置２内の高速カウンターユニットに入力される。制御・演算装置２の演算部では、テープ体１の条長値設定データと、第３段階のテープ体１の残量条長値設定データとの差を係数１０００を用いて割った結果が、上記パルス信号に同期してカウントアップされる。また、駆動モータ１０６の初期トルク値設定データと、第３段階の駆動モータ１０６のトルク値設定データとの差を、制御・演算装置２の演算部にて係数１０００を用いて割った結果を、上記カウントアップ毎に、駆動モータ１０６の初期トルク値設定データから少しづつ減少変化させる。すなわち、制御・演算装置２内のデジタルアナログユニットにデジタル信号として入力し、電流を少し減少変化させたアナログ信号として出力してサーボアンプ３Ａに信号を入力し、少し減少変化させた電圧を駆動モータ１０６に出力させることにより、駆動モータ１０６で出力されるトルクをテープ体１の残量条長値に応じて減少変化させることで、テープ体１の繰出し張力を一定にする。

そして、ステップＳ１０８において、第３段階のテープ体１の残量値条長データが上記パルスに同期してカウントアップされ、第３段階の設定した所定のカウント値に達することにより、駆動モータ１０６のトルク値設定データの第３段階目のトルク暫減制御が終了する。上記のトルク暫減制御は、第１および第２段階目のトルク暫減制御と同様に、１０００ステップの制御、すなわち、駆動モータ１０６の初期トルク値設定データと第３段階の駆動モータ１０６のトルク値設定データとの差を１０００で割った分解能で制御可能なものである。

ステップＳ１０９においては、第３段階のテープ体１の残量条長値設定データが所定の値に達する事で、駆動モータ１０６のトルク暫減制御が停止され、第３段階の駆動モータ１０６のトルク値段定データでトルクが保たれる。また、引取装置条長のカウントアップにより停止信号が制御・演算装置２から出力され、サーボアンプ３Ｂに出力され停止減速すると同時に、テープパット固定部１０３をスムーズに停止させるため、減速時加算トルク値設定データが、制御・演算装置２内のデジタルアナログユニットに入力され、デジタル信号からアナログ変換出力して駆動モータ１０６のトルク値に加算されることで、テープ体１は異状なく停止する。停止後、駆動モータ１０６のトルク値は、運転準備スイッチ５Ａをオフにすることにより解除される。

（実施例）
図６は、テープ体１の長さであるテープ条長と軸トルク定数値およびテープ繰出し張力との関係を示すものである。タッチパネル４にて、駆動モータ１０６の初期トルク設定として暫減値ゼロ張力に見合うものとして、軸トルク定数値１００．００及びテープ体１のテープ条長９００ｍを入力する。また、駆動モータ１０９の回転数値の設定としてテープ巻フライヤー１０７の回転数値１５００ｒｐｍを、また、引取条長値として１００００ｍを入力する。その他として製品巻ピッチ６．６ｍｍも入力する。また、第１段階のテープ体１の残量条長値及び駆動モータ１０６のトルク値として、各々２００ｍ、６０．００を、第２段階のテープ体１の残量条長値及び駆動モータ１０６のトルク値として、各々５００ｍ、３０．００を、第３段階のテープ体１の残量条長値及び駆動モータ１０６のトルク値として、各々９００ｍ、１０．００を入力する。

上記のように設定された状態で、ステップＳ１０１からＳ１０９により３段階のトルク暫減制御がされると、駆動モータ１０６のトルク値が図５に示した軸トルク定数値に従って暫減制御され、その結果、テープ体１の繰出し張力は、図６では２０ｇｆで一定に制御されるが、実際にはテープ体の繰出し張力は０値に設定することになる。

また、本実施例では、テープ幅４．６ｍｍ、厚さ０．０９ｍｍの焼成ＰＴＦＥテープを適用した場合のテープ張力は、約０．４Ｎが適正張力となり、約０．４Ｎのテープ張力を発生させる為に、張力ロール１１０Ａ及び１１０Ｂに絡ませている（図４（ｂ））。一本の張力制御ロールで約０．２Ｎの張力を発生させることが出来る。よって、駆動モータ１０６のトルク制御によるテープパット１０２からのテープ体１の繰出し張力は、ゼロ張力で設定し、テープパット１０２の巻量が変化してもほぼ張力ゼロで繰出されるのでテープの伸び、よれ等の形状変化はない。なお、線材１０に巻き付ける実際の張力は、テープガイドロール１２２、１２３、１２４のメカニカルロス等も加味されて、約０．５Ｎ程度となる。

以上のように、テープ供給部は第１の駆動源を回転トルク制御させて、テープパット１０２からのテープ供給を常に適正繰出し張力で行い、テープ供給部に同軸的に回転可能に装着したテープ巻部はその端に固定された第２の駆動源を回転させてテープ巻回するので不安定となるが、テープ巻回張力は、テープ巻部の張力制御ロールにより一定の張力値とするので、このテープ巻付装置により、気孔率が６０％以上で厚さ０．０９ｍｍのＰＴＦＥ多孔質テープ体の巻回が精度良く出来る。

図１は本発明のテープ巻回装置を含めたテープ巻絶縁線心のテープ巻付装置の全体図である。 図２は本発明のテープ巻回装置の具体例を示す断面図である。 図３は本発明のテープ巻回装置本体部分の具体例を示す斜視図である。 図４（ａ）〜（ｄ）はテープ張力を所定値にするためのテープ巻回装置本体部分の具体例を示す図である。 図５は本発明に係るトルク暫減制御のフローチャートである。 図６は、テープ体１の長さであるテープ条長と軸トルク定数値およびテープ繰出し張力との関係を示すものである。 図７は従来のテープ巻回装置を示す断面図である。

符号の説明

１：テープ体、２：制御・演算装置、３Ａ〜Ｃ：サーボアンプ
４：タッチパネル、５Ａ〜Ｃ：運転スイッチ、６：パルス発生器
９：供給装置、１０：線材、１１：ガイドロール
１２：テープ巻絶縁線心、１３：引取装置、１４：成形ダイス
１５：成形された線心、１６，１７：ガイドロール、１８：巻取装置
１００，２００：テープ巻回装置、１０１：中空軸
１０２：テープパット、１０３：テープパット固定部
１０４：駆動源連結部、１０５：ベルト、１０６：駆動モータ
１０７：テープ巻フライヤー、１０８：ベルト、１０９：駆動モータ
１１０，１２０：張力制御ロール
１１０Ａ〜Ｅ，１２０Ａ〜Ｅ：張力制御ロール
１２１：案内盤、１２２，１２３，１２４：テープガイドロール
１２５：貫通孔、１２６：短絡板、１２７：駆動モータ

Claims (6)

1. 線材を供給する線材供給装置と、前記線材供給装置から供給された線材にテープ体を巻回するテープ巻回装置と、前記テープ巻回装置により前記テープ体を巻回された前記線材を引き取る引取装置とからなるテープ巻付装置において、
   前記テープ巻回装置は前記線材供給装置から前記線材を押通してガイドする中空軸と、テープ体が巻回されているテープパッドを固定するテープパッド固定部と、前記中空軸を中心として前記テープパッド固定部を回転駆動して回転軸トルクを所定値に制御してテープ体の繰出し張力を所定値にするサーボモータとからなる第１の駆動源を有するテープ供給部と、前記テープ体の張力を制御する複数の張力制御ロールを有して前記テープ供給部の外側に前記中空軸を中心として回転可能に装着されたテープ巻フライヤーと、前記テープ巻フライヤーの回転を所定回転数に制御するサーボモータとからなる第２の駆動源を有するテープ巻部とから構成され、
   前記テープ体は前記第１の駆動源により回転軸トルクが制御された回転に伴い無張力で前記テープ巻フライヤーの張力制御ロールに前記テープパッドから供給され、前記テープ巻フライヤーの張力制御ロールに供給された前記テープ体は、前記第２の駆動源による回転により、前記線材に張力が一定値とされ、前記線材に巻回される事を特徴とするテープ巻付装置。
2. 前記引取装置の駆動源は、前記線材の引取速度を所定の速度にするため、回転数を所定回転数に制御するサーボモータであることを特徴とする請求項１記載のテープ巻付装置。
3. 前記第２の駆動源は、前記引取装置の駆動源により前記線材の引取速度を一定にするための所定回転数に同期して、前記テープ巻フライヤーを回転駆動することを特徴とする請求項２記載のテープ巻付装置。
4. 線材を供給する線材供給装置と、前記線材供給装置から供給された線材にテープ体を巻回するテープ巻回装置と、前記テープ巻回装置により前記テープ体が巻回された前記線材を引き取る引取装置とからなるテープ巻付装置での前記テープ体に係る張力を制御するテープ巻付張力の制御方法において、
   前記テープ巻回装置での前記テープ体の張力制御は、前記テープ体が巻回されているテープパッドを固定するテープパッド固定部を、前記線材供給装置から前記線材を押通してガイドする中空軸を中心として、回転駆動するサーボモータを有する第１の駆動源により回転軸トルクを所定値に制御して前記テープ体の繰出し張力を所定値にし、
   次に前記テープパッド固定部の外側に装着されたテープ巻フライヤーに供給された前記テープ体を前記テープ巻フライヤーに設けられた複数の張力制御ロールに絡ませて前記線材に巻回される直前の前記テープ体の張力を所定の張力とし、前記テープ巻フライヤーを前記中空軸を中心として回転駆動するサーボモータを有する第２の駆動源により回転数を所定回転数で制御して、前記線材に巻回する前記テープ体に係る張力を前記テープパッドに巻回されている前記テープ体の巻回量に関係なく常に一定の張力とする事を特徴とするテープ巻付張力の制御方法。
5. 前記線材の引取速度は、前記引取装置の駆動源であるサーボモータにより、回転数を所定回転数に制御されて所定の速度に制御されることを特徴とする請求項４記載のテープ巻付張力の制御方法。
6. 前記第２の駆動源は、前記引取装置の駆動源により前記線材の引取速度を一定にするための所定回転数に同期して、前記テープ巻フライヤーを回転駆動して、前記線材に巻回される前記テープ体の巻付ピッチを一定に制御することを特徴とする請求項５記載のテープ巻付張力の制御方法。