JP4861653B2

JP4861653B2 - ベルト用心線の張力測定装置

Info

Publication number: JP4861653B2
Application number: JP2005211027A
Authority: JP
Inventors: 洋史喜多岡
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2025-07-21
Also published as: JP2007024815A

Description

本発明は、伝動ベルトの製造過程において、平行に並べた状態で埋設される複数本の抗張心線（以下、「心線」）のそれぞれの張力を測定することが可能な張力測定装置の構成に関する。

特許文献１は、（本願発明のような伝動ベルトの製造に用いられるものとは異なり）糸条巻取機に関するものであるが、糸条巻取操作時及び糸切替え操作時の張力を容易にかつ正確に検出することができるようにすることを目的として、走行糸条の張力を非接触型張力検出器によって測定し、糸条巻取パッケージから空ボビンへの糸切替操作時の張力を接触型張力検出器によって測定せしめるようにした構成を開示する。
特許第３６５２９０１号公報（請求項１等）

ところで、複数の心線を樹脂に埋設して固めた構成の例えばフリースパンベルトを製造するにあたっては、樹脂内の心線のテンションがバラつくとベルトの捻れの原因となるため、各心線の張力を計測してモニタし、テンションのバラツキを低減したいというニーズがある。この点、多数の心線を１本のロールに掛けて張力を測定する方式では、個々の心線の張力を測定できないために上記のニーズに応えることができない。

また、上記の特許文献１の非接触型張力検出器は、糸条巻取装置のトラバース機構により発生する横波の伝達速度によって走行糸条の張力の絶対値を測定して把握する構成であり、心線のトラバースを行わない伝動ベルト製造という技術分野には適用が不可能である。

また、特許文献１は接触型張力検出器も開示しているが、これはストレンゲージ等や変位計を用いた構成になっている。ここで前記のフリースパンベルトの製造においては、一度に多数の心線（例えば１００本以上）を並べて埋設する場合もあり、この１本１本について特許文献１の接触型張力検出器を設けることは、設備コストの大幅な増加を招いてしまう。また、ロードセルとロードセルアンプを用いた張力検出器を１本１本の心線に対して設けることも考えられるが、この場合も上記と同様に設備コストの大幅な増加要因になってしまう。

なお、ハンディタイプの計測装置で心線の張力を測定することも考えられるが、この方法では計測に手間と時間が掛かるため、多数の心線の張力を個別に計測して継続的に監視することは事実上不可能である。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、複数本の心線の張力を個別に簡単に計測することができる簡素な構成を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、平行に並べられながらベルトに埋設される複数本の抗張心線のそれぞれの張力を測定する張力測定装置の、以下のような構成が提供される。繰出ロールからベルト成形金型へ至る途中の前記心線のそれぞれを掛けさせるように備えられた複数のプーリと、前記プーリのそれぞれを回転自在に支持するように備えられ、前記プーリに掛けられた心線と直交方向に移動可能な複数の支持体と、この支持体のそれぞれを前記移動方向の一側に付勢する付勢バネと、前記支持体の変位を測定する変位計と、この変位計より得られた信号を心線の張力に変換する変換手段と、複数の前記支持体の変位を測定できるように前記変位計を移動させる移動手段と、前記変位計の位置を判別する位置判別手段と、を備え、前記複数の支持体は、前記心線の走行方向と垂直方向に延びる支持フレームに、前記移動方向へスライド自在に支持され、前記支持体に支持されたプーリは複数並べて設けられており、前記プーリの並べられる方向は、前記心線の走行方向に垂直な方向とされ、前記移動手段が前記変位計を移動させる方向は、前記プーリの並べられる方向に沿う方向である。

これにより、変位計を移動させることで複数の支持体の変位を読み取って心線の張力に変換して取得できるから、少ない変位計の数で多数の心線の張力を個別に測定でき、構成を極めて簡素化することができる。また、変位計の位置は位置判別手段により判別できるので、得られた張力値を個々の心線の位置に対応付けて取得することができる。従って、多数の心線の張力を計測してバラツキを監視する用途に極めて好適である。

また、プーリの並べられる方向に沿って変位計を走査させる構成が実現されるので、複数の心線の張力値データを取得するために変位計を移動させる機構を簡素な構成にできるとともに、その制御も簡素化することができる。また、プーリの並べられる方向が心線の走行方向に垂直であるので、コンパクトなスペースに複数のプーリを配置できるとともに、変位計の走査ストロークも短くできる。

前記のベルト用心線の張力測定装置においては、以下のように構成することが好ましい。前記移動手段は、ボールネジ機構と、このボールネジ機構のネジ軸を回転駆動する駆動モータと、を含んでいる。前記位置判別手段は、前記ネジ軸の回転位置を検出するロータリエンコーダを含んでいる。

これにより、変位計の移動のための構成を簡素化できるとともに、変位計が今どの心線の張力を計測しているかを、簡素な構成で判別することができる。

前記のベルト用心線の張力測定装置においては、以下のように構成することが好ましい。前記ロータリエンコーダは、前記変位計の位置に対応した数のパルスを出力するように構成する。前記位置判別手段はカウンタ手段を更に備え、前記ロータリエンコーダが出力したパルスを前記カウンタ手段でカウントすることによって、前記変位計が計測している前記支持体に対応する心線を識別する。

これにより、変位計が今どの心線の張力を計測しているかを制御側で的確に判別できるので、信頼性の高い測定結果が得られる。

次に、発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るベルト用心線の張力測定装置を適用した伝動ベルト製造装置の模式図である。図２は張力測定装置の詳細な構成を示す要部斜視図、図３は張力測定装置の制御のための構成を示すブロック図である。

図１に示すポリウレタン製歯付ベルト１の製造装置２０は所謂フリースパンベルトの製造装置として構成されており、成形部２１と、心線供給部２３と、巻取部２５と、を主要な構成として備えている。前記成形部２１には成形金型ロール（ベルト成形金型）２６が備えられており、この成形金型ロール２６にポリウレタン樹脂を流しながら回転させることにより、ポリウレタン製歯付ベルト（ベルト）１を成形するように構成されている。

成形部２１は、前記成形金型ロール２６のほか、３個のロール２７〜２９と、無端状のスチールバンド３１とを有している。成形金型ロール２６の外周には、所定のピッチで歯型が形成されている。また、３個のロール２７〜２９は成形金型ロール２６の近傍に配設されるとともに、これらのロール２７〜２９及び成形金型ロール２６には前記スチールバンド３１が巻回されている。

また、成形金型ロール２６の外周近傍には押出ノズル４３が配置され、この押出ノズル４３から、加熱され流動化されたポリウレタン樹脂を押し出すようになっている。これにより、成形部２１は、成形金型ロール２６とスチールバンド３１の圧力により、複数本の心線３・３・・・を樹脂に沿わせながら回転し、上記の歯付ベルト１を成形するように構成されている。

巻取部２５の詳細な構成は図示しないが、モータで駆動される図略の巻取ロールを備え、成形部２１で成形された歯付ベルト１を前記巻取ロールに巻き取ることが可能に構成されている。この巻取部２５で巻き取られた歯付ベルト１は、所望の長さに切断された後、両端同士を接合して無端状とされ、検査後に出荷される。

心線供給部２３は、１つにつき１本の心線３を巻回した繰出ロール４１を多数支持するクリールスタンド３６と、これら繰出ロール４１・４１・・・から繰り出された複数の心線３・３・・・を脱脂液に浸漬する脱脂槽３７と、脱脂された心線３を接着液に浸漬する接着剤処理槽３８と、処理後の心線３を加熱乾燥させるオーブン装置３９と、心線３に所定の張力を付与する張力付与装置４０と、複数の心線３・３・・・の張力を個別に測定する張力測定装置４５と、を順に備えている。

なお、上記の心線３は、例えばポリエステル、脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド、或いはガラス繊維、カーボンファイバー、アラミド繊維、金属繊維等からなる低伸度の高強力ロープを使用することができる。これらの心線３は、複数本が互いに平行となるようにベルト幅方向に等間隔で並べられながら埋設されるものであり、歯付ベルト１における抗張体層を形成するように構成されている。クリールスタンド３６において、前記繰出ロール４１は、歯付ベルト１に埋設される心線３・３・・・の本数分だけ備えられている（図１では１０本分の場合を示す）。

この心線３の張力を測定・監視するための張力測定装置４５は、本実施形態では、前記張力付与装置４０と、前記成形金型ロール２６との間の位置に設けられている。

図１〜図３に示すように、この張力測定装置４５は平板状の支持フレーム４６を備えており、この支持フレーム４６に複数の細長い支持ロッド（支持体）４７・４７・・・の中途部が支持されている。この支持ロッド４７・４７・・・のそれぞれは、その長手方向を上下方向に向けて前記支持フレーム４６に対して支持されており、当該長手方向（上下方向）にスライド自在とされている。図２や図３に示すように、前記支持ロッド４７・４７・・・は、前記複数の心線３・３・・・に１対１で対応するように複数設けられている。

それぞれの前記支持ロッド４７の長手方向一端の端面（支持フレーム４６から上側に突出する上端面）には、後述するレーザ変位計５２から出射されるレーザを反射させる反射面４８が形成されている。一方、支持ロッド４７の他端部（支持フレーム４６から下側に突出する下端部）にはアーム４９が形成されており、このアーム４９の部分に測定プーリ（プーリ、回転体）５０が回転自在に支持されている。

図２及び図３に示すように、この測定プーリ５０は、前記心線３・３・・・のそれぞれを１本ずつ掛けさせる（接触させる）ように、当該心線３・３・・・の数と同じ数だけ並べて備えられている。また、この測定プーリ５０の並べられる方向は、図２に示すように、前記心線３・３・・・の走行方向にほぼ垂直な方向（前記歯付ベルト１の幅方向に相当する方向）とされている。

前記支持ロッド４７には付勢バネとしての引張バネ５１が取り付けられている。この引張バネ５１はコイルバネ状に構成されており、その一端（下端）が前記支持ロッド４７に、他端（上端）が前記支持フレーム４６に、それぞれ係止されており、前記測定プーリ５０を支持ロッド４７を介して軸方向一側（上側）へ引っ張る付勢力を常時作用させている。

この構成で、測定プーリ５０に掛けられている心線３の張力が大きいほど、引張バネ５１の伸びが大きくなって、支持ロッド４７の下方への変位量が大きくなるという関係が成り立つ（フックの法則）。従って、支持ロッド４７の変位を（後記のレーザ変位計５２によって）読み取り、その読み取られた変位を適宜の変換式（上記フックの法則を用いた式）に代入して変換することで、その支持ロッド４７に取り付けられた測定プーリ５０に掛けられる心線３の張力を取得することができる。

前記支持フレーム４６の上側にはレーザ変位計（変位計）５２が配置されている。このレーザ変位計５２は投光部、受光部、アンプ等を備えており、投光部からレーザを出射し、前記支持ロッド４７が備える反射面４８で反射した反射光を受光部で受光することで、支持ロッド４７の上下方向の位置（変位量）を計測できる非接触式の変位計として構成されている。図３に示すように、レーザ変位計５２はコントローラとしてのシーケンサ（制御装置、変換手段）６０に接続されており、レーザ変位計５２で測定された支持ロッド４７の変位量は電圧信号としてシーケンサ６０へ送信されて、シーケンサ６０の演算によって心線３の張力のデータに変換されるようになっている。

また、前記張力測定装置４５はボールネジ機構５３及び駆動モータ５４を備えており、前記レーザ変位計５２は、前記ボールネジ機構５３のネジ軸５５上をネジ移動可能なナット部５６に固定されている。このネジ軸５５には前記駆動モータ５４の出力軸が連結されており、駆動モータ５４を正転／逆転駆動することで、前記レーザ変位計５２を前記ナット部５６とともに直線方向に移動できるように構成されている。本実施形態では、前記ボールネジ機構５３及び駆動モータ５４が、レーザ変位計５２を移動させる移動手段としての役割を果たす。

図３に示すように、上記駆動モータ５４は前記シーケンサ６０にインバータ６１を介して電気的に接続されており、シーケンサ６０からの駆動信号によって正転／逆転／停止をインバータ６１を介して制御されるようになっている。

なお、前記ボールネジ機構５３のネジ軸５５は、その軸線を前記測定プーリ５０の並べられる方向に平行となる向きに向けた状態で、回転自在に支持されている。従って、前記レーザ変位計５２は、図２の太線矢印に示すように、前記測定プーリ５０の並べられる方向に沿った向きに移動することになる。

また図３に示すように、前記駆動モータ５４には、その出力軸の回転位置を検出するロータリエンコーダ５７が付設されており、このロータリエンコーダ５７は前記シーケンサ６０に電気的に接続されている。このロータリエンコーダ５７は、前記レーザ変位計５２の位置に対応した数のパルスを出力し、このパルス信号はシーケンサ６０に入力される。

前記シーケンサ６０は、図３のブロック図に示すように、ロータリエンコーダ５７からのパルス信号をカウントする高速カウンタユニット６２と、前記レーザ変位計５２から入力された電圧信号をデジタル変換するためのＡ／Ｄ変換ユニット６３と、前記インバータ６１へ制御信号を送る入出力ユニット６４と、を備えている。

なお、本実施形態では、上記ロータリエンコーダ５７及び前記シーケンサ６０（高速カウンタユニット６２を含む）が、前記レーザ変位計５２の位置を認識・判別するための位置判別手段としての役割を果たす。

このシーケンサ６０は、図示しない演算手段としてのＣＰＵや、記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭ等のハードウェアを備えている。また、上記ＲＯＭには、前記レーザ変位計５２や駆動モータ５４等の各種機器を制御するためのプログラム（ソフトウェア）が格納されている。

そして前記シーケンサ６０は、レーザ変位計５２をネジ軸５５の一端側から他端側へ移動させるように、インバータ６１を介して駆動モータ５４を制御する。従って、レーザ変位計５２の投光部及び受光部は、複数並べて設けられた支持ロッド４７・４７・・・のそれぞれの反射面４８を次々と通過（走査）することになる。こうして測定された複数の支持ロッド４７・４７・・・の各反射面４８の変位は、電圧信号としてＡ／Ｄ変換ユニット６３に入力される。

また同時に、現在のネジ軸５５の回転位置（ひいては、レーザ変位計５２の位置）がロータリエンコーダ５７で検出され、その検出結果としてのパルス信号が高速カウンタユニット６２に入力される。高速カウンタユニット６２はこのパルス信号をカウントすることで、レーザ変位計５２が現在どの位置にあるか（即ち、どの支持ロッド４７の反射面４８の変位をレーザ変位計５２が読み取っているか）を判別することができる。

以上のとおり、張力測定装置４５のコントローラとしての前記シーケンサ６０は、レーザ変位計５２をベルト幅方向一端側から他端側へ移動させて、ベルト幅方向一端側から何番目の心線３を測定しているかをロータリエンコーダ５７からの信号で認識しつつ、レーザ変位計５２で反射面４８の変位を読み取って、これを上記のフックの法則の式を用いて内部のＣＰＵで演算することで、心線３の張力の値に変換する。こうすることで、簡素な構成で複数本の心線３・３・・・の張力を個別に計測することができる。

レーザ変位計５２の走査が終わり、全ての支持ロッド４７・４７・・・の変位（心線３・３・・・の張力）を計測した後は、次の回のレーザ変位計５２の走査及び計測が行われる。以上のようにしてレーザ変位計５２が往復移動されながら複数の心線３・３・・・の張力の計測が連続的に行われ、得られた張力のデータはシーケンサ６０内部のＲＡＭ等に適宜記憶・蓄積されて、図略のディスプレイやプリンタ等の出力装置に対し必要に応じて出力される。

以上に示すように、本実施形態の張力測定装置４５は、繰出ロール４１から成形金型ロール２６へ至る途中の前記心線３・３・・・のそれぞれを掛けさせるように備えられた複数の測定プーリ５０・５０・・・と、測定プーリ５０のそれぞれを回転自在に支持するように備えられた、移動可能な複数の支持ロッド４７・４７・・・と、この支持ロッド４７のそれぞれを一側に付勢する引張バネ５１と、前記支持ロッド４７の変位を測定するレーザ変位計５２と、このレーザ変位計５２より得られた信号を心線３の張力に変換するシーケンサ６０と、複数の前記支持体の変位を測定できるように前記変位計を移動させるボールネジ機構５３及び駆動モータ５４と、前記レーザ変位計５２の位置を判別するロータリエンコーダ５７及びシーケンサ６０と、を備える。

これにより、レーザ変位計５２を移動させることで複数の支持ロッド４７・４７・・・の変位を読み取って、シーケンサ６０により心線３の張力に変換して張力データを取得できるから、少ないレーザ変位計５２の数（本実施形態では、１台）で多数の心線３・３・・・の張力を測定することができ、構成を極めて簡素化できる。なお、本願の発明者の計算によると、１２０本の心線３・３・・・を埋設する製造装置２０の場合、本願発明の構成は、心線３・３・・・の１本１本に対しロードセル及びロードセルアンプをそれぞれ設けて張力を測定する構成に比較して、設備コストを１／８に低減できるとの試算結果が得られた。

また、レーザ変位計５２の位置はロータリエンコーダ５７等で判別できるので、張力値を個々の心線３・３・・・の位置に対応付けて取得することができ、多数の心線３・３・・・の張力のバラツキを計測・監視する用途に極めて好適である。

また、本実施形態の張力測定装置４５では、前記測定プーリ５０は複数並べて設けられており、その並べられる方向は、前記心線３の走行方向に垂直な方向とされる。また、前記ボールネジ機構５３及び駆動モータ５４が前記レーザ変位計５２を移動させる方向は、前記測定プーリ５０の並べられる方向に沿う方向とされている。

これにより、測定プーリ５０・５０・・・の並ぶ方向に沿ってレーザ変位計５２を走査させる構成が実現されるので、レーザ変位計５２の移動のための機構が簡素になるとともに、シーケンサ６０側での制御も簡素化することができる。また、測定プーリ５０・５０・・・の並べられる方向が心線３・３・・・の走行方向と垂直であるから、図２のようにコンパクトなスペースに複数の測定プーリ５０・５０・・・を配置することができ、また、レーザ変位計５２の走査のための移動ストロークも短くできるので、測定時間を短縮できる。

また本実施形態では、ボールネジ機構５３と、このボールネジ機構５３のネジ軸５５を回転駆動する駆動モータ５４と、により、前記レーザ変位計５２を移動させるように構成している。そして、ロータリエンコーダ５７により前記ネジ軸５５の回転位置を検出し、これに基づいて前記レーザ変位計５２の位置を判別するように構成している。

従って、レーザ変位計５２の移動のための構成を簡素化できるとともに、レーザ変位計５２が今どの心線３の張力を計測しているかを、簡素な構成で判別することができる。

また、前記ロータリエンコーダ５７は、前記レーザ変位計５２の位置に対応した数のパルスを出力するように構成しており、前記シーケンサ６０は高速カウンタユニット６２を更に備え、前記ロータリエンコーダ５７が出力したパルスをカウントすることによって、前記レーザ変位計５２が計測している前記支持ロッド４７に対応する心線を識別するように構成されている。

これにより、レーザ変位計５２が今どの心線３の張力を計測しているかをシーケンサ６０側で的確に判別することができるので、信頼性の高い測定結果を得ることができる。

以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記の実施形態では図２に示すように、引張バネ５１が支持ロッド４７に設けられた凹部に内設される構成となっているが、引張バネ５１を支持ロッド４７の外部に備えて連結する構成に変更することができる。また、引張バネ５１の代わりに例えば圧縮バネや板バネを用いる構成に変更することができる。

レーザ変位計５３を２台又はそれ以上備え、同時に移動させながら、複数の支持ロッド４７・４７・・・の変位を分担して計測する構成に変更することができる。この場合は、すべての支持ロッド４７の走査に要する時間を短縮することができる。

上記の実施形態では、支持ロッド４７が軸方向にスライド移動する構成になっているが、この代わりに、支持フレーム４６に基端側を枢支させた回動アーム（支持体）の先端側に測定プーリ５０を回転自在に支持する構成に変更することができる。

上記の実施形態ではレーザ変位計５２を用いたが、この代わりに、他の方式の非接触式又は接触式の変位計を用いる構成に変更することができる。

前記ロータリエンコーダ５７は、駆動モータ５４に付設される構成とする代わりに、ネジ軸５５に取り付ける構成に変更することができる。

前記張力測定装置４５の設置される位置は、張力付与装置４０と成形金型ロール２６との間の位置（図１を参照）から、他の任意の位置へ変更することができる。即ち、繰出ロール４１から成形金型ロール２６へ至る前記心線３の経路の途中の任意の位置に、前記張力測定装置４５を設置することができる。

本発明の一実施形態に係る張力測定装置を備えた伝動ベルト製造装置の模式図。張力測定装置の詳細な構成を示す要部斜視図。張力測定装置の制御のための構成を示すブロック図。

符号の説明

１ポリウレタン製歯付ベルト（伝動ベルト、ベルト）
３・３・・・心線
２０製造装置
２６成形金型ロール
４１・４１・・・繰出ロール
４５張力測定装置
４７・４７・・・支持ロッド（支持体）
５０・５０・・・測定プーリ（プーリ）
５１・５１・・・引張バネ（付勢バネ）
５２レーザ変位計（変位計）
５３ボールネジ機構（移動手段の一部）
５４駆動モータ（移動手段の一部）
５７ロータリエンコーダ（位置判別手段の一部）
６０シーケンサ（変換手段）
６２高速カウンタユニット（カウント手段、位置判別手段の一部）

Claims

平行に並べられながらベルトに埋設される複数本の抗張心線のそれぞれの張力を測定する張力測定装置であって、
繰出ロールからベルト成形金型へ至る途中の前記心線のそれぞれを掛けさせるように備えられた複数のプーリと、
前記プーリのそれぞれを回転自在に支持するように備えられ、前記プーリに掛けられた心線と直交方向に移動可能な複数の支持体と、
この支持体のそれぞれを前記移動方向の一側に付勢する付勢バネと、
前記支持体の変位を測定する変位計と、
この変位計より得られた信号を心線の張力に変換する変換手段と、
複数の前記支持体の変位を測定できるように前記変位計を移動させる移動手段と、
前記変位計の位置を判別する位置判別手段と、
を備え、
前記複数の支持体は、前記心線の走行方向と垂直方向に延びる支持フレームに、前記移動方向へスライド自在に支持され、
前記支持体に支持されたプーリは複数並べて設けられており、前記プーリの並べられる方向は、前記心線の走行方向に垂直な方向とされ、
前記移動手段が前記変位計を移動させる方向は、前記プーリの並べられる方向に沿う方向であることを特徴とする、ベルト用心線の張力測定装置。
請求項１に記載のベルト用心線の張力測定装置であって、
前記移動手段は、ボールネジ機構と、このボールネジ機構のネジ軸を回転駆動する駆動モータと、を含んでおり、
前記位置判別手段は、前記ネジ軸の回転位置を検出するロータリエンコーダを含んでいることを特徴とする、ベルト用心線の張力測定装置。
請求項２に記載のベルト用心線の張力測定装置であって、
前記ロータリエンコーダは、前記変位計の位置に対応した数のパルスを出力するように構成し、
前記位置判別手段はカウンタ手段を更に備え、前記ロータリエンコーダが出力したパルスを前記カウンタ手段でカウントすることによって、前記変位計が計測している前記支持体に対応する心線を識別することを特徴とする、ベルト用心線の張力測定装置。