JP5005686B2 - 二重制御ループ方法及び一定張力での繊維機械への糸の供給を確保する装置 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項の公知要件事項部に記載した、糸を繊維機械に一定の張力で供給する方法及び装置に関する。

製品を製造する繊維機械により使用される糸は、一定の張力又は一定速度で繊維機械に供給されて欠陥のない製造が可能となるようにすることが好ましいことは勿論である。こうした目的のため、少なくとも一定の張力での供給を達成できるようにした、種々の装置が知られている。この種の装置は、糸と係り合うとともにマイクロプロセッサ制御ユニットを通常構成する電子回路に接続された張力センサを利用して、糸に関する張力データをリアルタイムで取得する。制御ユニットは、センサにより測定した張力データを受信し、受信した張力データをプログラム可能な所定の張力値（又は設定ポイント値）と比較する。この比較を所定のアルゴリズム（例えば、通常のＰＩＤ、すなわち比例｛ひれい｝・積分｛せきぶん｝・微分｛びぶん｝アルゴリズム）に従って行った結果に基づいて、制御ユニットは、糸と係わり合う被制御部材に作用して、必要に応じて糸の張力を修正する。例えば、被制御部材は、糸用ブレーキ、又は制御ユニットにより制御される電動機により駆動されるロータである。

上述したように、この種の装置は、いずれも、繊維製造プロセスの品質をその性能により保証して、一定張力での繊維機械への糸の供給をリアルタイムで確保するのに用いられる。

しかしながら、上述したタイプの装置は、糸が繰り出されるスプールと繊維機械での利用箇所又は利用領域との間の距離が、繊維機械に糸が到達する前に糸が複数個の偏向部材又は糸ガイド部材と係わることができるような場合（例えば、１メートルから数十メートルよりも大である距離）、使用に制限を受ける。こうした係わり合いにより、糸は、方向及び角度変更を行うとともに、スプールからの繰り出し後において、スプール近傍で、糸の（一定になるように調整され維持された）張力に悪影響を与える摩擦を受ける。この結果、繊維機械に入る糸は、求められる張力を有さず、求められる張力よりも高い又はこれとは異なる張力を通常有し、製造品質に影響を与える。

上述したことは、使用される糸のスプールの各々が、繊維機械（むしろ、繊維機械で製造を担う部分）から数メートル離れている、おむつ製造用繊維機械の場合にまさしく当てはまり、糸は、繊維機械に到達する前に、数個のガイド部材とかかわり合う。

こうしたおむつ製造機械では、製造機械で実際に製造を担う領域に供給される糸（通常は、弾性繊維）の張力は、糸がこの領域への供給のされ方に基因して、一定かつ均一とはならないという問題もある。この点に関し、こうした繊維機械は、「ローリング・テークオフ」と呼ばれる糸供給システム、すなわち、糸を、スプールをその軸線を中心として回転させながらスプールから繰り出すシステムを採用して、一定速度での供給を確保しているが、その性質上一定の供給張力を確保することはできない。

さらに、こうしたシステムは、スプールがその軸線を中心として回転するため、ヘッド・テール方式（ｈｅａｄ−ｔａｉｌ ｍｅｔｈｏｄ）による糸供給には馴染まない。このため、繊維機械の効率と製造に影響を及ぼし、繊維機械を周期的に停止して空のスプールを交換する必要があるため、運転上の連続性に欠ける。

米国特許第６６７６０５４号明細書には、ヘッド・テール方式を利用したオーバー・エンド・テークオフ法（ｏｖｅｒ ｅｎｄ ｔａｋｅｏｆｆ ｍｅｔｈｏｄ）により糸をスプールから繰り出す方法が記載されている。この方法は、各糸を繰り出すスプールを、対応する糸ガイド部材に対して空間的に位置付けることにより達成される。しかしながら、この特許明細書では、スプールと、糸が供給される繊維機械プロセスへの糸の挿入領域又は挿入箇所との間に距離があるため、糸が受ける張力変動に関する問題を指摘しておらず、繊維機械、特におむつ製造機械による製造領域に入る糸の張力を、一定に維持するための糸制御対策について何らの示唆もない。

オーバー・エンド・テークオフ法は、糸を対応するスプールから繰り出すローリング・テークオフ法に対する代替法としても知られている。オーバー・エンド・テークオフ法では、スプールをその軸線を中心として移動させることなく、糸をスプールから繰り出す。この公知の方法は、ヘッド・テール法による糸供給を可能にするとともに、スプールから繰り出され繊維機械に供給される糸に対して一定の張力を維持できる。

しかしながら，繊維機械に糸を供給する、この公知の方法は、先に述べた場合のように、製造に用いる部品の運転に必要なスペース的な理由及び技術的／物理的理由から、対応するスプールから繰り出された後でのみスプール近傍で糸張力をモニターし制御できる。こうした部品は、スプールにきっちりと接触して（ローリング・テークオフ法の場合）又はスプール近傍で（オーバー・エンド・テークオフ法の場合）運転される必要がある。

このため、いずれの方法でも、繊維機械に入る糸に一定の均一な張力を、各糸が、繊維機械の部品により取り込まれて製品を製造するのに使用される領域において確保できない。

こうした観点から、本発明の目的は、繊維機械に糸を供給する公知の方法が持つ限界を克服する方法および方法を実施するための装置を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、糸が繰り出されるスプールと繊維機械との間の距離が、大であっても、例えば、数メートル若しくは十数メートル以上であっても、繊維機械に糸を一定の張力で確実に供給できる、上述したタイプの方法及び装置を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、スプールと繊維機械との間で摩擦が生ずることによる問題を解消する、上述したタイプの方法及び装置を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、ヘッド・テール法による糸供給方法を実施して、繊維機械に入る糸の張力を一定の均一なものに維持できる、方法及びこれを実施する装置を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、糸ガイド、プーリ等のガイド及び／又は偏向部材にまつわる糸の走行上の問題を検知し制御できる、方法及びこれを実施する装置を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、糸の張力、すなわち、各糸が、繊維機械で、特に、糸が繊維機械に入る箇所での糸の運転張力を迅速かつ繰り返し設定でき、かなり時間が経過した後になって同じ製造プロセスを繰り返す場合に、再現できる、運転パラメータで、製品を製造することができる、上述したタイプの方法及び装置を提供することにある。

これらの目的、及び当業者により明らかとなる他の目的は、請求の範囲に記載した方法及び装置により達成される。

本発明を、非限定的な実施態様を例にとって本発明による装置の概略を一図のみで示した、添付図面を参照しながらさらに説明する。

添付図面を参照すると、本発明による装置は、繊維機械Ｔ、例えば、おむつ製造装置、すなわち、繊維機械が使用する糸を繰り出す、複数本のスプールを、１メートルから数十メートルまでの間で変更可能な距離に位置付けた繊維機械への糸Ｆの供給を制御するのに用いられる。

例えば、糸Fは、一つのスプール２から他のスプール１へヘッド・テール方式で接続された状態で繰り出される。こうすることにより、糸は、繊維機械で連続して使用できるので、スプールが空になっても、停止せずに済む。糸は、いわゆるオーバー・エンド・テークオフ法により繰り出される。

スプール２を出た後、糸Ｆは、通常の糸ガイド３であって、スプールの双方の軸線が、糸ガイドの中心と一致して、始めのスプールが空になると、２個のスプール間で規則的な切り替えと繰り出しができるように、好ましくは、２個のスプール１及び２の前で位置付けられものを通過する。糸ガイド３による操作を受けた後、糸Ｆは、その張力を測定し制御する装置１０による制御を受ける。この張力測定制御装置１０は、公知のタイプのもので、添付図面に示す実施態様では、回転部材４Ａであって、糸Ｆが、ブラシレスタイプ等の電動機４Ｂにより駆動されて、回転部材上をスライド移動するものを備える張力調整部材４と、通常の張力センサ５とを備える。張力測定制御装置１０のこれら構成要素４及び５は、制御回路又は制御ユニット６であって、好ましくは、マイクロプロセッサタイプのものからなるものに接続され、センサ５により測定された張力データに基づいて、所定の制御アルゴリズムに従って、データの測定項目を所定の同種データ（設定ポイント１を定義する）と比較し、双方間に相違がある場合には、張力調整部材４（特に、電動機４Ａ）に作用して、張力調整部材が、糸Ｆにブレーキをかけて、すなわち、糸の速度を落として、センサ５により測定される張力を、予め記憶された張力値に等しくさせる。

張力調整部材４と張力センサ５と制御ユニット６とにより、介入時間が数十ナノ秒又はマイクロ秒オーダーでの極めて迅速な第１糸張力制御ループ１１を構成する。これは、センサ５が、糸Ｆに張力に好ましくない変動の発生を検出すると直ちに、第１制御ループは、直ちに介入する必要があるからである。こうした変動は、糸をスプール２から繰り出す際に、スプールの糸を強く引っ張るか又はスプールが空になるかすると当然生ずる。

複数本の糸を使用する、上述したタイプの繊維機械では、それぞれの糸が、複数個の糸ガイド部材８を用いて、対応するスプールから繊維機械に好ましくはガイドされる。これら糸ガイド部材は、糸に作用して、糸の移動軌跡と空間的な角度位置とを修正する。これら糸ガイド部材の作用により、摩擦を生じさせて、スプールと繊維機械間における糸の張力を事実上大幅に修正できる一方で、繊維機械により製造される製品に悪影響が及ぶことがある。

この問題を解消するために、本発明に係る装置が提案されたのであり、第１センサ５から離れて位置付けられた、特に、糸Ｆが、繰り出し中、通常の繊維機械用取り出し部材（図示せず）により引き出される領域に近接して位置付けられた、第２センサ７を備えた第２糸張力制御ループを設ける。この第２センサ７は、制御回路又は制御ユニット６（回転部材４に、もっと正確に言えば、回転部材用の電動機４Ｂに作用するもの）にも接続され、これらとともに，第２糸張力制御ループを構成する。しかしながら、このループの下では、制御回路又は制御ユニット６は設定ポイント２に関する所定の張力値に基づいて制御を行う。繊維機械を始動時には、設定ポイント１は、設定ポイント２に一致するようにされる必要があるが、第１制御ループの設定ポイントは、繊維機械の運転中必要に応じて変化する一方、設定ポイント２は、一定のままである。

この点に関して、繊維機械の運転中、第１制御ループ１１は、スプール２から繰り出される糸の張力を通常の方法で制御し調整する。繊維機械Ｔへの糸の供給中、第２センサは、取得した張力データを制御ユニット６に送り、制御ユニットは、送られてきた張力データと所定の操作アルゴリズムに基づいて、張力データを設定ポイント２と比較する。測定されたデータとプログラム化されたデータ（設定ポイント２におけるもの）との間に相違がある（所定の張力よりも張力が大である）場合、制御ユニット６は、第１制御ループ１１に作用して、設定ポイント１を減らすことにより糸Ｆに対する張力調整部材４の介入を実質的に修正することによって、設定ポイント１を修正する。こうした介入は、糸の張力が、糸の第２センサへの到達時には、正常になっているように、糸に対して適切な張力を与えるようになされる。

第２制御ループの介入時間は、第１制御ループとは、異なっており、第１制御ループよりもミリ秒のオーダーで極めて長くなっていることに留意する必要がある。こうすることにより、２個の制御ループを備えるシステムが、第２制御ループによる介入時間を短時間にする場合に不安定化するのを防止する。言い換えると、第２制御ループの介入時間は、第２張力センサ７から取得したデータに基づいて第１制御ループが、行う張力調節が、第２センサにより効果的に確認されるように十分長く設定される。

各制御ループによる介入速度は、制御ユニット６による対応する制御アルゴリズムの実行速度、したがって、張力調整部材４の介入速度によって定まることは明らかである。

本発明に係る装置は、糸Ｆの当初の張力制御用設定ポイント１と、設定ポイント２の値（繊維機械を運転する全期間中にわたって一定にしてもよい）とを設定すると、本発明による装置は、繊維機械に入る糸Ｆの張力が、糸が繰り出されるスプールに関係なく（スプール２とスプール１との間で切換えがあった後でも）、全体として自動的に修正される点で、自己適応型の装置である。

本発明による装置は、上述した態様で、つまり、上述した方法で運転されて、種々のレベルの警告及び予告を得ることができる。もし、第２センサ７が、糸の張力が、設定ポイント２の値を越えるほど高いことを検知すると、制御ユニット６は、制御を所定回数の繰り返してもうまくいかなった場合に、公知のタイプの予告ウォーニング（例えば、視認可能な警告）を行う。もし、センサ７により測定された張力が、予め定めた最高値（この値を越えると、経験上、又は、強度試験の結果から、糸の破断又は製品の品質上のトラブルが生ずる可能性がある）近くに達する場合には、制御ユニット６は、警告信号を出し、繊維機械を停止する。こうして、欠陥製品が製造されるのを防ぐ一方で、前者の場合（予告する場合）では、糸の張力の低下をもたらす原因を解消する処理を行えるようにする。こうした原因は、塵埃が、糸ガイド部材８に積もることにより起こるが、塵埃は、機械操作者により、容易に除去できる。

繊維機械に供給される糸に、上述したような張力制御を施すことによって、本発明は、糸ガイドの欠陥又は糸の絡み合いの発生を把握することができる。こうしたトラブルは、糸の張力に好ましくない変動（増大）を引き起こして、繊維機械への糸の移動中に実質的な破断を糸にもたらす。

したがって、本発明によれば、繊維機械Ｔに入る糸Ｆの張力を、糸の張力制御用の第１制御ループ（糸が繰り出されるスプールの近傍に位置する）と繊維機械間の距離に関係なく、所望の所定値に等しい一定値に維持することができる。こうして、繊維機械により製造される製品の品質が一定化する。

また、本発明は、糸を繊維機械に供給するヘッド・テール方式を、効率的に使用できるようにして、好ましくない経費の増加を招く停止を防ぐ（特に、おむつ製造機械の場合に顕著である）とともに機械の効率を向上させる。

さらに、特殊な製造に使用する糸について測定した張力データを制御ユニット６にストアすることによって、こうした製造を容易かつ迅速に繰り返すことができる。張力調整部材４を制御する制御ユニット６は、繊維機械に供給される糸の速度と張力調整部材４の電動機により消費される電流と発生トルクとを測定することにより、これらパラメータの最小閾値及び最大閾値を固定して、範囲外では、必要とされる品質に合わない品質を持つ製品が製造される虞が、明確化し又は予測できるようになる。

本発明の一実施態様を説明したが、上記の記述に照らして他の実施態、例えば、糸ガイド部材を、第１センサ５と第２センサ７との間に設けない実施態様（たとえ、両センサ間の距離が長く、１メートルを越えていたとしても）を取ることも可能である。

本発明による方法及び装置を示す概略図である。

Claims (16)

1. 一定の張力を持つ糸（Ｆ）を繊維機械（Ｔ）に供給する方法であって、糸を利用する箇所が、スプール（２）又は糸（Ｆ）を繰り出す支持体から離れており、糸（Ｆ）の張力は、張力に関するパラメータが、糸（Ｆ）がスプール（２）から繰り出された直後にモニターされ制御されるように、スプール（２）の近傍で制御され、糸を使用する繊維機械（Ｔ）の箇所又は領域の近傍で、第２張力制御を行い、この第２張力制御により、スプール（２）の近傍における糸（Ｆ）の張力を調整して、糸（Ｆ）に関して所定の所望張力を糸の利用箇所で得られるようにする方法において、第１張力測定を、スプール近傍で行うことにより糸の張力を測定して、糸がスプールから繰り出された直後に、糸の張力を第１張力値にモニター制御し、第２張力測定を、糸が使用されるとともに第１張力測定調整手段に接続された繊維機械の領域または箇所の近傍で行い、第１張力値は、繊維機械の運転開始時に定められるとともに、第１張力値は、第２張力測定手段により繊維機械への入り口で測定された糸の張力と第２所定張力値との間で行う比較に基づいて繊維機械の運転中修正されることによって、繊維機械の入り口で測定される張力が、繊維機械の全運転期間中当該第２所定張力値に絶えず等しく維持されることを特徴とする方法。
2. 前記第１張力値は、前記繊維機械（Ｔ）の運転開始時に予め定められることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記繊維機械での利用領域への糸供給用に２個の閉制御ループを構成し、第１制御ループを、前記スプール（２）近傍に設け、当該利用領域又は利用箇所近傍において糸を測定して得た張力データに第２制御ループを基づかせ、当該第２制御ループは、一定の張力をもたらすように作動し、当該第１制御ループは、繊維機械により糸が利用される前に、当該利用領域又は利用箇所で糸を測定して得た張力に基づいて作動させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１所定張力値と前記第２所定張力値とは、前記繊維機械（Ｔ）の運転開始時では等しいことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記繊維機械（Ｔ）に入る時点での糸張力値が、前記第２所定張力値に一致しているか否かにかかわらず、減少し、当該第１所定張力値の修正と、これに伴う前記スプール（２）近傍で行われる糸張力修正とを所定回数行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記繊維機械（Ｔ）に入る時点での前記糸（Ｆ）の張力が、所定値に達していない場合には、前記繊維機械を停止することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１所定張力値に基づく糸への介入時間は、前記第２所定張力値と前記繊維機械（Ｔ）に入る時点で測定された張力値との比較に基づく糸への介入時間よりも小であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 一定の張力を持つ糸（Ｆ）を繊維機械（Ｔ）に供給する装置であって、糸が、スプール（２）又は糸（Ｆ）を繰り出す支持体から繰り出され、第１張力測定調整手段（４、５、６）が、スプール（２）近傍に設けられて糸（Ｆ）の張力を測定することにより、糸（Ｆ）がスプール（２）から繰り出されると直ちに、張力に関するパラメータをモニターし制御し、糸が使用される繊維機械（Ｔ）の箇所又は領域の近傍に位置付けられるとともに第１張力測定調整手段に接続された第２張力測定調整手段（７）が設けられ、第２張力測定調整手段（７）を、繊維機械（Ｔ）の箇所又は領域の近傍において第２張力制御を行うように構成し、第２張力制御により、スプール（２）近傍での糸（Ｆ）の張力を調整して、繊維機械（Ｔ）に入る糸（Ｆ）に関して所定の所望張力が得られるようにする装置において、前記第１張力値は、繊維機械の運転開始時に予め定められ、比較手段（６）を設けて、第２張力測定手段により繊維機械の入り口で測定される糸の張力と第２所定張力値との間で行う比較に基づいて、繊維機械の運転中第１張力値を修正することによって、繊維機械の入り口において測定される張力が、繊維機械の全運転期間中当該第２所定張力値に絶えず等しく維持されることを特徴とする装置。
9. 前記第１張力測定調整手段は、張力センサ（５）と張力調整部材（４）とで構成され、前記第２張力測定調整手段は、第２張力センサ（７）を備え、第１及び第２張力センサ（５、７）は、両方とも、当該張力調整部材（４）を制御する比較手段を構成する制御ユニット（６）に接続され、制御ユニットによる制御は、前記繊維機械（Ｔ）に入る糸について当該第２張力センサ（７）により測定する張力と、前記繊維機械（Ｔ）に全運転期間中一定に維持されるべき所定張力値との間でなされる比較に基づいて行われることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記第１張力センサ（５）と前記張力調整部材（４）と前記制御ユニットとにより、第１糸張力制御ループ(１１)を構成し、前記第２張力センサ（７）と前記制御ユニットとにより、第２糸張力制御ループ（１５）を構成し、当該第２張力制御ループは、第１糸張力制御ループ(１１)に対して優位に立つことを特徴とする、請求項８に記載の装置。
11. 前記第１糸張力制御ループは、前記第２糸張力制御ループよりも介入時間が短いことを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
12. 前記第１糸張力制御ループ（１１）の介入時間は、数ミリ秒と数ナノ秒の間にあり、前記第２糸張力制御ループ（１５）の介入時間は、ミリ秒のオーダーであることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 前記繊維機械（Ｔ）での利用箇所又は利用領域は、前記スプール（２）及び前記第１張力測定調整手段（４、Ｔ、６）から１メートルの距離よりも離れた距離にあることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
14. 前記繊維機械（Ｔ）での利用箇所又は利用領域は、前記糸が繰り出される前記スプール（２）から１０メートルの距離よりも離れた距離にあることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
15. 前記糸（Ｆ）の移動方向及び／又は移動角度を修正する、少なくとも１個の糸ガイド（８）が、前記前記第１張力測定調整手段と前記第２張力測定調整手段（７）との間に、設けられることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
16. 前記制御ユニット（６）により、前記張力調整部材（４）に供給される電流についてのパラメータと、前記張力調整部材により発生されるトルクについてのパラメータと、前記繊維機械（Ｔ）に供給される糸（Ｆ）の速度についてのパラメータのうち、少なくとも１個のパラメータを制御し、前記制御ユニットによる制御では、許容品質に満たない製品の製造を把握又は予測できるように、制御すべきパラメータについて最小閾値及び最大閾値を固定することを特徴とする、請求項９に記載の装置。

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