JP5153788B2 - ストリップの巻取装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１の回転軸回りに回転可能に設けられたマンドレルと、第２の回転軸回りに回動可能に設けられつつ少なくとも１つのガイドプレート及び少なくとも１つの押圧ローラを備えたスイングアームとを備えて成り、巻き付けられるストリップを前記押圧ローラによって方向転換又は押圧し、少なくとも１つの前記押圧ローラ（８）に少なくとも１つの第１の駆動手段（９）が設けられて、前記押圧ローラ（８）が前記スイングアーム（５）に対して変位するよう構成されたストリップの巻取装置に関するものである。

上記のような巻取装置は、従来からよく知られている。ストリップの巻取にはマンドレルが使用され、このマンドレルは、ストリップが最終加工部から送出され搬出ローラにより搬送される場合に、当該ストリップをマンドレル方向へ方向転換させ、マンドレルへ案内するために駆動装置内に収容されている。また、ストリップをカラー（コイル）に巻き付けるために、マンドレルの周囲に複数のスイングアームが配置されている。現在のマンドレルは油圧シリンダで動作し、通常、使用されるマンドレルの多くは３つ又は４つのスイングアームを備えている。

第１世代のマンドレルにおいては、スイングアームは空圧シリンダによって動作していたとともに、押圧ローラは弾性体によって支持されていた。そのため、押圧ローラの押上げ、すなわち巻き付けられるストリップの端部における段差により起こる押上げを回避することが可能であった。

これに対し、今日において通常使用されている形式である油圧式のマンドレルは、ストリップ端部の追跡及び油圧制御によって押圧ローラの押上げを回避するようになっている。すなわち、ストリップ端部の位置を算出し、油圧シリンダがスイングアームとこれに固定された押圧ローラを共にストリップから離間させて押圧ローラの押上げを回避している。そして、ストリップ端部が押圧ローラを通過すると、押圧ローラは再びコイル状に巻かれたストリップ表面へ接触する。これは、すべてのスイングアームによってなされる。なお、このような技術は、「ステップ制御（Step Control）」として知られている。そして、上記において用いられている油圧制御は動作性が高いとともに、一般に、油圧制御の問題点については解決することが可能である。

米国特許第４９６４５８７号明細書 欧州特許出願公開第０９６３９３２号明細書 米国特許第５２７５３４５号明細書 英国特許出願公開第２０９２１１１号明細書 米国特許第３６０２４４８号明細書 独国実用新案第２０２００６０１６２０９号明細書

しかしながら、サイズが大きく、重量の大きいスイングアームはその慣性モーメントが大きく、これを十分迅速に加速及び制動することが困難である。ここで、適当な変位量及び許容差によって、特に比較的薄いストリップに対して必要となるスイングアームの精密な制御が可能である。このように精密に制御された動作によれば、ストリップに損傷が生じないか、又は生じてもわずかである。

そこで、本発明の目的とするところは、比較的薄いストリップについても精確かつソフトに巻き付けることが可能な冒頭に記載したような巻取装置を提供することにある。

上記目的は、押圧ローラ及びスイングアーム又はこれらそれぞれに設けられた第１及び第２の駆動手段にそれぞれ変位測定システムを設けたことによって達成される。すなわち、本発明は、特に、少なくとも１つの押圧ローラを位置決めするためにスイングアームの位置のみを重視するものではなく、押圧ローラ自体をスイングアームに対しても変位させるものである。これによりわずかな質量を変位させることとなるので、押圧ローラの迅速かつ正確な位置決めが可能である。さらに、変位測定システムを設けることにより、後述するような効果が得られる。

また、前記第１の駆動手段によって、押圧ローラをマンドレルの特に中心部方向へ変位させるよう構成することが考えられる。こうすることで、押圧ローラは、ストリップに対してできる限り垂直に押圧することとなる。

また、スイングアームに支持されたローラスイングアームに押圧ローラを設けるとともに、該ローラスイングアームの回転軸と上記第２の回転軸とを互いに平行に配置することも考えられる。すなわち、スイングアームが他のスイングアームで支持されることになる。さらに、これに代えて、押圧ローラをスイングアームに固定されたリニアアクチュエータに設けることも考えられる。この場合、押圧ローラはスイングアームに対して直線運動することになる。なお、上記２つの手段を組み合わせてもよい。

また、押圧ローラを変位させる駆動手段をスイングアーム自体で支持することも考えられる。そして、この駆動手段を、油圧式又は空圧式のピストン−シリンダシステムとして形成することができる。なお、この駆動手段を例えば機械式としてもよい。

また、多くの場合、マンドレルに複数のスイングアーム（特に３つ又は４つ）を設けることが考えられる。このとき、少なくとも１つのスイングアームを駆動手段によって回動させてもよく、この場合も、油圧システム又は空圧システムを用いることができる。

さらに、スイングアームに押圧ローラ用の当接部を設けてもよい。押圧ローラの押上げが比較的緩やかとなる特に比較的厚いストリップの巻取に当たっては、固定された前記当接部に対して押圧ローラを駆動手段によって引っ張るのが好ましい。

本発明によれば、比較的薄いストリップについても精確かつソフトに巻き付けることが可能である。

本発明に係るストリップ巻取装置の概略を示す側面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１には巻取装置１が示されており、該巻取装置１によってストリップ２が巻き取られる。また、マンドレル３が設けられており、このマンドレル３は、水平方向に延びる回転軸回りに回転可能となっている。ストリップ２は、不図示の加工装置から導入され、フラップ部材１７によってマンドレル３が配置された深い位置まで案内される。

ストリップ２を最適に巻き取る（巻き付ける）ために、ガイドプレート７及び押圧ローラ８が１つずつ（又は互いに平行な複数のガイドプレート７及び押圧ローラ８）設けられている。ここで、これらガイドプレート７及び押圧ローラ８は、マンドレル３の外面又は既に巻き付けられているストリップ２に対してストリップ２を最適に接触させるものである。また、これらガイドプレート７及び押圧ローラ８はスイングアーム５に設けられており、このスイングアーム５は、マンドレル３の回転軸４と平行に設けられた回転軸６に枢支されている。

また、スイングアーム５は、ここでは油圧式ピストン−シリンダシステムとして形成された駆動手段１２によって動作する。ただし、この駆動手段１２によってスイングアーム５をこれに設けられた部材と共に動作させる必要があるため、スイングアーム５は大きな慣性モーメント（特に回転軸６回りの大きな回転慣性モーメント）を有することになる。そのため、特に薄いストリップ２の丁寧な取り扱いにとって都合の良い特に押圧ローラ８のダイナミックな動作が困難である。

そこで、少なくとも１つの補助駆動手段９を設け、該補助駆動手段９によって押圧ローラ８のみをスイングアーム５に対して動作させるようにしている。この補助駆動手段９は、本実施の形態においては、油圧式又は空圧式のピストン−シリンダシステムである。

さらに、本実施の形態においては、簡略化して示すローラスイングアーム１０が押圧ローラ８に設けられており、このローラスイングアーム１０は、スイングアーム５における枢支点において枢支されているとともに、回転軸６と平行な回転軸１１に連結されている。ここで、ローラスイングアーム１０のスイングアーム５への設置は、ローラスイングアーム１０の回動時に押圧ローラ８がほぼマンドレル３の中心Ｍへ向かって移動し、ストリップ２が最適に押圧されるようになされる。

本発明の基本的な概念は、押圧ローラ８の動作に対して与えられる慣性モーメントを従来に比して低減することにある。そして、これにより、巻取装置１のダイナミックな動作が可能となる。

ところで、ストリップ２による押上げ１６を回避するために、ローラスイングアーム１０に固定された押圧ローラ８のみが移動するようになっている。さらに、押圧ローラ８は、その補助駆動手段９を含んで構成されており、この補助駆動手段９によって、押圧ローラ８がマンドレル３方向へ又は該マンドレル３から離れる方向へ移動可能となっている。なお、この補助駆動手段９は、機械式、電気式、空圧式、油圧式又はこれらの組合せとしてもよい。

また、スイングアーム５は駆動手段１２によってあらかじめ位置決めされているため、押圧ローラ８についてのみストリップ２による押上げ１６を回避するようにすればよい。押圧ローラ８自体の慣性はスイングアーム５全体の慣性よりも基本的に小さいため、はるかに大きな原動力を得ることができる。また、大きな速度で、かつ、ストリップ２による小さな押上げ１６によって処理されるため、このような大きな原動力は、特に薄いストリップを巻き付ける際に効果的である。

しかして、押圧ローラ８の位置決めは全体的に補助駆動手段９及び駆動手段１２によって行われ、これら補助駆動手段９及び駆動手段１２は、不図示の制御手段（巻取装置の幾何形状を考慮するための適当なアルゴリズムがメモリされたもの）を介して互いに接続されている。

ここで、この制御は、マンドレル３の傾斜角、ストリップ２の厚さ、巻取速度、ストリップ先端部及びストリップ端部の位置、巻数、コイル直径並びにスイングアーム５及びローラスイングアーム１０の幾何形状を考慮して行われる。これにより、適当な初期の幾何学的な関係によって、押圧ローラ８の所望の、あるいは必要な位置を把握するために補助駆動手段９及び駆動手段１２をどのように動作させるべきかが迅速に設定される。

また、上記のようなシステムを閉ループ制御として動作させるために、補助駆動手段９及び駆動手段１２を、それぞれ変位測定システム１３，１４を備える構成としている。これにより、押圧ローラ８を自動的かつ正確に目標位置に調整することが可能である。

さらに、補助駆動手段９及び駆動手段１２に力測定システムを設ければ、押圧ローラ８を、位置決めすることができるとともにストリップ２あるいはマンドレル３に力を制御しつつ当接させることが可能である（例えばキャリブレーションのため）。このようにすることで、各部材及びストリップ２に負担をかけることがなく、故障を少なくすることができるとともに寿命の延長を図ることも可能である。

ところで、厚みの比較的厚いストリップの場合、巻取速度が比較的遅くなり、押圧ローラ８の押上げ１６も比較的緩やかになる。そのため、押圧ローラ８あるいはスイングアーム５及びローラスイングアーム１０に要求される原動力も比較的小さくなる。さらに、厚みの比較的厚いストリップについては、比較的大きな押圧力が必要となる。このような動作においては、スイングアーム５に設けられた当接部１５に対して押圧ローラ８を補助駆動手段９によって引っ張るのが好ましい。

また、押圧ローラ８の回転軸１１は、ピンにおけるコニカルシート及び円すい状スリーブの構造とすることによって、隙間なくあるいはわずかな隙間をもって摩擦力により支持孔で支持されている。なお、回転動作は、わずかな隙間の軸受又は調整可能な軸受を介してなされる。

また、押圧ローラ８の補助駆動手段９を油圧式又は空圧式とする場合には、シリンダを１つではなく２つ設けるのが効果的である。一方、押圧ローラ８を１つのみのシリンダ（補助駆動手段９）によって変位させる場合には、ねじり剛性を有しつつ複数の押圧ローラ８を枢支点に互いに結合するフレーム上でこの押圧ローラ８を支持する必要がある。これにより、複数の押圧ローラ８がマンドレル３に対して平行に回動することとなる。また、押圧ローラ８の両側（駆動側及び被駆動側）それぞれに押圧ローラ８を回動させる補助駆動手段９（例えば油圧シリンダ）を設ける場合には、同期は、ねじり剛性を有するか又は有さずに電子的に行われる。

さらに、ねじり剛性のない、又はねじり剛性の低い結合部を駆動側及び被駆動側に設ける場合には、押圧ローラ８を、ストリップ２（エッジをまっすぐにしてコイル状に巻き取られたもの）へ作用させるために、駆動側及び被駆動側に対するあらかじめ定めた力で（力制御）動作させることが考えられる。

１ 巻取装置
２ ストリップ
３ マンドレル
４ 回転軸
５ スイングアーム
６ 回転軸
７ ガイドプレート
８ 押圧ローラ
９ 補助駆動手段
１０ ローラスイングアーム
１１ 回転軸
１２ 駆動手段
１３，１４ 変位測定システム
１５ 当接部
１６ 押圧ローラの押上げ
１７ フラップ部材
Ｍ マンドレル中心部

Claims (4)

1. 第１の回転軸（４）回りに回転可能に設けられたマンドレル（３）と、
   第２の回転軸（６）回りに回動可能に設けられつつ少なくとも１つのガイドプレート（７）及び少なくとも１つの押圧ローラ（８）を備えたスイングアーム（５）と
   を備えて成り、巻き付けられるストリップ（２）を前記押圧ローラ（８）によって方向転換又は押圧し、少なくとも１つの前記押圧ローラ（８）に少なくとも１つの第１の駆動手段（９）が設けられて、前記押圧ローラ（８）が前記スイングアーム（５）に対して変位するよう構成され、かつ、前記スイングアーム（５）を回動させる第２の駆動手段（１２）を備えたストリップの巻取装置において、
   前記押圧ローラ（８）及び前記スイングアーム（５）にそれぞれ設けられた第１及び第２の駆動手段（９，１２）にそれぞれ第１及び第２の変位測定システム（１３，１４）を設け、
   前記スイングアーム（５）に支持されたローラスイングアーム（１０）に前記押圧ローラ（８）を設けるとともに、該ローラスイングアーム（１０）の回転軸（１１）と前記第２の回転軸（６）とを互いに平行に配置し、
   前記第１の駆動手段（９）を前記スイングアーム（５）に設け、
   前記押圧ローラ（８）を前記マンドレル（３）の中心部（Ｍ）方向へ変位させるよう構成するとともに、前記押圧ローラ（８）の変位を前記第１の変位測定システム（１３）によって検出するよう構成し、
   前記マンドレル（３）に複数の前記スイングアーム（５）を設け、
   少なくとも１つの前記スイングアーム（５）を前記第２の駆動手段（１２）によって調整可能に構成するとともに、前記スイングアーム（５）の変位を前記第２の変位測定システム（１４）によって検出するよう構成したことを特徴とする巻取装置。
2. 前記第１の駆動手段（９）をリニアアクチュエータとしたことを特徴とする請求項１記載の巻取装置。
3. 前記第１の駆動手段（９）を、油圧式又は空圧式のピストン−シリンダシステムとして形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の巻取装置。
4. 前記スイングアーム（５）に前記押圧ローラ（８）用の当接部（１５）を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の巻取装置。

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