JP6981766B2 - テンション装置及びテンション制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、巻芯に線材を巻回する巻線機に用いられるテンション装置及び線材のテンション制御方法に関するものである。

特許文献１には、回動支点回りで回動可能なテンションバーと、テンションバーに取り付けられる線材ガイドと、テンションバーの回動支点と線材ガイドとの間の所定位置において、テンションバーにその回動角度に応じた弾性力を及ぼす弾性部材としてのスプリングと、を備えるテンション装置が開示されている。このテンション装置では、テンションバーの角度に応じてスプリングから付与されるばね力により、線材に所定のテンションが付与される。

特開２０００−１２８４３３号公報

特許文献１に開示されるテンション装置では、テンションバーの角度に応じたスプリング付勢力によって線材に張力を付与する構成である。つまり、このテンション装置は、伸縮によって変化するスプリングの付勢力を利用して、線材の張力を制御するものである。このため、張力を制御する応答性は、スプリングの伸縮の影響を受けるため、低いものである。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、線材の張力制御の応答性を向上させることを目的とする。

本発明のある態様によれば、巻線機に供給される線材の張力を制御するテンション装置であって、回動支点を中心に回動可能に構成されると共に線材が係止されるテンションバーと、電力供給によって回転駆動される電動モータと、電動モータが発生する回転トルクを回動支点回りのトルクとしてテンションバーに伝達する伝達機構と、を備え、伝達機構は、電動モータの回転軸に連結され回転軸と共に回転する第１リンク部材と、第１リンク部材に回動自在に連結されると共に回動支点から離間した位置においてテンションバーに回動自在に連結される第２リンク部材と、を有し、第１リンク部材には、電動モータの回転トルクを補助するように第１リンク部材を付勢する補助スプリングが設けられることを特徴とする。

本発明の別の態様によれば、巻線機に供給される線材の張力を制御するテンション制御方法であって、回動支点を中心に回動可能に構成されると共に線材が係止されるテンションバーに対し、電動モータの回転トルクを伝達機構により回動支点回りのトルクとして伝達して、テンションバーから線材に付与される力を制御し、伝達機構は、電動モータの回転軸に連結され回転軸と共に回転する第１リンク部材と、第１リンク部材に回動自在に連結されると共に回動支点から離間した位置においてテンションバーに回動自在に連結される第２リンク部材と、を有し、第１リンク部材には、電動モータの回転トルクを補助するように第１リンク部材を付勢する補助スプリングが設けられることを特徴とする。

本発明によれば、線材の張力制御の応答性が向上する。

本発明の実施形態に係るテンション装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るテンション装置のドラムモータを示す構成図である。 本発明の実施形態に係るテンション装置の拡大側面図であり、カバーを外した状態を示す。 本発明の実施形態に係るテンション装置のアームモータを示す構成図である。 本発明の実施形態に係るテンション装置のフェルト部を示す構成図である。 本発明の実施形態に係るテンション装置のフェルト部の構成を示す拡大断面図である。 本発明の実施形態に係るテンション装置のフェルト部が備えるフェルトの平面図である。 本発明の実施形態に係るテンション装置のポテンショメータを示す構成図である。 本発明の実施形態に係るテンション装置を示すブロック図である。 本発明の実施形態の第１変形例に係るテンション装置を示すブロック図である。 本発明の実施形態の第２変形例に係るテンション装置を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るテンション装置１００について説明する。

テンション装置１００は、巻芯（図示省略）に線材１を巻回してコイルを形成する巻線機２（図９参照）に用いられる。テンション装置１００は、線材１を線材源（図示省略）から巻芯に向けて送り出しつつ、巻芯に巻回される線材１の張力（テンション）を制御する。テンション装置１００は、巻線機２と線材源との間に複数設けられて線材１の張力を制御するものでもよいし、一つだけ設けられて張力を制御するものでもよい。以下、テンション装置１００の具体的構成について説明する。

テンション装置１００は、主に図１に示すように、ボディ１０と、ボディ１０に取り付けられ線材源から供給される線材１を送り出すメインドラム２０と、メインドラム２０を回転駆動するドラムモータ２１と（図２参照）、回動支点としての回動ピン３１Ａを中心に回動可能に構成され線材１が係止されるテンションバー３０と、電力供給によって回転駆動される電動モータとしてのアームモータ２５と（図４参照）、アームモータ２５が発生する回転トルクを回動ピン３１Ａまわりのトルクとしてテンションバー３０に伝達する伝達機構としてのリンク機構４０と、線材１のよごれ等を除去するためのフェルト部５０と、アームモータ２５及びドラムモータ２１の作動を制御するコントローラ６０と（図９参照）、を備える。

メインドラム２０は、外周に線材１が掛け回されるプーリであり、ボディ１０の正面１０Ａに設けられる。メインドラム２０は、図２に示すように、ドラムモータ２１の回転軸２３に同軸的に連結され、ドラムモータ２１の駆動によって回転する。

ドラムモータ２１は、ドライバ２１Ａ（図９参照）から供給される電力により回転軸２３が回転するサーボモータである。ドラムモータ２１は、モータハウジング２２がボディ１０内に設けられ、回転軸２３がボディ１０の正面１０Ａから突出してメインドラム２０に連結される。

テンションバー３０及びリンク機構４０は、図１及び図３に示すように、ボディ１０の側面１０Ｂに取り付けられ、正面が開口するカバー１１によって覆われる。また、カバー１１には、正面に向かって幅が広がる切欠１２が形成される。カバー１１の開口及び切欠１２を通じて、テンションバー３０やリンク機構４０の交換、メンテナンス作業等が行われる。

テンションバー３０は、一端が回動ピン３１Ａに連結される棒状部材であるロッド部３１と、ロッド部３１の他端に設けられ線材１が係止されるガイド部３２と、を有する。ロッド部３１は、回動ピン３１Ａよって回動可能にボディ１０の側面１０Ｂに取り付けられる。ロッド部３１の他端は、カバー１１の開口から正面に向かって突出する。

ガイド部３２は、図３に示すように、ロッド部３１の先端に取り付けられる保持部３３と、保持部３３に回転自在に連結されるプーリであるローラ部３４と、を有する。線材１は、ローラ部３４の外周に掛け回され、ローラ部３４によって転向されて巻芯へ導かれる。

アームモータ２５は、図３及び図４に示すように、ドライバ２５Ａ（図９参照）から供給される電力により回転軸２７が回転するサーボモータであり、供給される電力に応じた角度変位または回転トルクが得られる、いわゆるトルクモータである。アームモータ２５は、図４に示すように、モータハウジング２６がボディ１０内に設けられ、その回転軸２７がボディ１０の側面１０Ｂから突出する。本実施形態では、アームモータ２５は、図３中矢印で示すような時計回りの回転トルクを発生する。

リンク機構４０は、図３に示すように、アームモータ２５の回転軸２７に連結され回転軸２７と共に回転する第１リンク部材４１と、第１リンク部材４１に回動自在に連結されると共に回動ピン３１Ａから離間した位置においてテンションバー３０のロッド部３１に回動自在に連結される第２リンク部材４５と、を有する。

第１リンク部材４１は、第２リンク部材４５と回動自在に連結される先端部４２と、アームモータ２５の回転軸２７に連結される連結部４３と、を有する。

連結部４３は、先端部４２から二股状に延びると共に、互いに隙間を空けて設けられる第１，第２連結部４３Ａ，４３Ｂを有して、Ｕ字状に形成される。連結部４３には、第１，第２連結部４３Ａ，４３Ｂが分岐する根元部分において、アームモータ２５の回転軸２７が挿通する挿通孔４１Ａが形成される。また、第１，第２連結部４３Ａ，４３Ｂには、両者の間の隙間が小さくなるように締め付けられるボルト（図示省略）が締結される。回転軸２７が挿通孔４１Ａを挿通した状態で、第１，第２連結部４３Ａ，４３Ｂの隙間をなくすようにボルトを締め付けることで、挿通孔４１Ａが収縮され回転軸２７が第１，第２連結部４３Ａ，４３Ｂにより挟持される。これにより、回転軸２７と連結部４３とが相対回転不能に連結され、第１リンク部材４１がアームモータ２５の回転軸２７と共に回転する。

第１連結部４３Ａは、第２連結部４３Ｂよりも長く形成される。第１連結部４３Ａには、補助スプリング４６の一端が取り付けられる。補助スプリング４６の他端は、ボディ１０の側面１０Ｂに取り付けられる。補助スプリング４６は、アームモータ２５の回転トルクを補助する方向、言い換えれば後述するようなテンションバー３０の回動角度を大きくする方向に第１連結部４３Ａを付勢する。これにより、電源が失陥して、アームモータ２５の回転トルクが消滅しても、補助スプリング４６の付勢力によりテンションバー３０が支持されるため、安全性が確保できる。

第２リンク部材４５は、回動ピン３１Ａと保持部３３との間の所定位置において、取付部３５を介してテンションバー３０のロッド部３１に回動自在に連結される。

よって、アームモータ２５における図３中時計回りの回転トルクは、第１リンク部材４１及び第２リンク部材４５を介して、回動ピン３１Ａを支点とする図３中時計回りのトルクとしてテンションバー３０に伝達される。

フェルト部５０は、線材源から供給される線材１を一対のフェルトによって挟んで、通過する線材１に付着したよごれ等を除去する付着物除去装置である。

フェルト部５０は、図５に示すように、一対の把持具５１Ａ，５１Ｂと、一対の把持具５１Ａ，５１Ｂの間にそれぞれに設けられる一対のフェルト５２，５３と、把持具５１Ａの外周面から突出するように設けられるレバー５４と、把持具５１Ａを軸方向に移動可能に挿通し把持具５１Ｂに連結されるロッド５５と、ロッド５５の端部に固定される支持部５６Ａと、把持具５１Ａに設けられるばね座５６Ｂと、ロッド５５の外周であって支持部５６Ａとばね座５６Ｂとの間に設けられる付勢部材としてのスプリング５７と、を備える。

把持具５１Ａは、ボディ１０の正面１０Ａに取り付けられる。把持具５１Ｂには、フェルト５３とは反対側につまみ５８が設けられる。把持具５１Ａにはフェルト５２が取り付けられ、把持具５１Ｂにはフェルト５３が取り付けられる。このようにして、一対のフェルト５２，５３は、把持具５１Ａ，５１Ｂによって、互いに対向するように支持される。

レバー５４は、図６に示すように、把持具５１Ａに形成される凹部５１Ｃに収容される。レバー５４の一端は、把持具５１Ａの外周面から突出する。レバー５４の他端には、レバー軸５４Ａが設けられる。レバー５４は、レバー軸５４Ａを介して把持具５１Ａに回動自在に取り付けられる。また、レバー５４は、把持具５１Ａを挿通するロッド５５の外周面に対向する。

ロッド５５は、一対のフェルト５２，５３、把持具５１Ａ、及びばね座５６Ｂを挿通し、把持具５１Ｂに取り付けられる。ロッド５５は、把持具５１Ｂ及びフェルト５３と共に、軸方向に移動可能に構成される。

スプリング５７は、支持部５６Ａとばね座５６Ｂとの間に圧縮状態で設けられる。よって、スプリング５７は、ロッド５５を介して、把持具５１Ａ及びフェルト５２へ向けて把持具５１Ｂ及びフェルト５３を付勢する。このように、スプリングは、一対のフェルト５２，５３が互いに接近するように付勢力を発揮する。

作業者がつまみ５８を持って把持具５１Ａから離れる方向に把持具５１Ｂを引くと、一対のフェルト５２，５３がロッド５５の軸方向に離間する（図５参照）。この際、ばね座５６Ｂと支持部５６Ａの間でスプリング５７が圧縮されるとともに、レバー５４がロッド５５に設けられる溝５５Ａに係止される（図６参照）。これにより、作業者がつまみ５８を離しても、フェルト５２，５３同士が離間した状態（図５に示す状態）に保たれる。この状態で、線材１がフェルト５２，５３間に挿入される。レバー５４の一端を押圧してレバー軸５４Ａ回りに回転させると、レバー５４とロッド５５との係止が解除され、圧縮されたスプリング５７の復元力により、他方の把持具５１Ｂが一方の把持具５１Ａへ向かって移動する。これにより、線材１は、一対のフェルト５２，５３により挟持される。

フェルト５２，５３は、図７に示すように、ロッド５５が挿通する中央孔５２Ａ，５３Ａを有する。また、フェルト５２，５３には、中央孔５２Ａ，５３Ａと外周面とを接続する切れ込み５２Ｂ，５３Ｂが形成される。つまり、フェルト５２，５３は、切れ込み５２Ｂ，５３Ｂによって分断された形状に形成される。これにより、ロッド５５を軸方向からフェルト５２，５３の中央孔５２Ａ，５３Ａに挿入する必要がなく、切れ込み５２Ｂ，５３Ｂを通じて径方向からロッド５５を中央孔５２Ａ，５３Ａに挿入することができる。このように、ロッド５５の径方向からフェルト５２，５３の着脱ができるため、フェルト部５０を分解することなく容易にフェルト５２，５３を交換することができる。なお、図７に示すように、本実施形態では切れ込み５２Ｂ，５３Ｂは、フェルト５２，５３の径方向に延びる直線形状に形成されるが、これに限らず、曲線や波状等任意の形状とすることができる。また、フェルト５２，５３は、互いに同一形状であるため、図７ではフェルト５２のみを図示し、フェルト５２の構成に対応するフェルト５３の構成は、括弧内の符号で示している。

コントローラ６０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及びＩ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＲＡＭはＣＰＵの処理におけるデータを記憶し、ＲＯＭはＣＰＵの制御プログラム等を予め記憶し、Ｉ／Ｏインターフェースは接続された機器との情報の入出力に使用される。コントローラ６０は、複数のマイクロコンピュータで構成されてもよい。コントローラ６０は、少なくとも、本実施形態や変形例に係る制御を実行するために必要な処理を実行可能となるようにプログラムされている。なお、コントローラ６０は一つの装置として構成されていても良いし、複数の装置に分けられ、本実施形態における各制御を当該複数の装置で分散処理するように構成されていてもよい。

本実施形態では、コントローラ６０は、図９に示すように、ドラムモータ２１の作動を制御する第１コントローラ６１と、アームモータ２５の作動を制御する第２コントローラ６２と、を備える。図９に示すように、第２コントローラ６２は、アームモータ２５の作動を制御すると共に、巻線機２の作動も制御する。つまり、本実施形態では、アームモータ２５の作動を制御するコントローラと巻線機２の作動を制御するコントローラとは、共通に使用される。第１コントローラ６１は、ドライバ２１Ａに指令信号を送信して、ドライバ２１Ａからドラムモータ２１に供給される電力を制御する。また、第２コントローラ６２は、ドライバ２５Ａに指令信号を送信して、ドライバ２５Ａからアームモータ２５に供給される電力を制御する。このようにして、第１及び第２コントローラ６１，６２は、ドラムモータ２１及びアームモータ２５の作動を制御する。ドラムモータ２１及びアームモータ２５の制御については、後に詳細に説明する。

テンション装置１００は、図８に示すように、テンションバー３０の回動角度を検出する検出部としてのポテンショメータ６５をさらに備える。ポテンショメータ６５は、軸部６７が回動ピン３１Ａに同軸的に連結され、本体部６６がボディ１０内部に収容される。ポテンショメータ６５によって検出されるテンションバー３０の回動角度は、コントローラ６０の第１コントローラ６１に入力される。なお、検出部は、ポテンショメータ６５に限らず、テンションバー３０の回動角度を検出可能であればよく、例えば、エンコーダなどでもよい。本実施形態では、図３に示すように、図３中左右方向に延びる基準線（図３中破線）からの鋭角側の角度を、テンションバー３０の回動角度として説明する。

図１に示すように、線材源から供給される線材１は、まずフェルト部５０に導かれ、フェルトにより汚れや油等が除去される。フェルト部５０を通過した線材１は、ボディ１０の正面１０Ａに設けられる転向ローラ１５を介してメインドラム２０に掛け回される。

メインドラム２０に掛け回された線材１は、ボディ１０の側面１０Ｂに設けられる転向ローラ１６を介してテンションバー３０の先端のローラ部３４に掛け回される。線材１は、ローラ部３４によって転向され、巻芯（又は他のテンション装置）に導かれる。

線材１は、メインドラム２０の回転によりテンション装置１００から巻芯へと送り出される。また、アームモータ２５の回転トルクがリンク機構４０によってテンションバー３０に伝達され、テンションバー３０を通じてアームモータ２５の回転トルクが線材１に付与される。これにより、回動ピン３１Ａ回りのテンションバー３０のトルクに応じた力が張力として線材１に付与される。このようにして、線材１は、所定の張力が付与されてテンション装置１００から巻芯へと送り出される。

次に、テンション装置１００の作動及び線材１のテンション制御方法について詳細に説明する。

テンション装置１００では、コイルの型番等に応じて、巻線中の線材１の張力が、線材１が破断せず巻線に適した所定の範囲内となるように、アームモータ２５及びドラムモータ２１が制御される。

巻線中において線材１に生じる張力は、テンション装置１００による線材１の繰出速度と巻線機２の巻芯における巻取速度との速度差（以下、単に「線材１の速度差」とも称する。）によって生じる張力と、テンションバー３０から付与される張力と、の合力である。線材１の巻線においては、線材１の巻取速度は、線材１の繰出速度と一致又は大きくなるように設定される。つまり、本明細書において、線材１の速度差とは、差があること（巻取速度＞繰出速度）のみならず、差がゼロであること（巻取速度＝繰出速度）も含む意味である。

テンション装置１００では、線材１の張力を所定の範囲内の値（以下、「張力目標値」と称する。）にするために、図９に示すように、発生する回転トルクが一定となるようにアームモータ２５の作動を制御（定トルク制御）すると共に、テンションバー３０の回動角度が一定となるようにドラムモータ２１の作動を制御（フィードバック制御）することによって、線材１の張力を制御する。以下、具体的に説明する。

コントローラ６０の第２コントローラ６２は、アームモータ２５が発生する回転トルクが予め定められる所定値（以下、「トルク所定値」と称する。）を維持するように、ドライバ２５Ａに定トルク制御指令を送信する。ドライバ２５Ａは、定トルク制御指令に応じた大きさの電力をアームモータ２５に供給し、アームモータ２５を駆動する。より具体的に説明すると、トルク所定値は、所望の張力目標値を実現するように、コイルの型番等に応じて定められる。第２コントローラ６２には、トルク所定値とアームモータ２５に供給される電圧（ドライバ２５Ａに入力される定トルク制御指令値）との関係を示すマップ（又は関数）が予め記憶される。第２コントローラ６２は、マップに基づいてドライバ２５Ａに定トルク制御指令を送信し、ドライバ２５Ａは、定トルク制御指令に応じてアームモータ２５に電圧を供給する。これにより、発生するトルクがトルク所定値で一定に維持されるように、アームモータ２５の作動が制御される（定トルク制御）。

アームモータ２５が一定の回転トルクを発生する状態では、テンションバー３０の回動角度は、線材１の速度差に応じて定まる。つまり、アームモータ２５の回転トルクが一定である状態では、テンションバー３０の回動角度を一定にするように制御することで、線材１の速度差が一定に保たれる。よって、第１コントローラ６１は、テンションバー３０の回動角度が予め定められる所定値（以下、「角度目標値」と称する。）となるように、ドライバ２１Ａに位置制御指令又は速度制御指令を送信して、ドラムモータ２１を位置制御又は速度制御する。さらに、第１コントローラ６１は、ポテンショメータ６５によって検出されるテンションバー３０の回動角度に基づき、テンションバー３０の回動角度が角度目標値で維持されるようにドラムモータ２１をフィードバック制御する。角度目標値は、所望の張力目標値を実現するように、トルク所定値と共にコイルの型番等に応じて定められるものであり、第１コントローラ６１に予め記憶される。

巻線中において、巻径の増加等の理由により線材１の巻取速度が変化すると、テンション装置１００からの線材１の繰出速度との速度差が変化し、線材１の張力が変化する。この張力の変化により、テンションバー３０は、回動ピン３１Ａを中心として回動し、図３に示すように回動角度が増減する。

テンションバー３０の回動角度が変化すると、第１コントローラ６１は、ドラムモータ２１の駆動を制御して、メインドラム２０の回転速度、つまり、線材１の繰出速度を制御する。

具体的には、ポテンショメータ６５によって検出されるテンションバー３０の回動角度が、角度目標値よりも大きい場合には、ドラムモータ２１は、回転速度を低下させてメインドラム２０からの線材１の繰出速度が低下するように制御される。これにより、線材１の速度差が大きくなり、線材１の張力が増加して、テンションバー３０は、回動角度が減少するように回動する。したがって、テンションバー３０の回動角度が再び角度目標値に調整される。

反対に、テンションバー３０の回動角度が角度目標値よりも小さい場合には、ドラムモータ２１は、回転速度を増加させて、メインドラム２０からの線材１の繰出速度が増加するように制御される。これにより、線材１の速度差が小さくなり、線材１の張力が低下して、テンションバー３０は、回動角度が増加するように回動する。したがって、テンションバー３０の回動角度が再び角度目標値に調整される。

以上のように、アームモータ２５が発生する回転トルクを一定に制御しつつ、テンションバー３０の回動角度を一定に保つようにドラムモータ２１を制御することで、巻線中の線材１の速度差に変化が生じた場合であっても、線材１の張力が張力目標値で一定に維持されるように制御される。なお、張力目標値、トルク所定値、及び角度目標値は、コイルの型番等に応じて、線材１が破断せず巻線に適した範囲内の張力となるように、適切に設定される。また、張力目標値、トルク所定値、及び角度目標値は、単一の値に限らず、所定の範囲として（所定の幅を持った値の範囲として）設定されるものでもよい。

また、テンションバー３０の回動角度には、リンク機構４０の機構上の制限がある。このため、テンションバー３０の回動角度を一定とするように線材１の繰出速度を制御することで、テンションバー３０の回動角度の制限を受けることなく、線材１の張力を制御することができる。

次に、線材１の張力を変更する場合について説明する。

巻線に適した張力の範囲内において線材１の張力を変化させる場合には、アームモータ２５が発生する回転トルクが変更される。アームモータ２５が発生する回転トルクが変化すると、その変化に応じてテンションバー３０の回動角度が変化する。

具体的に説明すると、線材１の張力を大きくする場合には、トルク所定値がより高い値に設定され、アームモータ２５は、このトルク所定値のトルクを発生するように制御される。アームモータ２５の回転トルクが大きくなると、テンションバー３０は、回動角度が増大するように回動する。テンションバー３０の回動角度が増大すると、テンションバー３０の回動角度を減少させて角度目標値に戻すように、ドラムモータ２１がフィードバック制御され、メインドラム２０の回転速度が低下する。これにより、線材１の繰出速度も低下するため、線材１の速度差が大きくなる。この結果、線材１の張力が大きくなる。

反対に、線材１の張力を小さくする場合には、アームモータ２５は、より小さいトルク所定値が設定され、アームモータ２５は、このトルク所定値のトルクを発生するように制御される。これにより、テンションバー３０の回動角度が減少するため、テンションバー３０の回動角度を増大させて角度目標値に戻すように、ドラムモータ２１がフィードバック制御され、メインドラム２０の回転速度が増加する。よって、線材１の繰出速度も増加するため、線材１の速度差が小さくなる。この結果、線材１の張力が小さくなる。

このように、テンションバー３０の回動角度が一定となるようにドラムモータ２１の作動を制御しつつ、アームモータ２５が発生する回転トルクのトルク所定値を変更することにより、線材１の張力を変更することができる。アームモータ２５のトルク所定値を変更してテンションバー３０の回動角度に変化が生じると、直ちに回動角度を角度目標値とするようにドラムモータ２１が制御される。このため、張力の制御にスプリング等の弾性部材を使用する場合と比較して、スプリングの伸縮による応答性の低下がないため、張力制御の応答性を向上させることができる。

また、張力の制御にスプリングを使用する場合には、スプリングの個体差があるため、精度良く張力を制御するには、作業者により、スプリングの取付位置（長さ）を調整してセット荷重を変更する手動調整が必要な場合がある。また、張力を大きく変更する場合には、スプリングの交換を必要とする。よって、手動調整の場合には、コイルの型番変更のたびに調整や交換といった作業が必要となり、タクトタイムの増加を招く。また、巻線中に張力を調整することもできない。

また、スプリングをエアシリンダ等の流体圧アクチュエータで伸縮させて、巻線中に張力を調整することも考えられる。しかしながら、この場合には、一般的に流体圧アクチュエータが伸長及び収縮した２段階の切り換えしかできない。また、流体圧アクチュエータに作動流体の給排が必要な分、応答性を向上させることはできない。さらに、流体圧アクチュエータの稼働に多くの機器が必要となるため、メンテナンスの必要性や部品点数が増加して、装置の大型化やコスト増加を招く。

これに対し、本実施形態では、サーボモータによって張力の制御を行うため、張力を任意の値に応答性良く調整することができる。よって、巻線中であっても、張力の変更が可能である。また、メンテナンスや部品点数の増加も防止できるため、コスト増加を防止することができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した各構成とを組み合わせたり、以下の変形例同士を組み合わせたりすることも可能である。

上記実施形態では、アームモータ２５は、発生する回転トルクがトルク所定値で一定となるように制御される。また、ドラムモータ２１は、テンションバー３０の回動角度が角度目標値で維持されるように制御される。これに対し、テンション装置１００及びテンション制御方法は、少なくとも、アームモータ２５が発生する回転トルクがテンションバー３０のトルクとして伝達され、テンションバー３０から線材１に力が付与されるものであればよい。つまり、ポテンショメータ６５によって検出されるテンションバー３０の回動角度に基づき、ドラムモータ２１を制御する構成は、必須の構成ではない。テンション装置１００は、アームモータ２５の回転トルクをテンションバー３０から線材１に張力として付与するものであれば、スプリング等の弾性部材を使用する従来の技術と比較して、スプリングの伸縮による応答性の低下が生じないため、張力制御の応答性を向上させることができる。

また、上記実施形態では、テンションバー３０の回動角度をポテンショメータ６５により検出し、テンションバー３０の回動角度が角度目標値となるように、ドラムモータ２１が制御される。これに対し、テンション装置１００は、図１０に示すように、ポテンショメータ６５に代えて、又は、ポテンショメータ６５とは別に、線材１の張力を検出する張力検出部６５Ａを備えていてもよい。この場合、張力検出部６５Ａの検出結果に基づき、線材１の張力が所望の値となるように、アームモータ２５やドラムモータ２１を制御（例えばフィードバック制御等）することで、より確実に線材１の張力を所望の値とすることができる。例えば、図１０に示すように、第２コントローラ６２は、張力検出部６５Ａの検出結果に基づき、線材１の張力が張力所望値となる回転トルクを発生するように、アームモータ２５をフィードバック制御してもよい。

また、上記実施形態では、第２コントローラ６２は、ドライバ２５Ａに指令を送信してアームモータ２５の作動を制御すると共に、巻線機２の作動を制御するものである。つまり、第２コントローラ６２は、アームモータ２５の制御と巻線機２の制御とで、共通に使用される。これに対し、巻線機２の作動を制御するコントローラとアームモータ２５の作動を制御するコントローラとは、それぞれ別であってもよい。

また、第１コントローラ６１と第２コントローラ６２とは、一つの装置として構成されてもよいし、別々の装置として構成されてもよい。例えば、図１１に示すように、第１コントローラ６１と第２コントローラ６２とを一つの装置として構成したコントローラ６０によって、アームモータ２５の作動が制御されると共に、ドラムモータ２１の作動が制御されるものでもよい。また、図１１に示すように、巻線機２の作動を制御するコントローラ３とテンション装置１００のコントローラ６０（第１コントローラ６１及び第２コントローラ６２を含む）とを有線又は無線によって通信可能に構成し、巻線機２のコントローラ３からの指令（トルク指令）に基づいて、コントローラ６０がアームモータ２５の作動を制御するように構成してもよい。より具体的には、コントローラ６０は、巻線機２のコントローラ３からのトルク指令に応じて、アームモータ２５が発生する回転トルクを制御してもよい。このように、コントローラ６０は、アームモータ２５及びドラムモータ２１の作動を制御するものであれば、任意の構成とすることができる。

また、アームモータ２５からテンションバー３０に伝達されるトルクは、テンションバー３０とこれに連結される第２リンク部材４５との相対角度の影響をうける。つまり、アームモータ２５が一定の回転トルクを発生していても、第２リンク部材４５とテンションバー３０との相対角度が異なると、テンションバー３０に伝達されるトルクの大きさはわずかに異なる。そこで、アームモータ２５は、ポテンショメータ６５が検出するテンションバー３０の回動角度に応じて、アームモータ２５が発生する回転トルクを微調整するように制御されてもよい。これによれば、アームモータ２５から伝達されるトルク、つまり、回動ピン３１Ａ回りのテンションバー３０のトルクを一定にして、テンションバー３０から線材１に付与される力を、テンションバー３０の回動角度によらず、より確実に一定にすることができる。

具体的に説明すると、アームモータ２５の回転トルクが一定の場合、テンションバー３０に伝達されるトルクは、第２リンク部材４５とテンションバー３０とが直交する状態（相対角度が９０°）が最も大きく、相対角度が９０°から離れるほど小さくなる。第２リンク部材４５及びテンションバー３０の相対角度は、テンションバー３０の回動角度、リンク機構４０やテンションバー３０の形状、取付位置等に基づいて求めることができる。また、第２リンク部材４５及びテンションバー３０の相対角度に応じたテンションバー３０のトルクの変化は、幾何学的に求めることができる。よって、ポテンショメータ６５の検出結果に基づき、第２リンク部材４５とテンションバー３０との相対角度に応じて、回動ピン３１Ａ回りのテンションバー３０のトルクが一定となるように、アームモータ２５が発生する回転トルク（トルク所定値）を変更するようにしてもよい。これにより、テンションバー３０から線材１に付与される力が一定となるため、線材１の張力制御の精度を向上させることができる。

また、上記実施形態では、アームモータ２５及びドラムモータ２１は、それぞれサーボモータである。フィードバック制御を行うことや、精度良く線材１の張力を制御することを考慮すると、アームモータ２５及びドラムモータ２１は、サーボモータであることが望ましい。しかしながら、アームモータ２５及びドラムモータ２１は、サーボモータに限らず、パルスモータでもよい。

また、上記実施形態では、アームモータ２５の回転トルクをテンションバーに伝達する伝達機構は、第１リンク部材４１及び第２リンク部材４５を有するリンク機構４０である。これに限らず、リンク機構４０は、単一のリンク部材を有するものでもよいし、３つ以上のリンク部材を有するものでもよい。また、伝達機構は、アームモータ２５が回転することにより、テンションバー３０を回動ピン３１Ａ回りに回動させるものであれば、リンク機構４０でなくてもよい。例えば、伝達機構は、アームモータ２５の回転を回動ピン３１Ａの回転として伝達する歯車機構や、ベルト機構であってもよい。また、アームモータ２５の回転軸２７と回動ピン３１Ａとが同軸的に連結してもよい。この場合には、アームモータ２５の回転軸２７と回動ピン３１Ａとを連結するカップリングが伝達機構に相当する。

また、上記実施形態では、リンク機構４０の第１リンク部材４１には、補助スプリング４６が取り付けられる。これに対し、補助スプリング４６は、アームモータ２５の回転軸２７に連結される第１リンク部材４１に取り付けられなくてもよい。例えば、補助スプリング４６は、他のリンク部材に取り付けられるものでもよいし、テンションバー３０に取り付けられるものでもよい。また、安全性が確保できる場合には、補助スプリング４６を設けなくてもよい。

また、上記実施形態では、テンションバー３０の先端の保持部３３は、線材１が掛け回されるプーリであるローラ部３４を有する。これに対し、保持部３３は、ローラ部３４に代えて、線材１が挿通し線材１を案内するガイド孔を有するノズルを有するものでもよい。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

本実施形態では、リンク機構４０によってアームモータ２５の回転トルクを回動ピン３１Ａ回りのテンションバー３０のトルクに変換することで、線材１に付与する張力を制御する。アームモータ２５の回転トルクは、リンク機構４０により速やかにテンションバー３０に伝達される。このように、スプリング等の弾性部材を用いずに、アームモータ２５とリンク機構４０の組み合わせにより線材１に張力を付与するため、スプリングの伸縮による応答性の低下が生じない。よって、アームモータ２５が発生する回転トルクにより線材１の張力を応答性よく制御することができる。また、応答性良く張力の制御を行うことができるため、巻線中であっても、容易に張力の変更が可能である。

また、本実施形態では、スプリングやこれを伸縮させる流体圧アクチュエータを必要としないため、スプリングの調整や交換、流体圧アクチュエータへの流体圧の給排による応答性の低下がなく、張力を任意の値に応答性良く調整することができる。また、メンテナンス作業や部品点数の増加も防止できるため、コスト増加を防止することができる。

また、本実施形態では、線材１の巻取速度と繰出速度の速度差に変化が生じてテンションバー３０の回動角度が変化しても、テンションバー３０の回動角度が元の一定値に戻るようにドラムモータ２１が制御されるため、線材１の速度差の変化は打ち消される。また、アームモータ２５は、一定の回転トルクを発生するように制御される。このようにアームモータ２５及びドラムモータ２１を制御することで、線材１の速度差に変化が生じても、線材１の張力は一定となるように速やかに制御される。これにより、リンク機構４０の回動角度によらず、テンションバー３０から線材１へ付与される力を一定にすることができる。よって、線材１の張力をより精度良く制御することができる。

また、テンション装置１００は、線材１の張力を検出する張力検出部６５Ａをさらに備え、コントローラ６０は、張力検出部６５Ａの検出結果に基づいて、アームモータ２５の作動をフィードバック制御してもよい。これによれば、線材１の張力を張力検出部６５Ａによって線材１の張力を直接検出し、その検出結果を基に、アームモータ２５が制御されるため、より確実に所望の張力とすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１ 線材
２０ メインドラム
２１ ドラムモータ
２５ アームモータ（電動モータ）
２７ 回転軸
３０ テンションバー
３１Ａ 回動ピン（回動支点）
４０ リンク機構（伝達機構）
４１ 第１リンク部材
４５ 第２リンク部材
５５ ポテンショメータ（検出部）
５５Ａ 張力検出部
６０ コントローラ
１００ テンション装置

Claims (7)

1. 巻線機に供給される線材の張力を制御するテンション装置であって、
   回動支点を中心に回動可能に構成されると共に前記線材が係止されるテンションバーと、
   電力供給によって回転駆動される電動モータと、
   前記電動モータが発生する回転トルクを前記回動支点回りのトルクとして前記テンションバーに伝達する伝達機構と、を備え、
   前記伝達機構は、
   前記電動モータの回転軸に連結され前記回転軸と共に回転する第１リンク部材と、
   前記第１リンク部材に回動自在に連結されると共に前記回動支点から離間した位置において前記テンションバーに回動自在に連結される第２リンク部材と、を有し、
   前記第１リンク部材には、前記電動モータの前記回転トルクを補助するように前記第１リンク部材を付勢する補助スプリングが設けられることを特徴とするテンション装置。
2. 前記線材を繰り出して前記テンションバーに導くメインドラムと、
   前記メインドラムを回転させるドラムモータと、
   前記テンションバーの回動角度を検出する検出部と、
   前記電動モータ及び前記ドラムモータの作動を制御するコントローラと、をさらに備え、
   前記コントローラは、前記電動モータが発生する回転トルクが所定値となるように前記電動モータを制御すると共に、前記検出部の検出結果に基づいて、前記テンションバーの回動角度が一定となるように前記ドラムモータの作動を制御することを特徴とする請求項１に記載のテンション装置。
3. 前記コントローラは、前記検出部の検出結果に基づいて、前記テンションバーに伝達される前記回動支点回りのトルクが一定となるように、前記電動モータが発生する回転トルクの前記所定値を変更することを特徴とする請求項２に記載のテンション装置。
4. 前記線材の張力を検出する張力検出部と、
   前記電動モータの作動を制御するコントローラと、をさらに備え、
   前記コントローラは、前記電動モータが発生する回転トルクが所定値となるように前記電動モータを制御し、
   前記電動モータは、前記張力検出部の検出結果に基づいて、前記電動モータが発生する回転トルクの前記所定値がフィードバック制御されることを特徴とする請求項１に記載のテンション装置。
5. 前記線材の付着物を除去するフェルト部をさらに備え、
   前記フェルト部は、
   一対の把持具と、
   一対の前記把持具のそれぞれに設けられ、互いに対向して前記線材を挟持する一対のフェルトと、
   一方の前記把持具を挿通し他方の前記把持具に連結されるロッドと、
   前記一対のフェルトが互いに接近するように付勢力を発揮する付勢部材と、を備え、
   前記フェルトは、
   前記ロッドが挿通する中央孔と、
   前記中央孔と外周面とを接続する切れ込みと、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のテンション装置。
6. 巻線機に供給される線材の張力を制御するテンション制御方法であって、
   回動支点を中心に回動可能に構成されると共に前記線材が係止されるテンションバーに対し、電動モータの回転トルクを伝達機構により前記回動支点回りのトルクとして伝達し、
   前記伝達機構は、
   前記電動モータの回転軸に連結され前記回転軸と共に回転する第１リンク部材と、
   前記第１リンク部材に回動自在に連結されると共に前記回動支点から離間した位置において前記テンションバーに回動自在に連結される第２リンク部材と、を有し、
   前記第１リンク部材には、前記電動モータの前記回転トルクを補助するように前記第１リンク部材を付勢する補助スプリングが設けられることを特徴とするテンション制御方法。
7. 前記回動支点回りの前記テンションバーの回動角度を検出部によって検出し、
   前記電動モータが発生する回転トルクが一定になるように前記電動モータを制御し、
   前記線材を繰り出すメインドラムを駆動するドラムモータを、前記検出部の検出結果に基づいて前記テンションバーの回動角度が一定になるように制御する、ことを特徴とする請求項６に記載のテンション制御方法。

Images