JPH07309533A - 張力調整装置の制御回路並びに該装置の電磁ヒステリシスブレーキ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極細な線条材料にも使用できる張力調整装置
の制御回路並びに該装置の電磁ヒステリシスブレーキを
提供する。 【構成】 マグネットワイヤ２１は、電磁ヒステリシス
ブレーキの制動軸に装着されたテンションプーリ２５と
テンションアーム２８に装着された補助テンションプー
リ２６に巻掛けられ巻取機のボビンに巻取られる。マグ
ネットネワイヤ２１の張力変動によりテンションアーム
２８が回動すると、ポテンショメータの出力電圧が上昇
または下降する。この出力電圧は、第１増幅回路で増幅
された後、微分回路で微分成分が加えられ、更に第２増
幅回路で選択された増幅率により増幅される。そして、
増幅された電圧に比例した電流が、定電流駆動回路から
電磁ヒステリシスブレーキの励磁コイルに供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ポテンショメータな
どの位置検出器を用いた張力制御回路、並びにこの張力
制御回路により制御される電磁ヒステリシスブレーキに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、線条材料を巻取る巻線機には張
力調整装置が備えられており、材料に一定の張力を付与
するようにしている。また、張力変動により材料が断線
しないように、張力を付与する制動装置の励磁電流を制
御している。このような張力制御は、図６に示されてい
るように、巻取機側のボビンに巻取られるマグネットワ
イヤのような材料１を、制動装置（図面では電磁ヒステ
リシスブレーキ）２の制動軸に軸着されたテンションプ
ーリ３と、一対のガイドプーリ４・５の間に配置された
補助テンションプーリ６とに掛けて巻取るようにしてい
る。また、補助テンションプーリ６は、張力調整装置の
ハウジングに枢支されたテンションアーム７の力点側先
端に枢着されており、テンションアーム７の作用点側の
バランスウエイト８の重量と材料１に作用する張力によ
り、テンションアーム７は支点９を中心に回動される。
なお、符号１０、１１は、ダンパ用のコイルばねであ
る。

【０００３】またこの張力調整装置においては、テンシ
ョンアーム７の回動量（換言すれば、テンションアーム
７の変位角度）を検出するための、ポテンショメータな
どの位置検出器１２が備えられており、この位置検出器
１２の出力電圧を増幅してこの増幅された電圧に比例し
た電流を、電磁ヒステリシスブレーキの励磁コイルに供
給する制御回路１３が構成されている。

【０００４】このような構成とした張力調整装置は、材
料１に作用する張力変動により、テンションアーム７の
変位角度に比例してポテンショメータ１２の摺動接点が
抵抗素子に沿って機械的に移動するので、そのポテンシ
ョメータ１２の出力電圧に比例した電流を電磁ヒステリ
シスブレーキ２の励磁コイルに供給でき、材料１が走行
するテンションプーリ３の制動トルクを自動的に変える
ことができる。したがって、材料１に作用する張力が増
大してテンションアーム７が時計の反回転方向に回動さ
れると、電磁ヒステリシスブレーキ２の励磁コイルに供
給される電流は降下するのでこの電磁ヒステリシスブレ
ーキ２の制動トルクは低くなり、材料１が断線するよう
なことはない（「クラッチ技術読本」昭和５３年３月２
９日、日刊工業新聞社、石崎正一編」１８７〜１８９ペ
ージ参照）。

【０００５】一方、このような張力調整装置に使用され
る電磁ヒステリシスブレーキ２としては、例えば実公平
１−１１６３６号公報に開示されたものが代表的であ
る。これを図７と図８に基づいて簡単に説明する。図７
は電磁ヒステリシスブレーキの断面図であり、図８は図
７のＡ−Ａ線側面図である。従来の電磁ヒステリシスブ
レーキ２は、張力調整装置のハウジング１４にねじ止め
されたヨーク１５の環状溝内に励磁コイル１６が内設さ
れており、この励磁コイル１６の磁束が流れる円筒状の
外側磁路部材１７と同様に円筒状な内側磁路部材１８と
が、環状溝の開口側となるヨーク１５の外周面と内周面
に夫々嵌合され固着されている。

【０００６】外側磁路部材１７は、内側に延びた環状部
分に半径方向内側に開口した円弧状の切欠き部１７ａが
等間隔に複数個形成されており、これら各切欠き部１７
ａ間は外極部１７ｂとして構成されている。また内側磁
路部材１８は、段差部１８ａがヨーク１５の内側の端面
（内極部）１５ａに当接されるとともに、外側に延びた
環状部分に半径方向外側に開口した円弧状の切欠き部１
８ｂが等間隔に複数個形成されており、これら各切欠き
部１８ｂ間は内極部１８ｃとして構成されている。そし
て、これら外側磁路部材１７の外極部１７ｂと内側磁路
部材１８の内極部１８ｃとの間には、環状の空間が形成
されている。

【０００７】外極部１７ｂと内極部１８ｃとの間の前記
空間には、ヒステリシス材からなるカップ状の回転子１
９の円筒部が挿入されている。また回転子１９の円板部
は、内側磁路部材１８に一対の軸受で支持された制動軸
２０に軸着されたテンションプーリ３にリベット止めさ
れている。このような構造からなる電磁ヒステリシスブ
レーキ２は、励磁コイル１６に電流を供給して磁束を発
生すると、この磁束は、外側磁路部材１７の外極部１７
ｂから内側磁路部材１８の内極部１８ｃに流れるので、
前記空間内の磁界を切るように回転する回転子１９の極
性変化の遅れにより制動軸２０には制動トルクが発生す
る。

【０００８】このような構造からなる電磁ヒステリシス
ブレーキ２は、回転子１９が１回転する仕事量である制
動トルクと２πの積が、外内極部１７ｂ・１８ｃの対数
と回転子１９の体積、回転子１９の材料特性であるヒス
テリシス曲線の面積との積に等しい関係にあるので、励
磁コイル１６に供給する電流を制御することにより前記
ヒステリシス曲線の面積は変わり、制動軸２０の制動ト
ルクは調整できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の張力調整装置で
は、テンションアームの変位角度で電磁ヒステリシスブ
レーキの励磁コイルへの供給電流を制御し、以って線条
材料が走行するテンションプーリの制動トルクを可変し
ていたので、巻取機側に走行する線条材料の断線を未然
に防止することができた。しかしながら最近において
は、線径寸法が極細な線条材料に使用できる張力調整装
置の開発が望まれている。

【００１０】即ち、極細な線条材料には低い張力を保持
させた状態で補助テンションプーリを走行させなければ
ならないので、微少な張力変動を吸収するために、テン
ションアーム７に装着されるバランスウエイトの重量を
軽減したり、コイルばねのばね定数を小さくしなければ
ならず、また、単にテンションアームの変位角度に比例
した電流を励磁コイルへ供給するのではなく、テンショ
ンプーリの制動トルクが急上昇しないように励磁コイル
への電流供給を制御しなければならない。

【００１１】また、従来の電磁ヒステリシスブレーキで
は、カップ状の回転子の外径寸法が大きくその慣性力に
より、電流制御による迅速な制動トルクの応答がなされ
ず、張力調整装置を走行する線条材料が弛んでガイドプ
ーリから外れたり、または断線してしまうので、何らか
の対策が必要である。この発明では、極細な線条材料に
も使用できる張力調整装置の制御回路並びに該装置の電
磁ヒステリシスブレーキを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の張力調整装置
の制御回路は、制動装置と、この制動装置により制動ト
ルクが付与される第１走行案内部材と、揺動自在に枢支
されたテンションアームの力点側に配設された第２走行
案内部材と、前記第１走行案内部材と前記第２走行案内
部材に巻掛けされる線条材料の張力により揺動する前記
テンションアームの変位角度を検出する位置検出器と、
この位置検出器の出力電圧を増幅する第１増幅回路と、
この第１増幅回路の出力電圧の波形を変える微分回路
と、この微分回路の出力電圧を増幅するとともに前記微
分回路の出力電圧の増幅率を変える切換えスイッチを有
する第２増幅回路と、この第２増幅回路の出力電圧を減
衰可能な張力減衰回路と、前記第２増幅回路の出力電圧
に比例した電流を前記制動装置の励磁コイルに供給する
定電流駆動回路とを備えたことを特徴とする。

【００１３】また、この発明の張力調整装置の電磁ヒス
テリシスブレーキは、断面略コ字状で環状な部材からな
り外側円筒部には内側円筒部の先端面より延設された円
筒状の延長部を有するヨークと、このヨークの環状溝に
内設された励磁コイルと、前記外側円筒部の延長部に嵌
合され固着されるとともに内周面には複数個の外極部が
形成された円筒状の外側磁路部材と、前記内側円筒部の
内周面に嵌合され固着されるとともに前記内側円筒部よ
り突設した先端側の外周面には複数個の内極部が形成さ
れた円筒状の内側磁路部材と、この内側磁路部材の軸孔
に軸受を介して支持された制動軸と、この制動軸に軸着
された線条材料の走行案内部材と、この走行案内部材に
一体に固定され前記外極部と前記内極部との間の環状な
空間に円筒部が挿入されたヒステリシス材からなる回転
子とを備え、前記ヨークの内側円筒部の先端面と前記内
側磁路部材の内極部の側面との間に断磁空間を形成した
ことを特徴とする。

【００１４】

【作用】線条材料は、電磁ヒステリシスブレーキの制動
軸に軸着されたテンションプーリとテンションアームに
枢支された補助テンションプーリを走行しながら巻取機
でボビンに巻取られる。また走行中の線条材料には、テ
ンションアームの変位角度により増減する電圧に比例し
た電流が供給される電磁ヒステリシスブレーキの制動ト
ルクにより張力が保持される。

【００１５】

【実施例】図１から図５はこの発明の一実施例である張
力調整装置であり、図１は張力調整装置の正面図、図２
は図１のＢ−Ｂ線断面図、図３は図１のＣ−Ｃ線断面
図、図４は電磁ヒステリシスブレーキの上半分を断面と
した側面図、図５は制御回路のブロック図である。以
下、これら図面に基づいて実施例を詳細に説明する。図
１に示された張力調整装置は、極細なマグネットワイヤ
２１（線条材料）に一定の張力を保持する装置であり、
マグネットワイヤ２１がスネールガイド２２と線押さえ
２３を通りガイドプーリ２４に巻掛けされ、第１走行案
内部材としてのテンションプーリ２５と第２走行案内部
材としての補助テンションプーリ２６を走行して巻取機
のコイルボビンに巻取られるようになっている。

【００１６】補助テンションプーリ２６は、ケース２７
に揺動自在に支持されたテンションアーム２８の力点側
先端に枢着されている。テンションアーム２８は、ケー
ス２７の正面に穿設された貫通孔に嵌合固着されたアー
ム支持フランジ２９に軸受を介して支持された支持軸３
０に軸着されており、テンションアーム２８のうち力点
側アーム２８ａは、支持軸３０のケース２７の外側へ突
出した先端にアームホルダ３１を介して固定されてい
る。また作用点側アーム２８ｂは、支持軸３０のケース
２７の内側に突出した大径寸法の後端にアーム支持ブロ
ック３２を介して固定され、ケース２７の側面に形成さ
れた開口部分から外側に延びている。

【００１７】そしてまたアーム２８ｂの先端には、ばね
取付金具３３が位置調整自在に支持され、このばね取付
金具３３とばね力調整装置のピン３４とにコイルばね３
５が掛止されている。ピン３４はケース２７の長孔内に
臨むように突出しており、コイルばね３５のばね長が調
整できるように、調整ボルト３６の回動により長孔内を
上下に移動する。なお符号３７は、長孔に沿ってケース
２７に貼られた目盛り付きシートである。支持軸３０の
後端には、端部に開口する中心孔が穿設されており、ま
たこの中心孔には、ケース２７の内側にねじ止めされた
固定板３８に取付けられた位置検出器としてのポテンシ
ョメータ３９の検出軸３９ａが挿入されねじ止めされて
いる。

【００１８】テンションプーリ２５は、ケース２７の貫
通孔に嵌合固着された取付けフランジ４０の支持孔にホ
ルダ４１を介して嵌合された制動装置としての電磁ヒス
テリシスブレーキ４２の制動軸４３に軸着されている。
なお、電磁ヒステリシスブレーキ４２のヨーク４４は、
固定金具４５により取付けフランジ４０に固定されてい
る。ヨーク４４は、断面略コ字状の環状部材からなり、
外側円筒部４６と内側円筒部４７、そしてこれら円筒部
の端部を連結する円板部４８とを有し、環状溝４９が形
成されている。環状溝４９には、樹脂材製のコイルボビ
ン５０に巻回された励磁コイル５１が内設されている。
またコイルボビン５０には、内側円筒部４７の先端面４
７ａと当接されこの先端面４７ａを被覆する内フランジ
部５０ａが一体に形成されている。

【００１９】またヨーク４４の外側円筒部４６には、内
側円筒部４７の先端面４７ａよりテンションプーリ２５
側に延設された円筒状の延長部４６ａが形成されてお
り、この延長部４６ａの内周面には、図８に示されてい
るような外極部５２ａが内周面に円周方向間隔をおいて
複数個形成された円筒状の外側磁路部材５２が嵌合され
固着されている。また更には、ヨーク４４の内側円筒部
４７には、この内側円筒部４７より突設した先端側の外
周面に外側磁路部材５２の外極部５２ａと同じ円周方向
の間隔をとって、また外極部５２ａと同じ肉厚寸法から
なる内極部５３ａが複数個形成された内側磁路部材５３
が嵌合され固着されている。そして、これら外極部５２
ａと内極部５３ａとの間には、環状な空間Ｓが形成され
ている。

【００２０】またこの実施例の電磁ヒステリシスブレー
キ４２においては、環状な空間Ｓがヨーク４４の内側円
筒部４７の先端面４７ａと制動軸４３の軸線方向で間隔
をおいて対向している。そして、これら環状な空間Ｓと
先端面４７ａとの間を断磁空間Ｇとしている。また環状
な空間Ｓ内には、ヒステリシス材からなるカップ状の回
転子５４の円筒部５４ａが挿入されている。回転子５４
は、内側磁路部材５３の軸孔に軸受を介して支持された
制動軸４３に軸着されたテンションプーリ２５にリベッ
トで固定されている。なお符号５５は、テンションプー
リ２５のプーリ溝内に嵌合されたゴムリングであり、こ
のテンションプーリ２５を走行するマグネットワイヤ２
１とプーリ溝の摩擦係数を増大するために取付けられて
いる。

【００２１】次に、以上のような構造からなる張力調整
装置の制御回路を、図５のブロック図に基づいて説明す
る。位置検出器としてのポテンショメータ３９には、抵
抗とツエナダイオード・コンデンサからなる図示せぬレ
ギュレータにより電源が供給され、出力端子は第１増幅
回路５６や糸切れ検出回路５７の比較器などに接続され
る。そして、マグネットワイヤ２１の張力が大きくなり
テンションアーム２８が回動されることにより、出力電
圧が低くなるように構成される。また第１増幅回路５６
には、レギュレータと接地ラインの間に可変抵抗器が構
成され、この可変抵抗器による基準電圧に応じてポテン
ショメータ３９の出力電圧が増幅される。なお、前記可
変抵抗器による基準電圧の調整は、マグネットワイヤ２
１の張力により回動されるテンションアーム２８の位置
合わせのために構成される。

【００２２】またこの制御回路には、ポテンショメータ
３９の出力電圧と可変抵抗器による基準電圧とを比較す
る比較器を有する糸切れ検出回路５７が構成されてい
る。この糸切れ検出回路５７は、マグネットワイヤ２１
が断線してテンションアーム２８が大きく回動すること
によりポテンショメータ３９の出力電圧が急上昇するの
で、この出力電圧が可変抵抗器の基準電圧を越えたとき
比較器の出力信号によりトランジスタをＯＮにして、巻
取機のモータの駆動を停止したりするように回路構成さ
れる。前記第１増幅回路５６で増幅された出力電圧は、
ＣＲ回路の充放電を利用した微分回路５８で波形が変え
られる。即ち、テンションアーム２８の回動に対して電
磁ヒステリシスブレーキ４２の励磁コイル５１にリニア
に電流を供給すると、電磁ヒステリシスブレーキ４２に
はコイルのインダクタンスによる電流の遅れ及びトルク
の遅れがあるためテンションアーム２８が振動してしま
う。このため、このような微分回路５８を設け第１増幅
回路５６からの出力波形に微分成分を加えて電磁ヒステ
リシスブレーキに過大な電流制御をしている。そして、
トルクの遅れを小さくしてテンションアーム２８の振動
を防いでいる。またこの微分回路５８においては、可変
抵抗器によりＣＲ回路の時定数を変えることにより、電
磁ヒステリシスブレーキ４２のトルク設定値が変わって
も対応できるように構成するとよい。

【００２３】符号５９は第２増幅回路であり、スイッチ
素子の手動による切換えで増幅率を変えることができる
ように構成される。マグネットワイヤ２１に低い張力を
保持している場合には、スイッチを増幅率の低い方に設
置しておく。モータの停止時や減速時に張力が低くなり
テンションアーム２８が大きく回動されても大きな電流
が流れないようにする。そして、マグネットワイヤ２１
が再び巻取られるときに、電磁ヒステリシスブレーキ４
２のコギング現象の影響を受けないようにしている。な
お、張力減衰回路６０内の接地ライン側端子を接地ライ
ンに接続すると、この張力減衰回路６０に構成されるフ
ォトカプラーがＯＮとなり発生した基準電圧により第２
増幅回路５９の出力電圧は下げられ、マグネットワイヤ
２１をボビンの端子にからげるときなどに、必要に応じ
て張力を強制的に下げることができる。また定電流駆動
回路６１において、励磁コイル５１に供給される電流が
第２増幅回路５９の出力電圧と比例した電流に変換され
る。

【００２４】以上のような構造とした張力調整装置は、
マグネットワイヤ２１がスネールガイド２２と線押さえ
２３、ガイドプーリ２４とテンションプーリ２５、そし
て補助テンションプーリ２６を走行しながら巻取機のボ
ビンに巻取られる。張力調整装置の初期設定は、テンシ
ョンアーム２８の作用点側アーム２８ｂに取付けたばね
取付金具３３を位置調整するとともに、そのばね取付金
具３３とピン３４に掛止されたコイルばね３５のばね長
を調整ボルト３６により調整することにより、補助テン
ションプーリ２６により付与されるマグネットワイヤ２
１の張力が調整される。またマグネットワイヤ２１の走
行中において、テンションアーム２８の力点側アーム２
８ａが略水平状態になるように、第１増幅回路５６に構
成された可変抵抗器によりレギュレータにより安定化さ
れた出力電圧の増幅率を設定して、電磁ヒステリシスブ
レーキ４２の励磁コイル５１に供給される電流を調整す
る。

【００２５】このように初期設定された張力調整装置を
走行するマグネットワイヤ２１に、何んらかの原因によ
り張力の変動が発生すると、水平状態に保持されていた
テンションアーム２８の力点側アーム２８ａが回動され
る。例えば、マグネットワイヤ２１の張力が増大すると
テンションアーム２８は図１において反時計回り方向に
回動されるが、このテンションアーム２８の変位角度に
より位置検出器３９の出力電圧が降下して励磁コイル５
１に供給される電流も降下する。よって電磁ヒステリシ
スブレーキ４４は、ヒステリシス曲線の面積が小さくな
った分その制動トルクが低下するので、テンションプー
リ２５によりマグネットワイヤ２１に付与される張力も
低下する。

【００２６】またマグネットワイヤ２１の線径や材質な
どにより非常に低い張力を付与しなければならないとき
は、コイルばね３５による張力と第１増幅回路５６の可
変抵抗器による基準電圧を初期設定するとともに、第２
増幅回路５９のスイッチを切換えて増幅率を低下すれば
よい。一方、マグネットワイヤ２１はテンションプーリ
２５を走行するが、このテンションプーリ２５にリベッ
ト止めされた電磁ヒステリシスブレーキ４２の回転子５
４は、その外径寸法が小さく設計されており、慣性力が
軽減されているので、制御回路による制動トルクの応答
性は良い。なお、テンションプーリ２５を樹脂材製とす
れば、より慣性力が軽減されて前記応答性が向上される
ことは言うまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明の
張力調整装置の制御回路では、スイッチの切換えにより
増幅率が変えられる第２増幅回路を構成して線条材料の
特性に応じた電圧の増幅率とするようにしたので、張力
調整装置を走行する線条材料の断線や弛みが防止でき
る。また、各種線条材料の張力調整装置として使用でき
るので、装置の汎用性が良く経済的になる。特にこの発
明では、第２増幅回路の出力電圧を下げる張力減衰回路
を構成したので、線条材料をボビンの端子にからげると
きなどに必要な低張力の保持が可能となる。

【００２８】また、この発明の張力調整装置の電磁ヒス
テリシスブレーキでは、ヨークの内側円筒部の先端面と
内側磁路部材に形成された内極部の側面との間に断磁空
間を形成したので、励磁コイルの磁束が外側磁路部材か
らヨークの内側円筒部に流れることなく、有効に環状な
空間に流れる。よって、電磁ヒステリシスブレーキの仕
事量を低下することなく、該ブレーキの回転子を小形軽
量にすることができその慣性力が小さくなるので、電流
制御による迅速な制動トルクの応答がなされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である張力調整装置の正面図
である。

【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図３】図１のＣ−Ｃ線断面図である。

【図４】図３に示された電磁ヒステリシスブレーキの上
半分を断面とした側面図である。

【図５】本発明の張力調整装置に使用される制御回路の
ブロック図である。

【図６】従来の張力調整装置の説明図である。

【図７】従来の電磁ヒステリシスブレーキの断面図であ
る。

【図８】図７のＡ−Ａ線側面図である。

【符号の説明】 ２１…マグネットワイヤ、２５…テンションプーリ、２
６…補助テンションプーリ、３９…ポテンショメータ、
４２…電磁ヒステリシスブレーキ、５９…第２増幅回
路、６０…張力減衰回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制動装置と、この制動装置により制動トル
   クが付与される第１走行案内部材と、揺動自在に枢支さ
   れたテンションアームの力点側に配設された第２走行案
   内部材と、前記第１走行案内部材と前記第２走行案内部
   材に巻掛けされる線条材料の張力により揺動する前記テ
   ンションアームの変位角度を検出する位置検出器と、こ
   の位置検出器の出力電圧を増幅する第１増幅回路と、こ
   の第１増幅回路の出力電圧の波形を変える微分回路と、
   この微分回路の出力電圧を増幅するとともに前記微分回
   路の出力電圧の増幅率を変える切換えスイッチを有する
   第２増幅回路と、この第２増幅回路の出力電圧を減衰可
   能な張力減衰回路と、前記第２増幅回路の出力電圧に比
   例した電流を前記制動装置の励磁コイルに供給する定電
   流駆動回路とを備えたことを特徴とする張力調整装置の
   制御回路。
2. 【請求項２】断面略コ字状で環状な部材からなり外側円
   筒部には内側円筒部の先端面より延設された円筒状の延
   長部を有するヨークと、このヨークの環状溝に内設され
   た励磁コイルと、前記外側円筒部の延長部に嵌合され固
   着されるとともに内周面には複数個の外極部が形成され
   た円筒状の外側磁路部材と、前記内側円筒部の内周面に
   嵌合され固着されるとともに前記内側円筒部より突設し
   た先端側の外周面には複数個の内極部が形成された円筒
   状の内側磁路部材と、この内側磁路部材の軸孔に軸受を
   介して支持された制動軸と、この制動軸に軸着された線
   条材料の走行案内部材と、この走行案内部材に一体に固
   定され前記外極部と前記内極部との間の環状な空間に円
   筒部が挿入されたヒステリシス材からなる回転子とを備
   え、前記ヨークの内側円筒部の先端面と前記内側磁路部
   材の内極部の側面との間に断磁空間を形成したことを特
   徴とする張力調整装置の電磁ヒステリシスブレーキ。