JPH10245752A - 織機又は編機の針を制御するための制御モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハウジング１およびその中に配置された少な
くとも一つの圧電曲げ変換器２を備え、その曲げ変換器
２が平坦な支持体３を有し、この支持体３が少なくとも
一方の側面に圧電活性層４を備え、後端５がハウジング
１に固く結合されている編機の針を制御するための制御
モジュールにおいて、これを応答時間に関して優れた特
性を有するように改良する。 【解決手段】 曲げ変換器２の自由長３０とその厚さ３
１との比率が４０〜７０であり、これにより２．５ミリ
秒以下の応答時間が得られるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハウジングおよび
その中に配置された少なくとも一つの圧電曲げ変換器を
備え、この曲げ変換器が平坦な支持体を有し、この支持
体が少なくとも一方の側面に圧電活性層を備え、後端が
ハウジングに固く結合されている織機又は編機の針を制
御するための制御モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の制御モジュールは織機又は編機
のような紡織機械の針あるいは編み目形成要素を制御す
るのに適している。特にこの制御モジュールはジャカー
ド式編機に採用される。紡織機械で作られる製品にパタ
ーンを付けるために、針が編み目の形成に関与すべきか
どうかの情報が曲げ変換器の偏倚を機械式に走査して得
られる。曲げ変換器の偏倚に関係して、編み目が形成さ
れたりされなくされている。

【０００３】このために米国特許第３９６１５０１号明
細書において、圧電形曲げ変換器の可動端あるいは前端
が案内部材を備え、編機の各針を持ち上げるための部材
がこの案内部材のそばを通過する際にこれによって曲げ
変換器の偏倚に関係して運転位置に押付けられたりそこ
から外されたりするような制御モジュールが知られてい
る。運転位置において対応したカムのストロークが、針
を持ち上げるための部材（ノッチ付きバー）によって対
応した針に伝えられる。このようにして編機の個々の各
針が別個に制御される。しかしこの公知の曲げ変換器の
調整速度は理論的に可能な編み速度を得るには十分でな
いという欠点がある。このために米国特許第３９６１５
０１号明細書において、制御モジュールに多数の曲げ変
換器を互いに平行に所定の間隔を隔てて配置することが
知られている。相応数の針あるいはノッチ付きバーはそ
れぞれの曲げ変換器の位置に対応した個所に、そのそば
を通過する際にその曲げ変換器の案内部材に接触するカ
ムあるいはフィンガを備えている。このようにしてパタ
ーン情報が所定数の針に対して唯一回の切換過程におい
て制御モジュールに伝達される。この場合通常は、８本
ないし１６本の針を制御するためにそれぞれ８個あるい
は１６個の曲げ変換器が制御モジュール内に設けられて
いる。これによって編機の運転速度が高められる。

【０００４】米国特許第３９６１５０１号明細書に記載
されている制御モジュールはヨーロッパ特許出願公開第
０２１０７９０Ａ２号明細書でも同じように知られてい
る。ここでも、制御すべき紡織機械の運転速度を高める
ために多数の曲げ変換器が制御モジュール内に設けられ
ている。

【０００５】ドイツ特許第３９３３１４９Ｃ２号明細書
からもこの種の制御モジュールが知られている。この場
合曲げ変換器は後端がハウジングに可動的に結合され、
補助的に中央範囲が回転可能に支持されている。曲げ変
換器の両端間に位置するこのリンク範囲によって曲げ変
換器の応答時間が短縮される。しかしこのように支持さ
れた曲げ変換器は或る最低長を有していなければならな
い。またこの種の曲げ変換器はできるだけ幅広くなけれ
ばならずまた２００μｍ以下の薄い厚さを有していなけ
ればならない。即ちこのようにしてしか曲げ変換器の電
気容量を、約５０Ｖの通常の運転電圧で曲げ変換器が十
分に大きく偏倚させられるような大きさに高めることは
できない。つまり周知のように、曲げ変換器内に印加さ
れた電気エネルギーはその電気容量に比例し、印加され
た電圧あるいは電位差の二乗に比例する。曲げ変換器自
体の容量は設けられた圧電活性層の面積に比例し、曲げ
変換器の厚さに逆比例する。

【０００６】このように支持された曲げ変換器の構造的
大きさのために、制御モジュールのハウジングは対応し
た長さを有していなければならず、これは制御モジュー
ルを大きな寸法にする。更にこのように支持された曲げ
変換器でも調整時間あるいは応答時間は２．５ミリ秒
（ｍｓｅｃ）以下にすることはできない。このような制
御モジュールを装備した紡織機械の運転速度は以前とし
て曲げ変換器の応答速度によって制限される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、応答
時間に関して優れた特性を有する圧電形曲げ変換器を基
礎とする制御モジュールを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、ハウジングおよびその中に配置された少なくとも一
つの圧電形曲げ変換器を備え、その曲げ変換器が平坦な
支持体を有し、この支持体が少なくとも一方の側面に圧
電活性層を備え、後端がハウジングに固く結合されてい
る織機又は編機の針を制御するための制御モジュールに
おいて、曲げ変換器の自由長とその厚さとの比率が４０
〜７０であることによって解決される。なお曲げ変換器
の自由長とは、自由に動ける前端と曲げ変換器の後端を
ハウジングに固く結合する個所との間の間隔である。

【０００９】本発明は、速い応答時間の制御モジュール
を得るために当業者の考えに基づいて電気容量が大きく
且つそれにより長さおよび幅が比較的大きな曲げ変換器
を使用するという方式をとるものではない。むしろ本発
明は、曲げ変換器の応答時間が主としてその機械的振動
挙動によって決められるという考えから出発している。
この場合また曲げ変換器の固有振動数あるいは共振振動
数が重要な値となる。共振振動数が高くなればなるほど
容易に短い応答時間が得られる。多くの実験により、自
由長と厚さとの比率が４０〜７０である曲げ変換器によ
れば１５０Ｈｚ以上の共振振動数が得られることが確認
されている。これに反して従来通常の曲げ変換器は自由
長と厚さとの比率は１００〜１４０であり、これにより
１００Ｈｚ以上の共振振動数は生じない。

【００１０】本発明による自由長と厚さの上記の比率を
持つ曲げ変換器によれば、共振振動数に起因して２．５
ミリ秒以下の応答時間が得られる。そのような応答時間
は、例えば丸編機の針を編みシリンダの可能な最大回転
速度に応じて制御するために必要である。これによって
この種の曲げ変換器を基礎とする制御モジュールによれ
ば、通常の曲げ変換器が装備された制御モジュールに比
べて、編機の生産量即ち単位時間当たりの編み上がり面
積（ｍ² ）が約５０％だけ高められる。通常の曲げ変換
器では応答時間を２．５ミリ秒以下にすることができな
い。

【００１１】針の制御のために曲げ変換器が圧電活性層
の電極例えば金属化層の形をした電極に１００Ｖ以上の
電圧を印加することによって作動させられると有利であ
る。このようにして比較的短くて厚く従って小さな電気
容量を有する曲げ変換器でも、機械的偏倚に対して必要
な電気エネルギーをもたらすことができる。曲げ変換器
にもたちされた電気エネルギーは即ち既に上述したよう
に生じている電位差の二乗に比例する。このように配線
された短い曲げ変換器は制御モジュールのハウジングの
寸法を小さくする。

【００１２】電位差を印加する際に曲げ変換器に沿って
圧電活性層の中にできるだけ均質の電界が得られるよう
にするために、圧電活性層に平坦な導電性の電極が設け
られる。特に支持体も導電性を有し、そのような電極と
して作用することができる。平坦な電極は例えば圧電活
性層上に設けられた金属化層あるいは導電性プラスチッ
クから成る被膜でもよい。電位差あるいは電圧の印加は
その電極に接触する接続ケーブルを介して行われる。

【００１３】圧電活性層に対して圧電効果あるいは電歪
効果を示すすべての材料が原理的には適用できるが、圧
電活性層が圧電セラミックスであると特に有利である。
即ちこのような圧電セラミックスはその組成によって例
えば熱膨張係数や圧電効果の大きさに関してあるいはま
た柔軟性に関して課せられる種々の要件に合わせること
ができる。特に例えば優れた特性を有するジルコンチタ
ン酸鉛をベースとする一定の酸化セラミックスが知られ
ている。

【００１４】この種のセラミックスあるいは圧電セラミ
ックスが圧電効果を示すようにするためには、数ｋＶ／
ｍｍの均質の電界において同じ偏極が必要である。この
ようにして圧電効果の発生にとって必要である極軸が圧
電セラミックス内に作られる。偏極のために使用される
電界の方向に向いている極軸によって、いわゆる圧電セ
ラミックスの偏極方向が規定される。

【００１５】圧電セラミックスがその偏極方向と逆向き
に作動させられると、即ち電界が偏極方向と逆平行に印
加されると、これは減極を生じ、最終的に圧電効果の消
滅に導く。従って圧電セラミックスを備えている通常の
曲げ変換器を、偏極方向と逆向きに作動する際に減極を
できるだけ少なくするために、５０Ｖ以下の作動電圧で
作動することが普通である。このために１００Ｖ以上の
電位差で作動する際に、発生する電界が圧電セラミック
スの偏極方向に向いているように電位差が圧電セラミッ
クスにかけられることが目的に適っている。

【００１６】曲げ変換器が両側面に圧電活性層を備えて
いると、曲げ変換器の偏倚行程が増大される。両側の圧
電活性層に交互に電位差を印加することによって曲げ変
換器はその休止位置から両側に向って偏倚を生じ、これ
によって片側しか被覆されていない曲げ変換器に比べて
偏倚行程は倍増される。

【００１７】両側面に圧電活性層が被覆された曲げ変換
器に対しては、針を制御するために、曲げ変換器はそれ
ぞれ一方の圧電セラミックス層に１００Ｖ以上の電位差
を印加することによって操作され、その場合電界はそれ
ぞれの圧電セラミックス層の偏極方向に向き、その都度
の他方の圧電セラミックス層にかかる電位差は零であ
る。このために曲げ変換器の両外側電極間に所定の電位
差がかけられ、支持体あるいは場合によっては支持体と
それぞれの圧電セラミックス層との間に存在する内側電
極が交互に外側電極のその都度の電位に接続される。

【００１８】曲げ変換器の厚さが５００〜９００μｍで
あると有利である。このような厚さによれば、十分に大
きな電気容量において高い機械的共振振動数が得られ、
従って曲げ変換器の短い応答時間が得られる。このよう
な曲げ変換器の自由長は２５ｍｍまで短縮できる。

【００１９】曲げ変換器の幅は、２〜１０ｍｍであると
有利である。

【００２０】曲げ変換器の高い柔軟性および高い応答時
間は、支持体が繊維複合材料から成っているときに得ら
れる。このような繊維複合材料は、導電性の支持体が望
まれるか非導電性の支持体が望まれるかに応じて、例え
ば炭素繊維あるいはガラス繊維で強化されたエポキシ樹
脂が使用される。原理的には、必要な柔軟性を有してい
るならば他のあらゆる繊維強化プラスチックスを使用す
ることもできる。

【００２１】曲げ変換器の構造形状をできるだけ短くす
ることにより制御モジュールのハウジング寸法が比較的
小さくなるので、そのハウジングの中に曲げ変換器を作
動するための制御電子回路を配置すると有利である。こ
のようにして制御電子回路と制御すべき曲げ変換器との
間の接続距離は非常に短くすることができる。これによ
って高い周波数で曲げ変換器に電気パルスを導入するこ
とができる。

【００２２】制御モジュールの他の有利な実施態様は、
制御電子回路を電子回路板上に配置し、曲げ変換器の後
端を電子回路板に固定することにある。このようして制
御モジュールに対して小さな寸法のコンパクトなハウジ
ングが得られる。

【００２３】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に
説明する。

【００２４】図１にはジャカード式丸編機に使用するた
めの本発明に基づく制御モジュールの有利な実施例が正
面図で示されている。ハウジング１の中に１６個の圧電
形曲げ変換器２が互いに平行に等間隔で配置されてい
る。上側ハウジング部分は図面を分かり易くする理由か
ら示されていない。１６個の各圧電形曲げ変換器２はそ
れらの後端５が締付け棒６にある溝によってハウジング
１に固く結合されている。各曲げ変換器２は炭素繊維強
化エポキシ樹脂製の平坦な板片の形をした導電性の支持
体３から構成されている。この導電性の支持体３は両側
面にそれぞれ圧電活性層４が設けられている。圧電活性
層４はジルコンチタン酸鉛・酸化セラミックとして形成
されているので、支持体３およびそれぞれの圧電活性層
４は広い温度範囲にわたってほぼ同じ熱膨張係数を有し
ている。圧電活性層４は表面に電気接触のためにそれぞ
れ薄い金属化層の形をした電極が設けられている。各曲
げ変換器２には容易に操作し得るようにするためにほぼ
その全長にわたって電気絶縁表面被膜が設けられてい
る。支持体３および両側面の圧電活性層４はそれぞれ後
端５だけが外に導出されているで、そこに容易に制御電
子回路を接続することができる。曲げ変換器２の電気接
触並びに結線は図３および図４に詳細に示されている。

【００２５】各曲げ変換器２の自由に動く前端８上に円
筒状の厚肉部１４が形成されている。この厚肉部１４は
軸１２でハウジング１に回転可能に支持されているタン
ブラ（シーソー板）１０の後端に係合している。タンブ
ラ１０の前端は細長いフィンガとして形成されている。

【００２６】制御モジュールは針を制御するために孔２
０によって垂直の姿勢で、即ち並列的に配置された多数
の圧電形曲げ変換器２を備えて取り付けられている。丸
編機の編みシリンダの回転中にタンブラ１０の位置に応
じてカムによって、その編み針にストロークを伝達する
ノッチ付きバーが運転位置に置かれたりあるいは外され
たりする。このために制御モジュールを垂直に配列する
際にそれぞれ一つのカムあるいはノッチ付きバーが精確
に圧電形曲げ変換器２に対応させられるように、編みシ
リンダのノッチ付きバーがそれぞれ対応した位置にカム
を備えている。例えばタンブラ１０が図１中の位置１８
に存在するとき、そのノッチ付きバーのカムはタンブラ
１０のフィンガのそばを通過する際にそれに接触し、こ
れによって運転位置に置かれる。運転位置に応じてその
編み針にストロークが伝達され、この編み針はそれに従
って編み目を形成するために利用される。これに反して
タンブラ１０が図１中の位置１６に存在する場合には、
そのノッチ付きバーのカムはタンブラ１０のそばを通過
する際にそのフィンガに接触せず、ノッチ付きバーは運
転位置に置かれない。それに応じてその編み針にストロ
ークが伝達されず、このためにその編み針は編み目の形
成にも関与しない。

【００２７】図１に示されている制御モジュールを接続
するために、相応した制御電子回路が接続ケーブル、接
続クランプあるいはその他の接触装置を介して圧電形曲
げ変換器２に接続されている。この制御電子回路は制御
モジュールのハウジング１に取り付けられるか、あるい
は接続ケーブルが相応した長さを有している場合には編
機の他の場所に取り付けられる。

【００２８】図２には本発明に基づく制御モジュールの
特に有利な実施例が正面図で示されている。その構造は
ほとんど図１における制御モジュールに相応している。
ハウジング１の外形寸法が同じである場合、圧電形曲げ
変換器２は図１における曲げ変換器に比べて約１／３だ
け短縮される。これによって機能が同じである場合、制
御電子回路はハウジング１の中に一体化させられる。こ
のようにして制御電子回路および制御モジュールは唯一
のハウジング１の中にコンパクトに収納することができ
る。

【００２９】このような構造は、制御電子回路と曲げ変
換器２との間の電気接続ケーブルが非常に短くなり電圧
パルスも高い周波数で曲げ変換器２に印加できるという
利点を有する。制御電子回路自体は電子回路板２１上に
収納されている。なおその詳細は図２に電子デバイス２
２で示されている。曲げ変換器２の後端５を固定するた
めに締付け板６が電子回路板２１上に直接固定されてい
る。電子回路板２１自体はハウジング１にここでは詳細
に示されていないがねじ止めされている。

【００３０】図１および図２における曲げ変換器２の詳
細な構造並びに電気接触部は図３における斜視図に示さ
れている。この場合図面を分かり易くする理由から曲げ
変換器２の電気絶縁被膜は示されていない。曲げ変換器
２はその後端５が締付け棒６の溝の中に固く締め付けら
れている。既に図１および図２に示したように、曲げ変
換器２の自由に動く前端８は、軸１２を介してハウジン
グ１に取り付けられているタンブラ１０に円筒状厚肉部
１４を介して可動的に接続されている。丸編機の針を制
御するための制御モジュールに対して用意された曲げ変
換器２は７５０μｍの厚さ３１および７ｍｍの幅３２を
有している。曲げ変換器２の自由端からその後方固定点
まで測定した自由長３０は３８ｍｍであるので、曲げ変
換器２の自由長３０とその厚さ３１との比率は約５０と
なっている。支持体３には既に述べたように両側面にジ
ルコンチタン酸鉛・酸化セラミックスから成る圧電活性
層４が設けられている。電気接触のために両側面におい
て薄い金属化層７がそれぞれ圧電活性層４上に設けられ
ている。支持体３並びに両側面に設けられた圧電活性層
４は曲げ変換器２の自由端と反対側において締付け棒６
の後ろまで延びている。電気接触のために炭素繊維強化
エポキシ樹脂製の支持体３は圧電活性層４の長さを越え
て延びている。電気接触のために支持体３並びにそれぞ
れ圧電活性層４の外側電極として作用する金属化層７は
ろう付け接点３４を介してそれぞれ接続ケーブル３３に
接続されている。曲げ変換器２はいわゆる三極接続端子
を備えている。

【００３１】図４に示すように、両外側電極間にあるい
は両圧電活性層４の金属化層７間に２００Ｖの電位差が
印加されている。ジルコンチタン酸鉛・酸化セラミック
スとして形成された圧電活性層４の偏極方向３６は支持
体３の両側面に示した方向に、即ち印加された電位差に
よって生ずる電界の方向に向いている。そして曲げ変換
器２を制御するために支持体３には交互に０Ｖおよび２
００Ｖの電位が印加される。０Ｖの電位が印加される際
には図４において上側に位置する圧電活性層４にかかる
電位差も同じく０Ｖである。従って電界は存在せず、圧
電活性層４は能動化されない。これに反して図４におい
て下側に位置する圧電活性層４には２００Ｖの電位差が
印加されている。それにより生ずる電界は偏極方向に向
いている。下側に位置する圧電活性層４は従って能動化
され、電界に対して垂直の方向に即ち偏極方向３６に対
して垂直方向に緊縮する。その結果、図３に示されてい
る曲げ変換器２の自由端が下向きに湾曲して、軸１２を
介して回転可能に支持されているタンブラ１０のフィン
ガが上向きに移動する。これに対して支持体３に＋２０
０Ｖの電位がかけられたとき、それに応じて図３および
図４において上側に位置する圧電活性層４が緊縮して、
タンブラ１０のフィンガが下向きに動く。

【図面の簡単な説明】

【図１】丸編機用の制御モジュールの有利な実施例の正
面図。

【図２】制御電子回路がハウジングの中に一体化されて
いるような丸編機用の制御モジュールの有利な実施例の
正面図。

【図３】制御モジュール内に支持され両側面に圧電セラ
ミックスが設けられている曲げ変換器の斜視図。

【図４】図３に示されている曲げ変換器の電気配線図。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 曲げ変換器 ３ 支持体 ４ 圧電活性層 ５ 曲げ変換器の後端

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング（１）およびその中に配置さ
   れた少なくとも一つの圧電形曲げ変換器（２）を備え、
   この曲げ変換器（２）が平坦な支持体（３）を有し、こ
   の支持体（３）が少なくとも一方の側面に圧電活性層
   （４）を備え、後端（５）がハウジング（１）に固く結
   合されている織機又は編機の針を制御するための制御モ
   ジュールにおいて、曲げ変換器（２）の自由長（３０）
   とその厚さ（３１）との比率が４０〜７０であることを
   特徴とする織機又は編機の針を制御するための制御モジ
   ュール。
2. 【請求項２】 針を制御するために曲げ変換器（２）が
   圧電活性層（４）の電極に１００Ｖ以上の電圧を印加す
   ることによって作動させられることを特徴とする請求項
   １記載の制御モジュール。
3. 【請求項３】 圧電活性層（４）が圧電セラミックスで
   あり、電圧の印加によって生ずる電界が圧電セラミック
   スの偏極方向（３６）に向いていることを特徴とする請
   求項２記載の制御モジュール。
4. 【請求項４】 曲げ変換器（２）の両側面に圧電活性層
   （４）が設けられていることを特徴とする請求項１ない
   し３のいずれか１つに記載の制御モジュール。
5. 【請求項５】 曲げ変換器（２）の厚さ（３１）が５０
   ０μｍ〜９００μｍであることを特徴とする請求項１な
   いし４のいずれか１つに記載の制御モジュール。
6. 【請求項６】 曲げ変換器（２）の幅（３２）が２ｍｍ
   〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし５の
   いずれか１つに記載の制御モジュール。
7. 【請求項７】 支持体（３）が繊維複合材料から成って
   いることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つ
   に記載の制御モジュール。
8. 【請求項８】 曲げ変換器（２）を作動させるための制
   御電子回路がハウジング（１）の中に配置されているこ
   とを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載
   の制御モジュール。
9. 【請求項９】 制御電子回路が電子回路板（２１）上に
   配置され、曲げ変換器（２）の後端（５）が電子回路板
   （２１）に固定されていることを特徴とする請求項８記
   載の制御モジュール。
10. 【請求項１０】 互いに平行に延びる複数個の曲げ変換
    器（２）が設けられていることを特徴とする請求項１な
    いし９のいずれか１つに記載の制御モジュール。