JPS5913418B2 - 摩擦軸駆動式巻取機の張力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は摩擦軸駆動式巻取機の巻取張力制御装置に関
する。

従来、軸駆動式巻取機の自動張力制御は磁粉クラッチ等
の採用により広く行われるようになつたが、いわゆるフ
リクション巻取軸を用いるものの自動張力制御は未だ見
るべきものがない。

従来のフリクション巻取軸の代表的なものを第１図Ａに
示す。

シートｓを巻取る紙管１は内面を滑止め金具２つき環３
（第１図Ｂ）により支持され、各環３は駆動軸５に滑り
キーで止めた鍔付管４（第１図Ｃ）に滑台している。バ
ネ６により末端の鍔付管４を加圧すると、紙管１をとら
えた環３と、鍔付管４との間に摩擦力を発生し、駆動軸
５の回転が摩擦を介して紙管１・＼伝わる仕組みである
。この従来のフリクション巻取軸は、バネ６に近い位置
の環３の伝達トルクは大きく、バネから離れるほど伝達
トルクが小になる。

シート巻取りが進み、その重量が軸に加わると、上の傾
向を助長する、といつた欠点が避けられなかつた。そし
て、そのバネ６の加圧力は、現場技術者が経験と勘で、
ネジを締めたりゆるめたりして調節している。本発明者
は、上のような現状を改善するため中空駆動軸の内圧調
節により、紙管・＼の伝達トルクを調節できる巻取軸を
開発し、特開昭５２−１０２９６３として公開ずみであ
る。またその改良型も実願昭５３−１０７４７２として
出願ずみである。この発明は、上記のような内圧調節゛
により伝達トルクを加減できる型式に属する摩擦軸駆動
式巻取機の完全自動張力制御装置を提供する。

第２、３図はこの発明の機械部分の一実施例を示すもの
で、中空駆動軸１１、多数の紙管受け環１２、圧力伝達
機構のエアチューブ１３、三つ割カラー１４、突出球受
け１５、鋼球１６、流体圧力調節装置の弁１７等がその
主な部品である。

中空駆動軸１１は両端部を軸受１８により支えられ、軸
端Ｉｌａから入れた流体、この場合、圧縮空気により内
圧をかけられる。圧縮空気の供給装置は周知のもので、
圧力調節装置の弁１７はこの場合制御モータ１９により
駆動される減圧弁である。この駆動軸１１の中空穴中心
部に、先端を閉じたエアチューブ１３が通してあり、こ
れに圧縮空気を送ると外側・＼ふくらんで、これを包む
三つ割カラー１４を張り出す。

三つ割カラー１４の相互係合部は周知のように一方の凹
溝・＼他方の突条が出入して接近離反できる。一片の長
さは任意であるが、エアチユーブ１３の全長を囲むよう
に設置してある。駆動軸１１には軸壁を貫通する穴２０
が各紙管受け環１２の下に三個ずつ等分布し、各穴２０
に各三つ割カラー片１４の突出球受け１５が入込んで、
球受け１５先端に鋼球１６を載せている。

この鋼球１６が紙管受け環１２の内周溝２１に入込んで
いる。この内周溝２１と鋼球１６の間の圧力を加減して
摩擦駆動トルクを加減するのである。

両者の間の圧力はエアチユーブ１３内の空気圧により加
減でき、その空気圧は圧力調節弁１７により加減できる
。なお、．紙管受け環１２と紙管１との係合は、この場
合、これも本発明者が開発した環１２外周の傾斜溝２２
に納めた鋼球２３のくさび作用によつている。

なお、この実施例は図示した各機械部品のほかに、図を
略した周知のシート巻取量検出装置と、後述する張力制
御用小型コンピユータを備える。

次に、この発明の張力制御装置の原理を説明する。第２
図のように、この巻取軸でシートＳを巻取る時の巻取張
力Ｔは、紙管１に伝達された巻取トルクτを巻取半径χ
により割つて得られる。Ｔ−τ／χ巻取トルクτは鋼球
１６と溝２１との間の摩擦力Ｆに半径Ｒを乗じた厚擦伝
達トルタＦＲである。

そして、摩擦力Ｆは中空駆動軸１１の内圧Ｐによるもの
と、巻取つたシート荷重ｗによるものとの合成となる。
Ｆ＝μ（ＡＰ＋πχ２Ｂρ） 但し、μは摩擦係数、Ａ，Ｂは設備、巻取条件により決
まる常数、ρはシート比重、χは巻取半径として検出し
た巻取量である。

従つて次の式が得られる。Ｔ＝τ／χ＝μ（ＡＰ＋πＢ
ρχ２）Ｒ／χこの巻取張力Ｔが制御対象で、この値を
巻取量に応じて最も好ましい値にするのである。

この発明では、その張力ー巻取量線図を多種類のパター
ンとして準備する。第Ａ図にその三種１，，だけ例示し
ているが、これらのパターンは例えば次式でコンピユー
タに人れられる。Ｔ＝Ａｆ（χ）ｂ＋ＴＯ但し ａはパターンの増減度合を決める係数、 ｂはその湾曲特性を決める係数、 ＴＯは所要初期張力である。

従つて、この場合は μ（ＡＰ＋πＢρχ２）Ｒ／χ＝Ｔ ａｆ（χ）ｂ＋ＴＯ を常時、満足するように内圧Ｐを制御すれは、実際の巻
取張力を設定パターンに一致させられる。

このような考え方を具体化するため小型コンピユータを
活用するのであつて、それを第５図によつて説明する。
第５図の３１は設定つまみ３１ａをもつ張力ー巻取量線
図パターン設定部で、この場合は用意した数種のパター
ンから、一つを設定つまみ３１ａで選択する型式をとつ
ているが、上式の係数Ａ，ｂ，ＴＯを各個に設定するつ
まみを設ければ、さらに多様な精密パターンを設定でき
る。

第」０図にフローチヤートを示すが、小型コンピユータ
は、巻取開始により、シート諸数値設定つまみ３２ａ，
３２ｂ１上記設定部３１で設定された諸係数、諸数値Ａ
，ｂ，ＴＯ，Ｂ，ρ等及び巻取量検出装置３３の検出値
χを入力する。

３２は演算制御部で、前記各入力値と、並びにπ、Ｒ等
の予め与えられている常数とにより、駆動軸１１、紙管
受け環１２間摩擦駆動トルクτが設定パターンの張力Ｔ
に適するような流体圧Ｐ１つまりχ
χＢρＰ＝？｛Ａｆ（χ）ｂ＋ＴＯ｝−一
χ２ ＡμＲＡ を満足させる所要流体圧Ｐを演算し、これを出力して圧
力調節装置１７を制御する。

そして、この小型コンピユータ一は、シート巻太りに従
い増大する巻取量χを刻々人力し、巻取完了等による停
止指令が出るまで、所要流体圧の演算、制御を続けるの
で、摩擦軸１１の内圧（流体圧）は常時適正に保たれる
。圧力調節装置１７は電空変換部である。３４は駆動源
で、駆動軸１１を介して、巻取つたシートロールＳを回
転駆動しており、そのシートロールＳの半径増大を検出
装置３３（第９図のポテンシヨメータ８５）が検出して
いる。

鎖線で示す３５は巻取トルク（張力）検出装置で、その
検出値を演算制御部３２・＼入れフイードバツク制御す
る。

巻取トルク（張力）検出装置としては、直流モータの電
機子電流によつて負荷トルクを知るもの、駆動流体圧に
よるもの、磁粉クラツチを用いるもの、歪ゲージ、トー
シヨンバ一等を用いるもの、張カピツクアツプやダンサ
一装置により張力を検出するもの、その他、各種応用技
術により測定するものが考えられるが、以下、電機子電
流、及び磁粉クラッチによる巻取トルク検出装置を加え
たフイードバツク制御の実施例を簡単に説明する。

第６図は直流モータの電機子電流、負荷トルク特性を利
用したトルク検出装置をもつ、この発明の実施例プロツ
ク図である。その６０はモータ、６１は摩擦駆動軸、６
２は電機子電流検出、６３は単位幅トルク換算、６３ａ
は全取幅設定、６４は巻取半径検出、６５ａは張力パタ
ーン設定、６５は張力制御（第５図の演算制御部３２）
、６６は駆動軸特性補正、６７はブースターアンプ、６
８は電空変換のプロツクである。検出した電機子電流か
ら無負荷電流、機械損分を減算して全巻取トルク分とし
、これをシートの全取幅で割つて単位幅当りトルクとし
ている。駆動軸特性補正プロツク６６では、単位幅トル
クに換算された電機子電流を設定パターンの巻取トルク
と比較して、フイードバツク制御を行う。なお実施に当
つては機械損分等の校正回路を加え、加減速時の慣性の
影響を補正する必要がある。

第ｊ図は磁粉タラツチによるトルク検出でフイードバツ
ク制御した実施例で、その７０はトルク検出、７０ａは
取出歯車、７１は磁粉クラツチ、７２は被駆動側パルサ
ー、７３は巻軸パルサー、７４はスリツプ検出、７５は
磁粉クラツチ電流制御、７６は磁粉クラツチ特性補正の
各プロツクである。この７０番代のプロツクがフイード
バツク制御のため加わつている。巻製品の回転数は零を
含んで広範囲に変化するが、摩擦駆動軸１１と紙管受け
環１２とのスリツプ回転数はあまり大きくできない。

そこで、磁粉クラツチをブレーキトルクの設定に使用し
、駆動トルクとブレーキトルクとが平衡するように磁粉
クラツチの伝達トルクをフイードバツク制御するのであ
る。次に、この発明装置の操作、用法を説明する。

まず巻取るべきシートの材質、寸法が決まつたら小型コ
ンピユータの演算制御部３２の設定つまみ３２ａ，３２
ｂ等によりシートの比重、幅等諸数値を設定する。そし
て、巻取技術者の研究、データ等により、最適と思われ
る巻取張力のパターンを、つまみ３１ａにより設定する
。これで、駆動軸１１・＼圧縮空気を送り、駆動用、制
御用電源スイツチを入れて巻取りを開始すれはよい。

この制御装置の用法として、例えばスリツタ一で分割さ
れたシートの隣接するものを第８，９図のように前後の
中空駆動軸１１に分けて巻取る場合、前後の巻取シート
重量に大差なければ、共通の制御装置で、両駆動軸１１
，１１の内圧を調節してよい。

一般に、駆動軸１１の摩擦駆動力に占める巻取シート重
量の役割は、駆動軸内圧に比し小である。この例では両
軸１１，１１の圧力調節弁１７も、駆動源３４も共通に
している。

スリツタ一刃８１で分割したシートは真直ぐ進み、前後
の案内ローラ８２，８２により、タツチローラ８３，８
３を経て前後の駆動軸１１，１１の紙管に巻取られる。
このタツチローラ８３の支持アーム８４は、その揺動軸
にポテンシヨメータ８５をつけ、この場合の巻取量検出
装置としている。ポテンシヨメータ８５が、その回動角
によりシートＳ巻取半径χの変化を電気量に変え、小型
コンピユータの演算制御部３２・＼送るのである。最後
に、Ｆｆ．ｌｌ図のプロツク図により、この発明の構成
を要約すれば、軸端から入れた流体により内圧をかけら
れる中空駆動軸１１と、この駆動軸１１に摩擦係合する
ようにはめた多数の紙管受け環１２と、上記駆動軸１１
の内圧増減により上記軸１１、環１２間摩擦を増減する
圧力伝達機構１３，１４，１５，１６と、上記流体供給
側の圧力調整装置１７と、巻取量検出装置３３と、張力
ー巻取量線図パターン設定部３１、シート諸数値設定つ
まみ３２ａ，３２ｂをもち、上記巻取量検出装置３３の
検出値を受入れて上記軸１１、環１２間摩擦駆動トルク
が設定パターン張力に適するよう上記圧力調整装置１７
を制御する張力制御用小型コンピユータ（演算部３２）
とを備えることを特徴とする摩擦軸駆動式巻取機の張力
制御装置である。

なお図では小型コンピユータを鎖線で囲んでいる。破線
の３４は駆動源、１は紙管、Ｓは巻かれたシートである
。以上、小数の実施例によつて説明したが、この発明の
実施態様は、その機械部分、制御装置共に、設計条件、
設計者の考え方により、発明の要旨を変える事なく、多
様に変化し得ることは、いうまでもない。

例えば、駆動軸と紙管受け環の摩擦係合機構や、その摩
擦係合部に軸内圧を伝える圧力伝達機構は、鋼球と凹溝
の係合、エアチユーブと三つ割カラーによる伝達に限ら
ず、周知の摩擦駆動機構の応用、流体圧駆動機構の応用
で多様に設計できる。

圧力調節装置についても、コンピユータについても同５
様である。この発明は摩擦駆動式巻取機の摩擦駆動力を
駆動軸内流体圧の調節により加減できる型式のものにお
いて、その摩擦駆動力を解明して、これをコンピユータ
制御できる事を示した。

そして具体的には、小型コンピユータに張力パターン設
定用つまみ、シート諸数値設定用つまみを設け、現場技
術者が、その巻取技術、研究、経験データにより適当な
張力パターンを設定すれば、そのシートとして最高の巻
上り製品を得られるようにしたので冫ある。また製品ご
とに、その張力パターンが記録に残せるため、品質管理
、巻取技術向上効果も大きい。従来、この種巻取機の製
品は、巻取つた技術者自身、その巻取中の張力経過が実
際には分らなかつた事を考えれば、この発明の技術的効
果は明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは従来の摩擦軸駆動式巻取機の軸部説明図、第
１図Ｂ，Ｃはその部品説明図、第２図はこの発明の実施
例説明図、第３図はその駆動軸断面”図、第４図は張力
パターン三種の線図、第５図は小型コンピユータ説明用
プロツク図、第６，７図はフイードバツク制御を加えた
制御製造二種類のプロツク図、第８，９図は同一制御装
置により二駆動軸を制御する実施例の平面及び立面説明
図第゛１０図は小型コンピユータのフローチヤート、第
１１図はこの発明の構成を示すプロツタ図である。 １１・・・・・・中空駆動軸、１２・・・・・・紙管受
け環、１３，１４・・・・・・圧力伝達機構のエアチユ
ーブと三つ割カラー、１７・・・・・・圧力調節装置の
弁、３１・・・・・・パターン設定部、３２・・・・・
・演算制御部、３３，８５・・・・・・巻取量検出装置
のポテンシヨメータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 軸端から入れた流体により内圧をかけられる中空駆
   動軸と、この駆動軸に摩擦係合するようにはめた多数の
   紙管受け環と、上記駆動軸の内圧増減により上記軸、環
   間摩擦を増減する圧力伝達機構と、上記流体供給側の圧
   力調整装置と、巻取量検出装置と、張力一巻取量線図パ
   ターン設定部、シート諸数値設定つまみをもち、上記巻
   取量検出装置の検出値を受入れて上記軸、環間摩擦駆動
   トルクが設定パターン張力に適するよう上記圧力調整装
   置を制御する張力制御用小型コンピュータとを備えるこ
   とを特徴とする摩擦軸駆動式巻取機の張力制御装置。