KR100437236B1 - 정확한코드길이와장력을갖는코드섹션의부착장치및부착방법 - Google Patents

Abstract

회전가능한 맨드릴(14)에 코드(12)를 정확히 부착하는 방법 및 장치는 제어 파라미터로서, 코드 장력 보다는 오히려 코드 길이의 제어를 이용한다. 장치는 맨드릴(14)의 외면상에 장착된 팽창가능한 격막(54)을 갖는 맨드릴(14)을 구비한다. 격막(54)은 제어 입력에 대응하여 맨드릴(14)의 원주를 동적으로 조정하기 위해서 제어 밸브(58)와 가압 유체원을 거쳐 선택적으로 팽창가능하다. 제어 입력은 감겨져 있는 코드(12)내의 장력을 판독한다. 코드(12)는 코드(12)의 수요량 이송에 의해서 보다는 오히려 맨드릴의 형상, 원주 및 회전 속도에 기초한 규정 알고리즘에 따라 맨드릴(14)에 양의 이송된다. 장치는 전자식으로 조정되는 양의 이송 제어 캡스턴(18)을 구비한다. 장치는 원주방향으로 배향되는 힘으로부터 반경방향으로 배향되는 힘을 분리하는 코드-레잉 휠(30)을 구비한다. 본 발명의 제 2 실시예는 코드(12)가 부착되는 동안 제 1 및 제 2 풀리(14A, 14B)상에서 회전하는 벨트를 구비한다. 제 1 및 제 2 풀리(14A, 14B)간의 중심 거리는 코드(12)내의 코드 장력을 제어하도록 선택적으로 조정가능하다.

Description

정확한 코드 길이와 장력을 갖는 코드 섹션의 부착 장치 및 부착 방법{METHOD AND APPARATUS OF PRODUCING BELTS WITH PRECISE CORD LENGTH AND TENSION}

회전 맨드릴에 코드를 부착하는 통상의 방법은 맨드릴의 치수, 특히 직경 및 원주가 본질적으로 일정한 것을 의미하는 최소 컴플라이언스의 실린더형 맨드릴을 필요로 한다. 맨드릴은 강체 실린더일 수 있으며, 이 경우에 코드 길이는 정확한 원주를 갖는 실린더형 맨드릴을 선택함으로써 제어된다. 다른 맨드릴은 실린더가 아니며, 본 명세서에 개시된 발명은 또한 이러한 맨드릴에도 사용된다.

종래기술의 맨드릴에 있어서, 맨드릴 원주는 물질층을 맨드릴의 표면에 부가하거나 제거함으로써 조정된다. 다른 맨드릴은 원과 비슷한 일련의 호를 형성하는 반경방향의 텔레스코프식 부재를 가진다. 이들 모두에, 수요량 이송 모드(ademand feed mode)에서 실용적일 만큼 정확하게 코드 장력을 제어하는 가이드 휠을 사용하여 코드를 부착한다. 맨드릴의 일회전당 코드의 길이는 실린더 원주에 좌우되며, 따라서 실린더의 제조 허용오차에 좌우된다.

맨드릴은 종종 자동차에 응용되는 타이밍 벨트 또는 구동 벨트와 같은, 탄성 중합체 벨트 제품의 제조에 사용된다. 대부분의 벨트 디자인은 또한 코드에 앞서 다른 벨트 재료의 층을 실린더에 귄취하는 것을 필요로 한다. 이들 재료의 두께, 경도 및 온도의 허용오차는 또한 코드의 길이에 영향을 미칠 수 있다.

본 발명은 실린더 또는 그 아래 층의 허용오차에 상관없이 코드 길이를 제어한다. 게다가, 본 발명은 100만분의 30의 고정밀도로 코드 길이를 제어할 수 있다. 코드 길이 에러는 결과적으로 치형부 부정합과 치형부 또는 벨트의 조기 고장을 가져올 수 있어서 치형 타이밍 벨트를 제조하는데 특히 중요하다.

본 발명의 다른 장점은 본 발명에 의해서 제조된 나선형 코드 구조체가 길이 정확도의 손실 또는 나선 크기의 변형없이 실린더로부터 쉽게 분리될 수 있다는 것이다. 이것은 코드를 갖는 벨트가 타이어 몰드와 같은 외부 몰드내에서, 또는 프레스, 로터큐어(rotocure: 회전가황 프레스), 또는 조립경화 장치(sectional cure device)내에서 내압에 의해 형성되도록 한다. 이 벨트는 맨드릴의 절첩가능성으로 인하여 쉽게 분리가능하다. 맨드릴을 절첩하면 코드내의 장력이 해소되어 벨트를 맨드릴로부터 용이하게 분리시키기에 충분한 간극이 제공된다.

타이밍 벨트는 외부 표면상에 실린더축과 평행한 치형부를 갖는 실린더형 몰드상에서 통상 제조된다. 직물, 고무, 플라스틱, 또는 다른 가요성 재료의 층이실린더 표면 위에 놓인다. 코드는 조립체의 외측부상에 권취된다. 부가의 재료가 코드위에 배치될 수 있다. 벨트는 경화 공정동안 격막으로부터 반경방향 내향 압력을 가함으로써 형성된다. 마무리가공된 제품은 몰드 치형부와 벨트 치형부가 탈착하도록 제품을 축방향으로 미끄럼운동시킴으로써 분리된다. 이 공정은 축방향 치형부를 갖는 벨트 또는 1세트의 나선형 치형부를 갖는 벨트에 대해서 작용할 수 있지만, 헤링본(herringbone), 이중 나선, 또는 지그재그 치형부와 같은 단속적인 치형부에 대해서는 작용할 수는 없는데, 이는 이들 형상의 치형부를 갖는 벨트가 맨드릴로부터 축방향으로 벗어나 미끄럼운동할 수 없기 때문이다.

본 발명은 이들 제품이 여전히 코드 길이 정확성을 보유한 채 내부 몰드보다는 오히려 외부 몰드에서 제조될 수 있도록 한다. 또한 이것은 이들 제품이 코드 길이 정확성을 보유한 채 평평한 조립 몰드에서 제조될 수 있도록 한다. 이들 양 방법 모두는 몰드 표면에 거의 수직한 운동에 의해서 벨트 치형부가 몰드로부터 탈착되도록 한다. 이것은 단속된 형상의 치형부가 몰드로부터 분리되도록 한다.

본 발명은 디자인면에서 단순하고, 사용시 효과적이며, 전술한 문제점 및 기타 다른 문제점을 극복하며 더 바람직한 결과를 가져오는 정확한 코드 길이와 장력을 갖는 벨트를 제조하는 신규하고 개량된 방법을 개시한다.

발명의 요약

본 발명에 따르면, 정확한 코드 길이와 장력을 갖는 벨트를 제조하는 신규하고 개량된 방법이 제공된다.

본 발명은 기어구동식 이송 캡스턴(geared feed capstan)을 사용하여 회전맨드릴에 정확한 길이의 코드를 부착하는 방법 및 장치이다. 기어구동식 이송 캡스턴은 맨드릴의 1회전에 대해 선택된 코드의 길이를 측정하고 계량한다. 코드 또는 와이어를 감기에 적합한 실재 재료는 모두 탄성적이거나 또는 신축가능하여, 그 길이를 측정할 때 부착될 코드 길이를 정확히 지정하여 코드의 장력을 특정해야 한다. 이송 캡스턴의 측정 및 계량의 정확성은 이송 캡스턴에 도입 및 배출되는 코드의 장력에 의해 영향을 받는다. 이 때문에 코드의 장력의 측정 및 제어를 필요로 한다. 배출 장력은 맨드릴(14)의 팽창에 의해서 제어된다. 도입 장력은 장력 제어 캡스턴에 의해서 일정하게 유지되지만, 정확한 도입 장력을 유지하는 어떤 다른 수단도 적합할 수 있다. 본 상세한 설명에서, 배출 코드의 장력 제어는 팽창 맨드렐과 팽창을 부분적으로 제어하는 장력 감지 로드 셀에 의해서 이루어진다. 코드 길이를 제어하는 주요 개념과 코드 장력을 제어하는 부수적인 개념이 본 발명의 핵심이다.

일본 특허 출원 제 JP 63 0230234 A 호에 있어서, 수지-침투 필라멘트는 회전 몰드 지그상에 권취된다. 서보모터의 회전은 장력 측정 장치와 속도 검출기로부터의 신호에 의해서 제어되고 필라멘트는 특정의 장력으로 권취된다.

예를 들어, 다른 코드 권취 장치는 코드 장력을 제어 파라미터로서 사용한다. 맨드릴이 회전할 때, 코드의 길이는 맨드릴의 원주, 상술을 위해 "수요량 이송(demand feed)"이라 불리는 방법에 의해서 결정된다. 코드의 길이는 맨드릴 원주와 그 원주의 허용오차에 좌우된다. 그렇게 부착되는 코드의 길이를 정확히 결정하는 수단은 없다.

본 명세서에 개시된 장치의 기능은 역할이 바뀔 수도 있으며(코드 길이가 부수적으로 제어되고 코드 장력이 주로 제어됨), 장치는 여전히 종래기술분야에 걸친 개선점과 장점을 부착할 수 있다. 가요성 격막의 팽창을 제어하는 로드 셀은 코드 장력을 직접 제어하는 것 대신에 사용될 수 있으며, 이송 캡스턴은 측정 및 계량 장치로서보다는 정확한 길이 측정 장치로서 사용될 수 있다. 이송 캡스턴에 의해서 측정된 길이는 맨드릴 팽창을 제어하는 데 사용되어 코드의 소망 계량 길이를 얻을 수 있다.

보다 상세하게는, 본 발명에 따르면, 코드를 회전 구조체에 부착하는 장치가 개시되는데, 장치는 코드의 길이를 조절하는 캡스턴과, 코드를 캡스턴에 공급하는 공급 수단, 회전체를 고정 및 회전하는 유지 수단 및 캡스턴으로부터 유지 수단상의 회전 구조체까지 코드를 부착하는 부착 수단을 구비한다.

본 발명의 다른 면에 따르면, 코드를 회전 구조체에 부착하는 장치는 공급 수단과 부착 수단 사이에 제 1 캡스턴과, 제 1 캡스턴과 부착 수단 사이에 제 2 캡스턴을 더 구비한다.

본 발명의 또 다른 면에 따르면, 부착 수단은 레잉 휠(laying wheel)과, 상기 레잉 휠과 제 2 캡스턴 사이에 배치된 제 2 장력 센서를 구비한다.

본 발명의 또 다른 면에 따르면, 코드를 회전 구조체에 부착하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 코드를 공급 수단을 경유하여 캡스턴에 공급하는 단계와, 코드를 캡스턴 둘레에 위치설정하는 단계와, 이에 의해서 장력을 코드에 가하는 단계와, 코드를 부착 수단으로 이송하는 단계 및 코드를 회전 구조체 둘레에 부착하는단계를 포함하며, 상기 회전 구조체는 맨드릴 수단에 결합되어 있다. 회전 구조체는 팽창가능하다.

본 발명의 다른 면에 따르면, 이 방법은 상기 맨드릴의 형상, 원주 및 회전 속도에 기초한 규정 알고리즘에 따라 맨드릴에 코드가 양(+)의 이송(postively feed)되는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 일 면에 따르면, 코드를 회전가능한 맨드릴에 정확히 부착하는 장치는 제어 입력에 대응하여 맨드릴의 원주를 동적으로 조정하는 수단을 구비한다. 조정용 수단은 맨드릴의 외면상에 장착된 팽창가능한 격막이다.

본 발명의 다른 면에 따르면, 측정된 코드의 장력의 피드백 제어 입력에 대응하여 격막을 선택적으로 팽창 또는 수축시킴으로써 맨드릴 원주를 동적으로 조정할 수 있는 제어 밸브를 구비하는 제어 수단을 구비한다.

본 발명의 또 다른 면에 따르면, 장치는 제어 밸브와 장력 제어 수단을 구비하는 제어 수단을 구비하는데 여기서 장력 제어 수단은 전자식 기어 구동 장력 제어 캡스턴이다.

본 발명의 또 다른 면에 따르면, 코드를 상기 맨드릴상에 덮어 씌워지는 코드-레잉 수단은 상기 맨드릴로부터의 반경방향 힘이 전달되지 않게 하는 코드-레잉 휠을 구비한다. 본 발명의 다른 면에 따르면, 벨트는 제 1 및 제 2 풀리상에 달릴 수 있다. 제 1 및 제 2 풀리는 중심 거리 만큼 이격되어 있으며, 중심 거리는 코드내의 코드 장력을 제어하도록 선택적으로 조정가능하다. 제 1 및 제 2 풀리간 중심 거리는 상기 코드의 맨드릴상으로의 포지티브 이송중 코드내 코드 장력을 제어하도록 동적으로 조정가능하다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 위치-결정 수단, 즉 엔코더는 맨드릴을 회전시키는 모터와 샤프트에 작동적으로 연결되어 있다.

본 발명의 또 다른 면에 따르면, 코드를 회전가능한 맨드릴에 정확히 부착하는 방법은 맨드릴을 회전시키는 단계를 포함하며, 상기 맨드릴은 제어 입력에 대응하여 맨드릴의 원주를 동적으로 조정하는 수단을 가지며, 상기 수단은 상기 맨드릴의 외면상에 장착되는 팽창가능한 격막이며 제어 입력을 상기 수단에 보내 코드의 소망 장력을 유지하기 위해서 상기 맨드릴의 원주를 조정한다.

본 발명의 또 다른 면에 따르면, 코드를 회전가능한 맨드릴에 정확히 부착하는 방법은 맨드릴을 회전시키는 단계와, 코드를 상기 맨드릴로 이송하는 단계와, 코드를 상기 맨드릴상에 덮어 씌우는 단계와, 원주방향 힘으로부터 반경방향 힘을 차단하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 장점은 규정 알고리즘에 따라 회전 구조체에 사전결정된 길이와 장력으로 코드를 부착하는 능력을 가지며, 상기 부착은 회전 구조체의 형상, 크기 및 속도에 상관없이 제조된다.

본 발명의 다른 장점은 캡스턴 안팍으로의 장력을 정확히 제어하는 수단과 함께 정확한 이송 캡스턴을 사용하는데 있다.

본 발명의 또 다른 장점은 코드의 장력을 이송 캡스턴속으로 제어하는 장력 캡스턴의 사용에 있다.

본 발명의 또 다른 장점은 회전 구조체를 감싸고 있는 코드에 대해 반경방향으로 팽창하게 함으로써 이송 캡스턴으로부터 회전 구조체까지의 장력을 제어하는데 있다.

본 발명의 또 다른 장점은 맨드릴이 회전할 때 측정된 장력의 피드백을 사용하여 소망 코드 장력을 얻도록 조정하기 위해서 측정된 맨드릴의 반지름을 동적으로 조정하는 능력을 가지는 것이다.

본 발명의 또 다른 장점은 코드 위치를 맨드릴상에서 정확히 제어하고, 결과적으로 코드에 장력을 발생시키는 소망 힘과 코드를 덮어 씌울때 생기는 반경방향 힘을 분리하도록 강체 코드 레잉 휠을 사용하는 것이다.

본 발명의 또 다른 장점은 두 개 이상의 풀리상에서 회전하는 벨트 슬랩상에 코드를 확실히 이송시키는 타이밍 벨트 또는 체인의 사용에 있다.

본 발명의 또 다른 장점은 풀리간의 중심간 거리를 조정하여 코드의 확실한 이송 동안 코드 장력을 제어하는 능력을 가진다는 것이다.

본 발명의 이외 다른 장점은 이하의 상세한 설명을 읽고 이해하는 당해기술분야의 당업자들에게 자명할 것이다.

본 발명은 일정한 부품과 그 부품의 조립체로 물리적인 형태를 취할 것이다. 이들 부품의 바람직한 실시예는 상세한 설명에서 설명되고 이 상세한 설명의 일부를 형성하는 첨부 도면에 도시될 것이다.

본 발명은 회전 구조체에 코드를 부착하는 장치 및 방법의 기술분야에 관한 것으로, 특히 정확한 코드 길이와 코드 장력을 갖는 탄성 중합체 벨트를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 정밀한 코드 길이를 갖는 벨트를 생산하는데 사용되는 본 발명에 따른 장치의 사시도이고,

도 2는 단일 맨드릴보다는 오히려 2개의 풀리를 형성하는 본 발명에 따른 부가의 실시예의 사시도.

바람직한 실시예를 예시할 뿐 본 발명을 제한하기 위한 것이 아닌 도면을 참조하면, 도 1은 코드(12)를 회전 맨드릴(14)에 부착하는 장치(10)의 사시도를 도시하고 있다. 도시된 맨드릴(14)은 실린더형이지만 본 명세서에 개시된 방법과 장치는 비실린더형 맨드릴에 대해서 균등하게 적용가능하며 이러한 실시예는 청구범위의 보호 대상의 균등 범위에 있다.

본 발명은 코드(12)가 장력를 받고 있는, 본 발명의 장치에 따른 3개의 영역 또는 스판(span)에 관해 통상적으로 개시된다. 제 1 스판(12C)에서 코드(12)는 장력(T1)를 받고 있다. 제 1 스판(12C)은 이송 캡스턴(18)으로부터 맨드릴(14)까지 코드(12)의 경로이다. 제 2 스판(12B)에서 코드(12)는 장력(T2)을 받는다. 제 2 스판(12B)은 전자식 기어 구동 장력 캡스턴(16)으로부터 이송 캡스턴(18)의 입구까지의 코드(12)의 경로이다. 제 3 스판(12A)에서 코드(12)는 장력(T3)을 받는다. 제 3 스판(12A)은 장력 캡스턴(16)으로부터 코드(12)의 공급원까지의 코드(12)의 경로이다.

장력 캡스턴(16)은 코드 경로(12A)의 제 1 섹션에서의 장력(T3)에서 경로(12B)의 제 2 섹션에서의 장력(T2)까지 코드(12)의 장력을 변화시키는 수요량이송, 장력 제어 장치이다. 이러한 코드 장력의 변화는 장치(10)가 코드 경로의 제 2 섹션(12B)에서 가변 코드 속도로 작동하는 동안 발생된다. 가변 코드 속도는 이송 캡스턴(18)에 도입되는 코드(12)에 필요한 속도로 결정된다. 제 2 경로 섹션(12B)의 코드 장력은 종래의 디자인에 따르는 장력 센서(20)에 의해서 측정된다. 당해의 특정 실시예에 대한 건전한 기술적 판단을 얻도록 선택된 어떤 장력 센서(20)도 충분하다. 장력 센서(20)는 이송 캡스턴(18)의 속도에 대해 장력 캡스턴(16)의 속도를 제어하여 제 2 경로 섹션(12B)의 길이의 임의의 변화를 보정하고 제 2 경로 섹션(12B)의 장력(T2)을 소망 레벨로 유지하도록 제어한다.

장력 캡스턴(16)은 바람직하게는 종래의 디자인을 가지며 이것은 장력 캡스턴(16)과 코드(12) 사이의 마찰계수와 접촉 아크에 의존한다는 것을 의미한다. 장력 캡스턴(16)은 모두 영보다 큰 장력(T3와 T2)에 더 의존하여 비교적 장력(T3)의 변화에 독립적인 장력(T3와 T2)의 차를 창출하는데 이 때 장력(T2)은 장력(T3) 보다 크거나 작다. 허용가능한 장력(T3)은 코드(12)의 특성과 당 벨트용 코드 패키지 디자인에 의해서 결정된다. 허용가능한 장력(T3)은 개시된 몇 개의 구성요소의 성분을 스케일링함으로써 수 그램 내지 수백 파운드 또는 킬로그램에 걸쳐 변화할 수 있다.

장력 캡스턴(16)을 회전시키는 모터(22)용 제어 시스템은 장력 센서(20)의 피드백과 이송 캡스턴 엔코더(24)로부터의 위치 데이터와 회전 데이터를 사용하여 장력(T2)를 정확히 제어할 수 있다.

이송 캡스턴(18)은 바람직하게는 전술한 특징을 갖는 하나 또는 그 이상의유사한 코드 경로(12B)로부터 이송 캡스턴(18)으로 도입되는 하나, 둘 또는 그 이상의 코드(12)를 바람직하게 수용할 수 있다. 이송 캡스턴(18)은 바람직하게는 종래의 디자인이며 코드(12)와 이송 캡스턴(18) 사이의 접촉 아크와 마찰 계수에 좌우되며 코드(12)를 경로(12B)의 제 2 부분으로부터 경로(12C)의 제 3 부분까지 진행시키기 위해서 모두 영보다 큰 장력(T2, T1)에 더 의존한다는 점에서 장력 캡스턴(16)과 유사하다. 비율(T1/T2)은 통상 0.05 내지 20에 걸쳐 있으며 바람직하게는 0.5이거나 2.0이며 더 바람직하게는 장치의 작동중 항상 1.0보다 작거나 크다.

이송 캡스턴(18)은 바람직하게는 코드(12)가 이송 캡스턴(18)에 결합할 때 고정되면 실리더형 외주면의 정확히 알려진 원주를 가진다. 이송 캡스턴(18)은 이송 캡스턴(18)에 대해 시계방향 또는 반시계방향의 토오크를 제공할 수 있는 서보모터(26)에 접속되어 있다. 이렇게 제공된 토오크는 이송 캡스턴(18)과 코드(12)를 장력(T2, T1)에 각각 독립한 경로(12B, 12C)를 따라 소망의 이송 거리를 이동시키기에 충분한 크기를 가진다.

이송 캡스턴(18)은 전자식으로 기어 구동되어서 코드(12)의 길이는 그 장력보다 오히려 제어되기 쉽다. 다시 말해서, 이송 캡스턴(18)은 코드(12)의 장력에 관해서 코드(12)를 "수요량 이송"하기 보다는, 오히려 코드(12)를 코드(12)의 길이에 대해서 "효과적으로 공급한다". 팽창 맨드릴(54)은 코드(12)의 장력을 제어한다.

회전 표면상에 코드(12)를 정확히 권취하는 다른 방법은 코드(12)가 명확하고 매우 균일한 탄성 모듈을 가지면 사용될 수 있다. 이 경우에, 이송 캡스턴(18)을 맨드릴 회전에 대해 전자식으로 기어 구동하는데 사용되는 알고리즘은 약간의 특정 장력에서의 소망 길이와, 제 3 코드 스판[장력(T1)]의 로드 셀에 의해서 감지되는 실제 장력 양자의 고려를 들 수 있다. 알고리즘은 코드의 탄성 모듈에 따라 대응하는 실제 장력(T1)에 부착된 실제 길이를 소망 코딩 장력의 소망 길이로 조정할 수 있다. 이 방법은 코드의 탄성 모듈과 유사한 탄성 컴플라이언스를 갖는 맨드릴에 좌우되며 매우 적은 범위의 조정에 의해 적용가능하다. 이 방법은 확장 맨드릴의 필요성을 없앨 수 있다. 그러나, 알고리즘은 본 명세서에 개시된 바람직한 방법보다 덜 바람직하다.

이송 캡스턴(18)은 피드 캡스턴(18)의 위치와 회전을 정확히 검출하는 엔코더(24)에 접속됨으로써 제 2 경로 섹션(12B)로부터 제 3 경로 섹션(12C)까지의 코드(12)의 이동을 정확히 측정한다.

제 3 코드 경로 섹션(12C)은 이송 캡스턴(18)으로부터, 코드(12)가 감겨져 있는 맨드릴(14)까지 연장되어 있다. 코드 경로 섹션(12C)안에는 섹션(12C)을 통과하는 각 코드(12)용 장력 측정 장치와, 적어도 하나의 코드 레잉 휠(30)이 수납되어 있다. 코드 레잉 휠(30)은 원주방향의 그루브(72)을 수납한다. 각 원주방향 그루브(72)는 하나 또는 그 이상의 코드(12)를 맨드릴(14)의 원주상에서 안내할 수 있다.

코드 레잉 휠(30), 장력 측정 장치(28), 및 이송 캡스턴(18)은 서로에 대해 단단히 장착되어 있어서 조립체(32)를 형성하여 제 3 코드 경로 섹션(12C)안에 일정한 길이를 유지한다. 조립체(32)는 반경방향 위치설정 시스템(34)상에 장착되어코드 레잉 휠(30)의 둘레를 맨드릴(14)의 회전 중심으로부터의 소망 반경방향 거리를 정확히 이동시킬 수 있는 반경방향 조립체(36)를 형성한다. 반경방향 위치설정 시스템(34)은 축방향 위치설정 시스템(38)상에 장착된 리니어 베어링 또는 슬라이드를 구비한다. 리니어 베어링은 맨드릴(14)의 회전축에 대해 수직한 방향으로 선형운동하는 단 하나의 자유도를 가진다.

반경방향 조립체(36)는 맨드릴(14)의 회전축에 평행하게 반경방향 조립체(36)를 이동시킬 수 있는 축방향 위치설정 시스템(38)상에 장착되어 있다. 축방향 위치설정 시스템(38)은 반경방향 위치설정 시스템(34)을 지지하는 리니어 베어링 또는 슬라이드를 구비한다. 축방향 위치설정 시스템(38)의 리니어 베어링은 맨드릴(14)의 회전축에 대해 평행한 방향으로 선형 운동하는 단 하나의 자유도를 가진다. 축방향 위치설정 시스템(38)은 어떤 축을 중심으로 반경방향 위치설정 시스템(34)이 원치 않는 방향으로 선형 운동하거나 회전하는 것을 방지할 수 있을 만큼 충분히 강하고, 견고하고 강성이다.

반경방향과 축방향 지지 시스템(34, 38)의 조합 운동은 맨드릴(14)의 회전축과 코드 레잉 휠(30)의 중심선을 포함하는 평면을 규정한다. 이 형상은 코드가 맨드릴(14)상에 놓일 때의 반지름의 제어를 용이하게 한다. 이들 시스템은 수요량 이송 모드에서 제어되는 장력으로 코드를 감을 수 있는 공지의 기술에 존재하는 정확도로 제조될 수 있다. 축방향과 반경방향 지지 시스템(34, 38)의 정확도와 강도는 코드-레잉 장치가 반경방향 힘과 원주방향 힘을 분리할 수 있을 정도이다.

맨드릴(14)은 맨드릴 지지 샤프트(42)에 대해 단단히 결합되며 구동모터(44)에 접속된 제 1 단부(78)를 가지는 상기 맨드릴 지지 샤프트(42)에 의해 회전하여, 구동 모터(44)가 샤프트(42)와 맨드릴(14)를 회전시킨다. 샤프트(42)의 제 2 단부(80)는 맨드릴(14)에 부착되어 있다. 샤프트(42)는 또한 상기 맨드릴의 위치를 정확히 결정하는 위치-결정 수단에 또한 결합되어 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 위치-결정 수단은 샤프트(42)와 맨드릴(14)의 위치와 회전을 정확히 측정하는 엔코더이다.

샤프트(42), 반경방향 위치설정 시스템(34), 및 축방향 위치설정 시스템(38)은 종래의 방식으로 운동을 조절하기 위해서 결합되며, 특히 일반적으로 "C" 회전축을 나타내는 샤프트(42)를 갖는 컴퓨터 수치 제어(CNC) 장치와 유사하다. 상기 시스템은 맨드릴(14)의 외부 실린더형 표면을 다른 나선형 또는 임의의 다른 특정 경로로 코드 레잉 휠(30)을 이동시키는 방식으로 샤프트(42)와 축 지지부(38)를 동시에 이동할 수 있게 한다.

반경방향 위치설정 시스템(34)이 또한 샤프트(42)와 축방향 위치설정 시스템(38)과 동시에 이동하도록 제어되면, 코드 레잉 휠(30)은 샤프트(42)를 중심으로 회전하는 회전의 3차원 표면상에 임의로 규정가능한 경로를 따라 이동할 수 있다. 3차원 형상은 토러스(torus), 타이어, 둘둘 말린 공기 스프링, 나선형 또는 가변 각도로 감긴 실린더형 스프링, 비드 설정 블레이더, 타이어 경화 블레이더, 압력 용기, 또는 미사일 케이싱과 같은 유사한 필라멘트 권취 대상물이다.

맨드릴(14)의 회전은 맨드릴 지지 샤프트(42)에 부착된 엔코더(46)에 의해서 측정된다. 이송 캡스턴(18)의 회전은 엔코더(24)에 의해서 측정된다. 제어 시스템(도시안됨)은 맨드릴(14) 또는 이송 캡스턴(18)의 회전 속도와 각가속도를 제어해야 하며, 맨드릴(14)과 이송 캡스턴(18)의 상대적인 소망 운동을 규정하는 알고리즘을 포함해야 한다. 예를들어, 실린더형 맨드릴(14)상의 일정한 나선 피치에 감긴 코드(12)의 경우에, 상대적인 운동은 이송 캡스턴(18)상의 코드(12)의 속도를, 맨드릴(14)상의 적당한 장력(T1)에서 경로(12D)를 형성하는데 필요한 이론적인 표면 속도에 맞추는 일정한 기어비를 가진다.

기계적인 수단이 이송 캡스턴(18)과 맨드릴(14)의 상대적인 운동을 제어하는데 사용될 수 있지만, 전자식 제어가 사용될 때 훨씬 유동적이고 가격이 저렴한 시스템이 달성된다. 엔코더(24, 26)는 이송 캡스턴(18)과 맨드릴(14)의 상대적인 운동 또는 속도의 에러를 검출할 수 있다. 종래의 모터 속도 제어 시스템이 모터(26, 44)의 정확한 상대 속도를 유지하는데 사용될 수 있지만, 상대 속도의 제어는 결과적으로 상당히 큰 위치 에러를 가져오는 작은 속도 에러의 누적을 가져올 수 있다. 바람직한 제어 시스템은 전자식이며 엔코더(24, 46)를 사용하여 맨드릴(14)과 이송 캡스턴(18)의 상대적인 위치를 측정하여 그들의 상대적인 위치의 에러를 검출한다. 바람직한 제어 시스템은 모터(26, 44)중 하나의 속도를 조정하여 0 에 가까운 위치 에러를 보정하기 위해 계획된 작은 속도 에러를 발생시켜 결과적으로 허용불가능한 큰 위치 에러를 가져올 수 있는 작은 위치 에러의 누적을 방지한다.

맨드릴(14)은 코드(12)가 코드 경로(12D)를 따라 감싸는 외면(86)을 가진다. 다른 벨트 재료(50)의 층은 코드(12)를 감기전에 맨드릴(14)상에 배치될 수 있다.이들 층(50)은 이산성 성분, 시이트 재료, 및 미리 부착된 권취 코드를 구비할 수 있다. 맨드릴(14)과 이들 하층(50)의 원주는 코드 경로 섹션(12C)에 소망의 최소 장력(T1)을 유지하기에 적어도 충분한 크기여야 한다. 맨드릴(14)과 하층(50)이 충분히 정확한 크기를 가지거나 또는 허용가능한 공차 범위안에 장력(T1)을 유지하는 압축성 또는 컴플라이언스를 가지면, 맨드릴(14)은 종래의 디자인일 수 있다. 장력(T1)의 제어로 더 정확한 정밀도를 얻기 위해서, 맨드릴(14)은 맨드릴(14)의 원주를 동적으로 조정하는 원주 수단을 가질 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 원주 수단은 조정가능한 반지름을 가지는 층(54)이다. 이 층(54)의 바람직한 구조체는 맨드릴(14)의 강성 구조체에 부착된 가요성 격막(54)으로 구성되며, 맨드릴(14)과 격막(54) 사이에 액밀한 공동을 형성한다. 유체는 맨드릴(14)의 원주를 제어하는 제어 수단에 의해서 격막(54)으로 도입된다. 바람직한 실시예에 있어서, 제어 수단은 격막(54)을 반경방향으로 연장할 수 있는 제어 밸브(58)이기 때문에, 인-프로세스 벨트의 하층(50)의 반지름 또는 원주를 소망의 크기로 조정하여 소망의 장력(T1)을 얻을 수 있다. 장력 캡스턴(16)은 장력을 이송 캡스턴(18)을 향해 제어하며, 이송 캡스턴(18)으로부터 벗어나려는 장력은 팽창 격막(54)에 의해서 제어된다. 코드 경로(12C)의 장력 센서(28)는 맨드릴(14)과 격막(54) 사이의 공동내의 유체의 양을 조정하는데 밸브(58)를 사용하는 제어 시스템에서 피드백 요소로서 사용될 수 있다.

장력(T1)의 제어에 있어서 부가의 개선은 코드 레잉 휠(30)을 정확한 소망 코드 레잉 반지름에 위치설정함으로써 달성되어 레잉 코드에 관계된 반경방향 힘이코드 레잉 휠(30), 위치설정 시스템(34, 38) 및 장치의 프레임에 의해서 지지된다. 이것은 장력(T1)을 단지 원주방향 힘에만 의존하게 한다.

전술한 맨드릴(14)과 격막(54)은 맨드릴(14)상에 제조되는 타이밍 벨트 길이의 매우 미소한 조정을 부착한다. 다른 반지름을 가진 맨드릴(14)은 맨드릴 지지 샤프트(42)에 부착되어 타이밍 벨트의 길이 또는 원주를 다양하게 할 수 있다. 맨드릴(14)은 긴 타이밍 벨트를 제조하기 위해서 큰 직경과 무게를 가져야 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예가 개시되어 있다. 다양한 길이를 가지며, 일부는 길지만 맨드릴(14)의 재고를 가지지 않는 벨트를 제조하는 것은 종종 바람직하다. 도 2는 특정의 중심간 거리(E)에 배치되어 타이밍 벨트의 길이를 변화시킬 수 있는 풀리 또는 스프로킷(14A, 14B)를 가지는 기계를 도시한다. 타이밍 벨트는 풀리(14A, 14B)둘레에 형성되어 벨트 길이가 풀리(14A, 14B)의 원주 플러스 풀리(14A, 14B)사이의 중심간 거리(E)의 2배에 의해서 결정된다.

전술한 효과적인 피드 시스템은 단지 벨트 운동이 정확히 측정될 수 있을 때 그러한 제조 기계에 적용될 수 있다. 하층 벨트 구조가 더 이상 맨드릴(도 1 참조)에 부착되지 않기 때문에, 이 위치는 풀리(14A, 14B)의 위치 또는 축(42A, 42B)의 회전을 측정함으로써 측정될 수 없다. 풀리(14A, 14B)상의 스프로킷(64)에서 이동하는 리더 체인 또는 타이밍 벨트(62)는 사전결정된 위치에 풀리(14A, 14B) 둘레의 코드(12)의 단부를 안내하는데 사용될 수 있다. 장력(T1)은 풀리(14A, 14B)의 중심간 거리(E)를 변경하거나 또는 풀리(14A, 14B)중 하나가 전술한 바와 같이 팽창가능한 격막(54)(도 1 참조)을 가지도록 함으로써 조정된다.

팽창가능한 격막(54)의 경우에, 전술한 바와 같은 제어 시스템은 물론 사용될 수 있을 수 있다. 리드 벨트 또는 체인(62)은 중심간 거리(E)가 조정될 때 길이가 변하여야 한다. 이것은 벨트의 탄성 모듈의 적당한 선택에 의해서 또는 스프로킷(64)상에서 벨트 또는 체인(62)을 효과적인 반지름으로 변경하는 치형부 압력 각을 사용함으로써 달성될 수 있다. (벨트 또는 체인용 "치형부 압력 각도"는 스프로킷의 중심으로부터 치형부 접점을 통과하는 스프로킷의 반지름 곡선과, 치형부 접점의 법선간의 각도이다. 이들 선이 수직하면, 압력 각도는 0이며, 벨트와 스프로킷간의 힘이 단지 접선에 따라 작용한다. 벨트는 법선 방향의 힘에 대해 반경방향 성분 없이 토오크를 전달할 수 있다. 압력 각도가 0보다 클 때, 벨트와 스프로킷 간의 법선방향 힘은 벨트를 반경방향 외향으로 밀 수 있는 반경방향 성분을 가진다. 이 외향 운동은 스프로킷의 중심간 거리가 소량 변할 때조차 벨트가 일정한 원주방향 길이를 작동하게 한다.) 제어 시스템은 로드 셀(28)로부터 피드백을 사용할 수 있어서 팽창 격막 그러므로 코드 장력을 제어할 수 있을 것이다. 코드 장력이 중심간 거리(E)를 변화시킴으로써 제어 될 수 있으면, 로드 셀(28)은 중심간 조정 장치에 피드백을 부착할 수 있기 때문에 코드 장력을 제어할 수 있을 것이다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었다. 명백하게, 상세한 설명을 읽고 이해했을 때 수정예와 변형예가 나타날 수 있을 것이다. 본 출원인은 첨부된 청구범위의 보호범위안에서 또는 그의 균등물에서 나올 수 있는 한 이러한 모든 수정예와 변형예를 포함하는 것을 의도하고 있다.

Claims (22)

1. 코드 공급원으로부터 회전가능한 맨드릴(14)까지 사전결정된 길이를 갖는 코드(12)의 섹션을 부착하는 장치(10)로서; 회전축을 갖는 회전가능한 맨드릴과, 상기 코드를 상기 회전가능한 맨드릴로 이송하는 이송 캡스턴(18)으로서 상기 코드가 상기 이송 캡스턴에 도입시 도입 장력을 가지며 상기 이송 캡스턴으로부터 배출시 배출 장력을 가지는 이송 캡스턴(18)과, 사전결정된 패턴으로 상기 회전가능한 맨드릴상에 상기 코드를 위치설정하기 위해서 상기 이송 캡스턴과 상기 회전가능한 맨드릴 사이에 개재된 코드 레잉 휠(cord laying wheel)(30)과, 상기 배출 장력을 측정하며 상기 이송 캡스턴과 상기 코드 레잉 휠 간에 상기 코드를 접촉하는 제 1 장력 측정 수단(28)을 포함하는 부착 장치에 있어서,

   상기 이송 캡스턴은 상기 이송 캡스턴으로부터 상기 회전가능한 맨드릴까지 상기 사전결정된 길이의 코드를 확실히 이송하며,

   상기 이송 캡스턴으로부터 배출되는 상기 코드의 길이를 측정하는 제 1 측정 수단(24)과,

   상기 이송 캡스턴과 상기 코드 레잉 휠 간의 사전결정된 코드 장력을 유지하기 위해서 상기 맨드릴의 원주를 동적으로 조정하는 조정 수단을 구비하는

   부착 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 조정 수단은 상기 맨드릴의 외면상에 장착된 팽창가능한 격막(54)을 포함하는

   부착 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 코드는 규정된 알고리즘에 따라 상기 맨드릴에 확실히 이송되는

   부착 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 알고리즘은 상기 맨드릴의 형상, 원주 및 회전 속도에 기초하는

   부착 장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 조정 수단은

   가압 유체원과,

   상기 팽창가능한 격막을 출입하는 유체의 흐름을 제어하도록 작동가능한 제어 밸브(58)를 더 포함하는

   부착 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 1 장력 측정 장치로부터 상기 제어 밸브에 피드백을 제공하는 피드백 수단을 더 포함하며, 상기 제어 밸브는 상기 제 1 장력 측정 수단으로부터의 상기 피드백에 반응하는

   부착 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 맨드릴의 회전축에 수직한 방향으로 이동가능하고, 상기 코드 레잉 휠이 그 위에 장착되어 있는 반경방향 위치설정 시스템(34)과,

   상기 회전축에 평행한 방향으로 이동가능하고, 상기 반경방향 위치설정 시스템이 그 위에 장착되어 있는 축방향 위치설정 시스템(38)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는

   부착 장치.
8. 공급원으로부터 지지 장치까지 사전결정된 길이와 장력을 갖는 코드(12)의 섹션을 정확히 부착하는 장치(10)로서, 상기 코드를 상기 지지 장치로 이송하는 이송 캡스턴(18)으로서 상기 코드가 상기 이송 캡스턴에 도입시 도입 장력을 가지며 상기 이송 캡스턴으로부터 배출시 배출 장력을 가지는 이송 캡스턴(18)과, 사전결정된 패턴으로 상기 지지 장치상에 상기 코드를 위치설정하기 위해서 상기 이송 캡스턴과 상기 지지 장치사이에 배치된 코드 레잉 휠(30)과, 상기 배출 장력을 측정하며 상기 이송 캡스턴과 상기 코드 레잉 휠간에 상기 코드를 접촉하는 제 1 장력 측정 수단(28)을 포함하는 부착 장치에 있어서,

   평행한 회전축을 중심으로 회전가능하며, 사전결정된 중심간 거리만큼 이격되어 있는 제 1 및 제 2 평행한 축(42A, 42B)과,

   상기 제 1 및 제 2 샤프트상에 각각 장착되어 있는 제 1 및 제 2 풀리(14A, 14B)와,

   상기 제 1 및 제 2 풀리 둘레에 원주방향으로 결합되고 그와 함께 회전가능한 리드 벨트(62)와,

   상기 사전결정된 장력을 유지하도록 상기 배출 장력을 제어하기 위한 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는

   부착 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 이송 캡스턴은 상기 제 1 및 제 2 풀리상에 사전결정된 길이의 코드를 확실히 이송하는

   부착 장치.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 샤프트의 상기 회전축에 수직한 방향으로 이동가능하고, 상기 코드 레잉 휠이 그 위에 장착되어 있는 반경방향 위치설정 시스템(34)과,

    상기 회전축에 평행한 방향으로 이동가능하고, 상기 반경방향 위치설정 시스템이 그 위에 장착되어 있는 축방향 위치설정 시스템(38)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는

    부착 장치.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 제어 수단은 상기 제 1 및 제 2 샤프트 사이의 중심간 거리(E)를 변경시키도록 작동가능한

    부착 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 샤프트 사이의 중심간 거리는 코드에 있어서 코드 장력을 제어하도록 동적으로 조정가능한

    부착 장치.
13. 제 1 항에 있어서,

    위치-결정 수단을 더 포함하며, 상기 위치-결정 수단은 상기 맨드릴의 위치를 정확히 결정하도록 상기 맨드릴과 작동적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는

    부착 장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 위치-결정 수단은 엔코더(46)인

    부착 장치.
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 맨드릴은 비실린더형인

    부착 장치.
16. 코드(12)를 공급원으로부터 회전가능한 맨드릴(14)에 정확히 부착하는 방법으로서, 이송 캡스턴(18)을 회전시키고 상기 이송 캡스턴과 제 1 장력 측정 장치(28)를 갖는 상기 맨드릴 사이의 제 1 사전결정된 위치에서 상기 코드의 장력을 측정함으로써 회전 맨드릴에 상기 코드를 공급하는 단계를 갖는 부착 방법에 있어서,

    상기 맨드릴에 상기 맨드릴의 원주를 동적으로 조정하는 수단을 구비하는 단계와,

    규정 알고리즘에 따라 상기 맨드릴에 사전결정된 길이의 코드를 확실히 이송하는 단계와,

    상기 제 1 장력 측정 장치로부터 상기 맨드릴의 원주를 조정하는 상기 수단에 제어 입력 신호를 보내는 단계와,

    코드의 소망 장력을 유지하기 위해서 상기 제어 입력 신호에 응답하여 상기 맨드릴의 원주를 조정하는 단계를 포함하는

    부착 방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 원주를 조정하는 단계는 상기 맨드릴의 외면상에 장착된 격막을 팽창시키는 단계를 포함하는

    부착 방법.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 맨드릴의 회전에 대해서 상기 이송 캡스턴의 회전을 전자식으로 제어하는 단계를 더 포함하는

    부착 방법.
19. 제 16 항에 있어서,

    상기 알고리즘은 상기 코드의 길이에 의존하는

    부착 방법.
20. 공급원으로부터 코드(12)를 회전가능한 맨드릴(14)에 정확히 부착하는 방법으로서, 이송 캡스턴(18)을 회전시키고 상기 이송 캡스턴과 제 1 장력 측정 장치(28)를 갖는 맨드릴 사이의 제 1 사전결정된 위치의 상기 코드의 장력을 측정함으로써 회전 맨드릴에 상기 코드를 이송하는 단계를 구비하는 부착 방법에 있어서,

    중심간 거리가 이격되어 있는 제 1 및 제 2 풀리(14A, 14B)상에서 상기 맨드릴을 회전시키는 단계와,

    상기 사전결정된 길이의 코드를 상기 맨드릴에 확실히 이송하는 단계와,

    상기 코드의 코드 장력을 제어하기 위해서 상기 중심간 거리를 선택적으로 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는

    부착 방법.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 거리를 조정하는 단계는 상기 맨드릴상의 코드의 상기 포지티브 이송중에 코드의 장력을 동적으로 제어하는

    부착 방법.
22. 제 8 항에 있어서,

    상기 이송 캡스턴은 전자식으로 기어 구동되어서 제 1 샤프트의 상대적인 각도 위치가 작은 속도비 에러에 의해서 연속적으로 보정되는

    부착 장치.