KR101744619B1 - 강자성 금속 리본 이송 장치 및 방법 - Google Patents

강자성 금속 리본 이송 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

트랜스포머의 전기 코일들 주위에 위치된 맨드릴을 포함하는, 맨드릴에 장착된 롤로부터 다른 맨드릴까지 강자성 금속 리본을 이송시키는 장치, 시스템 및 방법. 시스템은 리본 롤이 그 위에 장착된 릴 및 리본 롤의 자유단이 릴에 고정되는 유지 위치와 리본 롤의 자유단이 릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 리본 유지 메커니즘을 포함하는 리본 롤의 종단을 고정시키는 장치를 포함한다. 맨드릴에 절단가능한 강자성 리본을 롤링업하기 위한 장치 및 방법이 또한 개시된다. 맨드릴에 절단가능한 강자성 리본을 롤링업하는 장치 및 방법이 또한 개시된다. 경로를 따라 강자성 재료를 조작하고 이동시키는 장치 및 방법이 또한 개시된다.

Description

강자성 금속 리본 이송 장치 및 방법{FERROMAGNETIC METAL RIBBON TRANSFER APPARATUS AND MATHOD}
본 발명은 강자성 금속 리본의 처리에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 맨드릴에 장착된 롤로부터 다른 맨드릴까지 강자성 금속 리본의 이송에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 맨드릴에 장착된 롤로부터 트랜스포머의 전기 코일 주위에 위치된 다른 맨드릴까지 강자성 금속 리본의 이송에 관한 것이다.
철-계 비정질 합금은 자성 코어의 제조에 있어 소프트한 자기 특성을 위해 시도된다. 이것들은 상이한 길이로 절단될 수 있는 다양한 폭들의 꽤 얇은 연성 금속 리본을 출력하도록 시간당 100㎞에 근접한 속도로 이동하는 냉각 표면 상에서 주조된 용융 합금의 스트림(stream)의 연속적이고 신속한 응고에 의해 제조된다. 이어서 자성 코어가 연속 리본을 롤링(rolling)하거나, 또는 다중 길이 리본을 적층함으로써 생산된다. 하지만, 잔류 기계 응력은 주조 동안 합금에 도입되고, 가해진 응력은 그 뒤에 리본을 벤딩(bend)하거나 적층함으로써 추가된다. 이런 응력은 자기 특성을 손상시킬 것이고 이에 따라 최종 구조를 코어로 채택할 때 리본으로부터 제거되어야 하거나, 또는 어느 정도까지 적어도 수용되어야 한다. 비정질 금속 리본으로부터 응력 제거는 일반적으로 소정량의 시간 동안 상승된 온도로 퍼니스(furnace) 안에서 재료를 어닐링함으로써 달성된다. 또한, 만약 자기포화 필드(magnetic saturation field) 또는 인장 강도가 퍼니스 어닐링 처리 동안 리본 길이방향 축을 따라 가해진다면 자기 특성이 향상된다. 유감스럽게도, 퍼니스 어닐링 처리는 절단하기에 불가능하고 조작하기에 어려운 합금을 부서지기 쉽게 한다. 퍼니스 어닐링에 의해 유도된 철-계 비정질 합금의 취화는 장시간 동안 리커링(recurring) 문제가 있어 왔다.
강자성 비정질 금속 리본을 갖는 배전 트랜스포머 커널(distribution transformer kernel)을 생산하는 방법은 미국 특허 5566443호에서 Allan 등에 의해 개시된다. 본 문헌에서 트랜스포머 커널은 트랜스포머 인클로저(encloser) 및 주위 액세서리(surrounding accessory) 없이, 전기 코일, 코어 및 이들을 함께 지지하는 요소들을 포함하는 트랜스포머에서 배치를 나타낸다. 본 특허에서, 각각 원의 섹터(sector)의 형상을 갖는 부분과 함께, 다수의 전기 코일들이 작동된다. 이어서 작동된 코일은 함께 조립되어 부분들이 원형 림(limb)을 형성하도록 조합되고, 자성 코어를 구성하기 위하여, 연속 강자성 비정질 금속 리본은 원형 코어를 생산하도록 원형 림 주위에 위치된 원형 중공 맨드릴에 롤링업된다(rolled up). 롤링업된 이후에, 예전에 비정질 금속 리본은 원형 중공 맨드릴에 대하여 말하자면 동일한 외부 직경을 갖는 제 2 원형 맨드릴에서 자기포화 필드 하에서 퍼니스 어닐링되어 왔고, 이에 따라 맨드릴들 사이에서 어닐링된 리본의 이송을 요구한다.
비록 외관에 있어 단순하더라도, 비정질 금속 원형 코어들의 롤링업-이후-어닐링(rolling up-after-annealing)은 계속 어려운 작업이다. 리본이 퍼니스 어닐링 처리를 따라 부서지기 쉽게 된다는 사실은 다시 제 2 맨드릴에 롤링업되는 것을 필요로 할 때 덜 편리하게 한다. 미국 특허 4668309호에서 Silgailis 등은 초당 0.3미터까지의 속도로 거의 50㎏의 중량으로 측정되는 퍼니스 어닐링된 원형 코어의 강자성 비정질 금속 리본을 다시 언롤링하고 롤링업하기 위한 각 시도에서, 리본은 60번 이상에서 파괴된다는 것이 특허의 표 2에서 입증되어 왔다. 따라서, 예전에 롤에서 퍼니스 어닐링되어 왔던 비정질 금속 리본의 롤링업-이후-어닐링으로 제조된 원형 코어의 생산은 비정질 합금의 취화로 인해 비현실적이다.
더 높은 어닐링 온도에서 더 짧은 어닐링 시간은 더 큰 연성을 갖는 비정질 금속 리본을 산출하는 것으로 여겨진다. 하지만, 코어 내에서 열 전달 용량에 있어 한도로 인해 퍼니스에서 어닐링 시간을 단축시키려고 하는 데에 있어 한도가 존재한다. 더 높은 열 전달 용량은 미국 특허 4482402호, 4288260호, 5069428호, 및 특허 출원 US2008/0196795호에서 개시된 바와 같이 이동 경로의 일부를 따라 일직선으로, 인장 응력 하에서, 단일 전방 배치 리본을 열 처리함으로써 가능하게 된다. 이러한 장치는 일직선 리본 어닐링 공정이다. 일단 어닐링되면, 리본은 미국 특허 5566443호에 개시된 것과 같이 트랜스포머 커널 맨드릴 또는 릴(reel) 맨드릴에 바로 롤링업된다. 리본의 연속 공급을 유지하는 입력, 및 트랜스포머 커널 맨드릴 또는 릴 맨드릴 중 어느 하나에 롤들의 연속 생산을 확보하는 출력에서 수단이 제공되었다면 이러한 장치는 생산성에 있어 획득할 것이다. 미국 특허 출원 US2008/0196795호에서의 문단 [0080]에 따라, 개시된 일직선 어닐링 장치의 출력은 제 1 및 제 2 와인딩 스핀들(spindle)을 포함할 수 있어, 제 1 코어(또는 릴)을 제 1 스핀들에 걸쳐 와인딩한 이후에, 제조 공정을 중지시키기 않고, 제 2 코어(또는 릴)의 와인딩을 수행하기 위하여, 리본을 절단하고 제 2 스핀들에 리본의 헤드부를 맞추는 것이 가능하다. 문단 [0084]는 스핀들에 리본 시작부를 고정시키기 위하여 자성 스핀들 또는 석션을 갖는 스핀들을 이용하는 것이 바람직할 수 있다는 것을: 추가로 언급한다. 하지만, 문헌은 이러한 연속 와인딩 수단을 실현하는 방법을 교시하지도 않고 도시하지도 않았으며, 리본의 연속 공급을 확보하기 위한 입력에 어떤 수단도 포함하지 않는다.
따라서, 종래 기술의 적어도 하나의 결점을 극복하는 장치 및 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명에 따라,
리본 롤이 장착된 릴; 및
리본 롤의 자유단이 릴에 고정되는 유지 위치와 리본 롤의 자유단이 릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 리본 유지 메커니즘을 포함하되,
릴은 상기 맨드릴의 양측에서 제 1 및 제 2 측면 플랜지를 갖는 맨드릴을 포함하고, 플랜지들은 유지 요소들 각각을 수용하기 위한 슬롯들을 가지며, 유지 요소들은 제 1 및 제 2 플랜지들 각각에 대하여 피봇가능한 로드들을 포함하고, 상기 로드들은 각각의 로드가 반대편 플랜지를 향하여 연장되는 유지 위치와 각각의 로드가 플랜지의 상응하는 측벽을 따라 연장되고 플랜지의 상응하는 슬롯 내에 수용되는 해제 위치 사이에서 피봇가능한: 리본 롤의 자유단을 고정시키는 장치가 제공된다.
본 발명에 따라,
a) 상기 맨드릴에 근접하게 상기 절단가능한 강자성 리본의 자유단을 공급하는 단계;
b) 동시에, 제어가능한 전류원에 의해 전류를 상기 맨드릴 안에 위치된 전자석으로 공급하여, 상기 자유단을 맨드릴로 압박하고, 상기 맨드릴을 회전시켜 상기 리본을 상기 맨드릴에 롤링업하는 단계; 및
c) 맨드릴에 롤링업된 강자성 리본의 소정 직경이 획득될 때 강자성 리본을 절단하는 단계를 포함하는: 맨드릴 상의 절단가능한 강자성 리본을 롤링업하는 방법이 또한 제공된다.
바람직하게는, 단계 b)에서, 전자석은 트랜스포머 커널의 적어도 하나의 컨덕터 코일을 포함한다.
바람직하게는, 다른 바람직한 구체예에 따라, 단계 b)에서, 전자석은 강자성 요크에 장착된 적어도 하나의 컨덕터 코일을 포함한다.
바람직하게는, 강자성 요크는 샤프트에 장착되고 맨드릴 내에 수용되며, 강자성 요크는 샤프트를 따라 이격된 복수 개의 환형 형상 슬롯들을 포함하고, 상기 슬롯들은 적어도 하나의 컨덕터 코일을 수용하며, 적어도 하나의 컨덕터 코일은 코일에 공급된 전류가, 인접한 슬롯들 사이에서 교호 회전 방향으로 순환하도록 감긴다.
본 발명에 따라,
맨드릴;
상기 맨드릴 안에 위치된 전자석;
맨드릴을 회전시키는 제어가능한 모터;
전류를 전자석으로 공급하는 제어가능한 전류원;
맨드릴이 회전함으로써 맨드릴에 절단가능한 강자성 리본 롤을 롤링업함에 따라 리본의 자유단을 맨드릴로 압박하도록, 제어가능한 전류원 및 제어가능한 모터를 제어하는 컨트롤러; 및
맨드릴에 롤링업된 강자성 리본의 소정 직경이 획득될 때 강자성 리본을 절단하는 커터를 포함하는: 절단가능한 강자성 리본을 롤링업하는 장치가 또한 제공된다.
바람직하게는, 전자석은 트랜스포머 커널의 적어도 하나의 컨덕터 코일을 포함한다.
본 발명에 따라,
전자석;
경로를 따라 전자석을 이동시키는 제어가능한 이동 시스템;
전류를 상기 전자석으로 공급하는 제어가능한 전류원; 및
상기 전자석이 상기 경로를 따라 이동함에 따라 상기 강자성 재료를 연속하여 수거, 이동 및 해제시키도록 제어가능한 이동 시스템 및 제어가능한 전류원을 제어하는 컨트롤러를 포함하는: 경로를 따라 강자성 재료를 조작하고 이동시키는 장치가 또한 제공된다.
본 발명에 따라,
a) 강자성 재료에 근접하게 전자석을 위치시키는 단계;
b) 전류를 전자석으로 공급하여 강자성 재료를 수거하는 단계;
c) 경로를 따라, 단계 b)에서 수거된 강자성 재료를 이동시키는 단계; 및
d) 전류를 전자석으로 공급하는 단계를 중지시킴으로써 단계 c)에서 이동된 강자성 재료를 해제하는 단계를 포함하는: 경로를 따라 강자성 재료를 조작하고 이동시키는 방법이 또한 제공된다.
본 발명에 따라,
a) 제 1 릴을 제 1 언롤링 위치에 위치시키는 단계;
b) 리본 롤의 자유단이 제 1 릴에 고정되는 유지 위치와 리본 롤의 자유단이 제 1 릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 리본 유지 메커니즘에 의해 제 1 릴에 리본 롤의 자유단을 고정시키는 단계;
c) 제 1 릴에 근접하게 전자석을 위치시키는 단계;
d) 단계 b)에서 고정된 자유단과 함께 릴을 회전시키는 단계;
e) 단계 d) 이후에, 유지 위치로부터 해제 위치까지 유지 요소들을 트리거링하여(triggering) 리본의 자유단을 자유롭게 하고, 동시에 전류를 전자석으로 공급하여 리본의 자유단을 수거하는 단계;
f) 제 1 롤링업 위치에서 제 1 맨드릴에 근접한 경로를 따라 단계 e)에서 수거된 자유단을 이동시키는 단계;
g) 동시에, 전류를 전자석으로 공급하는 단계를 중지시킴으로써 리본의 자유단을 해제하고, 제어가능한 전류원에 의해 전류를 상기 맨드릴 안에 위치된 맨드릴 전자석으로 공급하여, 상기 자유단을 맨드릴에 압박하며, 상기 맨드릴을 회전시켜 상기 리본을 상기 맨드릴에 롤링업하는 단계; 및
h) 맨드릴에 롤링업된 강자성 리본의 소정 직경이 획득될 때 강자성 리본을 절단하는 단계를 포함하는: 제 1 릴에 장착된 강자성 리본 롤로부터 제 1 맨드릴까지 강자성 리본을 이송하는 방법이 또한 제공된다.
바람직하게는, 방법은: i) 절단 단계 h) 이후에 획득된, 맨드릴에 롤링업된 강자성 리본의 자유단을 맨드릴 상의 리본 롤에 고정시키는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 일 바람직한 구체예에 따라, 단계 i)에서, 고정시키는 단계는 맨드릴 상의 리본 롤의 자유단이 맨드릴에 고정되는 유지 위치와 맨드릴 상의 리본 롤의 자유단이 맨드릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 제 2 리본 유지 메커니즘에 의해 맨드릴 상에 리본 롤의 자유단을 고정시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 다른 바람직한 구체예에 따라, 단계 i)에서, 고정시키는 단계는 맨드릴 상의 리본 롤의 자유단을 맨드릴 상의 상기 리본 롤에 용접하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 방법은:
j) 단계 g)와 단계 h) 사이에서, 제 1 릴과 제 1 맨드릴 사이에서 리본의 경로에 근접한 제 2 롤링업 위치에 제 2 맨드릴을 위치시키는 단계;
k) 단계 h)와 동시에, 제 2 제어가능한 전류원에 의해 전류를 상기 제 2 맨드릴 안에 위치된 제 2 맨드릴 전자석으로 공급하여, 단계 h)에서 절단된 제 1 릴로부터 리본의 자유단을 제 2 맨드릴에 압박하고, 상기 제 2 맨드릴을 회전시켜 상기 리본을 상기 제 2 맨드릴에 롤링업하는 단계;
l) 제 1 맨드릴을 제 1 롤링업 위치로부터 제거하는 단계;
m) 제 2 맨드릴을 제 2 롤링업 위치로부터 제 1 롤링업 위치까지 이동시키는 단계;
n) 제 2 위치에 위치된 제 2 맨드릴에 롤링업된 강자성 리본의 제 2 소정 직경이 획득될 때 강자성 리본을 절단하는 단계; 및
o) 복수 개의 맨드릴들에 리본 롤을 언롤링 및 롤링업하도록, 제 1 언롤링 위치에 위치된 릴이 비어있을 때까지, 단계 j) 내지 단계 n)을 반복하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 방법은:
p) 제 1 릴과 제 1 맨드릴 사이에서 리본의 경로에 근접한 제 2 언롤링 위치에 제 2 리본 롤을 갖는 제 2 릴을 제공하는 단계;
q) 제 2 리본 롤의 자유단이 제 2 릴에 고정되는 유지 위치와 제 2 리본 롤의 자유단이 제 2 릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 제 2 리본 유지 메커니즘에 의해 제 2 릴에 제 2 리본 롤의 자유단을 고정시키는 단계;
r) 단계 q)에서 고정된 자유단과 함께 제 2 릴을 회전시키는 단계;
s) 제 1 릴이 비게 되기 전에 단계 o)를 반복하는 동안, 제 2 릴의 유지 요소들을 유지 위치로부터 해제 위치로 트리거링하여 제 2 리본 롤의 자유단을 자유롭게 하고 제 2 리본의 자유단을 제 1 릴의 제 1 리본과 결합하는 단계;
t) 단계 s) 이후에, 제 1 릴이 빈 후에, 제 1 릴을 제 1 언롤링 위치로부터 제거하는 단계;
u) 단계 t) 이후에, 제 2 릴을 제 2 언롤링 위치부터 제 1 언롤링 위치까지 이동시키는 단계; 및
v) 단계 p) 내지 단계 u)를 연속적으로 반복하여, 리본 롤들을 릴들로부터 연속적으로 언롤링하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 단계 s)에서, 결합하는 단계는:
ⅰ) 제어가능한 전류원에 의해 전류를 인력 롤러 안에 위치된 전자석으로 공급하여, 제 2 리본의 자유단을 제 1 리본에 압박하는 단계; 및
ⅱ) 단계 ⅰ) 이후에 제 1 및 제 2 리본들을 함께 용접하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 단계 ⅱ)에서, 용접하는 단계는 샤프트에 장착되고 스페이서 디스크들을 절연함으로써 분리된 복수 개의 컨덕터 디스크들을 포함하는 회전 용접기에 의해 수행되고, 각각의 컨덕터 디스크는 샤프트로부터 외측으로 돌출하는 좁은 팁을 갖고, 컨덕터 디스크는 인접한 컨덕터 디스크들 사이에서 전류 극성이 교호하도록 전기적으로 연결되며, 컨덕터 디스크의 팁은 제 1 및 제 2 리본들에 가압된다.
바람직하게는, 방법은:
AA) 제 1 릴과 제 1 맨드릴 사이에서 리본의 파손에 따라 발생된 리본의 잔해에 근접하게 단계 c)의 전자석을 위치시키는 단계;
BB) 전류를 단계 c)의 전자석으로 공급하여 잔해를 수거하는 단계;
CC) 단계 BB)에서 수거된 잔해를 처리 위치에 이동시키는 단계; 및
DD) 전류를 단계 c)의 전자석으로 공급하는 단계를 중지시킴으로써 처리 위치에서 잔해를 해제하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따라,
제 1 릴을 제 1 언롤링 위치에 위치시키는 제 1 포지셔닝(positioning) 시스템;
리본 롤의 자유단이 제 1 릴에 고정되는 유지 위치와 리본 롤의 자유단이 제 1 릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 제 1 리본 유지 메커니즘;
제 1 전자석;
경로를 따라 제 1 전자석을 이동시키는 제어가능한 이동 시스템;
전류를 상기 제 1 전자석으로 공급하는 제 1 제어가능한 전류원;
상기 제 1 전자석이 상기 경로를 따라 이동함에 따라 리본을 연속하여 수거, 이동 및 해제시키도록 제어가능한 이동 시스템 및 제어가능한 전류원을 제어하는 제 1 컨트롤러;
제 1 릴을 회전시키는 제 1 제어가능한 모터;
유지 위치부터 해제 위치까지 유지 요소들을 트리거링하여 리본의 자유단을 자유롭게 하는 제 1 트리거링 시스템;
전류가 제 1 전자석으로 공급되어 리본의 자유단을 수거함에 따라 제 1 릴이 회전하여 리본의 자유단을 자유롭게 될 때 유지 위치부터 해제 위치까지 유지 요소들을 동시에 트리거링하기 위한, 제 1 트리거링 시스템, 제 1 제어가능한 전류원 및 제 1 제어가능한 모터를 제어하는 제 2 컨트롤러;
제 1 맨드릴을 제 1 롤링업 위치에 위치시키는 제 2 포지셔닝 시스템;
상기 제 1 맨드릴 안에 위치된 제 2 전자석;
제 1 맨드릴을 회전시키는 제 2 제어가능한 모터;
전류를 제 2 전자석으로 공급하는 제 2 제어가능한 전류원;
제 1 맨드릴이 회전함으로써 제 1 맨드릴에 절단가능한 강자성 리본 롤을 롤링업함에 따라 리본 롤의 자유단을 압박하도록, 제 2 제어가능한 전류원 및 제 2 제어가능한 모터를 제어하는 제 3 컨트롤러; 및
제 1 맨드릴에 롤링업된 강자성 리본의 소정 직경이 획득될 때 강자성 리본을 절단하는 커터를 포함하는: 제 1 릴에 장착된 강자성 리본 롤로부터 제 1 맨드릴로 강자성 리본을 이송하는 시스템이 또한 제공된다.
바람직하게는, 시스템은 커터에 의한 절단 이후에 획득된, 맨드릴에 롤링업된 강자성 리본의 자유단을, 맨드릴 상의 리본 롤에 고정시키기 위한 고정 장치를 더 포함한다.
바람직하게는, 일 바람직한 구체예에 따라, 고정 장치는 맨드릴 상의 리본 롤의 자유단이 맨드릴에 고정되는 유지 위치와 맨드릴 상의 리본 롤의 자유단이 맨드릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 제 2 리본 유지지 메커니즘을 포함한다.
바람직하게는, 다른 바람직한 구체예에 따라, 고정 장치는 맨드릴 상의 리본 롤의 자유단을 맨드릴 상의 상기 리본 롤에 용접하는 용접기를 포함한다.
바람직하게는, 시스템은:
- 제 1 맨드릴과 제 1 릴 사이의 리본의 경로에 근접한 제 2 롤링업 위치와, 제 1 롤링업 위치 사이에 제 2 맨드릴을 위치시키는 제 2 포지셔닝 시스템;
- 상기 제 2 맨드릴 안에 위치된 제 3 전자석;
- 제 2 맨드릴을 회전시키는 제 3 제어가능한 모터;
- 전류를 제 3 전자석으로 공급하는 제 3 제어가능한 전류원; 및
- 제 2 맨드릴이 회전함으로써 제 2 맨드릴에 절단가능한 강자성 리본 롤을 롤링업함에 따라 제 2 맨드릴 상의 리본 롤의 자유단을 압박하도록, 제 3 제어가능한 전류원 및 제 3 제어가능한 모터를 제어하는 제 4 컨트롤러를 더 포함한다.
바람직하게는, 시스템은:
- 제 1 맨드릴과 제 1 릴 사이의 리본의 경로에 근접한 제 2 언롤링 위치와, 제 1 언롤링 위치 사이에 제 2 리본 롤을 갖는 제 2 릴을 위치시키기 위한 제 3 포지셔닝 시스템;
- 제 2 리본 롤의 자유단이 제 2 릴에 고정되는 유지 위치와 제 2 리본 롤의 자유단이 제 2 릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 제 2 리본 유지 메커니즘;
- 제 2 릴을 회전시키는 제 4 제어가능한 모터;
- 유지 요소들을 유지 위치부터 해제 위치까지 트리거링하여 리본의 자유단을 자유롭게 하는 제 2 트리거링 시스템;
- 제 2 릴이 회전하여 리본의 자유단을 자유롭게 함에 따라 유지 위치부터 해제 위치까지 유지 요소들을 동시에 트리거링하기 위하여, 제 2 트리거링 시스템 및 제 4 제어가능한 모터를 제어하는 제 5 컨트롤러;
- 인력 롤러;
- 상기 인력 롤러 안에 위치된 제 4 전자석;
- 인력 롤러를 회전시키는 제 5 제어가능한 모터;
- 전류를 제 4 전자석으로 공급하는 제 4 제어가능한 전류원;
- 제 1 및 제 2 리본들을 함께 용접하는 회전 용접기; 및
- 제 1 리본 및 제 2 리본의 자유단을 인력 롤러에 압박하고 제 1 및 제 2 리본들을 함께 용접하도록, 제 4 제어가능한 전류원, 제 5 제어가능한 모터, 및 회전 용접기를 제어하는 제 6 컨트롤러를 더 포함한다.
바람직하게는, 회전 용접기는 샤프트에 장착되고 스페이서 디스크들을 절연함으로써 분리된 복수 개의 컨덕터 디스크들을 포함하며, 각각의 컨덕터 디스크는 샤프트로부터 외측으로 돌출하는 좁은 팁을 갖고, 컨덕터 디스크는 인접한 컨덕터 디스크들 사이에서 전류 극성이 교호하도록 전기적으로 연결되며, 컨덕터 디스크의 팁은 제 1 및 제 2 리본들에 가압된다.
도 1은 트랜스포머 커널 맨드릴에 롤링업된 강자성 금속 리본 없는 트랜스포머 커널의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 직렬로 트랜스포머 커널 맨드릴에 강자성 금속 리본을 롤링업하기 위한 자동화 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른 직렬로 트랜스포머 커널 맨드릴에 강자성 금속 리본을 롤링업하기 위한 자동화 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른 직렬로 트랜스포머 커널 맨드릴에 강자성 금속 리본을 롤링업하기 위한 자동화 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른 직렬로 릴 맨드릴에 강자성 금속 리본을 롤링업하기 위한 자동화 시스템의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른, 제어 시스템 및 제어된 요소들의 개략도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른, 리본이 없어지는 롤로부터 리본이 이송될 때 자동 리본 스플라이싱(splicing)을 수행하도록 관련된 연속적인 이벤트들의 개략도들이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른 롤에 리본의 자유단을 고정시키는 데에 사용되고 릴 플랜지에 장착되는 고정 장치를 도시하는 개략도이다.
도 12a 내지 도 12g는 각각, 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른 고정 장치에 포함된 피봇 핑거 메커니즘의 상세한 구조를 도시하는 분해도, 한 쌍의 평면도 및 저면도, 다른 쌍의 평면도들 및 3개의 사시도들을 포함한다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른, 롤에서 리본의 자유단을 해제하기 위하여, 개방 피봇 핑거 메커니즘에 관련된 연속적인 이벤트들을 도시하는 개략도이다.
도 14는 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른 강자성 금속 리본을 끌어당기는 전자석을 포함하는 롤러의 절개도이다.
도 15는 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른 양 리본들을 용접하기 위한 전도성 롤러에 대한 2개의 리본들의 스택을 가압하는 용접 롤러의 절개도이다.
도 16a는 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른, 트랜스포머 전기 코일들에서 순환하는 전류에 의해 유도된 주위 자기장 라인을 갖는 트랜스포머 커널의 절개도이다.
도 16b는 본 발명의 다른 바람작 구체예에 따른 한 쌍의 전단 절단 블레이드들을 도시하는 개략도이다.
도 17 내지 도 20은 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른, 새로운 롤을 개시하기 위하여, 트랜스포머 커널 맨드릴에 롤링업된 완성된 롤로부터 다른 비어있는 회전 트랜스포머 커널 맨드릴로 전방 배치 리본을 스위칭하기 위하여 관련된 연속적인 이벤트들을 도시하는 개략도이다.
도 21은 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른, 새로운 롤을 개시하기 위하여, 릴 맨드릴에 롤링업된 완성된 롤로부터 다른 비어있는 회전 릴 맨드릴로 전방 배치 리본을 스위칭하는 것을 도시하는 개략도이다.
도 22는 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른, 시스템을 개시하기 위한 수단을 구비한 직렬로 트랜스포머 커널 맨드릴에 강자성 금속 리본을 롤링업하기 위한 자동화 시스템의 개략도이다.
도 23은 시스템을 개시하기 위한 수단을 구비한 직렬로 릴 맨드릴에 강자성 금속 리본을 롤링업하기 위한 자동화 시스템의 개략도이다.
본 발명의 상이한 바람직한 목적들이 이제 제시될 것이다.
따라서, 중지없이 리본을 공급하기 위하여, 재료가 없어지고 있는 제 1 릴 맨드릴로부터 언롤링된(unrolled) 강자성 금속 리본의 트레일링(trailing) 자유단이 제 2 충진된 릴 맨드릴로부터 개시되고 언롤링된 리본을 리딩(leading) 자유단과 스플라이싱될(spliced) 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
따라서, 리본의 인입(incoming) 공급을 중지하지 않고 직렬로 롤들을 생산하기 위하여, 일단 롤이 완성되면 롤에 롤링업된(rolled-up) 강자성 금속 리본이 절단될 수 있고 절단된 리본의 인입 자유단이 새로운 롤을 개시하도록 맞물릴 방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.
바람직하게는, 강자성 금속 리본은 직렬로 릴 맨드릴(reel mandrel)에 롤링업된다.
바람직하게는, 강자성 금속 리본은 직렬로 코어 맨드릴(core mandrel)에 롤링업된다.
바람직하게는, 강자성 금속 리본은 직렬로 트랜스포머 커널 맨드릴(transformer kernel mandrel)에 롤링업된다.
도 1을 참조하여, 미국 특허 5566443호에 개시된 것과의 약간의 유사성을 갖는 트랜스포머 커널(1)이 도시된다. 이런 트랜스포머 커널(1)은 프레임(4)에 조립된 전기 코일(3)들에 의해 형성된 중앙 림(limb) 주위에서 자유롭게 회전하는 중공 맨드릴(2)을 구비한다. 트랜스포머 커널 맨드릴(2)은 맨드릴(2)의 반대편 종단들에서 장착된 2개의 플랜지(6)들의 외측 주변부에 대하여 압박되고(urged) 분포된 다수의 구동 롤러(5)들에 의해 회전된다. 코일(3)들 및 프레임(4)은 회전 맨드릴(2)과의 마찰 접촉을 회피하는 위치에서, 미도시된, 수단에 의해 아직 홀딩된다(held). 구동 롤러(5)들은 각각 플랜지(6)들의 내벽과 동일한 높이가 되는 하나의 엣지를 갖는다. 적어도 하나의 구동 롤러(5)는 미도시된, 서보 모터(servo motor)의 샤프트에 기계적으로 연결된다. 이어서 트랜스포머 커널 맨드릴(2)에 맞물린 강자성 리본은 롤링업되어 플랜지(6)들에 대한 적어도 하나의 전동식 구동 롤러(5)를 이용하여 맨드릴(2)을 회전시킴으로써 자성 코어를 형성한다.
도 2를 참조하여, 직렬로 트랜스포머 커널 맨드릴에 강자성 금속 리본을 롤링업하기 위한 자동화 시스템의 메인부들이 도시된다. 릴 맨드릴(12a)에 지지된 롤(11a)로부터 공급된 리본(10)은 리본 스플라이서(splicer)(13)를 통과하였고, 이어서 트랜스포머 커널(1a)의 코어가 될 롤(14)을 형성하도록 회전 트랜스포머 커널 맨드릴(2a)에 롤링업된다. 트랜스포머 커널(1b)을 위한 새로운 코어를 롤링업하기 위하여, 회전 맨드릴(2a)에서 롤(14)이 완성될 때, 시스템은 전단 절단 블레이드들(16a, 17a)을 작동시켜 이송 리본(10)을 절단하고 메커니즘을 작동시켜 비어있는 트랜스포머 커널 회전 맨드릴(2b)에 절단된 리본의 리딩 자유단을 두른다. 또한 일단 릴 맨드릴(12a)은 리본이 없어지면 시스템은 리본을 공급함에 있어 릴레이(relay)를 취할 롤(11b)로 채워진 스탠바이(standby) 회전 릴 맨드릴(12b)을 포함한다. 릴 맨드릴(12a)로부터 인출(outgoing) 리본의 트레일링부(20) 상에서 스플라이싱될 리본 스플라이서(splicer)를 향하여 개시되기 위하여, 롤(11b)의 외측 표면 상의 리본 자유단은 릴 플랜지에 장착된 고정 장치(18a)에 의해 롤에 대하여 홀딩되고, 적절한 순간에, 스윙 레버(swinging lever)(19a)에 의해 해제된다.
도시된 장치에서, 리본(10)은 특정 속도로 이송되고, 특정 인장 응력 하에 존재한다. 리본 이송 속도는 트랜스포머 커널 맨드릴 플랜지(6a)들에 대하여 압박된 전동식 구동 롤러(5a)들을 통한 트랜스포머 커널 맨드릴(2a)의 회전 속도, 또는 전동식 스핀들(21a)을 통한 릴 맨드릴(12a)의 회전 속도 중 어느 하나를 설정함으로써 제어된다. 이어서 리본 인장 응력은 이송 리본의 반대편 종단에 위치된 맨드릴의 회전 토크를 설정함으로써 조정된다. 채워진 릴 맨드릴은 일반적으로 다중 트랜스포머 커널을 위한 코어들을 롤링업하기에 충분한 리본을 포함하기에, 이에 따라 생산하는 코어들보다 더 큰 매스(mass)를 갖는다. 이런 경우에, 릴 맨드릴(12a)의 회전 속도를 설정함으로써 리본 이송 속도를 제어하고, 트랜스포머 커널 맨드릴(2a)의 회전 토크를 설정함으로써 리본 인장 응력을 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 하지만. 롤(14)의 매스가 맨드릴(2a)에서 더 크게 얻어지기에, 리본 이송이 2개의 큰 회전 매스들 사이에 달성될 때 리본에서 인장 응력을 제어하는 것이 어렵게 될 수 있다.
도 3을 참조하여, 2개의 가이드 롤러들 사이에서 수직으로 자유롭게 이동하는 텐셔닝 롤러(tensioning roller)(22a)는 설정된 힘으로 리본을 견인하도록 추가된다. 텐셔닝 롤러(22a)의 수직 위치는 롤(11a)에 의해 공급된 리본의 공급율과 롤링 속도를 동기화하기 위하여, 맨드릴(2a)의 회전 속도를 설정하는 데에 사용된다. 이어서 인장 응력은 손쉽게 작은 매스를 갖는 롤(22a)에 대한 설정된 견인력에 의해 제어된다. 도 3의 설정으로, 언롤링 및 롤링업 인장 응력은 동일하다.
이제 도 4를 참조하여, 만약 상이한 언롤링 및 롤링업 인장 응력들이 요구되면, 위치 센서(23b)를 갖는 제 2 텐셔닝 롤러(22b)는 상측으로 추가될 수 있고 구동하고 리본 이송 속도를 설정하는 데에 사용되는, 캡스턴(capstan) 전동식 구동 롤러(24)에 의해 텐셔닝 롤러(22a)로부터 분리될 수 있다. 이어서 위치 센서(23b)를 갖는 텐셔닝 롤러(22b)는 릴 맨드릴(12a)의 회전 속도 및 언롤링 인장 응력을 설정하는 데에 사용되고, 위치 센서(23a)를 갖는 텐셔닝 롤러(22a)는 컨트롤러에 의해 트랜스포머 커널 맨드릴(2a)의 회전 속도 및 롤링업 인장 응력을 설정하는 데에 사용된다.
직렬로 트랜스포머 커널의 롤링업 코어를 도시하는 것 이외에, 도 5는 또한 직렬로 릴 맨드릴들에 리본의 롤들을 롤링업 하기 위한 수단을 포함하는 시스템을 도시한다. 이러한 장치는 리본 주조 공정의 출력, 또는 일직선 리본 어닐링 공정(25)의 출력에 설치될 수 있다. 이런 시스템에서, 이송 리본(26)은 또한 리본 고정 장치(18b)를 포함하는 릴 맨드릴(12c)에 롤(11c)을 형성하도록 롤링업되고 있다. 고정 장치(18b)는 롤의 완성에 따라 전단 블레이들(16b, 17b)에 의해 절단된 이후에 롤(11c)에 트레일링 리본의 자유단을 고정하도록 스윙 레버(19b)에 의해 맞물린다. 동시에, 절단된 리본의 리딩 종단은 리본 이송을 중지시키지 않고 비어있는 릴 맨드릴(12d)로 스위칭된다. 일직선 리본 어닐링 공정(25)은 또한 하기에 서술된 자동화 스플라이싱 시스템을 이용하여 롤로부터 교호로 언롤링된 리본으로 연속적으로 공급된다.
이제 도 6을 참조하여, 제어 시스템의 개략도가 도시된다. CPU 및 메모리 뱅크(memory bank)를 포함한 컨트롤러(30)는 정보 상태를 수신하거나 명령을 요소들에 전송하기 위하여, I/O 포트들을 통해 주변 요소들에 연결된다. 주변 요소들은 회전 토크 또는 속도를 제어하도록 서보 모터에 연결된 전기 증폭기를 포함하고, 각각의 서보 모터는 샤프트를 통해 스핀들, 롤러, 로봇 아암(robot arm), 버기(buggy) 또는 본 발명에 개시된 자동화 시스템에서 어떠한 전동식 회전 장치를 구동시킨다. 주변 요소들은 컨트롤러(30)에 의해 제어될 액추에이터(actuator)를 더 포함한다. 이런 액추에이터는 예컨대 스윙 레버 또는 절단 블레이드들을 작동시키기 위한, 개시된 자동화 시스템에서 상이한 위치들에서 사용된다. 또한 액추에이터는 릴 맨드릴을 홀딩하는 스핀들; 트랜스포머 커널 코일-프레임을 홀딩하는 홀딩 수단; 트랜스포머 커널 맨드릴을 홀딩하는 구동 롤러; 및 본 발명에 개시된 모든 다른 제어가능한 이동부:의 위치를 제어하는 데에 사용된다. 주변 요소들은 컨트롤러가 측정된 파라미터 또는 상태를 판독할 수 있는 속도 센서, 거리 센서, 위치 센서 및 광 센서를 더 포함한다. 센서들은 본 발명에서 공정의 상태를 측정하는 데에 사용된다. 주변 요소들은 본 발명에서 용접기 및 전자석을 제어하는 데에 사용되는 제어가능한 전류원을 더 포함한다. 컨트롤러(30)는 유저 인터페이스(user interface)(33)를 통해 프로그래밍된다. 주변 요소들은 국부 작업을 수행하도록 보조 컨트롤러를 포함할 수 있다. 컨트롤러(30) 메모리에 로딩된(loaded), 실행 제어 프로그램은 직렬로 트랜스포머 커널 또는 릴 맨드릴에 강자성 금속 리본을 롤링업하기 위한 자동화 시스템의 동작을 제어하도록 컨트롤러(30) CPU에 의해 실행된다.
도 7 내지 도 10은 리본이 없어지는 롤로부터 리본이 공급될 때 자동 리본 스플라이싱을 수행하는 데에 관련된 상세한 연속적인 이벤트들을 도시한다. 우선 도 7을 참조하여, 전동식 스핀들(21a)에 장착된, 릴 맨드릴(12a)에서 롤(11a)은 주어진 이송 속도(V) 및 인장 응력(T)으로 리본(10)을 공급하도록 위치 센서(23b) 및 텐셔닝 롤러(22b)를 이용하여 컨트롤러(30)에 의해 설정된 회전 속도로 언롤링된다. 언롤링된 리본(10)은 인력 롤러(35), 전도성 롤러(36), 용접 롤러(37) 및 가이드 롤러(38)를 포함하는 리본 스플라이서(13)를 통해 구불구불 간다. 정확한 거리 센서(39a), 예컨대 레이저 거리 센서는 이어서 릴 맨드릴(12a)에서 롤 두께가 연속적으로 산출되는 컨트롤러(30)에 전송되는 거리를 측정하도록 롤(11a)의 외측 포면을 겨냥한다. 롤(11b)로 채워진 릴 맨드릴(12b)은 전동식 스핀들(21b)에 로딩되고 롤(11a)의 측들에 따라 롤(11b)의 양측들을 정렬하도록 스핀들에서 조정된다. 표면 속도 센서(40a), 예컨대 레이저 표면 속도계는 이어서 컨트롤러(30)에 전송되는 리본 이송 속도를 연속적으로 감시하도록 리본 스플라이서(13) 하측에 위치된 이송 리본(10)의 표면을 겨냥한다. 표면 속도 센서(40b)는 또한 컨트롤러(30)에 전송되는 외측 표면 회전 속도를 연속적으로 감시하도록 롤(11b)의 외측 표면을 겨냥한다. 릴 맨드릴(12a)이 비게 되기 전에, 릴 맨드릴(12b)은 회전에 이르게 되고, 회전 속도는 2개의 속도 센서들(40a, 40b)로부터 수신된 표면 속도들 사이에서 산출된 갭을 무의미하게 하기 위하여 컨트롤러(30)에 의해 설정된다. 스윙 레버(19a)는 릴 맨드릴(12b)의 회전축(41)부터 인력 롤러(35)의 회전축(42)까지 연장되는 일직선에 대한 롤(11b)의 외측 주변부 근처에서 소정 각도(θ)로 위치된다.
이어서 도 8을 참조하여, 릴 맨드릴(12a)에서 롤(11a)의 두께는 스플라이싱 순서가 이제 거리 센서(39a)를 이용하여 컨트롤러(30)에 의해 결정된 바와 같이 개시되어야만 하는 크기까지 감소되어 왔다. 따라서, 지점 위치(43)에서 전도성 롤러(36) 상을 지나는 리본에 대하여 용접 롤러를 가압하기 위하여, 컨트롤러(30)는 명령을 용접 롤러(37)에 연결된 액추에이터에 전송하고, 고정 장치(18a)의 2개의 패스(pass)들 사이에서 스윙 레버(19a)를 작동시키기 위하여, 컨트롤러(30)는 명령을 스윙 레버(19a)에 연결된 액추에이터에 전송한다. 고정 장치의 위치는 예를 들어 광 센서를 이용함으로써 컨트롤러(30)에 알려진다. 고정 장치(18a)가 스윙 레버(19a)를 교차할 때, 이는 롤(11b) 상에서 리본 자유단(44)을 해제하기 위하여, 스윙 레버(19a)에 장착된 핀들을 누름으로써 개방하도록 가압된다. 롤의 표면을 둘러싸는 정체 공기에 의해 가해진 압력 및 원심력의 작용에 의해, 리본 자유단(44)은 떨어져 나가고 해제각(θ)에 근접한 개시 지점(45)으로부터 롤의 외측 표면과 직교하는 방향으로 획득된 모멘텀에 의해 내던져진다. 각도(θ)는 인력 롤러(35)의 외측 표면에 따라 리본 리딩 종단(44)의 궤적을 정렬하도록 조정된다. 동일한 경우에, 리본 자유단(44)이 전도성 롤러(36)에서 리본 트레일링 부분(20) 아래에 가이딩되고 끼일 때까지, 롤(11a)로부터 언롤링하는 리본 트레일링 부분(20)에 걸쳐 부착되도록 인입 강자성 금속 리본 리딩 종단(44)을 끌어당길 자기장을 생산하기 위하여, 컨트롤러(30)는 인력 롤러(35)의 중공부 내에 위치된 전자석에서 전류 충격(current impulse)을 공급할 전류원(46)에 명령을 전송한다. 이런 경우에, 컨트롤러(30)는 피드백 위치 센서(23b)와 함께 릴 맨드릴(12a)의 회전 속도 조절을 단절하고 전동식 스핀들(21a)에 대한 낮은 반시계방향 토크만을 유지하며, 속도 센서들(40a, 40b)로부터 위치 센서(23b)까지 전동식 스핀들(21b)을 이용하여 릴 맨드릴(12b)의 회전 속도 조절 피드백을 스위칭한다.
이어서 도 9를 참조하여, 컨트롤러(30)는 모든 적층된 리본들을 바인딩하기(bind) 위하여, 전도성 롤러(36)와 용접 롤러(37) 사이의 용접 전류를 공급할 전류원(47)에 명령을 전송한다. 리본부(20)의 트레일링 종단이 용접 지점(43)에 도달할 때까지 용접 전류가 유지된다. 이런 발생은 리본 트레일링 부분(20)의 종단이 지날 때의 경우를 검출하도록, 거리 센서(39a)에 설치되거나, 또는 리본 트레일링 부분(20)을 겨냥하고 인력 롤러(35) 상측에 위치되는, 미도시된, 포토 디텍터(photo detector)를 이용하여 컨트롤러(30)에 의해 예측될 수 있다. 이어서, 릴 맨드릴(12a)의 회전은 컨트롤러(30)에 의해 전동식 스핀들(21a)에 전송된 명령을 따라 중지된다.
결국 도 10을 참조하여, 스플라이싱이 완성된 이후에, 비어있는 릴 맨드릴(12a)이 스핀들(21a)로부터 제거되고 스핀들 위치는 스위칭된다. 컨트롤러(30)는 스핀들(21a, 21b) 각각에 연결된 액추에이터에 명령을 전송한다. 스핀들(21a) 위치는 릴 맨드릴(12b)의 회전이 유지되면서 스핀들(21b) 위치가 상측으로 이동하는 것을 허용하도록 좌측으로 이동되고, 이어서 스핀들(21a) 위치는 스핀들(21b)에 의해 예전에 점령된 장소로 낮추게 된다. 롤(11b)이 언롤링되면서, 리본의 롤로 채워진 새로운 릴 맨드릴은 다음 스플라이싱 순서를 위해 준비되기 위하여, 스핀들(21a)에 로딩된다. 따라서, 본 장치에서 리본의 연속적인 공급이 제공된다.
리본 고정 장치(18a)의 상세한 구조 및 작동이 도 11 내지 도 13에 도시된다. 도 11a와 도 11b를 참조하여, 리본 롤(11b)을 포함하고 측 플랜지(50)를 구비한 릴 맨드릴의 상세부들이 도시된다. 리본 고정 장치(18a)는 각각의 롤(11b)의 표면에 리본 자유단(44)을 고정시키거나 해제하기 위한, 릴 플랜지(50)의 외측 주변부에서, 상호 간에 마주하여, 각각 장착된 2개의 피봇 핑거 메커니즘(pivoting finger mechanism)(51)들을 포함한다. 도 11a에서, 2개의 피봇 핑거(52)들은 근접하고 리본 자유단(44)을 고정시킨다. 도 11b에서, 2개의 피봇 핑거(52)들은 개방되고, 리본 자유단(44)은 해제된다. 피봇 핑거(52)들이 개방될 때, 리본이 롤(11b)에 롤링업하거나 롤(11b)로부터 언롤링하는 방식을 명확하게 하기 위하여, 릴 플랜지(50)들의 벽에 장착된다.
이제 도 12a를 참조하여, 탄성 재료(61)로 덮인 핑거(60)는 배럴(barrel)(62)의 측에 수직으로 연결된다. 핑거(60)는 도 11a에 도시된 바와 같은 롤(11b)에 걸쳐 연장될 때 리본 자유단(44)을 홀딩하기 위한 충분한 접촉을 제공하기에 현저하게 길다. 다시 도 12a를 참조하여, 배럴(62)은 스냅링(65)을 수용하기 위한 팁 근처에 작은 슬롯(64)을 구비하고, 일측 상에서 연장되는 샤프트(63)를 갖는다. 모두가 스냅링(65)에 의해 제자리에 홀딩될 압축 와셔(69) 및 코일 스프링(68)을 슬라이딩시키기 위하여, 샤프트(63)는 타측을 넘어 연장되는 지지 프레임(67)에서 홀(66)을 통과할 것이다. 지지 프레임(67)은 홀(66)의 반대편 측들 상에 2개의 개구(70)들을 갖고, 모든 3개의 홀들은 지지 프레임(67)의 엣지(71)와 평행하게 정렬된다. 개구(70)들의 각각은 지지 프레임(67)의 하면으로부터 플러그(plug)(73)에 의해 안에-고정될 윤활 롤링볼(72)을 수용하기 위한 것이다. 바람직하게는, 각각의 플러그(73)는 롤링볼(72)에 맞춰지도록 구형 리세스(recess)를 갖는다. 또한, 지지 프레임(67)의 상면측 상의 개구(70)들의 각각은 표면 근처에서 약간 더 좁게 제작되어 롤링 볼(72)은 벗어남이 없이 표면으로부터 불룩해질 것이다. 또한 지지 프레임(67)은 어셈블리를 릴 플랜지(50)에 고정시키기 위하여, 고정 스크류를 삽입하기 위한 홀(74)들을 갖는다. 도 12b를 참조하여, 배럴(62)의 하면부는 샤프트(63) 주위에 동일하게 분포된 4개의 리세스(75)들을 갖는다. 피봇 핑거 메커니즘이 조립될 때, 스프링(68)은 압축되고 불룩한 롤링 볼(72)들에 기대되록 배럴(62)을 견인하며, 이에 따라 지지 프레임(67)에서 배럴(62)을 위한 리세스(75) 90도 각도 안정 위치들을 구비한다. 도 12c와 도 12d를 참조하여, 배럴(62)은 90도까지 피봇 범위 각도를 한정하도록 지지 프레임(67) 상에 제공된 수직 벽(179)과 함께 작용하는 2개의 수직 평평한 부분들(76, 77)을 갖고, 이에 따라 배럴을 위한 2개의 90도 안정 각도 위치들만을 제공한다: 폐쇄 위치로 설정될 때 지지 베이스 엣지(71)로부터 수직으로 연장되는 핑거(60)와의 하나의 안정 위치, 및 개방 상태로 설정될 때 지지 베이스 상에 정렬된 핑거(60)와의 하나의 안정 위치. 도 12b를 다시 참조하여, 배럴의 회전은 레버를 누름으로써 달성된다. 배럴(62)의 상면부는 힘이 배럴의 피봇축(83)으로부터 거리(d)에서 수직으로 가해질 때 레버를 제공하기 위한 2개의 벽부들(80, 81)을 포함한다. 도 12c에서, 피봇 핑거가 개방될 때, 벽부(80)를 타격하고 좌측부터 우측으로 옆으로 이동하는 푸싱핀(84; pushing pin)은 폐쇄 위치까지 피봇 핑거를 시계방향으로 플릭킹할(flick) 것이고, 도 12d에서, 폐쇄될 때, 벽부(81)를 타격하고 우측부터 좌측으로 옆으로 이동하는 동일한 푸싱핀(84)은 개방 위치까지 피봇 핑거를 반시계방향으로 플릭킹할 것이다. 도 12c와 도 12d에 도시된 바와 같이, 폐쇄 상태로 설정될 때 지지 베이스 엣지(71) 넘어 돌출하는 부분만이 핑거(60)이다. 바람직하게는, 푸싱핀(84)은 러버형 재료의 층(85)으로 둘러싸여 핀이 레버를 타격할 때 충격력을 약화시킨다.
도 12e 내지 도 12g는 사시도로부터 피봇 핑거(52)의 회전을 도시한다. 회전 동안, 피봇 핑거(52)는 리세스(75)들 사이에서 배럴(62)의 하면측 상에서 롤링하는 불룩한 볼(72)들에 의해 도입된 축 변위가 가해진다. 피봇하면서, 핑거는 도 12f에서 가장 높은 지점에 도달하도록, 초기에는 리세스(75)로부터 롤링하는 불룩한 볼(72)들에 따른 상측 이동을 구현하고, 이어서 불록한 볼(72)들이 다음의 상응하는 리세스(75) 안에 맞물리기에 핑거는 하측으로 이동한다. 롤(11b) 표면과 접촉하게 하기 위하여, 배럴(62)의 이런 상측 이동은 핑거(60)가 하측으로 가기 이전에 롤(11b) 외측 엣지를 명확하게 하도록 한다. 개방될 때 핑거(60)는 롤로부터 떨어져 나가도록 리본 종단을 가압하는 영구 자석 특성을 가질 수 있다. 핑거(60)를 덮는 탄성 재료(61)는 압축된 스프링(68)에 의해 가해진 가압력 하에서 롤(11b)의 표면과의 접촉에 대하여 약간 변형될 것이다. 바람직하게는, 피봇 핑거는 도 12e에 도시된 바와 같이 개방 위치에서 설정될 때 지지 프레임(67)으로부터 더 큰 거리에서 남는다.
다시 도 11a와 도 11b를 보면, 지지 프레임(67)의 수직 벽(86)은 릴 플랜지(50)의 외측 원형 엣지와 대응하도록 프로파일링된다(profiled). 리본 자유단(44)을 유지하도록 핑거들로 롤에 충분한 압력을 가하기 위하여, 직경을 증가시키는 롤(11b)이 피봇 핑거(52)들의 폐쇄를 허용하기에 충분히 클 때까지 리본은 롤링업된다. 또한 도 11c를 참조하여, 핀(84)들이 신속하게 상측으로 견인된 이후에, 다음 패스에서 모든 배럴들에 대하여 레버들을 플릭킹하기 위하여, 각각의 핑거(50)는 릴이 회전하면서 피봇 핑거들의 2개의 패스들 사이에서 푸싱핀(84)들을 하강시키기 위한 통로를 명확하게 하도록 내부 엣지 상에 노치(87)를 갖는다. 도 11a에서, 릴은 푸싱핀(84)으로 폐쇄된 피봇 핑거(52)들을 개방하도록 시계방향으로 회전하여야 한다. 도 11b에서, 릴은 푸싱핀(84)으로 개방된 피봇 핑거(52)들을 폐쇄하도록 반시계방향으로 회전하여야 한다.
도 13a 내지 도 13c는 롤(11b)로부터 리본 자유단(44)을 해제하기 위한 연속적인 이벤트들을 도시한다. 도 13a에서, 릴은 폐쇄된 피봇 핑거(52)들과 함께 시계방향으로 회전하고 있다. 2개의 푸싱핀(84)들은 피봇 샤프트(88)를 또한 포함하는 스윙 레버(19a)에 장착된다. 인입 피봇 핑거(52)들과 충돌시키기 위하여, 스윙 레버(19a)는 노치(87)들에서 푸싱핀(84)에 맞물리도록 피봇 샤프트(88)의 축(89) 주위에서, 미도시된, 액추에이터에 의해 스윙된다. 다음으로 도 13b에서, 푸싱핀(84)은 롤(11b)로부터 리본 자유단(44)을 해제하도록 피봇 핑거(52)들에 대하여 누르고 있다. 다음으로 도 13c에서, 피봇 핑거(52)는 완전히 개방되고 리본 자유단(44)은 해제되고 내던져진다. 도시된 이벤트들은 롤(11b)에 롤링업되는 리본의 트레일링 종단(44)이 인입 리본이 절단된 이후에 바로 고정될 수 있는 방법을 설명하도록 반시계방향으로 회전하는 릴에 따라 도 13c부터 도 13a까지 역으로 진행될 수 있다. 리본에 대한 절단 위치는 도 13a에 도시된 바와 같이 핑거들이 리본 자유단(44)을 조일 것이다는 것을 확보하도록 릴의 회전 동안 피봇 핑거들의 위치에 대하여 컨트롤러(30)에 의해 결정된다.
도 14는 인력 롤러(35)의 축방향 절개도를 도시한다. 이는 롤러를 형성하도록 샤프트(93) 상에 플랜지(92) 및 베어링(91)과 함께 장착된 비강자성 실린더(90)를 포함한다. 형성된 롤러의 중공부 내부에, 강자성 요크(yoke)(94)는 샤프트(93)에 장착되고, 작은 갭(97)에 의해 상기 표면으로부터 분리되고 실린더(90)의 하면 표면을 향하여 외측으로 돌출하며 슬롯(96)들에 의해 분리된 일련의 디스크들을 형성하는 치차(95)들을 구비한다. 각각의 슬롯은 전도성 코일(98)을 형성하도록 샤프트 축 주위에 코일링된(coiled) 몇몇 권수의 컨덕터(conductor)를 포함한다. 모든 전도성 코일(98)들은 요크(미도시됨)에서 통로를 통해, 바람직하게는 직렬로, 전기적으로 상호연결되며 샤프트(93)에 위치된 개구(100)를 통해 롤러의 외부를 빠져나가는 한 쌍의 컨덕터 리드(conductor lead)(99)들에 연결된다. 코일(98)들 사이에 전기적 상호연결이 배열되어 전류가 전도성 리드(99)들을 통해 공급될 때, 암페어-턴(amp-turn)의 총량은 일련의 점선 및 십자 표시들에 의해 도시된 바와 같이 슬롯부터 슬롯까지 교호 방향으로 순환할 것이다. 이는 치차부터 치차까지 남측과 북측 사이에서 교호하는 각각의 치차의 종단에서 일련의 자극(magnetic pole)을 갖는 전자석을 생성할 것이다. 폴(pole)들에 의해 생산된 자기장 누설 라인(101)은 인접한 폴들 사이에 롤러 표면으로부터 외측으로 연장될 것이다. 회전축과 평행한 롤러에 근접하는 강자성 리본(102)은 자기장 누설 라인(101)을 가로막을 것이고 실린더(90) 표면을 부착하도록 자기력에 의해 끌어당겨질 것이다. 리본에 가해진 자성 인력은 컨덕터 리드(99)에 공급된 전류 세기에 비례할 것이다.
이제 도 15를 참조하여, 전도성 롤러(36)를 넘어가면서 함께 2개의 적층된 금속 리본(105)들을 바인딩하는 데에 사용된 용접 롤러(37) 및 전도성 롤러(36)의 기본 구조가 도시된다. 전도성 롤러(36)는 바람직하게는 구리로 제조되고 주어진 두께를 갖는 실린더(106)를 포함한다. 이런 구리 실린더(106)는 회전을 허용하도록 2개의 측 플랜지(109)들을 통해 샤프트(108) 상에서 베어링(107)과 함께 장착된다. 실린더(106)의 외측 주변부는 2개의 적층된 금속 리본(105)들을 가이딩하고 지지한다. 회전 용접 롤러(37)는 스페이서 디스크(111)들을 절연함으로써 분리된 일련의 적층된 구리 디스크(110)들을 포함한다. 적층된 디스크들(110, 111)의 그룹은 적층된 디스크들의 회전을 허용하도록 베어링(114)을 통해 샤프트(113) 상에 각각 지지된 2개의 절연 플랜지(112)들 사이에 스퀴징된다(squeezed). 각각의 구리 디스크(110)는 롤러로부터 외측으로 돌출한 좁은 주변 팁(115)을 갖는다. 용접 롤러(137)가 롤러(36) 상의 적층된 리본(105)들에 가압될 때, 구리 디스크(110)들은 적층된 리본들의 폭을 따라 분포된 일련의 이격된 좁은 접촉부(116)들을 제조한다. 이어서 용접은 구리 실린더(106) 및 적층된 리본들을 통한 구리 디스크(110)들 사이에서 흐르는 전류를 가함으로써 2개의 리본들 사이에 생성된다. 바람직하게는, 용접 전류는 전기적 극성에 있어 교호하는 인접한 디스크(110)들 사이에서 흐른다. 전류는 컨트롤러(30)에 의해 제어된 외부 전기 전류원에 연결되고 샤프트 상에 제공된, 미도시된, 슬라이딩 접촉부를 걸쳐 와이어들을 통해 디스크들에 공급된다.
이제 도 16a를 참조하여, 비어있는 맨드릴(2)을 갖는 트랜스포머 커널(1)은 방사방향 절개도로부터 도시된다. 전류 펄스가 전기 전류원(120)에 의해 트랜스포머의 전기 코일들 중 적어도 하나에 공급될 때, 유도된 자기장 라인(121)은 자성 코어가 존재하지 않을 때 트랜스포머 커널 맨드릴(2)을 둘러서 루핑한다(looping).
도 16b를 참조하여, 2개의 전단 절단 블레이드들(16a, 17a)이 도시되고, 지지 부재(122, 123)에 각각 장착된다. 지지 부재들(122, 123)은 미도시된, 가이드 레일들 상에서 액추에이터에 의해 수직으로 작동될 수 있고, 이는 2개의 전단 절단 블레이드들(16a, 17a)이 꽤 작은 분리 갭과 거의 만나도록 기준면(124)과 평행하게 장착된다. 갭의 정확한 조정을 수행하기 위하여, 미도시된, 수단은 수평 위치를 변경하도록 블레이드들 중 하나에 제공된다. 절단 블레이드들의 전체 배열체(125)는 요구될 때 회전 맨드릴(2) 근처에 가져오도록, 미도시된, 액추에이터와 함께 이동될 수 있다. 본 발명에서, 바람직하게는 리본은 이동하면서 절단된다. 절단 동안 이동 리본에서 생성된 인장 응력 펄스를 제한하기 위하여, 전단 절단은 우선 이동 리본의 하면 표면에 근접한 블레이드(16a)를 위치시키고, 이어서 충분한 속도로 블레이드(17a)를 작동시킴으로써 수행된다.
도 17 내지 도 20은 새로운 롤을 개시하기 위하여, 트랜스포머 커널(1a)의 맨드릴(2a)에 롤링업된 완성된 롤(14)로부터 스탠바이 트랜스포머 커널(1b)의 비어있는 회전 맨드릴(2b)로 전진배치 리본을 스위칭하기 위하여 관련된 연속적인 이벤트들을 도시한다. 우선 도 17을 참조하여, 공급원으로부터 주어진 속도(V) 및 인장 응력(T)으로 전진배치된 강자성 금속 리본(10)은 회전 맨드릴(2a)에 롤링업되고 있다. 맨드릴(2a)의 회전 속도는 텐셔닝 롤러(22a)에 연결된 위치 센서(23a)에 따른 전동식 구동 롤러(5a)들을 이용하여 컨트롤러(30)에 의해 설정된다. 정확한 거리 센서(39b), 예컨대 레이저 거리 센서는 맨드릴(2a) 상의 축적 리본의 양을 측정하고 컨트롤러(30)에 전송하도록 롤(14)의 외측 표면을 겨냥한다. 반면에, 비어있는 맨드릴(2d)을 갖는 트랜스포머 커널(1b)은 롤링업 위치 상측에 설치된다. 표면 속도 센서(40c), 예컨대 레이저 표면 속도계는 리본(10)의 표면을 겨낭하고 연속적으로 리본 이송 속도를 컨트롤러(30)에 전송한다. 표면 속도 센서(40d)는 맨드릴(2d)의 표면을 겨냥하고 또한 연속적으로 맨드릴(2b)의 표면 회전 속도를 컨트롤러(30)에 전송한다. 모든 속도 센서들을 이용하여, 맨드릴(2b)은 구동 롤러(5b)들을 이용하여 컨트롤러(30)에 의해 회전으로 이루어지고, 이의 회전 속도는 2개의 속도 센서들(40c, 40d)로부터 판독된 표면 속도들 사이에서 산출된 갭을 무의미하게 하도록 설정된다.
이어서 도 18을 참조하여, 컨트롤러(30)는 명령을 압박 롤러(126a)에 연결된 액추에이터에 전송한다. 압박 롤러(126a)는 회전 맨드릴(2b)의 표면에 대한 이송 롤러(10)에 압박된다. 센서들(40c, 40d)에서 약간의 잠재적 불정확성으로 인해, 맨드릴(2b)과 리본(10) 사이에서 표면 속도의 작은 차이가 존재할 수 있다. 따라서, 토크 한도는 회전 맨드릴(2b)이 완속할 때 모든 회전부들의 마찰에 대하여 작용하는 데에 필요한 토크 레벨 위로 간신히 설정된 값에서 구동 롤러(5b) 상에 부과된다. 일단 리본(10)이 맨드릴(2b)에 대하여 가압되면, 맨드릴(2b)의 회전은 리본에 의해 벨트-구동되고 이의 표면 회전 속도는 리본 전진 배치 속도에 대응할 것이다. 이어서, 전단 절단 블레이드들(16a, 17a)은 이송 리본이 맨드릴(2b)의 표면을 벗어나는 분리 지점(128)을 지나 바로 도달된다. 블레이드(16a)는 코일-프레임 배열체(129)의 좌측부와 맨드릴(2b) 사이에서 높아지고 리본(10)의 표면 아래 우측에 위치되며, 블레이드(17a)는 블레이드(16a)에 따른 정렬에서 리본의 표면에 걸쳐 이르게 된다. 반면에, 롤(14)의 외측 표면에 대하여 용접 롤러(127)를 가압하기 위하여, 컨트롤러(30)는 명령을 도 14에서 도시된 것과 같은, 용접 롤러(127)에 연결된 액추에이터에 전송하다. 또한 용접 롤러(127)는 부서지기 쉬운 접착 테이프의 디스펜서(dispenser)에 의해 대체될 수 있다.
이어서 도 19를 참조하여, 거리 센서(39b)를 통해 검출됨에 따라 맨드릴(2a) 상의 리본의 목표량이 도달되자마자, 컨트롤러(30)는 리본을 절단하도록 블레이드(17a)들의 액추에이터를 작동시키고, 고전류 충격이 컨트롤러(30)에 의해 또한 제어되는 전류원(130)을 이용하여 트랜스포머 커널(1b)의 전기 코일들 중 적어도 하나에 공급된다. 반면에, 진공은 캐비티(131; cavity)의 하측부에서 지지 부재(122)에 장착된 노즐(134)로부터 코안다 프로파일(133; Coanda profile)에 걸쳐 달라붙은 압축 공기의 제트를 공급함으로써 맨드릴(2b), 리본(10), 양 플랜지(6a)들, 및 지지 부재(122)의 벽부(132)에 의해 범위가 정해진 캐비티(131) 안에서 신속하게 생성된다. 공기는 컨트롤러(30)에 의해 제어된 구동 밸브에 의해 노즐(134)에 공급된다. 리본이 진공에 의해 아래로 견인될 때 지지 부재(122)의 상면은 마찰을 감소시키도록 테프론형 블록(135)으로 덮일 수 있다. 절단 블레이드들(16a, 17a)이 리본보다 넓을 수 없기에, 이어서 회전 플랜지(6a)들과 접촉할 것이기 때문에, 블레이드들의 엣지들을 넘어 연장되는 리본의 작은 부분이 미절단으로 남게 될 수 있다. 따라서, 지지 부재(123)는 리본 트레일링 종단 상에 갑작스런 견인력을 생산하여 남아있는 미절단 엣지들을 파손시키도록 블록(135)의 바로 우측 위치에서 리본 부분을 타격할 햄버 헤드(136)를 구비할 수 있다. 일단 절단이 수행되면, 구동 롤러(5b)에 부과된 토크 한도가 제거되고, 맨드릴(2b)의 회전 속도를 제어하도록 컨트롤러(30)에 의해 사용된 피드백 입력이 즉시 센서들(40c, 40d)로부터 위치 센서(23a)로 스위칭된다. 반면에, 절단된 리본의 리딩 종단(137) 위에 위치된 더 높은 공기 압력의 영역은 공기의 제트가 구동 밸브를 통해 컨트롤러(30)에 의해 이미 차단되어 왔을 순간에, 노즐(134)의 전면을 지나기 이전에 맨드릴(2b)의 표면에 대하여 즉시 밀어낼 것이다. 이어서, 도 16a에 도시된 바와 같이, 자기장 라인의 생성된 폐쇄 루프는, 전류원(130)에 의해 생성된 전류 충격이 컨트롤러(30)에 의해 꺼질 수 있는, 이후에 제 2 빌딩층 아래에 끼일 때까지 맨드릴(2b)의 표면에 대하여 리본 종단을 홀딩하도록 리본 리딩 종단 상에 견인력을 생산할 것이다. 반면에, 맨드릴(2a)에 최종 설정된 회전 속도는 컨트롤러(30)에 의해 유지되면서 컨트롤러(30)는 용접 롤러(127)가 떼어지고 회전 맨드릴(2a)이 중지하도록 이르게 된 이후에 인입 트레일링 종단의 도착 이전에 롤(14) 상의 최종 리본층을 용접하도록 전류를 용접 롤러(127)로 공급할 전류원(138)에 명령을 전송한다. 이어서, 완성된 트랜스포머 커널(1a)이 제거된다.
결국 도 20을 참조하여, 압박 롤러(126a), 가이드 롤러(139) 및 절단 블레이드들(16a, 17a)은 컨트롤러(30)에 의해 제어된 액추에이터들로 트랜스포머 커널(1b)로부터 떼어지고, 트랜스포머 커널(1b) 및 상응하는 코일-프레임 지지 수단 및 구동 롤러(5b)는 컨트롤러(30)에 의해 제어된 액추에이터에 의해 우측을 향하여 천천히 이동되면서, 리본(10)은 맨드릴(2b)에 롤링업되고 있다. 트랜스포머 커널(1b)은 예전에는 트랜스포머 커널(1)을 지지하였고 또한 액추에이터를 구비한 구동 롤러(5) 및 지지 수단으로 위치를 스위칭할 것이다. 일단 위치들이 스위칭되면, 이어서 시스템은 비어있는 맨드릴을 갖는 새로운 트랜스포머 커널(1)을 수용하려고 한다. 새로운 트랜스포머 커널은 다음 스위칭 순서가 요구될 때까지 스탠바이로 기다릴 것이고, 이에 의해 직렬로 트랜스포머 커널 맨드릴 상에 롤링업된 코어들의 연속적인 생산을 유지한다.
트랜스포머 커널 맨드릴에 롤링업된 코어들의 연속적인 생산 방법은 또한 릴 맨드릴에 리본의 롤들을 롤링업하는 데에 적용될 수 있다. 도 21을 참조하여, 강자성 리본(26)이 릴 맨드릴(2c)에 감기고 있는 설치가 도시된다. 설치는: 압박 롤러(126b); 한 쌍의 전단 절단 블레이드들(16b, 17b); 거리 센서(39b); 한 쌍의 표면 속도 센서들(40c, 40d); 위치 센서(23a)를 갖는 텐셔닝 롤러(22a)를 포함하고, 이 모두는 단지 동일한 연속적인 이벤트들을 가지나, 하기의 차이점:을 갖는, 도 17 내지 도 20에 서술되고 도시된 상응하는 요소들과 유사한 기능을 수행한다. 첫째로, 릴 맨드릴(12d)에서 절단된 리본의 리딩 종단의 인력은 스핀들(21d)의 중공부 안에 위치된 도 13에 도시된 것과 유사한 전자석에서 고전류 충격을 공급함으로써 달성된다. 전류 충격은 컨트롤러(30)에 의해 제어된 전류원(140)에 의해 공급된다. 비록 사용될 수 있더라도, 리본 아래에 진공을 생성하는 공기의 제트의 사용은 자성 견인력이 충분하기에 이런 경우에 필요하지 않다. 둘째로, 일단 리본이 절단되면, 트레일링 종단은 도 13a 내지 도 13c에 도시된 이벤트들의 반대 작용 순서에 따라 맨드릴(12d)의 플랜지(50)에 제공된 고정 장치(18b)를 이용하여 롤(11c)에 고정된다. 고정 장치(18b)의 피봇 핑거들은 제 1 패스에 푸싱핀들을 홀딩하는 스윙 레버(19b)가 피봇 핑거들을 플릭킹하도록 스윙되는 위치 지점(141)을 만들 때 인입 리본의 트레일링 종단에 걸쳐 폐쇄되도록 기다리는 개방 상태로 존재한다. 또한, 롤(11c)에서 리본 트레일링 종단을 따라 정렬된 고정 장치(18b)를 갖기 위하여, 리본을 절단하는 순서 명령은 고정 장치(18b)가 위치 지점(141)으로부터 미리 각도 지점(β)에서 지나는 순간에 컨트롤러(30)에 의해 전송된다. 바람직하게는, 피봇 핑거들이 폐쇄될 때까지 롤(11c)에 리본을 홀딩하기 위하여, 압박 롤러(142)는 임시로 컨트롤러(30)에 의해 제어된 액추에이터로 위치 지점(141) 근처에서 롤러(11c)에 대하여 가압된다.
도 22와 도 23은 리본 이송 시스템을 설치하기 위하여, 리본 종단을 시이징하고(seize) 가이딩하며, 시스템을 청소하기 위하여, 리본 파손을 따라 리본 이송 시스템에 달라붙은 리본 잔해를 제거하기 위한 아암을 포함하는 장치를 도시한다. 도 22에서, 장치는 수평으로 이동할 수 있는 작은 전동식 버기(146)를 지지하기 위한 레일(rail)(145)을 포함한다. 또한 작은 버기는 일 극단으로부터 전자석 헤드(148)를 홀딩하는 아암(147)을 수직으로 이동시키는 액추에이터를 포함한다. 전자석 헤드(148), 수직 액추에이터 및 전동식 버기는 모두 컨트롤러(30)에 의해 제어된다. 다른 수단 예컨대 다축 로봇 아암은 전자석 헤드를 홀딩하고 이동시키는 데에 채택될 수 있다. 리본 이송 시스템을 설치하기 위하여, 전자석 헤드(148)는 동력이 공급되고 고정 장치(18a)에 의해 롤에 고정된 리본 자유단과 함께 리본 롤(11b)에 걸쳐 스윙 레버(19a) 근처에 이르게 된다. 릴 맨드릴(12b)은 이어서 고정장치(18a)가 동력이 공급된 전자석 헤드(148)에 의해 시이징되는 리본 자유단을 해제하도록 스윙 레버(19a)에 의해 개방될 때까지 천천히 회전된다. 이어서, 도 23에 도시된 바와 같이 릴 맨드릴(12c) 또는 트랜스포머 커널 맨드릴(2a)에 도달하기 위하여, 리본이 주위에서 구불구불해야만 하는, 모든 롤러들은 우측으로 전자석 헤드(148)를 이동시킴으로써 리본 리딩 종단을 언롤링하고 가이딩하기 위한 직선 개방된 통로를 제공하도록 컨트롤러(30)에 의해 제어된 액추에이터에 의해 이동된다. 도시된 롤러들은 실시예로서 사용되고, 이에 따라, 리본 이송 시스템에서 롤러들의 배열체가 고려될 수 있다. 이어서 리본 리딩 종단은 트랜스포머 커널 맨드릴(2a)(또는 릴 맨드릴(12c))에서 해제되면서 전류는 컨트롤러(30)에 의해 제어된 전류원(150)을 이용하여 트랜스포머 커널(1a)의 전기 코일들 중 적어도 하나(또는 스핀들(21c)에 위치된 전자석)에 공급된다. 공급된 전류는 맨드릴(2a)(또는 릴 맨드릴(12c)) 주위에 리본을 끌어당기고 두르는 자기력을 생산할 것이다. 이어서 트랜스포머 맨드릴(2a)(또는 릴 맨드릴(12c))은 형성롤 상의 제 2 빌드 층에서 리본 종단을 끼도록 수회 천천히 회전된다. 결국, 모든 롤러들이 작업 위치로 다시 이동되고 이송 작업이 개시될 수 있다.
갑작스런 리본 파손이 이송 동안 발생하면 동일한 장치가 시스템을 재설정하는 데에 사용될 수 있다. 따라서, 이런 시스템에서 모든 롤러 및 스핀들은 리본이 파손되는 순간에 회전을 즉시 중지시키는 수단을 구비할 수 있다. 리본 파손은 리본의 경로를 따라 위치되고 컨트롤러(30)에 연결된 포토 디텍터를 이용하거나, 또는 전동식 스핀들 또는 구동 롤러 중 하나의 회전 속도 또는 토크에 있어 갑작스런 변화를 검출함으로써 검출될 수 있다. 신속하게 중지하는 모든 회전부들은 리본이 자유 선회 롤러들에서 롤링업하는 것을 방지할 것이다. 모든 회전부들이 중지된 이후에 파손을 따라, 롤러들은 통로를 개방하도록 이동된다. 롤(11b)로부터 늘어진 리본부는 아암(147) 상에 또는 롤(11b) 근처에 제공된, 미도시된, 절단 수단을 이용하여 절단된다. 절단된 꼬리부분으로부터 시작하여, 롤러들에 달라붙은 리본의 잔해는 전자석 헤드(148)에 의해 픽업되면서 이어서 픽업된 리본 잔해가 재활용 바스켓(basket)(149) 안에 낙하되는 먼 우측으로 상승한다. 바람직하게는, 트랜스포머 커널(1a)(또는 릴 맨드릴(12c))은 제거되고 비어있는 맨드릴을 갖는 것으로 대체되며, 제거된 트랜스포머 커널(또는 릴 맨드릴)은 개조되거나 재활용될 검사를 위하여 보내진다. 반면에, 전자석 헤드(148)는 리본 자유단을 시이징하도록 롤(11b) 근처에 다시 이르게 되고, 상기에 서술된 바와 같이 설치 절차가 재완료된다.
비록 본 발명의 바람직한 구체예들이 여기서 상세하게 서술되어 왔고 첨부한 도면들에 개시되더라도, 본 발명이 이런 정확한 구체예들로 한정되지 않고 다양한 변화 및 변경이 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 야기될 수 있다.

Claims (28)

  1. 리본 롤의 자유단을 고정시키는 장치에 있어서,
    리본 롤이 장착된 릴; 및
    리본 롤의 자유단이 릴에 고정되는 유지 위치와 리본 롤의 자유단이 릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 리본 유지 메커니즘을 포함하되,
    릴은 상기 맨드릴의 양측에서 제 1 및 제 2 측면 플랜지를 갖는 맨드릴을 포함하고, 플랜지들은 유지 요소들 각각을 수용하기 위한 슬롯들을 가지며,
    유지 요소들은 제 1 및 제 2 플랜지들 각각에 대하여 피봇가능한 로드들을 포함하고, 상기 로드들은 각각의 로드가 반대편 플랜지를 향하여 연장되는 유지 위치와 각각의 로드가 플랜지의 상응하는 측벽을 따라 연장되고 플랜지의 상응하는 슬롯 내에 수용되는 해제 위치 사이에서 피봇가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 맨드릴에 절단가능한 강자성 리본을 롤링업하는 방법에 있어서,
    a) 상기 맨드릴에 근접하게 상기 절단가능한 강자성 리본의 자유단을 공급하는 단계;
    b) 동시에, 제어가능한 전류원에 의해 전류를 상기 맨드릴 안에 위치된 전자석으로 공급하여, 상기 자유단을 맨드릴에 압박하고, 상기 맨드릴을 회전시켜 상기 리본을 상기 맨드릴에 롤링업하는 단계; 및
    c) 맨드릴에 롤링업된 강자성 리본의 소정 직경이 획득될 때 강자성 리본을 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 단계 b)에서,
    전자석은 트랜스포머 커널의 적어도 하나의 컨덕터 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 단계 b)에서,
    전자석은 강자성 요크에 장착된 적어도 하나의 컨덕터 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 단계 b)에서,
    강자성 요크는 샤프트에 장착되고 맨드릴 내에 수용되며,
    강자성 요크는 샤프트를 따라 이격된 복수 개의 환형 형상 슬롯들을 포함하고, 상기 슬롯들은 적어도 하나의 컨덕터 코일을 수용하며, 적어도 하나의 컨덕터 코일은 코일에 공급된 전류가, 인접한 슬롯들 사이에서 교호 회전 방향으로 순환하도록 감기는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 절단가능한 강자성 리본을 롤링업하는 장치에 있어서,
    맨드릴;
    상기 맨드릴 안에 위치된 전자석;
    맨드릴을 회전시키는 제어가능한 모터;
    전류를 전자석으로 공급하는 제어가능한 전류원;
    맨드릴이 회전함으로써 맨드릴에 절단가능한 강자성 리본 롤을 롤링업함에 따라 리본의 자유단을 맨드릴에 압박하도록, 제어가능한 전류원 및 제어가능한 모터를 제어하는 컨트롤러; 및
    맨드릴에 롤링업된 강자성 리본의 소정 직경이 획득될 때 강자성 리본을 절단하는 커터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    전자석은 트랜스포머 커널의 적어도 하나의 컨덕터 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    전자석은 강자성 요크에 장착된 적어도 하나의 컨덕터 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    강자성 요크는 샤프트에 장착되고 맨드릴 내에 수용되며,
    강자성 요크는 샤프트를 따라 이격된 복수 개의 환형 형상 슬롯들을 포함하고, 상기 슬롯들은 적어도 하나의 컨덕터 코일을 수용하며, 적어도 하나의 컨덕터 코일은 코일에 공급된 전류가, 인접한 슬롯들 사이에서 교호 회전 방향으로 순환하도록 감기는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 경로를 따라 강자성 재료를 조작하고 이동시키는 장치에 있어서,
    전자석;
    경로를 따라 전자석을 이동시키는 제어가능한 이동 시스템;
    전류를 상기 전자석으로 공급하는 제어가능한 전류원; 및
    상기 전자석이 상기 경로를 따라 이동함에 따라 상기 강자성 재료를 연속하여 수거, 이동 및 해제시키도록 제어가능한 이동 시스템 및 제어가능한 전류원을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 경로를 따라 강자성 재료를 조작하고 이동시키는 방법에 있어서,
    a) 강자성 재료에 근접하게 전자석을 위치시키는 단계;
    b) 전류를 전자석으로 공급하여 강자성 재료를 수거하는 단계;
    c) 경로를 따라, 단계 b)에서 수거된 강자성 재료를 이동시키는 단계; 및
    d) 전류를 전자석으로 공급하는 단계를 중지시킴으로써 단계 c)에서 이동된 강자성 재료를 해제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 릴에 장착된 강자성 리본 롤로부터 제 1 맨드릴까지 강자성 리본을 이송하는 방법에 있어서,
    a) 제 1 릴을 제 1 언롤링 위치에 위치시키는 단계;
    b) 리본 롤의 자유단이 제 1 릴에 고정되는 유지 위치와 리본 롤의 자유단이 제 1 릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 리본 유지 메커니즘에 의해 제 1 릴에 리본 롤의 자유단을 고정시키는 단계;
    c) 제 1 릴에 근접하게 전자석을 위치시키는 단계;
    d) 단계 b)에서 고정된 자유단과 함께 릴을 회전시키는 단계;
    e) 단계 d) 이후에, 유지 위치로부터 해제 위치까지 유지 요소들을 트리거링하여(triggering) 리본의 자유단을 자유롭게 하고, 동시에 전류를 전자석으로 공급하여 리본의 자유단을 수거하는 단계;
    f) 제 1 롤링업 위치에서 제 1 맨드릴에 근접한 경로를 따라 단계 e)에서 수거된 자유단을 이동시키는 단계;
    g) 동시에, 전류를 전자석으로 공급하는 단계를 중지시킴으로써 리본의 자유단을 해제하고, 제어가능한 전류원에 의해 전류를 상기 맨드릴 안에 위치된 맨드릴 전자석으로 공급하여, 상기 자유단을 맨드릴에 압박하며, 상기 맨드릴을 회전시켜 상기 리본을 상기 맨드릴에 롤링업하는 단계; 및
    h) 맨드릴에 롤링업된 강자성 리본의 소정 직경이 획득될 때 강자성 리본을 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 방법은,
    i) 절단 단계 h) 이후에 획득된, 맨드릴에 롤링업된 강자성 리본의 자유단을 맨드릴 상의 리본 롤에 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    단계 i)에서, 고정시키는 단계는 맨드릴 상의 리본 롤의 자유단이 맨드릴에 고정되는 유지 위치와 맨드릴 상의 리본 롤의 자유단이 맨드릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 제 2 리본 유지 메커니즘에 의해 맨드릴 상에 리본 롤의 자유단을 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    단계 i)에서, 고정시키는 단계는 맨드릴 상의 리본 롤의 자유단을 맨드릴 상의 상기 리본 롤에 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 방법은,
    j) 단계 g)와 단계 h) 사이에서, 제 1 릴과 제 1 맨드릴 사이에서 리본의 경로에 근접한 제 2 롤링업 위치에 제 2 맨드릴을 위치시키는 단계;
    k) 단계 h)와 동시에, 제 2 제어가능한 전류원에 의해 전류를 상기 제 2 맨드릴 안에 위치된 제 2 맨드릴 전자석으로 공급하여, 단계 h)에서 절단된 제 1 릴로부터 리본의 자유단을 제 2 맨드릴에 압박하고, 상기 제 2 맨드릴을 회전시켜 상기 리본을 상기 제 2 맨드릴에 롤링업하는 단계;
    l) 제 1 맨드릴을 제 1 롤링업 위치로부터 제거하는 단계;
    m) 제 2 맨드릴을 제 2 롤링업 위치로부터 제 1 롤링업 위치까지 이동시키는 단계;
    n) 제 2 위치에 위치된 제 2 맨드릴에 롤링업된 강자성 리본의 제 2 소정 직경이 획득될 때 강자성 리본을 절단하는 단계; 및
    o) 복수 개의 맨드릴들에 리본 롤을 언롤링 및 롤링업하도록, 제 1 언롤링 위치에 위치된 릴이 비어있을 때까지 단계 j) 내지 단계 n)을 반복하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 방법은,
    p) 제 1 릴과 제 1 맨드릴 사이에서 리본의 경로에 근접한 제 2 언롤링 위치에 제 2 리본 롤을 갖는 제 2 릴을 제공하는 단계;
    q) 제 2 리본 롤의 자유단이 제 2 릴에 고정되는 유지 위치와 제 2 리본 롤의 자유단이 제 2 릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 제 2 리본 유지 메커니즘에 의해 제 2 릴에 제 2 리본 롤의 자유단을 고정시키는 단계;
    r) 단계 q)에서 고정된 자유단과 함께 제 2 릴을 회전시키는 단계;
    s) 제 1 릴이 비게 되기 전에 단계 o)를 반복하는 동안, 제 2 릴의 유지 요소들을 유지 위치로부터 해제 위치로 트리거링하여 제 2 리본 롤의 자유단을 자유롭게 하고 제 2 리본의 자유단을 제 1 릴의 제 1 리본과 결합하는 단계;
    t) 단계 s) 이후에, 제 1 릴이 빈 후에, 제 1 릴을 제 1 언롤링 위치로부터 제거하는 단계;
    u) 단계 t) 이후에, 제 2 릴을 제 2 언롤링 위치부터 제 1 언롤링 위치까지 이동시키는 단계; 및
    v) 단계 p) 내지 단계 u)를 연속적으로 반복하여, 리본 롤들을 릴들로부터 연속적으로 언롤링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    단계 s)에서, 결합하는 단계는,
    ⅰ) 제어가능한 전류원에 의해 전류를 인력 롤러 안에 위치된 전자석으로 공급하여, 제 2 리본의 자유단을 제 1 리본에 압박하는 단계; 및
    ⅱ) 단계 ⅰ) 이후에 제 1 및 제 2 리본들을 함께 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    단계 ⅱ)에서, 용접하는 단계는 샤프트에 장착되고 스페이서 디스크들을 절연함으로써 분리된 복수 개의 컨덕터 디스크들을 포함하는 회전 용접기에 의해 수행되고,
    각각의 컨덕터 디스크는 샤프트로부터 외측으로 돌출하는 좁은 팁을 갖고, 컨덕터 디스크는 인접한 컨덕터 디스크들 사이에서 전류 극성이 교호하도록 전기적으로 연결되며, 컨덕터 디스크의 팁은 제 1 및 제 2 리본들에 가압되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 12 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은,
    AA) 제 1 릴과 제 1 맨드릴 사이에서 리본의 파손에 따라 발생된 리본의 잔해에 근접하게 단계 c)의 전자석을 위치시키는 단계;
    BB) 전류를 단계 c)의 전자석으로 공급하여 잔해를 수거하는 단계;
    CC) 단계 BB)에서 수거된 잔해를 처리 위치에 이동시키는 단계; 및
    DD) 전류를 단계 c)의 전자석으로 공급하는 단계를 중지시킴으로써 처리 위치에서 잔해를 해제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 1 릴에 장착된 강자성 리본 롤로부터 제 1 맨드릴로 강자성 리본을 이송하는 시스템에 있어서,
    제 1 릴을 제 1 언롤링 위치에 위치시키는 제 1 포지셔닝(positioning) 시스템;
    리본 롤의 자유단이 제 1 릴에 고정되는 유지 위치와 리본 롤의 자유단이 제 1 릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 제 1 리본 유지 메커니즘;
    제 1 전자석;
    경로를 따라 제 1 전자석을 이동시키는 제어가능한 이동 시스템;
    전류를 상기 제 1 전자석으로 공급하는 제 1 제어가능한 전류원;
    상기 제 1 전자석이 상기 경로를 따라 이동함에 따라 리본을 연속하여 수거, 이동 및 해제시키도록 제어가능한 이동 시스템 및 제어가능한 전류원을 제어하는 제 1 컨트롤러;
    제 1 릴을 회전시키는 제 1 제어가능한 모터;
    유지 위치부터 해제 위치까지 유지 요소들을 트리거링하여 리본의 자유단을 자유롭게 하는 제 1 트리거링 시스템;
    전류가 제 1 전자석으로 공급되어 리본의 자유단을 수거함에 따라 제 1 릴이 회전하여 리본의 자유단을 자유롭게 될 때 유지 위치부터 해제 위치까지 유지 요소들을 동시에 트리거링하기 위한, 제 1 트리거링 시스템, 제 1 제어가능한 전류원 및 제 1 제어가능한 모터를 제어하는 제 2 컨트롤러;
    제 1 맨드릴을 제 1 롤링업 위치에 위치시키는 제 2 포지셔닝 시스템;
    상기 제 1 맨드릴 안에 위치된 제 2 전자석;
    제 1 맨드릴을 회전시키는 제 2 제어가능한 모터;
    전류를 제 2 전자석으로 공급하는 제 2 제어가능한 전류원;
    제 1 맨드릴이 회전함으로써 제 1 맨드릴에 절단가능한 강자성 리본 롤을 롤링업함에 따라 리본 롤의 자유단을 압박하도록, 제 2 제어가능한 전류원 및 제 2 제어가능한 모터를 제어하는 제 3 컨트롤러; 및
    제 1 맨드릴에 롤링업된 강자성 리본의 소정 직경이 획득될 때 강자성 리본을 절단하는 커터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 시스템은,
    커터에 의한 절단 이후에 획득된, 맨드릴에 롤링업된 강자성 리본의 자유단을, 맨드릴 상의 리본 롤에 고정시키는 고정 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    고정 장치는 맨드릴 상의 리본 롤의 자유단이 맨드릴에 고정되는 유지 위치와 맨드릴 상의 리본 롤의 자유단이 맨드릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 제 2 리본 유지 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제 22 항에 있어서,
    고정 장치는 맨드릴 상의 리본 롤의 자유단을 맨드릴 상의 상기 리본 롤에 용접하는 용접기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 시스템은,
    제 1 맨드릴과 제 1 릴 사이의 리본의 경로에 근접한 제 2 롤링업 위치와, 제 1 롤링업 위치 사이에 제 2 맨드릴을 위치시키는 제 2 포지셔닝 시스템;
    상기 제 2 맨드릴 안에 위치된 제 3 전자석;
    제 2 맨드릴을 회전시키는 제 3 제어가능한 모터;
    전류를 제 3 전자석으로 공급하는 제 3 제어가능한 전류원; 및
    제 2 맨드릴이 회전함으로써 제 2 맨드릴에 절단가능한 강자성 리본 롤을 롤링업함에 따라 제 2 맨드릴 상의 리본 롤의 자유단을 압박하도록, 제 3 제어가능한 전류원 및 제 3 제어가능한 모터를 제어하는 제 4 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 시스템은,
    제 1 맨드릴과 제 1 릴 사이의 리본의 경로에 근접한 제 2 언롤링 위치와, 제 1 언롤링 위치 사이에 제 2 리본 롤을 갖는 제 2 릴을 위치시키는 제 3 포지셔닝 시스템;
    제 2 리본 롤의 자유단이 제 2 릴에 고정되는 유지 위치와 제 2 리본 롤의 자유단이 제 2 릴로부터 자유롭게 되는 해제 위치 사이에서 이동가능한 유지 요소들을 갖는 제 2 리본 유지 메커니즘;
    제 2 릴을 회전시키는 제 4 제어가능한 모터;
    유지 요소들을 유지 위치부터 해제 위치까지 트리거링하여 리본의 자유단을 자유롭게 하는 제 2 트리거링 시스템;
    제 2 릴이 회전하여 리본의 자유단을 자유롭게 함에 따라 유지 위치부터 해제 위치까지 유지 요소들을 동시에 트리거링하기 위하여, 제 2 트리거링 시스템 및 제 4 제어가능한 모터를 제어하는 제 5 컨트롤러;
    인력 롤러;
    상기 인력 롤러 안에 위치된 제 4 전자석;
    인력 롤러를 회전시키는 제 5 제어가능한 모터;
    전류를 제 4 전자석으로 공급하는 제 4 제어가능한 전류원;
    제 1 및 제 2 리본들을 함께 용접하는 회전 용접기; 및
    제 1 리본 및 제 2 리본의 자유단을 인력 롤러에 압박하고 제 1 및 제 2 리본들을 함께 용접하도록, 제 4 제어가능한 전류원, 제 5 제어가능한 모터, 및 회전 용접기를 제어하는 제 6 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    회전 용접기는 샤프트에 장착되고 스페이서 디스크들을 절연함으로써 분리된 복수 개의 컨덕터 디스크들을 포함하며,
    각각의 컨덕터 디스크는 샤프트로부터 외측으로 돌출하는 좁은 팁을 갖고, 컨덕터 디스크는 인접한 컨덕터 디스크들 사이에서 전류 극성이 교호하도록 전기적으로 연결되며, 컨덕터 디스크의 팁은 제 1 및 제 2 리본들에 가압되는 것을 특징으로 하는 시스템.
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