KR20020053055A - 마찰 밴드를 사용하는 자가보상식 필라멘트 장력 제어장치 - Google Patents

마찰 밴드를 사용하는 자가보상식 필라멘트 장력 제어장치 Download PDF

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Abstract

스풀로부터 필라멘트 재료를 풀어내는 것을 조절하는 자가보상식 장력 제어장치는 고정된 지지부와 이 고정된 지지부에 피벗된 스핀들 조립체를 포함하며, 스핀들 조립체는 필라멘트 재료의 스풀을 회전가능하게 지지한다. 필라멘트 재료에 의해 부여되는 당기는 힘은 스핀들 조립체가 각운동하게 하고 스풀을 회전시킨다. 고정된 지지부에 장착되며 스핀들 조립체에 커플링되는 제동 조립체는 스핀들 조립체의 각도에 따라 제동력을 가한다.

Description

마찰 밴드를 사용하는 자가보상식 필라멘트 장력 제어장치 {Self-compensating filament tension control device employing a friction band}
필라멘트 재료는 긴 길이로 제조되어 스풀에 편리하게 감겨있는 한 가닥 또는 여러 가닥의 스트랜드(strand), 편평한 밴드(band) 또는 튜브형 직물(tubing) 형태의 섬유를 포함한다. 이러한 다양한 필라멘트 재료는 천연 섬유 또는 합성 섬유, 유리 또는 금속일 수 있다. 이와 같은 재료는 통상적으로 플라스틱 또는 탄성체(elastomeric) 화합물용 보강재로서 사용되거나 또는 그 재료 자체가 직물업계에서는 단일 품목(integral item)으로 제조될 수 있다. 용도에 무관하게, 필라멘트재료가 사용되는 위치에서 또는 그 근처에서 스풀로부터 필라멘트 재료를 풀어내는 것이 일반적이다. 이러한 풀어내는 것을 용이하게 하기 위해, 스풀은 일반적으로 스핀들 또는 송출 장치(let-off device) 상에 장착되며, 이 장치는 필라멘트를 풀인출할 때 스풀이 회전할 수 있게 한다.
스풀로부터 필라멘트를 풀어주는(pay-out) 것이 높은 선 속도에서 이루어져 스풀 및 관련한 스핀들 장착 구성부재(spindle mounting component)에 상당한 운동량이 주어질 수 있기 때문에, 필라멘트가 끊어지거나 또는 권취(take-up) 속도가 갑자기 감소하는 경우에는 이러한 풀어주는 힘을 신속하게 해소(dissipate)할 필요가 있다. 두 상황 모두에서, 스풀의 회전이 보상될 수 있을 때까지 필요이상으로 필라멘트가 빠르게 풀리는 경향이 있다. 명백히, 수백 개의 스풀을 갖는 크릴(creel) 조립체가 사용될 때, 문제가 더 커진다. 크릴과 함께 사용하기 위해 많은 제동 장치(braking device)들이 개발되어 왔다. 이들 중 대부분이 필라멘트를 스풀로부터 풀기 위해 필요한 장력보다 더 큰 장력하에서 풀리게 된다. 또한, 필라멘트에서 유지되어야 하는 장력의 양은 다양한 상황하에서 상이한 필라멘트와 함께 작동할 수 있도록 변할 수 있어야 한다. 과거에는, 가변 장력 제어장치를 갖는 이러한 크릴 장치는 종종 여러번 개별적으로 조정할 필요가 있었고, 원하는 만큼 컴팩트하지 않았다. 몇몇 디자인에서는 스풀이 비어있기 때문에 필라멘트를 풀 때에도 장력을 조정할 필요가 있었다. 다른 예에서는, 크릴 장치는 특히 고 장력의 응용예에서, 원하는 장력 근처에서 주기적으로 변화하는 형태로 바람직하지 않은 난조(亂調; hunting) 또는 늘어지는(loping) 현상을 보였다.
타이어 업계에 사용되는 상업적으로 보다 성공한 장력 제어 장치 중의 하나는 본 출원인의 미국 특허 제 3,899,143호에 따른 것이다. 이 장치는 스풀 지지부와, 개별적으로 장착된 회전가능한 피벗축(pivot axis)을 갖는 지지용 구조물을 갖는다. 피벗축에 고정된 제 1 레버 암(lever arm)은 필라멘트 재료가 스풀 지지부 상에 장착된 스풀로부터 풀릴 때 필라멘트 재료에 장력을 가하기 위한 가이드와, 스풀 지지부와 선택적으로 결합하는 브레이크를 갖는다. 피벗축에 고정되는 제 2 레버 암은 공기 실린더와 작동가능하게 연결되어, 피벗축을 통해 제 1 레버 암에 전달되는 편향력(biasing)을 일으킨다.
미국 특허 제 3,899,143호에 따른 장력 제어 장치는 다양한 조건하에서 다양한 필라멘트와 함께 작동하는 예시적인 특징을 입증하였다. 그러나, 이들 장력 제어 장치가 잘 적합하지 않은 상황이 몇가지 있다. 제어 암과 가이드 롤러가 스풀에 감긴 재료가 엉켜 일어날 수 있는 과다한 장력으로 인한 손상을 받기 쉽다는 것이 밝혀졌다. 필라멘트 재료가 두꺼운 와이어(heavy gauge wire)인 경우의 예에서, 가이드 롤러는 와이어 형상에 변형 또는 "어긋남(cast)"을 부여한다. 이는 최종 생산물이 만족스럽지 않게 하거나 또는 와이어를 보강(strengthening)하기 위해 별도의 제조 장치를 구비할 필요가 있게 한다. 현재까지, 스풀로부터 굵은 필라멘트 재료를 분배하는 어떠한 장치도 없었다. 또한 3번째 문제점은 제어 암과 롤러가 크릴 조립체에 여러 개의 장력 제어기를 밀접하게 장착할 수 없게 한다는 점이다.
종래기술과 관련하여 상술한 문제점을 극복하는 한 방법은 회전가능하게 장착된 제동 조립체와 함께 이동할 수 있는 피벗된 스핀들 조립체에 의해 스풀이 지지되는 장력 제어 장치를 제공하는 것이다. 제동 조립체와 맞물리는 고정된 캠(cam)을 사용하여, 필라멘트 재료에서 예정된 장력이 없는 경우에 스핀들의 회전이 억제된다. 제동 조립체는 캠에 구비된 곡선의 캠 표면에 대해 스프링으로 편향되어 있는 캠 베어링을 갖는 슬라이딩할 수 있는 블록(block)을 구비한다. 이는 필라멘트 재료에 가해지는 장력의 양에 따라 제동력을 점진적이지만 확실하게 가하거나 또는 제거할 수 있게 한다. 캠에 가해진 제동력은 필라멘트 재료가 스풀로부터 풀릴 때 필라멘트 재료의 변하는 장력에 따라 조정된다. 따라서 증가되는 장력이 피벗된 스핀들 조립체에 작용하여 증가한 양만큼 제동력이 감소되어, 필라멘트가 일정한 장력을 받게 한다; 역으로, 장력이 감소되면 더 큰 제동력이 가해지며, 장력이 0일 때 (장치의 한도 내에서)최대의 제동이 가해진다.
본원은 발명의 명칭이 "자가보상식 필라멘트 장력 제어장치"인 1998년 9월 11일 미국에 출원되어 계류중인 특허출원번호 제 09/151,552호에 일부계속출원(Continuation-In-Part) 건이다.
본 발명은 일반적으로 스풀(spool; 실패)로부터 뽑아내는 필라멘트 재료의 장력의 양을 조절하는 자동 장력 제어 장치에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 밴드 브레이크 조립체와 함께 작동하는 현가된 스핀들(suspended spindle)을 사용하여 필라멘트에서 실질적으로 일정한 장력을 유지하는 장력 제어 장치에 대한 것이다.
도 1은 필라멘트 재료의 스풀이 점선으로 도시되고 본 발명의 장치가 스풀의 회전을 제어하는, 본 발명의 개념을 실시하는 자가보상식 필라멘트 장력 제어장치의 정 입면도(front-elevational view).
도 2는 스윙 프레임(swing frame) 조립체와 제동 조립체의 세부사항을 예시하며, 일부분이 파단되어 선택된 부재의 단면을 도시하는 측 부분 입면도.
도 3은 특히 제동 조립체의 부재를 도시하는, 도 2의 선3-3을 따라 취한 장력 제어 장치의 단면도.
도 4는 도 3과 유사하지만 완전 제동 상태에서의 장력 제어 장치를 나타내는 도면.
도 5는 도 3과 유사하지만 제동을 전혀 하지 않는 상태의 장력 제어 장치를 나타내는 도면.
도 6은 도 2의 선6-6을 따라 취한 본 발명의 장치의 측면도.
도 7은 본 발명의 개념을 실시하며, 필라멘트 재료의 스풀이 점선으로 도시되고 본 발명의 장치가 스풀의 회전을 제어하는 다른 실시예의 자가보상식 필라멘트 장력 제어장치의 정 입면도.
도 8은 스윙 프레임 조립체와 제동 조립체의 세부사항을 예시하며, 일부분이 파단되어 선택된 부재의 단면을 도시하는 측 부분 입면도.
도 9는 도 8의 선 9-9를 따라 취한, 일부분이 파단된 확대도.
도 10은 특히 밴드 브레이크 조립체의 부재를 도시하는, 도 8의 선 10-10을 따라 취한 다른 실시예의 장력 제어 장치의 단면도.
도 11은 본 발명의 장치의 부분 단면의 입면도 및 평면도.
도 11a는 도 11의 선 11a-11a를 따라 취한 본 발명의 장치의 직선형 암과 연장 암의 확대 단면도.
도 12는 도 10과 유사하지만, 완전 제동 상태에서의 다른 실시예의 장력 제어 장치를 나타내는 도면.
도 13은 도 8과 유사하지만, 제동을 전혀 하지 않는 상태의 다른 실시예의 장력 제어 장치를 나타내는 도면
그러므로, 본 발명의 목적은 필라멘트가 권취되는 속도와 무관하게, 상당한 범위로부터 선택된 균일한 장력으로 필라멘트 재료를 풀어내는, 필라멘트 재료용 장력 제어 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 스풀에 남아 있는 필라멘트 재료의 양과는 무관하게, 풀리는 도중에 필라멘트 재료 상에 균일한 장력을 유지하는 장력 제어 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 비교적 컴팩트하고 용이하게 조정할 수 있어 다양한 굵은 필라멘트 재료를 적용할 수 있는 장력 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 로딩 장치(loading device)에 의해 선택적으로 적재(load)될 수 있어, 본 발명에 따라 구성된 특정한 장치에 대한 용도를 커버하는작동 범위에 대해 임의의 원하는 장력 설정을 제공하는, 필라멘트 재료용 장력 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 필라멘트 재료가 스풀로부터 풀릴 때 필라멘트 재료를 변형시키지 않는 장력 제어 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 로딩 장치에 예정된 임계치(threshold)를 제공하는 것이며, 상기 임계치에서 스풀의 회전에 대해 제동력을 가하며 이 제동력은 필라멘트 재료에 의해 가해지는 장력에 의해 극복된다.
본 발명의 다른 목적은 회전 지지된 제동 조립체와 함께 움직일 수 있는 회전가능하게 장착된 스핀들 조립체에 의해 스풀이 지지되는 장력 제어 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 필라멘트 재료로부터 예정된 장력이 없을 때 제동 조립체와 결합하여 스핀들 조립체의 회전을 억제하는 고정된 캠을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 캠에 구비된 곡면인 캠 표면에 대해 스프링-편향된 캠 베어링을 갖는 슬라이딩할 수 있는 블록을 구비하여 제동력을 점진적이지만 확실하게 가하거나 또는 제거할 수 있는 제동 조립체를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 스핀들 상에 작용하는 장력이 변하고 스핀들에 가해지는 제동력이 변하여 필라멘트 장력이 일정하게 유지되도록 캠과 제동 조립체 간의 상관관계를 이루는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 장치에 대한 장력 설정을 한번의 조정으로 원격으로 용이하게 변화시킬 수 있는 장력 제어 장치를 제공하는 것이며, 이 제어 장치는 다수의 장치와 조합될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 고정된 캠과 브레이크 슈(brake shoe)가 마찰 밴드 브레이크 조립체로 대체된 것을 제외하고는 상술한 것과 같은 장력 제어 장치를 제공하는 것이다. 스핀들 조립체에 피벗(pivot) 운동을 제공하여 마찰 밸드와 결합하여 제동력을 다양하게 가할 수 있게 하는 것이다. 제 1 실시예에서와 같이, 스핀들 조립체는 스핀들 조립체 상에 초기에 제동력이 작용하도록 선택적으로 적재된다.
본 발명의 또 다른 목적은 각각의 단부가 스핀들 조립체의 피벗점으로부터 상이한 거리에 있도록 마찰 밴드의 단부를 위치시켜 장력이 선택적으로 가해지는 것을 돕는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 필라멘트 재료에 장력이 가해질 때 장력은 하중력(loading force)을 극복하고 스핀들은 마찰 밴드에 의해 제약을 덜 받는 위치로 이동하여 회전하도록 제동 밴드의 거리를 상이하게 설정하는 것이다. 따라서, 필라멘트 재료에 가해지는 장력이 감소됨에 따라, 스핀들 조립체는 보다 많은 양의 제동력이 가해지고 스풀의 회전이 감소되는 위치로 회전한다. 본 발명의 또 다른 목적은 밴드의 일 단부가 조정될 수 있어 피벗된 스핀들 조립체의 중심으로부터의 거리를 변화시킬 수 있는 장력 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 밴드의 단부들을 스프링으로 편향시켜 필라멘트 재료를 풀어내는 중의 스핀들의 움직임을 조정하며 보다 균일하게 풀어내게 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 양호하게는 조정가능한 단부를 스프링으로 편향시키며, 고정된 단부도 조정가능한 단부와 함께 또는 개별적으로 스프링-편향될 수 있게 하는 것이다.
하기의 설명으로부터 명백해지는 바와 같은 기존의 종래기술에 대한 장점과 함께, 본 발명의 상술한 목적 중의 하나 이상의 목적이 하기의 설명 및 청구범위의 본 발명에 의해 이루어진다.
일반적으로, 본 발명은 스풀로부터 필라멘트 재료를 푸는 것을 조절하는 자가보상식 장력 제어장치에 대한 것이며, 고정된 지지부와, 이 고정된 지지부에 회전 지지되고 필라멘트 재료의 스풀을 회전가능하게 지지하여 필라멘트 재료에 의해 부여되는 당기는 힘에 의해 스핀들 조립체의 각운동(angular movement) 및 스풀의 회전이 일어나는 스핀들 조립체와, 고정된 지지부에 장착되며 스핀들 조립체에 커플링되어 그 제동 조립체에 가해지는 제동력의 크기가 스핀들 조립체의 각도에 대응하는 제동 조립체를 포함한다.
본 발명의 개념에 따른 예시적인 자가보상식 필라멘트 장력 제어장치가 일반적으로 도면부호 10으로 지시된다. 도 1, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 장력 제어 장치(10)는 프레임 지지부(12)를 포함하며, 고정된 축(14)이 상기 지지부로부터 연장되며, 일체로 되어 있다. 프레임 지지부(12)는 크릴 장치의 일부이거나 또는, 필라멘트 재료의 각각의 스트랜드들을 제조된 완성품으로 처리하는 장치의 일부인 다른 지지 구조물의 일부일 수 있다. 프레임 지지부(12)는 필요에 따라 여러 개의 장치(10)를 지지하도록 사용될 수도 있다.
일반적으로 도면부호 16으로 지시되는 스윙 프레임 조립체는 고정된 축(14)의 말단부에 피벗가능하게 장착되어 있다. 또한, 일반적으로 도면부호 18로 지시되는 제동 조립체는 고정된 축(14)에 피벗가능하게 장착되어 있다. 제동 조립체(18)는 스윙 프레임 조립체(16)와 고정된 지지부(12) 사이에 위치하는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로 도면부호 20으로 지시되는 스핀들 조립체는 가상선으로 도시된 스풀(22)을 지지한다. 스풀(22)은 최종 제품에 사용되기 위해 스풀(22)로부터 풀려나오는 와이어, 얀(yarn), 실(thread) 등과 같은 필라멘트 재료가 감겨있다. 필라멘트 재료(24)에 가해진 장력의 결과로서, 스풀(22)에 회전력이 가해지면, 스윙 프레임 조립체(16)와 제동 조립체(18)가 고정된 축(14) 둘레에서 회전된다. 일반적으로 도면부호 28로 지시되는 로딩 조립체는 고정된 축(14)에 의해 지지된다. 즉, 로딩 조립체(28)는 고정된 축(14) 둘레로 회전할 수 없다. 로딩 조립체(28)는 스윙 프레임 조립체(16)에 작동가능하게 커플링되어 스윙 프레임 조립체(16)와 제동 조립체(18)에 예정된 부하 또는 균형조절 힘을 부여한다. 스윙 프레임 조립체(16)와 로딩 조립체(28) 간의 상호작용은 이하에 상세히 논의된다. 일번적으로 도면부호30으로 지시되는 캠은 제동 조립체(18)에 작동가능하게 커플링된다.
하기의 상세한 설명으로 알 수 있는 바와 같이, 스윙 프레임 조립체(16)와 제동 조립체(18), 스핀들 조립체(20), 로딩 조립체(28), 캠(30)이 함께 작용하여 스풀(22)로부터 필라멘트 재료(24)를 풀어내는 것을 제어한다. 장치(10)는 직선의 흐름 경로(flow path), 그 다음에 제조 공정(organizing system) 및/또는 캘린더(calender; 光澤機)로 필라멘트 재료를 보내는 컴팩트한 메커니즘을 제공한다. 필라멘트 재료가 스풀(22)로부터 나올 때, 스풀 둘레에 감긴 필라멘트 재료의 직경은 작아지고 스윙 프레임 조립체(16)에 작용하는 장력은 증가한 양만큼 정상적으로 제동 조립체(18)에 가해지는 제동력을 경감하여, 필라멘트 장력을 일정하게 유지한다. 주요 구성부재의 각각의 특징을 이하에 논한다.
스윙 프레임 조립체(16)는 고정된 축(14) 상에 회전 지지된 한 쌍의 대향 암(32; opposed arm)을 포함한다. 특히, 한 쌍의 볼 또는 감마(減摩) 베어링(34; Anti-Friction Bearing)이 한 쌍의 대향 암(32)과 고정된 축(14) 사이에 배치된다. 회전가능한 노우즈(36; pivotable nose)는 한 쌍의 대향 암(32)을 다른 암에 연결하고, 로딩 시스템(28)에 커플링한다. 회전가능한 노우즈(36)는 한 쌍의 대향 암(32)에 연결되어 두 암(32)이 유사한 방식으로 선회된다. 고정된 축(14) 반대측에서 암(32)들의 각각의 단부에는 캐리지(38; carriage)가 부착되며, 이 캐리지는 그 각각의 단부에 감마 베어링(40)이 배치된다.
스핀들 조립체(20)는 스핀들(44)을 포함하며, 이 스핀들은 캐리지(38)에 회전가능하게 수납되고, 특히 감마 베어링(40)과 접촉하여 회전할 수 있다.스핀들(44)은 테이퍼진 단부(46; tapered end)를 포함하며 스풀(22)을 수용한다. 스풀 정지부(48; spool stop)가 스핀들에 고정되어 함께 회전하고, 테이퍼진 단부(46)와 캐리지(38) 사이에 위치된다. 구동 핀(50; drive pin)은 스핀들(44)로부터 반경방향으로 이동된 위치에서 스풀 정지부(48)로부터 외팔보 형으로 지지(cantilevered)되어 있다. 구동 핀(50)은 스풀(22)과 결합하여 스풀이 회전함에 따라 스핀들(44)이 회전하게 한다. 즉, 필라멘트 재료(24)에 장력이 가해지며 스풀(22)로부터 풀릴 때, 스풀에 가해지는 회전 모멘트가 구동 핀(50)에 의해 스풀 정지부(48)를 통해 스핀들(44)로 전달된다. 브레이크 드럼(52)이 스핀들(44)의 다른 단부에 부착되어 그 외주변 둘레에서 제동면(brake surface)을 제공한다.
제동 조립체(18)는 고정된 축(14)과 브레이크 드럼(52) 사이에 개재(介在)한다. 제동 조립체(18)가 브레이크 드럼(52)에 커플링되고 고정된 축(14) 상에 피벗되므로, 어떤 힘이 제동 조립체에 가해지면 제동 조립체(18)가 스윙 프레임 조립체(16)와 함께 회전함이 이해될 것이다. 제동 조립체(18)는 고정된 축(14)에 의해 회전가능하게 지지된 구속 브라켓(58; restraining bracket)을 포함한다. 이 구속 브라켓(58)은 핀(62)을 슬라이딩가능하게 수용하는 칼라(60; collar)를 포함한다. 핀(62)의 반대측 단부는 제동면(54)의 일부 둘레에서 연장하는 제동 슈(64)에 부착 및 고정된다. 제동 슈(64)는 다수의 마찰 패드(66)를 지지하며, 이 패드는 제동면(54)과 결합할 수 있다. 리테이너(68)는 제동 슈(64)로부터 연장하여 브레이크 드럼(52)에 대한 제동 조립체(18)의 정렬을 유지한다. 블록(74)은 핀 홀(75; pin hole)을 갖는다. 또한, 블록(74)은 크로스 핀(78; cross pin)을 슬라이딩가능하게 수용하는 크로스 홀(76)을 갖는다. 크로스 핀(78)은 핀 홀(75)과 함께 정렬될 수 있는 횡방향 구멍(79)을 갖는다. 이와 같이, 블록(74)과 크로스 핀(78)은 핀(62) 상에서 슬라이딩하여 움직일 수 있다. 크로스 핀(78)은 블록의 각 단부에 부착된 캠 베어링(80)에 의해 블록에서 제위치에 유지된다. 스프링(82)은 핀(62) 상에 수용되어 스프링(82)의 일단부가 블록(74)에 대해 지지되고 스프링의 반대쪽 단부는 브레이크 슈(64)에 대해 지지된다. 슬라이딩가능한 슬리브(84)는 핀(62)의 외경과 스프링(82) 사이에 직경방향으로 배치되고, 압축되지 않은 상태에서 스프링(82)의 길이보다 약간 짧은 사이즈를 갖는다. 따라서, 스프링(82)이 예정된 양만큼 압축되면, 슬리브(84)는 블록(74)의 하부 에지 및 브레이크 슈(64)의 상부 에지와 접촉하여 제동면(54)에 제동력이 충분히 가해진다. 그러나, 슬리브(84)는 블록(74)의 하부 에지 및 브레이크 슈(64)의 상부 에지와 접촉하거나 또는 접촉하지 않을 수도 있다. 슬리브의 위치조정은 그 작동 설정에서의 하중(load)의 작동압력에 따른다. 스프링(82)의 강성도는 그 스프링 단독으로 제동력을 완전히 가할 수 있는 강성도이다.
캠(30)은 고정된 축(14)에 의해 지지 및 고정된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 캠(30)은 한 쌍의 크로스 바(90)에 의해 연결되어 있는 한 쌍의 대향 판(88; opposed plate)을 갖는다. 대향 판(88)은 고정된 축(14) 상에 배치되며 구속 브라켓(58)이 대향 판 사이에 배치된다. 고정된 축(14) 반대쪽의 대향 판(88)의 단부는 각각 곡면인 캠 표면(92)을 구비하며 이 표면은 대응하는 회전가능한 캠 베어링(80)과 맞물린다. 고정된 지지부에 인접한 판(88)은 나사가공된 개구(93;threaded opening)를 가진다. 스크류(94) 등의 체결 장치(fastening device)는 개구(93)와 함께 고정된 지지부(12)를 대향 판(88)에 연결하는데 사용된다. 이는 캠(30)을 고정된 축(14)에 대해 보다 더 고정해주는 기능을 한다. 이는 제동 조립체(18)로부터의 회전 운동이 캠(30)에 전해지지 않게 하며, 이와 같이, 비록 이하 설명되는 바와 같이 캠의 위치는 조정될 수 있지만, 캠은 고정되며 축(14)에 대해 정적이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 프레임 지지부(12)는 포켓형상 공간(95; clearance pocket)을 구비할 수 있다. 공간(95) 내에는, 만곡된 슬롯(96; curved slot)이 구비된다. 이는 캠(30)을 선택적으로 위치조정할 수 있게 하며, 특히 캠 베어링(80)에 대해 캠 표면(92)을 위치조정할 수 있게 한다. 스크류(94)의 나사가공된 축은 나사가공된 개구(93)에 부착되기 위해 슬롯(96)을 지나 연장된다. 스크류(94)의 머리 부분(head)은 죄여졌을 때 포켓형상 공간(95)에 대해 지지된다. 프레임 지지부(12)와 인접한 판(88) 사이에는 스페이서(97)가 구비된다. 스크류(94)는 스페이서를 지나, 판(88)에 고정된다.
로딩 시스템(28)은 축(14)에 고정되어 일단지지된 브라켓(98)을 포함한다. 이 실시예에서, 브라켓(98)은 스윙 프레임 조립체(16)의 대향 암(32) 사이에 위치된 것이 도시되어 있다. 브라켓(98)은 고정된 지지부(12) 또는 다른 고정된 움직이지 않는 구조물에 장착될 수 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다. 어떠한 경우에든, 장착용 바(100; mounting bar)는 브라켓(98)으로부터 실질적으로 수직하향으로 연장하고, 반대쪽 단부에서 공기 실린더(102)를 지지한다. 유압 실린더 또는 전기적으로 구동되는 모터와 같은 다른 임의의 일정한 힘을 가하는 장치가 장착용 바(100)에 고정될 수 있음을 알 수 있다. 이 실시예에서, 공기 실린더(102)는 조절된 공기를 공급받기 위한 호스(104)를 구비한다. 말단부에서 구멍이 있는 부분(rod eye)을 갖는 피스톤 로드(106)는 공기 실린더(102)로부터 연장하고, 핀이 상기 구멍이 있는 부분을 관통해 회전가능한 노우즈(36)에 부착된다. 피스톤 로드(106)가 완전히 연장될 때, 스윙 프레임 조립체(16)와 제동 조립체(18)는 장착용 바(100)로부터 멀어진다. 로딩 시스템(28)의 주 목적은 필라멘트 재료(24)에 가해지는 장력의 반대방향으로 예정된 균형조절력을 가하는 것이다. 양호한 실시예에서, 약 0 내지 1 바아(0~1 bar; 0~100 kPa)의 공기 압력이 스윙 프레임 조립체(16)에 하중력을 부여하기에 충분한 것으로 판명되었다.
정지 설정부(108; set stop)는 장착용 바(100)로부터 하향으로 연장하고 조정가능한 세트 스크류(110; set screw)를 구비하며, 이 세트 스크류는 과다한 장력이 스풀(22)에 있는 필라멘트 재료에 가해지는 경우에 스윙 프레임 조립체(16)의 이동을 억제한다.
작동시, 필라멘트 재료(24)가 감겨있는 스풀(22)은 스핀들(44) 상에 장착되며, 구동 핀(50)과 결합한다. 그 다음에, 스풀(22)을 장치(10)에 장착하는 사람은 필라멘트 재료를 캘린더 장치와 같은 장치까지 당기며, 이 장치는 필라멘트 재료에 장력을 가하고 최종 생산물에 사용하기 위해 필라멘트 재료를 가공한다. 일단 최종 프로세스와 필라멘트 재료의 끝 사이에 초기 연결(preliminary connection)이 이루어지면, 필라멘트 재료에 의해 가해지는 장력에 대해 반대방향으로 공기실린더(102)에 의해 예정된 하중력이 가해진다. 따라서, 스윙 프레임 조립체(16)와 제동 조립체(18) 모두 축(14) 상에서 장력 반대측 방향으로 회전한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스풀(22)은 캠(30)이 제동 조립체(18)와 완전히 결합하도록 약간 반시계방향으로 회전한다. 특히, 곡선형 캠 표면(92)은 로딩 시스템(28)의 공기 압력에 관해 설정된 만큼 회전가능한 캠 베어링(80)을 작용시키거나 변위시킨다. 캠 표면(92)에 의해 이러한 작용력을 가하면 캠 베어링(80)이 회전하게 하고, 스프링(82)을 향해 크로스 핀(78)과 블록(74)을 하향으로 민다. 따라서, 블록(74)은 스프링(82)과 브레이크 슈(64)에 하향 압력을 가하여, 마찰 패드(66)인 마찰 부재가 제동면(54)과 결합하고 스핀들(44)과 스풀(22)의 회전 운동을 억제한다.
필라멘트 재료에 장력이 가해지므로, 공기 실린더(102)에 의해 가해지는 예정된 증가 작용력이 극복되기 시작한다. 또한, 이러한 장력은 스윙 프레임 조립체(16)와 제동 조립체(18)를 고정된 축(14) 둘레에서 시계방향(도 5 참조)으로 회전운동시키는데 필요하다. 결과적으로, 캠 베어링(80)은 곡선형 캠 표면(92)에서 극단에서 약간 떨어진 위치(less extreme position)로 이동하여 블록(74)에 의해 스프링(82)에 가해지는 작용력을 완화시킨다. 이는 도 5에 도시된 바와 같이 스풀(22)의 회전을 제한하고 필라멘트 재료를 풀어내게 한다. 조정가능한 정지 설정부(108)는 과다한 장력이 필라멘트 재료에 가해지는 경우에 스윙 프레임 조립체(16)의 과다한 이동을 막기 위해 사용된다.
필라멘트 재료에 가해지는 장력이 변하는 경우에, 예를 들어 고정된 축(14)으로부터의 모멘트 암(moment arm)이 증가할 때, 상기 재료(24)의 장력이 용이하게조절된다. 즉, 상기 재료의 스풀이 풀림에 따라, 스윙 프레임 조립체(16)에 작용하는 장력에 의해 생성되는 토크가 증가하는 경향이 있어, 제동 슈(64) 상에 작용하는 스프링 압력을 더 경감시킨다. 필라멘트에 가해지는 장력이 바로 제거되거나 또는 상당히 감소되는 경우에, 그 예정된 일정한 증가 작용력을 스윙 프레임 조립체(16)와 제동 조립체(18)에 가하는 공기 실린더가 스윙 프레임 조립체와 제동 조립체에 고정된 축(14) 둘레로 반시계방향으로 회전시키고(도 4 참조), 드럼(52)에 제동 슈(64)가 결합하게 한다.
상술한 바에 근거하여, 본 발명의 다수의 장점을 인식할 수 있을 것이다. 본 발명의 장치(10)에서는, 필라멘트 재료를 안내해주기 위해 별도의 제어 암이나 또는 롤러가 필요없다. 이와 같이, 스풀 재료는 스풀(22)로부터 직접 인출된다. 별도의 제어 암이나 또는 롤러가 없기 때문에, 본 발명의 장치는 재료들이 엉킴으로 인해 일어날 수 있는 과다한 장력으로 인한 손상을 덜 받는다. 재료가 제어 암에 장착된 롤러를 거쳐 지나가지 않고 스풀로부터 직접 나오기 때문에, 어긋남(cast) 또는 변형이 가해지지 않는다. 이는 필라멘트 재료가 두꺼운 와이어 재료일 때 특히 유익하다.
본 발명의 개념에 따라 마찰 밴드를 사용하는 다른 예시적인 자가보상식 필라멘트 장력 제어장치가 일반적으로 도면부호 200으로 지시된다. 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 장력 제어 장치(200)는 장치(10)와 실질적으로 유사한 방식으로 구성된다. 따라서, 프레임 지지부(12), 스윙 프레임 조립체(16), 스핀들 조립체(20), 로딩 조립체(28) 및 그 외주에 제동면(54)을 제공하는 브레이크드럼(52)과 같은 곳에는 동일한 도면부호가 사용되었다. 도 1 내지 도 6에 도시된 제동 조립체(18)를 사용하는 대신에, 본 실시예에서는 일반적으로 도면부호 210으로 지시되는 밴드 제동 조립체가 사용된다. 이 밴드 제동 조립체(210)는 제동 조립체(18), 구속 브라켓(58), 제동 슈(64)를 효과적으로 대체한다. 또한, 곡선형 캠 표면(92)을 갖는 캠(30)은 본 대안적인 실시예에서는 필요하지 않다.
밴드 제동 조립체(210)는 고정된 축(14)에 장착되는 링(212)을 포함한다. 링(212)은 샤프트 키(216; shaft key)를 갖는 칼라(214)를 포함한다. 축(14)은 상기 샤프트 키(216)를 슬라이딩가능하게 수용하는 홈(218)을 갖는다. 세트 스크류(220)는 축(14)에 대해 칼라(214)를 유지시켜주어 칼라가 축(14)에 대해 상대회전하는 것을 방지한다.
각진 암(224; angle arm)은 칼라(214)의 일 측면으로부터 일체형으로 연장한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 각진 암(224)은 칼라(214)의 우측으로부터 실질적으로 수평으로 연장한다. 각진 암(224)으로부터 하향으로 경사지게 핑거부(226; finger)가 연장한다. 도 11 및 도 11a에 도시된 바와 같이, 칼라(214)와 일체인 직선형 암(230; straight arm)이 상기 각진 암(224)의 반대측으로부터 실질적으로 수평으로 연장한다. 달리 말해, 각진 암(224)과 직선형 암(230)은 직경 반대방향으로 칼라(214)로부터 방사형으로 연장한다.
연장 암(232; extension arm)이 직선형 암(230)에 커플링된다. 연장 암(232)은 슬롯(234)을 가지며, 이 슬롯은 직선형 암(230)에 수용되는 클램핑 스크류(236)를 수용하여 직선형 암이 슬라이딩 운동할 수 있게 한다. 연장 암(232)은 직선형암(230)을 슬라이딩가능하게 잡아주는 채널(233; channel)을 또한 갖는다. 따라서, 연장 암(232)의 길이는 클램핑 스크류(236)를 헐겁게 하여 연장 암을 직선형 암(230)에 대해 원하는 위치로 설정한 다음 클램핑 스크류(236)를 조여 조정될 수 있다. 연장 레그(238; extension leg)는 연장 암(232)으로부터 수직 하향으로 연장한다. 핀(240)은 연장 레그(238)의 각 측면으로부터 횡방향으로 연장한다.
일반적으로 도면부호 250으로 지시되는 스프링 조립체가 연장 레그(238)에 커플링된다. 특히, 스프링 조립체(250)는 핀(240) 상에 피벗된 피벗 암(252; pivot arm)을 포함한다. 피벗 암(252)은 한 쌍의 대향 핑거부(254; opposed fingers)를 포함하며, 이들 핑거부 각각은 구멍(256)을 가지며, 이 구멍은 각각의 핀(240)에 대해 피벗된다. 암 플레이트(258; arm plate)는 구멍(256) 반대쪽 단부에서 대향 핑거부(254)를 연결한다. 암 플레이트(258)는 대향 핑거부(254)에 대해 실질적으로 수직이고, 그 플레이트를 관통하는 축 구멍(260)을 갖는다.
플런져 조립체(264; plunger assembly)는 피벗 암(252)에 의해 지지된다. 플런져 조립체(264)는 스프링 판(266)을 포함하며, 이 스프링 판은 대향 핑거부(254) 사이에 끼워진다. 축(268)은 암 플레이트(258)로부터 연장하며, 축 구멍(260)을 통해 슬라이딩가능하게 수용된다. 축(268)의 단부에는 탭(270)이 있다.
스프링(274)은 축(268)이 스프링(274) 내에서 슬라이딩가능하게 수용되는 방식으로 암 플레이트(258)와 스프링 판(266) 사이에 개재된다. 따라서, 스프링 판(266)은 암 플레이트(258)에 대해 편향(bias)된다. 원한다면, 정지용 슬리브(276; stop sleeve)가 축(268)과 스프링(274) 사이에 동심적으로 개재될 수있다.
일반적으로 도면부호 280으로 지시되는 제동 밴드는 그 일단부가 탭(270)에 부착되고, 부분적으로 브레이크 드럼(52) 둘레에 씌워지고, 다른 단부가 핑거부(226)에 부착된다. 이와 같이, 밴드(280)는 제동면(54)에 마찰결합한다. 양호한 실시예에서, 밴드(280)의 일단부는 탭(270)에 고정적으로 부착되고, 다른 단부는 클램핑 스크류(도시되지 않음) 또는 클램프(282)에 의해 조정가능하게 각진 암(224)에 고정된다. 이는, 연장 암(232)의 위치조정과 함께, 브레이크 드럼(52)의 직경 및 다른 인자들에 의존하여 밴드(280)를 정확하게 위치조정할 수 있게 한다.
도 10에서, 밴드(280)의 단부들이 고정된 축(14)의 중심으로부터 상이한 유효 거리에 위치되어있는 것을 볼 수 있다. 가장 좌측의 치수선(dimension line)의 치수 A는 연장 암(232)이 축(14)의 중심으로부터의 위치가 조정될 수 있음을 나타낸다. 양호한 실시예에서, 연장 암(232)을 통해 연장 레그(238)는 프레임 지지부(12)의 수직축과 실질적으로 평행하도록 위치된다. 치수 B는 핑거부(226)가 밴드(280)의 다른 단부를 치수 A보다 축(14)의 중심으로부터 더 짧은 거리에 위치시킴을 나타낸다. 핑거(226)의 각도는 보다 짧은 거리이면서도 밴드(280)가 제동면(54)과 정접 결합(正接 結合; tangential engagement)할 수 있게 한다.
도 12 및 도 13을 참조하여, 장치(200)의 작동을 논한다. 이전의 실시예에서와 같이, 필라멘트 재료(24)를 갖는 스풀이 스핀들 상에 장착되고, 구동 핀(50)이 결합된다. 일단 필라멘트 재료의 자유단에 모든 연결이 이루어지면, 필라멘트 재료에 의해 가해지는 장력에 대해 반대방향으로 공기 실린더에 의해 예정된 증가 작용력이 가해진다. 따라서, 스윙 프레임 조립체(16)와 스핀들 조립체(20)는 축(14) 상에 피벗되고, 제동 조립체(210)는 장력에 대해 반대향향으로 휜다. 도 12에 도시된 바와 같이, 스풀(22)은 반시계방향으로 약간 회전되어 브레이크 드럼(52)이 고정된 축(14)의 중심에 대해 최단 거리(치수 B)를 갖는 밴드의 부분으로 향해진다. 따라서, 밴드(280)는 제동면(54) 상에 조여지고 스풀(22)의 회전이 억제된다. 밴드(280)가 조여짐에 따라, 스윙 프레임 조립체가 회전하는 중에 스프링 판(266)이 암 플레이트(258)를 향해 당겨질 때 스프링(274)은 약간 압축된다. 스프링(274)이 완전히 압축되는 것을 방지하기 위해, 정지용 슬리브(276)가 스프링 판(266)이 너무 많이 당겨지는 것을 방지한다. 이는 스윙 프레임 조립체(16)의 과다 이동을 방지한다.
도 13에 T1및 T2로 지시된 장력이 필라멘트 재료에 가해질 때, 공기 실린더(102)에 의해 가해지는 예정된 증가 작용력이 극복된다. 우선, 장력 T1이 스윙 프레임 조립체(16), 스프링 조립체(250), 제동 밴드(280)를 고정된 축(14) 둘레에서 시계방향으로 회전 운동시킨다. 결과적으로, 브레이크 드럼(52)은 큰 치수 A 내에 위치되고 드럼(52)에 가해지는 제동력이 해제되거나 또는 적어도 비례적으로 감소된다. 즉, 필라멘트 재료가 풀어내질 때, 스풀에 감긴 재료의 직경이 작아지고, 재료를 당기는 힘 T2는 스윙 조립체에 작용하는 모멘트가 증가하기 때문에 스윙 조립체(16)가 좌측으로 더 가게 하여 제동시의 마찰을 보다 더 경감시키므로, 스풀에 감긴 와이어의 작은 직경으로 인한 장력 증가를 보상한다. 본 실시예에서는 과다한 장력이 필라멘트 재료에 가해지는 경우에 스윙 프레임 조립체(16)의 과다한 이동을 멈추기 위해 조정가능한 정지 설정부(108)도 구비할 수 있다. 플런져 조립체(264)의 편향 작용(biasing action)은 필라멘트 재료에 가해지는 장력의 크기에 따라 제동력과 주행력(running force) 간에 원활하게 변환됨을 보장하도록 기능한다.
감긴 재료가 풀림에 따라, 스윙 프레임 조립체(16) 상에 작용하는 장력에 의해 생성되는 토크가 증가하여, 제동면(54) 상에서 밴드(280)에 의해 가해지는 제동면 영역의 부담이 덜어진다. 필라멘트에 가해지는 장력이 바로 제거되거나 또는 상당히 감소되는 경우에, 스윙 프레임 조립체(16) 및 제동 조립체(210)를 통해 예정된 일정한 증가 작용력을 가하는 공기 실린더는, 스윙 프레임 조립체 및 제동 조립체가 도 12에 도시된 바와 같이 고정된 축(14) 둘레를 반시계방향으로 회전하게 하고 제동면을 보다 작은 치수인 B로 피벗(pivot)시킨다. 이는 제동력을 더 가하게 하고 스핀들의 회전속도를 낮춘다.
상술한 것에 근거하여, 본 실시예는 다른 구성을 제공하면서도 제 1 실시예의 모든 장점을 가짐을 알 수 있다.
그러므로, 지금까지 설명한 장치는 앞서 제시한 본 발명의 목적을 완수한다. 당업자에게 명백하듯이, 본원에 개시되고 설명한 본 발명의 원리를 벗어나지 않고 수정이 이루어질 수 있으며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (11)

  1. 스풀(spool)로부터 필라멘트 재료를 푸는 것을 조절하기 위한 자가보상식 장력 제어장치에 있어서,
    고정된 지지부와,
    상기 고정된 지지부에 피벗가능하게 장착되며, 필라멘트 재료의 스풀을 회전가능하게 지지하고, 필라멘트에 의해 부여되는 당기는 힘이 그 스핀들 조립체를 각운동(angular movement)하게 하고 스풀이 회전하게 하는 스핀들 조립체와,
    상기 고정된 지지부에 장착되며 상기 스핀들 조립체에 커플링되고, 그 제동 조립체에 의해 가해지는 제동력의 크기가 상기 스핀들 조립체의 각도(angular position)에 대응하는 제동 조립체를 포함하는 자가보상식 장력 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제동 조립체는 일단부가 상기 고정된 지지부로부터 제 1 거리를 갖게 고정되고 반대측 단부가 상기 고정된 지지부로부터 제 2 거리에서 제 1 방향의 실질적으로 반대의 방향으로 편향되어 고정되는 밴드(band)를 포함하며, 상기 밴드는 상기 스핀들 조립체와 결합하여 상기 스핀들 조립체가 상기 제 1 및 제 2 거리 중 보다 짧은 쪽을 향하는 각도에 있을 때 제동력을 가하는 자가보상식 장력 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제동 조립체는
    상기 고정된 지지부에 장착되는 링과,
    상기 링으로부터 상기 제 1 거리만큼 연장하는 각진 암(angled arm)과,
    상기 링으로부터 상기 제 2 거리만큼 연장하는 직선형 암을 더 포함하며, 상기 직선형 암은 조정하여 상기 제 2 거리를 변화시킬 수 있는 자가보상식 장력 제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제동 조립체는
    상기 직선형 암을 상기 밴드의 상기 반대측 단부에 연결시키는 스프링 조립체를 더 포함하는 자가보상식 장력 제어장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스프링 조립체는
    상기 직선형 암으로부터 회전가능하게 연장하며, 암 플레이트(arm plate)를 가지며, 암 플레이트에는 그 플레이트를 관통하는 축 구멍을 갖는 피벗 암(pivot arm)과,
    스프링 판으로부터 연장하여 상기 축 구멍을 통해 연장하며 상기 밴드의 상기 반대측 단부에 연결되는 축을 갖는 스프링 판을 갖는 플런져 조립체와,
    상기 밴드의 상기 반대측 단부를 편향시키기 위해 상기 암 플레이트와 상기 스프링 판 사이에 개재(介在)하는 스프링을 포함하는 자가보상식 장력 제어장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스프링 조립체는
    상기 축 상에 그리고 상기 스프링 내에 수용되며, 상기 스프링 판의 이동을 상기 암 플레이트에 대해 제한하는 정지용 슬리브(stop sleeve)를 더 포함하는 자가보상식 장력 제어장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 직선형 암에 슬라이딩가능하게 부착되는 연장 암(extension arm)과,
    상기 연장 암을 상기 직선형 암에 대해 고정된 위치에 유지하기 위한 세트 스크류(set screw)를 더 포함하는 자가보상식 장력 제어장치.
  8. 스풀로부터 필라멘트 재료를 푸는 것을 조절하기 위한 자가보상식 장력 제어장치에 있어서,
    고정된 지지부와,
    상기 고정된 지지부에 피벗가능하게 장착되며, 필라멘트 재료의 스풀을 회전가능하게 지지하고, 필라멘트에 의해 부여되는 당기는 힘이 그 스핀들 조립체를 각운동(angular movement)하게 하고 스풀이 회전하게 하며, 함께 회전할 수 있는 브레이크 드럼을 갖는 스핀들 조립체와,
    상기 고정된 지지부에 양단부가 장착되며 상기 브레이크 드럼과 접촉하고,
    그 일단부가 상기 고정된 지지부로부터 제 1 거리를 갖게 고정되고 반대측 단부가 상기 고정된 지지부로부터 제 2 거리에서 제 1 방향의 실질적으로 반대인 방향으로 고정되는 밴드(band)를 포함하며, 상기 밴드는 상기 브레이크 드럼과 결합하여 상기 스핀들 조립체가 상기 제 1 및 제 2 거리 중 보다 짧은 쪽을 향하는 각도에 있을 때 제동력을 가하는 자가보상식 장력 제어장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 밴드의 상기 반대쪽 단부는 편향되어 고정되는 자가보상식 장력 제어장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 거리는 조정가능하여 가해지는 제동력을 조정할 수 있는 자가보상식 장력 제어장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 고정된 지지부에 고정적으로 장착되며 상기 스핀들 조립체에 커플링되고 상기 밴드와 결합하도록 상기 스핀들 조립체에 초기 임계값의 힘을 부여하는 로딩 조립체(loading assembly)를 더 포함하는 자가보상식 장력 제어장치.
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