JPH02118401A - 角変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 妓−（」 本発明は、チャンクに結合されたスプール上にウェブが
巻取られるときにうニブ内の過渡張力を減少するところ
のウェブスプール巻取機構のように駆動軸からの制御ト
ルクを測定しかつ伝達するための装置に使用するのに適
した角変換器に関する。

罪因題濾 米国特許第２，９４０，２３２号は、それの第８図に示
しかつ第４欄第３７行から第５欄第５８行までに説明さ
れた巻取ステーションとおよび第２０欄第６Ｓ行から第
２１欄第３行までに説明された制御装置とを有する自動
スプール巻取機を開示する。フィルムスブールは引込式
へッドストンクとピボット式テールストックとの間に保
持される。ヘッドストックはクラッチ部材により回転さ
れ、クラッチ部材の一方は電動モータから駆動される軸
にヒステリシスクラッチを介して結合される。ヒステリ
シスクラッチは、クラッチに入る電流を変化させるよう
に変化可能な調節可能抵抗器に直列に結合される。

クラッチに入る電流が増加されるとトルクが増加される
。

米国特許第３，９８４，７０１号は、捩り荷重がかかっ
ている軸に沿って間隔をなして設けられた歯車の回転を
検知して得られた周期波形の位相を比較することにより
軸捩り角の測定が行われるところのトルク計回路に関す
る。ゼロ速度においては周期波形は消滅してトルク測定
は不確定となる。

米国特許第２．９４０，２３２号に開示された種類のス
プール巻取機において巻取効率を最大化するためには、
きわめて短かいサイクル時間内にきわめて大きい角速度
でウェブ材料をスプール上に巻取ることが重要である。

たとえば、５００ないし７００ミリ秒のサイクル時間内
に約７０００回転／分のピーク角速度で約１，５ないし
２．０メートルの写真フィルムをスプール上に巻取るこ
とが好ましい。スプール上に巻取られるべきフィルムは
一対の計量ロールを通過してスプールに供給され、巻取
作業の間にスプールと計量ロールとの間のフィルム部分
には張力がかかっている。

スプール上に巻取られるフィルム内の張力は種々の理由
から急激に変化することがある。さらにとくには、フィ
ルムスブールは代表例では全体が円筒形状のコアを有す
る。しかしながらとくにスプールがプラスチック材料で
成形された場合スプールコアが正確に円筒状でないこと
がある。また、フィルムの一端はテープストリップによ
りコアに付着されるので、フィルムの一回巻き分がコア
上に巻取られた後はコアに付着されたフィルム端部上に
フィルムが重ねられるためにフィルムは直径の急変に遭
遇する。さらにフィルムスブールは、スプールの一端と
係合するところのテールストック（心押台）として知ら
れる回転式スプールホルダとおよびスプールの他端に結
合されてスプールを駆動するためのチャックとの間に装
着される。

スプールのこの装着は正確ではなく、したがってスプー
ルはスプールのコアの軸かられずかにオフセットされた
軸のまわりに回転されることがある。

これらの各因子により、スプールの周期的な角加速度お
よび一般に「半径方向振れ」として知られる巻取中の巻
取機構慣性が発止する。このような加速度はフィルム内
に高周波の周期的過渡張力を誘起するが、この過渡張力
はスプールの慣性とおよびスプールに剛に結合された機
構の慣性との和に線形比例する。スプールに結合された
機構の慣性は代表例ではフィルムスブールの慣性より数
桁のオーダーで大きい。半径方向振れに寄与する因子は
、とくに前述のようにきわめて大きい角速度とおよびき
わめて短かいサイクルタイムとにおいて好ましくないこ
とは明かである。

もしフィルムがフィルムに過大な張力がかかった状態で
スプール上に巻取られるならば、フィルム上にいわゆる
「加圧マーク」が形成されることがありうる。加圧マー
クは、フィルムに過大な張力がかけられた状態でフィル
ムがスプール上のフィルムの先頭端縁部上に巻取られる
ときにその場所に形成される。この欠陥はフィルムの最
初の−巻き内のみでなく後続の各巻き内にも同様に発生
する。加圧マークはフィルム内の張力を制御することに
より回避可能である。

ある種の巻取およびスプール巻取装置において、ウェブ
内の張力を検知するためにウェブに直接接触して次にウ
ェブ内に所定の張力を維持するように巻取装置を制御す
ることは可能である。しかしながら、米国特許第２，９
４０，２３２号に開示されたような従来のフィルムスプ
ール巻取機においては、検知および制御装置用に利用可
能な空間はほとんどないかまたは全く存在しない。また
、写真フィルムは接触型センサにより引掻き傷がつきや
すく、もしフィルムの画像領域に引掻き傷がつけられた
ときはフィルムは使用に供しえない、したがって、写真
フィルム用のスプール巻取機構においてこのようなフィ
ルム張力検知および制御装置を使用することは実用的で
はない。

装置の慣性をウェブから遮断する問題を解決するために
、および上述のような振れの問題を回避するために、ウ
ェブ巻取装置にトルク計、動力計などを使用することは
上述のように実用的ではない。

溌Ｗ紛 装置の平均回転速度とは完全に独立に、駆動軸と被駆動
要素との間のトルク角を測定することが本発明の目的で
ある。他の目的は、上述の問題点を解決するためにウェ
ブ巻取装置に使用可能な変換器を提供することである。

この目的は、軸と被駆動要素との瞬間相対位置を検出し
かつこのような相対位置を示す信号を提供するために、
モータ軸と被駆動要素とに結合可能な角変換器により達
成可能である。変換器の第１の部分はそれと共に回転す
るようにモータ軸により支持され、変換器の第２の要素
は被駆動要素と共に可動でありしたがって被駆動要素が
受ける変動荷重に追従する。変換器からの信号はモータ
軸により与えられるトルクが被駆動要素の荷重変動に応
答して変化するようにモータを制御するのに利用可能で
ある。

１立■ 以下に示す本発明の好ましい実施態様の詳細な説明にお
いては添付図面を参照する。

まず本発明を図面の中の第１図により一般的に説明しよ
う。この−船釣な説明に続いて本発明の角変換器とおよ
びその使用方法についてさらに詳細な説明をしよう。

ここで図面の中の第１図を参照する七、全体を１０で示
したウェブ巻取装置は長尺のフィルム１２または他のウ
ェブ材料をスプール１４上に巻取るのに使用可能である
。フィルムは一対の計量ロール１６を通過してスプール
に供給され、かつスプール上に巻取るのに十分な長さを
有する長尺のフィルムは計量ロールの上流のアキューム
レータ（図示なし）内に貯蔵可能である。

スプール１４は、その上にフィルムが巻取られる全体と
して円筒形のコア１８とおよびコアから半径方向外方に
突出する一対のフランジ２０とを含む。

前述のように、フィルムの端部は図示されてない一片の
テープによりコア１８に付着される。スプールがスプー
ル機構内に位置決めされるとき、スプールはチャック２
２とおよび通常「テールストック（心押台）」と呼ばれ
る装着部材２４との間に装着される。テールストックは
それの軸のまわりに回転可能な全体として円柱形の部分
２６を含む。テールストックの一端は円錐形の先端２８
を有し、先端２８は少なくともその一部分がスプール１
４の右端部内の孔または開口の中へ入り込む、スプール
のこの装着方法はスプール巻取作業の間にスプール全体
をその軸のまわりに回転させることを可能にする。前に
指摘したように、スプールのコア１８はその製作誤差の
ために完全な円筒形ではないことがあり、またチャック
およびテールストックがスプールをそれの軸のまわりに
正確に回転させるように装着していないこともある。こ
の結果振れが発生し、この振れを補償するために本発明
の変換器が装置内に使用可能である。

装置１０は駆動軸３２を有するモータ３０を含む、駆動
軸３２はばね３４として示される可撓継手を介してチャ
ック２２に結合される。ばね３４は線形ばねとして図示
されているが、たとえば時計ばねのような他の形式の可
撓継手であってもよい。

角変換器３６は駆動軸３２とおよびチャック２２または
スプール１４とに結合される。変換器は第１図では単に
線図で示され、これについては後にさらに詳細に説明し
よう。変換器３６はモータ軸３２とおよびチャック２２
またはスプール１４との間の瞬間差動角を測定するのに
有効である。モータ３０からスプールに伝達されるトル
クはこの瞬間差動角に比例する。

変換器３６により発生される信号は、直接かまたは伝送
器４０および受信器４２を介するかのいずれかでモータ
制御器３８に供給される。制御器はモータ３０に接続さ
れかつ変換器から受取られた信号に応答してモータの速
度を調節する。さらにとくには、制御器３８は変換器３
６により測定された角を制御器内に記憶されている適当
な基準レベルと比較し、この比較結果が巻取モータ３０
のトルク制御に使用される。この基準角レベルしたがっ
てモータ３０からの巻取トルクは、フィルムをスプール
へ巻取る間に、前に説明した問題点を回避するのに必要
な実質的に一定のフィルム張力を得るように変化可能で
ある。たとえば図面の中の第２図は、スプールの最初の
半径を示す値ｒ０とおよび巻取られたスプールの最終半
径を示す値ｒ、との間で変化するところのスプール半径
と、および巻取作業中にフィルム内に一定張力を得るの
に必要なトルク角と、の間の関係を示す。一定張力を得
るために、巻取トルクは第２図に示すように計算された
スプール半径と共に線形に増加される。また値ｒ０は、
初期条件（フィルムの巻取開始前）においてもモータ駆
動軸３２からチャックへいくらかのトルクが負荷される
ことを示す、したがって、巻取開始前においてもトルク
角が測定可能であることが重要である。ばね３４で構成
された可撓継手は、スプールへ制御トルクを伝達するだ
けでなくまたモータ３０の慣性を振れに起因するスプー
ルの周期的加速から遮断するようにも作動する。

変換器３６の特定態様は、後に詳細に説明するように、
基準の回転フレーム内におけるばねの捩り角を測定する
。ここで誘導変換器に直接関連のある磁気理論を説明し
、その後でこの誘導変換器を利用した装置を説明しよう
。

本発明の角変換器は基本的には可変誘導子であり、その
インピーダンスは線コイルを包囲する空間内の磁束径路
の透磁率を変化することにより調節される。正弦波電流
源で駆動されるところの第３図に示すような単巻線コイ
ルを考えてみよう。

ループ電流の瞬間流れ方向とループを包囲する磁束線と
を矢印で示す、線内を流れる電流ｉは線を包囲する磁束
線を増加させるが、この磁束線は線を包囲する空間の透
磁率に対して線形関係をなす大きさとなる。第３図にお
いては、周囲領域の透磁率とは自由空間の透磁率である
。説明の都合上３つの磁束線を示しているが、各々の大
きさｆは電流ｉと関連している。コイルのインダクタン
スは、コイル内を流れる単位電流に関連した磁束として
定義される。この場合３単位のインダクタンスが存在す
る。

ここで同じコイルが第４図に示すように最右側リンクだ
けが自由空間の透磁率のｍ倍の大きさの透磁率を有する
空間によって包囲されるような新しい環境内に置かれた
と仮定しよう。このコイルに関連した磁束は同一電流に
対して３ｒから（ｍ＋２）ｆへ増加し、したがってコイ
ルのインダクタンスは（ｍ＋２）／３倍に増加する。最
右側リンクの透磁率ｍが自由空間の透磁率よりはるかに
大きいときは、全インダクタンスは第４図の右側に示す
ように本質的に最右側リンクによって決定される。

コイルと高透磁率材料とを適切な幾何形状に配置するこ
とにより、選定磁束リンクのコイルインダクタンスへの
影響を無視できる割合まで減少可能である。このような
配置例を第５図に示す。線コイル５０は図示のような断
面形状を有する高透磁率材料の円形ボビン５４の正面内
の溝５２の中に配置される。このボビン５４はそれの正
面内に同じ寸法の溝５８を備えた他のボビン５６に対向
して配置される。２個のボビンは狭いエアギャップ６０
により分離される。磁束ｆ１は磁束ｆ２に比較してその
径路における低透磁率領域（空気）内の通過割合が小さ
い、したがってｆ、はｆ８よりはるかに大きな値を有し
てその挙動がコイルのインダクタンスを決定し、ｆｔの
寄与は無視できる。

後に詳細に説明する変換器の設計における目標は、線コ
イルのまわりの形状磁束径路をそのインダクタンスを変
化させるように使用することである。選定磁束径路を高
透磁率領域内を走らせることによりコイルのインダクタ
ンスを決定すれば、選定磁束径路が他の磁束径路より優
位となる点まで増大されうることは前の説明から明かで
あろう。

同様に他の磁束径路はその磁束径路の一部分を低透磁率
領域内に含ませることにより誘導力を弱めることができ
る。低透磁率領域の代表例としては長いエアギャップの
形状のものがある。不必要な径路をゼロ透磁率の材料で
遮断することによりもし不必要な径路が排除可能であれ
ばよりコンパクトな設計が可能となろう。このような材
料は存在しないが、１個の線ループを単一連続巻の形状
にして適切に配置すればこのような仮想材料の磁束遮断
効果を達成可能である。

第６図はそれ自身で短絡された単巻線６８（第６ｂ図）
がコイルに接近して配置されたときに（第６ｃ図）正弦
波電流源６６により駆動された線コイル６４（第６ａ図
）の周囲の磁界を示す、第６ａ図は、Ｎ巻のコイルを通
過するｉアンペアの正弦波電流はｆ、単位の磁束を誘起
するＮｉ単位の起磁力を構成することを示す。第６ｂ図
が示すように、ｆ、単位の磁束と連結する単巻線はその
中にＮｉアンペアの電流を誘導することになろう。同時
にＮｉアンペアの電流は誘導磁束ｒ、とは逆方向のｆ１
単位の磁束を誘起する。もし短絡巻線内に損失がなけれ
ばｆ、とｆ、とは同じ振幅となろう。ここで第６ｃ図に
示すように、短絡巻線を誘起コイルに接近して配置しか
つ磁束ｆｐおよびらのすべてが実質的に両方のコイルに
より連結されるように組合体の付近に高透磁率材料（図
示なし）を配置してみよう。短絡巻線内の線損失とおよ
びコイルの相互磁気結合特性とに起因する制限内で誘起
磁束と誘導磁束とは相互に打消し合い、その結果ネット
の連［を束はゼロとなる。コイルのインダクタンスはほ
ぼゼロであり、これにより希望するところのその領域に
おける磁束遮断効果は達成されることになる。誘起コイ
ルと短絡巻線との両方により連結される磁束径路の有効
透磁率はゼロである。

第７図ないし第９図は第６図に示した特殊ルートの短絡
巻線導体を追加して備えた第５図の構造を線図で示す、
第７図ないし第９図における参照番号５０−６０は第５
図において説明した部品を示し、短絡導体は７０で示さ
れる。第７図において、源５１からのコイル５０内電流
により発生された磁束径路ｆ、はボビン材料の高透磁率
により増大され、これによりボビンの外部の磁束径路を
無視可能にする。

短絡巻線のルートは、巻線の一部分７０ａがネットの磁
束発生をゼロとするようにコイル５０に隣接して配置さ
れ、−万巻線７０の他の部分７０ｂはコイルからの磁束
が巻線により交差されないようにコイル５０から離して
配置されるようにして決定される。

さらにとくには、短絡巻線７０の部分７０ａはコイル周
縁の下部半部分に対してコイルと一緒に溝５２内に収納
されて磁束ｆ、と密に連結される。この下部領域内で磁
束ｆ、の作用により短絡巻線内に誘導される電流は第７
ｂ図内で−Ｆ、として示すように大きさが等しく方向が
反対の磁束を誘起し、これによりコイルの下部半部分に
おいてはネットの磁束はゼロとなりしたがってインダク
タンスは存在しない。ネット磁束が効果的にゼロとなる
領域は第７ａ図において７２で示されている。

・短絡巻線７０の他の（上部）手部分７０ｂはボビン５
４の外部に配置されてセンサコイル５０とは磁気的には
密に連結されていない。コイル５０により誘導された磁
束ｆ１はボビンの上部領域内では他によって交差されず
、この磁束はコイルのインダクタンスに寄与する。短絡
巻線７０がボビン対の外部にあると、その径路はコイル
のインダクタンスの意味でほとんど影響されない。同様
にボビン内部の短絡巻線７０の径路は磁束ｆ１により連
結されるだけで有効であり、すなわちそれは物理的にコ
イル５０に隣接するように溝５２内に入れる必要はない
、したがって全く同様に巻線７０は、センサコイル５０
がボビン５４に存在した状態で対向ボビン５６内に含め
てもよい。この配置が第８図内に示され、この場合巻線
７４は巻線７０と同様なルートをとる部分７４ａ１７４
ｂををするが、これらはボビン５４の代りにボビン５６
内に配置される。

第８図は第７図のそれとは物理的に異るが磁気的には同
一である。したがって第８図にはネット磁束が有効にゼ
ロとなる領域７６が存在し、また磁束径路Ｆ、が本質的
に短絡巻線７４により交差されない領域も存在する。短
絡巻線が物理的にボビン５４内に配置されるか（第７図
）またはボビン５６内に配置されるか（第８図）にかか
わらず、短絡巻線７４に磁気的に連結されたコイル部分
のインダクタンスへの寄与はゼロである。両方の短絡巻
線７０゜７４が同時に含められてもよく、ボビン同志が
いかなる相対角度に向けられてもよい。両方の短絡巻線
が存在する場合、コイルインダクタンスは、ボビンおよ
びコイルインダクタンスを遮断する巻線７０、７４の部
分７０ａ、７４ａの相対角位置の関数である。

実施例として、第９図は第７図および第８図に示した２
つの巻線７０．７４の組合体を示すが、この場合ボビン
５４は第７図および第８図に示した位置のままであるが
ボビン５６はそれの第８図に示す位置から軸Ｘ−Ｘのま
わりに反時計方向に９０’だけ回転されている。したが
ってゼロ磁束領域７２は組合体の下部手部分内にそのま
ま存在し続けるが、−方ゼロ磁束領域７６はこの場合組
合体の右手部分を占有しかつ右下部象限においては領域
７２と重なり合う。第９図において左上部象限は、コイ
ルインダクタンスが短絡巻線のいずれかにより交差され
ることのないところの唯一の領域である。

２つの短絡巻線７０．７４を備えた組合体においては２
つの極値をとるボビンの相対位置が存在し、これらから
２つの有効コイルインダクタンスの極値が得られる。さ
らにとくには、ボビン５６がそれの第８図の位置から１
８０°回転されかつボビン５４がそれの第７図の位置の
ままであるとき、コイルインダクタンスはゼロとなり、
完全な磁束拘束を形成しかつ短絡巻線７０．７４内では
ゼロ損失となる。

この位置においてはゼロ磁束領域７６はゼロ磁束領域７
２と重らない、他の極値をとる相対位置においては、短
絡巻線は位置が一致して領域７２．７６は重なり合う、
この位置においてコイルインダクタンスは最大となり、
この値はもし短絡巻線７０．７４がすべて除去された場
合にそれがとるであろう値の半分である。したがって第
９図は、ボビン５４．５６が相互に対し９０度に配向さ
れこれによりコイルインダクタンスがそれの中間値をと
ることを示す。

実際には、ここの説明では省略された漏洩磁束径路なら
びに短絡巻線内の損失に起因するインダクタンスへの寄
与が常に存在する。これらの因子により、ボビンがそれ
らの全行程を通して回転されるときに観察されるインダ
クタンスの範囲は減少するが、標準の材料および公差を
もって８０％の効率を得ることはかなり容易である。

第１０図および第１１図は上述の原理を組込んだ本発明
の変換器７８の実施態様をさらに詳細に示す。

さらにとくには、この変換器はセンサ要素８０とおよび
ターゲット（標的）要素８２とを含み、これらの両方は
通常よりかなり大きい透磁率を有する材料から製作され
る。センサおよびターゲットは機能的には第７図ないし
第９図のボビン５４．５６に類似する。センサ８０は端
面８６内に形成された環状溝８４を有する。

導体からなるコイルは溝８４内に配置されかつ交流電源
に接続される。センサ８０は第７図の短絡巻線７０に対
応する短絡巻線８８を有する。巻線８８は、センサの面
８６に沿って存在しかつ溝８４内のコイルの半分を被覆
する第１の半円形部分８８ａを有した銅のような導体の
ストリップを含んでもよい。巻線８８の第２の半円形部
分８８ｂはコイルの他の半部分に対して間隔をなしてセ
ンナの外表面のまわりを伸長する。同様に、導体からな
る短絡巻線９２はターゲット８２の面９４上の第１の半
円形部分９２ａとおよびターゲットの外面上でかつター
ゲットの面９４から間隔をなす第２の半円形部分９２ｂ
とを有する。短絡巻線９２は第８図の巻線７４に対応す
る。図示のように、短絡巻線８８および９２の各々の半
分はコイル９０のインダクタンスに影響を与えるように
配置されるが；しかしながら各巻線はいずれにしてもも
し必要ならばこの目的のためにそれが使用可能な位置に
位置決め可能である。

センサおよびターゲットは、面８６．９４は平行な平面
内にありかつ接近しているが狭いエアギヤツブ９６によ
り分離されるように配置される。センサとターゲットと
の間の相対運動は、センサとターゲットとの中心を通過
する軸Ｘ−Ｘのまわりで行わせることが可能である。タ
ーゲットがセンサに対して第１１図に示すように角θだ
け軸のまわりに回転されると、コイル９０のインピーダ
ンスは変化して信号を発生し、信号はターゲットのセン
サに対する角変位を測定ししたがってこれにより関係装
置を制御するのに使用可能である。第１２図はインピー
ダンスＺと角θとの間の関係を示すグラフである０部分
８８ａ、９２ａが一致されたときにインピーダンスは最
大であり、部分８８ａ、９２ａが完全にオフセットされ
てたとえば部分８８ａ、９２ａを１８０″′だけオフセ
ットするようにターゲットがセンサに対して十分に回転
されたときにインピーダンスは最小となる。

第１３図は、第１０図および第１１図において図示しか
つ説明したような本発明の角変換器７８を組込んだフィ
ルムスブールに負荷されるトルクを測定しかつ制御する
ための装置を示す。したがって第１３図においては、第
１０図および第１１図に示したのと同じかまたは類似の
変換器７８の部品を示すために同一参照番号が使用され
る。チャック１００は変換器のターゲット部分８２に結
合される。チャックはスプール１０２の一方の端部に結
合可能で、スプールの他方の端部は前述のようにテール
ストック１０４により回転可能に支持可能である。計量
ロール１０日を通過して送られる長尺のフィルム１０６
または他のウェブ材料は、変換器のターゲット８２と共
に回転するチャック１００の回転に応答してスプール１
０２のハブ上に巻取り可能である。

サーボモータ１１０は変換器のセンサ８０に結合された
駆動軸１１２を有し、これにより変換器をそれの軸のま
わりに回転させる。変換器のセンサ８０はばね１１４を
介して変換器のターゲット８２に可撓式に結合される。

略図で示すように、ばね１１４はその一端が変換器のタ
ーゲット８２に結合された伸長うず巻ばねからなるもの
でよい。ばねは変換器センサ８０の中心部分における円
筒開口１１６を貫通伸長し、ばねの他端部部分は変換器
部分８２に結合される。したがワて、モータの軸１１２
がセンサ８０を駆動するときは、ばね１１４により提供
される可撓継手を介して変換器のターゲット８２もまた
駆動される。一方ターゲット８２はチャック１００を駆
動してスプール１０２を回転させる。ウェブ１０Ｇ内に
現われる過渡張力はスプールとおよびチャック１００と
を介して変換器のターゲット８２に伝達され、これによ
り変換器のターゲット８２のセンサ８０に対する相対的
な高周波数回転運動を起すであろう。その結果発生する
ばねの涙りは伝達されるトルクに比例する。センサとタ
ーゲットとの間の相対運動は変換器のコイル９２のイン
ピーダンスを変化させる。

以上のことから、運転中に変換器は信号（すなわちイン
ピーダンスの変化）を発生し、この信号がウェブ１０６
内の過渡張力の関数としてモータ１１０とおよびスプー
ルの回転とを制御するのに使用可能であることは明らか
である。また、ばね１１４により提供される可撓継手は
、モータ１１０とおよびモータとばねとの間の付属構造
物との比較的大きな慣性を、ばねとウェブ１０６との間
の要素（すなわち、変換器の部分８２、チャック１００
、スプール１０２およびテールストック１０４）の比較
的小さい慣性から絶縁する。

全体を１２０で示した回転変圧器は、装着部材１２６に
よりモータ１１０に直接固定されるかまたは他の方法と
してモータ１１０のフルシームに対する相対的な固定位
置にアンカ′−されるかのいずれかによるところのコア
１２４上に一次巻線１２２を含む、軸１１２はコア１２
４内の円筒開口１２８内を貫通し、したがって軸は一次
巻線１２２に対して回転する。軸は変圧器の二次巻線１
３２用のコア１３０に結合され、二次巻線１３２は変換
器センサ８０上の巻線９０に直接接続せれる。変圧器コ
ア１３０およびセンサ８０は、もし望ましければ一体に
形成可能である。したかって変圧器巻線１３２は面８６
とは反対側のセンサ８０の面上に配置可能である。

一次巻線１２２の出力は正弦波電流の源１３６に接続さ
れる。したがって変換器のセンサコイルのインピーダン
ス変化は変圧器の二次および一次巻線を介して反映され
て源１３６に負荷を提供する。この負荷はモータ１１０
をスプール巻取負荷に結合するトルク伝達ばね１１４の
涙り角と共に線形に変化する。変圧器の一次側で測定さ
れるピーク電圧はしたがってスプールへ伝達されるトル
クの尺度である。この電圧は一次巻線１２２と源１３６
とに接続されたピーク検出器１３８により検知される。

検出器１３８は信号をモータ制御器１４０に提供し、−
力検出器１４０はモータへの電流をしたがって駆動軸１
１２により発生されるトルクを制御するためにモータ１
１０に接続される。ピーク検出器は、装置が停止中でも
またはスプール上へのウェブの巻取りを開始する前にば
ね継手にプレロードが負荷されるときを含めて常時出力
信号を発生ずる。

前に示したように、スプール成形公差とおよび／または
テールストック軸とモータからの駆動軸とに対するスプ
ール軸のわずかな心出し不良とに起因するスプール１０
２の振れにより、スプールの大きな周期的角加速度およ
びスプールに剛に固定された任意の慣性が発生すること
がある。この慣性荷重をバランスさせるのに必要なトル
クは、スプール上のウェブ材料のロールの瞬間半径を介
してウェブ１０６内に周期的な張力変動を誘起する。

第１３図の装置はスプールに剛に付着される慣性を減少
し、したがってこれらの過渡張力が減少される。第１３
図の装置において、スプールに剛に付着されている唯一
の慣性は本質的には、変換器のセンサ８２とおよび変換
器センサの一部となりうるチャックとの慣性である。変
換器のセンサ８２は、その慣性が空のスプール１０２の
慣性のわずか数分の−となるように構成することは可能
である。モータ１１０とおよびモータとばね１１４との
間にある第１３図の装置の他の部分との慣性はスプール
１０２およびターゲット８２よりはるかに大きいが、ば
ね１１４がこの大きな慣性をスプールから有効に切離し
ている。

装置を駆動するサーボモータ１１０は、変圧器１２０の
検出ピーク出力を用いるフィードバックモード内で制御
される。したがって制御量は変換器により測定されるば
ねの捩り角θである。スプール１０２に伝達されるトル
クは、いかなるばね定数が使用されようともそのばね定
数によって形成されるこの角度に比例する。線形ばねを
必要とする制御性の面からの制約はないが、ばね定数の
単調性が必要である。

ばね１１４を介して伝達されるトルクがすべてフィルム
の張力に変換されるとは限らない。ある部分はそれの巻
取速度プロフィルを介してスプールの慣性を加速するこ
とに変換される。フィルムの１．５ないし２．０メート
ルに対し約５００−７００ミリ秒というスプール巻取サ
イクル時間の状況下においてスプール１０２と変換器タ
ーゲット８２とを駆動するために必要なトルクは、フィ
ルムをスプール上に巻取るときに代表例で使用される張
力を維持するために必要とされるトルクに比較してきわ
めて小さい。しかしながらこのプロフィルは既知である
ので、初期荷重効果を打消すために制御ばね角に適当な
時間変化オフセットをフィードフォワードで与えること
が可能である。

本発明は、装置のいかなる回転速度においても被駆動要
素に付加されるトルク角の測定を可能にする。これは、
希望の涙り角を維持するように作動するサーボ制御器の
安定な運転のために重要である。捩り応力要素の他端部
上に増分エンコーダを使用するがゼロ回転速度における
角測定したがってトルク測定を排除する方法で出力を処
理するいくつかの従来の装置との相違はこんなところに
ある。また変換器は駆動部材と被駆動部材との間におけ
る可撓継手の使用とおよび被駆動部材上の急速な負荷変
動の検知とを可能にするので、変化する負荷に対してト
ルクを迅速かつ正確に調節可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の変換器が使用可能な装置を一般的に開
示した線図； 第２図は第１図に示す装置のトルク角とスプール半径と
の間の関係を示した図； 第３図ないし第５図及び第６Ａ図より第６Ｃ図は本発明
の誘導変換器に適用可能な磁気理論を説明するための線
図； 第７八図ないし第９図は角変換器の一般的理解のために
有用な線図； 第１０図は変換器の好ましい実施態様の断面図；第１１
Ａ図および第１１Ｂ図は第１０図において線１ＩＡ−１
１Ａおよび線１１Ｂ−１１Ｂのそれぞれに沿った図； 第１２図は変換器部品の角位置とその結果得られるイン
ピーダンスとの間の関係を示すグラフ；および 第１３図は本発明の変換器を組込んだ装置のさらに詳し
い詳細図である。 ７日・・・角変換器、８０・・・センサ。 ８２・・・ターゲット、８４・・・環状溝（円形溝）８
６・・・即。 ８日・・・インダクタンス遮断手段（導体、第１の短絡
巻線）。 ８８ａ・・・８８の第１の部分、８８ｂ・・・８８の第
２の部分。 ９０・・・コイル。 ９２・・・インダクタンス遮断手段（導体、第２の短絡
巻線）。 ９２ａ・・・９２の第１の部分、９２ｂ・・・９２の第
２の部分。 ９４・・・面 ９６・・・エアギャップ。 １００・・・第２の部材（チャック）。 １１２・・・第１の部材（駆動軸）。 １２０・・・変圧器。 １２２・・・−次巻線。 １３２・・・二次巻線。 １３６・・・電気エネルギー源（交流電流源）。 １３８・・・検出器。 ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、６Ａ ＦＩＧ、６Ｂ ＦＩＧ、６Ｃ ＦＩＧ、＋２ ＦＩＧ、　１３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の部材（１１２）と第２の部材（１００）との
   間の瞬間相対位置を部材間の相対運動に応答して決定す
   るための角変換器において：角変換器が、第１の部材に
   結合可能なセンサ（８０）であって高透磁率を有する材
   料から製作されたセンサ（８０）と：センサにより支持
   されかつ電気エネルギー源（１３６）から励起可能であ
   ってインダクタンスを提供するための導体からなるコイ
   ル（９０）であって、コイル内の電流流れにより発生さ
   れる磁束径路がセンサの高透磁率材料により増大される
   ようにセンサに対し相対的に配置されたコイル（９０）
   と：センサにより支持され、コイルの第２の部分からの
   インダクタンスに実質的に影響を与えることなくコイル
   の第１の部分からのインダクタンスを有効に遮断するた
   めの手段（８８）と： 高透磁率を有する材料からなるターゲット（８２）であ
   って、それがセンサに対して可動であるように第２の部
   材に結合可能でありかつセンサに隣接して配置された部
   分を有するターゲット（８２）と：および ターゲット部分により支持され、ターゲットのセンサに
   対する相対運動の間にコイルの第２の部分からのインダ
   クタンスの少なくとも一部分を有効、に遮断するための
   手段（９２）と； を含む角変換器。 ２、センサがそれの中に形成された環状溝（８４）を備
   えた面（８６）を有してコイルが溝内に配置され；およ
   び センサにより支持された遮断手段が、エンドレスな径路
   内にルートを形成する導体（８８）であってコイルの前
   記一部分に密に隣接する一部分（８８ａ）とおよびコイ
   ルから離して配置された導体の第２の部分（８８ｂ）と
   を有する導体（８８）を含む；どころの請求項１記載の
   変換器。 ３、ターゲットがセンサの前記面（８６）に密に隣接す
   る面（９４）を有し；および ターゲットにより支持された遮断手段が、エンドレスな
   径路内にルートを形成する導体（９２）であって径路の
   一方の部分（９２ａ）がターゲット内の溝に面しかつ径
   路の他方の部分（９２ｂ）が溝から離して配置された導
   体（９２）を含む； ところの請求項２記載の変換器。 ４、高透磁率を有する材料からなるセンサ（８０）であ
   ってそれの中に形成された円形溝（８４）を有するセン
   サ（８０）と； 溝内に配置された導体からなるセンサコイル（９０）と
   ； センサの透磁率により増大される磁束径路を発生するた
   めのコイルに接続された交流電流源（１３６）と； センサにより支持された導体からなる第１の短絡巻線（
   ８８）であって、コイルの第１の部分から磁束径路を有
   効に遮断するようにコイルの第１の部分に対して配置さ
   れた第１の部分（８８ａ）とおよびそれがコイルの第２
   の部分からの磁束径路を顕著には遮断しないようにコイ
   ルの第２の部分に対して配置された第２の部分（８８ｂ
   ）とを有した第１の短絡巻線（８８）と； 高透磁率を有する材料からなるターゲット（８２）であ
   って、コイルからの磁束径路の一部分がターゲットを貫
   通通過するようにターゲットとセンサとが相互に隣接し
   て配置されたところのターゲット（８２）と； ターゲットにより支持された導体からなる第２の短絡巻
   線（９２）であって、コイルからの磁束径路を有効に遮
   断するようにコイルに対して配置された第１の部分（９
   ２ａ）とおよびそれがコイルからの磁束径路を顕著には
   遮断しないようにコイルに対して配置された第２の部分
   （９２ｂ）とを有した第２の短絡巻線（９２）と； 第２の短絡巻線の第１の部分がコイルの第２の部分の少
   なくとも一部分からの磁束径路を有効に遮断するように
   センサとターゲットとの間に相対運動を行わせ、これに
   より第２の短絡巻線とコイルとの間の相対位置の関数と
   してコイルのインダクタンスを変化させるところの相対
   運動を行わせる手段（１１０、１１２）と；および コイルのインダクタンスの関数でありしたがってセンサ
   とターゲットとの瞬間相対位置の尺度である信号を発生
   するようにコイルに付属された検出器（１３８）と； を含む角変換器。 ５、交流電源とコイルとの間に変圧器（１２０）を含み
   、変圧器がセンサに対し固定位置に配置された一次巻線
   （１２２）とおよびコイルに接続されてセンサと共に可
   動な二次巻線（１３２）とを有するところの請求項４記
   載の変換器。 ６、ターゲットがセンサに隣接し； ターゲットとセンサとは各々、平行な平面内に配置され
   ているが相互からは狭いエアギャップ（９６）により分
   離された面（８６、９４）を有し；およびターゲットと
   センサとの間の相対運動に応答して発生するコイルのイ
   ンダクタンスの変化を検出するための手段（１３８）が
   コイルに連結されている；ところの請求項１記載の変換
   器。