JPH0617801Y2 - 広域制御用ブレーキシリンダの構造体 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は印刷用などの自動用紙供給装置に使用するロー
ル紙の張力を一定にするための負荷吸収するブレーキ制
御用のシリンダに係り、ロール紙の巻径が連続的に変化
するのに相応させて、張力を一定とするためにブレーキ
トルクを連続的に広域にわたって可変制御されるトルク
が得られるよう、ブレーキに加圧するシリンダの径を大
小の２種とする、一個のシリンダに複数的に設け、この
面積の異るシリンダを使い分けて広域のブレーキトルク
が得られるようにした広域制御用ブレーキシリンダの構
造体に関するものである。

〔従来の技術〕

一般的なディスク型ブレーキ用シリンダは、第２図に示
される。

すなわち、第２図は一般的な制御用ブレーキシリンダの
構造体の一例を示す要部構成断面図であり、１はロール
体、２は軸受、３は軸、４はブレーキディスク、５′は
シリンダ、６′はピストン、７′はブレーキライニング
（以下単にライニングと称す）、８は電空制御弁、９は
電磁弁、Ｐは空気圧源、ＥＸは排気口である。

第２図において、ロール体１は軸３に取着され、軸３は
ロール体１の左右に備えられた軸受２で支持されてい
る。軸３の左端部には動力負荷吸収用にブレーキディス
ク４が固着され、この両円板面を挟持するように同じラ
イニング７′が接設され、ライニング７′の後方のピス
トン６′と固着され、これはシリンダ５′に嵌着されて
いる。

さらに、シリンダ５′の後端部には空圧の給排気口が設
けられ、左右のシリンダ５′と５′の給排口を一個所に
結合され、直列に接続された三方の電磁弁９と電空制御
弁８が接続されている。また電空制御弁８の後部には一
定圧の空気圧源Ｐを供給して制御用ブレーキシリンダの
構造体を一体構成している。

さて、かようなごとく構成されたものの作用を説明する
と、まず、ロール体１の最大径時に所要の張力が得られ
るようにブレーキトルクを設定し、このトルクに相応す
る空気圧をシリンダ５′に電磁弁９を付勢せしめて給気
される。そして、運転が開始されると用紙は送出され、
その分ロール体１の外径は細り、張力一定にするために
は遂次ブレーキトルクを小さく可変する必要がある。そ
こで、図示されていないがロール体１の送出されている
用紙の張力検出が行われ、この張力値と所要の設定値を
演算させて常に所要の張力が用紙に付与されるように、
電空制御弁８に所要の電流信号を時時刻刻と送り、この
電流信号の大小に相応して一定の空気圧源が可変供給さ
れ、これによりブレーキは所要のトルクに制御され、張
力を連続的に一定にしながらロール体１の用紙を印刷機
側へ供給される。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかし、かような構成の構造体においては次のような問
題点がある。

一般にロール体１の径は約1070mm(42″)あり、その巻き
芯内径は76mm(3″)なので、用紙の最小巻き径は約100mm
とする。すなわち、（最大径／最小径）の径比は約１／
10あり、張力一定にするためにはその軸トルク比１／10
を必要とする。従って、シリンダ７′の面積と摩擦係数
を一定と仮定すると、供給する空気圧もこの可変域が必
要となる。

しかるに、電空制御弁８の空気圧可変能力は最新の技術
をもってしても、（最大圧力／最小圧力）の比は１／８
程度が限度で、これの低圧側では極めて設定精度が悪く
なり、用紙補給の特性が問題となる。この電空制御弁８
の制御域の限界と低圧側での設定精度の悪さの要因は弁
内の流体の圧力が極めて大きく、可変するとその流体の
挙動が速度に応じて一定にならず、例えば低速域では層
流、高速域では乱流となり、特定の速度で流れが発散す
る。加えて弁体そのものは一般にダイヤフラムで作られ
ているので、このダイヤフラムの弾性抗力が低圧域の空
気圧に大きなウエイトで介在する。このことと流体の挙
動の不安定性とあいまって、現状では如何ともしがたい
壁となっている。

このことにより、所要のトルク比は１／８までとなるの
で、例えば1070mmのロール体１の径では約200mm以下に
なるとトルク制御が不可能になるので、前述したことか
ら、あと100mm分残されて次の新しいロール体に切り替
えなければならない。すなわち、100mm分の用紙が無駄
になる。

また、ロール体１の200mm近傍の小径では、前述したご
とく圧力特性が極めて不安定になり、用紙の供給特性が
悪くなり、しばしば印刷に際し不備が生じている。

本考案は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目
的とするところは、広域のブレーキ制御トルクを得るた
めに市販の電空制御弁８の機能を変えることなく、トル
ク比が１／10までトルク制御が行え、且つ圧力特性が不
安定とならず、また前述によって用紙の無駄が生じない
広域制御用ブレーキシリンダの構造体を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

つまり、その目的を達成するための手段は、ライニング
の後方に大径のピストンおよびシリンダを配し、さらに
この後方に小径のピストンおよびシリンダを配し、これ
を大径のピストン，シリンダと各各一体物で構築し、大
小各各のシリンダに対応させて電磁弁，電空制御弁など
の空気圧系統を２系統配設し、これにより小径のシリン
ダ，大径のシリンダ，小径のシリンダプラス大径のシリ
ンダの３通りのブレーキトルクが得られるように一体構
成したものである。

〔作用〕

その作用は、次に述べる実施例にて、図面を参照しなが
ら併せて説明する。

〔実施例〕

第１図は本考案の広域制御用ブレーキシリンダの構造体
一実施例を示す要部構成断面図であり、図中、第２図と
同符号のものは同じ構成，機能を有す。

第１図において、ロール体１に軸３を介して固着されて
いるブレーキディスク４を挟持するようにライニング７
が接設され、このライニング７にピストン６が固着され
ている。ピストン６は径違いの大径のピストン6_-aと小
径のピストン6_-bの２種の面積を一体化したものからな
り、このそれぞれのピストンの径に相応させたシリンダ
５を嵌着し、これらを一体に組み立てシリンダ部を構築
している。またそれぞれのシリンダには給排気口Ａおよ
びＢが設けられており、ブレーキディスク４に対応する
左右の給排気口ＡとＡおよびＢとＢはそれぞれ配管接続
されている。そして、これらの給排気口ＡおよびＢのそ
れぞれから、電磁弁９，電空制御弁８と直列に接続さ
れ、その先は空気源Ｐへ接続されて２系統の空気圧系を
構成している。

次に、かくしてなる構造体の作用について以下に説明す
る。なお、説明を簡略するためにブレーキディスク４と
ライニング７と７の接設する摩擦係数は一定と仮定す
る。（一般には相対速度差により可変される。） まず、ライニング７に対する加圧力の可変に比例してブ
レーキトルクが可変するものと仮定して、ブレーキトル
クが比例的に制御されるものとみなし、この加圧力の可
変設定量について説明する。

第２図に示す従来例のピストン６′の径の面積S₁を10cm
²とすると、これに供給される一般的な最大圧力P₁は5kg
f/cm²で、これを電空制御弁８により調圧し、この最小
圧P₂の供給は、前述したトルク比１／８から P₂＝５×1/8＝0.625≒0.6kgf/cm² ……(1)とする。

次に本考案の大径のピストン6_-aおよび小径のピストン6
_-bの面積比を8.8：1.2と仮定し、その合算した面積は従
来例と同じにすれば、大径のピストン6_-aの面積S₂と小
径のピストン6_-bの面積S₃はそれぞれ、S₂＝8.8cm²、S₃
＝1.2cm²となる。

これに従来例と同様の最大圧力P₁と最小圧力P₂を供給す
ることにすると、従来例における加圧力Ｆは、P₁＝5kgf
/cm²，P₂＝0.6kgf/cm² およびS₁＝10cm²から F_MAX＝P₁・S₁＝５×10＝50kgf …………(2) F_MIN＝P₂・S₁＝0.6×10＝6kgf …………(3) となる。

次に本考案により得られる加圧力F₀は、 P₁＝5kgf/cm²，P₂＝0.6kgf/cm²，S₂＝8.8cm² およびS₃＝1.2cm²から 大径のピストン6_-aの場合(F₀₁) F_01MAX＝P₁・S₂＝５×8.8＝44kgf …………(4) F_01MIN＝P₂・S₂＝0.6×8.8＝5.28kgf …………(5) 小径のピストン6_-bの場合(F₀₂) F_02MAX＝P₁・S₃＝５×1.2＝6kgf …………(6) F_02MIN＝P₂・S₃＝0.6×1.2＝0.72kgf …………(7) となる。

以上から、従来例の最小，最大の加圧力比αを求める
と、(2),(3)式から となる。

また本考案による最小，最大の加圧力比βを求めると、
(4),(6),(7)式から となる。これは大小２種のピストンを独立して同時に圧
力制御した場合で、これを単独にシリース的に圧力制御
した場合の加圧力比β′を算出すると、(7),(4)式から となる。

これら加圧力比β，β′は、大小のピストン面積比を適
当にすれば任意に所要値が得られる。また、大径のピス
トン6_-aの最小加圧力、F_01MIN＝5.28kgfと小径ピストン
6_-bの最大加圧力、F_02MAX＝6kgfはF_02MAX＞F_01MINなの
で、加圧力可変を２系統シリース的に連続して制御して
も、その加圧力はラップするので、この大小ピストンの
系統の切替点近傍の加圧力は連続的になされ、隙間なく
供給可能となる。

ここに、前述のように一例として設計しておけば、従来
例では（最大加圧力／最小加圧力）の加圧力比αが約１
／８しかとれないが、本考案ではその最小，最大の加圧
力比βが１／69と広域にわたり、その効用の大きさが定
量的に証明される。

これらの大径のピストン6_-a，小径のピストン6_-bのブレ
ーキ制御の操作を概説すると、大径および小径のピスト
ンをシリース的に２系統を操作する場合、第１図におい
て先ず最初は大径ピストン6_-a系統に所要の空気圧を送
り、小径のピストン6_-b側の空気圧は三方の電磁弁９を
ＯＦＦにして大気に排気する。これにより、大径のピス
トン6_-aのみが加圧力として作用する。なお、第２図で
説明したように用紙の張力は、図示されていないが連続
的に検知し、この値と設定値とを演算して電空制御弁８
に張力一定によるように電流信号を与えている。すなわ
ち、ロール体１の巻き径が小さくなると、これに比例し
てトルクを小さくするように、加圧力制御用の電空制御
弁８の下方側の供給圧力限界近傍に所要値がくる点を予
め設定しておき、この点に圧力が下がると自動的に小径
のピストン6_-b側の系統に空気圧を送る。このとき電磁
弁９は切り替えておく。そして、若干の時間をかけて大
径のピストン6_-a側系統の空気圧を大気へ排気する。も
ちろん小径のピストン6_-b側の空圧力は切り替え時に所
要値となるよう予め張力検知よりの信号を基に、電空制
御弁８の圧力を調整してスタンバイしておく。これによ
り、前述した（最大加圧力／最小加圧力）の加圧力比β
（＝1/69）となって広域となり、電空制御弁８の下方圧
域を使用しなくとも極めて精度よく安定している。（下
方側は圧力の設定精度が悪い関係もある） また、電空制御弁８の可変圧力比は１／５程度までの範
囲で所要の加圧力比１／10の制御域を十分満足すること
ができるので、極めて高精度な張力一定の供給が可能と
なる。

〔考案の効果〕

以上説明したごとく本考案によれば、市販の電空制御弁
８（最小最大圧力可変比１／８程度）を使用しても、そ
の面積可変は３通りにもなるので、大径のピストン6_-a
と小径のピストン6_-bの面積比を適切にすれば、極めて
広域の可変ブレーキトルクの制御が可能となる。もちろ
ん大径側のブレーキシリンダと小径側のブレーキシリン
ダの２種を複数的に独立してブレーキ加圧装置をブレー
キディスク面に接設させても効用は同じであるが、ブレ
ーキディスク面に小径のシリンダのブレーキ装置を増や
した分だけ放熱面積が減少し、ブレーキの吸収熱エネル
ギーが減り、ブレーキ容量が低下する。併せて数が増加
した分だけ組立工賃も含めて経済性も悪くなるので、本
考案の方がはるかに優れている。すなわち、シリンダ５
の単純な形状追加により広域のブレーキトルク制御を可
能にして、経済性に対して富むなど本考案の広域制御用
ブレーキシリンダの構造体は、実用上、極めて有用性の
高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のものの一実施例を示す要部構成断面
図、第２図は従来のものの一例を示す要部構成断面図で
ある。 ４……ブレーキディスク、５，５′……シリンダ、６，
６′……ピストン、6_-a……大径のピストン、6_-b……小
径のピストン、７，７′……ブレーキライニング、８…
…電空制御弁、９……電磁弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】極めて広域のブレーキトルクの制御を必要
   とするディスク型ブレーキ用シリンダにおいて、ブレー
   キディスクを挾持するブレーキライニングと、このブレ
   ーキライニングの後方に備えた大径のピストンと小径の
   ピストンの径違いのピストンと、この径違いのピストン
   の外周に対応して設けられ且つ、径違いのそれぞれに２
   系統の給排気口を設けて小径のシリンダと大径のシリン
   ダを形成するシリンダと、前記ブレーキディスクに対応
   する前記小径のシリンダどうしおよび前記大径のシリン
   ダどうしを接続し，これらのそれぞれと直列に接続され
   た電磁弁および電空制御弁から構成され、小径のシリン
   ダ，大径のシリンダ，小径のシリンダプラス大径のシリ
   ンダの３通りのブレーキトルク制御ができるようにした
   ことを特徴とする広域制御用ブレーキシリンダの構造
   体。