JPH1077158A

JPH1077158A - 移動体の往復移動装置

Info

Publication number: JPH1077158A
Application number: JP23424196A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Tani; 義則谷; Shunei Sekido; 俊英関戸
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1996-09-04
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 1998-03-24

Abstract

(57)【要約】【課題】リニアモータ機構などの推力発生機構を利用
する往復移動装置において、往復移動範囲が短くても折
返し後の減速をほとんど生ずることなく高速の往復移動
を可能にする移動体の往復移動装置を提供する。【解決手段】移動体２の往復移動路１１と並行にリニ
アモータ機構１を設けて、移動体２を往復動させる往復
移動装置である。往復移動路１１の折返し部に打撃手段
４を設け、移動体２の両側面に弾性材からなる被打撃部
２ｃを設け、折返し部の手前に移動体２の速度検出セン
サー３を設けている。また、センサー３が検出した移動
体２の進入速度とセンサー３から折返し部までの距離に
被打撃部２ｃの変形量を加算した見掛け上の距離とから
打撃手段４による打撃タイミングを演算するようにした
制御部５を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は移動体の往復移動装
置に関し、さらに詳しくは、糸条巻取機の糸条綾振装置
や織機のシャトル駆動機構などの高速運転用に好適な移
動体の往復移動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】合成繊維の溶融紡糸巻取機の巻取速度
は、生産性向上の見地から益々高速化され、それに伴っ
て糸条綾振装置（トラバース装置）も高速化している。
従来、糸条綾振装置の往復移動機構としては、外周に螺
旋状のカム溝を設けた円筒カムに滑子（移動体）を係合
させ、その円筒カムを高速回転させて滑子を糸ガイドと
共に往復移動させるものが広く使用されている。

【０００３】しかし、この円筒カムによる往復移動機構
は、滑子の速度分布が円筒カムのカム溝形状に依存する
ため、速度分布形状を変更しようとする場合には、円筒
カム自体を交換する必要があり、一つの円筒カムで多様
な速度分布形状を設定することは困難であった。また、
滑子の往復移動の折返しは、カム溝の軌道を１８０°反
転させて行うため折返しに時間がかかり、一層の高速化
を図ることには限界があった。

【０００４】このような問題を解消する往復移動機構と
して、リニアモータ機構により滑子に相当する移動体を
往復移動させるものが提案されている。しかし、リニア
モータ機構の問題は、移動体を折り返す際に折返し前後
の速度低下が大きいため、折返し後の速度を折返し前の
速度まで加速するためには十分な加速区間を必要とし、
往復移動距離の短い糸条綾振装置に適用するには実用的
といえなかった。

【０００５】このような問題を解決するため、特開平７
−１３７９３５号公報には、リニアモータ機構の往復移
動路の折返し部にゴム、スプリング等の弾性材を設け、
その弾性材の反発力を利用して折返し部での減速量を抑
えるようにしたものが提案されている。しかし、たとえ
弾性材であっても、折返し後の速度が折返し前の速度よ
り低下することはエネルギーの法則に照らして明らかで
あり、しかも減速量は移動速度が大きくなるほど大き
く、かつ反発係数が大きいほど折返し後の速度バラツキ
が大きくなるため、高速巻取りにおいて折返し後の速度
を短時間に目標速度に増速することは、単に折返し部に
弾性部材を設けただけでは実用化困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、リニ
アモータ機構などの推力発生機構を利用する往復移動装
置において、往復移動範囲が短くても折返し後の減速を
ほとんど生ずることなく高速の往復移動を可能にする移
動体の往復移動装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明による移動体の往復移動装置は、移動体の往復移動路
と並行に前記移動体に推力を与える推力発生機構を設
け、該推力発生機構により前記移動体を往復動させる往
復移動装置において、前記往復移動路の折返し部に打撃
手段を設けると共に、前記移動体の両側面に弾性材から
なる被打撃部を設け、前記折返し部の手前に前記移動体
の速度を検出するセンサーを設け、該センサーが検出し
た前記移動体の進入速度と該センサーから前記折返し部
までの距離に前記被打撃部の変形量を加算した見掛け上
の距離とから前記打撃手段による打撃タイミングを演算
する制御部を設けたことを特徴とするものである。

【０００８】このように往復移動路の折返し部に打撃手
段を設け、かつ移動体の両側面に弾性材の被打撃部を設
けたことにより、打撃手段が弾性材の被打撃部を打撃す
るときに発生する弾性材の反発エネルギーにより移動体
の折返し速度を短時間に増速させることができる。さら
に、制御部によって、センサーが検出した進入速度と該
センサーから折返し部までの距離に被打撃部の変形量を
加算した見掛け上の距離とから打撃手段の打撃タイミン
グを演算するようにしたため、被打撃部の弾性材の変形
量が最大になった位置で移動体に打撃力を与えて、その
打撃エネルギーを弾性材の最大の反発エネルギーに同調
させるようにしたため、移動体の折返し速度に最大の加
速効果を与えることができる。したがって、短い往復移
動範囲であっても折返し後の減速量をほとんど生ずるこ
となく高速で往復移動させることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明において推力発生機構と
は、移動体に対して往路方向と復路方向のリニア推力を
交互に発生する機構をいう。具体的には、直線状の鉄心
の周囲にコイルを巻き付け、そのコイルが発生する磁界
により移動体に設けた永久磁石に推力を与えるようにし
たリニアモータ機構とすることが好ましい。この推力の
方向は、コイルに対する電流の方向を交互に切り換える
ことにより、往路方向と復路方向とに交互に切替えるこ
とができる。

【００１０】移動体の被打撃部を構成する弾性材として
は、合成ゴム、天然ゴム、弾性樹脂などが好ましく使用
されるが、バネ鋼の板バネやコイルバネなどを使用する
ようにしてもよい。この弾性材からなる被打撃部は、移
動体の移動方向の前後両側面に設けられる。往復移動路
の折返し部に設ける打撃手段としては、移動体の進入方
向と反対方向に打撃力を与えるものであれば、特に限定
されるものではないが、好ましくは圧電素子とハンマー
との組合せ機構にするのがよい。圧電素子は高速に反応
して短時間でエネルギーを供給することができるので、
これをハンマーと組み合わせれば、移動体に対して短時
間に折返し方向の加速を与えることができる。

【００１１】往復移動路の折返し部手前に設ける速度検
出用のセンサーは、特に限定されないが、好ましくは光
センサー、磁気センサーなどの非接触式であるものがよ
い。このセンサーは、移動体上に一定距離だけ離間させ
て設けた２点の検出端を検知するようにし、それら２点
の検出端の通過時間差と２点の被検出端間距離とから移
動体の速度を演算することができる。

【００１２】本発明に設けた制御部は、折返し部に進入
した移動体を被打撃部の弾性材が最も圧縮変形した時点
に同調するように打撃タイミングを設定する。この打撃
タイミングによって、弾性材の反発エネルギーを最も効
率よく利用するようにすることができる。このような最
適の打撃タイミングは、移動体が折返し部手前に設けた
センサーを通過した時から折返し部に到達するまでの時
間ｔによって設定することができる。したがって、セン
サーの位置から折返し部までの距離Ｌが一定のＬｏであ
ると仮定した場合には、この一定距離Ｌｏとセンサーが
検出した移動体の進入速度Ｖｅとから、ｔｏ＝Ｌｏ／Ｖｅ・・・・の式で算出することができる。

【００１３】しかしながら、本発明に使用する移動体
は、被打撃部を弾性材で構成しているので、その被打撃
部が打撃により変形することによりセンサーから折返し
部までの見掛け上の距離は変化する。しかも、被打撃部
の打撃時変形量が大きいほどセンサーの位置から折返し
部までの見かけ上の距離は長くなる。特に移動体の移動
速度が高速化する場合は、移動体の慣性力が大きくなる
ため被打撃部の変形量も大きくなるので、その変形によ
る見掛け上の距離の変化は無視できない大きさになる。

【００１４】本発明の制御部は、上記のような背景から
打撃タイミングｔを算出する際のセンサーから折返し部
までの距離として、被打撃部の変形量を考慮した次の
式で定められる見掛け上の距離Ｌｒを採用し、式によ
って打撃タイミングｔｒを設定するようにする。Ｌｒ＝Ｌｏ＋（被打撃部変形係数）×Ｖｅ² ・・・・ｔｒ＝Ｌｒ／Ｖｅ・・・・本発明の制御部は、さらに移動体が往復移動路内のいか
なる中間位置においても任意の移動速度を実現するよう
なコントロールができるようになっていることが好まし
い。このような中間位置での移動体の移動速度のコント
ロールは、移動体の速度をフィードバック制御しない場
合には、移動体の速度変化量は移動体に加わる外力量に
より変化する。例えば、移動体に作用する力が駆動源の
推力のみであれば、移動速度は推力値に対して１次の相
関関係があるので、推力を管理すれば移動体の速度を制
御することができる。

【００１５】しかし、移動体に対して駆動源の推力以外
の外力が作用する場合は、移動体の速度は推力値を管理
するだけでは情報不足となって、完全な制御は行えな
い。したがって、外乱が作用する機構において速度を制
御する場合は、移動体の速度管理が必要である。この移
動体の速度管理の方法としては、移動体の位置を２点で
測定し、２点間の移動に要した時間より速度を算出する
方法とか、或いは移動体自体が、移動とともに移動速度
に応じた起電力を生じる構造を持たせることにより、起
電力値を管理する方法がある。

【００１６】前者がデジタルでの速度測定であるのに対
し、後者はアナログでの速度検知が可能になるので、高
精度の速度制御を実施する場合には、後者の方法の方が
優れている。リニアモータ機構に設けた永久磁石の移動
体では、それ自体が移動時に逆起電力を生じる構造にな
っているので、逆起電力に応じた出力電流値によって移
動体の推力を制御して移動体の速度を制御することがで
きる。

【００１７】以下、図に示す実施形態に基づいて本発明
を具体的に説明する。図１は、本発明を糸条巻取機の糸
条綾振装置（トラバース装置）に応用した場合の移動体
の往復移動装置を示し、かつ図２〜５は同往復移動装置
の構成部分を要部毎に個別に図示したものである。図１
および図２に示すように、１０は上下に一対平行に設け
たガイドレールであり、その内側に往復移動路１１が形
成されている。往復移動路１１には移動体２が挿入さ
れ、ガイドレール１０に沿って往復移動するようになっ
ている。往復移動路１１の両端の折返し部にはそれぞれ
打撃手段４が設けられ、かつその折返し部手前の位置に
それぞれ移動体２の速度を検出するセンサー３が設けら
れている。センサー３は、この実施形態では光センサー
が設けられている。

【００１８】上下一対のガイドレー１０には、それぞれ
往復移動路１１に挿入された移動体２に推力を与えるリ
ニアモータ機構１が内設されている。このリニアモータ
機構１は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、鉄心１ａ
の周囲にコイル１ｂを巻きつけ、そのコイル１ｂにリニ
アモータドライバ１ｃから電流を供給することにより磁
界を発生させ、その磁界により移動体２の永久磁石２ｂ
に往復移動路１１に沿う方向の推力を与えるようになっ
ている。

【００１９】また、移動体２は、図４に示すように、ベ
ース部２ａがナイロン，ポリイミド等の樹脂材料から構
成され、そのベース部２ａに永久磁石２ｂが埋め込まれ
ている。このベース部２ａの移動方向の両側面にはそれ
ぞれ弾性ゴムからなる被打撃部２ｃが取り付けられ、ま
た後端面に２本の検出端２ｄ，２ｄが移動方向に分離す
るように取り付けられ、また反対側の前端面に糸ガイド
２ｅが取り付けられている。

【００２０】２本の検出端２ｄ，２ｄは、移動体２が光
センサー３を通過するとき、その光センサー３を順次横
切るため、その時間差が測定され、かつその時間差と２
本の検出端２ｄ，２ｄの離間距離とから移動体２の移動
速度が演算される。また、糸ガイド２ｅは、そのフック
部分に糸条を引っかけ、移動体２と共に往復移動するこ
とによって糸条に綾振り（トラバース）を与える。

【００２１】打撃手段４は、往復移動路１１の折返し部
において移動体２を反対方向に打撃する手段であり、図
５（Ａ）（Ｂ）のように、フレーム４ｂに圧電素子４ｃ
を固定し、その圧電素子４ｃの端部にリンク機構からな
る変位拡大機構４ｄを介してハンマー４ａを取り付ける
ようにしている。圧電素子４ｃは、ファンクションジェ
ネレータ４ｆからアンプ４ｅを介して電圧波形が加えら
れると、図５（Ｂ）のように瞬時に伸長し、その伸長を
変位拡大機構４ｄで拡大してハンマー４ａを作動して、
移動体２を反対方向に打撃する。

【００２２】上述した構成において、往復移動路１１内
の移動体２はリニアモータ機構１の推力により移動し、
かつ折返し部で推力の方向が切り替えられると、それと
同時に打撃手段４により反対方向の打撃が与えられて反
転し、これを繰り返すことにより往復移動する。このよ
うなリニアモータ機構１の推力および推力の切り替え、
打撃手段４の打撃タイミングなどは、コンピュータの制
御部５によって制御される。

【００２３】制御部５で演算される打撃手段４の打撃タ
イミングは、センサー３で測定された移動体２の折返し
部への進入速度Ｖｅと、移動体２の被打撃部２ｃの変形
量を加味して定められる前述した式で示す見掛け距離
Ｌｒとから、式に基づいて設定される。制御部５で演
算された時間ｔｅの経過と同時に、制御部５からはファ
ンクションジェネレータ４ｆに打撃開始パルスが発信さ
れ、このファンクションジェネレータ４ｆから打撃指令
の電圧波形を出力し、アンプ４ｅにより増幅されて打撃
手段４の圧電素子４ｄを駆動するため、ハンマー４ａが
打撃を行う。また、この打撃タイミングの信号と同時
に、推力方向の切替タイミング信号も出力されるので、
リニアモータ機構１の推力の往路方向と復路方向とが切
り替えられる。

【００２４】上記制御部５は、さらにセンサー３から移
動体２の速度信号を入力することにより、予め設定され
た目標速度と比較し、その差異に基づいてリニアモータ
ドライバ１ｄを駆動してリニアモータ機構１の推力を補
正し、移動体２の移動速度を目標速度になるように補正
する。このような移動速度の補正制御方法としては、セ
ンサー３が検出した移動体２の移動速度データをリニア
モータドライバ１ｄの電流制御値にフィードバックする
ようにする方法のほか、移動体２がコイル１ｂ上を移動
するときに発生する逆起電力を測定し、その逆起電力と
移動体２の移動速度との相関関係を基に間接的に算出し
た移動体２の速度をリニアモータドライバ１ｄにフィー
ドバックして制御するようにした方法であってもよい。

【００２５】このように往復移動路１１の中間位置での
移動体の移動速度をも制御するようにすると、糸条の綾
振り装置に応用する場合において、トラバース運動中の
トラバース速度分布を変化させることが可能になるの
で、巻糸パッケージ内の糸密度の分布をトラバース速度
分布を変えることによってコントロールすることができ
るようになる。

【００２６】

【実施例】図１に示す構造であって、移動体の往復移動
距離を１００mm、移動体の総質量を０．５ｇ、被打撃部
の弾性ゴムの変形係数を１．７２×１０^-4ｓ²／ｍ、打
撃手段の圧電素子の最大伸びを２０μｍ、リンク機構４
ｄの変位拡大倍率を３０倍とする本発明の往復移動装置
（実施例１）を製作した。

【００２７】また、比較装置として、上記本発明の装置
において、移動体の被打撃部を弾性ゴムに代えて鋼球に
した往復移動装置（比較例１）、さらに打撃タイミング
における変形係数の効果を明確にするため、比較例１に
おいて弾性ゴムの変形係数を制御上０に設定した装置
（比較例２）をそれぞれ製作した。これら３種類の往復
移動装置についてそれぞれ移動体を往復駆動し、計１０
０回の折返し前後における移動体の進入速度と折返し速
度とを、Ｘ−Ｙ軸のグラフにプロットしたところ、それ
ぞれ実施例１の装置は図６、比較例１の装置は図７、比
較例２の装置は図８のような結果を得た。

【００２８】被打撃部を鋼球にした比較例１の装置で
は、図７のように、弾性ゴムの反発エネルギーが利用で
きないため、移動体の移動速度を上げることができず、
最高速度は３．５ｍ／ｓどまりであった。また、移動体
に弾性ゴムの被打撃部を設けて変形係数を０にした比較
例２の装置は、図８のように移動体の最高速度は８．０
ｍ／ｓと増加したが、全体的に速度バラツキが非常に大
きく、安定した折返し移動を実施することができなかっ
た。

【００２９】これらに対して、本発明の実施例１の位置
では、図６から明らかなように、移動体の最高速度を
９．０ｍ／ｓに上昇することができると共に、速度のバ
ラツキも非常に小さくすることができた。したがって、
糸条のトラバース装置へ応用した場合にも、巻取速度４
０００ｍ／分を超える超高速巻取機に対応させることが
できた。

【００３０】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、リニ
アモータ機構などの推力発生機構を利用する往復移動装
置において、往復移動範囲が短くても折返し後の減速を
ほとんど生ずることなく高速の往復移動を可能にするこ
とができる。特に、本発明を糸条綾振装置に適用する
と、往復移動距離が短い高速度の糸条綾振装置を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による移動体の往復運動装置の一例を示
す基本の説明図である。

【図２】本発明の往復移動装置の要部を概略的に示した
もので、（Ａ）は（Ｂ）図におけるＢ−Ｂ矢視で示す平
面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は（Ｂ）図におけるＡ−
Ａ矢視で示す横断側面図である。

【図３】本発明の往復移動装置の特にリニアモータ機構
要部を概略的に示したもので、（Ａ）は（Ｂ）図におけ
るＣ−Ｃ矢視で示し、かつ一部を破断して示す平面図、
（Ｂ）は一部を破断して示す正面図である。

【図４】本発明の往復移動装置に使用される移動体を糸
条のトラバースガイドとして用いた例を示す平面図であ
る。

【図５】本発明の往復移動装置における打撃手段を示
し、（Ａ）は打撃操作前の状態を示す概略平面図、
（Ｂ）は打撃操作時の様子を示す概略平面図である。

【図６】本発明の実施例１の往復移動装置における移動
体の折返し前後の進入速度と折返し速度との関係を示す
グラフ図である。

【図７】比較例１の往復移動装置における移動体の折返
し前後の進入速度と折返し速度との関係を示すグラフ図
である。

【図８】比較例２の往復移動装置における移動体の折返
し前後の進入速度と折返し速度との関係を示すグラフ図
である。

【符号の説明】

１リニアモータ機構（推力発生機構）１ａ鉄心１ｂコイル２移動体（トラバースガイド）２ｂ永久磁石２ｄ検出端３光センサー４打撃手段４ａハンマー４ｃ圧電素子５制御部（コンピュータ）１０ガイドレール１１往復移動路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動体の往復移動路と並行に前記移動体
に推力を与える推力発生機構を設け、該推力発生機構に
より前記移動体を往復動させる往復移動装置において、前記往復移動路の折返し部に打撃手段を設けると共に、
前記移動体の両側面に弾性材からなる被打撃部を設け、
前記折返し部の手前に前記移動体の速度を検出するセン
サーを設け、該センサーが検出した前記移動体の進入速
度と該センサーから前記折返し部までの距離に前記被打
撃部の変形量を加算した見掛け上の距離とから前記打撃
手段による打撃タイミングを演算する制御部を設けた移
動体の往復移動装置。
【請求項２】前記推力発生機構がリニアモータ機構で
ある請求項１に記載の移動体の往復移動装置。
【請求項３】前記打撃手段が圧電素子とハンマーから
構成される請求項１又は２に記載の移動体の往復移動装
置。
【請求項４】前記圧電素子とハンマーとの間に変位拡
大機構を介在させた請求項３に記載の移動体の往復移動
装置。
【請求項５】前記制御部が、前記センサーが検出した
移動体の速度に基づいて前記推力発生機構の推力を制御
するようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の移
動体の往復移動装置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の往
復移動装置を糸条綾振装置に適用し、前記移動体に糸ガ
イドを取り付けて糸条の綾振領域で往復移動させる構成
にした糸条綾振装置。