JPS6030630B2 - 張力制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は材料に正確な所定の張力を与えながら巻取又は
操出を行なう張力制御方式に関するものである。

線状板状又は膜状の材料を所定の枠等に巻取ったり、巻
取った材料を必要に応じて線出して使用する等の場合、
材料に与える張力を所定の値に正確に保つことが材料の
取扱い上最も望ましいこととされている。

この為凡ゆる産業分野で夫々の目的に応じた多種多様な
張力制御方式が実用に供せられている。

従釆の張力制御方式は巻敬又は操出される材料に与えら
れている張力を計測する為の張力検出部を備え、該検出
部の出力が所定の値になるように巻取又は繰出の速度を
制御するものが一般的である。具体的には運動可能で位
置により発生力が変化する張力検出部を材料に圧着し、
材料の張力と庄着力とが平衡する位置で検出部が停止す
ることを利用し、停止位置と張力との間に一定の対応関
係が成立する如く構成された張力検出部の停止位置を検
出することにより張力検出を行なうものである。この方
式は張力に変化を与える要因が生じた場合張力検出部の
出力が変化して張力変化を補償する如く巻取又は擬出速
度を制御するものであり、周知の閉ループ負帰還制御系
である。この様な制御系では周知の如く外乱を補償する
ように制御信号が加えられるもので、具体的には外乱と
制御結果との差で制御信号が作り出される為制御の結果
は外乱が何分の一かに圧縮された形で残ることとなる。
従って外乱が張力変化である場合は張力検出部及び材料
に外乱の何分の一かの張力変化を残した状態が所定の制
御条件となる。この場合材料に対する張力変化をより少
なくすることは負帰還ループの利得増加によって可能で
あるが、その代償として応答速度が遅くなる為急激な張
力変化に対しては制御機能が失なわれるに至る。このよ
うに張力検出による張力制御方式は原理的に材料に与え
られる張力を一定値には保持し得ないこと、及び一定値
に近付けようとすると急激な張力変化に対応出釆なくな
ると云う欠点を有する。これに対し材料に圧着して張力
を与える機構を工夫し、圧着部の位置に関係なく一定の
張力を与える如くした張力制御方式も実用に供せられて
いる。具体的には材料に滑車等を介して童錘を吊り下げ
て上下に移動する如くした重綾に働く重力によって材料
に張力を与えるもの「又は流体の圧力を直接又はピスト
ン等の圧力変予算機構を介して間接に材料を加えて張力
を与えるものがある。この場合材料に張力を与える部分
の位贋を検出して巻取繰出の速度を制御する。これ等は
何れも材料に張力を与える機構の位置に無関係に一定の
張力を与え得る利点を有する車錘の場合には外乱による
張力変化に応じて重綾が移動する際の加速度に応じた張
力が材料に加えられる為軍錘の加速度が重力加速度に比
較して極めて小さい場合を除いて材料に対する一定の張
力附与は期待出来ない。又流体圧力による場合も流体自
身及び機構部の運動による加速度に見合う張力が材料に
加えられることは重錘の場合と同様であり、更に流体自
身の過渡的な挙動による張力変化も加えられるので何れ
も材料に張力を与える部分の加速度が或程度小さい場合
を除いて材料に対する一定の張力附与は期待出来ない。
即ちこれ等の方式は前述の張力検出方式に比較して材料
に与える張力を定常状態に於いて一定値に保持し得る利
点を有するが〜急激な張力変化に対してはこの利点は失
われると云う欠点を有する。尚これ等の方式も前述の張
力検出による制御方式と同様閉ループ負帰還制御系を構
成しているので材料を張力に与える機構部の加速度をよ
り小さくすることは負帰還ループの利得増加によって可
能であるがその代償としては応答速度が遅くなることは
張力検出による制御方式の場合と同様である。この様に
従来実用に供せられている各種の張力制御方式は張力を
正確に一定値に保つこと及び急激な張力変化を与える様
な外部条件の変化則ち外乱によって生ずる材料の張力変
化を十分に小さく抑えることと云う張力制御方式本釆の
機能を十分には発揮し得ないと云う欠点を有する。

特に急激な外乱による張力変化を十分に抑圧出来ないこ
と即ち制御系の過渡応答速度が低いことは結果として材
料に過大な張力を与えることとなり材料の変形乃至は破
断と云う最悪の事態を招くに至る。この為従来実用に供
せられている張力制御方式はこのような原因による材料
の変形又は破断を生じない程度の安全な巻取線出遊度の
範囲内で使用されるのが通常で「制御系の過渡応答速度
により材料の処理速度即ち生産性が定まってしまい多く
の場合可成り低い生産性に抑えられしまうと云う欠点を
有する。特に極細の糸修又は線材或は極薄のフィルム等
の如く僅かな力で破断する材料を扱う場合は速度の制約
が特に厳しくなり生産性の低下が著しい為これ等製品の
価格を高いものにしても、るのが現状である。本発明は
上述の如き従来の張力制御方式の欠点を改善したもので
〜材料に張力を与える制御素子として可動部が極めて軽
量であるに拘らず大きな力を発生し得ると共に発生力は
可動部の位置に関係なく一定であると云う特徴を有する
定磁界中で直流通電された可動線輪に働く電磁力を直結
伝蓬手段を介して張力印加部に加える電気−機械変換系
を使用し「この制御素子可動部の変位を検出して巻取「
糠出の速度を制御することにより「定※時は勿論急激な
外乱に対しても常に正確に一定な張力が材料に与えられ
るように制御することを目的とするものである。

以下実施例について詳細に説明する。第１図は本発明の
実施例の構造図であり「張力を制御されるべきテ刊プ状
の材料官まま糠出百ｊ一兆２より取出され「自由に回転
し得るガイドロープ亀ヲ ６，鼠こよって定まる経路を
経て巻取りール３に至り巻取られる。

ガイドローラ釘ま軸の周辺に自由に回転し得るように取
付けられ軸の両端は２組に分れたベルト要の夫々に図示
されていない適当な金具により固定され２組のベルトを
結合している。ベルトれまモータ舞台とより駆動される
ローラ９及び自由に回転し得るローラ富■‘こエンドレ
スに掛けられている。モリ夕飢ま永久磁石の作る磁界中
を鉄心を有しない電機子が回転する如く構成された公知
のコアレス直流モータを使用している。この種のモー外
ま電機子爵流とモータトルクとは正確に比例する特性を
有するので電機子騨流を一定に保つことによりこれに対
応した一定のトルクを発生する。今モータ翼が図に於て
反時計万向のトルクを発生している場合にはこれはベル
ト？を介してローラ６従って材料１を下方に押下げる如
く作用しその力は発生トルクをｏ−ラ９の半径で除算し
て得られる値に等しい。ローラ６とローラ４及び５の間
のテープ経路がベルト７と平行になるようにローラ４，
５，６の位層が設定されている場合は材料川こ加えられ
る張力はローラ６に加えられる力の丁度１／２になる。
モータのトルクは電機子の回転角に無関係に一定である
のでｏ−ラ６の位置には無関係に一定の張力を材料１に
与えることが出釆その値は電機子爵流によって正確に設
定することが出来る。この様にモータ８、駆動ローラ９
、ベルト？もローラ６及び重Ｑで構成される部分が本発
明の張力制御方式に於いて張力制御素子として機能する
ものである。

張力制御素子に要求される機能は材料に常に一定の張力
を与える事と、材料の動き音こ完全に追従出来ることで
あるが、この機能を完全に実現できる張力制御素子は可
動部の質量が零で所要の力のみを発生するものでなけれ
ばならない。この様な理想的条件を実現することは不可
能であるができるだけこの条件に近付けることにより華
鞍想に近い張力制御素子を得ることはできる。

具体的には張力制御素子の駆動源として「最大発生力対
可動部質量比のできるだけ大きなものを使用することで
ある。この最大発生力対可動部質量比を最も大きくでき
る手段として定磁界中で直流通電された可動線論に働く
電磁力を直結伝達手段を介して張力印加部に加える電気
−機械変換系がある。具体例として強力な永久磁石と極
度に慣性モーメントを小さくした電機子とで構成される
直流モータがあり、この種のモータは最大発生力対可動
部質量比を数】０乃至１００にする事ができる。これは
その電機子を重力加速度の数１の音乃至１００倍の加速
度で駆動し得ることを示す。 この実施例では、駆動源
としてこの種のモータの一種である公知のコアレスモー
タを用い、モー夕以外の可動部であるローラ６ヲ ９９
貫蟹、ベルト７を極力軽量化し、可動部質量の殆どを
モータの電機子が占めるように構成することにより最大
発生力対可動部質量比約５０を得ているので「外乱によ
ってローフを， ６， ５の間に存在する材料翼の下端
部に生ずる加速度が重力加速度の５餅部こ達する程の急
激な変化に対しても制御素子は完全に追従してその機能
を果すことができ、又重力加速度程度の場合には可動部
質量の加速による張力変化は無視できる程度にとどまる
。張力制御素子の駆動源して定磁界中で直流通電された
可動線論に働く電磁力を直結伝達手段を介して張力印加
部に加える電気−機械変換系を用いることのいま一つの
利点は可動部が慣性負荷と極く僅かな摩擦負荷とのみで
構成されたバネ性の負荷を含まない為「過渡応答特性が
決して振動的にならない事である。このことは安定度の
高い張力制御系を実現する上で不可欠の条件である。こ
の張力制御素子はｏーラ６に於いて材料１と接触してい
るので「 ローラ６の基準位置からの変位を検出し〜
この値が常に零に近付くように図には示されていない巻
取りール駆動モータ又は糠出リール駆動モータの速度を
制御する如く公知の閉ループ帰還制御系を構成すること
により、前述の如く定常時たると急激な外乱時たるとを
問わず常に正確に一定な張力を材料に与え続ける張力制
御方式を実現することができる。

この場合ローラ６の基準位置は「 ローラ母，５，とロ
ーラ】８との中間辺りに選ぶのが通常であり、又ローラ
６の変位検出は公知の光学的手法等を使用することがで
きる。前述の実施例に於いては張力制御素子の駆動源と
してコアレスモー夕を用いたが最大発生力対可動部質量
比の大きな凡ゆる種類の定磁界中で直流通電された可動
線輪に働く電磁力を直結伝達手段を介して張力印加部に
加える電気−機械変換系を使用することができる。

更に直線運動をする電機子機造を持つ公知のリニアモー
タ形式の駆動源を使用することもできる。又駆動力の伝
達にベルトを用いたが軽量化した他の各種の伝達機構を
用いることもできる。張力を制御されるべき材料として
実施例ではテープ状のものを用いたが線状板状膜状等の
他の形式の材料についても同機の制御ができる。

操出機構及び巻取機構の速度制御については何れか一方
又は双方について行なうことができる。

又ベルト才及びローラ電８を夫々２組に分割したのは材
料を糠出及び巻取りールに懸けたままで容易に張力制御
素子を着脱できる為で「同じ目的でこれに代る構造を用
いることもできる。以上説明したように本発明は張力制
御素子として最大発生力対可動部質量比を極度に大きく
することができる定磁界中で直流通電された可動線輪に
働く電磁力を直結伝達手段を介して張力印加部に加える
電気−機械変換系を駆動源とするものを用い「張力制御
素子と張力を制御されるべき材料との接触部の基準位置
からの変位が零に近付くように操出及び巻取機構の速度
を制御するものであり、張力制御素子が極めて大きな加
速度に応答し得る方式であるから従来の張力制御方式に
比較して「材料に与えられる張力をより高い精度で一定
に保持することができると共に、従来の方式では制御機
能が低下し材料の変形又は破断を生ずるような急激な外
乱に対しても張力を確実に一定に保持することができる
ので、材料の処理速度をより大きくし生産性を高めるこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構造図である。 １・・・・・・張力を制御されるべき材料、２・・・・
・・線出リール、３・・・・・・巻取りール、４，５，
６・・・・・・ガイドローラ、７”””ベルト、８川”
”モータ、９“””駆動ローラ、１０……ローラである
。 穴′図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 張力を制御されるべき線状又はテープ状の材料を繰
   出リールより取出し、夫々自由に回転し得る２個の固定
   ガイドローラとその中間に設けられた１個の可動ガイド
   ローラによつて定まる経路を経て巻取リールに巻取られ
   る如く構成され、可動ガイドローラを張力を制御される
   べき材料に圧着して張力を付与し、可動ガイドローラの
   圧着方向の変位によつて張力を制御する装置に於て、圧
   着力の発生源として定磁界中の直流通電された可動線輪
   に働く電磁力を直結伝達手段を介して可動ローラに加え
   る如く構成された電気−機械変換系を用い、この圧着力
   により材料に張力が与えられ、かつ可動ローラの基準位
   置からの圧着方向の変位を検出してその変位がより小と
   なる如く巻取リール又は繰出リールの何れか一方又は双
   方の速度を制御する事を特徴とする張力制御方式。