(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動可能なダンサアームにダンサローラを回転自在に支持し、前記ダンサアームにアクチュエータを連結するとともに、前記ダンサローラにウエブを巻き掛け、前記アクチュエータを指令信号により駆動することによって前記ダンサアームを前記ウエブに対する張力付与方向に付勢し、走行中の前記ウエブに目標の張力を付与する張力付与装置において、前記張力付与装置の動作中に、前記ダンサアームの速度を検出し、前記ウエブの張力の急激な減少にともなって、検出した速度≧上限速度となったときに、前記速度にもとづく補正信号を前記指令信号に負帰還させ、（指令信号−補正信号）により前記アクチュエータを駆動することによって、前記ダンサアームの速度を減速させる、ことを特徴とする張力変動抑制方法。
【請求項２】
移動可能なダンサアームにダンサローラを回転自在に支持し、前記ダンサアームにアクチュエータを連結するとともに、前記ダンサローラにウエブを巻き掛け、前記アクチュエータを指令信号により駆動することによって前記ダンサアームを前記ウエブに対する張力付与方向に付勢し、走行中の前記ウエブに目標の張力を付与する張力付与装置において、前記指令信号を発生する指令器と、前記指令信号を入力として前記アクチュエータを駆動する駆動増幅器と、前記ダンサアームの速度を検出する速度検出器と、前記速度検出器により検出した速度と予め入力されている上限速度とを比較し、前記ウエブの張力の急激な減少にともなって、検出した速度≧上限速度となったときに、作動信号を発生する比較器と、前記比較器の作動信号によって作動するリレーと、前記リレーの作動時に前記検出した速度にもとづく補正信号を発生する補正信号発生器と、前記指令器と前記駆動増幅器との間に介在し、前記指令器の指令信号に前記補正信号発生器の補正信号を負帰還させて前記駆動増幅器の入力を（指令信号−補正信号）とする加え合わせ点と、を有することを特徴とする張力変動抑制装置。
【請求項３】
前記ダンサアームを揺動運動可能なダンサアームにより構成し、前記アクチュエータをトルクモータとする、ことを特徴とする請求項２記載の張力変動抑制装置。
【請求項４】
前記ダンサアームを直線運動可能なダンサアームにより構成し、前記アクチュエータを直動式のアクチュエータとする、ことを特徴とする請求項２記載の張力変動抑制装置。
【請求項５】
前記指令器、前記比較器、前記リレー、前記補正信号発生器および前記加え合わせ点の機能を制御用コンピュータにより構成する、ことを特徴とする請求項２、請求項３または請求項４記載の張力変動抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエブに対する張力付与装置において、ウエブの張力の急激な変動を抑制する方法および装置に関する。
【０００２】
本発明において、ウエブは、織布、紙、フイルム（写真フイルム、電池用の電極フイルム）のほか、ワイヤ、糸、帯ひも、ロープなどの走行する長い物をいう。
【背景技術】
【０００３】
例えばワイヤソーは、ワイヤを走行させ、走行中のワイヤを半導体インゴットなどワークに押し当てることによって、ワークの加工を行う。加工時に、ワイヤは、安定な加工のために、目標の張力で走行するように張力付与装置によって制御される。
【０００４】
特許文献１は、切断用ワイヤをガイドローラに巻き掛け、このガイドローラをダンサアームおよびサーボモータにより張力付与方向に付勢して、走行中の切断用ワイヤに目標の張力を付与するダンサローラ式の張力付与機構を開示している。
【０００５】
特許文献１の技術によると、走行中の切断用ワイヤの張力が急激に変化したとき、サーボモータは、ダンサアームを駆動して、走行中の切断用ワイヤの張力を目標の張力に補正する方向に移動するように追従する。このとき、ダンサアームの移動時の加速にともなう慣性エネルギーが走行中の切断用ワイヤの張力に衝撃として加わるため、制御は、複雑に変動して不安定になりやすい。
【０００６】
また、特許文献２は、走行中の長尺フイルムの張力変化を速やかに吸収するために、長尺フイルムをダンサロールに巻き掛け、このダンサロールをサーボモータにより張力付与方向に付勢して、走行中の長尺フイルムに目標の張力を付与するフイルム搬送装置を開示している。
【０００７】
特許文献２の技術によると、長尺フイルムの張力検出手段や、張力付与手段としてサーボモータが利用されており、長尺フイルムの上流側および下流側に速度検出手段や速度差検出手段が必要となるため、制御系が複雑になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２２５９３６号公報
【特許文献２】特開２００１−２１３５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の課題は、アクチュエータによってウエブに張力を付与する張力付与装置において、ウエブの張力の急激な減少時に、ダンサアームの急速な速度変化を抑えることによって、張力の大きな変動を抑制し、張力の制御を短時間のうちに安定させると共に、ダンサアームのストッパに対する衝突を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題のもとに、本発明は、張力付与装置の動作中にダンサアームの速度を検出し、ウエブの張力の急激な減少にともなって、検出した速度≧上限速度となったときに、前記速度にもとづく補正信号を指令信号に負帰還させ、（指令信号−補正信号）により回転式アクチュエータまたは直動式アクチュエータを駆動することによって、前記ダンサアームの速度を減速させている。
【００１１】
詳しく記載すると、本発明に係る張力変動抑制方法は、移動可能なダンサアームにダンサローラを回転自在に支持し、前記ダンサアームにアクチュエータを連結するとともに、前記ダンサローラにウエブを巻き掛け、前記アクチュエータを指令信号により駆動することによって、前記ダンサアームを前記ウエブに対する張力付与方向に付勢し、走行中の前記ウエブに目標の張力を付与する張力付与装置において、前記張力付与装置の動作中に、前記ダンサアームの速度を検出し、前記ウエブの張力の急激な減少にともなって、検出した速度≧上限速度となったときに、前記速度にもとづく補正信号を前記指令信号に負帰還させ、（指令信号−補正信号）により前記アクチュエータを駆動することによって、前記ダンサアームの速度を減速させている（請求項１）。
【００１２】
本発明に係る張力変動抑制装置は、移動可能なダンサアームにダンサローラを回転自在に支持し、前記ダンサアームにアクチュエータを連結するとともに、前記ダンサローラにウエブを巻き掛け、前記アクチュエータを指令信号により駆動することによって、前記ダンサアームを前記ウエブに対する張力付与方向に付勢し、走行中の前記ウエブに目標の張力を付与する張力付与装置において、前記指令信号を発生する指令器と、前記指令信号を入力として前記アクチュエータを駆動する駆動増幅器と、前記ダンサアームの速度を検出する速度検出器と、前記速度検出器により検出した速度と予め入力されている上限速度とを比較し、前記ウエブの張力の急激な減少にともなって、検出した速度≧上限速度となったときに、作動信号を発生する比較器と、前記比較器の作動信号によって作動するリレーと、前記リレーの作動時に前記検出した速度にもとづく補正信号を発生する補正信号発生器と、前記指令器と前記駆動増幅器との間に介在し、前記指令器の指令信号に前記補正信号発生器の補正信号を負帰還させ、前記駆動増幅器の入力を（指令信号−補正信号）とする加え合わせ点と、を有することを特徴とする（請求項２）
【００１３】
前記張力変動抑制装置において、前記ダンサアームは、揺動運動可能なダンサアームにより構成され、前記アクチュエータは、トルクモータにより構成される（請求項３）か、または前記ダンサアームは、直線運動可能なダンサアームにより構成され、前記アクチュエータは、直動式のアクチュエータにより構成される（請求項４）。また、前記張力変動抑制装置において、前記指令器、前記比較器、前記リレー、前記補正信号発生器および前記加え合わせ点の機能は、制御用コンピュータにより実現する（請求項５）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る張力変動抑制方法によると、ウエブの張力の急激な減少時に、アクチュエータが減速され、ダンサアームの急速な速度変化が抑制されるから、張力制御が短時間のうちに安定し、ダンサアームのストッパに対する衝突が防止できるほか、特に、ダンサアームの速度が検出されるため、検出した速度≧上限速度となる期間において、ダンサアームの位置に関係なく、必要な制動が可能となる（請求項１）。
【００１５】
本発明に係る張力変動抑制装置によると、ウエブの張力の急激な減少時に、アクチュエータが減速され、ダンサアームの急速な速度変化が抑制されるから、張力制御が短時間のうちに安定し、ダンサアームのストッパに対する衝突が防止できるほか、特に、アクチュエータの速度が速度検出器によって検出され、比較器の機能によって、検出した速度≧上限速度となる期間において、補正信号発生器により速度に応じた補正信号が得られるためアクチュエータの位置に関係なく、ダンサアームの速度に対して適切な制動が可能となる（請求項２）。
【００１６】
前記張力変動抑制装置において、揺動運動可能なダンサアームによると、アーム軸の位置でトルクモータの回転により駆動できるため、ダンサアームの支持、駆動部分が簡単な構成とできる（請求項３）。直線運動可能なダンサアームによると、ダンサアームのすべての位置で張力付与力が変化しないため、張力制御が安定する（請求項４）。また、制御要素や回路が制御用コンピュータにより構成されると、ソフトウェアやプログラムの分野で張力変動抑制装置が具体化できる（請求項５）。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る張力変動抑制装置のブロック線図である。
【図２】図１の張力変動抑制装置による動作説明図である。
【図３】直線運動可能なダンサアームによる張力付与装置の要部のスケルトン図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明に係る張力変動抑制方法にもとづく張力変動抑制装置１を示しており、張力変動抑制装置１は、張力付与装置２を前提としている。張力付与装置２は、移動可能なダンサアーム４、すなわちアーム軸３を中心として揺動運動可能なダンサアーム４の先端にダンサローラ５を回転自在に支持し、アーム軸３を回転式のアクチュエータとしてのトルクモータ６の回転力により直接または減速機３１により間接的に駆動するとともに、ダンサローラ５にウエブとしてのワイヤ７を巻き掛け、トルクモータ６によってアーム軸３をワイヤ７に対する張力付与方向に付勢することによって、走行中のワイヤ７に目標の張力を付与する。
【００１９】
張力制御対象のワイヤ７は、ワイヤ送り出し装置８から送り出され、ガイドローラ９、ダンサローラ５、ガイドローラ９を経てワイヤソー１０に送られ、ワイヤソー１０からガイドローラ１２を経てワイヤ巻き取り装置１１に巻き取られる。
【００２０】
そして、本発明に係る張力変動抑制装置１は、ダンサアーム４の揺動回転時の速度Ｖをアーム軸３から検出して、ワイヤ７の張力変動を抑制するために、指令器１３、駆動増幅器１４、速度検出器１５、比較器１６、リレー１７、補正信号発生器１８および加え合わせ点１９などを有している。
【００２１】
指令器１３は、トルクの指令信号ａを発生し、指令信号ａを加え合わせ点１９を経て、駆動増幅器１４に送る。駆動増幅器１４は、定常状態の期間にわたって、指令信号ａを入力とし、指令信号ａに対応する電流によりトルクモータ６を駆動し、アーム軸３を図１で時計方向（＋）に回転させ、ダンサアーム４にトルクを作用させることによって、ワイヤ７に目標の張力を付与する。このため、指令信号ａは、ワイヤ７の目標の張力に対応する電流値となっている。
【００２２】
速度検出器１５は、ダンサアーム４の揺動回転時に、アーム軸３の回転からダンサアーム４の速度Ｖを検出し、検出した速度Ｖに比例する速度信号ｂを比較器１６に送る。なおダンサアーム４の速度Ｖは、これに連動するトルクモータ６の速度（回転数）から検出することもできる。比較器１６は、常時、速度検出器１５の出力、すなわち検出した速度Ｖに対応する速度信号ｂと、設定器２０によって予め入力されている上限速度Ｖ１に対応する上限速度信号ｃとを比較し、比較の結果、検出した速度Ｖ≧上限速度Ｖ１となったときに、作動信号ｄを発生し、この作動信号ｄによってリレー１７を作動させ、リレー１７のリレー接点２１をオンの状態とする。
【００２３】
リレー接点２１のオン状態の時に、補正信号発生器１８は、比例制御、積分制御、微分制御、またはこれらの組み合わせ制御（ＰＩＤ制御）のために、速度検出器１５からの速度信号ｂを入力とし、ダンサアーム４の速度Ｖにもとづいて速度値に関係する大きさの補正信号ｅ、例えば速度Ｖに比例する補正信号ｅを発生し、加え合わせ点１９に負帰還させる。このため、速度Ｖ≧上限速度Ｖ１となったときに、駆動増幅器１４は、指令信号ａのほかに、負の補正信号ｅをも入力とし、指令信号ａよりも小さな値の（指令信号ａ−補正信号ｅ）に対応する電流によってトルクモータ６を定常時よりも低いトルクで減速しながら駆動することになる。
【００２４】
図２は、時間軸上で、ダンサアーム４の速度Ｖおよび駆動増幅器１４の入力の変化を示している。ワイヤ７の走行中の定常状態の期間、すなわち速度Ｖ＜上限速度Ｖ１の期間において、駆動増幅器１４は、指令信号ａを入力とし、指令信号ａに対応する電流によってトルクモータ６を駆動する。このため、トルクモータ６の時計方向（＋）のトルクは、速度Ｖ＜上限速度Ｖ１の期間において一定であり、アーム軸３およびダンサアーム４は、ワイヤ７の張力の通常動作の変化に応じて時計方向（＋）の回転、反時計方向（−）の回転を繰り返し、小さな振幅の揺動運動によってワイヤ７の張力の変化を吸収しながらワイヤ７に一定の張力を付与する。
【００２５】
ワイヤ７の走行中に何らかの原因によって、ワイヤ７の張力が急激に低下したときに、アーム軸３およびダンサアーム４は、トルクモータ６のトルクによってワイヤ７の張力低下に追従し、図１で時計方向（＋）に加速する。この加速後に、ダンサアーム４やダンサローラ５の慣性力がワイヤ７に作用すると、ワイヤ７の張力が急に高まるため、張力制御は、短時間での張力の複雑な変動によって安定せず、ダンサアーム４は、回転制限用のストッパ２２に衝撃をともなって当たることにもなる。
【００２６】
そこで図２のように、速度Ｖ≧上限速度Ｖ１となったときに、駆動増幅器１４は、（指令信号ａ−補正信号ｅ）を入力とし、指令信号ａよりも小さな（指令信号ａ−補正信号ｅ）に対応する電流によってトルクモータ６を駆動する。このため、トルクモータ６の時計方向（＋）のトルクは、速度Ｖ≧上限速度Ｖ１の期間でのみ小さく抑えられ、減速しながら時計方向（＋）に回転する。この減速制御は、速度Ｖ≧上限速度Ｖ１であれば、アーム軸３やダンサアーム４の位置に関係なく行われる。
【００２７】
この減速制御の結果、張力制御が不安定にならず、ストッパ２２に対するダンサアーム４の衝撃も緩和される。その後に、速度Ｖ＜上限速度Ｖ１となったときに、トルクモータ６のトルクは、もとのトルク値に戻る。また、ワイヤ７の張力が回復すると、制御は定常状態に移行する。なお、ワイヤ７の張力の急激な低下の原因がワイヤ７の切断のとき、その切断は、アーム軸３およびダンサアーム４の継続的な停止状態、ワイヤ７の張力、ガイドローラ９、１２などの継続的な回転停止状態などから識別できる。
【００２８】
なお、トルクモータ６は常にワイヤ７に対して張力を付与する方向、すなわち時計方向（＋）にトルクを発生しているから、ワイヤ７の張力の急激な高まり時に、トルクモータ６のトルクに加勢され、反時計方向（−）に加速することはない。
【００２９】
指令器１３、比較器１６、リレー１７、補正信号発生器１８、加え合わせ点１９および設定器２０の機能は、制御用コンピュータにより構成でき、本発明に係る張力変動抑制方法にもとづく制御プログラムによっても実現できる。
【００３０】
図１の例は、回転式アクチュエータをトルクモータ６とし、揺動運動可能なダンサアーム４により構成しているが、図３の例は、直線運動可能なダンサアーム４を直動式アクチュエータとしてのリニアモータ６１により駆動することによってワイヤ７に目標の張力を付与する。この例の場合、速度検出器１５は、例えばパルスジェネレータにより構成し、ダンサアーム４の直線運動を例えばラック・ピニオン２４により回転運動に変換して検出する。なお、直動式アクチュエータは、エアシリンダなどにより構成することもでき、また速度検出器１５は、リニア式のインダクトシンや、マグネスケールなどによって構成することもできる。
【００３１】
図１の張力付与装置での揺動運動可能なダンサアーム４によれば、ダンサアーム４が傾くと、トルクの作用方向と張力の方向とが一致しなくなり、トルクモータ６のトルクが目標の張力として正確に作用しなくなる。しかし、図３の張力付与装置２での直線運動可能なダンサアーム４によると、ダンサアーム４のすべての移動位置で直動式アクチュエータとしてのリニアモータ６１による張力付与力とワイヤ７に対する張力の方向とが常時完全に一致しているため、張力制御は精度よく行え、安定する。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、すでに記載した通り、ウエブとしてワイヤ、糸、帯ひも、ロープのほか、織布、紙、フイルム（写真フイルム、電池の電極フイルム）などの走行を制御するときにも利用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１  張力変動抑制装置
２  張力付与装置
３  アーム軸    ３１  減速機
４  ダンサアーム
５  ダンサローラ
６  回転式アクチュエータとしてのトルクモータ
６１  直動式アクチュエータとしてのリニアモータ
７  ウエブとしてのワイヤ
８  ワイヤ送り出し装置
９  ガイドローラ
１０  ワイヤソー
１１  ワイヤ巻き取り装置
１２  ガイドローラ
１３  指令器
１４  駆動増幅器
１５  速度検出器
１６  比較器
１７  リレー
１８  補正信号発生器
１９  加え合わせ点
２０  設定器
２１  リレー接点
２２  ストッパ
２４  ラック・ピニオン
ａ  指令信号
ｂ  速度信号
ｃ  上限速度信号
ｄ  作動信号
ｅ  補正信号
Ｖ  速度
Ｖ１  上限速度
【図１】
0006124445.tif 000002
【図２】
0006124445.tif 000003
【図３】
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