(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体的に構成された回転制動体（２２）と、
この回転制動体（２２）に対して電力および電気信号を供給する給電装置（２３）を介して接続された中央制御部（２４）を備え、
前記回転制動体（２２）は、フレーム（４）に回転自在に軸支された中心軸（２）の一端に固着された截頭円錐筒形状の制動ドラム（１）と、
前記中心軸（２）の他端に固着された残留磁性を有する制動磁性体（６）と、
この制動磁性体（６）の外側に配置された電磁石（１０）と、
この電磁石（１０）と接続されて電磁石（１０）の励磁電流を制御する定電流回路（１１）と、
前記フレーム（４）に固着された軸受（１７）を貫通し、かつ軸長方向に移動可能として軸支された移動軸（１４’）の一端に軸受（１３）を介して自由回転可能にして、かつ前記制動ドラム（１）の外周に接圧させて配置された前記制動ドラム（１）の頂角と同一頂角を有する截頭円錐筒形状の案内ドラム（１２）と、
前記移動軸（１４’）の他端に、この移動軸（１４’）の軸長方向に対しばね圧を付与するため設けられたばね（１９’）により一体的に構成され、
前記中央制御部（２４）は、前記電磁石（１０）へ供給する直流電源（２５）と、
この直流電源（２５）の電流値を可変設定する電流設定器（２６）により構成され、
前記回転制動体（２２）における前記制動ドラム（１）と前記案内ドラム（１２）の外周接圧面を挿通して走行する糸状物（２１）の走行に伴って前記制動ドラム（１）と共に前記制動磁性体（６）が回転し、この回転する制動磁性体（６）と前記電磁石（１０）による制動力によって、前記糸状物（２１）の張力が可変調節される構成を特徴とする糸状物の張力調節装置。
【請求項２】
前記ばね（１９’）によるばね圧が調節可能として設けられていることを特徴とする請求項１の糸状物の張力調節装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、糸状物（以下、単に「糸」という）の張力調節装置に関し、更に詳しくは、紡績機械における糸に対応して設置され、かつ電気信号により制御される電磁石によって糸の張力が制御される糸状物の張力調節装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
紡績機械等により生成ないし加工される糸は、例えばワインダーワーパー等の繊維機械の巻取り工程において、その糸張力を調節する必要がある。この糸張力の調節方法として、従来は、２枚の皿の間に糸を走行させ、この皿の接圧を錘りまたはばねの圧力で加減調節している丸皿方式がある。また、複数本（３〜９本）の耐摩耗性の丸棒を交互に配置し、この丸棒の間を糸が縫うように走行させ、丸棒と糸との交叉角を調節するゲートバー方式等が一般的に知られている。また、回転自在な鼓車に数回巻きつけ、鼓車の中心軸に機械的ブレーキをかける方法、または鼓車の中心軸に強磁性体を固定させ、この強磁性体と永久磁石との距離を手動で調節する方法、或は鼓車全体の材質を強磁性体とし、その内部に電磁石を装備して、電磁石の電流を制御する方法等のローラーテンション方式も試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来一般に知られている丸皿方式、ゲートバー方式に係る張力装置は、先ず糸に対して摩擦を与えるため、糸の羽毛立ち等で糸質を悪化させ、また、張力装置を摩耗し、更に糸走行の速さにより張力が変動する。また、張力の調節は、その都度個々に調節するが、摩耗度、個人差、糸速度等による影響が大きく、均一に調節ができないとともに、信頼性が乏しい。
一方、従来試みられたローラーテンション方式においては、張力の調節は個々に人為的に行うので作業手数がかかり、また、強磁性体の質量が大きいため、糸切れ時にその貫性モーメントにより鼓車に糸が巻きつく不具合がある。また、電磁石により制御する方式では、使用中の温度上昇によりその電流値が変化し、従って、張力値も変化する等の問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような従来の技術が有する問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、先ず糸に摩擦を与えないで張力を調節し、糸速に対応した均一な張力を与え、かつ糸が鼓車に巻きつく不具合を排除するとともに、鼓車に糸を巻きつける操作を不要とし、複数本の糸に対し、その張力を電気的に一斉、かつ均等に制御し、更に糸速に適応する張力を自動的に制御することができる糸状物の張力調製装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
これらの目的のため、本発明に係る糸状物の張力調節装置は、一体的に構成された回転制動体（２２）と、この回転制動体（２２）に対して電力および電気信号を供給する給電装置（２３）を介して接続された中央制御部（２４）を備え、前記回転制動体（２２）は、フレーム（４）に回転自在に軸支された中心軸（２）の一端に固着された截頭円錐筒形状の制動ドラム（１）と、前記中心軸（２）の他端に固着された残留磁性を有する制動磁性体（６）と、この制動磁性体（６）の外側に配置された電磁石（１０）と、この電磁石（１０）と接続されて電磁石（１０）の励磁電流を制御する定電流回路（１１）と、前記フレーム（４）に固着された軸受（１７）を貫通し、かつ軸長方向に移動可能として軸支された移動軸（１４’）の一端に軸受（１３）を介して自由回転可能にして、かつ前記制動ドラム（１）の外周に接圧させて配置された前記制動ドラム（１）の頂角と同一頂角を有する截頭円錐筒形状の案内ドラム（１２）と、前記移動軸（１４’）の他端に、この移動軸（１４’）の軸長方向に対しばね圧を付与するため設けられたばね（１９’）、好ましくは、ばね圧が調節可能として設けられたばね（１９’）により一体的に構成され、前記中央制御部（２４）は、前記電磁石（１０）へ供給する直流電源（２５）と、この直流電源（２５）の電流値を可変設定する電流設定器（２６）により構成され、前記回転制動体（２２）における前記制動ドラム（１）と前記案内ドラム（１２）の外周接圧面を挿通して走行する糸状物（２１）の走行に伴って前記制動ドラム（１）と共に前記制動磁性体（６）が回転し、この回転する制動磁性体（６）と前記電磁石（１０）による制動力によって、前記糸状物（２１）の張力が可変調節される構成を特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照し、その作用と共に説明する。図１は、本発明に係る糸状物の張力調節装置の一例での平面図、図２は図１の２−２線に沿った断面図で、これら図において、制動ドラム１は、樹脂材またはアルミニウム等の軽金属材をもって金型成形または塑性加工された円筒状体であって、その外周面はセラミック浸透、アルマイト加工等の無電解鍍金による耐摩耗処理が施されている。制動ドラム１の上部平面には、垂直にその中心部に中心軸２が固定され、該中心軸２はボールベアリング等の軸受３でフレーム４に対して回転自在に支持され、かつＥリング５により止められて上下方向に離脱しないようになっている。また、中心軸２におけるフレーム４よりの突出軸端には、炭素鋼等の残留磁性を有する円板形の制動磁性体６が固着され、該制動磁性体６は中心軸２と一体的に回転するようになっている。制動磁性体６の外側には、これと対向し、かつ適当な間隔を有して軟鉄材の磁極７Ｎ、７Ｓが配置されるとともに、該磁極７Ｎ、７Ｓはこれと同材質の磁芯８と磁気的に結合されている。磁芯８にはソレノイド９が巻かれ、これら磁極７Ｎ、７Ｓ、磁芯８およびソレノイド９により電磁１０が構成されている。ソレノイド９のリード線は定電流回路１１と接続されている。一方、制動ドラム１の外周面と対向して、その外周面が接圧する如く、円筒状体の案内ドラム１２が配置されている。該案内ドラム１２は、例えば中心部に軸受１３が設けられてその中心軸１４により回転自在に支持され、中心軸１４はアーム１６に固定された軸受１５に固定支持されている。アーム１６は、軸受１７と軸１８によりフレーム４に回転可能に軸支され、軸１８を中心とした半円内を可動な状態となっている。この場合、制動ドラム１の中心軸２と案内ドラム１２の中心軸１４の中心を結ぶ直線と、中心軸１４と軸１８を結ぶ直線との交叉角θを適当な鋭角とし、更にアーム１６の一端とフレ−ム４をばね１９で連結することにより、制動ドラム１と案内ドラム１２が離脱することなく接圧され、両者が連動して回転する。そして、制動ドラム１と案内ドラム１２の接圧面には、糸ガイド２０ａ、２０ｂにて糸道が規制された糸２１が挿通される。
【０００７】
このようにして回転制動体２２が一体的に構成され、該回転制動体２２は電力、電気信号を受授する後述の給電装置２３を介して中央制御部２４と接続されている。中央制御部２４は、電磁石１０を励磁するため等の直流電源２５および定電流回路１１の定電流値を可変設定する電圧を設定する電流設定噐２６を含み、給電装置２３を介して多数の回転制動体２２が並列運転可能となっている。
【０００８】
以上の構成において、先ず制動ドラム１が回転制動する作用について図３を参照して説明する。図３において、制動ドラム１の中心軸２と同一中心軸を有する制動磁性体６は磁極７Ｎおよび７Ｓと対向し、その磁極性を夫々Ｎ極、Ｓ極とし、その磁界に応じて磁化される。円板状の制動磁性体６が糸２１の走行に伴って矢印Ｒ方向に回転し、その円弧状の各点ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆとすると、制動磁性体６の残留磁気は、円弧ａ、ｂ、ｃ間ではＮ極性、円弧ｄ、ｅ、ｆ間ではＳ極性に磁化され、円弧ｃｄ、ｆａ間で夫々磁極性が反転して磁化される。その結果、固定された磁極７Ｎ、７Ｓに対いし、円弧ａｂと円弧ｄｅ間に対しては引力、円弧ｂｃと円弧ｅｆ間に対しては斥力として夫々作用し、矢印ａｂ、ｂｃ、ｄｅ、ｅｆの方向に回転方向の矢印Ｒに対し制動力として作用し、その制動力は磁極７Ｎ、７Ｓの磁力、即ち、電磁石１０のソレノイド９による磁化力によって可変制御できる。
【０００９】
次に、定電流回路１１の構成について図４を参照し、その作用と共に詳述する。図４は、定電流回路１１を制御設定する電気回路の好ましい実施例で、同図において、回転制動体２２のソレノイド９は、その一端が給電装置２３に配線されたプラス線２７ａと接続され、他端がトランジスタ２８と抵抗器２９を介してアース線３０ａと接続されている。トランジスタ２８のベース端子はオペアンプ３１の出力端子と接続され、オペアンプ３１の入力端子の一端はトランジスタ２８のエミッター端子と抵抗器２９との接続点と接続され、更にオペアンプ３１の入力端子の他端は可変抵抗器３２を介して制御線３３ａと接続されている。なお、可変抵抗器３２は、多数の回転制動体２２を並列運転する際における定電流値のバラツキを補整するために設けられたものである。
【００１０】
このような回路構成によって、ソレノイド９に流れる電流はトランジスタ２８のベース電流によって制御され、このベース電流はオペアンプ３１の出力電圧によって定まる。オペアンプ３１の出力電圧は、その入力端子の差動電圧によって制御され、この差動電圧は、一方の端子には抵抗器２９の端子電圧が、他の一方の端子には可変抵抗器３２を介して制御線３３ａの印加電圧が加わり、この差動電圧に応じて、トランジスタ２８のコレクター、エミッター間を流れる電流値がほぼ直線的に変化する公知の定電流回路が構成される。即ち、制御線３３ａの制御電圧をＥｃ、抵抗器２９の抵抗値をＲ、これに流れる電流をＩ、定数をｋとすれば、Ｅｃ＝ｋ（Ｉ×Ｒ）の関係式の平衡条件で定電流回路が成立しているので、プラス線２７の電圧Ｅとか、ソレノイド９の内部抵抗Ｌの変動には無関係にソレノイド９に一定電流が流れ、これらはその磁化力に変動を及ぼさない。
【００１１】
以上の如く、回転制動体２２の各端子はプラス線２７、アース線３０、制御線３３等を有する給電装置２３と夫々接続され、給電装置２３は後述の補償線３４を包括して中央制御部２４と接続されている。
【００１２】
中央制御部２４は、前述のように直流電源２５および電流設定器２６を含み、プラス線２７は直流電源２５のプラス端子と接続され、アース線３０は抵抗器３５を介して直流電源２５のマイナス端子と接続されている。制御線３３は電圧計３６と可変抵抗器３７の可変端子と接続され、定電圧ダイオード３８により安定化された制御電圧Ｅｃが可変設定されて、その値が電圧計３６で読み取られる。制御線３３に対するゼロ電位は夫々アース線３０に接続され、直流電源２５のマイナス端子とアース線３０とは抵抗器３５を介して接続されるとともに、抵抗器３５の両端子はオペアンプ３９の入力に夫々接続され、オペアンプ３９の出力端子はトランジスタ４０のベース端子と接続されている。
【００１３】
一方、補償電源４１のプラス端子は、直流電源２５のマイナス端子と接続されるとともに、補償電源４１のマイナス端子は、トランジスタ４０のエミッター端子と接続されている。トランジスタ４０のコレクター端子は、補償線３４と接続され、補償線３４の端末はアース線３０の端末端子Ｔに接続されている。このような構成によってアース線３０の電位が、これに流れる電流により電圧降下し、制御線３３の電位に影響なく、アース線３０の電位が各点において０（ゼロ）電位に保たれるように工夫された一種の安定化回路が構成されている。
【００１４】
次に作用について説明すると、多数の回転制動体２２、２２ｎを並列に運転する場合に、各制御電圧Ｅｃは均等で、かつソレノイド９に流れる電流Ｉの変動に影響されてはこの使用目的を充分に果たせない。しかし、アース線３０は当然固有抵抗ＲＥを有し、またこれに流れる電流ΣＩは各ソレノイド９に流れる電流Ｉの集積値であるので、大きな値であり、これによる電圧降下ＥＲ＝ΣＩ×ＲＥは制御電圧Ｅｃに大きく影響を与える。この電圧降下ＥＲを補償するには、アース線３０にこれに流れる電流ΣＩと同じ大きさの電流を逆方向に流すことにより、この電圧降下ＥＲを０（ゼロ）とすることができる。この目的のために抵抗器３５の両端の電位差をオペアンプ３９にて検出し、その差動電位を出力して、トランジスタ４０のベース端子に加える構成により、そのエミッター、コレクター間を流れる電流が自動的に補整される。即ち、直流電源２５から供給される電流ΣＩに対応する電流が補償電源４１から逆方向に供給され、その結果、アース線３０の各点における電位差がなく、従って、制御線３３の各点の電位Ｅｃも均一な値となり、均等に制御ができる。なお、直流電源２５から供給されている電流ΣＩは、補償線３４を通じて電源に復帰しているので、補償線３４およびプラス線２７における電圧降下は制御電圧Ｅｃに影響を与えていない。
【００１５】
以上の構成による中央制御部２４は、外部交流電源４２と接続され、一方、前述の如く、給電装置２３に出力する給電装置２３のプラス線２７、マイナス線３０、制御線３３は夫々多数配置された回転制動体２２、２２ｎのプラス線２７ａ、２７ｎ、マイナス線３０ａ、３０ｎおよび制御線３３ａ、３３ｎ等に並列接続されて、電流設定器２６により糸２１の張力が一括、かつ均等に制御される。
【００１６】
回転制動体２２の変形は可能であって、図５に他の変形態様が示されている。本例は、糸２１を所望の形態に巻き揚げる糸巻機において、その巻取り量または巻取り速度に応じて糸２１に与える張力を調節する必要があるので、この巻取り糸長または速度に応じて糸２１の張力を自動的に制御するものである。因みに、糸の巻取り速度に不相応な張力を加えると、糸切れ、巻崩れ等の不具合が生じる。
【００１７】
更に説明すると、図５において、制動ドラム１に色別または磁性のマーク４３が付され、該マーク４３に近接して光電式または磁気式の回転検出器４４が対応配置され、該回転検出器４４の出力は該出力パルスを積算する演算器４５に加えられて、演算器４５はその入力パルスに応じたコード信号を出力する。演算器４５の出力は変換器４６に入力され、該変換器４６は入力されたコード信号に応じたアナログ信号を出力する。この出力は定電流回路１１の制御線３３ａと接続される。このような構成によって、糸２１の走行糸長に応じた変換器４６の出力電圧によりソレノイド９の励磁電流が制御され、糸２１の張力が自動的に制御される。
【００１８】
以上の構成において、演算器４５および変換器４６等をマイクロプロセッサーにて構成し、中央制御部２４にこれらを制御、設定できるマイクロコンピューターを搭載させれば、制御線３３を介して多数の回転制動体２２を一括制御することもできる。また、演算器４５は、糸２１の糸速を計測する方法でも良く、また、マーク４３並びに回転検出器４４を案内ドラム１２側に配置しても同様の目的を達成し得る。
【００１９】
図６に示された実施の態様は、制動ドラム１と案内ドラム１２が何れも同一頂角を有する截頭円錐筒形状に形成されたものである。更に説明すると、図６において、制動ドラム１は、ある頂角αを有する截頭円錐筒形状とされ、頂角αは好ましくは角１０〜９０度の範囲とされている。制動ドラム１の中心部には中心軸２が固定されるとともに、該中心軸２はフレーム４に固定の軸受３により回転可能に支持され、かつ軸受３を貫通して設けられている。更に中心軸２は、Ｅリング５によりその上下動が規制されるとともに、フレーム４よりの突出軸端には制動磁性体６が一体回転可能に固着されている。制動磁性体６は、前述と同じく真円形の円板で、残留磁性を有し、制動ドラム１を含めて、中心軸２対して回転力に対するダイナミックバランスが取られている。制動磁性体６の外側には、磁極７Ｎ、７Ｓが対向配置され、磁極７Ｎ、７Ｓは、前述と同じ構成の電磁石１０とされている。なお、磁極７Ｎ、７Ｓは永久磁石でもよく、また、磁極７Ｎ、７Ｓは複数としたものであってもよい。一方、制動ドラム１の外側には、案内ドラム１２が接圧の状態で配置され、案内ドラム１２は制動ドラム１と同一頂角を有する截頭円錐筒形状であって、その中央部には軸受１３が設けられるとともに、該軸受１３には移動軸１４’が、フレーム４に固定の軸受１７を貫通して挿通されて、案内ドラム１２が自由に回転するようになっている。制動ドラム１の中心軸２および案内ドラム１２の移動軸１４’の夫々の中心線の延長点を夫々Ｐ、Ｑとし、その交叉点をＯとすると、中心軸２の中心線ＯＰと移動軸１４’の中心線ＯＱとの交叉角αは、制動ドラム１、案内ドラム１２の頂角αと同一角とされて、移動軸１４’はその軸長方向ＯＱに移動可能として軸受１７により軸支されている。また、移動軸１４’には止め金具４７が設けられるとともに、該止め金具４７とフレーム４の間にはスプリング状のばね１９’が設けられて、移動軸１４’がその軸長方向ＯＱにばね圧Ｚを与えるようになっている。なお、制動ドラム１の底辺径Ｄ１と案内ドラム１２の底辺径Ｄ２とは同一径でなくともよいが、それらの頂角αは同一角度を必要とする。また、これらの高さＨ１、Ｈ２はほぼ同一の寸度が好ましい。
【００２０】
以上の如く構成された回転制動体２２における制動ドラム１と案内ドラム１２の接圧面に糸ガイド２０ａに案内された糸２１が挿入されて走行すると、糸２１の走行に対し、前述の如く、電磁石１０の磁界が制動磁性体６に働き、制動ドラム１に対して制動力が与えられる。
【００２１】
前述の如く、案内ドラム１２の移動軸１４’はその軸長方向ＯＱにばね圧Ｚを与えているが、このばね圧Ｚの作用を幾何図として示された図７を参照して説明する。案内ドラム１２の移動軸１４’に作用しているばね圧Ｚは、接圧Ｘ＝Ｚｓｉｎ１／２α、移動圧Ｙ＝Ｚｃｏｓ１／２αに分力され、接圧Ｘは制動ドラム１に対する接圧力として働き、移動圧Ｙは案内ドラム１２と制動ドラム１の接圧面と同一方向に働く。しかして、接圧Ｘは糸２１が制動ドラム１に対してスリップさせない作用として働き、移動圧Ｙは移動軸１４’の移動方向ＯＱとは一致しないので、両ドラム１、１２は離脱することがない。なお、止め金具４７の位置を、例えばねじ等により移動可能としてばね圧Ｚを可変するようにしてもよく、また、ばね１９’を電磁ソレノイド等の他の方法による圧力に代えてもよい。
【００２２】
図８に示された回転制動体の更なる変形態様は、制動磁性体６が円筒状とされてその内周に近接して電磁石１０が設けられたものである。更に説明すると、左半部が中央部における断面とされ、右半部が一部切欠の断面とされた図８において、制動ドラム１はアルミニウムまたは樹脂等の材質で、軽量かつ非磁性体により形成され、該制動ドラム１は、前述の如く中心軸２と固定され、中心軸２はフレーム４に固定の軸受３により回転自在に支持されている。制動ドラム１のやや下部内周には、残留磁性を有する円筒状の制動磁性体６が、その下端面を制動ドラム１の下端面と合致させて固着されるとともに、制動磁性体６の内周には、これと近接して電磁石１０が配置されている。電磁石１０は磁芯８、ソレノイド９および軟磁性の磁極７Ｎ、７Ｓで構成され、磁極７Ｎ、７Ｓは波形または鋸歯状に対向せられ、かつ制動磁性体６の内周に円形状に近接して配置され、制動磁性体６に対して連続した磁路が構成されている。電磁石１０のソレノイド９は、図８には示されていない定電流回路１１と接続され、以下給電装置２３および中央制御部２４と接続されている。かかる構成により、磁極７Ｎと磁極７Ｓとの間の磁界が円筒状の制動磁性体６に作用して、制動ドラム１に対して制動力が与えられる。
【００２３】
【発明の効果】
しかして、本発明によれば、走行する糸が制動ドラムと案内ドラムに接圧されているので、糸とドラムの滑りがなく、確実な張力を糸に与えることができるとともに、糸に毛羽立ち等の損傷を与えることがなく、また、その張力は電気的に一括し、かつ均一に制御することができる。更に、温度電源等の変動に対してその特性が変化することがない。
【００２４】
また、制動ドラムと案内ドラムは軽量材で構成することができるので、糸切れ時に慣性が少なく、糸がドラムに巻き付く不具合が排除できる。更に、これらドラムは塑性製作により量産が可能で、かつ簡単な構造であるため廉価に製作することができる。
【００２５】
また、糸をドラムに巻き付ける等の操作が不要であるので、操作、作業性が容易である。従って、自動糸巻機に利用することができて省力効果が大きい。
【００２６】
また、糸の走行速度ないしは糸の巻き揚げ量に対応して糸の張力を自動的に調節できるので、糸切れを防止し、また糸の巻き取りを容易にするとともに、巻き崩れ等の発生を防止することができる。
【００２７】
更にまた、制動ドラム、案内ドラムを円錐形とすることにより糸速のむらを吸収し、構造並びに操作性がより一層簡便となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る糸状物の張力調節装置の一例での平面図である。
【図２】図１の２−２線に沿った断面図である。
【図３】制動ドラムの作用説明図である。
【図４】本発明装置における定電流回路を制御設定する電気回路図である。
【図５】本発明装置の他例を示すブロック図である。
【図６】本発明装置における回転制動体の他例を示す断面図である。
【図７】図６における作用の一部を説明する幾何図である。
【図８】回転磁性体の更なる他例を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１    制動ドラム
２    制動ドラムの中心軸
３、１３、１５、１７    軸受
４    フレーム
６    制動磁性体
７Ｎ、７Ｓ    磁極
９    ソレノイド
１０    電磁石
１１    定電流回路
１２    案内ドラム
１４’   移動軸
１９、１９’    ばね
２０ａ、２０ｂ    糸ガイド
２１    糸状物
２２    回転制動体
２３    給電装置
２４    中央制御部
２５    直流電源
２６    電流設定器
３３ａ    制御線
４３    マーク
４４    回転検出器
４５    演算器
４６    変換器
４７    止め金具
α    円錐の頂角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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