アンチドリフト回転ロールシステム
【課題】シリンダ状のワークピースをワークピース軸線周りに回転する際に、ワークピースの軸方向のドリフトに対抗する。
【解決手段】シリンダ状のワークピースをワークピース軸線周りに回転するための回転ロールシステムは、一対のドライブローラと協働してワークピースを支持する一対のアイドラローラを備える。ワークピースの軸ドリフトに対向するために、各アイドラローラは、それぞれのアイドラ軸体に回転可能に支持され、これによってアイドラローラの回転軸線がアイドラ軸体の旋回軸線に対して傾斜する。アイドラ軸体は、それぞれの旋回軸線周りに旋回して、ワークピースに対するアイドラローラ軸線の方向を調整し、ワークピースに作用する軸方向の力成分を導入して、軸ドリフトに対抗する。アイドラ軸体の旋回を、ワークピースの軸ドリフトを検出するように設けられたドリフトセンサによって発生する信号に基づいて自動的に制御してもよい。
【解決手段】シリンダ状のワークピースをワークピース軸線周りに回転するための回転ロールシステムは、一対のドライブローラと協働してワークピースを支持する一対のアイドラローラを備える。ワークピースの軸ドリフトに対向するために、各アイドラローラは、それぞれのアイドラ軸体に回転可能に支持され、これによってアイドラローラの回転軸線がアイドラ軸体の旋回軸線に対して傾斜する。アイドラ軸体は、それぞれの旋回軸線周りに旋回して、ワークピースに対するアイドラローラ軸線の方向を調整し、ワークピースに作用する軸方向の力成分を導入して、軸ドリフトに対抗する。アイドラ軸体の旋回を、ワークピースの軸ドリフトを検出するように設けられたドリフトセンサによって発生する信号に基づいて自動的に制御してもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、シリンダ状の容器を支持および回転するための回転ロールシステムに関する。このような回転ロールシステムは、一般に溶接作業中に用いられる。本発明は、より具体的には、支持された容器または他のワークピースが回転しているときの軸方向の運動（軸ドリフト：軸クリープとしても知られている）に対抗するためのアンチドリフト装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述したタイプの回転ロールシステムは、一般的には、互いに横方向に間隔をあけて配置され、第１の軸方向位置でシリンダ状（円筒状）のワークピースの両側に摩擦係合する一対のドライブローラと、互いに横方向に間隔をあけて配置され、ワークピースの回転軸線に沿って第１の軸方向位置から離れた第２の軸方向位置でワークピースの両側で係合する一対のアイドラローラとを備える。ドライブローラは、ドライブローラを回転動作可能なドライブモータに接続され、これによりワークピースをその軸線（以下、では“ワークピース軸線”という）周りに回転させる。アイドラローラは、ドライブローラと協働してワークピースを回転支持するが、アイドラローラはモータ駆動しない。通常は、ドライブローラおよびアイドラローラは、ワークピースと平行な個々の軸線周りに回転する。主にワークピースのシリンダ形状の欠点により、ワークピースのワークピース軸線周りの回転は、溶接線のミスアライメントを生じさせるワークピースの僅かな軸ドリフト（軸方向ドリフト）を伴う。
【０００３】
従来のアンチドリフト回転ロールシステムは、アイドラローラをドリフト量に比例して垂直または水平にシフトすることにより、シリンダ状のワークピースまたは容器の軸方向の運動を制御する。この方向はドリフトを制御する点では効果的であるが、ワークピースの著しい垂直または水平の移動をもたらし、溶接工程を干渉する。
【０００４】
他のアンチドリフト回転ロールシステムは、ワークピースに対して傾斜してのびる一以上のローラの回転軸線を調整し、該ドリフトを打ち消す軸方向の力成分を生じさせることに基づいている。この種のタイプのアンチドリフト回転システムを以下で要約する。
【０００５】
米国特許第２，８６５，６９０号公報では、一対のフォロアローラ１６は、それぞれがワークピースの周側面周りに嵌められたタイヤ６の各端面に当接するように設けられている。当接フォロアローラ１６は、それぞれのレベルアーム１５によってワークピースの一方のローラ８を支持するトラニオンブラケット９ａに連結している。トラニオンブラケット９ａは、一対の平行旋回リンク９ｂによって、ワークピースの一方で第２のローラ８を支持する反対側のトリニオンブラケット９ａに接続され、二つのトリニオンブラケット９ａおよび二つのリンク９ｂが平行四辺形リンケージを形成する。ワークピースが望ましいニュートラル軸方向位置にあるとき、平行四辺形リンケージは長方形状になっており、ローラ８の回転の軸線ａ‐ａはワークピースの回転軸線と平行である。ワークピースの軸ドリフトが生じ、従動ローラ１６によって検出されると、レベルアーム１５が平行四辺形リンケージに動作を伝えて、ローラ８およびそれらの回転軸線が、ワークピースの回転軸線に対して傾斜角をなす。ねじ効果がワークピースをニュートラル軸方向位置へ戻し、フォロアローラ１６およびレベルアーム１５の対応動作が平行四辺形リンケージを長方形状態に戻す。
【０００６】
英国特許第９４０，２６１号公報には、さまざまな実施形態が記載されている。当該公報の図１に示される実施例では、回転ロールシステムの四つのローラ２の一つが垂直軸周りにそのサブフレーム４を旋回することにより回転して、ローラ２の回転軸線をワークピース軸線と平行なニュートラル方向からワークピース軸線と非平行な角度方向に調整し、軸ドリフトを打ち消す。図２および図３に示す他の実施形態でも同様に機能し、補償ローラ６の軸体５が垂直軸線周りに旋回するように取り付けられる。図４および図５は、さらに別の実施形態を示しており、補償ローラ１３の軸体１２が、ローラ１３とワークピースとの接触点における接線面に対して垂直にのびる旋回ピン１４によって規定される軸線周りに旋回運動可能に取り付けられる。この実施形態では、ローラ軸線はニュートラル配置でワークピース軸線に平行であり、ローラ軸線は接線面で旋回して、ワークピース軸線と非平行になり、軸ドリフトを打ち消す。図６はさらに別の実施形態を示し、ワークピースの両側の一対のローラ２５が、旋回ピン２９によって規定される垂直旋回軸線周りに旋回運動可能に取り付けられた共通サブフレーム２８に取り付けられる。ローラ２５がニュートラル状態のとき、ローラ２５の回転軸線がワークピース軸線と平行であり、旋回ピン２９周りにサブフレーム２８を旋回することで、ローラ２５の回転軸線がワークピース軸線と非平行になるように調整される。最後に、図７に示される実施形態では、ワークピースの端面に係合し、リンケージ５３に連結した当接ローラ５２を用い、垂直軸線周りに補償ローラ５０のサブフレームを旋回させることが開示されている。ここで繰り返していうが、ローラ軸線は、ニュートラル状態でワークピース軸線に対して平行であり、ワークピースの軸ドリフトを打ち消すために平行状態から促される。
【０００７】
英国特許第１，０３４，２０１号公報には、ワークピースの両端で係合する一対のローラ１３を支持するトラニオンブラケット１２が、ベースまたはフレーム１０に旋回可能に取り付けられたアンチドリフト調整メカニズムが開示されている。トラニオンブラケット１２がスクリュー機構２０、２１、２２に連結し、スクリューの回転によりトラニオンブラケット１２を旋回し、ローラ軸線を、ワークピース軸線に平行なニュートラル方向から、ローラがワークピースの軸ドリフトに対抗する斜め方向へ微調整する。
【０００８】
英国特許第２，１０６，８１０号公報には、ワークピースに係合する一セットのローラ２０が、ワークピースに向かって横方向に傾斜した垂直シャフト３２周りに旋回するように取り付けられた支持部材３０上に支持されている。スタイラス２２が軸ドリフトを検出するためにワークピースの端面に係合するように付勢され、軸ドリフトを示す信号が、モータ４０を作動し、シャフト３２周りの支持部材３０の旋回を調整するための電気制御手段に伝達され、ローラ軸線がワークピースと平行な状態から調整され、検出した軸ドリフトに対抗する。
【０００９】
米国特許第４，４０７，６２１号公報には、三つのセットのローラ２４が軸方向に変位可能なキャリッジ３上に取り付けられ、４つめのセットのローラ２４が軸方向に固定可能なキャリッジ上に取り付けられた回転ロールシステムが開示されている。各キャリッジ３のための機構２５、２７、２９が、キャリッジの軸方向の運動をキャリッジ上のローラホルダ１５、２０のスイベル軸１６周りのスイベル運動に変換して、ローラ軸線をワークピース軸線に平行なニュートラル方向からワークピース軸線に非平行なドリフト対抗方向へ調整する。
【００１０】
上記の解決方向は概ね適切な結果を得ることができる一方で、機械的に複雑である。例えば、ローラ支持部材を垂直または略垂直（ワークピースに向かって傾いた）軸線周りに旋回するように取り付けなければならず、さらに、ローラ支持部材全体のための旋回機構を設けなければならない。
【００１１】
各ケースでは、従来技術の解決策は、ローラ軸線のニュートラル方向がワークピース軸線に対して平行であった。
【００１２】
上述した従来のシステムは、ワークピースの一方側にあるローラ支持部材を、ワークピースの他方側のローラ支持部材とは反対の旋回方向に旋回し、付加的な軸方向の力成分を与え、軸ドリフトに均等に対抗するものではないこともわかる。
【発明の概要】
【００１３】
本発明は、ワークピースに対して傾斜してのびる１以上のローラの回転軸線を調整して、ドリフトを打ち消す軸方向の力成分を導入する考えに基づいている。しかしながら、本発明は、上述のシステムと比較して、機械的により単純でかつより効率的な改良構成を提供する。
【００１４】
本発明に係るシリンダ状のワークピースを回転するための回転ロールシステムは、概して、第１のモータドライブ；第１のモータドライブに動作可能に接続され、ワークピースをワークピース軸線周りに回転する一対のドライブローラ；および、一対のドライブローラから軸方向に間隔をあけ、ワークピースと摩擦回転係合するように設けられた一対のアイドラローラを備える。一対のアイドラローラの少なくとも一つは、ワークピース軸線と常に非平行にのびる回転軸線を有し、当該アイドラローラは、当該アイドラローラの回転軸線の方向を調整するために旋回可能なそれぞれのアイドラ軸体によって支持される。アイドラ軸体の旋回軸線はワークピース軸線に対して平行にのびる。本発明の実施形態では、一対のアイドラローラのそれぞれが、ワークピース軸線に対して常に非平行にのびる回転軸線を有し、一対のアイドラ軸体のそれぞれが、ワークピース軸線に対して平行のびるそれぞれの旋回軸線周りに旋回可能である。
【００１５】
本願発明の回転ロールシステムは、さらに、一対のアイドラローラを旋回してアイドラローラ軸線の方向を調整するための第２のモータドライブ、ワークピースの軸ドリフトを検出し、検出した軸ドリフトの方向および大きさを示すドリフト信号を発生させるドリフトセンサ、および、ドリフト信号に基づいて駆動コマンドを第２のモータドライブに発するためのコントローラを備える。このようにして、フィードバック制御ループが構成され、アイドラローラの回転軸線を連続的および自動的に調整することによって、軸ドリフトが最小限になる。
【００１６】
本発明は、シリンダ状のワークピースが回転ロールシステムによってワークピース軸線周りに回転しているときに、ワークピースの軸ドリフトに対抗する方法も含む。本方法は、アイドラローラが支持されるアイドラ軸体を回転することによって、アイドラローラ軸線の方向をワークピース軸線に対して調整することに基づく。
次の図面を参照して、以下で本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の回転ロールシステムの側面図であり、回転ロールシステムがシリンダ状のワークピースを支持している様子を示す。
【図２】図２は、図１に示す回転ロールシステムおよびワークピースの端面図である。
【図３】図３は、図１に示す回転ロールシステムおよびワークピースの平面図である。
【図４】図４は、図１に示す回転ロールシステムの単一アイドラローラアッセンブリの拡大平面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、回転ロールシステムのアイドラ軸体のニュートラル旋回位置を示す概略斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａと同様の図であり、アイドラ軸体がニュートラル旋回位置から離れて第一の旋回方向に旋回した様子を示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ａと同様の図であり、アイドラ軸体がニュートラル旋回位置から離れて第二の旋回方向に旋回した様子を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、アイドラ軸体のニュートラル旋回位置に対応しており、アイドラローラの回転軸線がシリンダ状のワークピースの回転軸線と同一平面上にある概略斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａと同様の図であるが、アイドラ軸体の非ニュートラル旋回位置に対応しており、アイドラローラの回転軸線がワークピースの回転軸線と同一平面上にない図である。
【図７】図７は、検知した軸ドリフトを打ち消すために回転ロースシステムの一対のアイドラ軸体を旋回させるための閉ループフィードバック制御システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず図面の図１〜図３を参照すると、本発明の実施形態を係る回転ロールシステムが符号１０により特定されている。回転ロールシステム１０は、シリンダ状のワークピースＷを支持し、ワークピースＷをワークピース軸線ＷＡ周りに回転させることを目的とする。ワークピースＷは本願発明の一部とはみなさない。
【００１９】
回転ロールシステム１０は、ワークピース軸線に沿って互いに間隔をあけて設けられたドライブスタンド１２およびアイドラスタンド１４を備える。図３に最もよく示されるように、ドライブスタンド１２は、ワークピース軸線ＷＡを中心にして両側に対称的に配置された第１のドライブローラアッセンブリ１６Ａおよび第２のドライブローラアッセンブリ１６Ｂを支持する。各ドライブアッセンブリ１６Ａ、１６Ｂは、ワークピースＷの外側のシリンダ状表面と摩擦係合するドライブローラ１８と、ドライブモータ２０と、ドライブモータ２０をドライブローラ１８に接続するトランスミッション２２とを備え、それによって、ドライブモータ２０の動作がドライブローラ１８を回転駆動し、ワークピースＷをワークピース軸線ＷＡ周りに回転させる。アッセンブリ１６Ａおよび１６Ｂによって設けられる一対のドライブモータ２０を、ここではまとめて“第１のモータドライブ”と称する。単一のドライブモータを設け、これを適切なトランスミッションメカニズムによってアッセンブリ１６Ａおよび１６Ｂの双方のドライブローラ１８に接続してもよく、このような単一のモータドライブも本願発明の“第１のモータドライブ”とみなせることは、当業者であればわかるであろう。
【００２０】
アイドラスタンド１４は、ワークピース軸線ＷＡを中心にして両側に対称的に配置された第１のアイドラローラアッセンブリ２４Ａおよび第２のアイドラローラアッセンブリ２４Ｂを備える。各アイドラアッセンブリ２４Ａ、２４Ｂは、ワークピースＷの外側シリンダ状表面と摩擦係合するアイドラローラ２６と、図４において詳細に示された斬新な方法でアイドラローラ２６が回転可能に軸支されるアイドラ軸体２８と、アイドラ調整モータ３０と、アイドラ調整モータ３０をアイドラローラ２６に接続するトランスミッション３２とを備え、それによって、アイドラ調整モータ３０の動作が、対応するアイドラ軸体２８を、アイドラ軸体の中心旋回軸線３４周りに旋回させる。アッセンブリ２４Ａおよび２４Ｂによって設けられる一対のアイドラ調整モータ３０を、ここではまとめて“第２のモータドライブ”と称する。単一のドライブモータを設け、これを適切なトランスミッションメカニズムによってアッセンブリ２４Ａおよび２４Ｂの双方のアイドラ軸体に接続してもよく、このような単一のモータドライブも本願発明の“第２のモータドライブ”とみなせることは、当業者であればわかるであろう。
【００２１】
回転ロールシステム１０は、さらに、ワークピースＷの端面に連続的に係合するように設けられかつ付勢されたドリフトセンサ３６、またはワークピースＷの周側面周りに設けられたガイドリングを備え、基準位置からのワークピースの軸方向変位（ドリフト）を検出し、検出された軸ドリフトの大きさおよび方向を示すドリフト信号を生じさせる。ドリフトセンサ３６は、あらゆる適切な線形変異センサの形式を取ってもよい。限定しない例として、ドリフトセンサ３６は、リニアエンコーダ、リニアトランスデューサ、リニアポテンショメータ、光ファイバ変位センサ、レーザ変位センサ、ＬＶＤＴ変位トランデューサ、磁気スケールセンサなどでもよい。ワークピースＷは、回転ロールシステム１０によって回転し、ドリフトセンサ３６のコンタクトチップがワークピース軸線ＷＡから径方向に離れた位置で表面に係合しているので、ドリフトセンサ３６のコンタクトチップは、ワークピースＷの端部と底摩擦で接触し、摩耗を最小源に抑えるように設計するのが好ましい。例えば、ドリフトセンサ３６のコンタクトチップとしてローラを用いてもよい。
【００２２】
図面の図４では、アイドラローラアセンブリ２４Ａの詳細な断面図を示し、アイドラローラアッセンブリ２４Ｂはアイドラローラアッセンブリ２４と左右対称であることがわかる。アイドラ軸体２８は、ブロック３８内で、アイドラ軸体２８の減径外側ジャーナル４２をそれぞれ受容する一対の回転ベアリング４０によって回転可能に支持され、これにより、アイドラ軸体２８はその中心旋回軸線３４周りに回転可能である。アイドラ調整モータ３０は、トランスミッション２８を介してアイドラ軸体２８の減径入力部４６に連結し、これにより、アイドラ調整モータが、アイドラ軸体２８を旋回軸線３４周りに反旋回方向に旋回するように機能する。本実施例で示されるように、アイドラ軸体２８の旋回軸線３４は、ワークピース軸線ＷＡに対して平行にのびている。
【００２３】
本実施例によると、アイドラローラ２６はアイドラ軸体２８に軸支され、アイドラ軸体２８の旋回軸線３４と一致しない軸線４８周りに回転する。アイドラローラ２６の回転軸４８は、アイドラ軸体２８の旋回軸線３４に対して僅かに傾いている。実施形態で示されるように、アイドラ軸体２８は、アイドラローラ２６の回転軸線４８を規定するように加工された内側シリンダ状ジャーナル５０を含む。アイドラローラ軸線４８は、アイドラローラ２６の径および軸の中心点でアイドラ軸体２８の旋回軸線３４と交差するようにのびる。アイドラローラ２６は、内側ジャーナル５０に回転可能に取り付けられ、一対の対向プレート５４に挟まれた回転ベアリング５２によって軸線４８周りに回転する。ローラ軸線４８は、旋回軸線３４と非ゼロオフセット角を形成する。限定しない例として、ローラ軸線４８は旋回軸３４と約１度の小さなオフセット角を形成する。
【００２４】
上述のような方法でアイドラローラ２６をアイドラ軸体２８へ取り付けた効果は、アイドラローラ２６の回転軸線４８とアイドラ軸体２８の旋回軸線３４との間のオフセット角を図示のために誇張している図５Ａ〜図５Ｃを参照することで理解できる。参照矢印５６がアイドラ軸体２８の略図上に付されており、アイドラ軸体２８の旋回軸線３４周りの旋回位置を示す。図５Ａでは、参照矢印５６が上を向き、そして軸線３４および４８が一致しているように見えるが、軸線は実際には一致していない。アイドラ軸体２８が、図５Ａに示す旋回位置から旋回軸線３４を中心に反時計周りに９０度回転すると、図５Ｂに示すように、オフセットジャーナル５０とアイドラ軸体２８の差との関係が明確になる。旋回軸線３４周りにアイドラ軸体２８を回転することで回転軸線４８の方向を調整するが、軸線３４の方向は変化しない。同様に、アイドラ軸体２８が図５Ａのニュートラル旋回位置から旋回軸線３４を中心に時計周りに９０度旋回すると、図５Ｃに示すように、回転軸線４８の方向が図５Ｂと逆方向に調整される。
【００２５】
図６Ａおよび図６Ｂに、どのようにアイドラ軸体２８をワークピース２８に対して設けて軸線３４周りに旋回し、アイドラローラ軸線４８の方向を調整して、軸方向の力成分が存在しないワークピースＷとのニュートラル関係（図６Ａ）、および、ワークピースの軸ドリフトに対抗するために軸方向の力成分が導入されるワークピースＷとのアンチアンチドリフト関係（図６Ｂ）の双方を達成するかを概略的に示す。図６Ａでは、旋回軸線３４はワークピース軸線ＷＡに対して平行で、ワークピース軸線ＷＡと平面Ｐ１で同一平面上にある。さらに、アイドラローラ２６の回転軸線４８はワークピース軸線ＷＡおよび回転軸線３４に対して非平行であるが、ワークピース軸線ＷＡおよび旋回軸線３４と平面Ｐ１で同一平面上にある。このアイドラ軸体２８の旋回位置では、ワークピース回転ベクトル５８およびアイドラローラ回転ベクトル６０は共に各軸線ＷＡおよび４８に対して平行で、共通平面Ｐ１に対して垂直にのび、そして、アイドラローラ２６によってワークピースＷへ付与される正味の軸方向の力成分はない。このように、ローラ軸線４８がワークピース軸線ＷＡに対して非平行であっても、ニュートラル状態が達成される。これは、ローラの回転軸線をワークピース軸線に対して平行にしてニュートラル状態を達成する従来技術のシステムと対照的なところである。
【００２６】
図６Ｂでは、アイドラ軸体２８が旋回軸線３４周りに旋回し、これによって、アイドラローラ２６の回転軸線４８を調整し、軸線４８がワークピース軸線ＷＡと同一平面上にないようにする。これは、旋回軸線３４およびワークピース軸線ＷＡが平面Ｐ１で互いに同一平面上にある一方で、旋回軸線３４と回転軸線４８とが別の平面Ｐ２で互いに同一平面上にあることからわかる。結果として、ワークピース回転ベクトル５８は平面Ｐ１に対して平行のままであるが、ローラ回転ベクトル６０は軸方向に僅かに傾き、これにより、合成ベクトル６２が小さな軸方向の成分を含む。当該軸方向の力成分が軸ドリフトを打ち消すために用いられる。この点に関して、軸方向の力成分の方向は、アイドラ軸体２８の旋回方向を選択することによって制御される。軸方向の力成分の大きさは、ニュートラル旋回位置からのアイドラ軸体２８の旋回変位に比例して増加し、アイドラ軸体２８がニュートラル旋回位置からいずれかの旋回方向に９０度回転したときに最大に達する。ワークピースへの軸方向の力の大きさは、ワークピースＷとアイドラローラ２６との間の摩擦係数にも依存し、ドライブローラ１８とアイドラローラ１６との間のワークピース重量の分布にも依存する。
【００２７】
理論上、回転ロールシステムのアンチドリフト機構は、同じ摩擦係数がドライブローラ１８とアイドラローラ１６とに適用される限り、すべての摩擦係数で有効であろう。アンチドリフト機構は、合成ベクトル６２がワークピース軸線ＷＡとアイドラローラ軸線４８の最大ミスアライメント量以上にならない限りは、ドライブローラ１８とアイドラローラ２６との間の全てのワークピース重量分布で有効であろう。とはいっても、ワークピース重量がアイドラローラ２６からドライブローラ１８へシフトするにつれて、アンチドリフト機構は反応性が低くなることはわかる。
【００２８】
例として、表１に示すローラアライメント、ワークピースの真直度およびワークピースの真円度の詳記を下に、回転ロールシステム１０が作動するために、ワークピース重量の５０％以上がアイドラローラ２６に支持され、より具体的には、ワークピース重量の約６０％がアイドラローラで支持され、ワークピース重量の約４０％がドライブローラ１８で支持されることが推奨される。
【表１】
上記の詳記に基づくと、ワークピースおよびローラの最大初期ミスアライメントは０．３度と予想される。これらのパラメータの下で、ドライブローラ１８にワークピース重量の４０％を、アイドラローラ２６にワークピース重量の６０％を分配する設定では、予想される最大初期ミスアライメントの０．３度を補償するために、アイドラ軸体２８がニュートラルから±４５度旋回することが要求され；各旋回方向の残り４５度の旋回範囲は、アンチドリフト調整、または他の要因を補償するために利用することができる。
【００２９】
軸ドリフトを打ち消すためのアイドラ軸体２８の旋回調整は、アイドラ調整モータ３０を制御するための閉ループ制御システムを用いることによって自動的に実行される。このような制御システムの一例が、図７に概略的に示される。プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）７０が、各アイドラ調整モータ３０に接続され、駆動コマンドをモータ３０に供給し、各アイドラ軸体２８の旋回位置を調整する。各アイドラ軸体２８に関連したロータリエンコーダ７２が、入力としての旋回位置信号をＰＬＣ７０に供給し、関連するアイドラ軸体の旋回位置を示す。代わりに、回転位置センサを各アイドラ調整モータに組み込んで、旋回位置信号を供給するようにしてもよい。ドリフトセンサ３６により生成されるドリフト信号もＰＬＣ７０に入力される。ニュートラル位置から両旋回方向の最大旋回範囲を規定するために設けられたリミットタブ７６と連携して、リミットスイッチ７４を設けてもよい。図７では、リミットスイッチ７４が起動して対応するモータ３０が停止する前に、リミットタブはアイドラ軸体２８をいずれの旋回方向にも９０度旋回できるようにする。当然ながら、アイドラ軸体２８の旋回動作の範囲が他の範囲になるようにリミットタブ７６を設けてもよい。ＰＬＣは、アイドラ調整モータ３０を駆動して、アイドラ軸体２８を旋回させ、アイドラローラ軸線４８の方向を調整するようにプログラムされ、これによって、ドリフトセンサ３０からのドリフト信号を最小限に抑える。アイドラローラアッセンブリ２４Ａおよび２４Ｂが左右対称の関係にあることから、アイドラ軸体２８が両旋回方向（例えば、一方は時計周りで、他方は反時計周り）に旋回すると、ワークピースの両側に均等に分布した付加的なアンチドリフト効果が達成される。
【００３０】
上記のような実施例から、本願発明は、シリンダ状のワークピースが回転ロールシステムによってワークピース軸線周りに回転している際に、ワークピースの軸ドリフトに対抗する方法を含むことがわかるであろう。本方法は、概して、ワークピースを支持係合するように一対のアイドラローラを配置するステップを備え、前記一対のアイドラローラのそれぞれは、常にワークピース軸線に対して非平行にのびる回転軸線を有し；さらに、一対のアイドラローラの回転軸線を、一対のアイドラローラが軸方向の力成分をワークピースに付与するように位置合わせするステップを含む。本発明は、さらに、ワークピースの軸ドリフトの大きさおよび方向を検出するステップを備え、一対のアイドラローラの旋回軸線の位置合わせが、検出された軸ドリフトの大きさおよび方向によって決定され、また、一つのアイドラローラをそれぞれ支持する一対のアイドラ軸体を旋回することによって実行してもよい。この点に関して、閉ループフィードバックコントロールシステムを用いてもよい。ここで記載された実施形態から明らかなように、一対のアイドラ軸体のそれぞれを、ワークピース軸線に対して平行にのびるそれぞれの旋回軸線まわりに旋回させてもよい。本発明に係る軸ドリフトに対抗する方法は、一対のアイドラローラがワークピース重量の過半数を支持するように、一対のアイドラローラを位置決めすることを含んでもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、シリンダ状の容器を支持および回転するための回転ロールシステムに関する。このような回転ロールシステムは、一般に溶接作業中に用いられる。本発明は、より具体的には、支持された容器または他のワークピースが回転しているときの軸方向の運動（軸ドリフト：軸クリープとしても知られている）に対抗するためのアンチドリフト装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述したタイプの回転ロールシステムは、一般的には、互いに横方向に間隔をあけて配置され、第１の軸方向位置でシリンダ状（円筒状）のワークピースの両側に摩擦係合する一対のドライブローラと、互いに横方向に間隔をあけて配置され、ワークピースの回転軸線に沿って第１の軸方向位置から離れた第２の軸方向位置でワークピースの両側で係合する一対のアイドラローラとを備える。ドライブローラは、ドライブローラを回転動作可能なドライブモータに接続され、これによりワークピースをその軸線（以下、では“ワークピース軸線”という）周りに回転させる。アイドラローラは、ドライブローラと協働してワークピースを回転支持するが、アイドラローラはモータ駆動しない。通常は、ドライブローラおよびアイドラローラは、ワークピースと平行な個々の軸線周りに回転する。主にワークピースのシリンダ形状の欠点により、ワークピースのワークピース軸線周りの回転は、溶接線のミスアライメントを生じさせるワークピースの僅かな軸ドリフト（軸方向ドリフト）を伴う。
【０００３】
従来のアンチドリフト回転ロールシステムは、アイドラローラをドリフト量に比例して垂直または水平にシフトすることにより、シリンダ状のワークピースまたは容器の軸方向の運動を制御する。この方向はドリフトを制御する点では効果的であるが、ワークピースの著しい垂直または水平の移動をもたらし、溶接工程を干渉する。
【０００４】
他のアンチドリフト回転ロールシステムは、ワークピースに対して傾斜してのびる一以上のローラの回転軸線を調整し、該ドリフトを打ち消す軸方向の力成分を生じさせることに基づいている。この種のタイプのアンチドリフト回転システムを以下で要約する。
【０００５】
米国特許第２，８６５，６９０号公報では、一対のフォロアローラ１６は、それぞれがワークピースの周側面周りに嵌められたタイヤ６の各端面に当接するように設けられている。当接フォロアローラ１６は、それぞれのレベルアーム１５によってワークピースの一方のローラ８を支持するトラニオンブラケット９ａに連結している。トラニオンブラケット９ａは、一対の平行旋回リンク９ｂによって、ワークピースの一方で第２のローラ８を支持する反対側のトリニオンブラケット９ａに接続され、二つのトリニオンブラケット９ａおよび二つのリンク９ｂが平行四辺形リンケージを形成する。ワークピースが望ましいニュートラル軸方向位置にあるとき、平行四辺形リンケージは長方形状になっており、ローラ８の回転の軸線ａ‐ａはワークピースの回転軸線と平行である。ワークピースの軸ドリフトが生じ、従動ローラ１６によって検出されると、レベルアーム１５が平行四辺形リンケージに動作を伝えて、ローラ８およびそれらの回転軸線が、ワークピースの回転軸線に対して傾斜角をなす。ねじ効果がワークピースをニュートラル軸方向位置へ戻し、フォロアローラ１６およびレベルアーム１５の対応動作が平行四辺形リンケージを長方形状態に戻す。
【０００６】
英国特許第９４０，２６１号公報には、さまざまな実施形態が記載されている。当該公報の図１に示される実施例では、回転ロールシステムの四つのローラ２の一つが垂直軸周りにそのサブフレーム４を旋回することにより回転して、ローラ２の回転軸線をワークピース軸線と平行なニュートラル方向からワークピース軸線と非平行な角度方向に調整し、軸ドリフトを打ち消す。図２および図３に示す他の実施形態でも同様に機能し、補償ローラ６の軸体５が垂直軸線周りに旋回するように取り付けられる。図４および図５は、さらに別の実施形態を示しており、補償ローラ１３の軸体１２が、ローラ１３とワークピースとの接触点における接線面に対して垂直にのびる旋回ピン１４によって規定される軸線周りに旋回運動可能に取り付けられる。この実施形態では、ローラ軸線はニュートラル配置でワークピース軸線に平行であり、ローラ軸線は接線面で旋回して、ワークピース軸線と非平行になり、軸ドリフトを打ち消す。図６はさらに別の実施形態を示し、ワークピースの両側の一対のローラ２５が、旋回ピン２９によって規定される垂直旋回軸線周りに旋回運動可能に取り付けられた共通サブフレーム２８に取り付けられる。ローラ２５がニュートラル状態のとき、ローラ２５の回転軸線がワークピース軸線と平行であり、旋回ピン２９周りにサブフレーム２８を旋回することで、ローラ２５の回転軸線がワークピース軸線と非平行になるように調整される。最後に、図７に示される実施形態では、ワークピースの端面に係合し、リンケージ５３に連結した当接ローラ５２を用い、垂直軸線周りに補償ローラ５０のサブフレームを旋回させることが開示されている。ここで繰り返していうが、ローラ軸線は、ニュートラル状態でワークピース軸線に対して平行であり、ワークピースの軸ドリフトを打ち消すために平行状態から促される。
【０００７】
英国特許第１，０３４，２０１号公報には、ワークピースの両端で係合する一対のローラ１３を支持するトラニオンブラケット１２が、ベースまたはフレーム１０に旋回可能に取り付けられたアンチドリフト調整メカニズムが開示されている。トラニオンブラケット１２がスクリュー機構２０、２１、２２に連結し、スクリューの回転によりトラニオンブラケット１２を旋回し、ローラ軸線を、ワークピース軸線に平行なニュートラル方向から、ローラがワークピースの軸ドリフトに対抗する斜め方向へ微調整する。
【０００８】
英国特許第２，１０６，８１０号公報には、ワークピースに係合する一セットのローラ２０が、ワークピースに向かって横方向に傾斜した垂直シャフト３２周りに旋回するように取り付けられた支持部材３０上に支持されている。スタイラス２２が軸ドリフトを検出するためにワークピースの端面に係合するように付勢され、軸ドリフトを示す信号が、モータ４０を作動し、シャフト３２周りの支持部材３０の旋回を調整するための電気制御手段に伝達され、ローラ軸線がワークピースと平行な状態から調整され、検出した軸ドリフトに対抗する。
【０００９】
米国特許第４，４０７，６２１号公報には、三つのセットのローラ２４が軸方向に変位可能なキャリッジ３上に取り付けられ、４つめのセットのローラ２４が軸方向に固定可能なキャリッジ上に取り付けられた回転ロールシステムが開示されている。各キャリッジ３のための機構２５、２７、２９が、キャリッジの軸方向の運動をキャリッジ上のローラホルダ１５、２０のスイベル軸１６周りのスイベル運動に変換して、ローラ軸線をワークピース軸線に平行なニュートラル方向からワークピース軸線に非平行なドリフト対抗方向へ調整する。
【００１０】
上記の解決方向は概ね適切な結果を得ることができる一方で、機械的に複雑である。例えば、ローラ支持部材を垂直または略垂直（ワークピースに向かって傾いた）軸線周りに旋回するように取り付けなければならず、さらに、ローラ支持部材全体のための旋回機構を設けなければならない。
【００１１】
各ケースでは、従来技術の解決策は、ローラ軸線のニュートラル方向がワークピース軸線に対して平行であった。
【００１２】
上述した従来のシステムは、ワークピースの一方側にあるローラ支持部材を、ワークピースの他方側のローラ支持部材とは反対の旋回方向に旋回し、付加的な軸方向の力成分を与え、軸ドリフトに均等に対抗するものではないこともわかる。
【発明の概要】
【００１３】
本発明は、ワークピースに対して傾斜してのびる１以上のローラの回転軸線を調整して、ドリフトを打ち消す軸方向の力成分を導入する考えに基づいている。しかしながら、本発明は、上述のシステムと比較して、機械的により単純でかつより効率的な改良構成を提供する。
【００１４】
本発明に係るシリンダ状のワークピースを回転するための回転ロールシステムは、概して、第１のモータドライブ；第１のモータドライブに動作可能に接続され、ワークピースをワークピース軸線周りに回転する一対のドライブローラ；および、一対のドライブローラから軸方向に間隔をあけ、ワークピースと摩擦回転係合するように設けられた一対のアイドラローラを備える。一対のアイドラローラの少なくとも一つは、ワークピース軸線と常に非平行にのびる回転軸線を有し、当該アイドラローラは、当該アイドラローラの回転軸線の方向を調整するために旋回可能なそれぞれのアイドラ軸体によって支持される。アイドラ軸体の旋回軸線はワークピース軸線に対して平行にのびる。本発明の実施形態では、一対のアイドラローラのそれぞれが、ワークピース軸線に対して常に非平行にのびる回転軸線を有し、一対のアイドラ軸体のそれぞれが、ワークピース軸線に対して平行のびるそれぞれの旋回軸線周りに旋回可能である。
【００１５】
本願発明の回転ロールシステムは、さらに、一対のアイドラローラを旋回してアイドラローラ軸線の方向を調整するための第２のモータドライブ、ワークピースの軸ドリフトを検出し、検出した軸ドリフトの方向および大きさを示すドリフト信号を発生させるドリフトセンサ、および、ドリフト信号に基づいて駆動コマンドを第２のモータドライブに発するためのコントローラを備える。このようにして、フィードバック制御ループが構成され、アイドラローラの回転軸線を連続的および自動的に調整することによって、軸ドリフトが最小限になる。
【００１６】
本発明は、シリンダ状のワークピースが回転ロールシステムによってワークピース軸線周りに回転しているときに、ワークピースの軸ドリフトに対抗する方法も含む。本方法は、アイドラローラが支持されるアイドラ軸体を回転することによって、アイドラローラ軸線の方向をワークピース軸線に対して調整することに基づく。
次の図面を参照して、以下で本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の回転ロールシステムの側面図であり、回転ロールシステムがシリンダ状のワークピースを支持している様子を示す。
【図２】図２は、図１に示す回転ロールシステムおよびワークピースの端面図である。
【図３】図３は、図１に示す回転ロールシステムおよびワークピースの平面図である。
【図４】図４は、図１に示す回転ロールシステムの単一アイドラローラアッセンブリの拡大平面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、回転ロールシステムのアイドラ軸体のニュートラル旋回位置を示す概略斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａと同様の図であり、アイドラ軸体がニュートラル旋回位置から離れて第一の旋回方向に旋回した様子を示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ａと同様の図であり、アイドラ軸体がニュートラル旋回位置から離れて第二の旋回方向に旋回した様子を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、アイドラ軸体のニュートラル旋回位置に対応しており、アイドラローラの回転軸線がシリンダ状のワークピースの回転軸線と同一平面上にある概略斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａと同様の図であるが、アイドラ軸体の非ニュートラル旋回位置に対応しており、アイドラローラの回転軸線がワークピースの回転軸線と同一平面上にない図である。
【図７】図７は、検知した軸ドリフトを打ち消すために回転ロースシステムの一対のアイドラ軸体を旋回させるための閉ループフィードバック制御システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず図面の図１〜図３を参照すると、本発明の実施形態を係る回転ロールシステムが符号１０により特定されている。回転ロールシステム１０は、シリンダ状のワークピースＷを支持し、ワークピースＷをワークピース軸線ＷＡ周りに回転させることを目的とする。ワークピースＷは本願発明の一部とはみなさない。
【００１９】
回転ロールシステム１０は、ワークピース軸線に沿って互いに間隔をあけて設けられたドライブスタンド１２およびアイドラスタンド１４を備える。図３に最もよく示されるように、ドライブスタンド１２は、ワークピース軸線ＷＡを中心にして両側に対称的に配置された第１のドライブローラアッセンブリ１６Ａおよび第２のドライブローラアッセンブリ１６Ｂを支持する。各ドライブアッセンブリ１６Ａ、１６Ｂは、ワークピースＷの外側のシリンダ状表面と摩擦係合するドライブローラ１８と、ドライブモータ２０と、ドライブモータ２０をドライブローラ１８に接続するトランスミッション２２とを備え、それによって、ドライブモータ２０の動作がドライブローラ１８を回転駆動し、ワークピースＷをワークピース軸線ＷＡ周りに回転させる。アッセンブリ１６Ａおよび１６Ｂによって設けられる一対のドライブモータ２０を、ここではまとめて“第１のモータドライブ”と称する。単一のドライブモータを設け、これを適切なトランスミッションメカニズムによってアッセンブリ１６Ａおよび１６Ｂの双方のドライブローラ１８に接続してもよく、このような単一のモータドライブも本願発明の“第１のモータドライブ”とみなせることは、当業者であればわかるであろう。
【００２０】
アイドラスタンド１４は、ワークピース軸線ＷＡを中心にして両側に対称的に配置された第１のアイドラローラアッセンブリ２４Ａおよび第２のアイドラローラアッセンブリ２４Ｂを備える。各アイドラアッセンブリ２４Ａ、２４Ｂは、ワークピースＷの外側シリンダ状表面と摩擦係合するアイドラローラ２６と、図４において詳細に示された斬新な方法でアイドラローラ２６が回転可能に軸支されるアイドラ軸体２８と、アイドラ調整モータ３０と、アイドラ調整モータ３０をアイドラローラ２６に接続するトランスミッション３２とを備え、それによって、アイドラ調整モータ３０の動作が、対応するアイドラ軸体２８を、アイドラ軸体の中心旋回軸線３４周りに旋回させる。アッセンブリ２４Ａおよび２４Ｂによって設けられる一対のアイドラ調整モータ３０を、ここではまとめて“第２のモータドライブ”と称する。単一のドライブモータを設け、これを適切なトランスミッションメカニズムによってアッセンブリ２４Ａおよび２４Ｂの双方のアイドラ軸体に接続してもよく、このような単一のモータドライブも本願発明の“第２のモータドライブ”とみなせることは、当業者であればわかるであろう。
【００２１】
回転ロールシステム１０は、さらに、ワークピースＷの端面に連続的に係合するように設けられかつ付勢されたドリフトセンサ３６、またはワークピースＷの周側面周りに設けられたガイドリングを備え、基準位置からのワークピースの軸方向変位（ドリフト）を検出し、検出された軸ドリフトの大きさおよび方向を示すドリフト信号を生じさせる。ドリフトセンサ３６は、あらゆる適切な線形変異センサの形式を取ってもよい。限定しない例として、ドリフトセンサ３６は、リニアエンコーダ、リニアトランスデューサ、リニアポテンショメータ、光ファイバ変位センサ、レーザ変位センサ、ＬＶＤＴ変位トランデューサ、磁気スケールセンサなどでもよい。ワークピースＷは、回転ロールシステム１０によって回転し、ドリフトセンサ３６のコンタクトチップがワークピース軸線ＷＡから径方向に離れた位置で表面に係合しているので、ドリフトセンサ３６のコンタクトチップは、ワークピースＷの端部と底摩擦で接触し、摩耗を最小源に抑えるように設計するのが好ましい。例えば、ドリフトセンサ３６のコンタクトチップとしてローラを用いてもよい。
【００２２】
図面の図４では、アイドラローラアセンブリ２４Ａの詳細な断面図を示し、アイドラローラアッセンブリ２４Ｂはアイドラローラアッセンブリ２４と左右対称であることがわかる。アイドラ軸体２８は、ブロック３８内で、アイドラ軸体２８の減径外側ジャーナル４２をそれぞれ受容する一対の回転ベアリング４０によって回転可能に支持され、これにより、アイドラ軸体２８はその中心旋回軸線３４周りに回転可能である。アイドラ調整モータ３０は、トランスミッション２８を介してアイドラ軸体２８の減径入力部４６に連結し、これにより、アイドラ調整モータが、アイドラ軸体２８を旋回軸線３４周りに反旋回方向に旋回するように機能する。本実施例で示されるように、アイドラ軸体２８の旋回軸線３４は、ワークピース軸線ＷＡに対して平行にのびている。
【００２３】
本実施例によると、アイドラローラ２６はアイドラ軸体２８に軸支され、アイドラ軸体２８の旋回軸線３４と一致しない軸線４８周りに回転する。アイドラローラ２６の回転軸４８は、アイドラ軸体２８の旋回軸線３４に対して僅かに傾いている。実施形態で示されるように、アイドラ軸体２８は、アイドラローラ２６の回転軸線４８を規定するように加工された内側シリンダ状ジャーナル５０を含む。アイドラローラ軸線４８は、アイドラローラ２６の径および軸の中心点でアイドラ軸体２８の旋回軸線３４と交差するようにのびる。アイドラローラ２６は、内側ジャーナル５０に回転可能に取り付けられ、一対の対向プレート５４に挟まれた回転ベアリング５２によって軸線４８周りに回転する。ローラ軸線４８は、旋回軸線３４と非ゼロオフセット角を形成する。限定しない例として、ローラ軸線４８は旋回軸３４と約１度の小さなオフセット角を形成する。
【００２４】
上述のような方法でアイドラローラ２６をアイドラ軸体２８へ取り付けた効果は、アイドラローラ２６の回転軸線４８とアイドラ軸体２８の旋回軸線３４との間のオフセット角を図示のために誇張している図５Ａ〜図５Ｃを参照することで理解できる。参照矢印５６がアイドラ軸体２８の略図上に付されており、アイドラ軸体２８の旋回軸線３４周りの旋回位置を示す。図５Ａでは、参照矢印５６が上を向き、そして軸線３４および４８が一致しているように見えるが、軸線は実際には一致していない。アイドラ軸体２８が、図５Ａに示す旋回位置から旋回軸線３４を中心に反時計周りに９０度回転すると、図５Ｂに示すように、オフセットジャーナル５０とアイドラ軸体２８の差との関係が明確になる。旋回軸線３４周りにアイドラ軸体２８を回転することで回転軸線４８の方向を調整するが、軸線３４の方向は変化しない。同様に、アイドラ軸体２８が図５Ａのニュートラル旋回位置から旋回軸線３４を中心に時計周りに９０度旋回すると、図５Ｃに示すように、回転軸線４８の方向が図５Ｂと逆方向に調整される。
【００２５】
図６Ａおよび図６Ｂに、どのようにアイドラ軸体２８をワークピース２８に対して設けて軸線３４周りに旋回し、アイドラローラ軸線４８の方向を調整して、軸方向の力成分が存在しないワークピースＷとのニュートラル関係（図６Ａ）、および、ワークピースの軸ドリフトに対抗するために軸方向の力成分が導入されるワークピースＷとのアンチアンチドリフト関係（図６Ｂ）の双方を達成するかを概略的に示す。図６Ａでは、旋回軸線３４はワークピース軸線ＷＡに対して平行で、ワークピース軸線ＷＡと平面Ｐ１で同一平面上にある。さらに、アイドラローラ２６の回転軸線４８はワークピース軸線ＷＡおよび回転軸線３４に対して非平行であるが、ワークピース軸線ＷＡおよび旋回軸線３４と平面Ｐ１で同一平面上にある。このアイドラ軸体２８の旋回位置では、ワークピース回転ベクトル５８およびアイドラローラ回転ベクトル６０は共に各軸線ＷＡおよび４８に対して平行で、共通平面Ｐ１に対して垂直にのび、そして、アイドラローラ２６によってワークピースＷへ付与される正味の軸方向の力成分はない。このように、ローラ軸線４８がワークピース軸線ＷＡに対して非平行であっても、ニュートラル状態が達成される。これは、ローラの回転軸線をワークピース軸線に対して平行にしてニュートラル状態を達成する従来技術のシステムと対照的なところである。
【００２６】
図６Ｂでは、アイドラ軸体２８が旋回軸線３４周りに旋回し、これによって、アイドラローラ２６の回転軸線４８を調整し、軸線４８がワークピース軸線ＷＡと同一平面上にないようにする。これは、旋回軸線３４およびワークピース軸線ＷＡが平面Ｐ１で互いに同一平面上にある一方で、旋回軸線３４と回転軸線４８とが別の平面Ｐ２で互いに同一平面上にあることからわかる。結果として、ワークピース回転ベクトル５８は平面Ｐ１に対して平行のままであるが、ローラ回転ベクトル６０は軸方向に僅かに傾き、これにより、合成ベクトル６２が小さな軸方向の成分を含む。当該軸方向の力成分が軸ドリフトを打ち消すために用いられる。この点に関して、軸方向の力成分の方向は、アイドラ軸体２８の旋回方向を選択することによって制御される。軸方向の力成分の大きさは、ニュートラル旋回位置からのアイドラ軸体２８の旋回変位に比例して増加し、アイドラ軸体２８がニュートラル旋回位置からいずれかの旋回方向に９０度回転したときに最大に達する。ワークピースへの軸方向の力の大きさは、ワークピースＷとアイドラローラ２６との間の摩擦係数にも依存し、ドライブローラ１８とアイドラローラ１６との間のワークピース重量の分布にも依存する。
【００２７】
理論上、回転ロールシステムのアンチドリフト機構は、同じ摩擦係数がドライブローラ１８とアイドラローラ１６とに適用される限り、すべての摩擦係数で有効であろう。アンチドリフト機構は、合成ベクトル６２がワークピース軸線ＷＡとアイドラローラ軸線４８の最大ミスアライメント量以上にならない限りは、ドライブローラ１８とアイドラローラ２６との間の全てのワークピース重量分布で有効であろう。とはいっても、ワークピース重量がアイドラローラ２６からドライブローラ１８へシフトするにつれて、アンチドリフト機構は反応性が低くなることはわかる。
【００２８】
例として、表１に示すローラアライメント、ワークピースの真直度およびワークピースの真円度の詳記を下に、回転ロールシステム１０が作動するために、ワークピース重量の５０％以上がアイドラローラ２６に支持され、より具体的には、ワークピース重量の約６０％がアイドラローラで支持され、ワークピース重量の約４０％がドライブローラ１８で支持されることが推奨される。
【表１】
上記の詳記に基づくと、ワークピースおよびローラの最大初期ミスアライメントは０．３度と予想される。これらのパラメータの下で、ドライブローラ１８にワークピース重量の４０％を、アイドラローラ２６にワークピース重量の６０％を分配する設定では、予想される最大初期ミスアライメントの０．３度を補償するために、アイドラ軸体２８がニュートラルから±４５度旋回することが要求され；各旋回方向の残り４５度の旋回範囲は、アンチドリフト調整、または他の要因を補償するために利用することができる。
【００２９】
軸ドリフトを打ち消すためのアイドラ軸体２８の旋回調整は、アイドラ調整モータ３０を制御するための閉ループ制御システムを用いることによって自動的に実行される。このような制御システムの一例が、図７に概略的に示される。プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）７０が、各アイドラ調整モータ３０に接続され、駆動コマンドをモータ３０に供給し、各アイドラ軸体２８の旋回位置を調整する。各アイドラ軸体２８に関連したロータリエンコーダ７２が、入力としての旋回位置信号をＰＬＣ７０に供給し、関連するアイドラ軸体の旋回位置を示す。代わりに、回転位置センサを各アイドラ調整モータに組み込んで、旋回位置信号を供給するようにしてもよい。ドリフトセンサ３６により生成されるドリフト信号もＰＬＣ７０に入力される。ニュートラル位置から両旋回方向の最大旋回範囲を規定するために設けられたリミットタブ７６と連携して、リミットスイッチ７４を設けてもよい。図７では、リミットスイッチ７４が起動して対応するモータ３０が停止する前に、リミットタブはアイドラ軸体２８をいずれの旋回方向にも９０度旋回できるようにする。当然ながら、アイドラ軸体２８の旋回動作の範囲が他の範囲になるようにリミットタブ７６を設けてもよい。ＰＬＣは、アイドラ調整モータ３０を駆動して、アイドラ軸体２８を旋回させ、アイドラローラ軸線４８の方向を調整するようにプログラムされ、これによって、ドリフトセンサ３０からのドリフト信号を最小限に抑える。アイドラローラアッセンブリ２４Ａおよび２４Ｂが左右対称の関係にあることから、アイドラ軸体２８が両旋回方向（例えば、一方は時計周りで、他方は反時計周り）に旋回すると、ワークピースの両側に均等に分布した付加的なアンチドリフト効果が達成される。
【００３０】
上記のような実施例から、本願発明は、シリンダ状のワークピースが回転ロールシステムによってワークピース軸線周りに回転している際に、ワークピースの軸ドリフトに対抗する方法を含むことがわかるであろう。本方法は、概して、ワークピースを支持係合するように一対のアイドラローラを配置するステップを備え、前記一対のアイドラローラのそれぞれは、常にワークピース軸線に対して非平行にのびる回転軸線を有し；さらに、一対のアイドラローラの回転軸線を、一対のアイドラローラが軸方向の力成分をワークピースに付与するように位置合わせするステップを含む。本発明は、さらに、ワークピースの軸ドリフトの大きさおよび方向を検出するステップを備え、一対のアイドラローラの旋回軸線の位置合わせが、検出された軸ドリフトの大きさおよび方向によって決定され、また、一つのアイドラローラをそれぞれ支持する一対のアイドラ軸体を旋回することによって実行してもよい。この点に関して、閉ループフィードバックコントロールシステムを用いてもよい。ここで記載された実施形態から明らかなように、一対のアイドラ軸体のそれぞれを、ワークピース軸線に対して平行にのびるそれぞれの旋回軸線まわりに旋回させてもよい。本発明に係る軸ドリフトに対抗する方法は、一対のアイドラローラがワークピース重量の過半数を支持するように、一対のアイドラローラを位置決めすることを含んでもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ状のワークピースを回転するための回転ロールシステムであって、
第１のモータドライブと、
前記第１のモータドライブに動作可能に接続された一対のドライブローラと、を備え、前記一対のドライブローラは、互いに横方向に間隔をあけ、前記ワークピースをワークピース軸線周りに回転させるために前記ワークピースと摩擦回転係合するように設けられ、さらに、
前記一対のドライブローラから軸方向に間隔をあけ、前記ワークピースと摩擦回転係合するように設けられた一対のアイドラローラを備え、前記一対のアイドラローラの少なくとも一つは、前記ワークピース軸線に対して非平行にのびる回転軸線を有し、さらに、
前記一対のアイドラローラをそれぞれ支持する一対のアイドラ軸体を備え、前記一対のアイドラ軸体の少なくとも一つは、前記アイドラローラの前記回転軸線の方向を調整するために、前記アイドラ軸体の旋回軸線周りに旋回可能であり、
前記少なくとも一つのアイドラローラの前記回転軸線は、すべての調整方向で前記ワークピース軸に対して非平行であることを特徴とする回転ロールシステム。
【請求項２】
前記少なくとも一つのアイドラ軸体の前記旋回軸線は、前記ワークピース軸線に対して平行にのびることを特徴とする請求項１に記載の回転ロールシステム。
【請求項３】
前記少なくとも一つのアイドラ軸体の前記旋回軸線は、前記アイドラローラの前記回転軸線と非ゼロオフセット角を形成することを特徴とする請求項２に記載の回転ロールシステム。
【請求項４】
前記非ゼロオフセット角は、約１度であることを特徴とする請求項２に記載の回転ロールシステム。
【請求項５】
前記一対のアイドラローラのそれぞれは、すべての調整方向で前記ワークピース軸線に対して非平行にのびる回転軸線を有することを特徴とする請求項１に記載の回転ロールシステム。
【請求項６】
前記一対のアイドラ軸体のそれぞれは、前記ワークピース軸線に対して平行にのびる旋回軸線周りに旋回可能であることを特徴とする請求項５に記載の回転ロールシステム。
【請求項７】
前記一対のアイドラ軸体のそれぞれは、前記アイドラローラの前記回転軸線が前記ワークピース軸線と同一平面上に位置するニュートラル旋回位置を有することを特徴とする請求項５に記載の回転ロールシステム。
【請求項８】
前記一対のアイドラ軸体のそれぞれは、前記ニュートラル旋回位置から第１の旋回方向に旋回して前記アイドラローラの前記回転軸線を前記ワークピース軸線と非同一平面上になるように位置させて、前記アイドラローラが力成分を前記ワークピースに対して第１の軸方向に付与するようにし、さらに、前記ニュートラル旋回位置から第２の旋回方向に旋回して前記アイドラローラの前記回転軸線を前記ワークピース軸線と非同一平面上になるように位置させて、前記アイドラローラが力成分を前記ワークピースに対して前記第１の軸方向と反対の第２の軸方向に付与することを特徴とする請求項７に記載の回転ロールシステム。
【請求項９】
前記一対のアイドラ軸体に接続された第２のモータドライブを備え、前記第２のモータドライブは、前記一対のアイドラ軸体のそれぞれを旋回可能であり、さらに、
前記第２のモータドライブに接続され、制御コマンドを前記第２のモータドライブに発して、前記一対のアイドラ軸体を旋回させるコントローラを備えることを特徴とする請求項８に記載の回転ロールシステム。
【請求項１０】
前記ワークピースの軸ドリフトを検出し、検出した前記軸ドリフトの大きさおよび方向を示すドリフト信号を発生させるように設けられたドリフトセンサを備え、前記ドリフト信号は前記コントローラに入力され、前記コントローラはドリフト信号に応じて前記第２のモータドライブに指令を出し、前記検出した軸ドリフトの大きさを減少するように前記一対のアイドラ軸体を旋回させるようにプログラムされていることを特徴とする請求項９に記載の回転ロールシステム。
【請求項１１】
一対のアイドラローラと協働してシリンダ状のワークピースを支持する一対の動力付きのドライブローラを有し、前記一対のドライブローラがトルクを前記ワークピースに付与して、前記ワークピースをワークピース軸線周りに回転させる回転ロールシステムにおいて、
それぞれが前記ワークピース軸線に対して平行にのびるそれぞれの旋回軸線周りに旋回可能な一対のアイドラ軸体と、
それぞれが前記一対のアイドラ軸体のそれぞれに支持されて、対応する前記アイドラ軸体の前記旋回軸線と非ゼロオフセット角を形成する軸線周りに回転可能な一対のアイドラローラと、を備えることを特徴とする改良。
【請求項１２】
前記非ゼロオフセット角が約１度であることを特徴とする請求項１１に記載の改良。
【請求項１３】
前記アイドラ軸体のそれぞれは、前記アイドラローラの前記回転軸線が前記ワークピース軸線と同一平面上に位置するニュートラル旋回位置を有することを特徴とする請求項１１に記載の改良。
【請求項１４】
前記アイドラ軸体のそれぞれは、前記ニュートラル旋回位置から第１の旋回方向に旋回して前記アイドラローラの前記回転軸線を前記ワークピース軸線と非同一平面上になるように位置させて、前記アイドラローラが力成分を前記ワークピースに対して第１の軸方向に付与するようにし、さらに、前記ニュートラル旋回位置から第２の旋回方向に旋回して前記アイドラローラの前記回転軸線を前記ワークピース軸線と非同一平面上になるように位置させて、前記アイドラローラが力成分を前記ワークピースに対して前記第１の軸方向と反対の第２の軸方向に付与することを特徴とする請求項１３に記載の改良。
【請求項１５】
前記アイドラ軸体のそれぞれに接続されたモータドライブを備え、前記モータドライブは、前記アイドラ軸体のそれぞれをその旋回軸線周りに旋回可能であり、さらに、
前記第２のモータドライブに接続され、制御コマンドを前記第２のモータドライブに発して、前記一対のアイドラ軸体を旋回させるコントローラを備えることを特徴とする請求項１１に記載の改良。
【請求項１６】
前記ワークピースの軸ドリフトを検出し、検出した前記軸ドリフトの大きさおよび方向を示すドリフト信号を発生させるように設けられたドリフトセンサを備え、前記ドリフト信号は前記コントローラに入力され、前記コントローラはドリフト信号に応じて前記モータドライブに指令を出し、前記検出した軸ドリフトの大きさを減少するように前記アイドラ軸体を旋回させるようにプログラムされていることを特徴とする請求項１５に記載の改良。
【請求項１７】
シリンダ状のワークピースが回転ロールシステムによってワークピース軸線周りに回転している際に、前記ワークピースの軸ドリフトに対向する方法であって、
前記ワークピースに支持係合するように一対のアイドラローラを設けるステップを備え、前記一つのアイドラローラのそれぞれは、常にワークピース軸線に対して非平行にのびる回転軸線を有し、さらに、
前記一対のアイドラローラの前記回転軸線を、前記一対のアイドラローラが軸方向の力成分を前記ワークピースに付与するように位置合わせするステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
さらに、前記ワークピースの軸ドリフトの大きさおよび方向を検出するステップを備え、前記一対のアイドラローラの前記回転軸線の位置合わせが、前記検出した軸ドリフトの大きさおよび方向によって決定されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記一対のアイドラローラの前記回転軸線の位置合わせが、前記一対のアイドラローラをそれぞれ支持する一対のアイドラ軸体を旋回させることによって実行されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記一対のアイドラ軸体のそれぞれが、ワークピース軸線に対して平行にのびるそれぞれの旋回軸線周りに旋回することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ワークピースに支持係合するように一対のアイドラローラを設けるステップが、前記一対のアイドラローラが前記ワークピースの重量の過半数を支持するように、前記一対のアイドラローラを位置決めすることを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１】
シリンダ状のワークピースを回転するための回転ロールシステムであって、
第１のモータドライブと、
前記第１のモータドライブに動作可能に接続された一対のドライブローラと、を備え、前記一対のドライブローラは、互いに横方向に間隔をあけ、前記ワークピースをワークピース軸線周りに回転させるために前記ワークピースと摩擦回転係合するように設けられ、さらに、
前記一対のドライブローラから軸方向に間隔をあけ、前記ワークピースと摩擦回転係合するように設けられた一対のアイドラローラを備え、前記一対のアイドラローラの少なくとも一つは、前記ワークピース軸線に対して非平行にのびる回転軸線を有し、さらに、
前記一対のアイドラローラをそれぞれ支持する一対のアイドラ軸体を備え、前記一対のアイドラ軸体の少なくとも一つは、前記アイドラローラの前記回転軸線の方向を調整するために、前記アイドラ軸体の旋回軸線周りに旋回可能であり、
前記少なくとも一つのアイドラローラの前記回転軸線は、すべての調整方向で前記ワークピース軸に対して非平行であることを特徴とする回転ロールシステム。
【請求項２】
前記少なくとも一つのアイドラ軸体の前記旋回軸線は、前記ワークピース軸線に対して平行にのびることを特徴とする請求項１に記載の回転ロールシステム。
【請求項３】
前記少なくとも一つのアイドラ軸体の前記旋回軸線は、前記アイドラローラの前記回転軸線と非ゼロオフセット角を形成することを特徴とする請求項２に記載の回転ロールシステム。
【請求項４】
前記非ゼロオフセット角は、約１度であることを特徴とする請求項２に記載の回転ロールシステム。
【請求項５】
前記一対のアイドラローラのそれぞれは、すべての調整方向で前記ワークピース軸線に対して非平行にのびる回転軸線を有することを特徴とする請求項１に記載の回転ロールシステム。
【請求項６】
前記一対のアイドラ軸体のそれぞれは、前記ワークピース軸線に対して平行にのびる旋回軸線周りに旋回可能であることを特徴とする請求項５に記載の回転ロールシステム。
【請求項７】
前記一対のアイドラ軸体のそれぞれは、前記アイドラローラの前記回転軸線が前記ワークピース軸線と同一平面上に位置するニュートラル旋回位置を有することを特徴とする請求項５に記載の回転ロールシステム。
【請求項８】
前記一対のアイドラ軸体のそれぞれは、前記ニュートラル旋回位置から第１の旋回方向に旋回して前記アイドラローラの前記回転軸線を前記ワークピース軸線と非同一平面上になるように位置させて、前記アイドラローラが力成分を前記ワークピースに対して第１の軸方向に付与するようにし、さらに、前記ニュートラル旋回位置から第２の旋回方向に旋回して前記アイドラローラの前記回転軸線を前記ワークピース軸線と非同一平面上になるように位置させて、前記アイドラローラが力成分を前記ワークピースに対して前記第１の軸方向と反対の第２の軸方向に付与することを特徴とする請求項７に記載の回転ロールシステム。
【請求項９】
前記一対のアイドラ軸体に接続された第２のモータドライブを備え、前記第２のモータドライブは、前記一対のアイドラ軸体のそれぞれを旋回可能であり、さらに、
前記第２のモータドライブに接続され、制御コマンドを前記第２のモータドライブに発して、前記一対のアイドラ軸体を旋回させるコントローラを備えることを特徴とする請求項８に記載の回転ロールシステム。
【請求項１０】
前記ワークピースの軸ドリフトを検出し、検出した前記軸ドリフトの大きさおよび方向を示すドリフト信号を発生させるように設けられたドリフトセンサを備え、前記ドリフト信号は前記コントローラに入力され、前記コントローラはドリフト信号に応じて前記第２のモータドライブに指令を出し、前記検出した軸ドリフトの大きさを減少するように前記一対のアイドラ軸体を旋回させるようにプログラムされていることを特徴とする請求項９に記載の回転ロールシステム。
【請求項１１】
一対のアイドラローラと協働してシリンダ状のワークピースを支持する一対の動力付きのドライブローラを有し、前記一対のドライブローラがトルクを前記ワークピースに付与して、前記ワークピースをワークピース軸線周りに回転させる回転ロールシステムにおいて、
それぞれが前記ワークピース軸線に対して平行にのびるそれぞれの旋回軸線周りに旋回可能な一対のアイドラ軸体と、
それぞれが前記一対のアイドラ軸体のそれぞれに支持されて、対応する前記アイドラ軸体の前記旋回軸線と非ゼロオフセット角を形成する軸線周りに回転可能な一対のアイドラローラと、を備えることを特徴とする改良。
【請求項１２】
前記非ゼロオフセット角が約１度であることを特徴とする請求項１１に記載の改良。
【請求項１３】
前記アイドラ軸体のそれぞれは、前記アイドラローラの前記回転軸線が前記ワークピース軸線と同一平面上に位置するニュートラル旋回位置を有することを特徴とする請求項１１に記載の改良。
【請求項１４】
前記アイドラ軸体のそれぞれは、前記ニュートラル旋回位置から第１の旋回方向に旋回して前記アイドラローラの前記回転軸線を前記ワークピース軸線と非同一平面上になるように位置させて、前記アイドラローラが力成分を前記ワークピースに対して第１の軸方向に付与するようにし、さらに、前記ニュートラル旋回位置から第２の旋回方向に旋回して前記アイドラローラの前記回転軸線を前記ワークピース軸線と非同一平面上になるように位置させて、前記アイドラローラが力成分を前記ワークピースに対して前記第１の軸方向と反対の第２の軸方向に付与することを特徴とする請求項１３に記載の改良。
【請求項１５】
前記アイドラ軸体のそれぞれに接続されたモータドライブを備え、前記モータドライブは、前記アイドラ軸体のそれぞれをその旋回軸線周りに旋回可能であり、さらに、
前記第２のモータドライブに接続され、制御コマンドを前記第２のモータドライブに発して、前記一対のアイドラ軸体を旋回させるコントローラを備えることを特徴とする請求項１１に記載の改良。
【請求項１６】
前記ワークピースの軸ドリフトを検出し、検出した前記軸ドリフトの大きさおよび方向を示すドリフト信号を発生させるように設けられたドリフトセンサを備え、前記ドリフト信号は前記コントローラに入力され、前記コントローラはドリフト信号に応じて前記モータドライブに指令を出し、前記検出した軸ドリフトの大きさを減少するように前記アイドラ軸体を旋回させるようにプログラムされていることを特徴とする請求項１５に記載の改良。
【請求項１７】
シリンダ状のワークピースが回転ロールシステムによってワークピース軸線周りに回転している際に、前記ワークピースの軸ドリフトに対向する方法であって、
前記ワークピースに支持係合するように一対のアイドラローラを設けるステップを備え、前記一つのアイドラローラのそれぞれは、常にワークピース軸線に対して非平行にのびる回転軸線を有し、さらに、
前記一対のアイドラローラの前記回転軸線を、前記一対のアイドラローラが軸方向の力成分を前記ワークピースに付与するように位置合わせするステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
さらに、前記ワークピースの軸ドリフトの大きさおよび方向を検出するステップを備え、前記一対のアイドラローラの前記回転軸線の位置合わせが、前記検出した軸ドリフトの大きさおよび方向によって決定されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記一対のアイドラローラの前記回転軸線の位置合わせが、前記一対のアイドラローラをそれぞれ支持する一対のアイドラ軸体を旋回させることによって実行されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記一対のアイドラ軸体のそれぞれが、ワークピース軸線に対して平行にのびるそれぞれの旋回軸線周りに旋回することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ワークピースに支持係合するように一対のアイドラローラを設けるステップが、前記一対のアイドラローラが前記ワークピースの重量の過半数を支持するように、前記一対のアイドラローラを位置決めすることを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【公表番号】特表２０１３−５１０７３１（Ｐ２０１３−５１０７３１Ａ）
【公表日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３８９１７（Ｐ２０１２−５３８９１７）
【出願日】平成２２年１１月１０日（２０１０．１１．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５６０９３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５９９８８
【国際公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（５１００８９６７２）コイケ アロンソン インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１０日（２０１０．１１．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５６０９３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５９９８８
【国際公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（５１００８９６７２）コイケ アロンソン インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]