磁気軸受式チューブラー型撚線機
【課題】チューブの動バランスの調整の簡易化と低振動化を図り、極細線ケーブルに適用可能な、高速・低騒音・低消費電力・高稼働率のチューブラー型撚線機を提供する。
【解決手段】長手方向の回転軸の廻りに回転駆動されるチューブ１０と、素線ボビン２０と、素線ボビンをチューブの長手方向に配列し、チューブの回転に伴って回転しないようにチューブの回転軸に軸承されるクレードル３０と、素線ボビンから引き出されてチューブの外周部を介してチューブの一端側に導かれた素線を集合する集合ダイス６０と、チューブの回転によって撚り合わされた撚線を引き取る引取装置７０とを備え、チューブの回転軸を軸承する軸受として磁気軸受７０を用い、チューブの回転軸を回転駆動する駆動装置として回転軸を非接触で駆動するビルトインモータ８０を用い、チューブの同一回転軸上にビルトインモータと磁気軸受を配備することによって簡易な動バランスの調整を行うだけで運転中のチューブの振動を大幅に低減させた。
【解決手段】長手方向の回転軸の廻りに回転駆動されるチューブ１０と、素線ボビン２０と、素線ボビンをチューブの長手方向に配列し、チューブの回転に伴って回転しないようにチューブの回転軸に軸承されるクレードル３０と、素線ボビンから引き出されてチューブの外周部を介してチューブの一端側に導かれた素線を集合する集合ダイス６０と、チューブの回転によって撚り合わされた撚線を引き取る引取装置７０とを備え、チューブの回転軸を軸承する軸受として磁気軸受７０を用い、チューブの回転軸を回転駆動する駆動装置として回転軸を非接触で駆動するビルトインモータ８０を用い、チューブの同一回転軸上にビルトインモータと磁気軸受を配備することによって簡易な動バランスの調整を行うだけで運転中のチューブの振動を大幅に低減させた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、チューブを高速回転させることによって素線の撚り合わせを行うチューブラー型撚線機に関し、特に軸受部に磁気軸受を使用したチューブラー型撚線機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のチューブラー型撚線機は、例えば特許文献１に示されるように、長手方向がほぼ水平に載置され、長手方向の回転軸の廻りに回転駆動されるチューブと、チューブ内に装着され、撚り合わされる素線が巻かれた複数の素線ボビンと、チューブ内に素線ボビンを長手方向に配列して装着する素線ボビン装着機構であって、チューブの回転に伴って素線ボビンが供廻りしないように軸受を介してチューブの回転軸に軸承される複数のクレードルと、各クレードルに装着された各ボビンから引き出された素線を集合する集合ダイスと、チューブを回転させることによって集合ダイスの撚点において撚り合わされた撚線を引き取る引取装置とを備える。
【０００３】
チューブを回転させるため、チューブの長手方向の両側の回転軸は軸受により軸承され、チューブの回転軸はベルトを介して駆動モータにより駆動される。
【０００４】
ここで、チューブの回転軸を支持する軸受は、当初は接触式の転がり軸受が用いられていたが、接触式の転がり軸受では許容回転があるため、チューブ回転数は常用で５０００ｒｐｍ（最大５５００ｒｐｍ）程度が限界であり、このときチューブの回転軸は変位３０μｍ程度の機械振動が発生し、振動に起因する素線の断線が多発していた。
このため、出願人は、振動に起因する素線の断線を低減し、高速回転化による生産性の向上を図るため、重量の大きい集合ダイス側の軸受に非接触式の静圧式空気軸受を使用し、チューブ回転数６５００ｒｐｍ（最大８０００ｒｐｍ）で、チューブの回転軸の機械振動値が変位１０μｍ以下のチューブラー型撚線機を実用化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２０００８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のように、従来のチューブラー型撚線機において、チューブの軸承に静圧式空気軸受を使用することによりチューブの振動は低減されたものの、現状においても、チューブの振動によって素線ボビンに巻かれている線材の巻き崩れや微妙な張力変動を起こすため、素線の断線の問題は根絶しておらず、更なるケーブルの極細線化に当っては課題となっている。
【０００７】
また、従来のチューブラー型撚線機では、運転中のチューブの振動を低減するために、装置の組立時にチューブの動バランスを厳密に調整する必要があったが、チューブ内にはクレードルという可動体を含むため、チューブの動バランスを厳密に調整することは極めて難しく、これまで動バランスの調整に多大な工数を要するなど、装置の組立コストを大きくする要因となっていた。
【０００８】
また、静圧式空気軸受は、エアーを連続放出する必要があることから大きな騒音を発生し、コンプレッサを常時稼動する必要があるため、消費電力も大きいという問題がある。
【０００９】
更には、静圧式空気軸受は、オペレータの操作ミスなどにより動バランスが崩れた場合に、ロータと軸受が接触して焼き付けを起こす可能性があり、安全性や生産性の観点から改善することが望ましい。
【００１０】
本願発明は、上記のような従来のチューブラー型撚線機の問題点を解決するためになされたものであり、チューブの動バランスの調整の簡易化を図るとともに、高速回転中のチューブの振動を低減することによって、素線の断線を防止し、極細線ケーブルへの適応を可能とし、高速・低騒音・低消費電力・高稼働率のチューブラー型撚線機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明にかかるチューブラー型撚線機は、長手方向がほぼ水平に載置され、前記長手方向の回転軸の廻りに回転駆動される筒状のチューブと、前記チューブ内に装着され、撚り合わされる素線が巻き取られた複数の素線ボビンと、前記複数の素線ボビンの各々を、巻き取られた素線を引き出し可能に、前記チューブ内の長手方向に配列して装着する素線ボビン装着機構であって、前記チューブの回転に伴って前記素線ボビン装着機構が回転しないように前記チューブの回転軸に軸承される軸受をそれぞれ有する複数のクレードルと、前記各クレードルに装着された各素線ボビンから引き出され、前記チューブの外周部を介して前記チューブの長手方向の一端側に導かれた各素線を集合する集合ダイスと、前記チューブの回転によって前記集合ダイスに集合された各素線が撚り合わされて形成された撚線を引き取る引取装置とを備えたチューブラー型撚線機であって、前記チューブの回転軸の両端側において回転軸の径方向を軸承するラジアル軸受として、前記チューブの回転軸の径方向の周囲に配備された複数のラジアル電磁石と、前記チューブの回転軸の少なくとも２つの径方向の変位量を検出するラジアル変位センサを有し、前記ラジアル変位センサにより検出されたチューブの回転軸の径方向の変位量に基づいて前記複数のラジアル電磁石を励磁し、前記チューブの回転軸の径方向の位置を所定の回転中心に位置決めするラジアル磁気軸受を用い、前記チューブの回転軸を回転駆動する駆動装置として、前記チューブの回転軸を非接触で回転駆動するビルトインモータを用い、前記チューブの同一回転軸に対して、非接触で回転駆動するビルトインモータと非接触で軸承するラジアル磁気軸受を配備したものである。
【００１２】
この発明によれば、チューブの回転軸の両端側においてチューブの回転軸の径方向を軸承するラジアル軸受として、チューブの回転軸の径方向の周囲に配備された複数のラジアル電磁石と、チューブの回転軸の少なくとも２つの径方向の変位量を検出するラジアル変位センサを有し、ラジアル変位センサにより検出されたチューブの回転軸の径方向の変位量に基づいて複数のラジアル電磁石を励磁し、チューブの回転軸の径方向の位置を所定の回転中心に位置決めするラジアル磁気軸受を用いたので、チューブの動バランスが厳密に調整されなくても、運転中のチューブの回転軸の径方向の位置が所定の回転中心に常に精度よく位置決めされ、チューブの振動が飛躍的に低減される。
また、この発明によれば、チューブの回転軸を回転駆動する駆動装置として、チューブの回転軸を非接触で回転駆動するビルトインモータを用い、チューブの同一回転軸に対して、非接触で回転駆動するビルトインモータと非接触で軸承するラジアル磁気軸受を配備するようにしたので、ラジアル磁気軸受により所定の回転中心に位置決めされたチューブの回転軸に対して、従来のベルトドライブのように径方向に変位させる力が発生せず、より安定にチューブの回転軸の振動が低減される。
【００１３】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記チューブの回転軸の軸方向を軸承するアキシャル軸受として、前記チューブの回転軸の一端側に固定され、径方向に円盤状に形成されたアキシャルディスクと、前記アキシャルディスクの径方向周辺部において軸方向の両側に配備された少なくとも一対のアキシャル電磁石と、前記アキシャルディスクの軸方向の変位を検出するアキシャル変位センサを有し、前記アキシャル変位センサにより検出されたチューブの回転軸の軸方向の変位量に基づいて前記アキシャル電磁石を励磁し、前記チューブの回転軸の軸方向の位置を所定位置に位置決めするアキシャル磁気軸受を用いたものであることが好ましい。
【００１４】
この発明によれば、チューブの回転軸の軸方向を軸承するアキシャル軸受として、チューブの回転軸の一端側に固定され、径方向に円盤状に形成されたアキシャルディスクと、アキシャルディスクの径方向周辺部において軸方向の両側に配備された少なくとも一対のアキシャル電磁石と、アキシャルディスクの軸方向の変位を検出するアキシャル変位センサを有し、アキシャル変位センサにより検出されたチューブの回転軸の軸方向の変位量に基づいてアキシャル電磁石を励磁し、チューブの回転軸の軸方向の位置を所定位置に位置決めするアキシャル磁気軸受を用いたので、チューブの動バランスが厳密に調整されなくても、運転中のチューブの回転軸の軸方向の位置が所定位置に常に精度よく位置決めされ、チューブの回転軸の振動が更に低減される。
また、この発明によれば、チューブの回転軸の径方向の軸受とともに軸方向の軸受を磁気軸受化し、チューブの同一回転軸に対して、非接触で回転駆動するビルトインモータと非接触で径方向を軸承するラジアル磁気軸受と非接触で軸方向を軸承するアキシャル磁気軸受を配備するようにしたので、運転中にチューブは完全に筐体と非接触の状態に保持され、筐体に伝達される機械振動が抑制され、騒音が大幅に低減される。
【００１５】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記クレードルは、前記素線ボビンの装着穴を上方から挿入し、前記素線ボビンを軸廻りに所定のトルクで回転可能に支持する下部ボビン支持部材であって、上方に向かってテーパ加工された下部ボビンガイド部を備えた下部ボビン支持部材と、前記素線ボビンを前記下部ボビン支持部材に挿入した後に、前記素線ボビンの装着穴の上方より挿入して前記下部ボビン支持部材に嵌合させて前記素線ボビンを固定する上部ボビン支持部材であって、下方に向かってテーパ加工された上部ボビンガイド部を備えた上部ボビン支持部材と、前記上部ボビン支持部材を下方に押し下げる付勢手段と、前記付勢手段により前記上部ボビン支持部材を押し下げた後に前記付勢手段を前記下部ボビン支持部材に固定するロック手段とを有するものであることが好ましい。
【００１６】
この発明によれば、クレードルは、素線ボビンの装着穴を上方から挿入し、素線ボビンを軸廻りに所定のトルクで回転可能に支持する下部ボビン支持部材と、素線ボビンを下部ボビン支持軸に挿入した後に、素線ボビンの装着穴の上方より挿入して下部ボビン支持部材に嵌合させて素線ボビンを固定する上部ボビン支持部材とを有し、下部ボビン支持部材には上方に向かってテーパ加工された上部ボビンガイド部を備え、上部ボビン支持部材には下方に向かってテーパ加工された上部ボビンガイド部を備え、上部ボビン支持部材を下方に押し下げる付勢手段と、付勢手段により上部ボビン支持部材を押し下げた後に付勢手段を下部ボビン支持部材に固定するロック手段を有するので、素線ボビンを下部ボビン支持部材に挿入した後に、素線ボビンの上方より上部ボビン支持部材を挿入し、付勢手段により上部ボビン支持部材を押し下げて下部ボビン支持部材にロックすることで、素線ボビンをワンタッチで精度よく心出してクレードルに装着することができる。
【００１７】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記クレードルは、装着された素線ボビンとともに回転する反射板であって、回転方向に光ビームを反射する部分と反射しない部分とを含む反射板を有し、前記反射板に対して光ビームを照射し、前記反射板からの反射パルスを検出することによって素線ボビンの回転を検出し、前記反射パルスが検出されないときに素線切れが発生したと判断する断線検出センサを前記チューブ周辺の前記各クレードルの前記反射板に対応する位置に備え、前記チューブの外周肉厚部の各クレードルの素線ボビンに対応して設けられた窓を通して前記反射板からの反射パルスを検出するものであって、前記チューブの外周部の外表面を黒色コーティングし、前記断線検出センサは、前記反射板からの反射光を前記チューブの窓以外の部分が遮蔽することによって生ずる疑似反射パルスをマスクするマスク手段を備えたものであることが好ましい。
【００１８】
この発明によれば、クレードルに装着された素線ボビンとともに回転する反射板であって、回転方向に光ビームを反射する部分と反射しない部分を含む反射板に対して光ビームを照射し、反射板からの反射パルスを検出して素線ボビンの回転を検出し、反射パルスが停止したときに素線切れが発生したと判断する断線検出センサをチューブ周辺の各クレードルの反射板に対応する位置に備え、チューブの窓を通して反射板からの反射パルスを検出するので、チューブ内に備えた断線検出センサからチューブ外に断線検出信号を伝達するための複雑な信号伝達手段を設ける必要が無く、簡便に素線切れを検出できる。
また、チューブの外周部の外表面を黒色コーティングし、断線検出センサに、反射板からの反射パルスのうちチューブの窓の通過によって生ずる疑似反射パルスをマスクするマスク手段を備えるので、チューブが回転しているときのチューブの外周部の外表面からの外乱が抑制されるとともに、反射板が断線検出センサからの光ビームを反射する位置で停止した場合においてもチューブの回転によって生ずる疑似反射パルスが抑制され、素線切れを正しく判断することができる。
【００１９】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記引取装置は、駆動モータにより回転駆動される駆動側キャプスタンと、自由回転する従動側キャプスタンとを有し、前記集合ダイスから引き出された撚線を、前記従動側キャプスタンと前記駆動側キャプスタンの間で複数回周回させて引き取るものであって、
前記従動側キャプスタンは、前記撚線の周回ターン毎にそれぞれ独立の回転ホイールを備え、前記各回転ホイールにはそれぞれ独立の回転軸受を備えたものであることが好ましい。
【００２０】
この発明によれば、引取装置の従動側キャプスタンは、撚線の周回ターン毎にそれぞれ独立の軸受を有する独立の回転ホイールを備えるようにしたので、撚線の周回ターンのそれぞれにおいて生ずる回転角度のずれが独立の回転ホイールによって吸収され、撚線の損傷が抑制されるとともに撚線の断線を防止して安定に引き取ることができる。
【００２１】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記引取装置は、前記駆動側キャプスタンの回転速度を、指定された回転数指令に常時追従させるように前記駆動モータを制御するサーボ手段を有し、前記チューブの回転開始から回転終了までの全期間に亘って、前記チューブの回転速度を回転速度検出手段により常時検出し、前記回転速度検出手段により検出された前記チューブの回転速度と一定の比率となる駆動側キャプスタンの回転数指令を常時演算し、前記演算された駆動側キャプスタンの回転数指令を前記サーボ手段に随時提供する制御手段を備えたものであることが好ましい。
【００２２】
この発明によれば、引取装置は、駆動側キャプスタンの回転速度を、指定された回転数指令に常時追従させるサーボ手段を有し、チューブの回転開始から回転終了までの全期間に亘って、チューブの回転速度検出手段により検出されたチューブの回転速度と一定の比率となる駆動側キャプスタンの回転数指令を常時演算し、サーボ手段に随時提供する制御手段を備えるので、チューブの回転速度に対して常に一定の比率で撚線が引き取られ、チューブの回転を起動する加速期間やチューブの回転を停止する減速期間においても一定の撚線ピッチを確保することができ、撚線の生産効率を更に向上させることができる。
【００２３】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記各クレードルの各素線ボビンから引き出され、前記チューブの外周部を介して前記集合ダイスまで導かれる各素線は、前記各クレードルの素線引出部から前記集合ダイスの近傍に至るまで、素線をガイドする素線ガイドパイプ内を通過させるようにしたものであって、前記チューブの外周肉厚部には、前記素線ガイドパイプを挿通させる挿通穴を有し、前記素線ガイドパイプのうち前記チューブの外周部を長手方向に素線を導く素線ガイドパイプは、前記挿通穴に対して着脱自在および／または回転可能に装着されたものであることが好ましい。
【００２４】
この発明によれば、各クレードルの各素線ボビンから引き出されてチューブの外周部を介して集合ダイスまで導かれる各素線は、各クレードルの素線引出部から集合ダイスの近傍に至るまで素線ガイドパイプ内を通過させるようにしたので、チューブを高速回転させたときの遠心力による素線の径方向への張り出しが防止されるとともに張力の上昇が抑制される。これにより、素線への外的または内的なダメージが低減され、断線の発生が抑制されるとともに、チューブをより高速に回転させることができ、更に稼働率を向上させることができる。
また、この発明によれば、素線ガイドパイプのうちチューブの外周部を長手方向に素線を導く部分は、チューブの外周肉厚部に設けられた挿通穴に装着されるので、チューブの外周部分に突起物が形成されず、素線ガイドパイプによる風切り音が発生せず、騒音が抑制される。
また、この発明によれば、チューブの外周肉厚部に設けられた挿通穴に装着される素線ガイドパイプは、着脱自在および／または回転可能に装着されるので、素線を繰り返し通過させた場合でもチューブの挿通穴に直接損傷を与えることがなく、素線ガイドパイプに損傷を生じた場合でも素線ガイドパイプを交換または回転することによって簡便に対応することができ、メンテナンスコストが低減される。
【００２５】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記チューブを総削りにより外周表面に突起を有しないように形成したものであることが好ましい。
【００２６】
この発明によれば、チューブを総削りにより外周表面に突起を有しないように形成したので、チューブを高速回転させたときのチューブの外周部における空気抵抗が更に抑制され、騒音がより低減される。
【００２７】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、開閉機構を有し、前記チューブを収容する本体カバーを備え、前記本体カバーは、前記チューブの下部外周面に対して断面が前記チューブと略同心円となる半割れの下部チューブカバーを備え、前記開閉機構は、前記チューブの上部外周面に対して断面が前記チューブと略同心円となる半割れの上部チューブカバーを備え、前記開閉機構を閉止したときに、前記下部チューブカバーと前記上部チューブカバーとが密接し、前記下部チューブカバーと前記上部チューブカバーとにより形成される断面が前記チューブと略同心円の円筒状カバーによって前記チューブの外周面が覆われるようにしたものであることが好ましい。
【００２８】
この発明によれば、チューブを収容する本体カバーは、開閉機構を閉止したときに、チューブに対して略同心円となる円筒状のカバーによってチューブが覆われるので、チューブと本体カバーの間の外周方向の間隙が略一定となり、チューブを高速回転させたときの風切り音が抑制され、騒音がより低減される。
【００２９】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記ラジアル磁気軸受は、制御異常が発生した際に前記チューブの回転軸の径方向を軸承するタッチダウン軸受を備え、前記タッチダウン軸受は、前記チューブの回転軸の径方向の周囲に小径の複数の転がり軸受を配備したものであることが好ましい。
【００３０】
この発明によれば、ラジアル磁気軸受は、制御異常が発生した際にチューブの回転軸の荷重を支持するタッチダウン軸受として、チューブの回転軸の径方向の周囲に小径の複数の転がり軸受を配備したものを用いたので、ラジアル磁気軸受に制御異常が発生した場合でも、重量物であるチューブの荷重を支持して磁気軸受やチューブの回転軸の損傷を安全かつ確実に回避することができる。
また、万一タッチダウン軸受が損傷した場合でも、損傷した小径の転がり軸受部分のみを交換すれば足り、補修時間や補修コストを大幅に低減できる。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように、本願発明によれば、チューブの動バランスの調整が簡単化されるとともに、高速回転するチューブの機械振動が低減され、振動に起因する断線の発生が防止され、極細線ケーブルに適用可能な、高速・低騒音・低消費電力・高稼働率のチューブラー型撚線機を提供できる。
【００３２】
本願発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機の断面図解 図である。
【図２】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機の磁気軸受 とビルトインモータ部分の断面図解図である。
【図３】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機のタッチダウ ン軸受の断面図解図である。
【図４】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機のクレードル 部の断面図解図である。
【図５】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機の引取装置の 断面図解図である。
【図６】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機の本体カバー の断面図解図である。
【図７】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機の制御システ ムの概略構成図である。
【図８】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機の制御装置の 制御タイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー撚線機の断面図解図を示す。
本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー撚線機１００は、長手方向がほぼ水平に載置され、長手方向の回転軸の廻りに回転駆動される筒状のチューブ１０と、チューブ１０内に装着され、撚り合わされる素線が巻き取られた複数の素線ボビン２０と、複数の素線ボビン２０の各々を、巻き取られた素線を引き出し可能に、チューブ１０内の長手方向に配列して装着する素線ボビン装着機構であって、チューブ１０の回転に伴って素線ボビン装着機構が回転しないようにチューブ１０の回転軸に軸承される軸受をそれぞれ有する複数のクレードル３０と、各クレードル３０に装着された各素線ボビン２０から引き出されてチューブ１０の外周部を介してチューブ１０の長手方向の一端側に導かれた各素線を集合する集合ダイス５０と、チューブ１０の回転によって集合ダイス５０に集合された各素線が撚り合わされて形成される撚線を引き取る引取装置６０と、チューブ１０の回転を非常停止させるブレーキ９０を、本体架台１上に備える。
【００３５】
なお、本実施形態では、チューブ１０内には６個のクレードル３０を備えており、それぞれに対して素線ボビン２０を装着できるほか、後部チューブロータ軸１２ｂの左端側において素線ボビンを装着可能な固定の素線ボビン装着機構を２個備えることができ、最大で８本の素線を用いて撚線を生産することができる。
【００３６】
ここで、チューブ１０の回転軸の両端側においてチューブの回転軸の径方向を軸承するラジアル軸受として、前部チューブロータ軸１２ａには前部ラジアル磁気軸受７０ａを備え、後部チューブロータ軸１２ｂには後部ラジアル磁気軸受７０ｂを備える。
チューブ１０の回転軸の一端側においてチューブの回転軸の軸方向を軸承するアキシャル軸受として、後部チューブロータ軸１２ｂに後部アキシャル磁気軸受７０ｃを備える。
また、チューブ１０の回転軸を回転駆動する駆動装置として、後部チューブロータ軸１２ｂにはベルトを介さずに後部チューブロータ軸１２ｂを非接触で直接回転駆動するビルトインモータ８０を備える。
【００３７】
図２に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー撚線機１００の磁気軸受７０ａ，７０ｂ，７０ｃとビルトインモータ８０の部分の断面図解図を示す。
前部ラジアル磁気軸受７０ａは、本体架台１に固定され、前部チューブロータ軸１２ａの径方向の外周を囲うように設置される前部ラジアルステータ７２ａと、前部ラジアルステータ７２ａの内側において前部チューブロータ軸１２ａの外周面に対して所定のギャップを持って等間隔に配備された３２個のラジアル電磁石７３ａと、前部ラジアルステータ７２ａに固定され、前部チューブロータ軸１２ａの径方向の対向する位置において前部チューブロータ軸１２ａの外周面との距離の変位を計測する一対の変位センサを前部チューブロータ軸１２ａの径方向の直行する２方向に設けた前部ラジアル変位センサ７４ａと、前部ラジアルステータ７２ａに固定され、前部ラジアル磁気軸受の制御に異常が発生した場合に前部ラジアル電磁石７３ａを保護するように、前部ラジアル電磁石７３ａの内径面より内側に接触面を有する前部ラジアルタッチダウン軸受７６ａとを備える。
【００３８】
同様に、後部ラジアル磁気軸受７０ｂは、本体架台１に固定され、後部チューブロータ軸１２ｂの径方向の外周を囲うように設置される後部ラジアルステータ７２ｂと、後部ラジアルステータ７２ｂの内側において後部チューブロータ軸１２ｂの外周面に対して所定のギャップを持って等間隔に配備された６個のラジアル電磁石７３ｂと、後部ラジアルステータ７２ｂに固定され、後部チューブロータ軸１２ｂの径方向の対向する位置において後部チューブロータ軸１２ｂの外周面との距離の変位を計測する一対の変位センサを後部チューブロータ軸１２ｂの径方向の直行する２方向に設けられた後部ラジアル変位センサ７４ｂと、後部ラジアルステータ７２ｂに固定され、後部ラジアル磁気軸受の制御に異常が発生した場合に後部ラジアル電磁石７３ｂを保護するように、後部ラジアル電磁石７３ｂの内径面よりも内側に接触面を有する後部ラジアルタッチダウン軸受７６ｂとを備える。
【００３９】
アキシャル磁気軸受７０ｃは、後部チューブロータ軸１２ｂに固定され、後部チューブロータ軸１２ｂとともに回転するアキシャルディスク７１ｃと、本体架台１に固定された後述のステータハウジング８２に固定され、アキシャルディスク７１ｃの軸方向の両側に設置されるアキシャルステータ７２ｃと、アキシャルステータ７２ｃに固定され、アキシャルディスク７１ｃの軸方向の両側の表面に対して所定のギャップを持って配備されたアキシャル電磁石７３ｃと、アキシャルステータ７２ｃに固定され、アキシャルディスク７１ｃの軸方向の両側の対向する位置においてアキシャルディスク７１ｃの表面との距離の変位を計測する一対のアキシャル変位センサ７４ｃと、アキシャルディスク７１ｃの回転を検出する回転検出センサ７５ｃと、アキシャル磁気軸受の制御に異常が発生した場合にアキシャル電磁石７３ｃを保護するように、アキシャル電磁石７３ｃの外表面よりも内側に接触面を有するとアキシャルタッチダウン軸受７６ｃとを備える。
【００４０】
ビルトインモータ８０は、本体架台１に固定され、後部チューブロータ軸１２ｂの径方向の外周を囲うように設置されるステータハウジング８２と、ステータハウジング８２の内側において後部チューブロータ軸１２ｂの外周面に対して非接触となるように設置され、後部チューブロータ軸１２ｂに回転駆動を与える回転磁界を発生させる主軸ユニット８４とを備え、ステータハウジング８２の外周には駆動時に発生する熱を放散させるための放熱フィンを備える。
ブレーキ９０は、後部チューブロータ軸１２ｂに固定され、後部チューブロータ軸１２ｂとともに回転するブレーキディスク９２と、本体架台１に固定され、空圧によりブレーキディスク９２をブレーキパッドで挟み込んで制動する空圧キャリパ９４とを備える。
【００４１】
図３に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機１００のタッチダウン軸受の断面図解図を示す。
図３は、前部ラジアル磁気軸受７０ａの前部ラジアルタッチダウン軸受７６ａの断面図解図を示すものであるが、後部ラジアル磁気軸受７０ｂの後部ラジアルタッチダウン軸受７６ｂについても同様である。
図３において、（ａ）は前部ラジアル磁気軸受７０ａ全体の断面図解図であり、（ｂ）は（ａ）を右方向から見た断面図解図である。
前部ラジアル磁気軸受７０ａは、前部ラジアルステータ７２ａを収容するハウジングに対して、前部ラジアル変位センサ７４ａを収容する前部センサハウジング７７ａと、前部ラジアルタッチダウン軸受７６ａを収容する前部ラジアルタッチダウンハウジング７８ａが固定されている。
【００４２】
ここで、前部ラジアルタッチダウン軸受７６ａは、図３（ｂ）に示すように、前部ラジアルタッチダウンハウジング７８ａに対して、周方向に小径の転がり軸受７９ａを多数配列した構造としている。これは、チューブロータ軸が高速で回転しているときに制御異常が発生すると、チューブロータ軸がタッチダウン軸受に高速で衝突して非常に大きな衝撃を与えるためであり、本実施形態のように小径の転がり軸受をロータ軸の外周方向に多数配備することで耐荷重性が改善され、大きな衝撃に対してタッチダウン軸受の損傷を防止することができる。また、万一タッチダウン軸受の一部分に損傷が発生した場合でも、損傷を受けた転がり軸受のみを交換することで補修することができ、磁気軸受ユニット全体を取り外してタッチダウン軸受を交換する場合と比較して、磁気軸受ユニットの再据付に伴う制御系の再調整作業が不要となるので、補修時間を大幅に短縮することができる。
【００４３】
図４に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機１００のクレードル部の断面図解図を示す。
クレードル３０は、素線ボビン２０を装着する筐体となるクレードル筐体３１を備え、クレードル筐体３１は、チューブ１０の回転によって筐体が回転しないように、前方回転軸３２はチューブ１０に固定された前方軸受３３により軸承され、後方回転軸３４はチューブ１０に固定された後方軸受３５により軸承される。
前方回転軸３２は、素線ボビン２０から繰り出された素線を通過させるため、テーパ加工された中空穴を備える。
【００４４】
クレードル筐体３１は、素線ボビンの装着穴に対して下方から挿入する下部ボビン支持部材３７を備え、素線ボビンをクレードル筐体３１に対して回転可能に装着するため、軸受３６を介してクレードル筐体３１に支持されている。下部ボビン支持部材３７には、素線ボビンの装着穴径に対応して上方に向かってテーパ加工された下部ボビンガイド部３８を備える。
また、素線ボビンの装着穴に対して上方から挿入するものであって、下部ボビン支持部材３７と嵌合する嵌合部を有する上部ボビン支持部材３９を備え、下部ボビン支持部材と同様に、素線ボビンの装着穴径に対応して下方に向かってテーパ加工された上部ボビンガイド部４０を備える。
上部ボビン支持部材３９の上部には、素線ボビンの装着後に上部ボビン支持部材３９に付勢を与えるバネ材４１と、バネ材４１を下方に押し下げるセットカラー４２と、セットカラー４２を下部ボビン支持部材３７にロックするロック機構４３とを有する。
【００４５】
素線ボビン２０をクレードル筐体３１に装着する手順は、下部ボビン支持部材３７に対して素線ボビンを上方から挿入し、次に下部ボビン支持部材３７に装着された素線ボビンに対して上部ボビン支持部材３９を上方から挿入し、セットカラー４２を押し下げ、ロック機構４３によりロックさせるだけでよく、素線ボビン２０はクレードル３０に対してワンタッチで精度よく心出しして装着される。
また、下部ボビン支持部材３７の下部ボビンガイド部３８と、上部ボビン支持部材３９の上部ボビンガイド部４０とには、装着穴径の異なる素線ボビンを装着させるためのテーパ加工が施されており、複数種類の素線ボビンに対して、同一の素線ボビン支持機構を用いてワンタッチで精度よく心出しして装着することができる。
【００４６】
クレードル筐体７１の下面の下部ボビン支持軸３７の下端には、装着された素線ボビンとともに回転する反射板４８を備えており、反射板４８の表面は黒色塗装が施され、回転方向の対角位置に９０度の扇状の反射シールが貼られている。このような回転板４８に対して、後述の図６に示すようにチューブ１０の下方に備えられた断線検出センサ４９より光ビームを照射し、反射板からの反射パルスを検出することにより素線切れを検出する。なお、断線検出の詳細については後述する。
【００４７】
各クレードル３０に装着された素線ボビン２０の素線は、各クレードルの前方回転軸３２の中空穴を通して引き出され、図１にも示されるように、クレードルの前方回転軸３２からチューブの開口部１６までの間に配備された素線ガイドパイプ２２と、チューブ１０の外周肉厚部において開口部１６からチューブ１０の前方端までに設けられた挿通穴１８に装着された素線ガイドパイプ２２と、チューブ１０の前方端から集合ダイス５０付近までの間に配備された素線ガイドパイプ２２とを通して、集合ダイス５０まで導かれる。
【００４８】
なお、チューブ１０の外周部の挿通穴部分には、素線ガイドパイプ２２を挿通穴１８に装着するためのガイドパイプ固定ネジ１９を備えており、チューブの挿通穴１８に装着された素線ガイドパイプにおいて、素線の通過によって内面の一部に損傷が生じた場合には損傷の影響を受けない方向に素線ガイドパイプを回転させて対応することが可能であり、内面の全体に亘って劣化が生じた場合には素線ガイドパイプを交換することで補修することができる。
【００４９】
また、チューブ１０の後部チューブロータ軸１２ｂの左端側に備える前述の固定の素線ボビン装着機構は、クレードル３０の上述のクレードル筐体３１部分を本体架台１に固定したものであって、後部チューブロータ軸１２ｂの左端側において回転軸と直交する水平２方向に分散して２個配備することができる。
この固定の素線ボビン装着機構に装着された素線ボビンから引き出された素線は、後部チューブロータ軸１２ｂの中空穴を通して後部チューブロータ軸１２ｂの右端側に導かれ、後部チューブロータ軸１２ｂの中空穴からチューブの開口部１６までの間に配備された素線ガイドパイプ２２と、チューブ１０の外周肉厚部において開口部１６からチューブ１０の前方端までに設けられた挿通穴１８に装着された素線ガイドパイプ２２と、チューブ１０の前方端から集合ダイス５０付近までの間に配備された素線ガイドパイプ２２とを通して、集合ダイス５０まで導かれる。
【００５０】
チューブ１０の外周肉厚部の挿通穴１８は、円周方向に所定の間隔で設けられ、それぞれに素線ガイドパイプ２２が装着されたときにチューブ１０の円周方向の重量バランスが略均等となるように配備されている。
【００５１】
図５に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機１００の引取装置の断面図解図を示す。
引取装置６０は、駆動モータ６２により回転駆動される駆動側キャプスタン６３と、自由回転する従動側キャプスタン６４とを有し、集合ダイス５０から引き出された撚線を従動側キャプスタン６４と駆動側キャプスタン６３の間で複数回巻き付けることで引取動作を行う。
【００５２】
ここで、従動側キャプスタン６４は、撚線の周回ターン毎にそれぞれ独立に回転する回転ホイール６５を備え、各回転ホイール６５にはそれぞれ独立の回転軸受６６を備える。
これにより、従動側キャプスタン６４と駆動側キャプスタン６３の間で複数回周回する撚線が、各ターンにおける駆動側キャプスタンから受ける引取テンションの差異や、撚線とキャプスタンとの摩擦状態の変化等によって、ターン毎に撚線の引取速度が異なるような場合においても、各ターンの引取速度に応じて対応する回転ホイール６５が独立に回転するので、撚線に過度のテンションが発生することを防止でき、撚線の断線や素線の損傷を抑制することができる。
【００５３】
従動側キャプスタン６４の各回転ホイール６５は、ホイールの外周部の一方の山の全周に亘って、隣接するホイールの外周部の手前側の山を覆う鍔を備える。
これにより、撚線を従動側キャプスタン６４の各回転ホイール６５に架ける際に撚線を各回転ホイールの間の隙間に巻き込むことが防止され、操作性が向上するとともに、引取動作中に撚線が各回転ホイールの間の隙間に挟みこまれることが防止され、稼働率を更に向上させることができる。
【００５４】
なお、引取装置６０は、撚線の断線を検出するために、従動側キャプスタン６４からの反射光により従動側キャプスタン６４の回転を検出する回転検出センサ６７と、従動側キャプスタン６４と駆動側キャプスタン６３の間を周回させた撚線との導通を検出する導通検出センサ６８とを備え、一方のセンサが非検出状態となったときに撚線が断線したと判断される。
【００５５】
図６に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機１００の本体カバーの断面図解図を示す。図６において、（ａ）はチューブの軸方向の断面図解図であり、（ｂ）はチューブの径方向の断面図解図である。
本体架台１の上には、チューブ１０を囲うように本体カバー２が設けられ、本体カバー２は、チューブにアクセスするための開閉機構３を備える。
ここで、本体カバー２は、図６（ｂ）に示すように、チューブ１０の下部外周面に対して断面がチューブ１０と略同心円となる半割れの下部チューブカバー４を備え、開閉機構３は、チューブ１０の上部外周面に対して断面がチューブ１０と略同心円となる半割れの上部チューブカバー５を備え、開閉機構３を閉止したときに、下部チューブカバー４と上部チューブカバー５とが密接し、下部チューブカバー４と上部チューブカバー５とにより形成される断面がチューブ１０と略同心円の円筒状のカバーによってチューブ１０の外周面の全面が覆われるようにしている。
これにより、高速回転中のチューブの窓等による風切り音が抑制され、運転中の騒音が低減される。
なお、上部チューブカバー４と下部チューブカバー５は、必要に応じて表面に吸音材を配設するようにしもよい。
【００５６】
チューブ内の各クレードルに装着された素線ボビンの素線切れを検出する断線検出センサ４９は、図６（ａ）に示すように、下部チューブカバー５の下部の本体架台１上においてチューブ内の各クレードルの反射板４８に対応する位置に配備され、下部チューブカバー５には、各クレードルの反射板４８に対応する位置に光ビームを通過させる穴が設けられている。
また、後部ロータ軸１２ｂの左端の固定の素線ボビン装着機構に装着された素線ボビンの素線切れを検出する断線検出センサ４９は、図６（ｂ）に示すように、固定の素線ボビン装着機構の下面の反射板４８の直下に設けられている。
【００５７】
反射板４８は、前述のように、表面が黒色塗装され、素線ボビンの回転によって断線検出センサ４８により反射パルスが検出されるように回転方向の対角位置に９０度の扇状の反射シールが貼られている。これにより、運転中に素線ボビンが回転していると断線検出センサ４８において常時反射パルスが検出されるので、断線検出センサ４８において一定時間以上にわたって反射パルスが検出されなくなったときに素線切れが発生したと判断する。
ここで、チューブ１０内の各クレードルの反射板４８からの反射パルスの検出は、チューブ１０の円周方向の３箇所に設けられた窓１４を通して行うことになるので、断線検出センサ４９の光ビームのチューブ１０の外周部の外表面での反射が外乱とならないように、チューブ１０の外周部の外表面には塗装による黒色コーティングが施されている。
従って、反射板が光ビームを反射しない位置で停止した場合は、断線検出センサ４９において、チューブの窓部分においても窓以外の部分においても反射光が検出されないので、反射板４８による反射パルスが生成されず、正しく素線切れを判断することができる。
一方、反射板が光ビームを反射する位置で停止した場合は、断線検出センサ４９において、チューブの窓部分では反射光を検出するが、窓以外の部分では反射光が検出されないので、チューブの回転による疑似反射パルスが生成される。
このようなチューブの回転による疑似反射パルスによって素線ボビンが回転していると誤判定することを防止するため、断線センサ４９には、チューブの回転による窓の通過周期に対応する短時間パルスをマスクするオフディレイタイマが設定されている。これにより、反射板が光ビームを反射しない位置で停止した場合における疑似反射パルスの発生が抑制され、正しく素線切れを検出することができる。
【００５８】
図７に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機１００の制御システムの概略構成図を示す。
磁気軸受式チューブラー型撚線機の制御システム２００は、前部ラジアル磁気軸受７０ａと後部ラジアル磁気軸受７０ｂとアキシャル磁気軸受７０ｃ（図示省略）に接続され、各磁気軸受７０ａ，７０ｂ，７０ｃを制御してチューブ１０のロータ軸を浮上させる磁気軸受コントローラ２１０と、ビルトインモータ８０に接続され、主軸ユニット８４を駆動して後部ロータ軸１２ｂの周りに回転磁界を発生させるインバータ２２０と、引取装置６０の駆動モータ６２に接続され、駆動側キャプスタン６３の回転速度を制御するサーボコントローラ２３０と、磁気軸受コントローラ２１０とインバータ２２０とサーボコントローラ２３０に接続され、それぞれに対して所定の指令を与えるプログラマブルコントローラ２４０とを備え、プログラマブルコントローラ２４０は、装置の動作状態の表示や設定変更を行うタッチパネル２５０と、装置の運転を始動する運転釦・装置の運転を停止する停止押釦・装置を非常停止させる非常停止釦等を備える操作盤２６０に接続されている。
【００５９】
磁気軸受コントローラ２１０は、プログラマブルコントローラ２４０から浮上指令を受け、前部ラジアル磁気軸受７０ａと後部ラジアル磁気軸受７０ｂとアキシャル磁気軸受７０ｃの制御を行う。
前部ラジアル磁気軸受７０ａの制御は、一対の前部ラジアル変位センサ７４ａの信号の差分をとり、それが目標値となるように対応する前部ラジアル電磁石７３ａに対して励磁電流を与えるフィードバック制御をすべての前部ラジアル変位センサ７４ａと前部ラジアル電磁石７３ａに対して行う。
同様に、後部ラジアル磁気軸受７０ｂの制御は、一対の後部ラジアル変位センサ７４ｂの信号の差分をとり、それが目標値となるように対応する後部ラジアル電磁石７３ｂに対して励磁電流を与えるフィードバック制御をすべての前部ラジアル変位センサ７４ｂと前部ラジアル電磁石７３ｂに対して行う。
また、アキシャル磁気軸受７０ｃの制御は、一対のアキシャル変位センサ７４ｃの信号の差分をとり、それが目標値となるように対応するアキシャル電磁石７３ｃに対して励磁電流を与えるフィードバック制御をすべての前部ラジアル変位センサ７４ｃと前部ラジアル電磁石７３ｃに対して行う。
なお、アキシャル磁気軸受７０ｃには回転検出センサ７５ｃを備えており、上記各磁気軸受の制御において、回転検出センサ７５ｃの信号に基づいて、各磁気軸受の変位センサの差分信号から回転に同期した変位成分を除去する処理が行われ、チューブ１０のロータ軸の静バランスや動バランスの不釣合いに基づく振動が自動的に抑制される。
以上のような磁気軸受コントローラ２１０の制御により、クレードルという可動体を内部に有するチューブラー型撚線機において、装置の組立時にチューブの動バランスを厳密に調整する必要がなくなり、簡易な動バランスの調整を行うだけで高速回転時のチューブの振動を低減化させることができる。
【００６０】
インバータ２２０は、プログラマブルコントローラ２４０から回転指令を受け、ビルトインモータ８０の主軸ユニット８４に対して設定された回転数の回転磁界を発生させることによって後部チューブロータ軸１２ｂを回転駆動する。
なお、後部チューブロータ軸１２ｂの左端にはエンコーダ８６を備えており、エンコーダ８６による回転パルスがプログラマブルコントローラ２４０に取り込まれ、チューブの回転速度が常時モニタされている。
【００６１】
サーボコントローラ２３０は、プログラマブルエンコーダ２４０から引取装置の回転数指令を受け、エンコーダを備えた引取駆動モータ６２に対して指定された回転数で回転するように駆動制御を行う。
【００６２】
図８に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機１００のプログラマブルコントローラ２４０の制御タイミングチャートを示す。
プログラマブルコントローラ２４０は、操作盤２６０において運転押釦が押されると、最初に磁気軸受コントローラ２１０に対する浮上指令をＯＮとし、すべての磁気軸受の浮上完了が確認されたら（図示省略）、インバータ２２０に対する本体回転指令をＯＮとする。これにより本体チューブの回転速度は増加し、加速期間が経過すると設定回転数に到達して定常運転期間に入る。
そして、操作盤２６０において停止押釦が押されると、インバータ２２０に対する本体回転指令をＯＦＦとする。これにより本体チューブの回転速度は減少し、減速期間が経過すると本体回転速度がゼロとなり、本体チューブの回転が停止していることが確認されたら（図示省略）、磁気軸受コントローラに対する浮上指令をＯＦＦとする。
本体チューブの回転中は、エンコーダ８６より得られる回転パルスから本体チューブの回転速度を常時検出し、検出された本体回転速度と設定された撚線の撚ピッチとから引取装置に指定する回転数指令を常時演算し、サーボコントローラ２３０に対して引取装置回転数指令を随時提供する。
【００６３】
本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機１００では、本体チューブの定格回転数は６０００ｒｐｍであり、撚ピッチが０．１ｍｍのとき、定格回転数における引取装置の回転数指令は３ｒｐｍ、素線ボビンの回転数は３．８ｒｐｍであり、撚ピッチが５ｍｍのとき、定格回転数における引取装置の回転数指令は１５０ｒｐｍ、素線ボビンの回転数は１９０ｒｐｍである。
【００６４】
プログラマブルコントローラ２４０には、各断線検出センサ４９からの信号が入力されており、運転中にいずれかの断線検出センサ４９において断線が検出されると、直ちに本体回転指令をＯＦＦとし、空圧キャリパ９４のソレノイドバルブ９６に対して本体非常停止指令を送信して、本体チューブの回転を緊急停止する。
また、図面では省略されているが、引取装置６０の回転検出センサ６７と導通検出センサ６８により撚線の断線が検出された場合においても、同様に本体チューブの回転を緊急停止する。
【００６５】
以上のような本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機を実際に稼動させた結果、１時間程度の簡単なチューブの動バランスの調整を実施しただけで、運転中のチューブの回転軸の振動はいずれの方向についても２μｍ以下となり、従来の空気軸受式のチューブラー型撚線機に比して、動バランスの調整に要していた多大な工数が約１時間に短縮されるとともに、高速回転時のチューブの振動が約５分の１以下に低減されることが確認された。
また、従来の空気軸受式チューブラー型撚線機の消費電力が３．７ＫＷであったのに対し、上記本願発明の一実施形態の磁気軸受式チューブラー型撚線機の消費電力は２７０Ｗとなり、消費電力が１０分の１に低減されることが確認された。
【００６６】
上記実施形態では、チューブロータ軸の軸方向を軸承するアキシャル磁気軸受についても磁気軸受を使用するものとして説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、アキシャル軸受はチューブの回転軸の振動に与える影響が少ないので、通常の機械式のアキシャル軸受を用いてもよい。
【００６７】
上記実施形態では、いずれの磁気軸受も、ロータ軸の変位を検出する変位センサとして、対向する一対の変位センサを備え、一対の変位センサの差分信号に基づいて対応する電磁石の励磁電流を制御するものとして説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、単一の変位センサの信号を目標位置に対する基準値と比較することによって対応する電磁石の励磁電流を制御するようにしてもよい。
【００６８】
上記実施形態では、アキシャル磁気軸受に回転パルスを検出する回転検出センサを備え、この信号に基づいて各磁気軸受の変位センサの差分信号から回転に同期した変位成分を除去する処理を行うものとして説明したが、本体チューブの回転数を計測するエンコーダの信号を共用するようにしてもよい。
【００６９】
上記実施形態では、チューブの下方に設けた断線検出センサにより、チューブの窓を通して素線ボビンとともに回転する反射板からの反射パルスを検出するため、チューブの外周部の外表面を黒色コーティングし、断線検出センサは、反射板からの反射をチューブの窓以外の部分が遮蔽することによって生ずる疑似反射パルスをマスクするため、チューブの回転による窓の通過周期に対応する短時間パルスをマスクするオフディレイタイマを設定するものとして説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、例えば、チューブの回転角度信号に基づいてチューブの窓以外の信号成分をマスクするマスク信号を生成し、生成されたマスク信号により断線検出センサからの信号をマスクようにしてもよい。この場合には、チューブの外周面の窓以外の部分からの反射による外乱の影響は受けなくなるので、チューブの外周部の外表面のク黒色コーティングを省略することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上述べたように、本願発明によれば、チューブの回転軸を軸承する軸受として磁気軸受を用い、チューブの回転軸を回転駆動する駆動装置としてチューブの回転軸を非接触で駆動するビルトインモータを用い、チューブの同一回転軸上にビルトインモータと磁気軸受を配備するようにしたので、簡易な動バランスの調整を行うだけで運転中のチューブの振動が大幅に低減され、振動に起因する断線を防止して極細線ケーブルへの適用を可能とするとともに、高速・低騒音・低消費電力・高稼働率のチューブラー型撚線機を提供することができる。
【００７１】
本願発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本願発明の効果を奏する限り、各実施形態で述べた構成要素を適宜入れ替えたり、新たな構成要素を追加したり、一部の構成要素を削除したりしてもよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７２】
１００ 本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機
１ 本体架台
２ 本体カバー
３ 開閉機構
４ 下部チューブカバー
５ 上部チューブカバー
１０ チューブ
１２ａ 前部チューブロータ軸
１２ｂ 後部チューブロータ軸
１４ 窓
１６ 開口部
１８ 挿通穴
１９ 素線ガイドパイプ固定ネジ
２０ 素線ボビン
２２ 素線ガイドパイプ
３０ クレードル
３１ クレードル筐体
３２ 前方回転軸
３３ 前方軸受
３４ 後方回転軸
３５ 後方軸受
３６ ボビン支持軸受
３７ 下部ボビン支持部材
３８ 下部ボビンガイド部
３９ 上部ボビン支持部材
４０ 上部ボビンガイド部
４１ バネ
４２ セットカラー
４３ ロック機構
４４ ボビン支持軸歯車
４５ トルク調整器歯車
４６ トルク調整器
４７ トルク調節ネジ
４８ 反射板
４９ 断線検出センサ
５０ 集合ダイス
６０ 引取装置
６２ 引取駆動モータ（エンコーダ付）
６３ 駆動側キャプスタン
６４ 従動側キャプスタン
６５ 回転ホイール
６６ 回転軸受
６７ 回転検出センサ
６８ 導通検出センサ
７０ａ 前部ラジアル磁気軸受
７２ａ 前部ラジアルステータ
７２ａ 前部ラジアル電磁石
７４ａ 前部ラジアル変位センサ
７６ａ 前部ラジアルタッチダウン軸受
７７ａ センサハウジング
７８ａ タッチダウン軸受ハウジング
７９ａ 小径転がり軸受
７０ｂ 後部ラジアル磁気軸受
７２ｂ 後部ラジアルステータ
７３ｂ 後部ラジアル電磁石
７４ｂ 後部ラジアル変位センサ
７６ｂ 後部ラジアルタッチダウン軸受
７０ｃ アキシャル磁気軸受
７１ｃ アキシャルディスク
７２ｃ アキシャルステータ
７３ｃ アキシャル電磁石
７４ｃ アキシャル変位センサ
７５ｃ 回転検出センサ
７６ｃ アキシャルタッチダウン軸受
８０ ビルトインモータ
８２ ステータハウジング
８４ 主軸ユニット
８６ エンコーダ
９０ ブレーキ
９２ ブレーキディスク
９４ 空圧キャリパ
９６ ソレノイドバルブ
２００ 本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機の制御システム
２１０ 磁気軸受コントローラ
２２０ ビルトインモータインバータ
２３０ 引取装置サーボコントローラ
２４０ プログラマブルコントローラ
２５０ タッチパネル
２６０ 操作盤
【技術分野】
【０００１】
この発明は、チューブを高速回転させることによって素線の撚り合わせを行うチューブラー型撚線機に関し、特に軸受部に磁気軸受を使用したチューブラー型撚線機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のチューブラー型撚線機は、例えば特許文献１に示されるように、長手方向がほぼ水平に載置され、長手方向の回転軸の廻りに回転駆動されるチューブと、チューブ内に装着され、撚り合わされる素線が巻かれた複数の素線ボビンと、チューブ内に素線ボビンを長手方向に配列して装着する素線ボビン装着機構であって、チューブの回転に伴って素線ボビンが供廻りしないように軸受を介してチューブの回転軸に軸承される複数のクレードルと、各クレードルに装着された各ボビンから引き出された素線を集合する集合ダイスと、チューブを回転させることによって集合ダイスの撚点において撚り合わされた撚線を引き取る引取装置とを備える。
【０００３】
チューブを回転させるため、チューブの長手方向の両側の回転軸は軸受により軸承され、チューブの回転軸はベルトを介して駆動モータにより駆動される。
【０００４】
ここで、チューブの回転軸を支持する軸受は、当初は接触式の転がり軸受が用いられていたが、接触式の転がり軸受では許容回転があるため、チューブ回転数は常用で５０００ｒｐｍ（最大５５００ｒｐｍ）程度が限界であり、このときチューブの回転軸は変位３０μｍ程度の機械振動が発生し、振動に起因する素線の断線が多発していた。
このため、出願人は、振動に起因する素線の断線を低減し、高速回転化による生産性の向上を図るため、重量の大きい集合ダイス側の軸受に非接触式の静圧式空気軸受を使用し、チューブ回転数６５００ｒｐｍ（最大８０００ｒｐｍ）で、チューブの回転軸の機械振動値が変位１０μｍ以下のチューブラー型撚線機を実用化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２０００８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のように、従来のチューブラー型撚線機において、チューブの軸承に静圧式空気軸受を使用することによりチューブの振動は低減されたものの、現状においても、チューブの振動によって素線ボビンに巻かれている線材の巻き崩れや微妙な張力変動を起こすため、素線の断線の問題は根絶しておらず、更なるケーブルの極細線化に当っては課題となっている。
【０００７】
また、従来のチューブラー型撚線機では、運転中のチューブの振動を低減するために、装置の組立時にチューブの動バランスを厳密に調整する必要があったが、チューブ内にはクレードルという可動体を含むため、チューブの動バランスを厳密に調整することは極めて難しく、これまで動バランスの調整に多大な工数を要するなど、装置の組立コストを大きくする要因となっていた。
【０００８】
また、静圧式空気軸受は、エアーを連続放出する必要があることから大きな騒音を発生し、コンプレッサを常時稼動する必要があるため、消費電力も大きいという問題がある。
【０００９】
更には、静圧式空気軸受は、オペレータの操作ミスなどにより動バランスが崩れた場合に、ロータと軸受が接触して焼き付けを起こす可能性があり、安全性や生産性の観点から改善することが望ましい。
【００１０】
本願発明は、上記のような従来のチューブラー型撚線機の問題点を解決するためになされたものであり、チューブの動バランスの調整の簡易化を図るとともに、高速回転中のチューブの振動を低減することによって、素線の断線を防止し、極細線ケーブルへの適応を可能とし、高速・低騒音・低消費電力・高稼働率のチューブラー型撚線機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明にかかるチューブラー型撚線機は、長手方向がほぼ水平に載置され、前記長手方向の回転軸の廻りに回転駆動される筒状のチューブと、前記チューブ内に装着され、撚り合わされる素線が巻き取られた複数の素線ボビンと、前記複数の素線ボビンの各々を、巻き取られた素線を引き出し可能に、前記チューブ内の長手方向に配列して装着する素線ボビン装着機構であって、前記チューブの回転に伴って前記素線ボビン装着機構が回転しないように前記チューブの回転軸に軸承される軸受をそれぞれ有する複数のクレードルと、前記各クレードルに装着された各素線ボビンから引き出され、前記チューブの外周部を介して前記チューブの長手方向の一端側に導かれた各素線を集合する集合ダイスと、前記チューブの回転によって前記集合ダイスに集合された各素線が撚り合わされて形成された撚線を引き取る引取装置とを備えたチューブラー型撚線機であって、前記チューブの回転軸の両端側において回転軸の径方向を軸承するラジアル軸受として、前記チューブの回転軸の径方向の周囲に配備された複数のラジアル電磁石と、前記チューブの回転軸の少なくとも２つの径方向の変位量を検出するラジアル変位センサを有し、前記ラジアル変位センサにより検出されたチューブの回転軸の径方向の変位量に基づいて前記複数のラジアル電磁石を励磁し、前記チューブの回転軸の径方向の位置を所定の回転中心に位置決めするラジアル磁気軸受を用い、前記チューブの回転軸を回転駆動する駆動装置として、前記チューブの回転軸を非接触で回転駆動するビルトインモータを用い、前記チューブの同一回転軸に対して、非接触で回転駆動するビルトインモータと非接触で軸承するラジアル磁気軸受を配備したものである。
【００１２】
この発明によれば、チューブの回転軸の両端側においてチューブの回転軸の径方向を軸承するラジアル軸受として、チューブの回転軸の径方向の周囲に配備された複数のラジアル電磁石と、チューブの回転軸の少なくとも２つの径方向の変位量を検出するラジアル変位センサを有し、ラジアル変位センサにより検出されたチューブの回転軸の径方向の変位量に基づいて複数のラジアル電磁石を励磁し、チューブの回転軸の径方向の位置を所定の回転中心に位置決めするラジアル磁気軸受を用いたので、チューブの動バランスが厳密に調整されなくても、運転中のチューブの回転軸の径方向の位置が所定の回転中心に常に精度よく位置決めされ、チューブの振動が飛躍的に低減される。
また、この発明によれば、チューブの回転軸を回転駆動する駆動装置として、チューブの回転軸を非接触で回転駆動するビルトインモータを用い、チューブの同一回転軸に対して、非接触で回転駆動するビルトインモータと非接触で軸承するラジアル磁気軸受を配備するようにしたので、ラジアル磁気軸受により所定の回転中心に位置決めされたチューブの回転軸に対して、従来のベルトドライブのように径方向に変位させる力が発生せず、より安定にチューブの回転軸の振動が低減される。
【００１３】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記チューブの回転軸の軸方向を軸承するアキシャル軸受として、前記チューブの回転軸の一端側に固定され、径方向に円盤状に形成されたアキシャルディスクと、前記アキシャルディスクの径方向周辺部において軸方向の両側に配備された少なくとも一対のアキシャル電磁石と、前記アキシャルディスクの軸方向の変位を検出するアキシャル変位センサを有し、前記アキシャル変位センサにより検出されたチューブの回転軸の軸方向の変位量に基づいて前記アキシャル電磁石を励磁し、前記チューブの回転軸の軸方向の位置を所定位置に位置決めするアキシャル磁気軸受を用いたものであることが好ましい。
【００１４】
この発明によれば、チューブの回転軸の軸方向を軸承するアキシャル軸受として、チューブの回転軸の一端側に固定され、径方向に円盤状に形成されたアキシャルディスクと、アキシャルディスクの径方向周辺部において軸方向の両側に配備された少なくとも一対のアキシャル電磁石と、アキシャルディスクの軸方向の変位を検出するアキシャル変位センサを有し、アキシャル変位センサにより検出されたチューブの回転軸の軸方向の変位量に基づいてアキシャル電磁石を励磁し、チューブの回転軸の軸方向の位置を所定位置に位置決めするアキシャル磁気軸受を用いたので、チューブの動バランスが厳密に調整されなくても、運転中のチューブの回転軸の軸方向の位置が所定位置に常に精度よく位置決めされ、チューブの回転軸の振動が更に低減される。
また、この発明によれば、チューブの回転軸の径方向の軸受とともに軸方向の軸受を磁気軸受化し、チューブの同一回転軸に対して、非接触で回転駆動するビルトインモータと非接触で径方向を軸承するラジアル磁気軸受と非接触で軸方向を軸承するアキシャル磁気軸受を配備するようにしたので、運転中にチューブは完全に筐体と非接触の状態に保持され、筐体に伝達される機械振動が抑制され、騒音が大幅に低減される。
【００１５】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記クレードルは、前記素線ボビンの装着穴を上方から挿入し、前記素線ボビンを軸廻りに所定のトルクで回転可能に支持する下部ボビン支持部材であって、上方に向かってテーパ加工された下部ボビンガイド部を備えた下部ボビン支持部材と、前記素線ボビンを前記下部ボビン支持部材に挿入した後に、前記素線ボビンの装着穴の上方より挿入して前記下部ボビン支持部材に嵌合させて前記素線ボビンを固定する上部ボビン支持部材であって、下方に向かってテーパ加工された上部ボビンガイド部を備えた上部ボビン支持部材と、前記上部ボビン支持部材を下方に押し下げる付勢手段と、前記付勢手段により前記上部ボビン支持部材を押し下げた後に前記付勢手段を前記下部ボビン支持部材に固定するロック手段とを有するものであることが好ましい。
【００１６】
この発明によれば、クレードルは、素線ボビンの装着穴を上方から挿入し、素線ボビンを軸廻りに所定のトルクで回転可能に支持する下部ボビン支持部材と、素線ボビンを下部ボビン支持軸に挿入した後に、素線ボビンの装着穴の上方より挿入して下部ボビン支持部材に嵌合させて素線ボビンを固定する上部ボビン支持部材とを有し、下部ボビン支持部材には上方に向かってテーパ加工された上部ボビンガイド部を備え、上部ボビン支持部材には下方に向かってテーパ加工された上部ボビンガイド部を備え、上部ボビン支持部材を下方に押し下げる付勢手段と、付勢手段により上部ボビン支持部材を押し下げた後に付勢手段を下部ボビン支持部材に固定するロック手段を有するので、素線ボビンを下部ボビン支持部材に挿入した後に、素線ボビンの上方より上部ボビン支持部材を挿入し、付勢手段により上部ボビン支持部材を押し下げて下部ボビン支持部材にロックすることで、素線ボビンをワンタッチで精度よく心出してクレードルに装着することができる。
【００１７】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記クレードルは、装着された素線ボビンとともに回転する反射板であって、回転方向に光ビームを反射する部分と反射しない部分とを含む反射板を有し、前記反射板に対して光ビームを照射し、前記反射板からの反射パルスを検出することによって素線ボビンの回転を検出し、前記反射パルスが検出されないときに素線切れが発生したと判断する断線検出センサを前記チューブ周辺の前記各クレードルの前記反射板に対応する位置に備え、前記チューブの外周肉厚部の各クレードルの素線ボビンに対応して設けられた窓を通して前記反射板からの反射パルスを検出するものであって、前記チューブの外周部の外表面を黒色コーティングし、前記断線検出センサは、前記反射板からの反射光を前記チューブの窓以外の部分が遮蔽することによって生ずる疑似反射パルスをマスクするマスク手段を備えたものであることが好ましい。
【００１８】
この発明によれば、クレードルに装着された素線ボビンとともに回転する反射板であって、回転方向に光ビームを反射する部分と反射しない部分を含む反射板に対して光ビームを照射し、反射板からの反射パルスを検出して素線ボビンの回転を検出し、反射パルスが停止したときに素線切れが発生したと判断する断線検出センサをチューブ周辺の各クレードルの反射板に対応する位置に備え、チューブの窓を通して反射板からの反射パルスを検出するので、チューブ内に備えた断線検出センサからチューブ外に断線検出信号を伝達するための複雑な信号伝達手段を設ける必要が無く、簡便に素線切れを検出できる。
また、チューブの外周部の外表面を黒色コーティングし、断線検出センサに、反射板からの反射パルスのうちチューブの窓の通過によって生ずる疑似反射パルスをマスクするマスク手段を備えるので、チューブが回転しているときのチューブの外周部の外表面からの外乱が抑制されるとともに、反射板が断線検出センサからの光ビームを反射する位置で停止した場合においてもチューブの回転によって生ずる疑似反射パルスが抑制され、素線切れを正しく判断することができる。
【００１９】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記引取装置は、駆動モータにより回転駆動される駆動側キャプスタンと、自由回転する従動側キャプスタンとを有し、前記集合ダイスから引き出された撚線を、前記従動側キャプスタンと前記駆動側キャプスタンの間で複数回周回させて引き取るものであって、
前記従動側キャプスタンは、前記撚線の周回ターン毎にそれぞれ独立の回転ホイールを備え、前記各回転ホイールにはそれぞれ独立の回転軸受を備えたものであることが好ましい。
【００２０】
この発明によれば、引取装置の従動側キャプスタンは、撚線の周回ターン毎にそれぞれ独立の軸受を有する独立の回転ホイールを備えるようにしたので、撚線の周回ターンのそれぞれにおいて生ずる回転角度のずれが独立の回転ホイールによって吸収され、撚線の損傷が抑制されるとともに撚線の断線を防止して安定に引き取ることができる。
【００２１】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記引取装置は、前記駆動側キャプスタンの回転速度を、指定された回転数指令に常時追従させるように前記駆動モータを制御するサーボ手段を有し、前記チューブの回転開始から回転終了までの全期間に亘って、前記チューブの回転速度を回転速度検出手段により常時検出し、前記回転速度検出手段により検出された前記チューブの回転速度と一定の比率となる駆動側キャプスタンの回転数指令を常時演算し、前記演算された駆動側キャプスタンの回転数指令を前記サーボ手段に随時提供する制御手段を備えたものであることが好ましい。
【００２２】
この発明によれば、引取装置は、駆動側キャプスタンの回転速度を、指定された回転数指令に常時追従させるサーボ手段を有し、チューブの回転開始から回転終了までの全期間に亘って、チューブの回転速度検出手段により検出されたチューブの回転速度と一定の比率となる駆動側キャプスタンの回転数指令を常時演算し、サーボ手段に随時提供する制御手段を備えるので、チューブの回転速度に対して常に一定の比率で撚線が引き取られ、チューブの回転を起動する加速期間やチューブの回転を停止する減速期間においても一定の撚線ピッチを確保することができ、撚線の生産効率を更に向上させることができる。
【００２３】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記各クレードルの各素線ボビンから引き出され、前記チューブの外周部を介して前記集合ダイスまで導かれる各素線は、前記各クレードルの素線引出部から前記集合ダイスの近傍に至るまで、素線をガイドする素線ガイドパイプ内を通過させるようにしたものであって、前記チューブの外周肉厚部には、前記素線ガイドパイプを挿通させる挿通穴を有し、前記素線ガイドパイプのうち前記チューブの外周部を長手方向に素線を導く素線ガイドパイプは、前記挿通穴に対して着脱自在および／または回転可能に装着されたものであることが好ましい。
【００２４】
この発明によれば、各クレードルの各素線ボビンから引き出されてチューブの外周部を介して集合ダイスまで導かれる各素線は、各クレードルの素線引出部から集合ダイスの近傍に至るまで素線ガイドパイプ内を通過させるようにしたので、チューブを高速回転させたときの遠心力による素線の径方向への張り出しが防止されるとともに張力の上昇が抑制される。これにより、素線への外的または内的なダメージが低減され、断線の発生が抑制されるとともに、チューブをより高速に回転させることができ、更に稼働率を向上させることができる。
また、この発明によれば、素線ガイドパイプのうちチューブの外周部を長手方向に素線を導く部分は、チューブの外周肉厚部に設けられた挿通穴に装着されるので、チューブの外周部分に突起物が形成されず、素線ガイドパイプによる風切り音が発生せず、騒音が抑制される。
また、この発明によれば、チューブの外周肉厚部に設けられた挿通穴に装着される素線ガイドパイプは、着脱自在および／または回転可能に装着されるので、素線を繰り返し通過させた場合でもチューブの挿通穴に直接損傷を与えることがなく、素線ガイドパイプに損傷を生じた場合でも素線ガイドパイプを交換または回転することによって簡便に対応することができ、メンテナンスコストが低減される。
【００２５】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記チューブを総削りにより外周表面に突起を有しないように形成したものであることが好ましい。
【００２６】
この発明によれば、チューブを総削りにより外周表面に突起を有しないように形成したので、チューブを高速回転させたときのチューブの外周部における空気抵抗が更に抑制され、騒音がより低減される。
【００２７】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、開閉機構を有し、前記チューブを収容する本体カバーを備え、前記本体カバーは、前記チューブの下部外周面に対して断面が前記チューブと略同心円となる半割れの下部チューブカバーを備え、前記開閉機構は、前記チューブの上部外周面に対して断面が前記チューブと略同心円となる半割れの上部チューブカバーを備え、前記開閉機構を閉止したときに、前記下部チューブカバーと前記上部チューブカバーとが密接し、前記下部チューブカバーと前記上部チューブカバーとにより形成される断面が前記チューブと略同心円の円筒状カバーによって前記チューブの外周面が覆われるようにしたものであることが好ましい。
【００２８】
この発明によれば、チューブを収容する本体カバーは、開閉機構を閉止したときに、チューブに対して略同心円となる円筒状のカバーによってチューブが覆われるので、チューブと本体カバーの間の外周方向の間隙が略一定となり、チューブを高速回転させたときの風切り音が抑制され、騒音がより低減される。
【００２９】
また、この発明にかかるチューブラー型撚線機は、前記ラジアル磁気軸受は、制御異常が発生した際に前記チューブの回転軸の径方向を軸承するタッチダウン軸受を備え、前記タッチダウン軸受は、前記チューブの回転軸の径方向の周囲に小径の複数の転がり軸受を配備したものであることが好ましい。
【００３０】
この発明によれば、ラジアル磁気軸受は、制御異常が発生した際にチューブの回転軸の荷重を支持するタッチダウン軸受として、チューブの回転軸の径方向の周囲に小径の複数の転がり軸受を配備したものを用いたので、ラジアル磁気軸受に制御異常が発生した場合でも、重量物であるチューブの荷重を支持して磁気軸受やチューブの回転軸の損傷を安全かつ確実に回避することができる。
また、万一タッチダウン軸受が損傷した場合でも、損傷した小径の転がり軸受部分のみを交換すれば足り、補修時間や補修コストを大幅に低減できる。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように、本願発明によれば、チューブの動バランスの調整が簡単化されるとともに、高速回転するチューブの機械振動が低減され、振動に起因する断線の発生が防止され、極細線ケーブルに適用可能な、高速・低騒音・低消費電力・高稼働率のチューブラー型撚線機を提供できる。
【００３２】
本願発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機の断面図解 図である。
【図２】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機の磁気軸受 とビルトインモータ部分の断面図解図である。
【図３】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機のタッチダウ ン軸受の断面図解図である。
【図４】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機のクレードル 部の断面図解図である。
【図５】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機の引取装置の 断面図解図である。
【図６】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機の本体カバー の断面図解図である。
【図７】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機の制御システ ムの概略構成図である。
【図８】本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機の制御装置の 制御タイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー撚線機の断面図解図を示す。
本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー撚線機１００は、長手方向がほぼ水平に載置され、長手方向の回転軸の廻りに回転駆動される筒状のチューブ１０と、チューブ１０内に装着され、撚り合わされる素線が巻き取られた複数の素線ボビン２０と、複数の素線ボビン２０の各々を、巻き取られた素線を引き出し可能に、チューブ１０内の長手方向に配列して装着する素線ボビン装着機構であって、チューブ１０の回転に伴って素線ボビン装着機構が回転しないようにチューブ１０の回転軸に軸承される軸受をそれぞれ有する複数のクレードル３０と、各クレードル３０に装着された各素線ボビン２０から引き出されてチューブ１０の外周部を介してチューブ１０の長手方向の一端側に導かれた各素線を集合する集合ダイス５０と、チューブ１０の回転によって集合ダイス５０に集合された各素線が撚り合わされて形成される撚線を引き取る引取装置６０と、チューブ１０の回転を非常停止させるブレーキ９０を、本体架台１上に備える。
【００３５】
なお、本実施形態では、チューブ１０内には６個のクレードル３０を備えており、それぞれに対して素線ボビン２０を装着できるほか、後部チューブロータ軸１２ｂの左端側において素線ボビンを装着可能な固定の素線ボビン装着機構を２個備えることができ、最大で８本の素線を用いて撚線を生産することができる。
【００３６】
ここで、チューブ１０の回転軸の両端側においてチューブの回転軸の径方向を軸承するラジアル軸受として、前部チューブロータ軸１２ａには前部ラジアル磁気軸受７０ａを備え、後部チューブロータ軸１２ｂには後部ラジアル磁気軸受７０ｂを備える。
チューブ１０の回転軸の一端側においてチューブの回転軸の軸方向を軸承するアキシャル軸受として、後部チューブロータ軸１２ｂに後部アキシャル磁気軸受７０ｃを備える。
また、チューブ１０の回転軸を回転駆動する駆動装置として、後部チューブロータ軸１２ｂにはベルトを介さずに後部チューブロータ軸１２ｂを非接触で直接回転駆動するビルトインモータ８０を備える。
【００３７】
図２に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー撚線機１００の磁気軸受７０ａ，７０ｂ，７０ｃとビルトインモータ８０の部分の断面図解図を示す。
前部ラジアル磁気軸受７０ａは、本体架台１に固定され、前部チューブロータ軸１２ａの径方向の外周を囲うように設置される前部ラジアルステータ７２ａと、前部ラジアルステータ７２ａの内側において前部チューブロータ軸１２ａの外周面に対して所定のギャップを持って等間隔に配備された３２個のラジアル電磁石７３ａと、前部ラジアルステータ７２ａに固定され、前部チューブロータ軸１２ａの径方向の対向する位置において前部チューブロータ軸１２ａの外周面との距離の変位を計測する一対の変位センサを前部チューブロータ軸１２ａの径方向の直行する２方向に設けた前部ラジアル変位センサ７４ａと、前部ラジアルステータ７２ａに固定され、前部ラジアル磁気軸受の制御に異常が発生した場合に前部ラジアル電磁石７３ａを保護するように、前部ラジアル電磁石７３ａの内径面より内側に接触面を有する前部ラジアルタッチダウン軸受７６ａとを備える。
【００３８】
同様に、後部ラジアル磁気軸受７０ｂは、本体架台１に固定され、後部チューブロータ軸１２ｂの径方向の外周を囲うように設置される後部ラジアルステータ７２ｂと、後部ラジアルステータ７２ｂの内側において後部チューブロータ軸１２ｂの外周面に対して所定のギャップを持って等間隔に配備された６個のラジアル電磁石７３ｂと、後部ラジアルステータ７２ｂに固定され、後部チューブロータ軸１２ｂの径方向の対向する位置において後部チューブロータ軸１２ｂの外周面との距離の変位を計測する一対の変位センサを後部チューブロータ軸１２ｂの径方向の直行する２方向に設けられた後部ラジアル変位センサ７４ｂと、後部ラジアルステータ７２ｂに固定され、後部ラジアル磁気軸受の制御に異常が発生した場合に後部ラジアル電磁石７３ｂを保護するように、後部ラジアル電磁石７３ｂの内径面よりも内側に接触面を有する後部ラジアルタッチダウン軸受７６ｂとを備える。
【００３９】
アキシャル磁気軸受７０ｃは、後部チューブロータ軸１２ｂに固定され、後部チューブロータ軸１２ｂとともに回転するアキシャルディスク７１ｃと、本体架台１に固定された後述のステータハウジング８２に固定され、アキシャルディスク７１ｃの軸方向の両側に設置されるアキシャルステータ７２ｃと、アキシャルステータ７２ｃに固定され、アキシャルディスク７１ｃの軸方向の両側の表面に対して所定のギャップを持って配備されたアキシャル電磁石７３ｃと、アキシャルステータ７２ｃに固定され、アキシャルディスク７１ｃの軸方向の両側の対向する位置においてアキシャルディスク７１ｃの表面との距離の変位を計測する一対のアキシャル変位センサ７４ｃと、アキシャルディスク７１ｃの回転を検出する回転検出センサ７５ｃと、アキシャル磁気軸受の制御に異常が発生した場合にアキシャル電磁石７３ｃを保護するように、アキシャル電磁石７３ｃの外表面よりも内側に接触面を有するとアキシャルタッチダウン軸受７６ｃとを備える。
【００４０】
ビルトインモータ８０は、本体架台１に固定され、後部チューブロータ軸１２ｂの径方向の外周を囲うように設置されるステータハウジング８２と、ステータハウジング８２の内側において後部チューブロータ軸１２ｂの外周面に対して非接触となるように設置され、後部チューブロータ軸１２ｂに回転駆動を与える回転磁界を発生させる主軸ユニット８４とを備え、ステータハウジング８２の外周には駆動時に発生する熱を放散させるための放熱フィンを備える。
ブレーキ９０は、後部チューブロータ軸１２ｂに固定され、後部チューブロータ軸１２ｂとともに回転するブレーキディスク９２と、本体架台１に固定され、空圧によりブレーキディスク９２をブレーキパッドで挟み込んで制動する空圧キャリパ９４とを備える。
【００４１】
図３に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機１００のタッチダウン軸受の断面図解図を示す。
図３は、前部ラジアル磁気軸受７０ａの前部ラジアルタッチダウン軸受７６ａの断面図解図を示すものであるが、後部ラジアル磁気軸受７０ｂの後部ラジアルタッチダウン軸受７６ｂについても同様である。
図３において、（ａ）は前部ラジアル磁気軸受７０ａ全体の断面図解図であり、（ｂ）は（ａ）を右方向から見た断面図解図である。
前部ラジアル磁気軸受７０ａは、前部ラジアルステータ７２ａを収容するハウジングに対して、前部ラジアル変位センサ７４ａを収容する前部センサハウジング７７ａと、前部ラジアルタッチダウン軸受７６ａを収容する前部ラジアルタッチダウンハウジング７８ａが固定されている。
【００４２】
ここで、前部ラジアルタッチダウン軸受７６ａは、図３（ｂ）に示すように、前部ラジアルタッチダウンハウジング７８ａに対して、周方向に小径の転がり軸受７９ａを多数配列した構造としている。これは、チューブロータ軸が高速で回転しているときに制御異常が発生すると、チューブロータ軸がタッチダウン軸受に高速で衝突して非常に大きな衝撃を与えるためであり、本実施形態のように小径の転がり軸受をロータ軸の外周方向に多数配備することで耐荷重性が改善され、大きな衝撃に対してタッチダウン軸受の損傷を防止することができる。また、万一タッチダウン軸受の一部分に損傷が発生した場合でも、損傷を受けた転がり軸受のみを交換することで補修することができ、磁気軸受ユニット全体を取り外してタッチダウン軸受を交換する場合と比較して、磁気軸受ユニットの再据付に伴う制御系の再調整作業が不要となるので、補修時間を大幅に短縮することができる。
【００４３】
図４に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機１００のクレードル部の断面図解図を示す。
クレードル３０は、素線ボビン２０を装着する筐体となるクレードル筐体３１を備え、クレードル筐体３１は、チューブ１０の回転によって筐体が回転しないように、前方回転軸３２はチューブ１０に固定された前方軸受３３により軸承され、後方回転軸３４はチューブ１０に固定された後方軸受３５により軸承される。
前方回転軸３２は、素線ボビン２０から繰り出された素線を通過させるため、テーパ加工された中空穴を備える。
【００４４】
クレードル筐体３１は、素線ボビンの装着穴に対して下方から挿入する下部ボビン支持部材３７を備え、素線ボビンをクレードル筐体３１に対して回転可能に装着するため、軸受３６を介してクレードル筐体３１に支持されている。下部ボビン支持部材３７には、素線ボビンの装着穴径に対応して上方に向かってテーパ加工された下部ボビンガイド部３８を備える。
また、素線ボビンの装着穴に対して上方から挿入するものであって、下部ボビン支持部材３７と嵌合する嵌合部を有する上部ボビン支持部材３９を備え、下部ボビン支持部材と同様に、素線ボビンの装着穴径に対応して下方に向かってテーパ加工された上部ボビンガイド部４０を備える。
上部ボビン支持部材３９の上部には、素線ボビンの装着後に上部ボビン支持部材３９に付勢を与えるバネ材４１と、バネ材４１を下方に押し下げるセットカラー４２と、セットカラー４２を下部ボビン支持部材３７にロックするロック機構４３とを有する。
【００４５】
素線ボビン２０をクレードル筐体３１に装着する手順は、下部ボビン支持部材３７に対して素線ボビンを上方から挿入し、次に下部ボビン支持部材３７に装着された素線ボビンに対して上部ボビン支持部材３９を上方から挿入し、セットカラー４２を押し下げ、ロック機構４３によりロックさせるだけでよく、素線ボビン２０はクレードル３０に対してワンタッチで精度よく心出しして装着される。
また、下部ボビン支持部材３７の下部ボビンガイド部３８と、上部ボビン支持部材３９の上部ボビンガイド部４０とには、装着穴径の異なる素線ボビンを装着させるためのテーパ加工が施されており、複数種類の素線ボビンに対して、同一の素線ボビン支持機構を用いてワンタッチで精度よく心出しして装着することができる。
【００４６】
クレードル筐体７１の下面の下部ボビン支持軸３７の下端には、装着された素線ボビンとともに回転する反射板４８を備えており、反射板４８の表面は黒色塗装が施され、回転方向の対角位置に９０度の扇状の反射シールが貼られている。このような回転板４８に対して、後述の図６に示すようにチューブ１０の下方に備えられた断線検出センサ４９より光ビームを照射し、反射板からの反射パルスを検出することにより素線切れを検出する。なお、断線検出の詳細については後述する。
【００４７】
各クレードル３０に装着された素線ボビン２０の素線は、各クレードルの前方回転軸３２の中空穴を通して引き出され、図１にも示されるように、クレードルの前方回転軸３２からチューブの開口部１６までの間に配備された素線ガイドパイプ２２と、チューブ１０の外周肉厚部において開口部１６からチューブ１０の前方端までに設けられた挿通穴１８に装着された素線ガイドパイプ２２と、チューブ１０の前方端から集合ダイス５０付近までの間に配備された素線ガイドパイプ２２とを通して、集合ダイス５０まで導かれる。
【００４８】
なお、チューブ１０の外周部の挿通穴部分には、素線ガイドパイプ２２を挿通穴１８に装着するためのガイドパイプ固定ネジ１９を備えており、チューブの挿通穴１８に装着された素線ガイドパイプにおいて、素線の通過によって内面の一部に損傷が生じた場合には損傷の影響を受けない方向に素線ガイドパイプを回転させて対応することが可能であり、内面の全体に亘って劣化が生じた場合には素線ガイドパイプを交換することで補修することができる。
【００４９】
また、チューブ１０の後部チューブロータ軸１２ｂの左端側に備える前述の固定の素線ボビン装着機構は、クレードル３０の上述のクレードル筐体３１部分を本体架台１に固定したものであって、後部チューブロータ軸１２ｂの左端側において回転軸と直交する水平２方向に分散して２個配備することができる。
この固定の素線ボビン装着機構に装着された素線ボビンから引き出された素線は、後部チューブロータ軸１２ｂの中空穴を通して後部チューブロータ軸１２ｂの右端側に導かれ、後部チューブロータ軸１２ｂの中空穴からチューブの開口部１６までの間に配備された素線ガイドパイプ２２と、チューブ１０の外周肉厚部において開口部１６からチューブ１０の前方端までに設けられた挿通穴１８に装着された素線ガイドパイプ２２と、チューブ１０の前方端から集合ダイス５０付近までの間に配備された素線ガイドパイプ２２とを通して、集合ダイス５０まで導かれる。
【００５０】
チューブ１０の外周肉厚部の挿通穴１８は、円周方向に所定の間隔で設けられ、それぞれに素線ガイドパイプ２２が装着されたときにチューブ１０の円周方向の重量バランスが略均等となるように配備されている。
【００５１】
図５に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機１００の引取装置の断面図解図を示す。
引取装置６０は、駆動モータ６２により回転駆動される駆動側キャプスタン６３と、自由回転する従動側キャプスタン６４とを有し、集合ダイス５０から引き出された撚線を従動側キャプスタン６４と駆動側キャプスタン６３の間で複数回巻き付けることで引取動作を行う。
【００５２】
ここで、従動側キャプスタン６４は、撚線の周回ターン毎にそれぞれ独立に回転する回転ホイール６５を備え、各回転ホイール６５にはそれぞれ独立の回転軸受６６を備える。
これにより、従動側キャプスタン６４と駆動側キャプスタン６３の間で複数回周回する撚線が、各ターンにおける駆動側キャプスタンから受ける引取テンションの差異や、撚線とキャプスタンとの摩擦状態の変化等によって、ターン毎に撚線の引取速度が異なるような場合においても、各ターンの引取速度に応じて対応する回転ホイール６５が独立に回転するので、撚線に過度のテンションが発生することを防止でき、撚線の断線や素線の損傷を抑制することができる。
【００５３】
従動側キャプスタン６４の各回転ホイール６５は、ホイールの外周部の一方の山の全周に亘って、隣接するホイールの外周部の手前側の山を覆う鍔を備える。
これにより、撚線を従動側キャプスタン６４の各回転ホイール６５に架ける際に撚線を各回転ホイールの間の隙間に巻き込むことが防止され、操作性が向上するとともに、引取動作中に撚線が各回転ホイールの間の隙間に挟みこまれることが防止され、稼働率を更に向上させることができる。
【００５４】
なお、引取装置６０は、撚線の断線を検出するために、従動側キャプスタン６４からの反射光により従動側キャプスタン６４の回転を検出する回転検出センサ６７と、従動側キャプスタン６４と駆動側キャプスタン６３の間を周回させた撚線との導通を検出する導通検出センサ６８とを備え、一方のセンサが非検出状態となったときに撚線が断線したと判断される。
【００５５】
図６に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機１００の本体カバーの断面図解図を示す。図６において、（ａ）はチューブの軸方向の断面図解図であり、（ｂ）はチューブの径方向の断面図解図である。
本体架台１の上には、チューブ１０を囲うように本体カバー２が設けられ、本体カバー２は、チューブにアクセスするための開閉機構３を備える。
ここで、本体カバー２は、図６（ｂ）に示すように、チューブ１０の下部外周面に対して断面がチューブ１０と略同心円となる半割れの下部チューブカバー４を備え、開閉機構３は、チューブ１０の上部外周面に対して断面がチューブ１０と略同心円となる半割れの上部チューブカバー５を備え、開閉機構３を閉止したときに、下部チューブカバー４と上部チューブカバー５とが密接し、下部チューブカバー４と上部チューブカバー５とにより形成される断面がチューブ１０と略同心円の円筒状のカバーによってチューブ１０の外周面の全面が覆われるようにしている。
これにより、高速回転中のチューブの窓等による風切り音が抑制され、運転中の騒音が低減される。
なお、上部チューブカバー４と下部チューブカバー５は、必要に応じて表面に吸音材を配設するようにしもよい。
【００５６】
チューブ内の各クレードルに装着された素線ボビンの素線切れを検出する断線検出センサ４９は、図６（ａ）に示すように、下部チューブカバー５の下部の本体架台１上においてチューブ内の各クレードルの反射板４８に対応する位置に配備され、下部チューブカバー５には、各クレードルの反射板４８に対応する位置に光ビームを通過させる穴が設けられている。
また、後部ロータ軸１２ｂの左端の固定の素線ボビン装着機構に装着された素線ボビンの素線切れを検出する断線検出センサ４９は、図６（ｂ）に示すように、固定の素線ボビン装着機構の下面の反射板４８の直下に設けられている。
【００５７】
反射板４８は、前述のように、表面が黒色塗装され、素線ボビンの回転によって断線検出センサ４８により反射パルスが検出されるように回転方向の対角位置に９０度の扇状の反射シールが貼られている。これにより、運転中に素線ボビンが回転していると断線検出センサ４８において常時反射パルスが検出されるので、断線検出センサ４８において一定時間以上にわたって反射パルスが検出されなくなったときに素線切れが発生したと判断する。
ここで、チューブ１０内の各クレードルの反射板４８からの反射パルスの検出は、チューブ１０の円周方向の３箇所に設けられた窓１４を通して行うことになるので、断線検出センサ４９の光ビームのチューブ１０の外周部の外表面での反射が外乱とならないように、チューブ１０の外周部の外表面には塗装による黒色コーティングが施されている。
従って、反射板が光ビームを反射しない位置で停止した場合は、断線検出センサ４９において、チューブの窓部分においても窓以外の部分においても反射光が検出されないので、反射板４８による反射パルスが生成されず、正しく素線切れを判断することができる。
一方、反射板が光ビームを反射する位置で停止した場合は、断線検出センサ４９において、チューブの窓部分では反射光を検出するが、窓以外の部分では反射光が検出されないので、チューブの回転による疑似反射パルスが生成される。
このようなチューブの回転による疑似反射パルスによって素線ボビンが回転していると誤判定することを防止するため、断線センサ４９には、チューブの回転による窓の通過周期に対応する短時間パルスをマスクするオフディレイタイマが設定されている。これにより、反射板が光ビームを反射しない位置で停止した場合における疑似反射パルスの発生が抑制され、正しく素線切れを検出することができる。
【００５８】
図７に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機１００の制御システムの概略構成図を示す。
磁気軸受式チューブラー型撚線機の制御システム２００は、前部ラジアル磁気軸受７０ａと後部ラジアル磁気軸受７０ｂとアキシャル磁気軸受７０ｃ（図示省略）に接続され、各磁気軸受７０ａ，７０ｂ，７０ｃを制御してチューブ１０のロータ軸を浮上させる磁気軸受コントローラ２１０と、ビルトインモータ８０に接続され、主軸ユニット８４を駆動して後部ロータ軸１２ｂの周りに回転磁界を発生させるインバータ２２０と、引取装置６０の駆動モータ６２に接続され、駆動側キャプスタン６３の回転速度を制御するサーボコントローラ２３０と、磁気軸受コントローラ２１０とインバータ２２０とサーボコントローラ２３０に接続され、それぞれに対して所定の指令を与えるプログラマブルコントローラ２４０とを備え、プログラマブルコントローラ２４０は、装置の動作状態の表示や設定変更を行うタッチパネル２５０と、装置の運転を始動する運転釦・装置の運転を停止する停止押釦・装置を非常停止させる非常停止釦等を備える操作盤２６０に接続されている。
【００５９】
磁気軸受コントローラ２１０は、プログラマブルコントローラ２４０から浮上指令を受け、前部ラジアル磁気軸受７０ａと後部ラジアル磁気軸受７０ｂとアキシャル磁気軸受７０ｃの制御を行う。
前部ラジアル磁気軸受７０ａの制御は、一対の前部ラジアル変位センサ７４ａの信号の差分をとり、それが目標値となるように対応する前部ラジアル電磁石７３ａに対して励磁電流を与えるフィードバック制御をすべての前部ラジアル変位センサ７４ａと前部ラジアル電磁石７３ａに対して行う。
同様に、後部ラジアル磁気軸受７０ｂの制御は、一対の後部ラジアル変位センサ７４ｂの信号の差分をとり、それが目標値となるように対応する後部ラジアル電磁石７３ｂに対して励磁電流を与えるフィードバック制御をすべての前部ラジアル変位センサ７４ｂと前部ラジアル電磁石７３ｂに対して行う。
また、アキシャル磁気軸受７０ｃの制御は、一対のアキシャル変位センサ７４ｃの信号の差分をとり、それが目標値となるように対応するアキシャル電磁石７３ｃに対して励磁電流を与えるフィードバック制御をすべての前部ラジアル変位センサ７４ｃと前部ラジアル電磁石７３ｃに対して行う。
なお、アキシャル磁気軸受７０ｃには回転検出センサ７５ｃを備えており、上記各磁気軸受の制御において、回転検出センサ７５ｃの信号に基づいて、各磁気軸受の変位センサの差分信号から回転に同期した変位成分を除去する処理が行われ、チューブ１０のロータ軸の静バランスや動バランスの不釣合いに基づく振動が自動的に抑制される。
以上のような磁気軸受コントローラ２１０の制御により、クレードルという可動体を内部に有するチューブラー型撚線機において、装置の組立時にチューブの動バランスを厳密に調整する必要がなくなり、簡易な動バランスの調整を行うだけで高速回転時のチューブの振動を低減化させることができる。
【００６０】
インバータ２２０は、プログラマブルコントローラ２４０から回転指令を受け、ビルトインモータ８０の主軸ユニット８４に対して設定された回転数の回転磁界を発生させることによって後部チューブロータ軸１２ｂを回転駆動する。
なお、後部チューブロータ軸１２ｂの左端にはエンコーダ８６を備えており、エンコーダ８６による回転パルスがプログラマブルコントローラ２４０に取り込まれ、チューブの回転速度が常時モニタされている。
【００６１】
サーボコントローラ２３０は、プログラマブルエンコーダ２４０から引取装置の回転数指令を受け、エンコーダを備えた引取駆動モータ６２に対して指定された回転数で回転するように駆動制御を行う。
【００６２】
図８に、本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機１００のプログラマブルコントローラ２４０の制御タイミングチャートを示す。
プログラマブルコントローラ２４０は、操作盤２６０において運転押釦が押されると、最初に磁気軸受コントローラ２１０に対する浮上指令をＯＮとし、すべての磁気軸受の浮上完了が確認されたら（図示省略）、インバータ２２０に対する本体回転指令をＯＮとする。これにより本体チューブの回転速度は増加し、加速期間が経過すると設定回転数に到達して定常運転期間に入る。
そして、操作盤２６０において停止押釦が押されると、インバータ２２０に対する本体回転指令をＯＦＦとする。これにより本体チューブの回転速度は減少し、減速期間が経過すると本体回転速度がゼロとなり、本体チューブの回転が停止していることが確認されたら（図示省略）、磁気軸受コントローラに対する浮上指令をＯＦＦとする。
本体チューブの回転中は、エンコーダ８６より得られる回転パルスから本体チューブの回転速度を常時検出し、検出された本体回転速度と設定された撚線の撚ピッチとから引取装置に指定する回転数指令を常時演算し、サーボコントローラ２３０に対して引取装置回転数指令を随時提供する。
【００６３】
本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機１００では、本体チューブの定格回転数は６０００ｒｐｍであり、撚ピッチが０．１ｍｍのとき、定格回転数における引取装置の回転数指令は３ｒｐｍ、素線ボビンの回転数は３．８ｒｐｍであり、撚ピッチが５ｍｍのとき、定格回転数における引取装置の回転数指令は１５０ｒｐｍ、素線ボビンの回転数は１９０ｒｐｍである。
【００６４】
プログラマブルコントローラ２４０には、各断線検出センサ４９からの信号が入力されており、運転中にいずれかの断線検出センサ４９において断線が検出されると、直ちに本体回転指令をＯＦＦとし、空圧キャリパ９４のソレノイドバルブ９６に対して本体非常停止指令を送信して、本体チューブの回転を緊急停止する。
また、図面では省略されているが、引取装置６０の回転検出センサ６７と導通検出センサ６８により撚線の断線が検出された場合においても、同様に本体チューブの回転を緊急停止する。
【００６５】
以上のような本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機を実際に稼動させた結果、１時間程度の簡単なチューブの動バランスの調整を実施しただけで、運転中のチューブの回転軸の振動はいずれの方向についても２μｍ以下となり、従来の空気軸受式のチューブラー型撚線機に比して、動バランスの調整に要していた多大な工数が約１時間に短縮されるとともに、高速回転時のチューブの振動が約５分の１以下に低減されることが確認された。
また、従来の空気軸受式チューブラー型撚線機の消費電力が３．７ＫＷであったのに対し、上記本願発明の一実施形態の磁気軸受式チューブラー型撚線機の消費電力は２７０Ｗとなり、消費電力が１０分の１に低減されることが確認された。
【００６６】
上記実施形態では、チューブロータ軸の軸方向を軸承するアキシャル磁気軸受についても磁気軸受を使用するものとして説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、アキシャル軸受はチューブの回転軸の振動に与える影響が少ないので、通常の機械式のアキシャル軸受を用いてもよい。
【００６７】
上記実施形態では、いずれの磁気軸受も、ロータ軸の変位を検出する変位センサとして、対向する一対の変位センサを備え、一対の変位センサの差分信号に基づいて対応する電磁石の励磁電流を制御するものとして説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、単一の変位センサの信号を目標位置に対する基準値と比較することによって対応する電磁石の励磁電流を制御するようにしてもよい。
【００６８】
上記実施形態では、アキシャル磁気軸受に回転パルスを検出する回転検出センサを備え、この信号に基づいて各磁気軸受の変位センサの差分信号から回転に同期した変位成分を除去する処理を行うものとして説明したが、本体チューブの回転数を計測するエンコーダの信号を共用するようにしてもよい。
【００６９】
上記実施形態では、チューブの下方に設けた断線検出センサにより、チューブの窓を通して素線ボビンとともに回転する反射板からの反射パルスを検出するため、チューブの外周部の外表面を黒色コーティングし、断線検出センサは、反射板からの反射をチューブの窓以外の部分が遮蔽することによって生ずる疑似反射パルスをマスクするため、チューブの回転による窓の通過周期に対応する短時間パルスをマスクするオフディレイタイマを設定するものとして説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、例えば、チューブの回転角度信号に基づいてチューブの窓以外の信号成分をマスクするマスク信号を生成し、生成されたマスク信号により断線検出センサからの信号をマスクようにしてもよい。この場合には、チューブの外周面の窓以外の部分からの反射による外乱の影響は受けなくなるので、チューブの外周部の外表面のク黒色コーティングを省略することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上述べたように、本願発明によれば、チューブの回転軸を軸承する軸受として磁気軸受を用い、チューブの回転軸を回転駆動する駆動装置としてチューブの回転軸を非接触で駆動するビルトインモータを用い、チューブの同一回転軸上にビルトインモータと磁気軸受を配備するようにしたので、簡易な動バランスの調整を行うだけで運転中のチューブの振動が大幅に低減され、振動に起因する断線を防止して極細線ケーブルへの適用を可能とするとともに、高速・低騒音・低消費電力・高稼働率のチューブラー型撚線機を提供することができる。
【００７１】
本願発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本願発明の効果を奏する限り、各実施形態で述べた構成要素を適宜入れ替えたり、新たな構成要素を追加したり、一部の構成要素を削除したりしてもよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７２】
１００ 本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機
１ 本体架台
２ 本体カバー
３ 開閉機構
４ 下部チューブカバー
５ 上部チューブカバー
１０ チューブ
１２ａ 前部チューブロータ軸
１２ｂ 後部チューブロータ軸
１４ 窓
１６ 開口部
１８ 挿通穴
１９ 素線ガイドパイプ固定ネジ
２０ 素線ボビン
２２ 素線ガイドパイプ
３０ クレードル
３１ クレードル筐体
３２ 前方回転軸
３３ 前方軸受
３４ 後方回転軸
３５ 後方軸受
３６ ボビン支持軸受
３７ 下部ボビン支持部材
３８ 下部ボビンガイド部
３９ 上部ボビン支持部材
４０ 上部ボビンガイド部
４１ バネ
４２ セットカラー
４３ ロック機構
４４ ボビン支持軸歯車
４５ トルク調整器歯車
４６ トルク調整器
４７ トルク調節ネジ
４８ 反射板
４９ 断線検出センサ
５０ 集合ダイス
６０ 引取装置
６２ 引取駆動モータ（エンコーダ付）
６３ 駆動側キャプスタン
６４ 従動側キャプスタン
６５ 回転ホイール
６６ 回転軸受
６７ 回転検出センサ
６８ 導通検出センサ
７０ａ 前部ラジアル磁気軸受
７２ａ 前部ラジアルステータ
７２ａ 前部ラジアル電磁石
７４ａ 前部ラジアル変位センサ
７６ａ 前部ラジアルタッチダウン軸受
７７ａ センサハウジング
７８ａ タッチダウン軸受ハウジング
７９ａ 小径転がり軸受
７０ｂ 後部ラジアル磁気軸受
７２ｂ 後部ラジアルステータ
７３ｂ 後部ラジアル電磁石
７４ｂ 後部ラジアル変位センサ
７６ｂ 後部ラジアルタッチダウン軸受
７０ｃ アキシャル磁気軸受
７１ｃ アキシャルディスク
７２ｃ アキシャルステータ
７３ｃ アキシャル電磁石
７４ｃ アキシャル変位センサ
７５ｃ 回転検出センサ
７６ｃ アキシャルタッチダウン軸受
８０ ビルトインモータ
８２ ステータハウジング
８４ 主軸ユニット
８６ エンコーダ
９０ ブレーキ
９２ ブレーキディスク
９４ 空圧キャリパ
９６ ソレノイドバルブ
２００ 本願発明の一実施形態にかかる磁気軸受式チューブラー型撚線機の制御システム
２１０ 磁気軸受コントローラ
２２０ ビルトインモータインバータ
２３０ 引取装置サーボコントローラ
２４０ プログラマブルコントローラ
２５０ タッチパネル
２６０ 操作盤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向がほぼ水平に載置され、前記長手方向の回転軸の廻りに回転駆動される筒状のチューブと、
前記チューブ内に装着され、撚り合わされる素線が巻き取られた複数の素線ボビンと、
前記複数の素線ボビンの各々を、巻き取られた素線を引き出し可能に、前記チューブ内の長手方向に配列して固定する素線ボビン固定機構であって、前記チューブの回転に伴って前記素線ボビン固定機構が回転しないように前記チューブの回転軸に軸承される軸受をそれぞれ有する複数のクレードルと、
前記各クレードルに固定された各素線ボビンから引き出され、前記チューブの外周部を介して前記チューブの長手方向の一端側に導かれた各素線を集合する集合ダイスと、
前記チューブの回転によって前記集合ダイスに集合された各素線が撚り合わされて形成された撚線を引き取る引取装置とを備えたチューブラー型撚線機であって、
前記チューブの回転軸の両端側において回転軸の径方向を軸承するラジアル軸受として、前記チューブの回転軸の径方向の周囲に配備された複数のラジアル電磁石と、前記チューブの回転軸の少なくとも２つの径方向の変位量を検出するラジアル変位センサを有し、前記ラジアル変位センサにより検出されたチューブの回転軸の径方向の変位量に基づいて前記複数のラジアル電磁石を励磁し、前記チューブの回転軸の径方向の位置を所定の回転中心に位置決めするラジアル磁気軸受を用い、
前記チューブの回転軸を回転駆動する駆動装置として、前記チューブの回転軸を非接触で回転駆動するビルトインモータを用い、
前記チューブの同一回転軸に対して、非接触で回転駆動するビルトインモータと非接触で軸承するラジアル磁気軸受を配備することによって前記チューブの回転中の機械振動を低減させたことを特徴とする、磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項２】
前記チューブの回転軸の軸方向を軸承するアキシャル軸受として、前記チューブの回転軸の一端側に固定され、径方向に円盤状に形成されたアキシャルディスクと、前記アキシャルディスクの径方向周辺部において軸方向の両側に配備された少なくとも一対のアキシャル電磁石と、前記アキシャルディスクの軸方向の変位を検出するアキシャル変位センサを有し、前記アキシャル変位センサにより検出されたチューブの回転軸の軸方向の変位量に基づいて前記アキシャル電磁石を励磁し、前記チューブの回転軸を軸方向の位置を所定位置に位置決めするアキシャル磁気軸受を用いたことを特徴とする、請求項１に記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項３】
前記クレードルは、前記素線ボビンの装着穴を上方から挿入し、前記素線ボビンを軸廻りに所定のトルクで回転可能に支持する下部ボビン支持部材であって、上方に向かってテーパ加工された下部ボビンガイド部を備えた下部ボビン支持部材と、前記素線ボビンを前記下部ボビン支持部材に挿入した後に、前記素線ボビンの装着穴の上方より挿入して前記下部ボビン支持部材に嵌合させて前記素線ボビンを固定する上部ボビン支持部材であって、下方に向かってテーパ加工された上部ボビンガイド部を備えた上部ボビン支持部材と、前記上部ボビン支持部材を下方に押し下げる付勢手段と、前記付勢手段により前記上部ボビン支持部材を押し下げた後に前記付勢手段を前記下部支持部材に固定するロック手段とを有し、前記素線ボビンを前記クレードルにワンタッチで精度よく心出しして装着できるようにしたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項４】
前記クレードルは、装着された素線ボビンとともに回転する反射板であって、回転方向に光ビームを反射する部分と反射しない部分とを含む反射板を有し、
前記反射板に対して光ビームを照射し、前記反射板からの反射パルスを検出することによって素線ボビンの回転を検出し、前記反射パルスが検出されないときに素線切れが発生したと判断する断線検出センサを前記チューブ周辺の前記各クレードルの前記反射板に対応する位置に備え、前記チューブの外周肉厚部の各クレードルの素線ボビンに対応して設けられた窓を通して前記反射板からの反射パルスを検出するものであって、
前記チューブの外周部の外表面を黒色コーティングし、
前記断線検出センサは、前記反射板からの反射光を前記チューブの窓以外の部分が遮蔽することによって生ずる疑似反射パルスをマスクするマスク手段を備えたことを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項５】
前記引取装置は、駆動モータにより回転駆動される駆動側キャプスタンと、自由回転する従動側キャプスタンとを有し、前記集合ダイスから引き出された撚線を、前記従動側キャプスタンと前記駆動側キャプスタンの間で複数回周回させて引き取るものであって、
前記従動側キャプスタンは、前記撚線の周回ターン毎にそれぞれ独立の回転ホイールを備え、前記各回転ホイールにはそれぞれ独立の回転軸受を備えたことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項６】
前記引取装置は、前記駆動側キャプスタンの回転速度を、指定された回転数指令に常時追従させるように前記駆動モータを制御するサーボ手段を有し、
前記チューブの回転開始から回転終了までの全期間に亘って、前記チューブの回転速度を回転速度検出手段により常時検出し、前記回転速度検出手段により検出された前記チューブの回転速度と一定の比率となる駆動側キャプスタンの回転数指令を常時演算し、前記演算された駆動側キャプスタンの回転数指令を前記サーボ手段に随時提供する制御手段を備えたことを特徴とする、請求項５に記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項７】
前記各クレードルの各素線ボビンから引き出され、前記チューブの外周部を介して前記集合ダイスまで導かれる各素線は、前記各クレードルの素線引出部から前記集合ダイスの近傍に至るまで、素線をガイドする素線ガイドパイプ内を通過させるようにしたものであって、
前記前記チューブの外周肉厚部には、前記素線ガイドパイプを挿通させる挿通穴を有し、前記素線ガイドパイプのうち前記チューブの外周部を長手方向に素線を導く素線ガイドパイプは、前記挿通穴に対して着脱自在および／または回転可能に装着されたことを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項８】
前記チューブは、総削りにより外周表面に突起を有しないように形成したことを特徴とする、請求項７に記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項９】
開閉機構を有し、前記チューブを収容する本体カバーを備え、
前記本体カバーは、前記チューブの下部外周面に対して断面が前記チューブと略同心円となる半割れの下部チューブカバーを備え、前記開閉機構は、前記チューブの上部外周面に対して断面が前記チューブと略同心円となる半割れの上部チューブカバーを備え、前記開閉機構を閉止したときに、前記下部チューブカバーと前記上部チューブカバーとが密接し、前記下部チューブカバーと前記上部チューブカバーとにより形成される断面が前記チューブと略同心円の円筒状カバーによって前記チューブの外周面が覆われるようにしたことを特徴とする、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項１０】
前記ラジアル磁気軸受は、制御異常が発生した際に前記チューブの回転軸の径方向を軸承するタッチダウン軸受を備え、
前記タッチダウン軸受は、前記チューブの回転軸の径方向の周囲に小径の複数の転がり軸受を配備したことを特徴とする、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項１】
長手方向がほぼ水平に載置され、前記長手方向の回転軸の廻りに回転駆動される筒状のチューブと、
前記チューブ内に装着され、撚り合わされる素線が巻き取られた複数の素線ボビンと、
前記複数の素線ボビンの各々を、巻き取られた素線を引き出し可能に、前記チューブ内の長手方向に配列して固定する素線ボビン固定機構であって、前記チューブの回転に伴って前記素線ボビン固定機構が回転しないように前記チューブの回転軸に軸承される軸受をそれぞれ有する複数のクレードルと、
前記各クレードルに固定された各素線ボビンから引き出され、前記チューブの外周部を介して前記チューブの長手方向の一端側に導かれた各素線を集合する集合ダイスと、
前記チューブの回転によって前記集合ダイスに集合された各素線が撚り合わされて形成された撚線を引き取る引取装置とを備えたチューブラー型撚線機であって、
前記チューブの回転軸の両端側において回転軸の径方向を軸承するラジアル軸受として、前記チューブの回転軸の径方向の周囲に配備された複数のラジアル電磁石と、前記チューブの回転軸の少なくとも２つの径方向の変位量を検出するラジアル変位センサを有し、前記ラジアル変位センサにより検出されたチューブの回転軸の径方向の変位量に基づいて前記複数のラジアル電磁石を励磁し、前記チューブの回転軸の径方向の位置を所定の回転中心に位置決めするラジアル磁気軸受を用い、
前記チューブの回転軸を回転駆動する駆動装置として、前記チューブの回転軸を非接触で回転駆動するビルトインモータを用い、
前記チューブの同一回転軸に対して、非接触で回転駆動するビルトインモータと非接触で軸承するラジアル磁気軸受を配備することによって前記チューブの回転中の機械振動を低減させたことを特徴とする、磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項２】
前記チューブの回転軸の軸方向を軸承するアキシャル軸受として、前記チューブの回転軸の一端側に固定され、径方向に円盤状に形成されたアキシャルディスクと、前記アキシャルディスクの径方向周辺部において軸方向の両側に配備された少なくとも一対のアキシャル電磁石と、前記アキシャルディスクの軸方向の変位を検出するアキシャル変位センサを有し、前記アキシャル変位センサにより検出されたチューブの回転軸の軸方向の変位量に基づいて前記アキシャル電磁石を励磁し、前記チューブの回転軸を軸方向の位置を所定位置に位置決めするアキシャル磁気軸受を用いたことを特徴とする、請求項１に記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項３】
前記クレードルは、前記素線ボビンの装着穴を上方から挿入し、前記素線ボビンを軸廻りに所定のトルクで回転可能に支持する下部ボビン支持部材であって、上方に向かってテーパ加工された下部ボビンガイド部を備えた下部ボビン支持部材と、前記素線ボビンを前記下部ボビン支持部材に挿入した後に、前記素線ボビンの装着穴の上方より挿入して前記下部ボビン支持部材に嵌合させて前記素線ボビンを固定する上部ボビン支持部材であって、下方に向かってテーパ加工された上部ボビンガイド部を備えた上部ボビン支持部材と、前記上部ボビン支持部材を下方に押し下げる付勢手段と、前記付勢手段により前記上部ボビン支持部材を押し下げた後に前記付勢手段を前記下部支持部材に固定するロック手段とを有し、前記素線ボビンを前記クレードルにワンタッチで精度よく心出しして装着できるようにしたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項４】
前記クレードルは、装着された素線ボビンとともに回転する反射板であって、回転方向に光ビームを反射する部分と反射しない部分とを含む反射板を有し、
前記反射板に対して光ビームを照射し、前記反射板からの反射パルスを検出することによって素線ボビンの回転を検出し、前記反射パルスが検出されないときに素線切れが発生したと判断する断線検出センサを前記チューブ周辺の前記各クレードルの前記反射板に対応する位置に備え、前記チューブの外周肉厚部の各クレードルの素線ボビンに対応して設けられた窓を通して前記反射板からの反射パルスを検出するものであって、
前記チューブの外周部の外表面を黒色コーティングし、
前記断線検出センサは、前記反射板からの反射光を前記チューブの窓以外の部分が遮蔽することによって生ずる疑似反射パルスをマスクするマスク手段を備えたことを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項５】
前記引取装置は、駆動モータにより回転駆動される駆動側キャプスタンと、自由回転する従動側キャプスタンとを有し、前記集合ダイスから引き出された撚線を、前記従動側キャプスタンと前記駆動側キャプスタンの間で複数回周回させて引き取るものであって、
前記従動側キャプスタンは、前記撚線の周回ターン毎にそれぞれ独立の回転ホイールを備え、前記各回転ホイールにはそれぞれ独立の回転軸受を備えたことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項６】
前記引取装置は、前記駆動側キャプスタンの回転速度を、指定された回転数指令に常時追従させるように前記駆動モータを制御するサーボ手段を有し、
前記チューブの回転開始から回転終了までの全期間に亘って、前記チューブの回転速度を回転速度検出手段により常時検出し、前記回転速度検出手段により検出された前記チューブの回転速度と一定の比率となる駆動側キャプスタンの回転数指令を常時演算し、前記演算された駆動側キャプスタンの回転数指令を前記サーボ手段に随時提供する制御手段を備えたことを特徴とする、請求項５に記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項７】
前記各クレードルの各素線ボビンから引き出され、前記チューブの外周部を介して前記集合ダイスまで導かれる各素線は、前記各クレードルの素線引出部から前記集合ダイスの近傍に至るまで、素線をガイドする素線ガイドパイプ内を通過させるようにしたものであって、
前記前記チューブの外周肉厚部には、前記素線ガイドパイプを挿通させる挿通穴を有し、前記素線ガイドパイプのうち前記チューブの外周部を長手方向に素線を導く素線ガイドパイプは、前記挿通穴に対して着脱自在および／または回転可能に装着されたことを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項８】
前記チューブは、総削りにより外周表面に突起を有しないように形成したことを特徴とする、請求項７に記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項９】
開閉機構を有し、前記チューブを収容する本体カバーを備え、
前記本体カバーは、前記チューブの下部外周面に対して断面が前記チューブと略同心円となる半割れの下部チューブカバーを備え、前記開閉機構は、前記チューブの上部外周面に対して断面が前記チューブと略同心円となる半割れの上部チューブカバーを備え、前記開閉機構を閉止したときに、前記下部チューブカバーと前記上部チューブカバーとが密接し、前記下部チューブカバーと前記上部チューブカバーとにより形成される断面が前記チューブと略同心円の円筒状カバーによって前記チューブの外周面が覆われるようにしたことを特徴とする、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【請求項１０】
前記ラジアル磁気軸受は、制御異常が発生した際に前記チューブの回転軸の径方向を軸承するタッチダウン軸受を備え、
前記タッチダウン軸受は、前記チューブの回転軸の径方向の周囲に小径の複数の転がり軸受を配備したことを特徴とする、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の磁気軸受式チューブラー型撚線機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１３２１２２（Ｐ２０１２−１３２１２２Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８５６７６（Ｐ２０１０−２８５６７６）
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（５１０３３７７４６）株式会社ＨＣＩ (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（５１０３３７７４６）株式会社ＨＣＩ (1)
【Ｆターム（参考）】
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