CN1137847C - 带有筒管夹持器的卷绕装置 - Google Patents

Abstract

本发明是带有筒管夹持器(1)的卷绕装置，所述筒管夹持器具有驱动轴，由该驱动轴驱动而转动并且外周面上插套着筒状筒管的回转圆筒及筒管夹持装置，其特征在于：该回转圆筒的外径(Ds)与上述筒管的内径(Db)之差δ在10毫米以下；而且使该回转圆筒的至少一端部侧的壁厚薄于该回转圆筒与驱动轴接合部附近的壁厚。

Description

带有筒管夹持器的卷绕装置

本发明涉及带有筒管夹持器的卷绕装置的改进，用于卷绕例如丝条与钢丝等线状体，合成树脂薄膜、布帛、纸等片状物时所使用，详细地说是关于带有在不使筒管内径增大而且将筒管强力夹持的状态下能进行高速卷绕的筒管夹持器的卷绕装置。

近年来，在例如合成纤维制造工艺中所使用的丝条卷绕装置，力图使其生产率提高、成本降低，丝条品质改善并区别对待，装置性能不断提高，目前已经制出了安装有全长超过1,000毫米的筒管，设有以高于6000米/分的高速度进行卷绕的筒管夹持器的卷绕装置。

然而，进一步使生产性能提高与降低成本仍然是当前合成纤维工业的极为重要的课题，特别是期待出现能降低筒管费用，能一次夹持许多小直径筒管的，即所谓小直径大长度型式的能进行高速卷绕的筒管夹持器及使用这种筒管夹持器的卷绕装置。

可是，迄今所用的丝条卷绕机的筒管夹持器，在按照上述要求而增大长度的同时，其卷绕转数要在高于低速临界速度，低于因振动能加大而不能超过的高速临界速度(以下，简称“共振转速(NC)”)的转数范围之内使用已成为主流。

对于这类的过去的筒管夹持器，例如在特开平2-225268号公报等里所公开的内容已然公知，其筒管夹持器的通常结构如图(11)所示。即过去的筒管夹持器10是固定在经联轴节13而连结在电机轴12上的筒管夹持器轴14的左端上的，是由回转圆筒15，插套在此回转圆筒外周上的多个(图中为8个)弹性环16a～h，定位这些弹性环的圆筒形隔垫17a～g，能把各弹性环16a～h压向图的右方的前盖17，在此前盖上的提供向上述右方的推压力的碟形弹簧18以及活塞19构成的推压机构20构成的，在上述电机轴12与筒管夹持器轴14上设有连通压缩空气的供给孔12a、14a，如图12所示，上述弹性环16a～h是把钢制环22接合在橡胶环21两侧面上的一体的结构。

于是在上述筒管夹持器10夹持住筒管23时，借助碟形弹簧18的推压力(向图中右方的伸张力)而把前盖17移向图中的右方从而使各弹性环16a～h受到来自两侧面方向的压缩。由于在此时橡胶环21的体积几乎是不变的，因此上述橡胶环以相当于两侧受压所改变的体积而变形使其半径增大，理应夹持住筒管23，即对于上述橡胶环的径向厚度的加厚程度来说，如果同样大小来自两侧受压缩而产生的体积变化变大，由于得到了与其相应的半径增大的变形故而能把筒管牢固地夹持住。为此而使过去的弹性环16的厚度为7～10毫米，若再薄则增径变形变小不能牢固地夹持筒管，故通常是不采用的。

另外，在解除筒管23的夹持时(释放)，把从图中未示出的压缩空气源来的压缩空气由供给孔12a、14a供入，把活塞19驱向与碟形弹簧18的推压力相反的图中的左方，同时使前盖17也向图中的左方移动，解除了橡胶环21增径变形引起的膨胀，就松开了筒管。

然而，对于上面说明的现有技术来说，使之提供能满足今后的更高性能的要求，即提供夹持着多个小直径筒管并高速地卷绕丝条的筒管夹持器在物理上是很困难的。

下面，引用理论公式来说明，在现有技术中为实现高速的丝条卷绕必须使卷绕机的筒管夹持器10大直径化的理由。

即，对于筒管10的规格决定影响最大的关键部件是结构要素中最长的回转圆筒15，其共振转速Nc或者说其固有振动频率一般是用式1表示的，此值若大则筒管夹持器的整体共振转速就高。 $\mathrm{Nc}\∝\frac{1}{L^2}\·\sqrt{\frac{I}{A}}\·\sqrt{\frac{E}{\mathrm{\ρ}}}----\left(1\right)$

其中，回转圆筒的截面积A与截面的惯性矩I与回转圆筒的外径Ds及内径Di之间分别存在着

A∝(Ds²-Di²)

I∝(Ds⁴-Di⁴)的关系，

因此式1可以变为÷ $\mathrm{Nc}\∝\frac{\sqrt{{\mathrm{Ds}}^2+{\mathrm{Di}}^2}}{L^2}\·\sqrt{\frac{E}{\mathrm{\ρ}}}----\left(2\right)$

其中，E为纵弹性模量，ρ为比重，是由回转圆筒15的构成材料所决定的值，对于铁来说，一般地E＝21000kg/mm²，ρ＝7.85，就目前而言不大可能期望把由这些数值所定出的共振转速Nc提高到更高的数值。

作为提高共振转速的方法，①必须缩短回转圆筒的长度L，②增大外径Ds，③或在作为高速转动体的强度允许范围内尽可能地增大内径Di。

(1)但是，为了提高回转圆筒15的共振转速虽然可以把①的长度L设计成尽可能短，其长度已由所夹持的筒管23的全长大致决定了。例如，在夹持8个长度为150毫米的筒管时，回转圆筒15的长度必然是接近筒管全长1200毫米的数值，一般是采用1150～1200毫米的长度，小于此值，物理上是不可能的。

(2)其次，为了加大②的外径Ds，一般必须使松配合的弹性环16a～h的直径也加大，这样一来相应地就必须使用大直径的筒管。然而筒管大直径化与筒管的费用提高相关，这就抵消了由于提高了共振转速(Nc)而取得的提高卷绕速度、提高生产性能的效果。

在此，所考虑的有效手段是使各弹性环16a～h在半径方向上的厚度T尽力变薄以提高回转圆筒15的外径，就是说，在不伴随所用筒管内径Db变化的情况下，如果减小了弹性环的厚度就能相应地增大回转圆筒的外径Ds，使筒管的共振转速提高，从而使其能以更高的速度转动。

但是，单纯地使弹性环16a～h的径向厚度T变薄会引起如下的问题，例如在沿轴向夹持8个筒管23的情况下，通常是每个筒管用两个弹性环16a～h，共用16个，对各筒管23的夹持是用如上所述的来自前盖17的推压力而使弹性环16a～h在外径方向上变形而实现的，若如前面所考虑的使厚度T减小，则橡胶环21的总体积减小，即使从侧面施加压力也得不到牢固夹持筒管23所需的外径方向的膨胀量，而为了恢复因变薄而引起的体积减小的部分，若只是使橡胶环21轴向加长，则上述橡胶环21就会成为薄壁筒，在受到推压力时会发生纵向弯曲，也得不到牢固夹持筒管23径向向外的膨胀量。

另外，弹性环厚度T变薄本身也会在松开筒管并抽出时发生问题，虽然前盖17的推压力已被解除，由于弹性环16a～h的厚度减薄而使橡胶环21的复原力变小，靠近前盖17的1～2个弹性环16a、16b的橡胶环21虽然能恢复原来的形状，而离前盖17远位于电机11附近的弹性环16g、16h等则由于克服不了筒管内圆周面与回转圆筒15的外圆周面之间的摩擦力而仍保持其增大直径状态，于是就造成筒管抽出不易，如以上所说明的，欲把回转圆筒15的共振转速提高到高速范围而把弹性环16a～h的径向厚度减薄的做法受到所用现有技术的限制是难以实现的。

有几项见到的现有技术是属于在这种弹性环上下功夫的技术。例如美国专利说明书5,217,175号所公开的内容是改变构成弹性环的橡胶环的截面形状。

然而，上述弹性环只靠橡胶等弹性材料的复原力来作为从内圆周表面一侧夹持筒管的力，故在薄壁化的情况下就有得不到充分的夹持力的缺点。而且，上述装置的橡胶环在不受侧面方向压力状态下形成夹持筒管的外径尺寸，而在抽出筒管时张力作用在弹性环两侧面上使其产生缩径的变形，就是说，由于在无外力作用的状态下也夹持着筒管，就会有长期使用后由于橡胶环的疲劳、外周面磨损等原因而造成筒管夹持不良的缺点。

此外，美国专利说明书3,923,261所公开的筒管夹持器的筒管夹持部也是仅由橡胶材料构成的，由于当抽出筒管时作用着拉伸力故也有与上述弹性环同样的问题。

从而，在目前使弹性环薄壁化，即使所用的筒管的内径Db不变而加大回转圆筒15外径Ds的办法是不能实现的。

(3)最后，为了使上述③的回转圆筒15的内径Di加大而使壁厚t变薄虽然也可以，但薄得过分时就不能进行精度足够高的加工，就会发生不平衡，高速转动时就有产生过大振动的危险。此外，壁厚t变薄就等于机械强度下降，不仅大大地增加了在高速转动时对于离心力抗切不足而造成机械损伤的可能性，严重时还可能招致回转圆筒的破坏。

目前，为了保证机械加工精度，在例如夹持8个内径94毫米的筒管的全长为1150毫米的回转圆筒中，把回转圆筒的壁厚设定为4～5毫米的程度，但这种程度的薄壁化也做不到满足这些要求使共振转速提高(例如特开昭62-196268号公报)。

如上面(1)～(3)中所说明的，现有技术是在不加大筒管内径条件下把回转圆筒15的共振转速Nc提高到高速范围内的，是夹持多个小直径筒管的状态，但是在实际上并未找到能提供高速卷绕丝条用的筒管夹持器的有效方法。

本发明鉴于上述的问题，目的是提供一种带有不加大筒管内径而能高速卷绕的长筒管夹持器的卷绕装置。

就是说，以不加大装在筒管夹持器上筒管的内径，而增大回转圆筒的外径而实现其技术目标。具体地说，是提供一种带有使回转圆筒外径Ds与筒管内径Db之差T在10毫米以下的筒管夹持器的卷绕装置。

为了达到上述目的，所述的发明是一种带有筒管夹持器的卷绕装置，所述筒管夹持器具有驱动轴，由该驱动轴驱动而转动并且外周面上插套着筒状筒管的回转圆筒及筒管夹持装置，其特征在于：该回转圆筒的外径Ds与上述筒管的内径Db之差δ在10毫米以下；而且使该回转圆筒的至少一端部侧的壁厚薄于该回转圆筒与驱动轴接合部附近的壁厚。

上述筒管夹持装置是在上述筒管与上述回转圆筒之间松配合并在侧面压缩力作用下增径变形而从内周面侧夹持上述筒管的弹性环；上述弹性环包括沿上述驱动轴方向的截面形状至少在外径方向形成凸起形的实质上呈环形的弹性部件，与设在该弹性部件两侧面上的刚体环。

此处的所谓“实质为环状的弹性部件”是把在侧向压力作用下直径增大而从内周面侧夹持住筒管的装置，即为具有易于径向向外膨胀的增径变形性，径向向内的复原性以及能经受频繁压缩、复原的反复载荷的耐久性的元件，其材质并不特殊限定，使用任何材料均可。例如，用弹簧钢、不锈钢、硬塑料制的成型板所构成的成型弹性部件都可以。从要求必要的弹性来看用弹簧钢较好，用弹簧钢时厚度较好是0.01～0.5毫米，0.05～0.2毫米更好。在驱动轴方向的宽度虽不特殊限定，就发明人所知最好是为回转圆筒外径Ds的1/10以上，1/5以下。

另外，弹性部材的截面形状只要能夹持筒管而径向向外成凸状即可，除了图2所示的弹性部件30的形状之外，使用图5(A)、图5(B)等形状也无妨，弹性部件30凸部的高度H，在考虑加工性能、受侧面方向的压力容易增径变形后最好为0.3～1.5毫米，此外，为了实现增径膨胀，在弹性部件上最好有可伸展的切口部，其形状，例如，可以是图3所示的长孔30b的形状，除此之外，只是开个狭缝也可，至于其配置可以是斜的，不均等地配置也没关系。即，只要是在弹性部件增径变形时能扩开切口部就行，可以不计较其配置与形状。另外，所谓“环状”，是只要总体看来是“实质上为环状”就可以。就是说，即使不形成一个完整的连续圆形体也可以，虽是不连续体但整体构成“环状”也行。在这方面，对后述的刚体环也同样适用。

作为制造上述有切口部的薄壁弹性部件的方法可在用光刻或冲压对薄板进行加工后，用电子束焊接成环状，再经鞍形加工后形成凸部，进行圆柱度修正，若考虑制造成本时则最好用冲压法来加工薄板。

此外，在弹性部件增径变形时，为了更牢固地夹持住筒管，最好在与筒管内周表面相接的弹性部件的外周表面上包覆橡胶部件，其材质最好是硅橡胶、聚氨酯橡胶等合成橡胶，用耐药性与耐久性好的丁腈橡胶更好。

设在弹性部件两侧面上的刚体环是固定弹性部件并松配合在回转圆筒上的装置，其材质可用一般钢材、铝等金属材料或硬塑料等，虽然可以采用压入、焊接等一般的固定手段使其与弹性部件固定，最好是使用制造成本比较低的不产生固接后变形的压入与粘接并用的方法。

刚体环的截面形状虽然以图2中附图标记38所示出的L形截面为代表，除此之外也可以为简单的矩形截面，而且在矩形截面上设置供插入弹性部件的狭槽都没关系，但是从制作成本与固接容易角度来看则以上述L形为宜，刚体环的宽度W太大会造成制造成本提高并带来操作性方面的麻烦，反过来若太小则会使与弹性部材的固接及固定性能降低，故最好是弹性部件宽度的1/2～1/10，而以1/2.5～1/5更好。

本发明的筒管夹持器所用的弹性环备有上述弹性部件与刚体环，为了使筒管容易抽出，其外径应比筒管的内径约小0.5～1毫米，虽然其径向厚度越薄回转圆筒的外径越大，但考虑制作与作业性时应以大于1毫米小于5毫米为佳，2～4毫米更好。

上面说明的弹性环从内周表面夹持着筒管部分的材质是与仅由橡胶等弹性材料构成的现有技术不同的，即使是薄壁型的，在受到轴向推压时也不会发生纵弯曲，由于弹性部件径向向外增径变形能强有力地紧接在筒管的内周面上，故能把上述筒管从内周面侧可靠地予以夹持。

而在松开筒管时，由于上述弹性环复原力的缩径作用，能使其容易抽出，刚体环内周面的粗糙度若为0.2～100S(表面粗糙度JIS B0661-1970)，同时表面硬度若为Hv200～900(JIS B7725-1976)，则回转圆筒与弹性环之间的摩擦阻力显著降低，就更容易松开筒管。根据本发明，能使作为筒管夹持装置的弹性环径向厚度T从过去的7毫米减到1～5毫米的非常薄的程度，由此增大回转圆筒的外径Ds就成为可能。在使用该弹性环来构成卷绕速度在5000米/分以上，筒管夹持器长度在800～1500毫米以上的丝条卷绕装置时，弹性环的外径以60～150毫米为宜。进而，最好在圆筒隔垫与弹性环中至少一方的侧面上设置有相接面凹凸或橡胶状覆盖面，这样可以使圆筒隔垫与弹性环之间不产生滑动，并能确实地传递转矩或制动力矩到筒管。相接面凹凸最好是不会引起滑动的齿形、波形、销等结构。橡胶覆盖最好是比金属摩擦系数更高的软塑料、橡胶、粘性涂料等。

这里，所谓“驱动轴”意味着把回转运动传给上述回转圆筒装置的中介轴体，也包括图11中的筒管夹持器轴14等，最好是与电机轴12一体地构成。和回转圆筒的上述接合部不仅可以如图11所述那样回转圆筒与驱动轴是由不同部件构成的，也包含如图13中所示地两者形成一体的情况。

另一方面，回转圆筒是把筒状筒管插套在其外周面上而将筒管定位、固定，把回转从驱动轴传递给上述筒管的装置，上述接合部设在回转圆筒内什么位置上都可以，一般地是设在回转圆筒的大致中间的部位或在一端的某一位置，也可以设置在多处，但从机械加工性、加工成本等诸点来看最好设置在一处，以设置在回转圆筒的大致中间部位上的一处为最佳。

至于回转圆筒的材质只要是能达到上述目的即可，其种类不限。例如，可以使用铬钼钢、结构用碳钢材料、硬铝、氧化钛等非铁材料，还可以使用非金属的碳纤维强化树脂、硬塑料等，也可以把多种上述材料组合使用，特别是当考虑加工性、制造成本时钢铁材料就很好，特别以铬钼钢最好。

在此，使回转圆筒外径Ds与筒管内径Db之差δ(Db-Ds)在10毫米以下对于达到本发明的目的是重要的，再具体地说使径差δ大于1毫米小于10毫米，并使上述回转圆筒的内径在端侧的壁厚比毂部附近的壁厚薄的结构非常重要。

上述回转圆筒的壁厚t，至少在距端面的距离为该端面到与驱动轴接合部的最近的端面距离的70％以下范围的部分中，最好是该回转圆筒壁厚t与该回转圆筒外径Ds之间为存在着O＜t＜0.04Ds关系的厚度，在上述范围内，满足1.5毫米＜t＜3毫米的关系更好。而挡圈槽与加工刀具的退刀槽等不属本发明的瞩目范围。

用图10可进一步详细说明上述关系的意图。

图10中的距离La是回转圆筒的前盖侧的从该回转圆筒端面到最近的接合部端面的距离，在为La的70％以下范围的距离Lx的至少一部分中上述回转圆筒的壁厚t最好为0＜t＜0.04Ds的厚度，而且，对于回转圆筒的电机一侧的距离Lb、Ly也是同样的。回转圆筒的轴向长度也和第一实施例一样最好为800～1500毫米。

这样，由于筒管内径与回转圆筒外径之差δ变小。

①能使截面惯性矩I增大，由于加工回转圆筒时刀具推压而造成的挠曲减小，就能使端部进一步薄壁化。

②回转圆筒内径Di可相应于外形所增加的部分而增大，使机械加工时容易插入刀具。即，由于能实现高精加工，故可减小回转体的不平衡性。

本发明作为在回转圆筒外径Ds与筒管内径Db之差在10毫米以下的比较窄的间隔中能把筒管夹住的夹持装置。除了使用上述图2、5中的弹性环的图1的筒管夹持装置以外还有例如像美国专利说明书4,830,299中所公开的装置那样，使夹持销进出于设在回转圆筒外周面上的多个孔中以夹住筒管内周面的结构，若使用上述美国专利说明书中所述的筒管夹持器，能使回转圆筒外径与插套在筒管夹持器上的筒管内径之差成为小于1毫米的极小的数值，为设置夹持销就要在回转圆筒的全长与全周面上制出贯通化，除了会降低强度并可能引起应力集中外制造成本也比较高，故最好的是使用上述图2、5中的弹性环的图1的筒管夹持装置。

借助上面说明的本发明，可使筒管内径不加大而使回转圆筒直径变大从而使其截面惯性矩增大，故回转圆筒的共振转速提高到高速范围中成为可能。

设置上述筒管夹持器的卷绕装置，由于有把上述筒管夹持器的共振转速提高的效果，在能实现现有技术不能做到的高速卷绕的同时还能扩大卷绕范围。

所述的筒管夹持器是使设有上述筒管夹持器的回转圆筒的外径与外套在上述筒管夹持器的筒管内径之差小于10毫米，并且使上述回转圆筒端部侧的壁厚比该回转圆筒和驱动轴的接合部附近的壁厚薄的结构，故可能把共振转速提高到现有技术达不到的高速范围并能以高精度进行制造。

有上述筒管夹持器的卷绕装置由于有把上述筒管夹持器的共振转速提高的效果并有高制造精度而能减少不平稳性，其减轻振动的效果使其可实现现有技术中所达不到的高速卷绕，并能扩大卷绕范围。

图1是在卷绕装置上应用本发明的筒管夹持器的第一实施例的纵剖视图。

图2是图1中所用的弹性环主要部分剖视图。

图3是图2弹性部件的立体图。

图4是图1的弹性环附近部分的放大剖视图。

图5(A)与图5(B)是本发明的弹性部件别的实施例的主要剖视图。

图6是图1实施例运转实验结果的曲线图。

图7是使用本发明筒管夹持器的卷绕装置第二实施例的纵剖面图。

图8是表示图7的卷绕装置的回转圆筒主要尺寸的纵剖面图。

图9是表示第二实施例运转实验结果的曲线图。

图10是表示本发明回转圆筒形状的模式图。

图11是表示过去的筒管夹持器的纵剖面图。

图12是图11中所用的弹性环要部剖面图。

图13是表示过去的筒管夹持器的回转圆筒与轴体接合部的示意图。

下面，参照附图来说明实施本发明的最佳方式。

图1是使用权利要求1中所述的筒管夹持器的丝条卷绕装置的第一实施例的纵剖面图。

图1中的夹持筒管23的筒管夹持器1是由内有毂部7的回转圆筒2、沿此回转圆筒的外周长度方向插入多个(图中为8个)弹性环3a～h、把此弹性环的安装位置定位于上述筒管23的两端附近的圆筒形隔垫4a～g、把左端的弹性环3a向图的右方推压的前盖5、在此前盖5上提供向图中右方推压力的碟形弹簧6a与活塞6b及“O”形环6c构成的推压机构6所构成。

回转圆筒2一般是用对于高速回转体的结构部件而广为使用的铬钼钢制成，其作为结合部的毂部7是用螺母8c拧紧在筒管夹持器轴8的一端上，筒管夹持器轴8由嵌在环状支座9内的两个轴承31支承构成可自由转动的结构。筒管夹持器轴8的另一端通过联轴节33直接连结在电机11的电机轴32上，电机轴32由两个嵌在电机壳体34上的轴承35可自由转动地支承着并固定电枢36，定子37设在电机壳体34上，与上述电枢36一起把驱动力或制动力传给筒管夹持器1，附图标记8a是压缩空气供给孔，通过来自例如压缩机，鼓风机等压缩空气供给源50向电机轴32供入压缩空气而使活塞6b和前盖5左移而松开对筒管23的夹持。

如图2所示，弹性环3a～h是由弹性部件30，截面为L形的一对刚体环38、橡胶部件39、40构成的。弹性部件30与刚体环38可以是相互分离的，最好是如图中所示相互结合在一起的。

弹性部件30，其材质可以由例如弹簧钢、不锈钢、硬塑料构成，厚为0.12毫米，宽为20毫米，如图3所示那样受到侧面方向的推压可增径变形，设有扩开的长孔30b，并使其在外周方向上更易于膨胀至整上圆周，径向高度H约0.8毫米，并弯成交叉角为θ1的凸起形状。长孔30b的长径为14毫米，短径为2毫米，在整个周长上均布设计34个。为减少推压机构6的行程，使交叉角为90°-180°即可，若再考虑筒管夹持力可利用所谓肘杆(トツゲル)机构而设定在140-175°则更理想。

而弹性部件30的制造方法可用光刻对平板状材料进行外形加工之后，用电子束焊接成环状，再进行鞍形加工，矫正圆柱度并形成凸起部。刚体环38是不锈钢制成的，在切削成L形以后压入上述弹性部件30。在制作多个的场合，上述刚体环38最好是把铝材通过压铸加工制成。

橡胶部件39、40是借助于上述弹性部件30向外径方向的扩张而把筒管23在其内周面上更可靠地夹持的装置，设置成包围住弹性部件30，其材质并不特别予以限定，用丁腈橡胶使橡胶硬度达到20～60度者就很好。在上述弹性部件30压入上述刚体环38上后把橡胶部件39、40同时硫化而形成。

如上形成的弹性环3a～h，外径为60～150毫米，径向厚度大于1毫米而小于5毫米。为了容易松开筒管，弹性环3a～h的外径要比筒管23的内径小约0.5～1毫米。

圆筒隔垫4a～g是铝制的，其外形在考虑了卷边等因素后也与弹性环3a～h同样地使直径比所夹持的筒管23的内径小约0.5～1毫米，而上述圆筒隔垫的材质使用一般钢铁材料即可，用塑料或碳纤维强化树脂等轻材料也可以。

下面，根据图1～4来说明夹持筒管23的方法。

首先，打开图中未示出的压缩空气排气阀把气缸6d中所充的压缩空气自压缩空气供给孔8a排出系统之外，借助碟形弹簧6a向图中右方的推压力而移动活塞6b，同时前盖5把左端的弹性环3a压向图的右方，于是通过圆筒隔垫4a～g而使各弹性环3a～h的两侧面受压，使刚性环38、38间的间隔变窄，使弹性部件30在全圆周上向外径方向增径膨胀而把橡胶部件39向筒管23方向压出。橡胶部件39的外周面与筒管23的内周面密接而把筒管23牢固地夹持成与回转圆筒2同心的状态。若用电机11驱动筒管夹持器轴8转动则回转圆筒2就以夹持着筒管23的状态转动。

当把图中未示的压缩空气供给阀打开，使压缩空气从压缩空气供给源50经压缩空气供给孔8a、8b而供至气缸6d之内，活塞6b克服碟形弹簧6a的推压力向图中的左方移动，橡胶部件30、40与弹性部件30形状复原，其外径收缩而松开对筒管23的夹持。

在图1～4所示的筒管夹持器1中，使弹性环3的外径为93.2毫米，宽25毫米并使长度为1150毫米的回转圆筒2而构成筒管夹持器1，可插入8个内径为94毫米、长为150毫米的筒管23。图11及12中所示的过去的弹性环厚度T由于不能薄于大致7毫米。回转圆筒2的外径为80毫米，而在本实施例中弹性环3的径向厚度变薄而可使其外径增加到87毫米。

下面用图6来说明使用本发明的弹性环后使筒管夹持器1的共振转速比现有技术提高的情况。

首先，把8个筒管23插入图1的卷绕装置中，由电机11使其转动，图6中示出筒管夹持器的转速可达17500转/分。而另一方面，外径为80毫米的现有技术筒管夹持器只能达到14800转/分的转速，就是说，在实际卷绕丝条时将其换算成筒管的圆周速度，对现有技术只能达到4700米/分的速度，而本发明共振转速提高了800米/分，可以达到5500米/分的高速卷绕。

这一事实说明对现有技术的筒管夹持器10来说要达到5500米/分的丝条卷绕速度，回转圆筒15与筒管23的外径要相应增大，而对于本发明来说则不必如此。

下面，为了看清本发明的筒管夹持器1对筒管的夹持力而在筒管夹持器静止状态下来测定对筒管的夹持力。

在测定中，使用①图2中所示的本发明的弹性环3、②图12(A)中的现有技术的弹性环16、③与上述的本发明有相同的外径尺寸，而且与过去结构相同的3种弹性环。

测定方法是，与图6中用于上述运转实验的筒管夹持器相同，组合成能把8个内径94毫米、长150毫米的筒管23插入的回转圆筒，在插入8个上述筒管以后，在对图1中的电机轴32施加机械制动的状态下，分别对上述筒管施加转动力矩，测出筒管开始产生转动方向滑动时的转矩，并以此值分别作为各弹性环的夹持强度。

其结果示于表1中，在表1中，从前盖5一侧至电机11一侧的管23以序号I、II、III……VIII表示。

表1  筒管夹持力的测定结果

筒管序号	筒管夹持强度(kg·m)
				①实施例	②比较例1	③比较例2
	IIIIIIIVVVIVIIVIII	2.42.32.22.42.32.22.32.2	2.52.42.42.12.22.12.01.9				1.41.31.10.90.80.70.70.5

弹性环条件

①实施例    外径93.2、内径87、宽度25(毫米)

            材质       丁腈橡胶

            硬度40度   有弹性部件

②比较例1   外径93.2、内径80、宽度13(毫米)

            材质       丁腈橡胶

            硬度40度   无弹性部件

③比较例2   外径93.2、内径87、宽度13(毫米)

            材质       丁腈橡胶

            硬度40度   无弹性部件

从表1可以看出，本发明的弹性环3与壁厚T的变薄无关，而且具有与过去的弹性环16相同的筒管夹持力，进一步可以看到对于过去的弹性环，序号VII、VIII的筒管在电机侧筒管夹持力的降低，而本发明的弹性环则几乎可得到均匀的夹持力。

其原因是，本发明的弹性环3，由于弹性部件形成有向外径方向的凸起的形状，所以在受到侧面压力时只有向外径方向的增径变形；而对于过去的弹性环，由于其如图12(A)所示的结构，在受到侧面方向的推压力作用时，则如图12(B)所示，也发生向内周面方向的变形而造成的。在这样的状态下，序号I～III的筒管因前盖5侧的弹性环16与和上述弹性环松配合的回转圆筒15之间所产生的摩擦力的作用，使推压力不断下降，越靠近电机11侧，上述弹性环向外周方向的变形量越小。

为了进一步减小弹性环内周面与回转圆筒外周面之间的摩擦力，最好使刚体环38内周面的粗糙度为0.2～100S(表面粗糙度JISB0661-1970)，表面硬度为Hv200～900(JIS B7725-1976)。这样就使得回转圆筒与弹性环间的摩擦阻力变小，不易使推压机构形成的推压力降低，就能确实地夹持与松开筒管。

而上述③的弹性环是得不到足以夹持筒管的外周方向的变形量的，对于序号IV～VIII的筒管其夹持力标准低于1.0kg·m可见是不实用的。

过去的弹性环16经过约5个月的使用后在外径方向上产生约1毫米的永久变形，插入筒管时有卡挂现象，而本发明的弹性环3，由于弹性部件30的效果，经过一年来的使用安装时几乎尺寸不变，能持续地夹持筒管继续进行卷绕。

图7是所述的筒管夹持器1a的纵剖面图，是本发明的第二实施例，除了回转圆筒2a的结构以外，采用和第一实施例相同的结构。

即，和第一实施例相同，夹持住8个(图中为方便计为4个)内径94毫米的筒管23，用外径87毫米的回转圆筒2a(上述筒管内径与回转圆筒外径之差为7毫米)进行实验。回转圆筒的外径上限值不到筒管内径之值94毫米。在两部件之间安装着带有弹性部件30的弹性环3。

图8表示出作为本发明特征的回转圆筒2a和截面形状及其主要尺寸。

回转圆筒2a与第一实施例相同，全长为1150毫米，由铬钼钢制成，在其大致中间部位有作为与图中未示出的筒管夹持器轴8的接合部的毂部7。回转圆筒两端部侧2b的壁厚t做得比上述接合部附近2c的壁厚薄，在前盖5一侧，自顶端至250毫米处壁厚2毫米；在电机一侧，自顶端至400毫米处壁厚为2.5毫米。

回转圆筒壁厚t变薄的部位可以在回转圆筒的至少一端部上，自然也可以使两端部都变薄。而上述“接合部附近的壁厚”是指毂部7附近的圆筒2c处的壁厚。这样做的结果，对于回转圆筒外径Ds为80毫米的过去的回转圆筒15来说，以成为截面惯性矩极限的壁厚3.5毫米为界限，而对于本发明的回转圆筒2a，只相应于外径的增大，壁厚可减薄至2.5毫米，同时从上述公式2可以看出由于同外径同时加大其共振转速可以进一步提高，换句话说就能得到更高速的筒管夹持器。

在有这样加工出来的上述回转圆筒2a的筒管夹持器1a上，插套8个筒管23，并使其转动。图9中示出了其结果，从图中可以看出筒管夹持器的共振转速比第一实施例更高了，能达到19600转/分的高转速范围，能实现6000米/分的丝条高速卷绕，与上述的第一实施例中所述的过去的筒管夹持器相比，能达到比之转数高4800转/分，换算成丝条卷绕速度则高1300米/分的程度。

图中的符号A～C，表示现有技术、第一实施例与本第二实施例的筒管夹持器的运转实验结果。

进而，对于回转圆筒外径Ds为83、84、85、86毫米的各回转圆筒，把端面形状制成过去的形状与使端部壁厚比接合部附近的壁厚减薄的形状两种型式，使用与图2相同的结构的弹性环3把内径94毫米全长1200毫米的筒管夹持在其上而进行丝条卷绕实验。

其结果示于表2中。

表2  卷绕实验结果

实验序号	条件				效果
							筒管内径Dbmm	回转圆筒外径Dsmm	径差δmm	回转圆筒端部形状	卷绕速度(米/分)
	5000	5500
			①	94	83	11					过去	×	×
②	94	83					11	薄壁	△	×
			③	94	84	10					过去	○	△
④	94	84					10	薄壁	◎	○
			⑤	94	85	9					过去	◎	△
⑥	94	85					9	薄壁	◎	◎
			⑦	94	86	8					过去	◎	○
⑧	94	86					8	薄壁	◎	◎

符号说明：◎：卷绕良好。振动小于5μm。

          ○：能卷绕。振动值5～10μm，在允许范围内。

          △：虽能转动，但振动大，不能卷绕、振动在30μm

              以上。

          ×：不能转动。

从表2所示的实验结果可以看出，由于使用了回转圆筒外径Ds与筒管内径Db之差小于10毫米并使该回转圆筒端部的壁厚比接合部壁厚更薄形状的筒管夹持器，如图2所示，可知能够做到以5500米/分为目标的高速丝条卷绕。

另外，本发明的筒管夹持器与卷绕装置由于使用了第一实施例的弹性环3，筒管夹持力与松开时的复原力都不成问题，而且长期耐久性方面也表现出优异的性能，不会因频繁地更换劣化的弹性环而造成机器停机，能实现持续的丝条卷绕。

上述本发明的筒管夹持器及使用这种筒管夹持器的卷绕装置，当然可用于在筒管上卷绕例如丝条、钢丝等线状体，除此之外，也极适于卷绕例如合成树脂薄膜、编织物、无纺布与纸张等片状物。

所述的本发明的筒管夹持器及设有上述筒管夹持器的卷绕装置可以收到下述的优异的效果。

①与依赖橡胶部件的现有技术不同，弹性环的筒管夹持力与松开时的复原力是依靠环状的弹性部件的，在可充分地减薄上述回转圆筒径向厚度的同时能以强大的力确实地夹持住筒管。在保持插套的筒管内径与过去相同的条件下能使回转圆筒直径增大，能把筒管夹持器的共振转速提高到高速范围，从而实现高速卷绕。

②由于在弹性环上设置弹性部件，不会发生如过去的弹性环那样，橡胶部件会永久变形，故能延长弹性环的更换周期，因此，不必频繁地停机，能提高卷绕装置的运转率。

③由于相应于推压机构行程的减小而使弹性环轴向移动量减小，弹性环的橡胶部件不向回转圆筒一侧膨胀以及把刚体环的内表面加工成具有特定的粗糙度与硬度等原因，可使回转圆筒与弹性环之间的接触摩擦阻力变小，来自前盖的轴向推压力在途中不被减弱足以达到后部。故可以切实地夹持筒管，卷绕时因筒管打滑而断线停机也大大地减小了。

④除了弹性环以外，无需复杂的加工与特殊的制作技术，以极低的代价就能实现卷绕装置高速化。而且，对于现有的卷绕装置，只需更换回转圆筒与弹性环就能使之适于高速卷绕，用少量的改造费用就可以进行设备更新。

⑤由于不用加大筒管的内径，故可不必对卷绕装置后面的输送设备等进行改造，与以加大筒管的内径来提高卷绕速度的情况相比降低了筒管的费用。

Claims (13)

1.一种带有筒管夹持器的卷绕装置，所述筒管夹持器具有驱动轴，由该驱动轴驱动而转动并且外周面上插套着筒状筒管的回转圆筒及筒管夹持装置，其特征在于：该回转圆筒的外径(Ds)与上述筒管的内径(Db)之差δ在10毫米以下；而且使该回转圆筒的至少一端部侧的壁厚薄于该回转圆筒与驱动轴接合部附近的壁厚。

2.如权利要求1中所述的卷绕装置，其特征在于上述回转圆筒的外径(Ds)大于84毫米，小于94毫米。

3.如权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于：上述回转圆筒的壁厚(t)为距端面的距离在自该端面到与驱动轴接合部的最近端面距离的70％以下的范围中的至少一部分上，该回转圆筒的壁厚(t)与该回转圆筒的外径(Ds)之间具有0＜t＜0.04Ds的关系。

4.如权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于上述筒管夹持装置是在上述筒管与上述回转圆筒之间松配合并在侧面压缩力作用下增径变形而从内周面侧夹持上述筒管的弹性环；上述弹性环包括沿上述驱动轴方向的截面形状至少在外径方向形成凸起形的实质上呈环形的弹性部件，与设在该弹性部件两侧面上的刚体环。

5.如权利要求4所述的卷绕装置，其特征在于上述弹性环的径向厚度(T)大于1毫米，小于5毫米。

6.如权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于上述回转圆筒的轴向长度为800-1500毫米。

7.如权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于，上述回转圆筒由筒体与设在该筒体内部大致中间位置的毂部构成，并且在该毂部接合着驱动轴。

8.如权利要求4所述的卷绕装置，其特征在于：所述筒管夹持器还包括从侧面方向对上述弹性环施加推压力或释放力的装置，由设置在上述回转圆筒的至少一个端部的附近并由在上述驱动轴的轴向上推压或释放上述弹性环的前盖，及使前盖沿上述驱动轴的轴向进退的进退机构组成。

9.如权利要求8所述的卷绕装置，其特征在于上述进退机构是由对上述弹性环轴向施加推压力的压缩弹簧，及在相反方向上提供释放力的压力流体注入装置构成的。

10.如权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于它还包括：转动自如地支承上述筒管夹持器驱动轴的轴承装置；与上述筒管夹持器驱动轴相连接的上述筒管夹持器的驱动装置。

11.如权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于该卷绕装置的卷绕对象是线状体或片状物。

12.如权利要求11所述的卷绕装置，其特征在于上述线状体为丝条或钢丝。

13.如权利要求11中所述的卷绕装置，其特征在于上述的片状物是合成树脂薄膜，纤维制片状物或纸。

Images