絡筒機往復橫動導紗專利技術綜述

何健鋒

摘? 要：在紡織紗線收卷過程中，通常會采用往復橫動裝置導引紗線，從而保證紗線往復交叉纏繞在收卷滾筒上，國內外對于往復橫動導紗裝置已進行較多研究。該文以絡筒機往復橫動導紗裝置的專利文獻作為研究對象，分析該領域的核心專利，并針對涉及的幾種典型往復橫動導紗裝置傳動結構技術演進脈絡進行梳理，分析該領域的典型技術方案，為未來研發(fā)工作提供參考。

關鍵詞：絡筒機；往復導紗；傳動結構；專利申請；數據庫

中圖分類號：TS103.2? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）19-0077-05

Abstract： In the winding process of textile yarn， the reciprocating traverse device is usually used to guide the yarn， so as to ensure that the yarn is cross-wound on the winding drum. The reciprocating traverse yarn guide device has been studied extensively at home and abroad. This paper takes the patent literature of the reciprocating yarn guide device of winder as the research object， analyzes the core patents in this field， the technical evolution of the transmission structure of several typical reciprocating yarn guide devices is also reviewed， and examines the typical technical solutions in this field， providing references for future research and development work.

Keywords： winder; reciprocating guide yarn; transmission structure; patent application; database

在棉紡織制造工藝中，絡筒或絡紗工序是其中一道重要工序，該工藝的主要作用是將前序生產的尺寸和長度有限的管紗，經過一系列清紗、張力調整、導紗等工藝，最終收卷整理為尺寸較大，紗線質量明顯提高的筒紗，而執(zhí)行這樣一個工藝流程的設備就是自動絡筒機，在紗線制備工藝中，絡筒機起著舉足輕重的作用，承擔著包括改善紗線外觀質量、提高紗線各項性能、穩(wěn)定紗線機構形態(tài)等的任務，最終獲得一個完全符合后續(xù)加工工藝要求的紗線卷裝。

在絡筒工藝中，交叉卷繞是最常采用的一種卷繞形式，即通過往復導紗裝置將紗線均勻纏繞到卷繞筒子上，每換向一次結束一層的收卷并開啟下一層收卷，每層之間呈現交叉狀態(tài)，這個過程依靠導紗裝置得以實現，經過多年的發(fā)展，精密卷繞已經成為了自動絡筒機的發(fā)展趨勢，其是以往復橫動移動的裝置代替了傳統(tǒng)的槽筒結構，這其中往復導紗裝置一般由導紗支架、導紗頭、傳動裝置等在內的機械部分和驅動往復導紗裝置準確往復移動的電氣控制部分組成，采用程序控制配合橫動結構實現對橫動比的設定調節(jié)，從而在收卷過程中避免出現疊紗等問題。

一直以來，絡筒機上往復橫動導紗裝置都是國內外研發(fā)的重點之一，無論是歐美的立達、歐瑞康（OERLIKON）等公司，還是日本村田機械（MURATA），都具有各自獨具特點的橫動導紗結構產品，其中也涉及大量的專利申請，本文就以專利技術為主線，淺析絡筒機往復橫動導紗裝置的技術發(fā)展。

1? 技術發(fā)展狀況

1.1? 數據源和檢索結果

本文以incoPat專利信息平臺提供的專利數據庫為基礎，基本能夠囊括中外現有專利技術，檢索起止時間為1950年至2022年，在專利信息檢索中，采用根據國際專利分類表（2006.01版）選取的分類號包括：①B65H54/28，橫向送進裝置；包裝件成型裝置。②B65H54/30，帶有以固定行程往復運動或擺動的線索導向器。③B65H54/32，帶有以可變行程往復運動或擺動的線索導向器。

檢索中采用的關鍵詞包括：絡筒、絡紗、筒子、紗線、往復、橫動、排線、排紗、wind、autoconer、yarn、traverse和guid。經過檢索獲得相關結果4 036條，擴展同族合并后共計1 924個專利族。

1.2? 對數據進行統(tǒng)計和分析

1.2.1? 申請量分析

由圖1所示的全球申請量年度分布（全球）可知，絡筒機往復橫動導紗專利申請大致可以分為4個階段，即萌芽階段、發(fā)展階段、增長階段和穩(wěn)定階段。自20世紀20年代以后，隨著絡筒機從大批錠、小批錠到單錠的發(fā)展經歷，在1950年以后逐步開始有一定數量關于絡筒機往復橫動導紗裝置的專利申請，開啟了該領域專利申請的萌芽階段，該階段專利申請總量不大，每年具有較大的波動。在20世紀70年代—20世紀80年代時間段內，由于自動絡筒機的高速發(fā)展，單錠絡筒機產品已經逐步占領市場，并逐步配備有物流傳輸系統(tǒng)，在此期間，保證卷繞質量的往復橫動導紗裝置申請量也相較于萌芽階段具有較大提升，形成了一個申請量爬坡的發(fā)展階段。在之后的時間，特別是在1985—2000年的時間段內，絡筒機也向著一個高產量、高質量、更節(jié)能的方向發(fā)展，在這一時期，絡筒機往復橫動導紗裝置的研發(fā)也迎來了爆發(fā)式增長，專利申請量明顯提升，達到歷史申請峰值。在進入2000年以后，隨著絡筒機智能化、清潔化的不斷發(fā)展，專利申請量也趨于一個回落平穩(wěn)階段。就國內申請人的申請量（圖2）來看，在2000年以前，基本沒有專利申請，在2006年以后，逐步開始有專利申請，并在近年突顯出增長的趨勢，可見在該領域，國內企業(yè)專利保護起步較慢。

1.2.2? 申請地域分析

對絡筒機往復橫動導紗專利申請所在國家和地區(qū)產權組織進行了統(tǒng)計，統(tǒng)計結果如圖3地域分布圖所示，由圖3可知，日本、德國、美國仍然位列專利申請國家和地區(qū)產權組織前3名，這3個國家也是紡織機械領域傳統(tǒng)技術強國，我國專利申請量位列第4，這其中主要包括了一定數量的國外申請人在國內的申請，說明我國已經慢慢成為全球技術目標市場。

1.2.3? 申請人分析

從全球申請人排名（圖4）可以看出，在絡筒機往復橫動導紗領域，申請量較大的仍然是紡織機械技術優(yōu)勢的全球企業(yè)，其中村田機械位于第一，歐瑞康、卓郎等歐洲傳統(tǒng)紡織機械強勢企業(yè)也具有較高的申請量，從專利申請角度來看，歐美國家和日本已經具有了較高規(guī)模的專利布局，這與日本和以德國為代表的歐美國家在紡織機械市場的主導地位相一致，在國內申請人（圖5）方面，申請人主要集中在幾個大型紡織企業(yè)上，科研院所申請量較少，且主要申請人多分布在江浙等紡織行業(yè)集中地區(qū)。

1.2.4? 技術演進分析

通過圖6所示的技術演進圖可知，以在該領域常見的槽筒式、擺桿式、帶/鏈式和絲桿式為主要分析對象，從總體上看，在各分支的技術發(fā)展過程中，一直是以歐美國家、日本為主導不斷進行技術改進，20世紀80年代至21世紀初為技術改進的高峰期。而國內申請人起步較晚，在2000年以前鮮有相關專利申請，在2010年以后陸續(xù)有以浙江日發(fā)和青島宏達等為代表的國內紡織機械企業(yè)開始對該領域進行專利申請。就細分領域看，在槽筒式橫動導向裝置中，巴馬格公司在早期具有一定規(guī)模的基礎專利，后續(xù)村田機械、錫萊福、歐瑞康等相繼對該分支進行了技術改進，主要改進方向在于槽筒傳導精度和自動化控制。在擺桿分支方面，早期也是巴馬格公司具有一定量的基礎專利，后續(xù)該分支陸續(xù)經由東麗、村田機械、錫萊福和薩維奧等進行了不同維度的技術改進，并使得擺桿形式的橫動導紗裝置逐步發(fā)展為業(yè)界主流模式，關于擺桿結構的技術改進主要集中在擺桿驅動方式、導紗頭結構材料等方面，一直到2010年以后，國內企業(yè)才對擺桿結構的往復驅動進行技術改進。帶/鏈式結構也是一種本領域常用的往復導向結構，相對于擺桿結構，可以保證在一個行程中導向件相對于收卷筒子距離相同，從而具有較好的排線性能，村田機械、錫萊福、東麗等企業(yè)也相繼就傳動穩(wěn)定性、換向控制、皮帶鏈條張緊度等方面進行了改進。最后是絲桿式往復橫動裝置，由于其往復移動靠一根絲桿或螺紋桿，往復橫動與螺距的緊密度具有較高關聯，因此，該類型往復排線結構往往應用在電纜、管材等直徑較大的線材纏繞中，期間也有個人或企業(yè)不斷嘗試將其應用于紡織紗線收卷領域，其中以日本企業(yè)為主，而近年來，國內浙江日發(fā)也對該領域技術改進進行了一定的嘗試。

2? 重點專利分析

2.1? 核心專利

根據數據庫中專利文獻的被引頻次數對本領域的專利申請進行排序，列舉出被引頻次數較高的專利申請。由于早期專利申請被引頻次數較高，因此在篩選時引入了同年齡段專利文獻的平均被引頻次水平作為參照，旨在消除不同專利年齡帶來的影響。具體內容見表1。

從表1可以看出，被引用頻次較高的專利申請人主要分布在歐美和日本，公開號為DE19858548A1的專利被引證次數高達104次，同族涉及的國家及地區(qū)產權組織包括德國、歐洲專利局、日本、中國等，其技術方案為針對擺桿式往復橫動裝置的改進。在其他被高頻引用的專利文獻中，涉及的技術分支包括擺桿式、槽筒式等多種形式，可見在絡筒機往復橫動導紗專利技術領域中，存在一批由歐美國家、日本主導的核心基礎專利技術。

2.2? 重點專利分析

對絡筒機現有技術檢索分析，獲得了一批技術方案典型的專利申請，本文對典型專利技術方案進行分析，有助于理清各技術分支發(fā)展脈絡和關鍵技術節(jié)點。

文獻公開號：DE19858548A1（圖7）。

發(fā)明名稱：用于將紗線橫向輸送到旋轉驅動的卷取筒管的紗線引導件。

申請人：SCHLAFHORST CO W。

主要技術方案：在現有技術中，電機在慣性作用下轉動從而驅動導紗指沿樞轉方向做擺動，即在預定步數上直接驅動導紗指，并且在步進電機的情況下產生所需的樞轉角。這樣在高速和方向位移時會出現步進頻率誤差，導致驅動器需要永久調整，進而導致順序位移誤差，現有電機驅動難以在需要產生高轉矩的轉彎處產生高轉矩，但是電機的轉子只能保持持續(xù)運動，進而增加了由于慣性導致轉彎處不能產生高轉矩的問題。

本發(fā)明包括了放置在支承輥3上方用于收卷筒子紗1的筒管2，筒管2夾在筒子架之間，支撐輥3作為驅動輥，與直接驅動裝置相比，驅動輥間接驅動筒子紗1收卷，導紗器6附接在軸7上，具有內部環(huán)形的磁鐵材料16， 與磁鐵材料16環(huán)形段的外圓周相對的是環(huán)形外磁軛16′，其上設置有磁體組件18，同時形成空氣隙17，因此，在空氣間隙17的左半和右半中間的空氣間隙17可以變寬，從而減弱磁場，當導紗器6位于導紗中心位置處時，存在有效的纏繞點15和15'，本發(fā)明通過在磁力線的范圍內激勵線圈，從而偏轉導紗器獲得所需的轉矩，因此該方案僅需要低的驅動轉矩或不需要驅動轉矩。

文獻公開號：EP3165488A1（圖8）。

發(fā)明名稱：絡筒機橫動導紗器。

申請人：MURATA MACHINERY LTD。

主要技術方案：現有技術中導紗器通過施加黏合劑而固定到所述臂主體構件。因此，當施加太少或太多的黏合劑時，可能發(fā)生導向構件的黏合失效，根據橫動導向件的使用條件，黏接劑的黏接力有時會降低，在這種情況下，導向構件可能會分離。此外，當施加黏結劑時，黏結劑可能從臂體構件和導向構件之間擠出，在這種情況下，由此擠出的黏結劑中或者由于黏結劑的擠出而在臂體構件和導向構件之間產生的間隙中，紗線可以被捕獲，由此紗線可以被切斷。

引導部件51的除紗線鉤掛部51a以外的部分埋設于臂主體部件31的前端部。具體而言，在形成于前端部內周側的側面34a槽中埋設有引導部件51的外周部51d，相比之下引導部件51的包含紗線鉤掛部51a的內周部51e從前端部露出，內周部51e比前端部內周側的側面34a更朝向彎曲形狀的內側突出，引導構件51的遠端51c及其附近比遠端部34的遠端更朝向本體部突出。通過該構成，能夠使要橫穿的紗線Y不易與前端部的前端接觸，這樣構成的引導部件51作為一個整體固定于臂主體部件31的前端部，從而能夠提供不涂布黏接劑就能夠將引導部件固定于臂主體部件的橫動引導件。

文獻公開號：WO2020/182980A1（圖9）。

發(fā)明名稱：紗線卷繞機的控制方法。

申請人：OERLIKON TEXTILE GMBH CO KG。

主要技術方案：現有技術中，卷繞裝置在機架中層狀地上下疊置并且在層內并排地設置，以便在卷曲變形之后將多個紗線卷繞成紗線卷筒。在每個卷繞裝置中設置一個被驅動的往復導絲器，該導絲器通過皮帶傳動裝置和電動機振蕩驅動。卷繞裝置具有控制裝置，該控制裝置在往復行程內控制往復導絲器的速度，但是在多個卷繞裝置中同時卷繞的紗線筒子具有不同的筒子寬度。即使在相同預先給定的額定值和相同的控制方法情況下，在紗線筒子中也會出現不同的筒子寬度。

本發(fā)明在每個卷繞裝置10中，線被卷繞以形成線卷裝11，其中，線通過被驅動擺動的線引導件14在線卷裝11的卷裝寬度上被引導。導紗器14由電動機15和皮帶驅動器16驅動，使得導紗器14在卷裝寬度內執(zhí)行多個橫移行程。根據本發(fā)明，用于驅動卷繞裝置10導紗器14的電動馬達15，基于卷繞裝置10中帶驅動器16的不同帶張力，由所討論的帶驅動器16的驅動扭矩來控制。為此，繞組裝置內的每個電動機15被分配單獨的先導控制單元19。在存在多個卷繞裝置的情況下，在往復導絲器的傳動系統(tǒng)中可以根據不同的公差單獨地執(zhí)行預控制，并且通過電動機的適配來補償扭矩，每個卷繞裝置自動地調整到對于紗線的卷繞優(yōu)化的傳動系上。

3? 結束語

本文對絡筒機往復橫動導紗裝置專利技術進行了分析和整理，統(tǒng)計分析了該領域專利申請趨勢、重點申請人、國家和地區(qū)產權組織分布，梳理了包括以槽筒式、擺桿式、帶/鏈式和絲桿式4個主要分支的技術演進，并重點分析了多個本領域典型技術方案。絡筒機往復橫動導紗裝置是伴隨絡筒機的發(fā)展而不斷發(fā)展的一個技術領域，由于歐美國家、日本在該領域的傳統(tǒng)技術積累，導致在絡筒機往復橫動導紗裝置專利申請中處于主導地位，國內企業(yè)對該領域專利申請起步較慢，技術方案較為分散，在一定程度上缺乏專利布局和技術演進。隨著絡筒機在收卷效率、節(jié)能、清潔化等方面的不斷提高，往復橫動導紗裝置的專利申請也逐步由傳統(tǒng)的結構改變慢慢演變?yōu)閷刂品椒ê筒牧系母嫣嵘瑥亩m應了高精度絡筒和精密卷繞的技術需求。

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