JP6132438B2 - シングルワイヤ式のワイヤソーによる切断方法およびシングルワイヤ式のワイヤソー - Google Patents

Description

本発明は、シングルワイヤ式のワイヤソーを用いて、主に長いワークを切断する方法、およびその方法を実現するためのシングルワイヤ式のワイヤソーの改良に関する。

シングルワイヤ式のワイヤソーは、糸鋸のように、溝付き案内ローラの間で１本の直線状のワイヤを支持し、走行状態のワイヤにワークを押し当てることによって、ワークの切断を行う。通常、ワークは、所定の位置で走行状態のワイヤに対して、加工送り装置によって加工送りされるようになっている。切断工程において、ワイヤに対する溝付き案内ローラのワイヤ支持方向は、溝付き案内ローラからのワイヤの外れや溝付き案内ローラの案内溝の片減り、走行状態のワイヤの蛇行を防止するために、常時、ワークの加工送り方向に対向する方向でなければならない。

例えば特許文献１は、シングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、ワークの切断方向の変化に応じて、ワイヤの中心軸を中心として一対の溝付きローラをローラ支持用の切断アームとともに回動させ、ワイヤに対する一対の溝付きローラの支持方向を変位させることによって、ワイヤに対する一対の溝付きローラの全剛性支持方向をワークの加工送り方向に対向させている。

特許文献１の技術によると、ローラ支持用の切断アームは、一対の溝付きのローラのローラ軸に対し直交する方向、換言すると、ワークの加工送り方向の延長線上に配置されている。このため、切断可能なワークの長さは、ローラ支持用の切断アームのアーム長さに制約を受ける。この制約は、アーム長さを伸ばすことによって解決できるが、その解決手段は、機械要素の必要な支持剛性を確保すると、装置の大型化を招くことから、実用的なものと言えない。

ＷＯ２００８／００１８１６号公報

したがって、本発明の解決課題は、ワークの加工送り方向の延長線上において、溝付き案内ローラ支持用の機械要素を無くし、切断可能なワークの長さを大きくできるようにすることである。

上記課題のもとに、本発明は、一対の溝付き案内ローラの間のワイヤにワークを向き合わせて置き、ワイヤに対しワークを相対的に加工送りし、ワイヤの走行によりワークを切断する過程において、一対の溝付き案内ローラの各ローラ軸を支持アームに連結するとともに、支持アームをワイヤに対し平行で移動可能な操作軸により回動自在に支持し、ワークの切断中で、加工送り方向の変化時に、切断域のワイヤの中心軸を中心とする円弧に沿って操作軸を移動させると同時に、操作軸を中心として支持アームを回動させ、一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を加工送り方向に対向させている。

さらに詳細に記載すると、本発明は、所定の張力で張架されているワイヤに、一対の溝付き案内ローラを同じ向きとしてローラ軸により回転自在に外接させ、前記一対の溝付き案内ローラの間の切断域にワークを置き、前記一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向に対して対向する方向に加工送り方向を設定しておき、前記加工送り方向に前記ワークを前記ワイヤに対して相対的に加工送りし、前記ワイヤに前記ワークの切断位置を押し当てて、前記ワイヤの走行により前記ワークを切断線に沿って切断するシングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、前記各ローラ軸を前記ローラ軸の方向に延びる支持アームに連結し、前記支持アームを前記ワイヤの中心軸に対して平行で移動可能な操作軸により回動自在に支持するとともに、前記ワイヤを前記ワークの切断位置に保持可能としておき、前記ワークの切断中で、前記加工送り方向の変化時に、前記切断域の前記ワイヤの中心軸を中心とする円弧に沿って前記操作軸を移動させると同時に、前記操作軸を中心として前記支持アームを回動させ、前記一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を前記加工送り方向に対向させている（請求項１）。

また、本発明は、前記シングルワイヤ式のワイヤソーによる切断方法において、前記加工送り方向の変化時に、前記切断域における前記ワイヤのたわみによって、実切断位置が目標切断位置よりも許容範囲外の距離に渡って後退しているとき、前記一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を前記加工送り方向に対向させる際に、前記距離だけ余計に前記ワークの切断を継続し、前記実切断位置を前記目標切断位置に一致させてから、一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を前記加工送り方向に対向させている（請求項２）。

さらに、本発明は、前記シングルワイヤ式のワイヤソーによる切断方法において、前記操作軸に保持手段を付設し、前記ワークの切断中に、前記保持手段の保持力によって前記ワイヤを前記ワークの切断位置に保持している（請求項３）。また、本発明は、前記シングルワイヤ式のワイヤソーによる切断方法において、前記操作軸に対して直交する平面上で、前記操作軸の位置を直交する２方向からの位置決めによって、前記ワイヤの中心軸を中心とする円弧に沿って前記操作軸を移動させている（請求項４）。

そして、本発明は、所定の張力で張架されているワイヤに、一対の溝付き案内ローラを同じ向きとしてローラ軸により回転自在に外接させ、前記一対の溝付き案内ローラの間の切断域にワークを置き、前記一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向に対して対向する方向に加工送り方向を設定しておき、前記加工送り方向に前記ワークを前記ワイヤに対して相対的に加工送りし、前記ワイヤに前記ワークの切断位置を押し当て、前記ワイヤの走行により前記ワークを切断線に沿って切断するシングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、前記各ローラ軸に連結され、前記ローラ軸の方向に延びる支持アームと、前記支持アームを回動自在に支持し、前記ワイヤの中心軸に対し平行で移動可能な操作軸と、前記ワイヤを前記ワークの切断位置に保持する保持手段と、前記操作軸に直交する平面上で前記操作軸の位置を直交する２方向から位置決めする位置決め駆動装置と、前記ワークの切断線のデータにもとづいて前記位置決め駆動装置を直交する２方向から駆動し、前記操作軸を移動させる位置決め制御装置とを具備し、前記ワークの切断中で、前記加工送り方向の変化時に、前記位置決め制御装置および前記位置決め駆動装置により、前記切断域の前記ワイヤの中心軸を中心とする円弧に沿って前記操作軸を移動させると同時に、前記位置決め制御装置および前記保持手段により、前記操作軸を中心として前記支持アームを回動させ、前記一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を前記加工送り方向に対向させている（請求項５）。

また、本発明は、前記シングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、前記加工送り方向の変化時に、前記切断域における前記ワイヤのたわみによって、実切断位置が目標切断位置よりも許容範囲外の距離に渡って後退していると、前記位置決め制御装置によって判断されるときに、前記一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を前記加工送り方向に対向させる際に、前記位置決め制御装置により前記距離だけ余計に前記ワークの切断を継続し、前記実切断位置を前記目標切断位置に一致させてから、一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を前記加工送り方向に対向させている（請求項６）。

さらに、本発明は、前記シングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、前記操作軸に前記保持手段を設け、前記ワークの切断中に、前記保持手段の保持力によって前記ワイヤを前記ワークの切断位置に押し当てる方向に保持している、（請求項７）。また、本発明は、前記シングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、前記保持手段をトルクモータ、サーボモータの何れかにより構成している（請求項８）。さらに、本発明は、前記シングルワイヤ式のワイヤソーにおいて前記ワイヤを所定の位置に配置し、前記ワークを加工送り方向に移動させている（請求項９）。

また、本発明は、前記シングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、前記ワークを加工送りテーブルの上に固定し、前記加工送りテーブルを前記ワークの切断線のデータにもとづいて２つの加工送り手段により直交する２方向から加工送りしている（請求項１０）。さらに、本発明は、前記シングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、前記一対の溝付き案内ローラ毎に別の溝付き案内ローラを対向状態として前記ワイヤに外接させ、前記ワイヤを２方向から支持している（請求項１１）。

本発明に係るシングルワイヤ式のワイヤソーによる切断方法によると、一対の溝付き案内ローラの支持アームが溝付き案内ローラのローラ軸の方向に延び、加工送り方向の前方に存在しないため、長いワークの切断が支持アームに干渉することなく連続的に行えるほか、ワークの切断中で加工送り方向の変化時に、切断域のワイヤの中心軸を中心とする円弧に沿って操作軸を移動させると同時に、操作軸を中心として支持アームを回動させ、一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を加工送り方向に対向させているため、一対の溝付き案内ローラによるワイヤ支持方向が常に加工送り方向を指向するから、切断中のワイヤに対する溝付き案内ローラのワイヤ支持方向が適切な方向に向けられ、ワークの切断中にワイヤの外れや溝付き案内ローラの案内溝の片減り、ワイヤの蛇行が未然に防止できる（請求項１）。

前記シングルワイヤ式のワイヤソーによる切断方法において、加工送り方向の変化時に切断域におけるワイヤのたわみによって、実切断位置が目標切断位置よりも許容できない距離に渡って後退しているとき、前記の距離だけ余計にワークの切断を行い、実切断位置を目標切断位置に一致させてから、一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を加工送り方向に対向させているため、ワイヤのたわみによる切断位置の誤差が無くなり、切断線の屈曲部の切断加工が精度良く行える（請求項２）。

また、前記シングルワイヤ式のワイヤソーによる切断方法において、操作軸に保持手段が設けられ、ワークの切断中に、支持アームに切断抵抗に対抗する保持力が作用しているから、ワイヤがワークの切断抵抗に負けず、目標の切断線に沿って継続して切断加工が可能となる（請求項３）。さらに、前記シングルワイヤ式のワイヤソーによる切断方法において、操作軸の位置がワークの切断線のデータによって位置決めされるから、従来の技術、すなわちワイヤの側方への変位を検出し、この検出にもとづいて溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を変更するという従来の制御方式の技術に比較して、溝付き案内ローラのワイヤ支持方向の変更操作に遅れが出ず、溝付き案内ローラのワイヤ支持方向について速やかな位置決め制御が実現できる（請求項４）。

本発明に係るシングルワイヤ式のワイヤソーによると、前記切断方法の効果、すなわち長いワークの連続的な切断、切断中のワイヤに対する一対の溝付き案内ローラの適切なワイヤ支持方向の変更、ワイヤの外れや溝付き案内ローラの案内溝の片減りおよび蛇行の防止などの効果の他に、加工送り方向の変化に応じて、位置決め制御装置が位置決め駆動装置を駆動し、ワイヤの中心軸を中心とする円弧に沿って操作軸を移動させると同時に、操作軸を中心として支持アームを回動させるから、溝付き案内ローラの方向の制御に遅れが出ず、溝付き案内ローラのワイヤ支持方向について速やかな位置決め制御が実現できる（請求項５）。

前記シングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、ワークの加工送り方向の変化時に、切断域におけるワイヤのたわみによって、実切断位置が目標切断位置よりも許容範囲外の距離に渡って後退していると、位置決め制御装置によって判断されるときに、前記の距離だけ余計にワークの切断を継続し、実切断位置を目標切断位置に一致させてから、一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を加工送り方向に対向させているため、切断域におけるワイヤのたわみによる切断位置の誤差が無くなり、切断線の屈曲部の切断加工が精度良く行える（請求項６）。

また、前記シングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、ワークの切断時に、保持手段が操作軸の位置で支持アームに切断抵抗に対抗する保持力を作用させているから、ワイヤがワークの切断位置から離れず、ワークの切断が目標の切断線に沿って継続できる（請求項７）。前記シングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、保持手段がトルクモータやサーボモータであれば、それらの回転力によって必要な保持力が電気的制御により簡単に設定できる（請求項８）。前記シングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、ワイヤに対するワークの相対的な加工送りがワークについての加工送りによって行われると、ワークの加工送りのための機械的な構成がワイヤおよびワイヤに関連する部分についての加工送りのための機械的な構成よりも簡単に構成できる点で有利となる（請求項９）。

さらに、前記シングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、ワークの加工送りテーブルが切断線のデータにもとづいて２つの加工送り手段により直交する２方向から加工送りされるから、切断線のデータが支持アームの回動制御のためのデータとしても有効に利用できる（請求項１０）。前記シングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、一対の溝付き案内ローラ毎に別の溝付き案内ローラが対向状態として設けられると、ワイヤに対して２つの方向からの切断加工が可能となり、しかも溝付き案内ローラとワイヤとの外接状態が対向状態の溝付き案内ローラの挟み込みにより確実に維持できる（請求項１１）。

本発明に係るシングルワイヤ式のワイヤソーの平面図である。 本発明に係るシングルワイヤ式のワイヤソーの正面図である。 本発明に係るシングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、ワイヤ経路の側面図である。 溝付き案内ローラの案内溝部分の拡大断面図である。 本発明に係るシングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、切断動作の平面図である。 本発明に係るシングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、他のワイヤ経路の側面図である。 本発明に係るシングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、ワイヤのたわみの説明図である。 本発明に係るシングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、ワイヤの張力と分力との関係の説明図である。

図１ないし図４は、本発明に係る切断方法にもとづくシングルワイヤ式のワイヤソー１の具体的な構成例を示している。シングルワイヤ式のワイヤソー１は、図１ないし図３に示すように、例えばＺ方向の上下位置に所定の張力で張架されているワイヤ３に、上下一対の溝付き案内ローラ２を同じ向きとして各ローラ軸５によって回転自在に外接させ、一対の溝付き案内ローラ２の間の切断域のワイヤ３にワーク４を向き合わせて置き、ワイヤ３に対してワーク４を加工送り方向に加工送りし、ワイヤ３にワーク４の切断位置を押し当て、ワイヤ３の走行によってワーク４を切断線６に沿って切断する。

一対の溝付き案内ローラ２のローラ軸５は、平行であるため、それぞれの溝付き案内ローラ２は、共に同じ向きで回転自在に支持されており、図４に示すように、外周の案内溝７の内にワイヤ３を納めている。２つの溝付き案内ローラ２の向きは、好ましくは完全に一致させているが、案内溝７の内部からのワイヤ３の外れや、走行中のワイヤ３の蛇行など実用上支障のない範囲内であれば、多少異なっていてもよい。

一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向は、各溝付き案内ローラ２に対するワイヤ３の外接点において各溝付き案内ローラ２の半径線の方向であり、この半径線の方向は、各溝付き案内ローラ２による全剛性の支持方向と一致している。したがって、一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向は、全剛性の支持方向と完全に一致するように設定されるか、または全剛性の支持方向を中心として実用上の許容範囲内に設定される。また、ワーク４の加工送り方向は、一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向に平行であり、ワイヤ支持方向に対して逆方向となって対向している。

ワイヤ３は、好ましくは固定砥粒式ワイヤであるが、ワーク４の材質に応じて遊離砥粒式ワイヤであってもよく、一対の溝付き案内ローラ２の間の切断域で、ワーク４の切断位置と向き合っている。ワーク４は、例えば炭素繊維強化樹脂材やガラス繊維強化樹脂材などの長い矩形状の板であり、通常、ワイヤ３に対して垂直な平面上で加工送り方向に加工送りされる。なお、斜め切りのときに、ワーク４は、ワイヤ３に対して傾斜状態として加工送りされる。

ワイヤ３は、図３のワイヤ経路のように、ワイヤ送り出し装置２０から送り出され、一対の溝付き案内ローラ２に外接し、溝付き案内ローラ２の間の切断域において、ワーク４の切断に適切な張力で一方向の連続走行または往復走行した後に、ワイヤ巻き取り装置２１に巻き取られる。このようにして、ワイヤ３は、ワイヤ送り出し装置２０とワイヤ巻き取り装置２１との間で一直線状となって、適切な張力のもとに一対の溝付き案内ローラ２に外接している。

ワイヤ送り出し装置２０およびワイヤ巻き取り装置２１は、図示しないが、ワイヤ３の張力を切断に適切な張力値に維持しながら、ワイヤ３を駆動し、ワイヤ３に一方向の連続走行または往復走行を与え、ワイヤ送り出し側からワイヤ巻き取り側へと供給する。図示の例において、ワイヤ送り出し装置２０およびワイヤ巻き取り装置２１は、所定の位置に移動しない状態として設けられている。

そして、本発明に係るシングルワイヤ式のワイヤソー１は、特徴的な構成事項として、一対の溝付き案内ローラ２の各ローラ軸５に連結され、ローラ軸５の方向に延びる支持アーム８と、支持アーム８を支持し、切断域でのワイヤ３の中心軸３ａに対し平行で移動可能な操作軸９と、操作軸９に直交する平面上で２方向から、図示の例によると、ＸＹ平面上でＸ方向およびＹ方向から操作軸９を移動させ、操作軸９を位置決めする位置決め駆動装置１０と、ワーク４の切断線６のデータにもとづいて位置決め駆動装置１０を２方向つまりＸ方向およびＹ方向から駆動する位置決め制御装置１１とを具備している。

支持アーム８は、各ローラ軸５に連結されているが、制御の簡略化の観点からアーム中心線の延長線上で切断域のワイヤ３の中心軸３ａと直交する側方の位置にある。このため図１の加工準備の状態において、操作軸９は、ワイヤ３の中心軸３ａに対して平行であり、位置決め駆動装置１０の位置決めテーブル１２に取り付けられ、操作軸９を回転中心として支持アーム８を回転自在に支持している。なお、図示の例において、２つの支持アーム８は、操作軸９側の端部で一体となって操作軸９に回動自在に支持されており、操作軸９は、２つの支持アーム８に対して共通の１本となっているが、２つの支持アーム８ごとに独立に設けることもできる。

位置決め駆動装置１０は、位置決めテーブル１２を直交する２方向すなわちＸ方向およびＹ方向に位置決めするために、Ｘ方向の送りねじユニット・駆動モータからなる位置決め手段１３およびＹ方向の送りねじユニット・駆動モータからなる位置決め手段１４を有している。位置決め制御装置１１は、ワーク４の切断線６のデータにもとづいて位置決め手段１３、１４を駆動し、操作軸９をＸ方向およびＹ方向に移動させ、ＸＹ平面上で操作軸９の位置決めを行う。

また、位置決め駆動装置１０は、トルクモータあるいはサーボモータからなる保持手段１５を具備している。保持手段１５は、ワーク４の切断時に、支持アーム８に切断域のワイヤ３の切断抵抗に対抗する方向、つまり支持アーム８にワーク４の加工送り方向と逆方向の回転力を与え、この回転力を保持力として切断域のワイヤ３をワーク４の切断位置に保持するように作用する。

保持手段１５としてのトルクモータに対する指令は、ワーク４の切断時に、ワイヤ３をワーク４の切断位置に保持するために必要な回転力に対応するトルク指令である。また、保持手段１５としてのサーボモータに対する指令は、ワイヤ３をワーク４の切断位置に保持するために、必要な回転角に対応する回転指令である。これらのトルクモータあるいはサーボモータの回転力は、ワーク４の切断時に、ワイヤ３をワーク４の切断位置に保持する力として作用する。トルクモータおよびサーボモータの回転力は、位置決め制御装置１１によって、ワーク４に固有の切断抵抗に応じて電気的に簡単に制御できる。

ワーク４は、既述のとおり、例えば長い板状のものであり、所定の位置のワイヤ３に対して切断線６に沿って加工送りされる。切断線６は、曲線、直線またはそれらの組み合わせ線、例えば図示の折れ線状として設定される。加工送りのために、ワーク４は、加工送りテーブル１６の上に置かれ、図示しないクランプなどにより固定されている。加工送りテーブル１６は、Ｘ方向の加工送り手段１７およびＹ方向の加工送り手段１８を有している。なお、加工送りテーブル１６は、切断線６に沿った切断動作の過程で、一対の溝付き案内ローラ２やワイヤ３に干渉しない形状となっており、通常、垂直切りのために、ワイヤ３に対して垂直な平面状態として設けられるが、斜め切りのときに、ワイヤ３に対して傾斜状態として設けられる。

加工送り制御装置１９は、例えばＮＣ制御用の加工プログラムを内蔵し、切断線６の加工送り量のデータにもとづいてＸ方向の加工送り手段１７、Ｙ方向の加工送り手段１８を駆動し、加工送りテーブル１６のＸ方向、Ｙ方向またはＸＹ合成方向の移動によって、ワーク４の切断線６を切断域のワイヤ３に順次に押し当て、ワーク４の加工送りを行う。加工プログラムやワーク４の切断線６の加工送り量のデータは、ディスプレイ付き入力装置２２によってオペレータの操作によって入力され、加工送り制御装置１９に入力された後に、位置決め制御装置１１にも送られるようになっている。位置決め制御装置１１は、加工送り制御装置１９に対して指令やデータの送受信を行うほか、センサ２３、２４の出力信号をも入力としている。これらのセンサ２３、２４は、切断域におけるワイヤ３のたわみに対応するために設けられており、その動作および作用効果は、後に図７および図８とともに説明されている。

図５は、シングルワイヤ式のワイヤソー１を利用して、ワーク４を切断線６に沿って切断するときの動作を示している。ワーク４の切断加工に際して、オペレータは、ディスプレイ付き入力装置２２を操作し、加工プログラムにしたがって、切断線６についてＸ方向およびＹ方向の加工送り量、加工送り速度などの必要なデータを加工送り制御装置１９に入力する。加工送り制御装置１９は、それらのデータにもとづいて、ワーク４の加工送りに必要なデータを作成するとともに、操作軸９の位置決めに必要なデータを作成し、操作軸９の位置決めデータおよび保持手段１５の駆動用のデータを位置決め制御装置１１に送る。

加工開始前に、一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向は、区間Ｐ１−Ｐ２の切断線６に平行に設定されており、ワイヤ３は、区間Ｐ１−Ｐ２の切断開始位置、つまり点Ｐ１に接する状態に設定されている。したがって、各ローラ軸５および支持アーム８は、区間Ｐ１−Ｐ２の切断線６に対し平面的に見て直交状態に設定されている。

このような設定の後に、オペレータは、ディスプレイ付き入力装置２２を操作し、加工送り制御装置１９に切断開始の指令を与える。加工送り制御装置１９は、切断開始の指令を受けると、加工送り量のデータにもとづいて、加工送り手段１７、１８を駆動し、切断線６の方向、すなわち加工送り方向にワーク４の加工送りを行う。図示の例によると、加工初期の区間Ｐ１−Ｐ２において、ワイヤ３は、区間Ｐ１−Ｐ２の切断開始位置の点Ｐ１にあり、しかも切断線６は、Ｘ方向に変化せず、Ｙ方向に平行であるから、加工送り制御装置１９は、Ｙ方向の加工送り手段１８のみを駆動し、Ｙ方向についてワーク４の加工送りを行う。

一方、位置決め制御装置１１は、加工送り制御装置１９から操作軸９の位置決めデータを受け取り、必要に応じてＸ方向の位置決め手段１３、Ｙ方向の位置決め手段１４を駆動し、操作軸９の位置決め制御を行い、ローラ軸５を切断線６に直交する状態とし、一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向を切断線６の方向に一致させる。

図示の例によると、加工開始前の段階において、一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向が区間Ｐ１−Ｐ２の切断線６に平行に設定されているから、この区間Ｐ１−Ｐ２の切断線６の切断過程において、位置決め制御装置１１は、Ｘ方向の位置決め手段１３およびＹ方向の位置決め手段１４の何れをも駆動せず、操作軸９を加工開始前の位置に保持しており、ワーク４の加工送りにともなって、操作軸９を点ａ１から点ａ２へ相対的に移動させる。この結果、支持アーム８は、平面的に見て、区間Ｐ１−Ｐ２の切断線６に直交する状態を維持しながら区間Ｐ１−Ｐ２について平行移動をすることになる。

このように、切断線６に沿ってワーク４の加工送りが行われると、走行状態のワイヤ３は、区間Ｐ１−Ｐ２の切断線６に沿ってワーク４を目標の加工送り速度で切断して行く。ワーク４の切断中に、位置決め制御装置１１は、駆動用のデータにもとづいて保持手段１５を駆動し、支持アーム８に保持力を作用させることによって、ワイヤ３をワーク４の切断位置に保ち、ワーク４の切断抵抗に対抗させる。したがって、ワイヤ３は、ワーク４の切断抵抗を受けても、ワイヤ３の張力、保持手段１５による支持アーム８の保持力によって、加工の送り方向に殆ど後退せず、一対の溝付き案内ローラ２に対する外接位置を直線状のまま維持し、切断域において、区間Ｐ１−Ｐ２の切断線６に沿ってワーク４を切り進む。

このようにして、一対の溝付き案内ローラ２は、ワイヤ支持方向をワーク４の加工送り方向に対向させ、案内溝７の内部でワイヤ３を適切な支持形態で支持し、ワイヤ３の走行による従動的な回転によって、ワイヤ３の走行を案内している。

区間Ｐ１−Ｐ２の切断線６の切断中に、ワイヤ３が切断線６の点Ｐ２に到達したとき、加工送り制御装置１９は、ワーク４の切断線６の加工送り量のデータにもとづき区間Ｐ２−Ｐ３の切断線６に渡ってＸ方向の加工送り手段１７およびＹ方向の加工送り手段１８を同時に駆動し、ＸＹ合成方向に所定の加工送り速度によりワーク４を区間Ｐ２−Ｐ３の切断線６に沿って加工送りをする。

この区間Ｐ２−Ｐ３の切断線６において、一対の溝付き案内ローラ２は、点Ｐ２での偏角α１の角度、すなわち区間Ｐ１−Ｐ２の切断線６の延長線と区間Ｐ２−Ｐ３の切断線６とのなす角度に相当する角度分だけ向きを変更し、一対の溝付き案内ローラ２のローラ軸５を区間Ｐ２−Ｐ３の切断線６に直交させることによって、一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向を加工送り方向、つまり区間Ｐ２−Ｐ３の切断線６の方向に対向させなければならない。

そこで、位置決め制御装置１１は、ワーク４の加工送り方向の変化時に、区間Ｐ２−Ｐ３の切断線６の加工送り量のデータにもとづいて、位置決め駆動装置１０のＸ方向の位置決め手段１３およびＹ方向の位置決め手段１４を同時に駆動し、位置決めテーブル１２を順次に位置決めすることよって、切断域のワイヤ３の中心軸３ａを中心として、偏角α１に対応する円弧の区間ａ２−ａ３に沿って操作軸９を時計回りに偏角α１だけ移動させると同時に、保持手段１５の駆動によって操作軸９を中心として支持アーム８を回動させ、一対の溝付き案内ローラ２とワイヤ３との接触状態を保ったまま、一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向をワーク４の加工送り方向に対向させる。

このときの操作軸９の回動角度は、偏角α１に等しい。このため、保持手段１５がサーボモータにより構成されているときに、ワーク４の加工送り方向の変化時に、位置決め制御装置１１は、サーボモータに時計回りの偏角α１に相当する回転指令を与えることによって、操作軸９を中心として支持アーム８を回動させ、一対の溝付き案内ローラ２とワイヤ３との接触状態を保ったまま、一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向をワーク４の加工送り方向に対向させる。また、保持手段１５がトルクモータにより構成されているときに、ワーク４の加工送り方向の変化時に、位置決め制御装置１１は、必要な回転力に対応するトルク指令をトルクモータに与えることによって、操作軸９を中心として支持アーム８を回動させ、一対の溝付き案内ローラ２とワイヤ３との接触状態を保ったまま、一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向をワーク４の加工送り方向に対向させる。これらの回転指令やトルク指令は、電気的な制御により実現できる。

このようにして、支持アーム８は、平面的に見て、区間Ｐ２−Ｐ３の切断線６に直交する状態となり、ワイヤ３に対する一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向を区間Ｐ２−Ｐ３の切断線６の加工送り方向に対向する状態とする。なお、点Ｐ２の偏角α１は、単位時間当たりの加工送り量のデータを利用して、ｔａｎα１＝（単位時間当たりのＸ方向の送り量／単位時間当たりのＹ方向の送り量）の式から計算でき、また操作軸９の移動量は、偏角α１と支持アーム８のアーム長さとから区間ａ２−ａ３の円弧長さとして求められる。

このように、位置決め制御装置１１は、各溝付き案内ローラ２のローラ軸５を平面的に見て加工送り方向に直交する方向、換言すると、区間Ｐ２−Ｐ３の切断線６に対して直交する方向に移動させることによって、一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向を加工送り方向に完全に対向させるか、または実用上許容できる範囲で対向させる。なお、切断線６の点Ｐ２において、一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向の変更に時間がかかるときに、位置決め制御装置１１は、ワーク４の加工送りを必要に応じて一時的に停止させ、一対の溝付き案内ローラ２の方向の変更後に再び開始させる。

つぎに、位置決め制御装置１１は、ワーク４の切断中で、切断線６の点Ｐ３の位置において、ワーク４の加工送り方向の変化時に、切断域のワイヤ３の中心軸３ａを中心とする円弧の区間ａ４−ａ５に沿って操作軸９を移動させると同時に、操作軸９を中心として支持アーム８を反時計回りに回動させ、一対の溝付き案内ローラ２とワイヤ３との接触状態を保ったまま、一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向をワーク４の加工送り方向に対向させる。したがって、一対の溝付き案内ローラ２は、切断線６の点Ｐ３の位置で、偏角α２の角度だけ反時計方向に向きを変えた後に、区間Ｐ３−Ｐ４の切断線６に沿ってワイヤ３を通過させ、ワーク４の切断を行う。

図６は、一対の溝付き案内ローラ２によるワイヤ３の他の支持形態を示している。図１ないし図３の例によると、ワーク４の加工送り方向は、一対の溝付き案内ローラ２によるワイヤ３の支持形態から、図３の大きな矢印方向に限られる。これに対して、図６のように、各溝付き案内ローラ２毎に別の溝付き案内ローラ２を対向状態としてワイヤ３に外接させ、ワイヤ３を向き合う２方向から挟み込んで支持し、４個の溝付き案内ローラ２を支持アーム８により支持すれば、ワーク４の加工送り方向は、図３の大きな矢印方向に限らず、この方向に対して逆の方向、すなわち図６の大きな矢印方向の加工送りのときにも利用できる。これによって、切断時間を異にして２方向からの切断加工が可能となる。図６の例でも、ワイヤ送り出し装置２０およびワイヤ巻き取り装置２１は、一直線状のワイヤ３の延長線上に配置されている。

以上の説明は、一対の溝付き案内ローラ２の間で直線状のワイヤ３を想定し、切断域におけるワイヤ３のたわみを考慮していない。しかし、実際にはワーク４の切断中に、切断域においてワイヤ３のたわみは必ず発生する。一対の溝付き案内ローラ２の間の切断域において、ワイヤ３にたわみが発生すると、ワーク４に対して、たわみ状態のワイヤ３の実際の切断位置、すなわち実切断位置は、一対の溝付き案内ローラ２の間で直線状のワイヤ３の理想的な目標の切断位置すなわち目標切断位置から加工送り方向に後退し、ずれてしまうことなる。

図７は、一対の溝付き案内ローラ２について、切断域におけるワイヤ３のたわみ、目標切断位置Ｐ、実切断位置Ｐ１、およびワイヤ３のたわみによる実切断位置Ｐ１と目標切断位置Ｐとの距離Ｄ、言い換えると、ワイヤ３のたわみによる後退の距離Ｄの関係を示している。図７において、ワイヤ３のたわみによって、一方の溝付き案内ローラ２の位置で実切断位置Ｐ１のワイヤ３が目標切断位置Ｐのワイヤ３に対して外接位置で角度θだけ変位していると仮定し、溝付き案内ローラ２に対するワイヤ３の外接位置とワーク４の上面との距離ｄとすると、上記の距離Ｄは、Ｄ＝ｄｔａｎθの式から求められる。この関係は、他方の溝付き案内ローラ２の位置でも成立する。オペレータは、予め距離ｄを実測し、ディスプレイ付き入力装置２２を操作して、加工プログラムにしたがって加工送り制御装置１９に、距離ｄのデータ値および後述の距離Ｄの許容範囲のデータ値を入力しておく。

また、図７において、センサ２３は、一対の溝付き案内ローラ２についてローラ軸５の位置でＹ方向の分力Ｆｙを検出するために設けられており、センサ２４は、一対の溝付き案内ローラ２についてローラ軸５の位置でＺ方向の分力Ｆｚを検出するために設けられている。これらのセンサ２３、２４は、例えば歪み検出センサである。

図８は、たわみ状態のワイヤ３の張力Ｔによって、一方の溝付き案内ローラ２に作用する分力の関係を示している。図８において、たわみ状態のワイヤ３の張力Ｔによって、ローラ軸５にＹ方向の分力Ｆｙが作用し、ローラ軸５にＺ方向の分力Ｆｚが作用したとすると、前記式の角度θは、溝付き案内ローラ２のローラ軸５に作用するＹ方向の分力Ｆｙをセンサ２３により検出し、またＺ方向の分力Ｆｚをセンサ２４により検出し、それらのセンサ２３、２４の出力を用いて、ｔａｎθ＝Ｆｙ／Ｆｚの式から求められる。このようにして、距離Ｄは、２つの式から計算によって求められる。

位置決め制御装置１１は、ワイヤ３のたわみに対応するときに、ディスプレイ付き入力装置２２に予め入力されている距離ｄのデータ値および距離Ｄの許容範囲のデータ値を取り込んでおり、また切断加工中に、センサ２３の出力ｙおよびセンサ２４の出力ｚを入力としている。ワイヤ３のたわみによる切断位置のずれは、直線方向の切断中には切断誤差として現れないが、切断方向の変化、つまり加工送り方向の変化のときには、切断位置の誤差として現れる。

そこで、ワーク４の切断中に切断方向が変化し、ワーク４の加工送り方向が変化する時に、位置決め制御装置１１は、ワイヤ３のたわみによる切断位置のずれ、すなわち目標切断位置Ｐから実切断位置Ｐ１までの距離Ｄを前記の式から求め、距離Ｄを加工精度上、許容できないほど大きく、許容範囲外と判断したときに、位置決め手段１３もしくは位置決め手段１４または位置決め手段１３および位置決め手段１４を継続的に駆動し、ワーク４の切断を距離Ｄだけ余計に進行させることによって、実切断位置Ｐ１を目標切断位置Ｐに一致させる。

このように、ワーク４の切断中で、切断方向の変化時に、切断域におけるワイヤ３のたわみが大きく無視できないときに、ワーク４の加工送りが制御のデータ上、目標切断位置Ｐに到達していても、実切断位置Ｐ１は、目標切断位置Ｐよりも距離Ｄだけ後退しているため、位置決め制御装置１１は、後退している距離Ｄだけ余計にワーク４の加工送りを行い、ワーク４の切断を後退の距離Ｄに渡って継続し、実切断位置Ｐ１を目標切断位置Ｐに一致させる。

次に、距離Ｄによって実切断位置Ｐ１が分かっているため、位置決め制御装置１１は、位置決め手段１３または位置決め手段１４を駆動し、ワイヤ３のたわみがなくなる位置まで操作軸９および支持アーム８をワーク４の加工送り方向に移動させ、一対の溝付き案内ローラ２の間でワイヤ３をそれ自体の張力で直線状に張った状態とする。この操作軸９および支持アーム８の移動によって、ワイヤ３は、ワイヤ張力によってたわみを吸収し、目標切断位置Ｐに戻る。なお、ワイヤ３のたわみの吸収は、操作軸９の移動ではなく、加工送りテーブル１６を加工送り方向に対して逆方向に移動させることによっても行える。

その後、位置決め制御装置１１は、一対の溝付き案内ローラ２の間にたわみのない状態で直線状に張られたワイヤ３の中心軸３ａを中心とした円弧に沿って操作軸９を移動させると同時に、操作軸９を中心として支持アーム８を回動させることによって、一対の溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向をワーク４の加工送り方向に対向させる。このような一連の動作によって、ワイヤ３のたわみに対応できる。

加工送りは、ワイヤ３とワーク４との間の相対運動であるから、図示の例のように、ワイヤ３を所定の位置に移動しない状態として配置し、ワーク４を加工送り方向に移動させる代わりに、ワーク４を所定の位置に移動しない状態として配置し、ワイヤ３およびワイヤ３の支持に関連する機械的な部分を加工送り方向に移動させることによっても実現できる。したがって、加工送りは、ワーク４の加工送り態様のほかに、ワイヤ３の加工送り態様をも含む意味に理解されなければならない。ただし、図示の例のように、ワーク４の加工送り態様によると、ワイヤ３およびワイヤ３の支持に関連する部分を加工送り方向に移動させるワイヤ３の加工送り態様よりも、機械的な構成が簡単になり、実施のうえで有利となる。

また、切断線６がワーク４の外周面から始まっておらず、ワーク４の途中から開始される切り抜き加工のとき、切断線６の開始点にワイヤ３を通すための孔が予め形成され、その孔にワイヤ３を通してから切り抜き加工を開始することになる。

既述のように、各溝付き案内ローラ２のワイヤ支持方向あるいは各溝付き案内ローラ２の向きは、ワーク４の加工送り方向に一致させているが、案内溝７の内部からのワイヤ３の外れや、走行中のワイヤ３の蛇行など、実用上、支障のない許容範囲において多少ずれていてもよい。

本発明は、ワーク４として炭素繊維強化樹脂材やガラス繊維強化樹脂材を例に挙げたが、それに限らず、結晶板、磁器、金属板、その他の材料の加工にも適用できる。

１ シングルワイヤ式のワイヤソー
２ 溝付き案内ローラ
３ ワイヤ ３ａ ワイヤの中心軸
４ ワーク
５ ローラ軸
６ 切断線
７ 案内溝
８ 支持アーム
９ 操作軸
１０ 位置決め駆動装置
１１ 位置決め制御装置
１２ 位置決めテーブル
１３ 位置決め手段
１４ 位置決め手段
１５ 保持手段
１６ 加工送りテーブル
１７ 加工送り手段
１８ 加工送り手段
１９ 加工送り制御装置
２０ ワイヤ送り出し装置
２１ ワイヤ巻き取り装置
２２ ディスプレイ付き入力装置
２３ センサ
２４ センサ

Claims (11)

1. 所定の張力で張架されているワイヤに、一対の溝付き案内ローラを同じ向きとしてローラ軸により回転自在に外接させ、前記一対の溝付き案内ローラの間の切断域にワークを置き、前記一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向に対して対向する方向に加工送り方向を設定しておき、前記加工送り方向に前記ワークを前記ワイヤに対して相対的に加工送りし、前記ワイヤに前記ワークの切断位置を押し当て、前記ワイヤの走行により前記ワークを切断線に沿って切断するシングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、
   前記各ローラ軸を前記ローラ軸の方向に延びる支持アームに連結し、前記支持アームを前記ワイヤの中心軸に対して平行で移動可能な操作軸により回動自在に支持するとともに前記ワイヤを前記ワークの切断位置に保持可能としておき、
   前記ワークの切断中で、前記加工送り方向の変化時に、前記切断域の前記ワイヤの中心軸を中心とする円弧に沿って前記操作軸を移動させると同時に、前記操作軸を中心として前記支持アームを回動させ、前記一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を前記加工送り方向に対向させる、ことを特徴とするシングルワイヤ式のワイヤソーによる切断方法。
2. 前記加工送り方向の変化時に、前記切断域における前記ワイヤのたわみによって、実切断位置が目標切断位置よりも許容範囲外の距離に渡って後退しているとき、前記一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を前記加工送り方向に対向させる際に、前記距離だけ余計に前記ワークの切断を継続し、前記実切断位置を前記目標切断位置に一致させてから、一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を前記加工送り方向に対向させる、ことを特徴とする請求項１記載のシングルワイヤ式のワイヤソーによる切断方法。
3. 前記操作軸に保持手段を付設し、前記ワークの切断中に、前記保持手段の保持力によって前記ワイヤを前記ワークの切断位置に保持する、ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のシングルワイヤ式のワイヤソーによる切断方法。
4. 前記操作軸に対して直交する平面上で、前記操作軸の位置を直交する２方向からの位置決めによって、前記ワイヤの中心軸を中心とする円弧に沿って前記操作軸を移動させる、ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のシングルワイヤ式のワイヤソーによる切断方法。
5. 所定の張力で張架されているワイヤに、一対の溝付き案内ローラを同じ向きとしてローラ軸により回転自在に外接させ、前記一対の溝付き案内ローラの間の切断域にワークを置き、前記一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向に対して対向する方向に加工送り方向を設定しておき、前記加工送り方向に前記ワークを前記ワイヤに対して相対的に加工送りし、前記ワイヤに前記ワークの切断位置を押し当て、前記ワイヤの走行により前記ワークを切断線に沿って切断するシングルワイヤ式のワイヤソーにおいて、
   前記各ローラ軸に連結され、前記ローラ軸の方向に延びる支持アームと、前記支持アームを回動自在に支持し、前記ワイヤの中心軸に対し平行で移動可能な操作軸と、前記ワイヤを前記ワークの切断位置に保持する保持手段と、前記操作軸に直交する平面上で前記操作軸の位置を直交する２方向から位置決めする位置決め駆動装置と、前記ワークの切断線のデータにもとづいて前記位置決め駆動装置を直交する２方向から駆動し、前記操作軸を移動させる位置決め制御装置とを具備し、
   前記ワークの切断中で、前記加工送り方向の変化時に、前記位置決め制御装置および前記位置決め駆動装置によって、前記切断域の前記ワイヤの中心軸を中心とする円弧に沿って前記操作軸を移動させると同時に、前記位置決め制御装置および前記保持手段により前記操作軸を中心として前記支持アームを回動させ、前記一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を前記加工送り方向に対向させる、ことを特徴とするシングルワイヤ式のワイヤソー。
6. 前記加工送り方向の変化時に、前記切断域における前記ワイヤのたわみによって、実切断位置が目標切断位置よりも許容範囲外の距離に渡って後退していると、前記位置決め制御装置によって判断されるときに、前記一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を前記加工送り方向に対向させる際に、前記位置決め制御装置によって前記距離だけ余計に前記ワークの切断を継続し、前記実切断位置を前記目標切断位置に一致させてから、一対の溝付き案内ローラのワイヤ支持方向を前記加工送り方向に対向させる、ことを特徴とする請求項５記載のシングルワイヤ式のワイヤソー。
7. 前記操作軸に前記保持手段を設け、前記ワークの切断中に、前記保持手段の保持力によって前記ワイヤを前記ワークの切断位置に保持する、ことを特徴とする請求項５または請求項６記載のシングルワイヤ式のワイヤソー。
8. 前記保持手段をトルクモータ、サーボモータの何れかにより構成する、ことを特徴とする請求項５、請求項６または請求項７記載のシングルワイヤ式のワイヤソー。
9. 前記ワイヤを所定の位置に配置し、前記ワークを加工送り方向に移動させる、ことを特徴とする請求項５、請求項６、請求項７または請求項８記載のシングルワイヤ式のワイヤソー。
10. 前記ワークを加工送りテーブルの上に固定し、前記加工送りテーブルを前記ワークの切断線のデータにもとづいて２つの加工送り手段により直交する２方向から加工送りする、ことを特徴とする請求項５、請求項６、請求項７、請求項８または請求項９記載のシングルワイヤ式のワイヤソー。
11. 前記一対の溝付き案内ローラ毎に別の溝付き案内ローラを対向状態として前記ワイヤに外接させ、前記ワイヤを２方向から支持する、ことを特徴とする請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９または請求項１０記載のシングルワイヤ式のワイヤソー。

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