JP7414626B2

JP7414626B2 - ワイヤ送給装置および付加製造装置

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Publication number: JP7414626B2
Application number: JP2020072455A
Authority: JP
Inventors: 俊之鉾館; 信行鷲見; 一哉堀尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2024-01-16
Anticipated expiration: 2040-04-14
Also published as: JP2021169103A

Description

本開示は、ワイヤを送給するワイヤ送給装置および付加製造装置に関する。

溶接材料であるワイヤを送給するワイヤ送給装置として、可撓性を有する管の内部にワイヤを通すことによって、送給先である被加工物へワイヤを導くものが知られている。管の内部においてワイヤが張った状態である場合、ワイヤが管の内壁に接触することによってワイヤの送給抵抗が増大することがある。ワイヤ送給装置によりワイヤをスムーズに送給するために、湾曲させた管にワイヤを通すことによってワイヤをたるませる技術が知られている。

特許文献１には、可撓性を有する管であるワイヤコアを湾曲させて配置し、当該ワイヤコアにワイヤを通すことによってワイヤをたるませるワイヤバッファ形成装置において、ワイヤのたるみが一定になるようにワイヤの送給量を調整することが開示されている。特許文献１にかかるワイヤバッファ形成装置は、２つのワイヤ送給器の間においてワイヤをたるませることから、２つのワイヤ送給器におけるワイヤの送給量に差が生じた場合に、ワイヤのたるみの度合いが変化する。特許文献１にかかるワイヤバッファ形成装置は、ワイヤの変位に伴うワイヤコアの変位を検出することによってワイヤのたるみの度合いを検出し、ワイヤの送給量のフィードバック制御を行う。

特開２０１７－１３６６１３号公報

材料であるワイヤを局所的に溶融させ、溶融した材料の付加によって造形を行う付加製造装置には、送給指令に従った送給量でワイヤを送給するワイヤ送給装置が使用される。付加製造装置のうち、指向性エネルギ堆積（Direct Energy Deposition：ＤＥＤ）方式によって立体形状を製造する付加製造装置では、ワイヤの送給量を一定に維持することによって安定した造形を可能とするために、送給量の高精度な調整が求められる。

特許文献１にかかるワイヤバッファ形成装置において、ワイヤの変位がわずかであった場合に、ワイヤの変位がワイヤコアの内部での変位にとどまることによって、ワイヤコアが変位しないことがある。このため、特許文献１にかかる従来の技術が付加製造装置のワイヤ送給装置に適用された場合、ワイヤ送給装置は、ワイヤのたるみの度合いを正確に検出することができず、ワイヤの送給量を高い精度で調整することが困難であるという問題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、ワイヤの送給量を高い精度で調整可能とするワイヤ送給装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかるワイヤ送給装置は、可撓性を有しており湾曲させて配置され、導体であるワイヤが通される管部と、ワイヤの供給源と管部の入口との間に設けられ、ワイヤを送給する第１の送給器と、管部の出口とワイヤの送給先との間に設けられ、ワイヤを送給する第２の送給器と、管部の湾曲部分に対向して配置されている検出電極と、管部の内部を通るワイヤと検出電極との距離を検出する検出部と、距離の検出結果に基づいて、第１の送給器または第２の送給器におけるワイヤの送給量を調整する送給調整部と、を備える。検出電極は、湾曲部分、または湾曲部分を通るワイヤに沿うように曲げられた形状である。検出部は、ワイヤと検出電極との間における静電容量に基づいて距離を検出する。

本開示にかかるワイヤ送給装置は、ワイヤの送給量を高い精度で調整することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるワイヤ送給装置の概略構成を示す図実施の形態１にかかるワイヤ送給装置が有するワイヤバッファ形成部と定電流回路とを示す図実施の形態１にかかるワイヤ送給装置が有する検出部を示す図実施の形態１にかかるワイヤ送給装置が有する送給調整部を示す図実施の形態１にかかるワイヤ送給装置が有する静電シールドカバーによる遮蔽の効果について説明するための図実施の形態１にかかるワイヤ送給装置による検出結果を表すＶ_Ｏとたるみ量との関係の例を示す図実施の形態１にかかるワイヤ送給装置におけるワイヤのたるみ量と管部の変位量との関係の例を示す図実施の形態１にかかるワイヤ送給装置による検出結果を表すＶ_Ｏと管部の変位量との関係の例を示す図実施の形態２にかかるワイヤ送給装置が有する静電シールドカバーを示す図実施の形態３にかかるワイヤ送給装置のうちワイヤの接地のための構成を示す図実施の形態４にかかる付加製造装置の概略構成を示す図

以下に、実施の形態にかかるワイヤ送給装置および付加製造装置を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるワイヤ送給装置の概略構成を示す図である。実施の形態１にかかるワイヤ送給装置１は、付加製造装置による付加製造において使用される材料であるワイヤ４を送給する。付加製造装置は、ワイヤ４を局所的に溶融させ、溶融後の材料の凝固物を被加工物に堆積させることによって、立体形状を製造する。ワイヤ４は、導体である金属である。

ワイヤ４は、ワイヤ４の供給源であるワイヤボビン２に巻き付けられた状態で、ワイヤ送給装置１にセットされる。ワイヤ送給装置１は、ワイヤ４を送給する２つの送給器５，６と、送給器５と送給器６との間にてワイヤ４をたるませるワイヤバッファ形成部３と、を有する。ワイヤバッファ形成部３には、管部を構成する２本のワイヤコア７，８が配置される。ワイヤコア７，８の各々は、可撓性を有する管である。ワイヤコア７，８は、互いにつながれた状態で湾曲させて配置される。ワイヤ４は、互いにつながれたワイヤコア７，８に通される。

管部におけるワイヤ４の入口７ａは、第１の管であるワイヤコア７の一端である。管部におけるワイヤ４の出口８ａは、第２の管であるワイヤコア８の一端である。ワイヤコア８の他端には、ワイヤコア７のうち入口７ａとは逆の端部７ｂが入り込み可能なガイドスリーブ９が設けられている。ガイドスリーブ９の内径は、ワイヤコア７の外径よりも大きい。端部７ｂをガイドスリーブ９に入り込ませることによって、ワイヤコア７とワイヤコア８とは互いにつながれている。互いにつながれた状態で湾曲させたワイヤコア７，８の内部にワイヤ４が通されることによって、ワイヤバッファ形成部３は、ワイヤ４にたるみを形成する。

ワイヤコア７は、固定部１１によってワイヤバッファ形成部３に固定される。ワイヤコア８のうちガイドスリーブ９は、固定部１２によってワイヤバッファ形成部３に固定される。端部７ｂは、ガイドスリーブ９に固定されていない。端部７ｂは、ガイドスリーブ９の内部においてワイヤ４の軸線方向へ自在に動くことができる。

ワイヤ送給装置１においてワイヤ４が交換される際、ワイヤボビン２からワイヤ４を繰り出すことにより、互いにつなぎ合わされたワイヤコア７，８にワイヤ４を通すことができる。これにより、ワイヤ４を交換する際に、手動によらずに、ワイヤバッファ形成部３にワイヤ４を通すことができる。

第１の送給器である送給器５は、ワイヤボビン２と入口７ａとの間に設けられている。第２の送給器である送給器６は、出口８ａとワイヤ４の送給先である被加工物との間に設けられている。各送給器５，６は、送給指令に従って回転速度を調整可能なサーボモータを有する。各送給器５，６は、サーボモータの回転によってワイヤ４を送給する。サーボモータの図示は省略する。

２つの送給器５，６が設けられることによって、ワイヤ４とワイヤコア７，８との摩擦による送給抵抗の増大が抑制可能となる。ワイヤ送給装置１は、送給抵抗の増大が抑制されることによって、ワイヤ４の滞留とワイヤ４の切断とを防ぐことができ、ワイヤ４のスムーズな送給が可能となる。また、ワイヤ送給装置１は、２つの送給器５，６の送給量を適宜調整することによって、ワイヤコア７，８の内壁にワイヤ４が押し付けられることを抑制することができる。なお、ワイヤ４の送給量とは、時間当たりにおけるワイヤ４の送給量であって、ワイヤ４の送給速度を表す。

ワイヤバッファ形成部３には、ワイヤコア７，８からなる管部の湾曲部分に対向して配置されている検出電極１３と、管部のうち少なくとも湾曲部分と検出電極１３とを覆う静電シールドカバー１０とが設けられている。図１において、検出電極１３は、ワイヤコア７のうち湾曲内側の側部に向かい合わせられている。ワイヤコア７のうち検出電極１３と向かい合わせられている湾曲部分は、静電シールドカバー１０の内部において管部の曲率が最大である部分である。

検出電極１３は、銅、アルミニウム、または鉄といった、導電性の金属からなる板である。検出電極１３は、ワイヤコア７の湾曲部分、または当該湾曲部分を通るワイヤ４に沿うように曲げられた長方形の板である。検出電極１３である板は、円筒の一部と同様に曲げられている。検出電極１３の形状および位置は、ワイヤ４のたるみの度合いが最も小さいときにおけるワイヤ４またはワイヤコア７に沿うように設定される。ワイヤ４の軸線方向における検出電極１３の長さは、数ｍｍから数十ｃｍ程度である。以下の説明にて、単に軸線方向と称した場合、ワイヤ４の軸線方向を指すものとする。

軸線方向に垂直な方向であって上記長方形の短辺方向における検出電極１３の幅は、ワイヤコア７の外径と同じ程度である。以下の説明にて、検出電極１３の当該幅の方向を、幅方向と称することがある。検出電極１３の幅は、ワイヤコア７の外径よりも大きくても小さくても良い。軸線方向と幅方向とに垂直な方向における検出電極１３の厚みは、構造上の支障が無い範囲において任意とする。以下の説明にて、検出電極１３の当該厚みの方向を、厚み方向と称することがある。検出電極１３は、ワイヤバッファ形成部３内において絶縁性の支持体に固定される。支持体の図示は省略する。

静電シールドカバー１０は、銅、アルミニウム、または鉄といった、導電性の金属からなる箱体である。静電シールドカバー１０は、ワイヤ４と検出電極１３との距離の検出において妨げとなる浮遊容量を遮断する。検出電極１３と静電シールドカバー１０とは、互いに同電位とされる。

ワイヤ送給装置１は、接地極である接地器１４と、定電流回路１５とを有する。ワイヤ４は、接地器１４に接触することにより接地される。接地器１４は、ワイヤ４の送給に伴って回転可能な金属製のローラを有する。これにより、ワイヤ４の送給に影響を与えること無くワイヤ４を接地可能とする。

定電流回路１５は、検出電極１３に交流電流を供給する回路部である。ワイヤ送給装置１は、管部の内部を通るワイヤ４と検出電極１３との距離を検出する検出部１６と、距離の検出結果に基づいて、送給器５におけるワイヤ４の送給量を調整する送給調整部１７とを有する。検出部１６は、ワイヤ４と検出電極１３との間における静電容量を検出することによって、ワイヤ４と検出電極１３との距離を検出する。距離とは、検出電極１３の厚み方向における検出電極１３とワイヤ４との距離である。検出電極１３の厚み方向における検出電極１３とワイヤ４との距離を、以下の説明では「撓み量」と称することがある。撓み量に従ってワイヤ４をたるませる分、ワイヤ４は、ワイヤボビン２から余分に引き出される。以下の説明では、ワイヤ４をたるませるためにワイヤボビン２から余分に引き出されるワイヤ４の量を、「たるみ量」と称することがある。ワイヤ送給装置１は、送給器５を駆動するモータ駆動ドライバ１８と、送給器６を駆動するモータ駆動ドライバ１９とを有する。

図２は、実施の形態１にかかるワイヤ送給装置が有するワイヤバッファ形成部と定電流回路とを示す図である。図３は、実施の形態１にかかるワイヤ送給装置が有する検出部を示す図である。図４は、実施の形態１にかかるワイヤ送給装置が有する送給調整部を示す図である。

ワイヤ送給装置１には、付加製造装置を制御する制御装置から送給指令Ｄ０が入力される。送給指令Ｄ０は、加工条件のうちワイヤ４の送給量の条件に応じた指令である。ワイヤ送給装置１は、送給指令Ｄ０に従って送給器６を駆動する。ワイヤ送給装置１は、たるみ量が一定となるように調整された送給指令Ｄ０である送給指令Ｄ１に従って送給器５を駆動する。たるみ量が一定となるように送給指令Ｄ１を調整するために、ワイヤ送給装置１は、たるみ量をリアルタイムで検出する必要がある。

実施の形態１にかかるワイヤ送給装置１は、ワイヤ４を接地するとともに、定電流回路１５から検出電極１３へ交流電流を供給することによって、ワイヤ４と検出電極１３との間の静電容量を検出する。ワイヤ送給装置１は、静電容量を検出することによってたるみ量を検出する。

図２に示すように、定電流回路１５は、基準発振器２１と、２つのオペアンプ２２，２３と、抵抗器２４とを有する。基準発振器２１の一端は、２つのオペアンプ２２，２３のうち基準発振器２１側のオペアンプ２２の負入力端に接続される。基準発振器２１の他端は、オペアンプ２２の出力端と抵抗器２４の一端とに接続される。オペアンプ２２の正入力端は、オペアンプ２３の負入力端とオペアンプ２３の出力端とに接続される。抵抗器２４の他端は、オペアンプ２３の正入力端に接続される。抵抗器２４の他端は、定電流回路１５の出力端である。定電流回路１５の出力端と検出電極１３とを接続する電線としては、同軸ケーブルが使用される。

基準発振器２１が出力する交流電圧の波形は、Ｅ_Ｏ・ｓｉｎωｔと表される。Ｅ_Ｏは振幅、ωは角周波数、ｔは時間を表す。ｆを周波数として、ω＝２πｆが成り立つ。定電流回路１５が出力する交流電流ｉ_Ｘの波形は、次の式（１）により表される。Ｒは抵抗器２４の抵抗値を表す。
ｉ_Ｘ＝（Ｅ_Ｏ／Ｒ）・ｓｉｎωｔ・・・（１）

オペアンプ２２は、抵抗器２４に印加される電圧、すなわちオペアンプ２２の正入力端と定電流回路１５の出力端との電位差がＥ_Ｏ・ｓｉｎωｔと等しくなるように動作する。一定の交流電圧であるＥ_Ｏ・ｓｉｎωｔが一定の抵抗値Ｒの抵抗器２４に印加されることによって、定電流回路１５は、一定の交流電流であるｉ_Ｘを出力する。抵抗器２４を流れた電流は、オペアンプ２３には流れず、定電流回路１５から出力される。オペアンプ２３は、検出電極１３に印加される電圧であるＶ_Ｘを高インピーダンスにて検出するためのボルテージフォロワであって、ゲイン１倍の緩衝増幅器として機能する。

なお、ボルテージフォロワとしては、オペアンプ２３以外の回路要素が使用されても良い。定電流回路１５は、ボルテージフォロワとして、トランジスタ等で構成される差動増幅回路が使用されても良い。ボルテージフォロワは、高インピーダンス入力、かつゲイン１倍の緩衝増幅器として機能可能な回路要素であれば良い。

Ｖ_Ｘは、次の式（２）により表される。Ｃ_Ｘは、検出電極１３とワイヤ４との間の静電容量を表す。ｊは虚数単位を表す。
Ｖ_Ｘ＝ｉ_Ｘ／（ｊωＣ_Ｘ）＝｛（Ｅ_Ｏ／Ｒ）／（ωＣ_Ｘ）｝・（ｓｉｎωｔ）／ｊ・・・（２）

Ｖ_Ｘの振幅を｜Ｖ_Ｘ｜とすると、｜Ｖ_Ｘ｜は、次の式（３）により表される。
｜Ｖ_Ｘ｜＝ｉ_Ｘ／（ωＣ_Ｘ）＝（Ｅ_Ｏ／Ｒ）／（ωＣ_Ｘ）＝Ｉ_Ｏ／（ωＣ_Ｘ）・・・（３）

式（３）においてＩ_Ｏ＝Ｅ_Ｏ／Ｒおよびωは一定値であるため、式（３）より｜Ｖ_Ｘ｜∝１／Ｃ_Ｘの関係が成り立つ。すなわち、検出電極１３に印加される電圧の振幅は、検出電極１３とワイヤ４との間の静電容量に反比例する。また、検出電極１３とワイヤ４との間の静電容量は、検出電極１３とワイヤ４との距離、すなわち撓み量に応じて変化する。ワイヤ送給装置１は、検出電極１３に印加される電圧の振幅を検出することによって、撓み量に応じたたるみ量を検出することができる。

図３に示すように、検出部１６は、整流回路３１と低域フィルタ３２とを有する。検出部１６には、Ｖ_Ｘが入力される。検出部１６は、Ｖ_Ｘの信号を整流回路３１と低域フィルタ３２とへ通過させることによるＶｘの直流化によって、｜Ｖ_Ｘ｜を得る。検出部１６は、求めた｜Ｖ_Ｘ｜を、たるみ量の検出結果を表すＶ_Ｏとして出力する。整流回路３１としては、全波整流回路または半波整流回路を使用することができる。整流回路３１は、基準発振器２１から出力される信号を参照信号として使用する同期整流回路であっても良い。

図４に示す送給調整部１７には、送給指令Ｄ０とたるみ指令Ｓとが入力される。たるみ指令Ｓは、たるみ量の指令値である。たるみ指令Ｓは、付加製造装置を制御する制御装置から送給調整部１７へ入力される。送給調整部１７には、検出部１６からのＶ_Ｏが入力される。送給調整部１７は、送給指令Ｄ０をモータ駆動ドライバ１９へ出力する。モータ駆動ドライバ１９は、送給指令Ｄ０に従って送給器６を駆動する。

送給調整部１７は、たるみ指令ＳとＶ_Ｏとの差分を求め、求めた差分にゲインＫを乗算する。ゲインＫは、フィードバックゲインである。送給調整部１７は、乗算結果を送給指令Ｄ０である指令値に加算することによって、たるみ指令ＳとＶ_Ｏとの差分がゼロに近くなるように送給器５の送給量を補償するための送給指令Ｄ１を生成する。送給調整部１７は、送給指令Ｄ１をモータ駆動ドライバ１８へ出力する。モータ駆動ドライバ１８は、送給指令Ｄ１に従って送給器５を駆動する。ゲインＫが大きいほど、たるみ量を精度良く一定にする制御が可能となる場合がある一方、たるみ量が収束せず変動を続けるといったフィードバック制御系の不安定化を招来する可能性がある。このため、ゲインＫは、制御の精度と制御の安定性とを考慮して、適切な値に初期調整されることが望ましい。

仮に、共通の送給指令Ｄ０によって送給器５と送給器６とが制御されても、制御誤差またはワイヤ４の滑りなどの影響によって、送給器５の送給量と送給器６の送給量とには差が生じる。ワイヤ送給装置１は、送給調整部１７において送給器５の送給量を調整することによって、送給器５の送給量と送給器６の送給量との差を相殺させる。これにより、ワイヤ送給装置１は、ワイヤ４のたるみ量を一定に維持しながらワイヤ４を送給することができる。

なお、ワイヤ送給装置１は、送給調整部１７において送給器６の送給量を調整することによって、送給器５の送給量と送給器６の送給量との差を相殺させることとしても良い。送給調整部１７は、たるみ量の検出結果に基づいて、送給器５と送給器６とのうちの少なくとも一方におけるワイヤ４の送給量を調整すれば良い。

次に、静電シールドカバー１０による遮蔽の効果について説明する。図５は、実施の形態１にかかるワイヤ送給装置が有する静電シールドカバーによる遮蔽の効果について説明するための図である。図５では、検出電極１３と、検出電極１３の周囲にある物とにおける静電容量の分布を模式的に表している。なお、図５に示す静電容量の分布は、ワイヤバッファ形成部３に静電シールドカバー１０を設けなかった場合における静電容量の分布とする。以下の説明にて、検出電極１３のうち凸形状の面を表面、検出電極１３のうち凹形状の面を裏面と称することがある。

図５において、Ｃ_１，Ｃ_２，・・・，Ｃ_ｎは、検出電極１３におけるｎ個の位置の各々とワイヤ４との間における静電容量であって、検出電極１３の表面とワイヤ４との間における静電容量を示している。Ｃ_Ａ１，Ｃ_Ａ２，・・・，Ｃ_ＡＮは、検出電極１３におけるＮ個の位置の各々と、ワイヤバッファ形成部３の周囲に設定された物体４０との間における静電容量であって、検出電極１３の表面と物体４０との間における静電容量と、検出電極１３の裏面と物体４０との間における静電容量とを示している。物体４０は、例えば、付加製造装置の筐体である。Ｃ_Ｂ１，Ｃ_Ｂ２，・・・，Ｃ_ＢＭは、検出電極１３におけるＭ個の位置の各々とワイヤ４との間における静電容量であって、検出電極１３の裏面とワイヤ４との間における静電容量を示している。なお、ｎ，Ｎ，Ｍは、それぞれ任意の整数とする。

Ｃ_ｘ＝Ｃ_１＋Ｃ_２＋・・・＋Ｃ_ｎは、たるみ量の検出に寄与する静電容量である。一方、Ｃ_Ａ＝Ｃ_Ａ１＋Ｃ_Ａ２＋・・・＋Ｃ_ＡＮと、Ｃ_Ｂ＝Ｃ_Ｂ１＋Ｃ_Ｂ２＋・・・＋Ｃ_ＢＭとは、たるみ量の検出に寄与しない静電容量である浮遊容量である。Ｃ_ｘは０．１ｐＦから１０ｐＦ程度であるのに対し、浮遊容量の合計であるＣ_Ａ＋Ｃ_Ｂは１０ｐＦから１０００ｐＦのオーダーとなる場合がある。浮遊容量の存在は、たるみ量の検出結果に影響を及ぼす。

ワイヤ送給装置１は、静電シールドカバー１０を設けることにより、ワイヤ４のうちたるみ量の検出対象となる部分を周囲から電気的に遮蔽する。ワイヤ送給装置１は、静電シールドカバー１０による遮蔽によって浮遊容量の影響を低減させることで、たるみ量を検出することが可能となる。

実施の形態１において、静電シールドカバー１０は、図１に示すようにワイヤバッファ形成部３の矩形領域を覆うことによって、浮遊容量であるＣ_Ａ，Ｃ_ＢのうちＣ_Ａを遮断する。ワイヤ送給装置１は、静電シールドカバー１０が設けられることによって、浮遊容量の存在によりたるみ量の検出が困難になる事態を防ぐことができる。

静電シールドカバー１０にオペアンプ２３の出力端が接続されることによって、静電シールドカバー１０には、検出電極１３に印加される電圧と同じ電圧であるＶ_Ｘが印加される。静電シールドカバー１０と検出電極１３とは、同電位とされる。これにより、ワイヤ送給装置１は、浮遊容量をキャンセルすることが可能となる。定電流回路１５の出力端と検出電極１３とを接続する電線は、同軸ケーブルが使用されることによって、周囲から電気的に遮蔽される。図２に示す定電流回路１５における破線は、同軸ケーブルによって電線がシールドされていることを示している。これにより、ワイヤ送給装置１は、周囲からの電気的な影響を遮断して、たるみ量を検出することができる。

ワイヤ送給装置１は、ワイヤコア７の位置ではなくワイヤコア７内部のワイヤ４のたるみ量を検出するため、ワイヤコア７の内部におけるワイヤ４の変位による検出誤差といったヒステリシス現象による誤差と、ワイヤ４の変位がワイヤコア７の内部での変位にとどまることによってワイヤ４のたるみ量の変化が検出できなくなる不感帯の存在による誤差を無くすことができる。これにより、ワイヤ送給装置１は、ワイヤコア７の位置を検出する場合と比較して、ワイヤ４のたるみ量を正確に検出することができる。

ワイヤ送給装置１は、管部の内部に通されているワイヤ４のたるみ量を検出可能であるため、たるみ量の検出のためにワイヤ４を管部の外部に露出させる必要がない。ワイヤバッファ形成部３の全体においてワイヤ４が管部の内部に通されていることによって、ワイヤ４を交換する際に、ワイヤバッファ形成部３を開けるなどの手動によらずに、ワイヤバッファ形成部３にワイヤ４を通すことができる。

図６は、実施の形態１にかかるワイヤ送給装置による検出結果を表すＶ_Ｏとたるみ量との関係の例を示す図である。図６において、グラフの縦軸はＶ_Ｏ、横軸は実際のたるみ量を表す。検出電極１３に印加される電圧の振幅は、検出電極１３とワイヤ４との間の静電容量に反比例する。Ｖ_Ｏと実際のたるみ量との関係は比例関係とは若干異なり、図６に示すようにＳ字特性を持つ。

なお、図６のグラフにより示される特性は、たるみ量を小から大へと変化させた場合におけるＶ_Ｏと実際のたるみ量との測定結果と、たるみ量を大から小へと変化させた場合におけるＶ_Ｏと実際のたるみ量との測定結果とを表している。これらの測定結果によると、たるみ量を小から大の方向に変化させた場合と、たるみ量を大から小の方向に変化させた場合との双方において、変化の方向に依存するようなヒステリシス現象が見られないことが分かった。変化の方向に依存するようなヒステリシス現象による検出誤差を、検出部１６が排除可能であることによって、ワイヤ送給装置１は、たるみ量を正確に検出することができる。ワイヤ送給装置１は、たるみ量を正確に検出することができることによって、たるみ量の検出結果に基づく安定したフィードバック制御が可能となる。このように、検出部１６は、ワイヤ送給装置１がたるみ量の検出結果に基づいて安定したフィードバック制御を行うために重要な特性を得ることができる。

図６によると、たるみ量が１０ｍｍから６０ｍｍの範囲内であるときに、Ｖ_Ｏと実際のたるみ量との関係は直線グラフに近い関係となることから、ワイヤ送給装置１は、たるみ量を１０ｍｍから６０ｍｍの範囲に限定して、ワイヤ４の送給量を調整することとしても良い。ワイヤ送給装置１は、Ｖ_Ｏに基づく安定したフィードバック制御を行うために、Ｖ_Ｏと実際のたるみ量との関係を直線化させる補正を行い、補正後の関係に基づいてワイヤ４の送給量を調整することとしても良い。

図７は、実施の形態１にかかるワイヤ送給装置におけるワイヤのたるみ量と管部の変位量との関係の例を示す図である。図８は、実施の形態１にかかるワイヤ送給装置による検出結果を表すＶ_Ｏと管部の変位量との関係の例を示す図である。図７において、グラフの縦軸はワイヤコア７の変位量、横軸はワイヤ４の実際のたるみ量を表す。図８において、グラフの縦軸はＶ_Ｏ、横軸はワイヤコア７の変位量を表す。ワイヤコア７の変位量は、上記の厚み方向におけるワイヤコア７の変位量とする。

図７において、実線の２つのグラフは、ワイヤコア７の変位量とワイヤ４のたるみ量との関係を表す。実線の２つのグラフのうちの一方は、たるみ量を小から大の方向に変化させた場合における、ワイヤコア７の変位量とワイヤ４の実際のたるみ量との測定結果から得られた関係を表す。実線の２つのグラフのうちの他方は、たるみ量を大から小の方向に変化させた場合における、ワイヤコア７の変位量とワイヤ４の実際のたるみ量との測定結果から得られた関係を表す。図７においてほぼ１／２の傾きの直線グラフである破線のグラフは、実線の２つのグラフの近似直線を表す。

たるみ量の各データ点におけるワイヤコア７の変位量を、実線の２つのグラフについて比較すると、いくつかのデータ点においてワイヤコア７の変位量に差が生じている。このように、ワイヤコア７の変位量とワイヤ４の実際のたるみ量との間には、たるみ量の変化の方向に依存するようなヒステリシス現象が見られることが分かった。このため、ワイヤ送給装置１は、仮に、ワイヤコア７の変位量を検出しても、ヒステリシス現象による検出誤差を排除することができないことから、たるみ量を正確に検出することが困難となる。実施の形態１によると、ワイヤ送給装置１は、ヒステリシス現象によるこのような検出誤差を排除可能であることによって、ワイヤ４のたるみ量を正確に検出することができる。

図８に示すように、Ｖ_Ｏとワイヤコア７の変位量との関係を表すグラフは、図６に示すグラフと比べて、曲がり具合がきつくなっている。実施の形態１によると、ワイヤ送給装置１は、ワイヤコア７の変位量を検出する場合よりも、線形特性により近い関係をフィードバック制御系に適用することができる。これにより、ワイヤ送給装置１は、安定したフィードバック制御系により送給量を調整することができる。

実施の形態１によると、ワイヤ送給装置１は、管部の湾曲部分に対向する検出電極１３を有し、ワイヤ４と検出電極１３との間における静電容量を検出することによって、管部の内部を通るワイヤ４と検出電極１３との距離を検出する。かかる距離の検出結果から得られるＶ_Ｏと、ワイヤ４の実際のたるみ量との関係からは、図６および図７を参照して説明するようにヒステリシス現象による誤差を排除可能である。ワイヤ送給装置１は、ヒステリシス現象による誤差を排除可能であることによって、距離の検出結果に、ワイヤ４の実際のたるみ量を一意に対応させることが可能となる。このため、ワイヤ送給装置１は、距離の検出結果を基に、ワイヤ４のたるみ量を正確に検出することができる。ワイヤ送給装置１は、ワイヤ４のたるみ量を正確に検出できることによって、ワイヤ４の送給量を一定にさせる高精度な調整が可能となる。これにより、ワイヤ送給装置１は、ワイヤ４の送給量を高い精度で調整することができるという効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態２では、静電シールドカバーの変形例について説明する。図９は、実施の形態２にかかるワイヤ送給装置が有する静電シールドカバーを示す図である。実施の形態２にかかるワイヤ送給装置１には、実施の形態１における静電シールドカバー１０とは異なる形状の静電シールドカバー５０が設けられている。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。図９には、静電シールドカバー５０と、静電シールドカバー５０を通されたワイヤ４と検出電極１３とを示している。図９において管部の図示は省略する。

静電シールドカバー５０は、管部の湾曲部分へ向けられた凹みを有する形状である。静電シールドカバー５０のうち当該凹みの部分である凹部５１は、検出電極１３の裏面の近くまで入り込んで形成されている。図９において、凹部５１は矩形である。凹部５１は管部の湾曲部分へ向けられたものであれば良く、凹部５１の形状は任意であるものとする。

静電シールドカバー５０は、管部の湾曲部分へ向けられた凹みを有することによって、浮遊容量であるＣ_Ａ，Ｃ_Ｂの双方を遮断する。ワイヤ送給装置１は、静電シールドカバー５０が設けられることによって、浮遊容量の存在によりたるみ量の検出が困難になる事態を防ぐことができる。実施の形態２によると、ワイヤ送給装置１は、浮遊容量であるＣ_Ａ，Ｃ_Ｂの双方を遮断することによって、たるみ量をさらに正確に検出することが可能となる。

実施の形態３．
実施の形態３では、ワイヤ４を接地する態様の変形例について説明する。図１０は、実施の形態３にかかるワイヤ送給装置のうちワイヤの接地のための構成を示す図である。実施の形態３にかかるワイヤ送給装置１は、実施の形態１における接地器１４の代わりに、ワイヤ４とは非接触の接地極である接地板５５を有する。実施の形態３では、上記の実施の形態１または２と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１または２とは異なる構成について主に説明する。図１０には、接地板５５と、ワイヤ４が巻かれたワイヤボビン２とを示している。

接地板５５は、導電性の金属からなる板である。接地板５５は、ワイヤボビン２からわずかに隔てて配置される。接地板５５とワイヤ４との間には、浮遊容量であるＣ_Ｓが生じる。検出電極１３とワイヤ４との間の静電容量であるＣ_Ｘよりも大きい浮遊容量であるＣ_Ｓが生じることによって、ワイヤ４は疑似的に接地される。これにより、ワイヤ４の送給とワイヤボビン２の動作とに影響を与えること無くワイヤ４を接地可能とする。

検出電極１３と接地板５５との間における静電容量をＣ_Ｘ’とすると、Ｃ_Ｘ’は、Ｃ_ＸとＣ_Ｓとの直列接続に相当することから、次の式（４）の関係が成り立つ。
Ｃ_Ｘ’＝１／｛（１／Ｃ_Ｘ）＋（１／Ｃ_Ｓ）｝
＝Ｃ_Ｘ／｛１＋（Ｃ_Ｘ／Ｃ_Ｓ）｝・・・（４）

Ｃ_Ｓ＞＞Ｃ_Ｘとすると、Ｃ_Ｘ／Ｃ_Ｓ≒０が成り立つことから、式（４）は、次の式（５）のように変形できる。
Ｃ_Ｘ’≒Ｃ_Ｘ／（１＋０）＝Ｃ_Ｘ・・・（５）

実施の形態３によると、ワイヤ送給装置１は、式（５）の関係により、ワイヤ４を疑似的に接地させてワイヤ４のたるみ量を検出することができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態１から３にかかるワイヤ送給装置１を有する付加製造装置について説明する。図１１は、実施の形態４にかかる付加製造装置の概略構成を示す図である。実施の形態４にかかる付加製造装置６０は、溶融された材料を積層することによって造形物を製造する工作機械である。付加製造装置６０は、ワイヤ送給装置１を有し、ワイヤ送給装置１によって送給されたワイヤ４を用いて造形物を製造する。ワイヤ送給装置１は、実施の形態１から３にかかるワイヤ送給装置１のいずれであっても良い。

付加製造装置６０は、材料であるワイヤ４を被加工物である基材７２へ送給して、溶融させた材料の凝固物であるビードを形成する。付加製造装置６０は、基材７２にビードを堆積させることによって、立体形状の造形物７３を形成する。基材７２は、ステージ７１に載せられる。

付加製造装置６０は、ビーム源であるレーザ発振器６２を有する。レーザ発振器６２は、レーザビーム６５を出力する。レーザビーム６５は、光伝送路であるファイバーケーブル６３を通って加工ヘッド６４へ伝搬する。加工ヘッド６４は、基材７２へ向けてレーザビーム６５を出射する。ワイヤ送給装置１は、基材７２上におけるレーザビーム６５の照射位置へ向けてワイヤ４を送給する。

付加製造装置６０は、基材７２へ向けて不活性ガス６９を噴射させるガス噴射装置６６を有する。不活性ガス６９は、ガス噴射装置６６から配管６７を通って加工ヘッド６４へ流れ、加工ヘッド６４内のガスノズルから基材７２へ向けて噴射される。図１１では、ガスノズルの図示を省略する。付加製造装置６０は、不活性ガス６９を噴射することによって、造形物７３の酸化を抑制するとともに、ビードを冷却する。

付加製造装置６０は、加工ヘッド６４を移動させる駆動部であるヘッド駆動部６８を有する。ヘッド駆動部６８は、３軸の各々の方向における並進運動を行う動作機構である。ヘッド駆動部６８は、レーザビーム６５の照射位置を移動させる。付加製造装置６０は、レーザビーム６５の照射位置の移動に伴って、ワイヤ４の送給先の位置を移動させる。

付加製造装置６０は、ステージ７１を回転させる回転機構７０を有する。付加製造装置６０は、ステージ７１とともに基材７２を回転させることによって、基材７２の姿勢を加工に適した姿勢にさせることができる。

付加製造装置６０は、付加製造装置６０の全体を制御する制御装置６１を有する。制御装置６１は、ヘッド駆動部６８へ軸指令を出力することによってヘッド駆動部６８を制御する。制御装置６１は、回転機構７０へ回転指令を出力することによって回転機構７０を制御する。制御装置６１は、レーザ発振器６２へレーザ出力指令を出力することによってレーザ発振器６２を制御する。制御装置６１は、ガス噴射装置６６へガス供給指令を出力することによってガス噴射装置６６を制御する。制御装置６１は、ワイヤ送給装置１へ送給指令Ｄ０とたるみ指令Ｓとを出力することによってワイヤ送給装置１を制御する。なお、付加製造装置６０は、レーザビーム６５以外のビームである電子ビームなどを照射することによって付加製造を行うものであっても良い。

実施の形態４によると、付加製造装置６０は、ワイヤ送給装置１による送給量の高精度な調整によって、ワイヤ４の送給量を一定に維持することができる。これにより、付加製造装置６０は、安定した造形を行うことができる。なお、図１に示す定電流回路１５、検出部１６および送給調整部１７は、制御装置６１の外に設けられたものに限られず、制御装置６１に設けられたものであっても良い。

以上の各実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。

１ワイヤ送給装置、２ワイヤボビン、３ワイヤバッファ形成部、４ワイヤ、５，６送給器、７，８ワイヤコア、７ａ入口、７ｂ端部、８ａ出口、９ガイドスリーブ、１０，５０静電シールドカバー、１１，１２固定部、１３検出電極、１４接地器、１５定電流回路、１６検出部、１７送給調整部、１８，１９モータ駆動ドライバ、２１基準発振器、２２，２３オペアンプ、２４抵抗器、３１整流回路、３２低域フィルタ、４０物体、５１凹部、５５接地板、６０付加製造装置、６１制御装置、６２レーザ発振器、６３ファイバーケーブル、６４加工ヘッド、６５レーザビーム、６６ガス噴射装置、６７配管、６８ヘッド駆動部、６９不活性ガス、７０回転機構、７１ステージ、７２基材、７３造形物。

Claims

可撓性を有しており湾曲させて配置され、導体であるワイヤが通される管部と、
前記ワイヤの供給源と前記管部の入口との間に設けられ、前記ワイヤを送給する第１の送給器と、
前記管部の出口と前記ワイヤの送給先との間に設けられ、前記ワイヤを送給する第２の送給器と、
前記管部の湾曲部分に対向して配置されている検出電極と、
前記管部の内部を通る前記ワイヤと前記検出電極との距離を検出する検出部と、
前記距離の検出結果に基づいて、前記第１の送給器または前記第２の送給器における前記ワイヤの送給量を調整する送給調整部と、を備え、
前記検出電極は、前記湾曲部分、または前記湾曲部分を通る前記ワイヤに沿うように曲げられた形状であって、
前記検出部は、前記ワイヤと前記検出電極との間における静電容量に基づいて前記距離を検出することを特徴とするワイヤ送給装置。
前記管部のうち少なくとも前記湾曲部分と前記検出電極とを覆う静電シールドカバーを備えることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ送給装置。
前記ワイヤは接地され、
前記検出電極に交流電流を供給する回路部を有し、
前記検出電極と前記静電シールドカバーとは、互いに同電位とされることを特徴とする請求項２に記載のワイヤ送給装置。
前記ワイヤとは非接触の接地極を有することを特徴とする請求項３に記載のワイヤ送給装置。
前記静電シールドカバーは、前記湾曲部分へ向けられた凹みを有する形状であることを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載のワイヤ送給装置。
前記管部は、前記入口を有する第１の管と、前記出口を有する第２の管と、を有し、
前記第２の管のうち前記出口とは逆の端部に、前記第１の管のうち前記入口とは逆の端部が入り込み可能なガイドスリーブが設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のワイヤ送給装置。
請求項１から６のいずれか１つに記載のワイヤ送給装置を有し、前記ワイヤ送給装置によって送給されたワイヤを用いて造形物を製造することを特徴とする付加製造装置。