JP3537251B2 - ワイヤ放電加工機のワイヤ張力発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤ電極供給部
から放電加工部へのワイヤ電極走行経路に設けられ、ワ
イヤ電極の走行時にワイヤ電極に所望張力を付与するワ
イヤ放電加工機のワイヤ張力発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本願出願人は、負荷電流と発生トルクと
の比例性に優れ、低電流域から定格電流以上までの広範
囲にわたるトルク制御に適したパウダクラッチに着目
し、このパウダクラッチをワイヤ放電加工機のワイヤ電
極走行経路におけるワイヤ電極供給部と放電加工部との
間に介挿して、ワイヤ電極の高精度の張力制御に利用し
たワイヤ放電加工機のワイヤ張力発生装置を考案した
（実開平５−６０７２９号公報参照）。

【０００３】この装置は、ワイヤ電極を巻き付けるプー
リをパウダクラッチの出力軸に取り付け、ワイヤ電極の
走行時、ギアードモータから所定トルクを付与して入力
回転体の回転を抑制し、電磁コイルを励磁させ入力回転
体と出力軸との間に密入されたパウダ（磁性粉末）に吸
着力を作用させて、入力回転体と出力軸との間に結合状
態を形成し、プーリに巻き付けられたワイヤ電極の走行
を阻止するようなブレーキ力を発生させることにより、
ワイヤ電極に所望張力を付与するようにしたものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パウダ
クラッチは電磁コイルが無励磁状態であっても、内部に
密入されたパウダ自体の持つ摩擦抵抗が不可避的に存在
するため、細線のワイヤ電極（φ０．１）を使用する際
など、パウダ自体の持つ摩擦抵抗により発生するトルク
以下の微小なトルクに応じた微小な張力をワイヤ電極に
付与する必要がある場合、上記した従来技術の装置では
微小なトルクが発生できず、ワイヤ電極に許容値以上の
張力が発生してワイヤ電極が断線する恐れがある。

【０００５】そのため、微小な張力が要求される場合、
機構的にパウダクラッチを切り離し、同時に別途用意し
た軽量のおもりで直接的にワイヤ電極に張力を与えてい
るが、このようなワイヤ電極径の大小に応じてワイヤ電
極の張力制御の機構を変更するのは合理的・経済的でな
く、作業的にも相当面倒であり煩わしい。そこで、本発
明においては、通常レベルの張力は勿論のこと、微小な
張力でも簡単にかつ合理的・経済的にワイヤ電極に付与
するワイヤ放電加工機のワイヤ張力発生装置を提供する
ことをその課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、ワイヤ電極供給部から放電加工部へのワイ
ヤ電極走行経路に設けられ、ワイヤ電極の走行時に前記
ワイヤ電極に所望張力を付与するワイヤ放電加工機のワ
イヤ張力発生装置において、前記ワイヤ電極が周囲に巻
き付けられるローラが取り付けられた出力軸と、前記出
力軸を回転可能に支持するとともに、前記出力軸の軸心
まわりに自らも回転可能な入力回転体とを有し、前記出
力軸と前記入力回転体との間に密入された磁性粉体に励
磁電流を付加することで作用する吸着力で、前記出力軸
に前記入力回転体に対する回転抵抗トルクを発生させる
ことにより、前記ワイヤ電極の走行時に前記ワイヤ電極
に張力を付与するパウダクラッチと、前記パウダクラッ
チの前記入力回転体と連結され、前記入力回転体を駆動
する駆動手段と、前記パウダクラッチの前記出力軸と連
結され、前記出力軸に対して調節用の回転トルクを発生
させる調節トルク発生手段と、前記パウダクラッチの前
記出力軸の回転抵抗トルクと前記調節トルク発生手段で
発生する回転トルクとの差が、前記ワイヤ電極の走行時
に前記ワイヤ電極の所望張力に応じた回転トルクとなる
ように、前記パウダクラッチおよび前記調節トルク発生
手段を制御する制御手段とを具備したワイヤ放電加工機
のワイヤ張力発生装置。

【０００７】好ましくは、調節トルク発生手段は、付与
する電流を調節することで回転トルクを可変に発生させ
ることができるトルクモータで成る。また、好ましく
は、調節トルク発生手段は、前記パウダクラッチの前記
出力軸と連結する回転軸、前記回転軸を回転可能に支持
するとともに、前記回転軸の軸心まわりに自らも回転可
能な回転体を有し、前記回転軸と前記回転体との間に密
入された磁性粉体に励磁電流を付加することで作用する
吸着力で、前記回転軸に前記回転体に対する回転抵抗ト
ルクを発生させるパウダクラッチと、前記回転体を所定
の回転数で回転させるモータとで構成される。

【０００８】

【作用】ワイヤ電極の走行時、パウダクラッチの出力軸
と連結されたワイヤ繰出モータにより、パウダクラッチ
の入力回転体が回転しないようにして、パウダクラッチ
の出力軸と入力回転体との間に密入された磁性粉体に励
磁電流を付加して吸着力を作用させて、出力軸に入力回
転体に対する回転抵抗トルクを発生させる。さらに、パ
ウダクラッチの出力軸と連結された調整トルク発生手段
により出力軸に対して調整用の回転トルクを発生させ
る。制御手段によりパウダクラッチおよび調整トルク発
生手段を制御して、パウダクラッチの出力軸の回転抵抗
トルクと調整トルク発生手段で発生する回転トルクとの
差が、ワイヤ電極の所望張力に応じた回転トルクとなる
ようにした。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。まず、図３を参照して、本発明に係
るワイヤ放電加工機のワイヤ電極走行経路の要部構成を
説明する。ワイヤ放電加工機は、ＮＣ制御されてＸＹ方
向に運動し得るテーブル（図示せず）上に載置されたワ
ークＷと、ワイヤ電極走行経路を走行するワイヤ電極
（以下、ワイヤ）１との間の放電によってワークＷの輪
郭加工を行う工作機械である。ワイヤ１は、ワイヤボビ
ン５、バックテンションモータ７等から成るワイヤ供給
装置９から引き出され、上ガイドローラ１１を経てから
ワイヤ張力発生装置１３に至る。ここで所望張力を付与
された後、上ヘッド１７内に設けられた上ワイヤガイド
１８により案内されてワークＷと対向する放電加工部を
通過し、さらに、下ヘッド１９内に設けられた下ワイヤ
ガイド２０で案内され、下ガイドローラ２１を介して方
向転換され、巻取ローラ２５、巻取モータ２７、ピンチ
ローラ２９等から成るワイヤ巻取装置３１に至り、最終
的に使用済のワイヤ１はワイヤ回収部（図示せず）に送
られる。また、ワイヤ１の走行時、巻取ローラ２５は巻
取モータ２７により所定速度で回転駆動され、ワイヤ張
力制御装置１３でワイヤ１に所定のブレーキ力を与える
ことによりワイヤ１に所定の張力が付与される。さら
に、ワイヤ供給装置９のワイヤボビン５は、バックテン
ションモータ７で常時ワイヤ１の走行方向に対して反対
方向への引張力が与えられ、ワイヤ供給装置９からワイ
ヤ張力制御装置１３までの前走部でワイヤ１に弛みが生
じないようになっている。

【００１０】次に、図１を参照して、本発明のワイヤ放
電加工機のワイヤ張力発生装置の第１の実施形態につい
て説明する。ワイヤ張力発生装置１３は、ワイヤ１を巻
き付けるための二条のワイヤ走行溝が形成され、ワイヤ
１の走行時、ワイヤ１が滑らないようにウレタン系樹脂
等でなるプーリ４１が一端に取り付けられた出力軸４３
を有したパウダクラッチ４５と、出力軸４３の他端とカ
ップリング４７により連結された出力軸４９を有したパ
ウダクラッチ５１とから構成される。

【００１１】パウダクラッチ４５は、出力軸４３を長手
方向両側の一対の軸受５７ａ，５７ｂで回動可能に内部
支持するロータ（入力回転体）５５と、ロータ５５を長
手方向両側の一対の軸受５３ａ，５３ｂで回動可能に内
部支持するクラッチ本体５９と、出力軸４３とロータ５
５と軸受５７ａ，５７ｂとで囲まれたドーナツ状の空間
（隙間）に密入したパウダ（磁性粉末）Ｐと、パウダＰ
に励磁電流を付加して吸着力が作用可能なようにクラッ
チ本体５９内部に同心配置した電磁コイル６１とから基
本的に構成される。また、パウダクラッチ４５のクラッ
チ本体５９はベース（図示せず）に固定され、ロータ５
５の端部には大歯車６３が一体固定され、ベースに固定
されたウォームギヤードモータ６５からの出力を伝達す
る小歯車６７と噛合する。なお、ウォームギアードモー
タ６５は、モータからの出力のみを出力軸４３に伝達
し、出力軸４３からの出力はモータに伝達させない、い
わば一方通行のモータである。

【００１２】パウダクラッチ５１も、上記のパウダクラ
ッチ４５と略同じ構成であり、ロータ（入力回転体）７
５と、クラッチ本体７９と、ドーナツ状の空間（隙間）
に封入したパウダＰと、電磁コイル８１とから構成さ
れ、同様に、パウダクラッチ５１のクラッチ本体７９は
ベースに固定され、ロータ７５の端部には大歯車８３が
一体固定され、ベースに固定されたモータ８５からの出
力を伝達する小歯車８７と噛合する。

【００１３】制御装置１０１は、ワイヤ１に所望張力を
付与する指令を受けると、ワイヤ１の走行時、パウダク
ラッチ４５の出力軸４３の回転抵抗トルクとパウダクラ
ッチ５１の出力軸４９の回転トルクとの差が所望張力に
応じた回転トルクになるように、あらかじめ記憶してお
いた励磁電流をパウダクラッチ４５，５１の電磁コイル
６１，８１にそれぞれ供給し、さらに、パウダクラッチ
５１の電磁コイル８１を励磁したときはモータ８５を所
定速度で回転させる（図１における実線部）。この場
合、ワイヤ巻取装置３１の巻取モータ２７の回転速度よ
り大きくすることが望ましい。一方、放電加工部でワイ
ヤ１が断線したときなどワイヤ１の自動装填を行う場合
は、新たなワイヤ１をワイヤ供給装置９から繰り出すた
めに、所定の励磁電流をパウダクラッチ４５の電磁コイ
ル６１に供給し、励磁させ、ウォームギアードモータ６
５に所定トルクを付与する（図１における点線部）。

【００１４】ここから、上記のように構成された第１の
実施形態のワイヤ張力発生装置における、ワイヤの走行
時、通常レベルの張力をワイヤに付与する場合と、微小
な張力をワイヤに付与する場合に分けてその動作を説明
する。まず、通常レベルの張力をワイヤ１に付与する場
合、ウォームギアードモータ６５の機構によりパウダク
ラッチ４５のロータ５５の回転を抑制するとともに、ワ
イヤ１に付与する所望張力に応じてあらかじめ記憶して
おいた励磁電流を制御装置１０１からパウダクラッチ４
５の電磁コイル６１に供給し、励磁させ、ロータ５５と
出力軸４３との間に密入されたパウダＰに吸着力を作用
させる。この状態で、出力軸４３に取り付けたプーリ４
１を正転させれば、プーリ４１に巻き付けられたワイヤ
１の走行方向と逆の方向にワイヤ１の走行を阻止するよ
うなブレーキ力が作用するので、放電加工部を走行する
ワイヤ１に所望張力を付与することができる。

【００１５】これに対し、微小な張力をワイヤ１に付与
する場合、ウォームギアードモータ６５の機構によりパ
ウダクラッチ４５のロータ５５の回転を抑制するととも
に、ワイヤ１に付与する所望張力に応じてあらかじめ記
憶しておいた励磁電流を制御装置１０１からパウダクラ
ッチ４５，５１の電磁コイル６１，８１にそれぞれ供給
し、励磁させて、ロータ５５と出力軸４３との間、ロー
タ７５と出力軸４９との間に密入されたパウダＰにそれ
ぞれ吸着力を作用させる。この状態で、出力軸４３に取
り付けたプーリ４１に巻き付けられたワイヤ１の走行方
向と同方向に、パウダクラッチ５１の出力軸４９をモー
タ８５により後押しするように正転させれば、パウダク
ラッチ４５内に密入されたパウダＰ自体の持つ摩擦抵抗
により発生するトルクを適切に緩和・減少させて、放電
加工部を走行するワイヤ１に微小な張力を付与すること
ができる。つまり、パウダクラッチ４５で発生する出力
軸４３の回転抵抗トルクとパウダクラッチ５１で発生す
る出力軸４９の回転トルクとの差が、微小な張力に応じ
た回転トルクになる。

【００１６】また、放電加工部でワイヤ１が断線したと
きなどワイヤ１の自動装填を行う場合には、所定の励磁
電流を制御装置１０１からパウダクラッチ４５の電磁コ
イル６１に供給し、励磁させ、ロータ５５と出力軸４３
との間に密入されたパウダＰに所定の吸着力を作用させ
る。この状態で、ウォームギアードモータ６５から所定
トルクを付与してパウダクラッチ４５のロータ５５と出
力軸４３とを連れ回りさせることにより、ワイヤ供給装
置９のワイヤボビン５から新たなワイヤ１が繰り出され
る。図３に示すように、繰り出されたワイヤ１は、上ワ
イヤガイド１８を経てワークＷと対向する放電加工部に
供給され、ワークＷを通過した後、下ワイヤガイド２
０、下ガイドローラ２１を経てワイヤ巻取装置３１で巻
き採られるが、この瞬間、プーリ４１が取り付けられた
パウダクラッチ４５の出力軸４３がパウダＰ内を空回り
してロータ５５と出力軸４３との吸着力を断続するた
め、ワイヤ１の自動装填終了とともにワイヤ１が切断し
てしまうことはない。

【００１７】尚、通常レベルの張力をワイヤに付与しよ
うとする場合において、上記ウォームギアードモータ６
５の停止制御によるロータ５５の回転抑制とパウダクラ
ッチ４５の電磁コイル６１の電磁制御とによる制御構成
に代えて、他方のウォームギアードモータ８５の停止制
御によるロータ７５の回転抑制とパウダクラッチ５１の
電磁コイル８１の電磁制御とによる制御構成を採用する
こともできる。あるいは、ウォームギアードモータ６
５、８５のいずれも停止制御することなく、一方をプー
リ４１の正転用、他方を逆転用として作動させ、調和的
にプーリ４１を制動制御することによっても、ワイヤに
所望の通常レベルの張力を発生させることができる。尚
また、微小な張力をワイヤに付与しようとする場合にお
いて、上記ウォームギアードモータ６５の停止制御によ
るロータ５５の回転抑制とウォームギアードモータ８５
による出力軸４９の正転制御とによる制御構成に代え
て、ウォームギアードモータ８５の停止制御によるロー
タ７５の回転抑制とウォームギアードモータ６５による
出力軸４３の正転制御とによる制御構成を採用すること
もできる。あるいは、ウォームギアードモータ６５、８
５のいずれも停止制御することなく、一方をプーリ４１
の正転用、他方を逆転用として作動させ、調和的にプー
リ４１を制動制御することによっても、ワイヤに所望の
微小な張力を発生させることができる。以上の両尚書
は、後述する第２実施形態においても同様に妥当する。

【００１８】以上のように、第１実施形態のワイヤ張力
発生装置においては、パウダクラッチ装置を２つ連結
し、片側をトルクカウンタ用として作用させ、パウダク
ラッチ生来の摩擦抵抗を低減し得るように構成したの
で、通常レベルの張力制御から細線ワイヤ用の微小張力
制御までを容易且つ迅速に実施することができる。ま
た、パウダクラッチ４５，５１を重畳的に作用させて、
パウダクラッチ４５単体では発生できない非常に高い張
力をワイヤ１に付与することも可能である。

【００１９】次に、図２を参照して、本発明のワイヤ放
電加工機のワイヤ張力発生装置の第２の実施形態につい
て説明するが、上記した第１実施形態と共通する（又
は、共通し得る）部品や部分については、同一の参照番
号を付し、重複する説明を省略し、要点を簡潔に説明す
ることにする。本装置は、一言で言うならば、第１実施
形態ワイヤ張力発生装置の構成からパウダクラッチ５１
を取り除き、その代わりにトルクモータ９１を配置し、
このトルクモータ９１とパウダクラッチ４５の出力軸４
３とをカップリング４７で直結してなる。

【００２０】次に、上記のように構成された第２の実施
形態のワイヤ張力発生装置における、ワイヤの走行時、
微小な張力をワイヤに付与する場合の動作を説明する。
なお、通常レベルの張力をワイヤ１に付与する場合やワ
イヤ１の自動装填を行う場合は、上記した第１の実施形
態のワイヤ張力発生装置と全く同様に行えばよい。これ
に対し、微小な張力をワイヤ１に付与する場合、ウォー
ムギアードモータ６５の機構によりパウダクラッチ４５
のロータ５５の回転を抑制するとともに、ワイヤ１に付
与する所望張力に応じてあらかじめ記憶しておいた励磁
電流を制御装置１０１からパウダクラッチ４５の電磁コ
イル６１に供給し、励磁させ、ロータ５５と出力軸４３
との間に密入されたパウダＰに吸着力を作用させる。こ
の状態で、出力軸４３に取り付けたプーリ４１に巻き付
けられたワイヤ１の走行方向と同方向に、トルクモータ
９１によりパウダクラッチ４５の出力軸４３を後押しす
るように正転させれば、パウダクラッチ４５内に密入さ
れたパウダＰ自体の持つ摩擦抵抗により発生するトルク
を適切に緩和・減少させ、放電加工部を走行するワイヤ
１に微小な張力を付与することができる。つまり、パウ
ダクラッチ４５で発生する出力軸４３の回転抵抗トルク
とトルクモータ９１で発生する回転トルクとの差が、微
小な張力に応じた回転トルクになる。

【００２１】一般的にトルクモータは、低い電流を供給
したとき発生する低トルクの高精度な制御を行うことが
困難であるが、中程度のトルクの制御ならば比較的高精
度に実施可能である。従って、微小な張力をワイヤに付
与する場合、原理的には、第１実施形態のワイヤ張力発
生装置と同様の制御を行うことになるが、パウダクラッ
チ４５内に密入されたパウダＰ自体の持つ摩擦抵抗によ
りプーリ４１に作用する制動力は微小であり、これをト
ルクモータ９１で緩和・減少（トルクカウンタ）させよ
うとすると、結局トルクモータ９１には不適当な低トル
クの制御を行わなければならない。そこで、パウダクラ
ッチ４５により通常レベルの張力がワイヤに付与するよ
うにトルク制御しつつ、これを緩和・低減し得るように
トルクモータ９１では中程度のトルクの制御を行うよう
にする。

【００２２】以上のように、第２実施形態のワイヤ張力
発生装置においても同様に、パウダクラッチ生来の摩擦
抵抗を結果的に低減ないし無視し得るように構成したの
で、通常レベルの張力制御から細線ワイヤ用の微小張力
制御までを容易且つ迅速に実施することができる。しか
も、一般的に低トルクの制御に不向きなトルクモータ９
１を用いてこれを実現している点で、非常に合理的・経
済的である。また、パウダクラッチ４５とトルクモータ
９１とを重畳的に作用させて、パウダクラッチ４５単体
では発生できない非常に高い張力をワイヤ１に付与する
ことも可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ワイヤ電極の走行時、パウダクラッチの出力
軸と連結されたワイヤ繰出モータにより、パウダクラッ
チの入力回転体が回転しないようにして、パウダクラッ
チの出力軸と入力回転体との間に密入された磁性粉体に
励磁電流を付加して吸着力を作用させて、出力軸に入力
回転体に対する回転抵抗トルクを発生させるとともに、
パウダクラッチの出力軸と連結された調整トルク発生手
段により、出力軸に対して調整用の回転トルクを発生さ
せて、制御手段によりパウダクラッチの出力軸の回転抵
抗トルクと調整トルク発生手段で発生する回転トルクと
の差が、ワイヤ電極の所望張力に応じた回転トルクとな
るようにしたことから、ワイヤ電極径の大小に応じてワ
イヤ電極の張力制御の機構を変更することなく、通常レ
ベルの張力から細線ワイヤ電極用の微小張力制御までを
極めて容易に、且つ迅速に実施することができる。よっ
て、高精度で安定的な張力をワイヤ電極に付与すること
ができ、ワイヤ放電加工機における加工精度を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のワイヤ放電加工機のワイヤ張力発生装
置の第１の実施態様を示す要部断面図である。

【図２】本発明のワイヤ放電加工機のワイヤ張力発生装
置の第２の実施形態を示す要部断面図である。

【図３】本発明に係るワイヤ放電加工機のワイヤ電極走
行経路を示す略示機構図である。

【符号の説明】

１…ワイヤ（電極） ９…ワイヤ供給装置 １３…ワイヤ張力発生装置 １８，２０…上、下ワイヤガイド ３１…ワイヤ巻取装置 ４１…プーリ ４３，４９…出力軸 ４５，５１…パウダクラッチ ４７…カップリング ５３ａ，５３ｂ…軸受 ５５，７５…ロータ ５７ａ，５７ｂ…軸受 ５９，７９…クラッチ本体 ６１，８１…電磁コイル ６５…ウォームギアードモータ ８５…モータ ９１…トルクモータ １０１…制御装置 Ｗ…ワーク Ｐ…パウダ（磁性粉体）

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤ電極供給部から放電加工部へのワ
   イヤ電極走行経路に設けられ、ワイヤ電極の走行時に前
   記ワイヤ電極に所望張力を付与するワイヤ放電加工機の
   ワイヤ張力発生装置において、 前記ワイヤ電極が周囲に巻き付けられるローラが取り付
   けられた出力軸と、前記出力軸を回転可能に支持すると
   ともに、前記出力軸の軸心まわりに自らも回転可能な入
   力回転体とを有し、前記出力軸と前記入力回転体との間
   に密入された磁性粉体に励磁電流を付加することで作用
   する吸着力で、前記出力軸に前記入力回転体に対する回
   転抵抗トルクを発生させることにより、前記ワイヤ電極
   の走行時に前記ワイヤ電極に張力を付与するパウダクラ
   ッチと、 前記パウダクラッチの前記入力回転体と連結され、前記
   入力回転体を駆動する駆動手段と、 前記パウダクラッチの前記出力軸と連結され、前記出力
   軸に対して調節用の回転トルクを発生させる調節トルク
   発生手段と、 前記パウダクラッチの前記出力軸の回転抵抗トルクと前
   記調節トルク発生手段で発生する回転トルクとの差が、
   前記ワイヤ電極の走行時に前記ワイヤ電極の所望張力に
   応じた回転トルクとなるように、前記パウダクラッチお
   よび前記調節トルク発生手段を制御する制御手段と、を
   具備したことを特徴とするワイヤ放電加工機のワイヤ張
   力発生装置。
2. 【請求項２】 前記調節トルク発生手段は、付与する電
   流を調節することで回転トルクを可変に発生させること
   ができるトルクモータで成る請求項１記載のワイヤ放電
   加工機のワイヤ張力発生装置。
3. 【請求項３】 前記調節トルク発生手段は、前記パウダ
   クラッチの前記出力軸と連結する回転軸、前記回転軸を
   回転可能に支持するとともに、前記回転軸の軸心まわり
   に自らも回転可能な回転体を有し、前記回転軸と前記回
   転体との間に密入された磁性粉体に励磁電流を付加する
   ことで作用する吸着力で、前記回転軸に前記回転体に対
   する回転抵抗トルクを発生させるパウダクラッチと、前
   記回転体を所定の回転数で回転させるモータとで構成さ
   れた請求項１記載のワイヤ放電加工機のワイヤ張力発生
   装置。