JP4437186B2 - 線材の加工装置 - Google Patents

Description

本発明は線材を真っ直ぐに伸ばして切断したり、プレス加工したりする装置と、その方法に関し、特に、歯科用リーマやファイル、眼科ナイフなどの素材となる１ｍｍφ未満の細線の加工技術に関する。

歯科用リーマやファイル、眼科ナイフ等は、１ｍｍφ未満のステンレススチールなどの金属線（以下「線材」という）を、コイル状に巻いた素材から製造される。線材は、コイル状に巻かれているので、解いた場合、湾曲している。そこで、コイルから解かれた線材を、直線状に矯正する必要がある。このとき、再度コイル状に巻き取る必要が無いように矯正された線材を連続的に所定の長さにカットすることになる。

このような矯直装置とカット手段とを接続し、連続的に加工できるようにした装置として、特許文献１（特許第２８６９６２６号）がある。ここでは、直線機で矯直された線材を、停止させることなく、引き続いて移送しながら所定長に走間切断する装置が提案されている。

すなわち、直線機を出て矯直された線材は、送りローラによって切断刃ユニットに送り込まれる。切断刃ユニットは、線材の進行方向に往復移動可能であり、線材の先端が所定の位置に達すると、切断刃ユニットが線材と同じ速度で同じ方向に移動しながら線材をカットする。カットが終わると、切断刃ユニットは元の位置に向かって戻り、線材は、この間、休むことなく進行している。切断刃ユニットが元の位置に戻って線材の先端が所定の位置に達すると、切断刃ユニットは線材と同じ速度で同じ方向に移動しながら線材をカットする。以上を繰り返すことで、線材を連続的に送りながら一定の長さに切断することができる。
特許第２８６９６２６号

しかしながら、前記特許文献１記載のものは、直線機から送り出す速度と、直線切断機に送り込む速度とが完全に一致していないと、線材が引っ張られたり、弛んだりすることになる。弛みができる場合は、弛み量が大きくなったところで装置を停止して張りを修正することになる。しかし、この方法は装置の停止時間が多くなり実用的ではない。そこで、通常は、直線切断機に送り込む速度の方を若干早くすることで弛みが生じないようにしている。そうすると、線材に常時引張力が加わることになり、その残留応力が、加工後の線材に反りや曲がりとなって現れ、不良品の原因となる。

また、切断刃ユニットが線材の進行方向に往復移動することで、走間切断をするものであるから、切断程度の加工しかできない。仮に切断ではなく、丸い線材の一部を平らに潰してナイフの刃部を形成するとか、軸部を矩形にする鍛造加工など、切断以上に負荷の大きいプレス加工をする場合、加工部が大きく、重くなるので往復移動させることは困難である。

特許文献１のように、線材を単に切断するだけでは、その後、刃部の形成とか、軸部を矩形にする加工などは、別の加工装置で行わなければならない。これでは、加工工程が増え、作業能率が上がらない。そこで、切断とプレス加工などの複数の加工を一度にできる装置が望まれるようになった。

本発明は、このような事実から考えられたもの、線材を真っ直ぐに矯正して切断などの加工をする場合、線材に残留応力が残らない加工装置を提供しようとするものである。

上記の目的を達成するために本願の線材の加工装置は、送り込まれた線材の曲がりを矯正して送り出す直線矯正部と、矯正された線材を搬送する搬送部と、該搬送部から送られた線材を加工する加工部と、前記直線矯正部と前記搬送部との間に設けられた弛みスペースと、該弛みスペースに設けられ、直線矯正部から搬送部に送り込まれる線材の弛み量を検知する弛みセンサと、を有し、前記直線矯正部を通過する線材の送り速度を一定に保ち、前記搬送部における前記線材の送り速度を前記線材の弛み量に応じて変更可能としたことを特徴としている。

前記直線矯正部が、線材をジグザグに曲げて通す矯正駒を有し、該矯正駒が線材の周囲を回転自在である構成としたり、前記搬送部と加工部とが、同一の動力により駆動される構成としたり、前記搬送部が、可動クランプと固定クランプとを有し、これら可動クランプと固定クランプとが交互に線材をクランプし、可動クランプが往復移動することにより線材が搬送される構成としたり、することができる。

また、線材の加工方法としては、素材としての線材を直線矯正部に送りながら曲がりを矯正する工程と、曲がりが矯正された線材を弛みスペースで弛ませて搬送部で搬送する工程と、前記弛みスペースにおける弛み量をセンサで検知する工程と、前記搬送部から送り込まれた線材に加工をする工程と、を有し、前記弛み量が所定量以上の場合、前記直線矯正部の送り出し速度が前記搬送部の平均搬送速度より小さくなるように制御する。

または、素材としての線材を直線矯正部に送りながら曲がりを矯正する工程と、曲がりが矯正された線材を弛みスペースで弛ませて搬送部で一定の長さずつ間欠的に搬送する工程と、前記弛みスペースにおける弛み量を第１のセンサ又は第２のセンサで検知する工程と、前記搬送部から送り込まれた線材に加工をする工程と、を有し、前記弛み量が前記第１のセンサにより予め決められた第１の所定量以下の場合、前記直線矯正部の送り出し速度が前記搬送部の平均搬送速度より大きくなるように制御し、前記弛み量が前記第２のセンサにより予め決められた第１の所定量より大きい第２の所定量以上の場合、前記直線矯正部の送り出し速度が前記搬送部の平均搬送速度より小さくなるように制御してもよい。

前記直線矯正部の送り出し速度を一定に保ち、前記搬送部の搬送速度を変動させるようにしてもよい。

素材としての線材を直線矯正部に送りながら曲がりを矯正する前記工程が、前記線材の周囲に矯正駒を回転することで行うようにしたり、前記搬送部で線材のねじりを除去するようにしたり、前記加工部が、線材の速度と同じ速度で移動しながら走間加工する構成とすることができる。

〔作用〕
コイル状に巻かれた線材をほどき、線材の端部を引き出して直線矯正部に送り込む。線材は、この直線矯正部を通過することで、曲がりが矯正され、真っ直ぐな線材になる。この線材を弛みスペースで弛ませて搬送部に送る。加工部では、送り込まれた線材を一定の長さごとに切断したり、プレス加工したりすることができる。

直線矯正部で送り出す線材の速度と、搬送部が加工部に送り出す平均速度が完全に一致していれば、弛みの量は、一定の状態に保たれる。しかし、完全に一致させるのは困難で、いずれか一方が早くなる。

そこで、弛みスペースにセンサを設け、弛み量を検知する。そして、弛み量が所定の値以上の場合には、前記直線矯正部の送り出し速度が前記搬送部の平均搬送速度より小さくなるように制御する。すなわち、直線矯正部を停止又は減速させたり、搬送部の平均搬送速度を上げ、弛み量が所定の値以下になるのを待って元の状態に戻す。

また、別の方法として、弛み部分に第１と第２のセンサを設け、第１のセンサでは第１の所定量を、第２のセンサは第１の所定量より大きい第２の所定量を検知する。そして、弛み量が第１の所定量（小さい値）と第２の値（大きい値）の間であれば、通常の運転を継続する。弛み量が第１の所定量以下の場合は、直線矯正部の速度を上げたり、搬送部を停止したり、又は搬送部の平均搬送速度を減速させたりし、弛み量が第１の所定量を超えるのを待って元の状態に戻す。

弛み量が第２の所定量以上の場合は、前記直線矯正部の送り出し速度が前記搬送部の平均搬送速度より小さくなるように制御する。具体的には、直線矯正部の送り出しを停止したり、遅くしたりする。又は、搬送部の平均速度を上昇させる。

直線矯正部の速度が変化すると、直線矯正部から出てきた線材は真っ直ぐに矯正されたように見えるが、残留応力がムラができているので、所定の長さに切断した線材に、後から反りや曲がりができるおそれがある。これに対し、直線矯正部の速度を常に一定に保つと、残留応力にムラができず、切断後の線材が曲がったり、反ったりすることがなくなる。

搬送部を間欠搬送する構成にすると、線材に弛みを設けることで、搬送部は、一定の長さの線材を間欠的に加工部に送り込むことができることになる。弛み量は搬送部が線材を送るとき減少し、送りが停止しているとき増加するが、一定の範囲で周期的に変動することになる。加工部で加工する際には線材が停止することになるので、加工部は走間加工する必要はなくなる。

直線矯正部では、矯正駒を線材の周囲に回転させることができる。線材の曲がりを全ての方向から矯正するので、残留応力のない真っ直ぐな線材を得ることができる。

本発明によれば、真っ直ぐに矯正された後の線材に再び残留応力が発生するおそれのない加工が可能となり、不良品の発生を減少させることができる。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明における線材の加工装置の全体構成を示す図である。これらの図に示すように、本発明の線材の加工装置１００は、直線矯正部１１０と、搬送部１２０と、加工部１３０と、弛みスペース１４０と、センサ１５０とから構成されている。加工部１３０はプレス加工機である。

加工部１３０はプレス加工機の駆動用モータによって回転するスプロケット１３１を有し、この回転を搬送部１２０のスプロケット１２１にチェーン１３２で伝達している。これによって、搬送部１２０と加工部１３０とは同一の動力により駆動されることとなり、双方の動作を完全に同期させることができる。また、この実施例では、加工部１３０の駆動モータは変速可能なモータを使用している。従って、搬送部１２０は送り速度を変更可能であり、搬送部１２０の送り速度の変化に応じて加工部１３０の加工速度も変動することになる。

コイル状に巻かれた線材１０を解いて直線矯正部１１０に送り込むと、線材１０は、曲がりが矯正されて真っ直ぐになって出てくる。この直線矯正部１１０と搬送部１２０との間には、弛みスペース１４０となる空間があり、直線矯正部１１０を出た線材１０は、弛んだ状態で搬送部１２０に入る。搬送部１２０では、間欠的に線材１０を加工部１３０に送り込む。一度に送り込む線材１０の長さは、一定であるから、加工部１３０では、線材１０を一定の長さに切断し、併せてナイフの刃部を形成したり、軸部を矩形や三角形にするなどのプレス加工をし、中間製品２０とする。

弛みスペース１４０は、直線矯正部１１０で曲がりを取った線材１０が、再び湾曲しないように十分な距離を確保している。センサ１５０は、弛み量を線材１０の位置で検知するもので、第１のセンサ１５１、第２のセンサ１５２、第３のセンサ１５３を上下方向に配置している。図示しないが、各センサは、線材１０の位置（高さ）を検知するために、たとえば、横方向に伸びる細い針金状の検知部を備え、線材１０が弛んでセンサ１５０の検知部に乗ると、検知部が線材１０の重みで下がり、検知部に接続されたリミットスイッチをＯＮにするという構成になっている。

線材１０は１ｍｍφ未満の細いものなので、弛みスペース１４０で弛み量が０になると、搬送部１２０における搬送の際に、線材１０を引っ張り切断したり、太さムラができたりする可能性がある。そこで、一番上にある第１のセンサ１５１は、直線矯正部１１０の出口と搬送部１２０の入口とを結ぶ直線ａより下方に配置され、線材１０がピンと張ることがないようにしている。

逆に、弛み量が多すぎると、線材１０が床上を擦って変形する可能性が生じる。また、弛み部分の重さによって線材１０が伸びたり、曲がったりすることも起こる。そこで、これらの可能性が生じない範囲で第３のセンサ１５３の位置を決めている。第２のセンサ１５２は第１のセンサ１５１と第３のセンサ１５３の中間の適当な位置に設ける。

図２は、直線矯正部１１０の構成例を示す図である。直線矯正部１１０は、第１の矯正駒１１１と第２の矯正駒１１２とを有している。第１の矯正駒１１１には、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの５対の駒がある。各駒は、円柱形で、頂部は径が細くなっている。対向する駒の間に線材１０が通過する空間を設けられ、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの各駒の空間は、線材１０をジグザグに曲げて通すように配置されている。さらに、この第１の矯正駒１１１は、線材１０の周囲を矢印に示すように回転する。線材１０は、回転するａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの駒を通過することで、円周方向の全ての方向から交互に反対向きの曲げを繰り返して与えられ、内部応力が徐々に開放されて真っ直ぐに近づく。

直線矯正部１１０には、第１の矯正駒１１１と同じ構成の第２の矯正駒１１２があり、ここにはｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊの５対の駒がある。こちらの方は、ジグザグの程度が小さくなっている。このように複数の矯正駒１１１，１１２を、ジグザグが段階的に減少するように配置し、これらを通過させることによって、線材１０の内部応力を除去して曲がりのない真っ直ぐな線材１０にすることができる。

図示の実施例では、第１の矯正駒１１１と第２の矯正駒１１２の２つであったが、３つ以上の矯正駒を使用してもよい。

図３は、搬送部１２０の構成を示す図である。スプロケット１２１は図１に示すように加工部１３０のスプロケット１３１からチェーン１３２によって回転駆動される。スプロケット１２１のシャフトには、先端に円板１２２があり、中間に２つのカム１２３，１２４がある。

一方、線材１０の通路に沿って、２つのクランプ１２５，１２６が設けられている。一方が可動クランプ１２５で、他方が固定クランプである。２つのクランプ１２５，１２６は、ワイヤ１２３ａ，１２４ａ等によってカム１２３，１２４と連動しており、カム１２３，１２４の回転によって所定のタイミングで線材１０を把持したり、離したりできるようになっている。可動クランプ１２５はベース１２８上に載置され、ベース１２８に設けられたピン１２８ａはリンク１２７の一端と回転自在に連結し、リンク１２７の他端は、円板１２２のピン１２２ａと回転自在に連結している。

以上の構成によって、円板１２２が１回転すると、可動クランプ１２５は、固定クランプ１２６に最も接近した位置と、最も離れた位置との間を１往復する。

図４は、搬送部１２０の動作を説明する図である。加工部１３０は、説明の都合から切断加工を行う固定刃と可動刃のみを示している。動作は（ａ）から（ｅ）へと変化し、これを繰り返すことになる。

（ａ）：可動クランプ１２５が最も固定クランプ１２６に接近した状態で、双方のクランプは共に線材１０をしっかりと把持している。この状態で加工部１３０の可動刃が固定刃に向かって降下して線材１０を切断する。符号１２５’は、可動クランプ１２５が最も固定クランプ１２６から離れた状態を示す。

（ｂ）：切断が完了すると、可動刃は上昇し、可動クランプ１２５は開く。固定クランプ１２６は線材１０を把持している。

（ｃ）：固定クランプ１２６は線材１０を把持した状態のまま、可動クランプ１２５は後方に移動し、最も後退した位置に至る。

（ｄ）：可動クランプ１２５が最も後退した位置に達すると、可動クランプ１２５が線材１０を把持し、逆に固定クランプ１２６の方は、開く。このとき、可動クランプ１２５と固定クランプ１２６との間に残存していたねじりが開放される。

（ｅ）：固定クランプ１２６が開いた状態を保持している間に、可動クランプ１２５が線材１０を把持した状態で、固定クランプ１２６に接近し、最も接近したとき固定クランプ１２６も線材１０を把持した状態になる。

この後、（ａ）に戻り、可動刃が下降して線材１０をカットする。以上で１サイクルとなる。

上記の動作において、（ｄ）から（ｅ）の間に線材１０は、長さＬだけ加工部１３０に送り込まれ、加工部１３０で切断等の加工がされることになる。

クランプ１２５，１２６は線材１０を把持する場合、線材１０の長さ方向にはずれないように強く把持しているが、線材１０が回転する方向の把持力は小さい。したがって、線材１０にねじりが残存している場合、このクランプ１２５，１２６を通過するときに、ねじりが開放される。

直線矯正部１１０と搬送部１２０との間の弛みスペース１４０において、通常の運転状態では、線材１０は図１に示すように第１のセンサ１５１と第２のセンサ１５２の間にある。

弛み量が徐々に減少して第１の所定量に達すると、第１のセンサ１５１が検知する。そして、直線矯正部１１０の送り出し速度が前記搬送部１２０の平均搬送速度より大きくなるように制御する。具体的には、搬送部１２０を１サイクル単位で停止する。このやり方としては、加工部１３０の駆動モータと、加工部１３０との接続をクラッチ等で一時的に切断することで行うことができる。１サイクルとは、搬送部１２０が線材１０を１回送るサイクルで、図４において、（ａ）から（ｅ）を経て（ａ）に戻るサイクルをいう。あるいは、搬送部１２０の平均速度そのものを下げる。この場合、加工部１３０と同期しているので、加工部１３０の動作も同じように遅くなる。また、別の方法として、直線矯正部１１０の速度を上げてもよい。

逆に、図１の状態から徐々にたるんで第２のセンサ１５２が検知する第２の所定量に達すると、直線矯正部１１０の送り出し速度が前記搬送部１２０の平均搬送速度より小さくなるように制御する。具体的には、直線矯正部１１０を停止するか、速度を下げる。又は、逆に、直線矯正部１１０の速度を一定に保ち、搬送部１２０の平均速度を上げてもよい。これによって弛み量は徐々に減少し、やがて図示の状態に戻るので、直線矯正部１１０と搬送部１２０の速度を元の速度に戻す。

第３のセンサ１５３は、安全装置的なものである。弛み量が増加し、第３のセンサ１５３が検知する第３の所定量になると、線材１０が床の上を擦ったりして汚れや引っかかりによる曲がり発生などの原因となる。また、弛みの重さで線材１０に再度曲がりが発生する可能性もある。そのため、第３のセンサ１５３が弛みを検知したら、装置全体を停止することにしている。

なお、この実施例では、前記のように弛み量が大きすぎた場合に第３のセンサ１５３で検知して装置を停止することにしているが、第１のセンサ１５１の上方に第４のセンサを設け、弛み量が少なすぎた場合にも装置全体を停止させる安全装置としてもよい。

以上の制御方法において、直線矯正部１１０における線材１０の通過速度を一定に保つ制御方法が望ましい。線材１０は、図２に示すように、直線矯正部１１０で第１の矯正駒１１１、第２の矯正駒１１２を通過して曲がりの矯正がされる。その場合、通過する速度が変動すると、内部応力の開放が不均一になり、中間製品２０や最終製品になったとき、曲がりが生じる原因となるからである。

なお、実施例では、搬送部１２０に間欠搬送装置を用いたが、連続搬送装置を用いることもできる。ただし、その場合、加工部は、特許文献１に記載されたような走間切断手段を使用することになる。

本発明における線材の加工装置の全体構成を示す図である。 直線矯正部の構成例を示す図である。 搬送部の構成を示す図である。 搬送部の動作を説明する図である。

符号の説明

１０ 線材
１００ 加工装置
１１０ 直線矯正部
１２０ 搬送部
１３０ 加工部
１４０ 弛みスペース
１５０ センサ
１５１ 第１のセンサ
１５２ 第２のセンサ

Claims (4)

1. 送り込まれた線材の曲がりを矯正して送り出す直線矯正部と、矯正された線材を搬送する搬送部と、該搬送部から送られた線材を加工する加工部と、前記直線矯正部と前記搬送部との間に設けられた弛みスペースと、該弛みスペースに設けられ、直線矯正部から搬送部に送り込まれる線材の弛み量を検知する弛みセンサと、を有し、前記直線矯正部を通過する線材の送り速度を一定に保ち、前記搬送部における前記線材の送り速度を前記線材の弛み量に応じて変更可能としたことを特徴とする線材の加工装置。
2. 前記直線矯正部が、線材をジグザグに曲げて通す矯正駒を有し、該矯正駒が線材の周囲を回転自在であることを特徴とする請求項１に記載の線材の加工装置。
3. 前記搬送部と加工部とが、同一の動力により駆動されることを特徴とする請求項１又は２に記載の線材の加工装置。
4. 前記搬送部が、可動クランプと固定クランプとを有し、これら可動クランプと固定クランプとが交互に線材をクランプし、可動クランプが往復移動することにより線材が搬送されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の線材の加工装置。

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