JP5490266B2 - ワイヤ自動結線装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤ放電加工機のワイヤ自動結線装置に関する。

金属性のワイヤ線からなる電極ワイヤを、微少間隙を隔てて被加工物に対向させ、放電エネルギーにより被加工物を切断加工するワイヤ放電加工機がある。加工開始前に工作物の加工開始穴に電極ワイヤを通すワイヤ自動結線装置は、ワイヤ放電加工の自動化を実現する技術の中で重要な位置付けにある。

ワイヤ自動結線装置を用いることにより、電極ワイヤが加工途中で断線した場合に電極ワイヤを再結線して加工を再開することや、同一加工材料の別の加工個所や、加工完了後に新しく供給された被加工物への電極ワイヤの自動挿入を実現できる。これにより、夜間、休日を問わず無人での運転が可能となる。

電極ワイヤの自動結線機能を実現するためには、電極ワイヤを上部ワイヤガイドから被加工物の溝や下穴を経て下部ワイヤガイドまで自動的に通す必要がある。しかし、結線前の電極ワイヤにはホビンに巻かれており、巻き癖によってカールが生じている。そのため、電極ワイヤ先端が溝や穴からそれてしまい、下穴などに挿入できないことがある。

そこで、電極ワイヤの挿入前に電極ワイヤに電流を流すことによって加熱処理（アニール処理）を行い、電極ワイヤの真直性を向上させることが行われる。このアニール処理の際には、電極ワイヤの温度が上昇するため、加熱による熱伸びが生じ、撓みが発生する。この熱伸びによる撓みを除去せずに、電極ワイヤが曲がったままアニール処理を行うと、電極ワイヤの真直性は改善されない。そこで、電極ワイヤを直線に保った状態でアニール処理を行うために、電極ワイヤに張力を付与しつつ加熱処理を行う技術が、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００３−９４２５４号公報

上記従来技術によれば、アニール処理により電極ワイヤを真直化する際には、電極ワイヤに張力を与えて直線に保ちながら、電流を流して加熱する。電極ワイヤの強度は、加熱による温度上昇に伴い減少するので、張力などの外力により断線が発生しやすくなる。特にφ０．１ｍｍ以下の細い電極ワイヤを用いた場合に断線が発生しやすくなる。また、たとえφ０．１ｍｍ以上の比較的に太い電極ワイヤであっても、アニール処理中に過大な張力が電極ワイヤに与えられた場合には断線が生じる。

一方、電極ワイヤに張力が与えられない場合、加熱による電極ワイヤの熱伸び分を張力設定ローラなどで巻き取ることができず、電極ワイヤに撓みが残ったまま加熱がおこなわれるので、所望の電極ワイヤの真直性を得ることができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電極ワイヤの断線を抑えつつ電極ワイヤの真直性を改善することのできるワイヤ自動結線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、本発明は、電極ワイヤに張力を付与しつつ加熱処理を行うワイヤ自動結線装置であって、電極ワイヤに通電して電極ワイヤを加熱する加熱用電極と、加熱用電極によって通電された電極ワイヤに張力を付与する張力付与部と、張力付与部によって付与される張力を制御する張力制御部と、通電開始から第１の設定時間が経過するまでは予め設定されたアニール電流よりも小さな加熱用電流を電極ワイヤに通電し、通電開始から第１の設定時間が経過した後の第２の設定時間の間は電極ワイヤに通電する電流をアニール電流まで増大させる電源制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、電極ワイヤの断線を抑えつつ電極ワイヤの真直性を改善することができるという効果を奏する。

図１は、ワイヤ放電加工機のワイヤ自動結線装置の概略を示す構成図である。 図２−１は、一定電流で電極ワイヤを加熱した際の温度上昇による熱伸び量とアニール処理開始からの時間との関係を示す図である。 図２−２は、一定電流で電極ワイヤを加熱した際の温度上昇による熱伸びの速度とアニール処理開始からの時間との関係を示す図である。 図２−３は、一定電流で電極ワイヤを加熱した際の温度上昇による熱伸びの加速度とアニール処理開始からの時間との関係を示す図である。 図３−１は、一定電流で電極ワイヤを加熱した際の温度上昇による熱伸び量と、設定張力値の値が小さい場合の張力設定ローラ回転量に対する、アニール処理開始からの時間との関係を示す図である。 図３−２は、一定電流で電極ワイヤを加熱した際の温度上昇による熱伸びの速度と、設定張力値の値が小さい場合の張力設定ローラ速度に対する、アニール処理開始からの時間との関係を示す図である。 図３−３は、一定電流で電極ワイヤを加熱した際の温度上昇による熱伸びの加速度と、設定張力値の値が小さい場合の張力設定ローラの加速度に対する、アニール処理開始からの時間との関係を示す図である。 図４は、実施の形態１に係る制御装置により実行される処理のシーケンスを説明するためのフローチャートを示す図である。 図５は、実施の形態２に係る制御装置により実行される処理のシーケンスを説明するためのフローチャートを示す図である。 図６は、実施の形態３に係る制御装置により実行される処理のシーケンスを説明するためのフローチャートを示す図である。 図７は、トルク制御装置から張力設定ローラ２に与えるトルク指令と電極ワイヤに流す電流との関係を時間経過に従って示すタイムチャートである。 図８−１は、トルク制御装置からトルク指令値が一定の場合、電極ワイヤに掛ける張力はトルク制御装置からトルク指令値に対する、アニール処理開始からの時間との関係を示す図である。 図８−２は、トルク制御装置からトルク指令値が可変の場合、電極ワイヤに掛ける張力はトルク制御装置からトルク指令値に対する、アニール処理開始からの時間との関係を示す図である。 図９は、電極ワイヤに流す電流を徐々に上げる場合、電源制御装置の電流指令とトルク制御装置からトルク指令値との関係を時間経過に従って示すタイムチャートである。 図１０−１は、アニール中の電流が一定の場合と、電極ワイヤに流す電流を急激に上げる場合と、電極ワイヤに流す電流を徐々に上げる場合との、電極ワイヤに流す電流と加熱時間との関係を示す図である。 図１０−２は、アニール中の電流が一定の場合と、電極ワイヤに流す電流を急激に上げる場合と、電極ワイヤに流す電流を徐々に上げる場合との熱伸び量を比較する図である。 図１０−３は、アニール中の電流が一定の場合と、電極ワイヤに流す電流を急激に上げる場合と、電極ワイヤに流す電流を徐々に上げる場合との熱伸び速度を比較する図である。 図１０−４は、アニール中の電流が一定の場合と、電極ワイヤに流す電流を急激に上げる場合と、電極ワイヤに流す電流を徐々に上げる場合との熱伸び加速度を比較する図である。 図１１は、実施の形態４に係る制御装置により実行される処理のシーケンスを説明するためのフローチャートを示す図である。 図１２は、一定電流で電極ワイヤを加熱した際の温度上昇による電極ワイヤの強度変化とアニール処理開始からの時間との関係を示す図である。 図１３は、アニール中の電流が可変の際に、電極ワイヤに撓みが生じないために、電極ワイヤに流す電流を急激に上げる場合と、電極ワイヤに流す電流を緩やかに上げる場合との制御装置からトルク指令値の比較図である。 図１４は、アニール中の電流が可変の際に、電極ワイヤを加熱した際の温度上昇による熱伸び加速度の最大値ａ_maxと電流変化時間との関係を示す図である。

以下に、本発明にかかる自動結線装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

［ワイヤ自動結線装置の全体構成］
図１は、本発明の実施の形態に係るワイヤ放電加工機のワイヤ自動結線装置の概略を示す構成図である。図１において、電極ワイヤ１は、張力設定ローラ（張力付与部）２、上部給電子１１、上部ワイヤガイド９、下部ワイヤガイド１０、下部給電子１２を通った後、下部ガイドローラ１４で９０度方向転換し、ワイヤ放電加工機背面にある図示しない電極ワイヤ回収装置まで搬送される。

なお、電極ワイヤ１は、ワイヤ自動結線装置に供給されるまで、ホビン１３に巻きつけられているため、巻き癖がついてカールが生じている。そこで、電極ワイヤ１の自動結線時には、まず電極ワイヤ１に対してアニール処理が行われ、電極ワイヤ１のカールを除去する、いわゆる真直化が行われる。アニール処理を行う際には、ピンチローラ４を閉じて電極ワイヤ１が固定される。そして、張力設定ローラ２から切断電極８の間の電極ワイヤ１に所要の張力が付与されるように、張力設定ローラ２に対してトルク制御装置（張力制御部）３からトルク指令が送られる。

その後、加熱電流用電極（加熱用電極）５、ＧＮＤ電極１５、および切断電極８が電極ワイヤ１に接続され、電源制御装置（電源制御部）６によって加熱電流用電極５からＧＮＤ電極１５の間へ通電され、アニール処理が行われる。

アニール処理の完了後、切断電極８とＧＮＤ電極１５の間に電源制御装置６から電流を与え、電極ワイヤ１の溶断処理が行われる。溶断処理の完了後、加熱電流用電極５や、切断電極８、ＧＮＤ電極１５は電極ワイヤ１から離れ、ピンチローラ４は開放される。

また、溶断処理によって切り離された電極ワイヤ１の先端部は、図示しない切断ワイヤ回収装置によって取り除かれた後、アニール処理された電極ワイヤ１が上部給電子１１を通過し、上部ワイヤガイド９を出て、下部ワイヤガイド１０へ挿入される。

下部給電子１２を通過した電極ワイヤ１は、下部ガイドローラ１４によってその進行方向が上下方向から水平方向に変更され、加工機背面にある図示しない電極ワイヤ回収装置によって回収され、自動結線が終了する。ワイヤ放電加工機は、上部ワイヤガイド９と下部ワイヤガイド１０の間で、電極ワイヤ１からの放電エネルギーにより被加工物１８を切断加工する。

実施の形態１．
次に、上述したワイヤ自動結線装置に適用された本発明の実施の形態１について説明する。すなわち、加熱電流用電極５からＧＮＤ電極１５の間の電極ワイヤ１に通電すると共に、電極ワイヤ１に張力をかけて、トルク制御装置３によって電極ワイヤ１に掛かる張力を制御しながら、ほとんど撓みのない状態でアニール処理を実施するワイヤ自動結線装置について説明する。

電極ワイヤ１に電流が流れると、電極ワイヤ１の持つ抵抗によって電極ワイヤ１は発熱し温度が上昇するが、周囲との温度差が生じることによって熱移動も生じる。電流の通電により電極ワイヤ１が加熱されると、電極ワイヤ１の温度は、最初に急激に上昇し、ある程度の時間が経過すると周囲との温度差によって熱移動量も増加するため一定の範囲に落ち着く。

ここで、電極ワイヤ１の温度が上昇すると、加熱による熱伸びが生じる。図２−１は、一定電流で電極ワイヤ１を加熱した際の温度上昇による熱伸び量とアニール処理開始からの時間との関係を示す図である。横軸はアニール処理開始からの時間を表している。また、縦軸は熱伸び量を表している。図２−２は、一定電流で電極ワイヤ１を加熱した際の温度上昇による熱伸びの速度とアニール処理開始からの時間との関係を示す図である。図２−３は、一定電流で電極ワイヤ１を加熱した際の温度上昇による熱伸びの加速度とアニール処理開始からの時間との関係を示す図である。

図３−１は、一定電流で電極ワイヤ１を加熱した際の温度上昇による熱伸び量と、設定張力値の値が小さい場合の張力設定ローラ２の回転量に対する、アニール処理開始からの時間との関係を示す図である。図３−２は、一定電流で電極ワイヤ１を加熱した際の温度上昇による熱伸びの速度と、設定張力値の値が小さい場合の張力設定ローラ２の巻き取り速度に対する、アニール処理開始からの時間との関係を示す図である。図３−３は、一定電流で電極ワイヤを加熱した際の温度上昇による熱伸びの加速度と、設定張力値の値が小さい場合の張力設定ローラ２の加速度に対する、アニール処理開始からの時間との関係を示す図である。

図２−３に示すように、電流通電開始直後では温度上昇が急激なため、電極ワイヤ１の熱伸び加速度も大きくなる。この時、トルク制御装置３のトルク指令値が小さすぎると張力設定ローラ２へ与えられるトルクが小さくなりすぎるため、図３−３に示すように、張力設定ローラ２の加速度が電極ワイヤ１の温度上昇による熱伸びの加速度より小さくなる。そのため、図３−１に示すように、張力設定ローラ２の回転量が、加熱による電極ワイヤ１の伸び量より少なくなり、加熱で生じる撓みを巻き取ることができなくなる。

この場合、撓みが残った状態で電極ワイヤ１が加熱されてしまい、電極ワイヤ１を十分に真直化することができない場合がある。一方、電極ワイヤ１の強度は、加熱による温度上昇に伴い低下するので、特にφ０．１ｍｍ以下の細い電極ワイヤ１では、張力などの外力により断線が発生しやすい。また、たとえφ０．１ｍｍ以上の比較的に太い電極ワイヤ１であっても、アニール処理中に過大な張力が電極ワイヤ１に与えられた際には、断線の可能性がある。

これに対し、本発明では、この撓みの発生と断線の両方を防止するために、トルク制御装置３から張力設定ローラ２へのトルクを変化させることを特徴とする。以下で張力設定ローラ２に与えられるトルクの算出について説明する。

トルク制御装置３によって張力設定ローラ２に与えられるトルクの指令値をτとし、電極ワイヤ１に実際に掛かっている張力をＴ_ｗとする。このとき張力設定ローラ２の運動方程式は以下のように記述される。
τ−Ｔ_ｗ×Ｒ−τ_Ｍ＝Ｊ×α （１）

ただし、τ_Ｍは摩擦トルクであり、Ｊは張力設定ローラ２の慣性モーメントであり、αは張力設定ローラ２の角加速度であり、Ｒは張力設定ローラ２の半径である。電極ワイヤ１の伸びをすべて張力設定ローラ２が巻き取れている場合には、電極ワイヤ１の熱伸びの加速度をａと張力設定ローラ２の半径Ｒとの間には、下記の式が成り立つ。
ａ＝ Ｒ×α （２）

以上の２式より、張力設定ローラ２に与えられるトルクは次の式で求めることができる。
τ＝Ｔ_ｗ×Ｒ＋Ｊ×ａ／Ｒ＋τ_Ｍ （３）

一方、加熱の開始後から、熱伸びを完全に巻き取ることができている、すなわち、電極ワイヤ１に撓みが生じないためには、電極ワイヤ１に常に張力が掛かっていることが必要である。つまり、以下の式を満足する必要がある。
Ｔ_ｗ≧０ （４）

式（３）と式（４）とにより、電極ワイヤ１に撓みが生じていない場合の張力設定ローラ２へ必要なトルクは次の式で表される。
τ≧Ｊ×ａ／Ｒ＋τ_Ｍ （５）

式（５）から、電極ワイヤ１をアニール処理する際には、張力設定ローラ２に与えられる加熱で生じる熱伸びを吸収できるトルクτと、加熱による電極ワイヤ１の伸び加速度の関係を明確にすることができる。加熱で生じる熱伸びを吸収できるように張力設定ローラ２に最初に与えられるトルクをτ_１とし、τ_１の値を式（５）から導くことで、電極ワイヤ１に撓みが生じることを防止することができる。

また、式（３）により、電極ワイヤ１に掛かる張力Ｔ_ｗは次の式で表される。
Ｔ_ｗ＝（τ−Ｊ×ａ／Ｒ−τ_Ｍ）／Ｒ （６）

式（６）により、電極ワイヤ１に掛かる張力Ｔ_ｗにおける、トルクの指令値τや、温度の上昇による電極ワイヤ１の熱伸びの加速度ａとの関係がわかる。

次に、図２−２に示すように、最初に熱伸び速度は急激に増加するが、温度の上昇に伴って次第に電極ワイヤ１の熱伸び速度が減少し、式（６）の熱伸び加速度ａも負になる（図２−３も参照）。

電極ワイヤ１に掛かる張力を図８−１に示す。電極ワイヤ１の強度は、加熱による温度上昇に伴い低下するので、張力設定ローラ２に最初に与えられるトルクτ_１を与え続けると、電極ワイヤ１が断線しやすくなってしまう。特に、電極ワイヤ１の線径が細くなると強度が低くなりやすく、断線が生じる可能性が高くなる。

そこで、トルク制御装置３によって張力設定ローラ２に与えられるトルクの指令値τを変化させて、電極ワイヤ１に掛かる張力を、電極ワイヤ１を直線に保つことができる程度の張力まで小さくすることで、電極ワイヤ１の温度を十分に上げつつ断線を防ぎ、さらに十分な真直化を図ることができる。

例えば、電極ワイヤ１のアニール処理の開始からの経過時間が時間ｔ_１に到達すると、トルク制御装置３から張力設定ローラ２に与えるトルク指令をτ_１から下記の様に切り替えても構わない。

ただし、Ｔはアニール処理の開始から終了までの時間である。τ_２はアニール処理の終了時のトルク制御装置３からのトルク指令である。ここで、τ_２は摩擦トルク以上に設定する必要がある。なぜならば、τ_２は摩擦トルク以下の場合、式（６）に示すように、摩擦のせいで電極ワイヤ１に掛かる張力Ｔ_ｗが負になることはあり得ないからである。τ_２が摩擦トルク以下の場合、ローラが動かないため、それ以上に温度上昇が起きた際の撓みが取れなくなり、電極ワイヤ１が曲がってしまう。なお、ｔ_１とｔ_２については下記で説明する。

ｔ_１はアニール処理の開始からトルク指令の切替の開始までの時間であり、一定の範囲に設定することが必要である。図２−３に示すように、電流通電開始直後では温度上昇が急激なため、電極ワイヤ１の熱伸び加速度も大きくなるので、この時トルク制御装置３によって張力設定ローラ２に与えられるトルクの指令値τを一気にτ_２に切り替えると、図３−１に示すように、張力設定ローラ２の回転量が、加熱による電極ワイヤ１の伸び量より少なくなり、加熱で生じる撓みを巻き取ることができなくなる。そこで、ｔ_１の設定は熱伸び加速度ａが負になった（図２−３も参照）以後に設定することが必要となる。

一方、電極ワイヤ１の強度は、加熱による温度上昇に伴い低下するので、張力設定ローラ２に最初に与えられるトルクτ_１を与え続ける時間ｔ_１が長すぎると、電極ワイヤ１が断線しやすくなってしまう。そこで、ｔ_１は電極ワイヤの強度の減少が開始する前に指定することが必要となる。例えば、電極ワイヤ１の材料が黄銅の場合、図１２に示すように、電極ワイヤ１の温度が再結晶温度と呼ばれる温度（３００℃〜４００℃）付近になると強度が急激に減少する。そこで、ｔ_１は電極ワイヤ１の強度が減少する直前に指定される。

例えば、温度センサで電極ワイヤ１の温度を計測し、アニール処理の開始から電極ワイヤ１の温度が再結晶温度になるまでの時間をｔ_Ｒとする。または、電極ワイヤ１の温度上昇による電極ワイヤ１の熱伸び量を張力設定ローラ２のエンコーダ等で検出し、電極ワイヤ１の熱伸び量に基づいてアニール処理の開始から電極ワイヤ１の温度が再結晶温度になるまでの時間ｔ_Ｒを決定する。そして、ｔ_１の設定値は、そのままｔ_Ｒに指定するか、またはｔ_Ｒより少し小さい値に指定すればよい。

また、ｔ_２は、トルク指令がτ_１からτ_２まで変換する時間（トルク変化時間）である。電極ワイヤ１の温度上昇による強度の急激な低下によって起きやすくなる断線を防ぐためには、トルク指令を早めに小さくすることが好ましい。そのため、ｔ_２をより短い時間に指定することが望ましい。そこで、予め実験を行って、電極ワイヤ１に撓みを生じさせず、より短い時間となるｔ_２を決定する。例えば、トルク変化時間を小さいほうから少しずつ大きくしていき、最初に電極ワイヤ１に撓みが生じなくなった場合の時間をｔ_２とし、予め記憶部１７に保存すればよい。

一方、図８−２に示すように、加熱によって電極ワイヤ１の温度が高くなった場合に、電極ワイヤ１に掛かる張力をそれまでよりも小さくすることで、電極ワイヤ１温度の上昇に伴う強度低下によっておきる断線を防止することができる。また、電極ワイヤ１に張力をかけ続けることができるので、電極ワイヤ１の十分な真直化を図ることができる。なお、図８−２に示す例では、時間ｔ_１から電極ワイヤ１にかかる張力を小さくしている。

次に、上記で説明したアニール処理におけるシーケンスを図４に示す。図４において、まず、ワイヤ放電加工機の設定画面にパラメータが入力される（ステップＳ１０）。入力されるパラメータは電極ワイヤ１の材質と線径である。

その後、設定したパラメータに応じたアニール電流値Ｉ、アニール時間Ｔ、アニール処理開始時のトルク値τ_１、アニール処理終了時のトルク値τ_２、トルク値τ_１を与える時間ｔ_１、およびトルク変化時間ｔ_２を、記憶部１７から読み出す（ステップＳ１１）。ここで、アニール電流値Ｉ、アニール時間Ｔ、各トルクの設定値などのパラメータは、電極ワイヤ１の真直化を図るための条件として予め設定されているものである。また、各設定値などの読み出しは、トルク制御装置３や電源制御装置６によって行われる。

次に、アニール動作を開始し（ステップＳ１２）、トルク制御装置３から設定されたトルクτ_１で張力設定ローラ２を駆動する（ステップＳ１３）。次に、電源制御装置６から設定されたアニール電流値Ｉの電流を電極ワイヤ１に通電するとともに、経過時間の計測を始めることでアニール処理が実行される（ステップＳ１４）。

次に、電極ワイヤ１に電流を通電してからの経過時間が時間ｔ_１に到達しているかどうかを判断し、到達していない場合には（ステップＳ１５，Ｎｏ）、偽と判断する処理を繰り返す。そして、電極ワイヤ１に電流を通す時間がｔ_１に到達している場合には（ステップＳ１５，Ｙｅｓ）、真と判断する処理がなされ、トルク制御装置３からのトルク指令値を下げていく（ステップＳ１６）。

次に、電極ワイヤ１に電流を通してからの経過時間が時間ｔ_１＋ｔ_２に到達しているかどうかを判断し、到達していないならば（ステップＳ１７，Ｎｏ）、偽と判断する処理を繰り返す。そして、電極ワイヤ１に電流を通す時間がｔ_１＋ｔ_２に到達している場合には（ステップＳ１７，Ｙｅｓ）、トルク制御装置３が最終トルク値τ_２の指令を出す（ステップＳ１８）。

次に、電極ワイヤ１に電流を通してからの経過時間がアニール時間Ｔに到達しているかどうかを判断し、到達していないならば（ステップＳ１９，Ｎｏ）、偽と判断する処理を繰り返す。経過時間がアニール時間Ｔに到達している場合には（ステップＳ１９，Ｙｅｓ）、電極ワイヤ１に通電を停止し、アニール処理を終了する（ステップＳ２０）。なお、図７は、トルク制御装置３から張力設定ローラ２に与えるトルク指令と電極ワイヤ１に流す電流との関係を時間経過にしたがって示すタイムチャートである。

以上説明したように、本実施の形態１では、アニール処理の経過時間に応じて設定トルクを変化させることで、電極ワイヤ１の断線を防ぐことができる。なお、張力設定ローラ２に付与するトルクの切替えのタイミングは、本実施の形態１で示すような１回に限られず、複数のタイミングでトルクを切替えるようにして、アニール動作の段階ごとに細かく設定してもよい。

また、アニール動作中に、電極ワイヤ１の温度上昇による熱伸びによる電極ワイヤ１の撓みが生じにくくなるように、アニール開始から予め定められた時間は張力設定ローラ２に与えるトルクを大きく設定する。そして、温度が上昇してからは強度が低下した電極ワイヤ１を断線させることがないように張力を低く設定する。そのため、電極ワイヤ１に張力をかけて真っ直ぐな状態で十分高い温度でアニール処理を実施することができることが可能になり、安定して電極ワイヤ１の真直性を向上させ、自動結線装置の性能を高めることができる。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る制御装置により実行される処理のシーケンスを説明するためのフローチャートを示す図である。実施の形態１においては、トルク制御装置３からのトルク指令を、最初のトルク値τ_１から下げるタイミングの判断を、電極ワイヤ１に電流を通電してからの経過時間で判断するものとしている。一方、本実施の形態２では、電極ワイヤ１の伸び量が所定の熱伸び量Ｌ_１に達した時に、トルク指令を最初のトルクから切替える構成とする。なお、上記実施の形態１と同様の構成については同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。

電極ワイヤ１に最初のトルク値で張力を掛け続けた場合、電極ワイヤ１の熱伸び量を巻き取ることによって張力設定ローラ２が回転する。張力設定ローラ２の回転量を張力設定ローラ２のエンコーダ等で検出することで、電極ワイヤ１の熱伸びがどれだけ生じたかを検出することができる。つまり、ここではエンコーダが伸び検出部として機能する。なお、伸び検出部は、電極ワイヤ１の伸び量を検出できるものであればよく、エンコーダに限られない。

そして、検出した熱伸び量が、予め定められた電極ワイヤ１の熱伸び量Ｌ_１に達した際に、トルク制御装置３からのトルク指令の切り替えを行うことで、電極ワイヤ１へ与える張力を小さくする。また、電流を通電してから検出した熱伸び量がＬ_１に到達するまでの時間をｔ_Ｅとし、トルク制御装置３から張力設定ローラ２に与えるトルク指令をτ_１から下記の様に切り替えても構わない。

本実施の形態２では、図５に示すように、図４に示すステップＳ１１に代えて、電極ワイヤ１の材質・線径に対応して予め設定する熱伸び量Ｌ_１も記憶部１７から読み出す（ステップＳ３１）。また、図４に示すステップＳ１５に代えて、電極ワイヤ１の伸び量がＬ_１に到達した場合には、（ステップＳ３５，Ｙｅｓ）、到達した時の経過時間ｔ_Ｅを記録する（ステップＳ３６）。また、図４に示すステップＳ１７に代えて、電極ワイヤ１に電流を通してからの経過時間が時間ｔ_Ｅ＋ｔ_２に到達しているかどうかを判断する（ステップＳ３８）。

以上説明したように、本実施の形態２では、電極ワイヤ１の熱伸び量に基づいてトルクを切り替えるため、温度の上昇によって強度が弱くなった状態の電極ワイヤ１に必要以上に張力を掛け続けることで断線してしまうのを防ぐことができる。また、トルクを切替えるまでの経過時間を設定する手間を省くことができる。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る制御装置により実行される処理のシーケンスを説明するためのフローチャートを示す図である。実施の形態１や実施の形態２においては、トルク制御装置３からのトルク指令を最初のトルク値τ_１から最終のトルク値τ_２に変化するまでの切替え時間ｔ_２を指定したが、これに加えて、もし切替え始めてからの経過時間（ｔ_１からの経過時間）が設定されたトルク変化時間ｔ_２に到達前に、電極ワイヤ１の伸び量が所定の制限伸び量Ｌ_２に到達した場合には、トルク指令を直ちにτ_２に移行する。

すなわち、張力設定ローラ２の回転量を張力設定ローラ２のエンコーダ等で検出することで、電極ワイヤ１の熱伸びがどれだけ生じたかを検出する。トルク制御装置３からのトルク指令を切替え初めてからの経過時間が、設定されたトルク変化時間ｔ_２に到達する前に、検出した伸び量が、予め規定した電極ワイヤ１の制限伸び量Ｌ_２に達した際に、トルク制御装置３からのトルク指令を現在指令値から直ちにτ_２に切替えることで、トルクの切替えが終了させる。

本実施の形態３では、図６に示すように、図５に示すステップＳ３１に代えて、電極ワイヤ１の材質・線径に応じた所定の電極ワイヤ１の制限伸び量Ｌ_２をワイヤ放電加工機の記憶部から読み出す（ステップＳ５１）。また、切替え初めからの経過時間が設定された切替え時間ｔ_２に到達前に、すなわち、電極ワイヤ１に電流を通してからの経過時間が時間ｔ_Ｅ＋ｔ_２に到達しているかどうかの判断（ステップＳ３８）の前に、トルク切替え終了タイミングの判断を、電極ワイヤ１が制限伸び量Ｌ_２に到達したかによって判断する（ステップＳ５８）。

以上説明したように本実施の形態３では、アニール処理の開始からの経過時間だけでなく、電極ワイヤ１の熱伸び量に基づいても、トルク切替えのタイミングを決定しているので、電極ワイヤ１を伸ばしすぎて断線させてしまうのを防ぐことができる。

実施の形態４．
図１１は、実施の形態４に係る制御装置により実行される処理のシーケンスを説明するためのフローチャートを示す図である。実施の形態１，２，３においては、アニール処理開始後に、設定トルクを変化させるが、アニール処理中の電流が一定値であった。これに対し、本実施の形態４では、張力設定ローラ２の設定トルクを一定にし、電極ワイヤ１に通電する電流を電源制御装置６によって制御しながら、撓みの生じにくい状態でアニール処理を実施する。

電極ワイヤ１をアニール処理する際には、図２−２に示すように、電極ワイヤ１に流す電流が一定の場合は、最初に熱伸び速度が急激に増加する。そして、電極ワイヤ１の温度の上昇に伴って次第に熱伸び速度は減少し、熱伸び加速度ａも負になる。

電極ワイヤ１の強度は、加熱による温度上昇に伴い低下するので、最初のトルク設定が高すぎると電極ワイヤ１が断線してしまう。そして、断線を防ぐために、張力設定ローラ２に最初に与えられるトルクτを小さく設定することが必要である。もし、式（５）に示すように、電極ワイヤ１の熱伸びの加速度ａが小さければ、張力設定ローラ２に与えられるトルクτを小さく設定しても、電極ワイヤ１に撓みを生じさせないことが可能である。

また、熱伸びの加速度ａはアニール電流による加熱の度合いで変化するため、電源制御装置６から電極ワイヤ１に流す電流を小さくすれば、張力設定ローラ２に与えるトルクτを小さく設定することができる。そこで、加熱中にワイヤにたるみを生じさせず、かつ過大なトルクによる断線を防ぐために、電源制御装置６から電極ワイヤ１にアニール処理の最初に流す電流を小さく設定する。

一方、電極ワイヤ１の真直性を向上させるためには、電極ワイヤ１に十分高い温度でアニール処理を実施することが必要である。そこで、電源制御装置６によって電極ワイヤ１に供給する電流値Ｉを変化させる。最初に電極ワイヤ１に流す電流は小さい値に設定し、電流通電開始直後に急激な温度上昇が起きることを避けることで、張力設定ローラ２に与えられるトルクτを小さく設定しても、加熱で生じる熱伸びを吸収できる。

その後、張力設定ローラ２に一定のトルクτを与え続けながら、電極ワイヤ１への供給電流を電極ワイヤ１の材質・線径に対応して予め設定されたアニール電流までに徐々に上げることにより、十分に電極ワイヤ１の温度を上げることができる。

すなわち、電極ワイヤ１の温度上昇による熱伸び加速度を張力設定ローラ２の加速度より小さくでき、電極ワイヤ１の加熱による熱伸びを張力設定ローラ２の回転によって完全に巻き取ることが可能になる。

アニール処理の開始から予め定められた経過時間に到達した後は、電流を電極ワイヤ１の材質・線径に応じたアニール電流まで増加させることにより、電極ワイヤ１の温度を十分に上げることができる。特に断線が発生しやすいφ０．１ｍｍ以下の細い電極ワイヤ１の断線を防ぐことができる。電極ワイヤ１に張力をかけて真っ直ぐな状態で十分高い温度でアニール処理を実施することが可能になり、安定して電極ワイヤ１の真直性を向上させ、自動結線装置の性能の向上を図ることができる。

例えば、電源制御装置６から電極ワイヤ１に供給する電流指令を下記の様に切替える。

ただし、Ｉ_１はアニール処理を開始する際の電流（加熱用電流）である。また、Ｔはアニール処理の開始から終了までの時間である。また、Ｉ_２はアニール処理を終了する際の電流（アニール電流）である。なお、Ｉ_２は電極ワイヤ１の材質・線径に対応して予め設定されるアニール電流である。なお、ｔ_１（第１の設定時間）とｔ_２（第２の設定時間）の設定については下記で説明する。

ｔ_１はアニール処理の開始から電流指令の切替の開始までの時間である。アニール時間を出来るだけ短くする場合には、ｔ_１は小さく指定した方がよい。例えば、ｔ_１を０に指定する。ただし、図２−３に示すように、アニール電流値Ｉ_１の電流を電極ワイヤ１に通電する際の熱伸び加速度ａは最初に大きくなる。そのため、Ｉ_１とＩ_２の差が大きくない場合には、熱伸び加速度ａが負になる前に電流指令の切替が行われる程度にｔ_１を小さく指定すると、熱伸び加速度ａがさらに大きくなってしまう。結果としては、式（５）に示すように、電極ワイヤ１に撓みが生じないために張力設定ローラ２に与えられる必要なトルクが、本実施の形態で張力設定ローラ２に与え続ける一定のトルク値τより大きくなってしまうことで、電極ワイヤ１に撓みが生じる。

ｔ_２は電流指令がＩ_１からＩ_２まで変化する切替時間である。アニール時間を出来るだけ短くする場合には、ｔ_２は小さく指定した方が良い。ただし、ｔ_２はあまり小さく設定すると、電流指令が急激に上がるので、電極ワイヤ１の熱伸び加速度ａが大きくなる。式（５）に示すように、電流が急激に上がる場合、電極ワイヤ１に撓みが生じないようにするために、張力設定ローラ２に与えられる必要な最小トルク指令が大きくなる。結果としては、図１３における「張力設定ローラ２に与えられる一定のトルクτ」は「電流が急激に上がる場合必要な最小トルク指令」より常に大きくなければならないが、「電流が急激に上がる場合必要な最小トルク指令」が「張力設定ローラ２に与えられる一定のトルクτ」よりも大きくなる部分（瞬間）があり、この部分（瞬間）では電極ワイヤ１に撓みが発生してしまう。

そこで、本実施の形態４では、張力設定ローラ２をトルクτで駆動し、電極ワイヤ１に通電する電流を、式（９）のようにアニール電流まで増大させる間に、電極ワイヤ１の伸び加速度が式（５）を満たすようにｔ_２を設定する。

具体的には、張力設定ローラ２を一定なトルクτで駆動する場合、電極ワイヤ１に撓みが生じていないためには、電極ワイヤ１の熱伸びの加速度ａを式（５）により次の式で表される。
ａ≦（τ−τ_Ｍ）×Ｒ／Ｊ （１０）

電極ワイヤ１の熱伸びの加速度ａの最大値はａ_maxとし、式（１０）により、ａ_maxは次の式で表される。
ａ_max＝（τ−τ_Ｍ）×Ｒ／Ｊ （１１）

一方、図１０−２〜１０−４は、アニール中の電流が一定の場合と、式（９）においてｔ_２を小さくしてアニール電流を急激に上げる場合と、式（９）においてｔ_２を大きくしてアニール電流を緩やかに上げる場合との、それぞれ熱伸び量、熱伸び速度、熱伸び加速度の比較図である。図１０−４に示すように、電極ワイヤ１に通す電流をＩ_１からＩ_２までに変化する時間を長くすると、発生した電極ワイヤ１の熱伸びの加速度ａの最大値ａ_maxは小さくなる。これにより、式（９）のように変化させるアニール電流で電極ワイヤを加熱した際の温度上昇による熱伸び加速度の最大値ａ_maxと電流変化時間との関係を図１４に示す。

ここで、電極ワイヤ１に撓みが生じないために切替時間ｔ_２の設定では、張力設定ローラ２の設定トルクτから式（１１）で電極ワイヤ１の熱伸びの加速度ａの最大値を求め、求めた値をａ_ｈとする。図１４に示すように、電極ワイヤ１の熱伸びの加速度ａの最大値ａ_ｈに対応する時間をｔ_ｈとすると、ｔ_２はｔ_ｈまたはｔ_ｈより大きい値に設定され、予め記憶部１７に保存される。

なお、上記処理は、図１１に示すように、図４に示すステップＳ１１に代えて、記憶部１７から電流値Ｉ_１，Ｉ_２や時間ｔ_１，ｔ_２も読み出して行われる（ステップＳ７１）。また、図４に示すステップＳ１３に代えて、張力設定ローラ２をトルクτで駆動する（ステップＳ７３）。また、図４に示すステップＳ１４に代えて、Ｉ_１の電流を電極ワイヤ１に通電するとともに、経過時間の計測を始めることでアニール処理が実行される（ステップＳ７４）。

また、図４に示すステップＳ１６〜ステップＳ１８に代えて、電極ワイヤ１に電流を通す時間がｔ_１に到達している場合には（ステップＳ１５，Ｙｅｓ）、電源制御装置６は、電極ワイヤ１に通電する電流の指令値を上げていく（ステップＳ７６）。そして、電極ワイヤ１に電流を通す時間がｔ_１＋ｔ_２に到達している場合には（ステップＳ７７，Ｙｅｓ）、電源制御装置６は、最終の電流値Ｉ_２を電極ワイヤ１に通電させる（ステップＳ７８）。

次に、電極ワイヤ１に電流を通してからの経過時間がアニール時間Ｔに到達しているかどうかを判断し、到達していないならば（ステップＳ１９，Ｎｏ）、偽と判断する処理を繰り返す。経過時間がアニール時間Ｔに到達している場合には（ステップＳ１９，Ｙｅｓ）、電極ワイヤ１に通電を停止し、アニール処理を終了する（ステップＳ２０）。

図９は、電源制御装置６から電極ワイヤ１に供給電流とトルク制御装置３から張力設定ローラ２に与えるトルク指令との関係を時間経過に従って示すタイムチャートである。

上記で説明したアニール処理は電極ワイヤ１に流す電流を小さい値から徐々に増加させることで電極ワイヤ１の断線を防ぎ、特に断線が発生しやすいφ０．１ｍｍ以下の細い電極ワイヤ１もアニール処理を実施することを可能にしている。

一方、強度が強く断線しにくい電極ワイヤ１、例えばφ０．２ｍｍ以上の電極ワイヤ１を用いる場合には、一定電流を通電した際の温度上昇は細線の場合に比べて緩やかで、温度が一定値付近で安定するまでの時間は比較的長くなる。このような場合には、最初に電極ワイヤ１に流す電流を従来よりも大きくすることで、電極ワイヤ１の温度を短い時間で上昇させることができる。そして、予め定められた時間が経過した後、電極ワイヤ１の材質・線径に対応した予め設定されたアニール電流まで徐々に下げることで、アニール処理に要する時間の短縮を図ることができる。

例えば、電極ワイヤ１の線径が所定の値（例えば、０．２ｍｍより小さい値）の場合には、図９に示すような電力制御を採用し、電極ワイヤ１の線径が所定の値以上の場合には、アニール電流値よりも大きな電流を最初に付与し、時間経過とともにアニール電流値まで減少させる電力制御を採用するように構成してもよい。

以上説明したように、本実施の形態４では、アニール処理を行う際に、アニール処理を開始してからの経過時間に応じて設定電流を変化させることが可能となる。そこで、断線が発生しやすい細い電極ワイヤ１の場合には、アニール処理を行う際に電極ワイヤ１に流す電流を小さい値から徐々に増加させることで電極ワイヤ１の断線を防ぐ。特に断線が発生しやすいφ０．１ｍｍ以下の細い電極ワイヤ１において、断線を抑えつつ、真っ直ぐな状態で十分高い温度でアニール処理を実施することが可能となる。

一方、強度が強く、断線しくい電極ワイヤ、例えばφ０．２ｍｍ以上の電極ワイヤ１の場合には、最初に電極ワイヤ１に大きな電流を流すことで、電極ワイヤ１の温度を短い時間で上昇させることができる。そして、予め定められた時間が経過した後、電極ワイヤ１の材質・線径に対応して予め設定されたアニール電流まで徐々に下げることにより、アニール時間の短縮を図ることができる。

なお、電流の切替えのタイミングを、上記実施例２と同様に電極ワイヤ１の熱伸び量に基づいて決定してもよいし、上記実施の形態３と同様に、経過時間と熱伸び量の両方に基づいて決定してもよい。

実施の形態５．
実施の形態１，２，３においては、アニール処理の開始後に設定トルクを変化させ、アニール処理中の電流は一定値であった。実施の形態４では、張力設定ローラ２の設定トルクは一定値であり、アニール処理中の電流を変化させた。

これに対し、本実施の形態５では、実施の形態１，２，３のようにトルク制御装置３によって張力設定ローラ２の設定トルクを変化させると共に、実施の形態４のように電源制御装置６によって電極ワイヤ１に通電する電流を変化させて、電極ワイヤ１をアニール処理する。

実施の形態４では、電極ワイヤ１が細線の場合にゆっくりと加熱が行われるので、アニール処理の時間が長くなる場合があるが、実施の形態１，２，３のようなトルク制御を組み合わせることで、アニール処理の時間を短縮できる。例えば、実施の形態４に示す場合に比べて、アニール処理の開始直後に最初に通電する電流を大きくするとともに、張力設定ローラ２の最初の設定トルクも大きくする。

実施の形態４に比べてアニール処理の開始直後の電極ワイヤ１の伸びが大きくなるが、最初の設定トルクも大きくしているため、その伸びを張力設定ローラ２で巻き取ることができる。そして、アニール処理の開始から予め定められた時間が経過したとき、または電極ワイヤ１の熱伸び量が予め定められた伸び量に到達したときに、通電する電流をさらに大きくし、設定トルクを小さくさせればよい。このようにアニール処理を行うことで、アニール処理全体にかかる時間の短縮化を図ることができる。

以上のように、本発明にかかるワイヤ自動結線装置は、電極ワイヤの真直化に有用であり、特に、ワイヤ放電加工機における電極ワイヤの真直化に適している。

１ 電極ワイヤ
２ 張力設定ローラ（張力付与部）
３ トルク制御装置（張力制御部）
４ ピンチローラ
５ 加熱電流用電極（加熱用電極）
６ 電源制御装置（電源制御部）
８ 切断電極
９ 上部ワイヤガイド
１０ 下部ワイヤガイド
１１ 上部給電子
１２ 下部給電子
１３ ホビン
１４ 下部ガイドローラ
１５ ＧＮＤ電極
１７ 記憶部
１８ 被加工物

Claims (8)

1. 電極ワイヤに張力を付与しつつ加熱処理を行うワイヤ自動結線装置であって、
   電極ワイヤに通電して前記電極ワイヤを加熱する加熱用電極と、
   前記加熱用電極によって通電された電極ワイヤに張力を付与する張力付与部と、
   前記張力付与部によって付与される張力を制御する張力制御部と、
   通電開始から第１の設定時間が経過するまで予め設定されたアニール電流よりも小さな加熱用電流を前記電極ワイヤに通電し、通電開始から第１の設定時間が経過した後の第２の設定時間の間は前記電極ワイヤに通電する電流を前記アニール電流まで増大させる電源制御部と、を備えることを特徴とするワイヤ自動結線装置。
2. 前記第１の設定時間は、前記加熱用電流を前記電極ワイヤに通電する間に前記電極ワイヤに常に張力が掛かっているように前記加熱用電流を前記電極ワイヤに通電する時間であり、
   前記第２の設定時間は、前記電極ワイヤに通電する電流を前記アニール電流まで増大させる間に、前記電極ワイヤに常に張力が掛かっているように前記電極ワイヤに通電する時間であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ自動結線装置。
3. 前記第１の設定時間と前記第２の設定時間は、前記電極ワイヤを加熱する際の最大熱伸び加速度に基づいて決定され、
   前記最大熱伸び加速度は、前記張力制御部のトルク指令と前記張力付与部の摩擦トルクの値とから求められることを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤ自動結線装置。
4. 前記張力付与部は電極ワイヤを巻き取るローラであり、
   前記ローラの慣性モーメントをＪと、前記ローラの半径をＲとし、前記トルク指令をτとし、前記摩擦トルクの値をτ_Ｍとした場合に、前記最大熱伸び加速度をａ_ｈを以下の式に基づいて求めることを特徴とする請求項３に記載のワイヤ自動結線装置。
   ａ_ｈ＝（τ−τ_Ｍ）×Ｒ／Ｊ
5. 前記張力制御部は、所定のタイミングで前記張力を小さくさせることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のワイヤ自動結線装置。
6. 加熱された前記電極ワイヤの熱伸び量を検出する伸び検出部をさらに備え、
   前記所定のタイミングは、前記電極ワイヤへの通電開始からの経過時間が、予め定められた時間に到達したとき、または、前記電極ワイヤの熱伸び量が予め定められた伸び量に到達したときのいずれか早いほうであることを特徴とする請求項５に記載のワイヤ自動結線装置。
7. 前記張力付与部は、前記電極ワイヤを巻き取るローラであり、
   前記張力制御部は、前記電極ワイヤの熱伸び加速度と前記張力付与部の摩擦トルクの値から、前記電極ワイヤに常に張力が掛かっているようなトルク指令で前記ローラを駆動させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のワイヤ自動結線装置。
8. 前記電源制御部は、
   前記電極ワイヤの線径が所定の値よりも小さいときに、通電開始から前記第１の設定時間が経過するまで前記アニール電流よりも小さな加熱用電流を前記電極ワイヤに通電し、通電開始から前記第１の設定時間が経過した後の前記第２の設定時間の間は前記電極ワイヤに通電する電流を前記アニール電流まで増大させる制御を行い、
   前記電極ワイヤの線径が所定の値以上のときは、前記アニール電流値よりも大きな加熱用電流を通電開始時に前記電極ワイヤに通電し、時間経過とともに加熱用電流を前記アニール電流まで減少させる制御を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のワイヤ自動結線装置。

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