JP6459896B2 - 加工装置、及び、加工品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工装置、及び、加工品の製造方法に関する。

従来、加工対象物（以下「ワーク」という）を加工部に連続して供給し、加工部にて種々の加工を行うことで、加工品を形成する加工装置が知られている。
特許文献１に記載の加工装置は、長尺物のワークを固定ロールの回転により揺動アームに供給すると共に、その揺動アームをモータによって軸周りに揺動している。この加工装置は、固定ロールによりワークが揺動アームに供給される速度（速さおよび方向）と、揺動アームの端部の速度（速さおよび方向）とが一致したとき、揺動アームと一緒に揺動しているワークに対し、揺動アームに設置したパンチにより穴あけ加工を行っている。

特開２００７−１７０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の加工装置は、揺動アームを揺動するモータが所定時間ごとに回転方向を切り替えるので、その際の減速動作および加速動作によって加工速度が遅くなり、サイクルタイムが長くなることが懸念される。
また、この加工装置は、揺動アームとワークとが一緒に揺動している状態でワークに加工を行っているため、揺動アーム、パンチおよびワークに対して振動または空気圧等が伝わることが考えられる。そのため、この加工装置は、ワークに対し正確な加工を行うことが困難になるおそれがある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、ワークに対し高速加工を行うことが可能な加工装置、及び、加工品の製造方法を提供することを目的とする。

第１発明の加工装置は、送り部、カム、伝達部、カム用モータおよび加工部を備える。送り部は、ワークを所定の送り方向へ所定の送り速さで送る。カムは、カム曲線が変形等速度曲線となるプロファイルを有する。伝達部は、一方の側がカムのプロファイルに摺接し、他方の側が送り部に接続し、送り部が送り方向とは逆方向へ移動する第１移動動作、および、送り方向へ移動する第２移動動作を交互に行うように、カムのプロファイルによる挙動を送り部に伝達する。カム用モータは、第１移動動作の途中の所定時間に送り部が送り方向とは逆方向へ移動する速さが送り速さと同一となるように、カムを軸周りの一方向へ連続して回転する。加工部は、送り部により供給されるワークを、第１移動動作の途中の所定時間内に加工する。

これにより、カム用モータがカムを回転すると、そのカムのプロファイルによる挙動が伝達部を経由して送り部に伝達され、送り部は送り方向およびその逆方向へ往復移動する。そのため、カム用モータが加減速することなく、軸回りの一方向へ連続回転するので、加工部へワークを供給する速度を速くすることができる。
また、カムは、カム曲線が変形等速度曲線となるプロファイルを有するので、伝達部が送り部を移動する速度と、送り部がワークを送る速度とを、一定時間、逆向きで且つ同一の速さとすることが可能である。そのため、第１移動動作の途中の所定時間に、加工部におけるワークの絶対速度が０になる。したがって、この加工装置は、ワークに対し正確に高速加工を行うことができる。

第２発明は、加工品の製造方法の発明である。この製造方法は、送り工程、伝達工程、供給工程および形成工程を含む。送り工程では、送り部によりワークを所定の送り方向へ所定の送り速さで送る。伝達工程では、カム曲線が変形等速度曲線となるプロファイルを有するカムに一方の側が摺接し、他方の側が送り部に接続している伝達部により、カムのプロファイルによる挙動を送り部に伝達する。供給工程では、送り部が送り方向とは逆方向へ移動する第１移動動作と送り方向へ移動する第２移動動作とを繰り返し、加工部にワークを供給する。カム駆動工程では、第１移動動作の途中の所定時間に送り部が送り方向とは逆方向へ移動する速さが送り速さと同一となるように、カム用モータによりカムを軸周りの一方向へ連続して回転する。形成工程では、第１移動動作の途中の所定時間内に、加工部によりワークを加工して加工品を形成する。
この製造方法により、ワークに対し高速加工を行うことができる。

本発明の第１実施形態による加工装置の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。 図３のＩＶ方向の矢視図である。 送り部のローラーによる線材の送り速度、送り部の移動速度、および、加工部に対する線材の移動速度を示すグラフである。 第１実施形態による加工品の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態による加工装置の平面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図６に示す。第１実施形態の加工装置１は、ワークとしての線材２の加工を行うものである。この加工装置１は、送り部１０、カム２０、伝達部３０、カム用モータ４０および加工部５０等を備えている。これらの構成は、設置台６０に取り付けられている。

図１および図３に示すように、送り部１０は、線材２を所定の送り方向へ所定の送り速さで送るものである。図１では、送り部１０により線材２が送られる送り方向を矢印Ａで示している。
送り部１０は、第１ローラー１１、第２ローラー１２、可動台１３、第１プーリー１４、第２プーリー１５、ベルト１６および送り部用モータ１７などを有する。
第１ローラー１１と第２ローラー１２とは、可動台１３に対して回転可能に設けられている。第１ローラー１１と第２ローラー１２との間に線材２が挟み込まれている。

第２ローラー１２の第１ローラー１１とは反対側に、スプリング座１８、スプリング１９および摺接板１９１が設けられている。スプリング座１８は、可動台１３に固定されている。スプリング１９は、一端がスプリング座１８に係止され、他端が摺接板１９１に係止されている。そのスプリング１９の付勢力により、摺接板１９１は、第２ローラー１２を第１ローラー１１側へ付勢している。これにより、第１ローラー１１と第２ローラー１２とは、線材２を押圧する。そのため、第１ローラー１１と第２ローラー１２とは、回転により線材２を送り方向へ送り出すことが可能である。
可動台１３は、設置台６０に設けられたレール１３１に取り付けられている。レール１３１は、線材２の送り方向と平行に延びている。そのため、可動台１３は、送り方向およびその逆方向へ往復移動可能である。

図３および図４に示すように、設置台６０に対し可動台１３とは反対側に、第１プーリー１４、第２プーリー１５、ベルト１６および送り部用モータ１７などが設けられている。なお、図１４では、送り部用モータ１７を一点鎖線で記載している。
第１プーリー１４は、第１ローラー１１の回転軸１１１に固定され、第１ローラー１１と共に回転する。第１ローラー１１の回転軸１１１は、設置台６０に設けられた長穴６１を挿通している。
第２プーリー１５は、第１プーリー１４から離れた位置に設けられている。第２プーリー１５には、送り部用モータ１７からトルクが与えられる。
ベルト１６は、第１プーリー１４と第２プーリー１５に巻き掛けられ、その間の動力伝達を行う。

設置台６０には、軸部材６７を中心として回動可能に設けられた回動アーム６２が設けられている。回動アーム６２の両端には、第３ローラー６８および第４ローラー６９が取り付けられている。第３ローラー６８は第３スプリング６３によってベルト１６側へ引き寄せられ、第４ローラー６９も第４スプリング６４によってベルト１６側へ引き寄せられている。そのため、図４の破線Ｍに示すように、第１プーリー１４が送り方向およびその逆方向へ往復移動した場合でも、第３スプリング６３および第４スプリング６４の付勢力により、ベルト１６には常に張力が与えられている。したがって、送り部用モータ１７が第２プーリー１５にトルクを与えると、そのトルクはベルト１６を経由して第１プーリー１４に伝わり、第１プーリー１４と共に第１ローラー１１が回転する。これにより、送り部用モータ１７は、第１ローラー１１を軸周りの一方向へ連続して回転することが可能である。なお、本実施形態の第３スプリング６３および第４スプリング６４は、特許請求の範囲に記載の「付勢部材」の一例に相当する。

図１および図２に示すように、カム２０は、有底筒状に形成され、筒部２１および底部２２を有する。カム２０の底部２２には、カム用モータ４０から延びるシャフト４１が固定されている。シャフト４１は、設置台６０に軸受４２を介して取り付けられている。カム用モータ４０は、カム２０を軸周りの一方向へ連続して回転することが可能である。
カム２０の筒部２１は、カム曲線が変形等速度曲線となるプロファイルを有するものである。このカム曲線については後述する。

伝達部３０は、第１カムローラー３１、第２カムローラー３２、スライドプレート３３および揺動アーム３４などを有する。
第１カムローラー３１と第２カムローラー３２とは、スライドプレート３３に固定されたローラー取付部材３３１に取り付けられている。第１カムローラー３１は、カム２０の筒部２１の径方向の内壁に当接し、第２カムローラー３２は、カム２０の筒部２１の径方向の外壁に当接している。したがって、第１カムローラー３１と第２カムローラー３２とは、カム２０の筒部２１を挟んでいる。

スライドプレート３３は、設置台６０に設けられたレール３５に取り付けられている。レール３５は、図１の矢印Ｂの方向に延びている。そのため、スライドプレート３３は、矢印Ｂの方向に往復移動可能である。なお、本実施形態では、図１の矢印Ａに示した送り方向と、スライドプレート３３が往復移動する矢印Ｂの方向とは平行である。なお、矢印Ａの方向と矢印Ｂの方向とは非平行であってもよい。

揺動アーム３４は、設置台６０に設けられた軸部材３６を中心として、図１の矢印Ｃの方向に回動可能に設けられている。揺動アーム３４は、その一端がピン３７によりスライドプレート３３に回転可能に接続されている。また、揺動アーム３４の他端には、ローラー３８が設けられている。このローラー３８は、送り部１０の可動台１３に固定された受部材３９の凹部３９１の内壁に係止されている。揺動アーム３４は、その一端に設けられたピン３７の中心と軸部材３６の中心との距離よりも、他端に設けられたローラー３８の中心と軸部材３６の中心との距離の方が長い。そのため、図１の破線Ｎに示すように、揺動アーム３４は、スライドプレート３３が往復移動する距離を増幅して可動台１３に伝えることが可能である。

図１の矢印Ｄに示すように、カム用モータ４０がカム２０を軸周りに回転すると、カム２０の筒部２１を挟む第１カムローラー３１と第２カムローラー３２と共に、スライドプレート３３がレール３５に沿って矢印Ｂの方向へ往復移動する。これにより、揺動アーム３４は、軸部材３６を中心として、矢印Ｃの方向に回動する。この揺動アーム３４の挙動は、受部材３９から送り部１０の可動台１３に伝達される。即ち、伝達部３０は、カム２０のプロファイルによるスライドプレート３３および揺動アーム３４の挙動を、送り部１０の可動台１３に伝達することが可能である。ここで、送り部１０が送り方向とは逆方向へ移動する動作を「第１移動動作」と称する。一方、送り部１０が送り方向へ移動する動作を「第２移動動作」と称する。送り部１０は、カム２０の回転に伴う伝達部３０の回動動作により、上述した第１移動動作と第２移動動作とを交互に繰り返して行うものである。

加工部５０には、送り部１０により線材２が供給される。加工部５０では、例えば線材２を構成する銅線に被覆された樹脂被膜をその銅線から取り除く加工、線材２に凹みを設ける加工、線材２を所定の長さに切断する加工、または、所定の長さに切断された線材２をＵ字形に曲げる加工などが行われる。これらの加工により、線材２は、例えばコンダクタなどの加工品となる。

次に、カム用モータ４０および送り部用モータ１７の速度制御について説明する。
図５のグラフにおいて、実線Ｐは、送り部１０が有する第１、第２ローラー１１，１２による線材２の送り速度を示すものである。二点鎖線Ｑは、送り部１０が往復移動する速度を示すものである。一点鎖線Ｒは、加工部５０に対する線材２の移動速度を示すものである。
図５の縦軸は速度であり、送り方向を正の値とし、送り方向とは逆方向を負の値としている。図５の横軸はカム２０の回転角（以下「カム角」という）を示している。

実線Ｐに示すように、送り部１０が有する第１、第２ローラー１１，１２による線材２の送り速度は、Ｖ１にて一定である。即ち、第１、第２ローラー１１，１２は、送り部用モータ１７に駆動され、軸周りの一方向へ、一定の回転数で回転する。
二点鎖線Ｑに示すように、送り部１０が往復移動する速度は、カム角が０°から１８０°の間に負の値を示し、カム角が１８０°から３６０°の間に正の値を示している。即ち、送り部１０は、０°から１８０°の間に送り方向とは逆方向へ移動し、カム角が１８０°から３６０°の間に送り方向へ移動する。

また、本実施形態のカム２０は、カム曲線が変形等速度曲線となるプロファイルを有するものであり、送り部１０は、そのカム２０のプロファイルに応じて往復移動する。したがって、送り部１０の移動速度は、カム角θ１からθ２の間に一定の値−Ｖ１を示している。また、送り部１０の移動速度は、カム角θ３からθ４の間に一定の値Ｖ１を示している。
ここで、カム角θ１からθ２の間における送り部１０の移動速度−Ｖ１と、第１、第２ローラー１１，１２による線材２の送り速度Ｖ１とは、方向が逆向きであり、速さが同じである。すなわち、カム用モータ４０の回転数は、カム角θ１からθ２の間において、伝達部３０が送り部１０を移動する速さと、第１、第２ローラー１１，１２による線材２の送り速さとが同一になるように設定されている。

一点鎖線Ｒに示すように、加工部５０に対する線材２の移動速度は、実線Ｐで示した第１、第２ローラー１１，１２による線材２の送り速度と、二点鎖線Ｑで示した送り部１０の移動速度との和である。したがって、加工部５０に対する線材２の移動速度は、カム角θ１からθ２の間に絶対速度が０となる。また、加工部５０に対する線材２の移動速度は、カム角θ３からθ４の間に一定の値Ｖ２となる。なお、速度Ｖ２の速さは、速度Ｖ１の速さの２倍である。
すなわち、カム用モータ４０の回転数と送り部用モータ１７の回転数とは、カム角θ１からθ２の間に、加工部５０における線材２の絶対速度が０となるように設定されている。
これにより、加工部５０は、カム角θ１からθ２に移行する時間内に線材２を加工することが可能である。なお、本実施形態における「カム角θ１からθ２に移行する時間」は、特許請求の範囲に記載の「所定時間」の一例に相当する。

続いて、本実施形態の加工装置１により線材２の加工品を製造する方法について、図６等を参照して説明する。
この製造方法は、送り工程Ｓ１、伝達工程Ｓ２、供給工程Ｓ３、カム駆動工程Ｓ４および形成工程Ｓ５を含んでいる。なお、これらの工程Ｓ１−Ｓ５は、同時に実行されるものである。

まず、送り工程Ｓ１では、送り部１０により線材２を送り方向へ送る。この速度は、図５の実線Ｐで示したように、一定の速度Ｖ１である。
次に、伝達工程Ｓ２では、カム用モータ４０によりカム２０を回転し、そのカム２０のプロファイルによる挙動を、伝達部３０を経由して送り部１０に伝達する。
続いて、供給工程Ｓ３では、送り部１０が、上述した第１移動動作と第２移動動作を繰り返し行う。これにより、送り部１０が第２移動動作を行う際に、加工部５０に線材２が供給される。このとき、カム角θ３からθ４の間に送り部１０から加工部５０へ供給される線材２の速度はＶ２である。

次に、カム駆動工程Ｓ４では、カム用モータ４０がカム２０を軸周りの一方向へ連続して回転する。このとき、カム用モータ４０は、カム角θ１からθ２の間において、送り部１０の移動速度−Ｖ１と、第１、第２ローラー１１，１２による線材２の送り速度Ｖ１との速さが同じになるように、カム２０を回転する。これにより、カム角θ１からθ２の間、加工部５０に供給された線材２の絶対速度が０となる。
続いて、形成工程Ｓ５では、カム角θ１からθ２に移行する時間内に、加工部５０により線材２を加工する。これにより、加工品が形成される。

本実施形態の加工装置１は、次の作用効果を奏する
（１）本実施形態では、カム用モータ４０がカム２０を回転すると、そのカム２０のプロファイルによる挙動が伝達部３０を経由して送り部１０に伝達され、送り部１０は送り方向およびその逆方向へ往復移動する。そのため、カム用モータ４０と、送り部１０の第１ローラー１１を駆動する送り部用モータ１７との両方が加減速動作をすることなく連続回転するので、加工部５０へ線材２を供給する速度を速くすることができる。
また、カム２０は、カム曲線が変形等速度曲線となるプロファイルを有するので、伝達部３０が送り部１０を移動する速度と、送り部１０が線材２を送る速度とを、一定時間、逆向きで且つ同一の速さとすることが可能である。そのため、第１移動動作の途中でカム角がθ１からθ２に移行する一定時間、加工部５０における線材２の絶対速度が０になる。したがって、この加工装置１は、線材２に正確に加工を行うことができる。

（２）本実施形態では、送り部１０は、可動台１３、第１ローラー１１、第２ローラー１２、および送り部用モータ１７を有する。可動台１３に設けられた第１ローラー１１と第２ローラー１２とは、線材２送り方向へ送り出す。送り部用モータ１７は、第１ローラー１１を軸周りの一方向へ連続して回転する。
これにより、送り部用モータ１７が第１ローラー１１を加減速することなく連続回転するので、加工部５０へ線材２を供給する速度を速くすることができる。

（３）本実施形態では、送り部１０が有する第１プーリー１４は、第１ローラー１１と共に回転する。第２プーリー１５は、第１プーリー１４から離れた位置に設けられ、送り部用モータ１７からトルクが与えられる。ベルト１６は、第１プーリー１４と第２プーリー１５に巻き掛けられる。第３スプリング６３および第４スプリング６４は、ベルト１６に張力を与える。
これにより、加工装置１は、送り部用モータ１７を固定した状態で、第１ローラー１１および第１プーリー１４などを往復移動することが可能である。したがって、送り部用モータ１７の故障を防ぐことができる。

（４）本実施形態では、カム用モータ４０と送り部用モータ１７とは、カム角がθ１からθ２に移行する時間内に加工部５０における線材２の絶対速度が０となるように、両方のモータ４０，１７の回転数が設定される。
これにより、加工部５０と線材２とが静止した状態で線材２に加工をすることが可能になるので、加工部５０は線材２に対し正確に加工を行うことができる。

（５）本実施形態による加工品の製造方法により、線材２の高速加工が可能になると共に、線材２に対し正確に加工を行うことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図７を参照して説明する。なお、第２実施形態において、上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、カム２０は、円柱状のカム本体部２５の径方向の外壁に設けられた溝カム２６を有するものである。溝カム２６は、カム曲線が変形等速度曲線となるプロファイルを有する。また、カム用モータ４０は、カム本体部２５を軸周りの一方向へ連続して回転することが可能である。

伝達部３００は、棒状に形成されたものであり、一方の側３０１が溝カム２６に摺接し、他方の側３０２が送り部１０の可動台１３に固定されている。伝達部３００は、溝カム２６のプロファイルによる挙動を送り部１０の可動台１３に伝達することが可能である。そのため、第２実施形態においても、送り部１０は、カム２０の回転に伴い、送り方向とは逆方向へ移動する第１移動動作と、送り方向へ移動する第２移動動作とを交互に繰り返して行うことが可能である。

また、第２実施形態では、送り部１０に対して送り方向とは反対側に加工部５０が設けられている。この構成でも、送り部１０が有する第１ローラー１１および第２ローラー１２の回転により、加工部５０に線材２が供給される。
この第２実施形態も、上述した第１実施形態と同一の作用効果を奏することが可能である。

（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、ワークとして線材２を例にして説明した。これに対し、他の実施形態では、ワークは板状の金属または樹脂等でもよい。

（２）上述した実施形態では、カム用モータ４０と送り部用モータ１７とを異なる２個のモータとした。これに対し、他の実施形態では、カム用モータ４０および送り部用モータ１７を、１個のモータと、その１個のモータのトルクをカム２０と送り部１０にそれぞれ伝達するギアなどより構成してもよい。
このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・加工装置
１０・・・送り部
２０・・・カム
３０，３００・・・伝達部
４０・・・カム用モータ
５０・・・加工部

Claims (5)

1. ワーク（２）を所定の送り方向へ所定の送り速さで送る送り部（１０）と、
   カム曲線が変形等速度曲線となるプロファイルを有するカム（２０，２６）と、
   一方の側が前記カムのプロファイルに摺接し、他方の側が前記送り部に接続し、前記送り部が前記送り方向とは逆方向へ移動する第１移動動作、および、前記送り方向へ移動する第２移動動作を交互に行うように、前記カムのプロファイルによる挙動を前記送り部に伝達する伝達部（３０，３００）と、
   前記第１移動動作の途中の所定時間に前記送り部が前記送り方向とは逆方向へ移動する速さが前記送り速さと同一となるように、前記カムを軸周りの一方向へ連続して回転するカム用モータ（４０）と、
   前記送り部により供給される前記ワークを、前記所定時間内に加工する加工部（５０）と、を備えた加工装置。
2. 前記送り部は、
   前記送り方向およびその逆方向へ往復移動可能に設けられた可動台（１３）と、
   前記可動台に回転可能に設けられ、前記ワークを前記送り方向へ送り出すローラー（１１，１２）と、
   前記ローラーを軸周りの一方向へ連続して回転する送り部用モータ（１７）と、を有するものである請求項１に記載の加工装置。
3. 前記送り部は、
   前記ローラーと共に回転する第１プーリー（１４）と、
   前記第１プーリーから離れた位置に設けられ、前記送り部用モータからトルクが与えられる第２プーリー（１５）と、
   前記第１プーリーと前記第２プーリーに巻き掛けられたベルト（１６）と、
   前記ベルトに張力を与える付勢部材（６３，６４）と、をさらに有するものである請求項２に記載の加工装置。
4. 前記カム用モータと前記送り部用モータとは、前記第１移動動作の前記所定時間内に前記加工部における前記ワークの絶対速度が０となるように、回転数が設定される請求項２または３に記載の加工装置。
5. 送り部によりワークを所定の送り方向へ所定の送り速さで送る送り工程（Ｓ１）と、
   カム曲線が変形等速度曲線となるプロファイルを有するカムに一方の側が摺接し、他方の側が前記送り部に接続している伝達部により、前記カムのプロファイルによる挙動を前記送り部に伝達する伝達工程（Ｓ２）と、
   前記送り部が前記送り方向とは逆方向へ移動する第１移動動作と前記送り方向へ移動する第２移動動作とを繰り返し、加工部に前記ワークを供給する供給工程（Ｓ３）と、
   前記第１移動動作の途中の所定時間に前記送り部が前記送り方向とは逆方向へ移動する速さが前記送り速さと同一となるように、カム用モータにより前記カムを軸周りの一方向へ連続して回転するカム駆動工程（Ｓ４）と、
   前記所定時間内に、前記加工部により前記ワークを加工して加工品を形成する形成工程（Ｓ５）と、を含む加工品の製造方法。

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