JPH08318459A

JPH08318459A - ワイヤソー装置

Info

Publication number: JPH08318459A
Application number: JP16109796A
Authority: JP
Inventors: Kiyoaki Shimizu; 清彬清水; Toshio Nagahara; 外志夫長原
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1996-12-03
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JP2745459B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シーソー機構などを用いないで、ワイヤを往
復走行させるとともに、ワイヤを送り方向に少しずつ繰
り出せるようにする。【解決手段】切断用のワイヤ２を複数の加工ヘッドロ
ーラ１０、１１、１２に巻き掛け、これらの加工ヘッド
ローラ１０、１１、１２の間でワイヤ２を加工物１３に
押し当てながら直線方向に往復走行させることにより加
工物１３を切断するワイヤソー装置１において、上記加
工ヘッドローラ１０、１１、１２、送り方向上流側のテ
ンションローラ７および下流側のテンションローラ８を
１台の駆動モータ９により回転させ、この駆動モータ９
の回転方向を周期的に反転させるとともに、ワイヤ２の
送り方向の回転数を戻り方向の回転数よりも大きくし、
その回転数の差分だけワイヤ２を送り方向に定速で移動
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、ワイヤソー装置に関し、
特にワイヤ駆動用モータの制御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のワイヤソー装置は、例えば特公
昭５６−１９８号や特公昭５６−１９９号あるいは特開
昭６０−５３２７３号にみられるように、ワイヤを供給
リールより繰り出すとともに、このワイヤに走行方向の
往復直線運動を与えている。この直線往復運動は、主と
して、シーソー機構、遊星歯車機構、あるいはクランク
機構によって与えられる。

【０００３】すなわち、これらの機構は、切断動作中
に、往復揺動運動を繰り返すことによって、走行中のワ
イヤに走行方向に対し往復運動を与え、１単位の切断に
対しワイヤの送給量を少なく抑えている。

【０００４】ところで、このような機構が用いられる
と、ワイヤの巻き掛け状態が複雑になるほか、揺動機構
が複雑化するため、ワイヤソー装置が大型化することに
なる。このような状況から、前記のような機構に代わる
適切な往復運動手段が望まれている。

【０００５】

【発明の目的】したがって、本発明の目的は、従来のよ
うなシーソー機構などを用いないで、ワイヤを往復走行
させるとともに、ワイヤを送り方向に少しずつ繰り出せ
るようにすることである。

【０００６】

【発明の解決手段】上記目的の下に、本発明は、切断用
のワイヤを複数の加工ヘッドローラに巻き掛け、これら
の加工ヘッドローラ間でワイヤを加工物に押し当てなが
ら直線方向に往復走行させることにより加工物を切断す
るワイヤソー装置において、上記加工ヘッドローラ、こ
の加工ヘッドローラの上流側のテンションローラおよび
下流側のテンションローラを１台の駆動モータにより回
転させ、この駆動モータの回転方向を周期的に反転させ
るとともに、ワイヤの送り方向の回転数を戻り方向の回
転数よりも大きくし、その回転数の差分だけワイヤを送
り方向に定速で移動させることにより、ワイヤを往復走
行させながら送り方向に順次移動させるようにしてい
る。

【０００７】このように、ワイヤの往復走行は、駆動モ
ータの回転方向の制御および回転数の制御によって、電
気的な制御の分野で行えるため、往復走行の駆動手段お
よびその制御は、従来の機構に比較して、簡略化でき
る。しかも、その回転数の変化や回転方向の回転差など
も電気的な分野で簡単に変更できるため、各種の加工材
料に対し最も適切な切断条件の設定が可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】まず、図１は、ワイヤソー装置１
のワイヤ２の巻き掛け状態およびその駆動系を示してい
る。ワイヤ２は、左右一対のリール３、４に整列状態で
巻き付けられており、その間で左右一対の重り付きのダ
ンサーローラ５、６、テンションローラ７、８および正
面から見て三角形の頂点位置で３本の案内溝付の加工ヘ
ッドローラ１０、１１、１２に対し多重に巻き掛けられ
ている。２つの加工ヘッドローラ１１、１２の中間位置
で、ワイヤ２は、上昇方向への加工送り機構３０を有す
る加工台２９上の加工物１３に対し研磨砥粒を介して所
定の力で接しており、両者の相対運動により、そこに所
定の切り溝を形成していく。

【０００９】そして、一方のリール３は、トルクモータ
１４によって、ワイヤ２を送り出す方向に若干抵抗しな
がら駆動されており、また他方のリール４は、トルクモ
ータ１５によって、ワイヤ２を巻き付ける方向に駆動さ
れる。なお、これらのリール３、４には、図示しないト
ラバース機構が付設されており、その作用によって、ワ
イヤ２は、常に整列巻きの状態で、リール３、４の外周
に巻き付けられ、または巻き戻されていく。

【００１０】一方、一対のテンションローラ７、８は、
駆動モータ９によって駆動される関係にある。すなわ
ち、この駆動モータ９の回転は、一方の回転伝達経路と
して、中間軸１６、一対のギヤ１７、１８を介し、第１
の差動歯車機構２１の入力軸１９に伝達され、さらにそ
の出力軸２０を介し一方のテンションローラ７に伝達さ
れ、また他方の回転伝達経路として、途中でタイミング
ベルト・プーリ２３により分岐し、中間軸２４を介し他
方のテンションローラ８に伝達される。

【００１１】さらに上記中間軸１６の回転は、タイミン
グベルト・プーリ２５を介し、第２の差動歯車機構２２
の入力軸２６、その出力軸２７、タイミングベルト・プ
ーリ２８を介し、各加工ヘッドローラ１０、１１、１２
の駆動軸に伝達される。なお前記第１の差動歯車機構２
１および第２の差動歯車機構２２は、ともに第３の軸と
して制御軸３１、３２を備えており、その部分でそれぞ
れ可逆回転可能な張力制御モータ３３、位相制御モータ
３４に連結されている。

【００１２】次に、図２は、第１の差動歯車機構２１を
傘歯車列によって構成した例を示している。前記入力軸
１９の回転は、制御軸３１の停止中に、傘歯車３５、中
間の２つの傘歯車３６、出力軸２０の傘歯車３７によっ
て出力軸２０に逆方向の回転として伝達される関係にあ
る。上記中間の傘歯車３６は、これらの入力軸１９およ
び出力軸２０に対し直交する関係の軸３８によって、大
きな傘歯車３９に対し回転自在に支持されている。この
大きな傘歯車３９は、出力軸２０の周りに回転自在に支
持されており、制御軸３１側の傘歯車４０と噛み合って
いる。

【００１３】また、図３は、上記第２の差動歯車機構２
２の一例を示している。この第２の差動歯車機構２２
も、上記第１の差動歯車機構２１と全く同様に構成され
ている。そのため、図３は、その内部の具体的な構造を
図２と同一符号で示している。

【００１４】さらに、図４は、制御装置４１の構成を示
している。この制御装置４１は、メインコントローラ４
２の入力側で、操作盤４３に接続されており、また出力
側の部分で、制御ユニット４４、４５、４６、張力制御
ユニット４７および位相制御ユニット４８に接続されて
いる。これらの制御ユニット４４、４５、４６は、それ
ぞれ駆動モータ９、トルクモータ１４、１５のドライバ
４９、５０、５１に接続されている。また、張力制御ユ
ニット４７および位相制御ユニット４８は、ともに入力
側で２つのテンションセンサー５２、５３に接続されて
おり、また出力側で張力制御モータ３３、位相制御モー
タ３４のドライバ５４、５５にそれぞれ接続されてい
る。

【００１５】例えば半導体など円柱状の加工物１３は、
加工台２９の上に切断方向とワイヤ２の方向とを一致さ
せた状態で固定され、加工送り機構３０の上昇送り作用
によって上昇し、切り始め位置でワイヤ２と接する。こ
れと同時に、接触部分に砥粒が供給される。

【００１６】この状態で、駆動モータ９が起動すると、
その回転は、中間軸１６、タイミングベルト・プーリ２
５、第２の差動歯車機構２２およびタイミングベルト・
プーリ２８を介し、３つの加工ヘッドローラ１０、１
１、１２に伝達される。また中間軸１６の回転は、ギヤ
１７、１８、第１の差動歯車機構２１を介し、一方のテ
ンションローラ７に、さらにタイミングベルト・プーリ
２３を介し、他方のテンションローラ８にも、加工ヘッ
ドローラ１０、１１、１２と同じ方向の回転として伝達
される。

【００１７】そして、この駆動モータ９の回転方向は、
図５に示すように、一定の時間ｔ１で正転方向に回転
し、それに続く時間ｔ２で反転し、逆転方向に回転し、
１サイクルを完了し、これを繰り返していく。これらの
各回転方向での加速時間および減速時間は、同じに設定
されている。しかし、一定の速度の時間は、時間ｔ１の
部分で長く、またそのあとの時間ｔ２の部分で短く設定
されている。この結果、ワイヤ２は、図６に示すよう
に、正転方向の多い回転数と、それに続く逆転方向の少
ない回転数を周期的に繰り返し、１サイクル当たり、そ
の回転差（時間差）に相当する送り量Ｌで、送り出し方
向に順次供給されていく。

【００１８】このようにして、ワイヤ２は、直線方向に
往復走行し、その往復運動の過程で加工物１３に複数の
平行な切り込みを形成していく。この切り込みが進行す
る過程で、加工台２９は、加工送り機構３０によって、
少しずつ上昇し、走行状態のワイヤ２に対し加工物１３
を所定の力で押圧している。

【００１９】この間に、トルクモータ１４は、リール３
を送り出し方向に回転させることにより、ワイヤ２を送
り出し方向に繰り出している。一方、トルクモータ１５
は、所定のトルクでリール４を回転させることにより、
切断作用後のワイヤ２を順次巻き取っていく。これらの
トルクモータ１４、１５は、それぞれ制御ユニット４
４、４５からの電圧制御によって、駆動モータ９の運転
と同期して起動し、また停止する。

【００２０】しかし、ワイヤ２が往復運動を繰り返しな
がら、間欠的に送られているため、切断位置でのワイヤ
２の移動量と、ワイヤ２の送り出し側あるいは巻き取り
側での移動量との間に、微妙な差が発生するが、それ
は、ダンサーローラ５、６の上下運動によって吸収され
る。また、駆動モータ９とトルクモータ１４、１５との
応答の差によるワイヤ２の遊びや巻き取り力の変動は、
トルクモータ１４、１５のスリップによっても吸収でき
る。

【００２１】このような切断加工中に、切断面の品質上
から、ワイヤ２の加工物１３に対する当接力は、常に一
定でなければならない。そのためには、ワイヤ２の適切
な張力の設定と維持とが必要となり、それは、張力制御
ユニット４７によって可能になる。すなわち、この張力
制御ユニット４７は、テンションセンサー５２またはテ
ンションセンサー５３からの信号を入力とし、その信号
と目標値との偏差に応じて、張力制御モータ３３を所定
の方向に必要な量だけ回転させ、一対のテンションロー
ラ７、８の間に位相差すなわち回転数の差を与える。具
体的には、駆動モータ９の回転が一方のテンションロー
ラ７に伝達される過程で、第１の差動歯車機構２１の入
力軸１９と出力軸２０との回転数が異なる方向で同一で
あれば、一対のテンションローラ７、８は、常に回転数
の差のない状態で回転している。このような状態は、張
力制御モータ３３を停止させることによって設定でき
る。

【００２２】今、制御軸３１が停止していると仮定すれ
ば、大きな傘歯車３９も停止しているため、入力側の傘
歯車３５の回転は、中間の傘歯車３６によって逆方向に
変換され、出力側の傘歯車３７に伝達比１の状態で伝達
される。ところが、張力制御モータ３３が所定の方向に
回転し、大きな傘歯車３９に出力軸２０と例えば逆方向
の回転を与え、その状態で停止すると、出力軸２０は、
入力軸１９に対し図７に示すように、位相角θだけ遅れ
た状態で回転し続ける。

【００２３】このため、送り出し側のテンションローラ
７は、巻き取り側のテンションローラ８に対し位相角θ
だけ遅れた状態で回り続ける。この結果、この一対のテ
ンションローラ７、８の間で、ワイヤ２は、位相角θに
相当する分だけ高い張力で張られることになる。また、
逆の操作すなわち大きな傘歯車３９を出力軸２０と同じ
方向に回転させれば、張力を低くすることができる。こ
のようにして、ワイヤ２は、切断の進行にともなう加工
物１３での切り口の変化にかかわらず、一定の張力で加
工物１３を切り込んでいくことになる。

【００２４】なお、この張力制御モータ３３は、パルス
モータであり、したがって、その張力制御ユニット４７
は、張力制御モータ３３に対し必要な補正方向の回転を
パルス数として与え、そのパルスに相当する分だけ張力
制御モータ３３を回転させ、その状態で自動的に停止さ
せる。このようにして、張力制御ユニット４７は、テン
ションセンサー５２、５３からの信号を入力とし、張力
制御モータ３３の回転方向および回転量を制御すること
によって、ワイヤ２の張力を目標値に自動的に補正して
いく。

【００２５】このような張力制御過程で、一対のテンシ
ョンローラ７、８と、３つの加工ヘッドローラ１０、１
１、１２との間に回転量の不整合が発生し、これが累積
すると、左右のテンションセンサー５２、５３の検出量
の差が次第に大きくなり、それはワイヤ２の一部に異常
な張力を発生させて、ワイヤ切断の危険につながる。こ
のような状態は、張力制御と同様に、テンションセンサ
ー５２、５３の信号差によって検出できる。

【００２６】そこで、このような不整合が発生した時点
で、位相制御ユニット４８は、位相制御モータ３４をい
ずれかの補正方向に回転させ、第２の差動歯車機構２２
の回転伝達比の調整により、一対のテンションローラ
７、８と３本の加工ヘッドローラ１０、１１、１２との
送り量の差を解消し、左右のテンションセンサー５２、
５３近辺のワイヤ２の張力をほぼ同じ値に保ち、正逆方
向のワイヤ２の走行中に何等かの原因によるワイヤ２の
張力変動があっても、それを充分に吸収できる状態に維
持する。ここでも、位相制御ユニット４８は、張力制御
モータ３３と同様に、パルス数の制御によって、位相制
御モータ３４の回転量を制御する。

【００２７】駆動モータ９が正転から逆転に移る際は、
所定の逆転トルクが掛かって、速度が下がり、停止点を
過ぎて逆転に変わり、所定の速度に達したときに、この
トルクが消滅する。その場合に、繰り出し、巻取り側で
は、トルクモータ１４、１５にも同時に逆転トルクが加
えられ、各リール３、４は、減速、停止、逆転の過程を
経過し、反転動作を行う。この場合の逆転トルクの大き
さは、リール３、４に残ったワイヤ２の量に関係して一
定ではなく、ワイヤ２が加工を開始してから、正逆転を
繰り返した回数に関連がある。

【００２８】メインコントローラ４２は、この回数と、
ワイヤ送り出し量とを計算して所要の指令を制御ユニッ
ト４５、４６に伝えている。したがって制御ユニット４
５、４６は、この指令と、駆動モータ９が反転動作を開
始したときの信号とをうけてドライバ５０、５１に所要
のトルク発生を指令している。

【００２９】繰り出し、巻取り側は、これを受けて適正
な逆転トルクで制御され、理論的にはワイヤ２のたるみ
や過度の緊張は発生しないはずとは言うものの、それで
も切断機構側で発生するわずかな速度変動および繰り出
し巻取り部自身で何等かの変動があると、ワイヤ２にわ
ずかのたるみや緊張が発生するので、この不都合をダン
サーローラ５、６が吸収しているのである。すなわちダ
ンサーローラ５、６はたるみが発生すれば、下降し、緊
張が起これば上昇する。

【００３０】そして、図示はないが、各ダンサーローラ
５、６と対をなすポテンシオメーターが各ダンサーロー
ラ５、６の位置を検出して、それぞれの制御ユニットに
フィードバックしているので、各制御ユニットは、これ
を受けてそれぞれのトルクモータ１４、１５に掛けるト
ルクを微調整して、ダンサーローラ５、６を原位置に復
帰するように動作している。この微調整は、駆動モータ
９が反転するときのほかに、定常回転中においても作動
している。このようにして、繰り出しおよび巻取り側で
は、ダンサーローラ５、６とフィードバック制御との作
用によって、常時ワイヤ２の繰り出し・巻取りの安定と
ワイヤ２の張力安定の動作を行なっている。

【００３１】

【発明の他の実施の形態】上記実施例は、一対のテンシ
ョンローラ７、８の駆動と、３本の加工ヘッドローラ１
０、１１、１２の駆動とを共通の駆動モータ９によって
行っている。そのため、駆動モータ９から駆動軸３０に
至る間で、第２の差動歯車機構２２が介在している。し
かし、これらの加工ヘッドローラ１０、１１、１２の駆
動源が駆動モータ９と別のものであれば、このような第
２の差動歯車機構２２は、省略できることになる。ま
た、上記実施例は、第１の差動歯車機構２１を傘歯車列
によって構成しているが、このような差動歯車機構は、
遊星歯車列などによって構成することもできる。

【００３２】

【発明の効果】本発明では、下記の特有の効果がある。
切断用のワイヤの送り方向の往復走行運動が駆動モータ
の回転方向および回転量の制御によって行われるため、
従来のような複雑なシーソー機構が必要とされず、ワイ
ヤの駆動系が簡略化できる。また、ラック・ピニオンあ
るいはクランク機構などの往復駆動機構がないため、機
械の振動が軽減され、その分加工精度が向上する。

【００３３】さらにワイヤの加工速度や加工送り、切断
過程を通してのワイヤ張力などのパターン制御が電気的
な分野で簡単に設定または変更できるため、加工物の材
料に最も適した加工条件で切断が可能となり、また切断
加工中のワイヤ断線などの事故も防止され、これによっ
て加工能率の向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるワイヤソー装置のワイヤの巻き掛
け状態および駆動系の概略的な斜面図である。

【図２】差動歯車機構のスケルトン図である。

【図３】差動歯車機構のスケルトン図である。

【図４】制御装置のブロック線図である。

【図５】駆動モータの回転制御のパターン図である。

【図６】ワイヤの移動状況の説明図である。

【図７図】一対のテンションローラ間の位相差の説明図
である。

【符号の説明】

１ワイヤソー装置２ワイヤ３リール４リール５ダンサーローラ６ダンサーローラ７テンションローラ８テンションローラ９駆動モータ１０加工ヘッドローラ１１加工ヘッドローラ１２加工ヘッドローラ１３加工物２１第１の差動歯車機構２２第２の差動歯車機構２９加工台３３張力制御モータ３４位相制御モータ４１制御装置４７張力制御ユニット４８位相制御ユニット５２テンションセンサー５３テンションセンサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】切断用のワイヤを複数の加工ヘッドロー
ラに巻き掛け、これらの加工ヘッドローラ間でワイヤを
加工物に押し当てながら直線方向に往復走行させること
により加工物を切断するワイヤソー装置において、上記加工ヘッドローラ、この加工ヘッドローラの上流側
のテンションローラおよび下流側のテンションローラを
１台の駆動モータにより回転させ、この駆動モータの回
転方向を周期的に反転させるとともに、ワイヤの送り方
向の回転数を戻り方向の回転数よりも大きくし、その回
転数の差分だけワイヤを送り方向に定速で移動させるこ
とを特徴とするワイヤソー装置。
【請求項２】前記請求項１のワイヤソー装置におい
て、送り方向の回転数と戻り方向の回転数の差を制御ユ
ニットからの信号により任意に設定できるようにしたこ
とを特徴とするワイヤソー装置。
【請求項３】切断用のワイヤを複数の加工ヘッドロー
ラに巻き掛け、これらの加工ヘッドローラ間でワイヤを
加工物に押し当てながら直線方向に往復走行させること
により加工物を切断するワイヤソー装置において、上記加工ヘッドローラ、この加工ヘッドローラの上流側
のテンションローラおよび下流側のテンションローラを
１台の駆動モータにより回転させ、上流側および下流側
のテンションローラの伝達経路に差動歯車機構を介在さ
せ、その差動歯車機構により加工ヘッドのワイヤにテン
ションを発生させることを特徴とするワイヤソー装置。
【請求項４】前記請求項３の差動歯車機構を、前記ワ
イヤの張力を検知するダンサーローラ機構からの信号に
応じて制御するようにしたことを特徴とするワイヤソー
装置。
【請求項５】切断用のワイヤを複数の加工ヘッドロー
ラに巻き掛け、これらの加工ヘッドローラ間でワイヤを
加工物に押し当てながら直線方向に往復走行させること
により加工物を切断するワイヤソー装置において、上記加工ヘッドローラ、この加工ヘッドローラの上流側
のテンションローラおよび下流側のテンションローラを
１台の駆動モータにより回転させ、この駆動モータと上
記加工ヘッドローラとの間に差動歯車機構を介在させ、
上流側のテンションローラと下流側のテンションローラ
との間の回転量の不整合を解消することを特徴とするワ
イヤソー装置。
【請求項６】前記請求項５の差動歯車機構を前記ワイ
ヤの張力を検知するダンサーローラ機構からの信号に応
じて制御するようにしたことを特徴とするワイヤソー装
置。
【請求項７】切断用のワイヤを複数の加工ヘッドロー
ラに巻き掛け、これらの加工ヘッドローラ間でワイヤを
加工物に押し当てながら直線方向に往復走行させること
により加工物を切断するワイヤソー装置において、ワイヤの巻き取り側のリールおよび繰り出し側のリール
の駆動に、任意のトルク設定が可能でワイヤの張力の急
激な変化も吸収できるトルクモータを使用したことを特
徴とするワイヤソー装置。
【請求項８】前記請求項７の巻き取り、繰り出しのリ
ールにおいて、リールを駆動するトルクモータのトルク
をリールの巻径の変化に対応して変化させ、ワイヤの巻
き取り、繰り出しが一定の張力で行われることを特徴と
するワイヤソー装置。
【請求項９】前記請求項７または請求項８の巻き取
り、繰り出しのリールにおいて、トルクモータのトルク
値がトルクモータの制御ユニットからの信号により設定
されることを特徴とするワイヤソー装置。
【請求項１０】前記請求項７、請求項８、または請求
項９の巻き取り、繰り出しのリールにおいて、巻径取り
側、繰り出し側のリール径を計算し、トルクモータにト
ルク設定値の信号を送ることを特徴とするワイヤソー装
置。