JPH10124152A - 張力制御装置およびワイヤ放電加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤ放電加工装置等に用いられる張力制御
装置において、正確かつリアルタイムの張力制御を可能
として制御性の向上を図るとともに、制御装置自体の省
スペース化、配線の簡略化をなす。 【解決手段】 長手方向Ｆに走行するワイヤＷ等の条材
に与えられる張力を制御する張力制御装置３１にあっ
て、ワイヤＷに接触する張力検出軸である回転軸３６を
介してワイヤＷに生じる張力を検出する張力検出手段と
しての磁歪式トルクセンサ３２と、ワイヤＷに接触する
張力発生軸である回転軸３７を介してワイヤＷに張力を
発生させる張力発生手段としてのトルクモータ３３と、
磁歪式トルクセンサ３２による検出結果に基づいてトル
クモータ３３の出力を制御する張力制御手段としての制
御機構３４とを備え、回転軸３６と回転軸３７とを同軸
に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤ放電加工、
伸線加工、ワイヤカット、フープ加工、連続印刷等にお
いて、長手方向に走行する線材や板材等の条材に与えら
れる張力を制御する張力制御装置、および該張力制御装
置を備えたワイヤ放電加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤ放電加工や伸線加工、ワイヤカッ
ト、フープ加工、あるいは連続印刷など、線材や板材等
の条材をその長手方向に走行させつつ加工等を行う場合
において上記条材の張力を制御するには、従来ロードセ
ルを用いて上記条材が巻回された滑車等に作用する力を
測定したり、動滑車を用いてその位置を測定したりする
ことにより条材に生じる張力を検出し、これを張力発生
手段にフィードバックするようにしていた。

【０００３】例えば特開平７−３２８８４９号公報に提
案された図５に示すワイヤ放電加工装置においては、ワ
イヤＷがワイヤ供給ボビン１から回収箱２にかけて、複
数のプーリ３…に巻回されるとともに、送り出しサーボ
モータ４，５によって張力を与えられつつ走行可能に渡
されており、これら送り出しサーボモータ４，５の間
に、ワイヤＷが巻回される張力検出プーリ６Ａと変位計
６Ｂとを備え、プーリ６Ａの軸の撓みを変位計６Ｂによ
って測定してワイヤＷの張力を検出する張力検出手段６
が設けられている。なお、図中に符号７，７で示すの
は、ワイヤＷが上下方向に延びる部分に設けられたワイ
ヤガイドであって、当該ワイヤ放電加工装置では、これ
らのワイヤガイド７，７の間で、被加工物ＰとワイヤＷ
との間に放電パルスを印加して被加工物Ｐに放電加工を
施している。

【０００４】しかるに、このワイヤ放電加工装置では、
上記張力検出手段６による検出結果に基づき、上記送り
出しサーボモータ４，５の速度差を調整してワイヤＷに
張力を発生させ、この張力とワイヤＷの送り速度が所定
の設定値になったところで、サーボモータ４，５を同期
回転させて所定の張力が維持されるようになされてい
る。すなわち、このワイヤ放電加工装置においては、上
記送り出しサーボモータ４，５が張力発生手段を構成し
ており、この張力発生手段と上記張力検出手段６および
これらを制御する図示されない制御手段とが、ワイヤＷ
の張力を制御する張力制御装置を構成することとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成の張力制御装置を備えた上記ワイヤ放電加工装
置においては、上述のようにワイヤＷを送り出して走行
させる送り出しサーボモータ４，５が張力発生手段を構
成する一方、これらの間に渡されたワイヤＷの張力を張
力検出手段６によって検出していて、張力の検出位置と
所定の張力を与えるための張力発生位置とが異なる位置
にならざるを得ない。このため、張力検出手段６からの
検出結果に基づく張力発生手段へのフィードバックに遅
れが生じることが避けられず、ワイヤＷに与えられるべ
き所定の張力と実際にワイヤＷに与えられた張力とが微
妙に相違して正確な張力の制御が困難となってしまう。

【０００６】すなわち、このようにワイヤＷの張力検出
位置と張力発生位置とが異なることにより、張力検出位
置における検出結果に基づいて張力発生位置においてワ
イヤＷに与えられた張力が張力検出位置で検出されるま
での間に、張力発生位置ではさらにワイヤＷに張力が発
生し続けることになるので、結果的にワイヤＷに与えら
れる張力が所定の張力よりオーバーシュート気味となっ
てしまい、いわゆるリアルタイム制御が不可能となって
ワイヤＷへの正確な張力の付与が困難となってしまうの
である。さらに、張力検出手段６と張力発生手段とでそ
れぞれにプーリや回転軸を備えなければならないため、
可動部分が総合的に多くかつ大きくなってその重量も増
加し、張力の変化に対する制御の応答性が損なわれてリ
アルタイム制御が一層困難となったり、離れた位置にあ
る張力検出手段６および張力発生手段と制御手段とを電
気的に結線する必要が生じて、これらの装置への取り付
けスペースの確保や配線の取り回しが容易ではなくなっ
たりするといった機械構造的な問題も生じてしまう。

【０００７】本発明は、このような背景の下になされた
もので、その目的とするところは、上述のようなワイヤ
放電加工装置等に用いられる張力制御装置において、正
確かつリアルタイムの張力制御を可能として制御性の向
上を図るとともに、制御装置自体の省スペース化、配線
の簡略化をなすことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】ここで本発明の発明者等
は、上述のような張力制御装置にあっては、張力発生手
段においてプーリ等を介して条材に接触する張力発生軸
に生じるトルク等が、条材に生じる張力を直接反映して
いることに着目した。そして、この張力発生軸に張力検
出手段の検出軸を同軸に設けることにより、条材の張力
検出位置と実際に条材に張力を発生させる位置とを一致
させ、張力検出手段における検出結果をリアルタイムで
張力発生手段にフィードバックして正確な張力制御を行
うことが十分に可能であるとの知見を得るに至った。本
発明の張力制御装置は、このような知見に基づいて発明
されたもので、長手方向に走行する条材に与えられる張
力を制御する張力制御装置であって、上記条材に接触す
る張力検出軸を介して該条材に生じる張力を検出する張
力検出手段と、上記条材に接触する張力発生軸を介して
該条材に張力を発生させる張力発生手段と、上記張力検
出手段による検出結果に基づいて上記張力発生手段の出
力を制御する張力制御手段とを備え、上記張力検出軸と
上記張力発生軸とを同軸に設けたことを特徴とする。

【０００９】なお、上述したワイヤ放電加工装置のよう
に上記張力検出軸および上記張力発生軸が上記条材に接
触して回転する回転軸である場合には、上記張力検出手
段を磁歪式トルクセンサとするとともに、上記張力発生
手段をトルクモータとするのが望ましい。この張力検出
手段に用いられる磁歪式トルクセンサは、張力検出軸に
非接触で、そのトルク、すなわち条材に生じる張力の検
出が可能であり、検出時の誤差を抑えてより正確な張力
制御を図ることができる。また、張力発生手段をトルク
モータとすることにより、この張力発生手段自体によっ
て条材の送り出しが可能となるので、上述のように本発
明の張力制御装置をワイヤ放電加工装置のワイヤの張力
の制御に用いた場合には、万一ワイヤが切断されたとき
でも新たなワイヤの繰り出しを速やかかつ容易に行うこ
とが可能となる。さらに、このような事情から、本発明
の張力制御装置は、被加工物に対して走行可能に支持さ
れるワイヤにより上記被加工物に放電加工を施すワイヤ
放電加工装置において、上記ワイヤを条材として該条材
に与えられる張力を制御するのに用いて好適であり、本
発明のワイヤ放電加工装置はこうした事情をも鑑みてな
されている。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１ないし図３は、本発明の張力
制御装置およびこれを用いたワイヤ放電加工装置の一実
施形態を示すものである。本実施形態のワイヤ放電加工
装置においては、ワイヤ供給ボビン１１から供給された
ワイヤＷが、ダンパプーリ１２を介して張力制御プーリ
１３に一周巻回された後、ワイヤ押さえ１４および支持
プーリ１５を通り、給電ダイス１６およびダイスガイド
１７を備えたワイヤガイド１８，１８に案内され、さら
に支持プーリ１９、ピッグテールガイド２０、ワイヤ巻
きローラ２１およびピンチローラ２２を通って回収箱２
３に至るように掛け渡されて支持されており、上記張力
制御プーリ１３に連結された後述するトルクモータと、
ワイヤ巻きローラ２１に連結された定速巻き取りモータ
２４とにより、図中に符号Ｆで示す方向に走行可能とさ
れていて、ワイヤガイド１８，１８間で被加工物Ｐとワ
イヤＷとの間に放電パルスが印加され、被加工物Ｐに放
電加工が施される。なお、符号２５，２６で示すのはワ
イヤ断線検出用のセンサである。

【００１１】しかるに、このワイヤ放電加工装置におい
ては、ワイヤＷが一周巻回される上記張力制御プーリ１
３に、このワイヤＷを張力制御すべき条材として本実施
形態の張力制御装置３１が備えられている。本実施形態
の張力制御装置３１は、図２に示すように張力検出手段
としての磁歪式トルクセンサ３２と、張力発生手段とし
てのトルクモータ３３と、これらに接続される張力制御
手段としてのＩＣ基盤等の制御機構３４とから構成さ
れ、これらが一体となってユニット化されている。な
お、上記制御機構３４は、図１に示すようにワイヤ放電
加工装置の制御盤３５に接続されており、制御機構３４
と制御盤３５との間で信号を交換することにより、トル
クセンサ３２で検出されたトルクやワイヤＷの張力、あ
るいはトルクモータ３３により発生するトルクやワイヤ
Ｗに与えられる張力を制御盤３５に表示したり、逆にこ
の制御盤３５から張力制御装置３１における制御モード
をコントロールしたりすることが可能とされている。

【００１２】そして、本実施形態においては、図２また
は詳しくは図３に示すように、磁歪式トルクセンサ３２
の張力検出軸となる回転軸３６と、トルクモータ３３の
張力発生軸となる回転軸３７とが、同軸に設けられてい
る。すなわち、本実施形態では図３に示すように、トル
クセンサ３２の回転軸３６の一端にワイヤＷが巻回され
る上記張力制御プーリ１３が取り付けられるとともに、
他端はトルクセンサ３２から突き出して、そのままトル
クモータ３３の回転軸３７とされているのであり、言い
換えれば、軸線Ｏ方向に一体に延びる回転軸３６，３７
を介して、張力制御プーリ１３とトルクセンサ３２とト
ルクモータ３３とがこの順に直列に配設されているので
ある。なお、このように直列配設されてユニット化され
た本実施形態の張力制御装置３１は、その大きさが、上
記張力制御プーリ１３および回転軸３６の上記一端部分
を除いて、外径３５mm程度、軸線Ｏ方向の長さが１１０
mm程度に納められている。

【００１３】上記磁歪式トルクセンサ３２においては、
図３に示すように上記回転軸３６がベアリング３８，３
８によってその軸線Ｏ回りに回転可能にセンサ本体３９
に支持されており、この回転軸３６の外周面には、軸線
Ｏに対して４５°の角度で傾斜した「ハ」の字型（シェ
ブロン構造）の磁歪層４０が形成されて形状異方性が与
えられるとともに、センサ本体３９には上記磁歪層４０
を取り巻くように励磁・検出用コイル４１，４１が取り
付けられている。そして、ワイヤＷに生じる張力により
張力制御プーリ１３を介して回転軸３６にトルクが作用
すると、その方向および大きさに応じて磁歪層４０に引
張応力と圧縮応力とが作用して変形が生じ、これに伴い
磁歪層４０の透磁率が変化するので、この透磁率の変化
を励磁・検出用コイル４１，４１によって検出して図示
しない差動増幅器で差分することにより、回転軸３６に
作用するトルクを測定してワイヤＷの張力を検出するこ
とができる。

【００１４】しかして、本実施形態のワイヤ放電加工装
置において、ワイヤＷは、上述のように張力制御プーリ
１３に連結された張力制御装置３１のトルクモータ３３
と、ワイヤ巻きローラ２１に連結された巻き取りモータ
２４との回転により図中Ｆ方向に繰り出されて走行する
のであるが、巻き取りモータ２４は定速モータであるの
で、結果的にワイヤＷの張力は上記トルクモータ３３の
回転によって決定される。しかるに、上記張力調整装置
３１では、このトルクモータ３３の回転軸３７に一体同
軸とされた回転軸３６が磁歪式トルクセンサ３２の張力
検出軸とされており、すなわち張力検出位置と張力発生
位置とが一致しているので、張力制御プーリ１３を介し
てこのトルクセンサ３２により検出されたワイヤＷの張
力に基づいて、これを制御機構３４を介してトルクモー
タ３３にフィードバックすることにより、同じ張力制御
プーリ１３を介してワイヤＷに所定の張力を発生させる
ことができる。

【００１５】従って、本実施形態の張力制御装置３１で
は、磁歪式トルクセンサ３２による検出結果に基づいて
トルクモータ３３によりワイヤＷに与えられた張力を、
そのまま磁歪式トルクセンサ３２によって検出すること
が可能となり、フィードバックに遅れが生じることがな
いので、ワイヤＷに与えられる張力を遅滞なく速やか
に、かつきわめて正確に所定の張力に制御することが可
能となる。また、上記張力制御装置３１においては、同
軸の回転軸３６，３７により共通の張力制御プーリ１３
を介して張力検出と張力発生とを行っているので、ワイ
ヤＷの張力制御に必要とされる可動部分が少なく、重量
も小さくて済み、このためワイヤＷの張力の変化に対す
る応答性を向上させて、より確実なリアルタイム制御を
可能とすることができる。このため、上記構成の張力制
御装置３１を備えた本実施形態のワイヤ放電加工装置に
よれば、常に所定の張力をワイヤＷに正確に与えること
が可能となることによって、張力不足によってワイヤＷ
が弛んだりするのを防いで、より高精度のワイヤ放電加
工を行うことが可能となる一方、過度の張力がワイヤＷ
に作用してワイヤＷが断線してしまうような事態をも未
然に防止することができ、円滑かつ安定した加工を促す
ことができる。

【００１６】また、上記張力制御装置３１においては、
上述のように磁歪式トルクセンサ３２の回転軸３６とト
ルクモータ３３の回転軸３７とが同軸であって、共通し
た張力制御プーリ１３によりワイヤＷの張力検出と張力
制御とを行っているので、部品数が少なくて済み、装置
自体のコンパクト化を図ることができてワイヤ放電加工
装置への設置スペースの確保を容易とすることができ
る。しかも、張力検出位置と張力発生位置とが一致して
いることにより、張力検出手段としての磁歪式トルクセ
ンサ３２と張力発生手段としてのトルクモータ３３とを
隣接して配設することができ、制御機構３４を介しての
両者の接続を容易とすることができて、例えば本実施形
態の張力制御装置３１のようにこれらをユニット化する
ことが可能となるので、ワイヤ放電加工装置における配
線の取り回しなどをきわめて容易とすることができ、上
記効果とも相俟って当該ワイヤ放電加工装置における構
造の簡略化を図ることが可能となる。

【００１７】さらに本実施形態の張力制御装置３１で
は、張力検出手段が磁歪式トルクセンサ３２であるとと
もに張力発生手段がトルクモータ３３であり、いずれも
回転軸３６，３７を介して張力の検出と張力発生とを行
うため、張力発生・検出手段の構造の簡略化を図れると
ともに、張力検出軸と張力発生軸とを容易に同軸するこ
とが可能となる。しかも、張力検出手段としての磁歪式
トルクセンサ３２は、回転軸３２に非接触で回転軸に作
用するトルクの検出が可能であるので、接触による検出
誤差を防いで正確なワイヤＷの張力の検出を図ることが
できる。一方、張力発生手段をトルクモータ３３とする
ことにより、この張力発生手段自体によって条材である
ワイヤＷの送り出しが可能であり、従って万一ワイヤＷ
の断線等が生じた場合でも、このトルクモータ３３によ
ってワイヤＷを繰り出して掛け渡すことができ、断線の
際の復帰を短時間で容易に行うことができる。従って、
本実施形態の張力制御装置３１は、特にこのようなワイ
ヤ放電加工装置に用いて好適である。

【００１８】なお、本実施形態では上述のように張力検
出手段としての磁歪式トルクセンサ３２と張力発生手段
としてのトルクモータ３３とを、互いの回転軸３６，３
７を介して直列に配設したが、例えばこれを図４に示す
ように、磁歪式トルクセンサ３２とトルクモータ３３と
を互いに並列に配置するとともに、それぞれの回転軸３
６，３７をプーリ４２，４２およびベルト４３によって
連結するようにしてもよい。この場合の磁歪式トルクセ
ンサ３３の回転軸３６は、張力検出手段における張力検
出軸となるとともに、張力発生手段としてのトルクモー
タ３３からベルト４３を介して伝えられたトルクによ
り、張力制御プーリ１３を介してワイヤＷに張力を発生
させる張力発生軸ともなる。

【００１９】さらに、上記実施形態では上述のように張
力制御装置３１の張力発生手段をトルクモータ３３とし
て、この張力制御装置３１のトルクモータ３３とワイヤ
巻きローラ２１に連結された定速巻き取りモータ２４と
によりワイヤＷをＦ方向に走行させるようにしている
が、このトルクモータ３３とは別にワイヤＷの繰り出し
モータを設けて、張力制御装置３１のトルクモータ３３
は張力の制御だけに使用するようにしてもよい。さらに
また、上記実施形態では、条材としてのワイヤＷに張力
制御プーリ１３を介して接触する回転軸３６，３７の回
転により、ワイヤＷの張力を検出し、またワイヤＷに張
力を発生させるようにしているが、張力検出軸と張力発
生軸とが同軸に設けられているのならば、例えば張力検
出手段として上記従来のワイヤ放電加工装置の張力検出
手段６のように、プーリに連結された軸の撓みを変位計
によって測定してワイヤＷの張力を検出するようにして
もよく、また逆に張力発生手段においてプーリに連結さ
れた軸を変位させることによりワイヤＷに所定の張力を
発生させるようにしてもよい。また、上記実施形態の張
力制御装置３１の構成は、上述したワイヤ放電加工装置
の他、伸線加工やワイヤカット、フープ加工、あるいは
連続印刷等の加工装置における線材や板材等の条材の張
力制御にも適用することが可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の張力制御
装置によれば、張力検出手段における張力検出軸と張力
発生手段における張力発生軸とを同軸に設けることによ
り、検出手段による検出結果を速やかに張力発生手段に
フィードバックして、条材に与えられる張力をリアルタ
イムできわめて正確に制御することが可能となるととも
に、装置の省スペース化や配線取り回しの簡略化を図っ
て取り扱い性の向上を図ることができる。また、かかる
張力制御装置を備えた本発明のワイヤ放電加工装置によ
れば、張力不足によるワイヤの弛みや過度の張力による
ワイヤ断線等を防いで、きわめて高精度の放電加工を円
滑かつ安定して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のワイヤ放電加工装置の一実施形態を
示す概略構成図である。

【図２】 図１に示すワイヤ放電加工装置に用いられる
本発明の張力制御装置３１の一実施形態を示す概略構成
図である。

【図３】 図２に示す張力制御装置３１の一部破断図で
ある。

【図４】 本発明の張力制御装置の他の実施形態を示す
図である。

【図５】 従来の張力制御装置６を備えたワイヤ放電加
工装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１１ ワイヤ供給ボビン １３ 張力制御プーリ １８ ワイヤガイド ２１ ワイヤ巻きローラ ２３ 回収箱 ２４ 巻き取りモータ ３１ 張力制御装置 ３２ 磁歪式トルクセンサ（張力検出手段） ３３ トルクモータ（張力発生手段） ３４ 制御機構（張力制御手段） ３６ 回転軸（張力検出軸） ３７ 回転軸（張力発生軸） ４０ 磁歪層 ４１ 励磁・検出用コイル Ｗ ワイヤ（条材） Ｏ 回転軸３６，３７の軸線 Ｆ ワイヤＷの走行方向 Ｐ 被加工物

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長手方向に走行する条材に与えられる張
   力を制御する張力制御装置であって、上記条材に接触す
   る張力検出軸を介して該条材に生じる張力を検出する張
   力検出手段と、上記条材に接触する張力発生軸を介して
   該条材に張力を発生させる張力発生手段と、上記張力検
   出手段による検出結果に基づいて上記張力発生手段の出
   力を制御する張力制御手段とを備え、上記張力検出軸と
   上記張力発生軸とが同軸に設けられていることを特徴と
   する張力制御装置。
2. 【請求項２】 上記張力検出軸および上記張力発生軸は
   上記材料に接触して回転する回転軸であって、上記張力
   検出手段は磁歪式トルクセンサであるとともに、上記張
   力発生手段はトルクモータであることを特徴とする請求
   項１に記載の張力制御装置。
3. 【請求項３】 被加工物に対して走行可能に支持される
   ワイヤにより上記被加工物に放電加工を施すワイヤ放電
   加工装置であって、上記ワイヤを上記条材として請求項
   １または請求項２に記載の張力制御装置により該条材に
   与えられる張力を制御することを特徴とするワイヤ放電
   加工装置。