(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的簡易な装置によって自由曲線を含めた切断軌跡を得ることができる切断機を提供する。【解決手段】リール４，５に巻回した切断用ワイヤ３を走行させると同時に、ＸＹテーブル２を制御して、このＸＹテーブルに載せたワークを切断用ワイヤに対して押圧しながらワークを切断する。リールは一対のリール４，５であり、この一対のリールに切断用ワイヤを巻回してリールを交互に駆動させる。あるいはリールは１個であり、このリールに対して１本の切断用ワイヤを巻回して正逆方向にリールを駆動させる。切断用ワイヤ３は一対のプーリを経由して走行し、これらプーリ間に出現する切断用ワイヤの直線部でワークを切断する。さらに、一対のプーリ間には、さらに一対のガイドプーリ６，７を設け、これらガイドプーリの間に出現する切断用ワイヤの直線部８でワークを切断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リールに巻回した切断用ワイヤを走行させると同時に、ＸＹテーブルを制御して、このＸＹテーブルに載せたワークを前記切断用ワイヤに対して押圧しながら前記ワークを切断することを特徴とした切断機。
【請求項２】
リールは一対のリールであり、この一対のリールに切断用ワイヤを巻回して前記リールを交互に駆動させる請求項１に記載の切断機。
【請求項３】
リールは１個であり、このリールに対して１本の切断用ワイヤを巻回して正逆方向にリールを駆動させる請求項１に記載の切断機。
【請求項４】
切断用ワイヤは一対のプーリを経由して走行し、これらプーリ間に出現する切断用ワイヤの直線部でワークを切断する請求項１〜３のいずれか記載の切断機。
【請求項５】
一対のプーリ間には、さらに一対のガイドプーリを設け、これらガイドプーリの間に出現する切断用ワイヤの直線部でワークを切断する請求項４に記載の切断機。
【請求項６】
いずれか一方、あるいは双方のガイドプーリには歪ゲージが設けられ、ワークの加圧による切断用ワイヤからの応力を前記歪ゲージによって検出する請求項５に記載の切断機。
【請求項７】
歪ゲージの出力に応じてＸＹテーブルの駆動速度を制御する請求項６に記載の切断機。
【請求項８】
双方のガイドプーリにはＸ方向およびＹ方向の歪をそれぞれ検出する複数の歪ゲージが設けられ、ワークの加圧による切断用ワイヤからの応力を前記歪ゲージによって検出する請求項５に記載の切断機。
【請求項９】
双方の歪ゲージの出力から得たＸ方向およびＹ方向の歪についての出力に応じてＸＹテーブルの駆動速度を制御する請求項８に記載の切断機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばガラスやセラミックスを直線および自由曲線で切断するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からガラスやセラミックスなどのように比較的硬い材質の板を切断するには、高圧のジェット噴流として細いノズルから水を噴出させ、この水に研磨粉を混合してこれを対象物に衝突させるような方法が知られている。出願人も、このような装置を開発しており、例えばその構造に用いる超高圧ポンプについてもすでに技術の開示を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２８５０２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そして、このような装置を用いてガラスなどを切断する場合には、水に研磨粉を混合しているので、ガラスの研削粉と研磨粉が大量に出現する。そして、これらは分離して再利用することが困難なので産業廃棄物として廃棄しなければならないという問題がある。
【０００５】
しかも、水流によって切断するのであるから利用するポンプは超高圧を発生するものを必要とし、装置全体としてコストが高くつくという課題がある。
【０００６】
本発明は上述した従来技術の課題を解決することを一つの目的とするもので、比較的簡易な装置によって自由曲線を含めた切断軌跡を得ることができる切断機を開示するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、上述した目的を達成するための手段として、リールに巻回した切断用ワイヤを走行させると同時に、ＸＹテーブルを制御して、このＸＹテーブルに載せたワークを前記切断用ワイヤに対して押圧しながら前記ワークを切断するという手段を用いた。ここで、ワイヤは切断線として機能するが、表面にダイヤモンド粉末などを定着させることによってより切断効率を高める。リールはワイヤの回収、送り出し機能を有する。ＸＹテーブルは数値制御によってテーブルを二次元的に移動させる機能を有しており、直線のみならず曲線切断をも行うことができる。また、リールとしては一対のリールを採用し、この一対のリールに切断用ワイヤを巻回して前記リールを交互に駆動させるという手段も用いる。この手段では一対のリールがワイヤの回収および送り出し機能を交互に行うことになる。一方、リールとしては１個のみで構成し、このリールに対して１本の切断用ワイヤを巻回して正逆方向にリールを駆動させるという手段を選択的に採用する。この場合、ワイヤは無端状であってもよいが、１本のワイヤの両端をリールに固定することもある。
【０００８】
さらなる手段として、切断用ワイヤは一対のプーリを経由して走行し、これらプーリ間に出現する切断用ワイヤの直線部でワークを切断するという構成も採用する。ここで、プーリによってワイヤの走行方向を変換することによって、リールの設置場所に自由度を持たせる。また、プーリ間の直線距離を調整することによって切断するワークに見合った直線を実現する。また、一対のプーリ間にはさらに一対のガイドプーリを設け、これらガイドプーリの間に出現する切断用ワイヤの直線部でワークを切断するという手段も用いた。ガイドプーリは切断用ワイヤの直線部をより確実に実現するものである。
【０００９】
さらに追加の手段として、いずれか一方、あるいは双方のガイドプーリに歪ゲージを設け、ワークをＸＹテーブルの移動によって加圧することで生じる切断用ワイヤからの応力の方向および大きさを前記歪ゲージによって検出するという手段も用いることとした。この手段では、歪ゲージはワイヤの張力が伝達されるガイドプーリの方向および大きさを検出するので、ワイヤに現在加えられている張力がどの程度であるかを絶えず監視することができる。また、歪ゲージの出力をＸＹテーブルの数値制御部にフィードバックすることによって、ＸＹテーブルの駆動速度を制御するという手段をも用いた。
【００１０】
さらに別の手段として、双方のガイドプーリにＸ方向およびＹ方向の歪をそれぞれ検出する複数の歪ゲージを設け、ワークの加圧による切断用ワイヤからの応力の方向を前記歪ゲージによってより正確に検出するという手段も用いた。かかる手段では、Ｘ方向およびＹ方向の歪を的確に検出するので、ワイヤの張力をより正確に監視することができる。また、双方の歪ゲージの出力からブリッジ回路を介して得たＸ方向およびＹ方向の歪についての出力をＸＹテーブルの数値制御部にフィードバックすることによって、ＸＹテーブルの駆動速度を制御するという手段をも用いた。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、上述した手段を用いているので、ワークを載せたＸＹテーブルを制御しながら切断用ワイヤを走行させるだけで、直線はもとより自由曲線に沿ってワークを切断することができ、非常に簡単な装置の切断機とすることができた。また、ワイヤの張力を絶えず監視しているので、ワイヤに過負荷がかかる前にＸＹテーブルの移動を制御することができ、不要なワイヤ切断という問題を有効に回避することができた。特にＸ方向およびＹ方向の歪を的確に検出することで、ＸＹテーブルの移動をより正確に制御することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態を、添付した図面に従って説明する。図１は本発明の切断機の一実施形態を簡略化して概念的に示したもので、１は被切断物であるワークである。ワーク１はＸＹ制御が可能なテーブル２に載せた状態で、数値制御でサーボモータを駆動することによって送り出される。ＸＹ制御可能なテーブル２は公知であり、この運動を数値制御によって行うことについても本発明では特に説明はしないが、公知のＸＹテーブルを利用することを前提とする。３は切断用ワイヤであり、このワイヤは一対の巻き取りリール４・５に必要な長さだけ巻回されている。そして、リール５を適宜な駆動装置によって回転駆動させることによってワイヤ３を一方のリール４から他方のリール５に向かって走行させる。反対に、リール４を駆動させればリール５に巻回されているワイヤ３がリール４の方向に走行することになる。これを順に繰り返すことによって、常時切断が可能となる。６・７は一対のプーリであって、６・７間に形成されるワイヤ３の直線部８が切断の作用部となる。この実施形態においてプーリ６・７を設けたのは、直線部８の距離を極力短くしてワイヤ３の不要なたわみ幅を減縮するためである。なお、一対のリール４・５間の距離がワイヤ３のたわみにとって十分に近い場合には、プーリ６・７を省略することもある。なお、ワイヤ３はワーク１を切断するための装置であるから、ワーク１が硬質の材料であればダイヤモンド粉を表面に定着した構成が最適である。反対に、切断目的のワーク１が柔らかいものであれば、定着させる研磨粉はダイヤモンドよりも硬度が低いものでも差し支えない。ワイヤ３として必要な条件は、ワーク１よりも高い硬度の表面を有し、かつ走行中の駆動力によって簡単に切れないことであり、これを満足する限り、特に詳細に限定するものではない。
【００１３】
図２はワーク１の切断中を示した図であり、一対のプーリ６・７間にワイヤ３が走行しているところにワーク１をＸＹテーブルによって押し付けながら切断している状態である。この場合、ＸＹテーブルの移動速度に応じてワイヤ３がワーク１の進行方向に撓みながら切断を行う。この場合、ワーク１はワイヤ３に対して押し付ける方向に力が与えられるが、ワイヤ３はいずれか一方のリール４あるいは５によって巻き取られているのでテンションがかかっており、撓みは両者の力のバランスによって発生する。なお、ワーク１の押し付けがワイヤ３の巻き取りテンションと比較して十分に強い場合には、撓み量が過大になりすぎるので、撓みが大きすぎればこれを検知して、ＸＹテーブルの進行速度を制御する。この点については後述する。
【００１４】
図３は、装置の別の実施例を示したもので、プーリ６・７間にさらに一対のガイドプーリ９・１０を設けたものである。ワイヤ３の撓み量は、テンションだけでなく直線長さにも関係するので、ガイドプーリ９・１０によって直線長さを可変としたものである。ガイドプーリ９・１０はワイヤ３の直線部８の間隔を自由に調整することができ、ワーク１の大きさに的確に対応することができる。図４はさらに別の実施例を示したもので、ワイヤ駆動用のリール１１は１個のみとしたものである。そして、ワイヤ３については引張り強度が高いものであれば無端状であってもよいが、それぞれの端をリール１１に対して逆巻きにして固定することもある。この場合には進行方向に対するワイヤ３の量が少なくなったときにはリール１１を逆回転させることによって作業は中断することなく行われる。なお、リール１１に対してワイヤ端をそれぞれ固定する場合にはワイヤ３の張力にむらが生じてたるみができることがあるが、プーリ６・７を矢印方向にバネ等で常時付勢することによって、たるみを抑制することができる。この構成は、図４の場合のみならず、図１あるいは図３の実施形態においても適用することができる。
【００１５】
次に図５、図６はガイドプーリ９あるいは１０の好ましい実施形態を示したものであり、２１ａ・２１ｂは一対のガイドプーリ、２２はガイドプーリ２１ａ・２１ｂを枢支している棒状のステー、２３はステー２２の基部２２ａを嵌入支持する鞘である。ステー２２の基部は、鞘２３の内部でビス２４によって一体に固定される。鞘２３の先端開口部には円筒方向に沿ってＮ本のスリット２５が設けられており、鞘２３の円筒を縦方向にＮ個に区分している。そして、同様に開口部周縁には樹脂テープ２６を介してリング２７が嵌められている。そして、リング２７の外周には歪ゲージ２８が設けられる。２９は歪ゲージ２８の出力線である。このような構成において、ガイドプーリ２１ａ、２１ｂ間をワイヤが走行している場合、ワーク１の切断中は絶えずＸＹテーブルの移動方向に向かってガイドプーリ２１が加圧されて力点として機能するが、ステー２２の先端部２２ａが鞘２３の内部で固定されて支点となるため、てこの原理によってこの力はステー２２を介してリング２７に作用する。そうすると、リング２７には内側から歪力が発生し、これを歪ゲージ２８によって検出する。実施形態では鞘２３は８本のスリット２５によって８分割されており、作用がリング２７に伝達しやすいように設定されている。そして、この歪を出力線２９からＸＹテーブルの制御装置（図示せず）にフィードバックすることによって、歪がしきい値を超えた場合にはＸＹテーブルの駆動速度を減速し、ワイヤに過負荷がかからないようにする。歪ゲージ２８は本実施形態ではいずれか一方のガイドプーリに対して１個だけ用いたが、例えば双方のガイドプーリを図５および図６と同一の構成とし、双方の歪ゲージを図７に示すようにブリッジ回路を構成することによって、差動出力を得ることができ、二次元的な歪方向に対するより微小な出力にも的確に対応することができる。言い換えると、このようにすることによってワークを直線的に切断する場合のみならず、曲線的な切断時であってもワイヤの走行方向が正逆いずれの場合であっても、過負荷の制御を適切に行うことができる。
【００１６】
なお、リング２７の素材は特に限定することはなく、ステー２２に加えられた外力を歪として確実に検知できるもので、かつ歪を吸収しない素材あれば樹脂製であっても金属製であってもよい。また、樹脂テープ２６はリング２７を確実に嵌めることと、ステー２２に一方向から応力が加えられたときに鞘２３が外側に広がろうとするが、そのときに生じるリング２７との間の摩擦力を吸収することを目的としたものであるから、これを阻害しない素材とする必要があることはもちろんである。
【００１７】
ところで、図５および図６に示した構造は、本実施形態のようなワイヤ３の張力に応じた歪を検出するのみならず、ガイドプーリ２１の実施形態を適宜変更することによって広く一般的な歪検出器として利用することも可能である。即ち、歪ゲージの取り付け位置によってＸＹ方向の二次元歪を検知できるのであるから、ガイドプーリに替えて軸方向に対して垂直面方向の回転面を持つ１つのローラであってもよく、さらにローラではなくガイド穴にワイヤを通す構造など、二次元方向から力を受けるアクチュエータと本実施形態のガイドプーリを置換することによって、その適用範囲を広くすることができる。
【００１８】
次に、図８および図９は、上下双方のガイドプーリ３０、３１に対して、それぞれ互いに９０度で交わるＸ方向およびＹ方向の双方向の歪を検出する歪ゲージを取り付けた実施形態を示したものである。３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂは上下それぞれの一対のガイドプーリ、３２は上のガイドプーリ３０を枢支している上ステー、３３は下のガイドプーリ３１を枢支している下ステーである。上ステー３２の上端部にはＸ方向に対向して一対の歪ゲージ３４（出力Ｘ１、Ｘ２）を、Ｙ方向にも対向して一対の歪ゲージ３５（出力Ｙ１、Ｙ２）を取り付ける。また、下ステー３３についても同様に、その下端部に、Ｘ方向に対向して一対の歪ゲージ３６（出力ｘ１、ｘ２）を、Ｙ方向にも対向して一対の歪ゲージ３７（出力ｙ１、ｙ２）を取り付けている。そして、各歪ゲージの出力について、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ｘ方向成分のブリッジ回路、およびＹ方向成分のブリッジ回路を構成し、出力Ｘおよび出力Ｙを得ることによって、二次元的な歪をより正確に得て、これをＸＹテーブルの制御装置にフィードバックして、極めて微小な歪出力に対しても、的確にＸＹテーブルの駆動を制御し、ワイヤに過負荷がかからないようにすることができる。具体的には、例えば直行するＸ軸およびＹ軸のそれぞれの出力Ｘおよび出力Ｙのベクトルを合成した合成出力Ｆを数式［数１］によって算出し、この合成出力をしきい値としてＸＹテーブルの駆動を制御することなどがある。また、この算出のための合成回路としては、例えば、オペアンプ等で具体的な演算回路を組むか、公知のアナログ掛け算器を用いるアナログ演算回路によるもの、又はワンチップマイコンやパソコンなどを利用して合成するデジタル演算回路によるものなどがある。これによって、立体的なものであって切断線が極めて複雑な曲線を描く場合に、また、ワイヤの走行方向が正逆いずれの場合であっても、ワイヤに対する過負荷の制御を極めて適切に行うことができるようになる。
【数１】
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【００１９】
なお、上記構成では、上下各ステー３２、３３について、Ｘ方向，Ｙ方向の歪をそれぞれ対向する２つの歪ゲージで検出したが、この方法を簡略化して、Ｘ方向，Ｙ方向の歪をそれぞれ１つの歪ゲージで検出し（例えば、出力Ｘ１、ｘ１、Ｙ１、ｙ１のみ）、他方には固定抵抗を用いてブリッジ回路を構成し、出力Ｘおよび出力Ｙを得て、上式による合成出力を用いて制御装置にフィードバックしてもよい。この場合も、高い精度でＸＹテーブルの駆動を制御することが可能であり、ワイヤの過負荷を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の切断機の概略図
【図２】同、別実施形態を示す概略図
【図３】同、さらに別の実施形態を示す概略図
【図４】同、別実施形態を示す概略図
【図５】ガイドプーリの具体例を示す一部縦断面図
【図６】同、ガイドプーリの横断面図
【図７】歪ゲージの回路図の一例
【図８】上下のガイドプーリにそれぞれ歪ゲージを設けた例を示す概略図
【図９】（Ａ）は上ステーの断面図、（Ｂ）は下ステーの断面図
【図１０】歪ゲージの信号から制御出力を得る例を示すブリッジ回路図
【符号の説明】
【００２１】
１  ワーク
２  テーブル
３  切断用ワイヤ
４、５  リール
６、７  プーリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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