(57)【要約】      （修正有）【課題】ワイヤソーを用いてワークを加工切断する場合、多様な加工態様にも柔軟に対応できるようにする。【解決手段】ワイヤソー装置1は、多軸制御により、自在に移動可能な１台のロボットアーム２と、ロボットアーム２に接続されたワイヤソーユニット３と、ワイヤソーユニット3内に軸支された複数のプーリに掛け渡されたワイヤと8、プーリ間に設定されたワーク切断加工域20とを有している。ロボットアーム２を予め設定された方向に移動させながら、ワイヤソーユニット３のワイヤ８を走行させて、ワイヤ８を保持されたワークに押し付けることによりワークを所定形状に切断する。被加工物の種類によっては、ロボットアーム２もしくは、ワイヤソーユニット３を揺動させ加工切断を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多軸制御により、自在に移動可能な１台のロボットアームと、前記ロボットアームに接続されたワイヤソーユニットと、前記ワイヤソーユニット内に軸支された複数のプーリに掛け渡されたワイヤと、前記プーリ間に設定された被加工物切断加工域とを有し、前記ロボットアームを予め設定された方向に移動させながら、前記ワイヤソーユニットのワイヤを走行させて、前記ワイヤを保持された被加工物に押し付けることにより前記被加工物を所定形状に切断するワイヤソー装置において、前記ワイヤソーユニットは、少なくとも１つのエアーを噴射するノズルを有し、前記ノズルが前記被加工物切断加工域のワイヤ及び被加工物の切断加工面にエアーを噴射することにより、切断屑を除去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２】
前記ロボットアームの先端にツールチェンジャーを設け、前記ツールチェンジャーを介して前記ロボットアームとワイヤソーユニットとを脱着自在に構成したことを特徴とする請求項１に記載のワイヤソー装置。
【請求項３】
前記ワイヤソーユニットに回転軸を設け、前記回転軸を中心に、所定角度で前記ワイヤソーユニットを揺動させながら被加工物の切断加工を進めていくことを特徴とする請求項1、2のいずれかに記載のワイヤソー装置。
【請求項４】
前記ロボットアームを揺動させながら被加工物の切断加工を進めていくことを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載のワイヤソー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多関節で多軸制御可能なロボットアームを利用して、被加工物を切断加工するワイヤソー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一本のワイヤを複数本の溝ローラー間に巻回して形成されたワイヤ列にシリコンやサファイア等のワークを押し付けて切断するワイヤソー装置であって、ワイヤに、鋼線で形成された芯線にダイヤモンド等の砥粒が電着、レジン等で固定された固定砥粒ワイヤを用いた、固定砥粒方式のワイヤソー装置が知られている。
【０００３】
通常のワイヤソー装置の加工では、被加工物が加工送り装置によって、走行中のワイヤに対して加工送りされる。この加工送り方向は、一軸方向となっているので、多種の被加工物や多様な加工態様、例えば曲面形状への加工に柔軟に対応できない。
【０００４】
上記問題を解決するために、多種の被加工物の切断加工や、多様な加工態様を可能にする装置として、次のような各種のワイヤソー装置が提案されている。
【０００５】
２つの切断用ローラの間に懸架されたワイヤに対して、切断用ローラーの回転の中心線を、加工しようとする曲面に対して、垂直な状態で維持する。切断用ローラーの回転の中心線を加工方向において、仰角・俯角の方向に変化させ、切断用ローラーが曲面の仰角・俯角の変化に追従する。それに合わせて、ローラーに懸架されたワイヤを被加工物に押し付け、被加工物に曲面を形成する切断加工方法が行われている（例えば特許文献１）。
【０００６】
また、ロボットアームの先端に、被加工物を保持するチャックを備え、多軸制御可能なロボットアームが動くことで、被加工物を保持しつつ、ロボットアームの作業範囲内に設けられた、ワイヤの切断加工域に被加工物を移動させ、走行するワイヤに押し付け切断するワイヤソー装置もある（例えば特許文献２）。
【０００７】
さらには、２台の産業用ロボットのロボットアームの先端部にワイヤ案内ヘッドを備えたワイヤソー装置もある。両ワイヤ案内ヘッド間にワイヤが懸架され、ワイヤ案内ヘッドの動作範囲内に設置された被加工物にワイヤを押し付け、ロボットアームの動きに合わせ、切断加工していく（例えば特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−７３５４９号公報
【特許文献２】特開２０１４−１３３２７３号公報
【特許文献３】特開２０１４−１３６３０0号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示されたワイヤソー装置は、大きな被加工物の曲面形状への加工を特徴としている。それ故、ワイヤが懸架された左右の切断用ローラーが被加工物に干渉しないようにするためには、左右の切断用ローラーを、ある一定の距離以上をもって配置する必要がある。その結果、装置が大型になるという問題点がある。
【００１０】
特許文献２に開示されたワイヤソー装置は、ロボットアームが多軸制御可能で、回転自在なため、自由な動きが出来る。しかし、ロボットアームの基端がベースに取り付けられており、その先端に取り付けられたチャックの開閉で被加工物を保持しているだけなので、被加工物の大きさと重量によっては、被加工物の保持力に安定性を欠く。そのため、被加工物の切断加工時の負荷により、被加工物がチャックから脱落することがある。
【００１１】
特許文献３に開示されたワイヤソー装置は、２体のロボットアームがベース上に固定されている点と、各ワイヤーヘッドから懸架されるワイヤによって、一方のロボットアームがもう一方のロボットアームの動きに同期せざるおえない点を考慮すると、ロボットアームの可動範囲が限定される。その結果、被加工物を配置する場所が限定される。また、ロボットアーム同士の同期をとることが困難であり、制御が複雑になる問題がある。
【００１２】
したがって、本発明の課題は、ワイヤソー装置の被加工物の切断加工に際して、ロボットアームの可動範囲を広く確保し、その可動範囲であれば、被加工物の方位、方向に関係なく、多様な切断加工ができ、また、被加工物の種類やサイズに対しても、柔軟に対応出来るような、ワイヤソー装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題のもと、本発明は、ロボットアーム、ワイヤ、ワイヤソーユニット、ノズル、およびロボットの制御装置を有機的に組み合わせて、装置を構成し、被加工物の多種多様な加工態様に、対応が出来るようにしている。
【００１４】
すなわち、上述の課題を解決するために、請求項１の発明は、多軸制御により、自在に移動可能な１台のロボットアームと、前記ロボットアームに接続されたワイヤソーユニットと、ワイヤソーユニット内に軸支された複数のプーリに掛け渡されたワイヤと、前記プーリ間に設定された被加工物切断加工域とを有し、前記ロボットアームを予め設定された方向に移動させながら、前記ワイヤソーユニットのワイヤを走行させて、前記ワイヤを保持された被加工物に押し付けることにより前記被加工物を所定形状に切断するワイヤソー装置において、前記ワイヤソーユニットは、少なくとも１つのエアーを噴射するノズルを有し、前記ノズルが前記被加工物切断加工域のワイヤ及び被加工物の切断加工面にエアーを噴射することにより、切断屑を除去するようにしたことを特徴とするワイヤソー装置である。
【００１５】
また、請求項２の発明は、前記ロボットアームの先端にツールチェンジャーを設け、前記ツールチェンジャーを介して前記ロボットアームとワイヤソーユニットとを脱着自在に構成したことを特徴とする請求項１に記載のワイヤソー装置である。
【００１６】
また、請求項3の発明は、前記ワイヤソーユニットに回転軸を設け、前記回転軸を中心に、所定角度で前記ワイヤソーユニットを揺動させながら被加工物の切断加工を進めていくことを特徴とする請求項1、2のいずれかに記載のワイヤソー装置である。
【００１７】
また、請求項4の発明は、前記ロボットアームを揺動させながら被加工物の切断加工を進めていくことを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載のワイヤソー装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に関するワイヤソー装置では、回転自在な運動機能を備えたツールチェンジャーを介して、ロボットアームとワイヤソーユニットが接続されている。また、一体のロボットアームのため、被加工物の形状、大きさに合わせて、ロボットアームの交換が容易であり、装置の設置スペースもそれほど必要がない。さらには、ノズルから噴出されるエアーにより切断屑を除去する方式（乾式）を採用するので、洗浄目的で加工部に向けて放出される洗浄液を使わずに済み、コスト削減が可能となるし、洗浄液を廃棄する必要もなく、環境に配慮するものである。ロボットアームの動作で、ワイヤソーユニットが自由に移動出来るので、ワイヤソーユニットに懸架されたワイヤを被加工物に押し付け、被加工物を平面形状に切断加工するだけでなく、曲面形状に切断加工するといった多様な加工形態を実現できる。
【００１９】
加えて、ロボットアームの先端に設けられているワイヤソーユニットは、ロボットアームとワイヤソーユニット間を連結するツールチェンジャーを介しているため、脱着可能である。ワイヤ及びプーリを交換する際には、前記ワイヤソーユニットをロボットアーム本体から外すので、作業者が自身とより近い距離で細かい作業を行いやすい。そのため、メンテナンス性に優れている。
【００２０】
また、被加工物の種類、サイズによって、選択的にワイヤソーユニットや、ワイヤを容易に交換することが出来る。
【００２１】
特に、被加工物の種類によっては、単に、走行するワイヤを被加工物表面に押し付けるだけでは加工切断が困難な場合がある。そのような場合、ロボットアームもしくは、ワイヤソーユニットを揺動させた方が、容易に切断加工が可能となる。一般的に、被加工物のサイズにより被加工物の接触長さが大きくなると、ワイヤの負荷が増加し加工精度が低下する。しかし、ワイヤの接触を点接触に近づけるようにすることで、加工点に集中的に圧力がかかり、ワイヤの負荷が減少し、加工精度の低下を抑制する。また、揺動するワイヤソーの動作により切断屑も溜まりにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る、ワイヤソー装置の一部破断全体図である。
【図２】本発明に係る、ワイヤソーユニットの拡大平面図である。
【図３】本発明に係る、図２のＡ-Ａ方向拡大正面図である。
【図４】本発明に係る、図２のＡ-Ａ方向拡大正面図の揺動動作である。
【図５】本発明に係る、ツールチェンジャーの拡大断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明に係る、被加工物である通気性部材の保持方法を表す説明図であり、（ｂ）は、本発明に係る、ワイヤソーユニットを揺動させながら、ハニカム部材の被加工物を切断加工する方法を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
図１は、本発明のワイヤソー装置１の一部破断全体図である。
【００２５】
ワイヤソー装置１は、ロボットアーム２の先端部に連結されたツールチェンジャー７を介して、脱着自在に接続されたワイヤソーユニット３を有する。
【００２６】
図２、図３、図４によって示されるワイヤソーユニット３は、ロボットアーム２側のツールチェンジャー７（図５に示す）のオス部１８と、ワイヤソーユニット３側のツールチェンジャー７のメス部１９が図示しないプランジャー等の適宜の手段で係合し、ロボットアーム２に脱着可能に装着される。ロボットアーム２の内部モーター（図示せず）の稼働で、回転軸１５を駆動し、駆動制御装置（図示せず）により回転体１２の回転は適宜制御され、これにより、ツールチェンジャー７は回転可能となる。回転体１２の動きに合わせて、ツールチェンジャー７を介して、ワイヤソーユニット３も３６０度回転可能だが、実際、切断加工する場合は、駆動制御装置によって、回転角度が制御される。ワイヤソーユニット３の内部は、２つのガイドプーリ４ａ、４ｂと、複数の回転プーリ５と、回転プーリ５を回転させる駆動源（図示せず）が設けられている。ここでは、複数の回転プーリ５のうち少なくとも一つは、張力調整用のテンションプーリである。また、ワイヤソーユニット３の先端部に設けられるガイドプーリ４ａ、４ｂのV溝上を、ワイヤ８が通過し、ガイドプーリ４ａと４ｂ間に、切断加工域２０を形成する。ワイヤソーユニット３全体は、軽量で耐久性に優れた部材（例えば炭素繊維）のカバーで覆うことも出来る。
【００２７】
ワイヤソーユニット３内部の回転プーリ５に巻回されているワイヤ８は、無端状に形成される。ワイヤ表面にダイヤモンド等の砥粒が電着やレジン等で固定された固定砥粒方式のワイヤを用いることが好ましい。
【００２８】
ロボットアーム２は、基端がベース９上に取り付けられている。ロボットアーム２は、多軸制御可能で昇降、回転、移動自在の多関節である。ベース９を支点とし、ロボットアーム２の内部モーター（図示せず）によって稼働し、駆動制御装置（図示せず）により、ロボットアーム２の移動経路が制御される。制御されたロボットアーム2の動きによって、ワイヤ８はガイドプーリ４ａ、４ｂのV溝のスラスト方向ではなく、ラジアル方向に押し当てられ、被加工物６を切断加工していく。
【００２９】
図５は、ロボットアーム２とワイヤソーユニット３の脱着について、実施例の一つを示している。ロボットアーム２側に配置された回転可能な回転体１２の上には、ツールチェンジャー７の基板１７ａが取り付けられる。一方、ワイヤソーユニット３側に配置された接続ブラケット１１の上には、ツールチェンジャー７の基板１７ｂが取り付けられる。基板１７ａはオス部１８を、基板１７ｂはメス部１９をそれぞれ有しており、基板１７ａと基板１７ｂの当接時に、オス部１８がメス部１９と係合する。結果、ロボットアーム２と、ワイヤソーユニット３が脱着可能となる。ワイヤソーユニット３側のツールチェンジャー７の接続部は、接続ブラケット１１に形成される。すなわち、ツールチェンジャー７の接続が、接続ブラケット１１内で行われることとなり、ロボットアーム２とワイヤソーユニット３とは当接して係合されるので、ワイヤソーユニットが回転自在に移動してもツールチェンジャー７の接続部に掛かる負荷は少なくなる。
【００３０】
また、ツールチェンジャー７の基板１７ａ、１７ｂは、相互に対向する複数のコネクタを備えている。そのうち、コネクタ１３ａ、１３ｂはワイヤソーユニット３への給電用コネクタであり、コネクタ１４ａ、１４ｂはノズルへのエアー供給用コネクタである。オス部１８とメス部１９の係合と同時に、対向するコネクタ１４ａ、１４ｂ同士も係合する。    
【００３１】
ノズル１０はワイヤソーユニット３本体上面に配置されており、被加工物の切断加工面にエアーを吹きつけ、切断屑を吹き飛ばし除去する。エアーを排出する範囲の偏り防止のためには、ワイヤソーユニット３の中心線をはさんでほぼ対称に、１対のノズルを設けることが望ましい。ノズル１０の好適な配置位置としては、被加工物を切断する際に、被加工物に接触しないように、ワイヤソーユニット３の切断加工域に懸架されたワイヤ８よりも、ノズル１０のエアー吐出口が突出しない程度に設け、併せて、エアーが被加工物の切断加工面に十分に達する範囲内、すなわちワイヤソーユニット３の先端近くに設けることが望ましい。また、ノズル１０へのエアーの供給は、ロボットアーム２内部のエアー供給源（図示しない）がエアーを排出して行う。エアー供給源から排出されたエアーは、ロボットアーム２内のエアー供給用ホース１６を通過し、ツールチェンジャー７のエアー供給用コネクタ１４ａ、１４ｂを介して、前記コネクタに接続されたワイヤソーユニット３本体上部に配置された、エアー供給用ホース１６から、ノズル１０へ到達する。この場合において、好適な冷却機構をワイヤソー装置1に設けて、被加工物の切断加工面を冷却するエアーを排出しても良い。また、別途、切断屑を集塵する機能を備えても良い。例えば、図示しない吸引源をワイヤソー装置１内に配し、ノズル１０のうち一方を、切断屑を吸引可能としたり、ワイヤソー装置1にノズル１０とは別に、吸引ブロア装置を組み合わせることとする。そうすることで、切断屑の周辺への飛散を抑制し、汚染を減じることが可能となる。
【００３２】
上記の一連の構成により、本発明のワイヤソー装置１では、多様な加工態様に柔軟に対応出来る。ロボットアーム２の所定方向への動作によりワイヤソーユニット３が、適宜手段で保持されている被加工物６の位置まで移動する。ワイヤソーユニット３に懸架されているワイヤ８は、回転プーリ５の回転に合わせて循環走行する。ロボットアーム２の動きにより、ワイヤ８の切断加工域２０が、被加工物６の下面に押し付けられ（図４に示す）、回転可能なワイヤソーユニット３が、適宜、揺動角度を調整し、ノズル１０から排出されるエアーで切断屑を除去しながら、所望の形状に被加工物6を切断していく。
【００３３】
本発明のワイヤソー装置１では、昇降、回転、移動自在の多関節のロボットアーム２は自在な動きが可能であり、回転自在なワイヤソーユニット３との動きと連動して、被加工物を平面形状だけでなく、曲面形状に切断加工することが出来る。このような、柔軟な切断加工性能だけでなく、外部装置との連携性においても優れた面を有している。ロボットアーム２の可動範囲内であれば、方位方向を問わず、可動範囲内にある外部装置のサポートを受けることが可能である。それ故、本装置に余分な機構を付ける必要が無く、その機動性を落とすこともない。例えば、ロボットアーム２の可動範囲内に、ワイヤ８の線径を高速で検出可能な装置を設置する。ロボットアーム２の動きによって、ワイヤ８を前記装置のところまで、定期的に移動させれば、本発明のワイヤソー装置１自身が、ワイヤ８の摩耗を検知する機構を有さなくても、外部装置の検出データにより、ワイヤ８が摩耗によって断線する前に、自発的にワイヤ交換が可能となる。
【００３４】
また、本発明のワイヤソー装置１に余分な機構を付けないことにより、装置本体が簡素化され、大型化を防ぎ、設置場所の余分なスペースが不要となる。例えば、本装置を２台並べて同時に可動させ、その２台の間に、ワイヤ８の寸法検出装置を設置する。そうすることで、２台の本発明の装置で１台の前記検出装置を共有することも可能であり、限られた設置スペースでの作業効率が上がる。
【００３５】
次に、被加工物の種類に応じた切断加工の一態様として、図６（a）、（b）を参照し、本発明の実施形態を示す。例えば、軽量かつ高強度、衝撃吸収性に優れたハニカム部材の切断方法について言及する。
【００３６】
ハニカム部材は、多数の貫通孔がセル壁を隔てて長手方向に並設されている。貫通孔形状のため、通気性を有する。ハニカム部材の被加工物を切断加工する際には図６（a）のようなテーブル２１を用いる。テーブル２１は吸着孔２３を有しており、その保持面２１a上に、被加工物６が垂直方向に載置される。尚、被加工物６は、ハニカム部材の材質としては、例えば、アラミド繊維、アルミニウム等で構成されている。また、ハニカム形状の部材を炭素繊維強化樹脂（CFRP）で挟持したものであって良いし、ハニカム形状でなく、各種の通気性部材であっても良い。被加工物６は、テーブル２１よりも大きく形成される。テーブル２１より加工する部分がはみ出している方が、加工切断時にテーブル２１がワイヤソーユニット３と干渉しない。
【００３７】
当該テーブル２１では、被加工物６をテーブル２１上に載置した後、その上面を非通気性部材２２で覆う。その際、非通気性部材２２は、ナイロンシート、樹脂板等が用いられる。テーブル２１内部の吸引機構（図示しない）を稼働させると、テーブル２１の吸着孔２３を介して、非通気性部材２２が吸引され、テーブル２１に吸着する。被加工物６は通気性を有しているので、被加工物６上面を覆っている非通気性部材２２に働いている吸引力が被加工物６全体をテーブル２１に押し付ける。このように、テーブル２１に固定された被加工物６は、安定して切断加工出来る。
【００３８】
図４では、ガイドプーリ―４ａ、４bの正面が走行するワイヤ8を、被加工物６の下側表面に対向するよう、押し付けて切る態様が示されている。切断加工を進めると、ハニカム部材である被加工物６特有の中空形状のセル壁に、負荷がかかる。過度の負荷をかけ、中空形状を変形させないようにするためには、ワイヤソーユニット３を所定角度に揺動させながら、切断加工していくことが好ましい。別の切断加工条件によっては、ワイヤソーユニット３を揺動させずに、ロボットアーム２を揺動させてもよい。これら揺動加工切断を行うことで、バリの発生を抑制することが出来る。
【００３９】
ワイヤソーユニット3を揺動させる場合、例えば図４に示すように、ワイヤソーユニット３先端、正面に対して、ガイドプーリ４a、４ｂを縦置きに配し、駆動源（図示せず）はワイヤソーユニット3に設ける。このようにすれば、回転軸１５を支点に揺動出来るので、制御が簡素化できる。揺動角度は、駆動制御装置（図示せず）により制御可能である。図４では、ワイヤソーユニット３のコの字型の先端を上下に揺動させている。ガイドプーリ４a、４ｂが縦置きにされているので、V溝の垂直方向に負荷がかかるので断線しにくくなる。一方で、回転軸１５を支点として、ワイヤソーユニット３を左右平行方向に往復揺動させる場合は、ガイドプーリ４a、４ｂのV溝の垂直方向に負荷がかかるよう、ワイヤソーユニット３先端、正面に対して、ガイドプーリ４a、４ｂは横置きに設けた方が好ましい。ガイドプーリ４a、４ｂの置き方向は、揺動のさせ方によって適宜調整可能とする。それに合わせ、ガイドプーリ４a、４ｂ近くに設けられる回転プーリ５の配置態様も、適宜調整すれば良い。
【００４０】
一方、ロボットアーム2を揺動させる場合においては、揺動可能な機構であれば、特に限定されず、例えば、複数のリンクを互いに連結する多関節のうち、少なくとも１つの関節にアクチュエータを備え、揺動を実現してもよい。
【００４１】
結果として、ワイヤ8の揺動を発生させ、被加工物６に対するワイヤ８の接触長さが短くなり、被加工物６及びワイヤ８への双方の負荷が軽減され、被加工物６の中空形状のセル壁への負担が少なくなり、加工精度が安定する。
【００４２】
尚、本発明は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、各請求項に示した範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１      ワイヤソー装置
２      ロボットアーム
３      ワイヤソーユニット
４ａ    ガイドプーリ
４ｂ    ガイドプーリ
５      回転プーリ
６      被加工物
７      ツールチェンジャー
８      ワイヤ
９      ベース
１０    ノズル
１１    接続ブラケット
１２    回転体
１３ａ  給電用コネクタ
１３ｂ  給電用コネクタ
１４ａ  エアー供給用コネクタ
１４ｂ  エアー供給用コネクタ
１５    回転軸
１６    エアー供給用ホース
１７ａ  基板
１７ｂ  基板
１８    オス部
１９    メス部
２０    切断加工域
２１    テーブル
２１a    保持面
２２    非通気性部材
２３    吸着孔
【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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