(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、例えば曲面形状への加工に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５に掛け渡されたワイヤ８と、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６に押し付けることによりワークを所定形状に切断する。【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ワーク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ワークに押し付けることにより前記ワーク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、前記ノズルが前記ワーク切断加工域のワイヤ及びワーク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。
【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、ワーク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、ワーク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、多種のワークや多様な加工態様、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、多種のワークの切断加工や、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ワークに押し付け、ワーク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、ワーク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、ワークを保持しつつ、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ワークを移動させ、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ワーク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、大きなワーク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ワーク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ワークを保持しているだけなので、ワークの大きさと重量によっては、ワークの保持力に安定性を欠く。そのため、ワークの切断加工時に、走行するワイヤの反発力により、ワークがチャックより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、ワークを配置する場所が限定される。
【００１２】
したがって、本発明の課題は、ワイヤソー装置のワーク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、ワークの方位、方向に関係なく、多様な切断加工ができ、また、ワーク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、ワーク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ワーク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ワークに押し付けることにより前記ワーク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、前記ノズルが前記ワーク切断加工域のワイヤ及びワーク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。
【発明の効果】
【００１６】
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、ワークの形状、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ワークに押し付け、ワーク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。また、ワークを切断加工する際には、ロボットアームの動作によって、ガイドプーリのV溝のラジアル方向にワイヤのストレスが付加される一方で、V溝のスラスト方向にはストレスがかからないため、V溝の変形によりワイヤが断線するということも防止できる。
【００１７】
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。
【００１８】
また、ワークの種類、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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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、ツールチェンジャーの拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
図２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４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、加工切断する場合は、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）のカバーで覆われることが好ましい。
【００２４】
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。
【００２５】
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、ワーク６を切断加工していく。
【００２６】
図４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とは接近した状態で接続されるので、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。
【００２７】
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、対向するコネクタ同士も係合する。    
【００２８】
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、ワーク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、ワークを切断する際に、ワーク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、エアーがワーク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、ワークの切断加工面を冷却するエアーを排出しても良い。
【００２９】
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ワーク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、ワーク６の上面に押し付けられ（図3に示す）、回転可能なワイヤソーユニット３が、適宜、切断角度を調整し、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、所望の形状にワーク6を切断していく。
【００３０】
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、ワーク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ー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の寸法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。
【００３１】
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。
【００３２】
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】
【００３３】
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      ワーク
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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