CN102632342B - 圆筒状工件切割装置 - Google Patents

Abstract

一种圆筒状工件切割装置，具有：保持部(1100)，在该保持部(1100)的外周面安装金属制的圆筒状工件(W)，该保持部(1100)在工件(W)的总长度上保持工件(W)；环状槽(1170)，其在保持部(1100)的外周面上隔开预定间隔而形成；激光照射部(1200)，其设置在与保持部(1100)面对的位置，向工件(W)照射激光；以及包覆部件(1171)，其设于环状槽(1170)的表面，防止利用激光切割工件(W)时飞散的金属微粒的附着。

Description

圆筒状工件切割装置

技术领域

本发明涉及圆筒状工件切割装置，将金属制的圆筒状工件切割成圆片状来形成金属环。

背景技术

关于圆筒状工件切割装置已经公知有这样的装置：使将金属制薄板的两端缘进行接合而得的圆筒状的工件旋转，同时利用激光将该工件切割成圆片状，从而形成金属环(例如参照专利文献1、2)。

【专利文献1】US2010/0200551

【专利文献2】JP-A-57-177986

利用具有圆筒状的外表面的工件保持部从内表面侧保持工件，并使工件保持部围绕圆筒的中心轴线旋转，由此实现工件的旋转。工件保持部在圆筒轴线方向设有多个切槽，其直径能够弹性变更。使工件的内表面与工件保持部的外表面相面对，并扩大工件保持部的直径，由此进行工件的保持。

在这样切割工件时存在以下问题，即，构成工件的金属由于激光的照射而熔融并作为飞溅物而飞散，或者再次凝固作为浮渣而附着在切割部分上。为了应对这些问题，过去采取这样的措施，即，设置阻止飞溅物的飞散的挡板，或者供给用于抑制熔融金属的产生的冷却介质。

例如，在专利文献1记载的圆筒状工件切割装置中，在保持圆筒状的工件并使其旋转的保持部件的侧壁形成冷却介质用通道，使冷却介质在该通道中流通来冷却工件，由此避免除切割部分之外的工件部分熔融，抑制浮渣和飞溅物的产生。

在这种装置中，利用吸嘴吸引通过向工件照射激光而产生的升华金属气体和熔融金属等、以及从喷嘴喷出的压缩空气和上述的冷却介质，由此使切割部位保持清洁。

但是，存在通过供给冷却介质和用吸嘴吸引也不能防止浮渣的附着的情况。进而，不可避免地产生的飞溅物通过切槽进入到工件保持部内，有可能妨碍工件保持部的直径顺畅扩大和缩小。

并且，飞溅物附着并堆积在工件保持部的环状槽中，保持部与工件或者金属环接触，因而存在阻止了工件或者金属环相对于保持部的移动，或者使得工件或者金属环受损的不良情况。

发明概要

本发明的实施方式涉及一种圆筒状工件切割装置，能够防止飞溅物附着在保持部的环状槽中。

并且，本发明的实施方式涉及一种圆筒状工件切割装置，能够防止由于飞溅物而妨碍工件保持部的直径的顺畅扩大和缩小。

另外，本发明的实施方式涉及一种圆筒状工件切割装置，能够降低浮渣的产生，并且容易没有障碍地进行飞溅物的收集。

附图说明

图1是第1实施方式的圆筒状工件切割装置的主视图。

图2是图1所示装置的保持部的剖视图。

图3(a)是图1所示装置的保持部件的剖视图，图3(b)是从基端部观察保持部件时的图，图3(c)是表示保持部件的第1切槽的图，图3(d)是表示保持部件的第2切槽的图。

图4(a)是表示图1所示装置的加工头、工件及集尘装置之间的位置关系的图，图4(b)是表示利用激光切割工件的状态的图。

图5(a)是表示在现有例中切割工件的情况的图，图5(b)是表示利用图1所示的装置切割工件的情况的图。

图6是表示利用图1所示的装置切割的工件的切割面的图。

图7是表示相对于图5(b)的切割示例的比较示例的图。

图8是表示按照图7的比较示例所示切割的工件的切割面的图。

图9(a)是表示第2实施方式的圆筒状工件切割装置中的工件、加工头及集尘装置的配置的图，图9(b)是沿图9(a)的B方向的向视图。

图10是表示第3实施方式的圆筒状工件切割装置中的工件、加工头及集尘装置的配置的图。

图11是第4实施方式的金属制薄板工件的切割装置的剖视说明图。

图12是第4实施方式的金属制薄板工件的切割装置的主要部分剖视图。

标号说明

31激光；100保持部；110保持部件；111第1切槽；112第2切槽；113环状槽；114薄片；120按压部件；200加工头(激光照射部)；130第1变径部件；140第2变径部件；300主轴；400马达；500正时带；600XYZ载物台；700集尘装置；1001金属制薄板工件的切割装置；1100保持部；1170环状槽；1171包覆部件；1200加工头(激光照射部)；W工件；θ预定的锐角。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。实施方式是发明的示例，不限定发明，实施方式中记述的全部特征及其组合未必是发明的本质性内容。

<第1实施方式>

图1是第1实施方式的圆筒状工件切割装置的主视图。如该图所示，该装置具有：保持部100，其保持圆筒状工件W，并能够围绕工件W的圆筒轴线旋转；加工头200(激光照射部)，其向经由保持部100而旋转的工件W照射激光，以将工件W切割成圆片状；主轴300，其与保持部100的基端部连接；以及马达400，其使主轴300旋转。

在马达400的旋转轴及主轴300分别设有未图示的带轮。正时带500架设在这些带轮之间，主轴300根据马达400的旋转而旋转。在保持部100的下方设有对在切割工件W时产生的飞溅物进行收集的集尘装置700。另外，利用马达400、主轴300、保持部100等构成旋转机构。

集尘装置700具有：集尘部701，其是上表面敞开的长方体形状的箱状部；以及平板状的反射部702，其使沿着预定方向飞散的飞溅物朝向集尘部701反射。集尘装置700的集尘部701位于保持部100的下方，反射部702被配置于能够朝向集尘部701反射预定方向的飞溅物的位置。

圆筒状工件切割装置还具有XYZ载物台600，该XYZ载物台600保持加工头200并使该加工头200沿X、Y、Z方向移动。在XYZ载物台600上设有测定工件W的直径的激光传感器800。圆筒状工件切割装置的控制部根据激光传感器800的输出，利用XYZ载物台600控制加工头200的X轴方向位置，使得激光的焦点位置成为能够恰当切割工件W的位置。

工件W是将矩形状的金属制薄板的两端进行接合而形成为圆筒状的部件。工件W由圆筒状工件切割装置按照预定宽度进行切割，并加工成为构成CVT用金属带的金属环。金属制薄板例如采用厚度约为0.3～0.4mm的马氏体时效钢。

图2是沿包括旋转轴的面进行切割的保持部100的局部剖视图。如该图所示，保持部100具有：大致圆筒形状的保持部件110，其与工件W的内表面接触以支撑工件W；大致圆筒形状的按压部件120，其按压保持部件110的内壁；第1变径部件130及第2变径部件140，它们分别具有用于使按压部件120的直径变化的圆锥面(外锥面)131和141；连接杆150及卷簧160，它们用于调整第1变径部件130及第2变径部件140之间的位置。

图3(a)是保持部件110的剖视图，图3(b)是从图3(a)的左侧即基端侧观察保持部件110时的图。并且，图3(c)表示从与保持部件110的旋转轴垂直的方向上的保持部件110的外侧，观察从保持部件110的基端一直形成到前端附近的第1切槽111部分的情况。图3(d)表示同样从外侧观察从保持部件110的前端一直形成到基端附近的第2切槽112部分的情况。

第1切槽111及第2切槽112被交替配置了相同个数例如各8个，由此保持部件110在径向上弹性地自由伸缩。在保持部件110的外周侧，沿旋转轴线方向隔开预定间隔设有多个环状槽113。各个环状槽113与上述的第1切槽111及第2切槽112交叉。针对位于环状槽113上的工件W部分，利用加工头200进行激光的照射。

在保持部件110的内壁，从保持部件110的基端一直到前端设有用于堵塞第1切槽111及第2切槽112的带状薄片114。薄片114被设于各个第1切槽111及各个第2切槽112。为此，在保持部件110的内壁设有用于收纳薄片114的凹部115。

薄片114具有这样的功能，即，阻止通过激光的照射来切割第1切槽111及第2切槽112上的工件W时所产生的飞溅物，从第1切槽111及第2切槽112进入内侧。因此，作为薄片114采用这样的材质，即，具有不妨碍保持部件110伸缩的弹性、具有针对飞溅物的耐热性，而且不附着飞溅物。

关于这种材质的部件，例如有厚度约为0.5mm的特氟龙(注册商标)薄片。也可以是涂敷了特氟龙(注册商标)的薄片。

保持部件110的基端及前端的附近成为直径小于支撑工件W的支撑面的小径部116a和116b。在小径部116a和116b的周面上设有环绕该周面一周的周槽117a和117b。在周槽117a和117b内配置有使保持部件110收缩的O型圈118(图2)，对保持部件110向收缩方向施力。

在比周槽117a靠近基端侧的小径部116a的部分，跨越预定的角度范围设有沿着周向的凸部119。凸部119被设置在位于相互分离180°的位置的两个第2切槽112的基端侧的两处。

如图2所示，保持部件110经由被固定于主轴300的前端的两个圆环状的连接部件310和320而与主轴300连接。因此，连接部件320在保持部件110侧的端部具有环状的插入口321。插入口321的入口侧的外侧的周壁中，除了与凸部119对应的导入部之外，成为直径变小的小径部322。

以使凸部119与所述导入部对应的方式，将小径部116a嵌合在连接部件320的插入口321中并旋转保持部件110，由此利用小径部322阻止凸部119向轴向移动，保持部件110被固定于连接部件320。

按压部件120的外周面以能够按压保持部件110的内壁的方式与该内壁相面对。在按压部件120的基端侧的内侧设有与第1变径部件130的圆锥面131对应的圆锥面(内锥面)121。在按压部件120的前端侧的内侧设有与第2变径部件140的圆锥面141对应的圆锥面(内锥面)122。圆锥面121和122都是顶部侧朝向按压部件120的中心。

在按压部件120形成有从基端侧端面一直到前端附近的、沿着圆筒轴线方向的未图示的基端侧切槽。并且，同样形成有从前端侧端面一直到基端附近的、沿着圆筒轴线方向的前端侧切槽。基端侧切槽和前端侧切槽在周向上被交替地配置相同个数例如各12个，由此按压部件120在径向上弹性地自由伸缩。

第1变径部件130具有基端侧的圆柱状的部分、和位于该部分的前端侧并具有圆锥面131的圆锥台部分。该圆柱状部分的直径与该圆锥台部分的底面的直径相同，两个部分没有阶梯地连接。连接杆150在第1变径部件130的中心轴线上贯通。连接杆150的基端部被固定于第1变径部件130的基端部。

第2变径部件140具有圆锥台状的形状，并形成圆锥面141。连接杆150在第2变径部件140的中心轴线上贯通。卷簧160介入于第1变径部件130的圆锥台部分的顶部与圆锥台状的第2变径部件140的顶部之间，并向使两者分离的方向施力。连接杆150在卷簧160内通过。

在圆锥台状的第2变径部件140的底面固定有圆盘状的盖部件170。盖部件170的外周部设有能够与保持部件110的小径部116b嵌合的环状的嵌合槽171。

连接杆150贯通盖部件170的中心。利用在盖部件170的轴向外侧嵌合于相邻的连接杆150部分中的螺母180，能够调整第1变径部件130相对于盖部件170的位置。

主轴300利用支撑部件920支撑在基盘910(图1)上。轴承903介入于支撑部件920和主轴300之间。由此，主轴300能够围绕其旋转轴线自由旋转。

在主轴300中，在中心轴线上设有用于向保持部100供给空气的贯通孔330。在第1变径部件130的圆柱状部分与主轴300、第1连接部件310、第2连接部件320以及保持部件110的基端部之间形成有间隙。贯通孔330与该间隙连接。由此，形成从主轴300的贯通孔330通往保持部件110的第1切槽111和第2切槽112的空气供给路径340。

贯通孔330的与保持部100相反侧的端部与未图示的送气管连接。该送气管与供给作为冷却介质的压缩空气的压缩空气供给源连接。

图4(a)表示加工头200、工件W及集尘装置700之间的位置关系。图中的A表示工件W(保持部件110)的旋转轴线，R表示示出工件W的旋转方向的箭头，P1表示经由加工头200朝向旋转轴线A照射激光时的工件W上的照射位置，P2表示进行工件W的切割时激光在工件W上的实际照射位置。

在对工件W实施切割加工时，按照图4(a)所示控制加工头200的Y轴方向的位置，使得加工头200对工件W的激光的照射位置，成为比朝向工件W的旋转轴线A照射激光时的照射位置P1更靠近工件W的旋转方向R的上游侧的预定的照射位置P2。朝向旋转方向R的反方向即旋转方向R的上游侧切割工件W。

此时，按照图4(b)所示，将通过向照射位置P2照射激光来切割工件W的方向设为方向v1，该方向v1在包括照射位置P2的与旋转轴线A垂直的面内、在照射位置P2处与工件W的表面相切且是该表面移动的方向的反方向。

因此，如果将在照射位置P2处的激光的入射方向设为v2，则向量v1与v2所成的角度成为对应于照射位置P2的锐角θ。如果用激光向照射位置P2的入射角α表示，则θ＝90°-α。

在切割工件W时，加工头200以保持这种加工头200及工件W的位置关系的方式，按照图4(a)所示进行平移移动，从加工头200的光轴朝向工件W(保持部件110)的旋转轴线A的线L1上的位置移动到向Y轴的负方向移动了预定的距离D后的线L2上的位置。

根据工件W的厚度、旋转速度等条件，设定距离D以使得浮渣不易附着于切割部分。即，控制装置在进行工件W的切割之前，根据作为切割对象的工件W的厚度和旋转速度来取得距离D，并控制XYZ载物台600，使加工头200位于线L2上的位置。

距离D能够参照对应表来取得，该对应表是预先使用各种工件W，根据在各种条件下进行试验性切割而得到的试验数据生成的。试验数据包括各个试验时的工件W的材料、厚度、旋转速度、产生于工件W的切割波痕(drag line)的斜率、加工头200从在线L1上的位置向Y轴的负方向的移动距离d、附着于切割部分的浮渣的高度等。

另外，切割波痕指在利用激光切割工件W时产生的熔融金属凝固时形成于切割面的层状的线。切割波痕的斜率关系到由于激光而形成的切割部分的浮渣的附着量。可知切割波痕越垂直于工件W的表面，浮渣的附着量越少。

根据上述的试验数据，对各个工件W的每种材料生成对应表，该对应表使至少一条切割波痕的斜率、与该斜率对应的工件W的厚度、保持部件110(工件W)的旋转速度以及距离D相对应。表中包含的至少一条切割波痕的斜率采用浮渣的附着量较少时的值。

另外，也可以取代距离D，使与距离D对应的上述的入射角度α或锐角θ(＝90°-α)相对应。

入射角度α例如采用40°左右。在激光以这种入射角度α在照射位置P2照射工件W的情况下，由此产生的飞溅物如图4(a)所示基本上集中地向工件W的内侧方向d1及外侧方向d2这两个方向飞散。例如，在照射位置P2处的激光的入射角度α为40°的情况下，内侧方向d1与激光的照射方向所成的角度β为40°，外侧方向d2与激光的照射方向所成的角度γ为42°。

因此，集尘装置700采用具有能够高效捕获向这种方向飞散的飞溅物的捕获装置的装置。具体地讲，集尘装置700具有：作为飞溅物的捕获装置的集尘部701，其是上表面敞开的长方体形状的箱状部；以及平板状的反射部702，其使沿着外侧方向d2飞散的飞溅朝向集尘部701反射。

在如上所述工件的切割方向与激光的照射方向形成预定的锐角θ的情况下，飞溅物的飞散方向成为预定的方向。该方向是与从工件W上的激光的照射位置P2起一直到旋转方向R的上游侧的预定范围的工件W的表面面对的方向。因此，以处于该方向的范围内的方式来配置捕获装置。跨越预定范围的工件W的表面例如指包含于从照射位置P2起到工件W的中心角约为100°的范围内的表面。

即，集尘装置700被配置于这样的位置：使集尘部701位于保持部100的下方，使反射部702能够朝向集尘部701反射外侧方向d2的飞溅物。集尘部701具有能够没有妨碍地收集飞溅物的尺寸，该飞溅物是沿着内侧方向d1飞散并撞击保持部100而反射落下来的。反射部702具有能够使沿着外侧方向d2飞散的飞溅物没有遗漏地朝向集尘部701反射的尺寸。

在这种结构中，在进行工件W的切割加工时，首先将工件W安装在保持部件110上，并使工件W的内周与保持部件110的外周相面对。此时，保持部100如图2中的中心线C的下半部分所示，第1变径部件130和第2变径部件140分离，保持部件110处于经由O型圈118向径向收缩的状态。

然后，如图2中的中心线C的上半部分所示，旋转螺母180，第2变径部件140向第1变径部件130的方向移位。随之，卷簧160被压缩。由此，第1变径部件130和第2变径部件140向相互接近的方向移位，因而按压部件120的直径由于从第1变径部件130和第2变径部件140的圆锥面131及141承受的力而扩大。

在按压部件120的直径扩大时，保持部件110的内壁被按压部件120的侧面按压，保持部件110的直径扩大。此时，小径部116b嵌合在盖部件170的嵌合槽171中，保持部件110的前端经由O型圈118被固定于盖部件170。

由此，工件W被矫正变形，同时被保持部件110夹紧。然后，使螺母180向反方向旋转，借助卷簧160的反力，使第1变径部件130和第2变径部件140分离，使按压部件120的直径略微恢复原状或者恢复为初始时的直径。

然后，马达400被驱动。由此，工件W经由主轴300而旋转。工件W的旋转速度由圆筒状工件切割装置的控制部控制，例如被设定为沿着周向的30m/分～200m/分的速度。并且，从未图示的空气供给源开始供给作为冷却介质的压缩空气。

从空气供给源供给的压缩空气经由空气供给路径340被供给到保持部件110的第1切槽111和第2切槽112，再供给到环状槽113。此时，在上述的按压部件120的直径进行了恢复的情况下，在保持部件110与工件W之间存在若干间隙，因而所供给的压缩空气在该间隙中形成空气膜。

并且，这样压缩空气到达保持部件110的侧壁，该侧壁作为冷却效率良好的冷却部件发挥作用。另外，在上述的按压部件120的直径没有进行恢复的情况下，压缩空气进入到保持部件110与工件W之间，也形成空气膜。

与此对应，圆筒状工件切割装置的控制部根据所提供的工件W的材料和厚度、以及所要求的切割波痕的斜率和自身掌握的工件W(保持部件110)的旋转速度，参照上述的对应表来求出距离D。并且，控制XYZ载物台600，使加工头200按照图4(a)所示平行移动，以使加工头200的位置到达从线L1上的位置离开距离D后的线L2上的位置。

与此同时，控制部控制XYZ载物台600，将工件W的旋转轴线A的方向(Z轴方向)上的加工头200的位置，设定为向位于保持部件110的最前端侧的环状槽113上的工件W照射激光的位置。并且，根据激光传感器800的输出和距离D，将加工头200的Y方向位置设定为用于切割工件W的恰当位置。

然后，控制部控制加工头200，向旋转的工件W照射激光。工件W的被激光照射的部分的温度上升而熔融并被切断。在工件W旋转一周时，工件W的最前端侧的部分作为第1个金属环被与其它部分切离。另外，当在切割过程中产生的熔融金属凝固时，沿着激光在工件W上形成层状的线即上述的切割波痕。

在进行这种基于激光的切割时，通过激光的照射，工件W的一部分升华而产生的升华金属气体凝聚并附着于切割部分，或者熔融金属附着于切割部分，有可能产生浮渣的附着。利用在保持部件110与工件W之间形成的空气膜、或辅助气体从加工头200的喷出，来抑制这种浮渣的附着。

并且，此时按照图4(a)所示，通过激光的照射而熔融的金属，作为飞溅物向工件W的内侧方向d1及外侧方向d2飞散。向内侧方向d1飞散的飞溅物撞击保持部件110等而反射，并且落在集尘部701内。向外侧方向d2飞散的飞溅物由反射部702反射，并且落在集尘部701内。由此，利用集尘装置700没有障碍地收集飞溅物。

此时，向工件W的内侧方向d1飞散的飞溅物撞击薄片114，但借助从加工头200喷出的辅助气体、或从空气供给路径340供给到环状槽113中的压缩空气的清除(purge)作用，被没有障碍地排出，不会附着于薄片114。并且，由于薄片114的存在，飞溅物不会进入到保持部件110与按压部件120之间、及按压部件120的基端侧切槽或者前端侧切槽中。

图5表示将这样切割工件W的情况与过去的情况进行比较。图5(a)表示过去在加工头200位于图4(a)中的线L1上的状态下进行切割的情况。图5(b)表示加工头200移动到线L2上进行切割的本实施方式的情况。

在过去的示例中，如图5(a)所示，激光31以入射角度0°垂直入射到工件W。在这种情况下，激光31发挥作用将工件W切割，加工进行的部分32相对于工件W的表面倾斜。

因此，加工进行部分32的长度比较长，相应地产生比较多的熔融金属，所产生的熔融金属34滞留于切割部分33的时间也比较长。因此，熔融金属34成为浮渣而容易附着于工件W的切割部分33。另外，沿着加工进行部分32形成切割波痕，因而在图5(a)所示的过去的示例中，切割波痕在逆时针方向上相对于切割方向v1形成钝角。

与此相对，在本实施方式中，如图4(a)所示，加工头200位于距离线L1为距离D的线L2上，激光31沿着线L2进行照射。因此，如图5(b)所示，激光31以与距离D对应的入射角度α入射到工件W。即，激光的入射方向与切割方向v1形成预定的锐角θ＝(90°-α)。另外，图中的N是关于工件W的表面的法线。

在这种情况下，激光31发挥作用将工件W切割的加工进行部分32，与工件W基本垂直。因此，与图5(a)的过去示例相比，加工进行部分32的长度较短。即，由于加工而产生的熔融金属达到最小，熔融金属34滞留于切割部分33的时间也最短。

因此，熔融金属34被直接排出，不存在成为浮渣而附着于切割部分33的余裕。即，借助基于上述的在保持部件110与工件W之间形成的空气膜的清除作用和从加工头200喷出的辅助气体而顺畅排出。

图6表示按照本实施方式如图5(b)所示被切割的工件W的切割面41。图6中的虚线42表示沿着在工件W形成的切割波痕的线。在本实施方式中，如图6所示，在被切割的工件W形成的切割波痕的角度如虚线42所示，与工件W的表面基本垂直。并且，在切割面41的下部没有附着浮渣。

这样在第1个金属环的切割结束后，加工头200沿着工件W的轴向移动而位于与工件W中的下一个切割位置对应的位置。即，向对位于从保持部件110的前端侧起第2个环状槽113上的工件W照射激光的位置移动。

并且，在该位置再次与上述同样地照射激光来切割工件W，并形成第2个金属环。这样，在环状槽113上依次定位加工头200，并形成金属环。但是，在此期间，加工头200在Y轴方向上的位置始终被保持在如图4(a)示出的线L2上的位置。

图7表示针对本实施方式的比较例。在图7的比较例中，表示在从与本实施方式相反的方向入射激光时工件W被切割的情况。即，入射角度与图5(b)的情况相同是α，但激光的入射方向与切割方向v1形成钝角(＝90°+α)。并且，激光31发挥作用将工件W切割的加工进行部分32相对于工件W非常倾斜。

因此，与图5(b)的本实施方式相比，加工进行部分32较长。因此，因加工而产生的熔融金属增多，滞留于切割部分33的时间也延长。相应地，熔融金属34容易成为浮渣而附着于切割部分33。

图8表示按照该比较例所示切割的工件W的切割面61。在切割面61的下部附着有相当多量的浮渣62。并且，如沿着切割波痕的虚线63所示，切割波痕在逆时针方向上相对于切割方向v1形成较大钝角。

如以上说明的那样，根据本实施方式，使加工头200向工件W的旋转方向上游侧平移移动，如图4(b)所示，激光在照射位置P2处的切割方向v2与激光的照射方向v1形成预定的锐角θ(＝90°-入射角α)，因而能够减少由于激光的照射而产生的熔融金属，而且能够迅速排出熔融金属。因此，能够有效防止浮渣附着于切割部分。

另外，由于激光相对于工件W的入射角度达到期望的角度α，因而也可以考虑使加工头200转动来变更激光的照射方向的方法。但是，很难高精度地反复进行以下动作，即，将加工头200以能够转动的方式固定，并使加工头200围绕其转动的中心轴线准确倾斜预定角度而得到上述的入射角度α。这是因为不可避免地产生的加工头200的转动角度的调整误差随着远离转动的中心轴线而增大。

关于这一点，根据本实施方式，如图4(a)所示，能够容易且没有障碍地将入射角度设定为角度α，以便使加工头200从激光的照射方向成为朝向保持部件110的旋转轴线A的方向的线L1上的位置、向激光在工件W的入射角度达到角度α的线L2上的位置平移移动。

即，以使激光的照射方向成为朝向保持部件110的旋转轴线A的方向的方式，高精度地调整加工头200在线L1上的朝向及位置，由此能够利用简单的机构比较高精度地进行使加工头200从该位置向激光在工件W的入射角度达到角度α的线L2上的位置的平移移动。

并且，根据本实施方式，根据上述的对应表取得与待加工的工件W的材料、厚度、旋转速度等对应的、从线L1到线L2的距离D，使加工头200平行移动该距离来进行激光的照射，由此能够根据工件W的种类进行诸如产生期望的切割波痕的斜率的工件W的切割，并减少浮渣的附着量。

并且，以处于与从工件W上的激光的照射位置P2起一直到旋转方向R的上游侧的预定范围的工件W的表面面对的方向的范围内的方式，配置捕获装置(集尘部701、反射部702)，因而能够高效地进行飞溅物的收集。

如以上说明的那样，根据本实施方式，在保持部件110的内壁与按压部件120的外壁之间，设置有覆盖保持部件110的第1切槽111及第2切槽112的开口部的薄片114，因而能够阻止由于工件W的切割而产生的飞溅物进入保持部件110与按压部件120之间、以及按压部件120的基端侧切槽或者前端侧切槽中。因此，能够防止由于飞溅物而对保持部件110及按压部件120的直径的顺畅增减产生障碍。

<第2实施方式>

图9表示第2实施方式的圆筒状工件切割装置中的工件W、加工头200及集尘装置700的配置。图9(a)表示从上方观察时的配置。图9(b)表示从图9(a)中的箭头B方向观察时的情况。即，工件W的旋转轴线A的朝向被视为沿着竖直方向的朝向。

本实施方式的圆筒状工件切割装置的构成要素与图1的情况相同，但马达400、主轴300、保持部100等工件W的旋转机构构成为适合于旋转轴线A的朝向。工件W的位置以及加工头200相对于旋转方向R的位置关系与图4的情况相同。因此，在切割工件W时产生的飞溅物与图4(a)的情况同样地向工件W的内侧方向d1及外侧方向d2飞散。

集尘装置700如图9所示被设置于工件W的下方。由此，能够在集尘部701直接收集向工件W的内侧方向d1飞散、并在保持部件110反射而落下来的飞溅物S1，并且能够使向外侧方向d2飞散的飞溅S2由反射部702朝向集尘部701上反射并集尘。其它方面与第1实施方式的情况相同。

<第3实施方式>

图10表示第3实施方式的圆筒状工件切割装置中的工件W、加工头200及集尘装置700的配置。在该图中示出了从正面观察时的情况。本实施方式的圆筒状工件切割装置的构成要素与图1的情况相同，但加工头200被配置成为沿着竖直方向从上方照射激光。与此对应地来构成XYZ载物台600。

工件W的位置及加工头200相对于旋转方向R的位置关系与图3的情况相同。因此，在切割工件W时产生的飞溅物与图4(a)的情况同样地向工件W的内侧方向d1及外侧方向d2飞散。

集尘装置700如图10所示被设置在激光照射工件W的位置的下方。由此，能够在集尘部701直接收集向工件W的内侧方向d1飞散、并在保持部100反射而落下来的飞溅物S1，并且能够使向外侧方向d2飞散的飞溅物S2由反射部702向集尘部701上反射而集尘。其它方面与第1实施方式的情况相同。

<第4实施方式>

图11表示第4实施方式的金属制薄板工件的切割装置1001。如图11所示，切割装置1001具有：保持部1100，其保持圆筒状工件W，并能够围绕其圆筒轴线旋转；加工头(激光照射部)1200，其向经由保持部1100而旋转的工件W照射激光；主轴1300，其与保持部1100的基端侧连接；以及马达1400，其使主轴1300旋转。

金属制薄板工件的切割装置1001还具有：正时带1500，其进行马达1400及主轴1300之间的动力传递；以及管接头用管座1600，其用于经由主轴1300向保持部1100内部供给压缩空气。

工件W是将矩形状的金属制薄板的两端进行接合而形成为圆筒状的部件。利用金属制薄板工件的切割装置1001将工件W按照预定宽度进行切割，由此制造CVT用金属带。金属制薄板例如采用厚度约为0.3mm～0.4mm的马氏体时效钢。

保持部1100具有：大致圆筒形状的保持部件1110，其与工件W的内表面接触并支撑工件W；大致圆筒形状的按压部件1120，其按压保持部件1110的内壁；第1变径部件1130及第2变径部件1140，它们分别具有用于使按压部件1120的直径变化的圆锥面1131和1141；连接杆1150及卷簧1160，它们用于调整第1变径部件1130及第2变径部件1140之间的位置。

圆锥面1131从保持部件1110的基端部侧朝向前端部侧而逐渐缩径，圆锥面1141从保持部件1110的前端部侧朝向基端部侧而逐渐缩径。

在保持部件1110的基端侧一直到前端附近形成有沿着其圆筒轴线方向的未图示的第1切槽。并且同样从前端侧一直到基端附近形成有第2切槽。第1切槽及第2切槽被交替配置了相同个数，由此保持部件1110的直径能够弹性地自由伸缩。

在保持部件1110的外周面沿着全周隔开预定间隔设有多个环状槽1170。各个环状槽1170与上述的第1切槽及第2切槽交叉。保持部件1110经由被固定于主轴1300的前端的两个圆环状的连接部件1701和1702而与主轴1300连接。在连接部件1702的保持部件1110侧的端部设有环状的插入口1702a。

保持部件1110的基端附近成为直径小于支撑工件W的支撑面的小径部1111。小径部1111被嵌合于连接部件1702的插入口1702a中，从而保持部件1110被固定于连接部件1702。另一方面，保持部件1110的前端附近成为直径大于支撑工件W的支撑面的大径部1112。

按压部件1120的外周面以能够按压保持部件1110的内壁的方式与该内壁相面对。在按压部件1120的基端侧的内侧设有与第1变径部件1130的圆锥面1131相面对的圆锥面1121。另一方面，在按压部件1120的前端侧的内侧设有与第2变径部件1140的圆锥面1141相面对的圆锥面1122。

在按压部件1120，从基端侧端面一直到前端附近形成有沿着其圆筒轴线方向的未图示的基端侧切槽。并且，同样形成有从前端侧端面一直到基端附近的前端侧切槽。基端侧切槽和前端侧切槽被交替地配置相同个数例如各2个，由此按压部件1120的直径能够弹性地自由伸缩。

第1变径部件1130具有基端侧的圆柱状的部分、和位于该部分的前端侧并具有圆锥面1131的圆锥台部分。所述圆柱状部分的直径与所述圆锥台部分的底面的直径相同，两个部分没有阶梯地连接。连接杆1150在第1变径部件1130的中心轴线上贯通。连接杆1150的基端部被固定于第1变径部件1130的基端部。

第2变径部件1140具有圆锥台状的形状，并形成有圆锥面1141。连接杆1150在第2变径部件1140的中心轴线上贯通。卷簧1160介入于第1变径部件1130与圆锥台状的第2变径部件1140之间，并向使两者分离的方向施力。连接杆1150在卷簧1160内贯通。

具有与保持部件1110的内径对应的直径的圆盘部件1101，被固定于圆锥台状的第2变径部件1140的底面。圆盘状的盖部件1102被固定于圆盘部件1101的外侧。盖部件1102的直径大于保持部件1110的内径。因此，盖部件1102始终位于保持部件1110的端面上。

连接杆1150贯通圆盘部件1101及盖部件1102的中心。利用嵌合于连接杆1150的在盖部件1102的外侧相邻的部分中的两个螺母1103和1104，能够调整第1变径部件1130相对于盖部件1102的位置。

主轴1300利用支撑部件1302被支撑在基盘1301上。轴承1303介入于支撑部件1302和主轴1300之间。由此，主轴1300能够围绕其旋转轴线自由旋转。

在主轴1300的中心轴线上设有用于向保持部1100供给空气的贯通孔1311。在第1变径部件1130的圆柱状部分与主轴1300、第1连接部件1701、第2连接部件1702及保持部件1110的基端部之间形成有间隙。贯通孔1311与该间隙连通。由此，形成从主轴1300的贯通孔1311通往保持部件1110的第1切槽和第2切槽的空气供给路径1310。

在马达1400的旋转轴及主轴1300分别设有带轮1401和1304。正时带1500架设在带轮1401和1304之间。由此，主轴1300根据马达1400的旋转而旋转。

管接头用管座1600具有：主体部1620，其经由管接头1610与未图示的送气管连接；和管座部1630，其与主体部1620连接。管座部1630插入到贯通孔1311的与保持部1100相反侧的端部中。未图示的送气管与供给作为冷却介质的压缩空气的压缩空气供给源连接。

如图12所示，在环状槽1170的表面设有包覆部件1171。关于包覆部件1171，例如能够列举氟树脂、氮化硼覆膜或者铜板。所述铜板也可以是铜合金板。

下面，对第4实施方式的金属制薄板工件的动作进行说明。

在进行工件W的切割加工时，首先将保持部件1110从小径部1111侧插入于工件W直到工件W的端部与大径部1112接触。然后，将保持部件1110与连接部件1702连接。由此，工件W被金属制薄板工件的切割装置1001保持。

然后，旋转螺母1103和1104，由此第1变径部件1130向盖部件1102的方向移位。随之，卷簧1160被压缩。由此，第1变径部件1130和第2变径部件1140向相互接近的方向移位，因而按压部件1120承受经由第1变径部件1130和第2变径部件1140的圆锥面1131及1141使直径扩大的方向的力而扩大直径。

在按压部件1120的直径扩大时，保持部件1110的内壁被按压部件1120的侧面按压，保持部件1110的直径扩大。由此，工件W的变形被矫正。然后，使螺母1103和1104向反方向旋转，借助卷簧1160的反力，使第1变径部件1130和第2变径部件1140分离，使按压部件1120的直径略微恢复原状或者恢复为初始时的直径。

然后，马达1400被驱动。由此，工件W经由主轴1300而旋转。工件W的旋转速度由未图示的控制部控制，例如被设定为沿着周向的30m/分～200m/分的速度。

与此对应，未图示的控制部根据所提供的工件W的材料和厚度、以及所要求的切割波痕的斜率和自身掌握的工件W(保持部件1110)的旋转速度，使加工头1200平行移动。

然后，从加工头1200向工件W照射激光。工件W的被激光照射的部分的温度上升而熔融。由此，工件W的一部分作为金属环被与其它部分切离。

通过激光的照射，工件W的一部分成为熔融的金属的微粒而飞散。这种熔融的金属的微粒附着于环状槽1170的表面并凝固，因而有可能堆积于环状槽1170的内侧。

但是，根据第4实施方式的金属制薄板工件的切割装置1001，环状槽1170的表面被包覆部件1171覆盖。因此，借助包覆部件1171的作用能够防止这种金属的微粒附着于环状槽1170的表面，因此，通过吹气处理(air blowing process)能够容易去除在环状槽1170内凝固的金属的微粒。结果，能够防止工件W或者金属环相对于保持部1100的移动受阻，防止所述工件或者金属环受损。

另外，在第4实施方式中，也可以与第1实施方式同样地在保持部件1110的内壁与按压部件1120的外壁之间设置薄片部件，以阻止在切割工件W时产生的飞溅物从保持部件1110的切槽111、112进入内侧。

另外，在第4实施方式中，也可以与第1～第3实施方式同样地设置集尘装置。

另外，也可以与第4实施方式同样，在第1～第3实施方式中，在环状槽113设置包覆部件。

下面，示出关于第4实施方式的实施例和比较例。

(实施例1)

在环状槽1170的表面粘贴氟树脂板(株式会社Misumi生产、商品名：PTFEstandard)，由此设置由氟树脂构成的包覆部件1171。

然后，使用形成有包覆部件1171的金属制薄板工件的切割装置1001，按照上述的步骤进行30个工件量的工件W的切割。在所述切割之后，在进行吹气处理前后通过目视观察了环状槽1170的状态。

(实施例2)

在常温下向环状槽1170的表面吹出氮化硼涂敷剂(okitsumo株式会社生产、商品名：boron coat A)，并在常温下干燥5分钟，由此设置由氮化硼覆膜构成的包覆部件1171，除此之外具有与实施例1完全相同的结构。并且，与实施例1完全相同地观察了环状槽1170的状态。

(实施例3)

在环状槽1170的表面粘贴无氧铜板(C1020)，由此设置由铜板构成的包覆部件1171，除此之外具有与实施例1完全相同的结构。并且，与实施例1完全相同地观察了环状槽1170的状态。

(比较例)

在环状槽1170的表面粘贴不锈钢板(大同特殊钢株式会社制，商品名：NAK55)，由此设置由不锈钢构成的包覆部件1171，除此之外具有与实施例1完全相同的结构。并且，与实施例1完全相同地观察了环状槽1170的状态。

前述观察的结果是，在具有由氟树脂构成的包覆部件1171的实施例1、具有由氮化硼覆膜构成的包覆部件1171的实施例2、以及具有由铜板构成的包覆部件1171的实施例3中，在吹气处理后，几乎没有发现金属微粒附着于环状槽1170。尤其是在具有由氟树脂构成的包覆部件1171的实施例1中，在吹气处理之前也没有发现金属微粒附着于环状槽1170。

另一方面，在具有由不锈钢构成的包覆部件1171的比较例中，在吹气处理后，发现许多金属微粒附着于环状槽1170的表面。

因此，可知通过设置由氟树脂、氮化硼覆膜、铜板构成的包覆部件1171，能够防止熔融的金属附着于环状槽1170。

根据上述的实施方式，也可以是，圆筒状工件切割装置具有：保持部100、1100，在其外周面安装金属制的圆筒状工件W，并在工件W的总长度上保持工件W；环状槽113、1170，其在保持部100、1100的外周面上隔开预定间隔地沿着全周而形成；激光照射部200、1200，其设置在隔着工件W而与保持部100、1100相面对的位置，向工件W照射激光；以及包覆部件1171，其设于环状槽113、1170的表面，防止在利用激光切割工件W时飞散的金属微粒附着。

根据这种构造，保持部具有环状槽，因而在利用激光切割工件时产生的金属微粒飞散到环状槽中。此时，由于在环状槽的表面设有包覆部件，因而能够防止该金属微粒附着于环状槽内。因此，即使金属微粒堆积在环状槽内，也能够容易去除该堆积物，因而能够防止保持部与工件或者金属环的接触。

另外，包覆部件1171可以由氟树脂构成。包覆部件1171也可以由氮化硼覆膜构成。包覆部件1171还可以由铜板构成。

并且，根据上述的实施方式，也可以是，圆筒状工件切割装置具有保持金属制的圆筒状工件W的保持部100、1100，在使保持部100、1100旋转的同时向工件W照射激光，由此将工件W切割成圆片状而形成金属环，保持部100、1100具有：中空圆筒状的保持部件110、1100，其具有在径向上伸缩自如的圆筒状的外壁，利用该外壁从工件的内壁侧保持工件W；按压部件120、1120，其具有形成于内侧面的内锥面121、122、1121、1122和圆筒状的外壁，该外壁按压保持部件110、1100的内壁，以使该保持部件110、1100的直径增大；以及变径部件130、140、1130、1140，其具有与内锥面121、122、1121、1122对应的外锥面131、141、1131、1141，通过该外锥面131、141、1131、1141向轴向的移动，使按压部件120、1120的直径增大。也可以是，保持部件110、1100在周向上交替地设有第1切槽111和第2切槽112，第1切槽111沿着轴向从一个端部一直设置到另一个端部的附近，第2切槽112从该另一个端部一直设置到该一个端部的附近。也可以是，在保持部件110、1100的内壁与按压部件120、1120的外壁之间设置薄片部件114，以阻止在切割工件W时产生的飞溅物从保持部件110、1100的切槽111、112进入内侧。也可以是，按压部件120、1120在周向上交替地设置：沿着轴向从一个端部一直设置到另一个端部的附近的切槽、和从该另一个端部一直设置到该一个端部的附近的切槽，由此能够在径向上弹性地自由伸缩。

根据这种构造，由于设有薄片部件，因而能够阻止飞散到保持部件的切槽内的飞溅物再进入到按压部件的切槽等中。因此，能够防止由于飞溅物的进入而对保持部件和按压部件的伸缩产生障碍。

并且，根据上述的实施方式，也可以是，将金属制的圆筒状工件W切割成圆片状而形成金属环的圆筒状工件切割装置具有：保持部100，其保持圆筒状工件W；激光照射部200，其向由保持部100保持而旋转的工件W照射激光；位置控制机构600，其控制激光照射部200的位置，使得激光照射部200的位置成为这样的位置：在照射激光之前，工件上的该激光的照射位置处的工件的切割方向v1与该激光的照射方向v2形成预定的锐角θ；以及集尘装置700，其在进行工件的切割时进行飞溅物的收集，该飞溅物向与由位置控制机构600进行控制的激光照射部200的位置对应的方向飞散。

在通过照射激光来切割工件时，在切割面上形成有切割波痕。切割波痕指在熔融金属凝固时形成的层状的线。切割波痕的斜率关系到工件上的激光的照射位置处的工件的切割方向与激光的照射方向所成的角度。并且，切割波痕与工件表面的角度越接近垂直，浮渣的附着量越少。

因此，以使切割波痕与工件表面所成的角度尽量垂直的方式来选择上述的预定的锐角，并以此为目标来控制激光照射部的位置，由此能够减少浮渣的附着量。

这种预定的锐角能够通过将上述的切割方向与照射方向所成的锐角进行各种变化，并试验性地进行工件的切割，根据作为该试验的结果而得到的切割波痕的斜率和浮渣的附着量而得到。另外，预定的锐角是根据工件的材质和旋转速度、激光的强度等而不同的值。

在以形成这种预定的锐角的方式来照射激光的情况下，所产生的飞溅物朝向工件的内侧及外侧这两个方向基本上集中地飞散。这两个方向是根据预定的锐角而不同的两个角度的方向。向工件的内侧方向飞散的飞溅物撞击到使工件旋转的旋转机构而反射，并且向下方落下。向工件的外侧方向飞散的飞溅物如果没有障碍物，则沿着该方向飞散。

因此，通过控制激光照射部的位置，使其成为工件的切割方向与激光的照射方向形成预定的锐角的位置，从而能够将飞溅物的飞散方向限定为与该控制后的位置对应的两个方向。并且，通过在恰当的位置配置能够没有障碍地进行向这两个方向飞散的飞溅物的收集的形状及尺寸的集尘装置，能够高效地进行飞溅物的收集。

另外，也可以是，集尘装置700具有捕获向与激光照射部200的位置对应的方向飞散的飞溅物的捕获装置701、702。捕获装置701、702可以位于与工件上的预定的表面面对的范围内，工件上的预定的表面指该工件上的从由位置控制机构600进行了位置控制的激光照射部200向该工件上照射激光的位置起一直到旋转方向上游侧的预定范围的表面。

在控制激光照射部的位置以使工件的切割方向与激光的照射方向形成预定的锐角的情况下，飞溅物的飞散方向是与上述的工件上的预定的表面面对的方向。因此，根据上述的构造，由于捕获装置位于该方向的范围内，因而能够高效地进行飞溅物的收集。

Claims (4)

1.一种圆筒状工件切割装置，其具有：

保持部(100、1100)，在该保持部(100、1100)的外周面安装金属制的圆筒状工件(W)，该保持部(100、1100)在所述工件(W)的总长度上保持所述工件(W)；

环状槽(113、1170)，其在所述保持部(100、1100)的外周面上隔开预定间隔而形成；

激光照射部(200、1200)，其设置在与所述保持部(100、1100)相面对的位置，用于向所述工件(W)照射激光；以及

包覆部件(1171)，其设于所述环状槽(113、1170)的表面，防止利用激光切割所述工件时飞散的金属微粒的附着，

所述包覆部件(1171)由铜板构成。

2.一种圆筒状工件切割装置，其利用激光将金属制的圆筒状工件(W)切割成多个金属环，

该圆筒状工件切割装置具有保持工件(W)的保持部(100、1100)，

所述保持部(100、1100)具有：

中空圆筒状的保持部件(110、1110)，该保持部件(110、1110)具有在径向上伸缩自如的圆筒状的外壁，利用该外壁从工件的内壁侧保持所述工件(W)；

按压部件(120、1120)，其具有形成于内侧面的内锥面(121、122、1121、1122)和圆筒状的外壁，该外壁按压所述保持部件(110、1110)的内壁，以使该保持部件(110、1110)的直径增大；以及

变径部件(130、140、1130、1140)，该变径部件(130、140、1130、1140)具有与所述内锥面(121、122、1121、1122)对应的外锥面(131、141、1131、1141)，通过该外锥面(131、141、1131、1141)向轴向的移动，使所述按压部件(120、1120)的直径增大，

对保持于所述保持部(100、1100)而旋转的工件(W)照射激光的激光照射部(200)配置在比朝向工件(W)的旋转轴线(A)照射激光时的照射位置(P1)更靠近工件(W)的旋转方向(R)的上游侧的照射位置(P2)，

所述保持部件(110、1110)在周向上交替地设置有第1切槽(111)和第2切槽(112)，所述第1切槽(111)沿着所述轴向从所述保持部件(110、1110)的一个端部一直设置到另一个端部的附近，所述第2切槽(112)从所述保持部件(110、1110)的所述另一个端部一直设置到所述一个端部的附近，

在所述保持部件(110、1110)的内壁与所述按压部件(120、1120)的外壁之间设置有薄片部件(114)，该薄片部件(114)阻止在切割所述工件(W)时产生的飞溅物从所述保持部件(110、1110)的切槽(111、112)进入内侧。

3.根据权利要求2所述的圆筒状工件切割装置，所述按压部件(120、1120)在周向上交替地具有：沿着所述轴向从所述按压部件(120、1120)的一个端部一直设置到另一个端部的附近的切槽、和从所述按压部件(120、1120)的所述另一个端部一直设置到所述一个端部的附近的切槽，由此所述按压部件(120、1120)能够在径向上弹性地自由伸缩。

4.一种圆筒状工件切割装置，其将金属制的圆筒状工件(W)切割成多个金属环，该圆筒状工件切割装置具有：

保持部(100)，其保持所述圆筒状工件(W)；

激光照射部(200)，其向由所述保持部(100)保持而旋转的工件(W)照射激光；

位置控制机构(600)，其控制所述激光照射部(200)的位置，使得所述激光照射部(200)的位置成为这样的位置：在照射所述激光之前，所述工件上的该激光的照射位置处的工件的切割方向(v1)与该激光的照射方向(v2)形成预定的锐角(θ)；以及

集尘装置(700)，其在进行所述工件的切割时进行飞溅物的收集，该飞溅物向与由所述位置控制机构(600)进行了控制的所述激光照射部(200)的位置对应的方向飞散，

所述集尘装置(700)具有：箱状的集尘部(701)，其位于所述保持部(100)的下方，且上表面敞开；以及平板状的反射部(702)，其使在工件(W)的旋转方向上游侧沿着工件(W)的外侧方向飞散的飞溅物朝向所述集尘部(701)反射。