JP2002370119A - パイプ切断装置と切断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 希望する切断線に沿ってパイプを簡単に切断
することができる技術を実現する。 【課題を解決するための手段】 この切断装置は、パイ
プの切断希望線に沿って伸びる拘束縁４０Ａを持つとと
もにパイプの切断希望線よりも一方側を拘束する第１型
４０と、その第１型４０からクリアランスＣを隔てて対
向するとともにパイプの切断希望線よりも他方側を拘束
する第２型４４と、第１型４０に対して第２型４４をク
リアランスＣの許容範囲内で繰返し微少変位させる変位
手段とを持ち、パイプの切断希望線に沿って伸びる拘束
縁を持つ型でパイプの切断希望線よりも一方側を拘束し
ておき、その一方側に対して切断希望線よりも他方側を
繰り返し微少変位させることができる。型がパイプを拘
束している境界線（拘束縁）に沿った部位でパイプ材料
に集中的に疲労が進行し、パイプは拘束縁に沿って疲労
破断して切断される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、パイプを希望す
る切断線に沿って切断する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】 パイプを切断する技術には、例えば特
開平１０−３０９６１８号公報に記載されているよう
に、パイプの切断希望線よりも一方側を固定型で拘束
し、他方側を可動型で拘束し、可動型を切断希望面内で
一方方向に移動させることによってパイプをせん断する
技術が知られている。あるいは、特開平３−１３２６７
公報に記載されているように、レーザノズルやバーナノ
ズルをパイプ外周に沿って移動させることによってパイ
プ材料を溶断する技術が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】 パイプをせん断して
切断する技術では、切断線がせん断面内にあることが必
要であり、切断可能な切断線形状が限定される。ノズル
を利用して切断する技術によると、切断線形状を自在に
設定できるが、パイプ材料を溶断するためのエネルギー
コストが高く、切断コストが高い。そこで本発明では、
パイプを希望する切断線に沿って簡単に切断することが
できる技術を開発する。

【０００４】

【課題を解決するための手段と作用】 本発明で創作さ
れた切断装置は、パイプの切断希望線に沿って伸びる拘
束縁を持つとともにパイプの切断希望線よりも一方側を
拘束する第１型と、その第１型からクリアランスを隔て
て対向するとともにパイプの切断希望線よりも他方側を
拘束する第２型と、第１型に対して第２型をクリアラン
スの許容範囲内で繰返し微少変位させる変位手段とを持
っている。この切断装置によると、本発明によって創作
された切断方法、即ち、パイプの切断希望線に沿って伸
びる拘束縁を持つ型でパイプの切断希望線よりも一方側
を拘束しておき、その一方側に対して切断希望線よりも
他方側を繰り返し微少変位させることができる。この方
法によると、型がパイプを拘束している領域と拘束して
いない領域の境界線（拘束縁）に沿った部位でパイプ材
料に集中的に疲労が進行し、パイプは拘束縁に沿って疲
労破断して切断される。この場合、切断線が一平面内に
あることが必要とされず、切断線形状の自由度が広げら
れる。また熱エネルギーを利用して溶断するものでない
ために、低コストで実行することができる。本発明の切
断装置は、安価に製造でき、ランニングコストも安価で
すむ。

【０００５】第１型に対して第２型を微少変位させるに
あたっては、各種の相対運動が利用できるが、なかでも
第２型を偏心回転させることが好ましい。ここでいう偏
心回転とは、相対的に固定された第１型に対して、第２
型が自転することなく第２型の中心軸が第１型の中心軸
の周りに回転する（振れまわる）ことをいう。この場
合、変位手段を構成しやすくなる。

【０００６】第２型の中心軸と第１型の中心軸の間隔
（ここでいう偏心量）が調整可能であり、しかも、ゼロ
に調整できることが好ましい。この場合、偏心量をゼロ
に調整しておいてパイプの固定作業を行なうと、パイプ
に負荷をかけることなく第１型と第２型に固定すること
ができる。

【０００７】本発明は、第１型の拘束縁が自由曲線であ
るときに最も有用性を発揮し、せん断して切断する方式
では全く不可能な線に沿って切断することを可能とす
る。

【０００８】第１型と第２型は、パイプを内周から拘束
するものであってもよいが、外周から拘束することが好
ましい。この方が、パイプの固定作業がやりやすく、ま
た、切断線を希望する形状に一致させやすい。

【０００９】

【発明の効果】 請求項１の切断装置と、請求項６の切
断方法によると、パイプを簡単に希望の形状に切断する
ことが可能となる。現在、パイプを利用して各種部品を
生産することによって生産コストを圧縮する技術が活発
に開発されており、パイプ加工技術の開発とあいまっ
て、様々な製品をパイプから低コストで生産することを
可能とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】本技術は下記の形態で実施するこ
とができる。 （形態１）第１型に対して第２型が偏心回転する。 （形態２）第１型に対して第２型が所定角度範囲内で相
対回転を繰り返す。 （形態３）第１型に対して第２型がパイプ軸心に直交方
向に所定距離内で往復運動を繰り返す。 （形態４）第１型に対して第２型が歳差運動する。 （形態５）第１型に対して第２型が、偏心回転、相対回
転、歳差運動のうちの２以上が複合した運動をする。

【００１１】

【実施例】 最初に図１から図３を参照してパイプ切断
装置の一実施例を説明する。このパイプ切断装置は、パ
イプの切断希望線よりも一方側を拘束する固定型（第１
型）４０と、他方側を拘束する可動型（第２型）４４
と、固定型４０に対して可動型４４を繰返し微少変位さ
せる変位手段とを備えている。固定型４０はパイプ切断
装置のフレーム３８に固定されており、図２によく示さ
れているように、ボルト４２を締め付けることでパイプ
Ｐの外周を拘束する。パイプＰは固定型４０を超えて図
１の右方向に伸び、固定型４０がパイプＰの外周を拘束
する領域と拘束しない領域の間の境界線（固定型の拘束
縁）４０Ａは、後記するように、自由曲線とすることが
できる。図１はパイプ軸線に直交する面内で拘束縁４０
Ａが伸びている例を示している。

【００１２】図１の参照番号２はモータを示す。モータ
２はギヤ４を回転させ、ギヤ４はギヤ６ａ、６ｂ（図２
も参照）を回転させ、ギヤ６ａはシャフト８ａを回転さ
せ、ギヤ６ｂはシャフト８ｂを回転させる。ギヤ６ａと
シャフト８ａの組は、ギヤ６ｂとシャフト８ｂの組と左
右対称であり、図１では区別することなく表示してい
る。以下の説明では、作用対称な事象については、添え
字を省略して説明する。シャフト８と同軸位置にシャフ
ト２６が配置されている。シャフト８はベアリング３０
によってフレーム３８に回転可能に位置決めされ、シャ
フト２６はベアリング３２によってフレーム３８に回転
可能に位置決めされている。

【００１３】シャフト８には右端から左に伸びる断面円
形の孔１０が開けられている。シャフト２６には軸心に
沿って貫通する断面円形の孔１８が開けられている。模
式的に図４に示され、詳細が図５から７に示されている
ように、シャフト８とシャフト２６間には、傾斜カム１
５が差し渡されている。傾斜カム１５は、両端の頭部１
２、１６とその間を斜めに延びる接続部１４を備えてい
る。頭部１２の断面は円形であり、孔１０にはまり込
み、孔１０内でスライドできる。頭部１６の断面も円形
であり、孔１８にはまり込み、孔１８内でスライドでき
る。図１の参照番号２４は偏心量を調整するためのシャ
フトであり、ギヤボックス２２内で傾斜カム１５のシャ
フト２０にギヤでかみ合っており、シャフト２４が回転
するとシャフト２０が軸心に沿って進退動する。シャフ
ト２０が進退動すると頭部１６が孔１８内で左右動し、
頭部１２が孔１０内で左右動しする。

【００１４】斜行する接続部１４の断面は矩形であり、
その周りには断面矩形の孔を持つ円板２８が位置してい
る。円板２８の、図１での左右方向位置は固定されてい
る。組付けのために、円板２８は直径上で２分割されて
いる。図７によく示されているように、シャフト２４に
よって傾斜カム１５が最も右進したときに、接続部１４
の断面中心線１３Ｒが、円板２８の中央面２７とシャフ
ト８，２６の軸心９との交点３１を通り、円板２８はシ
ャフト８，２６と同軸に位置する。図６に示すように、
シャフト２４によって傾斜カム１５が最も左進したとき
に、接続部１４の断面中心線１３Ｌが、円板２８の中央
面２７とシャフト８，２６の軸心９との交点３１の上側
を通り、円板２８は上方に押し上げられる。このとき、
円板２８の中心は、シャフト８，２６の軸心９よりも距
離δだけ偏心する。図１は、傾斜カム１５が最も左進
し、傾斜カム１５が軸芯９の周りに１８０度回転したと
きを示し、今度は、円板２８は軸心９から方に押し下げ
られる。シャフトが２４によって、円板２８のシャフト
８，２６に対する偏心量はゼロからδの範囲で調整でき
る。シャフト８と円板２８の接続端面には、図４、図５
に示すように、直径方向に伸びるキー溝７とそれに嵌り
あうキー７ｋが用意されており、円板２８がシャフト８
の軸心９に直交方向に変位可能であるとともに、円板２
６をシャフト８に供周りさせる結合関係が用意されてい
る。

【００１５】図８は、シャフト８が回転したときの円板
２８の動きを示し、２８−３は、傾斜カム１５が最も左
側に位置したときの図６の状態に対応する。２８−１
は、２８−３の状態からシャフト８が軸心９の周りに１
８０度回転した状態を示している。これは図１の状態に
対応する。２８−４と２８−２のそれぞれは、２８−３
の状態から、シャフト８が軸心９の周りに反時計方向に
９０度回転した状態と、２７０度回転した状態を示して
いる。シャフト８が反時計方向に回転すると、円板２８
も一緒に回転するが、円板２８の中心はシャフト８の回
転中心８Ｃの回りを振れ回る。２８−１を出発点とする
と、２８−２が９０度回転した状態を示し、２８−３が
１８０度回転した状態を示し、２８−４が２７０度回転
した状態を示す。矢印２８ｃは円板２８の中心位置の移
動軌跡を示す。他方のシャフトについては、シャフト８
が２７０度回転した状態２８−４のみを示す。

【００１６】円板２８は、ベアリング３４によって偏心
回転板３６に取り付けられている。一対の円板２８が、
矢印２８Ｃに示すように振れ回る場合、偏心回転板３６
も同様に矢印２８Ｃに示す移動軌跡に沿って振れ回り運
動する。但し２枚の円板２８に連結されているために，
偏心回転板３６自体は自転しない。パイプＰの外周を固
定する可動型４４は偏心回転板３６に固定されている。
このために、可動型４４の中心は、図８の矢印４４Ｃに
示すように偏心回転する。但し回転はしない。この結
果、固定型（第１型）４０に対して可動型（第２型）４
４は偏心回転する。この明細書では、可動型４４が固定
型４０に対して自転することなく矢印４４Ｃに示すよう
に振れ回ることを偏心回転するという。モータ２から偏
心回転板３６までによって、固定型４０に対して可動型
４４を偏心回転させる手段が構成されている。

【００１７】前記したように、偏心量はシャフト２４の
回転によって調整される。傾斜カム１５が最も左進した
ときに偏心量は最大値δとなり、傾斜カム１５が右進す
るにつれて偏心量は小さくなる。図６，７から明らか
に、傾斜カム１５が右進するほど、円板２８の偏心距離
は小さくなる。傾斜カム１５が最も右進したときに偏心
量がゼロとされる。偏心量はゼロからδの間で調整可能
である。

【００１８】図１の場合、可動型４４の拘束縁４４Ａが
平面内にある場合を例示している。固定型４０の拘束縁
４０Ａと可動型４４の拘束縁４４ＡはクリアランスＣを
隔てて対向している。拘束縁４０Ａと４４Ａの間ではパ
イプＰは拘束されていない。

【００１９】このパイプ切断装置では、シャフト２４に
よって偏心量をゼロにしておいて、ボルト４２と４６を
締め付けて、パイプＰを固定型４０と可動型４４に拘束
する。この状態でモータ２を回転させる。偏心量がゼロ
の状態では、円板２８はシャフト８の回転中心の周りを
回転し、偏心回転板３６は静止している。パイプＰは静
止している。シャフト２４を回していくと、偏心量が大
きくなり、偏心回転板３６は偏心回転し始める。最初の
うちは、可動型４４の移動軌跡４４Ｃの半径は小さい。
シャフト２４を回していくと徐々に大きくなり、最大で
δとなる。

【００２０】偏心回転板３６が偏心回転すると、拘束縁
４０Ａを持つ固定型４０でパイプＰの一方側を拘束して
おき、他方側を繰り返し微少変位（この場合には偏心回
転）させられる。パイプＰの壁は拘束された一方側に対
して、上→左→下→右→上と変位しつづける。この場
合、パイプＰの壁は、壁厚方向と壁に沿った方向に繰り
返し変形させられる。この結果、固定型４０の拘束縁４
０Ａと可動型４４の拘束縁４４Ａ間のクリアランスＣ内
で、パイプＰの壁は繰り返し変形され、集中的に疲労が
進行する。そのうちに、パイプＰの壁は疲労破断する。
クリアランスＣと偏心量を適度に設定することで、モー
タ２に過大負荷がかからず、しかも、短時間でパイプＰ
を疲労破断させることができる。パイプの切断線は、ク
リアランスＣ内で伸び、拘束縁４０Ａと４４Ａに沿って
いる。

【００２１】実施例に記載のパイプ切断装置では、パイ
プＰの切断希望線に沿って伸びる拘束縁４０Ａを持つ型
４０でパイプＰの切断希望線よりも一方側を拘束してお
き、その一方側に対して切断希望線よりも他方側を型４
４で繰り返し微少変位させることによってパイプを切断
希望線に沿って簡単に切断することがでできる。

【００２２】拘束縁の形状は自在に設定することができ
る。図９は、パイプを（Ａ）に示す形状に切断する場合
を例示している。この場合、固定型７０の拘束縁７０Ａ
の形状を切断希望線に一致させる。可動型７２の拘束縁
７２Ａについては、軸方向のクリアランスがＣ３とな
り、周方向のクリアランスがＣ１＋Ｃ２となる形状に仕
上る。ここで、Ｃ１＋Ｃ２＞δ（最大偏心量）の関係に
設定しておく。このために、固定型７０に対して可動型
７２が最も上方に変位したとき（Ｂの状態）でも、最も
下方に変位したとき（Ｃの状態）でも、型同士は干渉せ
ず、固定型７０に対して可動型７２は自由に偏心回転す
ることができる。

【００２３】図１から３に示した切断装置において、パ
イプを拘束する型の拘束縁の形状を図９に示すものとし
て運転すると、パイプには、固定型７０の拘束縁７０Ａ
に沿った部位に集中的に疲労が蓄積し、パイプは拘束縁
７０Ａに沿って疲労破断して切断される。

【００２４】図１０は、切断可能な各種形状を例示して
おり、（Ａ）は切断面がパイプ軸心に直交する例、
（Ｂ）はパイプ軸心に斜行する例、（ｃ）は切断線が複
雑な自由曲線となっている場合を示す。この方法で切断
可能なパイプの断面形状は円に限られず、多角形であっ
てもよいし複雑な自由曲線であってもよい。またパイプ
断面形状は軸方向に一様でなくてもよく、軸に沿って断
面形状が変化するパイプを切断することもできる。

【００２５】図１１は、切断面がパイプ軸心に斜行する
場合の型の相対的変位を例示しており、（Ａ）と（Ｂ）
に示すように、固定型９０に対して可動型９２が切断面
内で相対変位を繰り返してもよい。あるいは、(Ｃ)と
（Ｄ）に示すように、固定型９０に対して可動型９２が
パイプ軸心に直交する面内で相対変位を繰り返してもよ
い。いずれの場合にも、パイプは斜めに切断される。

【００２６】固定型に対する可動型の相対変位は、前記
した偏心回転に限られない。図１２（Ａ）は、固定型の
中心４０Ｃに対して可動型の中心４４Ｃが偏心量δで偏
心回転する微少運動を例示しているが、図１２（Ｂ）に
例示するように、可動型が直線９２に沿って距離２δで
往復動する運動であってもよく、図１２（Ｃ）に例示す
るように、同軸関係を維持しながら可動型が微少角度内
で回転往復運動９４を繰り返す運動であってもよく、さ
らには、図１２（Ｄ）に示すように。可動型が首振り運
動（歳差運動）９６をしてもよい。あるいは、これらの
運動を複合した運動であってもよい。

【００２７】固定型に対する可動型の運動形式は、パイ
プの断面形状に応じて選択することが好ましく、多くの
場合には偏心回転運動が適している。この場合、パイプ
壁は壁に直交する方向と壁に沿った方向に繰り返し変形
し、低サイクルで疲労破断する。相対変位の大きさは、
切断作業を通して一定の大きさに維持しておくこともで
きるが、徐々に大きくしていくことが好ましい。徐々に
大きくする場合には、型間のクリアランスを詰めること
ができ、切断線の精度を上げやすい。切断作業の開始時
から一定の大きさの偏心量を実現する方式では、クリア
ランスを比較的に大きくとって切断装置に過大な負荷を
かける前にパイプがクリアランス内で変形できるように
しなければならず、型間の相対変位を許容するのに必要
なクリアランス以上のクリアランスを必要とすることが
多い。

【００２８】図１から３に示した切断装置の場合、偏心
回転板に複数の型を取り付けることによって、同時に複
数のパイプを切断することもできる。また、パイプ固定
型のみを交換することで各種のパイプを各種形状に切断
することができる。さらには、運転中に自在に偏心量を
調整できることから、パイプごとの最適偏心量を実験し
て決定する作業がやりやすい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の切断装置の中央線に沿った一部断面
図。

【図２】 実施例の切断装置の左側面図。

【図３】 実施例の切断装置の図１のIII−III線断面
図。

【図４】 シャフト８と傾斜カム１５と円板２８の関係
を模式的に示す図。

【図５】 シャフト８，２６と円板２８の関係の平面
図。

【図６】 傾斜カム１５が左進したときのシャフト８，
２６と円板２８の断面図。

【図７】 傾斜カム１５が右進したときのシャフト８，
２６と円板２８の断面図。

【図８】 傾斜カム１５と円板２８によって偏心回転板
３６が偏心回転する様子を模式的に示す図。

【図９】 切断線の一例と拘束縁の一例を例示する図。

【図１０】 各種切断線を例示する図。

【図１１】 相対変位の方向を例示する図。

【図１２】 相対変位の運動様式を各種例示する図。

【符号の説明】

８：シャフト １０：孔 １２：頭部 １４：接続部 １５：傾斜カム １６：頭部 １８：孔 ２６：シャフト ２８：円板 ３６：偏心回転板 ３８：フレーム ４０：固定型 ４０Ａ：拘束縁 ４４：可動型 ４４Ａ：拘束縁

フロントページの続き (72)発明者 古田 健次 愛知県豊田市緑ヶ丘５丁目14番地 大豊精 機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パイプの切断希望線に沿って伸びる拘束
   縁を持つとともにパイプの切断希望線よりも一方側を拘
   束する第１型、その第１型からクリアランスを隔てて対
   向するとともにパイプの切断希望線よりも他方側を拘束
   する第２型、第１型に対して第２型をクリアランスの許
   容範囲内で繰返し微少変位させる変位手段とを持つパイ
   プ切断装置。
2. 【請求項２】 前記変位手段は、第１型に対して第２型
   を偏心回転させることを特徴とする請求項１に記載のパ
   イプ切断装置。
3. 【請求項３】 偏心量がゼロを含んで調整可能なことを
   特徴とする請求項２に記載のパイプ切断装置。
4. 【請求項４】 第１型の拘束縁が自由曲線であることを
   特徴とする請求項１に記載のパイプ切断装置。
5. 【請求項５】 第１型と第２型は、パイプを外周から拘
   束することを特徴とする請求項１に記載のパイプ切断装
   置。
6. 【請求項６】 パイプの切断希望線に沿って伸びる拘束
   縁を持つ型でパイプの切断希望線よりも一方側を拘束し
   ておき、その一方側に対して切断希望線よりも他方側を
   繰り返し微少変位させることによってパイプを切断希望
   線に沿って切断する方法。