JP2009000788A - 押切り切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エアーシリンダのシリンダロッドに取付けられた切断刃で被切断材を押切り切断する際に、被切断材が押し切られる瞬間に切断刃が押し切り方向に衝撃的に進入するのを抑止して、切断刃ないし切断受け台の受け部分を保護することがで、被切断材が脆い材質からなる場合であも被切断材にクラック等の損傷を来たすことなく押切り切断することが可能な押切り切断装置を提供すること。
【解決手段】 エアーシリンダ２のシリンダロッド２１に取付けられた切断刃１を被切断材Ａに押し付けることにより押切り切断するように構成された押切り切断装置であって、切断刃１が被切断材Ａに当接して所定時間後に、エアーシリンダ２のロッド側圧力室２３及びヘッド側圧力室２２のエアー圧力が切り替わるようにタイマーを設定し、ロッド側圧力室２３にも適切なエアー圧力を加えながら切断刃１を押切り方向に移動させることにより被切断材を押切り切断するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、切断刃を被切断材に押し付けることにより当該被切断材を押切り切断するように構成された押切り切断装置に関し、更に詳しくは、例えば成型金型で成形されたプラスチック製品において製品部の周囲等に生じる余剰部分を切除するのに用いられ、切断刃を製品部と余剰部分との境界部分に押し付けて押切り切除する押切り切断装置に関するものである。

従来、プラスチック製品の余剰部分を切除する場合、一般的にはプレス機が用いられるが、特に三次元の複雑な形状に沿った切除を行う場合には、先端に切断刃を備えた１本又は複数本のシリンダを、プラスチック製品の形状に応じて所定の角度を持たせて配置し、前記切断刃を製品部と余剰部分との境界部分に押し付けて押切り切断するように構成された押切り切断装置を用いることが多い。

そして、この種の押切り切断装置にパワーユニットとして使用されるシリンダとしては、専らエアーシリンダが用いられる。何故ならば、油圧シリンダを用いると、作動油漏れによる被切断材を汚損する問題、並びに、エアーならば多少外部に漏れても環境上問題ないが、作動油は少しでも漏れると環境を汚すといった設備上及びメンテナンス上の問題があるからである。

一方、エアーシリンダのロッド先端に取付けた切断刃で被切断材を押切り切断すると、被切断材が押し切られる瞬間に、切断刃が押し切り方向に衝撃的に進入する。すなわち、切断刃で被切断材を押切り切断する場合、切断刃の刃先が被切断材に当接して押切る過程（図３(イ)から(ハ)に至る過程）では、図２のグラフに示すごとく、切断刃１ないしエアーシリンダのロッドに次第に大きな抵抗が生じるが、被切断材Ａの残り厚さ△ｔが微小になった時に（図３(ロ)参照）、残り材料部分がカタストロフィー的に破断するから、切断刃の押し切り方向への抵抗が急激に減少して切断刃が押し切り方向に衝撃的に進入することになる。

これは、先端に切断刃を備えたエアーシリンダには、一般的に図４に例示した如きエアー回路が接続され、切断刃１の押切り速度がレギュレータ３によるエアー圧力とヘッド側圧力室２２及びロッド側圧力室２３に接続されたスピードコントローラ５ａ，５ｂによるエアー流量のみで制御されているためである。

すなわち、油圧では圧縮率は無視できる程度に小さいので流量を制御するだけで切断刃を安定して制御することができるが、エアーシリンダを用いた場合には、切断刃１に押切り方向に対する抵抗の変化が多少あってもスピードコントローラ５ａ，５ｂとエアーシリンダ２の間に存在するエアーが圧縮されて、特に被切断材が押し切られる瞬間に図２のグラフに示すように、切断刃１の進入量に対する進入速度νが極端に変動する現象が見られるからである。

切断の際、毎回このような状態が繰り返されると、切断刃並びに切断受け台の受け部分に疲労が蓄積し耐久性に問題が生じるだけでなく、被切断材が脆い材質である場合には、被切断材(製品)にクラックなどを生じて良好な切断面が得られない。かといって、一定以上の切断力を与えないと切断刃は図３の(ロ)の位置まで進む事が出来ず、切断不能となってしまう。

エアーシリンダの速度を制御する先行技術文献としては特許文献１〜３に例示するものがある。これらは何れも、背圧変化を検知しながら制御を行うことによりストローク全体での動作安定性を実現させるように構成されているので、このエアーシリンダに切断刃を取付けて被切断材を押切り切断した場合、切断刃が被切断材を押切って背圧発生時には既に動作(切断)が完了してしまっている為、被切断材が押し切られる瞬間に、切断刃が押し切り方向に衝撃的に進入するのを抑止することができない。

特開平０３-２０４４０２号公報 実開昭５８-０２８１０２号公報 実開昭６１-０００５０３号公報

そこで試みに、切断刃が被切断材に進入した途中でヘッド側圧力室内の圧力を減少させたところ、シリンダロッド側のエアー圧が大気圧と同等の場合、体積圧縮が容易であるために押切り直前の位置までエアー圧が蓄積され、その結果切断刃が押し切り方向に衝撃的に進入した。これを抑えるべく、更にヘッド側圧力室内の圧力を下げると被切断材の切断が不安定となり、且つヘッド側圧力室内の圧力調整自体が難しく、実用上の問題が予見された。

本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、エアーシリンダのシリンダロッドに取付けられた切断刃で被切断材を押切り切断する際に、切断刃の被切断材に対する進入速度を適切に制御することにより、被切断材が押し切られる瞬間に切断刃が押し切り方向に衝撃的に進入するのを抑止して、切断刃ないし切断受け台の受け部分を保護することができ、しかも被切断材が脆い材質からなる場合であっても被切断材（製品）にクラック等の損傷を来たすことなく押切り切断することが可能な押切り切断装置を提供せんとするものである。

上記の目的を達成する本発明の押切り切断装置は、エアーシリンダのシリンダロッドに取付けられた切断刃を被切断材に押し付けることにより当該被切断材を押切り切断するように構成された押切り切断装置であって、前記切断刃が被切断材に当接して所定時間後に、前記エアーシリンダのロッド側圧力室及びヘッド側圧力室のエアー圧力が切り替わるようにタイマーを設定し、ロッド側圧力室にも適切なエアー圧力を加えながら前記切断刃を押切り方向に移動させることにより被切断材を押切り切断するようにした事を特徴としたものである(請求項１)。

この際、被切断材が前記切断刃で押切り切断される直前に、エアーシリンダのロッド側圧力室及びヘッド側圧力室のエアー圧が切り替わるように前記タイマーを設定することが好ましい。
また、前記タイマーを起動させるタイミングとしては、前記エアーシリンダにおけるロッド側圧力室内の圧力が変化した時(請求項２)、或いは前記エアーシリンダのヘッド側圧力室内に供給されたエアー流量が所定量以上に達した時、又は前記エアーシリンダのロッド側圧力室内から流出したエアー流量が所定量以上に達した時、若しくは前記エアーシリンダのロッド側圧力室内から流出しているエアー流量が所定量以下になった時(請求項３)、が好ましい。
また、切断刃が被切断材に当接して押切り方向への移動量が所定量に達した時に、前記エアーシリンダのロッド側圧力室及びヘッド側圧力室のエアー圧力を切り替えて、ロッド側圧力室にも適切なエアー圧力を加えながら前記切断刃を押切り方向に移動させることにより被切断材を押切り切断するように構成すれば(請求項４)、タイマーは不要となる。

本発明に係る押切り切断装置は斯様に構成してなるので、切断刃が被切断材に当接して進入(喰い込んだ)後の切断刃の進入速度を容易且つ適切に制御することが可能となり、よって、切断開始から完了までの時間をさほど延ばすことなく短時間で被切断材を切断することができると共に、被切断材が押し切られる瞬間に切断刃が押し切り方向に衝撃的に進入するのを抑止して、切断刃ないし切断受け台の受け部分を保護することができる。

しかも、被切断材が脆い材質からなる場合であっても、被切断材に対する進入速度(喰い込み速度)を適切に制御することができるので、切断刃の被切断材（製品）にクラック等の損傷を来たすことなく押切り切断することが可能となる。

以下、本発明の具体的な好適実施例を、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は図示した実施例のものに限定されるものではない。
また、全図面を通して、同様の構成部材には同じ符号を付してある。

図中の符号１は、被切断材(例えば、プラスチック製品)Ａを押切り切断する切断刃を示す。なお、図示例では一個の切断刃のみを示したが、実際には被切断材Ａの形状等に応じて必要切断箇所の分だけ具備される。
切断刃１はエアーシリンダ２のシリンダロッド２１の先端に取付けられ、シリンダロッド２１の進退動作により、切断受け台Ｂの上に固定状に設置させた被切断材Ａに対して押切り動作を行う。

また、切断刃１は、被切断材Ａが特にプラスチック製品である場合に、切断の補助のために必要に応じてヒーターで加熱される。その温度設定や切断刃の刃先形状は被切断材Ａの性状によって決定される。
被切断材Ａが特にプラスチック製品である場合、対象となる樹脂としてはＰＰ、ＰＥ、ＡＳＧ、ＡＢＳ、ＰＳなどの熱可塑性樹脂、或いは熱硬化性樹脂を挙げることができる。

そして、切断受け台Ｂの受け部分には、切断刃１が被切断材Ａを貫けるように切断刃１の刃先形状に沿って凹溝Ｂ1が形成される。更に、凹溝Ｂ1内には、切断刃１による切断性向上のために、樹脂板若しくは柔かい金属板等Ｂ2が埋め込まれることがある。これにより、被切断材Ａが下から支持固定されると共に、切断刃１の刃先が僅かに喰込むことによって切断をより確実なものにしている。

この様な構造を採用した場合、被切断材Ａが押し切られる瞬間に切断刃１が押切り方向に衝撃的に進入するのを抑止することによって、切断刃１の刃先及び切断受け台Ｂの受け部分、特に凹溝Ｂ1内に埋め込まれた樹脂板若しくは柔かい金属板等Ｂ2の耐久性を大幅に向上させて、初期の切断性能を長期に亘って維持することが可能となる。

更に、切断受け台Ｂの上には、被切断材Ａを押切り切断する際に被切断材Ａの製品側の変形を防止するために、製品押さえＣが設けられることがある。

そして、切断刃１を押切り動作させるエアーシリンダ２には、シリンダロッド２１の進退動作、すなわち切断刃１の押切り動作を制御するためのエアー回路が接続される。
このエアー回路は、図１に詳しく示すごとく、従来の回路と同様にメインのレギュレータ３及び電磁弁４と、ヘッド側圧力室２２及びロッド側圧力室２３にそれぞれ接続されるスピードコントローラ５ａ，５ｂを備え、更に、両スピードコントローラ５ａ，５ｂにそれぞれ接続されるヘッド側補助バルブ６ａとロッド側補助バルブ６ｂ、及び圧力検知器７と制御装置８を備えてなる。

ヘッド側補助バルブ６ａは、電磁弁４とスピードコントローラ５ａとの間に介在設置され、ヘッド側圧力室２２内の圧力を制御する。同様に、ロッド側補助バルブ６ｂは、電磁弁４とスピードコントローラ５ｂとの間に介在設置され、ロッド側圧力室２３内の圧力を制御する。

これらヘッド側補助バルブ６ａとロッド側補助バルブ６ｂは、切断刃１の刃先が被切断材Ａに当接して押切る過程（図３(イ)から(ハ)に至る過程）において被切断材Ａの残り厚さ△ｔが微小になるタイミング（図２のグラフ及び図３(ロ)参照）を的確に捉え、エアーシリンダ２のヘッド側圧力室２２とロッド側圧力室２３の両側に適切に調圧されたエアー圧をかけることにより、エアーの伸縮性を抑制し、切断刃１の滑らかな押切り動作を実現するためのものである。

すなわち、ヘッド側補助バルブ６ａとロッド側補助バルブ６ｂは、切断刃１が被切断材Ａに当接して設定された所定時間後に、エアーシリンダ２のヘッド側圧力室２２とロッド側圧力室２３のエアー圧力を切り替えられて、切断刃１を押切り方向に移動させる役目を果たすものである。

エアーシリンダ２のヘッド側圧力室２２とロッド側圧力室２３のエアー圧力を切り替えるタイミングの検知方法としてはいろいろ考えられる。
第１番目の方法は、エアーシリンダ２のロッド側圧力室２３内の圧力が変化した時、すなわち切断刃１が被切断材Ａに当接するまでのロッド側圧力室２３のエアー圧と、切断刃１が被切断材Ａに当接した時のロッド側圧力室２３内のエアー圧の差異を圧力検知器７で検知してタイマーを起動するものである。

また、第２番目の方法は、エアーシリンダのヘッド側圧力室内に供給されたエアー流量が所定量以上に達した時、又はロッド側圧力室内から流出したエアー流量が所定量以上に達した時、若しくはロッド側圧力室内から流出しているエアー流量が所定量以下になった時に、圧力検知器７で検知してタイマーを起動する方法である。すなわち、切断刃１が被切断材Ａに当接するまでの間にヘッド側圧力室内に供給されたエアー流量と切断刃１が被切断材Ａに当接した直後にヘッド側圧力室内に供給されたエアー流量の変化を流量センサーで検知するか、又は、切断刃１が被切断材Ａに当接するまでの間にロッド側圧力室２３から排出されたエアー流量と切断刃１が被切断材Ａに当接した直後にロッド側圧力室２３から排出されたエアー流量の変化を流量センサーで検知するか、若しくは切断刃１が被切断材Ａに当接した後にロッド側圧力室内から流出しているエアー流量が所定量以下になったことを流量センサーで検知して、タイマーを起動するものである。

そして、第３番目の方法は、切断刃の押切り方向への移動量が所定量に達した時、すなわち切断刃１が被切断材Ａに食い込み、残り厚さ△ｔが微小になるまでの切断刃１の移動量をエンコーダーなどで検知するものである。

いずれの方法も、実施に際しては経済性と確度を併せ考慮され、エアーシリンダ２のヘッド側圧力室２２とロッド側圧力室２３のエアー圧力を切り替えるタイミングを検知したら、制御装置８を起動させて所定時間エアーシリンダ２のヘッド側圧力室２２とロッド側圧力室２３のエアー圧力を調整する。

次に、本発明に係る押切り切断装置の動作について説明する。
なお、以下の説明では、エアーシリンダ２のヘッド側圧力室２２とロッド側圧力室２３のエアー圧力を調整開始させるタイミングとして、ロッド側圧力室２３内の圧力が変化した時を起点としタイマーを起動し、所定時間経過後タイムアップする方式を採用した例で説明する。

初期状態では、メインレギュレータ３にて初期調圧されたエアーは電磁弁４に至り、電磁弁４からエアーシリンダ出信号(切断開始信号）を与えても、ヘッド側補助バルブ６ａ及びロッド側補助バルブ６ｂに信号が与えられていない状態では、エアーシリンダ２に直接接続された状態となっている。

そして、メインレギュレータ３に信号が入り、エアーシリンダ２が切断動作を開始すると、この時点では、ヘッド側補助バルブ６ａ及びロッド側補助バルブ６ｂが切り替っていないため、エアー回路としては図１と同等の作用を示し、動作も同一に進行する。

切断刃１が被切断材Ａに当接するまでは、ロッド側圧力室２３のエアー排気量が多く、ロッド側配管内のエアー圧は配管抵抗によって微小な上昇を示す。次いで、切断刃１が被切断材Ａに当接し(図３(イ)の状態)、図２のグラフに示すように押切り方向への移動速度が低下すると、ロッド側圧力室２３のエアー排気量も減少しロッド側配管内のエアー圧も大気圧にほぼ等しくなる(図３(ロ)の状態)。

このロッド側圧力室２３内のエアー圧力変化を、ロッド側配管に接続された圧力検知器７で検知して、検知信号により制御装置８のタイマーを起動させる。
その際、制御装置８のタイマーの設定は、切断刃１の刃先が被切断材Ａに当接して押切る過程（図３(イ)から(ハ)に至る過程）において被切断材Ａの残り厚さ△ｔが微小になる瞬間(図３(ロ)の状態)にエアー供給がタイムアップするように、被切断材Ａごとに予め実験したデータに基づいて決定される。

すなわち、切断刃１が被切断材Ａに当接するまでのロッド側圧力室２３のエアー圧と切断刃１が被切断材Ａに当接した時のロッド側圧力室２３内のエアー圧の差異が所定の圧になってから何秒後に被切断材Ａの残り厚さ△ｔが微小になるかを被切断材Ａごとに予め実験をしておき、被切断材Ａの残り厚さ△ｔが微小になる瞬間に制御装置８のタイマーがタイムアップしてヘッド側補助バルブ６ａ及びロッド側補助バルブ６ｂからのエアー供給が切り替るように制御装置８のタイマーを設定するものである。

制御装置８からヘッド側補助バルブ６ａ及びロッド側補助バルブ６ｂに信号を与えて、回路を切り替え、エアーシリンダ２のヘッド側圧力室２２とロッド側圧力室２３の両側に適切に調圧されたエアー圧が供給される。このエアー圧は、エアーシリンダ２のシリンダロッド２１が押切り方向に移動するよう調圧されるが、この圧力調整も被切断材Ａごとに予め実験により決定される。

更に、スピードコントローラ５ａ，５ｂも被切断材Ａごとに予め実験により流量を適正に絞る調整が施されていることが望ましい。
かくして、適度な調圧・調流の下では被切断材Ａの残り厚さ△ｔが微小になっても切断刃１は滑かに押切り方向に移動するので、衝撃は発生しない。

なお、一般的な片ロッドエアーシリンダでは、ロッド側圧力室２３の受圧面積はヘッド側圧力室２２の受圧面積よりもシリンダロッド２１の断面積分だけが小さくなるため、ヘッド側圧力室２２とロッド側圧力室２３の両側に同じエアー圧力をかけても、ロッドは押切り方向に移動するようになる。このことを利用すれば、図示実施例におけるサブレギュレータ９ａ及び９ｂを省略することができる。同様に、多少正確性は低下するが、電磁弁４若しくはヘッド側補助バルブ６ａのどちらか一方を省略することも可能である。

本発明実施の一例を説明する回路模式図。 一般的なエアー回路が組み込まれたエアーシリンダを用いて被切断材を切断した場合の切断刃の進入量と進入速度の関係を説明する図。 切断刃が被切断材を押切り切断する状態を説明する模式断面図であり、（イ）は切断刃が被切断材に当接して進入を開始する状態を示し、(ロ)は切断刃が被切断材を押切り切断する直前の状態を示し、(ハ)は切断刃が被切断材を押切り切断した状態を示す。 従来例を説明する回路模式図。

符号の説明

Ａ：被切断材
Ｂ：切断受け台
Ｃ：製品押さえ
１：切断刃
２：エアーシリンダ
２１：シリンダロッド
２２：ヘッド側圧力室
２３：ロッド側圧力室
３：メインレギュレータ
４：電磁弁
５ａ：スピードコントローラ
５ｂ：スピードコントローラ
６ａ：ヘッド側補助バルブ
６ｂ：ロッド側補助バルブ
７：圧力検知器
８：制御装置
９ａ：サブレギュレータ
９ｂ：サブレギュレータ

Claims (4)

1. エアーシリンダのシリンダロッドに取付けられた切断刃を被切断材に押し付けることにより当該被切断材を押切り切断するように構成された押切り切断装置であって、
   前記切断刃が被切断材に当接して所定時間後に、前記エアーシリンダのロッド側圧力室及びヘッド側圧力室のエアー圧力が切り替わるようにタイマーを設定し、ロッド側圧力室にも適切なエアー圧力を加えながら前記切断刃を押切り方向に移動させることにより被切断材を押切り切断するようにした事を特徴とする押切り切断装置。
2. 前記タイマーを起動させるタイミングが、前記エアーシリンダのロッド側圧力室内の圧力が変化した時である請求項１記載の押切り切断装置。
3. 前記タイマーを起動させるタイミングが、前記エアーシリンダのヘッド側圧力室内に供給されたエアー流量が所定量以上に達した時、又は前記エアーシリンダのロッド側圧力室内から流出したエアー流量が所定量以上に達した時、若しくは前記エアーシリンダのロッド側圧力室内から流出しているエアー流量が所定量以下になった時、である請求項１記載の押切り切断装置。
4. エアーシリンダのシリンダロッドに取付けられた切断刃を被切断材に押し付けることにより当該被切断材を押切り切断するように構成された押切り切断装置であって、
   前記切断刃が被切断材に当接して押切り方向への移動量が所定量に達した時に、前記エアーシリンダのロッド側圧力室及びヘッド側圧力室のエアー圧力を切り替えて、ロッド側圧力室にも適切なエアー圧力を加えながら前記切断刃を押切り方向に移動させることにより被切断材を押切り切断するようにした事を特徴とする押切り切断装置。

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