JP2009023059A - 管体切断装置及び管体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リングギア及びプラネタリギアを用いて内刃を回転させつつ管体の半径方向に移動させるようにし、比較的小径の薄肉管体の切断を行うことができるようにする。
【解決手段】内刃３、駆動軸１、連結軸２、外刃４、プラネタリギア５、リングギア６を設けた。外刃４は、ワークＷの外周面における軸方向の所定範囲の全周に内周面を当接させる。駆動軸１は、ワークＷ内の同軸上で回転自在に支持され、内部の所定量だけ偏心した位置に貫通孔１１を有する。連結軸２は、貫通孔１１に回転自在に支持される。内刃３は、連結軸２の前端部で偏心した偏心軸２２に回転自在に保持され、ワークＷ内に配置される。プラネタリギア５は、ワークＷの外部で連結軸２の後端部に同軸上に取り付けられ、リングギア６に噛合する。駆動軸１を回転させると、内刃３は、外周面におけるワークＷの半径方向に最も突出した部分の位置を半径方向に変位させつつ回転する。
【選択図】図１

Description

この発明は、薄肉管体を軸方向における任意の切断位置で切断する拡管切断装置及び管体製造方法に関する。

所定長さの金属製薄肉管体は、所定長さよりも長い金属薄板を平行な２端面が互いに近接するように丸めた後、２端面の間を溶接して円筒形状の管体とし、所定長さに切断して製造される。管体の切断に用いられる管体切断装置として、管体の外周面に当接する切断用バイトを管体の内部に向かって管体の半径方向に移動させるものがある（例えば、特許文献１参照。）。

ところが、切断用バイトを管体の外周面から内部に向かって移動させる装置で強度の弱い薄肉管体を切断しようとすると、薄肉管体が半径方向に変形し、製品の真円度が低下する。

そこで、薄肉管体の切断に用いられる従来の管体切断装置として、薄肉管体の外周面に接触させて外刃を配置するとともに、薄肉管体の内部に内刃を配置し、内刃を回転させつつ薄肉管体の外側に向かって移動させる装置が提案されている。

この場合に、中空軸体及び傾斜カムを用いることで、内刃に回転力を供給しつつ、管体の半径方向の移動力を与えることが考えられる。中空軸体は、管体内に管体と同軸上に挿入し、内刃を中空軸体に保持部材を介して軸方向の所定位置で半径方向に移動自在に軸支するとともに、保持部材に当接する傾斜カムを軸方向に移動自在にして内部に備える。

中空軸体を回転させつつ、傾斜カムを中空軸体の軸方向に移動させると、管体の半径方向における保持部材と傾斜カムとの当接位置が変位し、内刃は回転しつつ管体の半径方向に移動する。
特開平７−１３６９８１号公報

しかしながら、内刃ダイスを管体の半径方向に移動自在に軸支した中空軸体を回転させながら、中空軸体の内部で傾斜カムを軸方向に移動させるためには、管体の内部に挿入すべき中空軸体の構造が複雑化、大型化し、直径１００ｍｍ前後の比較的小径の薄肉管体の切断には適用することができない問題がある。

内刃を回転させながら管体の半径方向に移動させる構成として、管体の軸方向に直交する面内で揺動自在に支持されたリンク機構を用いることも考えられるが、この場合にもリンク機構を動作させるための構造が複雑化、大型化し、比較的小径の薄肉管体の切断には適さない。

この発明の目的は、管体外部に配置した遊星ギア機構を用いて内刃を回転させつつ管体の半径方向に移動させるようにし、比較的小径の薄肉管体の切断を行うことができる管体切断装置及び管体製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、この発明は、外刃、内刃、内刃駆動機構を備えている。外刃は、環状を呈し、切断すべき管体の外周面における軸方向の所定範囲の全周に内周面が当接する。内刃は、円盤状を呈し、管体の内部で中心軸を管体の軸方向に平行にして保持され、管体内で少なくとも一方の側面が管体の軸方向について外刃の側面の位置に略一致する位置に配置される。内刃駆動機構は、リングギア、プラネタリギアを備えている。リングギアは、管体の外部で管体と同軸上に配置されている。プラネタリギアは、外歯をリングギアの内歯に噛合させている。内刃駆動機構は、プラネタリギアの中心軸である第１の軸に平行で内刃を回転自在に支持する第２の軸を、第１の軸に直交する平面内における第１の軸と異なる所定の位置で回転自在に支持し、プラネタリギアをリングギアのピッチ円に沿って移動させる。

この構成においては、プラネタリギアの中心軸である第１の軸が、管体の軸を中心とする第１の円周に沿って移動する。これにともなって、第１の軸に平行で内刃を回転自在に支持する第２の軸が、第１の軸を中心とする円周に沿ってプラネタリギアとリングギアとの歯数差に応じて第１の軸と異なる角速度で移動する。つまり、プラネタリギアをリングギアのピッチ円に沿って公転移動させると、プラネタリギアはリングギアとの歯数差により、公転時の角速度よりも早い角速度で自転する。プラネタリギアの自転により、内刃を軸支した第２の軸が第１の軸に偏心して回転し、第２の軸に軸支された内刃の外周面で管体の中心から最も離れた部分の位置が徐々に変化する。内刃の外周面で管体の中心から最も離れた部分の位置が管体の中心からさらに離れる方向に移動することで、内刃の外周面は管体の内周面に当接した後、管体の外側に露出し、外刃との間で管体が切断される。このとき、内刃は管体から受ける抵抗によって第２の軸を中心に回転する。

より詳細には、連結軸の一端部に固定されたプラネタリギアは、管体と同軸上に配置されたリングギアに噛合してリングギアの内周に沿って自転しつつ公転する。このとき、リングギアの歯数よりもプラネタリギアの歯数の方が少ないため、プラネタリギアはリングギアの内周に沿って１回公転する間にリングギアとの歯数差だけ余分に自転し、駆動軸が１回転する間に連結軸が貫通孔内で１回転よりも多く回転する。

このため、駆動軸を連続して回転させると、管体の周方向に沿って内刃が管体の外側に最も突出する位置が、駆動軸の１回転ごとにリングギアとプラネタリギアとの歯数差分ずつ駆動軸の回転方向と逆方向に徐々に変位していく。リングギアの歯数をＺ１、リングギアとプラネタリギアとの歯数差をＺ２として、駆動軸がＮ（但し、Ｎ＝Ｚ１／Ｚ２）回転したときに、連結軸及び内刃が初期位置に戻る。この間に、内刃の一部が管体の周面に沿うＮ個の位置で管体の外側に露出する結果、管体が全周にわたって切断される。この時、管体の軸方向について内刃の一方の側面の位置と外刃の一方の側面の位置とが略一致しているため、管体の切断面が円滑に形成される。

この構成において、内刃駆動機構は、さらに駆動軸、連結軸、偏心軸及び駆動手段を備えてもよい。駆動軸は、管体内の同軸上で回転自在に支持され、内部の所定量だけ偏心した位置で両端に開放した円形断面の貫通孔を有する。連結軸は、円柱状を呈し、貫通孔に回転自在に支持されて第１の端部が管体内に位置するとともに、第２の端部が前記プラネタリギアに同軸上に固定されている。偏心軸は、連結軸の第１の端部に固定され、連結軸の中心軸から偏心した位置で内刃を回転自在に支持する。

この構成では、駆動軸を回転させると、連結軸が管体の内部で管体の軸に対して偏心して回転する。連結軸の第１の端部に保持された内刃は、連結軸とともに回転し、外周面における管体の中心軸からの半径方向の距離が最も長い部分の位置を徐々に半径方向の外側に変位させて回転する。内刃の外径を適当に設定しておくことで、連結軸の回転中に内刃の外周面の一部を管体の内部から外側に露出させることができ、内刃と外刃との間で管体を切断することができる。

この構成において、リングギアを駆動軸と同軸上で回転自在に支持し、固定手段、駆動手段、検出手段及び制御手段をさらに備えてもよい。規制手段は、リングギアの回転を選択的に規制する。固定手段は、リングギアとプラネタリギアとを選択的に固定する。検出手段は、駆動軸の回転位置を検出する。制御手段は、検出手段の検出結果に基づいて、駆動軸が回転の初期位置から所定角度回転するまでの間には、規制手段を有効にしつつ固定手段を無効にし、駆動軸が所定角度回転した時から１回転するまでの間には、規制手段を無効にしつつ固定手段を有効にする。

駆動軸が所定角度回転するまでは、規制手段によって回転が規制されたリングギアの内周に沿ってリングギアとは独立してプラネタリギアが回転し、内刃の一部が徐々に管体の外側に露出する。内刃の一部が管体の外側に露出して駆動軸の回転角度が所定角度に達すると、規制手段によるリングギアの回転の規制が解除されるとともに固定手段によってリングギアとプラネタリギアとが一体的に固定される。プラネタリギアは、管体と同軸上で回転自在に支持されたリングギアとともに回転し、内刃は管体の外側への露出量を変化させることなく連結軸とともに管体の軸周りに１回転する。駆動軸が所定角度回転した位置からさらに１回転するだけで管体を全周にわたって切断することができる。

この場合に、駆動手段は駆動軸に正逆両方向の回転を選択的に供給する手段とし、制御手段は駆動軸が回転の初期位置から所定角度回転した後にさらに１回転するまでの間に駆動手段から駆動軸に正転方向の回転を供給し、駆動軸が所定角度回転した位置からさらに１回転した時から初期位置に復帰するまでの間に駆動手段から逆転方向の回転を駆動軸に供給するようにしてもよい。

管体の切断後に駆動軸を逆転させることで、駆動軸の回転位置だけでなく、互いに歯数の異なるリングギアとプラネタリギアとの位置関係を含めて、早期に初期状態に戻すことができる。

また、外刃は、管体の軸方向における内刃に対向する間隙を挟んだ２つの領域で管体の外周面に当接させてもよい。管体の軸方向における内刃の両側面の位置が外刃の間隙を挟んで対向する２つの側面のそれぞれの位置に略一致し、間隙を挟んだ両側で管体が円滑に切断される。管体を中間部分で２つに切断することができ、煩雑な後加工を必要とすることなく、長尺の管体から所定の長さの製品を多数個取りすることができる。

さらに、連結軸は、第１の端部に内刃を管体の軸周りに回転自在に保持する保持機構を含むものとしてもよい。連結軸が駆動軸の回転によって駆動軸の軸周りに偏心して回転しつつ貫通孔内で回転する際に、内刃は連結軸に拘束されることなく回転する。内刃の周面が管体の内周面に摺動することがなく、両者の間に大きな摩擦力が生じないため、内刃を回転させるために駆動軸に供給すべき駆動力を比較的小さくすることができる。

この発明によれば、内刃を、管体の外側で管体と同軸上に配置されたリングギアに噛合するプラネタリギアとともに管体の軸から所定量だけ偏心した位置で回転させ、管体の内部から徐々に外側に露出させて外刃との間で管体を切断することができる。内刃を管体の半径方向に移動させるために管体の内部に備えるべき機構を簡略化することができ、比較的小径の管体を円滑に切断することができる。

以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態に係る管体切断装置１００の側面断面図である。管体切断装置１００は、一例として、ステンレス等の金属製の薄肉管体であるワークＷから所定の長さの管体製品を製造する製造作業に用いられ、駆動軸１、連結軸２、内刃３、外刃４、プラネタリギア５、リングギア６、スリーブ７及び偏心軸２２を含む内刃駆動機構を備えている。

スリーブ７は、円筒形状を呈し、フランジ部７１でフレーム１０１に固定されている。スリーブ７にワークＷが外嵌する。

駆動軸１は、スリーブ７の内部に同軸上に挿入されており、ベアリング７２等を介してスリーブ７に回転自在に支持されている。駆動軸１は、内部を軸方向に貫通する貫通孔１１を有している。貫通孔１１は、駆動軸１の中心から所定量Ｄだけ偏心した位置を中心とする円形断面を呈している。駆動軸１の後端部には、プーリ１２が固定されている。駆動軸１は、プーリ１２を介して図示しないモータから回転の供給を受ける。

プーリ１２には、検出板１３が固定されている。検出板１３は、外周部の一部に大径部が形成されている。プーリ１２の背面側に位置するフレーム１０２には、フォトセンサ１４Ａ〜１４Ｃ（フォトセンサ１４Ｃは、図１に現れない。）が取り付けられている。フォトセンサ１４Ａ〜１４Ｃのそれぞれの発光素子と受光素子との間に、検出板１３の大径部が通過する。検出板１３及びフォトセンサ１４Ａ〜１４Ｃは、この発明の検出手段の一部を構成している。フォトセンサ１４Ａ〜１４Ｃは、駆動軸１の回転位置に応じて大径部の検出信号を出力する。

連結軸２は、部分的に径の異なる円柱形状を呈し、貫通孔１１内に挿入されている。連結軸２は、貫通孔１１に回転自在に支持されている。連結軸２の前端部（この発明の第１の端部に相当する。）はワークＷの内部に位置しており、連結軸２の後端部（この発明の第２の端部に相当する。）はワークＷの背面側の外部に位置している。

偏心軸２２は、連結軸２の前端部から、フランジ部２３を介して一体的に突出して形成されている。

内刃３は、一例としてＳＫＤ１１を素材として、中心に開口を備えた円盤状を呈し、保持機構８を介して連結軸２の前端部に保持されている。

一対の外刃４は、それぞれ環状を呈し、ワークＷに外嵌している。一対の外刃４は、ホルダ４２によってワークＷの軸方向における中央部に間隙４１を設けて配置されており、間隙４１を挟んで両側の領域でワークＷに全周にわたって略当接している。間隙４１は、ワークＷを挟んで内刃３の周面が対向する位置に配置されている。ワークＷの軸方向について、内刃３の両側面の位置は、それぞれ外刃４の間隙４１を形成する２つの側面の位置に略一致している。

リングギア６は、連結軸２の後端側で、ワークＷの外部に配置され、フレーム１０２に取り付けられた軸受１０３に回転自在に支持されている。リングギア６は、ワークＷ、駆動軸１及びスリーブ７と同軸上に配置されている。

プラネタリギア５は、連結軸２の後端部に、連結軸２及び貫通孔１１と同軸上に固定されている。プラネタリギア５は、リングギア６に噛合している。プラネタリギア５の歯数は、リングギア６の歯数よりも少なく、ワークＷの軸に対する連結軸２の偏心量Ｄに応じて決定される。一例として、偏心量Ｄが５ｍｍでプラネタリギア５の外歯及びリングギア６の内歯のモジュールが２．５の場合に、プラネタリギア５の歯数を４６とすると、リングギア６の歯数は５０となる。プラネタリギア５及びリングギア６のそれぞれの背面には、凹部５１及び凹部６１が形成されている。また、リングギア６の外周面の一部には、溝部６２が形成されている。

プラネタリギア５及びリングギア６の背面には、固定機構９が配置されている。固定機構９は、この発明の固定手段であり、カバー１０３内に収納されている。カバー１０３内には、支持部材１０４が固定されている。固定機構９は、ガイド９１、軸体９２、固定キー９３、エアシリンダ９４を備えている。ガイド９１は、支持部材１０４を前後に貫通して取り付けられている。軸体９２は、ガイド９１を貫通して前後方向に摺動自在に支持されている。固定キー９３は、プラネタリギア５及びリングギア６の背面に対向して、軸体９２の前端部に固定されている。エアシリンダ９４は、空気圧によって軸体９２を前後方向に移動させる。

リングギア６の上方には、エアシリンダ１０が配置されている。エアシリンダ１０は、この発明の規制手段であり、カバー１０３の上面に固定されている。エアシリンダ１０は、ピン１０Ａを備えている。ピン１０Ａは、リングギア６の外周面に対向している。

管体製品の製造作業時には、金属薄板を平行な２端面が対向するように丸めた後、２端面の間を溶接することで長尺状の円筒形のワークＷにされる。ワークＷをその一端側からスリーブ７に外嵌した後、外刃４を、その内周面がワークＷの外周面における軸方向の所定範囲の全周に当接するように配置する。このとき、内刃３の両側面がワークＷの軸方向について一対の外刃４の側面の位置に略一致して位置する。この状態で、駆動軸１を回転させる。

図２は、保持機構８の構成を示す図である。保持機構８は、リング部材８１、第１キャップ部材８２、第２キャップ部材８３を備え、内刃３を連結軸２の前端部で回転自在に保持する。

リング部材８１は、内刃３と同じく、例えばＳＫＤ１１等の工具鋼を素材として環状に形成されており、駆動軸１に前端面に固定される。駆動軸１の素材は内刃３の素材に比較して硬度が低いため、駆動軸１の前端面は内刃３の裏面との摺擦によって磨耗する可能性がある。駆動軸１の前端面が磨耗すると内刃３の軸方向の位置が変動し、正確な切断ができなくなる。駆動軸１の前端面における内刃３と摺擦する部分をリング部材８１で被覆し、駆動軸１の前端面の磨耗を防止する。

第１キャップ部材８２は、内刃３と同じく、例えばＳＫＤ１１等の工具鋼を素材として、前面の外径が背面の外径よりも小さい環状に形成されており、連結軸２の偏心軸２２にベアリング２１（図１参照。）を介して回転自在に支持される。第１キャップ部材８２の背面には、ボス部８２Ａが形成されている。ボス部８２Ａは、外径が内刃３の内径に略等しく、内刃３の幅と略等しい長さで第１キャップ部材８２の背面から軸方向に延出している。第１キャップ部材８２は、ボス部８２Ａに外嵌した内刃３をリング部材８１との間で保持する。

第２キャップ部材８３は、前面の外径が背面の外径よりも小さい環状に形成されている。第２キャップ部材８３は、偏心軸２２の前面に固定ネジを介して取り付けられ、内刃３及び第１キャップ部材８２の軸方向の移動を規制する。第２キャップ部材８３は、内刃３と接触しないため、素材にＳ４５Ｃ等の比較的安価な材料を用いることができる。

リング部材８１を駆動軸１の前端面に取り付けた後、ボス部８２Ａに内刃３が外嵌した第１キャップ部材８２を偏心軸２２に外嵌させ、第２キャップ部材８３を偏心軸２２の前端面に取り付けることで、内刃３が連結軸２の前端部に回転自在に保持される。

図３は、固定機構９の背面方向の斜視図である。プラネタリギア５の背面には、環状の位置決め部材５０が同軸上に固定されている。位置決め部材５０には、背面側及び半径方向に開放した凹部５１が、周方向における１８０度の回転角度の２箇所に形成されている。リングギア６の背面には、環状の位置決め部材６０が同軸上に固定されている。位置決め部材６０には、背面側及び半径方向に開放した凹部６１が、周方向における１８０度の回転角度の２箇所に形成されている。凹部５１及び凹部６１の周方向の幅は互いに等しくされている。

位置決め部材６０には、前述のエアシリンダ１０のピン１０Ａが対向する外周部に、溝部６２が形成されている。エアシリンダ１０の駆動時にピン１０Ａが溝部６２に嵌入する溝部６２へのピン１０Ａの嵌入により、リングギア６の回転が規制される。

連結軸２が回転動作の初期位置（原点）にある状態で、プラネタリギア５は、図３に示すように、リングギア６内の最も上部に位置している。このとき、２個の凹部５１と２個の凹部６１とが、垂直方向に並ぶ。また、連結軸２が回転動作の初期位置（原点）から１８０度回転した位置にある状態で、プラネタリギア５は、リングギア６内の最も下部に位置している。このときも、２個の凹部５１と２個の凹部６１とが、垂直方向に並ぶ。

前述のように、固定機構９は、エアシリンダ９４によってＸ軸方向に移動する固定キー９３を備えている。固定キー９３は、凹部５１及び凹部６１と略同じ幅の板状を呈している。連結軸２が回転動作の初期位置又は初期位置から１８０度回転した位置にある時にエアシリンダ９４を駆動すると、固定キー９３はＸ軸に沿ってプラネタリギア５及びリングギア６に接近する方向に移動し、凹部５１及び凹部６１に嵌入する。固定キー９３が凹部５１，６１に嵌入することにより、プラネタリギア５とリングギア６とが一体的に固定される。エアシリンダ９４が駆動されていない時には、固定キー９３はＸ軸に沿って背面側に退避しており、凹部５１及び凹部６１に嵌入しない。

ピン１０Ａが溝部６２に嵌入しており、固定キー９３が凹部５１及び凹部６１に嵌入していない時に、駆動軸１に回転を供給すると、駆動軸１の偏心した位置に軸支されている連結軸２が駆動軸１の中心軸から半径方向に所定距離だけ離れた円周上を移動する。連結軸１の後端部に固定されたプラネタリギア５は、リングギア６に噛合しつつ連結軸２と同じ円周上を移動する。このため、フラネタリギア５は、リングギア６内で、連結軸２の中心軸周りに自転しつつ、リングギア６の内周に沿って公転する。プラネタリギア５の自転によって連結軸２も自転し、連結軸２の前端部で偏心した位置に保持されている内刃３は、駆動軸１の半径方向における最も外側の位置を徐々に変位させながら、駆動軸１の中心軸及び連結軸２の中心軸に直交する平面内で回転する。

ピン１０Ａが溝部６２に嵌入しておらず、プラネタリギア５とリングギア６とが一体的に固定されている時に、駆動軸１に回転を供給すると、リングギア６はプラネタリギア５と一体的に移動する。このため、プラネタリギア５は、自転を生じることがなく、連結軸２も自転することなく駆動軸１の中心軸から半径方向に所定距離だけ離れた円周上を移動する。連結軸２の前端部で偏心した位置に保持されている内刃３は、駆動軸１の半径方向における最も外側の位置を変位させることなく、駆動軸１の中心軸からの距離を一定にして、駆動軸１の中心軸及び連結軸２の中心軸に直交する平面内で回転する。

駆動機構９は、図３に示す構成に限るものではなく、プラネタリギア５とリングギア６とを選択的に一体化できることを条件に種々の構成をとすることができる。また、エアシリンダ１０についても同様であり、リングギア６の回転を選択的に規制できることを条件に種々の機構を用いることができる。

また、位置決め部材５０，６０は、それぞれプラネタリギア５及びリングギア６に法体に形成してもよい。

図４は、検出板１３の正面図である。検出板１３は、半径が異なる大円部１３Ａと小円部１３Ｂとを同心に配置して形成された円盤状を呈している。

フォトセンサ１４Ａ〜１４Ｃは、それぞれの発光素子と受光素子との間に検出板１３の大円部１３Ａの外縁部が通過する位置に配置されている。即ち、フォトセンサ１４Ａ〜１４Ｃは、それぞれの発光素子及び受光素子が、大円部１３Ａの半径と小円部１３Ｂの半径との中間の長さの半径の円周と検出板１３の中心を通る垂直線との２つの交点、及び検出板１３の中心を通る水平線の一方の交点とに配置されている。

なお、駆動軸１の回転位置を検出できることを条件に、フォトセンサ１４Ａ〜１４Ｃに代えて、近接スイッチや磁気センサ等の光学式以外のセンサを用いることもできる。

図５は、この発明の制御部２００のブロック図である。制御部２００は、ＣＰＵ２０１にＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、フォトセンサ１４Ａ〜１４Ｃ、モータドライバ２０４、バルブコントローラ２０５，２０６等を接続して構成されている。

ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２は、ＣＰＵ２０１の動作を規定するプログラムを記憶している。ＲＡＭ２０３は、ワーキング領域や入出力されるデータの格納領域に割り当てられるメモリエリアを備えている。フォトセンサ１４Ａ〜１４Ｃは、受光素子による発光素子の光の検出信号をＣＰＵ２０１に入力する。モータドライバ２０４には、駆動軸１に回転を供給するモータ２１０が接続されている。バルブコントローラ２０５には、エアシリンダ１０に対する加圧気体の流路を開閉するバルブ２２０が接続されている。バルブコントローラ２０６には、エアシリンダ９４に対する加圧気体の流路を開閉するバルブ２３０が接続されている。

ＣＰＵ２０１は、フォトセンサ１４Ａ〜１４Ｃの検出信号に基づいて、モータドライバ２０４及びバルブコントローラ２０５，２０６に駆動データを出力する。モータドライバ２０４は、ＣＰＵ２０１から出力された駆動データに従ってモータ２１０を駆動する。バルブコントローラ２０５，２０６は、それぞれＣＰＵ２０１から出力された駆動データに従ってバルブ２２０，２３０を動作させる。バルブ２２０は、動作時にエアシリンダ１０に加圧気体を供給し、リングギア６の回転を規制する。バルブ２３０は、動作時にエアシリンダ９４に加圧気体を供給し、固定キー９３を介してプラネタリギア５とリングギア６とを一体化させる。

図６は、制御部２００による制御内容を示すタイミングチャートである。ＣＰＵ２０１は、フォトセンサ１４Ａ〜１４Ｃにおける検出板１３の検出状態に応じて、モータ２１０及びエアシリンダ１０，９４を動作させる。駆動軸１が回転動作の初期位置にある時には、図４に示すように、フォトセンサ１４Ａ，１４Ｂが検出板１３を検出し、フォトセンサ１４Ｃが検出板１４Ｃを検出しない。この時、スリーブ７にワークＷが外嵌され、ワークＷの切断処理の開始が指示されると、ＣＰＵ２０１は、バルブ２２０を動作させてエアシリンダ１０のピン１０Ａによってリングギア６の回転を規制し、バルブ２３０を動作させずに固定キー９３によるプラネタリギア５とリングギア６との一体化を解除した状態で、モータドライバ２０４を介してモータ２１０の正転駆動を開始する。

モータ２１０の正転駆動時に、検出板１３は、駆動軸１と一体的に図４中の時計方向に回転する。したがって、フォトセンサ１４Ａは、モータ２１０の正転開始直後に検出板１３を検出しなくなり、駆動軸１が初期位置から９０度正転した時にフォトセンサ１４Ｃが検出板１３を検出し始める。

駆動軸１の回転により、連結軸２は貫通孔１１の位置で駆動軸１の中心軸周りに回転するとともに、貫通孔１１内で自転する。これに伴って、偏心軸２２は、内刃３とともに連結軸の中心軸周りに自転する。内刃３は、外周面の位置を徐々に半径方向の外側に変位させていき、駆動軸１が初期位置から１８０度回転したところで外周面の位置が最も外側になる。内刃１は、駆動軸１が初期位置から１８０度回転するまでの間に、外周部をワークＷの内部から外側に変位させ、外刃４との間でワークＷを切断する。駆動軸１が初期位置から１８０度回転した時に、内刃３の外周部は最も外側に変位する。

駆動軸１が初期位置から１８０度回転し、フォトセンサ１４Ａ〜１４Ｃの全てが検出板１３を検出すると、ＣＰＵ２０１は、モータ２１０の駆動を一時停止し、この間に、バルブ２２０の動作を停止させてエアシリンダ１０のピン１０Ａによるリングギア６の回転の規制を解除し、バルブ２３０を動作させて固定キー９３によってプラネタリギア５とリングギア６とを一体化した状態で、モータ２１０の正転駆動を再開する。

モータ２１０の正転駆動の再開後は、プラネタリギア５とリングギア６とが一体的に回転するため、連結軸２は貫通孔１１内で自転することなく駆動軸１の中心軸周りに移動する。このため、内刃３の外周部は変位せず、駆動軸１の半径方向について最も外側に位置したまま、連結軸２とともに駆動軸１の中心軸周りに移動し、外刃４５との間でのワークＷの切断を継続する。この時、内刃３は、連結軸１の前端部で偏心軸２２に回転自在に保持されているため、ワークＷとの接触抵抗によって自転する。内刃３の移動に大きな抵抗力が作用することがなく、出力の大きなモータ２１０を使用する必要がない。また、内刃３の外周面及び側面におけるワークＷとの接触部分が順次変位していくため、内刃３が早期に磨耗することがない。

モータ２１０の正転駆動の再開後から駆動軸１が１回転し、再びフォトセンサ１４Ａ〜１４Ｃの全てが検出板１３を検出すると、ＣＰＵ２０１は、モータ２１０の駆動を再度一時停止する。ＣＰＵ２０１は、この間に、バルブ２２０を動作させてエアシリンダ１０のピン１０Ａによってリングギア６の回転を規制し、バルブ２３０の動作を停止して固定キー９３によるプラネタリギア５とリングギア６との一体化を解除する。この後、ＣＰＵ２０１は、モータ２１０を１８０度逆転駆動し、駆動軸１を初期位置に戻し、１回のワークＷの切断を完了する。

以上の処理により、管体切断装置１００によれば、プラネタリギア５及びリングギア６からなる遊星ギア機構を用いて、内刃３を回転させつつワークＷの半径方向に移動させ、比較的小径の薄肉ワークＷの切断を容易に行うことができる。

モータ２１０を逆転駆動して駆動軸１を初期位置に戻すのは、プラネタリギア５とリングギア６との歯数差によって連結軸２の回転角度が初期状態から変化することを防ぐためである。

ワークＷの切断時に、内刃３の外周縁におけるワークＷの外側に露出した部分は、一対の外刃４の間隙４１内に嵌入し、内刃３の前後の側面は外刃４の間隙４１を挟んで対向する２側面に接触する。内刃３の外周面が当接することにより、ワークＷには切断面を外側に押し出す方向の力が作用するが、ワークＷの外周面における切断部分の両側には一対の外刃４の内周面が当接しており、ワークＷの切断面にバリ等の大きな変形を生じることがない。このため、ワークＷの切断後に切断面に対する切削加工等の後処理を行う必要がない。また、長尺のワークＷに対して連続して切断処理を行い、軸方向の長さの短い複数の単管を多数個取りすることもできる。

なお、ワークＷの端部を切除する加工を行う場合には、ワークＷの軸方向における内歯３の背面側にのみ外刃４を配置すればよい。

ワークＷの切断作業の高速化のためには、モータ２１０を高速駆動することが考えられる。この場合に、停止時の制動性を考慮して、回転の中断前及び切断作業完了前の所定の角度範囲で低速駆動してもよい。例えば、駆動軸１の回転位置が、初期位置から９０度までの間及び１８０度から４５０度までの間の正転時、並びに５４０度から４５０度までの逆転時にはモータ２１０を高速駆動し、９０度から１８０度までの間及び４５０度から５４０度までの間の正転時、並びに４５０度から３６０度までの逆転時にはモータ２１０を低速駆動する。

なお、切断すべきワークＷの径の変化に際しては、スリーブ７、内刃３及び外刃４を交換することで対応できる。この場合に、スリーブ７を最小径のワークＷに合わせた外径とし、ワークＷの大径化に応じて内径がスリーブ７の外径に略等しく、外径がワークＷの内径に略等しい調整用スリーブをスリーブ７に外嵌させることで対応することもできる。

また、リングギア６をフレーム１０２に固定し、固定機構９及びエアシリンダ１０を省略することもできる。図７に示すように、駆動軸１が矢印Ａ方向に回転すると、プラネタリギア５の中心（連結軸２の中心でもある。）である第１の軸２Ａが、ワークＷの中心軸を中心とする第１の円周Ｃ１に沿って移動する。これに伴って、連結軸２が矢印Ｂ方向に回転し、第１の軸２Ａに平行で内刃を回転自在に支持する偏心軸２２の中心である第２の軸２２Ａ（この例では、初期位置においてワークＷの中心に重なっている。）が、第１の軸２Ａを中心とする第２の円周Ｃ２に沿って、プラネタリギア５とリングギア６との歯数差（Ｚ２−Ｚ１）に応じて第１の軸２Ａと異なる角速度で移動する。実際には、円周Ｃ２の中心も、円周Ｃ１に沿って移動する。

つまり、プラネタリギア５がリングギア６のピッチ円に沿って公転移動することで、プラネタリギア５はリングギア６との歯数差により、公転時の角速度よりも早い角速度で自転する。プラネタリギア５及び連結軸２の自転により、内刃３を軸支した偏心軸２２が連結軸２の中心軸に偏心して回転し、内刃３の外周面でワークＷの中心から最も離れた部分のワークＷの中心からの距離が徐々に変化する。例えば、図７に示す初期位置から駆動軸１が１８０度回転した時に、内刃３の外周面でワークＷの中心から最も離れた部分のワークＷの中心からの距離が最大となり、略図７に破線で示す位置Ｐ１に達してワークＷの外部に露出する。このとき、内刃３はワークＷから受ける抵抗によって第２の軸２２Ａ（図７に示す位置にはない。）を中心に回転する。

なお、図１〜６に示した実施形態では、内刃３が図７の位置Ｐ１に達した時に、プラネタリギア５とリングギア６とが一体化され、内刃３は、その外周面でワークＷの中心から最も離れた部分のワークＷの中心からの距離Ｌ１を維持したまま３６０度回転する。

プラネタリギア５は、ワークＷと同軸上に配置されたリングギア６に噛合してリングギア６の内周に沿って自転しつつ公転する。このとき、リングギア６の歯数よりもプラネタリギア５の歯数の方が少ないため、プラネタリギア５はリングギア６の内周に沿って１回公転する間にリングギア６との歯数差だけ余分に自転し、駆動軸１が１回転する間に連結軸２が貫通孔１１内で１回転よりも多く回転する。

このため、駆動軸１を連続して回転させると、内刃３がワークＷの外側に最も突出する位置が、図７中の位置Ｐ１から位置Ｐ２、位置Ｐ２から位置Ｐ３へと、駆動軸１の１回転ごとにプラネタリギア５とリングギア６との歯数差分ずつ駆動軸１の回転方向と逆方向に徐々に変位していく。リングギア６の歯数をＺ１、リングギア６とプラネタリギア５との歯数差をＺ２として、駆動軸１がＮ（但し、Ｎ＝Ｚ１／Ｚ２）回転したときに、連結軸２及び内刃３が初期位置に戻る。この間に、内刃３の一部がワークＷの周面に沿うＮ個の位置でワークＷの外側に露出する結果、ワークＷが全周にわたって切断される。

この構成では、固定機構９及びエアシリンダ１０を備えた構成に比較して、ワークＷの切断に要する時間は長時間化するが、管体切断装置１００の構造及び切断作業時の制御を簡略化することができる。

なお、上記の実施形態はいずれも一例であり、この発明はこれらに限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々の変更を加えることが可能である。

この発明の実施形態に係る管体切断装置の側面断面図である。 保持機構の構成を示す図である。 固定機構の背面方向の斜視図である。 検出板の正面図である。 制御部のブロック図である。 制御部による制御内容を示すタイミングチャートである。 この発明の別の実施形態に係る管体切断装置における内刃３の移動状態を説明する正面図である。

符号の説明

１ 駆動軸
２ 連結軸
３ 内刃
４ 外刃
５ プラネタリギア
６ リングギア
７ スリーブ
９ 固定機構（固定手段）
１０ エアシリンダ （規制手段）
１３ 検出板 （検出手段）
１４Ａ〜１４Ｃ フォトセンサ（検出手段）
１００ 管体切断装置
２００ 制御部
Ｗ ワーク（管体）

Claims (6)

1. 切断すべき管体の外周面における軸方向の所定範囲の全周に内周面が当接する環状の外刃と、
   前記管体の内部で中心軸を前記管体の軸方向に平行にして保持された円盤状の内刃であって、前記管体内で少なくとも一方の側面が前記管体の軸方向について前記外刃の側面の位置に略一致する位置に配置される内刃と、
   前記管体の外部で前記管体と同軸上に配置されたリングギア、及び前記リングギアの内歯に外歯が噛合するプラネタリギアを有する内刃駆動機構と、を備え、
   前記内刃駆動機構は、前記プラネタリギアの中心軸である第１の軸に平行で前記内刃を回転自在に支持する第２の軸を、前記第１の軸に直交する平面内における前記第１の軸と異なる所定の位置で回転自在に支持し、前記プラネタリギアを前記リングギアのピッチ円に沿って移動させる機構であり、
   前記内刃の周面を前記管体の内部から外側に露出させて前記外刃との間で前記管体を切断する管体切断装置。
2. 前記内刃駆動機構は、
   前記管体内の同軸上で回転自在に支持され、内部の偏心した位置で両端に開放した円形断面の貫通孔を有する駆動軸と、
   前記貫通孔に回転自在に支持されて第１の端部が前記管体内に位置するとともに第２の端部が前記プラネタリギアに同軸上に固定された前記第１の軸としての円柱状の連結軸と、
   前記第１の端部に固定され、前記連結軸の中心軸から偏心した位置で前記内刃を回転自在に支持する前記第２の軸としての偏心軸と、
   前記駆動軸に回転を供給する駆動手段と、をさらに含む請求項１に記載の管体切断装置。
3. 前記リングギアを前記駆動軸と同軸上で回転自在に支持し、
   前記リングギアの回転を選択的に規制する規制手段と、
   前記リングギアと前記プラネタリギアとを選択的に固定する固定手段と、
   前記駆動軸の回転位置を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて前記規制手段及び前記固定手段の動作を制御する制御手段と、をさらに備え、
   前記制御手段は、前記駆動軸が回転の初期位置から所定角度回転するまでの間に前記規制手段を有効にしつつ前記固定手段を無効にし、前記駆動軸が前記所定角度回転した時から１回転するまでの間に前記規制手段を無効にしつつ前記固定手段を有効にするように構成された請求項２に記載の管体切断装置。
4. 前記駆動手段は前記駆動軸に正逆両方向の回転を選択的に供給する手段であり、
   前記制御手段は、前記駆動軸が回転の初期位置から前記所定角度回転した後に１回転するまでの間に前記駆動手段から前記駆動軸に正転方向の回転を供給し、前記駆動軸が前記所定角度回転した位置から１回転した後に初期位置に復帰するまでの間に前記駆動手段から逆転方向の回転を前記駆動軸に供給するように構成された請求項３に記載の管体切断装置。
5. 前記外刃は、前記管体の軸方向における前記内刃に対向する間隙を挟んだ２つの領域で前記管体の外周面に当接し、前記管体の軸方向について前記間隙を挟んで対向する２側面のそれぞれの位置が前記内刃の２側面のそれぞれの位置に略一致する請求項１乃至４の何れかに記載の管体切断装置。
6. 環状の外刃を、その内周面が切断すべき管体の外周面における軸方向の所定範囲の全周に当接するように配置する工程と、
   円盤状の内刃を、その中心軸が前記管体の軸方向と平行となるとともに、その側面の少なくとも一方が前記管体の軸方向について前記外刃の側面の位置に略一致して位置するように前記管体内に配置する工程と、
   前記管体の外部に配置されたリングギアの内歯に外歯が噛合するプラネタリギアの中心軸を第１の軸として、前記第１の軸に平行で前記内刃を回転自在に支持する第２の軸を、前記第１の軸に直交する平面内における前記第１の軸と異なる所定の位置で回転自在に支持し、前記プラネタリギアを前記リングギアのピッチ円に沿って移動させる工程と、を含み、
   前記内刃の周面を前記管体の内部から外側に露出させて前記外刃との間で前記管体を切断する管体製造方法。

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