JP2009536584A - 一体のタンジェント軸方向付け駆動用装置を有する往復運動式ナイフ - Google Patents

Abstract

切断ナイフの方向付け用のハウジングチューブを回転させることなく、パターンワークピースを切断する装置が開示されている。本装置は、タンジェント軸駆動モータを利用して、切断ナイフを方向付けている。結果として、ナイフの方向付けの角加速度を遅くするハウジングチューブによって生じた慣性が除去され、ナイフの方向付けの速度が増加する。本装置はモータ往復運動に限定されて切断ナイフの運動を駆動するわけではない。ナイフを往復させるための他の手段もこの装置では実施可能である。
【選択図】図４

Description

本発明は一般にシート型ワーク材からある形状を切断することに向けられ、さらに詳細には、タンジェント軸方向付け駆動用装置を有する往復運動式ナイフを組み込んだコンピュータ制御式切断テーブルを用いて、ある形状を切断することに関する。

歴史的に、モータ往復運動式ナイフを組み込んだコンピュータ制御式切断テーブルは、革などのような単一層の可撓性シート型材料を切断するために用いられてきた。たとえば、スイスのアルトシュタッテン（Ａｌｔｓｔａｔｔｅｎ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）にあるＺｕｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｔｅｃｈｎｉｋは、モータ往復運動式ナイフを製作している。このタイプの切断装置の代表的な例が、図１に概略的に示されている。

この実施例において、コンピュータ制御式タンジェント軸駆動モータ１０００は、往復運動式ナイフ１０２０に止めピンで固定されるハウジングチューブ１０１０に連結されている。したがって、ハウジングチューブの任意の動きがナイフの動きを生成する。ナイフは、タンジェント軸モータ駆動装置を介してハウジングチューブを回転させることによって切断経路に対して接するように方向付けられる。

既存の技術における限界は、ハウジングチューブの慣性までもがナイフと同調して方向付けられることである。この余分な慣性により、ナイフの方向付けの角加速度を遅くするかもしれない。切断破片の処理量を最大にするために、できるだけ早くナイフを方向付けることが望ましい。

ナイフの切断方向の多数回の変更がきわめて短い時間間隔で必要とされる場合には、別の問題点が生じる。切断方向の一連の変更は、切断ナイフの方向付けがハウジングチューブの慣性によって妨害されることにより、最終的に切断されるシートの品質を低下させることがあり得る。切断ナイフを方向付けるためにハウジングチューブを用いることは、ワーク材からパターンピースを切断するのにかかる時間量に著しくかつ有害に影響を及ぼすことがあり得る。さらに、切断ナイフの方向の多数回の変更を必要とするために、エラーの可能性がより高い処理量速度で増大することがあり得る。

前述の内容に基づき、従来技術のデバイスの欠点を改善または克服する切断装置を提供する必要性が当技術において存在している。

本発明は一態様において、回転するハウジングチューブを排除し、その結果としてナイフの方向付けの速度を増大させるパターンピース切断用装置に向けられている。本発明は、モータ往復運動に限定されない。ナイフを往復させる他の手段が可能であり、電磁アクチュエータによって励起される質量ばね系を含むが、これに限定されない。

本発明の一実施形態において、サーボモータは、制御装置に応じてナイフの頭部を方向付ける。ナイフの往復運動は、スプールの回転運動を生じさせる第２のモータによって行われる。スプールはロッドに連結されている。ロッドの端部におけるブッシングにより、ロッドの先端においてもナイフに対する回転運動および直線運動を可能にする。

本発明の別の実施形態において、ナイフを往復運動させるモータは、スプールに配置されたボールベアリングに連結される偏心シャフトを備えたクラック軸を有する。圧力分配器が、スプールのフランジの接触応力を低減させるために、ボールベアリングに取り付けられてもよい。

本発明の別の態様において、サーボモータおよび二次モータがハウジングに取り付けられている。ハウジングの先端は、ナイフの切断深度の調整を提供するために用いられる押さえと嵌合されるねじ切りを有する。ばね負荷留め金は、押さえが切断作業中に回転したり切断深度を変化させたりするのを防止するために用いられることが可能である。

本発明を質量ばね系の実施において利用することができるが、これに限定されない。この実施形態において、サーボモータは切断経路に対して接するようにナイフを方向付ける。サーボモータは符号器（ｅｎｃｏｄｅｒ）であることがあるが、この実施に限定されない。質量ばねの運動は電磁アクチュエータによって生成される。

本発明の利点は、切断の工程を迅速かつ自動的に行うことができることである。

本発明のこれらの態様と、他の目的と、特徴と、利点とは、添付図面と共に読むことができる以下の詳細な説明に記載されている。

当技術では公知の切断装置の概略図である。 本発明を組み込んだ切断テーブルの斜視図である。 本発明の一実施形態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態の内部を示す部分図である。 図４の実施形態の内部の部分を示す分解図である。 回転運動を直線運動に変換するためのスプールにおけるボールベアリングを示す拡大図である。 スプールにおける接触応力を低減させるための圧力分配器を備えた図６のボールベアリングを示す拡大図である。 タンジェント軸駆動モータの継手を示す拡大部分斜視図である。 往復運動駆動モータの継手を示す拡大部分斜視図である。 電磁アクチュエータによって提供される運動を有する質量ばね系によって往復運動されるブレードを有する本発明である。 図１０の実施形態の部分を示す部分斜視図である。

図１は当技術で公知の切断装置を示している。モータ駆動式クランクアーム１０３０は、往復運動を生成する。クランクアームの端部にボールベアリングがあり、その外輪がスプールのフランジ間に捕捉されている。スプールの運動は直線状であり、各端部で直線状のボールベアリング１０４０によってガイドされる。コンピュータ制御式タンジェント軸駆動モータ１０００はハウジングチューブ１０１０に連結されている。ハウジングチューブは往復運動式ナイフ１０２０に止めピンで固定され、ワーク材を貫いて経路を切断することが接線方向に方向付けられるようにしている。この既存の装置の１つの限界は、ハウジングチューブの慣性がナイフと同調して方向付けられることである。余分な慣性により、ナイフの方向付けの角加速度を遅くするかもしれない。

本発明は、回転式ハウジングチューブの必要性を排除し、その結果として、ナイフの方向付けの速度を増加させている。この場合も同様に、本発明は往復運動駆動モータによるナイフの駆動に限定されない。ナイフを往復させる他の手段が可能であり、たとえば電磁アクチュエータによって励起される質量ばね系であるが、これに限定されない。

参照符号１００によって全体として明示される切断テーブルが図２に示されている。テーブルは、フレーム１０１と、少なくとも１層のシート型ワーク材１０５を保持するように適合されたワーク材支持面１０２とを含む。ワーク材はその上に革またはビニルを含むが、これに限定されない。ビーム１０３が、「Ｘ」と表示された矢印によって示される第１の方向へ前後運動するためにフレームに連結される。キャリッジ１０４はビーム１０３に装着され、「Ｙ」と表示された矢印によって示される第２の方向に沿って前後に移動可能である。工具ヘッド５１がキャリッジに装着され、制御装置１０６から発せられるコマンドに応じて方向「Ｘ」および「Ｙ」に移動する。

図３は工具ヘッド５１の一実施形態を示しており、主要支持ブラケット２５と、全体として明示される動力工具５０と、参照符号２０、２１、２２、２３および２４によって明示されるガイド付き空気圧シリンダとを含む。ガイド付き空気圧シリンダは、制御装置１０６によって発せられたコマンドに応じて、動力工具５０をワーク材１０５に対して係合および解放する。ブッシングブロック２６は動力工具５０のナイフ端部をガイドして支持する。

動力工具５０の一実施形態の内部が図４および図５に示されている。ナイフ１は工具ホルダ２に保持されている。ロッド４は工具ホルダ２をスプール５に連結する。ブッシング３は、ロッド４の回転運動および直線運動を可能にし、ロッド４のナイフ端部を支持する。サーボモータ１３は、制御装置から発せられるコマンドに応じてナイフ１の頭部を方向付ける。

図５に示されているように、クランク軸１５は、その上にボールベアリング６が圧入される偏心端部８を有する。モータ１２は、スプール５のフランジ間の軌道内で第１のベアリング６を駆動する第２の継手１１に取り付けられている。第２の継手は接続の手助けとなるヘッド１０を有する。軌道運動によりスプール５が、直線的に往復運動させられる。次に、ナイフ１も往復運動する。

図５でさらに示されているように、サーボモータ１３およびモータ１２がハウジング１６に取り付けられることが可能である。２列のボールベアリング９の外輪が、ハウジング１６内のラウンドポケットに収まり、内部保持リングによって固定される。チューブ１７はハウジング１６から遠くへ至る。ハウジングチューブの遠隔端は押さえ１９がねじ込まれる雄ねじ山を有する。ねじ山は最大切断深度を調整する手段を提供する。ばね負荷留め金１８は押さえが切断動作中に回転するのを防いでいる。当業者によって公知の他の手段が、切断ナイフの高さを調整し、その調整を確保するために利用可能であることは明らかである。上記は例であり、これらの特定の実施形態に本発明を限定するように言及されていない。

図６はスプール５のフランジ間で固定されるボールベアリング６を示している。図７で示されているように、圧力分配器７がボールベアリング６の外輪に取り付けられてもよい。これにより、スプール５のフランジにかかる接触応力は低減される。

図８で示されるように、サーボモータ１３は第１の継手１４に取り付けられる出力軸２８を有する。出力軸は第１の継手１４内のスロット２７を貫通している。スプール５は孔形状部２９、第１の平面部３０、第２の平面部３１を有し、これらは第１の継手１４のスロット２７と嵌合する。実施形態に応じて、スプール５はテフロン（登録商標）（テトラフルオロエチレン）充填アセタールから作られているが、これに限定されない。実施形態に応じて、第１の継手１４はステンレス鋼から作られているが、これに限定されない。

図９に示されているように、第２の継手１１はスロットを有し、モータ１２の軸３３がスロットを貫通している。クランク軸１５は孔形状部３５および複数の平面部３６、３７、３８および３９を有する。これらの平面部は第２の継手１１のスロット３２および軸３３と嵌合する。クランク軸１５は、クランク軸１５の溝形状部３４に配置される外側保持リングによって保持される図５の２列のボールベアリング９によって支持されている。

図１０は、質量ばね系が利用されて電磁アクチュエータによって動力を供給される場合の動力工具５０の実施形態を示している。この実施形態において、往復運動する駆動モータが電磁アクチュエータによって置き換えられている。図４の実施形態と同様に、サーボモータ２１０１は切断経路に対して接するようにナイフ２０１３を方向付ける。符号器（ｅｎｃｏｄｅｒ）２１０２または角度軸位置決めフィードバックの別の手段がサーボモータ２１０１に取り付けられている。ロッド２１０６はハウジング２００１に対して移動できるよう摺動可能に連結されている。第１の直線ベアリング２００８および第２の直線ベアリング２００９は、ロッド２１０６用の摺動接触手段を提供するために含まれている。トランスデューサ２０５３はナイフ２０１３の運動のフィードバックを提供する。実施に応じて、ナイフ２０１３は、ロッド２１０６に連結されているナイフホルダ２０１２に固定される。コイル２００２および磁界アセンブリ２００３を有する音声コイルアクチュエータは、質量ばね系の励起または作動を提供する。第１の直線ベアリング２００８は、磁界アセンブリ２００３に取り付けられるベアリング支持２０１０間に配置される。第１のばね２００５および第２のばね２００６は動的システムの弾性要素を提供する。

図１１は図１０の実施形態の一部分を示す拡大部分図である。サーボモータは、第１のハブ２１０４に取り付けられる出力軸２１０３を有する。第１のハブ２１０４はスロット２１１５を有し、スロット２１１５によって形成される空間内へ出力軸が貫通している。第１のハブ２１０４は第２のハブ２１０５と嵌合する。第２のハブ２１０５は第１の平坦面２１１３、第２の平坦面２１１４および孔２１１２を有する。その孔の直径は出力軸２１０３に対する位置すきま嵌めである。ロッド２１０６は第２のハブ２１０５に取り付けられる。第１のハブ２１０４および第２のハブ２１０５は、出力軸２１０３に対してロッド２１０６の回転を停止させつつも並進を可能にする継手を形成する。ハブに関する材料の選択は相対的な摺動運動に適合する材料を含むが、それに限定されない。たとえば、第１のハブ２１０４はステンレス鋼から作成されてもよいが、第２のハブ２１０５はテトラフルオロエチレン充填アセタールから作成されてもよい。当業者は、回転を停止させつつも並進を可能にする継手を構成する他の方法とともに、それらを作製するための他の材料を認識するであろう。

カップ型スプール２００４は、ロッド２１０６のフランジ形状部２１０７を半径方向に捕捉しているカップ形状部２１１２を有する。第１のスラストベアリング２１０８、第２のスラストベアリング２１０９、第３のばね２１１０およびカップワッシャ２１１１は、フランジ形状部２１０７を軸方向に捕捉している。この配置によって、ロッド２１０６は自由に回転することができるが、カップ型スプール２００４に対して並進できない。第１のスラストベアリング２１０８、第２のスラストベアリング２１０９は、たとえば、ベアリング用途に適切なプラスチックから作製されてもよい。油を含浸した焼結青銅からなるスラストワッシャは代用品の別の例である。図４に記載された他の実施形態と同様に、サーボモータ２１０１はナイフ２０１３を方向付ける。

上記の説明は、実施形態の説明用の例を表しているに過ぎないことを理解すべきである。読み手の便宜を図るため、上記の説明は可能な実施形態の代表的なサンプル、本発明の原理を教示するサンプルに焦点を合わせている。上記の説明は可能なすべての変形例を包括的に列挙しようとしているわけではない。

したがって、本願明細書に記載される実施形態は例示に過ぎず、他の変形例も添付の特許請求の範囲によって定義されるところの本発明の範囲内である。

Claims (20)

1. 動力工具を有しシート型ワーク材を切断する装置であって、前記動力工具は、
   工具ホルダに配置された切断ナイフと、
   先端および基端を有するロッドと、スプールと、
   前記スプールに取り付けられる前記基端と、前記工具ホルダに取り付けられる前記先端と、
   前記ナイフの回転運動および直線運動を可能にするために、前記ナイフと前記スプールとの間に配置されるブッシングと、
   切断のために前記ナイフに往復運動を提供する手段と、
   制御装置から発せられるコマンドに応じて前記ナイフの方向を方向付けるために、前記スプールに取り付けられるタンジェント軸駆動モータと、
   を備えることを特徴とする装置。
2. 前記往復運動手段がモータであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記モータがクランク軸によって前記スプールに連結されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記スプールはフランジを有し、前記クランク軸は、前記スプールの前記フランジ間に配置される少なくとも１つのボールベアリングに連結された偏心端を有し軌道運動を引き起こして前記ナイフを往復運動させることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記ボールベアリングが、前記フランジ内の接触応力を低減させるための圧力分配器をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記往復運動手段が電磁アクチュエータによって作動される質量ばね系であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 前記タンジェント軸駆動モータがサーボモータであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
8. 前記タンジェント軸駆動モータおよび前記往復運動手段が、前記ナイフの切断深度を調整するための手段を有するハウジングに取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
9. 前記切断ナイフの高さ調整を確保するための手段をさらに備えることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 前記確保手段が、ばね負荷留め金であり、前記高さ調整手段が、ねじ込み式押さえと嵌合する前記ハウジングにおける雄ねじであることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. 上面にシート型ワーク材の少なくとも１層を保持するために、フレーム上に取り付けられる支持面と、
    制御装置から発せられるコマンドに応じた種々の方向への移動のために、前記フレームに連結されるキャリッジと、
    前記キャリッジに取り付けられ、前記制御装置から発せられるコマンドに応じて前記ワーク材との係合および解放を可能にする動力工具とガイド付き空気圧シリンダ切断ヘッドとを有し、前記制御装置から発せられるコマンドに応じて種々の方向へ移動可能である、工具ヘッドと、
    工具ホルダに配置される切断ナイフと、
    先端および基端を有するロッドと、スプールと、
    前記スプールに取り付けられる前記基端と、前記工具ホルダに取り付けられる前記先端と、
    前記ナイフの回転運動および直線運動を可能にするために、前記ナイフと前記スプールとの間に配置されるブッシングと、
    切断のために前記ナイフに往復運動を提供するための手段と、
    制御装置から発せられるコマンドに応じて前記ナイフの方向を方向付けるために、前記スプールに取り付けられるタンジェント軸駆動モータと、
    を備えることを特徴とするシート型ワーク材を切断するための切断装置。
12. 往復運動を提供するための前記手段が往復運動式駆動モータであることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 往復運動を提供するための前記手段が、電磁アクチュエータによって作動される質量ばね系であることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
14. 往復運動を提供するための前記手段は、モータと、前記スプールに連結されるクランク軸とを備えることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
15. 前記スプールが低摩擦係数を有する材料で作られていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
16. 前記ワーク材が革であることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
17. 上面にシート型ワーク材の少なくとも１層を保持するために、フレーム上に取り付けられる支持面と、
    制御装置から発せられるコマンドに応じた種々の方向への移動のために、前記フレームに連結されるキャリッジと、
    前記キャリッジに取り付けられ、前記制御装置から発せられるコマンドに応じて前記ワーク材との係合および解放を可能にする動力工具とガイド付き空気圧シリンダ切断ヘッドとを有し、前記制御装置から発せられるコマンドに応じて種々の方向へ移動可能である、工具ヘッドと、を備え、
    前記動力工具は、工具ホルダに配置される切断ナイフと、先端および基端を有するロッドと、スプールと、前記スプールに取り付けられる前記基端と、前記工具ホルダに取り付けられる前記先端と、前記ナイフの回転運動および直線運動を可能にするために、前記ナイフと前記スプールとの間に配置されるブッシングと、切断のために前記ナイフに往復運動を提供するための手段と、制御装置から発せられるコマンドに応じて前記ナイフの方向を方向付けるために、前記スプールに取り付けられるサーボモータと、を有することを特徴とするシート型ワーク材を切断するための切断装置。
18. 前記サーボモータが切断経路における前記ナイフの方向付けを制御することを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
19. 前記ナイフの切断深度を調整するための手段を有するハウジングをさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
20. フレームと、
    上面にシート型ワーク材の少なくとも１層を保持するために、前記フレーム上に取り付けられる支持面と、
    キャリッジに取り付けられ、前記制御装置から発せられるコマンドに応じて前記ワーク材との係合および解放を可能にする動力工具とガイド付き空気圧シリンダ切断ヘッドとを有し、前記制御装置から発せられるコマンドに応じて種々の方向へ移動可能である、工具ヘッドと、を備え、
    前記動力工具は、工具ホルダに配置される切断ナイフと、先端および基端を有するロッドと、スプールと、前記スプールに取り付けられる前記基端と、前記工具ホルダに取り付けられる前記先端と、前記ナイフの回転運動および直線運動を可能にするために、前記ナイフと前記スプールとの間に配置されるブッシングと、電磁アクチュエータによって作動される質量ばね系と、制御装置から発せられるコマンドに応じて前記ナイフの方向を方向付けるために、前記スプールに取り付けられるサーボモータと、を有することを特徴とするシート型ワーク材においてパターン部品を切断し開口部を作製するための装置。

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