JP2011036986A - 切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、被切断材周囲に２枚〜４枚の回転刃を位置可変に配置してこれらの回転刃を同時に被切断材の外周に沿って公転させる切断装置を改良し、装置の簡素化、メンテナンスの容易化を図ることを目的としている。
【解決手段】 回転面板自体はこれを自転させる機械機構だけを有する簡単な構成とするために、回転面板の一方面に回転刃の揺動アームを搭載し、その反対面には各揺動アームの回転刃の駆動用モーターと揺動用モーターを揺動アーム毎に個別に搭載する構成を採用して、面板を境にして一方が回転切断の機能のみで、切断切粉の処理が極めて容易に実施でき、他方は駆動源の回転モーターを搭載するのみで、丸管や断面正方形の角管の切断中は回転面板自体を所要角度自転させるモーターの制御のみで完了できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被切断材周囲に２枚〜４枚の回転刃を位置可変に配置してこれらの回転刃を同時に被切断材の外周に沿って公転させる切断装置の改良に関し、丸型管(以下丸管という)を初め断面正方形又は長方形の角型管(以下角管をという)を、広範囲のサイズ、肉厚にわたり切断できかつ切断速度を速くあるいは回転刃の寿命を長くできる切断装置に関する。

丸管や角管の切断方法には、大径の回転刃やバンドソーを管の一直径方向に移動させて切断する方法(Ｒ方法という)がある。また、丸管の切断方法には、自転する回転刃を管回りに倣い公転させて切断する方法があり、１枚〜３枚の回転刃をドーナツ状の面板に装着して面板を管中心に回転させる方法(θ方法という)がある。

面板を回転させる前記θ方法では、口径違いや角管を切断することができないため、回転刃を揺動アームの先端に装着して当該アームの基端を面板に軸支装着した揺動カッターを複数個面板に装着し、各アームの揺動角度と面板の公転角度で回転刃の位置制御を行い切断する方法(θ-θ方法という)が実用化されている。(特許文献１、２)

同様に口径違いや角管を切断する方法として、管の直径方向に対向配置した回転刃を直径方向に位置調整可能にしてドーナツ状の面板に装着して面板を管中心に回転させる方法(Ｒ-θ方法という)がある。(特許文献３)

特許第２９３９４０９号公報 特公昭６２−２７９２６号公報 特開平０９−４７９１４号公報

前述のθ-θ方法の装置では、鋸刃を回転させるために内周歯、外周歯の回転リングや多数の歯車を同一軸芯上に重なり合うように配置して回転させる複雑な機械機構が必要であり、カッターヘッドの揺動や被切断材の外周方向の位置調整のために、カッターヘッドを軸支する面板を回転させるための機械機構が必要であり、装置が大型化するとともにかなりの重量物を回転させてこれを機械的に位置制御する必要がある。従って、かかる装置では機械機構が複雑であり、また製造際しては複雑な曲面を持つ大径の歯車等の機械加工の工程が煩雑であり、さらに操業時のメンテナンスも容易でない等の問題がある。

また、Ｒ-θ方法では、駆動モーターとギアボックス及び回転刃からなる回転刃ユニットを面板の半径方向に移動可能にその駆動源とともに装着する必要があり、かつ回転刃ユニットを装着した面板自体を回転させるための機械機構が必要であり、装置が大型化するとともにかなりの重量物を回転させてこれを制御する必要があり、さらには、かかる切断装置を被切断材と同じ速度で移動させる走行切断機の構成とする場合は、重量物の面板の回転とこれらを載せた走行台車の駆動に多くの動力を要する問題があった。

本発明は、従来のθ-θ方法と同様に、丸管を初め断面正方形又は長方形の角管を広範囲のサイズ、肉厚にわたり切断できる装置であり、回転面板自体はこれを自転させる機械機構だけを有する簡単な構成であり、さらに回転刃の揺動動作などの他の機械機構を簡素にした構成を採用して、装置の簡素化、メンテナンスの容易化を可能にする切断装置の提供を目的としている。

本発明者らは、従来のθ-θ方法の切断装置と同じ機能を有し、簡素な機械機構を採用した構成を目的に種々検討した結果、自転可能に保持された回転面板の一方面に、面板への軸支部を介して揺動駆動可能に保持される回転刃の揺動アームを２機〜４機を等間隔で配置し、この回転面板の他方面には、各揺動アームの軸支部を介して駆動力を伝達する回転駆動用モーター及び揺動力を伝達する揺動用モーターを載置する構成、すなわち、回転面板の一方面に回転刃の揺動アームを搭載し、その反対面には各揺動アームの回転刃の駆動用モーターと揺動用モーターを揺動アーム毎に個別に搭載する構成を採用することで、前記目的が達成できるだけでなく、面板を境にして一方が回転切断の機能のみを搭載し、他方は駆動源の回転モーターを搭載するのみと、切断切粉の処理は回転面板の一方面側のみで極めて容易に実施でき、丸管や断面正方形の角管の切断中は回転面板自体を所要角度自転させるモーターの制御のみで済むなどの利点があることを知見し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、
被切断材の通過孔を中心部に有して前記通過孔芯を中心に自転可能に保持され、かつ所要角度自転させる回転駆動モーターを備えた回転面板と、
前記回転面板の一方面に一端部が軸支されて、他端部が該面板の外周側と通過孔内周側との間を前記軸支部を介して揺動可能に保持され揺動アームと、
前記回転面板の他方面に載置されて、前記揺動アームの軸支部を介して駆動力を伝達する回転駆動用モーター及び揺動力を伝達する揺動用モーターとを備え、
前記揺動アームは、その他端部に切断用の回転刃を軸支し、アーム内には前記回転駆動用モーターからの駆動力伝達機構を備え、
被切断材を切断するに際して、被切断材の寸法形状に応じて揺動アームの揺動角度を変えて回転刃を被切断材に当接させる揺動角度制御手段と、被切断材に回転刃を押圧させた揺動アームを搭載する回転面板を所要角度自転させる自転角度制御手段を備えたことを特徴とする切断装置である。

また、本発明は、上記構成の切断装置において、
揺動アームを回転面板に２機、３機あるいは4機搭載したことを特徴とする構成、
揺動アームは前記軸支部以外の少なくとも１か所が該面板上に摺動可能に支持されて、揺動アームの他端部が回転面板の外周側と通過孔内周側との間を揺動可能であることを特徴とする構成を、併せて提案する。

本発明による切断装置は、回転面板に１機の揺動アームを搭載する構成では、丸管や角管並びに各種断面の棒材の切断が可能であり、３機の揺動アームを搭載する構成では、丸管の切断が可能であり、広範囲のサイズ、肉厚にわたり切断できる。また、2機又は4機の揺動アームを搭載する構成では、丸管を初め断面正方形又は長方形の角管を広範囲のサイズ、肉厚にわたり切断できる装置である。いずれの構成も、回転面板自体はこれを自転させる機械機構だけを有する簡単な構成であり、さらに回転刃の揺動動作などの他の機械機構を簡素にした構成を採用して、装置の簡素化、小型化、メンテナンスの容易化を可能にする。

本発明よる切断装置は、回転面板の一方面に回転刃の揺動アームを搭載し、その反対面には各揺動アームの回転刃の駆動用モーターと揺動用モーターを揺動アーム毎に個別に搭載する構成を採用することで、装置の簡素化、小型化を可能にするだけでなく、該面板を境にして一方が回転切断の機能のみを搭載し、他方は駆動源のモーターを搭載するのみであり、回転面板の所要半径位置にこれら重量物を集中的に配置でき、自転させる回転面板の重量配分を適切化できるほか、切断時に発生する切粉の処理は一方面側のみで極めて容易に実施でき、切断中は回転面板自体を所要角度自転させるモーターあるいはさらに揺動アームの揺動用モーターの制御のみで済むなどの操業操作性の利点がある。

本発明よる切断装置は、実施例に示すごとく各揺動アームが回転刃を備えて揺動する先端部に支持ガイドを設けたことにより、揺動角度を精度良く保持でき、高速で回転する回転刃自体の振動や振れなどを被切断材に与えることなく良好な切断品質が得られる共に、回転刃の寿命を長くできる利点がある。

本発明切断装置の一実施例の正面説明図である。 図１のＡ−Ａ矢視説明図であり、被切断材の出側、回転面板の回転刃の装着側を見た説明図である。 図１のＢ−Ｂ矢視説明図であり、被切断材の入側、回転面板の回転刃の駆動モーター搭載位置側を見た説明図である。 回転面板の回転刃の装着側から見た回転刃を備えた揺動アームと被切断材との関係を示す説明図である。 回転面板を板厚み方向に切断して、回転刃を備えた揺動アームとその駆動用機械機構及び同アームの揺動用機械機構を示す切断説明図である。 図５のＣ−Ｃ矢視説明図であり、回転刃を備えた揺動アームの揺動用機械機構の説明図である。

この発明において、回転面板は、主に円板材で構成することが可能で、実施例のごとく必要に応じて円筒状のカバー材を設けることが可能で、支持ローラー等で自立保持する他、軸支支持する構成などを適宜採用できる。回転面板の自転駆動方法もローラーやギア駆動、あるいはベルト駆動なども採用できる。

回転面板に設ける揺動アームは箱体の構造の他、フレーム構造等が適宜採用でき、回転刃の駆動力の伝達機構もギアの他、ベルト、チェーン、シャフト等を適宜採用できる。揺動アームを前記軸支部以外の少なくとも１か所で回転面板上に摺動可能に支持する構成は、例えば実施例のように、揺動アームの揺動先端側に、切断時の切粉等の影響を受け難い構成の公知のリニアガイドなどを円弧ガイドに応用したり、また、リニアガイドを組み合わせて円弧状に摺動移動させる機構を該アームの中央部に設けるなど、公知のいずれの摺動機構も採用できる。

揺動アームの揺動機構には、実施例のごとくアーム軸支部のカラーに円弧ギアを設けてモーターの回転力を利用する構成の他、カム、レバー等の機械機構を利用した構成が適宜採用できる。

回転面板の自転用、回転刃の駆動用、揺動用の各モーターには、回転速度の制御や制止等の回転制御が可能であれば、通常の電動機をはじめ、油圧や水圧あるいは空気圧による圧力モーターを機能に応じて適宜採用することができる。

図１〜図３に示す切断装置は、被切断材Pに通常の丸管Ｐｐを初め、断面正方形の角管Ｐｓさらに断面矩形の角管Ｐｒを切断することが可能な４枚刃の構成からなる。切断機の基本構造は、基台１上に立設した一対の柱部２,２を水平な梁部３にて接続して形成した枠体４内に回転面板１０を自転可能に収納した構成からなる。図１に示すごとく、被切断材Pは図面の右から左方向へ移動する。

回転面板１０は、中心部に被切断材Pの通過孔１２を設けた所要厚みの円板１１の両面に円筒枠１３を設けた短円筒状からなり、前記枠体４内でここでは外周４方向から回転支持ローラ５ａ〜５ｄにて回転面板１０の中央外周面が自転可能に支持され、かつ外周４方向から延びる転倒防止ローラ６ａ〜６ｄが図示しない中央外周面に設けた溝部底に当接している。また、回転面板１０の中央外周面にはギアが設けられ、これに噛み合う駆動用のギアは前記枠体４の梁部３に設けた自転用モーター７にて減速機８を介して駆動されて、回転面板１０は自転する。

図２に示すごとく、回転面板１０の被切断材Ｐの出側から見える円板１１面には、切断用の回転刃２１を備えた揺動アーム２０を等間隔で４機配置してある。揺動アーム２０は所要長さの箱体からなり、図５に示すように基端側を揺動可能に支持するための軸支部２２が円板１１を貫通して設けられている。この軸支部２２の揺動アーム２０に固着されるカラー２３内には駆動用シャフト２４が軸支されて、その先端に設けたギア２５が揺動アーム２０内に配置されるギア列２６に噛合し、揺動アーム２０の先端側に軸支する回転刃２１のギア２７へと駆動力が伝達される。

図４、図５に示すように揺動アーム２０の揺動先端にはガイドベアリング２８が設けられており、円板１１面の外周側から通過孔１２側へと配置した円弧型のガイドレール２９に跨り摺動移動するガイドベアリング２８と軸支部２２によって、揺動アーム２０はその両端が揺動時に支持される構成である。

図３に示すごとく、回転面板１０の被切断材Ｐの入側から見える円板１１面には、切断用の回転刃２１の回転駆動用モーター３０と揺動アーム２０の揺動用モーター３１とを同じ支持枠３２に装着して対にしたモーターユニット３３を、各揺動アーム２０の軸支部２２の位置に固着配置してある。また、図１、図３に示すように、円板１１の通過孔１２の位置には被切断材Ｐを覆うように円筒枠１４が着設してある。

図５に示すように、円板１１を貫通して設けられている揺動アーム２０の軸支部２２に内蔵される駆動用シャフト２４は、前記モーターユニット３３の回転駆動用モーター３０の主軸に連結されている。また、揺動アーム２０の軸支部２２のカラー２３は、円板１１面に固着したモーターユニット３３の支持枠３２内に延伸しており、この延伸部の外周に円弧ギア３４が設けられ、揺動用モーター３１の主軸ギア３５と噛合させてある。

一方、図６に示すごとく、揺動用モーター３１の主軸ギア３５の回転は軸支部２２のカラー２３を介してそれが固着される揺動アーム２０を揺動させることができる。従って、回転駆動用モーター３０の回転制御によって回転刃２１の切断力を調整でき、揺動用モーター３１の回転制御によって揺動アーム２０を揺動させて回転刃２１の位置を制御できる。

図３に示すガイドスタンド４０は、被切断材Ｐの入側から見える円板１１面に設けたモーターユニット３３の各モーターを駆動・制御するための図示しないケーブルを支持するためのものである。各モーターユニット３３からのケーブルはまず円板１１面上に適宜這わせて配置してあり、かつ円板１１面上の一か所からこれらケーブルは束ねられて円板１１面に設けた円筒枠１４に平行に出してあり、さらに当該円筒枠１４の先端側に配置したケーブルの巻き取り用ドラム４１に所要長さ分を巻き付けた後、前記ガイドスタンド４０に掛けてあり、回転面板１０が所要回転角度で自転するように制御されても、かかるケーブルが自転動作を妨げることがないように構成してある。

図４に基づいて被切断材Pの切断方法を説明する。丸管Ｐｐと断面正方形の角管Ｐｓの切断の場合は、４機の回転刃２１が同時に丸管Ｐｐ又は角管Ｐｓに接近して当接後に押圧するように各揺動アーム２０は各揺動用モーター３１にて制御され、同時に回転面板１０は自転用モーター７にて丸管Ｐｐ又は角管Ｐｓに対して９０度程回転するように制御されて切断を終了する。この場合、いずれの回転刃２１も丸管Ｐｐ又は角管Ｐｓの外形に倣うように各揺動アーム２０は揺動角度が制御される。また、丸管Ｐｐ又は角管Ｐｓの口径が大径から小径に変わる場合は、予め被切断材Ｐに近接するように各揺動アーム２０はその揺動角度が調整される。

さらに、断面矩形の角管Ｐｒの切断の場合は、外周の短辺部と長辺部の長さが異なるため、いずれの回転刃２１も角管Ｐｒの外形に倣うように各揺動アーム２０は揺動角度が制御されるのはもちろんであるが、短辺部側の回転刃２１と長辺部側の回転刃２１の角管Ｐｒへの近接離反時のタイミングを変化させたり、回転面板１０の自転速度を変化させたりして、４機の回転刃２１が同時に切断を完了するように制御のプログラムを組むことができる。

上述の図１〜図３に示す切断装置の構成において、被切断材Ｐを連続的に装置内に送り込む固定式の切断装置の構成とする他、例えば、被切断材Ｐの移動方向に被切断材Pと同じ速度で走行可能にしかつ出発位置に戻ることができるよう往復する走行台車を用意し、前記基台1を走行台車上に載置したり、基台1自体を自走可能にすることで走行切断機の構成とすることもできる。

上述の図１〜図３に示す４機の揺動アームを備えた切断装置の構成において、丸管の口径範囲は、最大外径が６６０ｍｍの丸管を切断できるように設定したところ、最小外径は２００ｍｍが切断可能であり、肉厚みは４ｍｍ〜２５．４ｍｍの範囲で切断できた。また、断面正方形の角管は、外形が５５０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲、肉厚みが４ｍｍ〜２５．４ｍｍの範囲で切断できた。さらに、断面矩形の角管は、外形が６００×４００ｍｍから４００×２００ｍｍ範囲、肉厚みが４ｍｍ〜２５．４ｍｍの範囲で切断できた。

上記の構成では、一回の切断には回転面板を95度程度回転させ、４回の切断で約４００度回転させた後、反転させて又4回の同じ方向への回転を繰り返す運転方法を用いることで、単位時間当たりの切断量を増加させることができた。

上述の図１〜図３に示す基本構成を有する切断装置において、被切断材の直径方向の対向位置に配置される２機の回転刃を有する構成、等間隔で３機の回転刃を有する構成を作成し、回転刃が２枚、３枚、４枚の場合のそれぞれの回転刃の寿命を測定したところ、２枚刃を基準にして、３枚刃の場合は１．５〜２倍、４枚刃の場合は２〜３倍であった。

実施例２においては、回転刃が２枚、３枚、４枚の場合のいずれも揺動アームの先端には支持機構を設けずに行ったが、さらにガイドベアリングにて揺動時に摺動移動させて支持する構成を採用した構成の装置で、同様に回転刃の寿命を測定したところ、揺動アームの振れなどが大きく減少するため、切断面の品質が向上するとともに、実施例２の結果よりもそれぞれ１０〜３０％寿命が長くなった。

実施例に明らかなように、丸型管を初め断面正方形又は長方形の角型管を、広範囲のサイズ、肉厚にわたり切断でき、切断面の品質が向上しかつ切断速度を速くあるいは回転刃の寿命を長くできる切断装置を提供できる。

Ｐ 被切断材
Ｐｐ 丸管
Ｐｓ，Ｐｒ 角管
１ 基台
２ 柱部
３ 梁部
４ 枠体
５ａ〜５ｄ 回転支持ローラ
６ａ〜６ｄ 転倒防止ローラ
７ 自転用モーター
８ 減速機
１０ 回転面板
１１ 円板
１２ 通過孔
１３．１４ 円筒枠
２０ 揺動アーム
２１ 回転刃
２２ 軸支部
２３ カラー
２４ 駆動用シャフト
２５，２７ ギア
２６ ギア列
２８ ガイドベアリング
２９ ガイドレール
３０ 回転駆動用モーター
３１ 揺動用モーター
３２ 支持枠
３３ モーターユニット
３４ 円弧ギア
３５ 主軸ギア
４０ ガイドスタンド
４１ 巻き取り用ドラム

Claims (3)

1. 被切断材の通過孔を中心部に有して前記通過孔芯を中心に自転可能に保持され、かつ所要角度自転させる回転駆動モーターを備えた回転面板と、前記回転面板の一方面に一端部が軸支されて、他端部が該面板の外周側と通過孔内周側との間を前記軸支部を介して揺動可能に保持され揺動アームと、前記回転面板の他方面に載置されて、前記揺動アームの軸支部を介して駆動力を伝達する回転駆動用モーター及び揺動力を伝達する揺動用モーターとを備え、前記揺動アームは、その他端部に切断用の回転刃を軸支し、アーム内には前記回転駆動用モーターからの駆動力伝達機構を備え、被切断材を切断するに際して、被切断材の寸法形状に応じて揺動アームの揺動角度を変えて回転刃を被切断材に当接させる揺動角度制御手段と、被切断材に回転刃を押圧させた揺動アームを搭載する回転面板を所要角度自転させる自転角度制御手段を備えた切断装置。
2. 揺動アームを回転面板に２機、３機あるいは4機搭載したことを特徴とする請求項１に記載の切断装置。
3. 揺動アームは前記軸支部以外の少なくとも１か所が回転面板上に摺動可能に支持されて、揺動アームの他端部が回転面板の外周側と通過孔内周側との間を揺動可能であることを特徴とする請求項１に記載の切断装置。

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