JP3542571B2 - 熱カッターおよび非熱カッターを備える切断装置およびその切断方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工物を切断する切断装置に関し、さらに詳細には金属シートやシート状絶縁物をダクト配管に組み立てられる各断片に切断する切断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属シートを各断片に切断し、それらの断片から曲げ加工またはそれ以外の組立方法によってダクト配管を形成する技術は一般に知られている。そのような切断を行う従来のコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）切断装置は、切断される金属シートを支持する水平支持テーブルと、テーブルの上方に位置する長手方向に移動可能なガントリーと、ガントリーに取り付けられた横方向に移動可能なキャリッジと、キャリッジに支持された単一カッターを備えている。カッターを作動させながらガントリーとキャリッジを移動させることによって、金属シートを所定のパターンに切断することができる。この型式の装置は、例えば、米国特許第４、５５４、６３５号に開示されている。
【０００３】
ガラス繊維や木材パルプのような断熱性絶縁物のシートを、前述のように製造されるダクト配管に適用させるための各断片に切断する技術は一般に知られている。例えば、従来技術によれば、上記の型式の切断装置のカッターはガストーチであり、このガストーチを金属シートと絶縁物の両方の切断に用いていた。すなわち、ガストーチの火炎によって絶縁物を切断していた。しかし、このようなガストーチの火炎による絶縁物の切断は、絶縁物の多くは可燃性であり、また切断時に多量のヒュームを放出するので、好ましくない。
【０００４】
また、従来技術によれば、金属シートの切断に用いられる切断装置とは別体のカッターによって絶縁物を切断していた。例えば、絶縁物の切断に用いるカッターとして、ハンドシャーのような手動で作動されるカッターを用いていた。しかし、手動のカッターを用いるのは、労力を必要とし、反復性のある部品を製造するのに適していないという欠点がある。また、従来技術によれば、絶縁物をＣＮＣ切断装置の水ジェットカッターで切断していた。具体的に述べれば、トーチを備える第1ＣＮＣ切断装置を用いて金属シートを切断し、水ジェットカッターを備える完全に独立したＣＮＣ切断装置を用いて絶縁物を切断していた。しかし、金属シートと絶縁物を切断するのに別々の２つのＣＮＣ切断装置を購入し、操作し、維持するのはコストが掛かりすぎる。さらに、別々の２つの切断装置を操作するのは、金属シートと絶縁物の切断パターン間の類似性を利用することができないので、非効率的である。
【０００５】
ワーレン、ジュニア等による米国特許第５、６３５、０８６号は、切断される金属を支持する水平支持テーブルと、テーブルの上方に位置する長手方向に移動可能なガントリーと、ガントリーに取り付けられた横方向に移動可能なキャリッジを有するコンピュータ制御切断装置を開示している。キャリッジには、レーザ切断ヘッドとプラズマアーク切断ヘッドの両方が取り付けられている。但し、これらの切断ヘッドは、両方とも金属を切断するための切断ヘッドとして記載されている。ガントリーは直列に配置された２つ又は３つのテーブルにわたって選択的に移動可能であると開示しているが、それらの直列に配置されたテーブルが互いに異なった型式のテーブルであるとは開示していない。ワーレン、ジュニア等の特許は同一のキャリッジに取り付けられた２つの異なった切断ヘッドを開示しているが、水ジェットカッターとプラズマアークカッターの両方を一緒に用いることに関しての示唆もない。すなわち、水ジェットカッターから生じる水はプラズマアークカッターに付随する下向き通気システムの作動を妨げるが、そのような点に関しての示唆がない。なお、ワーレン、ジュニア等の特許は、同一のキャリッジに支持される２つの切断ヘッドを用いて異なった種類の材料を切断する点に関してまったく開示していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、金属シートと絶縁物のように異なる種類の材料を切断する改良された切断装置が望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、上記のおよび他の問題点を解消し、異なった種類の加工物を容易に、効率的に、かつ安全に切断することができる改良された切断装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施態様によれば、切断装置は、ガントリーに支持されるキャリッジと共に支持されるプラズマアーク切断ヘッドと水ジェット切断ヘッドを備えている。
【０００９】
本発明の他の実施態様によれば、切断装置は、加工物を支持するテーブルと、テーブルの長手方向における両端間を往復移動できるように取り付けられたガントリーを備えている。切断装置は、テーブルの横方向における両端間を往復移動できるようにガントリーに取り付けられたキャリッジをさらに備えている。第１切断ヘッドおよび第２切断ヘッドがキャリッジに支持されてキャリッジと共に移動可能である。第１供給モジュールが第1切断ヘッドに操作可能に接続され、第１切断ヘッドが実質的に熱作用のない切断プロセスを介して加工物を切断する操作を実行させる。一方、第２供給モジュールが第２切断ヘッドに操作可能に接続され、第２切断ヘッドが熱切断プロセスを介して加工物を切断する操作を実行させる。さらに、切断装置は、ガントリーを長手方向に移動させ、キャリッジを横方向に移動させ、テーブルに配置された加工物を切断するように第1切断ヘッドまたは第２切断ヘッドのいずれかを作動させる制御装置を備えている。
【００１０】
本発明の他の実施態様によれば、第１切断ヘッドは水ジェット切断ヘッドであり、第２切断ヘッドはプラズマアーク切断ヘッドである。従って、第１供給モジュールは水供給モジュールであり、第２供給モジュールはプラズマアーク供給モジュールである。水供給モジュールは、水ジェット切断ヘッドに操作可能に接続され、水ジェット切断ヘッドがシート状絶縁物を切断する操作を実行させる。プラズマアーク供給モジュールは、プラズマアーク切断ヘッドに操作可能に接続され、プラズマアーク切断ヘッドが金属シートを切断する操作を実行させる。
【００１１】
本発明の他の実施態様によれば、単一切断装置はヒューム除去システムと排水システムの両方を備えている。ヒューム除去システムは、プラズマアーク切断ヘッドが作動している間に生じるヒュームを吸引して収容する。排水システムは、水ジェット切断ヘッドが作動している間にその水ジェット切断ヘッドから放出された水を集める。
【００１２】
本発明の他の実施態様によれば、ヒューム除去システムは下向き通気システムであり、下向き通気システムと排水システムのいずれも切断される加工物を支持するテーブルの支持表面の下方に配置される。さらに詳細には、支持表面は透過性表面であり、略水平に延び、第１区域と第２区域を有している。制御装置は、ガントリーとキャリッジを移動させながら水ジェット切断ヘッドを作動させて、支持表面の第１区域に支持されたシート状絶縁物を切断させる。さらに、制御装置は、ガントリーとキャリッジを移動させながらプラズマアーク切断ヘッドを作動させて、支持表面の第２区域に支持された金属シートを切断させる。排水システムは、支持表面の第１区域の真下の位置に少なくともその一部が配置されて、支持表面の第１区域を介して落下する水を集める。下向き通気システムは、支持表面の第２区域の真下の位置に少なくともその一部が配置されて、支持表面の第２区域を介してヒュームを吸引して収容する。
【００１３】
本発明の他の実施態様によれば、制御装置は、水ジェット切断ヘッドが支持表面の第２区域の直上にあるときはその水ジェット切断ヘッドの作動を制限する。同様に、制御装置は、プラズマアーク切断ヘッドが支持表面の第１区域の直上にあるときはそのプラズマアーク切断ヘッドの作動を制限する。
【００１４】
従って、本発明の切断装置は、金属シートとシート絶縁物のように著しく種類の異なる加工物を容易に、効率的に、かつ安全に切断することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を示す添付図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は多くの異なった形態で実施可能であり、ここに述べられる実施例に限定されると解釈されるべきではない。ここに述べられる実施例は、本発明を綿密かつ完全に開示して当業者に本発明の範囲を十分に知らしめるために例示されたものである。全体にわたって、同一の参照番号は同一の要素を示す。
【００１６】
図１は、本発明の代表的な実施例による切断装置１０を示している。本図に基づいて、代表的な実施例による切断装置１０を簡単に説明し、そのより詳細な構成については後述する。切断装置１０は、プラスマアーク切断ヘッド１２と水ジェット切断ヘッド１４を共に長手方向に延びているテーブル１６の両端間で移動させる。プラズマアーク切断ヘッド１２を作動させることによって、テーブル１６に支持された金属シート１８を切断することができ、水ジェット切断ヘッド１４を作動させることによって、テ―ブル１６上のシート状絶縁物２０を切断することができる。金属シート１８が切断される間に生じるヒューム（煙気）を集めるための下向き通気システム（図２ないし４を参照）２２がテーブル１６の前部区域の真下に取り付けられている。また、絶縁物２０が切断される間に水ジェット切断ヘッド１４によって放出される水を集めるための排水システム２４（図３および４を参照）がテーブル１６の後部区域の真下に取り付けられている。
【００１７】
切断装置１０の構造についてさらに詳細に説明する。長手方向に延びている左右レール２８および２６が横方向において互い離間してテーブル１６の互いに対向する側に取り付けられている。切断装置はさらにガントリー（橋状構造物）３０を備えている。ガントリ−３０は、長手方向に延びるレール２８および２６に支持され、長手方向に沿って往復移動する。ガントリー３０は、車輪などを介して右レール２６に沿って移動する右支柱３２と、車輪などを介して左レール２８に沿って移動する左支柱３４を備えている。左支柱（upright）３４は、長手方向に延長するレール２８および２６に沿ってガントリー３０を推進するための従来式の駆動モータアセンブリを備えている。ガントリー３０はさらに、左右支柱３４および３２をを横方向に跨ってそれらの支柱３４および３２に支持される支持梁３６を備えている。
【００１８】
前レール３８が、支持梁３６の前面に沿って横方向に延び、その支持梁３６の前面に取り付けられている。また、上レール４０が、支持梁３６の上面に沿って横方向に延び、その支持梁３６の上面に取り付けられている。横断レール３８および４０は、車輪などを介してキャリッジ（往復台）４２を支持梁３６に沿って横方向に往復移動可能に支持している。キャリッジ４２は、横断レール３８および４０に沿って左右にキャリッジ４２を推進するための従来式の駆動モータアセンブリを備えている。
【００１９】
図２に示されるように、代表的な実施例によれば、キャリッジ４２は昇降アセンブリ（例えば、滑動アセンブリ）を備えている。昇降アセンブリは、テーブル１６に対して上下動可能にキャリッジ４２に取り付けられる昇降体（例えば、滑動体）４４を有している。また、昇降アセンブリは、キャリッジ４２と昇降体４４間に取り付けられた空圧アクチュエータ４６を備えている。昇降アセンブリは図１には示されていない。空圧アクチュエータ４６は、アクチュエータ供給管路４８を介して圧縮空気を受け、キャリッジ４２およびテーブル１６に対して昇降体４４を制御可能に上下させる。代表的な実施例によれば、アクチュエータ供給管路４８には、ガス供給管路５０から圧縮空気が供給される（図１を参照）。供給管路４８と５０は、従来式の連通導管束を含む連通システム５２（図１を参照）内に含まれる導管を介して互いに連通されている。代表的な実施例によれば、ガス供給管路５０には、圧縮空気（図示せず）の供給源、例えば、圧縮空気を仕事場の種々の構成要素に供給する従来式のシステムから圧縮空気が供給される。
【００２０】
プラズマアーク切断ヘッド１２は昇降体４４に取り付けられ、昇降体４４と共に移動する。プラズマアーク切断ヘッド１２は内部電極（図示せず）を含み、さらに図１および２においては環状シールド（遮蔽体）５４によって隠されている吐出ノズルを備えている。シールド５４は、図２において破線によって示される中心開口５６を有している。その開口５６内に、プラズマアーク切断ヘッド１２のノズルが配置され、その開口５６を介して、ノズルがテーブル１６に支持される一片の金属シート１８と相互に作用する。シールド５４は、金属シート１８またはその金属シート１８から飛散した残査が切断ヘッド１２および１４と接触するのを防ぐ役割を果たす。
【００２１】
図１に示されるように、プラズマアーク切断ヘッド１２はプラズマアーク切断システムの一部であり、切断システムはさらに概略的に図示されているプラズマアーク供給モジュール５８を備えている。プラズマアーク供給モジュール５８は連通システム５２に含まれる従来式の連通導管を介してプラズマアーク切断ヘッド１２を連通している。プラズマアーク供給モジュール５８は、給電コード６２を付けた電源６０とガス供給管路５１を備えている。代表的な実施例によれば、ガス供給管路５１には、圧縮空気（図示せず）の供給源、例えば、圧縮空気を仕事場の種々の構成要素に供給する従来式のシステムから圧縮空気が供給される。電源６０は、変圧器（図示せず）と、プラズマアーク切断システムの操作を容易にする他の構成要素（詳細は後述する）を備えている。
【００２２】
図２に示されるように、代表的な実施例によれば、水ジェット切断ヘッド１４も昇降体４４に取り付けられ、昇降体４４と共に移動する。切断ヘッド１２および１４は互いに近接して配置され、最も好ましくは、並んで配置させるとよい。水ジェット切断ヘッド１４は、テーブル１６の方に向けられた吐出ノズル６４を備えている。本発明の変更例として、昇降体４４を備える昇降アセンブリを切断装置１０に設けずに、切断ヘッド１２および１４を直接キャリッジ４２に取り付けるように構成してもよい。
【００２３】
図１に示されるように、水ジェット切断ヘッド１４は水ジェット切断システムの一部であり、切断システムはさらに概略的に図示されている水供給モジュール６６を備えている。水供給モジュール６６は、水供給管路７０と共に給電コード６８を備えている。水供給管路７０は、水ジェット切断システムなどに利用される切断媒体を付与する管路として広義に特徴付けることができる。水供給モジュール６６は、後述するように、水ジェット切断ヘッド１４に加圧水源を付与するように選択的に作動されるポンプ（図示せず）と１つ以上のバルブ（図示せず）を含んでいる。水供給管路７０は、好ましくは、水供給モジュール６６のポンプに十分な水頭（head）を与えるような水源に接続されるとよい。代表的な実施例によれば、水供給管路７０は都市水源などから水を供給する給水栓に接続される。
【００２４】
テーブル１６は、切断装置１０によって切断される加工物である金属シート１８およびシート状絶縁物２０を支持する長手方向と横方向に延びる透過性の支持表面を有している。代表的な実施例によれば、支持表面は、格子７２からなる前部区域と格子７４からなる後部区域を有している。格子７２の前部区域は、電気的に接地されかつ下向き通気システム２２の上方に位置する1つ以上の金属格子によって構成されている。格子７４の後部区域は、排水システム２４の上方に位置する１つ以上の格子によって構成されている。代表的な実施例によれば、格子７２の前部区域の格子が電気的に接地されていることが重要であり、後述するように、格子７４の後部区域は電気的に接地される必要がない。格子７２の前部区域と格子７４の後部区域は、好ましくは、切断装置１０の有効加工表面を可能な限り大きくするという利点を得るために、少なくとも隣接して配置されるとよい。代表的な実施例によれば、小さな横方向に延びる空間７５が格子７２の前部区域と格子７４の後部区域間に設けられ、一方、長手方向レール２６および２８はテーブル１６の互いに対向する端部間で連続的に延長している。本発明の変更例として、格子７２の前部区域と格子７４の後部区域が連続していてもよい。図１ないし４に示されるように、下向き通気システム２２は、テーブル１６の格子７２の前部区域の真下の位置に取り付けられる下向き通気容器７６を備えている。格子７２および７４は図４には示されていない。図４に最も詳細に示されているように、下向き通気容器７６は多数の略直立隔壁７８を備えている。直立隔壁７８の上端部によって、下向き通気容器７６の入口側開口が形成される。入口側開口は格子７２の前部区域の底面に隣接している。直立隔壁７８の下端は、略水平に延びる底隔壁８０の周辺に接続されている。底隔壁８０には、下向き通気容器７６の出口側開口８２が形成されている。また、下向き通気システム２２は、下向き通気容器７６の出口側開口８２に接続される通路、具体的には、排出ダクト配管８４を備えている。
【００２５】
下向き通気容器７６内を減圧する空気移動装置８６（図２および３を参照）が排出ダクト配管８４の２つの部分間に配置されている。代表的な実施例によれば、空気移動装置８６は、当業者には知られているかご形ファン（図示せず）を駆動するモータ（図示せず）を備えている。下向き通気システム２２は、空気移動装置８６が作動している間に、格子７２の前部区域を通してヒュームを吸引し、入口側開口を介して下向き通気容器７６内に導き、そのヒュームを下向き通気容器７６から出口側開口８２を介して放出ダクト配管８４に排出する。なお、排出ダクト配管８４を、図面に示されているよりもテーブル１６から遠くに、例えば、下向き通気システム２２によって取り出されたヒュームを濾過しその濾過されたガスを周囲に排出させる装置にまで延長するのが好ましい。本発明の変更例として、空気移動装置８６を図２および図３に示されるように放出ダクト配管８４に直接設けずに、放出ダクト配管８４を切断装置１０から離れた位置に設けられた空気移動装置およびその関連空気濾過システムにまで延長させてもよい。
【００２６】
図３および４に示されるように、排水システム２４は、テーブル１６の格子７４の後部区域の真下の位置に取り付けられた排水容器８８を備えている。図４に最も詳細に示されているように、排水容器８８は多数の略直立隔壁９０を備えている。直立隔壁９０の上端によって、排水容器８８の入口側開口が形成される。排水容器８８の入口側開口は格子７４の後部区域の底面に隣接している。直立隔壁９０の下端は、底隔壁９２の周辺に接続されている。底隔壁９２には、排水容器８８の出口側開口９４が形成され、底隔壁９２はその出口側開口９４に向かって傾斜している。排水システム２４はさらに排水容器８８の出口側開口９４から水を受ける排水通路を備えている。例えば、代表的な実施例によれば、その排水通路として、排水容器８８の出口側開口９４に接続される排水導管９６が設けられる。排水容器８８内に集められた水は出口側開口９４を介して排水導管９６内に流れ、切断装置１０から離れた場所、例えば、床排水管に導かれる。
【００２７】
図１に示されるように、代表的な実施例によれば、切断装置１０はさらにコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）装置９８を備えている。制御装置９８は、ガントリー３０、キャリッジ４２、昇降アセンブリの空圧アクチュエータ４６（図２を参照）、プラズマアーク切断システム、および水ジェット切断システムの各々に連通システム５２を介して制御可能に接続され、切断装置１０の操作を制御する。制御装置９８は、切断装置１０の操作を実施するためのコンピュータプロセッサやその関連ソフトウエアモジュールなどの適切な制御手段を備えている。ソフトウエアモジュールは制御装置９８と連携して、ここに記載された本発明の操作を行う。制御装置９８から与えられる指示に応じて切断装置１０によって実施される操作のいくつかを、代表的な実施例に基づいて、以下に説明する。
【００２８】
キャリッジ４２、従って、切断ヘッド１２および１４の各々を、水平方向に移動させて、格子７２の前部区域および格子７４の後部区域内のいかなる点にも到達させることができる。また、キャリッジ４２を、テーブル１６の前端または後端のいずれかに近接した位置に一時停止させることができる。キャリッジ４２をテーブル１６のいずれかの端部で一時停止させる操作によって、以下の利点が得られる。すなわち、キャリッジ４２をテーブル１６の端部で一時停止させることによって、金属シート１８およびシート状絶縁物２０のような加工物を、ガントリー３０やそれに支持されている部品の周囲を横切ることなく、格子７２の前部区域および格子７４の後部区域に手作業によって容易に取り付けることができ、また取り外しすることができる。
【００２９】
図１に示されるように、金属シート１８は格子７２の前部区域において切断され、シート状絶縁物２０は格子７４の後部区域において切断される。従って、未切断の金属シートを運ぶ棚台（図示せず）をテーブル１６の前端に近接する位置に配置させて、金属シートを棚台から格子７２の前部区域に容易に供給することができる。同様に、ロール状の絶縁物（図示せず）をテーブル１６の後端に近接した位置に配置された車輪付き手押し車（図示せず）によってテーブル１６の後端に運び込むことによって、シート状絶縁物を格子７４の後部区域に容易に供給することができる。代表的な実施例によれば、絶縁物２０は、ガラス繊維や木材パルプなどから構成される断熱性絶縁物である。
【００３０】
プラズマアーク切断システムを操作することによって、プラズマアーク切断ヘッド１２は、格子７２の前部区域に支持された一片の金属シート１８を切断するプラズマアークを生成する。具体的には、プラズマアークはプラズマアーク切断ヘッド１２のノズルから格子７２の前部区域に支持された金属シート１８にまで延びる。プラズマアーク切断ヘッド１２内の電極と金属シート１８間に延びる電気アークとガスの相互作用によって、プラズマアークが生成される。代表的な実施例によれば、上記のガスとして、ガス供給管路５１から連通システム５２の導管を介してプラズマアーク切断ヘッド１２に供給される空気が挙げられる。プラズマアークによる切断中に生じるヒュームは下向き通気容器７６の入口側開口に吸引され、下向き通気システム２２によって、切断装置１０から離れた場所に導かれる。これらのヒュームは切断プロセスの残留成分すなわち残査であり、その観点から、下向き通気システム２２を残査集合システムと見なすこともできる。
【００３１】
水ジェット切断システムを操作することによって、水ジェット切断ヘッド１４は、格子７４の後部区域に支持されたシート状絶縁物２０を切断する水流を生成する。具体的には、シート状絶縁物２０を切断するのに適した噴流状の干渉性水流が水ジェット切断ヘッド１４の吐出ノズルから放出される。水ジェット切断ヘッド１４から放出される水は、排水容器８８の入口側開口内に落下し、排水システム２４によって、切断装置１０から離れた場所に導かれる。この水は切断プロセスの残留成分すなわち残査であり、その観点から、排水システム２４を残査集合システムと見なすこともできる。
【００３２】
代表的な実施例によれば、金属シート１８およびシート状絶縁物２０を交互に切断することができる。その結果、シート状絶縁物２０を切断している間に、金属シート１８をテーブル１６から手作業によって取り外して未切断の金属シート１８をテーブル１６に手作業で取り付けることができる。この逆のプロセスも可能である。従って、切断装置１０によれば、ほぼ連続的に加工物を切断することができるという利点が得られる。
【００３３】
代表的な実施例によれば、プラズマアーク切断システムは、プラズマアーク切断ヘッド１２が格子７４の後部区域の直上に位置している間は作動されない。このようにプラズマアーク切断システムの操作に対して制限を設けることによって、以下の利点が得られる。すなわち、格子７４の後部区域にはシート状絶縁物２０が支持されるが、ある種の絶縁物はプラズマアークによって発火することがあり、そのような不都合な事態を防ぐことができる。同様に、水ジェット切断システムは、水ジェット切断ヘッド１４が格子７２の前部区域の直上に位置している間は作動されない。このように水ジェット切断システムの操作に対して制限を設けることによって、以下の利点が得られる。すなわち、水が下向き通気システム２２内に導入されると、その下向き通気システム２２を損傷させることがあるが、そのような不都合な事態を防ぐことができる。
【００３４】
制御装置９８を操作することによって、テーブル１６に支持された加工物（例えば、金属シート１８およびシート状絶縁物２０）は所定のパターンに基づいて切断される。シート状絶縁物２０の切断パターンのいくつかは、金属シート１８の切断パターンのいくつかと少なくとも類似している。本発明はそのようなパターン間の類似性を利用できるという利点がある。すなわち、代表的な実施例によれば、単一の制御装置９８によって金属シート１８とシート状絶縁物２０の両方の切断を行う指示を与えることができる。例えば、本発明が包含される技術分野の当業者にとって容易に理解されるように、金属シート１８とシート状絶縁物２０の両方を同一のパターンまたは同一のパターンからわずかに変更されたパターンに基づいて切断することができる。
【００３５】
昇降アセンブリの空圧アクチュエータ４６（図２を参照）を操作することによって、テーブル１６の上方の昇降体４４（図２を参照）の高さを調節することが可能であり、同時に格子７２の前部区域および格子７４の後部区域によって画成される支持表面の上方の切断ヘッド１２および１４の高さを調節することができる。空圧アクチュエータ４６は加工物の異なった厚みに合わせて位置を変更することができる。
【００３６】
代表的な実施例によれば、制御装置９８はラベル印刷機（図示せず）に接続され、その印刷機を作動させて、金属シート１８およびシート状絶縁物２０の切断片の各々に特定の自己接着性ラベルを印刷することができる。切断片へのラベルは、通常、シートが切断されている間に印刷される。ラベルは、切断片（絶縁物２０の切断片と金属シート１８の切断片を含む）の所定の位置に手作業によって貼り付けられる。ラベルは区分けして置かれ、またラベルの貼られた切断片はラベルが容易に識別できるように垂直方向に離間された棚を有する棚台（図示せず）内に区分けして置かれる。ラベルによって、ダクト配管を形成するのに適した金属シート１８の切断片の照合および組合せを容易にする情報、およびダクト配管の内外への絶縁物２０の切断片の組合せを容易にする情報が得られる。
【００３７】
プラズマアーク切断システムによって実施される上記のプラズマアーク切断プロセスは、プラズマアークの熱によって金属シート１８を切断する熱切断プロセスとして特徴付けられる。一方、水ジェット切断システムによって実施される上記の水ジェット切断プロセスは、水ジェットの磨耗作用によって絶縁物２０を切断する非熱切断プロセスとして特徴付けられる。水ジェット切断プロセスによって生じる熱は、プラズマアーク切断プロセスによって生じる熱と比較して比較的わずかである。可燃性材料、例えば、ある種の絶縁物２０を切断する場合、熱を伴なわない切断プロセスは有利である。
【００３８】
本発明の変更例として、プラズマアーク切断システムをレーザ切断システムまたはガストーチ切断システムのような他の熱切断システムに置き換え、水ジェット切断システムを他の非熱切断システムに置き換える以外は、上記の代表的な実施例の構成と実質的に同一の構成を有するように変更してもよい。例えば、非熱切断システムの変更例として、砂などの磨耗要素を水ジェット切断システムに用いる水に含ませる以外は、上記の水ジェット切断システムの構成と実質的に同一の構成を有するように変更してもよい。あるいは、磨耗要素を含むガスジェットを放出するガスジェット切断システムなどを用いることも可能である。他の変更例として、排水導管９６を水供給管路７０などに接続させて、非熱切断システムに用いる切断媒体を再循環させてもよい。
【００３９】
以上、本発明を主として金属シート１８とシート状絶縁物２０を切断する実施例に基づいて説明したが、切断装置１０はそれ以外の種々の加工物の切断に用いることもできる。従って、本発明の範囲は特定種類の加工物に制限されるものではない。
【００４０】
本発明の切断装置１０は、著しく異なる熱切断プロセスと非熱プロセスを同時に実施することによって、単一の切断装置によって異なる種類の材料を容易に、効率的に、かつ安全に切断することができるという利点を得ることができる。
【００４１】
本発明が包含される技術分野の当業者にとって、前記の説明およびその関連図面による示唆に基づいて、種々の変更例および実施例を創案することは容易である。従って、本発明はここに開示された詳細な実施例に制限されないと見なされるべきであり、また当業者によって容易に創案される変更例および実施例は請求の範囲内に包含されると見なされるべきである。なお、本明細書で使用された特定の技術用語は包括的かつ例示的に本発明を説明する目的でのみ用いられたものであり、本発明をなんら制限するものではない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の切断装置は上記のように構成されているので、金属シートとシート絶縁物のように著しく種類の異なる加工物を容易に、効率的に、かつ安全に切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的な実施例による、並んで取り付けられた水ジェット切断ヘッドとプラズマアーク切断ヘッドを備えるコンピュータ数値制御切断装置の主要部を示す部分概略透視図である。
【図２】図１の切断装置の主要部を示す正面図である。
【図３】図１の切断装置の主要部を示す左側面図である。
【図４】図１の切断装置の主要部を示し、切断装置の格子は排水システムと下向き通気システムの主要部をより明瞭に示すために省略している、平面図である。
【符号の説明】
１０ 切断装置
１２ プラスマアーク切断ヘッド
１４ 水ジェット切断ヘッド
１６ テーブル
１８ 金属シート
２０ シート状絶縁物
２２ 下向き通気システム
２４ 排水システム
２６、２８ レール
３０ ガントリ−
４２ キャリッジ
４４ 昇降体
５８ プラズマアーク供給モジュール
６６ 水供給モジュール
７２ 前部格子区域
７４ 後部格子区域
９８ 制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工物を切断する切断装置に関し、さらに詳細には金属シートやシート状絶縁物をダクト配管に組み立てられる各断片に切断する切断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属シートを各断片に切断し、それらの断片から曲げ加工またはそれ以外の組立方法によってダクト配管を形成する技術は一般に知られている。そのような切断を行う従来のコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）切断装置は、切断される金属シートを支持する水平支持テーブルと、テーブルの上方に位置する長手方向に移動可能なガントリーと、ガントリーに取り付けられた横方向に移動可能なキャリッジと、キャリッジに支持された単一カッターを備えている。カッターを作動させながらガントリーとキャリッジを移動させることによって、金属シートを所定のパターンに切断することができる。この型式の装置は、例えば、米国特許第４、５５４、６３５号に開示されている。
【０００３】
ガラス繊維や木材パルプのような断熱性絶縁物のシートを、前述のように製造されるダクト配管に適用させるための各断片に切断する技術は一般に知られている。例えば、従来技術によれば、上記の型式の切断装置のカッターはガストーチであり、このガストーチを金属シートと絶縁物の両方の切断に用いていた。すなわち、ガストーチの火炎によって絶縁物を切断していた。しかし、このようなガストーチの火炎による絶縁物の切断は、絶縁物の多くは可燃性であり、また切断時に多量のヒュームを放出するので、好ましくない。
【０００４】
また、従来技術によれば、金属シートの切断に用いられる切断装置とは別体のカッターによって絶縁物を切断していた。例えば、絶縁物の切断に用いるカッターとして、ハンドシャーのような手動で作動されるカッターを用いていた。しかし、手動のカッターを用いるのは、労力を必要とし、反復性のある部品を製造するのに適していないという欠点がある。また、従来技術によれば、絶縁物をＣＮＣ切断装置の水ジェットカッターで切断していた。具体的に述べれば、トーチを備える第1ＣＮＣ切断装置を用いて金属シートを切断し、水ジェットカッターを備える完全に独立したＣＮＣ切断装置を用いて絶縁物を切断していた。しかし、金属シートと絶縁物を切断するのに別々の２つのＣＮＣ切断装置を購入し、操作し、維持するのはコストが掛かりすぎる。さらに、別々の２つの切断装置を操作するのは、金属シートと絶縁物の切断パターン間の類似性を利用することができないので、非効率的である。
【０００５】
ワーレン、ジュニア等による米国特許第５、６３５、０８６号は、切断される金属を支持する水平支持テーブルと、テーブルの上方に位置する長手方向に移動可能なガントリーと、ガントリーに取り付けられた横方向に移動可能なキャリッジを有するコンピュータ制御切断装置を開示している。キャリッジには、レーザ切断ヘッドとプラズマアーク切断ヘッドの両方が取り付けられている。但し、これらの切断ヘッドは、両方とも金属を切断するための切断ヘッドとして記載されている。ガントリーは直列に配置された２つ又は３つのテーブルにわたって選択的に移動可能であると開示しているが、それらの直列に配置されたテーブルが互いに異なった型式のテーブルであるとは開示していない。ワーレン、ジュニア等の特許は同一のキャリッジに取り付けられた２つの異なった切断ヘッドを開示しているが、水ジェットカッターとプラズマアークカッターの両方を一緒に用いることに関しての示唆もない。すなわち、水ジェットカッターから生じる水はプラズマアークカッターに付随する下向き通気システムの作動を妨げるが、そのような点に関しての示唆がない。なお、ワーレン、ジュニア等の特許は、同一のキャリッジに支持される２つの切断ヘッドを用いて異なった種類の材料を切断する点に関してまったく開示していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、金属シートと絶縁物のように異なる種類の材料を切断する改良された切断装置が望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、上記のおよび他の問題点を解消し、異なった種類の加工物を容易に、効率的に、かつ安全に切断することができる改良された切断装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施態様によれば、切断装置は、ガントリーに支持されるキャリッジと共に支持されるプラズマアーク切断ヘッドと水ジェット切断ヘッドを備えている。
【０００９】
本発明の他の実施態様によれば、切断装置は、加工物を支持するテーブルと、テーブルの長手方向における両端間を往復移動できるように取り付けられたガントリーを備えている。切断装置は、テーブルの横方向における両端間を往復移動できるようにガントリーに取り付けられたキャリッジをさらに備えている。第１切断ヘッドおよび第２切断ヘッドがキャリッジに支持されてキャリッジと共に移動可能である。第１供給モジュールが第1切断ヘッドに操作可能に接続され、第１切断ヘッドが実質的に熱作用のない切断プロセスを介して加工物を切断する操作を実行させる。一方、第２供給モジュールが第２切断ヘッドに操作可能に接続され、第２切断ヘッドが熱切断プロセスを介して加工物を切断する操作を実行させる。さらに、切断装置は、ガントリーを長手方向に移動させ、キャリッジを横方向に移動させ、テーブルに配置された加工物を切断するように第1切断ヘッドまたは第２切断ヘッドのいずれかを作動させる制御装置を備えている。
【００１０】
本発明の他の実施態様によれば、第１切断ヘッドは水ジェット切断ヘッドであり、第２切断ヘッドはプラズマアーク切断ヘッドである。従って、第１供給モジュールは水供給モジュールであり、第２供給モジュールはプラズマアーク供給モジュールである。水供給モジュールは、水ジェット切断ヘッドに操作可能に接続され、水ジェット切断ヘッドがシート状絶縁物を切断する操作を実行させる。プラズマアーク供給モジュールは、プラズマアーク切断ヘッドに操作可能に接続され、プラズマアーク切断ヘッドが金属シートを切断する操作を実行させる。
【００１１】
本発明の他の実施態様によれば、単一切断装置はヒューム除去システムと排水システムの両方を備えている。ヒューム除去システムは、プラズマアーク切断ヘッドが作動している間に生じるヒュームを吸引して収容する。排水システムは、水ジェット切断ヘッドが作動している間にその水ジェット切断ヘッドから放出された水を集める。
【００１２】
本発明の他の実施態様によれば、ヒューム除去システムは下向き通気システムであり、下向き通気システムと排水システムのいずれも切断される加工物を支持するテーブルの支持表面の下方に配置される。さらに詳細には、支持表面は透過性表面であり、略水平に延び、第１区域と第２区域を有している。制御装置は、ガントリーとキャリッジを移動させながら水ジェット切断ヘッドを作動させて、支持表面の第１区域に支持されたシート状絶縁物を切断させる。さらに、制御装置は、ガントリーとキャリッジを移動させながらプラズマアーク切断ヘッドを作動させて、支持表面の第２区域に支持された金属シートを切断させる。排水システムは、支持表面の第１区域の真下の位置に少なくともその一部が配置されて、支持表面の第１区域を介して落下する水を集める。下向き通気システムは、支持表面の第２区域の真下の位置に少なくともその一部が配置されて、支持表面の第２区域を介してヒュームを吸引して収容する。
【００１３】
本発明の他の実施態様によれば、制御装置は、水ジェット切断ヘッドが支持表面の第２区域の直上にあるときはその水ジェット切断ヘッドの作動を制限する。同様に、制御装置は、プラズマアーク切断ヘッドが支持表面の第１区域の直上にあるときはそのプラズマアーク切断ヘッドの作動を制限する。
【００１４】
従って、本発明の切断装置は、金属シートとシート絶縁物のように著しく種類の異なる加工物を容易に、効率的に、かつ安全に切断することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を示す添付図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は多くの異なった形態で実施可能であり、ここに述べられる実施例に限定されると解釈されるべきではない。ここに述べられる実施例は、本発明を綿密かつ完全に開示して当業者に本発明の範囲を十分に知らしめるために例示されたものである。全体にわたって、同一の参照番号は同一の要素を示す。
【００１６】
図１は、本発明の代表的な実施例による切断装置１０を示している。本図に基づいて、代表的な実施例による切断装置１０を簡単に説明し、そのより詳細な構成については後述する。切断装置１０は、プラスマアーク切断ヘッド１２と水ジェット切断ヘッド１４を共に長手方向に延びているテーブル１６の両端間で移動させる。プラズマアーク切断ヘッド１２を作動させることによって、テーブル１６に支持された金属シート１８を切断することができ、水ジェット切断ヘッド１４を作動させることによって、テ―ブル１６上のシート状絶縁物２０を切断することができる。金属シート１８が切断される間に生じるヒューム（煙気）を集めるための下向き通気システム（図２ないし４を参照）２２がテーブル１６の前部区域の真下に取り付けられている。また、絶縁物２０が切断される間に水ジェット切断ヘッド１４によって放出される水を集めるための排水システム２４（図３および４を参照）がテーブル１６の後部区域の真下に取り付けられている。
【００１７】
切断装置１０の構造についてさらに詳細に説明する。長手方向に延びている左右レール２８および２６が横方向において互い離間してテーブル１６の互いに対向する側に取り付けられている。切断装置はさらにガントリー（橋状構造物）３０を備えている。ガントリ−３０は、長手方向に延びるレール２８および２６に支持され、長手方向に沿って往復移動する。ガントリー３０は、車輪などを介して右レール２６に沿って移動する右支柱３２と、車輪などを介して左レール２８に沿って移動する左支柱３４を備えている。左支柱（upright）３４は、長手方向に延長するレール２８および２６に沿ってガントリー３０を推進するための従来式の駆動モータアセンブリを備えている。ガントリー３０はさらに、左右支柱３４および３２をを横方向に跨ってそれらの支柱３４および３２に支持される支持梁３６を備えている。
【００１８】
前レール３８が、支持梁３６の前面に沿って横方向に延び、その支持梁３６の前面に取り付けられている。また、上レール４０が、支持梁３６の上面に沿って横方向に延び、その支持梁３６の上面に取り付けられている。横断レール３８および４０は、車輪などを介してキャリッジ（往復台）４２を支持梁３６に沿って横方向に往復移動可能に支持している。キャリッジ４２は、横断レール３８および４０に沿って左右にキャリッジ４２を推進するための従来式の駆動モータアセンブリを備えている。
【００１９】
図２に示されるように、代表的な実施例によれば、キャリッジ４２は昇降アセンブリ（例えば、滑動アセンブリ）を備えている。昇降アセンブリは、テーブル１６に対して上下動可能にキャリッジ４２に取り付けられる昇降体（例えば、滑動体）４４を有している。また、昇降アセンブリは、キャリッジ４２と昇降体４４間に取り付けられた空圧アクチュエータ４６を備えている。昇降アセンブリは図１には示されていない。空圧アクチュエータ４６は、アクチュエータ供給管路４８を介して圧縮空気を受け、キャリッジ４２およびテーブル１６に対して昇降体４４を制御可能に上下させる。代表的な実施例によれば、アクチュエータ供給管路４８には、ガス供給管路５０から圧縮空気が供給される（図１を参照）。供給管路４８と５０は、従来式の連通導管束を含む連通システム５２（図１を参照）内に含まれる導管を介して互いに連通されている。代表的な実施例によれば、ガス供給管路５０には、圧縮空気（図示せず）の供給源、例えば、圧縮空気を仕事場の種々の構成要素に供給する従来式のシステムから圧縮空気が供給される。
【００２０】
プラズマアーク切断ヘッド１２は昇降体４４に取り付けられ、昇降体４４と共に移動する。プラズマアーク切断ヘッド１２は内部電極（図示せず）を含み、さらに図１および２においては環状シールド（遮蔽体）５４によって隠されている吐出ノズルを備えている。シールド５４は、図２において破線によって示される中心開口５６を有している。その開口５６内に、プラズマアーク切断ヘッド１２のノズルが配置され、その開口５６を介して、ノズルがテーブル１６に支持される一片の金属シート１８と相互に作用する。シールド５４は、金属シート１８またはその金属シート１８から飛散した残査が切断ヘッド１２および１４と接触するのを防ぐ役割を果たす。
【００２１】
図１に示されるように、プラズマアーク切断ヘッド１２はプラズマアーク切断システムの一部であり、切断システムはさらに概略的に図示されているプラズマアーク供給モジュール５８を備えている。プラズマアーク供給モジュール５８は連通システム５２に含まれる従来式の連通導管を介してプラズマアーク切断ヘッド１２を連通している。プラズマアーク供給モジュール５８は、給電コード６２を付けた電源６０とガス供給管路５１を備えている。代表的な実施例によれば、ガス供給管路５１には、圧縮空気（図示せず）の供給源、例えば、圧縮空気を仕事場の種々の構成要素に供給する従来式のシステムから圧縮空気が供給される。電源６０は、変圧器（図示せず）と、プラズマアーク切断システムの操作を容易にする他の構成要素（詳細は後述する）を備えている。
【００２２】
図２に示されるように、代表的な実施例によれば、水ジェット切断ヘッド１４も昇降体４４に取り付けられ、昇降体４４と共に移動する。切断ヘッド１２および１４は互いに近接して配置され、最も好ましくは、並んで配置させるとよい。水ジェット切断ヘッド１４は、テーブル１６の方に向けられた吐出ノズル６４を備えている。本発明の変更例として、昇降体４４を備える昇降アセンブリを切断装置１０に設けずに、切断ヘッド１２および１４を直接キャリッジ４２に取り付けるように構成してもよい。
【００２３】
図１に示されるように、水ジェット切断ヘッド１４は水ジェット切断システムの一部であり、切断システムはさらに概略的に図示されている水供給モジュール６６を備えている。水供給モジュール６６は、水供給管路７０と共に給電コード６８を備えている。水供給管路７０は、水ジェット切断システムなどに利用される切断媒体を付与する管路として広義に特徴付けることができる。水供給モジュール６６は、後述するように、水ジェット切断ヘッド１４に加圧水源を付与するように選択的に作動されるポンプ（図示せず）と１つ以上のバルブ（図示せず）を含んでいる。水供給管路７０は、好ましくは、水供給モジュール６６のポンプに十分な水頭（head）を与えるような水源に接続されるとよい。代表的な実施例によれば、水供給管路７０は都市水源などから水を供給する給水栓に接続される。
【００２４】
テーブル１６は、切断装置１０によって切断される加工物である金属シート１８およびシート状絶縁物２０を支持する長手方向と横方向に延びる透過性の支持表面を有している。代表的な実施例によれば、支持表面は、格子７２からなる前部区域と格子７４からなる後部区域を有している。格子７２の前部区域は、電気的に接地されかつ下向き通気システム２２の上方に位置する1つ以上の金属格子によって構成されている。格子７４の後部区域は、排水システム２４の上方に位置する１つ以上の格子によって構成されている。代表的な実施例によれば、格子７２の前部区域の格子が電気的に接地されていることが重要であり、後述するように、格子７４の後部区域は電気的に接地される必要がない。格子７２の前部区域と格子７４の後部区域は、好ましくは、切断装置１０の有効加工表面を可能な限り大きくするという利点を得るために、少なくとも隣接して配置されるとよい。代表的な実施例によれば、小さな横方向に延びる空間７５が格子７２の前部区域と格子７４の後部区域間に設けられ、一方、長手方向レール２６および２８はテーブル１６の互いに対向する端部間で連続的に延長している。本発明の変更例として、格子７２の前部区域と格子７４の後部区域が連続していてもよい。図１ないし４に示されるように、下向き通気システム２２は、テーブル１６の格子７２の前部区域の真下の位置に取り付けられる下向き通気容器７６を備えている。格子７２および７４は図４には示されていない。図４に最も詳細に示されているように、下向き通気容器７６は多数の略直立隔壁７８を備えている。直立隔壁７８の上端部によって、下向き通気容器７６の入口側開口が形成される。入口側開口は格子７２の前部区域の底面に隣接している。直立隔壁７８の下端は、略水平に延びる底隔壁８０の周辺に接続されている。底隔壁８０には、下向き通気容器７６の出口側開口８２が形成されている。また、下向き通気システム２２は、下向き通気容器７６の出口側開口８２に接続される通路、具体的には、排出ダクト配管８４を備えている。
【００２５】
下向き通気容器７６内を減圧する空気移動装置８６（図２および３を参照）が排出ダクト配管８４の２つの部分間に配置されている。代表的な実施例によれば、空気移動装置８６は、当業者には知られているかご形ファン（図示せず）を駆動するモータ（図示せず）を備えている。下向き通気システム２２は、空気移動装置８６が作動している間に、格子７２の前部区域を通してヒュームを吸引し、入口側開口を介して下向き通気容器７６内に導き、そのヒュームを下向き通気容器７６から出口側開口８２を介して放出ダクト配管８４に排出する。なお、排出ダクト配管８４を、図面に示されているよりもテーブル１６から遠くに、例えば、下向き通気システム２２によって取り出されたヒュームを濾過しその濾過されたガスを周囲に排出させる装置にまで延長するのが好ましい。本発明の変更例として、空気移動装置８６を図２および図３に示されるように放出ダクト配管８４に直接設けずに、放出ダクト配管８４を切断装置１０から離れた位置に設けられた空気移動装置およびその関連空気濾過システムにまで延長させてもよい。
【００２６】
図３および４に示されるように、排水システム２４は、テーブル１６の格子７４の後部区域の真下の位置に取り付けられた排水容器８８を備えている。図４に最も詳細に示されているように、排水容器８８は多数の略直立隔壁９０を備えている。直立隔壁９０の上端によって、排水容器８８の入口側開口が形成される。排水容器８８の入口側開口は格子７４の後部区域の底面に隣接している。直立隔壁９０の下端は、底隔壁９２の周辺に接続されている。底隔壁９２には、排水容器８８の出口側開口９４が形成され、底隔壁９２はその出口側開口９４に向かって傾斜している。排水システム２４はさらに排水容器８８の出口側開口９４から水を受ける排水通路を備えている。例えば、代表的な実施例によれば、その排水通路として、排水容器８８の出口側開口９４に接続される排水導管９６が設けられる。排水容器８８内に集められた水は出口側開口９４を介して排水導管９６内に流れ、切断装置１０から離れた場所、例えば、床排水管に導かれる。
【００２７】
図１に示されるように、代表的な実施例によれば、切断装置１０はさらにコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）装置９８を備えている。制御装置９８は、ガントリー３０、キャリッジ４２、昇降アセンブリの空圧アクチュエータ４６（図２を参照）、プラズマアーク切断システム、および水ジェット切断システムの各々に連通システム５２を介して制御可能に接続され、切断装置１０の操作を制御する。制御装置９８は、切断装置１０の操作を実施するためのコンピュータプロセッサやその関連ソフトウエアモジュールなどの適切な制御手段を備えている。ソフトウエアモジュールは制御装置９８と連携して、ここに記載された本発明の操作を行う。制御装置９８から与えられる指示に応じて切断装置１０によって実施される操作のいくつかを、代表的な実施例に基づいて、以下に説明する。
【００２８】
キャリッジ４２、従って、切断ヘッド１２および１４の各々を、水平方向に移動させて、格子７２の前部区域および格子７４の後部区域内のいかなる点にも到達させることができる。また、キャリッジ４２を、テーブル１６の前端または後端のいずれかに近接した位置に一時停止させることができる。キャリッジ４２をテーブル１６のいずれかの端部で一時停止させる操作によって、以下の利点が得られる。すなわち、キャリッジ４２をテーブル１６の端部で一時停止させることによって、金属シート１８およびシート状絶縁物２０のような加工物を、ガントリー３０やそれに支持されている部品の周囲を横切ることなく、格子７２の前部区域および格子７４の後部区域に手作業によって容易に取り付けることができ、また取り外しすることができる。
【００２９】
図１に示されるように、金属シート１８は格子７２の前部区域において切断され、シート状絶縁物２０は格子７４の後部区域において切断される。従って、未切断の金属シートを運ぶ棚台（図示せず）をテーブル１６の前端に近接する位置に配置させて、金属シートを棚台から格子７２の前部区域に容易に供給することができる。同様に、ロール状の絶縁物（図示せず）をテーブル１６の後端に近接した位置に配置された車輪付き手押し車（図示せず）によってテーブル１６の後端に運び込むことによって、シート状絶縁物を格子７４の後部区域に容易に供給することができる。代表的な実施例によれば、絶縁物２０は、ガラス繊維や木材パルプなどから構成される断熱性絶縁物である。
【００３０】
プラズマアーク切断システムを操作することによって、プラズマアーク切断ヘッド１２は、格子７２の前部区域に支持された一片の金属シート１８を切断するプラズマアークを生成する。具体的には、プラズマアークはプラズマアーク切断ヘッド１２のノズルから格子７２の前部区域に支持された金属シート１８にまで延びる。プラズマアーク切断ヘッド１２内の電極と金属シート１８間に延びる電気アークとガスの相互作用によって、プラズマアークが生成される。代表的な実施例によれば、上記のガスとして、ガス供給管路５１から連通システム５２の導管を介してプラズマアーク切断ヘッド１２に供給される空気が挙げられる。プラズマアークによる切断中に生じるヒュームは下向き通気容器７６の入口側開口に吸引され、下向き通気システム２２によって、切断装置１０から離れた場所に導かれる。これらのヒュームは切断プロセスの残留成分すなわち残査であり、その観点から、下向き通気システム２２を残査集合システムと見なすこともできる。
【００３１】
水ジェット切断システムを操作することによって、水ジェット切断ヘッド１４は、格子７４の後部区域に支持されたシート状絶縁物２０を切断する水流を生成する。具体的には、シート状絶縁物２０を切断するのに適した噴流状の干渉性水流が水ジェット切断ヘッド１４の吐出ノズルから放出される。水ジェット切断ヘッド１４から放出される水は、排水容器８８の入口側開口内に落下し、排水システム２４によって、切断装置１０から離れた場所に導かれる。この水は切断プロセスの残留成分すなわち残査であり、その観点から、排水システム２４を残査集合システムと見なすこともできる。
【００３２】
代表的な実施例によれば、金属シート１８およびシート状絶縁物２０を交互に切断することができる。その結果、シート状絶縁物２０を切断している間に、金属シート１８をテーブル１６から手作業によって取り外して未切断の金属シート１８をテーブル１６に手作業で取り付けることができる。この逆のプロセスも可能である。従って、切断装置１０によれば、ほぼ連続的に加工物を切断することができるという利点が得られる。
【００３３】
代表的な実施例によれば、プラズマアーク切断システムは、プラズマアーク切断ヘッド１２が格子７４の後部区域の直上に位置している間は作動されない。このようにプラズマアーク切断システムの操作に対して制限を設けることによって、以下の利点が得られる。すなわち、格子７４の後部区域にはシート状絶縁物２０が支持されるが、ある種の絶縁物はプラズマアークによって発火することがあり、そのような不都合な事態を防ぐことができる。同様に、水ジェット切断システムは、水ジェット切断ヘッド１４が格子７２の前部区域の直上に位置している間は作動されない。このように水ジェット切断システムの操作に対して制限を設けることによって、以下の利点が得られる。すなわち、水が下向き通気システム２２内に導入されると、その下向き通気システム２２を損傷させることがあるが、そのような不都合な事態を防ぐことができる。
【００３４】
制御装置９８を操作することによって、テーブル１６に支持された加工物（例えば、金属シート１８およびシート状絶縁物２０）は所定のパターンに基づいて切断される。シート状絶縁物２０の切断パターンのいくつかは、金属シート１８の切断パターンのいくつかと少なくとも類似している。本発明はそのようなパターン間の類似性を利用できるという利点がある。すなわち、代表的な実施例によれば、単一の制御装置９８によって金属シート１８とシート状絶縁物２０の両方の切断を行う指示を与えることができる。例えば、本発明が包含される技術分野の当業者にとって容易に理解されるように、金属シート１８とシート状絶縁物２０の両方を同一のパターンまたは同一のパターンからわずかに変更されたパターンに基づいて切断することができる。
【００３５】
昇降アセンブリの空圧アクチュエータ４６（図２を参照）を操作することによって、テーブル１６の上方の昇降体４４（図２を参照）の高さを調節することが可能であり、同時に格子７２の前部区域および格子７４の後部区域によって画成される支持表面の上方の切断ヘッド１２および１４の高さを調節することができる。空圧アクチュエータ４６は加工物の異なった厚みに合わせて位置を変更することができる。
【００３６】
代表的な実施例によれば、制御装置９８はラベル印刷機（図示せず）に接続され、その印刷機を作動させて、金属シート１８およびシート状絶縁物２０の切断片の各々に特定の自己接着性ラベルを印刷することができる。切断片へのラベルは、通常、シートが切断されている間に印刷される。ラベルは、切断片（絶縁物２０の切断片と金属シート１８の切断片を含む）の所定の位置に手作業によって貼り付けられる。ラベルは区分けして置かれ、またラベルの貼られた切断片はラベルが容易に識別できるように垂直方向に離間された棚を有する棚台（図示せず）内に区分けして置かれる。ラベルによって、ダクト配管を形成するのに適した金属シート１８の切断片の照合および組合せを容易にする情報、およびダクト配管の内外への絶縁物２０の切断片の組合せを容易にする情報が得られる。
【００３７】
プラズマアーク切断システムによって実施される上記のプラズマアーク切断プロセスは、プラズマアークの熱によって金属シート１８を切断する熱切断プロセスとして特徴付けられる。一方、水ジェット切断システムによって実施される上記の水ジェット切断プロセスは、水ジェットの磨耗作用によって絶縁物２０を切断する非熱切断プロセスとして特徴付けられる。水ジェット切断プロセスによって生じる熱は、プラズマアーク切断プロセスによって生じる熱と比較して比較的わずかである。可燃性材料、例えば、ある種の絶縁物２０を切断する場合、熱を伴なわない切断プロセスは有利である。
【００３８】
本発明の変更例として、プラズマアーク切断システムをレーザ切断システムまたはガストーチ切断システムのような他の熱切断システムに置き換え、水ジェット切断システムを他の非熱切断システムに置き換える以外は、上記の代表的な実施例の構成と実質的に同一の構成を有するように変更してもよい。例えば、非熱切断システムの変更例として、砂などの磨耗要素を水ジェット切断システムに用いる水に含ませる以外は、上記の水ジェット切断システムの構成と実質的に同一の構成を有するように変更してもよい。あるいは、磨耗要素を含むガスジェットを放出するガスジェット切断システムなどを用いることも可能である。他の変更例として、排水導管９６を水供給管路７０などに接続させて、非熱切断システムに用いる切断媒体を再循環させてもよい。
【００３９】
以上、本発明を主として金属シート１８とシート状絶縁物２０を切断する実施例に基づいて説明したが、切断装置１０はそれ以外の種々の加工物の切断に用いることもできる。従って、本発明の範囲は特定種類の加工物に制限されるものではない。
【００４０】
本発明の切断装置１０は、著しく異なる熱切断プロセスと非熱プロセスを同時に実施することによって、単一の切断装置によって異なる種類の材料を容易に、効率的に、かつ安全に切断することができるという利点を得ることができる。
【００４１】
本発明が包含される技術分野の当業者にとって、前記の説明およびその関連図面による示唆に基づいて、種々の変更例および実施例を創案することは容易である。従って、本発明はここに開示された詳細な実施例に制限されないと見なされるべきであり、また当業者によって容易に創案される変更例および実施例は請求の範囲内に包含されると見なされるべきである。なお、本明細書で使用された特定の技術用語は包括的かつ例示的に本発明を説明する目的でのみ用いられたものであり、本発明をなんら制限するものではない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の切断装置は上記のように構成されているので、金属シートとシート絶縁物のように著しく種類の異なる加工物を容易に、効率的に、かつ安全に切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的な実施例による、並んで取り付けられた水ジェット切断ヘッドとプラズマアーク切断ヘッドを備えるコンピュータ数値制御切断装置の主要部を示す部分概略透視図である。
【図２】図１の切断装置の主要部を示す正面図である。
【図３】図１の切断装置の主要部を示す左側面図である。
【図４】図１の切断装置の主要部を示し、切断装置の格子は排水システムと下向き通気システムの主要部をより明瞭に示すために省略している、平面図である。
【符号の説明】
１０ 切断装置
１２ プラスマアーク切断ヘッド
１４ 水ジェット切断ヘッド
１６ テーブル
１８ 金属シート
２０ シート状絶縁物
２２ 下向き通気システム
２４ 排水システム
２６、２８ レール
３０ ガントリ−
４２ キャリッジ
４４ 昇降体
５８ プラズマアーク供給モジュール
６６ 水供給モジュール
７２ 前部格子区域
７４ 後部格子区域
９８ 制御装置
Claims (9)
- 加工物を支持するテーブルと、前記テーブルの第1の方向における両端間を移動できるように取り付けられたガントリーと、前記テーブルの横方向における両端間を移動できるように前記ガントリーに取り付けられたキャリッジと、前記キャリッジに支持されて前記キャリッジと共に移動可能な第1切断ヘッドと、前記キャリッジに支持されて前記キャリッジと共に移動可能な第２切断ヘッドと、前記第1切断ヘッドに操作可能に接続され、前記第１切断ヘッドが非熱切断プロセスを介して加工物を切断する操作を実行させる第1供給モジュールと、前記第２切断ヘッドに操作可能に接続され、前記第２切断ヘッドが熱切断プロセスを介して加工物を切断する操作を実行させる第２供給モジュールと、前記ガントリーを前記第1方向に移動させ、前記キャリッジを横方向に移動させ、前記テーブルに配置された加工物を切断するように前記第1切断ヘッドおよび前記第２切断ヘッドを作動させる制御装置とによって構成され、前記テーブルは、それぞれが加工物を支持する第１区域および第２区域からなる支持表面を有し、前記制御装置は、前記ガントリーと前記キャリッジを移動させて前記第１切断ヘッドを前記支持表面の前記第１区域の両端間を移動させながら前記第１切断ヘッドを作動させることによって、前記支持表面の前記第１区域に支持された加工物を切断させることが可能であり、前記制御装置は、前記ガントリーと前記キャリッジを移動させて前記第２切断ヘッドを前記支持表面の前記第２区域の両端間を移動させながら前記第２切断ヘッドを作動させることによって、前記支持表面の前記第２区域に支持された加工物を切断させることが可能であり、前記制御装置は、前記ガントリーと前記キャリッジを移動させて前記第１切断ヘッドを前記支持表面の前記第２区域の両端間を移動させる間は、前記第１切断ヘッドの作動を制限し、さらに前記制御装置は、前記ガントリーと前記キャリッジを移動させて前記第２切断ヘッドを前記支持表面の前記第１区域の両端間を移動させる間は、前記第２切断ヘッドの作動を制限する、ことを特徴とする加工物を切断する装置。
- 前記テーブルに向かって接近および前記テーブルから離れるように前記キャッリッジに移動可能に取り付けられた移動体をさらに備え、前記第１切断ヘッドおよび前記第２切断ヘッドは両方とも前記移動体に支持されて前記移動体と共に移動することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記第１切断ヘッドによってなされる切断操作によって生じる残査を収容する前記テーブルに付随する第１残査除去システムと、前記第２切断ヘッドによってなされる切断操作によって生じる残査を収容する前記テーブルに付随する第２残査除去システムと、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記第１切断ヘッドは水ジェット切断ヘッドであり、前記第２切断ヘッドはプラズマアーク切断ヘッドであり、前記第１供給モジュールは水ジェット供給モジュールであり、前記第２供給モジュールはプラズマアーク供給モジュールである、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記プラズマアーク切断ヘッドが作動している間に発生するヒュームを吸引して収容する前記テーブルに付随するヒューム除去システムと、前記水ジェット切断ヘッドから放出される水を集めるテーブルに付随する排水システムと、をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の装置。
- 前記テーブルは加工物を支持する支持表面を有し、前記ヒューム除去システムおよび前記排水システムはいずれも少なくとも一部が前記支持表面の真下の位置に配置される、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
- 前記支持表面は第１区域と第２区域を有し、前記制御装置は、前記ガントリーと前記キャリッジを移動させて前記水ジェット切断ヘッドを前記支持表面の前記第１区域の両端間を移動させながら前記水ジェット切断ヘッドを作動させることによって、前記支持表面の前記第１区域に支持された加工物を切断させることが可能であり、前記排水システムは少なくともその一部が前記支持表面の前記第１区域の真下の位置に配置され、前記制御装置は、前記ガントリーと前記キャリッジを移動させて前記プラズマアーク切断ヘッドを前記支持表面の前記第２区域の両端間を移動させながら前記プラズマアーク切断ヘッドを作動させることによって、前記支持表面の前記第２区域に支持された加工物を切断させることが可能であり、前記ヒューム除去システムは少なくともその一部が前記支持表面の前記第２区域の真下の位置に配置される、ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
- 前記テーブルは、それぞれが加工物を支持する第１区域と第２区域からなる透過性の支持表面を有し、前記制御装置は、前記ガントリーと前記キャリッジを移動させて前記水ジェット切断ヘッドを前記支持表面の前記第１区域の両端間を移動させながら前記水ジェット切断ヘッドを作動させることによって、前記支持表面の前記第１区域に支持された加工物を切断させることが可能であり、前記制御装置は、前記ガントリーと前記キャリッジを移動させて前記プラズマアーク切断ヘッドを前記支持表面の前記第２区域の両端間を移動させながら前記プラズマアーク切断ヘッドを作動させることによって、前記支持表面の前記第２区域に支持された加工物を切断させることが可能であり、前記装置は少なくとも入口側開口と出口側開口を有する第１容器を備え、前記入口側開口は、前記支持表面の前記第１区域の下方に取り付けられ、前記支持表面の前記第１区域の上方で前記水ジェット切断ヘッドが作動している間に前記水ジェットヘッドから放出される水を前記支持表面の前記第１区域を介して受け、前記装置は少なくとも入口側開口と出口側開口を有する第２容器をさらに備え、前記第２容器の前記入口側開口は、前記支持表面の前記第２区域の下方に取り付けられ、前記支持表面の前記第２区域の上方で前記プラズマアーク切断ヘッドが作動している間に生じるヒュームを前記支持表面の前記第２区域を介して受ける、ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
- 前記支持表面の前記第１区域と前記第２区域は互いに隣接し、前記装置は排水システムを備え、前記排水システムは前記第１容器とさらに前記第１容器の前記出口と連通する通路を備え、前記通路は前記第１容器から離れた場所に水を導く機能を有し、さらに前記装置は下向き通気システムを備え、前記下向き通気システムは前記第２容器と通路、さらに前記第２容器の前記出口と連通する空気移動装置を備え、前記空気移動装置は前記第２容器内を減圧させて前記第２容器内にヒュームを吸引させる機能を有し、前記通路はヒュームを前記空気移動装置の操作に応じて前記第２容器から離れた場所に導く機能を有する、ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
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