JP3646888B2 - シート材切断機の刃物用パイロット装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、切断用テーブルに多層状にして広げた織物のシート材を切断する自動制御式切断機であって、そのカッティングヘッドに支持された切断用ナイフのパイロット装置に関するものである。詳しくは、そのカッティングヘッドが、織布シート材を切断する間に切断用ナイフを予定した切断経路に沿って動かすことができるように、Ｘ軸，Ｙ軸に沿って動きまたＺ軸回りに回転可能に支持され、三次元座標系においての動きが制御されるようになっている刃物用パイロット装置である。これは、上記の切断用ナイフがＺ軸に沿って往復動可能に装着され、カッティングヘッドが切断用ナイフの支持されない部分をガイドするための案内手段と回転自在なカッティングヘッドに強固に取り付けた加圧盤とを備えるものである。
【０００２】
【従来の技術】
切断用テーブルに広げて多層状態で保持された衣服用等の織物のシート材を切断するために、閉ループ自動制御式の切断機が用いられることはすでによく知られている。
【０００３】
そのような切断機の問題の一つは、切断用ナイフの動き等を修正するための計測を行わないとするならば、切断用ナイフがたどる織布シート材の上層での切断経路が下層のそれと僅かであるが異なったものとなり、したがって、切断パターンが織布シート材ごとに少し違ったものになってしまうことである。それゆえ、望ましい切断品質を得ようとすると、織布を積み重ねることができる高さは切断用ナイフの曲げ剛性の大小によって制限を受けることになる。
【０００４】
切断中のナイフのフランクに作用する横力を検出できるセンサを備えた自動切断機において、そのナイフの曲げ撓みの発生に原因した欠点を補償する手段が公知となっている。例えば米国特許第４，１３３，２３５号明細書では、検出信号がコンピュータまたはプロセッサに入力され、現在たどっている経路におけるＺ軸回りの切断用ナイフに、予めプログラムした切断経路となるような方向づけを付加したり修正するための補正信号を発生させるようにしている。
【０００５】
英国特許第２，０９４，０３１号明細書においては、デジタルセンサがナイフの曲がりを検出するために使用され、撓みの有無とその方向を知らせる信号が与えられる。そして、サーボ機構にナイフの位置をフィードバックすることによって、要求される補正量が各信号に従って演算されるようになっている。
【０００６】
二つの公知の方法において、ナイフの撓みに基因する欠点を最小限に抑えるために、ナイフの角度に要求される補正量は、横力についての信号と切断材料の資質に関連する情報とを考慮して演算される必要がある。
【０００７】
それゆえ、上記の方法では、ナイフに作用する横力を正確に計測し、縦方向またはＺ軸回りでの予めプログラムされた方向づけをナイフに与えるように、計測信号を補正信号に変換できるようにすることが要求されるという難点がある。さらに、センサ，トランスデューサ，アクチュエータや、大層複雑で高価であり取り扱いの厄介なデータロガ・フィードバックゲージングシステムの採用が必要となることによって、かなりの出費を伴うという欠点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
切断中のナイフに作用する荷重に異なったタイプがあることは、経験するところである。一つは、ナイフを曲げようとする横方向からの荷重である。ナイフのフランクに作用する横荷重は、切断用ナイフとシート材の相互作用によった切断される織物からの圧力に基因して発生する。その圧力によって、動いているナイフは供給方向に沿った摩擦力を受ける。切断される織物の圧力は、織物に不等方性があること、さらには直前に切断した部分が触れているとかナイフの一方側で織物の端面が接触していることなどの種々の理由によって、切断される織布に発生する圧力はナイフの両側で異なったものとなる。
【０００９】
他の関連事項を考慮しないならば、横方向から受ける圧力とナイフの曲がりとの関係は、一般に図２および図３のようになる。ナイフの一点に作用する圧力がその一点における織物に作用した圧縮力に比例するとすれば、次の相関関係が存在する。
【００１０】
織布層の断面を示す図２において、線ｔは曲がっていないナイフがたどる理論的な切断経路であり、線ｒは曲がったナイフが前記断面においてたどった実際の経路である。この断面での変形量をｄとすると、圧力は、
【数１】

で表される。
【００１１】
Ｋは一定値であるが、前述したように、一般的には、直前に切断したランイの接触程度または被切断材の不等方性に基因して、ナイフの各面で異なるものである。
【００１２】
図３は、
【数２】

と想定した図である。
【００１３】
ナイフの前縁近くの或る軸線回りでナイフが経路に対して回転自在であるならば、ナイフの各フランクに現れる圧力は、図３に示すように切断ラインまでの各点からの距離ｙに応じて変化することになる。ナイフの前方でのこの軸線回りの回転があれば、上記した横方向荷重をバランスさせることができ、その荷重によって、ナイフの曲がりや変形量ｄを減少させたり変形を避けることができるようになることが、本件発明の後述する説明からも理解できよう。
【００１４】
それゆえ、本発明の主たる目的は、ナイフのフランクに作用する横力を計測することなく、また、切断経路に関するナイフの予定した方向づけ角度に対して修正角を加味するようなことも要求されることがなく、予定した切断経路に沿った切断位置にあるとき、切断機の切断用ナイフの曲がりに基因する欠点を最小限に留めておくことができる新しい刃物用パイロット装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した背景に基づく本発明の主たる課題は、図４を参照して、Ｚ軸に対して回転自在なカッティングヘッド１０４に切断用ナイフ１０の支持端を固定させた刃物パイロット装置によって解決される。そのパイロット装置における切断用ナイフ１０の自由端に近接して配置された案内手段は、カッティングヘッド１０４に強固に取り付けたソケット５３を有し、そのカッティングヘッド１０４は、切断用ナイフ１０の切断側エッジ１１に近接した前方で座標系のＺ軸に対して予め定められる距離をおいて平行に配置された垂直軸線６を中心にソケット５３内で回転自在となっているサポート６０を備える。そして、そのサポート６０は切断用ナイフ１０のフランク１３，１４を取り囲むスロット６１を有し、そのスロット６１は垂直軸線６から偏った位置にあって、切断用ナイフ１０の後縁に向かって延びていることである。
【００１６】
サポート６０はソケット５３の中でＺ軸に平行な軸線６を中心に回転自在に搭載され、そのソケット５３はカッティングヘッドのシャフト５０に強固に取り付けられ、そのシャフト５０がＺ軸回りに回転自在であり、そして、切断用ナイフ１０を往復動させる支持マウント５１を格納しているようにしておくことが好適である。
【００１７】
サポート６０は、加圧盤５２の存在する領域に配置されているとよい。
【００１８】
サポート６０には、切断用ナイフ１０を動かす予定した切断経路ｔ（図３を参照）と実際の切断経路ｒとの間の偏位量ｄが最小となるように力を及ぼすスプリングを取り付けておくとよい。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、上記したサポートやソケット等の案内手段によって、織布シート材と切断用ナイフのフランクとの間で切断中に発生する横荷重と、バランスした平衡な状態に仕向ける切断用ナイフの曲げ力とを受けて、切断用ナイフを垂直軸線に対して捩じることができる。このような構成の案内手段によって、動作中の信頼性が高く製作や保守が簡単な刃物用パイロット装置の構造が実現されるようになる。
【００２０】
本発明の課題は、サポートがＺ軸に平行な軸線を中心にソケット内で回転自在に搭載されることによっても解決される。もちろん、ソケットをカッティングヘッドのシャフトに強固に取り付け、シャフトはＺ軸回りに回転可能であって、切断用ナイフを往復動させる支持マウントを格納している。このような構成のカッティングヘッドにすれば、サポートが織布シート材を押さえる加圧盤の存在する領域に配置しやすくなる。
【００２１】
サポートを、加圧盤の存在する領域に配置しておくと、切断用ナイフの動きの安定性を確保することが極めて容易となる。
【００２２】
サポート６０にスプリングを取り付けておけば、切断用ナイフを動かす予定した切断経路と実際の切断経路との間の偏位量を可及的に小さくする力を及ぼしておくことができ、それによって織布シート材の切断形状の均一性が高く確保される。
【００２３】
【実施例】
図１を参照して、本発明は自動制御式の切断機１００に関するものであり、切断される織物材を多層状にした織布１０２が切断用テーブル１０３の一端にある適当な供給手段から導入され、そして、切断用テーブル１０３上を通過するようになっている。その切断用テーブル１０３上には、織布シート材１０２がカッティングヘッド１０４に装着されて往復動する刃物によって切断できるように広げられている。そのカッティングヘッド１０４は、切断用テーブル１０３上のＸ−Ｙ座標系を移動するＸ−Ｙキャリッジ１０５に搭載される。刃物は支持された状態にあるブレードまたはナイフであり、サーボモータによって予定した切断経路をたどるカッティングヘッド１０４に回転可能に枢支され、縦軸に沿って往復動することができるようにもなっている。切断用ナイフの枢支軸は、ナイフの切断経路を生成するための制御手段により規定されるＸ，Ｙ，Ｚの三次元座標系における切断面に垂直なＺ軸に一致して配置される。ナイフの切断側エッジは、Ｘ−Ｙキャリッジ１０５の予定した制御動作とＺ軸回りのナイフの運動とに従って、図中の切断経路を表した符号ｔや図２中の線ｔによって表される切断経路をたどるように配置される。この動きは、コントローラ１０７によって制御されるようになっている。
【００２４】
切断用テーブルは特別に力を掛けておくことなく織布シート材１０２を決められた位置に配置することができ、この切断用テーブル１０３を動かす図示しない退避手段が備えられている。なお、切断機の切断箇所の面は、よく知られた要領で切断用ナイフが貫入自在となっている。
【００２５】
Ｘ−ＹキャリッジはＸ方向とＹ方向へ動き、また、カッティングヘッドはＺ軸回りに回転されるが、その駆動のためのサーボモータは図示されていない。さらに、切断用ナイフは往復動するが、そのためのパワートランスミッションも表されていない。
【００２６】
図４は、支持マウント５１を内装するシャフト５０を備えたカッティングヘッド１０４の一部を表している。その支持マウント５１はシャフト５０の中でガイドされるようにして往復動することができ、座標系のＺ軸である軸線５に対して回転自在となっている。そして、切断側エッジすなわち前縁１１と後縁１２および前後縁間の両面の各フランク１３，１４を有した切断用ナイフ１０がマウント５１に支持されている。
【００２７】
織物である織布シート材１０２の重ね層ｍ，ｎを上層から押さえる加圧盤５２が設けられており、これがシャフト５０に対して、図示しないが、強固であるが調整可能に取り付けられている。シャフト５０には受け盤すなわちソケット５３が強固に取り付けられ、加圧盤５２に近接して配置されている。ソケット５３には丸い孔が形成され、その孔の中に円板状の支持盤すなわちサポート６０が相対回転可能に嵌着されている。このサポート６０は、図６に示すように、切断用ナイフ１０の切断側エッジ１１の前方で近接しかつ座標系のＺ軸すなわち軸線５に対して予め定められた距離をおいて平行する垂直軸線６に対して回転自在となっている。そして、切断側エッジ１１はＺ軸と垂直軸線６との間に配置される。上記したソケット５３は、カッティングヘッド１０４に支持した切断用ナイフ１０の支持されない側の部分をガイドするものであり、したがって、ソケット５３は切断用ナイフ１０の自由端に近接して配置される。
【００２８】
サポート６０にはスロット６１が垂直軸線６から偏った位置に配置され、ナイフの自由端の近くで切断用ナイフ１０を取り囲んでいる。例えば電磁リニアモータ（図示せず）によって駆動される切断用ナイフ１０が往復運動しているとき、スロット６１の内面はナイフの後縁１２やフランク１３，１４のガイド軸受として機能するようになっている。
【００２９】
図４に戻って、シャフト５０に沿って上下動するように配置された切断用ナイフ１０は、シャフト５０内で垂直軸線５回りに単独で回転自在となっている。θ方向に回転させる前述したサーボモータおよびコントローラからの指令に応じて動作するドライブ機構によってシャフト５０が回転し、その回転によってナイフに曲がった切断経路をたどらせることができる。
【００３０】
下方に位置するサポート６０は、切断用ナイフ１０の前縁１１の前方に位置して、軸線５（すなわちＺ軸）から予め定められた距離にある軸線６回りに回転することができるようになっていることは上述したとおりである。
【００３１】
切断用ナイフ１０が軸線５と軸線６との回りで同時に自由に回転できるようにはなっていないので、両軸線の位置を規定すると、切断用ナイフ１０に本装置における決められた位置を与えることができる。コントローラからの指令を受けて本装置が軸線５の回りで回転すると、切断用ナイフ１０も軸線５の回りで回転する。これによって、コントローラ１０７からの指令で、切断用ナイフ１０に予め決められた曲がった経路を、よく知られた要領により、たどらせることができるようになる。
【００３２】
正常な状態において、ナイフ１０のフランクに作用する荷重を受けない部材、すなわち、ソケット５３やサポート６０は、ナイフ１０がドグ（回し金）として作用するとき、予めプログラムされた切断経路に従って軸線５すなわちＺ軸の回りで旋回するようになっている。
【００３３】
切断作動中、前述したように、横荷重が作用して変形が発生すると、切断用ナイフ１０の両フランク１３，１４に異なった圧力が生じる。ナイフの支持状態に起因して切断エリアの範囲で切断用ナイフ１０に生じた横荷重はサポート６０で受け止められ、サポート６０は軸線６の回りで捩じられることになる。この捩じれの大きさの程度は、サポート６０とマウント５１に支持された上端部との間のナイフ１０の曲げ剛性の大きさによって決まる。横荷重を受けているときの異なったナイフの横断面を模式的に示した図５において、断面７０は荷重を受ける前の状態の切断用ナイフ１０を示す。断面８０と断面９０とは、ナイフが横荷重を受けている状態を示す。断面８０はサポート６０と同一のレベルにあるナイフの断面であり、ナイフが横荷重を受けてサポート６０と共に、シャフト５０と一体であって元の位置に留まっている軸線６の回りに捩じられた様子を示している。断面９０はマウント５１に接続された上端部でのナイフの横断面であり、ナイフは軸線５の回りにすでに捩じられている様子を示す。断面８０と断面９０との間に生じた曲げ変形量ｆは捩じれ角に関連するものであるが、それぞれの断面における変形の程度は、横荷重の大きさとナイフの曲げ剛性に依存することは言うまでもない。
【００３４】
言い替えると、シャフト５０の軸線５に対するマウント５１の枢支形態およびシャフト５０の軸線６に対するサポート６０の枢支形態に基因して、切断用ナイフ１０の前縁は前進している軸線６に対して供給方向から見ると遅れるのは幾何学的に当然である。したがって、切断用ナイフ１０は、フランクに作用する荷重の大きさに応じただけ、また、ナイフの変形能力に応じただけ、スロット６１とマウント５１との間の領域において捩れてしまう。ナイフのトルク剛性はナイフの曲げ剛性と同じ程度であるが、圧力荷重によるトルクモーメントは曲げモーメントよりかなり小さい。それゆえ、捩じれに対する歪は無視できると考えることができ、ナイフの両フランクに作用する力が等しくなるまで、切断用ナイフ１０の自由端のどの断面もナイフの縦軸線回りにほとんど同じ角度で捩じれることになる。すなわち、切断用ナイフ１０のサポート６０より下方は自由状態にあってかつ織布に切り込む長さだけであるので、その部分におけるどの断面もナイフの縦軸線（軸線５）の回りでの捩じれはほとんど同じとなる。
【００３５】
このセルフバランス作用は、図３と図５に示される。切断用ナイフ１０が横荷重を受けていないとき、ナイフの縦方向に沿った直角断面はいずれの位置においても一致する状態にあり、番号７０とＺ軸（５）と軸線６のそれぞれが、図５にあるように、予定した切断経路の接線と垂直に交差する。
【００３６】
曲がった切断経路に沿って切断しているとき、切断用ナイフのフランクとスロット６１の両内面に横荷重が発生する。横荷重の影響を受けると、サポート６０が回転自在であることに基因して、ナイフはカッティングヘッド１０４に対して捩じれる。その際にＺ軸に対してカッティングヘッド１０４が回転すると、図５の番号８０に見られるように、予定した切断経路に対して交差するような角度が現実に発生してしまう。カッティングヘッド１０４と一体で剛性の高いシャフト５０によりガイドされた支持マウント５１に対して、サポート６０の垂直軸線６が偏った配置となっているという相互関係からすると、サポート６０に設けたスロット６１の内面間で摺動可能にガイドされる切断用ナイフのトルク剛性と横荷重とがバランスしたとき始めて、上記の捩じれ作用が平衡な状態に落ち着く。
【００３７】
このような状況下で軸線５と織布との交差する点が点５´へ移動する間も、垂直軸線６は同じ位置に留まる（図５中の断面８０を参照）。しかし、軸線５は、図５中の番号９０において参照される切断用ナイフの支持部分における横断面中では同じ位置に留まっている。サポート６０が軸線６の回りに回転するので、切断用ナイフは支持マウント５１と共に、図５に示すように軸線５の回りで同じ角度７となるように回転する。ナイフのフランクに作用する横荷重の影響を受けているときの変位量ｆと角度７とは、軸線５と軸線６の位置によって幾何学的に関連づけられる。すなわち、断面８０のように捩じられても切断用ナイフ１０の前縁１１は常に予め決められた切断経路に戻るようになる。上記の変位量ｆは、荷重の大きさとナイフの曲げ剛性によって決まる。この作用は、例えば図示しないスプリング手段を用いてサポート６０に、例えばナイフを挟んでいずれの方向からも力を及ぼすようにすれば最も好適なものとなり、それによって織布シート材の切断形状の均一性を高く維持することができるようになる。
【００３８】
このようにスプリング手段によってソケット側からサポート６０に引張力を掛けるようにしておけば、予め決められている理論的な切断経路に対して実際の切断経路の偏位量ｄ（図３を参照）を最小となるように仕向けることができる。同様に、織布の層をなしているシート材の内部での加圧盤５２の下方におけるナイフ断面の偏位も可及的に小さく抑えられる。
【００３９】
前述したことから、前記ナイフのフランクに作用する力の計測を必要とすることなく、シート材の切断動作中のナイフの曲げ作用が発生しないようにすることができる。それによって、以後必要となるデータの処理は簡素化され、処理規模を小さな範囲に留めておくことができる。
【００４０】
なお、サポートを、加圧盤の存在する領域に配置しておくと、切断用ナイフの動きの安定性を確保することができる。しかし、加圧盤をカッティングヘッドに設け、ソケットを強固に取り付けたシャフトをＺ軸回りに回転可能にして、切断用ナイフが装着された支持マウントをシャフトに格納しておけば、カッティングヘッドにおける上記の配置関係から、サポートを加圧盤の存在する領域に配置しておくことが極めて容易となるという構造上の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、多層状のシート材を切断するための自動制御式切断機の概略的な斜視図である。
【図２】 切断用ナイフの直角断面であって、ナイフのフランクに作用した切断中の左右不均等な荷重分布を示している。
【図３】 図２と同じ切断用ナイフの直角断面図であって、ナイフの両フランクに作用する荷重分布がバランスしている様子を示している。
【図４】 本発明に係る刃物パイロット装置を有した図１の切断機におけるカッティングヘッドの一部分の原寸大の斜視図である。
【図５】 図４におけるパイロット装置のバランス作用を示し、カッティングヘッドに取り付けたナイフを直角に切断した異なる断面においての挙動を表している。
【図６】 図４中のVI−VI線矢視平面図である。
【符号の説明】
５…Ｚ軸（垂直軸線）、６…垂直軸線、１０…切断用ナイフ、１１…前縁（切断側エッジ）、１２…後縁、１３，１４…フランク、５０…シャフト、５１…支持マウント、５２…加圧盤、５３…ソケット、６０…サポート、６１…スロット、１００…切断機、１０２…織布（織布シート材）、１０３…切断用テーブル、１０４…カッティングヘッド、ｄ…変形量（偏位量）、ｒ…線（曲げを受けたナイフによる実際の切断経路）、ｔ…線（曲げのないナイフによって辿られる予定した切断経路）。

Claims (4)

1. 多層状となるように切断用テーブルに広げられた織布シート材を切断するための自動制御された切断機のカッティングヘッドが切断用ナイフを支持し、
   前記カッティングヘッドは、織布シート材を切断する間に予定した切断経路に沿って前記切断用ナイフを動かすために、該カッティングヘッドをＸ軸とＹ軸に沿って動かしそしてＺ軸回りに回転自在とすることにより、三次元系において動きが制御され、
   前記切断用ナイフは、前記Ｚ軸に沿って往復動可能に装着され、
   前記カッティングヘッドは、該カッティングヘッドに支持した切断用ナイフの支持されない側の部分をガイドする案内手段と、回転可能な前記カッティングヘッドに強固に取り付けられ前記織布シート材を押さえる加圧盤とを備える刃物用パイロット装置において、
   前記切断用ナイフ（１０）の支持端部は、前記Ｚ軸の回りに回転自在なカッティングヘッドに取り付けられ、
   切断用ナイフの自由端に近接して配置された前記案内手段は、カッティングヘッドに強固に取り付けたソケット（５３）を有し、
   前記切断用ナイフの切断側エッジ（１１）の前方で近接して座標系のＺ軸（５）に予め定められた距離をおいて平行するように配置された垂直軸線（６）を中心に前記ソケット（５３）内で回転自在に搭載されたサポート（６０）が設けられ、
   該サポート（６０）は前記切断用ナイフ（１０）のフランク（１３，１４）を取り囲むスロット（６１）を有し、
   該スロット（６１）は、前記垂直軸線（６）から偏った位置にあって切断用ナイフの後縁（１２）の方向へ延び、それによって、切断用ナイフ（１０）は、前記織布シート材と該切断用ナイフ（１０）のフランク（１３，１４）との間での切断中に発生する横荷重と、バランスして平衡状態に仕向ける切断用ナイフ（１０）の曲げ力とを受け、前記垂直軸線（６）に対して捩じれることができるようになっていることを特徴とするシート材切断機の刃物用パイロット装置。
2. 前記サポート（６０）は、前記ソケット（５３）の中で前記Ｚ軸に平行な軸線を中心に回転自在に搭載され、該ソケット（５３）は前記カッティングヘッドのシャフト（５０）に強固に取り付けられ、該シャフト（５０）が前記Ｚ軸回りに回転自在であり、そして、該シャフト（５０）は切断用ナイフを往復動させる支持マウント（５１）を格納していることを特徴とする請求項１に記載されたシート材切断機の刃物用パイロット装置。
3. 前記サポート（６０）は前記加圧盤（５２）の存在する領域に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたシート材切断機の刃物用パイロット装置。
4. 前記サポート（６０）には、前記切断用ナイフを動かす予定した切断経路（ｔ）と実際の切断経路（ｒ）との間の偏位量（ｄ）が最小となるように力を及ぼすスプリングが取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載されたシート材切断機の刃物用パイロット装置。

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