JP4165900B1 - 切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型且つ切断品質に優れた切断装置を提供すること。
【解決手段】角筒状の材料Ｓを切断する切断装置１であって、前記材料Ｓを所定位置に固定する固定刃２３と、前記材料Ｓを切断するための切断機構３１、５１とを備え、前記切断機構３１，５１は、前記材料Ｓを切断する移動刃３３，５３と、前記移動刃３３，５３を移動自在に支持する移動刃支持機構３１，５１と、前記移動刃３３，５３に対し前記材料Ｓの所定の一面Ｓ１，Ｓ２に対する平行移動と旋回移動とを付与する駆動手段３９，５９，４１，６１とを、備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は切断装置に係り、特に、角筒状の材料（例えば、金属材料）を切断するための切断装置に関する。

従来から、角筒状の材料を切断する装置としては、様々なものが存在していた。具体的には、水平移動により金属パイプ上部を内面側から切除する第１刃部と、第１刃部の横位置にあり垂直移動により残りの３面を切断位置の内面側から切除する第２刃部からなる移動刃１４とを有する切断装置である（特許文献１参照。）当該先行技術に係る切断装置では、１枚の移動刃を用いて、水平方向移動と垂直方向移動との二段階移動によって、四角筒状のパイプを切断している。これは、常に奇麗な切断面と寸法が得られ、コンパクトに形成でき、異なったサイズの切断にも対応できる汎用性があり、長寿命で経済的な鋼製角パイプの切断装置を実現することを目的としている。

また、他の切断装置として、鋭利な先端を有した板状の切断刃を有し、切断刃の圧入角度に対して鋼製角パイプを４５°の角度で保持する受け刃と、鋼製角パイプに切断刃を圧入する押圧装置とを備え、鋼製角パイプの角から切断刃を圧入して切断するものも開示されている（特許文献２参照。）。これは、鋼製角パイプの角から切断刃を挿入することによって、比較的板厚の薄い材料であっても、騒音を防止してスムーズに切断することを目的としている。

さらには、金属製の四角筒を固定刃型の四角形の開口部に挿入支持した状態で、２つの可動刃型を互いに接近する方向に移動させ、各可動刃型における先端刃を四角筒の対角部に食い込ませ、その後、四角筒の上下水平面を先端刃により切断するとともに、四角筒の左右垂直面を中間刃により切断し、先端刃と後端刃とが上下交差した時点で四角筒の切断を完了するようにしている切断装置も開示されている（特許文献３参照。）。これは、きれいな切断面を得るとともに、切断時間も短縮することを目的としている。

特開２００２−１７８２１７ 特開２００２−１１３６１０ 特開２０００−２２５５１５

しかしながら、上記先行技術に係る各切断装置には、それぞれ以下のような問題点があった。すなわち、特許文献１に係る切断装置では、角筒状のパイプを切断するのに、１つの移動刃を大きく移動させるものであるため、装置自体が大型化してしまう。また、移動刃を水平方向及び垂直方向に移動させる別個のアクチュエータが装備されているが、これらは大きな力を出す必要があることから、アクチュエータ自体も大型化してしまう。

また、特許文献２に係る切断装置では、製品角部から刃物が入るので抵抗が大きく（加工硬化の為）、角部の製品形状に不良が発生する。

更に、特許文献３に係る切断装置では、向かい合う切断刃のクリアランス調整の為、高精度の部品が必要となり、コストが高くなってしまう。また長期間の使用において、切断刃支持具の磨耗により、切断刃先端部同士が接触してしまい、破損してしまう恐れがある。加えて、切断刃同士が広域に渡り干渉してしまうので、切断刃同士が接触してしまい、破損してしまう恐れもある。

本発明は、上記した各先行技術に開示された切断装置が有する不都合を回避して、小型且つ切断品質に優れた切断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明では、角筒状の材料を切断する切断装置であって、前記材料を所定位置に固定する固定刃と、前記材料を切断するための切断機構とを備え、前記切断機構は、前記材料を切断する移動刃と、前記移動刃を移動自在に支持する移動刃支持機構と、前記移動刃に対し前記材料の所定の一面に対する平行移動と旋回移動とを付与する駆動手段とを、備えている、という構成を採っている。

また、前記移動刃は、前記平行移動により前記一面の少なくとも一部を切断する第１刃部と、前記旋回移動により前記一面と直角な他面の少なくとも一部を切断する第２刃部と、を備えている、という構成を採っている。

また、前記切断機構は、前記材料の所定の一面側および前記一面と平行な他面側にそれぞれ１組づつ設けられている、という構成を採っている。

また、前記各移動刃支持機構は、相互に平行で且つ反対方向に移動することで前記材料を切断する、という構成を採っている。

また、前記移動刃支持機構は、前記材料の所定の一面に平行に移動するベースと、このベースに固定される旋回移動軸支部と、この旋回移動軸支部に設けられた旋回軸に対して旋回自在に係合される移動刃支持部とを備えている、という構成を採っている。

また、前記ベースには旋回移動駆動手段軸支部が固定され、この旋回移動駆動手段軸支部には所定の揺動軸が設けられ、この揺動軸に旋回移動を付与する駆動手段が揺動自在に軸支され、更に前記旋回移動駆動手段が前記移動刃支持部に係合されている、という構成を採っている。

また、前記移動刃支持機構は所定のフレームに設けられたレールに係合されており、前記フレームには前記レールに沿って前記移動刃支持機構を移動させる駆動手段が固定されている、という構成を採っている。

また、前記駆動手段の少なくとも１つは油圧シリンダである、という構成を採っている。

また、上記切断装置に使用されることを特徴とする移動刃、という構成を採っている。

また、所定の移動刃を用いて角筒状の材料を切断する切断方法であって、前記移動刃を前記材料の所定の一面に対して平行移動させて前記一面の少なくとも一部を切断し、しかる後、前記移動刃を前記材料に対して旋回移動させて前記一面と直角な他面の少なくとも一部を切断する、という構成を採っている。

更に、前記移動刃は、前記材料の所定の一面側および前記一面と平行な他面側にそれぞれ１組づつ設けられている、という構成を採っている。

次に、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る切断装置について説明する。

［全体概要］
先ず、本実施形態に係る切断装置１の全体概要について説明する。図１は切断装置１の正面図であり、切断対象物である角筒状の金属材料Ｓが紙面の法線方向に移動する向きで示されている。本実施形態で切断する金属材料Ｓは、あくまでも一例ではあるが、天井の下地材等として用いられる角スタッドであるので、以下「角スタッドＳ」を用いて本発明の内容を説明する。但し、本発明の切断装置１で切断できるのは角スタッドＳだけではなく、その他の材料も切断できることは言うまでもないことである。

切断装置１は、切断装置１の各構成要素を支持するフレーム１１と、角スタッドＳを固定するための固定刃２３を支持する固定刃支持フレーム２１と、角スタッドＳに関して上方に配置される上側切断機構３１と、同様に下方に配置される下側切断機構５１とを備えている。各切断機構３１，５１は、実際に角スタッドＳを切断する移動刃３３，５３と、この移動刃３３，５３を支持する移動刃支持機構３５，５５と、移動刃支持機構３５，５５を角スタッドＳの所定の一面Ｓ１，Ｓ２に対して平行移動させるためのレール３７，５７と、レール３７，５７に沿って移動刃支持機構３５，５５を移動させる平行移動駆動手段３９，５９と、移動刃支持機構３５，５５上で移動刃３３，５３を旋回移動させる旋回移動駆動手段４１，６１とを備えている。以下に、各構成要素について詳細に説明する。

［フレーム］
フレーム１１は概ね長方形を形成しており、上側フレーム１１ａと、下側フレーム１１ｂと、右側フレーム１１ｃと左側フレーム１１ｄとからなる。尚、ここで言う上下左右は、発明内容の理解を容易にするための便宜上の位置を示すものであり、上下を入れ替えたり、左右を入れ替えたりしても、発明の本質に変更はない。

上側フレーム１１ａは、下面にレール３７が固定されており、このレール３７に上側切断機構３１の移動刃支持機構３５が係合されている。一方、下側フレーム１１ｂはその上面にレール５７が固定されており、このレール５７に下側切断機構５１の移動刃支持機構５５が係合されている。また、右側フレーム１１ｃは上側フレーム１１ａと下側フレーム１１ｂの各右端に結合されており、左側フレーム１１ｄは上側フレーム１１ａと下側フレーム１１ｂの各左端に結合されている。これにより、略長方形のフレーム１１が構成される。

また、右側フレーム１１ｃと左側フレーム１１ｄのそれぞれの中間部には、固定刃支持フレーム２１が固定されている。この固定刃支持フレーム２１は、切断工程の際に角スタッドＳを固定する固定刃２１を支持するものである。更に、左側フレーム１１ｄには、後述する各切断機構３１，５１の平行移動駆動手段３９，５９が固定されている。

［切断機構概要］
次に、切断機構について説明する。なお、上側および下側の各切断機構３１，５１の構造はほぼ同一であるので、以下では主に上側切断機構３１に着目して説明することとする。しかしながら、必要な場合には、下側切断機構５１の各構成要素も引用しながら説明をする。

上記したように、上側切断機構３１は、実際に角スタッドＳを切断する移動刃３３と、この移動刃３３を支持する移動刃支持機構３５と、移動刃支持機構３５を角スタッドＳの所定の一面Ｓ１に対して平行移動を実現するためのレール３７と、このレール３７に沿って移動刃支持機構３５を移動させる平行移動駆動手段３９と、移動刃支持機構３５上で移動刃３３を旋回移動させる旋回移動駆動手段４１とを備えている。

［移動刃］
移動刃３３は板状の切断刃であり、図２及び図３に示すように水平移動によって角スタッドＳの一面である上面部Ｓ１を切断する第１刃部３３ａと、図４に示すように旋回移動によって角スタッドＳの断面の右側の垂直面部Ｓ３を切断する第２刃部３３ｂとからなる。第１刃部３３ａは、角スタッドＳに切り込むための鋭利な先端部を有し、その先端部の上方に凹んだＵ字状部を備えている。これにより、先端部で角スタッドＳに切り込んだ後は、Ｕ字状部で角スタッドＳの上面部Ｓ１を切断できるようになっている。また、第２刃部３３ｂは略Ｖ字状に凹んだ形状を有しており、その一方の斜面部によって角スタッドＳの右側の垂直面部Ｓ３を切断するようになっている。

［移動刃支持機構］
次に、移動刃を支持する移動刃支持機構３５について説明する。移動刃支持機構３５は、主要部をなすベース部３５ａと、このベース部３５ａをレール３７に係合するレール係合部３５ｂと、ベース部３５ａから下方に突出する旋回移動軸支部３５ｃと、この旋回移動軸支部３５ｃに揺動自在に軸支される移動刃支持部３５ｄと、旋回移動駆動手段４１を揺動自在に支持する旋回移動駆動手段軸支部３５ｅとを備えている。

［ベース］
ベース部３５ａは、レール３７と平行に配置され、レール３７の長手方向に沿った２箇所で、レール係合部３５ｂによってレール３７に係合されている。そして、レール係合部３５ｂはレール３７に沿ったベース３５ａの移動を許容するように係合されている。このため、ベース部３５ａに水平方向の外力が加わった場合には、その外力の方向に応じてベース部３５ａが水平移動することとなる。

［旋回移動軸支部及び移動刃支持部］
また、ベース部３５ａの右端の下面には、旋回移動軸支部３５ｃが設けられている。旋回移動軸支部３５ｃは逆台形状の形状をしており、その下端部近傍に旋回軸３５ｃ１が設けられている。そして、この旋回軸３５ｃ１には、移動刃支持部３５ｄが係合されており、この移動刃支持部３５ｄは旋回軸３５ｃ１を中心として旋回できるようになっている。移動刃支持部３５ｄはＬ字形状を有しており、一方の辺に移動刃３３が固定され、他方の辺の先端部が旋回軸３５ｃ１に係合されている。尚、移動刃支持部３５ｄは移動刃３３を両側から挟むようなチャック構造を備えており、ネジの着脱によって移動刃３３を取り替えることができるようになっている。

［旋回移動駆動手段軸支部］
ベース部３５ａの上面には、図２に示すように、旋回移動駆動手段軸支部３５ｅが設けられている。この旋回移動駆動手段軸支部３５ｅは、逆Ｕ字状の形状を有しており、その下端部がボルトによって左右の両側でベース部３５ａに固定されている。また、旋回移動駆動手段軸支部３５ｅの上端部には揺動軸３５ｅ１が設けられ、この揺動軸３５ｅ１に旋回移動駆動手段４１が揺動自在に軸支されている。従って、旋回移動駆動手段４１はベース部３５ａの移動に伴って一体として移動することとなる。

［平行移動駆動手段］
平行移動駆動手段３９は、油圧シリンダからなり、図１及び２に示すように、ベース部３５ａの左端に係合されている。また、平行移動駆動手段３９の本体部分は左側フレーム１１ｄに固定されており、油圧シリンダの伸縮に伴って移動刃支持機構３５を水平方向（上面部Ｓ１に平行な方向）に移動させることができるようになっている。なお、平行移動駆動手段３９は移動刃支持機構３５の左側に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、右側に配置するようにしてもよい。

また、上記実施形態では平行移動駆動手段の一例として油圧シリンダを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の駆動手段を用いるようにしてもよい。すなわち、エアシリンダ（図示略）でも良いし、電動モータと長ネジを用いたもの（図示略）でもよい。電動モータと長ネジを用いるものとは、左側フレーム１１ｄに雌ネジを固定すると共に、この雌ネジに螺合する長ネジをレール３７と平行に設け、前記長ネジに電動モータの回転力を伝達するものである。そして、長ネジの先端部を移動刃支持機構３５に回転を許容するように係合するのである。これにより、電動モータの回転駆動力が長ネジに伝達されると、長ネジが回転する。そして、長ネジが螺合する雌ネジは左側フレーム１１ｄに固定されているために、結果として長ネジが回転しながら水平方向に移動する。この水平方向の移動を移動刃支持機構３５に伝達することで、移動刃支持機構３５に水平移動を付与するものである。上記とは逆に、長ネジは回転しないように設置し、雌ネジを回転させるようにしてもよい。

［旋回移動駆動手段］
旋回移動駆動手段４１は、平行移動駆動手段３９と同様に油圧シリンダから構成されている。そして、上記したように、旋回移動駆動手段軸支部３５ｅの揺動軸３５ｅ１に係合されている。このため、図４に示すように、旋回移動駆動手段４１である油圧シリンダの伸縮によって移動刃支持部３５ｄを旋回させると共に、旋回移動駆動手段自体４１も揺動できるようになっている。尚、当該旋回移動駆動手段３１も油圧シリンダに限定されるものではなく、エアシリンダや上記した電動モータと長ネジを用いたものでもよい。

［下側切断機構］
下側切断機構５１は上記したように上側切断装置３１とほぼ同一の構造を有しているが、一部の点で異なっている。異なる点としては、各部の配置が上下左右方向で逆になっている点である。このため、下側切断機構５１は左方向に移動する時に角スタッドＳを切断することとなる。また、平行移動駆動手段５９は、上側切断機構３１と同様に左側フレーム１１ｄに固定されている。

［固定刃支持フレーム］
固定刃支持フレーム２１は、右側フレーム１１ｃと左側フレーム１１ｄのそれぞれの中間部に固定されている。この固定刃支持フレーム２１は、切断工程の際に角スタッドＳを固定する固定刃２３を支持するものである。この固定刃２３には、角スタッドＳが貫通するための貫通穴２５が形成されている。

［作用］
次に、図２〜図４に基づいて、本実施形態に係る切断装置の作用について詳述する。

［切断前］
図２は、切断前の状態を示す正面図である。切断前の状態においては、上側切断機構３１の移動刃３３は角スタッドＳの左側に位置しており、下側切断機構５１の移動刃５３は角スタッドＳの右側に位置している。そして、各移動刃３３，５３の第１刃部３３ａが角スタッドＳの左上角部及び右下角部の近傍に位置している。

［切断開始］
切断工程が開始されると、平行移動駆動手段３９、５９である各油圧シリンダが作動を開始する。上側切断機構３１の油圧シリンダは右方に向かって伸び始め、下側切断機構５１の油圧シリンダは左方に向かって縮み始める。これに伴い、移動刃支持機構３５がレール３７に沿って水平方向右方及び左方にそれぞれ移動を開始する。これは、角スタッドＳの上面部Ｓ１および下面部Ｓ２に対して平行移動である。これにより、第１刃部３３ａの先端部が角スタッドＳの角部へ食い込み、切断作業が始まる。そして、一旦第１刃部３３ａの先端部が角スタッドＳの内部に進入すると、その後は第１刃部３３ａのＵ字状部で切断が進行する。

［上面部及び下面部の切断］
平行移動による切断中は、継続して各油圧シリンダが動作し、最終的には図３に示すように、上側の移動刃３３が角スタッドＳの右上角部を通過し、下側の移動刃５３が角スタッドＳの左下角部を通過して停止する。これにより、角スタッドＳの上面部Ｓ１と下面部Ｓ２が完全に切断される。各移動刃３３，５３の停止位置は、第２刃部３３ｂが角スタッドの垂直面部Ｓ３，Ｓ４に対向するような位置である。

［垂直面部の切断］
図４は、垂直面部Ｓ３，Ｓ４の切断工程を示す図である。この図に示すように、垂直面部Ｓ３，Ｓ４の切断の際には、旋回移動駆動手段４１、６１である油圧シリンダが伸びる。これにより、移動刃支持部３５ｄは旋回軸３５ｃ１を中心として旋回を始める。この旋回に伴って第２刃部３３ｂが角スタッドＳの垂直面部Ｓ３，Ｓ４を切断し始め、最終的には右側の垂直面部Ｓ３の下端近傍及び左側の垂直面部Ｓ４の上端近傍まで切断される。これにより、角スタッドＳの断面全体が完全に切断されることとなる。

［初期位置復帰工程］
切断工程が終了すると、各油圧シリンダは元の状態に戻るように作動を始める。すなわち、旋回移動駆動手段４１である各油圧シリンダは元の長さに縮み、移動刃支持部３５ｄを水平方向に復帰させる。次に、上側切断機構３１に係合された平行移動駆動手段３９である油圧シリンダは縮むことで、上側切断機構３１を左側の初期位置に復帰させる。一方、下側切断機構５１に係合された平行移動駆動手段５９である油圧シリンダは伸びることで、下側切断機構５１を右側の初期位置に復帰させる。これにより、切断前の状態に戻される。この状態において、切断対象物である角スタッドＳが固定刃２３の貫通穴２５内を移動し、次の切断位置で停止する。そして、上記した各切断工程が繰り返される。尚、本発明は角スタッドＳが常に移動しているような、走行切断機に対しても適用可能である。その場合は、切断装置１を角スタッドＳの移動速度に同期させた上で切断を行い、切断完了後に元の位置に復帰させるような制御が行われる。

［変形例］
以上は、移動刃３３、５３の水平な平行移動により角スタッドＳの上下面部Ｓ１，Ｓ２を切断した後に、旋回移動により垂直面部Ｓ３，Ｓ４を切断する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、図１の切断装置１の全体を９０°回転させることで、移動刃３３の垂直移動により垂直面部を切断した後に、旋回移動により上下面部を切断するように変形してもよい。これは、各構成要素の設置関係を単純に変更しただけであり、発明の本質は何ら変化していないものである。

また、寸法や形状が異なる複数種類の角スタッドの切断を可能とするために、異なる寸法や形状の移動刃を用意し、必要に応じてそれらを取り替えることも考えられる。また、オートスイッチにより、上下面部Ｓ１、Ｓ２に沿った位置の制御を行うことにより、複数種の角スタッドにも対応することができる。

本発明の一実施形態に係る切断装置の正面図である。 図１に開示した切断装置において、切断前の各切断機構の状態を示す図であり、フレームは仮想線で示している。 図１に開示した切断装置において、水平移動による切断中の各切断機構の状態を示す図であり、フレームは仮想線で示している。 図１に開示した切断装置において、旋回移動による切断中の各切断機構の状態を示す図であり、フレームは仮想線で示している。

符号の説明

１ 切断装置
１１ フレーム
２１ 固定刃支持フレーム
２３ 固定刃
２５ 貫通穴
３１ 上側の切断機構
３３ 移動刃
３５ 移動刃支持機構
３５ａ ベース部
３５ｂ レール係合部
３５ｃ 旋回移動軸支部
３５ｃ１ 旋回軸
３５ｄ 移動刃支持部
３５ｅ 旋回移動駆動手段軸支部
３５ｅ１ 揺動軸

Claims (10)

1. 角筒状の材料を切断する切断装置であって、
   前記材料を所定位置に固定する固定刃と、
   前記材料を切断するための切断機構とを備え、
   前記切断機構は、前記材料を切断する移動刃と、前記移動刃を移動自在に支持する移動刃支持機構と、前記移動刃に対し前記材料の所定の一面に対する平行移動と旋回移動とを付与する駆動手段とを備え、
   前記移動刃は、切断時における前記平行移動の方向に関して先端部に設けられ且つ前記平行移動により前記一面の少なくとも一部を切断する第１刃部と、切断時における前記平行移動の方向に関して前記第１刃部の後方に設けられ且つ前記旋回移動により前記一面と直角な他面の少なくとも一部を切断するＶ字状に凹んだ第２刃部と、を備えており、
   前記第１刃部は平行移動によって前記一面を材料の内側から外側に向かって切断するような傾斜を有し、前記第２刃部は旋回移動によって前記他面を材料の内側から外側に向かって切断することを特徴とする切断装置。
2. 前記切断機構は、前記材料の所定の一面側および前記一面と平行な他面側にそれぞれ１組づつ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の切断装置。
3. 前記各移動刃支持機構は、相互に平行で且つ反対方向に移動することで前記材料を切断することを特徴とする請求項１又は２に記載の切断装置。
4. 前記移動刃支持機構は、前記材料の所定の一面に平行に移動するベースと、このベースに固定される旋回移動軸支部と、この旋回移動軸支部に設けられた旋回軸に対して旋回自在に係合される移動刃支持部とを備えていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の切断装置。
5. 前記ベースには旋回移動駆動手段軸支部が固定され、この旋回移動駆動手段軸支部には所定の揺動軸が設けられ、この揺動軸に旋回移動を付与する駆動手段が揺動自在に軸支され、更に前記旋回移動駆動手段が前記移動刃支持部に係合されていることを特徴とする請求項４に記載の切断装置。
6. 前記移動刃支持機構は所定のフレームに設けられたレールに係合されており、前記フレームには前記レールに沿って前記移動刃支持機構を移動させる駆動手段が固定されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の切断装置。
7. 前記駆動手段の少なくとも１つは油圧シリンダであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の切断装置。
8. 請求項１〜７に記載の切断装置に使用されることを特徴とする移動刃。
9. 所定の移動刃を用いて角筒状の材料を切断する切断方法であって、
   前記移動刃を前記材料の所定の一面に対して平行移動させて前記一面の少なくとも一部を切断し、
   しかる後、前記移動刃を前記材料に対して旋回移動させて前記一面と直角な他面の少なくとも一部を切断するものであり、
   前記移動刃は、切断時における前記平行移動の方向に関して先端部に設けられ且つ前記平行移動により前記一面の少なくとも一部を切断する第１刃部と、切断時における前記平行移動の方向に関して前記第１刃部の後方に配置され且つ前記旋回移動により前記一面と直角な他面の少なくとも一部を切断するＶ字状に凹んだ第２刃部と、を備えており、
   前記第１刃部は平行移動によって前記一面を材料の内側から外側に向かって切断するような傾斜を有し、前記第２刃部は旋回移動によって前記他面を材料の内側から外側に向かって切断することを特徴とする切断方法。
10. 前記移動刃は、前記材料の所定の一面側および前記一面と平行な他面側にそれぞれ１組づつ設けられていることを特徴とする請求項９に記載の切断方法。

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