JP4892327B2 - 管体切断装置及び管体切断方法 - Google Patents

Description

この発明は、管体を軸方向における任意の切断位置で切断する管体切断装置及び管体切断方法に関する。

従来より、金属製の管体の製造時において、仕上げ精度の低い管体の両端部を切断する際や、予め十分な長さにされた管体を製品の長さに切断する際に、管体を軸方向の任意の長さに切断する管体切断装置が用いられている。

従来の管体切断装置として、回転駆動されたディスク刃やカッターを管体の外周面又は内周面に押し付け、管体を切断するようにしたものがある。

また、管体の外周面を位置決め保持する分割形クランプブロックに固定刃を設け、管体の内部で回転駆動されるカッターで薄肉の管体を切断する際にも、切断面の変形やバリの発生を防止するようにした管体切断装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
特公平７−８００８６号公報

しかしながら、従来の管体切断装置では、回転駆動されるディスク刃やカッター等の切削工具による切削によって管体を切断していたため、刃先が鋭角に尖った切削工具を用いる必要があった。鋭角に尖った刃先を備えた切削工具は、管体との当接によって磨耗し易く、比較的早期に交換しなければならず、作業効率が低下して管体の製造コストの高騰を招く問題がある。

この発明の目的は、外刃と内刃との間に作用する半径方向の剪断力によって管体を切断することで、管体の切断位置に当接する外刃及び内刃の刃先を鋭角に尖らせる必要を無くし、切削工具の交換頻度を少なくして作業効率の向上を図り、製造コストの低廉化を実現できる管体切断装置及び管体切断方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、この発明は、２つの外刃、内刃、支持体、回転機構、偏心機構を備えている。２つの外刃は、それぞれ内周面が前記管体の外周面に等しい環状を呈し、それぞれの一方の側面を切断位置に近接させて、かつ軸方向に沿って互いの間に所定の間隙を設けて管体に外嵌する。内刃は、外径が管体の内径よりも小径の円柱状を呈し、軸方向について間隙内に位置するように管体内に配置される。支持体は、軸方向に直交する断面が管体の中空部より小さく、内刃を軸方向に平行な支持軸回りに回転自在に支持する。回転機構は、支持体を管体の中心軸回りに回転させる。偏心機構は、内刃の外周が管体の内周面に接触しない切断開始位置から内刃の外周の一部が管体の外周面の外側に露出する切断終了位置までの間で、支持体を軸方向に直交する面内で移動させる。内刃は、回転機構によって支持体が回転した状態で、偏心機構によって切断開始位置から切断終了位置まで移動する間に管体との接触によって支持体に対して自転する。

この発明では、外刃の一方の側面が切断位置に近接する位置で外刃を管体の外周面に外嵌させ、軸方向について外刃との間に切断位置を挟む所定の間隔を設けて内刃を管体の内部に配置する。この状態で、支持体を管体の中心軸回りに回転させつつ管体の半径方向に沿って外側に移動させると、外刃と内刃との間で管体に半径方向の剪断力が作用する。この剪断力によって管体は切断位置で切断される。

支持体には支持軸を軸支する軸受部であって半径方向に沿って移動自在にされた軸受部を備え、偏心機構には軸受部の一部に当接する傾斜面を有する押圧部材と押圧部材を軸方向に沿って移動させる移動機構とを備えてもよい。移動機構の動作による押圧部材の軸方向の移動が、傾斜面によって半径方向の移動力として軸受部に伝達され、内刃を軸受部とともに半径方向に移動させることができる。

また、偏心機構には、軸方向に直交する面内で伸縮する油圧シリンダを備えてもよい。油圧シリンダの伸縮によって、内刃を軸受部とともに半径方向についてより広い範囲で移動させることができ、切断すべき管体の径のより多様な変化に対応できる。

外刃は管体の周方向に沿って分割された複数の刃部からなり、複数の刃部を互いに離間又は接近する方向に往復移動させる挟持機構を備えてもよい。互いに離間した状態の複数の刃部の内側に管体を挿入した後に複数の刃部を互いに近接させることで、外刃を管体に容易に外嵌させることができる。

支持体には、管体の周方向に沿う複数の位置のそれぞれに内刃を備えてもよい。複数の内刃が管体の内周面に同時に当接する。このため、管体の内周面に複数の内刃から応力を作用させることができ、管体の切断時に管体に変形や変位を生じることを防止できる。

この発明によれば、管体の外周面に接触する外刃と、管体の軸方向に沿って外刃との間に切断位置を挟む位置で管体の内周面に沿って回転しつつ外側に向かって移動する内刃と、の間で管体に作用する半径方向の剪断力によって管体を切断することができる。このため、管体に当接する外刃及び内刃の刃先を鋭角に尖らせる必要が無く、切削工具の交換頻度を少なくして作業効率の向上を図ることができ、製造コストの低廉化を実現できる。

以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態に係る管体切断装置１００の構成を示す側面断面図である。管体切断装置１０は、管体１００の端部をＸ軸方向において任意に設定された切断位置Ｓで切断する。金属製板材をプレス加工によって筒状に湾曲させた後に周方向の端面の突き合わせ部分を溶接して形成された管体１００は、軸方向の端部で溶接の不具合を生じる場合があり、溶接後に端部を所定幅で除去する必要がある。切断位置Ｓは、管体１００の一端から距離Ｗの位置に設定されている。管体切断装置１０は、外刃１、内刃２、支持体３、回転機構４、偏心機構５を備えている。

外刃１は、一例としてダイス鋼（ＳＫＤ１１等）を素材として、内周面が管体Ｗの外周面に等しい環状を呈し、側面１１を切断位置Ｓに近接させて管体Ｗに外嵌する。

内刃２は、一例としてダイス鋼（ＳＫＤ１１等）を素材として、外径が管体Ｗの内径よりも小径の円筒状を呈し、Ｘ軸方向について切断位置Ｓを挟んで外刃１の側面１１との間に所定の間隙を設けて管体Ｗ内に配置される。

なお、外刃１及び内刃２の素材には、切断すべき管体１００の素材を考慮してダイス鋼以外を用いるてもよい。

支持体３は、内刃２をＸ軸方向に平行な支持軸３１回りに回転自在に支持する。支持体３は、本体３２、軸受部３３、ホルダ３４、軸体３５、リムーバ３６を含む。

本体３２は、中空筐体であり、ホルダ３４及び軸体３５を回転自在に支持する。ホルダ３４及び軸体３５の回転中心は、外刃１の中心軸と同軸上に配置されている。軸受部３３は、支持軸３１を支持する。ホルダ３４は、前面側に開放した円筒形状を呈し、内部に軸受部３３を収納している。軸受部３３は、ホルダ３４内でホルダ３４の半径方向に沿って切断開始位置Ｙ１と切断終了位置Ｙ２との間で移動自在にされている。軸体３５は、ホルダ３４の背面に固定されている。リムーバ３６は、Ｘ軸方向に沿って移動自在にして本体３２に支持されており、テーブル１２に係止された弾性体によって本体３２の背面側に付勢されている。

切断開始位置Ｙ１は、内刃２の外周が管体１００の内周面に接触しない位置であり、内刃２及び軸受部３３の中心軸がホルダ３４の中心軸に一致する位置である。切断終了位置Ｙ２は、内刃２の外周の一部が管体１００の外周面の外側に露出する位置である。

回転機構４は、支持体３のホルダ３４及び軸体３５を一体にして管体Ｗの中心軸回りに回転させる。回転機構４は、一例として、モータ４１、スプロケット４２，４３、ローラチェーン４４を含む。スプロケット４２は、モータ４１の回転軸に固定されている。スプロケット４３は、軸体３５に固定されている。ローラチェーン４４は、スプロケット４２とスプロケット４３とに張架されている。モータ４１の回転は、スプロケット４２，４３及びローラチェーン４４を介して軸体３５に伝達される。

偏心機構５は、ホルダ３４内に収納され、支持体３の軸受部３３をＸ軸方向に直交する面内で移動させる。偏心機構５は、一例として、スプリング５１，５２、油圧シリンダ５３を備えている。スプリング５１，５２は、軸受部３３をホルダ３２の半径方向に沿ってホルダ３２の中心軸に向けて押圧する。油圧シリンダ５３は、軸受部３３をホルダ３２の半径方向に沿ってホルダ３２の中心軸から遠ざかる方向に押圧する。

軸体３５の背面には、ロータリジョイント５５が取り付けられている。ホルダ３４には、油圧経路５４が形成されている。油圧シリンダ５３は、図示しない油圧ポンプからロータリジョイント５５及び油圧経路５４を経由して圧油の供給を受ける。油圧シリンダ５３に圧油が供給されると、ピストン５３１がスプリング５１，５２の弾性力に抗して軸受部３３をホルダ３４の中心軸から遠ざかる方向に移動させる。油圧シリンダ５３に対する圧油の供給を停止すると、ピストン５３１はスプリング５１，５２の弾性力によって軸受部３３とともにホルダ３４の中心軸に向かって移動する。

支持体３は、回転機構４及び偏心機構５と一体的に、テーブル１２上をＸ軸方向に沿って移動自在にされている。支持体３がＸ軸方向に沿って移動することにより、外刃１に対する内刃２のＸ軸方向の相対位置が変化する。

支持体３がテーブル１２上をＸ軸方向に沿って管体１００に向かって前面側に移動する際、リムーバ３６は弾性体からの背面側への付勢力によって外刃１との距離を維持しようとする。これによって、内刃２がリムーバ３６よりも前面側に露出して管体１００内に進入する。管体１００の切断が完了して支持体３が背面側に移動すると、内刃２がリムーバ３６の背面側に退避し、ワークの切れ端がリムーバ３６と当接して内刃２から外れる。

なお、リムーバ３６は、必須ではなく、管体１００の切れ端が内刃２から容易に離脱する場合には、備える必要がない。

図２は、管体切断装置１０による管体の切断動作を説明する概略の断面図である。管体１００の端部を切断位置Ｓで切断する場合、まず、図２（Ａ）に示すように、側面１１が管体１００の切断位置Ｓに略一致するようにして管体１００に外刃１を外嵌させる。

この後、図２（Ｂ）に示すように、切断開始位置Ｙ１に位置させた内刃２を管体１００の内部に挿入する。このとき、外刃１と内刃２との間に、切断位置Ｓを挟んで所定の間隙を設ける。この間隙は、管体１００の厚さや材質に応じて決定される。

次いで、図２（Ｃ）に示すように、モータ４1を駆動してホルダ３４及び軸体３５を回転させながら油圧シリンダ５３に圧油を供給し、内刃２を軸受部３３とともにホルダ３４の半径方向に沿って中心軸から遠ざかる方向に移動させる。内刃２の外周面が管体１００の内周面に当接すると、管体１００にはＸ軸方向における外刃１と内刃２との間に半径方向の剪断力が作用する。

さらに、内刃２を切断終了位置Ｙ２まで移動させると、内刃２は管体１００から作用する抵抗によって自転しつつ管体１００の外側に露出していき、管体１００は半径方向の剪断力によって全周にわたって切断される。管体１００を外刃１と内刃２との間に生じる半径方向の剪断力によって切断するため、外刃１及び内刃２の管体１００に対する当接部を鋭角に尖らせる必要が無い。このため、切削工具の交換頻度が少なくなり、作業効率の向上を図ることができ、製造コストの低廉化を実現できる。

また、軸方向に直交する面内で伸縮する油圧シリンダ５３によって内刃２を軸受部３３とともに半径方向に移動させるようにしているため、内刃２を半径方向における広い範囲で移動させることができる。これによって、単一の構成により、切断すべき管体１００の径の多様な変化に対応できる。

なお、２台の管体切断装置１０を互いのホルダ３４の回転中心を同軸上に位置するように対向させて配置することで、管体１００の両端を同時に切断することもできる。

また、内刃２の外周部と管体１００の内周面との間に位置する環状の部材３６を配置することで、管体１００から切断された捨て材が内刃２に衝突することを防止するようにしてもよい。部材３６は、本体３２から延出したアームによって支持される。

図３は、この発明の別の実施形態に係る管体切断装置１１０の構成を示す図である。管体切断装置１１０は、この発明の偏心機構５０として、管体切断装置１０の偏心機構５を構成する油圧シリンダ５３に代えて、スライダ５１０及び油圧シリンダ５２０を備えている。また、この発明の支持体３０として、管体切断装置１０の支持体３の軸受部３３、ホルダ３４及び軸体３５に代えて、軸受部３３０、ホルダ３４０及び軸体３５０を備えている。

スライダ５１０は、この発明の押圧部材であり、軸体３５０及びホルダ３４０を背面側から貫通し、軸体３５０及びホルダ３４０の内部でＸ軸方向に沿って摺動自在にされている。スライダ５１０には、傾斜面５１１が形成されている。軸受部３３０には、傾斜面５１１と同じ角度の傾斜面３３１が形成されている。傾斜面５１１は、傾斜面３３１に当接している。

油圧シリンダ５２０は、アクチュエータをＸ軸方向に沿って移動自在に備えている。アクチュエータは、スライダ５１０の後端に固定されている。油圧シリンダ５２０に圧油が供給されると、アクチュエータが伸長してスライダ５１０を前面側に押圧する。スライダ５１０が前面側に移動すると、傾斜面３３1が傾斜面５１１上を相対的に背面側に向かって移動し、軸受部３３０がホルダ３４０の半径方向に沿ってホルダ３３０の中心軸から遠ざかる方向に移動する。

油圧シリンダ５２０への圧油の供給を停止すると、アクチュエータが収縮してスライダ５１０を背面側に引き込む。スライダ５１０が背面側に移動することで傾斜面３３1が傾斜面５１１上を相対的に前面側に向かって移動し、軸受部３３０がスプリング５３０の弾性力によってホルダ３４０の半径方向に沿ってホルダ３３０の中心軸に向かって移動する。

このように、傾斜面５１１を備えたスライダ５１０をＸ軸方向に沿って移動させて軸受部３３０とともに内刃２をホルダ３４０の半径方向に沿って移動させることで、内刃２を半径方向に移動させることができる。

図４は、この発明のさらに別の実施形態に係る管体切断装置１２０の要部の正面図及び側面断面図である。管体切断装置１２０は、３個のホルダ３５０を介して支持体３の前面に３つの内刃２００を回転自在に支持している。３個のホルダ３５０は、スライダ５４０の傾斜面に当接する傾斜面を備えており、スライダ５４０がＸ軸方向に沿って移動することで、内刃２００とともに管体１００の半径方向に変位する。

管体切断装置１２０で管体１００を切断する際に、管体１００の内周面に同時に複数の内刃２００を接触させることができ、管体１００に周方向における複数の位置に剪断力が作用し、管体１００に位置ずれを生じることなく切断作業を行うことができる。

また、図５に示すように、ホルダ３５０の外径を管体１００の内径よりも小さく構成し、ホルダ３５０を内刃２００とともに管体１００内に挿入するようにしてもよい。Ｘ軸方向について、管体１００に外嵌する２個の外刃１の間に、内刃２００を配置する。

これによって、管体１００をＸ軸方向における中間部分で切断することができる。したがって、製品よりも十分に長い半製品から複数の製品を複数個取りする場合に、製品の両端に発生する捨て代を短くすることができる。

図６に示すように、外刃１を管体１００の周方向に沿って２個の刃部１Ａ，１Ｂに分割して構成し、刃部１Ａ及び刃部１Ｂを互いに離間及び接近する方向に往復移動させる挟持機構１Ｃを備えてもよい。挟持機構１Ｃは、一例として油圧シリンダで構成することができる。刃部１Ａ及び刃部１Ｂを離間させた状態で刃部１Ａ及び刃部１Ｂの間に管体１００を挿入した後、刃部１Ａ及び刃部１Ｂを接近させる。これによって、管体１００の全周にわたって外刃１を外嵌させる作業を容易に行うことができる。図６に示す例では、刃部１Ａ及び刃部１Ｂを左右に往復移動するようにしているが、上下に往復移動するようにしてもよい。また、外刃１を３分割以上に構成することもできる。

なお、上記の実施形態はいずれも一例であり、この発明はこれらに限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々の変更を加えることが可能である。

この発明の実施形態に係る管体切断装置１００の構成を示す側面断面図ある。 管体切断装置１０による管体の切断動作を説明する概略の断面図である。 この発明の別の実施形態に係る管体切断装置１１０の構成を示す図である。 この発明のさらに別の実施形態に係る管体切断装置１２０の要部の正面図及び側面断面図である。 複数の内刃を支持する支持体の構成を示す要部の正面図、及び、使用状態を示す要部の側面断面図である。 外刃を複数の刃部に分割した構成を示す要部の正面図である。

符号の説明

１ 外刃
２ 内刃
３ 支持体
４ 回転機構
５ 偏心機構
１０ 管体切断装置
３１ 支持軸
３２ 本体
３３ 軸受部
３４ ホルダ
３５ 軸体
３６ リムーバ
５３ 油圧シリンダ

Claims (6)

1. 管体をその軸方向における任意の切断位置で切断する管体切断装置であって、
   内周面が前記管体の外周面に等しい環状を呈し、一方の側面を前記切断位置に近接させて前記管体に外嵌する外刃であって、前記軸方向に沿って互いの間に所定の間隙を設けて配置された２つの外刃と、
   外径が前記管体の内径よりも小径の円柱状を呈し、前記軸方向について前記間隙内に位置するように前記管体内に配置される内刃と、
   前記内刃を前記軸方向に平行な支持軸回りに回転自在に支持する支持体であって、前記軸方向に直交する断面が前記管体の中空部より小さい支持体と、
   前記支持体を前記管体の中心軸回りに回転させる回転機構と、
   前記内刃の外周が前記管体の内周面に接触しない切断開始位置から前記内刃の外周の一部が前記管体の外周面の外側に露出する切断終了位置までの間で、前記支持体を前記軸方向に直交する面内で移動させる偏心機構と、を備え、
   前記内刃は、前記回転機構によって前記支持体が回転した状態で、前記偏心機構によって前記切断開始位置から前記切断終了位置まで移動する間に前記管体との接触によって前記支持体に対して自転し、
   前記外刃及び前記内刃のそれぞれの前記軸方向に直交する側面の間に作用する半径方向の剪断力によって管体を切断することを特徴とする管体切断装置。
2. 前記支持体は、前記支持軸を軸支する軸受部であって前記半径方向に沿って移動自在にされた軸受部を備え、
   前記偏心機構は、前記軸受部の一部に当接する傾斜面を備えた押圧部材と、前記押圧部材を前記軸方向に沿って移動させる移動機構と、を含む請求項１に記載の管体切断装置。
3. 前記支持体は、前記支持軸を軸支する軸受部であって前記半径方向に沿って移動自在にされた軸受部を備え、
   前記偏心機構は、前記軸方向に直交する面内で伸縮する油圧シリンダを含む請求項１に記載の管体切断装置。
4. 前記外刃は前記管体の周方向に沿って分割された複数の刃部からなり、前記複数の刃部を前記互いに離間又は接近する方向に往復移動させる挟持機構を備えた請求項１又は２に記載の管体切断装置。
5. 前記支持体は、前記管体の周方向に沿う複数の位置のそれぞれに前記内刃を備えた請求項１乃至３のいずれかに記載の管体切断装置。
6. 管体をその軸方向に直交する方向に沿って任意の切断位置で切断する管体切断方法であって、
   ２つの環状の外刃をそれぞれの互いに対向する側面が前記軸方向について前記切断位置を挟んで所定の間隙を設けて前記管体の外周面に外嵌させ、前記軸方向に平行な支持軸回りに回転自在にされた円盤状の内刃を前記管体の内部で前記間隙内に位置させ、前記支持軸を前記管体の軸回りに回転させつつ前記管体の軸から離間する方向に移動させ、前記管体との接触によって前記支持体に対して自転する前記内刃と前記外刃とのそれぞれの前記軸方向に直交する側面の間に作用する半径方向の剪断力によって管体を切断することを特徴とする管体切断方法。

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