JP6201789B2

JP6201789B2 - 切断機

Info

Publication number: JP6201789B2
Application number: JP2014018189A
Authority: JP
Inventors: 晋哉長野; 友児岡井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2034-02-03
Also published as: JP2015145035A

Description

本発明は、カッタが装着されるスライダを往復動作させて、チューブ等の長尺材を、所望の切断長さで連続的に切断するためのコンパクトな切断機に関する。

特許文献１には、例えば、熱交換器用の偏平チューブ等を、製品規格に応じた所定長に切断する機構を備えた切断機が開示されている。切断機は、偏心量調節可能な偏心ピンを有するクランク機構を介して、パルスモータによりスライダを往復駆動する一方、スライダに取り付けた回転切断歯をパルスモータにより変速機構を介して回転させ、スライダを被切断物と同一速度にて追従させて切断する。

図９Ａは、従来の切断機の基本構造を示す図であり、クランク機構の連結ロッド１０１が偏心ピン１０２と追従スライダ１０３を連結し、クランク回転を直動に変換する。追従スライダ１０３は、チューブ１０５の送り方向に対して前進または後退動作し、定速で送られるチューブ１０５（例えば１５０ｍ／分）に対して、１往復に１回スライダ速度が一致する。このタイミングで、追従スライダ１０３側方に設けたカッタ１０４を回転させると、チューブ１０５を連続的に切断できる。

この従来構造において、チューブ１０５の切断長さは、追従スライダ１０３の追従距離に対応する。図９Ｂ上図に示すように、クランク機構は、サーボモータからなる切断モータ１０６によって駆動され、連結ロッド１０１の回転径（クランク径）、すなわち偏心ピン１０２の偏心量によって、切断長さの調節が可能となる。そこで、切断長さが長い時はクランク径が大きく、短い時はクランク径が小さくなるように、偏心量の調節を自動的に行なう機構を設けることで、切断機を停止させることなく、切断長さを変更することが検討されている。図９Ｂ下図に示すように、定速回転する切断モータ１０６によって、スライダ速度が一定周期で変化し、切断タイミングが最大速度（チューブ送り速度）となるように調整される。

特公平３−５８８４７号公報

ところが、従来の連結ロッド方式では、連結ロッド１０１を介してクランク回転を追従スライダ１０３の往復動作に変換するために、装置が大型化するだけでなく、チューブ切断長さを変更するための機構が複雑となる。図１０は、チューブ切断長さに応じてクランク径を変更する段取機構の例であり、カッタ回転軸を駆動するとともに、スライダを往復動作させる切断モータ２０１と、クランク径（偏心量）を変更するための段取モータ２０２を設けている。切断モータ２０１の回転力は、複数の歯車２０３〜２０５を介してカッタ回転軸へ伝達される一方、段取モータ２０２の軸周りに装着される歯車２０６を介して、回転フランジ管周りの歯車２０７に伝達され、回転フランジ管に取り付けた内歯歯車２０８が回転する。

クランク軸２０９は、回転フランジ管内に回転自在に配置され、クランク軸２０９に取り付けた小歯車２１０が内歯歯車２０８と噛合する。図示しないスライダに連結される連結ロッド２１１は、小歯車２１０の上面に取り付けた偏心ピン２１２に、回動自在に連結される。小歯車２１０は、内歯歯車２０８に沿って公転し、偏心ピン２１２の偏心量を維持する。クランク軸２０９周りの歯車２１５は、差動歯車機構２１３を介して段取モータ２０２に連結する歯車２１４と噛合する。偏心ピン２１２の位置は、段取モータ２０２を駆動し差動角を生じさせることによって変位し、切断長さに応じた偏心量となるように制御される。

このように、従来の連結ロッド方式は、モータ回転速度を一定にし、偏心量を変更することで、スライダの往復距離を変更する段取機構を設けているが、部品点数が非常に多くなり、コスト高となる問題があった。そこで、本発明は、長尺材を所望の長さに高速で連続的に切断することができ、しかもスライダの往復動作や切断長の変更のための複雑な機構を不要として、コンパクトで部品点数の少ない切断機を実現して、コスト低減を図ることを目的とする。

本発明の請求項１の発明は、連続供給される長尺材を設定長に切断する切断機であって、
長尺材と平行に配置したガイド部材に沿って往復動作するスライダと、
上記スライダの往復動作に追従して切断動作するカッタを有する切断機構と、
上記スライダを一定の往復距離で往復動作させる往復動作手段と、
上記往復動作手段を駆動する駆動手段を備え、
上記往復動作手段は、内歯を有する固定リングギアと、該固定リングギアに内接して回転するピニオンギアからなり、上記固定リングギアと上記ピニオンギアのピッチ円の径比が２：１であるギア対と、このギア対と上記スライダを連結する連結部を有し、上記連結部は、上記ピニオンギアに取り付けられて一体に回転し、上記ピニオンギアのピッチ円上に連結シャフトを設けたギア側連結部材と、上記スライダに一体に取り付けられ、上記連結シャフトを回転自在に保持する保持部を設けたスライダ側連結部材を設けて、上記ピニオンギアの回転に伴い上記連結シャフトを介して上記スライダを直動動作させるものである。
また、上記連結シャフトは、凹溝が形成されており、上記保持部は、凹部からなり、上記凹溝に対応する凸部が表面に形成されており、上記連結シャフトと上記保持部とは、凹凸嵌合している。
上記駆動手段は、上記ピニオンギアを回転駆動する駆動源の回転速度を任意に変更可能であり、上記駆動源の回転速度パターンを長尺材の設定長に応じて変更することを特徴とする。

本発明の請求項２の発明において、上記切断機構は、長尺材と平行に上記スライダに軸支される回転軸に回転刃を取り付けて上記カッタとし、上記往復動作手段と連動するカッタ駆動手段が上記カッタを回転させて、長尺材を設定長で切断する。

本発明の請求項３の発明において、上記駆動手段は、上記駆動源の回転駆動軸に設けた偏心軸に上記ピニオンギアを支持する一方、上記回転軸に連結されるベルト駆動機構を設けた上記カッタ駆動手段を介して上記カッタ駆動手段の上記回転軸を同期回転させる。

本発明の請求項４の発明において、上記駆動手段は、上記駆動源の最大速度が長尺材の供給速度と同一となり、長尺材の設定長が長いほど上記駆動源の最低速度が遅く、長尺材の設定長が短いほど上記駆動源の最低速度が速くなるように、上記スライダの一往復動作における上記駆動源の回転速度パターンを設定する。

本発明の請求項５の発明において、上記スライダは、長尺材側の側部に突設したアーム部に、上記カッタが案内されるカッタガイドを装着する一方、上記アーム部と反対側の側部に上記スライダ側連結部材を取り付け、このスライダ側連結部材を挟んで配置した一対のガイドレールを上記ガイド部材としている。

本発明の切断機は、スライダを往復動作させる往復動作手段をギア連結駆動方式とし、固定リングギアと噛合するピニオンギアに設けた連結シャフトを、スライダ側連結部材に設けた保持部に直接連結する。リングギアとピニオンギアの径比は２：１であるので、内接円であるリングギアと噛み合いながら転がるピニオンギアのピッチ円上の定点、すなわち連結シャフトの軌跡は直線となる。したがって、連結シャフトを回転自在に支持する保持部を介して、スライダが一定距離を往復動作することになり、これに追従してカッタが切断動作する。ここで、駆動手段がピニオンギアの回転速度を変化させると、スライダが往復動作する速度が変化する。これにより、カッタが切断動作するまでに供給される長尺材の長さが変化し、長尺材を、所望の切断長さに切断することができる。また、連結シャフトは、凹溝が形成されており、保持部は、凹部からなり、凹溝に対応する凸部が表面に形成されており、連結シャフトと保持部とは、凹凸嵌合している。これにより、連結シャフトと保持部とにおいて、軸方向の抜け止めとすることができる。

このように、本発明のギア連結駆動方式では、スライダの往復距離が一定であり、従来のような連結ロッドが不要で、装置全体がコンパクトになる。また、切断長を変更するための複雑な段取機構も不要であり、部品点数を大幅に削減して、低コストの切断機を実現できる。

第１実施形態における切断機の全体構成を示す側面図および上面図である。第１実施形態における切断機の全体斜視図である。第１実施形態における切断機の主要部であるギア連結駆動機構の構成を示す側面図および上面図である。第１実施形態における切断機の主要部であるギア連結駆動機構の拡大斜視図である。第１実施形態における切断機の主要部であるギア連結駆動機構の動作を説明するためのである。第１実施形態における切断機の切断モータによるギア連結駆動機構の速度制御方法を説明するための模式的な図である。第１実施形態における切断機の切断モータ速度パターンの例を示す図である。第１実施形態における切断機の切断機構の構成を示す要部拡大図である。第１実施形態における切断機の切断機構の構成を示す分解斜視図である。第１実施形態における切断機の切断機構の構成を示す分解斜視図である。従来の切断機の基本構造を示す図である。従来の切断機の基本動作を説明するための図である。従来の連結ロッド方式による切断機の主要部断面図である。

以下、本発明の具体的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１、２に示す第１実施形態の切断機１は、被切断物となる長尺材を連続的に切断するために構成されている。長尺材として、ここでは例えば、細長い偏平管形状のチューブＴを用いる。切断機１は、基台１１上に、チューブＴに沿って往復動作可能に設けられ、チューブＴを切断する切断機構２が一体的に取り付けられるスライダ３と、スライダ３を往復動作させる往復動作手段としてのギア連結駆動機構４を備えている。切断機構２は、チューブＴを案内するチューブガイド２１およびチューブＴを切断するカッタ２２を備え、スライダ３に追従して切断動作する。

基台１１上には、切断機構２のカッタ２２を駆動するカッタ駆動手段を構成するベルト駆動機構５と、駆動源としての切断モータ６が設けられる。切断モータ６とその回転駆動軸６１は駆動手段を構成して、ギア対および連結部を備えるギア連結駆動機構４と、ベルト駆動機構５を駆動する。チューブＴは、図示しない送りモータを備える送り機構により、所定の速度で一定方向に連続供給される。

スライダ３は肉厚の板状で、板面の略中央部を貫通して設けた軸受部３１に、切断機構２の回転軸２３が、回転自在に軸支されている。回転軸２３の両端は、基台１１上に立設した一対の立壁１２、１３に挿通され、軸受部１２ａ、１３ａに回転自在に支持される。回転軸２３の一端は、ベルト駆動機構５に連結され、切断モータ６によって回転駆動される。切断機構２は、スライダ３の立壁１３側の端部に取り付けられ、一体的に往復動作するハウジング２４を有する。ハウジング２４内には、カッタ２２とカッタガイド２５が収容され、ハウジング２４内両端面の対向位置には、チューブＴ形状に沿う縦長穴からなるガイド穴としてのチューブガイド２１が開口している。なお、図２中、カッタ２２およびスライダ３の手前側に位置する一方の立壁１３とハウジング２４の図示を省略している。

スライダ３は、水平な上面から側方へ延出するアーム部３１を有し、アーム部３１の先端部に固定した取付部材２６に、カッタガイド２５が一体に取り付けられる。チューブ側へ突設するアーム部３１と反対側のスライダ３側部には、垂直な側壁３６を挟んで上下一対のガイド筒３４、３５が設けられる。ガイド筒３４、３５は、側壁３６の上下端縁部から回転軸２３の径方向外方へ突出して位置し、筒内に一対のガイド部材としてのガイドレール３２、３３を摺動自在に支持している。一対のガイドレール３２、３３は、回転軸２３の軸方向と平行に延び、その両端は一対の立壁１２、１３に固定される。

ギア連結駆動機構４は、内歯を有する固定リングギア４１とこれに内接して回転するピニオンギア４２がギア対を構成し、連結部となるスライダ側連結部材７１およびギア側連結部材４３によって、スライダ３に連結される。スライダ３は、側壁３６に取り付けたスライダ側連結部材７１の保持溝７２に、ギア側連結部材４３の連結シャフト４４を装着することによって、ガイドレール３２、３３に沿って往復動作可能となる。固定リングギア４１は、基台１１上に設置した支持部１４に保持固定され、そのリング内に噛合可能にピニオンギア４２が収容される。このように、スライダ側連結部材７１とギア側連結部材４３の連結部を挟んで、上下一対のガイドレール３２、３３を配置すると、スライダ３が安定して保持され、往復動作をスムーズに行なうことができる。

ベルト駆動機構５は、歯付きベルト５３が懸架される一対のベルト車５１、５２と、回転駆動軸６１と同期回転する一対の傘歯車５４、５５を有する。一対の傘歯車５４、５５のうち一方（ここでは、傘歯車５５）は、回転駆動軸６１周りに取り付けられ、回転駆動軸６１の側方に配置した他方の傘歯車５４と噛合して回転力を伝達する。一対のベルト車５１、５２のうち一方（ここでは、ベルト車５２）は、回転軸２３の端部周りに取り付けられ、他方のベルト車５３と他方の傘歯車５４は、回転軸５６の両端に取り付けられて一体回転する。これにより、切断モータ６による回転駆動軸６１の回転に追従させて、切断機構２の回転軸２３を一体に回転可能となる。

次に、ギア連結駆動機構４の詳細を説明する。図３、４において、ギア連結駆動機構４は、切断モータ６によって駆動される回転駆動軸６１周りに軸受部６２を介してフランジ管４５を装着し、該フランジ管４５のフランジ部と一体に、固定リングギア４１が取り付けられている。一方、回転駆動軸６１の先端には、ピン状の偏心軸４６が設けられ、偏心軸４６の外周に装着されたピニオンギア４２が、固定リングギア４１に内接している。ピニオンギア４２は、外周に固定リングギア４１に噛合する外歯を有し、固定リングギア４１の内歯と噛み合いながら、回転駆動軸６１の軸周りに公転する。固定リングギア４１とピニオンギア４２は、ピッチ円の径比が２：１となるように形成される。

ギア側連結部材４３は、長辺がピニオンギア４２の外径より長い略矩形の板状で、連結シャフト４４の中心軸が、ピニオンギア４２のピッチ円上に位置するように取り付けられる。ギア側連結部材４３と対向するスライダ側連結部材７１には、保持溝７２が設けられて、連結シャフト４４の下半部が回転自在に収容される。保持溝７２は、連結シャフト４４の径および軸方向長に対応させた凹部からなり、さらに連結シャフト４４の中間部外周に沿う凹溝を形成するとともに、対応する保持溝７２の表面に凸部を突出形成して、凹凸嵌合させることにより、軸方向の抜け止めとすることができる。

この時、図５の下図に示すように、ピニオンギア４２の回転に追従してギア側連結部材４３が回転し、連結シャフト４４が固定リングギア４３の径方向に変位する。これを図５の上図に模式的に示す。内接円の内周に沿って円が転がる時、内接円と回転円の径比が２：１であれば、回転円上の定点の軌跡は直線になる。すなわち、内接円を固定リングギア４１、回転円をピニオンギア４２とすると、円上の定点である連結シャフト４４は、固定リングギア４１の中心を挟んで水平方向に対向する２点間を、直線状に移動することになる。図中には、ピニオンギア４２が３／８回転して、固定リングギア４１の中心を通る水平な直線上を一端側から他端側へ（図の左端側から右端側へ）、固定リングギア４１径の３／４に相当する位置まで移動した状態を、連続的に示している。

したがって、固定リングギア４１内をピニオンギア４２が１回転すると、連結シャフト４４が水平な直線上を１往復する。これに追従して、連結シャフト４４と一体のスライダ側連結部材７１が、スライダ３をガイドレール３２、３３に沿って往復動作させることができる。このように、ギア対と連結部を介して、切断モータ６の回転が直線動作に変換され、スライダ３は、固定リングギア４１の直径によって決まる一定の往復距離で直動動作し、チューブＴの送り方向（供給方向）または逆方向に往復する。

一方で、切断モータ６の回転は、ベルト駆動機構５を介して切断機構２に伝達されて、回転軸２３を同期回転させる。すると、回転軸２３と一体のカッタ２２が追従して回転し、スライダ３の１往復動作につき、一回転してチューブＴを切断する。この時、チューブＴの切断長は、スライダ３が１往復動作する間に送られる長さであり、スライダ３を往復動作させる駆動モータ６の回転速度に依存する。また、連続供給されるチューブＴを、停止することなく切断するには、チューブＴに沿って往復動作するスライダ３が、チューブＴと同一速度となるように制御し、そのタイミングでカッタ２２を切断動作させることが望ましい。

そこで、本発明では、切断モータ６の回転速度を任意に変更可能とし、さらに、長尺材の設定長に応じて、切断モータ６の回転速度パターンを変更することで対応する。これを図６で説明する。図６Ａに模式的に示すように、チューブＴは、サーボモータよりなる送りモータにより、所定の送り量（例えば１５０／分）で連続供給されている。これに対して、往復動作するスライダ３は、上述したように、チューブＴの切断時に同一速度となっていればよいので、図６Ｂに示すように、一往復動作内の速度パターンを、チューブＴの送り方向における最高速度となる時点で、チューブＴの速度と略一致するように、切断速度（ｖ１）を設定する。

そして、チューブＴの切断長さに応じて、具体的には、切断長さが短い時には最低速度（ｖ２）が速く、切断長さが長い時には最低速度（ｖ３）が遅くなるように、予め速度パターンを設定する。切断速度（ｖ１）と最低速度（ｖ２、ｖ３）の間は徐々に速度を変化させる。図６Ａに示すように、切断モータ６には、制御手段となるサーボコントローラが接続され、送りモータから入力されるチューブ送り量に基づいて、予め記憶された切断長さと速度パターンの関係からデータ切替を行う。

すなわち、切断モータ６は、送り量と同期した切断速度制御を行い、切断長さが長いほど、１回転（３６０度）内での最低の回転速度が遅くなるように、速度パターンを長さごとで設定変更する。これにより、チューブＴを停止することなく、あるいは、スライダ３の往復距離を変更するための機構等を設けることなく、モータ速度のパターンを変更するのみで、任意に切断長さを変更することができる。

図７、８は、切断機構２の詳細構成例であり、カッタ２２は、スライダ３を貫通する回転軸２３と一体回転する回転刃として、回転板２７に取り付けられる。回転板２７は、側方に延出するアーム部２７ａを有し、その先端に、複数の突起状歯が形成されたカッタ２２が固定される。スライダ３のアーム部３１下方には、一対の略コ字状部材を衝合して、その間にガイド溝２５ａを設けたカッタガイド２５が配置され、カッタ２２は、このガイド溝２５ａに案内されて、時計周りに回転し、チューブガイド２１を通過して供給されるチューブＴ（図略）を切断する。この時、カッタ２２は、上記図６に示した切断速度（ｖ１）で、チューブＴを切断する。この切断速度（ｖ１）は、切断長さによらず一定の最大速度に設定されるので、常に安定して、チューブＴを切断することができる。

このように、本発明の切断機１は、ギア対と連結部からなるギア連結駆動機構４を用いて、駆動モータ６の回転を直線運動に変換し、スライダ３を直動可能としたので、従来の連結ロッド方式よりも装置全体をコンパクトにできる。また、駆動モータ６の回転速度パターンを変更するだけで、例えば一往復動作ごとに切断長を任意に変更できるので、複雑な機構が不要で、切断長さの制御が容易にできる。

上記実施形態では、切断機構２のカッタ２２を、駆動モータ６に接続するベルト駆動機構５により回転駆動する構成としたが、カッタ駆動手段はこれに限らず別の構成としてもよい。また、カッタ２２を、駆動モータ６とは別の駆動手段により切断動作させる構成としてもよく、カッタ２２や、その他構成部材の形状を変更することもできる。これらの場合も、カッタ２２の動作をスライダ３の往復動作と同期させて行うことが望ましい。

上記実施形態では、スライダ３を、一対のガイドレール３２、３３に沿って往復動作させる構成としたが、ガイドレールの数はこれに限らず、スライダ３を安定して動作可能であればよく、少なくとも１つあるいは２ないし３以上の任意の数とし、配置や構成を変更することもできる。

本発明の切断機は、熱交換器用の偏平チューブに限らず、各種形状のチューブその他の長尺材に適用することができ、任意の設定長に連続で高速切断することができるので、産業上有用である。

Ｔチューブ（長尺材）
１切断機
２切断機構
２１チューブガイド
２２カッタ
２３回転軸
３スライダ
３１、３２ガイドレール（ガイド部材）
４ギア連結駆動機構（往復動作手段）
４１固定リングギア（ギア対）
４２ピニオンギア（ギア対）
４３ギア側連結部材（連結部）
４４連結シャフト
５ベルト駆動機構（カッタ駆動手段）
６切断モータ（駆動手段）
６１回転駆動軸（駆動手段）
７１スライダ側連結部材（連結部）
７２保持溝（保持部）

Claims

連続供給される長尺材（Ｔ）を設定長に切断する切断機（１）であって、
長尺材と平行に配置したガイド部材（３２、３３）に沿って往復動作するスライダ（３）と、
上記スライダの往復動作に追従して切断動作するカッタ（２２）を有する切断機構（２）と、
上記スライダを一定の往復距離で往復動作させる往復動作手段（４）と、
上記往復動作手段を駆動する駆動手段（６、６１）を備え、
上記往復動作手段は、内歯を有する固定リングギア（４１）と、該固定リングギアに内接して回転するピニオンギア（４２）からなり、上記固定リングギアと上記ピニオンギアのピッチ円の径比が２：１であるギア対と、このギア対と上記スライダを連結する連結部を有し、上記連結部は、上記ピニオンギアに取り付けられて一体に回転し、上記ピニオンギアのピッチ円上に連結シャフト（４４）を設けたギア側連結部材（４３）と、上記スライダに一体に取り付けられ、上記連結シャフトを回転自在に保持する保持部（７２）を設けたスライダ側連結部材（７１）を設けて、上記ピニオンギアの回転に伴い上記連結シャフトを介して上記スライダを直動動作させるものであり、
上記連結シャフトは、凹溝が形成されており、上記保持部は、凹部からなり、上記凹溝に対応する凸部が表面に形成されており、上記連結シャフトと上記保持部とは、凹凸嵌合しており、
上記駆動手段は、上記ピニオンギアを回転駆動する駆動源（６）の回転速度を任意に変更可能であり、上記駆動源の回転速度パターンを長尺材の設定長に応じて変更することを特徴とする切断機。
上記切断機構は、長尺材と平行に上記スライダに軸支される回転軸（２３）に回転刃を取り付けて上記カッタとし、上記往復動作手段と連動するカッタ駆動手段が上記カッタを回転させて、長尺材を設定長で切断する請求項１記載の切断機。
上記駆動手段は、上記駆動源の回転駆動軸に設けた偏心軸（４６）に上記ピニオンギアを支持する一方、上記回転軸に連結されるベルト駆動機構（５）を設けた上記カッタ駆動手段を介して上記回転軸を同期回転させる請求項１または２記載の切断機。
上記駆動手段は、上記駆動源の最大速度が長尺材の供給速度と同一となり、長尺材の設定長が長いほど上記駆動源の最低速度が遅く、長尺材の設定長が短いほど上記駆動源の最低速度が速くなるように、上記スライダの一往復動作における上記駆動源の回転速度パターンを設定する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の切断機。
上記スライダは、長尺材側の側部に突設したアーム部（３１）に、上記カッタが案内されるカッタガイド（２４）を装着する一方、上記アーム部と反対側の側部に上記スライダ側連結部材を取り付け、このスライダ側連結部材を挟んで配置した一対のガイドレール（３２、３３）を上記ガイド部材としている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の切断機。