JPH03294104A - 材料の円筒状切断方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は材料を円筒状に切断する方法およびその切断装
置に係り、さらに詳しくは、例えば棒状材料または管状
材料と、他の棒状材料または管状材料を突き合せて接合
するときの接合面を隙間なく突き合せるための円筒状切
断面を得る方法とその切断装置に関する。

従来の技術 近年木材、コンクリート構造物に代わって鋼構造物が多
用される傾向にある。例えば建築においてｌｆｆ１鋼、
チャンネル、アングル、軽量形鋼が多用される。特に最
近ではＨ形鋼が大型構造物に使用されつつある。一方、
形の美しさ、設計の容易さから鋼管構造物が平行して普
及しつつある。この傾向は、これらの鋼構造物の部材間
の継手製造方法として、溶接技術によるのが極めて容易
かつ信頼性が高くなったのがその一因である。しかし、
鋼管構造物は継手の加工上、致命的な問題点を有してい
る。

例えば、大径鋼管構造物においては、第６図（イ）に示
すように、主管（１）と枝管（２）が溶接接合される継
手部分が多数存在するが、円筒面を有する主管に対応し
て、枝管は主管との接合を良好にするため、円筒状に加
工される。この枝管（１）の切断面は第６図（ロ）に示
す如く、いわゆるサドル形断面（３）となり、その加工
には極めて複雑な方法または高価な装置を必要としてい
る。

最も原始的な方法は、枝管（２）の突き合せ形状を解析
し、枝管（２）の展開図を作成して枝管（２）に罫書き
、その上を例えばガス切断トーチにより切断する手動に
よる方法がある。

最も進歩している方法と装置は、このサドル形断面（３
）を得るための要素である主管（１）の外径、枝管（２
）の外径、それぞれの中心軸の交叉角度θを入力し、枝
管（２）用素管の回転に伴ってガス切断トーチを素管の
軸方向に移動させ、突き合せ形状を自動的に切断する電
子計算機制御の自動切断機による方法と装置である。た
だし、主管（１）と比較して枝管（２）がかなり径小の
場合は、枝管（２）を平面的に切断しても、主管（１）
との溶接継手の強度が十分得られるとされている。

発明が解決しようとする課題 しかし、前記手動による方法は、極めて多くの作業工数
を必要とし、コスト高のため大量生産方法とはならない
。

一方、自動切断機による方法と装置は、大型の高価な装
置を必要とするため、小企業にける小量の生産には適合
しない。また枝管（２）として主管（１）より径小管を
使用する鋼管構造物の場合でも、主管（１）と枝管（２
）との間にはかなりの隙間が生ずる場合があるから、強
度的に十分ではあっても、溶接線に美しさが欠ける。

特に美観を必要とする構造物、例えば手摺り等には入念
な手仕上げを必要とするのが一般である。

また美観を必要とする場合は、第５図に例示するように
強度よりは美観のために主管（１）と枝管（２）の直径
を同径にしたい場合が多く、この場合に枝管（２）を平
面的に切断した場合、単に欠肉を埋めるために多量の溶
接肉盛り部（４）を必要とし、枝管（２）が薄肉の場合
不可能な方法である。

さらに、この方法は鋼管を対象とするガス切断方法であ
るため、非鉄金属、樹脂等の切断には適合しない。また
、これらの方法は管が対象であって、中実材の切断には
適用出来ない。

近年、非鉄金属管、例えばアルミニウムやチタンの構造
物が普及しつつあるが、主管（１）と枝管（２）との接
合には上記の問題があり、非鉄金属管はもと上り鋼構造
物においてすらその継手構造を避ける傾向がある。また
、樹脂技術の発達は目覚ましいものがあり、いづれ樹脂
構造物が普及するものと予想される。しかし、その接続
には接着工法が採用されると推定されるものの、突き合
せ面の良好な加工が第一条件である。

また、構造物には管材（中空材）と中実材、中実材と中
実材との組合せ使用もある。さらに、例え金属構造物で
あっても、溶接接合とは限らず、蝋付は接合技術を利用
したい継手がある。この場合、突き合せの隙間の存在は
致命的な欠陥である。

そこで、本発明の目的は、鋼材、非鉄金属、樹脂等の管
材、中実材について、それらの大量生産は勿論、小量生
産にも適合できる、加工面の寸法、形状の良好なサドル
形（円筒状）切断面加工を可能とする切断方法と装置を
提案することである。

課題を解決するための手段 本発明者はサドル形切断面を検討した結果、切断面は単
に円筒状であるという極めて単純な事実、しかし小量の
切断には適当な切断装置と刃物がないという事実、従来
のガス切断方法と装置は非鉄金属や樹脂等の切断には適
用し得ないという事実、中実材には適用し得ないという
事実を詳細に検討した結果、本発明を完成した。

本発明の要旨は、被切断材を円筒形断面を有するように
切断する方法において、前記被切断材を固定し、少なく
とも一端に刃を有する円筒状刃物を回転させつつ、前記
被切断材に嵌入させる材料の円筒状切断方法であり、ま
た本発明方法を実施するための装置として、少なくとも
一端に刃を有。

する円筒状刃物を保持・回転させる刃物保持機構と、該
刃物保持機構を移動させるための搬送機構および軌道と
、被切断材を保持する材料保持機構を有することを特徴
とする材料の円筒状切断装置であり、またこの装置にお
いて、前記材料保持機構は回転軸を有し、刃物の軸線を
含む平面の垂直方向を軸として回転・固定できること、
さらに前記垂直方向に移動・固定できることを特徴とし
、また円筒状切断用刃物は、円筒体の少なくとも一端に
刃を有し、他端にはテーパ状のチャック部を有し、刃部
を最大外径とする円筒体の刃部からの円筒体外面部の長
さおよび刃部を最少内径とする円筒体の刃部からの円筒
体内面部の深さは、少なくとも刃部の外径以上であるこ
とを特徴とするものである。

ここで刃物とは、刃部または刃部を含む円筒体が金属製
のもの、切断用砥石材のもの、あるいは一体型または組
合せ型のものをいい、刃とは金属刃形および砥石面をい
い、刃部とは刃の近傍部分をいう。

作　　　　用 被切断材に円筒状刃物を回転させつつ嵌入させることに
より、切断面がそのままサドル形（円筒状）になる。

円筒状刃物の直径を、被加工材を接合するための相手材
の直径と同径にすれば、被加工材のサドル形断面は極め
て良好な精度で所望の寸法となる。

開先を必要としない突き合せ溶接の場合は、何らの追加
仕上げを必要とせずに、この切断材をそのまま突き合せ
溶接に供することができる。また、蝋付けおよび接着剤
により接合する場合も、そのまま接合に供することがで
きる理想的な切断面が得られる。

この方法にあっては、被切断材と刃物とを相対的に回転
させるのであるが、被切断材を固定し、刃物を回転させ
ることは材料保持機構と刃物保持機構の構造を極めて簡
単にする。

刃物の前進方向が被切断材の軸方向に対して直角ではな
い場合、第１図（イ）に示すように、被切断材（５）の
切断面（６）と外面（７）との角度が鋭角θ１になる方
向から刃物（８）を進入させるのが好ましい。また、第
１図（ロ）に示すように、刃物（８）の進入が鋭角θ？
になる方向からである場合、切断終了真近では被切断材
（５）の最終切断部（９）の剛性が低下しているため、
最終切断部（９）が変形し易くなるためである。

この方法を実現する装置において、刃物を保持・回転さ
せる構造を有する刃物保持機構は、刃物を保持し回転さ
せる。刃物保持機構は電動機と共に回転数を変化させる
ための減速機を有することが望ましい。これは被切断材
の材質と直径、刃物の材質と直径に応じて刃物と被切断
材との相対速度を調整する必要が生ずる場合があるから
である。

刃物保持機構は、刃物を容易に着脱可能な構造とするの
が望ましく、例えばボール盤等に採用されているテーパ
状チャックによる方式が好ましい。

刃物は、回転切削に使用するため大きなトルクが負荷さ
れ、単にテーパチャック方式では刃物の保持が不十分で
ある場合は、刃物の後端にねじ部を設け、刃物を引張り
固定する方式を併用してもよい。

刃物を回転させる方式は、例えばボール盤、旋盤等に採
用されている周知の回転機構および変速機構でよい。な
お、装置の配置は、刃物の回転軸は横型が好ましく、刃
物保持機構と材料保持機構は水平配置が望ましい。

刃物保持機構を前後進させる搬送機構は、被切断材と刃
物の相対変位において、被切断材が長尺の場合が多いた
めに刃物を移動させる方が機械の構造が簡単にでき、ま
た作業面積を４為さくする。

搬送機構は、例えばねじ機構、油圧機構を周知の方法で
使用できる。軌道は、その方向と刃物の軸線とを一致さ
せて設置し、被切断材の軸線と刃物の軸線との間隔およ
び交叉角度を一定にして刃物保持機構を走行させる。

材料保持機構は、被切断材固定用チャックを有し、被切
断材の軸線と刃物の軸線との間隔および交叉角度を一定
に固定させる。チャックによる被切断材の固定と開放は
、例えば周知の手動または油圧機構により行なう。なお
材料保持機構は刃物の前進により大きな力を受け、特に
切断加工位置での力が大きく、被切断材が振動、変形す
る場合があるから、被切断材を固定するチャックは剛性
の大きいことが望ましい。

材料保持機構は、回転軸を有し、刃物の軸線を含む平面
の垂直方向を軸として回転・固定できる構造が望ましい
。この構造により、被切断材は例えば種々の直径の管ま
たは棒材であるから、その軸線と刃物の回転軸の軸線と
の交叉角度を容易に、かつ任意に設定できる。

さらに、材料保持機構としては、前記垂直方向に移動・
固定できる構造とするのが望ましい。この構造により、
被切断材の軸線と刃物の軸線との間隔を容易に、かつ任
意に設定できる。また、前記回転軸を刃物の軸線上にお
き、チャックを軌道の両側に設け、被切断材を２箇所で
固定してもよい。この場合は被切断材の保持剛性を高め
、かつ−度の切断で２つの切断完了材が得られる。

円筒状刃物は、円柱状刃物に比べて被切断材の切削部分
を少なくして刃の負担を軽くし、また切削時間を短縮す
る。

円筒状刃物の肉厚は薄い方が望ましいが、寸法に応じて
強度と剛性から適宜決定すればよい。

この刃物において、少なくとも一端に刃を有する構造は
、刃物の端面で被切断材を切削または研磨加工により切
断する。また、円筒の側面にも刃を設けることにより切
断面の仕上げ状態をより良好にすることができる。

刃物を円筒状にすることにより、被切断材が突き合され
る例えば主管の外径と、刃部の外径を同一とすることが
でき、突き合せ材同士の隙間は理論的になくなり、突き
合せ溶接、蝋付け、接着に対して理想的な切断面が得ら
れる。他端がテーパ状のチャック部を有するのが望まし
いのは、刃物保持部への着脱を容易にするためである。

刃を有する一端からの円筒体外面部の長さが少なくとも
刃物の外径以上としたのは、刃物の外径以下の被切断材
をこの刃物により突き切り切断するためである。

刃を有する一端からの円筒体内面部の深さが少なくとも
刃物の外径以上としたのは、刃物の外径以下の被切断材
をこの刃物により突き切り切断する場合、切断完了まで
切り捨て端を刃の内部に入れる空間を形成するためであ
る。

これらの長さの上限に特に制限はないが、刃物は一端を
保持して回転させているため、長ずざると刃物保持機構
と刃物の寸法精度に依存して保持部の反対側である刃部
の振れが大きくなる可能性がある。したがって、円筒体
の長さは、望ましくは刃部直径の３倍以下である。

この刃物の外径は、切削したい形状に応じて選定し、刃
物は任意の外径のものを準備する。しがし、あらゆる寸
法のものを準備することは不可能であり、適当な外径間
隔で刃物を準備するだけで十分目的が達成できる場合が
多い。

さらに、準備した外径間隔の中間の寸法の刃物が緊急に
必要な場合は、少し径大の刃物の外径を研磨することに
より容易に必要な刃物が得られる。

円筒状刃物において、刃部を最大外径および最少内径と
するのは、被切断材への刃の進入を容易にするためであ
る。

その円筒体外面部の長さおよび内面部深さが少なくとも
刃部の外径以上としたのは、刃部の外径以下の外径を持
つ被加工材を完全に円筒状に切断するためである。

刃物の材質は一体型であっても異材質の組合せ型であっ
てもよい。刃物を金属製とする場合、高速度鋼、超硬合
金等周知の刃物材が使用できる。

また、刃物を砥石製とする場合、例えばダイヤモンド等
の硬質物質を分散埋設した周知の金属切断用砥石を円筒
形に成形したものを使用できる。

また、この発明においては、刃物側を固定にし、被切断
材側を可動にして、定位置で回転中の刃物に対し被切断
材を移動させて切断加工を行うことも可能である。この
方法は特に被切断材が短尺のものに有利である。

実施例 実施例１ 第２図は本発明の切断装置とその配置例を示す図であり
、図（イ）は平面図、図（ロ）は正面図である。

刃物保持機構（１０）は、軌道（１１）に拘束されつつ
、軌道（１１）上を前後進して被切断材（５）を切断す
る。

刃物保持機構（１０）は電動機Ｍ、減速機（１３）を有
しており、刃物（８）を任意の回転速度で回転させる。

材料保持機構（１４）は、チャック（１５）および手動
または油圧機構（１６）を有し、これらにより被切断材
（５）を固定する。

また、この材料保持機構（１４）は、回転機構（１７）
および上下機構（１８）を有し、回転機構（１７）は被
切断材（５）の切断角度θ１を任意に設定・固定し、上
下機構（１８）は被切断材（５）の軸線と刃物の軸線と
の間隔ｄを任意に設定・固定する。さらに、刃物保持機
構（１０）は搬送機構（１２）のねじにより駆動され、
軌道（１１）上を前後進する。

実施例２ 第３図は本発明の切断用刃物の一例である。

すなわち、刃物（８）は円筒体（１９）とチャック部（
２０）からなり、刃部（２１）は円筒体（１９）の最大
外径および最少外径を有する。

円筒体（１９）の外面部の長さＬｌおよび内面部の深さ
り、は、少なくとも刃部（２１）の外径り以上とする。

刃部（２１）は刃部全体と一体となった同一材質でもよ
く、または刃部（２１）を含む一部が他の部分と例えば
溶接または蝋付は等により接合されていてもよい。

実施例３ 第４図は本発明の切断用刃物の他の例である。

すなわち、刃部（２１）は切断用砥石であって、金属製
円筒（２２）と接着部（２３）を介して接着剤により接
合一体化されている。

円筒（２２）はチャック部（２０）と蝋付は部（２４）
を介して接合されている。切断用砥石は摩滅により消耗
し易いから、消耗した後は接着部（２３）または蝋付は
部（２４）を切り離し、予備の刃部（２１）または刃部
（２１）と円筒（２２）との一体化部品と接着または蝋
付けにより容易に取換えることができる。

刃部が切断用砥石である場合、高速切断が可能となり、
薄肉管の切断の場合に特に有効である。

この場合、当然、方形の加工は不要となる。

実施例４ 外径５０ｍｍ、内径４６ｍｍ、外面部の長さ１５ｈ＋ｍ
の刃物を高速度鋼の一体形とし、被切断材を外径４８ｍ
ｍの塩化ビニル棒とし、刃物の回転数を５０００ｒｐｍ
とし、刃物と被切断材の軸線の交叉角度を４５度とした
場合、潤滑剤なしで約２０秒で切断できた。

実施例５ 外径５０ｍｍ、内径４６ｍｍ、外面部の長さ１５０ｍｍ
の刃物を高速度鋼の一体形とし、被切断材を外径４５ｍ
ｍ、内径３５ｍｍの純アルミ管とし、刃物の回転数を８
００ｒｐｍとし、刃物と被切断材の軸線の交叉角度を６
０度とした場合、切削油の給油なしに、約４分で切削で
きた。

発明の詳細 な説明したごとく、従来の技術により鋼管のサドル形断
面の自動ガス切断が可能であったが、本発明によりガス
切断が適用不可能な金属材料にも拘らず、また管、棒等
の材料の断面形状に拘らず、非金属材料を含む全ての材
料についても、サドル形断面の切断加工が小型低廉な機
械で可能となり、産業の発達に寄与するところが極めて
大きいと期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明方法における刃物の進入状態を示す説
明図で、図（イ）は被切断材に対して刃物が鋭角で進入
する場合を示す図、同図（ロ）は同じく刃物が鈍角で進
入する場合を示す図、第２図は本発明に係る切断装置と
その配置例を示す図で、図（イ）は平面図、図（ロ）は
正面図、第３図は同上装置における刃物の形状例を示す
図、第４図は同上切断用刃物の他の例を示す図、第５図
（イ）は主管と枝管との接合状態を示す図であり、同図
（ロ）は枝管のサドル形断面形状を示す図、第６図は枝
管な平面切断した場合に必要な肉盛り量を示す図で、図
（イ）は正面図、図（ロ）は側面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被切断材を円筒状断面を有するように切断する方法にお
   いて、前記被切断材を固定し、少なくとも一端に刃を有
   する円筒状刃物を回転させつつ、前記被切断材に嵌入さ
   せることを特徴とする材料の円筒状切断方法。 ２ 少なくとも一端に刃を有する円筒状刃物を保持・回転さ
   せる刃物保持機構と、該刃物保持機構を移動させるため
   の搬送機構および軌道と、被切断材を保持する材料保持
   機構を有することを特徴とする材料の円筒状切断装置。 ３ 材料保持機構は、回転軸を有し、刃物の軸線を含む平面
   の垂直方向を軸として回転・固定できることを特徴とす
   る請求項２記載の材料の円筒状切断装置。 ４ 材料保持機構は、刃物の軸線を含む平面の垂直方向に移
   動・固定できることを特徴とする請求項２記載の材料の
   円筒状切断装置。 ５ 円筒体の少なくとも一端に刃を有し、他端にはテーパ状
   のチャック部を有し、刃部を最大外径とする円筒体の刃
   部からの円筒体外面部の長さおよび刃部を最少内径とす
   る円筒体の刃部からの円筒体内面部の深さは、少なくと
   も刃部の外径以上であることを特徴とする円筒状切断用
   刃物。