(57)【要約】【課題】材料を意図した通りの形状で安定して切断することができ、更に高速で切断する際も切断精度を確保することができるカッティング装置を提案する。【解決手段】本発明のカッティング装置は、材料保持手段２に保持された材料Ｗに対して切断手段Ｓを相対的に昇降させる昇降手段５と、材料Ｗに対して切断手段Ｓを相対的に前進させる移動手段と、昇降手段５及び移動手段に指令を出力して昇降手段及び移動手段を駆動させる制御手段とを備え、材料Ｗの切断時に切断手段Ｓを材料Ｗに対してＺ軸方向に相対的に降下させる場合は、その降下開始地点Ｐ１からのＸＹ平面上における移動量を横軸に、その降下量を縦軸にプロットしたとき、刃先Ｓ２の軌跡が曲線形状となるように、制御手段は昇降手段５及び移動手段４に指令を出力する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切断される材料を載置して該材料を保持する材料保持手段と、
前記材料を切断するための切断手段と、
前記材料保持手段に保持された前記材料に対して前記切断手段を該材料の深さ方向であるＺ軸方向に相対的に昇降させる昇降手段と、
前記Ｚ軸方向に垂直なＸＹ平面上で前記切断手段を前記材料に対して相対的に移動させる移動手段と、
前記昇降手段及び該移動手段に指令を出力して該昇降手段及び該移動手段を駆動させる制御手段と、
を備え、
前記材料を切断するときに前記切断手段を前記材料に対して前記Ｚ軸方向に相対的に降下させる場合は、該切断手段の刃先の前記ＸＹ平面上における降下開始地点からの移動量を横軸に、前記Ｚ軸方向における前記降下開始地点からの降下量を縦軸にプロットしたとき、該制御手段は該降下開始地点からの該刃先の軌跡が曲線形状となるように、前記昇降手段及び前記移動手段を駆動して、前記切断手段を移動させる指令を出力するカッティング装置。
【請求項２】
前記軌跡を前記ＸＹ平面上における所定の移動量毎に区分したとき、互いに隣接する任意の区分において各降下量が互いに異なる請求項１に記載のカッティング装置。
【請求項３】
前記軌跡が、前記降下開始地点からの前記移動量が増加すると常に前記降下量が増加する単調増加関数で表される曲線となる請求項１又は請求項２に記載のカッティング装置。
【請求項４】
前記単調増加関数はシグモイド関数である請求項３に記載のカッティング装置。
【請求項５】
前記切断手段の刃先の軌跡を前記ＸＹ平面上に投影したとき、直線、曲線又はこれらの組み合わせからなる閉図形で表されるカットラインに沿って材料を切断するときに、前記切断手段を第一の降下開始地点から、第一の降下終了地点まで移動させた後、該第一の降下終了地点において該材料に対する該切断手段の相対的な深さ位置を維持した状態で、該カットラインに沿って前記切断手段を前進させる指令を出力する請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のカッティング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切断手段を移動させて材料を所定のカットラインで切断するカッティング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本件出願人は、特許文献１に示すように、切断刃を前後、左右、上下方向に移動させ、更にこれを回転、傾倒させることが可能なカッティング装置を提案している。このカッティング装置によれば、切断刃を直線状に動かすだけでなく、曲線状にも動かすことができるため、材料を多様な形状で切断することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２３７２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで従来の装置で材料を切断する際、材料の表面から深さ方向に直線的に切断刃を裏面まで移動させて、切断刃を材料に貫入させてこれを前進させると、材料の種類や切断する形状によっては、切り出している材料片が切断途中で動いてしまうことがあった。このため、例えば材料を円形に切り出そうとする場合、材料に切断刃を貫入させた位置と切断刃を１周動かした後の位置にずれが生じ、切断刃を貫入した位置にその痕跡が残ることがあった。また、切断刃を移動させる手段としてはサーボモータが一般的であって、切断刃を曲線状に移動させるには、基本的には前後移動用、左右移動用、回転用の３つのサーボモータを使用する必要がある。ここでサーボモータは、対象物を動かすにあたって、指令パルスとフィードバックパルスとの差である溜まりパルスを減じるようにしているが、特に加速時や減速時においては移動する対象物の慣性等の影響を大きく受けて溜まりパルスが増大するため、与えた指令通りに対象物を動かすことは難しい。このため、３つのサーボモータを同時に駆動させて、材料に貫入させた切断刃を円状に前進させようとしても、各サーボモータの挙動を一致させることは難しく、精度よく円形に切り出せないことがあった。特に、切断刃の移動速度を上げると慣性も増すことになり、これによって溜まりパルスの影響がより顕著になるため、切断精度を確保するには切断刃の移動速度を遅くせざるを得ない状況にあった。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決することを課題とするものであり、材料を意図した通りの形状で安定して切断することができ、切り出された材料に与える損傷を抑制することができるカッティング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、切断される材料を載置して該材料を保持する材料保持手段と、前記材料を切断するための切断手段と、前記材料保持手段に保持された前記材料に対して前記切断手段を該材料の深さ方向であるＺ軸方向に相対的に昇降させる昇降手段と、前記Ｚ軸方向に垂直なＸＹ平面上で前記切断手段を前記材料に対して相対的に移動させる移動手段と、前記昇降手段及び該移動手段に指令を出力して該昇降手段及び該移動手段を駆動させる制御手段とを備え、前記材料を切断するときに前記切断手段を前記材料に対して前記Ｚ軸方向に相対的に降下させる場合は、該切断手段の刃先の前記ＸＹ平面上における降下開始地点からの移動量を横軸に、前記Ｚ軸方向における前記降下開始地点からの降下量を縦軸にプロットしたとき、該制御手段は該降下開始地点からの該刃先の軌跡が曲線形状となるように、前記昇降手段及び前記移動手段を駆動して、前記切断手段を降下終了地点まで移動させる指令を出力するカッティング装置である。
【０００７】
ここで、前記軌跡を前記ＸＹ平面上における所定の移動量毎に区分したとき、互いに隣接する任意の区分において各降下量が互いに異なることが好ましい。
【０００８】
また、前記軌跡が、前記降下開始地点からの前記移動量が増加すると常に前記降下量が増加する単調増加関数で表される曲線となることが好ましい。
【０００９】
このとき、前記単調増加関数はシグモイド関数であることが好ましい。
【００１０】
さらに、前記切断手段の刃先の軌跡を前記ＸＹ平面上に投影したとき、直線、曲線又はこれらの組み合わせからなる閉図形で表されるカットラインに沿って材料を切断するときに、前記切断手段を第一の降下開始地点から、第一の降下終了地点まで移動させた後、該第一の降下終了地点において該材料に対する該切断手段の相対的な深さ位置を維持した状態で、該カットラインに沿って前記切断手段を前進させる指令を出力することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるカッティング装置では、材料を切断するときに前記材料に対して前記切断手段を前記Ｚ軸方向に相対的に降下させる場合は、Ｚ軸方向に垂直なＸＹ平面上で前記切断手段を前記材料に対して相対的に移動させる移動手段も駆動させている。すなわち、切断手段の材料に対する相対的な深さ位置を変化させるときは、切断手段をＺ軸方向に平行に直線的に移動させるのではなく、切断手段のＸＹ平面上の位置も変化させることで、切断手段により切り出された材料のカットラインの内側部分と外側部分とをつなげた状態で材料を切り出すことができるため、切断時にカットラインの内側部分が動くのを抑えることができる。また、材料が深さ方向に徐々に切り出されていくため、切断時に材料に過剰な力が加わるのを抑えることができ、この点でもカットラインの内側部分が動くのを抑えることができ、切断手段により材料を精度よく切断することができる。このように、切断手段の位置をＸＹ平面上で一点に留めることなく昇降手段により切断手段を材料に対して相対的に降下させることで、これらの効果を得ることができる。
【００１２】
さらに、本発明では、切断手段を材料に対してＺ軸方向に相対的に降下させる場合、制御手段は、切断手段の刃先の軌跡が切断面において曲線形状となるように、昇降手段及び移動手段を駆動して切断手段を移動させる。切断手段の刃先が切断面においてこのような軌跡を描くように切断手段を移動させることで、切断手段の刃先が切断面において一定の傾きを有する一次直線状の軌跡を描いて移動する場合と比較すると、切断時に材料に与える損傷をより小さくすることができる。特に、切断手段の降下を停止して、切断手段の材料に対する相対的な深さ位置を維持した状態で、切断手段をＸＹ平面上で移動させて材料を切断する場合、切断手段の刃先の切断面における軌跡を曲線状にすることで、当該軌跡を一次直線状にする場合と比較すると、昇降手段の駆動の停止に伴う切断手段の揺動を抑制して、材料に与える損傷を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に従うカッティング装置の一実施形態を概略的に示した平面図である。
【図２】図１の実施形態におけるヘッド部周辺を示す側面図である。
【図３】図１の実施形態におけるヘッド部の正面図である。
【図４】図１の実施形態におけるヘッド部の側面図である。
【図５】切断刃によって材料を円形に切断する状況について説明する図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は切断刃の刃先が移動する軌跡に沿って材料を切断したときの切断面と刃先の軌跡を模式的に示す展開図であり、（ｃ）は切断刃の刃先が移動する軌跡を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明とは別の方法で材料を切断したときの切断刃の刃先の軌跡を示す模式図であり、（ａ）は切断面において刃先を直線状に移動させたときの切断面についての展開図であり、（ｂ）は切断面において（ａ）とは別の方法で刃先を直線的に移動させたときの切断面についての展開図である。
【図７】他の実施形態における切断方法を説明するための図であり、切断刃の刃先が移動する軌跡を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に従うカッティング装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１における符号１は、本発明に従うカッティング装置の一実施形態を示している。本実施形態のカッティング装置１は、ベース（材料保持手段）２とヘッド３を備えている。ベース２は、符号Ｗで示す材料を載置するものである。なお材料Ｗは、図示の例では平面視において長方形になる平板状のものであるが、形状はこれに限定されるものではない。またその材質は、段ボールのような紙製品や、薄板状の合成樹脂板あるいは金属板、更には比較的厚みのあるポリエチレンや発泡材など、種々のものが含まれる。またヘッド３は、図２〜図４に示すように材料Ｗを切断する切断刃（切断手段）Ｓを保持している。
【００１６】
ベース２において、材料Ｗを載置する載置面は、ＸＹＺ直交座標系におけるＸＹ平面に対して平行に延在するものである。本実施形態においては、カッティング装置１を床面に設置した状態において、ベース２の載置面は水平方向に延在する。なお図示は省略するが、ベース２の載置面には、負圧によって材料Ｗを吸着保持するための吸着穴が設けられている。またベース２には、カッティング装置１に設けられる各種手段を駆動するための電源、エア源等に接続するための付帯設備が設けられている。
【００１７】
またベース２とヘッド３との間には、Ｘ、Ｙ方向移動手段４、Ｚ方向移動手段５が設けられていて、これによりヘッド３は、ベース２に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動することができる。なお本明細書等では、Ｘ、Ｙ方向移動手段４を単に移動手段と称し、Ｚ方向移動手段５を昇降手段と称することもある。
【００１８】
本実施形態のＸ、Ｙ方向移動手段４は、Ｘ軸方向に延在するとともにベース２に対してＹ軸方向に間隔をあけて設けられる一対のＸ軸レール（不図示）と、Ｘ軸レールを摺動するＸ軸ナット（不図示）と、Ｘ軸ナットに保持されるＹ軸フレーム４ａと、図２に示すようにＹ軸方向に延在するとともにＹ軸フレーム４ａに対してＺ軸方向に間隔をあけて設けられる一対のＹ軸レール４ｂと、Ｙ軸レール４ｂを摺動するＹ軸ナット４ｃと、Ｙ軸ナット４ｃに保持されるＹ軸移動ベース４ｄを含んで構成されている。また詳細な説明は省略するが、Ｘ、Ｙ方向移動手段４には、Ｙ軸フレーム４ａやＹ軸移動ベース４ｄを移動させるための駆動手段も含まれていて、本実施形態ではサーボモータを使用している。なお、他のモータ（ステッピングモータなど）を用いてもよい。また、上述したレールとナットとの組み合わせに限られず、タイミングベルトとプーリを利用した機構、ボールねじを用いた機構、ラックとピニオンを利用した機構を用いてもよい。
【００１９】
またＺ方向移動手段５は、Ｚ軸方向に延在するとともにＹ軸移動ベース４ｄに対してＹ軸方向に間隔をあけて設けられる一対のＺ軸レール５ａと、Ｚ軸レール５ａを摺動するＺ軸ナット５ｂと、Ｚ軸ナット５ｂに保持されるＺ軸移動ベース５ｃを含んで構成されている。更にＺ方向移動手段５は、Ｚ軸モータ５ｄと、Ｚ軸モータ５ｄの回転によってＺ軸移動ベース５ｃを移動させるボールねじ５ｅを備えている。
【００２０】
ヘッド３は、切断刃ＳをＺ軸周りに回転可能なθ方向移動手段６と、切断刃ＳをＺ軸に直交するα軸（図４参照）周りに回転可能なα方向移動手段７と、切断刃Ｓを、その長手方向に振動させる振動手段８とを備えている。
【００２１】
θ方向移動手段６は、Ｚ軸方向に間隔をあけて設けられる一対のベアリング６ａに回転可能に支持されるθ回転軸６ｂと、θ回転軸６ｂに保持されるθ軸ベース６ｃ（図３参照）とを含んで構成されている。またθ方向移動手段６は、θ回転軸６ｂを回転させるものとして、θ回転軸６ｂに取り付けられるθ軸プーリ６ｄと、タイミングベルトを介してθ軸プーリ６ｄを回転させるθ軸モータ６ｅを備えている。
【００２２】
α方向移動手段７は、図３に示すようにθ軸ベース６ｃに回転可能に支持されるα回転軸７ａと、α回転軸７ａに取り付けられるα軸プーリ７ｂと、図２に示すようにタイミングベルトを介してα軸プーリ７ｂを回転させるα軸モータ７ｃとを含んで構成されている。更にα方向移動手段７は、α回転軸７ａとともに回転するスプラインケース７ｄと、スプラインケース７ｄに対して進退可能に設けられるスプライン軸７ｅと、スプライン軸７ｅの先端に設けられ、切断刃Ｓを保持するホルダー７ｆを備えている。
【００２３】
振動手段８は、図２に示すようにスプライン軸７ｅの後端に連結するクランク８ａと、回転可能に軸支されるとともにクランク８ａを進退移動させる偏心カム付きシャフト８ｂと、偏心カム付きシャフト８ｂに取り付けられる振動付与用プーリ８ｃと、ベルト（タイミングベルト）を介して振動付与用プーリ８ｃを回転させる振動付与用モータ８ｄとを含んで構成されている。すなわち、振動付与用モータ８ｄによって偏心カム付きシャフト８ｂが回転すると、その偏心量の振幅をもってクランク８ａが振動し、これによりホルダー７ｆを取り付けたスプライン軸７ｅも振動するため、ホルダー７ｆに保持される切断刃Ｓを長手方向に沿って振動させることができる。
【００２４】
切断刃Ｓは、図２〜図４に示すように平刃状になるものであり、図３に示すように平板状になる延在面Ｓ１の側縁部には、材料Ｗを切断する刃先Ｓ２が設けられている。切断刃Ｓは、ホルダー７ｆに対して取り外し可能であって、ホルダー７ｆに保持される部位から先端の切先Ｓ３までの長さが比較的長いものや短いもの、また刃先Ｓ２が延在面Ｓ１の両側に設けられた両刃のものや片側だけに設けられた片刃のものなど、種々の切断刃Ｓを取り付けることができる。
【００２５】
またカッティング装置１は、このようなＸ、Ｙ方向移動手段４、Ｚ方向移動手段５、θ方向移動手段６、α方向移動手段７、及び振動手段８を制御するものとして、不図示のコントロール基板（制御手段）を備えている。コントロール基板は、Ｘ、Ｙ方向移動手段４、Ｚ方向移動手段５、θ方向移動手段６、α方向移動手段７、及び振動手段８に対して指令を送り、これらを個別に又は連動して駆動させることができる。
【００２６】
更にカッティング装置１は、図２に示すように、切断刃Ｓで材料Ｗを切断する際に材料Ｗを押えておく材料押圧手段９を備えている。本実施形態の材料押圧手段９は、切断刃Ｓの近傍に設けられる押圧板９ａと、押圧板９ａをヘッド３に対してＺ軸方向に移動可能に支持するガイド９ｂと、押圧板９ａを材料Ｗに対して押圧するための弾性体９ｃとを含んで構成されている。
【００２７】
次に、このような構成を有するカッティング装置１を用いて厚みがＤの材料Ｗを図５（ａ）に示すカットラインＬによって囲まれた図形に切り抜く方法について説明する。本実施形態では、切断刃Ｓの切先Ｓ３を図５（ｂ）に示す軌跡Ｔを描いて移動させることで、図５（ａ）に示すカットラインＬによって囲まれた閉図形、すなわちＸＹ平面視において円形に材料Ｗを切り抜く。なお、図５（ａ）はベース２に載置された材料Ｗを示す平面図である。また、図５（ｂ）は材料ＷがカットラインＬに沿って切断したときの切断面についての展開図である。図５（ｂ）において、当該軌跡Ｔは実線で表し、材料Ｗの切断面を一点鎖線で表している。また、切先Ｓ３の軌跡Ｔに連続する点線は材料Ｗの切断前後における切先Ｓ３の移動の軌跡を表している。図５（ｂ）に示すように、切断時における切断刃Ｓの切先Ｓ３の描く軌跡ＴをＸＹ平面に投影すると、カットラインＬに一致する。また、図５（ｃ）は切断刃Ｓの切先Ｓ３の描く軌跡Ｔを二点鎖線で模式的に示す斜視図である。以下、本実施形態における材料Ｗの切断方法について説明する。
【００２８】
本実施形態では、厚みがＤの材料ＷをＸＹ平面視において円形に切り抜く際に、切断刃Ｓの刃先Ｓ２の深さ位置を３段階に分けて変化させる。
【００２９】
一段階目では切断刃Ｓの切先Ｓ３を第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）から材料Ｗ表面の貫入開始地点Ｐ２を経由して第一の降下終了地点Ｐ３（Ｄ１）まで移動させる。まず、コントロール基板は、θ方向移動手段６を駆動させて、切断刃Ｓの延在面Ｓ１（図３参照）が切断中常に上記カットラインＬが呈する円の接線に沿うようにしておく。更に、コントロール基板は、α方向移動手段７に指令を出力して、切断刃Ｓの切先Ｓ３が切断中常に真下（Ｚ方向（材料Ｗの深さ方向）下方）を向くようにしておく。また、切断刃Ｓを振動させる振動手段８は、少なくとも、貫入開始地点Ｐ２に切先Ｓ３が接するまでの間に駆動させておくこととする。また材料Ｗは、材料押圧手段９によって押圧しておくこととする。なお、以下において、図５（ａ）及び（ｂ）において矢印Ａで示す方向、すなわち、カットラインＬに沿って第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）から貫入開始地点Ｐ２に向かう方向を所定の方向とし、切断刃Ｓが当該所定の方向に移動することを前進するというものとする。
【００３０】
以上の準備を行った後、コントロール基板は、Ｘ、Ｙ方向移動手段４とＺ方向移動手段５とを駆動させ、移動開始地点となる第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）から切断刃Ｓを材料Ｗに対して相対的に降下させつつ、ＸＹ平面視でカットラインＬに沿って円を描くようにして、切断刃Ｓの切先Ｓ３を上記貫入開始地点Ｐ２に向けて前進させる。次いで、コントロール基板は、Ｘ、Ｙ方向移動手段４及びＺ方向移動手段５の駆動を継続して、貫入開始地点Ｐ２から切断刃Ｓの切先Ｓ３を切断刃Ｓを材料Ｗに対して相対的に降下させつつ、ＸＹ平面視でカットラインＬに沿って円を描くようにして、切断刃Ｓの切先Ｓ３を第一の降下終了地点Ｐ３（Ｄ１）まで前進させる。
【００３１】
その際、本実施形態では、コントロール基板はＸ、Ｙ方向移動手段４とＺ方向移動手段５とに指令を出力して、切先Ｓ３が図５（ｂ）、（ｃ）に示す曲線形状の軌跡を描くように切断刃Ｓを移動させる。すなわち、第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）（図５（ｃ）参照）から貫入開始地点Ｐ２（図５（ｂ）参照）を経由して第一の降下終了地点Ｐ３（Ｄ１）まで切断刃Ｓを移動させる際に、切断刃Ｓの切先Ｓ３の第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）からの移動量（切先Ｓ３がＸＹ平面上で移動した道のりの長さ）を横軸に、Ｚ軸方向における第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）からの降下量を縦軸にプロットしたとき、コントロール基板は第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）からの切先Ｓ３の切断面について展開した展開図における軌跡が曲線形状となるように、Ｘ、Ｙ方向移動手段４、Ｚ方向移動手段５、θ方向移動手段６の駆動を制御する。
【００３２】
ここで、当該軌跡Ｔを前記ＸＹ平面上における所定の移動量毎に区分したとき、互いに隣接する任意の区分において各降下量が互いに異なることが好ましい。特に、当該軌跡Ｔは、図５（ｂ）に示すように第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）からの刃先Ｓ２のＸＹ平面上の移動量が増加すると常にＺ方向における降下量が増加する単調増加関数で表される曲線であることが好ましい。より好ましくは単調増加関数で表され、降下開始地点Ｐ１から降下終了地点Ｐ３までの区間を例えば３区間に区分したとき、中間の区間において切先Ｓ３が降下した降下量が、降下開始直後の区間及び降下終了前の区間における各降下量と比較して大きいことが好ましく、さらにはＳ字状を呈する曲線であることが好ましい。
【００３３】
このような単調増加関数として例えばシグモイド関数が挙げられる。シグモイド関数は一般に以下の式で表される。以下の式において、第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）からのＸＹ平面上における刃先Ｓ２の移動量をｘとすると、第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）からの降下量ｙは下記式σ（ｘ）で表される。ここで、ａはシグモイド関数におけるゲイン値であり、当該ゲイン値（ａ）は材料Ｗの材質や厚み（Ｄ）等に応じて適宜適切な値を設定することができる。例えば、０＜a＜１００であることが好ましく、０＜a＜５０であることがより好ましく、０＜a＜１０であることがさらに好ましいが、ａの値は特に限定されるものではない。なお、下記式において「ａ＝１」である場合、当該シグモイド関数は、ロジスティック関数（標準シグモイド関数）と称される場合もある。
【００３４】
σ（ｘ）＝１／（１＋ｅｘｐ（−ａｘ））
【００３５】
なお、図５（ｂ）は材料Ｗの切断面についての展開図であるが、図５（ｂ）に示す軌跡Ｔは切断刃Ｓの刃先Ｓ２の第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）からの移動量を横軸に、Ｚ軸方向における第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）からの降下量を縦軸にプロットしたときの切先Ｓ３の軌跡と同様の形状となる。
【００３６】
以上のようにして、切先Ｓ３を第一の降下終了地点Ｐ３（Ｄ１）まで移動させた後、コントロール基板は、切断刃Ｓの高さを第一の深さ位置（Ｄ１）に維持したままで、カットラインＬに沿って円を描くように切断刃Ｓを第二の降下開始地点Ｐ１（Ｄ１）まで前進させる。本実施形態では、第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）及び第二の降下開始地点Ｐ１（Ｄ１）をＸＹ平面上に投影するとカットラインＬ上の同一の点（Ｐ１）となる。後述する第三の降下開始地点Ｐ１（Ｄ２）についても同様である。
【００３７】
切断刃Ｓの切先Ｓ３が第二の降下開始地点Ｐ１（Ｄ１）に達すると、コントロール基板は、切断刃Ｓを材料Ｗに対して相対的に降下させつつ、ＸＹ平面視でカットラインＬに沿って円を描くようにして、切断刃Ｓの切先Ｓ３を第二の降下終了地点Ｐ３（Ｄ２）まで前進させる。このとき、コントロール基板は、Ｘ、Ｙ方向移動手段４及びＺ方向移動手段５に指令を出力し、第二の降下開始地点Ｐ１（Ｄ１）から第二の降下終了地点Ｐ３（Ｄ２）まで上記と同様の曲線形状を描きながら切先Ｓ３が移動するようにこれらの駆動を制御する。そして、コントロール基板は、上記と同様の手順で、切断刃Ｓの高さを第二の深さ位置（Ｄ２）に維持したままで、切断刃ＳをカットラインＬに沿って円を描くように切断刃Ｓを第三の降下開始地点Ｐ１（Ｄ２）まで前進させる。
【００３８】
そして、コントロール基板は、以上の手順を繰り返して、切断刃Ｓの切先Ｓ３を第三の降下開始地点Ｐ１（Ｄ２）から第三の降下終了地点Ｐ３（Ｄ３）まで移動させた後、切断刃Ｓの高さを第三の深さ位置（Ｄ３）に維持したままで、切断刃ＳをカットラインＬに沿って円を描くように切断刃Ｓを第三の降下終了地点Ｐ３（Ｄ３）まで一周前進させる。以上のように、本実施形態では、第一の深さ位置（Ｄ１）、第二の深さ位置（Ｄ２）、第三の深さ位置（Ｄ３）に段階的に切断刃Ｓの切先Ｓ３を変化させながら、Ｄの厚みを有する材料ＷをカットラインＬが呈する平面形状（円形）に切り抜く。
【００３９】
以上のように材料Ｗを切断することにより次のような効果が得られる。まず、停止状態にある切断刃Ｓを所定の速度に達するまで加速移動させている間は、サーボモータ（Ｘ、Ｙ方向移動手段４に含まれるサーボモータ、Ｚ軸モータ５ｄ、θ軸モータ６ｅ）の駆動制御に伴う溜まりパルスの影響によって切断刃Ｓの挙動が不安定になる場合がある。しかしながら、上記実施形態では、材料Ｗの上方の第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）において切断刃Ｓの降下を開始するため、切断刃Ｓを加速移動させる区間を第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）から材料Ｗの表面の貫入開始地点Ｐ２までの区間とすることができる。このように本実施形態で、サーボモータの駆動を開始した直後の溜まりパルスの影響が生じやすい区間では、材料Ｗの切断を開始していないため、切断刃Ｓの降下開始地点を貫入開始地点Ｐ２とする場合と比較すると、切断精度等に対する溜まりパルスの影響を抑えることができる。なお、材料Ｗの切断を開始する前の切断準備段階として、例えば、材料Ｗの上方であってカットラインＬの上方に所定の移動開始地点（図示略）を設け、当該移動開始地点から第一の降下開始地点Ｐ１（Ｄ０）まで切断刃ＳをＸＹ平面上で移動させてもよい。このような切断準備段階を設けることにより、Ｘ、Ｙ方向移動手段に含まれるサーボモータやθ軸モータ６ｅの動作をより安定化させることができ、材料切断時における溜まりパルスの影響をより小さくすることができる。
【００４０】
また、本実施形態では、材料Ｗを切断する際に切断刃Ｓの深さ位置を変化させるときは切断刃ＳをＺ方向に平行に直線的に移動させるのではなく、切断刃Ｓを上記のように曲線形状に移動させることによって、切断刃Ｓによって切り出されるカットラインＬの内側部分と、その外側部分とがつながった状態で材料Ｗが切り出される。また切断刃Ｓを深さ方向に移動させる際に材料Ｗは、カットラインＬに沿って徐々に切断されていくため、切断刃Ｓから過剰な力を受けることがない。これらのことから、切断時に上記内側部分の動きを抑えることができ、切断刃Ｓにより材料Ｗを精度よく切断することができる。つまり、Ｚ方向移動手段５により切断刃Ｓを材料Ｗに対して相対的に降下させる際に、切先Ｓ３の位置をＸＹ平面上で一点に留めることなく、切先Ｓ３をＸＹ平面上で常に移動させることによって、これらの効果を得ることができる。
【００４１】
ここで、Ｚ方向移動手段５により切断刃Ｓを材料Ｗに対して相対的に降下させる際に、切先Ｓ３の位置をＸＹ平面上で一点に留めることなく、切先Ｓ３をＸＹ平面上で常に移動させる方法として、例えば、図７（ａ）に示す他の方法がある。
【００４２】
図７（ａ）には、切断刃Ｓを材料Ｗに対して相対的に降下させる際にＸＹ平面上の移動量に対するＺ軸方向への材料Ｗに対する相対的な降下量が一定の割合になるように切断刃Ｓを移動させる方法を示している。すなわち、図７（ａ）には、ＸＹ平面上における降下開始地点（Ｐ１（Ｄ０）、Ｐ１（Ｄ１）、Ｐ１（Ｄ２））からの移動量を横軸に、Ｚ軸方向における降下開始地点（Ｐ１（Ｄ０）、Ｐ１（Ｄ１）、Ｐ１（Ｄ２））からの材料Ｗに対する相対的な降下量を縦軸にプロットしたときに、切先Ｓ３の軌跡が一次関数で表される直線形状となるように、切断刃Ｓを移動させる方法を示している。すなわち、切断刃Ｓを材料Ｗに対して相対的に降下させる際は切断刃Ｓを螺旋状に移動させる方法を示している。図７（ａ）に示す方法についても、切断刃ＳをＺ軸方向に平行に直線的に移動させる場合と比較すると、切断時に材料Ｗに与える損傷を大きく低減することができるため好ましい。しかしながら、この場合、Ｚ軸方向についても等速移動させていた切断刃Ｓを降下終了地点（Ｐ３（Ｄ１）、Ｐ３（Ｄ２）、Ｐ３（Ｄ３））において、Ｚ軸方向については移動を停止させる必要がある。すなわち、コントロール基板はＺ方向移動手段５に指令を出力し、Ｚ軸モータ５ｄの駆動を降下終了地点（Ｐ３（Ｄ１）、Ｐ３（Ｄ２）、Ｐ３（Ｄ３））で停止させる必要がある。このＺ軸モータ５ｄの駆動停止に伴う溜まりパルスの影響により、材料Ｗの材質等によっては、降下終了地点（Ｐ３（Ｄ１）、Ｐ３（Ｄ２）、Ｐ３（Ｄ３））付近において切断精度が低下したり、材料Ｗに損傷を与える場合がある。一方、本実施形態のように切断刃Ｓを上記曲線形状の軌跡を描くように移動させれば、切断刃ＳをＺ軸方向については降下終了地点（Ｐ３（Ｄ１）、Ｐ３（Ｄ２）、Ｐ３（Ｄ３））の手前で緩やかに減速させることができる。そのため、Ｚ軸モータ５ｄの減速に伴う溜まりパルスの影響を小さくすることができる。従って、本実施形態のように本発明を採用することにより、切断時に材料Ｗに与える損傷を最小にした上で、材料Ｗを所定形状でより精度高く切断することができる。
【００４３】
なお、切断刃Ｓの深さ位置を段階的に変化させるのではなく、図７（ｂ）に示すように、切断刃ＳをＸＹ平面上の移動量に対して常に一定の割合で降下させながら、すなわち切断刃Ｓを螺旋状に移動させながら、切先Ｓ３が材料Ｗの裏面に達するまで降下させた場合、Ｚ軸方向についても常に等速で移動させることができる。しかしながら、図７（ａ）に示す場合と同様に、切先Ｓ３が材料Ｗの裏面に達した後、Ｚ軸モータ５ｄの駆動を停止させる際に材料Ｗの材質等によっては当該箇所付近においいて切断精度が低下したり、材料Ｗに損傷を与える場合がある。また、この場合、本実施形態や図７（ａ）に示す方法と比較すると、切断時における切断刃Ｓの総移動量が長くなるため、材料Ｗの切断に要する時間が長くなるため好ましくない。
【００４４】
更に、本実施形態において、切断刃Ｓが貫入開始地点Ｐ２に達するまでの間に、切断刃Ｓの移動速度が所定の速度に達するようにしておき、切断刃Ｓによって切り出されるカットラインＬの内側部分と、その外側部分とがつながった状態で切断刃Ｓを等速移動させるようにすれば、切断刃Ｓを速い速度で移動させたときも材料Ｗの切り出される部分を動きにくく維持したまま材料Ｗを切断することができる。この場合、材料Ｗをより高い精度で切断することができる。
【００４５】
以上のようにして材料ＷをカットラインＬの形状に切断した後、コントロール基板は、Ｘ、Ｙ方向移動手段４及びＺ方向移動手段５に指令を出力して、切断刃Ｓの切先Ｓ３が図５（ｃ）に示すような曲線形状を描くように第三の降下終了地点Ｐ３（Ｄ３）から抜去終了地点Ｐ４まで切断刃ＳをカットラインＬに沿って徐々に上昇させながら等速で前進させて、切断刃Ｓを材料Ｗから抜去する。
【００４６】
そして、切断刃Ｓが材料Ｗから抜去された後、コントロール基板はＸ、Ｙ方向移動手段４及びＺ方向移動手段５に指令を出力して切断刃Ｓを減速させる。これにより切断刃Ｓは、切先Ｓ３が所定の移動停止地点（図示略）に達したところで停止する。
【００４７】
このように、切断刃Ｓの減速を、切先Ｓ３が材料Ｗから抜去されてから開始することにより、溜まりパルスの影響を受けて減速移動中に切断刃Ｓの移動が不安定になることがあっても、切断精度に影響を及ぼすことはない。
【００４８】
なお図示は省略するが、切断刃Ｓを材料Ｗから抜去するにあたっては、材料Ｗを上記と同様にして切り出した後、カットラインＬに沿って切断刃Ｓの材料Ｗに対する深さを維持したまま前進させつつこれを減速させ、切断刃Ｓが停止した後は、切先Ｓ３が材料Ｗから脱するまで切断刃ＳをＺ方向に対して直線的に上昇させるようにしてもよい。この場合は、切断刃Ｓが材料Ｗから完全に抜去されていない状態でこれを減速させているが、この動作は材料ＷをカットラインＬに沿って切り出した後であるため、切断精度に影響を及ぼすことはない。なお、当該方法で切断刃Ｓを停止させた後は、切断刃Ｓの切先Ｓ３を材料Ｗから脱する方法は特に限定されるものではない。
【００４９】
以上説明した実施形態は本発明の一態様であり、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。例えば、上記実施形態では、カットラインＬが円形である場合を例に挙げて説明したが、本発明においてカットラインＬの形状特に限定されるものではなく、楕円形や正方形の角が丸められたいわゆる角丸形状等、直線、曲線又はこれらの組み合わせからなる閉図形であればよい。カットラインＬの形状が異なる場合であっても、カットラインＬの形状が直線、曲線又はこれらの組み合わせによって囲まれた閉図形であれば本発明を適用することができる。
【００５０】
また、上記実施形態では、切断刃Ｓの深さ位置を３段階に分けて変化させながら材料Ｗを切断するよう制御したが、例えば、図６に示すように１段階で所定の深さ位置（Ｄ）まで切断刃Ｓを移動させてもよいし、２段階或いは４段階以上に分けて深さ位置を変化させながら材料Ｗを切断してもよい。材料Ｗを切断すべき所定の深さ（Ｄ）に応じて、適宜、これらを設定することができる。
【００５１】
更に上記実施形態では固定した材料Ｗに対して切断刃Ｓを動かすことによって切断を行うようにしていたが、固定した切断刃Ｓに対して材料Ｗを動かすようにしてもよい。更に上述した実施形態では円形の穴が形成されるように材料Ｗを切断したが、円形の突起が形成されるように切断することも可能である。この場合は、上記と同様の軌跡Ｔで切断刃Ｓを前進させつつ材料Ｗの厚み方向の途中まで貫入させ、更にその深さを維持したまま円を描くようにこれを１周前進させた後、切断刃Ｓを前進させながら抜去することによって、円形の溝を形成しておく。その後は、例えば材料Ｗを載置する向きを変えるなどして溝の外側部分を取り除くように切断を行えばよい。また上述した実施形態では切断刃Ｓを真下に向けていたが、α方向移動手段７を駆動させて切断刃Ｓを傾けることにより、例えば円錐面形状に材料Ｗを切り出すことも可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１：カッティング装置
２：ベース（材料保持手段）
３：ヘッド
４：Ｘ、Ｙ方向移動手段（移動手段）
４ａ：Ｙ軸フレーム
４ｂ：Ｙ軸レール
４ｃ：Ｙ軸ナット
４ｄ：Ｙ軸移動ベース
５：Ｚ方向移動手段（昇降手段）
５ａ：Ｚ軸レール
５ｂ：Ｚ軸ナット
５ｃ：Ｚ軸移動ベース
５ｄ：Ｚ軸モータ
５ｅ：ボールねじ
６：θ方向移動手段（移動手段）
６ａ：ベアリング
６ｂ：θ回転軸
６ｃ：θ軸ベース
６ｄ：θ軸プーリ
６ｅ：θ軸モータ
７：α方向移動手段（移動手段）
７ａ：α回転軸
７ｂ：α軸プーリ
７ｃ：α軸モータ
７ｄ：スプラインケース
７ｅ：スプライン軸
７ｆ：ホルダー
８：振動手段
８ａ：クランク
８ｂ：偏心カム付きシャフト
８ｃ：振動付与用プーリ
８ｄ：振動付与用モータ
９：材料押圧手段
９ａ：押圧板
９ｂ：ガイド
９ｃ：弾性体
Ｌ：カットライン
Ｐ１：降下開始地点
Ｐ２：貫入開始地点
Ｐ３：降下終了地点
Ｐ４：抜去終了地点
Ｓ：切断刃（切断手段）
Ｓ１：延在面
Ｓ２：刃先
Ｓ３：切先
Ｗ：材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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