(57)【要約】【課題】平刃状の切断刃によって従来よりも多様な曲面を良好に形成することが可能なカッティング装置及びその制御方法を提案する。【解決手段】本発明のカッティング装置は、ＸＹＺ直交座標系におけるＸＹ平面に対して平行であって加工材Ｗを載置可能な載置面２ａを有するベース２と、ベース２に対して切断刃ＳをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能なＸ、Ｙ方向移動手段４と、Ｘ、Ｙ方向移動手段４に設けられ、切断刃ＳをＺ軸方向に移動可能なＺ方向移動手段５と、Ｚ方向移動手段５に設けられ、切断刃Ｓを保持するとともに、Ｘ軸を周回する方向に切断刃Ｓを回転可能なα方向回転手段８、Ｙ軸を周回する方向に切断刃Ｓを回転可能なβ方向回転手段７、及びＺ軸を周回する方向に切断刃Ｓを回転可能なγ方向回転手段６を有するヘッド３と、を備える。【選択図】図２
2020199577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平刃状の切断刃を加工材に対して相対的に移動させて該加工材を切断可能であって、
ＸＹＺ直交座標系におけるＸＹ平面に対して平行であって前記加工材を載置可能な載置面を有するベースと、
前記ベースに対して前記切断刃をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能なＸ、Ｙ方向移動手段と、
前記Ｘ、Ｙ方向移動手段に設けられ、前記切断刃をＺ軸方向に移動可能なＺ方向移動手段と、
前記Ｚ方向移動手段に設けられ、前記切断刃を保持するとともに、Ｘ軸を周回する方向に該切断刃を回転可能なα方向回転手段、Ｙ軸を周回する方向に該切断刃を回転可能なβ方向回転手段、及びＺ軸を周回する方向に該切断刃を回転可能なγ方向回転手段を有するヘッドと、を備えるカッティング装置。
【請求項２】
平刃状の切断刃を加工材に対して相対的に移動させて該加工材を切断可能であって、
ＸＹＺ直交座標系におけるＸＹ平面に対して平行であって前記加工材を載置可能な載置面を有するベースと、
前記ベースに対して前記切断刃をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能なＸ、Ｙ方向移動手段と、
前記Ｘ、Ｙ方向移動手段に設けられ、前記切断刃をＺ軸方向に移動可能なＺ方向移動手段と、
前記Ｚ方向移動手段に設けられ、前記切断刃を保持するとともに、Ｘ軸を周回する方向に該切断刃を回転可能なα方向回転手段、Ｙ軸を周回する方向に該切断刃を回転可能なβ方向回転手段、及びＺ軸を周回する方向に該切断刃を回転可能なγ方向回転手段を有するヘッドと、を備えるカッティング装置において、Ｚ軸に対して傾いた回転軸を有する回転曲面が形成されるように該切断刃を移動させる制御方法であって、
前記Ｘ、Ｙ方向移動手段を駆動させて前記回転曲面をＸＹ平面に投影した線に沿って前記切断刃を前進させつつ、前記γ方向回転手段を駆動させて投影した線に沿うように該切断刃の向きを変え、更に、前記α方向回転手段及び／又は前記β方向回転手段を駆動させて該切断刃が前記回転曲面に沿うように該切断刃を傾倒させる制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平刃状の切断刃を加工材に対して相対的に移動させて加工材を切断するカッティング装置及びその制御方法に関するものであり、特に、加工材を曲面状に切断する場合に好適な装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、平刃状の切断刃を加工材に対して相対的に移動させて加工材を切断するカッティング装置が知られている。このような装置として本件出願人は、特許文献１に示されている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では、ＸＹＺ直交座標系におけるＸＹ平面（例えば水平面）に対して平行に載置された加工材に対し、切断刃をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向（前後方向、左右方向、上下方向）に移動させることが可能である。また平刃状となる切断刃を、Ｚ軸を周回する方向に回転させることができるため、例えば平面視で曲線を描くように切断を行う際は、切断刃の長手方向がＺ軸方向に指向するようにした状態（切断刃の延在面が垂直となるようにした状態）としておき、加工材に対して切断刃を曲線状に前進させながらＺ軸を周回する方向に切断刃を回転させて曲線に沿うようにその向きを変えることにより、加工材を滑らかな曲面で切断することができる。またこの装置では、Ｙ軸を周回する方向に切断刃を回転させることもできるため、切断刃を厚み方向に傾ける（切断刃の延在面を上下方向に対して傾ける）ことも可能である。従って、Ｙ軸を周回する方向に切断刃を回転させて切断刃を厚み方向に傾けておき、更に水平面において円を描くように切断刃を前進させながらＺ軸を周回する方向に切断刃を回転させて切断刃の向きを円に沿わせることによって、円錐面が形成されるように加工材を切断することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６４８９６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように特許文献１の装置によれば、上述した円錐面を含めて多様な曲面を良好に形成することが可能であるが、本件発明者が検討を重ねたところ、この装置でも形成することが困難な曲面があることが分かった。例えば加工材に円筒状の穴を形成する場合、円筒の軸がＺ軸に沿うものであればこの装置でも形成可能であるが、図５に示すように中心軸がＺ軸に対して傾いた穴は、以下に説明するように、切断刃を前進させる際に穴の内周面に完全に対応するように切断刃の姿勢を変えることができないため、この装置で滑らかに切断することは困難であった。
【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、平刃状の切断刃によって従来よりも多様な曲面を良好に形成することが可能なカッティング装置及びその制御方法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、平刃状の切断刃を加工材に対して相対的に移動させて該加工材を切断可能であって、ＸＹＺ直交座標系におけるＸＹ平面に対して平行であって前記加工材を載置可能な載置面を有するベースと、前記ベースに対して前記切断刃をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能なＸ、Ｙ方向移動手段と、前記Ｘ、Ｙ方向移動手段に設けられ、前記切断刃をＺ軸方向に移動可能なＺ方向移動手段と、前記Ｚ方向移動手段に設けられ、前記切断刃を保持するとともに、Ｘ軸を周回する方向に該切断刃を回転可能なα方向回転手段、Ｙ軸を周回する方向に該切断刃を回転可能なβ方向回転手段、及びＺ軸を周回する方向に該切断刃を回転可能なγ方向回転手段を有するヘッドと、を備えるカッティング装置である。
【０００７】
また本発明は、平刃状の切断刃を加工材に対して相対的に移動させて該加工材を切断可能であって、ＸＹＺ直交座標系におけるＸＹ平面に対して平行であって前記加工材を載置可能な載置面を有するベースと、前記ベースに対して前記切断刃をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能なＸ、Ｙ方向移動手段と、前記Ｘ、Ｙ方向移動手段に設けられ、前記切断刃をＺ軸方向に移動可能なＺ方向移動手段と、前記Ｚ方向移動手段に設けられ、前記切断刃を保持するとともに、Ｘ軸を周回する方向に該切断刃を回転可能なα方向回転手段、Ｙ軸を周回する方向に該切断刃を回転可能なβ方向回転手段、及びＺ軸を周回する方向に該切断刃を回転可能なγ方向回転手段を有するヘッドと、を備えるカッティング装置において、Ｚ軸に対して傾いた回転軸を有する回転曲面が形成されるように該切断刃を移動させる制御方法であって、前記Ｘ、Ｙ方向移動手段を駆動させて前記回転曲面をＸＹ平面に投影した線に沿って前記切断刃を前進させつつ、前記γ方向回転手段を駆動させて投影した線に沿うように該切断刃の向きを変え、更に、前記α方向回転手段及び／又は前記β方向回転手段を駆動させて該切断刃が前記回転曲面に沿うように該切断刃を傾倒させる制御方法でもある。
【発明の効果】
【０００８】
水平面に載置された加工材に対して平刃状の切断刃を相対的に移動させることによって、図５に示すような中心軸がＺ軸に対して傾く穴を形成するには、後述するように、水平面で楕円を描くように切断刃を前進させながらこの楕円に沿うようにその向きを変え、更に切断刃を厚み方向と幅方向の両方に傾ける動作も必要となる。ここで本発明のカッティング装置では、Ｘ、Ｙ方向移動手段とＺ方向移動手段に加え、切断刃を、Ｘ軸を周回する方向、Ｙ軸を周回する方向、及びＺ軸を周回する方向に回転可能なα方向回転手段、β方向回転手段、及びγ方向回転手段を有するヘッドを備えていて、切断刃を曲線に沿って前進させる際にその曲線に沿うように切断刃の向きを変えることができ、また切断刃を厚み方向と幅方向の両方に傾けることも可能である。すなわち本発明のカッティング装置によれば、切断刃を従来の装置のように動かせるだけでなく、これを幅方向に傾けることもできるため、図５の如き傾いた穴も含めて多様な曲面を良好に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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の正面図である。
【図４】図１の実施形態における切断刃の部分拡大図であって、（ａ）は正面図であり（ｂ）は側面図である。
【図５】図１のカッティング装置によって、Ｚ軸に対して傾いた回転軸を有する円筒状の穴を加工材に形成する状況を示した斜視図である。
【図６】図５の状況をより詳しく説明するための図であって、加工材に切断刃を侵入させた状態を示した図である。
【図７】図６の状態から切断刃を１／４周移動させた状態を示した図である。
【図８】図６の状態から切断刃を１／２周移動させた状態を示した図である。
【図９】図６の状態から切断刃を３／４周移動させた状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に従うカッティング装置及びその制御方法を説明するにあたり、まず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。なお本実施形態においては、ＸＹＺ直交座標系におけるＸＹ平面は水平面と平行であるとし、Ｘ軸方向は前後方向、Ｙ軸方向は左右方向、Ｚ軸方向は上下方向に沿う向きである。
【００１１】
図１における符号１は、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、加工材Ｗを載置するベース２と、切断刃Ｓを保持するヘッド３を備えている。
【００１２】
ベース２は、加工材を載置する載置面２ａを備えている。載置面２ａは、カッティング装置１を床面に設置した状態において水平面と平行になっている。図示は省略するが、ベース２の載置面には、負圧によって加工材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。
【００１３】
なお加工材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。
【００１４】
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。
【００１５】
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複数の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、このようなものとしては、例えばモータ（サーボモータやステッピングモータなど）を用いるとともに、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ることが挙げられる。
【００１６】
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。またＺ方向移動手段５には、図示は省略するが、Ｚ軸移動ベース５ｃを移動させるための駆動手段（上述したＸ、Ｙ方向移動手段４と同様に、モータとボールねじを用いた機構など）を備えている。
【００１７】
ヘッド３は、Ｚ軸を周回するγ方向に切断刃Ｓを回転可能なγ方向回転手段６と、Ｙ軸を周回するβ方向に切断刃Ｓを回転可能なβ方向回転手段７と、Ｘ軸を周回するα方向に切断刃Ｓを回転可能なα方向回転手段８を備えている。またα方向回転手段８には、切断刃Ｓを保持するホルダー９が設けられている。
【００１８】
γ方向回転手段６は、中心軸がＺ軸方向に指向する円柱状の軸部６ａと、軸部６ａに連結するとともに正面視で下方を開放したコ字状の本体部６ｂを備えている。またγ方向回転手段６は、図示は省略するが、Ｚ軸移動ベース５ｃに対して軸部６ａを回転可能に支持する機構（例えばベアリング）や、軸部６ａを所定の角度で回転させるための機構（例えばサーボモータやステッピングモータ、プーリ、タイミングベルト等）も備えている。
【００１９】
β方向回転手段７は、中心軸がＹ軸方向に指向する円柱状の軸部７ａと、軸部７ａに連結するとともに側面視で下方を開放したコ字状の本体部７ｂを備えている。図示は省略するが、β方向回転手段７は、本体部６ｂに対して軸部７ａを回転可能に支持する機構（ベアリングなど）の他、軸部８ａを所定の角度で回転させるための機構（サーボモータやステッピングモータ、プーリ、タイミングベルト等）を備えている。
【００２０】
そしてα方向回転手段８は、中心軸がＸ軸方向に指向する円柱状の軸部８ａと、軸部８ａに連結するとともに下方に向けて延在する本体部８ｂを備えている。α方向回転手段８も、上述したγ方向回転手段６やβ方向回転手段７と同様に、本体部７ｂに対して軸部８ａを回転可能に支持する機構や、軸部８ａを所定の角度で回転させるための機構を備えている。
【００２１】
ホルダー９は、本体部８ｂの下方に設けられている。なお詳細な説明は省略するが、ホルダー９には切断刃Ｓを着脱可能に保持する締結機構が設けられていて、任意の切断刃Ｓに取り換えることが可能である。
【００２２】
切断刃Ｓは、図４に示すように平刃状になるものであり、上端部がホルダー９に保持されている。ここで切断刃Ｓの下端部を切先Ｓ１と称し、平坦状に延在する面を延在面Ｓ２と称する。また延在面Ｓ２の側縁部には、加工材Ｗを切断する刃先Ｓ３が設けられている。なお図示した切断刃Ｓは、刃先Ｓ３の長さが比較的長い片刃のものであるが、刃先Ｓ３の長さが短い切断刃を使用してもよいし、刃先が延在面の両側縁部に設けられた両刃の切断刃を使用してもよい。また切断刃Ｓは、ホルダー９に対して所定の向きで取り付けられるように構成されている。本実施形態の切断刃Ｓは、図２、図３に示す状態において、切断刃Ｓの長手方向がＺ軸方向に指向し、切断刃Ｓの幅方向がＹ軸方向に指向し、切断刃の厚み方向がＸ軸方向に指向する姿勢でホルダー９に取り付けられる。
【００２３】
なお図示は省略するが、ヘッド３には、切断時において切断刃Ｓを長手方向に振動させる振動手段と、切断時において加工材Ｗを上方から押える押圧手段が設けられている。
【００２４】
またカッティング装置１は、上述したＸ、Ｙ方向移動手段４、Ｚ方向移動手段５、γ方向回転手段６、β方向回転手段７、α方向回転手段８、及び振動手段を制御するものとして、不図示のコントロール基板を備えている。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、γ方向回転手段６、β方向回転手段７、α方向回転手段８、及び振動手段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。
【００２５】
このような構成になるカッティング装置１によれば、加工材Ｗに対して、図５に示すような中心軸ＯがＺ軸に対して傾いた円形の穴を形成することが可能である。ここで図示した穴は、中心軸Ｏがβ方向に−３０°回転したものであり（α方向へは回転していない）、穴の半径はｒであるとする。従ってこの穴は、図６における＋Ｚからの平面図に示すように、平面視においては、Ｘ方向がＹ方向よりも長くなる楕円となるものである。なおＹ方向における楕円の半短軸はｒであり、Ｘ方向における半長軸は約１．１５×ｒである。
【００２６】
図５に示す穴を形成するにあたっては、β方向回転手段７を駆動させて、図５に示すように切断刃Ｓをβ方向に−３０°回転させてＺ軸に対して傾ける。そして振動手段を駆動させて切断刃Ｓを長手方向に振動させつつ、Ｘ、Ｙ方向移動手段４、及びＺ方向移動手段５を駆動させて、図６に示すように、切断刃Ｓを形成する穴の内周面に沿って（円筒状をなす穴の母線に沿って）移動させて、切先Ｓ１が加工材Ｗの下面に達するまで切断刃Ｓを侵入させる。なお本実施形態では、図６に示すように、平面視における楕円の半長軸側に切断刃Ｓを侵入させるものとする。またこのときのα方向回転手段８、β方向回転手段７、γ方向回転手段６による切断刃Ｓの回転量は、α＝０°、β＝−３０°、γ＝０°であるとする。
【００２７】
次いで、Ｘ、Ｙ方向移動手段４を駆動させて切断刃Ｓを前進させ、加工材Ｗを円形に切断する。図７は、穴の内周面を１／４形成した状態を示している。本実施形態では、Ｘ、Ｙ方向移動手段４を駆動させることによって、平面視において楕円を描くように切断刃Ｓを前進させる。またこの際にはγ方向回転手段６も駆動させて、切断刃Ｓが楕円に沿うようにして（切断刃Ｓの延在面Ｓ２が楕円の接線方向を指向するようにして）前進させるものとする。なお、本実施形態では切断刃Ｓを前進させる際にＺ方向移動手段５も駆動させていて、切断中は、切断刃Ｓの切先Ｓ１が加工材Ｗの下面からわずかに突き出す程度に切断刃Ｓを上下方向に移動させている。
【００２８】
ところで、図６に示す位置から図７に示す位置まで切断刃Ｓを穴の内周面に沿うように動かすには、切断刃Ｓをγ方向に０°から＋９０°まで回転させるとともに、α方向に０°から＋３０°まで傾ける必要があり、またβ方向に−３０°から０°まで傾ける必要がある。すなわち、従来のカッティング装置では、切断刃Ｓをβ方向に傾けることはできるもののα方向に傾けることができないため、このような中心軸ＯがＺ軸に対して傾く円筒状の穴の内周面に沿うように、切断刃Ｓを動かすことはできなかった。一方、本実施形態のカッティング機構は、α方向回転手段８とβ方向回転手段７を駆動させることによって、切断刃Ｓをα方向及びβ方向にも傾けることができる。従って、切断刃Ｓを図６に示す状態から図７に示す状態まで前進させる際は、α方向及びβ方向にも切断刃Ｓを傾けて穴の内周面に沿うように動かすことによって、円形となる穴を意図した通りの形で形成することができる。
【００２９】
その後は切断刃Ｓを、図８に示す位置まで平面視で楕円を描くように前進させて、穴の内周面を１／２形成する。図７に示す位置から図８に示す位置までの間は、切断刃Ｓを、γ方向に＋９０°から＋１８０°まで回転させ、α方向に＋３０°から０°まで傾け、β方向に０°から＋３０°まで傾ける。
【００３０】
更に、平面視で楕円を描くように図８に示す位置から図９に示す位置まで切断刃Ｓを前進させることにより、穴の内周面を３／４形成することができる。この間は切断刃Ｓを、γ方向に＋１８０°から＋２７０°まで回転させ、α方向に０°から−３０°まで傾け、β方向に＋３０°から０°まで傾けるものとする。
【００３１】
そして、図９に示す位置から図６に示す位置まで切断刃Ｓを更に前進させることにより、意図した穴を形成することができる。この間では切断刃Ｓを、γ方向に＋２７０°から＋３６０°まで回転させ、α方向に−３０°から０°まで傾け、β方向に０°から−３０°まで傾ける。その結果、中心軸ＯがＺ軸に対して３０°傾いた円形の穴を加工材Ｗに形成することができる。
【００３２】
以上、本発明に従うカッティング装置及びその制御方法について説明したが本発明はこれまでに述べた実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に従う範疇で種々の変更を加えたものも含まれる。例えば本発明に従うカッティング装置の制御方法で形成可能なものは、上述したように中心軸がＺ軸に対して傾く円筒状の穴に限られず、例えば中心軸がＺ軸に対して傾く円錐状の穴も形成することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１：カッティング装置
２：ベース
２ａ：載置面
３：ヘッド
４：Ｘ、Ｙ方向移動手段
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
５ａ：Ｚ軸レール
５ｂ：Ｚ軸ナット
５ｃ：Ｚ軸移動ベース
６：γ方向回転手段
６ａ：軸部
６ｂ：本体部
７：β方向回転手段
７ａ：軸部
７ｂ：本体部
８：α方向回転手段
８ａ：軸部
８ｂ：本体部
９：ホルダー
Ｓ：切断刃
Ｓ１：切先
Ｓ２：延在面
Ｓ３：刃先
Ｗ：加工材
【図１】
2020199577.tif 000003
【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】
2020199577.tif 000009
【図８】
2020199577.tif 000010
【図９】
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