(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切断装置のキャリッジに取り付けられ、切断面に対する切断トーチのチルト角を制御する斜めヘッド取り付け具であって、
前記切断面に垂直な回転軸と、
軸方向の貫通路を有しており、前記回転軸に整列させられている内筒と、
前記内筒の周囲に同軸に配置され、前記回転軸を中心にして前記内筒に対して回転可能である円筒形の外筒と、
前記回転軸を中心にして前記内筒および前記外筒に対して回転可能である斜めアームと、
前記斜めアームによって保持され、前記回転軸と鋭角を形成するチルト軸を中心にして回転できるように前記斜めアームに取り付けられ、切断トーチを受け入れて保持するためのトーチクランプを備えているチルトアームと、
前記斜めアームへと接続され、前記斜めアームを、前記回転軸を中心にして回転させるべく動作することができる回転駆動モータと、
前記外筒を介して前記チルトアームへと接続され、前記チルトアームを、前記チルト軸を中心にして回転させるべく動作することができるチルト駆動モータと
を備える斜めヘッド取り付け具。
【請求項２】
前記チルト駆動モータが、前記外筒を、前記回転軸を中心にして回転させるように動作することができる請求項１に記載の取り付け具。
【請求項３】
前記チルト駆動モータが、前記回転軸を中心にして前記外筒と一緒に回転するように前記外筒に取り付けられたチルトタイミングプーリと、前記回転軸を中心にして前記外筒と一緒に回転するように前記外筒に取り付けられ、前記回転軸に沿って前記チルトタイミングプーリから離れているチルト駆動プーリと、前記チルト駆動モータと前記チルトタイミングプーリとの間に配置された第１のベルトと、前記チルト駆動プーリと前記チルトアームとの間に配置された第２のベルトとをさらに介して、前記チルトアームへと接続されている請求項２に記載の取り付け具。
【請求項４】
前記斜めアームが、前記チルトタイミングプーリと前記チルト駆動プーリとの間で前記外筒の周囲に配置されたスリーブ部と、前記スリーブ部から延びたアーム部とを備えている請求項３に記載の取り付け具。
【請求項５】
前記斜めアームによって支持され、前記第２のベルトよって係合される１対のアイドラプーリをさらに備える請求項３に記載の取り付け具。
【請求項６】
前記回転軸に沿った位置が前記回転軸を中心とする前記チルトタイミングプーリと前記回転タイミングプーリとの間の相対回転に応答して変化するセンサリングと、
前記回転軸に沿った固定の位置に配置され、前記センサリングと協働するセンサと
をさらに備える請求項３に記載の取り付け具。
【請求項７】
カムリングが、前記回転軸を中心にして前記回転タイミングプーリと一緒に回転するように前記回転タイミングプーリへと接続され、前記カムリングが、カム面を有しており、前記センサリングが、前記回転軸に平行に延びる複数のフォロワピンを備えており、前記複数のフォロワピンが、前記カムリングの前記カム面に係合して、前記回転軸に沿った前記センサリングの位置を変化させるように構成されている請求項６に記載の取り付け具。
【請求項８】
前記複数のフォロワピンが、前記チルトタイミングプーリのそれぞれの開口を摺動可能に通過している請求項７に記載の取り付け具。
【請求項９】
前記センサが、近接スイッチを備えている請求項６に記載の取り付け具。
【請求項１０】
前記回転軸を中心にして前記チルトタイミングプーリと一緒に回転するように前記チルトタイミングプーリに連結されたセンサターゲットと、
前記回転軸の周囲の固定の角度位置に配置され、前記センサターゲットと協働するセンサと
をさらに備える請求項３に記載の取り付け具。
【請求項１１】
前記センサが、近接スイッチを備えている請求項１０に記載の取り付け具。
【請求項１２】
切断装置のキャリッジへと取り付けられるように構成された縦取り付け板と、前記取り付け板から横方向に突き出した主支持部とをさらに備えており、前記トーチクランプが、前記主支持部から離れて前記主支持部の下方に位置し、前記回転駆動モータおよび前記チルト駆動モータが、前記主支持部の上方に位置している請求項１に記載の取り付け具。
【請求項１３】
切断装置のキャリッジへと取り付けられるように構成された縦取り付け板と、前記取り付け板から横方向に突き出した主支持部とをさらに備えており、前記トーチクランプが、前記主支持部から離れて前記主支持部の下方に位置し、前記センサが、前記主支持部の上または中に位置している請求項６に記載の取り付け具。
【請求項１４】
切断装置のキャリッジへと取り付けられるように構成された縦取り付け板と、前記取り付け板から横方向に突き出した主支持部とをさらに備えており、前記トーチクランプが、前記主支持部から離れて前記主支持部の下方に位置し、前記センサが前記主支持部の上または中に位置している請求項１０に記載の取り付け具。
【請求項１５】
トーチ軸を有する切断トーチの、切断面に対するチルト角を制御するための斜めヘッドシステムであって、
前記切断面に垂直な回転軸と、
前記回転軸を中心にして回転することができる斜めアームと、
前記斜めアームによって保持され、前記回転軸と鋭角を形成するチルト軸を中心にして回転できるように前記斜めアームに取り付けられ、切断トーチを受け入れて保持するためのトーチクランプを備えており、前記トーチクランプが切断トーチを前記回転軸に整列させて保持するチルトアームと、
前記斜めアームへと接続され、前記斜めアームを、前記回転軸を中心にして回転させるべく動作することができる回転駆動モータと、
前記チルトアームへと接続され、前記チルトアームを、前記チルト軸を中心にして回転させるべく動作することができるチルト駆動モータと、
前記回転駆動モータおよび前記チルト駆動モータの動作を指令するためのモータコントローラとを備えており、前記モータコントローラが、前記切断トーチの前記トーチ軸が前記回転軸と同一平面にあるように前記切断トーチの所望のチルト角を達成すべく前記回転駆動モータおよび前記チルト駆動モータのそれぞれのモータ駆動指令を計算するようにプログラムされている斜めヘッドシステム。
【請求項１６】
前記モータコントローラが、前記チルト軸と前記回転軸との間の角度関係に依存する２つの変換式だけを使用して前記それぞれのモータ駆動指令を計算するようにプログラムされている請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くには、プラズマアーク切断および／またはガス切断（ｏｘｙ  ｆｕｅｌ  ｃｕｔｔｉｎｇ）を実行するためのＣＮＣ装置に関する。本発明は、より詳しくは、斜め切断を実行するように切断トーチを位置調整して傾けるための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマは、電気を通す電離ガスであり、圧縮空気などの電気的に中性な気体へと電気などのエネルギーを加えることによって生成される。電極（ハフニウム）を通して電気を加えることによって、気体が不均衡になり、電気を通す。より多くの電気エネルギーを加えるほど、プラズマアークが高温になる。プラズマアーク切断装置は、アークを絞り、ノズルを有する切断トーチを通るように強いることによって、この強力なエネルギーを制御する。空気の圧力を高め、より高い電圧によってアークを強めることによって、アークがより高温になり、より厚い金属を攻撃して貫き、切りくずを吹き飛ばす能力が高くなる。プラズマアーク切断システムは、電源、プラズマ切断トーチ、圧縮空気、電力、ならびにチップおよび電極の供給を必要とする。プラズマアーク切断装置は、予熱を必要とすることなく、あらゆる導電性の金属を迅速かつ正確に切断することができ、熱の影響を被る領域が最小限で済む。プラズマは、厚さ２インチを超えるアルミニウム、ステンレス鋼、真ちゅう、および銅などの金属を切断することができ、エクスパンドメタルおよび積層された金属も切断することができる。
【０００３】
ガス切断においては、酸素／燃料ガスの火炎が、金属をその着火温度まで予熱し、強力な酸素ジェットが切断トーチを通って金属に向けられ、酸素と金属との間の化学反応を引き起こし、スラグとしても知られる酸化鉄を形成する。強力な酸素ジェットにより、スラグが切り口から取り除かれる。切断の品質、予熱時間、および厚さが、使用される燃料ガスの種類によって影響されうる。ガス切断は、最大３フィートまたはそれ以上の厚さの鉄系の軟鋼および低合金鋼に使用される。ガス切断システムは、燃料タンク、酸素タンク、および切断トーチを必要とする。ガス切断は、金属加工者がきわめて厚い金属を容易に切断することを可能にする。
【０００４】
切断の際に斜めの縁を形成するために、切断トーチを、金属の表面（切断面）に直交する鉛直な向きから、金属の表面に対して傾いた斜めの向きへと傾斜させなければならない。この目的のため、切断トーチを傾けることができる斜めヘッド取り付け具が使用されている。そのような斜めヘッド取り付け具は、典型的には、切断装置のキャリッジ（ｃａｒｒｉａｇｅ）に取り付けられる。ＣＮＣ切断装置の一般的な構成においては、キャリッジが、横方向のガントリに沿って端から端へと移動するように構成され、ガントリが、切断テーブルの長手方向に沿って移動するように構成される。斜めヘッド取り付け具は、切断の経路に沿って斜めの縁をもたらすために、キャリッジが切断対象の材料に対して移動するときに切断トーチの傾斜角度を制御できるようにする。また、斜めヘッド取り付け具は、トーチを切断プログラムによって指定されるとおりに向けるために、鉛直軸を中心とするトーチの回転を可能にする。
【０００５】
トーチがガス切断トーチである場合、酸素を供給するためのホース、ならびに予熱用の酸素および燃料ガスを供給するためのホースが接続される。トーチがプラズマ切断トーチである場合、プラズマガスを供給するためのホース、冷却水の供給および排出のためのホース、ならびに電気ケーブルが接続される。したがって、斜めヘッド取り付け具は、トーチへと接続されるさまざまな種類のホースおよび電気ケーブルを、たとえホースおよびケーブルが曲がったり、ねじれたりするときでも、トーチを滑らかに傾斜および回転させることができるやり方で受け入れなければならない。
【０００６】
また、斜めヘッド取り付け具は、さまざまな耐荷重のさまざまな切断装置およびキャリッジに取り付けることができるよう、可能な限り軽量であることが望ましい。
【０００７】
多くの従来からの斜めヘッド取り付け具は、回転に限界があり、さらには／あるいは回転の境界を横切って信号を伝えるための電気スリップリングの摩耗および切断作業への近接に起因する他の構成要素の故障に関連して、保守コストが高く、装置の非稼働時間が長い。
【０００８】
米国特許第６，２０１，２０７号明細書が、従来技術の斜めヘッド取り付け具を開示している。この斜めヘッド取り付け具は、トーチを収容するトーチホルダを傾けるために、モータによって駆動される三次元の平行四辺形リンクを使用している。リンクの全体を、別のモータによって鉛直軸を中心にして回転させることができる。ここに開示の斜めヘッド取り付け具は、おおむね満足できるものであるが、望まれるほどには軽量でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，２０１，２０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、切断装置のキャリッジに取り付けられ、切断面に対する切断トーチのチルト角を制御する斜めヘッド取り付け具であって、小型かつ軽量であり、制限のないヘッドの回転を可能にし、電子スリップリングの使用を避け、影響されやすい電子要素を切断トーチから遠くに位置させる斜めヘッド取り付け具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明を具現化する斜めヘッド取り付け具は、切断面に垂直な回転軸と、前記回転軸上に同軸に整列させられ、前記回転軸を中心にして外筒が内筒に対して回転可能であるように取り付けられた内筒および外筒と、前記回転軸を中心にして前記内筒および前記外筒に対して回転可能である斜めアームと、前記斜めアームによって保持されたチルトアームとを備える。チルトアームは、前記回転軸と鋭角を形成するチルト軸を中心にして回転できるように前記斜めアームに取り付けられ、切断トーチを受け入れて保持するためのトーチクランプを備えている。この斜めヘッド取り付け具が、前記斜めアームを、前記回転軸を中心にして回転させるべく動作することができる回転駆動モータと、前記チルトアームを、前記チルト軸を中心にして回転させるべく動作することができるチルト駆動モータとをさらに備える。チルト駆動モータは、前記外筒を介して前記チルトアームへと接続される。
【００１２】
本発明の一実施形態においては、前記チルト駆動モータが、前記外筒を、前記回転軸を中心にして回転させるように動作することができ、前記回転軸を中心にして前記外筒と一緒に回転するように前記外筒に取り付けられたチルトタイミングプーリ、前記回転軸を中心にして前記外筒と一緒に回転するように前記外筒に取り付けられ、前記回転軸に沿って前記チルトタイミングプーリから離れているチルト駆動プーリ、前記チルト駆動モータと前記チルトタイミングプーリとの間に配置された第１のベルト、および前記チルト駆動プーリと前記チルトアームとの間に配置された第２のベルトをさらに介して、前記チルトアームへと接続される。固定のチルトセンサおよび軸方向に移動するセンサリングが、傾きの限界を検出するために設けられる。センサリングが、前記回転軸に沿ったセンサリングの位置が前記チルトタイミングプーリと前記回転タイミングプーリとの間の相対回転に応答して変化するよう、前記回転タイミングプーリに連結されたカムの起伏のある表面に係合する複数の従動ピンを備える。前記チルトセンサは、このセンサリングによって作動させられる近接スイッチであってよい。前記タイミングプーリの回転ホーム位置を確立するための回転センサシステムが、前記チルトタイミングプーリと一緒に回転するように前記チルトタイミングプーリに連結されたセンサターゲットと、前記回転軸の周囲の固定の角度位置に配置され、前記センサターゲットと協働するセンサとを備える。前記回転センサは、前記センサターゲットによって作動させられる近接スイッチであってよい。
【００１３】
前記回転駆動モータおよび前記チルト駆動モータを、前記チルト軸と前記回転軸との間の角度の関係に依存する２つの変換式だけを使用して計算されるモータ指令に従って同時に動作させることができる。この点に関し、本発明は、プログラマブルコントローラを含む斜めヘッドシステム、および切断面に対する切断トーチのチルト角を制御する方法を包含する。この方法は、大まかには、切断面に垂直な回転軸を定めるステップと、前記回転軸と鋭角を形成するチルト軸を定めるステップと、トーチ軸が前記回転軸と同一平面にあるように、切断トーチを前記回転軸および前記チルト軸を中心にして回転させ、前記切断トーチの所望のチルト角を達成するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明は、以下の図面を参照して詳しく後述される。
【図１】本発明の実施形態に従って形成された斜めヘッド取り付け具の全体的な概略の斜視図であり、斜めヘッドシステムを形成すべく取り付け具から離れて位置するコントローラへと接続される取り付け具が図示され、また、切断トーチを保持する取り付け具が図示されている。
【図１Ａ】切断トーチＴに関する角度の専門用語を説明する概略の直交図である。
【図２】本発明の別の実施形態に従って形成された斜めヘッド取り付け具の斜視図であり、切断トーチを保持する取り付け具が、図示されている。
【図３】図２に示した斜めヘッド取り付け具および切断トーチの分解側面図である。
【図４】図２に示した斜めヘッド取り付け具および切断トーチの正面図である。
【図５】図２に示した斜めヘッド取り付け具および切断トーチの底面図である。
【図６】図２に示した斜めヘッド取り付け具の回転アセンブリの要素を示す分解側面図である。
【図７】図６に示した回転アセンブリの正面図である。
【図８】図７の線Ａ−Ａにおおむね沿って得た回転アセンブリの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
最初に図面の図１を参照すると、本発明を具現化する斜めヘッド取り付け具が、全体として参照番号１０によって指し示されている。斜めヘッド取り付け具１０は、例えばプラズマアーク切断装置および／またはガス切断装置など、トーチを使用する形式のＣＮＣ切断装置（図示せず）のキャリッジへと取り付けることが可能である。斜めヘッド取り付け具１０は、切断トーチＴを受け入れ、切断トーチを切断すべき材料（被加工物）の表面Ｓに対して傾け、切断トーチＴを切断の平面Ｐ（被加工物の表面Ｓと同じであってよい）に対して垂直に延びる斜めヘッド取り付け具の回転軸１２を中心にして回転させ、切断トーチＴを上昇および下降させる（すなわち、切断トーチを切断面Ｓから遠ざけたり、切断面Ｓに近付けたりする）ように動作することができる。切断トーチＴは、切断トーチの向きを定めるトーチ軸ＴＡを備えている。
【００１６】
斜めヘッド取り付け具１０は、プラズマトーチ用リードＬが切断トーチＴへと通されるねじりに関して堅固な可撓導管Ｃを受け入れて案内する軸方向の通路１６が貫通している円筒形の内筒１４を備えている。内筒１４は、回転軸１２に整列させられ、上述の支持キャリッジに対して回転に関して固定されている。斜めヘッド取り付け具１０はまた、内筒１４の周囲に同軸に配置され、回転軸１２を中心にして内筒１４に対して回転可能である円筒形の外筒１８をさらに備えている。例えば、外筒１８の内径面を、内筒１４の外径面に取り付けられた回転軸受（図示せず）によって支持することができる。切断トーチＴ、導管Ｃ、およびリードＬは、本発明の斜めヘッド取り付け具１０の一部ではないが、斜めヘッド取り付け具１０に受け入れられ、斜めヘッド取り付け具１０と相互作用する。
【００１７】
斜めヘッド取り付け具１０は、内筒１４および外筒１８に対して回転軸１２を中心にして回転することができる斜めアーム２０をさらに備えている。斜めアーム２０は、外筒１８の周囲に同軸に配置されたスリーブ部２２と、スリーブ部２２から軸方向に延びたアーム部２４とを備えている。図１に示されるように、アーム部２４またはそのセグメントは、軸方向に加えて径方向にも延びてよい。斜めアーム２０を、回転軸１２を中心にして筒１４および１８とは別個独立に回転させることができるよう、スリーブ部２２の内径面を、外筒１８の外径面に取り付けられた回転軸受（図示せず）によって支持することができる。
【００１８】
取り付け具１０はまた、斜めアーム２０によって保持されたチルトアーム２６をさらに備えている。チルトアーム２６が、回転軸１２に平行でないチルト軸２８を中心にして回転するように斜めアーム２０に取り付けられている。例えば、チルトアーム２６は、スリーブ部２２から軸方向に離れた位置において斜めアーム２０のアーム部２４に取り付けられた１つ以上の回転軸受（図示せず）によって支持された円柱形の軸３０を備えることができる。チルトアーム２６は、切断トーチＴを受け入れて保持するためのトーチクランプ３２を備えている。チルト軸２８は、回転軸１２と鋭角αを形成するように回転軸１２と交わることができる。
【００１９】
回転駆動モータ３４が、斜めアーム２０を駆動して回転軸１２を中心にして回転させるために、斜めヘッド取り付け具１０の一部として設けられている。回転駆動モータ３４を、回転駆動モータ３４に取り付けられたギアボックス３５、ギアボックス３５に組み合わせられた出力プーリ３６、回転軸１２を中心にして斜めアーム２０と一緒に回転するように斜めアーム２０に取り付けられた回転タイミングプーリ３８、および出力プーリ３６からタイミングプーリ３８へと回転運動を伝えるように構成された滑りのないベルト４０によって、斜めアーム２０へと接続することができる。結果として、回転駆動モータ３４が、斜めアーム２０を、回転軸１２を中心にして回転させるように動作することができる。回転駆動モータ３４は、双方向であってよい。理解できるとおり、回転駆動モータ３４の回転の方向が、斜めアーム２０の回転の方向を決定する。
【００２０】
チルト駆動モータ４２が、チルトアーム２６を駆動してチルト軸２８を中心にして回転させるために、斜めヘッド取り付け具１０の一部として設けられる。チルト駆動モータ４２は、外筒１８によってチルトアーム２６へと接続される。図１に示した実施形態においては、チルトタイミングプーリ４４およびチルト駆動プーリ４６が、回転軸１２を中心にして外筒１８と一緒に回転するように外筒に堅固に取り付けられ、チルト駆動モータ４２に取り付けられたギアボックス４３に組み合わせられた出力プーリ４８が、滑りのないベルト５０によってチルトタイミングプーリ４４へと連結されている。このようにして、チルト駆動モータ４２からの回転運動が、外筒１８を介してチルト駆動プーリ４６へと伝えられる。図１に示されるとおり、斜めアーム２０のスリーブ部２２を、チルトタイミングプーリ４４とチルト駆動プーリ４６との間に配置することができる。チルト駆動プーリ４６が、チルトアーム２６に作用可能に接続されている。例えば、チルト駆動プーリ４６を、チルトアームの軸３０に同軸かつ堅固に取り付けられ、あるいはチルトアームの軸３０と一体に形成されるチルトアームプーリ５２へと、滑りのないベルト５４によって連結することができる。１組以上のアイドラプーリ５６を、ベルト５４の方向を案内するために、斜めアーム２０に設けることができる。結果として、チルト駆動モータ４２が、チルトアーム２６を、チルト軸２８を中心にして回転させるように動作可能である。チルト駆動モータ４２は、双方向であってよい。チルト駆動モータ４２の回転の方向が、チルトアーム２６の回転の方向を決定する。
【００２１】
切断トーチＴを、トーチ軸ＴＡを中心とする切断トーチとチルトアーム２６との間の回転運動を可能にするように、１つ以上の回転軸受５８によってトーチクランプ３２に支持することができる。この構成は、導管Ｃのねじりの荷重（ツイスト）を防止する。
【００２２】
斜めヘッド取り付け具１０は、チルト軸２８を中心とする回転限界を検出するためのチルトセンサシステムをさらに備えることができる。図１の実施形態においては、チルトセンサシステムが、チルトセンサリング６０、チルトセンサ６２、およびカムリング６４を備えている。カムリング６４が、回転軸１２を中心にして回転タイミングプーリ３８と一緒に回転するように回転タイミングプーリへと接続され、センサリング６０に面する起伏のあるカム面６６を有している。チルトセンサリング６０は、回転軸１２に平行に延び、カム面６６に係合するように配置されている複数のフォロワピン６８を備えている。フォロワピン６８は、チルトタイミングプーリ４４のそれぞれの開口を摺動可能に通過することができる。フォロワピン６８が係合するカム面６６の高さの変化ゆえに、回転軸１２に沿ったセンサリング６０の軸方向の位置が、回転軸１２を中心とするチルトタイミングプーリ４４と回転タイミングプーリ３８との間の相対回転に応答して変化する。チルトセンサ６２が、センサリング６０と協働するように回転軸に沿った固定の軸方向の位置に配置されている。チルトセンサ６２は、後述のＣＮＣコントローラ７０へと接続される近接スイッチ（例えば、誘導近接スイッチ）であってもよい。カム面６６は、所定のチルト角の限界（例えば、＋／−４５°）に達するときにモータを停止させるべくチルトセンサをトリップさせるために、センサリング６０がチルトセンサ６２に充分に近付くように構成される。このようにして、チルトセンサ６２が、所定のチルト角の限界に達したことを知らせる。チルトアーム２６を、最初に、センサリング６０が所定の回転限界においてチルトセンサ６２をトリップさせるまでチルト駆動モータ４２を作動させ、次いで、チルト角が０°になるように所定のチルト角限界だけ回転限界から離れて回転するように駆動モータに指令することによって、「ホーム」に戻す（すなわち、例えば図１に示されているように、トーチ軸ＴＡが回転軸１２に整列するようにチルトホーム位置に戻す）ことができる。チルトホーム位置により、回転タイミングプーリ３８に対するチルトタイミングプーリ４４のホーム位置が確立される。
【００２３】
図１の実施形態はまた、斜めヘッド取り付け具１０上の固定の目標に対するタイミングプーリ３８および４４の回転ホーム位置を確立するための回転センサシステムをさらに示している。図１に示した実施形態においては、回転センサシステムが、回転軸１２を中心にしてチルトタイミングプーリ４４と一緒に回転するようにチルトタイミングプーリに連結された回転センサターゲット７２と、回転センサターゲット７２と協働するように回転軸１２を中心とする固定の角度位置に配置された回転センサ７４とを備えている。回転センサ７４は、モータコントローラ７０へと接続される近接スイッチ（例えば、誘導近接スイッチ）であってよい。ひとたび先の段落で述べたようにチルトホーム位置が達成されると、回転のホーム位置が、回転センサターゲット７２がモータを停止させるべく回転ホーム位置において回転センサ７４をトリップさせるまで回転タイミングプーリ３８およびチルトタイミングプーリ４４が一致して回転するように回転駆動モータ３４およびチルト駆動モータ４２の両方を同時に動作させることによって達成される。
【００２４】
図１には示されていないが、斜めヘッド取り付け具１０を、ＣＮＣ切断装置のキャリッジに取り付けることができる。キャリッジを、横方向のガントリに沿って端から端へと移動するように構成でき、ガントリを、切断装置の切断テーブルの長手方向に沿って移動するように構成することができる。斜めヘッド取り付け具１０は、取り付け具１０の主支持部を、装置のキャリッジに固定して取り付けられるように構成された取り付け具１０の取り付けプレートに対して昇降させるためのリフト駆動アセンブリを備えることができる。この構造は、図１の概略図には示されていないが、別の実施形態に関する図２において見て取ることができる。
【００２５】
図１に概略的に示されているように、回転駆動モータ３４およびチルト駆動モータ４２は、回転駆動モータおよびチルト駆動モータの動作を指令するためのＣＮＣコントローラ７０へと接続される。モータコントローラ７０は、切断トーチの所望のチルト角θを達成すべく回転駆動モータ３４およびチルト駆動モータ４２のためのそれぞれのモータ駆動指令を計算するように、内部または外部のメモリに保存されたソフトウェア命令によってプログラムされる。所望のチルト角θは、ユーザインターフェイス（図示せず）を操作するユーザによってコントローラ７０へと入力され、あるいはサードパーティのソフトウェアアプリケーションによってＣＡＤファイルから自動的に生成されてコントローラ７０へとロードされる切断プログラムにおいて指定される。図１Ａは、回転軸１２、および回転軸１２に垂直な切断の平面Ｐとの関係におけるチルト角θを概略的に示している。モータ駆動指令は、切断トーチのトーチ軸ＴＡが指定されたチルト角において回転軸１２と同一平面に位置するように計算される。本発明によれば、モータコントローラ７０は、わずか２つの変換式を使用してそれぞれのモータ駆動指令を計算するようにプログラムされる。２つの変換式は、チルト軸２８と回転軸１２との間の角度関係、とくには回転軸１２とチルト軸２８との間の鋭角αに依存する。２つの変換式を、以下のように表わすことができ、
β＝ＩｎｖＣｏｓ（（（Ｃｏｓθ−１＋（ＣｏｓΦ）２））／（ＣｏｓΦ）２）
ω＝ＩｎｖＴａｎ（（ＳｉｎΦ−（ＳｉｎΦ×Ｃｏｓβ））／Ｓｉｎβ）
ここでβは、チルト軸２８を中心とする回転について指令された角度であり、ωは、回転軸１２を中心とする回転について指令された角度であり、θは、所望のチルト角であり、Φは、鋭角αの余角（すなわち、Φ＝９０°−α）である。例として、これに限られるわけではないが、チルト軸２８と回転軸１２とによって形成される鋭角αが６０°である場合、変換式を以下のように表わすことができる。
β＝ＩｎｖＣｏｓ（（Ｃｏｓθ−０．２５）／０．７５）
ω＝ＩｎｖＴａｎ（（０．５−（０．５×Ｃｏｓβ））／Ｓｉｎβ）
それぞれのモータ指令を、図１Ａに示されるように鉛直面においてトーチ軸ＴＡを回転軸１２と同一平面に保つために、同時に実行することができる。上述のこれらの変換式および指定されるチルト角θは、それぞれの駆動システムの各々のギアボックスおよびプーリの比を含んでいない。この実施形態における回転の際に、チルトタイミングプーリと回転タイミングプーリとの間の関係は１：１であるが、モータの関係は、ギアボックスおよびプーリの比に応じて異なってもよい。
【００２６】
好都合なことに、本発明は、チルト軸２８が切断トーチＴの先端の直下で回転軸１２と交わる構成をもたらす。この構成は、切断トーチを、わずか２つの回転軸を使用して一定の工具地点または焦点Ｆを中心にて傾斜および回転させることを可能にする。チルト軸２８が回転軸１２に垂直に配置され、切断トーチＴの先端の直下で回転軸１２と交わるならば、チルト軸３０およびチルトアーム２６が被加工物と干渉すると考えられる。従来技術の構成においては、チルト軸が回転軸に垂直に配置され、切断トーチの先端よりも上方に位置しているが、この構成では、トーチの先端が、チルト軸を中心とする傾斜の際に被加工物に対して平行移動させてしまう。そのような平行移動は容認できず、この平行移動を取り除くために、装置のキャリッジのＸ、Ｙ、およびＺ軸の運動についての追加の変換式が必要である。結果として、より複雑なソフトウェアプログラミングが必要になり、斜めの角度の精度が、本発明によってもたらされるわずか２軸ではなくて、５軸の運動の精度に依存することになる。
【００２７】
理解できるとおり、本発明は、切断面に対する切断トーチＴのチルト角θを制御するための方法であって、切断面に垂直な回転軸１２を定めるステップと、回転軸と鋭角αを形成するチルト軸２８を定めるステップと、トーチ軸ＴＡが回転軸と同一平面にあるように、切断トーチＴを回転軸１２およびチルト軸２８を中心にして回転させて、切断トーチの所望のチルト角を達成するステップとを含む方法を包含する。モータ３４および４２を、切断トーチが同時に回転軸およびチルト軸を中心にして回転させられるように、上記教示の変換式に従って同時に駆動することができる。これにより、トーチ軸ＴＡが、チルト角の調節の際に回転軸１２と同一平面に保たれる。
【００２８】
次に、本発明の別の実施形態に従って形成される斜めヘッド取り付け具１１０を、図２〜８を参照して説明する。取り付け具１１０は、図１の概念的に具現化された取り付け具１０に密接に対応する。したがって、対応する構造は、図１において用いた同じ参照番号によって指し示されている。図２、４、５、７、および８において、斜めアーム２０のアーム部２４の前部カバーは、分かり易くするために取り除かれている。
【００２９】
斜めヘッド取り付け具１１０は、装置のキャリッジ（図示せず）へと固定して取り付けられるように構成された縦取り付け板２と、取り付け板２から横方向に突き出した主支持部４とを備えている。主支持部４は、回転軸１２と平行に延びる１対の縦案内レール６に沿って取り付け板２に対して縦方向に移動するように取り付け板２に取り付けられている。斜めヘッド取り付け具１１０は、主支持部４へと取り付けられ、コントローラ７０（図１）によって指令される双方向のリフトモータ１１と、リフトモータ１１に組み合わせられたギアボックス１３と、取り付け板２に取り付けられた縦歯付きラック１７に噛合するように配置されたピニオンギア１５とを備えている。ピニオンギア１５が、ギアボックス１３を介して作用するリフトモータ１１によって駆動され、回転の方向に応じてラック１７に沿って上方または下方へと移動する。支持アーム４の縦方向の移動範囲を、主支持部４に設けられるリミットタブ２１と係合する上方および下方のリミットスイッチ１９を一方の案内レール６の付近に配置し、いずれかのリミットスイッチ１９のトリップ時にリフトモータ１１を停止させることによって定めることができる。
【００３０】
内筒１４が、固定具２３によって主支持部４へと取り付けられる。図８の断面図に最もよく見られるように、外筒１８が、内筒１４の外径面へと取り付けられる回転軸受２５によって内筒１４の周囲に回転可能に支持される。外筒１８の外径面へと取り付けられる別の１組の回転軸受２７が、斜めアーム２０が回転軸１２を中心にして内筒１４および外筒１８に対して別個独立に回転できるように、斜めアーム２０のスリーブ部２２を支持する。斜めアーム２０のアーム部２４が、スリーブ部２２から軸方向に延びており、アーム部２４の下側セグメントが、軸方向に加えて径方向にも延びるように傾けられている。回転タイミングプーリ３８が、回転軸１２を中心にして斜めアーム２０と一緒に回転するように斜めアーム２０へと取り付けられ、カムリング６４が、回転タイミングプーリ３８と一緒に回転するよう、回転タイミングプーリ３８の内側に入れ子にされて固定される。内側軸受２９および外側軸受３１がスリーブ部２２の下側に固定される。チルトアーム２６の軸３０が、チルトアーム２６を、チルト軸２８を中心にしてアーム部２４に対して回転させることができるよう、ジャーナル通路３３に保持された回転軸受（図示せず）によって斜めアーム２０のアーム部２４の斜めの下側セグメントに回転可能に支持される。図２〜８に示した実施形態においては、チルト軸２８が、回転軸１２と６０°の鋭角を形成するように交わる。
【００３１】
回転駆動モータ３４およびチルト駆動モータ４２ならびに関連のギアボックス３５および４３を、駆動モータが主支持部４の上方に位置して、切断トーチＴから安全に離れて保護されるよう、図２に示されるように主支持部４上に鉛直に取り付けることができる。駆動モータ１１、３２、および４２は、正確な運動制御のためのサーボモータであってよい。この実施形態においては、回転タイミングプーリ３８およびチルトタイミングプーリ４４が、歯付きのプーリの形態をとり、組み合わせられる滑りのないベルト４０および５０が、可撓性の歯付きベルトの形態をとる。チルト駆動プーリ４６が、外筒１８の下端へと取り付けられ、ケーブルプーリとして具現化されている。対応する様相で、滑りのないベルト５４は、正（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）の駆動特性を有するケーブルの形態である。本明細書において使用されるとき、「ベルト」という用語は、断面が平坦でも、あるいは円形でも、歯付きであっても、あるいは平滑であっても、エンドレス（閉じた輪）であっても、あるいはエンドレスでなくても、可撓性の伝達要素を含むように広く解釈されるべきである。２組のアイドラプーリ５６が、伝達ベルト５４を案内するために斜めアーム２０のアーム部２４に取り付けられる。
【００３２】
重要なことには、チルトセンサ６２および回転センサ７４を、切断トーチＴから遠い主支持部４上に位置させることができる。例えば、図２においては、チルトセンサ６２および回転センサ７４の各々が近接スイッチとして具現化され、そのような近接スイッチが、スイッチの一部が主支持部４の上方に視認可能に突き出すように主支持部４に取り付けられている。上述の配置においては、センサ６２および７４が、動作中の切断トーチＴから保護される。
【００３３】
取り付け板２、主支持部４、内筒１４、外筒１８、斜めアーム２０、チルトアーム２６、などといった斜めヘッド取り付け具１１０の構成要素を、強くて軽量な材料、例えばアルミニウムから製造することができる。斜めヘッド取り付け具１１０は、より軽量かつよりコンパクトな設計を具現化することで、取り付けられるツール取り付け具に関して比較的小さな重量しか許容しないトーチ切断装置を含むさまざまなトーチ切断装置における使用に適するものになる。
【００３４】
本発明は、電気スリップリングを使用することなく回転軸１２を中心とする無制限のヘッドの回転を有する一方で、サーボモータおよびセンサ部品を切断トーチから安全な距離に離して取り付けることができる斜めヘッド取り付け具を提供する。
【図１】
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【図１Ａ】
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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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【図８】
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