(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の駆動手段により上下往復動され載置台上に位置決め載置した被断裁物を断裁する断裁刃と、第２の駆動手段により上下往復動され前記載置台上に位置決め載置した被断裁物を押圧固定する押さえ板と、前記断裁刃および押さえ板の上下往復動を制御する制御装置とを具え、前記載置台上に位置決め載置した被断裁物を前記押さえ板で押圧固定して前記断裁刃で断裁してなる断裁装置において、前記第１および第２の駆動手段の駆動源をサーボモータとし、前記断裁刃および前記押さえ板の上限位置を前記被断裁物の厚みに応じた適正位置に設定してなることを特徴とする断裁装置。
【請求項２】
サーボモータと前記サーボモータを駆動するサーボアンプとの間に、異常を検出して作動する遮断手段を設置してなる請求項１に記載の断裁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断裁装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
紙、製本物あるいは樹脂や木材等のシート状材などの被断裁物を断裁する断裁装置はその一例を図８に示すように、被断裁物１を位置決め載置する載置台２と、断裁時に被断裁物１がずれないように該被断裁物１を載置台２へ押圧締め付ける押さえ板３と、押さえ板３で押圧した被断裁物１を切断する断裁刃４とにより主として構成されている。
【０００３】
この場合、押さえ板３はチェーン６を介して引張りばね５に連結され、また、単動油圧シリンダ８のピストンロッド８ａに連結され、押さえ板３は通常引張りばね５のばね力により載置台２の上方位置に保持され、断裁時油圧シリンダ８のピストンロッド８ａが駆動されて引張りばね５のばね力に抗して下降し、載置台２上の被断裁物１を押圧して締め付ける。断裁後は引張りばね５のばね力により載置台２の上方位置に復帰する。なお、７はチェーン６をガイドするスプロケットである。
【０００４】
断裁刃４は複動油圧シリンダ９のピストンロッド９ａに連結されていて、通常油圧シリンダ９により載置台２の上方位置に保持され、断裁時油圧シリンダ９のピストンロッド９ａが下降駆動されて載置台２上の被断裁物１を断裁する。断裁後は油圧シリンダ９のピストンロッド９ａが上昇駆動されて載置台２の上方位置に復帰保持される。
【０００５】
このように構成された断裁装置は、押さえ板３を駆動する油圧シリンダ８および断裁刃４を駆動する油圧シリンダ９のそれぞれを駆動するための信号を発生する図示しない制御装置が具えられ、この制御装置には油圧シリンダ８の駆動と油圧シリンダ９の駆動との間の時間を設定するタイマーが具えられている。すなわち、タイマーに設定した時間断裁刃４の駆動開始は押さえ板３の駆動開始よりも遅くし、押さえ板３により被断裁物１を確実に押さえた状態で断裁するように制御している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の断裁装置は断裁刃および押さえ板の駆動を油圧シリンダで行なっている。ところで断裁には大きなエネルギーが必要であり、このような油圧を利用した断裁装置では、断裁時に素早くこの大きなエネルギーを得るためには、油圧ポンプを常に回転しておく必要がある。そのために断裁を行なわないときも電力の消費を必要とし、油圧ポンプの駆動による騒音も発生するという問題があり、また、油圧機器には殆どの場合鉱物性作動油が多量に使われ、環境汚染への影響も配慮しなければならないという問題がある。
【０００７】
また、断裁装置は、通常、断裁刃および押さえ板の上限位置（待期位置）が一定位置に決められており、断裁刃の刃先の下限位置も一定位置に決められ、断裁刃はこの上限位置と下限位置間を上下往復する構成とされている。そのために被断裁物の断裁する厚みが薄くなっても、断裁刃は厚みが厚い場合と同じ上限位置と下限位置間の距離を上下往復こととなり、断裁効率が悪いという問題がある。
【０００８】
さらに、断裁刃を交換したり断裁刃を研削した場合には、寸法が異なることとなり、この場合、断裁刃の刃先の位置がもとの位置になるように合わせなければならず、そのための作業が繁雑で手間がかかるという問題がある。
【０００９】
本発明は、これらの問題に対処するためになされたもので、消費エネルギーおよび騒音の発生ならびに環境汚染の恐れを低減し、断裁効率を高めさらには断裁刃の刃先の位置を容易に設定することを可能にした断裁装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の駆動手段により上下往復動され載置台上に位置決め載置した被断裁物を断裁する断裁刃と、第２の駆動手段により上下往復動され前記載置台上に位置決め載置した被断裁物を押圧固定する押さえ板と、前記断裁刃および押さえ板の上下往復動を制御する制御装置とを具え、前記載置台上に位置決め載置した被断裁物を前記押さえ板で押圧固定して前記断裁刃で断裁してなる断裁装置において、前記第１および第２の駆動手段の駆動源をサーボモータとし、前記断裁刃および前記押さえ板の上限位置を前記被断裁物の厚みに応じた適正位置に設定してなることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、断裁刃および押さえ板の両者の駆動にサーボモータを用いているので、サーボモータを用いた分、断裁作業時毎の駆動を行なうことができ、また、きめ細かな駆動制御を可能にし、これにより電力の消費の節減、余分な騒音の発生、さらには鉱物性作動油の使用がなくきわめてクリーンな断裁装置とすることが可能となる。また、断裁刃および押さえ板の上限位置を被断裁物の厚みに応じた適正位置に設定するので、それぞれの上限位置を起点にして断裁刃は上下動し、断裁刃および押さえ板の移動の無駄が省かれ、これにより断裁作業の効率化を図ることができる。
【００１２】
請求項２に係る本発明は、請求項１に係る本発明におけるサーボモータと前記サーボモータを駆動するサーボアンプとの間に、異常を検出して作動する遮断手段を設置してなることを特徴とする。
【００１３】
この特徴によれば、サーボアンプの寿命を延ばすことができ、サーボモータを用いた場合の長期にわたる安全性を確実に得ることができる。つまり断裁装置はその性質から安全回路の動作頻度が多く、一方サーボアンプはその電源のオン・オフを頻繁に行なうと寿命が低下するが、サーボモータとサーボアンプとの間に異常を検出して作動する遮断手段を設置することにより、サーボアンプの電源のオン・オフを低減できるので、サーボアンプの寿命を延ばすことが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る断裁装置の制御装置の断裁刃の制御部を示すブロック図、図２は本発明の実施の形態に係る断裁装置の駆動機構を示す斜視図、図３は図２に示す断裁刃の駆動機構を示す平面図、図４は断裁刃のガイドを一部断面で示す斜視図、図５は図２に示す押さえ板の駆動機構を示す平面図、図６は本発明の実施の形態に係る断裁装置の安全回路のブロック図、図７は本発明の実施の形態に係る断裁装置の位置制御回路のブロック図である。
【００２３】
まず、図２および図３において、１１は断裁刃、１２は断裁刃１１を保持する断裁刃ホルダー、１３は載置台２（図１参照）に、載置台２の表面と面一にされ断裁刃１１の刃先と対向する位置に設置されたプラスチックなどからなる断裁定木、１４は一端が断裁刃ホルダー１２の長手方向に対して回転自在に軸支されたねじ棒、１５はねじ棒１４と螺合するナット、１６はナット１５を回転自在に保持する軸受、１７は断裁刃１１の駆動源であるサーボモータ、１８はサーボモータ１７の回転をナット１５に伝達してナット１５を回転させるベルトである。軸受１６は図示しない機体に固定された支持金具２７に支持軸２８を介して断裁刃ホルダー１２の長手方向に対して回転自在に支持されている。
【００２４】
ねじ棒１４、軸受１６に回転自在に保持されたナット１５、ベルト１８およびサーボモータ１７からなる機構は、断裁刃１１を上下往復動させる駆動手段を構成し、サーボモータ１７の例えば時計方向の回転により、ナット１５を回転し、このナット１５に螺合しているねじ棒１４は上方に直線移動する。この移動により断裁刃１１は断裁刃ホルダー１２とともに上方に移動する。逆にサーボモータ１７が反時計方向に回転すると、ねじ棒１４は下方に直線移動する。この移動により断裁刃１１は断裁刃ホルダー１２とともに下方に移動する。この下方への移動により、載置台２上に位置決め載置した被断裁物１（図１参照）を断裁する。
【００２５】
断裁刃１１により被断裁物を断裁する場合、断裁を容易に行なうために断裁刃１１は斜め上方から斜め下方に移動し、かつ断裁刃１１の長手方向の先端部が被断裁物に先に到達し、その先端から順次後端に向けて被断裁物に到達するように断裁刃１１の刃先に長手方向に対して僅かに傾斜が付けられている。この斜めの移動をガイドするために断裁刃ホルダー１２の後面にガイド溝１２ａが形成され、このガイド溝１２ａに図示しない機体に固定された支持金具２９（図４参照）に回転自在に支持された滑子３０を嵌合させている。
【００２６】
また、軸受１５を支持金具２７に支持軸２８で回転自在に支持しているので、支持軸２８を支点にしてねじ棒１４は上下移動に伴い揺動でき、その斜め上下移動を滑らかに行なえる。なお、図２は断裁刃１１が下降位置にある場合を示し、図３は断裁刃１１が上昇位置にある場合を示している。また、サーボモータ１７を軸受１６に連結固定してもよい。
【００２７】
また、図２および図５において、１９および２０は押さえ板２１（図５参照、断裁刃１１の後面に接近して配置されている。）の駆動源であるサーボモータで１９は大出力用、２０は小出力用、２２はその長手方向中央部ｂで回転自在に図示しない機体に支持された押さえ板２１の駆動アーム、２３はねじ棒、２４は駆動アーム２２の支点ｂを中心とする回転を規制するストッパー、２５は一面が操作アーム２２の一端が当接する平坦面に形成され、ねじ棒２３に螺合したナット、２６はサーボモータ１９または２０の回転をねじ棒２３に伝達し、ねじ棒２３を回転させるベルト、３１は一端が押さえ板２１に連結され他端が駆動アーム２２の他端に連結されたリンクである。
【００２８】
サーボモータ１９および２０、ベルト２６、ねじ棒２３、ナット２５および駆動アーム２２からなる機構は、押さえ板２１を上下動させる駆動手段を構成し、サーボモータ１９または２０の例えば時計方向の回転により、ねじ棒２３を回転し、このねじ棒２３に螺合しているナット２５は上方に直線移動する。この移動により駆動アーム２２が支点ｂを中心にして押さえ板２１に連結されている側の端部を押し出すように回転し、この回転により押さえ板２１は下方に移動する。逆にサーボモータ１９または２０が反時計方向に回転すると、ナット２５は下方に直線移動する。この移動により押さえ板２１は上方に移動する。
【００２９】
押さえ板２１は下方への移動により、載置台２（図１参照）上に位置決め載置した被断裁物１（図１参照）を押圧する。この押圧は断裁時の断裁刃１１の応力により被断裁物１のずれをなくし、正確な断裁を行なうためのものであり、押さえ板２１は、断裁刃１１が被断裁物１に到達するよりも早く被断裁物１を押圧するタイミングで駆動するように制御装置により設定されている。なお、サーボモータを大出力用１９と小出力用２０の２つを選択して用いることにより、押さえ板２１の押圧力を被断裁物１の例えば厚みなどに応じて最適化、つまり例えば被断裁物１が２〜３枚の用紙で厚みが薄い場合には、大出力用のサーボモータ１９では必要以上の押圧力となり無駄が多く不適切であるが、これを小出力用のサーボモータ２０に切り換えることによってこの厚みに応じた適切な押圧力が得られる。
【００３０】
つぎに、図１において、４１は制御装置、４２は入力操作盤、４３は液晶などの表示装置、４４は断裁刃１１の刃先を検出（正確には刃先の通過を検出）する刃先検出器、１７ａはサーボモータ１７を駆動するサーボアンプ、４５はサーボモータ１７の回転方向を検出する回転方向検出器、４６は異常を検出したとき作動するコンタクター、４６ａはコンタクター４６の接点、５１はサーボモータ１７に流れる電流を検出する電流検出器、５２はエンコーダーである。なお、図示していないが断裁領域を検出するエリアセンサが設置されている。
【００３１】
制御装置４１は演算処理部４１ａ、記憶部４１ｂ、入出力部４１ｃおよびカウンター４１ｄを有し、各検出器４４、４５、５１、５２の信号および入力操作盤４２からの信号などを入力し、適宜演算処理してサーボアンプ１７ａに駆動・停止の指令信号を出力し、また表示装置４３に状態表示を行なうデータや入力項目の要求などを送出する。この項目に応じて入力操作盤４２から制御装置４１へ入力できるようにされている。
【００３２】
記憶部４１ｂには、断裁刃１１の上限位置（運転時の待期位置）を設定する上限位置設定領域４１ｅ、断裁刃１１の下限位置を設定する下限位置設定領域４１ｆ、サーボモータに流れる電流値を設定する電流値設定領域４１ｇ、刃先検出器の位置（載置台面からの距離）を設定する検出器位置設定領域４１ｈ、断裁回数を設定する断裁回数設定領域４１ｊが設けられている。
【００３３】
ところで、通常サーボモータの安全回路はサーボアンプの手前にスイッチが設けられ、危険の発生時サーボアンプの電源をオフするようにされている。しかし、サーボアンプの電源のオン・オフ頻度が１０回／日程度であれば問題はないが、それ以上の頻度でオン・オフするとサーボアンプの寿命が短くなるという問題があり、安全回路が頻繁に作動する断裁装置にはこのままこの安全回路を利用しても長期にわたり安定した動作が得られない。そこで、この実施の形態ではサーボモータ１７とサーボアンプ１７ａとの間に異常を検出したとき作動するコンタクター４６の接点４６ａを挿入している。この挿入によりサーボモータ１７を長期間にわたって信頼性の高い断裁装置を得ることができるようになった。
【００３４】
図６はその安全回路の詳細を示すもので、図６において、１７はサーボモータ、１７ａはサーボアンプ、４５は回転方向検出器、４６はコンタクター、４６ａはコンタクター４６の接点、４７はサーボモータ１７が断裁刃１１を上昇方向に駆動中附勢されるリレー、４７ａはリレー４７の接点、４８はオフディレイリレー、４８ａはオフディレイリレー４８の接点、４９は断裁装置を駆動する両手押しボタンリレーの接点（安全操作のために断裁装置を駆動するときは両手を使用するようにされており、両手押しボタンが設置されている。）、５０は断裁刃１１や押さえ板２１の下部の領域の状態（例えば手などが危険領域に侵入していないかなどの状態）を検出するエリアセンサである。
【００３５】
コンタクター４６は両手押しボタンリレーの接点４９とエリアセンサ５０がともに閉じていて安全であるとき、またはサーボモータ１７が断裁刃１１を上昇方向に駆動中であるときには附勢され、サーボモータ１７とサーボアンプ１７ａとの間に挿入したコンタクター４６の接点４６ａを閉じサーボモータ１７は駆動できるが、サーボモータ１７が断裁刃１１を下降方向に駆動中であるときには、両手押しボタンリレーの接点４９とエリアセンサ５０のいずれかが開となり、危険と判断したときオフディレイリレー４８の接点が開き、コンタクター４６の附勢は解除されコンタクター４６の接点４６ａを開きサーボモータ１７を停止し、安全を確保する。オフディレイリレー４８を用いたのは、サーボアンプ１７ａに停止の制御を加えた後に遮断するためである。
【００３６】
このように、異常を検出して遮断作動する接点をサーボモータ１７とサーボアンプ１７ａとの間に挿入することにより、サーボアンプ１７ａの電源を遮断することなく、頻繁に作動する安全回路を容易に構成することができ、サーボアンプ１７ａを保護することができる。なお、押さえ板２１を駆動する特に大出力用のサーボモータ１９に対しても同様に構成するとよい。
【００３７】
サーボモータ１７の位置制御回路は、基本的に図７に示すように構成されている。すなわち、通常のフィードバック位置制御（サーボモータの出力からフィードバックするセミフィードバック位置制御）と同様に目標値（例えば上限位置から下限位置までの距離）とエンコーダー５２からのフィードバック位置信号との偏差を求め、この偏差を比例増幅した速度信号でサーボモータ１７を制御する。この実施の形態では、入力操作盤４２を操作し、予め電流値設定領域４１ｇにサーボモータ１７の所望の電流値、たとえば断裁刃１１に掛かる負荷が大きい場合には小さい電流値に設定する。
【００３８】
そして、サーボモータ１７に流れる電流を電流検出器５１で検出し、その電流検出値と予め設定した電流値とを演算処理部４１ａで比較し、電流検出値が予め設定した電流値を越えるときサーボモータ１７の回転速度を制限する信号を出力する。この制御により断裁刃１１に掛かる負荷を軽減し、断裁刃１１の寿命を長くすることが可能になるだけでなく、被断裁物１の例えば厚みなどにかかわらず常に断裁面の仕上げの良いものが得られる。
【００３９】
また、サーボモータ１７を用いることにより、断裁刃１１の上限位置および下限位置を任意に簡単に設定することができるようになる。制御装置４１に設けた断裁刃１１の上限位置設定領域４１ｅおよび下限位置設定領域４１ｆは、これを行なうもので、いずれも入力操作盤４２から設定できるようにされている。上限位置設定領域４１ｅには、予め被断裁物１の断裁厚みを計測するなどして、その厚みが薄い場合には低く、厚い場合には高く載置台２の表面を規準にして設定する。これにより、断裁刃１１はその設定した上限位置を起点にして下降して被断裁物１を断裁し、その上限位置にもどって待機する。この設定により断裁刃１１の移動の無駄を省き断裁作業の効率化を図ることができる。なお、押さえ板２１を駆動するサーボモータ１９、２０に対しても同様に制御するものである。
【００４０】
下限位置設定領域４１ｆの設定は、断裁刃１１による断裁定木１３の切り込み深さ、つまり載置台２の表面を規準にして下降する距離を設定する。手動設定の場合、この設定は入力操作盤４２から設定する。これを設定すると断裁刃１１はその設定値まで下降し、断裁定木１３を切り込み、被断裁物１を良好に断裁する。しかし、断裁回数が多くなるに従い断裁定木１３が変形、断裁定木１３の凹みや切り込み口がＶ状に変形し、この設定値まで断裁定木１３を切り込んでも、良好な断裁が得られなくなる。この場合に入力操作盤４２から再設定値、例えば断裁定木１３より深く切り込む位置に入力設定するだけで簡単に良好な断裁状態に戻すことができる。
【００４１】
この場合、載置台１上の近傍位置（例えば載置台１の表面から２〜３ｍｍ）に断裁刃１１の刃先を検出する刃先検出器４４を設け、制御装置４１に断裁定木１３の表面から刃先検出器４４までの距離を検出器位置設定領域４１ｈに予め記憶させてき、刃先検出器４４の出力信号とサーボモータ１７のエンコーダ５２の信号とにより断裁刃１１の下限位置を求めて所望の下限位置を下限位置設定領域４１ｆに設定する。これにより断裁刃１１が再研削されて寸法の異なる断裁刃となっても、そのための断裁刃自体の高さを調整する手間を省くことが可能となる。なお、刃先検出器４４を通過したときから下限位置までの距離をエンコーダー５２の入力により計測し、またそれを表示するようにしている。
【００４２】
さらに、制御装置４１には、断裁回数を設定する断裁回数設定領域４１ｊが設けられており、予め良好な断裁が得られなくなる断裁回数を求めておき、その回数を入力操作盤４２から断裁回数設定領域４１ｊに設定しておく、断裁時、制御装置４１は断裁する毎にカウンター４１ｄでカウントし、このカウント値と断裁回数設定領域４１ｊに設定された断裁回数と演算処理部４１ａで比較し、カウント値が設定した断裁回数を越えると、下限位置設定領域４１ｆの設定を所定の値（例えば１ｍｍ程度より下降する値）に補正する。このようにすると、使用時、断裁回数がその設定値に達すると自動的に補正するので、その補正作業に要する作業手間を低減することができる。
【００４３】
なお、以上の実施の形態では、一方断裁する断裁装置について説明しているが三方断裁、例えば製本における天・地・小口の三方を行なう断裁装置においても同様に適用できる。また、断裁刃および押さえ板両者の駆動をサーボモータで駆動しているが、断裁刃およひ押さえ板のいずれか一方の駆動をサーボモータとしてもよく、実施の形態では制御装置の安全回路手段、上限位置の設定手段、下限位置の設定手段のすべてを備えるが、いずれか１つの手段または２つの手段を用いるようにしてもよい。なお、説明を省略したが、制御装置には押さえ板の動作を制御する制御手段および押さえ板を断裁刃よりも先に駆動して、押さえ板により被断裁物を確実に押さえた状態で断裁するように制御する制御手段を有するものであることは勿論である。
【００４４】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明によれば、断裁刃および押え板の両者の駆動にサーボモータを用いているので、サーボモータを用いた分、断裁作業時毎の駆動を行なうことができ電力の消費の節減、余分な騒音の発生および環境汚染の恐れの低減が図れ、また、きめ細かな動作制御を可能にし、断裁効率を高めさらにはメンテナンスの作業手間がかからず取り扱いやすい断裁装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る断裁装置の制御装置における断裁刃の制御部を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る断裁装置の駆動機構の斜視図である。
【図３】図２に示す断裁刃の駆動機構を示す平面図である。
【図４】図２、図３の断裁刃のガイドを一部断面で示す斜視図である。
【図５】図２に示す押さえ板の駆動機構を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る断裁装置の制御装置における安全回路のブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る制御装置の位置制御回路のブロック図である。
【図８】従来の断裁装置の平面図である。
【符号の説明】
１    被断裁物
２    載置台
１１  断裁刃
１２  断裁刃ホルダー
１３  断裁定木
１４  ねじ棒
１５  ナット
１６  軸受
１７  サーボモータ
１７ａ  サーボアンプ
１９、２０  サーボモータ
２１  押さえ板
２２  駆動アーム
２３  ねじ棒
２４  ストッパー
２５  ナット
２７  支持金具
２８  支持軸
３１  リンク
４１  制御装置
４１ａ  演算処理部
４１ｂ  記憶部
４１ｃ  入出力部
４１ｄ  カウンター
４１ｅ  上限位置設定領域
４１ｆ  下限位置設定領域
４１ｇ  電流値設定領域
４１ｈ  刃先検出器位置設定領域
４１ｊ  断裁回数設定領域
４２  入力操作盤
４３  表示装置
４４  刃先検出器
４５  回転方向検出器
４６  コンタクター
４６ａ  コンタクターの接点
４７  リレー
４７ａ  リレーの接点
４８  オフディレイリレー
４８ａ  オフディレイリレーの接点
４９  両手押しボタンリレーの接点
５０  エリアセンサ
５１  電流検出器
５２  エンコーダー
【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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【図８】
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