(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの開口を有する中空形状のワークの側面に溶断によって開口部を穿孔する溶断装置による穿孔方法において、
上記開口からワーク内にエアを供給するエア供給手段及び該エア供給手段を制御して上記ワーク内に導入するエアを調圧する孔明け工程制御ユニットと、切断線に沿って上記ワークを溶断して開口部を穿孔する溶断手段を有し、
上記エア供給手段は、上記ワーク内に供給されるエアが、比較的低圧に調圧されたエアと、比較的高圧に調圧されたエアとに切り換え可能であって、
上記孔明け工程制御ユニットからの信号によって、
上記比較的低圧に調圧されたエアをワーク内に供給しつつ上記溶断手段により穿孔動作し、かつ該穿孔動作終了直前に上記比較的高圧に調圧されたエアに切り換えてワーク内を加圧して上記開口部の穿孔に伴って発生するスクラップのワーク内への落ち込みを防止することを特徴とする溶断装置による穿孔方法。
【請求項２】
更に、ワークに形成された他の開口を有し、排気ダクトにより該開口からワーク内のエアを排出することを特徴とする請求項１に記載の溶断装置による穿孔方法。
【請求項３】
上記溶断手段は、プラズマ溶断手段或いはレーザ溶断手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の溶断装置による穿孔方法。
【請求項４】
少なくとも１つの開口を有する中空形状のワークの側面に溶断によって開口部を穿孔する溶断装置において、
上記開口からワーク内にエアを供給するエア供給手段と、
該エア供給手段を制御して、上記ワーク内に導入するエアを調圧する孔明け工程制御ユニットと、
切断線に沿って上記ワークを溶断して上記開口部を穿孔する溶断手段とを備え、
上記エア供給手段は、
上記ワーク内に供給するエアを、比較的低圧に調圧されたエアと、比較的高圧に調圧されたエアとに切り換えるエア切換手段を有し、
上記孔明け工程制御ユニットは、
上記比較的低圧に調圧されたエアをワーク内に供給しつつ上記溶断手段により穿孔動作し、かつ該穿孔動作終了直前に上記比較的高圧に調圧されたエアに切り換えてワーク内を加圧して上記開口部の穿孔に伴って発生するスクラップのワーク内への落ち込みを防止することを特徴とする溶断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ溶断装置やレーザ溶断装置等の溶断装置による穿孔方法及び溶断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車のフレームラダ等は、パイプ状の中空断面形状の部材を梯子状に互いに溶接結合して形成されている。このフレームラダは、仕様毎に形状等が異なり、複数の仕様に応じたフレームラダを製造する場合には、予め各仕様に応じた形状に加工された各部材を各仕様に従って結合して組立作製される。
【０００３】
しかし、仕様毎に異なる部材を要することから部材の種類が増加し、その加工や管理及び組立作業が煩雑になり、効率的なフレームラダの製造に影響を及ぼす要因となる。この対策として、仕様の相違にかかわらず共通形状の部材を組み立てて共通のフレームラダ組立体を予め作製し、しかる後、各仕様の補機類等に応じた開口部を穿孔して各仕様のフレームラダを製造することがある。
【０００４】
このフレームラダ組立体のように、中空断面形状のワークに開口部を穿孔する穿孔作業は、例えば特開平８−１３２２４２号公報に開示されるように、ロボットのアーム先端にプラズマトーチを設け、予め設定された切断線に沿って移動するプラズマトーチからのプラズマ照射によって溶断加工することによって行われる。この溶断加工時に発生するドロスや切りくずが、ワークの内側面に付着したり、熱的影響によるワークの変形や変質等を回避するために、ワークの一端からエアをワーク内に吹き込み、ドロスや切りくずを排出すると共にワークを冷却している。
【０００５】
また、 開口部の穿孔によって発生したスクラップがワーク内に落下することがあり、このワーク内に落下したスクラップの排出を容易にするために、予め穿孔の際にスクラップを複数に分断している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平８−１３２２４２号公報によると、エアをワーク内に吹き込むとによって、ドロスや切りくずが吹き飛ばされてワーク内側面に付着するドロスや切りくずが抑制でき、かつワークを熱的影響から回避することができる。
【０００７】
しかし、フレームラダ等のように長尺でかつ湾曲部や屈曲部を有するワーク内に落下したスクラップを除去する際には、その除去作業の安全を確保するために溶断装置のロボットの作動範囲外において、ワークの温度が十分に下がった後にワークを傾けたり、或いは専用工具を使用して取り出すことから、その作業は厄介で多くの工数を要する。また、湾曲部や屈曲部が多く複雑なワーク形状の場合には、専用工具の使用ができないこともある。
【０００８】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、中空断面形状のワークに開口部を穿孔する際に発生するスクラップのワーク内落下が未然に防止できる溶断装置による穿孔方法及び溶断装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に記載の溶断装置による穿孔方法の発明は、少なくとも１つの開口を有する中空形状のワークの側面に溶断によって開口部を穿孔する溶断装置による穿孔方法において、上記開口からワーク内にエアを供給するエア供給手段及び該エア供給手段を制御して上記ワーク内に導入するエアを調圧する孔明け工程制御ユニットと、切断線に沿って上記ワークを溶断して開口部を穿孔する溶断手段を有し、上記エア供給手段は、上記ワーク内に供給されるエアが、比較的低圧に調圧されたエアと、比較的高圧に調圧されたエアとに切り換え可能であって、上記孔明け工程制御ユニットからの信号によって、上記比較的低圧に調圧されたエアをワーク内に供給しつつ上記溶断手段により穿孔動作し、かつ該穿孔動作終了直前に上記比較的高圧に調圧されたエアに切り換えてワーク内を加圧して上記開口部の穿孔に伴って発生するスクラップのワーク内への落ち込みを防止することを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明によると、比較的低圧に調圧されたエアをワーク内に供給しつつ溶断手段による開口部の穿孔動作を行うことによって、溶断によって発生するドロスや切りくず等がワークの内側面に付着するのが回避でき、かつワークが冷却されて開口部周囲の防錆油等の灼けや変形及び変質等の熱的影響が回避されると共に、開口部の穿孔終了直前に、エア供給手段からワーク内にエアを供給してワーク内を加圧することによって、ワークから分断されたスクラップがワーク内に落ち込む不具合が未然に回避でき、ワーク内からスクラップを除去する厄介なスクラップ除去作業が不要になり、穿孔作業の簡素化及び効率化が得られる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１の溶断装置による穿孔方法において、更に、ワークに形成された他の開口を有し、排気ダクトにより該開口からワーク内のエアを排出することを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明によると、排気ダクト内のエアを排気ダクトにより排出することから、エア供給手段によって供給されたエアが、ワーク内を円滑に流れ、請求項１及び請求項２の発明の効果がより有効的に達成できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の溶断装置による穿孔方法において、上記溶断手段は、プラズマ溶断手段或いはレーザ溶断手段であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、溶断手段をより具体的に限定したものであって、比較的良好な切断面が得られるプラズマ溶断手段或いはレーザ溶断手段により、より良好な開口部の穿孔が得られる。
【００１７】
上記目的を達成する請求項４に記載の溶断装置の発明は、少なくとも１つの開口を有する中空形状のワークの側面に溶断によって開口部を穿孔する溶断装置において、上記開口からワーク内にエアを供給するエア供給手段と、該エア供給手段を制御して、上記ワーク内に導入するエアを調圧する孔明け工程制御ユニットと、切断線に沿って上記ワークを溶断して上記開口部を穿孔する溶断手段とを備え、上記エア供給手段は、上記ワーク内に供給するエアを、比較的低圧に調圧されたエアと、比較的高圧に調圧されたエアとに切り換えるエア切換手段を有し、上記孔明け工程制御ユニットは、上記比較的低圧に調圧されたエアをワーク内に供給しつつ上記溶断手段により穿孔動作し、かつ該穿孔動作終了直前に上記比較的高圧に調圧されたエアに切り換えてワーク内を加圧して上記開口部の穿孔に伴って発生するスクラップのワーク内への落ち込みを防止することを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明によると、エア供給手段によって、比較的低圧に調圧されたエアをワーク内に供給しつつ溶断手段により開口部の穿孔動作を行うことによって、溶断によって発生するドロスや切りくず等がワークの内側面へ付着するのが回避でき、かつワークが冷却されて開口部周囲の防錆油等の灼けや変形及び変質等の熱的影響を回避することができると共に、溶断手段による開口部の穿孔動作終了直前にワーク内にエアを供給することによって、ワークから分断されたスクラップがワーク内に落ち込む不具合が未然に回避でき、ワーク内からスクラップを除去する厄介な作業が不要になり、穿孔作業の簡素化及び効率化が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における溶断装置による穿孔方法及び溶断装置の実施の形態を、ワークが両端が開放された角パイプ形状である場合を例に図によって説明する。
【００２２】
図１は、溶断装置１の平面説明図であり、図２はその側面図である。符号１０は、ベースであって、ベース１０上にその長手方向に沿ってワークＷを所定位置にクランプ及びアンクランプする複数のクランプ装置１１が設けられている。各クランプ装置１１は、ベース１０に設けられた受駒１１ａと、この受駒１１ａと協働してワークＷをクランプする規制駒１１ｂと、規制駒１１ｂをクランプ位置とアンクランプ位置との間で移動させるエアシリンダ１１ｃによって構成されている。
【００２３】
各クランプ装置１１間には、リフタ１２が設けられている。リフタ１２はシリンダによって昇降するローラ１２ａを有し、ローラ１２ａの上昇によって搬入されて来たワークＷを搬入装置（図示せず）から受け取り、下降することによってワークＷをクランプ装置１１の受駒１１ａ上に載置する。また、再び上昇するローラ１２ａによって加工が終了したワークＷを上昇させて搬出装置（図示せず）に受け渡すことによってワークＷを次の工程に搬出するように構成されている。
【００２４】
更に、ベース１０の一端には、図３に図２のＡ部拡大図を示すように、ブラケット１３によってワークＷの長手方向の位置を規制する位置規制装置１４が配設されている。位置規制装置１４は、エアシリンダ１４ａの伸縮によってワークＷの延在方向に沿って略水平に往復動するワークプッシャ１４ｂと、ワークプッシャ１４ｂ上に立設されてワークＷの一方の端部Ｗａに当接する規制駒１４ｃを有している。
【００２５】
規制駒１４ｃには、エア供給手段２０の吹出口２１が取り付けられ、エア供給源からエア供給回路２２を介して調圧されたエアをワークＷの端部Ｗａの開口からワークＷ内に吹き込むと共に、ワークＷの他方の端部Ｗｂ側の開口からワークＷ内をエアを排出する排気ダクト２９が設けられている。
【００２６】
エア供給回路２２は、図４に示すようにエア供給源２３から主弁２４を介して供給されるエアを、エア低圧回路２６及びエア高圧回路２７に切り換えるエア切換手段であるエア切換弁２５を有している。エア低圧回路２６は比較的低圧にエアを調圧する圧力調整弁２６ａ及び可変絞り弁２６ｂを介してシャトル弁２８に接続される一方、エア高圧回路２７は比較的高圧にエアを調圧する圧力調整弁２７ａ及び可変絞り弁２７ｂを介してシャトル弁２８に接続され、シャトル弁２８はエア低圧回路２６からのエア及びエア高圧回路２７からのエアを吹出口２１に供給するように構成されている。
【００２７】
よって、主弁２４を開放することによって導入されたエアは、エア切換弁２５によってエア低圧回路２６或いはエア高圧回路２７に切換導入され、エア低圧回路２６側に導入されたエアは圧力調整弁２６ａによって比較的低圧に調圧されてシャトル弁２８のエア高圧回路２７側を閉鎖すると共に、吹出口２１から比較的低圧に調圧されたエアがワークＷ内に吹き込まれる。一方、エア高圧回路２７側にエア切換弁２５からエアが導入されると、エアは圧力調整弁２７ａによって比較的高圧に調圧されてシャトル弁２８のエア高圧回路２６側を閉鎖すると共に、比較的高圧に調圧されたエアが吹出口２１からワークＷ内に吹き出しワークＷを加圧する。
【００２８】
これらクランプ装置１１、位置規制装置１４、エア供給手段２０の作動は孔明け工程制御ユニット３０により行われる。
【００２９】
ベース１０に近接して良好な切断面が得られるプラズマ溶断手段或いはレーザ溶断手段等の溶断手段、本実施の形態ではプラズマ溶断手段となるロボット３１が設置され、ロボット３１のアーム３２の先端３２ａにプラズマトーチ３３が保持されている。ロボット３１の旋回、回転、移動等の運動はロボット制御ユニット３５によって制御され、プラズマトーチ３２のプラズマ照射及び停止等はプラズマ制御ユニット３６によって作動制御される。
【００３０】
次に、溶断装置１の作動について説明する。
【００３１】
ワークＷが前の加工工程を終了し、搬入装置によって孔明け工程に搬送されて図２に二点鎖線で示すように溶断装置１の上方にワークＷが搬送されて来ると、孔明け工程制御ユニット３０からの信号によって、各リフタ１２のローラ１２ａが上昇して搬入装置からワークＷを受け取って保持する。次に各ローラ１２ａを下降させてローラ１２ａに保持されたワークＷを実線で示すように、各クランプ装置１１の受駒１１ａ上に載置して受け渡し、各ローラ１２ａはワークＷから離れて待機する。
【００３２】
ワークＷが受駒１１ａ上に載置されたことが確認されると、位置規制装置１４のエアシリンダ１４ａが作動してワークプッシャ１４ｂと規制駒１４ｃで、ワークＷの長手方向の位置が予め設定された正規位置になるようワークＷの端部Ｗａを押動して規定駒１４ｃによって位置規制する。長手方向の位置が決められると、各クランプ装置１１の規制駒１１ｂをエアシリンダ１１ｃにより作動させ、受駒１１ａと規制駒１１ｂによってワークＷを正規位置にクランプして固定する。
【００３３】
ワークＷがクランプ装置１１により正規位置に固定されると、孔明け工程制御ユニット３０からロボット３１の作動を制御するロボット制御ユニット３５に信号が送られ、待機位置からロボット３１が旋回して、アーム３２の先端３２ａに支持されたプラズマトーチ３３をワークＷの側面に予め設定された所定の穿孔開始位置ａにセットする（図５参照）。
【００３４】
ロボット３１の旋回を検知した孔明け工程制御ユニット３０は、エア供給手段２０のエア供給回路２２に配設された主弁２４を図４に示す閉鎖状態から開放状態に切り換え、エア供給源２３からのエアをエア切換弁２５からエア低圧回路２６に導入し、圧力調整弁２６ａによって比較的低圧に調圧してシャトル弁２８を介して吹出口２１からワークＷの端部ＷａからワークＷ内に吹き込むと共に、排気ダクト２９によってワークＷ内のエアを排出させてワークＷ内を比較的低圧のエアを流通させる。なお。この時エア低圧回路２６から供給されるエア圧によって図４に示すようにシャトル弁２８のエア高圧回路２７の端部は閉鎖される。
【００３５】
プラズマトーチ３３が穿孔開始位置ａにセットされ、かつエア供給手段２０の吹出口２１からのエア吹き出しが確認されると、孔明け工程制御ユニット３０からプラズマ制御ユニット３６に信号が送られ、プラズマトーチ３３からのプラズマ照射が開始される。
【００３６】
プラズマトーチ３３は、図５（ａ）に矢印で示すように、ロボット制御ユニット３５に予め記憶された穿孔すべき開口部Ｈの輪郭、即ち切断線ｈの位置及び形状等の切断データに基づくロボット３１のアーム３２の先端３２ａの動作によって、プラズマ照射が切断線ｈに沿って移動して開口部Ｈを穿孔するように動作する。穿孔動作が開口部Ｈの穿孔終了直前、即ちプラズマトーチ３３からのプラズマ照射位置が穿孔開始位置ａの近接位置であるエア切換位置ｂに達すると、孔明け工程制御ユニット３０からの信号によって、エア切換弁２５が切り換えられてエア低圧回路２６へのエア供給が停止し、エア高圧回路２７にエア供給源２３からのエアが導入され、比較的高圧に調圧されたエアが吹出口２１からワークＷ内に供給されてワークＷ内が加圧される。この開口部Ｈの穿孔の際のプラズマの照射位置、照射開始時間、照射強さはロボット制御ユニット３５との信号交換によってプラズマ制御ユニット３６によって行われる。
【００３７】
従って、開口部Ｈの穿孔加工が開始する前に、吹出口２１から比較的低圧のエアがワークＷ内に供給されると共に排気ダクト２９によってワークＷ内のエアが排出され、ワークＷの内部をエアが円滑に誘導されて流れており、プラズマ溶断によって発生するドロスや切りくずは、エアによって吹き飛ばされてワークＷの側内面への付着が回避できる。また、プラズマ溶断される周囲は吹き込まれて流動するエアにより裏面から冷やされ、開口部Ｈ周囲及び対向する壁面の防錆油等の灼けや変形及び変質等の熱的影響が回避される。また、エア供給量が比較的少なくプラズマ溶断への影響が回避され、良好に切断される。特に排気ダクト２９によりワークＷ内のエアを排出することによってワークＷに湾曲や折曲部等、或いは複雑な形状であってもワークＷ内のエアが円滑に誘導されて流れ、上記エアの供給による効果が確保できる。
【００３８】
一方、穿孔動作終了直前、即ちエア切換位置ｂに溶断位置が達し、開口部Ｈの穿孔によるスクラップＳがワークＷから分断される直前に、比較的高圧に調整されたエアに切り換えられて吹出口２１からワークＷ内に比較的高圧なエアが吹き付け供給されてワークＷ内が加圧され、その比較的高圧に調圧されたエアによりワークＷから分断されたスクラップＳが図５（ｂ）のように開口部ＨよりワークＷの外方に吹き出され、スクラップＳがワークＷ内に落ち込む不具合が有効的に回避される。
【００３９】
なお、エア供給手段２０による吹出口２１からの比較的低圧に調整されたエアの吹き出しから、比較的高圧に調整されたエア吹き出しへの切り換えタイミングは、ワークＷのサイズ、開口部Ｈの穿孔位置、冷却手段２０の配管長等の条件によって異なるが、例えば図６に実験結果を示すように、穿孔動作終了の前、例えばスクラップＳの分断の０．２秒前であるとプラズマ溶断に影響を与え、かつスクラップＳが未だ接続された状態でスクラップＳが押し出された変形状態でプラズマ溶断がなされ、良好な切断面が得られなかった。
【００４０】
一方、穿孔動作終了の０．１秒前に比較的高圧のエアに切り換えると、プラズマ溶断への影響が回避されて良好な切断面が得られ、かつスクラップＳがワークＷの外方に吹き出されてスクラップＳのワークＷ内への落ち込みが有効的に回避されることが確認された。
【００４１】
更に、穿孔動作終了時に同期してエアを切り換えると、分離されたスクラップＳがワークＷ内に落ち込むことがあることが確認された。同様に穿孔動作終了０．１秒後にエアを切り換えると、分離されたスクラップＳがワークＷ内への落ち込むことがあることが確認された。
【００４２】
開口部Ｈの穿孔が終了すると、孔明け工程制御ユニット３０からプラズマ制御ユニット３６に信号が送られ、プラズマトーチ３３からのプラズマ照射が停止され、ロボット３１を旋回して元の待機位置に戻り待機する。一方、エア供給手段２０の吹出口２１からのエア吹き出しを停止し、位置規制装置１４のエアシリンダ１４ａによりワークプッシャ１４ｂ及び規制駒１４ｃを後退させる。
【００４３】
更に、クランプ装置１１のエアシリンダ１１ｃにより規制駒１１ｂを作動させてワークＷをアンクランプし、しかる後、リフト１２のローラ１２ａを上昇させて受駒１１ａ上のワークＷを押し上げ、搬出装置に受け渡して次の工程に搬出し、ローラ１２ａを下降させて次のワークＷの開口部Ｈの穿孔作業に備える。
【００４４】
以上説明した本実施の形態によると、開口部Ｈの穿孔加工の開始に先行して、吹出口２１から比較的低圧のエアをワークＷ内に流動させることによって、プラズマ溶断によって発生するドロスや切りくず等は、エアによって吹き飛ばされてワークＷの内側面への付着が回避でき、かつ吹き込まれたエアによりワークＷが冷やされて熱的影響が回避されると共に、穿孔動作終了直前に、高圧に調整されたエアに切り換えて吹出口２１からワークＷ内に吹き付けることによって、ワークＷから分断されたスクラップＳがワークＷ内に落ち込む不具合が未然に回避されて厄介なスクラップＳの除去作業が不要になり、穿孔作業の簡素化及び効率化が得られる。
【００４５】
更に、従来のエア供給手段に代えて、ワークＷ内に比較的低圧に調圧したエア及び比較的高圧に調整したエアを切り換え供給する簡単なエア供給手段２０を設置することから、従来の溶断装置を大きく変更することなく、設置スペースが小さく、少ない設備投資によって有効的にスクラップＳのワークＷ内への落ち込みを未然に防止することができ、かつ消耗品がなくランニングコストが抑制されることと相俟って、中空閉断面形状のワークの穿孔作業の効率化に大きく貢献できる。
【００４６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば上記実施の形態では、プラズマ溶断手段により開口部を穿設したが、レーザ溶断手段を使用することも可能であり、また、他の溶断装置を使用することも可能である。更に、開口部を穿設するワークは、角パイプ形状に限らず他の筒形状、袋形状、箱形状等の他の中空断面形状を有するワークに開口部を穿孔することも可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の溶断装置による穿孔方法及び溶断装置によると、比較的低圧に調圧されたエアをワーク内に供給しつつ溶断手段により開口部の穿孔動作を行うことによって、溶断によって発生するドロスや切りくず等がワークの内側面へ付着するのが回避でき、かつ溶断手段による開口部の穿孔動作終了直前に、エア供給手段からワーク内にエアを供給してワーク内を加圧することによって、ワークから分断されたスクラップがワーク内に落ち込む不具合が未然に回避でき、ワークからスクラップを除去する厄介な作業が不要になり、穿孔作業の簡素化及び効率化が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶断装置による穿孔方法及び溶断装置の実施の形態を説明するプラズマ溶断加工装置の平面説明図である。
【図２】同じく、図１の側面図である。
【図３】同じく、図２のＡ部拡大図である。
【図４】同じく、プラズマ溶断装置のエア供給回路である。
【図５】同じく、プラズマ溶断装置による開口部の穿孔動作説明図であり、（ａ）は開口部穿孔前のワークを示し、（ｂ）は開口部穿孔直後の状態を示す説明図である。
【図６】同じく、エア切換タイミングの説明図である。
【符号の説明】
１        溶断装置
１０        ベース
１１        クランプ装置
１２        リフト
１４        位置規制装置
２０        エア供給手段
２１        吹出口
２２        エア供給回路
２３        エア供給源
２５        エア切換弁
２６        エア低圧回路
２６ａ      圧力調整弁
２７        エア高圧回路
２７ａ      圧力調整弁
２９        排気ダクト
３０        孔明け工程制御ユニット
３１        ロボット（溶断手段）
３３        プラズマトーチ
３５        ロボット制御ユニット
３６        プラズマ制御ユニット
Ｗ        ワーク
Ｈ        開口部
ｈ        切断線
Ｓ        スクラップ
ａ        穿孔開始位置
ｂ        エア切換位置
【図１】
0004860050.tif 000002
【図２】
0004860050.tif 000003
【図３】
0004860050.tif 000004
【図４】
0004860050.tif 000005
【図５】
0004860050.tif 000006
【図６】
0004860050.tif 000007