(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的の切断線に沿って移動する台車に設けたフレームと、一端部が前記フレームに対し全方向に回動可能に支持された複数の縦リンクを縦方向に配置すると共に該縦リンクを高さ方向の複数か所で横リンクによって接続して構成した立体平行リンクと、前記立体平行リンクを構成する縦リンクを傾斜させる傾斜部材と、前記傾斜部材を含み前記立体平行リンクを構成する縦リンクをフレームに対する支点を中心として傾斜角度を維持して傾斜方向を変化させる旋回部材と、前記立体平行リンクに取り付けられ縦リンクの傾斜方向の変化に伴って該縦リンクと平行に動作する切断トーチと、を有することを特徴とするトーチ角度設定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被切断材に対し開先を形成しつつ型切断を行なうような切断装置に用いて有利なトーチ角度設定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガス切断トーチやプラズマ切断トーチ等のトーチを用いて鋼板やステンレス鋼板等の被切断材から直線及び曲線を含む図形を切断する場合、トーチの移動経路が目的の図形の輪郭線となるように制御し、この移動過程でトーチを駆動して型切断することが行なわれている。型切断を行なう切断装置は、敷設されたレールに沿ってｙ軸方向に走行する走行台車と、この走行台車に搭載されてレールの敷設方向に対し直交する方向（ｘ軸方向）に横行し且つトーチを取り付けた横行台車とを有し、各台車の速度と方向を制御することでトーチの移動速度及び移動方向を制御し得るように構成されている。
【０００３】
走行台車及び横行台車の移動制御は、数値制御（ＮＣ）装置を用いる場合と、テンプレートの輪郭を光学的に倣う倣い装置を用いる場合とがある。特に、大型の切断装置では、切断すべき図形の形状に対応させた各台車の移動制御、及び切断工程の進行を含む切断プログラムの進行制御をＮＣ装置によって制御するＮＣ切断装置として構成されるのが一般的である。
【０００４】
被切断材から切断した製品が他の製品と溶接されるような場合、この製品の外周に開先を形成することがある。開先切断を実施する場合、トーチを目的の開先角度に対応させて傾斜させると共に該トーチの傾斜方向が常に切断の進行方向に対し法線方向に向くように制御することが必要である。従って、型切断では、切断の進行方向の変化に伴って傾斜させたトーチを旋回させることが必要となる。
【０００５】
このため、型切断装置では、トーチを所望の角度に設定し得るように構成したトーチブロックと、このトーチブロックを旋回させるトーチ旋回装置と、更にトーチブロックの旋回に伴ってトーチを自転させるトーチ自転装置等からなる開先切断装置を有しており、切断の進行に伴って、トーチの進行方向に対応させてトーチ旋回装置を制御することにより、製品の側面に目的の角度を持った開先を形成し得るように構成されている。
【０００６】
上記開先切断装置では、トーチが被切断材の表面に対し垂直な状態にあるとき該トーチの軸心はトーチ旋回装置の旋回軸心の延長線上にある。またトーチを傾斜させる際の回動中心はトーチの軸心の延長線上に設定され、トーチを傾斜させたとき、該トーチの軸心の延長線と旋回軸心の延長線との交点は被切断材の表面又は厚さ方向の所定位置にあるように調整される。
【０００７】
トーチとしてガス切断トーチを用いた場合、該トーチには切断酸素、予熱酸素、燃料ガスを供給するホースが接続され、プラズマ切断トーチを用いた場合、該トーチにはプラズマ用ガスを供給するホース、冷却水の供給及び排出用のホース、通電用ケーブルが接続される。このため、トーチとトーチ旋回装置との間に形成された空間には各種のホース類やケーブル類が存在することとなり、切断の進行方向に対応させてトーチブロックを旋回させたとき、ホース類やケーブル類の重量が抵抗となり、切断面にノッチを形成することもある。またホースやケーブルが巻きつくため、旋回角度の範囲が限定される。従って、トーチの旋回に伴ってホース類やケーブル類を円滑に捌くことを目的として、ガス流体や水を中継するためのロータリーチャンバーや、通電用のスリップリングが設けられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記トーチ旋回装置では、切断の進行方向に対し法線方向の面内に旋回軸心及びトーチの軸心が配置される。このため、旋回軸心上に各種のホース類やケーブル類が存在することとなり、これらを円滑に捌くことが困難になるという問題がある。特に、トーチに供給すべきガスや冷却水等の流体の数及び接続すべきケーブルの数に対応してトーチ旋回装置の構造が複雑になり、大型化してコストの上昇や保守点検が複雑化するといいう問題が生じている。
【０００９】
本発明の目的は、簡単な構造でホース類やケーブル類の捌きを円滑にしたトーチ角度設定装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係るトーチ角度設定装置は、目的の切断線に沿って移動する台車に設けたフレームと、一端部が前記フレームに対し全方向に回動可能に支持された複数の縦リンクを縦方向に配置すると共に該縦リンクを高さ方向の複数か所で横リンクによって接続して構成した立体平行リンクと、前記立体平行リンクを構成する縦リンクを傾斜させる傾斜部材と、前記傾斜部材を含み前記立体平行リンクを構成する縦リンクをフレームに対する支点を中心として傾斜角度を維持して傾斜方向を変化させる旋回部材と、前記立体平行リンクに取り付けられ縦リンクの傾斜方向の変化に伴って該縦リンクと平行に動作する切断トーチとを有して構成されるものである。
【００１１】
上記トーチ角度設定装置では、傾斜部材によって立体平行リンクを構成する縦リンクを目的の開先角度に対応させて傾斜させることによって、この縦リンクと平行に切断トーチを傾斜させることが出来る。また旋回部材によって立体平行リンクの縦リンクを旋回させることによって、この縦リンクと平行に切断トーチを旋回させることが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、上記トーチ角度設定装置の好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１は台車に搭載したトーチ角度設定装置の構成を説明する側面図である。図２はトーチ角度設定装置の正面図である。図３はトーチをｙ軸方向に傾斜させる際の作動状態を説明する図である。図４はトーチをｘ軸方向に傾斜させる際の作動状態を説明する図である。図５はトーチを傾斜させる原理の例を説明する図である。図６はトーチを傾斜させる原理の他の例を説明する図である。図７は縦リンクと横リンクまたはフレームとの関節部の構成を説明する図である。図８はトーチを旋回させる原理を説明する図である。図９は本発明に係るトーチ角度設定装置を搭載した切断装置の構成例を説明する図である。
【００１３】
本実施例に係るトーチ角度設定装置Ａは、縦方向に配置された４本の縦リンク１ａ〜１ｄと、枠状に形成されると共に縦リンク１ａ〜１ｄの上端部分及び中間部分に配置されて夫々縦リンク１ａ〜１ｄを回動可能に連結する２組の横リンク２ａ，２ｂと、によって構成された立体平行リンクを有し、傾斜部材３によって縦リンク１ａ〜１ｄを目的の開先角度に対応させて傾斜させると共に、旋回部材４によって切断方向に対応させて旋回させることで、縦リンク１ａ〜１ｄと平行に配置されたトーチ５を開先角度に一致させて設定し、且つ切断方向の変更に追従し得るように構成されている。
【００１４】
上記トーチ角度設定装置Ａは、例えば図９に示す数値制御型切断装置（ＮＣ切断装置）Ｂのような自動型切断装置に搭載されて用いられる。このＮＣ切断装置Ｂは、切断すべき切断線の数値データを入力し、この入力データと予め入力されている切断プログラムとに従ってトーチ５の移動方向や速度を制御することで、被切断材から目的の図形を切断し得るように構成されている。
【００１５】
ここでＮＣ切断装置Ｂの構成について概略的に説明する。図に於いて、ＮＣ切断装置Ｂは、平行に敷設された一対のレール11に走行可能に載置された走行台車12を有しており、該走行台車12のガーター12ａにはレール11に対し直交方向に横行する横行台車13が載置されている。また走行台車12は走行モーター12ｂに駆動されてレール11に沿って（ｙ方向）に走行し、横行台車13は横行モーター13ａに駆動されてガーター12ａに沿って（ｘ方向）に横行する。従って、横行台車13が目的の切断線に沿って移動する台車として構成される。
【００１６】
横行台車13にはトーチ上下装置14が設けられ、このトーチ上下装置14にトーチ角度設定装置Ａが設けられている。従って、走行モーター12ｂ及び横行モーター13ａを同時に駆動制御することで、走行台車12の走行と横行台車13の横行が合成され、これにより、トーチ角度設定装置Ａに取り付けたトーチ５を目的の方向に目的の速度で移動させることが可能である。
【００１７】
尚、図に於いて、15は操作盤であり、内部にＮＣ装置やトーチ角度設定装置Ａの制御部が格納されており、表面には切断すべき板材の情報や形状の情報、開先角度の情報を入力する入力部15ａ，ディスプレイ15ｂが設けられている。
【００１８】
次に、トーチ角度設定装置Ａの構成について図１〜図３により説明する。図１に示すように、トーチ角度設定装置Ａは、台車となる横行台車13に設けたトーチ上下装置14に取り付けられており、開先切断を開始するに当たって目的の開先角度に一致させてトーチ５を傾斜させると共に、開先切断の実施中には切断方向に対応させてトーチ５を旋回させ、更に、該トーチ５の被切断材の表面からの高さを予め設定された値に保持し得るように構成されている。
【００１９】
トーチ上下装置14を構成するベース14ａにはトーチ角度設定装置Ａを構成するフレーム21が固定されており、このフレーム21に縦方向に配置された４本の縦リンク１ａ〜１ｄが夫々回動可能に取り付けられている。前記４本の縦リンク１ａ〜１ｄの上端部、及び上端部とフレーム21との中間部（中心である必要はない）に夫々四角枠状に形成された横リンク２ａ，２ｂが配置され、これらの横リンク２ａ，２ｂと各縦リンク１ａ〜１ｄとの交点は図７に示すように軸受22及びピン23を介して回動可能に接合されている。
【００２０】
上記の如くして４本の縦リンク１ａ〜１ｄは、２本の横リンク２ａ，２ｂによって一体化した立体平行リンクが構成され、縦リンク１ａ〜１ｄの何れかに外部から力を付与することで、該縦リンク１ａ〜１ｄを同時に所望の方向に傾斜させることが可能である。
【００２１】
各縦リンク１ａ〜１ｄは夫々下端部がフレーム21に対し軸受22，ピン23を介して取り付けられており、傾斜部材３及び旋回部材４を駆動することで、縦リンク１ａ〜１ｄをフレーム21に対する支点（縦リンク１ａ〜１ｄの下端部）を中心として所望の方向に傾斜させることが可能である。
【００２２】
傾斜部材３は、縦リンク１ａ〜１ｄを支点を中心として傾斜させる機能を有するものであり、縦リンク１ａ〜１ｄの傾斜に伴ってトーチ５を傾斜させることが可能である。この傾斜部材３は、モーター24と、モーター24によって回動されるアーム25と、アーム25と回動可能に接続された軸26ａと該軸26ａを回転可能に支持する軸受部材26ｂとからなり且つ軸26ａを垂直方向に配置すると共に軸受部材26ｂを立体平行リンクを構成する横リンク２ａに取り付けた伝達部材26と、を有して構成されている。
【００２３】
モーター24は、軸方向に移動可能で且つ回転方向の力を伝達し得る軸、例えばスプライン軸27ａの先端にブラケット28を介して取り付けられている。このモーター24は軸心が水平方向であるアーム25を垂直な面内で回動させることが可能である。
【００２４】
アーム25は、モーター24の回転及び旋回部材４の旋回を伝達部材26に伝達して縦リンク１ａ〜１ｄを開先角度に対応させて傾斜させると共に、開先角度を保持した状態で傾斜方向を変化させるものである。アーム25は、縦リンク１ａ〜１ｄの最大傾斜角度に対応させて予め設計段階で設定された長さを有している。
【００２５】
伝達部材26は、軸26ａと軸受26ｂとからなり、軸26ａに回動可能に接続されたアーム25に作用する力を軸受26ｂを介して横リンク２ａに伝達するものである。そしてアーム25に作用する力の方向に対応させて縦リンク１ａ〜１ｄを傾斜させる。
【００２６】
上記の如く構成された傾斜部材３では、モーター24を回転させると、この回転に伴ってアーム25が回動し、この回動に応じて軸26ａにはアーム25の回動方向の水平力が作用する。そして軸26ａに作用する水平力が軸受26ｂを介して横リンク２ａに伝達され、これにより、縦リンク１ａ〜１ｄが夫々の下端を支点としてアーム25の回動方向に傾斜する。
【００２７】
旋回部材４は、縦リンク１ａ〜１ｄを夫々の支点を中心として旋回させることで、開先を形成するための傾斜方向を変更させるものである。このため、旋回部材４は、旋回モーター29と、スプライン軸27ａと噛合するスプラインボス27ｂと、旋回モーター29の回転をスプラインボス27ｂに伝達するための例えばギヤ列，チェンとスプロケットホイルとの組み合わせ或いはタイミングベルトとタイミングプーリとの組み合わせ等の中から選択された伝導部材30と、によって構成されている。
【００２８】
従って、旋回モーター29を回転させると、この回転が伝導部材30によってスプラインボス27ｂを介してスプライン軸27ａに伝達され、傾斜部材３を構成するモーター24をスプライン軸27ａの軸心と一致した旋回軸31を中心として旋回させる。モーター24が旋回軸31を中心として旋回し、この旋回に伴ってアーム25をその傾斜角度を変更することなく旋回軸31を中心として水平面内で旋回させる。
【００２９】
図３はアーム25の回転面がｙ軸方向にある状態を示し、図４はスプライン軸27ａが図３の状態から90度旋回し、アーム25の回転面がｘ軸上にきた状態を示す。
【００３０】
アーム25の水平面内に於ける旋回に伴う力は、該アーム25に取り付けた軸26ａ，軸受26ｂを介して横リンク２ａに伝達され、軸受22，ピン23に於ける相対的な回動を行なって縦リンク１ａ〜１ｄの上端側を夫々の下端部にある支点を中心として旋回させる。即ち、縦リンク１ａ〜１ｄは、開先角度に一致した傾斜角度を維持して傾斜方向が変更され、この結果、縦リンク１ａ〜１ｄはフレーム21との交点に設けた支点を中心とする円錐運動を行なう。
【００３１】
上記の如く構成されたトーチ角度設定装置Ａに於ける縦リンク１ａ〜１ｄを傾斜させる原理について図５により説明する。
【００３２】
同図（ａ）に示すように、縦リンク１ａ〜１ｄはフレーム21との交点を中心として全方向に回動し得るように構成されると共に横リンク２ａ，２ｂによって立体平行リンクとして構成されている。従って、モーター24によってアーム25を矢印ａ方向或いは矢印ｂ方向に回動させると、この回動に応じて各縦リンク１ａ〜１ｄが回動する。このとき、同図（ｂ）に示すように、アーム25の長さをＬ１、縦リンク１ａ〜１ｄの長さをＬ１として設定すると、アーム25の回動角度と各縦リンク１ａ〜１ｄの傾斜角度は互いに等しい角度αとなる。この場合、モーター24の回転角度を所望の角度に制御することで、各縦リンク１ａ〜１ｄの傾斜角度をこれと等しい角度に制御することが可能となる。
【００３３】
尚、縦リンク１ａ〜１ｄを傾斜させる過程で、アーム25の回動に伴ってモーター24は高さ方向の位置が図３に示す実線と二点鎖線の間で上下方向に変化することとなる。従って、モーター24をスプライン軸27ａの先端に取り付けたことによって該スプライン軸27ａはスプラインボス27ｂに対し軸方向へ摺動し、旋回部材４の高さを一定に保持した状態でモーター24の上下方向への位置の変化を円滑に行なわせることが可能である。
【００３４】
上記の如く、縦リンク１ａ〜１ｄを傾斜させるには軸26ａを有する伝達部材26の水平方向の位置を変更することで可能である。このため、縦リンク１ａ〜１ｄの傾斜を必ずしもモーター24によるアーム25の回動によって実現する必要はなく、例えば、図６（ａ）に示すように、傾斜部材３を水平ブラケット32ａと、該水平ブラケット32ａに沿って移動するキャリッジ32ｂと、キャリッジ32ｂと横リンク２ａを連結するロッド32ｃとによって構成し、縦リンク１ａ〜１ｄが垂直にある状態から角度αに傾斜させる場合には、キャリッジ32ｂを水平方向にＬ１ sinα移動させることで、目的の傾斜角度を得ることが可能である。
【００３５】
トーチ５は、各横リンク２ａ，２ｂから突出させたアーム33ａ，33ｂの先端に取り付けたトーチホルダー34に着脱可能に取り付けられている。アーム33ａとアーム33ｂは、互いに等しい角度で下向きに形成されており、夫々横リンク２ａ，２ｂに取り付けたとき平行四辺形を構成する。各アーム33ａ，33ｂの先端部分には軸受35を介して支持部材36が取り付けられ、該支持部材36にトーチホルダー34が回動可能に支持されている。
【００３６】
従って、トーチホルダー34に取り付けたトーチ５の軸心は立体平行リンクを構成する縦リンク１ａ〜１ｄと平行となり、トーチ５は傾斜部材３に駆動される縦リンク１ａ〜１ｄの傾斜、及び旋回部材４に駆動される傾斜方向の変更に伴って同一方向に傾斜すると共に傾斜方向が変更される。
【００３７】
即ち、図８に示すようにトーチ５は、軸心が旋回軸31とは異なる位置に存在するにも関わらず、傾斜部材３の駆動に伴ってトーチ５の延長線上に設定された支点Ｏを中心として角度α傾斜すると共に、旋回部材４の駆動に伴って支点Ｏを中心とする円錐上で角度θ旋回して傾斜方向を変更する。この結果、トーチ５は、支点Ｏを中心とし頂角が２αの円錐運動を行なうことが可能となり、この円錐運動の過程で切断の進行方向の変化に対応することが可能である。
【００３８】
次に、上記の如く構成されたトーチ角度設定装置Ａによりトーチ５の角度を設定する手順について説明する。
【００３９】
先ず、ＮＣ切断装置Ｂに切断すべき図形の情報を入力すると共に開先角度αの情報を入力する。ＮＣ切断装置Ｂでは、入力された情報に応じて、走行台車12の走行モーター12ｂ、横行台車13の横行モーター13ａに駆動信号を伝達し、これらのモーター12ｂ，13ａの回転の合成によって横行台車13（トーチ５）を目的の図形の輪郭線に対応する切断線に沿って移動させる。
【００４０】
また入力された開先角度αに応じて傾斜部材３を構成するモーター24に駆動信号を伝達し、この信号に基づいてモーター24が回転してアーム25を所定の方向に回動させる（図３参照）。この回動に伴って縦リンク１ａ〜１ｄが角度α傾斜し、各縦リンク１ａ〜１ｄと平行に配置されたトーチ５が角度α傾斜する。これにより、トーチ５を目的の開先角度（α）に設定することが可能である。
【００４１】
型切断では、トーチ５の移動経路は閉ループを描き、開先切断を実施する際のトーチ５の傾斜方向は切断線に対し法線方向となる。従って、目的の切断線が曲線である場合、トーチ５の傾斜方向を切断線を構成する円弧の中心方向に一致させる駆動信号を旋回部材４の旋回モーター29に伝達し、この信号に基づいて旋回モーター29が回転してスプライン軸27ａを回転させる。この回転に伴ってアーム25が傾斜角度を維持して水平方向に回動し、縦リンク１ａ〜１ｄの傾斜方向を円弧の中心方向に向けて変更させる。これにより、トーチ５は設定された開先角度αを維持して傾斜方向を変更する。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係るトーチ角度設定装置では、端部がフレームに回動可能に支持された複数の縦リンクを高さ方向の複数か所で横リンクによって接続して立体平行リンクを構成し、この縦リンクを傾斜部材によって傾斜させると共に旋回部材によって旋回させることで、縦リンクと平行に配置された切断トーチを目的の開先角度で傾斜させると共にトーチの延長線上に設定された支点を中心として円錐状に旋回させることが出来る。
【００４３】
また旋回部材の旋回中心と切断トーチの旋回中心とが一致する必要がないため、切断トーチの上部に大きな空間を形成することが出来、該切断トーチに接続されたホース類やケーブル類の捌きを容易に行なうことが出来る。
【００４４】
また切断トーチを円錐上に旋回させる場合、単に切断トーチの傾斜方向を変更することによって実現することが出来る。このため、切断トーチ自体が自転することがない。従って、従来の開先切断装置のようにロータリーチャンバーやスリップリングを必要とせず、装置の構成を簡易化することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】台車に搭載したトーチ角度設定装置の構成を説明する側面図である。
【図２】トーチ角度設定装置の正面図である。
【図３】トーチをｙ軸方向に傾斜させる際の作動状態を説明する図である。
【図４】トーチをｘ軸方向に傾斜させる際の作動状態を説明する図である。
【図５】トーチを傾斜させる原理の例を説明する図である。
【図６】トーチを傾斜させる原理の他の例を説明する図である。
【図７】縦リンクと横リンクとの関節部の構成を説明する図である。
【図８】トーチを旋回させる原理を説明する図である。
【図９】本発明に係るトーチ角度設定装置を搭載した切断装置の構成例を説明する図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｃ                    トーチ角度設定装置
Ｂ                        ＮＣ切断装置
１ａ〜１ｄ                縦リンク
２ａ，２ｂ                横リンク
３                        傾斜部材
４                        旋回部材
５                        トーチ
11                        レール
12                        走行台車
12ａ                      ガーター
12ｂ                      走行モーター
13                        横行台車
13ａ                      横行モーター
14                        トーチ上下装置
14ａ                      ベース
15                        操作盤
15ａ                      入力部
15ｂ                      ディスプレイ
21                        フレーム
22                        軸受
23                        ピン
24                        モーター
25                        アーム
26                        伝達部材
26ａ                      軸
26ｂ                      軸受部材
27ａ                      スプライン軸
27ｂ                      スプラインボス
28                        ブラケット
29                        旋回モーター
30                        伝導部材
31                        旋回軸
32ａ                      水平ブラケット
32ｂ                      キャリッジ
32ｃ                      ロッド
33ａ，33ｂ                アーム
34                        トーチホルダー
35                        軸受
36                        支持部材
【図１】
0003730468.tif 000002
【図２】
0003730468.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003730468.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003730468.tif 000008
【図８】
0003730468.tif 000009
【図９】
0003730468.tif 000010