以下に、この発明の実施の形態について� ��面を参照して説明する。図1は、この発明の 実施形態に係る管体切断装置100の側面断面図 である。管体切断装置100は、一例として、ス テンレス等の金属製の薄肉管体であるワーク Wから所定の長さの管体製品を製造する製造� �業に用いられ、駆動軸1、連結軸2、内刃3、� �刃4、プラネタリギア5、リングギア6、スリ� �ブ7及び偏心軸22を含む内刃駆動機構を備え� �いる。

 スリーブ7は、円筒形状を呈し、フランジ 部71でフレーム101に固定されている。スリー� ��7にワークWが外嵌する。

 駆動軸1は、スリーブ7の内部に同軸上に� �入されており、ベアリング72等を介してスリ ーブ7に回転自在に支持されている。駆動軸1� ��、内部を軸方向に貫通する貫通孔11を有し� �いる。貫通孔11は、駆動軸1の中心から所定� �Dだけ偏心した位置を中心とする円形断面を� ��している。駆動軸1の後端部には、プーリ12� ��固定されている。駆動軸1は、プーリ12を介� ��て図示しないモータから回転の供給を受け� ��。

 プーリ12には、検出板13が固定されている 。検出板13は、外周部の一部に大径部が形成� ��れている。プーリ12の背面側に位置するフ� �ーム102には、フォトセンサ14A~14C(フォトセン サ14Cは、図1に現れない。)が取り付けられて� ��る。フォトセンサ14A~14Cのそれぞれの発光素 子と受光素子との間に、検出板13の大径部が� ��過する。検出板13及びフォトセンサ14A~14Cは� ��この発明の検出手段の一部を構成している� ��フォトセンサ14A~14Cは、駆動軸1の回転位置� �応じて大径部の検出信号を出力する。

 連結軸2は、部分的に径の異なる円柱形状 を呈し、貫通孔11内に挿入されている。連結� ��2は、貫通孔11に回転自在に支持されている� ��連結軸2の前端部(この発明の第1の端部に相� ��する。)はワークWの内部に位置しており、� �結軸2の後端部(この発明の第2の端部に相当� �る。)はワークWの背面側の外部に位置してい る。

 偏心軸22は、連結軸2の前端部から、フラ� ��ジ部23を介して一体的に突出して形成され� �いる。

 内刃3は、一例としてSKD11を素材として、� ��心に開口を備えた円盤状を呈し、保持機構8 を介して連結軸2の前端部に保持されている� �

 一対の外刃4は、それぞれ環状を呈し、ワ ークWに外嵌している。一対の外刃4は、ホル� ��42によってワークWの軸方向における中央部� ��間隙41を設けて配置されており、間隙41を挟 んで両側の領域でワークWに全周にわたって� �当接している。間隙41は、ワークWを挟んで� �刃3の周面が対向する位置に配置されている� ��ワークWの軸方向について、内刃3の両側面� �位置は、それぞれ外刃4の間隙41を形成する2� ��の側面の位置に略一致している。

 リングギア6は、連結軸2の後端側で、ワ� �クWの外部に配置され、フレーム102に取り付� ��られた軸受103に回転自在に支持されている� ��リングギア6は、ワークW、駆動軸1及びスリ� ��ブ7と同軸上に配置されている。

 プラネタリギア5は、連結軸2の後端部に� �連結軸2及び貫通孔11と同軸上に固定されて� �る。プラネタリギア5は、リングギア6に噛合 している。プラネタリギア5の歯数は、リン� �ギア6の歯数よりも少なく、ワークWの軸に対 する連結軸2の偏心量Dに応じて決定される。� ��例として、偏心量Dが5mmでプラネタリギア5� �外歯及びリングギア6の内歯のモジュールが2 .5の場合に、プラネタリギア5の歯数を46とす� ��と、リングギア6の歯数は50となる。プラネ� ��リギア5及びリングギア6のそれぞれの背面� �は、凹部51及び凹部61が形成されている。ま� ��、リングギア6の外周面の一部には、溝部62� ��形成されている。

 プラネタリギア5及びリングギア6の背面� �は、固定機構9が配置されている。固定機構9 は、この発明の固定手段であり、カバー103内 に収納されている。カバー103内には、支持部 材104が固定されている。固定機構9は、ガイ� �91、軸体92、固定キー93、エアシリンダ94を備 えている。ガイド91は、支持部材104を前後に� ��通して取り付けられている。軸体92は、ガ� �ド91を貫通して前後方向に摺動自在に支持さ れている。固定キー93は、プラネタリギア5及 びリングギア6の背面に対向して、軸体92の前 端部に固定されている。エアシリンダ94は、� ��気圧によって軸体92を前後方向に移動させ� �。

 リングギア6の上方には、エアシリンダ10� ��配置されている。エアシリンダ10は、この� �明の規制手段であり、カバー103の上面に固� �されている。エアシリンダ10は、ピン10Aを備 えている。ピン10Aは、リングギア6の外周面� �対向している。

 管体製品の製造作業時には、金属薄板を� ��行な2端面が対向するように丸めた後、2端� �の間を溶接することで長尺状の円筒形のワ� �クWにされる。ワークWをその一端側からスリ ーブ7に外嵌した後、外刃4を、その内周面が� ��ークWの外周面における軸方向の所定範囲の 全周に当接するように配置する。このとき、 内刃3の両側面がワークWの軸方向について一� ��の外刃4の側面の位置に略一致して位置する 。この状態で、駆動軸1を回転させる。

 図2は、保持機構8の構成を示す図である� �保持機構8は、リング部材81、第1キャップ部� ��82、第2キャップ部材83を備え、内刃3を連結� ��2の前端部で回転自在に保持する。

 リング部材81は、内刃3と同じく、例えばS KD11等の工具鋼を素材として環状に形成され� �おり、駆動軸1に前端面に固定される。駆動� ��1の素材は内刃3の素材に比較して硬度が低� �ため、駆動軸1の前端面は内刃3の裏面との摺 擦によって磨耗する可能性がある。駆動軸1� �前端面が磨耗すると内刃3の軸方向の位置が� ��動し、正確な切断ができなくなる。駆動軸1 の前端面における内刃3と摺擦する部分をリ� �グ部材81で被覆し、駆動軸1の前端面の磨耗� �防止する。

 第1キャップ部材82は、内刃3と同じく、例 えばSKD11等の工具鋼を素材として、前面の外� ��が背面の外径よりも小さい環状に形成され� ��おり、連結軸2の偏心軸22にベアリング21(図1 参照。)を介して回転自在に支持される。第1� ��ャップ部材82の背面には、ボス部82Aが形成� �れている。ボス部82Aは、外径が内刃3の内径� ��略等しく、内刃3の幅と略等しい長さで第1� �ャップ部材82の背面から軸方向に延出してい る。第1キャップ部材82は、ボス部82Aに外嵌し た内刃3をリング部材81との間で保持する。

 第2キャップ部材83は、前面の外径が背面� ��外径よりも小さい環状に形成されている。� ��2キャップ部材83は、偏心軸22の前面に固定� �ジを介して取り付けられ、内刃3及び第1キャ ップ部材82の軸方向の移動を規制する。第2キ ャップ部材83は、内刃3と接触しないため、素 材にS45C等の比較的安価な材料を用いること� �できる。

 リング部材81を駆動軸1の前端面に取り付� ��た後、ボス部82Aに内刃3が外嵌した第1キャ� �プ部材82を偏心軸22に外嵌させ、第2キャップ 部材83を偏心軸22の前端面に取り付けること� �、内刃3が連結軸2の前端部に回転自在に保持 される。

 図3は、固定機構9の背面方向の斜視図で� �る。プラネタリギア5の背面には、環状の位� ��決め部材50が同軸上に固定されている。位� �決め部材50には、背面側及び半径方向に開放 した凹部51が、周方向における180度の回転角� ��の2箇所に形成されている。リングギア6の� �面には、環状の位置決め部材60が同軸上に固 定されている。位置決め部材60には、背面側� ��び半径方向に開放した凹部61が、周方向に� �ける180度の回転角度の2箇所に形成されてい� ��。凹部51及び凹部61の周方向の幅は互いに等 しくされている。

 位置決め部材60には、前述のエアシリン� �10のピン10Aが対向する外周部に、溝部62が形� ��されている。エアシリンダ10の駆動時にピ� �10Aが溝部62に嵌入する溝部62へのピン10Aの嵌� ��により、リングギア6の回転が規制される。

 連結軸2が回転動作の初期位置(原点)にあ� ��状態で、プラネタリギア5は、図3に示すよ� �に、リングギア6内の最も上部に位置してい� ��。このとき、2個の凹部51と2個の凹部61とが� ��垂直方向に並ぶ。また、連結軸2が回転動作 の初期位置(原点)から180度回転した位置にあ� ��状態で、プラネタリギア5は、リングギア6� �の最も下部に位置している。このときも、2� ��の凹部51と2個の凹部61とが、垂直方向に並� �。

 前述のように、固定機構9は、エアシリン ダ94によってX軸方向に移動する固定キー93を� ��えている。固定キー93は、凹部51及び凹部61� ��略同じ幅の板状を呈している。連結軸2が回 転動作の初期位置又は初期位置から180度回転 した位置にある時にエアシリンダ94を駆動す� ��と、固定キー93はX軸に沿ってプラネタリギ� ��5及びリングギア6に接近する方向に移動し� �凹部51及び凹部61に嵌入する。固定キー93が� �部51,61に嵌入することにより、プラネタリギ ア5とリングギア6とが一体的に固定される。� ��アシリンダ94が駆動されていない時には、� �定キー93はX軸に沿って背面側に退避してお� �、凹部51及び凹部61に嵌入しない。

 ピン10Aが溝部62に嵌入しており、固定キ� �93が凹部51及び凹部61に嵌入していない時に� �駆動軸1に回転を供給すると、駆動軸1の偏心 した位置に軸支されている連結軸2が駆動軸1� ��中心軸から半径方向に所定距離だけ離れた� ��周上を移動する。連結軸1の後端部に固定さ れたプラネタリギア5は、リングギア6に噛合� ��つつ連結軸2と同じ円周上を移動する。この ため、フラネタリギア5は、リングギア6内で� ��連結軸2の中心軸周りに自転しつつ、リング ギア6の内周に沿って公転する。プラネタリ� �ア5の自転によって連結軸2も自転し、連結軸 2の前端部で偏心した位置に保持されている� �刃3は、駆動軸1の半径方向における最も外側 の位置を徐々に変位させながら、駆動軸1の� �心軸及び連結軸2の中心軸に直交する平面内� ��回転する。

 ピン10Aが溝部62に嵌入しておらず、プラ� �タリギア5とリングギア6とが一体的に固定さ れている時に、駆動軸1に回転を供給すると� �リングギア6はプラネタリギア5と一体的に移 動する。このため、プラネタリギア5は、自� �を生じることがなく、連結軸2も自転するこ� ��なく駆動軸1の中心軸から半径方向に所定距 離だけ離れた円周上を移動する。連結軸2の� �端部で偏心した位置に保持されている内刃3� ��、駆動軸1の半径方向における最も外側の位 置を変位させることなく、駆動軸1の中心軸� �らの距離を一定にして、駆動軸1の中心軸及� ��連結軸2の中心軸に直交する平面内で回転す る。

 駆動機構9は、図3に示す構成に限るもの� �はなく、プラネタリギア5とリングギア6とを 選択的に一体化できることを条件に種々の構 成をとすることができる。また、エアシリン ダ10についても同様であり、リングギア6の回 転を選択的に規制できることを条件に種々の 機構を用いることができる。

 また、位置決め部材50,60は、それぞれプ� �ネタリギア5及びリングギア6に法体に形成し てもよい。

 図4は、検出板13の正面図である。検出板1 3は、半径が異なる大円部13Aと小円部13Bとを� �心に配置して形成された円盤状を呈してい� �。

 フォトセンサ14A~14Cは、それぞれの発光素 子と受光素子との間に検出板13の大円部13Aの� ��縁部が通過する位置に配置されている。即� ��、フォトセンサ14A~14Cは、それぞれの発光素 子及び受光素子が、大円部13Aの半径と小円部 13Bの半径との中間の長さの半径の円周と検出 板13の中心を通る垂直線との2つの交点、及び 検出板13の中心を通る水平線の一方の交点と� ��配置されている。

 なお、駆動軸1の回転位置を検出できるこ とを条件に、フォトセンサ14A~14Cに代えて、� �接スイッチや磁気センサ等の光学式以外の� �ンサを用いることもできる。

 図5は、この発明の制御部200のブロック図 である。制御部200は、CPU201にROM202、RAM203、フ ォトセンサ14A~14C、モータドライバ204、バル� �コントローラ205,206等を接続して構成されて� ��る。

 CPU201は、ROM202は、CPU201の動作を規定する� ��ログラムを記憶している。RAM203は、ワーキ� ��グ領域や入出力されるデータの格納領域に� ��り当てられるメモリエリアを備えている。� ��ォトセンサ14A~14Cは、受光素子による発光素 子の光の検出信号をCPU201に入力する。モータ ドライバ204には、駆動軸1に回転を供給する� �ータ210が接続されている。バルブコントロ� �ラ205には、エアシリンダ10に対する加圧気体 の流路を開閉するバルブ220が接続されている 。バルブコントローラ206には、エアシリンダ 94に対する加圧気体の流路を開閉するバルブ2 30が接続されている。

 CPU201は、フォトセンサ14A~14Cの検出信号に 基づいて、モータドライバ204及びバルブコン トローラ205,206に駆動データを出力する。モ� �タドライバ204は、CPU201から出力された駆動� �ータに従ってモータ210を駆動する。バルブ� �ントローラ205,206は、それぞれCPU201から出力� ��れた駆動データに従ってバルブ220,230を動作 させる。バルブ220は、動作時にエアシリンダ 10に加圧気体を供給し、リングギア6の回転を 規制する。バルブ230は、動作時にエアシリン ダ94に加圧気体を供給し、固定キー93を介し� �プラネタリギア5とリングギア6とを一体化さ せる。

 図6は、制御部200による制御内容を示すタ イミングチャートである。CPU201は、フォトセ ンサ14A~14Cにおける検出板13の検出状態に応じ て、モータ210及びエアシリンダ10,94を動作さ� ��る。駆動軸1が回転動作の初期位置にある時 には、図4に示すように、フォトセンサ14A,14B� ��検出板13を検出し、フォトセンサ14Cが検出� �14Cを検出しない。この時、スリーブ7にワー� ��Wが外嵌され、ワークWの切断処理の開始が� �示されると、CPU201は、バルブ220を動作させ� �エアシリンダ10のピン10Aによってリングギア 6の回転を規制し、バルブ230を動作させずに� �定キー93によるプラネタリギア5とリングギ� �6との一体化を解除した状態で、モータドラ� ��バ204を介してモータ210の正転駆動を開始す� ��。

 モータ210の正転駆動時に、検出板13は、� �動軸1と一体的に図4中の時計方向に回転する 。したがって、フォトセンサ14Aは、モータ210 の正転開始直後に検出板13を検出しなくなり� ��駆動軸1が初期位置から90度正転した時にフ� ��トセンサ14Cが検出板13を検出し始める。

 駆動軸1の回転により、連結軸2は貫通孔11 の位置で駆動軸1の中心軸周りに回転すると� �もに、貫通孔11内で自転する。これに伴って 、偏心軸22は、内刃3とともに連結軸の中心軸 周りに自転する。内刃3は、外周面の位置を� �々に半径方向の外側に変位させていき、駆� �軸1が初期位置から180度回転したところで外� ��面の位置が最も外側になる。内刃1は、駆動 軸1が初期位置から180度回転するまでの間に� �外周部をワークWの内部から外側に変位させ� ��外刃4との間でワークWを切断する。駆動軸1� ��初期位置から180度回転した時に、内刃3の外 周部は最も外側に変位する。

 駆動軸1が初期位置から180度回転し、フォ トセンサ14A~14Cの全てが検出板13を検出すると 、CPU201は、モータ210の駆動を一時停止し、こ の間に、バルブ220の動作を停止させてエアシ リンダ10のピン10Aによるリングギア6の回転の 規制を解除し、バルブ230を動作させて固定キ ー93によってプラネタリギア5とリングギア6� �を一体化した状態で、モータ210の正転駆動� �再開する。

 モータ210の正転駆動の再開後は、プラネ� ��リギア5とリングギア6とが一体的に回転す� �ため、連結軸2は貫通孔11内で自転すること� �く駆動軸1の中心軸周りに移動する。このた� ��、内刃3の外周部は変位せず、駆動軸1の半� �方向について最も外側に位置したまま、連� �軸2とともに駆動軸1の中心軸周りに移動し、 外刃45との間でのワークWの切断を継続する。 この時、内刃3は、連結軸1の前端部で偏心軸2 2に回転自在に保持されているため、ワークW� ��の接触抵抗によって自転する。内刃3の移動 に大きな抵抗力が作用することがなく、出力 の大きなモータ210を使用する必要がない。ま た、内刃3の外周面及び側面におけるワークW� ��の接触部分が順次変位していくため、内刃3 が早期に磨耗することがない。

 モータ210の正転駆動の再開後から駆動軸1 が1回転し、再びフォトセンサ14A~14Cの全てが� ��出板13を検出すると、CPU201は、モータ210の� �動を再度一時停止する。CPU201は、この間に� �バルブ220を動作させてエアシリンダ10のピン 10Aによってリングギア6の回転を規制し、バ� �ブ230の動作を停止して固定キー93によるプラ ネタリギア5とリングギア6との一体化を解除� ��る。この後、CPU201は、モータ210を180度逆転� ��動し、駆動軸1を初期位置に戻し、1回のワ� �クWの切断を完了する。

 以上の処理により、管体切断装置100によ� ��ば、プラネタリギア5及びリングギア6から� �る遊星ギア機構を用いて、内刃3を回転させ� ��つワークWの半径方向に移動させ、比較的小 径の薄肉ワークWの切断を容易に行うことが� �きる。

 モータ210を逆転駆動して駆動軸1を初期位 置に戻すのは、プラネタリギア5とリングギ� �6との歯数差によって連結軸2の回転角度が初 期状態から変化することを防ぐためである。

 ワークWの切断時に、内刃3の外周縁にお� �るワークWの外側に露出した部分は、一対の� ��刃4の間隙41内に嵌入し、内刃3の前後の側面 は外刃4の間隙41を挟んで対向する2側面に接� �する。内刃3の外周面が当接することにより� ��ワークWには切断面を外側に押し出す方向の 力が作用するが、ワークWの外周面における� �断部分の両側には一対の外刃4の内周面が当� ��しており、ワークWの切断面にバリ等の大き な変形を生じることがない。このため、ワー クWの切断後に切断面に対する切削加工等の� �処理を行う必要がない。また、長尺のワー� �Wに対して連続して切断処理を行い、軸方向� ��長さの短い複数の単管を多数個取りするこ� ��もできる。

 なお、ワークWの端部を切除する加工を行 う場合には、ワークWの軸方向における内歯3� ��背面側にのみ外刃4を配置すればよい。

 ワークWの切断作業の高速化のためには、 モータ210を高速駆動することが考えられる。 この場合に、停止時の制動性を考慮して、回 転の中断前及び切断作業完了前の所定の角度 範囲で低速駆動してもよい。例えば、駆動軸 1の回転位置が、初期位置から90度までの間及 び180度から450度までの間の正転時、並びに540 度から450度までの逆転時にはモータ210を高速 駆動し、90度から180度までの間及び450度から5 40度までの間の正転時、並びに450度から360度� ��での逆転時にはモータ210を低速駆動する。

 なお、切断すべきワークWの径の変化に際 しては、スリーブ7、内刃3及び外刃4を交換す ることで対応できる。この場合に、スリーブ 7を最小径のワークWに合わせた外径とし、ワ� ��クWの大径化に応じて内径がスリーブ7の外� �に略等しく、外径がワークWの内径に略等し� ��調整用スリーブをスリーブ7に外嵌させるこ とで対応することもできる。

 また、リングギア6をフレーム102に固定し 、固定機構9及びエアシリンダ10を省略するこ ともできる。図7に示すように、駆動軸1が矢� ��A方向に回転すると、プラネタリギア5の中� �(連結軸2の中心でもある。)である第1の軸2A� �、ワークWの中心軸を中心とする第1の円周C1� ��沿って移動する。これに伴って、連結軸2が 矢印B方向に回転し、第1の軸2Aに平行で内刃� �回転自在に支持する偏心軸22の中心である第 2の軸22A(この例では、初期位置においてワー� ��Wの中心に重なっている。)が、第1の軸2Aを� �心とする第2の円周C2に沿って、プラネタリ� �ア5とリングギア6との歯数差(Z2-Z1)に応じて� �1の軸2Aと異なる角速度で移動する。実際に� �、円周C2の中心も、円周C1に沿って移動する� ��

 つまり、プラネタリギア5がリングギア6� �ピッチ円に沿って公転移動することで、プ� �ネタリギア5はリングギア6との歯数差により 、公転時の角速度よりも早い角速度で自転す る。プラネタリギア5及び連結軸2の自転によ� ��、内刃3を軸支した偏心軸22が連結軸2の中心 軸に偏心して回転し、内刃3の外周面でワー� �Wの中心から最も離れた部分のワークWの中心 からの距離が徐々に変化する。例えば、図7� �示す初期位置から駆動軸1が180度回転した時� ��、内刃3の外周面でワークWの中心から最も� �れた部分のワークWの中心からの距離が最大� ��なり、略図7に破線で示す位置P1に達してワ� ��クWの外部に露出する。このとき、内刃3は� �ークWから受ける抵抗によって第2の軸22A(図7� ��示す位置にはない。)を中心に回転する。

 なお、図1~6に示した実施形態では、内刃3 が図7の位置P1に達した時に、プラネタリギア 5とリングギア6とが一体化され、内刃3は、そ の外周面でワークWの中心から最も離れた部� �のワークWの中心からの距離L1を維持したま� �360度回転する。

 プラネタリギア5は、ワークWと同軸上に� �置されたリングギア6に噛合してリングギア6 の内周に沿って自転しつつ公転する。このと き、リングギア6の歯数よりもプラネタリギ� �5の歯数の方が少ないため、プラネタリギア5 はリングギア6の内周に沿って1回公転する間� ��リングギア6との歯数差だけ余分に自転し、 駆動軸1が1回転する間に連結軸2が貫通孔11内� ��1回転よりも多く回転する。

 このため、駆動軸1を連続して回転させる と、内刃3がワークWの外側に最も突出する位� ��が、図7中の位置P1から位置P2、位置P2から位 置P3へと、駆動軸1の1回転ごとにプラネタリ� �ア5とリングギア6との歯数差分ずつ駆動軸1� �回転方向と逆方向に徐々に変位していく。� �ングギア6の歯数をZ1、リングギア6とプラネ� ��リギア5との歯数差をZ2として、駆動軸1がN(� ��し、N=Z1/Z2)回転したときに、連結軸2及び内� ��3が初期位置に戻る。この間に、内刃3の一� �がワークWの周面に沿うN個の位置でワークW� �外側に露出する結果、ワークWが全周にわた� ��て切断される。

 この構成では、固定機構9及びエアシリン ダ10を備えた構成に比較して、ワークWの切断 に要する時間は長時間化するが、管体切断装 置100の構造及び切断作業時の制御を簡略化す ることができる。

 なお、上記の実施形態はいずれも一例で� ��り、この発明はこれらに限定されるもので� ��なく、この発明の範囲内で種々の変更を加� ��ることが可能である。