JP2004098222A - 切断装置、加工装置、及び切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス、セラミックス、樹脂、金属等の単一部材または複合部材からなる物体を一種類の切断ツール（切断工具）で連続して切断可能にする。
【解決手段】回転体１０１の主面に嵌合隙間を設けて立設した支軸１０３に打撃体１を取り付ける。打撃体１は支軸１０３と所定の嵌合隙間１０４を有し、かつ、打撃体１の外周の一部が回転体１０１の外周より外方に位置できるように取り付けられる。前記回転体１０１を高速回転させ前記打撃体１を加工対象物の臨界衝撃速度以上の速度で加工対象物に衝突させる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラス、セラミックス、樹脂、金属等の単一部材またはこれらの複合部材からなる物体を一種類の切断ツール（切断工具）で連続して切断可能にする切断装置に関する。より詳しくは、物体に硬質固体からなる打撃体を高速で高頻度に衝突させることにより物体のごく表面領域を破砕しながら切断する切断装置及び切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リサイクル処理を目的としてブラウン管（ＣＲＴ／陰極線管）ガラスを切断解体する場合、ヒータ線をＣＲＴの周囲に巻回し通電加熱による熱衝撃を利用する方法、あるいはダイヤモンドホイールカッターの高速回転による切断、あるいはガス溶断等の手段を用いるのが一般的である。
【０００３】
また、自動車のボディ、各種家電製品の筐体やその他の構成部材を形成する薄鋼板（冷間圧延鋼板等）の切断は、硬度の高い鋸刃を備えたバンド状カッター（バンドソー）若しくは円盤状カッター（メタルソー）を用いた切断、または砥粒を円盤状や円筒体状に成形した砥石工具を用いるグラインダー切断、またはアセチレンガス等を用いたガス溶断等が一般的である。
【０００４】
樹脂成形品の切断はバンドソー、メタルソー、エンドミル等による切断が一般的である。なお、一種類のツール（切れ刃を備えた工具）を回転または高速移動させ、上記ブラウン管等のガラス、薄鋼板、樹脂成形品などの異材質部材を順次、連続切断できる切断装置は提案されていない。切断ではなく、破砕機あるいは金属の表面処理機としてはハンマー型のものが紹介されているが、これは機構の動作原理上切断機になりえない。（特許文献１および２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第２２４４５７７号
【特許文献２】
米国特許第５５６２２５７号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の切断方法にはそれぞれ以下のような問題があった。
【０００７】
（１）前述のＣＲＴガラス切断において、ＣＲＴの形状、サイズ、製造工程の違い等によりガラスの残留応力も一定でない。従って、熱衝撃を利用するヒータ線通電加熱方式では、安定した切断加熱条件を見出したり、安定した一定の切断面を形成することは困難である。
【０００８】
また、ダイヤモンドホイールカッターによる切断では、切断スピードを早めれば、摩擦熱によりダイヤモンドホイールカッターの摩耗速度が大きくなるので、切断速度は制限される。かつ、ダイヤモンドホイールカッターは高価であり、切断量とダイヤモンドホイールの摩耗量とは密接な関係にあり切断コストが大きい。
【０００９】
また、高温ガスを用いた溶断は、切断速度が遅く、被切断物あるいは切断部付近に可燃物があれば危険で、使用可能範囲が限定される。
【００１０】
（２）前記薄鋼板をバンドソー、メタルソー等のツールを用いて切断する場合、前記ツールの切れ刃部を被切断物に強く押し付け、被切断物に連続したせん断破壊を起こすことにより切断加工される。
【００１１】
切れ刃部を被切断物に強く押しつけるため切断部位の摩擦熱は大きく、熱による刃先の脆化と軟弱化は刃先の摩耗を増大する。
【００１２】
切れ刃部の摩耗により切断速度は大幅に低下し制限される。また切れ刃部を被切断物に食い込ませるため、ツール（カッター）の保持と被切断物の保持とに大きな剛性を要し、大掛かりな保持機構と高い設備コストを要する。
【００１３】
砥石を用いたグラインダー切断は、砥粒の持つ切れ刃による連続した小さな剪断によって行われる。砥粒の角部（切れ刃）はさほど鋭利ではないこと及びグラインダーの周速度が比較的大きいことにより切断部位の摩擦熱は大きい。砥石の寿命を確保するには切断部位の温度を適切に抑制する必要があり切断速度は制限される。
【００１４】
アセチレン等のガス溶断は切断部近傍に可燃物が無いことが安全上重要であり切断範囲が制限される。
【００１５】
（３）樹脂成型品等の切断にバンドソー、メタルソー等を用いた場合、切断速度を大きくするとツールとの摩擦熱により被切断物の切断部位近傍が発火または溶融し物理的性質が変化する。
【００１６】
（４）金属磁性部品の切断に際し、鉄合金を主体にした刃を使用した場合、切断時に発生する被切断物の破片及び粉末が磁性体ゆえに刃先に付着し、刃先の摩擦抵抗の増大あるいは刃先の損傷により切断能力が大幅に低下する。
【００１７】
（５）異なる物性を持つ複数の部材（例えば、金属、樹脂成形品、ガラス、フェライト等）で構成された被切断物を、同一のツールで順次、連続して切断することは極めて困難である。
【００１８】
（６）被切断物の切断加工情報（物理的性質等）が不明の場合、あるいは被切断物が複数の部材で構成され、かつ、表面部材の背後に隠れた部材の形状や材質が不明の場合、被切断物の表面や外観形状の画像情報だけでは最適な切断条件が見出せず、最適な切断の自動制御は不可能である。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、臨界衝撃速度（ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｉｎｐａｃｔ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ）以上の高速引っ張り力を加えると着力端で直ちに破断がおきる塑性波理論、または臨界衝撃速度以上の高速圧縮力や高速張力を加えると急激に延性が低下し、着力端は小さな歪で破壊する（脆くなることと類似の現象）という理論を切断装置として実用化したものである。
【００２０】
詳しくは、従来の切れ刃を備えたツールに代え、金属などの硬質固体からなる打撃体を被切断物（以下、「加工対象物」又は「ワーク」という）に超高速、高頻度で衝突させ、瞬時に打撃体先端の衝突部位のみを破壊し除去するものである。
打撃体は衝突直後反射し　臨界衝撃速度以下で被切断物に影響を与えないようにする。
【００２１】
即ち、本発明は、高速円運動する打撃体がワークに該ワークの臨界衝撃速度以上で衝突し、反射（反発）する時、衝撃を伴って発生する高速圧縮、または摩擦による高速引っ張り、高速せん断等によって打撃体とワークの衝突部位及びその近傍のごく限られた範囲でワーク表面を微粒子状または微細片に瞬時に破砕（破壊）する原理に基づく切断装置とした。
【００２２】
一般に、加工時には工具の移動によりワークに引張り力、圧縮力、又はせん断力等の外力が付与され、ワークに歪みや変形が生じる。このとき、工具の速度、即ち加工速度を増加させていくと、加工速度がある限界に達するとワークの延性は急激に低下する。この限界速度は臨界衝撃速度と呼ばれる。加工速度が臨界衝撃速度以上になると、ワークの工具による着力端は直ちに破壊する。これを利用すれば、打撃体をワークに臨界衝撃速度以上で衝突反射させることで、ワークの衝突部のごく表層部分のみを破壊して除去することができる。そして、単位時
間当たりの打撃体の衝突回数を極めて多くすれば、この現象を繰り返し発生させることができる。
【００２３】
さらに、打撃体の衝突位置を順次移動させれば、ワークの衝突部以外の部分を破壊することなく、衝突部のみを順次除去加工することができる。これを巨視的に見ればワークを切断加工していることになる。この切断方法によれば比較的な滑らかな切断面が得られる。
【００２４】
ワークの延性を急激に低下させるため、打撃体をワークの臨界衝撃速度以上でワークに衝突させる必要がある。具体的には、該衝突速度を一般に約１００ｍ／秒（約３６０ｋｍ／時）以上とするのが好ましく、約３４０ｍ／秒（約１２２４ｋｍ／時）以上とするのがより好ましい。
【００２５】
上記衝突速度を円板の周速に換算すると、直径１００ｍｍの円板であれば、それぞれ順に回転数１９１００ｒｐｍ以上、及び６５，１３０ｒｐｍ以上で回転するのに相当する。
【００２６】
実際には臨界衝撃速度はワークの種類によって相違する。例えば、アルミニウム、軟鋼、ステンレス鋼、チタンの臨界衝撃速度は、それぞれ順に４９．７ｍ／秒、３０．０ｍ／秒、１５２．３ｍ／秒、６１．８ｍ／秒程度である。従って、打撃体の衝突速度はワークの種類に応じて変更することができる。打撃体の衝突速度をワークの臨界衝撃速度の２倍以上、更には３倍以上、特に４倍以上とすると、安定した切断が可能になるので好ましい。
【００２７】
回転体には貫通穴が形成され、打撃体を保持する支軸と回転体の支軸挿入穴は所定の嵌合隙間を有して回転可能に保持される。
【００２８】
嵌合隙間を設けることにより、打撃体がワークに衝突した直後反射し被切断物に対する打撃体の慣性の影響をを吸収することができる。打撃体の形状は慣性モーメントができるだけ小さくなるようにしている。
【００２９】
前記打撃体を支承する支軸と、前記打撃体の貫通穴との嵌合隙間を好適には２ｍｍ以上、より好適には５〜１０ｍｍ程度とする。嵌合隙間は打撃体の衝突速度の増大に対応して大きく設定する必要がある。なお、本発明における嵌合隙間は、一般的に軸と軸受との嵌合状態を規定するＪＩＳ規格のスキマ数値よりはるかに大きく２桁〜３桁上回るものである。
【００３０】
このように本発明の加工原理は従来のハンマー型の破砕機に代表される衝撃の加工原理とは異なる。
従来の加工原理は大きな慣性モーメントを持った切削工具（ツール）を支軸と回転体の間及び切削工具と支軸の間を通常の嵌合で取り付け刃部を比較的低速でワークに衝突させ切れ刃部は衝突し減速後なを慣性によってワークに力を加える。
【００３１】
ワークは塑性変形を経て破壊へと順次変形し、ワーク表面の比較的広い範囲が破壊するものである。
【００３２】
また、本発明における打撃体は従来の切削工具（ツール）のような鋭利な切れ刃部を備えるものでない。
【００３３】
上記構成により本発明による切断は、以下の特徴を有する。
（１）打撃体が臨界衝撃速度以上でワークと衝突する時、打撃体先端の衝突部のごく限られた範囲（打撃体の厚み）で、ワークは延性をなくし粒状に破壊する。回転体の回転に伴い打撃体は連続して衝突し、打撃体の厚みでワークを線状に破壊し切断する。臨界衝撃速度以上の打撃体の衝突で切断する原理により、ワークにおける切断部位の摩擦熱の発生は極めて少なく、高速切断ができる。また打撃で切断するため、打撃体の先端が鋭利である必要がない。従って、打撃体の切断できる寿命は極めて長い。併せて摩擦熱による樹脂等のワークの変質がない。
【００３４】
（２）回転、往復運動、あるいは、直線運動する切削工具（ツール）は、摩耗が激しい。しかし、本発明の打撃体は、ワークとの衝突により打撃体が加工硬化を受け、使用につれて硬化し耐摩耗性が増大する。
【００３５】
（３）本発明の切断原理は切断抵抗と摩擦抵抗が小さい。その結果、切断時にワークを強固に保持、固定する必要がない。また、前記打撃体を支承する支軸、高速回転する回転体や主軸の剛性、軸受の剛性、回転体主軸を把持するロボットの剛性等を強固に構築する必要がない。
【００３６】
（４）切断に際し、ワークに対応して回転体が発する固有の振動波形（または振動数）を検出する振動検出手段を多軸制御ロボット等に取り付けることにより、ワークに対応して加工条件（打撃体の衝突速度、移動速度等）を制御できる。
【００３７】
（５）異なる複数の部材（例えば、金属、樹脂成形品、ガラス、フェライト等）で構成され、かつ、内部の見えないワークであっても、各部材の中で最大の臨界衝撃速度で打撃対を衝突させる時　同一の切断装置で連続して高速の切断が可能である。
【００３８】
以上のように本発明における切断装置は、構造が簡単で長寿命化と信頼性の大幅な向上が図れる。また、切断過程でワークの異材質混在、摩擦熱を考慮する必要性がなく、リサイクル設備の一環である破砕または切断装置として極めて有効である。
【００３９】
従って、本発明は、廃棄処理を目的とした家電製品や自動車等の解体切断処理の自動化が可能となり、加工対象物や構成部材の種類に応じて切削工具の種類や加工条件、切断装置を変更する必要がなくなる。また、切断装置の寿命と信頼性の向上、リサイクル率の向上に寄与し、環境保全、資源の有効活用に貢献する。
【００４０】
本発明の切断装置の具体的構成は以下の通りである。
本発明における第１の発明は、回転体の主面に立設した支軸に打撃体を回動可能に取り付け、前記回転体を高速回転させ前記打撃体を加工対象物（ワーク）の臨界衝撃速度以上の速度で加工対象物に衝突させるようにしたことを特徴とする切断装置としたもので、遠心力を利用した衝撃切断により切刃部の摩耗を減少させ切断装置の長寿命化と信頼性の向上を図れる。また、加工対象物の種類を選ばず、高速切断を可能にする。
【００４１】
さらに、第２の発明は、主面が対向した一対の回転体間に嵌合隙間をもうけて軸を架設し、該支軸に打撃体を取り付け、前記一対の回転体を高速回転させ前記打撃体を加工対象物（ワーク）の臨界衝撃速度以上の速度で加工対象物に衝突反射させるようにしたことを特徴とする切断装置としたもので、遠心力を利用した衝撃切断により切刃部の摩耗を減少させ切断装置の長寿命化と信頼性の向上を図れる。
また、加工対象物の種類を選ばず、高速破砕または高速切断を可能にする。
【００４２】
さらに、第３の発明は、主面が対向した一対の回転体間に嵌合隙間をもうけて軸を架設し、該支軸に打撃体を取り付けてなる切断ユニットを複数用意し、前記切断ユニットを同一主軸に所定間隔毎に取り付け、前記主軸を高速回転させ前記各打撃体を加工対象物（ワーク）の臨界衝撃速度以上の速度で加工対象物に衝突反射させるようにしたことを特徴とする切断装置としたもので、広い面を一度に加工でき、加工対象物の材質、種類を問わず高速で微粉砕または表面切削加工ができる。
【００４３】
さらに、第４の発明は、主面が対向した一対の回転体間に嵌合隙間を設けて支軸を架設し、該支軸に打撃体を取り付けてなる切断ユニットを複数用意し、前記切断ユニットを平行配置した２本の軸にそれぞれ取り付け、前記２本の軸を加工対象物（ワーク）を巻き込むごとくそれぞれ異なる方向に高速回転させ、前記各打撃体を加工対象物の臨界衝撃速度以上の速度で加工対象物に衝突反射させるようにしたことを特徴とする切断装置としたもので、加工対象物の材質、種類を問わず高速で切断加工ができる。
【００４４】
さらに、第５の発明は、主面が対向した一対の回転体間に嵌合隙間を設けて支軸を架設し、該支軸に打撃体を取り付けてなる切断ユニットを複数用意し、前記切断ユニットを平行配置した２本の軸にそれぞれ複数づつ所定間隔毎に取り付け、前記２本の軸を加工対象物（ワーク）を巻き込むごとくそれぞれ異なる方向に高速回転させ、前記各打撃体を加工対象物の臨界衝撃速度以上の速度で加工対象物に衝突させるようにしたことを特徴とする切断装置としたもので、加工対象物の材質、種類を問わずワークを高速で微細に破砕または表面の切削加工ができる。
【００４５】
さらに、第６の発明は、第１〜第３の発明のいずれかに記載の切断装置を多軸制御機能を備えたロボットアームに取り付けたことを特徴とする加工装置としたもので、三次元加工（曲面加工）を可能とする。
【００４６】
さらに、第７の発明は、第６の発明の加工装置において、打撃体が加工対象物に衝突することにより生じる固有の振動波形及び振動数のうちの少なくとも一方を検出し、前記打撃体の衝突速度と衝突方向、及び切断装置の移動速度のうちの少なくとも一つを制御する制御手段を備えたことを特徴とするもので、一定した加工速度またはワークに対応した最適加工速度を可能とする。
【００４７】
さらに、第８の発明は、第１〜第５の発明において、打撃体を約１００ｍ／秒（約３６０ｋｍ／時）以上の速度で、好ましくは約１５０回／秒以上の頻度で加工対象物に衝突させることを特徴とするもので、加工対象物の材質、種類を問わず高速で切断できる。
【００４８】
さらに、第９の発明は、第１〜第５の発明において、打撃体を約３４０ｍ／秒（約１２２４ｋｍ／時）以上の速度で、好ましくは約１５０回／秒以上の頻度で加工対象物に衝突させることを特徴とするもので、加工対象物の材質、種類を問わず高速で切断できる。
【００４９】
さらに、第１０の発明は、第１〜第５の発明において、打撃体を加工対象物の臨界衝撃速度の２倍以上の速度で加工対象物に衝突させることを特徴とするもので、加工対象物の材質、種類を問わず高速で切断できる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の切断装置の実施の形態を図１〜図１１に基づいて説明する。
【００５１】
（実施の形態１）
面図１は本発明の実施の形態１における切断装置の正面方向の断面図（図２の切断線Ｓ２−Ｓ２で切断した断面図）、図２は図１の切断装置の切断線Ｓ１−Ｓ１における側面方向の断面図、図３は図１の切断装置を用いてワークを切断している状態の正面方向の断面図、図４は図１の切断装置を構成する打撃体の正図、図５は図４の打撃体を切断線Ｓ３−Ｓ３で切断した断面図、図６、図７、図８は切断装置を構成する打撃体の別の例を示す図である。
【００５２】
実施の形態１における切断装置１００は、図１〜図３に示すように、主面が対向した一対の円板（回転体）１０１，１０１間に　打撃体１を取り付けた支軸１０３を架設し、前記一対の円板（回転体）１０１，１０１を主軸１０２を中心として高速回転させ前記打撃体１（硬質固体）をワークの臨界衝撃速度以上の速度でワーク１０５に衝突させる。回転体と支軸の嵌合部５は十分な隙間を設ける。なお、回転数は電源電圧の変動、その他の理由等で±１０％程度のバラツキを許容する。
【００５３】
打撃体１のワーク１０５に対する衝突速度は当然のことながら、前記一対の円板（回転体）１０１の回転数に対応する。本実施の形態では一対の円板（回転体）の回転数を１０，０００〜６０，０００ｒｐｍという高速回転領域を用いる。
【００５４】
該回転数領域により、打撃体１の衝撃力の向上による切断速度向上および空冷効果と加工硬化による打撃対の寿命向上等が図れる。
【００５５】
図１に示す切断装置１００では、支軸取り付け穴３を有する円筒体２の外周面に４箇所の四角形突起４を備えた、平面形状が十字型の打撃体１（図４参照）を円板１０１の主面に等間隔に４カ所配置した。前記四角形突起４が従来工具の切刃部に相当し、ワークを打撃する。図１からも明らかなように打撃体１の外周の一部（四角形突起、即ち切刃部４）を前記円板１０１の外周より外方に位置させている。
【００５６】
打撃体１を円板１０１の主面に等間隔に４箇所配置しているので、ワークの打撃頻度は（１万回転／分）×４箇所＝４万回／分以上となる。
【００５７】
支軸１０３と回転体１０１の勘合部５には所定の嵌合隙間１０４を設ける（後述する具体例では嵌合隙間を７ｍｍ程度とした）。該嵌合隙間１０４を設けることにより、打撃体１はワーク１０５に臨界衝撃速度以上の速度で激突後反射する。
激突時、ワーク１０５は打撃体１の先端厚さの範囲のみが粒状に破壊する。
【００５８】
なお、前記打撃体の外形は前記十字型の他に任意に設定してよい。例えば、複数の角部を備えた多角形（正三角形、正四角形、長方形、正五角形、正六角形等）、または円盤形、略弓形などとしてもよい。図６、図７、図８に円盤形、正六角形、略弓形の打撃体の例を順に示す。
【００５９】
図６は円盤形の打撃体１Ａを示しており、図６（Ａ）は正面図、図６（Ｂ）は断面図である。円盤形の打撃体１Ａは、所定厚さのリング状の切刃部４Ａの中央部に、貫通穴３Ａを有する円筒体２Ａを貫入させたような形状を有する。
【００６０】
図７は正六角形の打撃体１Ｂを示しており、図７（Ａ）は正面図、図７（Ｂ）は断面図である。正六角形の打撃体１Ｂは、外形が正六角形の所定厚さを有する切刃部４Ｂの中央部に、貫通穴３Ｂを有する円筒体２Ｂを貫入させたような形状を有する。
【００６１】
図８は、略弓形の打撃体１Ｃを示しおり、図８（Ａ）は正面図、図８（Ｂ）は側面図である。図８に示した略弓形の打撃体１Ｃは、略円弧状部分と該円弧の略両端を結ぶ弦とで囲まれた略弓形状の遊動部５Ｃを有する。遊動部５Ｃの一方の端部に、中央部に貫通穴３Ｃを有する円筒体２Ｃが一体化されて構成される。遊動部５Ｃの他方の端部に切刃部４Ｃが形成される。打撃体１Ｃは、回転体の支軸１０３に取り付けられる。
【００６２】
さらに、前記回転体１０１の形状についても円板型の他に、正多角形など任意の形状としてよい。しかし、当然のことながら回転体の回転バランスが取れていることが必要である。
【００６３】
次に、回転体と打撃体のディメンジョンと材質の一例を記す。図１に示す実施形態の装置の場合、円板１０１の直径は１００ｍｍ，板厚５ｍｍ，材質は機械構造用炭素鋼、支軸１０３は直径１０ｍｍ，材質は機械構造用炭素鋼または炭素工具鋼（ＪＩＳ規格記号／ＳＫ２）、打撃体１の切刃部頂部間距離Ｌは約４０ｍｍ，貫通穴３の直径は１７ｍｍ，切刃部４の幅寸法ｗは約１５ｍｍ，切刃部４の厚さ寸法ｔは約５ｍｍ，材質は機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）、炭素工具鋼（ＳＫ２）、高速度工具鋼（ＳＫＨ２）、Ｎｉ−Ｃｒ鋼（ＳＮＣ６３１）、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼（ＳＮＣＭ４２０）、Ｃｒ−Ｍｏ鋼（ＳＣＭ４３０）、クロム鋼（ＳＣｒ４３０）、機械構造用マンガン鋼（ＳＭｎ４３３）等の内いずれか一つとした。
【００６４】
図３の切断例では、円板１０１を３０，０００ｒｐｍで矢印１０７方向に回転させ、打撃体１がワーク（０．８ｍｍ厚さの冷間圧延鋼板）１０５に衝突する衝突速度を１５７ｍ／秒（５６５ｋｍ／時）程度、切削移動速度を５０ｍｍ／秒、切削方向１０８とした。なお、この場合の打撃頻度は（３万回転／分）×４箇所＝１２万回／分となる。
【００６５】
主軸１０２が３０，０００ｒｐｍで高速回転するので打撃体１に大きな遠心力が働く。該遠心力によって打撃体１の切刃部４とワーク１０５の衝突面及びその近傍の限られた範囲で衝撃を伴って高速圧縮力が発生し、ワーク１０５の衝突面表層は瞬時に、かつ高速で破砕される。切断屑は微小粒状となる。鋭利な切刃部がなくても切断できることを実験により確認している。
【００６６】
なお、ＣＲＴガラスについても上記加工条件で切断加工できた。また、回路用樹脂配線基板、樹脂成型品等のプラスチックを、円板１０１の回転数１０，０００ｒｐｍ、打撃体１の打撃回数４万回／分（回転体に取り付けた打撃体の数は４つ）、切削移動速度を５０ｍｍ／秒で加工できることも実験確認した。
【００６７】
上記において、打撃体１の打撃速度は上記の具体例に限定されず、ワークの臨界衝撃速度以上であればワークの種類や切削条件等に応じて任意に設定することができる。また、打撃体１の単位時間当たりの打撃回数もワークの種類や切削条件に応じて変更することができる。
【００６８】
ワークの材質が不明な場合、ワークが種類の異なる複数の部材から構成されている場合、外部から見えない箇所に材質が不明な部材が隠れている場合等では、打撃体の衝突速度を高めに設定すると、良好に切断することができる。
【００６９】
また、打撃体の材質は硬質の固体であれば金属部材以外も任意に使用することができる。
【００７０】
さらに、打撃体の数は２以上の複数であってもよいし、１つのみであってもよい。複数の打撃体を設置する場合は、回転体の回転中心に対して等角度間隔に設置すると、打撃間隔が均等になって安定切断が可能になるので好ましい。打撃体を１つのみとする場合は、回転バランスを確保するためにバランサ（おもり）を設置する。
【００７１】
さらに、一対の回転体１０１を主面を対向させて配置するのではなく、回転体を１枚のみとしてその片側に打撃体を設置する構成であってもよい。
【００７２】
前記回転体の駆動は一般的なスピンドルモータ等を用いて高速回転させればよい。
【００７３】
本発明における打撃体１は従来の切断ツールのように鋭利な切れ刃部を備えるものでない。本発明における切削原理は従来の常識を超えるもので、打撃体１に従来の切断ツールよりはるかに大きな速度を与えることにより、鋭利な切刃部が無くても金属、樹脂、ガラス、セラミックスなど脆性部材まで切断を可能にする。
【００７４】
（実施の形態２）
図９は本発明の実施の形態２における切断装置６００の断面図を示す。この場合の切断装置は実施の形態１の切断装置をユニットとして一つの軸上に多数取り付けたものである。従って、切断メカニズムや切断加工条件等は実施の形態１と同様とした。図９において、符号６００は切断装置、６０１は円板（回転体）、６０２は主軸、６０３は支軸、６０４は嵌合隙間、６０５と６０６はスペーサ、６１０は切断ユニットを示す。
【００７５】
図９の切断装置６００は、スペーサ６０５を介して主面が対向した一対の回転体６０１，６０１間に嵌合隙間を設けて支軸６０３を架設し、該支軸６０３に打撃体１を取り付けてなる切断ユニット６１０を複数用意し、前記切断ユニット６１０を同一主軸６０２にスペーサ６０６を介して所定間隔毎に取り付け、前記主軸６０２を高速回転させ前記各打撃体１を加工対象物（ワーク）の臨界衝撃速度以上の速度でワークに衝突させるようにしたことを特徴とする。
【００７６】
配列する切断ユニット６１０の数や配設ピッチ、回転体６０１に配設する打撃体１の数、打撃体１の打撃速度などはワークに対応して任意に設定すればよい。
【００７７】
主軸６０２の支持は片持ち軸受構造、両端支持軸受構造など任意に設定すればよい。
【００７８】
（実施の形態３）
図１０は本発明の実施の形態３における切断装置７００の正面方向の断面図を示す。この場合の切断装置は実施の形態１の切断装置を回転主軸が平行するごとく所定間隔に配置したものである。従って、切断メカニズムや切断加工条件等は実施の形態１と同様である。
【００７９】
図１０はその一例を示すもので、主面が対向した一対の回転体７０１間に嵌合隙間を設けて支軸７０３を架設し、該支軸７０３に打撃体１を付けてなる切断ユニット７１０を複数用意し、前記切断ユニット７１０を平行配置した２本の主軸７０２にそれぞれ取り付け、前記２本の主軸７０２を加工対象物（ワーク）を巻き込むごとくそれぞれ異なる方向７０７に高速回転させ、前記各打撃体１をワークの臨界衝撃速度以上の速度でワークに衝突させるようにしたことを特徴とする。
図中、７０４は回転体７０１と支軸７０３との嵌合隙間、７０８はワークの送り方向である。
【００８０】
配列する切断ユニット７１０の数や配設ピッチ、回転体７０１に配設する打撃体１の数、打撃体１の打撃速度などはワークに対応して任意に設定すればよい。
【００８１】
主軸７０２の支持は片持ち軸受構造、両端支持軸受構造など任意に設定すればよい。
【００８２】
なお、実施の形態２と同様に一つの主軸上に切断ユニット７１０を多数取り付け切断ユニットを所定間隔に配置してもよい（図示せず。）。
【００８３】
詳しくは、主面が対向した一対の回転体間に嵌合隙間を設けて支軸を架設し、該支軸に打撃体１を取り付けてなる切断ユニットを複数用意し、前記切断ユニットを平行配置した２本の主軸にそれぞれ複数づつ所定間隔毎に取り付け、前記２本の主軸を加工対象物（ワーク）を巻き込むごとくそれぞれ異なる方向に高速回転させ、前記各打撃体をワークの臨界衝撃速度以上の速度でワークに衝突させる構成としてもよい。
【００８４】
（実施の形態４）
図１１は本発明の実施の形態４における切断加工装置の側面図を示す。この場合の切断加工装置は実施の形態１の切断装置を５軸制御（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、角度Θ１、角度Θ２）のロボットアームに取り付けた構成とした（図示せず。）。
【００８５】
図１１において、符号８００は切断加工装置、８１０は実施の形態１で説明した切断装置、８２０は５軸制御の市販ロボット、８３０は加工対象物（ワーク、たとえば電子機器の樹脂成形キャビネット等）、８４０は搬送パレットを搬送するローラコンベア、８５０はワークを搭載する搬送パレットを示す。
【００８６】
切断装置８１０の前に搬送パレット８５０に搭載されたワーク８３０が位置すると、これを自動的に検出し、ロボット８２０のアームに取り付けた切断装置８１０が回転、駆動され、５軸制御機能を介してキャビネット８３０の外周を所定に切断加工する（図示せず。）。
【００８７】
加工条件は打撃体の打撃速度がワーク８３０の臨界衝撃速度以上とする。
【００８８】
なお、上記装置において、打撃体がワーク８３０に衝突することにより生じる固有の振動波形及び振動数のうちの少なくとも一方を検出し、前記打撃体の衝突速度と衝突方向、及び切断装置８１０の移動速度のうちの少なくとも一つを制御する制御手段を備えるようにしてもよい（図示せず。）。このようにすれば、ワーク８３０が物性の異なる複数の部材で構成されている場合、ワーク８３０の材質が不明な場合、外部からは見えないワーク８３０の内部構造が不明な場合等でも、最適切断条件を自動設定することができ、切断作業の自動化を実現できる。
【００８９】
また、コンベア装置はベルトコンベアやチェーンコンベアであってもよいことは言うまでもない。
【００９０】
さらに、実施の形態１の切断装置の他に実施の形態２の切断装置をロボットで駆動するようにしてよいことも同様である。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、廃棄処理を目的とした家電製品や自動車等の解体切断処理の自動化が可能となり、加工対象物や構成部材の種類に応じて、切削工具の種類や加工条件、切断装置を変更する必要がない。
【００９２】
また、切断装置の寿命と信頼性の向上、リサイクル率の向上に寄与し、環境保全、資源の有効活用に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における切断装置の正面方向の断面図
【図２】図１の切断装置の切断線Ｓ１−Ｓ１における側面方向の断面図
【図３】図１の切断装置を用いてワークを切断している状態の正面方向の断面図
【図４】図１の切断装置を構成する打撃体の正面図
【図５】図４の打撃体の切断線Ｓ３−Ｓ３における断面図
【図６】図１の切断装置の打撃体の別の例を示した図であり、
（Ａ）は正面図
（Ｂ）は図６（Ａ）のＳ４−Ｓ４線における断面図
【図７】図１の切断装置の打撃体のさらに別の例を示した図であり、
（Ａ）は正面図
（Ｂ）は図７（Ａ）のＳ５−Ｓ５線における断面図
【図８】図１の切断装置の打撃体のさらに別の例を示した図であり、
（Ａ）は正面図
（Ｂ）は側面図
【図９】本発明の実施の形態２における切断装置の正面方向の断面図
【図１０】本発明の実施の形態３における切断装置の正面方向の断面図
【図１１】本発明の実施の形態４における加工装置の側面図
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ　打撃体
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ　円筒体
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ　貫通穴
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ　切刃部
５Ｃ　遊動部
１００、６００、７００、８１０　切断装置
１０１、６０１、７０１　回転体（円板）
１０２、６０２、７０２　主軸
１０３、６０３、７０３　支軸
１０４、６０４、７０４　嵌合隙間
１０５、８３０　被切断物（加工対象物、ワーク）
１０７、７０７　回転方向
１０８　切断方向（移動方向）
６０５，６０６　スペーサ
６１０、７１０　切断ユニット
７０８　ワークの移動方向
８００　切断加工装置
８２０　ロボット
８４０　ローラコンベア
８５０　搬送パレット

Claims (16)

1. 主面を対向させて配置した一対の回転体と、前記一対の回転体間に架設された支軸に取り付けられた少なくとも１つ以上の回動可能な打撃体とを有する切断装置であって、前記打撃体と前記支軸の嵌合部及び前記回転体と前記支軸の嵌合部あるいは前記回転体と前記支軸の嵌合部は所定の嵌合隙間を有して、かつ、前記打撃体の外周の一部が前記回転体の外周より外方に位置できるように取り付けられており、前記回転体を高速回転させ前記打撃体を臨界衝撃速度以上の速度で加工対象物に衝突させるようにしたことを特徴とする切断装置。
2. 主面を対向させて配置した一対の回転体と、前記一対の回転体間に架設された支軸に取り付けられた少なくとも１つ以上の回動可能な打撃体とからなる前記切断ユニットを平行に配置した２本の軸にそれぞれ取り付けてなる切断装置であって、前記打撃体と前記支軸の嵌合部及び／あるいは前記回転体と前記支軸の嵌合部は所定の嵌合隙間を有しており、かつ、前記打撃体の外周の一部が前記回転体の外周より外方に位置できるように取り付けられており、前記２本の軸を異なる方向に高速回転させ前記各打撃体を臨界衝撃速度以上の速度で加工対象物に衝突させるようにしたことを特徴とする切断装置。
3. 主面を対向させて配置した一対の回転体と、前記一対の回転体間に架設された支軸に取り付けられた少なくとも１つ以上の打撃体とからなる切断ユニットを複数個有し、前記切断ユニットを同一主軸に所定間隔を設けて取り付けてなる切断装置であって、前記回転体は前記支軸と所定の嵌合隙間を有して、かつ、前記打撃体の外周の一部が前記回転体の外周より外方に位置できるように取り付けられており、前記主軸を高速回転させ前記各打撃体を臨界衝撃速度以上の速度で加工対象物に衝突させるようにしたことを特徴とする切断装置。
4. 主面を対向させて配置した一対の回転体と、前記一対の回転体間に架設された支軸に取り付けられた少なくとも１つ以上の打撃体とからなる切断ユニットを複数個有し、前記切断ユニットを平行に配置した２本の軸にそれぞれ取り付けてなる切断装置であって、前記回転体は前記支軸と所定の嵌合隙間を有して、かつ、前記打撃体の外周の一部が前記回転体の外周より外方に位置できるように取り付けられており、前記２本の軸を異なる方向に高速回転させ前記各打撃体を臨界衝撃速度以上の速度で加工対象物に衝突させるようにしたことを特徴とする切断装置。
5. 主面を対向させて配置した一対の回転体と、前記一対の回転体間に架設された支軸に取り付けられた少なくとも１つ以上の打撃体とからなる切断ユニットを複数個有し、前記切断ユニットを平行に配置した２本の軸にそれぞれ複数個ずつ所定間隔を設けて取り付けてなる切断装置であって、前記回転体は前記支軸と所定の嵌合隙間を有して、かつ、前記打撃体の外周の一部が前記回転体の外周より外方に位置できるように取り付けられており、前記２本の軸を異なる方向に高速回転させ前記各打撃体を臨界衝撃速度以上の速度で加工対象物に衝突させるようにしたことを特徴とする切断装置。
6. 前記打撃体を前記回転体の回転中心に対して等角度間隔に複数配置した請求項１〜５のいずれかに記載の切断装置。
7. 前記回転体と前記支軸の嵌合部との嵌合隙間が２ｍｍ以上である請求項１〜５のいずれかに記載の切断装置。
8. 前記回転体と前記支軸の嵌合部との嵌合隙間が５〜１０ｍｍ程度である請求項１〜５のいずれかに記載の切断装置。
9. 前記打撃体の外形形状が、複数の角部を備えた多角形、複数の角部を備えた十字型、円盤形、及び略弓形のうちいずれか一つである請求項１〜８のいずれかに記載の切断装置。
10. 前記打撃体を約１３９ｍ／秒（約５００ｋｍ／時）以上の速度で前記加工対象物に衝突させる請求項１〜９のいずれかに記載の切断装置。
11. 前記打撃体を約３４０ｍ／秒（約１２２４ｋｍ／時）以上の速度で前記加工対象物に衝突させる請求項１〜９のいずれかに記載の切断装置。
12. 前記加工対象物の臨界衝撃速度の２倍以上の速度で前記打撃体を前記加工対象物に衝突させる請求項１〜５のいずれかに記載の切断装置。
13. 前記打撃体が衝突した前記加工対象物の表面を破砕することにより前記加工対象物を切断する請求項１〜１２のいずれかに記載の切断装置。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の切断装置を多軸制御機能を備えたロボットアームに取り付けたことを特徴とする加工装置。
15. 前記打撃体が前記加工対象物に衝突することにより生じる固有の振動波形及び振動数のうちの少なくとも一方を検出し、前記打撃体の衝突速度と衝突方向、及び前記切断装置の移動速度のうちの少なくとも一つを制御する制御手段を備えた請求項１４に記載の加工装置。
16. 請求項１〜５のいずれかに記載の切断装置を用い、前記打撃体を加工対象物の臨界衝撃速度以上の速度で加工対象物に衝突させて、加工対象物を切断する切断方法。

Images