JP4859639B2 - 管の切断方法および自動切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、同一平面上に配置された複数の管、たとえばボイラ管壁などの管列を切断するのに好適な管の切断方法および自動切断装置に関する。

従来、互いに平行に配置された複数の管（管列）を切断する切断装置は、たとえば特許文献１や特許文献２に開示されている。特許文献１の切断装置は、複数の管を同一平面内で一列にかつ隣接する管同士が接触するように上下左右からクランプし、この管列全体を横断可能な直径を有する丸鋸を使用して、１回の切断動作ですべての管を切断するものである。

また特許文献２の切断装置は、同一水平面上に所定間隔をあけて並設した複数の管からなる管列の上面に、走行レールを管に直角な方向に配置し、この走行レールに移動自在に設置された走行台車に、高速カッタを設けたものであり、走行レールの始端部で走行台車から高速カッタを管切断位置に突出させた後、走行台車を走行レールに沿って終端部まで走行させることにより、すべての管を順次切断するものである。
特開昭５８−１９６９１８号公報 特開平５−２８５７２１号公報

しかしながら、特許文献１の切断装置は、一度に７本もの管を一気に切断するもので、丸鋸の刃部と管断面が接する合計刃当たり長が極めて長いため、丸鋸への負荷が大きく、さらに丸鋸の刃部が管の表面に食い込む切込角が鋭角となる個所が複数箇所生じるため、丸鋸の刃部の磨耗や破損が多く、消耗が激しいという問題があった。

また特許文献２では、走行により管を順次切断する時、高速カッタと管断面とが擦れ合っている状態で、次の管の切断を開始することになる。ここで、切断誤差により切断面が変位していた場合、切断面により高速カッタが変形して刃部が増幅されて変位し、前の管の切断誤差分以上に次の管の切断位置が変位することになる。この状態で管の切断を続けると、切断誤差が大きくなり、切断精度が保てない上に、高速カッタにも大きい負荷がかかり、高速カッタを破損させる恐れがあった。

本発明は上記問題点を解決して、切断精度と回転刃の寿命を向上させることができる管の切断方法および自動切断装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために請求項１記載の管の切断方法は、複数の管が同一平面上に一定の管ピッチで互いに平行に配置された管列を、回転刃により、直線状に横断する切断線方向に沿って切断するに際し、回転刃を管列に向かって出退させて管を切断する切断送り動作と、回転刃を切断線方向に移動する移動送り動作とを交互に繰り返して切断し、移動送り動作を一定の送りピッチで行うとともに、切断送り動作の終了位置を、当該切断送り動作の切断対象となる所定の管のうち、移動送り方向の前端部の管断面の一部である切り残し部を残すとともに、当該切断対象となる残りの管の全断面を切断する位置として、前記切り残し部は次の切断送り動作により切断し、前記切り残し部は、移動送り方向の前後の管壁が連結される合流部分であり、この合流部分は、回転刃の刃部と管断面とが接触する当該管の最大の刃当たり長を含むものである。

請求項２記載の管の切断方法は、請求項１記載の構成において、切断送り動作の終了位置を、合流部分の内周面から回転刃の刃部までの切り残し余長を有する位置としたものである。

請求項３記載の管の切断方法は、請求項１または２記載の構成において、切断送り動作の終了位置を、前端部の管の移動送り方向の前方に隣接する管と回転刃の刃部とが接触しない非接触余長を有する位置としたものである。

請求項４記載の管の切断方法は、複数の管が同一平面上に一定の管ピッチで互いに平行に配置された管列を、回転刃により、直線状に横断する切断線方向に沿って切断するに際し、回転刃を管列に向かって出退させて管を切断する切断送り動作と、回転刃を切断線方向に移動する移動送り動作とを交互に繰り返して切断し、切断送り位置における回転刃の刃部と管断面とが接触する刃当たり長が長い時に、回転刃の切断送り速度を減少させ、刃当たり長が短い時に、回転刃の切断送り速度を増加させるものである。

請求項５記載の管の自動切断装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の管の切断方法を実施するための管の自動切断装置であって、管列に切断線方向に沿って取り付けられる案内部材と、走行装置により案内部材に案内されて移動自在に設けられる走行台車と、走行台車に設けられて管列に向かって回転刃を出退させる切断送り装置と、入力された管の径、管ピッチ、管の肉厚、回転刃の径とに基づいて、走行装置による走行送り動作と、切断送り装置による切断送り動作とを制御する切断制御装置を設けたものである。

請求項６記載の管の自動切断装置は、回転刃の回転トルクを監視するトルク検出器を設け、切断制御装置に、前記トルク検出器の回転トルクが所定値以上になった時に、切断作業を停止する安全装置を設けたものである。

請求項１記載の発明によれば、切断線に沿って移動させる移動送り動作と、回転刃を管列に向かって出退させて管を切断する切断送り動作とを交互に繰り返して、管列の管を順次切断するので、特許文献２のように、高速カッタが接触する管の切断面の切断誤差により切断位置が変位されるようなことがなく、管列を切断線に沿って精度良く切断することができる。また切断送り動作の終了位置では、切断対象の管の移動送り方向の前端部の管以外の後方側の管の全断面を切断するとともに、前端部の管は最長となる刃当たり長を含む切り残し部を残して切断することにより、切断送り動作中の刃当たり長を減少させることができ、回転刃への負荷を減少させて寿命を延ばすことができる。またこの切り残し部は、次の移動送り動作により前方に移動した回転刃の切断送り動作により、刃当たり長が短い状態で容易に切断することができ、回転刃への負荷を小さくできる。

請求項２記載の発明によれば、前端部の管で切り残す合流部分の内周面から回転刃の刃部までの切り残し余長を設けたので、最大となる刃当たり長を有する切り残し部を残して前端部の管を部分切断することができ、この切り残し余長により管列の製造誤差や切断装置の動作の誤差を吸収することができる。

請求項３記載の発明によれば、切断送り動作の終了位置で、非接触余長を設けることで、回転刃の刃部が前方に隣接する管に接触するのを確実に防止することができる。これにより、回転刃の刃当たり長の増加を防止して負荷を軽減させ、回転刃の寿命を延ばすことができる。

請求項４記載の発明によれば、切断線に沿う移動送り動作と、切断送り動作とを交互に繰り返して、管列の管を順次切断するので、特許文献２のように、高速カッタが接触する管の切断面の切断誤差により切断位置が変位されるようなことがなく、切断線に沿って精度良く切断することができる。また回転刃の刃当たり長に対応して切断送り速度を制御することにより、切り粉の詰まりによる刃部の剥離や、摩擦熱による焼き付きを防止することができ、回転刃の寿命を延ばすことができる。

請求項５記載の発明によれば、管列に案内部材を切断線に沿って取り付け、走行装置により案内部材に沿って移動される走行台車に、切断送り装置により回転刃を出退自在に設け、切断制御装置により、切断送り装置を介して回転刃を出退させる切断送り動作と、走行装置による移動送り動作とを交互に行うことにより、管列の管を順次切断線に沿って精度良く切断することができ、回転刃の寿命を延ばすことができる。

請求項６記載の発明によれば、安全装置により、回転トルク検出器により回転刃に異常トルクを検出した時に、切断を緊急停止することができ、安全に切断作業を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１２を参照して、たとえば金属用チップソーからなる円形の回転鋸刃（回転刃）Ｓを使用してたとえば金属製の管Ｐを切断した場合の、回転鋸刃Ｓにかかる負荷と対策とを説明する。もちろん管Ｐの材質は金属製以外のものでもよい。

１）図１２（ａ）に示すように、管Ｐの管軸心Ｐｏと回転鋸刃Ｓの回転軸心Ｓｏとを互いに平行に配置した状態で、切断送り動作により回転鋸刃Ｓを管Ｐの直上部から下方に突出させて管Ｐを切断した場合、図１２（ｂ）に示すように、回転鋸刃Ｓによる切断が進み管Ｐの下部のＢ位置で、回転鋸刃Ｓの回転方向（移動送り方向）の前後の管壁が連続する合流部分Ｐｄの内周面の切断を開始した時に、刃当たり長Ｌｂが最大となる。また回転鋸刃Ｓによる切断の初期に、回転鋸刃Ｓが、管Ｐの管壁が分離される分岐部分Ｐｕを切断し、その内周面に露出する手前のＡ位置で、刃当たり長Ｌａがその次に大きくなる。このように、刃当たり長が大きいと回転鋸刃Ｓにかかる負荷が大きくなる。またＢ位置では、図１２（ｃ）に示すように、切込点Ｂｓにおいて刃部Ｓｃが管Ｐの表面に食い込む角度、すなわち管Ｐの表面と刃部Ｓｃの切り込み方向が成す切込角θｂが鋭角となり、かつ切込点Ｂｓから続く刃当たり長Ｌｂが長いために、Ａ位置に比較して回転鋸刃Ｓにかかる負荷が大きい。

なお、図１２（ｄ）に示すように、Ａ位置を越えて刃部Ｓｃが管Ｐの内側に露出すると、前半部と後半部で２つの切込点Ａｓ１，Ａｓ２が生じ、後半部の切込点Ａｓ２における切込角θａが鋭角となるが、この後半部の刃当たり長Ｌａ２が短いため、Ｂ位置のように負荷が大きくなることはない。

したがって、管Ｐの切断に際し、切込角θｂが鋭角でかつ刃当たり長Ｌｂが長い、Ｂ位置のような切断個所が少ないほど、回転鋸刃Ｓへの負荷が小さくなる。
このような回転鋸刃Ｓへの負荷を軽減する対策として、図１２（ｅ）に示すように、切断送り動作の終了位置において、管Ｐの合流部分Ｐｄの内周面と回転鋸刃Ｓの刃部Ｓｃとの間に切り残し余長：βを設けて、合流部分Ｐｄを切断せずに残す。そして回転鋸刃Ｓを移動送り動作させた次回の切断送り動作で、切込角が大きくかつ刃当たり長が短い状態で、切り残された合流部分Ｐｄを切断する。これにより回転鋸刃Ｓへの負荷を減少させることができる。

２）回転鋸刃Ｓは、回転による遠心力で刃部Ｓｃの振れ（ブレ）を抑制している。このため、回転鋸刃Ｓの刃部Ｓｃが最初に管Ｐに接触する切込開始位置で、切断送り速度が大きいと、切断抵抗が大きくなり、回転鋸刃Ｓの弾性により刃部Ｓｃが目的位置から左右に変位して逃げ、切断精度が低下する。この対策として、切込開始位置における切断送り速度を低下させることで、切断精度を向上させることができる。

３）回転鋸刃Ｓによる管Ｐの切断中に、切断送り速度を大きくすると、刃部Ｓｃが削り取る切粉（切屑）の厚みが大きくなり、この時の刃当たり長が長いと、この切粉が刃部Ｓｃと管Ｐの切断面との間に詰まりやすく、刃部Ｓｃの切削チップが剥離するなどの障害を生じやすい。反対に、切断送り速度が小さいと、刃部Ｓｃと管Ｐの切断面との接触により摩擦熱が生じて刃部Ｓｃに焼き付きが発生し、切れ味を落としてしまう。

この対策として、図１２（ｆ）に示すように、回転鋸刃Ｓの切断送り位置に対応する刃当たり長を予め演算しておき、刃当たり長が大きい切断送り位置で切断送り速度を低下させ、刃当たり長が小さい切断送り位置で切断送り速度を増加させることで、回転鋸刃Ｓの刃部Ｓｃの剥離や焼き付きを防止することができる。

［実施の形態１］
図１〜図９を参照して、管の自動切断装置を説明する。
図１，図２に示すように、管列ＰＷは、たとえば複数の管Ｐ（伝熱管）を同一平面上に一定の管ピッチＰｔで互いに平行に配列し、フィン（伝熱板）Ｆにより互いに接合されてボイラ管壁を構成するものである。

この管の自動切断装置は、作業台ＢＴ上に水平に位置決め固定された管列ＰＷに、管Ｐにたとえば直交する切断線（図示せず）に平行に取り付けられた走行案内部材１１（案内部材）と、走行装置１３により走行案内部材１１に沿って移動自在な走行台車１２と、走行台車１２に設けられて切断送り装置（出退駆動装置）１４により管列ＰＷに向かって出退される回転鋸刃Ｓと、走行装置１３による移動送り動作と、切断送り装置１４による切断送り動作とを制御する図６に示す切断コントローラ（切断制御装置）１５とを具備している。

図３〜図６に示すように、走行案内部材１１は、下面が開放されたチャンネル形断面で、複数のクランプ具１１ａにより、管列ＰＷの上面で切断線に平行な所定位置に位置決め固定されている。走行案内部材１１の上面には、左右一対の走行レール（ＬＭガイド）１１ｂが長さ方向に沿って取り付けられている。また走行レール１１ｂ間に、走行用の走行ラック１３ａが走行レール１１ｂと平行に取り付けられている。

走行台車１２の台車本体１２ａには、下面に前記走行レール１１ｂに案内される複数の走行ガイド部（ＬＭベアリング）１２ｂが取り付けられている。また前記走行装置１３は、減速機付き走行駆動装置（電動モータ）１３ｂが台車本体１２ａに直立固定され、走行駆動装置１３ｂの出力軸が台車本体１２ａを貫通されて、その下端部に走行ラック１３ａに噛み合う走行ピニオン１３ｃが取り付けられている。また走行駆動装置１３ｂには、移動送り位置を検出するためにロータリーエンコーダなどの移動送り検出器１３ｄ（図６）が設けられている。

また台車本体１２ａの（走行方向の）前部に設けられた横行ガイド部２１に、横行台２２が左右方向（ここでは管軸心Ｐｏ方向）にスライド自在に設けられ、切断位置調整装置２３により横行台２２を左右方向に位置調整して回転鋸刃Ｓを切断線に合わせて位置調整することができる。すなわち、横行ガイド部２１に前後一対の横行ガイドレール（ＬＭガイド）２１ａが取り付けられ、これら横行ガイドレール２１ａに横行ガイド部（ＬＭベアリング）２２ａを介して横行台２２がスライド自在に配置されている。切断位置調整装置２３は、横行ガイドレール２１ａ間で横行ガイド部２１に左右方向に配設され手動式の位置調整ハンドル２３ａにより回転される位置調整ねじ軸２３ｂと、横行台２２に設けられて位置調整ねじ軸２３ｂに螺合される位置調整雌ねじ部材２３ｃとで構成されている。２３ｄは位置調整ねじ軸２３ｂを固定するロックハンドルである。

横行台２２に立設された切断送りガイド部２４に、切断送り台２５が上下方向（ここでは全ての管軸心Ｐｏを含む平面に垂直な方向）にスライド自在に設けられ、切断送り装置１４により切断送り台２５が上下方向に出退駆動される。すなわち、切断送りガイド部２４の一側面に前後一対の切断送りガイドレール（ＬＭガイド）２４ａが上下方向に取り付けられ、これら切断送りガイドレール２４ａに切断送りガイド部（ＬＭベアリング）２５ａを介して切断送り台２５がスライド自在に配置されている。切断送り装置１４は、切断送りガイドレール２４ａ間で切断送りガイド部２４に上下方向に配設された切断送りねじ軸１４ａと、切断送り台２５に設けられて切断送りねじ軸１４ａに螺合される切断送り雌ねじ部材１４ｃと、切断送りガイド部２４に設けられた切断送り駆動装置（電動モータ）１４ｂと、切断送り駆動装置１４ｂの出力軸と切断送りねじ軸１４ａとを連結する巻き掛け伝動機構（たとえばＶベルトとプーリ）１４ｄとで構成されている。なお、切断送り駆動装置１４ｂには、切断送り位置を検出するためにロータリーエンコーダなどの切断送り検出器１４ｅが設けられている。

前記切断送り台２５から垂下されたアーム部３１には、左右方向に沿う鋸刃駆動軸３２が回転自在に支持され、鋸刃駆動軸３２の一端部に、回転ブレを抑制する小円形の押さえ板Ｓｐを介して回転鋸刃Ｓが取り付けられている。また切断送り台２５の走行方向の後部に減速機付き切断駆動装置（電動モータ）３３が設置され、切断駆動装置３３の出力軸と鋸刃駆動軸３２の他端部とが巻き掛け伝動機構（たとえばＶベルトとプーリ）３４により連結されている。さらに切断駆動装置３３には、回転鋸刃Ｓによる切断異常を検出するための回転トルク検出器３５が設けられている。

図６，図７に示すように、前記切断コントローラ１５は、走行駆動装置１３ｂに操作信号を出力する移動送り駆動部４１と、切断送り駆動装置１４ｂに操作信号を出力する切断送り駆動部４２と、移動送り検出器１３ｄの検出信号に基づいて走行台車１２の移動送り位置を検出する移動送り位置検出部４３と、切断送り検出器１４ｅの検出信号に基づいて回転鋸刃Ｓの切断位置を検出する切断送り位置検出部４４と、切断駆動装置３３に操作信号を出力する切断駆動部４７と、切断データ入力部５１から入力される管Ｐの外径ｄや管Ｐの肉厚ｔ、管ピッチＰｔ、回転鋸刃Ｓの直径Ｄ（新品時）、円形の押さえ板Ｓｐの直径Ｄ’などのデータに基づいて、移動送り原点位置や送りピッチＰｓ（ここではＰｓ＝Ｐｔ）、回転鋸刃Ｓの切断送り速度、切断送り動作の終了位置、刃当たり長などを求めて設定し、移動送り駆動部４１および切断送り駆動部４２に制御信号を出力する切断制御部４５と、求められた設定値を記録するメモリ４６とを具備している。またこの切断制御部４５により演算された制御データは、表示装置や告知装置などからなる切断データ出力部５２に出力される。

さらに、この切断コントローラ１５では、切断駆動装置３３に設けられた回転トルク検出器３５の検出信号により回転鋸刃Ｓの回転トルクが常時監視されており、回転トルクが閾値を越えると、切断送り動作を一時停止する安全装置４８が設けられている。この安全装置４８は、一時停止した後、設定時間の経過後に再度切断送り動作を再開するが、１回の切断送り動作が終了した時点で、設定回数以上の一時停止の回数があった場合には回転鋸刃Ｓが消耗していると判断して、切断作業を停止するとともに、切断データ出力部５２の表示装置や警告装置を作動させ作業者に知らせるように構成されている。

上記構成において、作業台ＢＴ上に位置決め固定された管列ＰＷに、複数のクランプ具１１aを使用して走行案内部材１１を切断線と平行に取り付け、走行案内部材１１の走行レール１１ｂに走行台車１２を設置する。そして、切断データ入力部５１から切断コントローラ１５の切断制御部４５に、必要なデータを入力する。切断制御部４５では、入力されたデータに基づいて、回転鋸刃Ｓの刃当たり長や切断送り速度、切断送り終了位置などを演算し設定する。また回転鋸刃Ｓの磨耗量も計測する。たとえば新品の回転鋸刃Ｓを管Ｐの真上から真下に下ろす時の下降量を切断送り検出器１４ｅで求めて記憶しておき、ある程度磨耗した状態の回転鋸刃Ｓを使用する場合にも、同様に下降量を切断送り検出器１４ｅで求め、記憶された新品時の下降量との差から現状の回転鋸刃Ｓの直径Ｄ１を教示し、切断送り動作の移動距離を補正する。さらに図８に示すように、移動送り原点である予備切断位置Ｔ０（求め方は後述する）と、予備移動送り動作Ｓ０により予備切断位置Ｔ０から１送りピッチＰｓだけ前進させた最初の切断位置Ｔ１で、回転鋸刃Ｓを管Ｐに当接させて切込開始位置をそれぞれティーチングする。

そして移動送り原点に走行台車１２を配置し、切断作業を開始する。たとえば、１回の移動送り動作Ｓ１，Ｓ２…で１送りピッチＰｓずつ前進させて１回の切断送り動作Ｃ１，Ｃ２…で管Ｐ（Ｐ１〜Ｐ３）を順次１本ずつ切断する場合、図８（ａ），図９（ａ）に示すように、まず予備切断送り位置Ｔ０で予備切断送り動作Ｃ０を行い、第１の管（移動送り方向の始端部の管）Ｐ１を、切断面のうち合流部分Ｐｄを残して予備切断する。またこの時、回転鋸刃Ｓは、前方に隣接する第２の管Ｐ２に接触しない。さらに予備移動送り動作Ｓ０により、回転鋸刃Ｓを予備切断送り位置Ｔ０から１送りピッチＰｓ分、前進させて切断送り位置Ｔ１に停止させる。そして、切断送り動作Ｃ１を行い、図８（ｂ），図９（ａ）に示すように、回転鋸刃Ｓにより、予備切断された第１の管Ｐ１の合流部分Ｐｄを完全に切断すると同時に、第２の管Ｐ２を合流部分Ｐｄを残して切断する。そしてこの時、回転鋸刃Ｓは前方に隣接する第３の管Ｐ３に接触しない。これを次の切断送り位置Ｔ２，Ｔ３…で順次繰り返して行い、管列ＰＷ全体を切断線に沿って切断する。図において、Ｔ０，Ｔ１…、Ｃ０，Ｃ１…、Ｓ０，Ｓ１…は、それぞれ回転鋸刃Ｓの回転中心の移動軌跡を表している。またここで、回転鋸刃Ｓは、所定の回転速度（たとえば500r.p.m）で一定に保持される。

次に回転鋸刃Ｓの切断送り動作の終了位置（切断送り動作限）について、図８，図９を参照して説明する。
切断送り位置Ｔ１，Ｔ２…における切断送り動作の終了位置での管Ｐの切断要件は、管Ｐと管列ＰＷとの製造誤差、切断装置の動作の誤差を考慮して決定される。
・要件Ａ．第１の管Ｐ１を切り落とすこと→切り落とし余長：αを設ける。

ここで設定される切り落とし余長：αは、管Ｐと管列ＰＷの製作誤差＋装置の動作精度＋余裕＜αとなり、切り落とし余長：αの上限は管Ｐと押さえ板Ｓｐが接触するまでの長さとなる。ここで、たとえば管Ｐの外径：ｄ＝９０ｍｍ以下、管ピッチ：Ｐｔ＝１００〜２００ｍｍの場合の切り落とし余長：αは１〜１０ｍｍである。
・要件Ｂ．第２の管Ｐ２を切り落とさない（最大刃当たり長を含む合流部分Ｐｄを残す）→切り残し余長：β＞［管Ｐと管列ＰＷの製造誤差＋切断装置の動作の誤差］である。
・要件Ｃ．第３の管Ｐ３に回転鋸刃Ｓが接触しない→非接触余長：γを設ける。ここで設定される非接触余長：γ＞［管Ｐと管列ＰＷの製造誤差＋切断装置の動作の誤差］である。

上記要件Ａ〜Ｃのうち、各余長値α、β、γのうち、２つを設定すると、残りの１つを求めることができる。ここで、図８（ｃ）に示すように、要件Ａ〜Ｃの優先順位を要件Ａ→要件Ｂ→要件Ｃとし、要件Ａの切り落とし余長：αと要件Ｂの切り残し余長：βをまず設定することにより、非接触余長：γを演算により求めることができる(STEP1)。ここで演算された非接触余長：γが、非接触余長：γの適正範囲にある場合（STEP2）には、非接触余長：γを有する切断送り動作の終了位置を求めることができるが、演算された非接触余長：γが非接触余長：γの前記適正範囲外の場合（STEP2）には、要件Ａの切り落とし余長：αと要件Ｃの非接触余長：γから切断送り動作の終了位置が求められる（STEP3）。

次にこれを詳細に説明する。これにより予備切断送り位置Ｔ０を求めることができる。
すなわち、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、ここで、管Ｐ１〜Ｐ３の外径：ｄ、管Ｐ１〜Ｐ３の肉厚：ｔ、回転鋸刃Ｓの直径：Ｄ（磨耗した回転鋸刃Ｓの直径Ｄ１はＤと読み替えるものとする）とすると、
要件Ａにおいて、回転鋸刃Ｓにより第１の管Ｐ１の残りの断面が全て切断され、刃部Ｓｃが第１の管Ｐ１の外周から切り落とし余長：α分、はみ出す時、回転鋸刃Ｓの回転軸心Ｓｏから第１の管Ｐ１の管軸心Ｐｏ１までの距離：Ｌ１は、
Ｌ１＝Ｄ／２−ｄ／２−α…（１）式となる。

また要件Ｂにおいて、回転鋸刃Ｓにより第２の管Ｐ２の断面の最大刃当たり長Ｌｂを含む合流部分Ｐｄを残し、刃部Ｓｃが合流部分Ｐｄの内周面から切り残し余長：β分だけ内側にある時、回転鋸刃Ｓの回転軸心Ｓｏから第２の管Ｐ２の管軸心Ｐｏ２までの距離：Ｌ２は、
Ｌ２＝Ｄ／２−（ｄ／２−ｔ−β）…（２）式となる。

さらに要件Ｃにおいて、回転鋸刃Ｓの刃部Ｓｃから第３の管Ｐ３までの非接触余長：γを残すため、回転鋸刃Ｓの回転軸心Ｓｏから第３の管Ｐ３の管軸心Ｐｏ３までの距離：Ｌ３は、
Ｌ３＝Ｄ／２＋ｄ／２＋γ…（３）式となる。

そして、第１の管Ｐ１の管軸心Ｐｏ１を中心とする半径Ｌ１の円弧（図示せず）と、管軸心Ｐｏ１から管ピッチ：Ｐｔ分離れた第２の管Ｐ２の管軸心Ｐｏ２を中心とする半径Ｌ１の円弧（図示せず）の交点は、１点のみかまたは２点となる。通常この自動切断装置で与えられる条件下では、ほぼ２点となり、切断送り開始位置に近い方が、切断送り動作の終了位置となる。

ここで、図９（ｃ）を参照して、全ての管軸心Ｐｏ１〜Ｐｏ３を含む平面から切断送り動作の終了位置の回転鋸刃Ｓの回転軸心Ｓｏまでの垂直距離（高さ）：Ｈと、第１の管Ｐ１の管軸心Ｐｏ１から切断送り動作の終了位置の回転鋸刃Ｓの回転軸心Ｓｏまでの水平距離：Ｘを求める。全ての管軸心Ｐｏ１〜Ｐｏ３を含む平面に対して回転軸心Ｓｏを通る垂線：Ｓｏ−Ｐｘ＝垂直距離：Ｈ、管ピッチ：Ｐｔとすると、直角三角形Ｓｏ，Ｐｏ１，Ｐｘにおいて、
Ｘ^２＋Ｈ^２＝Ｌ１^２…（４）式となる。

また直角三角形Ｓｏ，Ｐｏ２，Ｐｘにおいて、
（Ｐｔ−Ｘ）^２＋Ｈ^２＝Ｌ２^２となる。
これを変形すると、Ｈ^２＝Ｌ２^２−（Ｐｔ−Ｘ）^２…（５）式となる。
さらに（５）式を（４）式に代入すると、
Ｘ^２＋Ｌ２^２−（Ｐｔ−Ｘ）^２＝Ｌ１^２となり、
これを変形すると、２ＰｔＸ−Ｐｔ^２＝Ｌ１^２−Ｌ２^２となり、したがって、
Ｘ＝（Ｌ１^２−Ｌ２^２＋Ｐｔ^２）／２Ｐｔ…（６）式が求められる。

また（４）式から、Ｈ^２＝Ｌ１^２−Ｘ^２を変形して、
Ｈ＝√（Ｌ１^２−Ｘ^２）…（７）式となる。
このように、（６）式により切断送り動作を行う回転鋸刃Ｓの回転軸心Ｓｏの移動送り方向の切断送り位置（座標）Ｔ１を求めることができ、この切断送り位置Ｔ１から管ピッチＰｔを減算して予備切断送り位置（座標）Ｔ０求めることができる。また（７）式により切断送り動作の終了位置（座標）を求めることができる。

実施例として、たとえば管Ｐの外径：ｄ＝７６．２ｍｍ、管の肉厚：ｔ＝６ｍｍ、管ピッチ：Ｐｔ＝１０５ｍｍ、回転鋸刃Ｓの直径：Ｄ＝３５５ｍｍ、切り落とし余長：α＝５ｍｍ、切り残し余長：β＝５ｍｍ、非接触余長：γ＝５ｍｍとすると、（１）式からＬ１＝１３４．４ｍｍ，（２）式からＬ２＝１５０．４ｍｍ、［（３）式からＬ３＝２２０．６ｍｍ］、（４）式からＸ≒６０．０ｍｍ，（５）式からＨ≒１４７．２０ｍｍとなる。

なお、上記構成において、切断送り動作の軌跡を、全ての管軸心Ｐｏを含む平面に垂直な直線方向としたが、図１０（ａ）に示すように、全ての管軸心Ｐｏを含む平面に所定角度δ傾斜する直線方向の軌跡に沿って切断送り動作Ｃ０，Ｃ１…を行ってもよいし、また図１０（ｂ）に示すように、切断線に平行な水平軸心を中心として上下に揺動自在な揺動アームＡＭを使用し、回転鋸刃Ｓを上下の円弧方向の軌跡に沿って切断送り動作Ｃ０，Ｃ１…を行ってもよい。このような切断送り動作であっても、切断送り動作の終了位置は上記と同様に設定され、同様の作用効果を奏することができる。

また切断制御部４５では、回転鋸刃Ｓが予備切断送り動作で第１の管Ｐ１に接触する切込開始位置と、最初の切断送り動作で第２の管Ｐ２に接触する切込開始位置とをティーチングにより入力する。これにより、回転鋸刃Ｓが管Ｐ１，Ｐ２に切り込む切込開始位置を記憶させ、予備切断送り動作と初回以降の切断送り動作ごとに、切込開始位置における切断送り速度を低下させることで、切断精度を向上させている。

さらに切断制御部４５では、管Ｐの外径ｄ、管Ｐの肉厚ｔ、切込開始位置、切込調整量（切り落とし余長：α、切り残し余長：β、非接触余長：γ）および回転鋸刃Ｓの直径（ＤまたはＤ１）とに基づいて、切断送り位置における回転鋸刃Ｓの管Ｐに対する合計刃当たり長を予め演算して求め、切断送り速度を制御する。

ここで前記合計刃当たり長を、図１１を参照して説明する。
まず切込開始位置ａからｂまでは、第２の管Ｐ２における刃当たり長Ｌ２ａだけの１箇所である。また切断送り位置ｂからｃの間では、第２の管Ｐ２における刃当たり長Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃの２箇所となる。さらに切断送り位置ｃからｄの間では、第１の管Ｐ１における刃当たり長Ｌ１ｄと、第２の管Ｐ２における刃当たり長Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃの合計３箇所となる。さらに切断送り位置ｄからｅの間では、第２の管Ｐ２における２個所の刃当たり長Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃの合計２箇所となり、切断送り終了位置ｅでは、第２の管Ｐ２の刃当たり長Ｌ２ｄを有する合流部分Ｐｄを切り残し部として切り残すことになる。

そして、切断制御部４５により、上記合計刃当たり長が長い切断送り位置では、切断送り速度を低下させ、また合計刃当たり長が短い切断送り位置では、切断送り速度を増加させることにより、回転鋸刃Ｓの刃部Ｓｃの剥離や焼き付きを防止している。

なお、上記切断送り動作では、移動送り動作Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２…の送りピッチＰｓを管Ｐの１ピッチＰｔ分とし、１回の切断送り動作Ｃ１，Ｃ２…により管Ｐを１本ずつ切断するように構成したが、図１３に示すように、移動送り動作Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２…の送りピッチを２×管ピッチＰｔとし、管Ｐを２本ずつ切断することもできる。すなわち、予備切断位置Ｔ０の予備切断送り動作Ｃ０で、第１の管Ｐ１の合流部分Ｐｄを残して予備切断した後、予備移動送り動作Ｓ０で、予備切断位置Ｔ０から切断位置Ｔ１に、回転鋸刃Ｓを２×管ピッチＰｔ分前進させる。そして、最初の切断送り動作Ｃ１で、回転鋸刃Ｓにより、予備切断された第１の管Ｐ１の合流部分Ｐｄと第２の管Ｐ２とを完全に切断すると同時に、第３の管Ｐ３を合流部分Ｐｄを残して切断する。この時、回転鋸刃Ｓは第４の管Ｐ４に接触しない。これを次の切断位置Ｔ２…から順次繰り返して行い、管列ＰＷの管Ｐ０…を切断線に沿って順次切断すればよい。これにより、一回の切断送り動作により２本ずつ管Ｐを効率よく切断することができるとともに、切断送り動作における合計刃当たり長をできるだけ減少させ、回転鋸刃Ｓの負荷を低減して寿命を延ばし、管列ＰＷの管Ｐを切断線に沿って高精度で効率よく切断することができる。

また図１４に示すように、送りピッチＰｓを３×管ピッチＰｔとし、管Ｐを３本ずつ切断することもできる。すなわち、予備切断位置Ｔ０の予備切断送り動作Ｃ０で、第１の管Ｐ１の合流部分Ｐｄを残して切断した後、予備移動送り動作Ｓ０で、予備切断位置Ｔ０から切断位置Ｔ１に、回転鋸刃Ｓを３×ピッチＰｔ前進させる。そして、初回の切断送り動作Ｃ１で、回転鋸刃Ｓにより予備切断された第１の管Ｐ１の合流部分Ｐｄと、第２の管Ｐ２，第３の管Ｐ３とを完全に切断すると同度に、第４の管Ｐ４を合流部分Ｐｄを残して切断する。この時、回転鋸刃Ｓは第５の管Ｐ４に接触しない。これを次の切断位置Ｔ２…から順次繰り返して行い、管列ＰＷの管Ｐ０…を切断線に沿って順次切断すればよい。これにより、一回の切断送り動作により３本ずつ管Ｐを効率よく切断することができるとともに、切断送り動作における合計刃当たり長をできるだけ減少させ、回転鋸刃Ｓの負荷を低減して寿命を延ばし、管列ＰＷの管Ｐを切断線に沿って高精度で効率よく切断することができる。

上記実施の形態１によれば、
１）管ピッチＰｔまたはその整数倍の送りピッチＳｔを移動させる回転鋸刃Ｓの移動送り動作と、回転鋸刃Ｓの切断送り動作とを交互に繰り返して、回転鋸刃Ｓにより管列ＰＷの管Ｐを順次切断線に沿って切断するので、特許文献２のように、高速カッタが接触する管Ｐの切断面の切断誤差により切断位置が変位されるようなことがなく、切断線に沿って精度良く切断することができる。

２）切断送り動作の終了位置で、回転鋸刃Ｓにより、切断対象の管Ｐのうちの移動送り方向の前端部の管Ｐを最大の刃当たり長Ｌｂを含む管壁の合流部分Ｐｄを残し、かつ前端部以外の管Ｐをすべて切断することにより、切断送り動作における合計刃当たり長を減少させることができ、回転鋸刃Ｓへの負荷を減少させて寿命を延ばすことができる。また切り残された合流部分Ｐｄは、次の移動送り動作により前方に移動した回転鋸刃Ｓの切断送り動作により、切込角が大きくかつ刃当たり長が短い状態で容易に切断することができ、回転鋸刃Ｓへの負荷を小さくできる。

３）切断送り動作の終了位置で、回転鋸刃Ｓの刃部Ｓｃから前端部の管Ｐの合流部分Ｐｄの内周面までの切り残し余長：βを、誤差を考慮して決定したので、最大となる刃当たり長Ｌｂを有する合流部分Ｐｄを確実に残して管Ｐを切断することができ、回転鋸刃Ｓへの負荷を小さくできる。

４）切断送り動作の終了位置で、前端部の管Ｐの前方に隣接する管Ｐに対して回転鋸刃Ｓの刃部Ｓｃに接触させない非接触余長：γを設けることにより、回転鋸刃Ｓの合計刃当たり長の増加を防止して、回転鋸刃Ｓの負荷を減少させ、回転鋸刃Ｓの寿命を延ばすことができる。もちろん、管Ｐ同士が接して配列される管列ＰＷや、管ピッチＰｔが小さい管列ＰＷの場合では、非接触余長：γをなくして、前方に隣接する管Ｐを部分的に切断してもよい。

５）管Ｐの切断面に対する回転鋸刃Ｓの刃部Ｓｃの合計刃当たり長に対応して切断送り速度を制御し、合計刃当たり長が大きい時に切断送り速度を減少させ、合計刃当たり長が小さい時に切断送り速度を増大させることにより、厚みの大きい切り粉の詰まりによる刃部の剥離や、摩擦熱による焼き付きを防止することができ、回転鋸刃Ｓの寿命を延ばすことができる。

６）回転トルク検出器３５により回転鋸刃Ｓの回転トルクが常時監視し、回転鋸刃Ｓや管Ｐの損傷などにより回転トルクに異常が生じた時に、安全装置４８により、切断駆動装置３３、切断送り駆動装置１４ｂ、走行駆動装置１３ｂがそれぞれ緊急停止することができる。これにより安全に切断作業を行うことができる。

なお、上記実施の形態では、回転刃としてチップソーなどの回転鋸刃Ｓを採用したが、ディスク形の切断砥石なども使用することができる。

本発明に係る管の自動切断装置の実施の形態を示す斜視図である。 管の自動切断装置の切断作業状態を示し、（ａ）は全体平面図、（ｂ）は全体側面図である。 管の自動切断装置の側面図である。 管の自動切断装置の平面図である。 管の自動切断装置の一部切欠き正面図である。 管の自動切断装置の切断制御装置を示す構成図である。 切断コントローラの動作を説明するブロック図である。 回転鋸刃の動作の説明図で、（ａ）は予備切断送り動作を示し、（ｂ）は初回切断送り動作を示し、（ｃ）は要件Ａ〜Ｃから切断送り動作の終了位置を求めるフローを示す。 回転鋸刃の切断送り動作の終了位置を求める説明図で、（ａ）は管と回転鋸刃との位置関係を示し、（ｂ）および（ｃ）は切断送り動作の終了位置の求め方を示す。 回転鋸刃の他の切断送り動作の軌跡を示し、（ａ）は管列の面に傾斜するもの、（ｂ）は円弧状となるものである。 切断送り動作における回転鋸刃の刃当たり長の説明図である。 回転鋸刃と管の切断動作の説明図で、（ａ）は回転鋸刃と管の位置を示し、（ｂ）は最大刃当たり長を示し、（ｃ）は管壁の合流部分の切込角を示し、（ｄ）は管壁の分岐部分の切込角を示し、（ｅ）は管壁の合流部分の切り残し余長を示し、（ｆ）は切断位置と刃当たり長を示す。 ２本ずつ管を切断する時の切断送り動作の説明図である。 ３本ずつ管を切断する時の切断送り動作の説明図である。

符号の説明

Ｐ 管
Ｐｔ 管ピッチ
Ｐｓ 送りピッチ
Ｐｏ 管軸心
Ｐｕ 分岐部分
ＰＷ 管列
Ｓ 回転鋸刃
Ｓｏ 回転軸心
Ｓｃ 刃部
Ｌａ，Ｌ２ａ，Ｌｂ 刃当たり長
θａ，θｂ 切込角
α 切り落とし余長
β 切り残し余長
γ 非接触余長
１１ 走行案内部材
１１ｂ 走行レール
１２ 走行台車
１２ａ 台車本体
１３ 走行装置
１３ａ 走行ラック
１３ｂ 走行駆動装置
１３ｃ 走行ピニオン
１３ｄ 走行送り検出器
１４ 切断送り装置
１４ａ 切断送りねじ軸
１４ｂ 切断送り駆動装置
１４ｅ 切断送り検出器
１５ 切断コントローラ
２２ 横行台
２３ 切断位置調整装置
２４ 切断送りガイド部
２４ａ 切断送りガイドレール
２５ 切断送り台
３２ 鋸刃駆動軸
３３ 切断駆動装置
３５ 回転トルク検出器
４３ 移動送り位置検出部
４４ 切断送り位置検出部
４５ 切断制御部
４７ 切断駆動部
５１ 切断データ入力部

Claims (6)

1. 複数の管が同一平面上に一定の管ピッチで互いに平行に配置された管列を、回転刃により、直線状に横断する切断線方向に沿って切断するに際し、
   回転刃を管列に向かって出退させて管を切断する切断送り動作と、回転刃を切断線方向に移動する移動送り動作とを交互に繰り返して切断し、
   移動送り動作を一定の送りピッチで行うとともに、切断送り動作の終了位置を、当該切断送り動作の切断対象となる所定の管のうち、移動送り方向の前端部の管断面の一部である切り残し部を残すとともに、当該切断対象となる残りの管の全断面を切断する位置として、前記切り残し部は次の切断送り動作により切断し、
   前記切り残し部は、移動送り方向の前後の管壁が連結される合流部分であり、この合流部分は、回転刃の刃部と管断面とが接触する当該管の最大の刃当たり長を含む
   管の切断方法。
2. 切断送り動作の終了位置を、合流部分の内周面から回転刃の刃部までの切り残し余長を有する位置とした
   請求項１記載の管の切断方法。
3. 切断送り動作の終了位置を、前端部の管の移動送り方向の前方に隣接する管と回転刃の刃部とが接触しない非接触余長を有する位置とした
   請求項１または２記載の管の切断方法。
4. 複数の管が同一平面上に一定の管ピッチで互いに平行に配置された管列を、回転刃により、直線状に横断する切断線方向に沿って切断するに際し、
   回転刃を管列に向かって出退させて管を切断する切断送り動作と、回転刃を切断線方向に移動する移動送り動作とを交互に繰り返して切断し、
   切断送り位置における回転刃の刃部と管断面とが接触する刃当たり長が長い時に、回転刃の切断送り速度を減少させ、刃当たり長が短い時に、回転刃の切断送り速度を増加させる
   管の切断方法。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の管の切断方法を実施するための管の自動切断装置であって、
   管列に切断線方向に沿って取り付けられる案内部材と、
   走行装置により案内部材に案内されて移動自在に設けられる走行台車と、
   走行台車に設けられて管列に向かって回転刃を出退させる切断送り装置と、
   入力された管の径、管のピッチ、管の肉厚、回転刃の径とに基づいて、走行装置による走行送り動作と、切断送り装置による切断送り動作とを制御する切断制御装置を設けた
   管の自動切断装置。
6. 回転刃の回転トルクを検出するトルク検出器を設け、
   切断制御装置に、前記トルク検出器の回転トルクが所定値以上になった時に、切断作業を停止する安全装置を設けた
   請求項５記載の管の自動切断装置。

Images