JP2000135664A - 弾性機構付ディスクサンダー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 形状に不安定性がある素材の凹凸面に対して
も、滑らかに追従することができる弾性支持機構付ディ
スクサンダーを提供する。 【解決手段】 中プレート５はツールプレート１等を介
して機械本体に取り付けられる。中プレート５の四隅か
らはガイドシャフト１６が前方に突き出ている。移動プ
レート１０は中プレート５の前方に配置される。移動プ
レート１０の四隅にはガイド孔１７が設けられ、各ガイ
ド孔１７の中を各ガイドシャフト１６が貫通している。
移動プレート１０の前面には下プレート１１が配置さ
れ、各ガイドシャフト１６の先端は下プレート１１に固
定されている。各ガイドシャフト１６の外周には、調整
ナット７と移動プレート１０との間の部分に、それぞ
れ、コイルバネ８が装着されている。各コイルバネ８
は、巻きのピッチが比較的密な部分Ｆと、比較的粗い部
分Ｇとを直列に接続することにより構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械に装着さ
れて使用される面仕上加工用の弾性支持機構付ディスク
サンダーに係る。

【０００２】

【従来の技術】ロボットや専用機を用いて面仕上げ加工
を行う際、オービタルサンダーやディスクサンダーが使
用されている。特に、板金溶接部品の素材などの滑らか
な凹凸面に沿って面仕上げ加工を行う場合には、工具の
先端にセットされるパットにゴムなどの弾性体が使用さ
れ、更に、刃具にも弾性のある研磨ペーパやディスクペ
ーパが使用されている。また、汎用加工で使用されるロ
ボット等では、上記の工具を用いて、仕上げ加工面に対
して多少のヒーリング角を設け、片側送りで面仕上げ加
工を行っている。

【０００３】図５に、専用機において使用されている従
来のディスクサンダーの一例を示す。このタイプのディ
スクサンダーは、コンプライアンスが小さく、加工面に
対する追従性に乏しい。

【０００４】図６に、従来の手動用のディスクサンダー
の一例を示す。この様な手動用のディスクサンダーで
は、作業者の手首がコンプライアンス要素として機能
し、仕上げ面に追従して良好な仕上げ面を得る事ができ
る。

【０００５】多くの板金溶接部品では、高精度が要求さ
れる面以外の仕上加工は、工作機械にディスクサンダー
等を搭載して素材面を磨くことにより行われている。こ
の素材面は、滑らかな凹凸形状を有し、許容範囲内であ
るが寸法が不安定である。このため、一定の形状の摺動
面をガイドにして動くロボットや専用機では、素材面の
凹凸形状に正確に追従することができない。従って、一
般的に、工具側にある程度の弾性を持たせて、上記の寸
法の不安定さに対処している。

【０００６】しかし、従来の弾性支持機構付ディスクサ
ンダーでは、加工条件の変化に対応して弾性支持力を微
調整することまでは困難であり、加工面に対する追従性
能には限界がある。このため、ロボットや専用機による
作業では、高品質な仕上げ面を安定的に得る事は困難で
ある。この様な背景から、粗加工あるいは中仕上げ加工
までの範囲をロボット等で行い、高い仕上げ加工精度が
要求される塗装前の面仕上げ加工は、依然、手作業で行
われており、自動化・無人化が遅れている。

【０００７】また、この様な手作業には熟練が要求さ
れ、その上、粉塵が舞う中での作業となるので、作業環
境的にも問題がある。

【０００８】（従来の面仕上げ加工用のディスクサンダ
ーの問題点）弾性支持機構付ディスクサンダーの開発が
遅れている理由の一つを、面仕上げ加工を例に挙げて説
明する。

【０００９】面仕上げ加工は、以下の様な手順で行われ
る。先ず、工具を回転させ、次に、工具を仕上面に接触
させる。工具を接触させる時には、始めは、小さな圧力
で押し付け、その後、徐々に押し付け力を増して行き、
接触面が安定したところで適正な圧力で押し付けること
が好ましい。

【００１０】しかし、従来の弾性支持機構付ディスクサ
ンダーでは、上記の押し付け力を徐々に調整して行くこ
とに関して、設計的に十分配慮されておらず、現実に
は、押し付け力が一定に近い状態で制御が行われてい
る。その結果、工具が加工面に接触開始する際に、食い
込みが発生したり、仕上げ加工面の模様が不安定になる
などの問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の様な
従来の弾性支持機構付ディスクサンダーの問題点に鑑み
成されたもので、本発明の目的は、形状に不安定性があ
る素材の凹凸面に対しても、滑らかに追従することがで
きる弾性支持機構付ディスクサンダーを、提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の弾性支持機構付
ディスクサンダーは、工作機械に装着されて使用される
弾性支持機構付ディスクサンダーであって、工作機械の
本体側に着脱可能に取り付けられる固定プレートと、固
定プレートから前方に突き出し、後端が固定プレートに
固定され、先端にストッパが固定された複数のガイドシ
ャフトと、固定プレートに対向して固定プレートの前方
に配置され、周囲に前記ガイドシャフトが貫通する複数
のガイド孔が設けられ、前面に回転工具が取り付けられ
る移動プレートと、固定プレートと移動プレートの間の
部分で、前記ガイドシャフトの外周に装着され、移動プ
レートを前記ストッパに対して押し付けるコイルバネと
を備え、前記ガイドシャフトと前記ガイド孔との間にク
リアランスを設けることによって、前記移動プレート
が、前記固定プレートに対して前後方向、横方向及び傾
動方向に移動可能な状態で、弾性的に支持されることを
特徴とする。

【００１３】本発明の弾性支持機構付ディスクサンダー
によれば、回転工具が取り付けられる移動プレートが、
前記ガイド孔、前記ガイドシャフト及び前記コイルバネ
によって、前記固定プレートに対して前後方向、横方向
及び傾動方向に移動可能に、弾性的に支持されているの
で、形状に不安定性がある素材の凹凸面に対しても滑ら
かに追従することができる。従って、高い加工精度が要
求される面仕上げ加工などを、手作業によらず機械作業
で行うことができる。更に、コイルバネを使用している
ので、弾性的に追従する範囲を比較的広く取ることがで
きる。

【００１４】好ましくは、前記ガイドシャフトの、前記
固定プレートに近い部分の外周にネジ部を形成し、この
ネジ部に前記コイルバネの後端部を支持する調整ナット
を取り付け、この調整ナットの位置を調整することによ
って前記コイルバネの長さを調整し、その弾性力の調整
を可能にする。

【００１５】好ましくは、前記各コイルバネを、それぞ
れ、巻きのピッチが比較的密な部分（即ち、弾性力が弱
く軟らかい部分）と、比較的粗い部分（即ち、弾性力が
強く硬い部分）とを直列に接続することにより構成す
る。この様に構成することによって、回転工具が加工面
に接触を開始する時には、軟らかい弾性力で接触するの
で、食い込みや不安定模様を防止する事ができる。ま
た、接触面が安定した時点では、強い弾性力が作用する
ので、安定した加工を実現することができる。

【００１６】なお、弾性支持機構として、上記のコイル
バネの代わりに板バネを使用することもできる。この場
合、本発明の弾性支持機構付ディスクサンダーは、工作
機械に装着されて使用される弾性支持機構付ディスクサ
ンダーであって、工作機械の本体側に着脱可能に取り付
けられる固定プレートと、固定プレートの前方に配置さ
れ、前面に回転工具が取り付けられるモータケーシング
と、モータケーシングを固定プレートに対して接続する
複数の板バネとを備え、前記各板バネを、前後方向に撓
む板バネと横方向に撓む板バネとを組み合わせにより構
成することによって、前記モータケーシングが、前記固
定プレートに対して前後方向、横方向及び傾動方向に対
して移動可能な状態で、弾性的に支持されることを特徴
とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】（例１）図１及び図２に、本発明
の弾性支持機構付きのディスクサンダーの一例を示す。
なお、図１は、ディスクサンダーを機械本体から取り外
した状態での斜視図、図２は、このディスクサンダーの
軸方向の部分断面図である。図中、１はツールプレー
ト、２は上プレート、５は中プレート（固定プレー
ト）、１０は移動プレート、１１は下プレート（ストッ
パ）、１２はパット（回転工具）、１３は研磨ペーパ
（回転工具）、１６はガイドシャフト、１７はガイド
孔、８はコイルバネを表す。なお、以下において、回転
工具の回転軸方向に関して機械本体側を後方と呼び、回
転工具側を前方と呼ぶ。

【００１８】このディスクサンダーは、ツールプレート
１を介して機械本体に取り付けられ、機械本体に対して
着脱可能である。ツールプレート１の前面（図では下面
側）には、上プレート２が固定され、更に、上プレート
２の前面には、ダンパ６を介して中プレート５が取り付
けられている。中プレート５の四隅からは、４本のガイ
ドシャフト１６が前方に突き出ている。各ガイドシャフ
ト１６の後端部は、中プレート５に固定されて支持され
ている。

【００１９】移動プレート１０は、中プレート５に対向
してその前方に配置される。移動プレート１０の四隅に
は、それぞれ、ガイド孔１７が設けられている。これら
の各ガイド孔１７の中を、上記の各ガイドシャフト１６
が貫通している。移動プレート１０の前面には、クッシ
ョン１８を介して下プレート１１が配置され、各ガイド
シャフト１６の先端は、下プレート１１に固定されてい
る。中プレート５と移動プレート１０の間の部分におい
て、各ガイドシャフト１６の外周には、それぞれ、コイ
ルバネ８が装着されている。

【００２０】図３に、ガイドシャフト１６及びその周囲
の断面図を示す。ガイドシャフト１６の後端部は、止メ
ネジ９ａによって中プレート５に固定されている。ガイ
ドシャフト１６の後端面には雌ネジが形成され、上プレ
ート２は、固定ボルト４によってガイドシャフト１６の
後端面に固定されている。なお、固定ボルト４の頭と上
プレート２の後面（座面）との間には上ダンパ１５が挿
入され、上プレート２の前面と中プレート５の後面との
間には中ダンパ６が挿入されている。一方、ガイドシャ
フト１６の先端部は、移動プレート１０に設けられたガ
イド孔１７を貫通し、止メネジ９ｂによって下プレート
１１に固定されている。

【００２１】各ガイドシャフト１６は、その後端部付近
の外周部にネジ部が形成され、このネジ部には調整ナッ
ト７が取り付けられている。コイルバネ８は、調整ナッ
ト７と移動プレート１０との間の部分で、各ガイドシャ
フト１６の外周に装着されている。これらの各コイルバ
ネ８によって、移動プレート１０がクッション１８を介
してプレート１１に対して押し付けられる。また、各調
整ナット７の位置を調整することによって、各コイルバ
ネ８の長さを変化させてその弾性力を調整することがで
きる。なお、調整ナット７には、緩み止め用の止めネジ
９ｃが取り付けられている。

【００２２】更に、各コイルバネ８は、回転工具部が加
工面へ接触し始める際の圧力を調整するため（即ち、当
たりを軟らかくするため）、後述の様に、巻きのピッチ
が比較的密な部分Ｆ（即ち、弾性力が弱く軟らかい部
分）と、比較的粗い部分Ｇ（即ち、弾性力が強く硬い部
分）とを直列に接続することにより構成されている。

【００２３】以上の様に弾性支持機構を構成することに
よって、移動プレート１０は、４本のコイルバネ８によ
って弾性支持されるとともに、４本のガイドシャフト６
によってガイドされ上下動することができる。

【００２４】なお、ガイド孔１７は、ガイドシャフト１
６に対して緩い嵌め合いとし、更に、ガイドシャフト１
６と接触する部分が線接触となる様に、軸方向の断面が
曲線で形成されている。この結果、上記の４本のコイル
バネ８は、それぞれ独立に伸縮することができる。これ
によって、移動プレート１０は、上下方向の移動に加え
て、傾動、即ち、図１に示すαヒーリング（角度Ｂ）及
びβヒーリング（角度Ｃ）を円滑に行うことができる。

【００２５】中プレート５と移動プレート１０との間に
挟まれた部分には、モータケーシング１９が配置され、
モータケーシング１９は、移動プレート１０の後面側に
固定されている。モータケーシング１９の中には、エア
モータ（図示せず）が内蔵され、機械本体から供給され
る圧縮空気が、ツールプレート１、配管継手３及びエア
ホース２１を介して供給される。なお、エアホース２１
は可撓性を備えた材料で作られるとともに十分な長さを
備え、ツールプレート１に対するモータケーシング１９
の相対的な動きを可能にしている。

【００２６】エアモータの回転軸は、移動プレート１０
の中心を貫通して前方に伸び、回転軸の先端にはパット
１２が接続され、パット１２の前面（図では下面）には
研磨ペーパ１３が装着されている。なお、加工効率上の
関係から、パット１２及び研磨ペーパ１３の中心軸Ｄ
は、エアモータの回転軸Ｅに対して偏心させて取付けら
れている（偏芯量Ａ）。

【００２７】上記のディスクサンダーの構成要素を機能
的に分類すると、固定部、クッション部及び移動部の三
つの部分に分けることができる。

【００２８】固定部は、機械本体に結合されるツールプ
レート１、上プレート２、中プレート５、下プレート１
１、固定ボルト４、及び振動の吸収用の上ダンパ１５並
びに中ダンパ６などから構成され、加工抵抗に対向して
工具を支持する機能を有している。

【００２９】クッション部は、ガイドシャフト１６、ガ
イド孔１７、コイルバネ８、調整ナット７、及びクッシ
ョン１８などから構成される。ガイドシャフト１６及び
ガイド孔１７は、回転工具部の動きを所定の範囲内に拘
束する機能を備える。調整ナット７は、加工面に接触を
開始する際の回転工具部の押し付け力を調整する機能を
備える。クッション１８は、移動部の座りを安定させる
機能を備える。なお、クッション１８は、工具の押し付
け力の広い範囲に渡って迅速な緩衝機能を備えることが
要求されるので、復元力のある素材が使用される。

【００３０】移動部は、移動プレート１０、モータケー
シング１９、パット１２、及び研磨ペーパ１３などから
構成され、加工面の凹凸に追従して、回転工具部（研磨
ペーパ１３）とともに上下方向の移動及び傾動（αヒー
リング及びβヒーリング）を行う。

【００３１】加工面に対して研磨ペーパ１２が接触し始
める際に発生する研削抵抗は、パット１２、モータケー
シング１９、移動プレート１０、粗いコイル部Ｇを介し
て、密なコイル部Ｆに達し、密なコイル部Ｆを弾性変形
させ、更に、調整ナット７、ガイドシャフト１６、中プ
レート５、中ダンパ６、上プレート２、ツールプレート
１を介して機械本体で受け止められる。この状態では、
加工面に対する研磨ペーパ１２の圧力は、密なコイル部
Ｆの弾性変形によって決定され、軟らかな当たりを実現
することができる。

【００３２】その後、加工面と研磨ペーパ１２との接触
面積が次第に増加して安定加工状態になると、研削抵抗
が増大し、密なコイル部Ｆが限界まで圧縮される。この
状態では、加工面に対する研磨ペーパ１２の圧力は、粗
いコイル部Ｇの弾性変形によって決定され、大きな研磨
抵抗に対抗することが可能になる。

【００３３】即ち、コイルバネ８を上記の様に構成する
ことによって、回転工具部が加工面に接触し始める際に
は軟らかい弾性力で接触するので、食い込みや不安定模
様を防止する事ができる。また、接触面が安定した時点
では強い弾性力が作用するので、安定した加工を実現す
ることができる。

【００３４】なお、コイルバネ８として、上記（図３）
の例で示した円筒状のコイルバネの他に、円錐状のコイ
ルバネあるいは竹の子状のコイルバネを使用することも
できる。

【００３５】（例２）図２に、本発明の弾性支持機構付
ディスクサンダーの他の例を示す。

【００３６】この例では、弾性支持機構として先に例に
おける４本コイルバネの代わりに、４枚の板バネが使用
されている。各板バネは、回転工具部の回転軸に対して
ほぼ平行な面を有する縦板バネ３１、及び回転工具部の
回転軸に対してほぼ垂直な面を有する横板バネ３２を直
列に接続することにより構成されている。各縦板バネ３
１の一端は中プレート５に接続され、各横板バネ３２の
一端はモータケーシング１９に接続されている。他の構
成に関しては、先の例と同様である。

【００３７】この弾性支持機構のメリットは、構造が単
純で故障が少なく、低価格で特定加工個所の専用工具と
して適していることにある。

【００３８】なお、回転工具部の接触開始の際の圧力を
調整するために、縦板バネ３１あるいは横板バネ３２の
形状の一部に、ジャバラ形状やテーパ形状等を設けるこ
ともできる。

【００３９】なお、上記の例では、いずれも上面加工用
のディスクサンダーの構成について示したが、これら
に、モータケーシング及び回転工具部の自重を支える調
整機構を付け加えれば、側面加工や反対向きの裏面加工
にも適用することができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明の弾性支持機構付ディスクサンダ
ーによれば、回転工具部が機械本体に対して前後方向、
横方向及び傾動方向に移動可能に、弾性的に支持されて
いるので、形状に不安定性がある素材の凹凸面に対して
も滑らかに追従することができる。従って、高い加工精
度が要求される面仕上げ加工などを、手作業によらず機
械作業で行うことができる。

【００４１】更に、コイルバネを使用することによっ
て、弾性的に追従する範囲を比較的広く取ることができ
る。また、コイルバネの長さを調整ナットを用いて調整
することによって、弾性力の調整が可能になる。

【００４２】更に、各コイルバネを、それぞれ、弾性力
が弱く比較的軟らかい部分と、弾性力が強く比較的硬い
部分とを直列に接続して構成することによって、加工面
に回転工具部が接触し始める際には軟らかい弾性力で接
触するので、食い込みや不安定模様を防止する事ができ
る。また、接触面が安定した時点では強い弾性力が作用
するので、安定した加工を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の弾性支持機構付ディスクサンダーの一
例を示す斜視図。

【図２】図１に示した弾性支持機構付ディスクサンダー
の軸方向断面図。

【図３】図１のＹ−Ｙ断面の矢視図。

【図４】本発明の弾性支持機構付ディスクサンダーの他
の例を示す斜視図。

【図５】従来のディスクサンダーの例を示す斜視図。

【図６】手動用のディスクサンダーの例を示す斜視図。

【符号の説明】

１・・・ツールプレート、２・・・上プレート、３・・
・配管継手、４・・・固定ボルト、５・・・中プレート
（固定プレート）、６・・・中ダンパ、７・・・調整ナ
ット、８・・・コイルバネ、９ａ、９ｂ、９ｃ・・・止
メネジ、１０・・・移動プレート、１１・・・下プレー
ト、１２・・・パット、１３・・・研磨ペーパ（回転工
具）、１４・・・サイレンサー、１５・・・上ダンパ、
１６・・・ガイドシャフト、１７・・・ガイド孔、１８
・・・クッション、１９・・・モータケーシング、２１
・・・エアホース、２２・・・エア供給穴、３１・・・
縦板バネ、３２・・・横板バネ、Ａ・・・偏芯量、Ｂ・
・・αヒーリング角、Ｃ・・・βヒーリング角、Ｄ・・
・パット回転軸、Ｅ・・・エアモータ回転軸、Ｆ・・・
密なコイル部、Ｇ・・・粗いコイル部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械に装着されて使用される弾性支
   持機構付ディスクサンダーであって、 工作機械の本体側に着脱可能に取り付けられる固定プレ
   ートと、 固定プレートから前方に突き出し、後端が固定プレート
   に固定され、先端にストッパが固定された複数のガイド
   シャフトと、 固定プレートに対向して固定プレートの前方に配置さ
   れ、周囲に前記ガイドシャフトが貫通する複数のガイド
   孔が設けられ、前面に回転工具が取り付けられる移動プ
   レートと、 固定プレートと移動プレートの間の部分で、前記ガイド
   シャフトの外周に装着され、移動プレートを前記ストッ
   パに対して押し付けるコイルバネとを備え、 前記ガイドシャフトと前記ガイド孔との間にクリアラン
   スを設けることによって、前記移動プレートが、前記固
   定プレートに対して前後方向、横方向及び傾動方向に移
   動可能な状態で、弾性的に支持されることを特徴とする
   弾性支持機構付ディスクサンダー。
2. 【請求項２】 前記ガイドシャフトは、前記固定プレー
   トに近い部分においてその外周にネジ部が形成され、こ
   のネジ部には前記コイルバネの後端部を支持する調整ナ
   ットが取り付けられ、この調整ナットの位置を調整する
   ことによって、前記コイルバネの長さの調整が可能であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の弾性支持機構ディ
   スクサンダー。
3. 【請求項３】 前記各コイルバネは、それぞれ、巻きの
   ピッチが比較的密な部分と比較的粗い部分とを直列に接
   続することにより構成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の弾性支持機構付ディスクサンダー。
4. 【請求項４】 工作機械に装着されて使用される弾性支
   持機構付ディスクサンダーであって、 工作機械の本体側に着脱可能に取り付けられる固定プレ
   ートと、 固定プレートの前方に配置され、前面に回転工具が取り
   付けられるモータケーシングと、 モータケーシングを固定プレートに対して接続する複数
   の板バネとを備え、 前記各板バネを、前後方向に撓む板バネと横方向に撓む
   板バネとを組み合わせにより構成することによって、前
   記モータケーシングが、前記固定プレートに対して前後
   方向、横方向及び傾動方向に対して移動可能な状態で、
   弾性的に支持されることを特徴とする弾性支持機構付デ
   ィスクサンダー。