JP2006035347A

JP2006035347A - 研磨装置及び研磨方法

Info

Publication number: JP2006035347A
Application number: JP2004216391A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Nakamura; 吉秀中村; Hiroaki Yamada; 浩章山田; Satoru Asai; 知浅井; Ryusuke Tsuboi; 竜介坪井; Kenji Kamimura; 健司上村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】蒸気タービンのような大形で円形又は円弧形の部品に対して、研磨材を的確に噴射することができ、且つ小スペース化を図ることことができる研磨装置及び研磨方法を提供する。
【解決手段】研磨ヘッド１４を三次元座標のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対して位置決めする多関節ロボット６１と、このロボットにより位置決めされる研磨ヘッドの作業範囲に対応する基面上に回転可能に設けられ所定の箇所に被研磨部品が保持される回転テーブル１７と、研磨ヘッドから噴射された研磨材を回収して研磨ヘッドに供給する研磨材回収及び供給手段とを備え、研磨ヘッドは、研磨材に回転エネルギを与えるインペラの周囲の一部に噴射開口部が存するようにプーリに保持させて掛けられインペラの回転により研磨材が押付けられるベルトからなる噴射部を備え、この噴射部を水平軸に対して首振り及び噴射方向の設定が可能な首振り機構を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、蒸気タービン部品等のように外形が円形又は円弧（円形又は円弧状に部品を配置した場合も含む）状になっている被被研磨部品の表面に合成樹脂等からなる弾性体を核とした研磨粒を噴射、衝突させて研磨する研磨装置及び研磨方法に関する。

蒸気タービン部品は、多くの工程を経て製作されるが、特に静翼の製作工程においては、静翼切削工程から、組立工程、溶接工程、熱処理工程、さらに研磨工程を経て仕上げ加工工程があり、工程間のハンドリングや作業により、表面粗さの低下や小さな損傷の発生を余儀なくされている。

蒸気タービンにおいて、特に動翼（羽根）、静翼(ノズル)などは、表面粗さがタービン性能に大きな影響があり、表面を滑らかにすると熱効率に有利であることから、極力滑らかに研磨することが好ましい。

従来、蒸気タービン部品を研磨するには、蒸気タービン部品が大形で曲面があり、機械化が難しいこともあり、人手で行っていた。

ところで、被研磨部材の表面を研磨する装置としては、一般にショット研磨と呼ばれる装置（特許文献１）があるが、これは対象物が歯科用の小物であり、ワークを手で保持して研磨するものである。

従って、かかる研磨装置において、蒸気タービン部品等のように一体物で数１００ｋｇから数１０００ｋｇの重量のある大形部品に対しては、作業者が保持できるものではなく、また部品の曲面に合わせて研磨材を噴射できるものでもない。
特開平１１−３４７９４５号公報

このように一般にショット研磨と呼ばれる装置はあるが、研磨材噴射を大形、特に円形又は円弧形状部品に合わせて、研磨材の噴射方向を任意に定め且つ連続研磨することはできない。

また、ショット研磨に使用する研磨材は、弾性体（合成樹脂など、直径が０．数mm程度）を核としてその周りに研磨紛(ＳｉＣなど、直径が数μ〜１０数μ程度)を付着させたものが使用され、研磨材を噴射して被研磨部品と当ることによりその部分が研磨される。この場合、蒸気タービンのような大形部品を対象にショット研磨により効果的に研磨を行うには、研磨材の噴射量として１秒当り０．数リットルから数リットルが必要である。

しかし、ノズルや羽根の研磨では、隣り合った動翼や静翼の間隔が接近していることと、研磨材の重量が軽いため、噴射した研磨材の排出が遅れて研磨箇所に蓄積してしまい、次に噴射された研磨材が被研磨部品に当るのを阻害されてしまう。従って、研磨効率を向上させることは困難であった。

本発明の目的は、蒸気タービンのような大形で円形又は円弧形の部品に対して、弾性体を核としてその周りに研磨紛付着させた研磨材を的確に噴射することができ、且つ小スペース化を図ることができる研磨装置及び研磨方法を提供することにある。

本発明は上記の目的を達成するため、次のような装置及び方法により被研磨部品を研磨するものである。

請求項１に対応する発明は、弾性体を核としてその周りに研磨粉を付着させた研磨材を円形又は円弧状の被研磨部品に向けて噴射する研磨ヘッドと、この研磨ヘッドを三次元座標のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対して位置決めする位置決め手段と、この位置決め手段により位置決めされる研磨ヘッドの作業範囲に対応する基面上に回転可能に設けられ所定の箇所に被研磨部品が保持される回転テーブルと、この回転テーブルより前記研磨ヘッドから噴射された研磨材を回収して再び前記研磨ヘッドに供給する研磨材回収及び供給手段とを備え、前記位置決め手段は、フレーム上をＹ方向に移動する移動台車、この移動台車上をＸ方向に移動する移動台、この移動台に前記研磨ヘッドをＺ方向に移動可能に支持する支持機構から構成され、前記研磨ヘッドは、水平軸を中心に回転駆動されて研磨材に回転エネルギを与えるインペラ、このインペラの周囲の一部に噴射開口部が存するようにプーリに保持させて掛けられインペラの回転により研磨材が押付けられるベルトからなる噴射部と、この噴射部を水平軸に対して首振り及び研磨材の噴射方向の設定が可能な首振り機構とから構成され、前記回転テーブルを回転させ且つ前記噴射部を首振り動作させながら研磨材を予め決められた速度で噴射し、該研磨材を前記被研磨部品に衝突させて研磨する。

請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明の研磨装置において、研磨ヘッドは噴射部を支持する垂直軸を有し、この垂直軸を中心に水平旋回させる水平旋回機構を設ける。

請求項３に対応する発明は、請求項２に対応する発明の研磨装置において、水平旋回機構は首振り機構と一体的に水平旋回する。

請求項４に対応する発明は、請求項２又は請求項３に対応する発明の研磨装置において、インペラの研磨材吐出部の中心は水平旋回機構の旋回中心又はその近傍にある。

請求項５に対応する発明は、弾性体を核としてその周りに研磨粉を付着させた研磨材を円形又は円弧状の被研磨部品に向けて噴射する研磨ヘッドと、この研磨ヘッドを三次元座標のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対して位置決めする多関節ロボットと、この多関節ロボットにより位置決めされる研磨ヘッドの作業範囲に対応する基面上に回転可能に設けられ所定の箇所に被研磨部品が保持される回転テーブルと、この回転テーブルより前記研磨ヘッドから噴射される研磨材を回収して再び前記研磨ヘッドに供給する研磨材回収及び供給手段とを備え、前記研磨ヘッドは、水平軸を中心に回転駆動されて研磨材に回転エネルギを与えるインペラ、このインペラの周囲の一部に噴射開口部が存するようにプーリに保持させて掛けられインペラの回転により研磨材が押付けられるベルトからなる噴射部と、この噴射部を水平軸に対して首振り及び研磨材の噴射方向の設定が可能な首振り機構とから構成され、前記回転テーブルを回転させ且つ前記噴射部を首振り動作させながら、又は水平旋回動作をさせながら、あるいは首振り動作及び水平旋回動作させながら研磨材を予め決められた速度で噴射し、該研磨材を前記被研磨部品に衝突させて研磨する。

請求項６に対応する発明は、弾性体を核としてその周りに研磨粉を付着させた研磨材を円形又は円弧状の被研磨部品に向けて噴射する研磨ヘッドと、この研磨ヘッドを三次元座標のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対して位置決めすると共に、前記研磨ヘッドの首振り機能及び水平旋回機能を持たせた多関節ロボットと、この多関節ロボットにより位置決めされる研磨ヘッドの作業範囲に対応する基面上に回転可能に設けられ所定の箇所に被研磨部品が保持される回転テーブルと、この回転テーブルより前記研磨ヘッドから噴射される研磨材を回収して再び前記研磨ヘッドに供給する研磨材回収及び供給手段とを備え、前記研磨ヘッドは、水平軸を中心に回転駆動されて研磨材に回転エネルギを与えるインペラ、このインペラの周囲の一部に噴射開口部が存するようにプーリに保持させて掛けられインペラの回転により研磨材が押付けられるベルトからなる噴射部とから構成され、前記回転テーブルを回転させ且つ前記多関節ロボットに持たせた首振り機能及び旋回機能により前記噴射部を首振り動作させながら、又は水平旋回動作をさせながら、あるいは首振り動作及び水平旋回動作させながら研磨材を予め決められた速度で噴射し、該研磨材を前記被研磨部品に衝突させて研磨する。

請求項７に対応する発明は、水平軸を中心に回転駆動されて研磨材に回転エネルギを与えるインペラ、このインペラの周囲の一部に噴射開口部が存するようにプーリに保持させて掛けられインペラの回転により弾性体を核としてその周りに研磨粉を付着させた研磨材が押付けられるベルトからなる噴射部及びこの噴射部を水平軸に対して首振り及び研磨材の噴射方向の設定が可能な首振り機構から構成され、前記噴射部より研磨材を円形又は円弧状の被研磨部品に首振り動作させながら、又は水平旋回動作をさせながら、あるいは首振り動作及び水平旋回動作させながら噴射する研磨ヘッドと、この研磨ヘッドを三次元座標のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対して位置決めする多関節ロボットと、この多関節ロボットにより位置決めされる研磨ヘッドの作業範囲に対応する基面上に回転可能に設けられ所定の箇所に被被研磨部品が保持される回転テーブルと、この回転テーブルより前記研磨ヘッドから噴射される研磨材を回収して再び前記研磨ヘッドに供給する研磨材回収及び供給手段とを備え、上記回転テーブル、研磨ヘッド及び多関節ロボットをコンテナの中に収納し、このコンテナの中で被研磨部品を研磨する。

請求項８に対応する発明は、水平軸を中心に回転駆動され弾性体を核としてその周りに研磨紛を付着させた研磨材に回転エネルギを与えるインペラ、このインペラの周囲の一部に噴射開口部が存するようにプーリに保持させて掛けられインペラの回転により研磨材が押付けられるベルトからなる噴射部及びこの噴射部を水平軸に対して首振り及び研磨材の噴射方向の設定が可能な首振り機構とから構成された研磨ヘッドと、フレーム上をＹ方向に移動する移動台車、この移動台車上をＸ方向に移動する移動台、この移動台に前記研磨ヘッドをＺ方向に移動可能に支持する支持機構から構成された位置決め手段と、回転テーブルと、この回転テーブルより研磨材を回収して再び前記研磨ヘッドに供給する研磨材回収及び供給手段とを備えてなる研磨装置を用いて円形又は円弧状の被研磨部品を研磨する方法において、前記位置決め手段により前記研磨ヘッドを三次元座標のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対して位置決めするステップと、このステップにより位置決めされた基面上に設けられた前記回転テーブルの所定の箇所に円形又は円弧状の被研磨部品を保持させるステップと、前記回転テーブルを回転させるステップと、前記研磨ヘッドのインペラを回転駆動すると共に、前記噴射部を首振り動作させながら研磨材を予め設定された噴射速度で噴射させ、該研磨材を被研磨部品に衝突させるステップと、前記研磨材回収手段により回収された研磨材を前記研磨材供給手段に搬送するステップとからなることを特徴とする。

本発明による研磨装置及び研磨方法は、蒸気タービンのような大形で円形又は円弧形の部品に対して、弾性体を核としてその周りに研磨紛付着させた研磨材を的確に噴射することができ、且つ小スペース化を図ることができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明による研磨装置の第１の実施形態を示す正面図、図２は同実施形態の平面図である。

図１及び図２において、１は予定の間隔を存して対向配置された一対のフレームで、これらのフレーム１の上端面には紙面垂直方向(Ｙ方向)にレール２が設置され、これらのレール２間に跨って移動台車３が配置されている。この移動台車３はギヤードモータ５により駆動される車輪４を有し、レール２に沿ってＹ方向に移動可能になっている。

また、移動台車３上には紙面左右方向(Ｘ方向)に一対の直動ガイド６が適宜の間隔を存して設置され、これらの直動ガイド６上に移動台７が配置されている。この移動台７にはギヤードモータ８により回転駆動されるピニオン９が取付けられ、このピニオン９を一方の直動ガイド６に隣接させて平行に配設されたラック１０に噛合させ、移動台７が直動ガイド６に沿ってＸ方向に移動可能になっている。

さらに、この移動台７のほぼ中央部にはギヤードモータ１２により駆動される電動ジャッキ１１が紙面垂直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に取付けられ、この電動ジャッキ１１の先端（図示下端）には支持板１３を介して研磨ヘッド１４が取付けられている。また、移動台７の四隅にはガイド管１５がそれぞれ取付けられ、これらのガイド管１５を通して支持板１３に取付けられた４本のガイド棒１６をそれぞれ挿通させている。

従って、電動ジャッキ１１により研磨ヘッド１４が上下方向に移動する際に、４本のガイド棒１６も同時にガイド管１５にガイドされながら上下方向に移動するので、研磨ヘッド１４は鉛直に移動させることができる。

これらフレーム１、このフレーム１上をレール２に沿ってＹ方向に移動し且つギヤードモータ５により駆動される車輪４を有する移動台車３、この移動台車３上を直動ガイド６に沿ってＸ方向に移動し、且つ直動ガイド６に平行に配設されたラック１０にギヤードモータ８により回転するピニオン９を噛合させた移動台７、この移動台７にＺ軸方向に移動可能に取付けられ、先端に支持板１３を介して取付けられた研磨ヘッド１４をガイド棒１６により安定な状態を維持しながら鉛直方向に移動させる電動ジャッキ１１は、研磨ヘッド１４の位置決め機構を構成している。

ここで、研磨ヘッド１４の詳細な構成について、図３（ａ），（ｂ）により説明する。

研磨ヘッド１４は、図３（ａ），（ｂ）に示すように支持板１３に軸受５０により支承された旋回軸４９を鉛直にして支持された旋回ギヤードモータ５１からなる水平旋回機構と、旋回ギヤードモータ５１の旋回軸４９の端部に取付けられた旋回フレーム４４と、この旋回フレーム４４の一方の外側面下部に取付けられた首振りギヤードモータ４５、旋回フレーム４４の内側に設けられ、一方の側板の下部が首振りギヤードモータ４５の首振り軸４６の端部に結合されるとともに、他方の側板の下部が首振り支持軸４７に結合された首振りフレーム３１からなる首振り機構とを備えている。

一方、首振りフレーム３１の両側板間の中央にはベース板３２が板面を旋回フレーム４４の板面と平行にして設けられ、このベース板３２の一方の板面上部にインペラ駆動モータ３３が取付けられると共に、このインペラ駆動モータ３３の下部に軸受ユニット３７、この軸受ユニットを中心にその上部及び下部に各２個ずつ、計４個の軸受ユニット３８が対称的にそれぞれ回転自在に取付けられ、さらにインペラ駆動モータ３３の回転軸及び軸受ユニット３７の回転軸に取付けられたプーリ３４，３６間にインペラ駆動モータ３３の回転を軸受ユニット３７の回転軸に伝達するインペラ駆動ベルト３５が掛けられている。

また、ベース板３２の他方の板面には一方の板面から貫通する上記軸受ユニット３７の回転軸にインペラ３９が取付けられ、このインペラ３９の外周面とベース板３２の一方の板面から貫通する前述した４個の軸受ユニット３８の軸に取付けられたプーリ４１及びテンションローラ５２にエンドレスの噴射ベルト４０が掛けられている。

これらインペラ３９、噴射ベルト４０及びプーリ４１は研磨材の噴射部を構成し、インペラの吐出し中心を水平機構の旋回中心又はその近傍にしている。

さらに、ベース板３２の他方の板面にインペラ３９に対応させてシュート固定板４２が取付けられ、このシュート固定板４２にシュート４３がインペラ３９の内部に研磨材が挿入可能な位置に固定されている。

一方、図１において、１７はフレーム１内の研磨ヘッド１４による作業範囲に対応する基面上に複数本の脚部１８に水平を維持した状態で回転自在に載置され、かつギヤードモータ１９により回転駆動される回転テーブルで、この回転テーブル１７の上面に回収タンク付テーブル２０が搭載されている。

この回収タンク付テーブル２０は、ホッパ２１の上面開口部に大型部品が載置可能で、研磨材をホッパ２１側へ通過可能な格子状の部品取付板２２が設けられ、またホッパ２１の底部には研磨材の流出ダクト２３が設けられた構成となっている。

また、２４は回転テーブル１７の下部に存する空間部よりフレーム１の外部に跨って配設された横置きコンベアで、この横置きコンベア２４はダクト２４ａ内の一端部（回転テーブル側）に設けられたガイド輪２４ｂと基面に対して予定角度立上げた他端部（フレーム外側）に設けられ、ギヤードモータ２５により回転駆動される駆動輪２４ｃとの間を複数個のガイドローラを介して循環移動する無端ベルト２４ｄにより連結したものである。

さらに、２６は横置きコンベア２４の他端部側と研磨材を落下させる連結管２７を介して連結された縦置きコンベアで、この縦置きコンベア２６は横置きコンベア２４との連結部から所定の高さまで予定角度で立上げた傾斜ダクト２６ａ内の一端部（基面設置側）に設けられたガイド輪２６ｂと傾斜ダクト２６ａ内の上端部に設けられ、ギヤードモータ２８により回転駆動される駆動輪２６ｃとの間を複数のガイドローラを介して循環移動する無端ベルト２６ｄを連結したものである。

上記横置きコンベア２４の無端ベルト２４ｄ及び縦置きコンベア２６の無端ベルト２６ｄの表面には、ホッパ２１の流出ダクト２３を通して落下する研磨材を受け、かつ傾斜ダクト２６ａ内の上昇移動時に研磨材の滑落を防止する図示しない弾性部材からなる複数の受棚が適宜の間隔を存してそれぞれ取付けられたバケットタイプのものである。

さらに、２９は傾斜ダクト部２６ｂの上部下面に設けられた口出部に一端部が接続され、他端部が研磨ヘッド１４側のシュート４３に接続されたホースで、このホース２９は縦置きコンベア２６の傾斜ダクト２６ａの上部に存する口出部を通して落下する研磨材を研磨ヘッド１４側のシュート４３に送込むもので、前述した位置決め機構によるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ方向の移動、研磨ヘッド１４の水平旋回及び首振り旋回に追従して伸縮や曲げ変形が可能になっている。

他方、３０は回収タンク付テーブル２０及びその上方の研磨ヘッド１４の移動空間部を囲むように設けられた帆布製またはビニールシート等で構成されたカバーフレームである。

次に上記のように構成された大形部品の研磨装置の作用を述べる。

いま、回収タンク付テーブル２０の格子状の部品取付板２２上に被被研磨部品としてノズルダイアフラム１００が図示しない固定金具により水平に維持した状態で固定される。

ここで、研磨ヘッド１４のシュート４３内には予め弾性体を核としてその周りに研磨紛を付着させた研磨材が収容されているものとする。

このような状態でノズルダイアフラム１００の被研磨箇所として静翼１０１を研磨するには、位置決め機構により研磨ヘッド１４を前後、左右方向及び上下方向に移動させてノズルダイアフラム１００の上方に位置させる。

すなわち、フレーム１上の移動台車３をギヤードモータ５により駆動してレール２に沿って移動させ、研磨ヘッド１４のＹ方向に対する位置決めを行い、次いで研磨ヘッド１４を支持する移動台７をギヤードモータ８によりラック１０に噛合させたピニオン９を回転駆動することで、移動台車３上に設置された直動ガイド６に沿って移動させ、研磨ヘッド１４のＸ方向に対する位置決めを行う。続いて、移動台７に上下方向に移動可能に支持された電動ジャッキ１１をギヤードモータ１２により駆動することで、研磨ヘッド１４のＺ方向に対する位置決めを行う。

このように研磨ヘッド１４をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置決めにより、ノズルダイアフラム１００の上方に位置させた状態で、図３に示すインペラ駆動モータ３３によりインペラ３９を高速回転させると研磨材がシュート４３からインペラ３９の内部に入り、遠心力でインペラ周囲部の噴射ベルト４０に押付けられる。

この噴射ベルト４０に押付けられた研磨材は噴射ベルト４０と共に回転して、ベルトの開口部（図３（ｂ）では下側）から図示矢印方向５３にベルトに乗って噴射される。

このとき、旋回ギヤードモータ５１の駆動により旋回軸４９を中心に旋回フレーム４４を回転させる水平旋回機構と、旋回フレーム４４の内側に首振り軸４６、支持軸４７を介して支持された首振りフレーム３１を首振りギヤードモータ４５の駆動により首振りさせる首振り機構により、研磨ヘッド１４全体を水平旋回させると共に、首振り旋回させながらインペラ３９の噴射ベルト４０の開口部をノズルダイアフラム１００の静翼１０１の研磨部位に向けることで、静翼１０１の表面に研磨材が予め決められた速度で衝突し、静翼１０１の表面が研磨される。

この場合、研磨ヘッド１４を揺動させるには、水平旋回機構又は首振り機構を用いて旋回又は首振りの上限及び下限を設定することにより、その間を往復させることができる。このときの揺動速度としては１秒当り数ｃｍから数１０ｃｍ程度が好ましい。一方、被被研磨部品１００の回転速度は１秒当り数ｍｍ程度が好ましい。

また、上記研磨ヘッド１４の動作と同時に回転テーブル１７をギヤードモータ１９により旋回させることで、回収タンク付テーブル２０は水平を維持した状態で旋回する。

一方、静翼１０１の表面の研磨を終えた研磨材は、回収タンク付きテーブル２０の格子状の部品取付板２２を通過してホッパ２１内に落下し、さらにこのホッパ２１の流出ダクト２３を通して横置きコンベア２４の無端ベルト２４ｄ上に回収される。

この横置きコンベア２４の無端ベルト２４ｄは、ギヤードモータ２５の回転駆動により駆動輪２４ｃとガイド輪２４ｂ間を循環移動しており、無端ベルト２４ｄ上に回収された研磨材はダクト２４ａ内を一端部側から他端部へ搬送され、連結管２７を通して縦置きコンベア２６の無端ベルト２６ｄに落下する。この縦置きコンベア２６はバケットタイプのコンベアで、ギヤードモータ２８の回転駆動により駆動輪２６ｃとガイド輪２６ｂ間を無端ベルト２６ｄが急傾斜で循環移動しても無端ベルト２６ｄ上に回収された研磨材は、ダクト２６a内を一端部側から他端部側に持ち上げられ、傾斜ダクト部２６ｂの上部下面に設けられた口出部よりホース２９を通して研磨ヘッド１４のシュート４３に入り、以下前述同様の作用がサイクリックに行われる。

ここで、被研磨部品として図４（ａ）に示すノズルダイアフラム１００において、図４（ｂ）に示す静翼１０１を研磨する場合、静翼１０１が接近しているので、単純な噴射では研磨材が排出し難いが、研磨ヘッド１４を揺動することで研磨材を容易に排出することができる。

図４（ａ）はノズルダイアフラム１００を上から見た図であり、内輪１０２、外輪１０３及びその間に挟持された静翼１０１からノズルダイアフラム１００が構成され、このノズルダイアフラム１００はそのままの状態で格子状の部品取付板２２の上に設置される。この場合、静翼１０１は水平に置いた状態では上側の翼角度と下側の翼角度は大きく異なるため、静翼１０１の下側はノズルダイアフラム１００を反転させれば研磨できるが、反転させると研磨材の最適噴射角度が大きく異なる。そこで、研磨ヘッド１４に有する首振り機構によりこの噴射角度を調整すれば、静翼１０１の下側を容易に研磨することができる。

図５は被研磨部品として治具９２に固定された蒸気タービンの動翼９１を研磨する場合も、このままの状態で格子状の部品取付板２２の上に設置するだけで、ノズルダイアフラム１００と同様に蒸気タービンの動翼９１を研磨することができる。

このように本実施形態では、フレーム１上に前後方向（Ｙ方向）に移動する移動台車３、この移動台車３上を左右方向（Ｘ方向）に移動する移動台７、この移動台７に研磨ヘッド１４を上下方向（Ｚ方向）に移動可能に支持する電動ジャッキ１１により研磨ヘッド１４の位置決め機構を構成し、またフレーム１内の研磨ヘッド１４による作業範囲に対応する基面上に上面に回収タンク付テーブル２０が搭載された回転テーブル１７を設置し、回収タンク付テーブル２０のホッパ２１の上面開口部にノズルダイアフラム１００を載置して、研磨ヘッド１４を位置決め機構によりＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に移動させ、且つこの研磨ヘッド１４全体の旋回と首振り動作をさせながらインペラ３９の噴射ベルト４０の開口部より研磨材をノズルダイアフラム１００の静翼１０１の表面に向けて噴射するようにしたので、研磨装置全体の設置スペースの縮小化を図ることができると共に、研磨の難しい狭隘部や、嵌合部を含む表面研磨を効率良く、しかも確実に行うことができる。

また、水平を維持した状態で回転する回転テーブル１７上に回収タンク付テーブル２０を設置し、その上面にノズルダイアフラム１００を搭載するようにしたので、回転テーブル１７が回転することにより、研摩ヘッド１４の位置を変えることなくノズルダイアフラム１００の全周上の同一位置が順次研摩粒の噴射位置になるので、ノズルダイアフラム１００の全周に亘り均一な研摩が可能となる。さらに、回転テーブル１７の回転量を正確に制御することにより、静翼１０１のように均等間隔で複数個ノズルダイアフラム１００に設置されているようなものでは、自動的に各静翼１０１の全く同じ位置の研摩を略均一に行なうことも可能になる。このように特に３次元形状を有する大形重量物の研磨を機械化することができる。

さらに、部品の研磨後の研磨材は、回収タンク付テーブル２０のホッパ２１に収集された後、横置きコンベア２４及び縦置きコンベア２６により所定の高さ位置まで搬送し、この位置からホース２９を通して研磨ヘッド６のシュート４３へ回収するようにしているので、研磨材の有効利用を図ることができ、経済的に有利になるばかりでなく、研磨材の回収と再投入時間を省略することができる。また、新しい研摩材も、回転テーブル１７上の部品取付板２２は格子状になっているため、作業中でも適宜投入可能である。

一方、回収タンク付テーブル２０及びその上方の研磨ヘッド１４の移動空間部を囲むように帆布製またはビニールシート等で構成されたカバーフレーム３０が設けられているので、研摩の際に生じる細かい金属紛や研磨材が周囲に飛び散るのを防止することができる。

上記実施形態では、研磨ヘッド１４の水平旋回機構及び首振り機構の駆動源としてギヤードモータを用いたが、水平旋回角度を設定したり、首振り角度を設定したりする場合にはサーボモータを使用することによりその設定を容易に行うことができる。しかも、回転テーブル１７と研磨ヘッド１４の揺動が別々の動作なので、これらの設定及び段取りが容易である。

また、上記実施形態では、研磨ヘッド１４より研磨材をインペラ３９の下側に有する噴射ベルト４０の開口部より噴射させる噴射方向５３としたが、翼の角度や方向が変ったときの対応索として噴射ベルト４０を掛替えてインペラ３９の横方向を研磨材の噴射方向５４とすることもできる。

さらに、上記実施形態では、研磨ヘッド１４を水平旋回機構及び首振り機構により揺動させる場合について説明したが、移動台車３を前後方向（Ｙ方向）に周期的に移動させても研磨ヘッド１４を揺動でき、また移動台７をラック１０及びピニオン９により横方向（Ｘ方向）に周期的に移動させても研磨ヘッド１４を揺動できる。

また、上記実施形態では、被研磨部品を回転テーブル１７により回転させる場合について述べたが、位置決め機構の前後方向（Ｙ方向）と横方向（Ｘ方向）を同時に移動することで、円運動をさせることができる。そして、円運動の中に揺動を組込むことができる。この場合、前後方向（Ｙ方向）と横方向（Ｘ方向）のモータとしてサーボモータを用いると容易であるが、事前にプログラムの準備が必要になる。

図６（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施形態における研磨ヘッドの構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の左側面の断面図であり、図３（ａ），（ｂ）と同一部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

第２の実施形態では、図６に示すように回転軸がベース板３２の板面に対して直交し且つ首振りフレーム３１の首振り軸と同一線上になるようにインペラ駆動モータ３３を設けると共に、首振りフレーム３１の上部に支持部材を介して支持させ、このインペラ駆動モータ３３の回転軸をベース板３２の他方の板面に軸受ユニット３７を介して貫通させ、この他方の板面に貫通する回転軸にインペラ３９の回転軸を直接連結する構成とする以外は図３と同様である。

このような構成の研磨ヘッド１４とすれば、第１の実施形態と同様の作用効果が得られることに加え、首振り軸は首振り機構の質量中心近辺にあるので、僅かなトルクで首振り動作を行わせることができる。

図７は本発明による研磨装置の第３の実施形態を示す正面図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。

第３の実施形態では、図１で説明した研磨ヘッドの位置決め機構に代えて、図７に示すような各種多関節（例えば６軸）ロボット６１を台座６２上に設置し、ロボットのハンド先端に研磨ヘッド１４を位置決め及び移動操作可能に取付ける構成とするものである。

また、図１では回転テーブル１７の上面に回収タンク付テーブル２０を搭載し、ホッパ２１を旋回可能にしたが、本実施形態ではロボット６１のハンド先端部が円運動又は円弧移動するので、回転テーブル１７は不要である。

さらに、横置きコンベア２４及び縦置きコンベア２６は、図１とほぼ同様の構成のものであるが、これら両コンベアは通称エアロコンベアと呼ばれるもので、ダクトの中に駒と駒を結合するワイヤが入っており、これらがスプロケットにより循環して研磨材を回収・供給するものである。

このような構成の研磨装置において、研磨ヘッド１４から噴射された研磨材は被研磨部品（ノズルダイアフラム）１００に当った後、落下してホッパ２１に集められ、横置きコンベア２４で研磨材を横方向に移動し、次いで縦置きコンベア２６により研磨材を上方へ持ち上げ、ホース２９を通して研磨ヘッド１４のシュート４３に入り、以下同様の作用が繰り返される。

ここで、研磨ヘッド１４はロボット６１により揺動又は被研磨部品に対して径方向に動きながら、ノズルダイアフラム１００の静翼１０１に沿って円弧移動しながら研磨する。

このような構成としても第１の実施形態と同様の研磨を実現することが可能である。また、多関節ロボット、ここでは６軸ロボット６１を位置決め機構として使用しているので、図１のものと比較してさらに研磨装置全体の設置スペースの縮小化を図ることができる。

上記実施形態では、研磨ヘッド１４として図１と同様に首振り機構と、水平旋回機構を組込んでいるが、これらの機構の動作をロボットで行わせることで、研磨ヘッドの小型化を図ることができる。

さらに、上記実施形態では水平を維持した状態で回転する回転テーブル１７の上に回収タンク付テーブル２０を配設する場合について述べたが、回転テーブル１７としては水平型ではなく、少し傾斜角度を持たせた回転テーブルとして、その上に配設される回収タンク付テーブルを研磨ヘッドから噴射される研磨粒が回収可能な構成にしてもよい。

図８乃至図１０は本発明による研磨装置の第４の実施形態を示し、図８は正面図、図９は平面図、図１０は側面図である。なお、図７と同一部分には同一符号を付して説明する。

図８乃至図１０において、７１はコンテナ、例えばオープン形の海上コンテナで、この海上コンテナ７１内のほぼ中央部にギヤードモータ１９により回転駆動される回転テーブル１７が載置され、その上面に回収タンク付テーブル２０が搭載される。

また、海上コンテナ７１内の回転テーブル１７を挟む両側に台座７２ａ，７２ｂがそれぞれ設置され、これら両台座７２ａ，７２ｂ上に研磨ヘッドの移動手段として多関節ロボット（６軸ロボット）６１ａ，６１ｂをそれぞれ設置し、このロボットのハンド先端に研磨ヘッド１４が位置決め及び移動操作可能に取付けられる。

一方、海上コンテナ７１の上面にはフレーム７３が取付けられ、このフレーム７３上に台車７４が横方向（Ｘ方向）に移動可能に設けられる。この台車７４のフレームには被研磨部品１００の移動に使用されるチェーンブロック７５が掛かっている。

また、横置きコンベア２４及び縦置きコンベア２６は、図１とほぼ同様の構成のものであるが、これら両コンベアは通称エアロコンベアと呼ばれるもので、ダクトの中に駒と駒を結合するワイヤが入っており、これらがスプロケットにより循環して研磨材を回収・供給するものである。

さらに、回収タンク付テーブル２０及びその上方の研磨ヘッド１４の移動空間部を囲むように帆布製またはビニールシート等で構成されたカバーフレーム３０が設けられ、研磨材の飛散を防止している。

なお、図９及び図１０において、７６はコンテナ７１の外周側部に設置された足場であり、段取り祖業及び監視用に用いられるものである。

このように第４の実施形態では、多関節ロボット、ここでは６軸ロボット６１を研磨ヘッド１４の位置決め及び移動手段として使用することで、研磨装置全体が作業スースを含めて小形になるので、回転テーブル２０、ホッパ２１、研磨ヘッド１４、多関節ロボット６１を例えばオープン形の海上コンテナに収納することが可能となり、コンテナの中で被被研磨部品の研磨作業を行うことができる。

本発明による研磨装置の第１の実施形態を示す正面図。同実施形態を示す平面図。同実施形態における研磨ヘッドの構成を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は噴射部の側面図。（ａ）は被被研磨部品の一例を示す平面図、（ｂ）は同被研磨部品の静翼を示す図。同被研磨部品の動翼を示す正面図。本発明による研磨装置の第２の実施形態における研磨ヘッドの構成を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は噴射部の側面図。本発明による研磨装置の第３の実施形態を示す正面図。本発明による研磨装置の第４の実施形態を示す正面図。同実施形態を示す平面図。同実施形態を示す側面図。

符号の説明

１…フレーム、２…レール、３…移動台車、４…車輪、５，８，１２，１９，２５，２８．４５…ギヤードモータ、６…直動ガイド、７…移動台、９…ピニオン、１０…ラック、１１…電動ジャッキ、１３…支持板、１４…研磨ヘッド、１５…ガイド管、１６…ガイド棒、１７…回転テーブル、１８…脚部、２０…回収タンク付きテーブル、２１…ホッパ、２２…部品取付板、２３…流出ダクト、２４…横置きコンベア、２４ａ…ダクト、２４ｂ…ガイド輪、２４ｃ…駆動輪、２４ｄ…無端ベルト、２６…縦置きコンベア、２６ａ…傾斜ダクト、２６ｂ…ガイド輪、２６ｃ…駆動輪、２６ｄ…無端ベルト、２７…連結管、２９…ホース、３０…カバーフレーム、３１…首振りフレーム、３２…ベース板、３３…インペラ駆動モータ、３４，３６，４１…プーリ、３５…インペラ駆動モータ、３７，３８…軸受ユニット、３９…インペラ、４０…噴射ベルト、４２…固定板、４３…シュート、４４…旋回フレーム、４５…首振りギヤードモータ、４６…首振り軸、４７…支持軸、４９…旋回軸、５０…軸受、５１…旋回ギヤードモータ、５２…テンションローラ、６１，６１ａ，６１ｂ…多関節ロボット、６２…台座、７１…コンテナ、７２ａ，７２ｂ…台座、７３…フレーム、７４…台車、７５…チェーンブロック、７６…足場、１００…ノズルダイアフラム、１０１…静翼

Claims

弾性体を核としてその周りに研磨粉を付着させた研磨材を円形又は円弧状の被研磨部品に向けて噴射する研磨ヘッドと、
この研磨ヘッドを三次元座標のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対して位置決めする位置決め手段と、
この位置決め手段により位置決めされる研磨ヘッドの作業範囲に対応する基面上に回転可能に設けられ所定の箇所に被研磨部品が保持される回転テーブルと、
この回転テーブルより前記研磨ヘッドから噴射された研磨材を回収して再び前記研磨ヘッドに供給する研磨材回収及び供給手段とを備え、
前記位置決め手段は、フレーム上をＹ方向に移動する移動台車、この移動台車上をＸ方向に移動する移動台、この移動台に前記研磨ヘッドをＺ方向に移動可能に支持する支持機構から構成され、
前記研磨ヘッドは、水平軸を中心に回転駆動されて研磨材に回転エネルギを与えるインペラ、このインペラの周囲の一部に噴射開口部が存するようにプーリに保持させて掛けられインペラの回転により研磨材が押付けられるベルトからなる噴射部と、この噴射部を水平軸に対して首振り及び研磨材の噴射方向の設定が可能な首振り機構とから構成され、
前記回転テーブルを回転させ且つ前記噴射部を首振り動作させながら研磨材を予め決められた速度で噴射し、該研磨材を前記被研磨部品に衝突させて研磨することを特徴とする研磨装置。
請求項１記載の研磨装置において、研磨ヘッドは噴射部を支持する垂直軸を有し、この垂直軸を中心に水平旋回させる水平旋回機構を設けたことを特徴とする研磨装置。
請求項２記載の研磨装置において、水平旋回機構は首振り機構と一体的に水平旋回することを特徴とする研磨装置。
請求項２又は請求項３記載の研磨装置において、インペラの研磨材吐出部の中心は水平旋回機構の旋回中心又はその近傍にあることを特徴とする研磨装置。
弾性体を核としてその周りに研磨粉を付着させた研磨材を円形又は円弧状の被研磨部品に向けて噴射する研磨ヘッドと、
この研磨ヘッドを三次元座標のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対して位置決めする多関節ロボットと、
この多関節ロボットにより位置決めされる研磨ヘッドの作業範囲に対応する基面上に回転可能に設けられ所定の箇所に被研磨部品が保持される回転テーブルと、
この回転テーブルより前記研磨ヘッドから噴射される研磨材を回収して再び前記研磨ヘッドに供給する研磨材回収及び供給手段とを備え、
前記研磨ヘッドは、水平軸を中心に回転駆動されて研磨材に回転エネルギを与えるインペラ、このインペラの周囲の一部に噴射開口部が存するようにプーリに保持させて掛けられインペラの回転により研磨材が押付けられるベルトからなる噴射部と、この噴射部を水平軸に対して首振り及び研磨材の噴射方向の設定が可能な首振り機構とから構成され、
前記回転テーブルを回転させ且つ前記噴射部を首振り動作させながら、又は水平旋回動作をさせながら、あるいは首振り動作及び水平旋回動作させながら研磨材を予め決められた速度で噴射し、該研磨材を前記被研磨部品に衝突させて研磨することを特徴とする研磨装置。
弾性体を核としてその周りに研磨粉を付着させた研磨材を円形又は円弧状の被研磨部品に向けて噴射する研磨ヘッドと、
この研磨ヘッドを三次元座標のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対して位置決めすると共に、前記研磨ヘッドの首振り機能及び水平旋回機能を持たせた多関節ロボットと、
この多関節ロボットにより位置決めされる研磨ヘッドの作業範囲に対応する基面上に回転可能に設けられ所定の箇所に被研磨部品が保持される回転テーブルと、
この回転テーブルより前記研磨ヘッドから噴射される研磨材を回収して再び前記研磨ヘッドに供給する研磨材回収及び供給手段とを備え、
前記研磨ヘッドは、水平軸を中心に回転駆動されて研磨材に回転エネルギを与えるインペラ、このインペラの周囲の一部に噴射開口部が存するようにプーリに保持させて掛けられインペラの回転により研磨材が押付けられるベルトからなる噴射部とから構成され、
前記回転テーブルを回転させ且つ前記多関節ロボットに持たせた首振り機能及び旋回機能により前記噴射部を首振り動作させながら、又は水平旋回動作をさせながら、あるいは首振り動作及び水平旋回動作させながら研磨材を予め決められた速度で噴射し、該研磨材を前記被研磨部品に衝突させて研磨することを特徴とする研磨装置。
水平軸を中心に回転駆動されて研磨材に回転エネルギを与えるインペラ、このインペラの周囲の一部に噴射開口部が存するようにプーリに保持させて掛けられインペラの回転により弾性体を核としてその周りに研磨粉を付着させた研磨材が押付けられるベルトからなる噴射部及びこの噴射部を水平軸に対して首振り及び研磨材の噴射方向の設定が可能な首振り機構から構成され、前記噴射部より研磨材を円形又は円弧状の被研磨部品に首振り動作させながら、又は水平旋回動作をさせながら、あるいは首振り動作及び水平旋回動作させながら噴射する研磨ヘッドと、
この研磨ヘッドを三次元座標のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対して位置決めする多関節ロボットと、
この多関節ロボットにより位置決めされる研磨ヘッドの作業範囲に対応する基面上に回転可能に設けられ所定の箇所に被被研磨部品が保持される回転テーブルと、
この回転テーブルより前記研磨ヘッドから噴射される研磨材を回収して再び前記研磨ヘッドに供給する研磨材回収及び供給手段とを備え、
上記回転テーブル、研磨ヘッド及び多関節ロボットをコンテナの中に収納し、このコンテナの中で被研磨部品を研磨することを特徴とする研磨装置。
水平軸を中心に回転駆動され弾性体を核としてその周りに研磨紛を付着させた研磨材に回転エネルギを与えるインペラ、このインペラの周囲の一部に噴射開口部が存するようにプーリに保持させて掛けられインペラの回転により研磨材が押付けられるベルトからなる噴射部及びこの噴射部を水平軸に対して首振り及び研磨材の噴射方向の設定が可能な首振り機構とから構成された研磨ヘッドと、フレーム上をＹ方向に移動する移動台車、この移動台車上をＸ方向に移動する移動台、この移動台に前記研磨ヘッドをＺ方向に移動可能に支持する支持機構から構成された位置決め手段と、回転テーブルと、この回転テーブルより研磨材を回収して再び前記研磨ヘッドに供給する研磨材回収及び供給手段とを備えてなる研磨装置を用いて円形又は円弧状の被研磨部品を研磨する方法において、
前記位置決め手段により前記研磨ヘッドを三次元座標のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対して位置決めするステップと、
このステップにより位置決めされた基面上に設けられた前記回転テーブルの所定の箇所に円形又は円弧状の被研磨部品を保持させるステップと、
前記回転テーブルを回転させるステップと、
前記研磨ヘッドのインペラを回転駆動すると共に、前記噴射部を首振り動作させながら研磨材を予め設定された噴射速度で噴射させ、該研磨材を被研磨部品に衝突させるステップと、
前記研磨材回収手段により回収された研磨材を前記研磨材供給手段に搬送するステップと、
からなることを特徴とする研磨方法。