JP2006123059A - 研磨装置及びそれを用いた研磨ロボット及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 湾曲面においても、表面を滑らかに研磨し、磨きむらや磨き残し等のない研磨装置、研磨ロボット及び研磨方法を提供する。
【解決手段】 弾性部材３２を介して湾曲面が形成されたベルト状のサンドベルト３０を、サンドベルト３０を回転可能に支持するコンタクトホイール３３により、加工部材の湾曲部に押し付けて、面接触させ、駆動ホイール３１により、サンドベルト３０を回転駆動させて、ワークの湾曲部を研磨する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、部材表面を研磨する研磨装置及びそれを用いた研磨ロボット及び研磨方法に関する。

例えば、ガスタービン等のタービン翼は、複雑な３次元湾曲面を有しており、空力性能を適切に発揮できるように、その表面は滑らかに研磨される。特に、ガスタービン等のタービン翼は高温に曝されるため、その表面にＴＢＣ(Thermal Barrier Coating)と呼ばれるセラミクスコーティングが溶射され、このＴＢＣを研磨することで、タービン翼の表面を滑らかな状態に仕上げている。

タービン翼のＴＢＣの表面研磨は、従来、作業者の人手により研磨されていた。しかしながら、作業者の作業負担が大きいうえ、磨きむらや磨き残しがあったりするものであったため、近年では、作業の負担低減や作業の高速化のため、研磨装置を用いて、研磨を行うようになってきている（下記特許文献１〜３参照）。

特開平５−８１６６号公報 特開平５−２１２６６３号公報 特開２００２−３２６１５０号公報

しかしながら、例えば、タービン翼のフィレットのＲ部等、曲率が小さく、凹んだ湾曲部には、従来の研磨装置の研磨部分を密着させることができず、この部分は、依然として、作業者の人手により研磨されている。

タービン翼のフィレットのＲ部は、ＴＢＣのコーティング厚さを厚めに被覆しているため、超硬工具を用いて研磨して、膜厚の調整を行う必要があるものである。作業者の人手による研磨では、やはり、磨きむらや磨き残しがあったり、研磨時にＴＢＣが割れてしまったり、削りすぎてしまったりすることが多かった。特に、タービン翼のＴＢＣは、膜厚のばらつきや表面粗さを所定値内に抑えることが望ましく、例えば、表面粗さが大きいと、表面積が大きくなり、周囲の温度を引き込んで、ＴＢＣ内部の金属の温度が上昇し、ＴＢＣとしての機能を十分に果たせなくなるおそれがあり、又、タービン翼の空力も悪化するおそれがあった。

このように、湾曲部においても、磨きむらや磨き残しがなく、表面を滑らかに研磨することができる研磨装置が求められている。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、湾曲部においても、表面を滑らかに研磨し、磨きむらや磨き残し等のない研磨装置及びそれを用いた研磨ロボット及び研磨方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の請求項１に係る研磨装置は、
面接触可能なように弾性部材を介して湾曲面が形成され、被加工物の湾曲部に前記湾曲面が押し付けられる研磨部材と、
前記研磨部材を支持し、かつ、研磨運動をさせる支持駆動手段とを備えたことを特徴とする。
上記構成により、研磨部材の湾曲面を被加工物の湾曲部に押し付けると共に研磨部材を研磨運動させて、被加工物の湾曲部の研磨を行う。ここで、研磨部材の湾曲面は弾性部材を介して形成されているため、被加工物の湾曲部に押し付けられたとき、被加工物の湾曲部の形状に応じて、研磨部材の湾曲面が変形し、面接触が可能となるため、接触面全面において、略均一の研磨力にて研磨可能となる。なお、研磨部材の湾曲面の曲率は、被加工物の湾曲部の曲率に応じて、同等若しくは小さく設定する。

上記課題を解決する本発明の請求項２に係る研磨装置は、
面接触可能なように弾性部材を介して湾曲面が形成され、被加工物の湾曲部に前記湾曲面が押し付けられるベルト状の研磨部材と、
前記弾性部材を支持すると共に、前記ベルト状の研磨部材を、前記弾性部材を介して回転可能に支持する第１ホイールと、
前記ベルト状の研磨部材を回転駆動する第２ホイールとを備えたことを特徴とする。
上記構成により、第１ホイールを用いてベルト状の研磨部材の湾曲面を被加工物の湾曲部に押し付けると共にベルト状の研磨部材を回転駆動させて、被加工物の湾曲部の研磨を行う。なお、ベルト状の研磨部材に適切なテンションを付与するためのテンション付与機構を設けてもよい。

上記課題を解決する本発明の請求項３に係る研磨装置は、
上記研磨装置において、
前記ベルト状の研磨部材の湾曲面の首振りを行う首振機構を備えたことを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項４に係る研磨装置は、
面接触可能なように弾性部材を介して湾曲面が形成され、被加工物の湾曲部に前記湾曲面が押し付けられるシート状の研磨部材と、
前記弾性部材を支持すると共に、前記シート状の研磨部材を、前記弾性部材を介して支持する支持部材と、
前記支持部材を振動させる振動手段とを備えたことを特徴とする。
上記構成により、支持部材を用いてシート状の研磨部材の湾曲面を被加工物の湾曲部に押し付けると共に支持部材を振動させて、被加工物の湾曲部の研磨を行う。なお、支持部材の振動方向としては、支持部材の長手方向に垂直な方向がよい。

上記課題を解決する本発明の請求項５に係る研磨装置は、
上記研磨装置において、
前記被加工物の湾曲部は、凹んでいる湾曲部であることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項６に係る研磨装置は、
上記研磨装置において、
前記被加工物の凹んでいる湾曲部は、翼のフィレット部分の湾曲部であることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項７に係る研磨装置は、
上記研磨装置において、
前記被加工物への前記研磨部材の押付力を制御する押付力制御手段を備えたことを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項８に係る研磨ロボットは、
任意の３次元位置の制御が可能な汎用多関節アームロボットを有し、
汎用多関節アームロボットの手首部分に、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の研磨装置を取り付けたことを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項９に係る研磨ロボットは、
上記研磨ロボットにおいて、
前記研磨部材の湾曲面が、前記被加工物上の研磨面を折り返しながら連続して移動されると共に、前記研磨部材の湾曲面の研磨幅の１／３の幅のピッチで折り返すように制御されることを特徴とする。
具体的には、まず、被加工物上の研磨面の研磨する長さ方向に研磨部材を移動させながら、被加工物を研磨し、所定長さ研磨すると、その位置を折り返し、略逆方向移動させながら、被加工物を研磨する。その際、最終的な移動位置が、前回の研磨部分に対して、研磨部材の湾曲面の研磨幅の１／３の幅ずれるように、斜めに折り返して移動させる。そして、前回の研磨部分から、研磨部材の湾曲面の研磨幅の１／３の幅ずれた状態で、研磨する長さ方向に研磨部材を移動させながら、被加工物を研磨する。このように、被加工物上の研磨面を、研磨幅の１／３の幅でジグザグに折り返しながら、連続して移動させ、これらの動作を繰り返し行って、被加工物の研磨面全面を研磨する。

上記課題を解決する本発明の請求項１０に係る研磨方法は、
面接触可能なように弾性部材を介して研磨部材に湾曲面を形成し、
前記研磨部材の湾曲面を、被加工物の湾曲部に押し付け、
前記研磨部材を研磨運動させて、前記被加工物の湾曲部を研磨することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項１１に係る研磨方法は、
面接触可能なように弾性部材を介してベルト状の研磨部材に湾曲面を形成し、
前記弾性部材を支持すると共に、前記弾性部材を介して前記ベルト状の研磨部材を回転可能に支持する第１ホイールにより、前記ベルト状の研磨部材の湾曲面を、被加工物の湾曲部に押し付け、
前記ベルト状の研磨部材を回転駆動する第２ホイールにより、前記ベルト状の研磨部材を回転させて、前記被加工物の湾曲部を研磨することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項１２に係る研磨方法は、
上記研磨方法において、
前記ベルト状の研磨部材の湾曲面の首振りを行うことを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項１３に係る研磨方法は、
面接触可能なように弾性部材を介してシート状の研磨部材に湾曲面を形成し、
前記弾性部材を支持すると共に、前記弾性部材を介して前記シート状の研磨部材を支持する支持部材により、前記シート状の研磨部材の湾曲面を、被加工物の湾曲部に押し付け、
前記支持部材を振動させる振動手段により、前記シート状の研磨部材を振動させて、前記被加工物の湾曲部を研磨することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項１４に係る研磨方法は、
上記研磨方法において、
前記被加工物の湾曲部を、凹んでいる湾曲部とすることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項１５に係る研磨方法は、
上記研磨方法において、
前記被加工物の凹んでいる湾曲部を、翼のフィレット部分の湾曲面とすることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項１６に係る研磨方法は、
上記研磨方法において、
前記被加工物への前記研磨部材の押付力を制御することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項１７に係る研磨方法は、
上記研磨方法において、
前記研磨部材の湾曲面を、前記被加工物上の研磨面を折り返しながら連続して移動すると共に、前記研磨部材の湾曲面の研磨幅の１／３の幅のピッチで折り返すように制御することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項１８に係る研磨方法は、
被加工物に研磨部材を押し付け、前記研磨部材の研磨運動により、前記被加工物を研磨する研磨方法であって、
前記研磨部材を、前記被加工物上の研磨面を折り返しながら連続して移動すると共に、前記研磨部材の前記被加工物との接触部分の幅の１／３の幅のピッチで折り返すように制御することを特徴とする。

本発明の請求項１、請求項１０に係る発明によれば、弾性部材を介して研磨部材に湾曲面を形成し、その湾曲面を被加工物の湾曲部に面接触させ、研磨運動させて研磨を行うので、湾曲部においても、接触面内で略均一で高い研磨力を得ることができ、研磨作業を高い効率で行うことができる。又、研磨部材の研磨運動条件、研磨部材の幅等を適切に設定することで、被加工物の対象箇所に応じた適切な研磨状態を設定して、研磨作業を行うことができる。

本発明の請求項２、３及び請求項１１、１２に係る発明によれば、弾性部材を介してベルト状の研磨部材に湾曲面を形成し、その湾曲面を被加工物の湾曲部に面接触させると共に、ベルト状の研磨部材を回転させて研磨を行うので、湾曲部においても、接触面内で略均一で高い研磨力を得ることができ、研磨作業を高い効率で行うことができる。又、研磨部材の回転条件、研磨部材の幅等を適切に設定することで、被加工物の対象箇所に応じた適切な研磨状態を設定して、研磨作業を行うことができる。又、ベルト状の研磨部材の長さが確保されているため、ベルト状の研磨部材の切削性の低下が少なく、安定した研磨作業が可能であり、冷却の必要もない。

本発明の請求項４、請求項１３に係る発明によれば、弾性部材を介してシート状の研磨部材に湾曲面を形成し、その湾曲面を被加工物の湾曲部に面接触させると共に、シート状の研磨部材を振動させて研磨を行うので、湾曲部においても、接触面内で略均一で高い研磨力を得ることができ、研磨作業を高い効率で行うことができる。又、研磨部材の振動条件、研磨部材の幅等を適切に設定することで、被加工物の対象箇所に応じた適切な研磨状態を設定して、研磨作業を行うことができる。

本発明の請求項５、６及び請求項１４、１５に係る発明によれば、本発明に係る研磨装置の研磨対象箇所は、凹んだ湾曲部、特に、翼のフィレット部分の湾曲部が好適なものであり、例えば、研磨部材の湾曲面の曲率を小さくすることで、被加工物の曲率半径が小さい湾曲部でも研磨が可能である。

本発明の請求項７、請求項１６によれば、更に、研磨部材の押付力を適切に設定することで、被加工物の対象箇所に応じた適切な研磨状態を設定して、研磨作業を行うことができる。

本発明の請求項８によれば、複雑な３次元形状を有する被加工物の湾曲部においても、汎用多関節アームロボットを用いて、研磨装置を最適な位置に制御できるので、研磨装置を適切な押付力で被加工物に押し付けて研磨することが可能となり、磨きむらや磨き残し等なく、表面を滑らかに研磨することができる。

本発明の請求項９及び請求項１７、１８によれば、研磨部材の移動条件として、研磨部材の研磨幅（又は接触部分の幅）の１／３の幅のピッチで、折り返して被加工物上を移動させるので、磨きむらや磨き残し等なく、表面を滑らかに研磨することができる。更に、被加工物に被覆された被覆部材に対しても、所望の被覆部材の膜厚に応じた適切な研磨状態を設定して、膜厚を調整することができ、被覆部材を削りすぎることなく、滑らかに研磨することができる。

以下、図１〜図７を参照して、本発明に係る研磨装置及びそれを用いた研磨ロボット及び研磨方法を詳細に説明する。

図１に、本発明に係る研磨ロボットの実施形態の一例となる斜視図を示す。

図１に示すように、本発明に係る研磨ロボットは、多関節アームロボット１と多関節アームロボット１に支持された研磨装置２とを有するものであり、図示しない制御装置により多関節アームロボット１が３次元位置を制御され、研磨装置２を用いて、所望の３次元形状の被加工物（以下、ワークと呼ぶ。）の表面の研磨を行うものである。

具体的には、多関節アームロボット１は、工作機械のベッド等の基部に固定される基台１０と、基台１０に対して、Ｒ１方向に旋回運動を行う旋回台１１と、第１関節１２を介して旋回台１１に接続され、Ｒ２方向に回転運動を行う第１アーム１３と、第２関節１４を介して第１アーム１３に接続され、Ｒ３方向に回転運動を行う第２アーム１５と、第２アーム１５によりＲ４方向に旋回可能に支持される第３関節１６と、第３関節によりＲ５方向に回転可能に支持されると共に、その先端部をＲ６方向に旋回可能な手首１７とを有する。研磨装置２は手首７の先端側に支持され、多関節アームロボット１の各部を作動させることで、任意の３次元位置の制御が可能である。なお、多関節アームロボット１の各部は、電気、空圧、油圧等を用いたアクチュエータやモータ等を用いて駆動される。

図１に示した多関節アームロボット１は、所謂、６軸の多関節アームロボットであるが、３次元位置を制御可能なものであれば、他の構成のロボットでもよい。又、ワーク側を一定の位置に固定し、ロボット側のみを移動するようにしてもよいが、ワーク側の位置を制御可能なテーブル等に配置し、ロボットと連動して、３次元位置を制御するようにしてもよい。

図２（ａ）は、本発明に係る研磨装置とワークを示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。又、図３に、研磨装置の研磨部を拡大して図示した。

研磨装置２は、支持部２０の円板状の支持板２０ａにより、旋回可能に手首１７の先端側に支持される。支持部２０の先端部２０ｂには、回動可能に支持された４本のリンク２１と、４本のリンクの先端側に接続され、４本のリンク２１により平行移動可能に支持された取付部２２が設けられる。支持部２０、４本のリンク２１及び取付部２２により、リンク機構が構成され、取付部２２に取り付けられる研磨具２３が、研磨具２３の長手方向にスラスト運動（軸方向運動）が可能な構成である。又、このリンク機構には、バネ等による付勢力付与機構と、研磨具２３をワーク４０に押し付ける押付力を測定する押付力検知装置が設けられており（共に図示せず。）、押付力を測定して、研磨具２３が常に適正な押付力にて押し付けられるように構成されている（押付力制御手段）。

研磨具２３は、例えば、複数のＵ字ボルト２２ａ等により、その保持部２４が取付部２２に固定され、保持部２４の先端側には、ワーク４０を研磨する研磨部２５が保持される。なお、取付部２２への保持部２４の固定方法は、他の取り付け方法を用いて固定してもよい。

図３に示すように、本実施例の研磨部２５は、ベルト状のサンドベルト３０（ベルト状研磨部材）と、サンドベルト３０の一方の端部の内側に設けられ、サンドベルト３０をＲｏ方向に回転駆動させる駆動ホイール３１（第２ホイール）と、サンドベルト３０の他方の端部の内側に設けられ、弾性部材３２を介してサンドベルト３０を回転可能に支持するコンタクトホイール３３（第１ホイール）とを有する。本実施例では、駆動ホイール３１及びコンタクトホイール３３が、サンドベルト３０を支持し、研磨運動をさせる支持駆動手段となる。なお、コンタクトホイール３３の径は、ワーク４０の湾曲部の曲率に応じて、同等若しくは小さめに設けられる。又、弾性部材３２は、クッション性を向上させるゴム等により構成される。

サンドベルト３０は、コンタクトホイール３３の外周形状により、弾性部材３２を介して湾曲面が形成されており、この湾曲面をワーク４０に押し付けたときに形成される接触面Ｓが、ワーク４０に対する研磨面となる。コンタクトホイール３３をワーク４０の表面に押し付け、サンドベルト３０を回転させることで、サンドベルト３０の接触面Ｓにて、ワーク４０の表面が研磨される。このとき、接触面Ｓは面接触状態となり、接触面Ｓ内で略均一で高い研磨力を付与することになり、ワーク４０の表面を効率的に、かつ、むらなく研磨することができる。

本発明では、図４に示す実施例２の場合も含めて、弾性部材を介して湾曲面を形成することで、湾曲面がワーク４０の表面形状に応じて変形し、接触面Ｓが面接触状態になるように構成してある。研磨むらや局所的な過剰研磨が起こりやすい点接触、線接触でなく、広い研磨面が確保できる面接触状態にすることで、接触面内で略均一な研磨力を得ることができ、研磨むらや過剰研磨を抑制して、被加工物の表面を滑らかに仕上げることができる。又、被加工物の湾曲部の曲率に対して、研磨部材側の湾曲面を適切な曲率に設定することで、接触面Ｓの面積を適切に設定することが可能となり、研磨部材の被加工物への押付力等を含めて、最適な研磨条件を設定することで、被加工物の研磨対象箇所に応じた研磨が可能となる。

なお、駆動ホイール３１とコンタクトホイール３３との間は、図示しない支持機構により、一定の長さに保たれて支持されているが、サンドベルト３０を押し付けたとき、サンドベルト３０が弛まないようにするため、サンドベルト３０に適切なテンションを付与するテンション付与機構を設けるようにしてもよく、例えば、駆動ホイール３１とコンタクトホイール３３との間の支持機構にテンション付与機構を設けたり、別途、テンション付与機構を有するホイールを設けたりする。又、サンドベルト３０は、高硬度を有するダイヤモンド、アルミナ、ＣＢＮ（Cubic Boron Nitride：立方晶窒化ホウ素）等の砥粒を用いたものであり、これは、後述のサンドペーパ３７も同様である。

上記構成の研磨部２５を用いることで、ワーク４０の湾曲部においても、高い研磨力を得ることができ、研磨作業を高効率で行うことができる。特に、本実施例の場合、サンドベルト３０が、所定のベルト長を有し、研磨時には、このベルト長全部を用いて研磨を行うため、サンドベルト３０の切削性の低下が少なく、安定した研磨作業が可能であり、又、冷却の必要もない。又、研磨具２３の押付力、サンドベルト３０の回転数、サンドベルト３０の幅等の条件を適切に設定することで、研磨対象箇所に応じた適切な研磨状態を設定して、研磨作業を行える。更に、ワーク４０に被覆された被覆部材の膜厚を調整する場合の研磨にも使用することができ、例えば、タービン翼にコーティングされたＴＢＣを最適な膜厚に調整可能である。又、曲率半径が小さい湾曲部の場合、径の小さなコンタクトホイール３３を用いることで、曲率半径が小さい湾曲部の研磨も可能となる。

ワーク４０として、例えば、ガスタービン翼を対象とする場合、本発明に係る研磨装置２は、ガスタービン翼が有する湾曲部に用いることができるが、特に、ガスタービン翼を構成する胴体４１と翼４２との接合部分であるフィレットＲ部４３、つまり、凹んだ湾曲部の表面を研磨する場合に好適なものである（図２（ｂ）参照）。フィレットＲ部でも、特に、翼４２の下反部分のフィレットＲ部４３の研磨は、手作業でも難しい。しかし、本発明に係る研磨装置２を用いることで、フィレットＲ部４３を研磨することが可能である。

図４は、本発明に係る研磨装置における研磨部の他の実施例を示す斜視図である。

図４に示す研磨部３５は、図示しない振動手段により、Ｖ１又はＶ２方向に振動可能な平板状の支持部材３６と、支持部材３６の先端に設けられ、サンドペーパ３７（シート状研磨部材）に湾曲面を形成して支持するゴム等の弾性部材３８と、サンドペーパ３７の両端部に貼設され、支持部材との接着を行う接着部材（ウレタンゴム）３９とを有する。サンドペーパ３７は、弾性部材３８の外周形状により湾曲面が形成されており、この湾曲面をワーク４０に押し付けたときに形成される接触面Ｓが、ワーク４０に対する研磨面となる。なお、本実施例では、支持部材３６及び振動手段が、サンドペーパ３７を支持し、研磨運動をさせる支持駆動手段となる。

図２（ｂ）を用いて、本実施例の研磨部３５の動作を説明すると、サンドペーパ３７の湾曲面の接触面Ｓが、ワーク４０のフィレットＲ部４３に押し付けられ、支持部材３６と共にサンドペーパ３７が振動されることで、その表面が研磨される。本実施例の場合、実施例１とは異なり、サンドペーパ３７の接触面Ｓが常に同じであり、この部分の研磨材が消耗し易いため、冷却しながら研磨することが望ましい。

図５に、本発明に係る研磨装置における取付部分の他の実施例の上面図（図５（ａ））、側面図（図５（ｂ））、断面図（図５（ｃ））を示す。

図５に示す首振機構５０は、研磨具２３の保持部２４を保持すると共に、研磨具２３の研磨部２５の首振りを行うものである。取付部２２に取り付ける際には、研磨具２３の保持部２４の替わりに、首振機構５０の首振機構保持部５１を取付部２２に固定し、複数のボルト５２を用いて、首振機構保持部５１に首振機構５０の支持部材５３を支持する。首振機構５０では、支持部材５３上の一方の端部にコの字部材５４が設けられ、他方の端部に、ナット５５を用いて固定された支持軸５６が設けられる。研磨具２３の保持部２４は、Ｕ字ボルト５７、ナット５８を用い、弾性部材５９を介して、支持板６０に固定される。そして、支持板６０が、支持軸５６に回動可能に支持されると共に、支持板６０の端部が、コの字部材５４に揺動可能に支持される。

コの字部材５４の部分は、支持板６０の端部において、支持板６０の面に垂直に貫通し、ナット６１により固定される揺動軸６２と、揺動軸６２の両端部に設けられたストッパ６３と、揺動軸６２の内部を貫通すると共に、その両端部がコの字部材５４の内壁面に固定される貫通軸６４と、貫通軸６４の外周に設けられ、コの字部材５４の内壁面と２つのストッパ６３との間に配置されたバネ６５とを有し、ストッパ６３を介して、バネ６５の付勢力により、支持板６０が支持軸５６を支点として揺動され、保持部２４が保持する研磨部２５が首振り運動を行う構成である。上記首振機構５０を図１に示す研磨ロボットの研磨装置２に取り付け、例えば、図３に示す研磨部２５においては、研磨を行う際に、接触面Ｓがコンタクトホイール３３に支持軸方向に揺動（首振り）されて、被加工物の研磨を行うことになる。

図６は、本発明に係る研磨方法の実施形態の一例を説明する図であり、研磨面を研磨する際、移動の折り返しを所定の幅で行った場合の研磨状態を示す図である。
なお、Ｐ１〜Ｐ４等は、研磨部材の接触面の移動の折り返し点を示すものである。

本発明に係る研磨方法では、研磨時の研磨部材の移動動作として、研磨部材の湾曲面を、ワーク上の研磨面を折り返しながら連続して移動すると共に、研磨部材の湾曲面の接触面Ｓの研磨幅Ｗの１／３の幅のピッチで折り返すように制御することで、効率的、かつ、むらなく滑らかに研磨を行うようにしたものである。例えば、サンドベルト３０やサンドペーパ３７における接触面Ｓの研磨幅をＷとする場合、研磨部材の折り返しの移動幅を１／３Ｗとして、研磨部材を移動させて研磨を行う。

具体的には、図６（ａ）に示すように、接触面Ｓのワークとの初期位置をＰ１とすると、最初に、研磨部材を所定の押付力で押し付け、振動又は回転させ、研磨面の研磨する長さＬ方向に研磨部材を一定速度で移動させながら、ワークを研磨する（Ｐ１→Ｐ２）。所定長さＬの研磨が終了すると、その位置を折り返し、同じ研磨条件で、略逆方向移動させながら、ワークを研磨する。その際、最終的な移動位置（Ｐ３）が、前回の研磨部分（Ｐ１→Ｐ２）に対して、研磨部材の湾曲面の接触面Ｓの研磨幅Ｗの１／３の幅ずれるように、折り返して斜めに移動させる（Ｐ２→Ｐ３）。そして、前回の研磨部分（Ｐ１→Ｐ２）から１／３Ｗの幅ずれた状態で、同じ研磨条件で、研磨する長さ方向Ｌに研磨部材を移動させながら、ワークを研磨する（Ｐ３→Ｐ４）。このような移動を、連続的に繰り返し行って、ワークの研磨面全面の研磨を行っている。このように、所定の移動幅で折り返して研磨を行うことで、研磨始めの部分を除いて、同じ研磨回数にてワーク表面を研磨することができ、磨き残しや、磨きむら、皮膜はがれ等を無くし、ワーク表面を滑らかで均一な厚さの皮膜に仕上げることができる。

なお、図６（ｂ）に、折り返しを１／２Ｗのピッチで行った場合の研磨状態を示す。１／２Ｗで折り返しを行った場合も、１／３Ｗのときと同様に、研磨始めの部分を除いて、同じ研磨回数にてワーク表面を研磨することができ、磨き残し、磨きむら、皮膜はがれ等を無くし、ワーク表面を滑らかで均一な厚さの皮膜に仕上げることが可能である。但し、この場合、繰り返される研磨回数が、１／３Ｗの場合よりやや少ないため、研磨筋が残る可能性もあり、その点では、折り返しの移動幅を１／３Ｗとした方が望ましい。

又、図７は、折り返しを図６とは異なった移動幅で行った場合の研磨状態を示す図である。
図７（ａ）、（ｂ）から明らかなように、折り返しの移動幅が４／５Ｗや２／５Ｗの場合には、研磨された場所によって異なる研磨回数によりワーク表面が研磨されることになり、研磨始めの部分だけでなく、研磨面全面において、研磨むらが発生してしまう。つまり、分子側の数字が１でない折り返しの移動幅の場合、折り返した研磨がむらとなって残ってしまうことになる。

従って、研磨時の研磨部材の移動動作としては、分子側の数字が１となる折り返しの移動幅、具体的には、研磨部材の接触面Ｓの研磨幅の１／３程度の折り返しの移動幅にて、折り返して研磨することが望ましい。実際、移動幅を研磨部材の幅の１／３で行った場合と、他の移動幅で行った場合における研磨速度、研磨状態の比較を行ってみた（表１参照）。なお、ここでは、タービン翼上にコーティングしたＴＢＣを、移動幅のみを変更し、その他の条件を同条件にして比較を行った。特に、ＴＢＣの研磨は、その表面粗さの要求が厳しいものであり、所定の要求値内に表面粗さを抑えないと、タービン効率の低下を招くと共に遮熱効果に１００℃以上の違いが出る場合もあり、研磨しすぎず、研磨残しもなく、更に、表面を滑らかに仕上げる研磨方法が望まれている。

表１から明らかなように、移動幅４／５、２／５を用いた場合、ＴＢＣの皮膜状態に問題があったが、１／２、１／３、１／５の移動幅を用いた場合、ＴＢＣの皮膜状態には殆ど問題がなかった。又、作業速度を考慮すると、１／２、１／３の移動幅が望ましく、更に、研磨筋の有無まで考慮すると、１／３の移動幅の場合に、全てを満足する結果が得られた。なお、皮膜はがれや研磨残しについては、人手ではなく、ロボットにて自動的に行うため、どの条件においても、略無くなった。

本発明は、ワーク表面の研磨を含め、ワーク表面に被覆された被覆材料も研磨対象とし、被覆材料を剥離することなく滑らかな表面に仕上げることができるものである。ワークの湾曲面の研磨は、従来、手作業ではむらなく、滑らかに研磨することが難しかったが、本発明を用いることで、湾曲面、特に凹んだ湾曲面においても、むらなく、滑らかに研磨することが可能となり、例えば、ガスタービン翼のフィレットのＲ部のＴＢＣの研磨等に適用できる。

本発明に係る研磨ロボットの実施形態の一例を示す斜視図である。 本発明に係る研磨装置とワークを示す斜視図及び断面図である。 本発明に係る研磨装置における研磨部を示す斜視図である。 本発明に係る研磨装置における研磨部の他の実施例を示す斜視図である。 本発明に係る研磨装置における取付部分の他の実施例を示す上面図、側面図及び断面図である。 本発明に係る研磨方法の実施形態の一例を説明する図である。 図６に示した本発明に係る研磨方法と比較した研磨状態を示す図である。

符号の説明

１ 多関節アームロボット
２ 研磨装置
２５ 研磨部
３０ サンドベルト
３１ 駆動ホイール
３２ 弾性部材（ゴム）
３３ コンタクトホイール
３５ 研磨部
３６ 支持部材
３７ サンドペーパ
３８ 弾性部材（ゴム）
３９ ウレタンゴム
５０ 首振機構

Claims (18)

1. 面接触可能なように弾性部材を介して湾曲面が形成され、被加工物の湾曲部に前記湾曲面が押し付けられる研磨部材と、
   前記研磨部材を支持し、かつ、研磨運動をさせる支持駆動手段とを備えたことを特徴とする研磨装置。
2. 面接触可能なように弾性部材を介して湾曲面が形成され、被加工物の湾曲部に前記湾曲面が押し付けられるベルト状の研磨部材と、
   前記弾性部材を支持すると共に、前記ベルト状の研磨部材を、前記弾性部材を介して回転可能に支持する第１ホイールと、
   前記ベルト状の研磨部材を回転駆動する第２ホイールとを備えたことを特徴とする研磨装置。
3. 請求項２に記載の研磨装置において、
   前記ベルト状の研磨部材の湾曲面の首振りを行う首振機構を備えたことを特徴とする研磨装置。
4. 面接触可能なように弾性部材を介して湾曲面が形成され、被加工物の湾曲部に前記湾曲面が押し付けられるシート状の研磨部材と、
   前記弾性部材を支持すると共に、前記シート状の研磨部材を、前記弾性部材を介して支持する支持部材と、
   前記支持部材を振動させる振動手段とを備えたことを特徴とする研磨装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の研磨装置において、
   前記被加工物の湾曲部は、凹んでいる湾曲部であることを特徴とする研磨装置。
6. 請求項５に記載の研磨装置において、
   前記被加工物の凹んでいる湾曲部は、翼のフィレット部分の湾曲部であることを特徴とする研磨装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の研磨装置において、
   前記被加工物への前記研磨部材の押付力を制御する押付力制御手段を備えたことを特徴とする研磨装置。
8. 任意の３次元位置の制御が可能な汎用多関節アームロボットを有し、
   前記汎用多関節アームロボットの手首部分に、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の研磨装置を取り付けたことを特徴とする研磨ロボット。
9. 請求項８に記載の研磨ロボットにおいて、
   前記研磨部材の湾曲面が、前記被加工物上の研磨面を折り返しながら連続して移動されると共に、前記研磨部材の湾曲面の研磨幅の１／３の幅のピッチで折り返すように制御されることを特徴とする研磨ロボット。
10. 面接触可能なように弾性部材を介して研磨部材に湾曲面を形成し、
    前記研磨部材の湾曲面を、被加工物の湾曲部に押し付け、
    前記研磨部材を研磨運動させて、前記被加工物の湾曲部を研磨することを特徴とする研磨方法。
11. 面接触可能なように弾性部材を介してベルト状の研磨部材に湾曲面を形成し、
    前記弾性部材を支持すると共に、前記弾性部材を介して前記ベルト状の研磨部材を回転可能に支持する第１ホイールにより、前記ベルト状の研磨部材の湾曲面を、被加工物の湾曲部に押し付け、
    前記ベルト状の研磨部材を回転駆動する第２ホイールにより、前記ベルト状の研磨部材を回転させて、前記被加工物の湾曲部を研磨することを特徴とする研磨方法。
12. 請求項１１に記載の研磨方法において、
    前記ベルト状の研磨部材の湾曲面の首振りを行うことを特徴とする研磨方法。
13. 面接触可能なように弾性部材を介してシート状の研磨部材に湾曲面を形成し、
    前記弾性部材を支持すると共に、前記弾性部材を介して前記シート状の研磨部材を支持する支持部材により、前記シート状の研磨部材の湾曲面を、被加工物の湾曲部に押し付け、
    前記支持部材を振動させる振動手段により、前記シート状の研磨部材を振動させて、前記被加工物の湾曲部を研磨することを特徴とする研磨方法。
14. 請求項１０乃至請求項１３のいずれかに記載の研磨方法において、
    前記被加工物の湾曲部を、凹んでいる湾曲部とすることを特徴とする研磨方法。
15. 請求項１４記載の研磨方法において、
    前記被加工物の凹んでいる湾曲部を、翼のフィレット部分の湾曲面とすることを特徴とする研磨方法。
16. 請求項１０乃至請求項１５のいずれかに記載の研磨装置において、
    前記被加工物への前記研磨部材の押付力を制御することを特徴とする研磨方法。
17. 請求項１０乃至請求項１６のいずれかに記載の研磨方法において、
    前記研磨部材の湾曲面を、前記被加工物上の研磨面を折り返しながら連続して移動すると共に、前記研磨部材の湾曲面の研磨幅の１／３の幅のピッチで折り返すように制御することを特徴とする研磨方法。
18. 被加工物に研磨部材を押し付け、前記研磨部材の研磨運動により、前記被加工物を研磨する研磨方法であって、
    前記研磨部材を、前記被加工物上の研磨面を折り返しながら連続して移動すると共に、前記研磨部材の前記被加工物との接触部分の幅の１／３の幅のピッチで折り返すように制御することを特徴とする研磨方法。

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