JP2010247261A - ブラシ装置及びブラシ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシの押し付け力を常に適正とした研磨加工を容易に可能なブラシ装置及びブラシ加工方法を提供する。
【解決手段】ブラシ回転用モータ５により回転したカップ型ブラシ４を押し付けてワークＷを研磨するブラシ装置１において、上下動用モータ８及びボールネジ９によりカップ型ブラシ４を支持したブラシ支持部材６を移動させてカップ型ブラシ４をワークＷに対して押し付け、ブラシ回転用モータ５の電流値から演算したトルクが所定範囲内になるように上下動用モータ８を駆動制御するコントロールユニット１０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークにおける被加工面のばり取りや研磨などの加工に用いられるブラシ装置及びブラシ加工方法に関するものである。

従来、ワークにおける被加工面のばり取りや研磨をするためにブラシ装置が開発されている。
ブラシ装置は、例えば固定台に固定されたワークに対して、モータにより回転させたブラシを押し付けることでワークの研磨を行う。ブラシ装置は、固定台から立設したフレームに沿ってワークの被加工面に対して略垂直にブラシが移動可能な構造となっており、ワークに対するブラシの押し付け量を調整することで、ブラシの押し付け力を適切に設定している（特許文献１）。

特許第２５５２０６６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載したブラシ装置は、手動によりブラシの移動を行う構造となっており、作業者がブラシの押し付け量を調整してブラシの垂直な移動を固定した後、ブラシを回転駆動させて研磨加工を行っている。
したがって、ブラシの摩耗やワークの形状に応じて研磨加工毎にブラシの押し付け量を調整しなければならず、この調整作業が煩雑であるとともに、ワークの被加工面が湾曲している場合には研磨加工中に押し付け力が変動し加工量が一定にならず、加工品質が低下する虞がある。特にワークの加工面が広く湾曲量が大きくなると研磨加工自体が困難となってしまう。また、加工負荷が大きいとブラシが止まり、ワークに傷をつけてしまうこととなる。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、ブラシの押し付け力を常に適正にした研磨加工を容易に可能とするブラシ装置及びブラシ加工方法を提供することを目的としている。

上記した目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、モータにより回転させたブラシを押し付けてワークを研磨するブラシ装置において、前記ブラシを前記ワークに押し付ける押し付け手段と、前記モータのトルクを検出するトルク検出手段と、前記トルク検出手段により検出された前記モータのトルクが所定範囲内になるように、前記押し付け手段による前記ブラシの押し付け力を可変制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１において、前記トルク検出手段は、前記モータを駆動する電流、電圧または電力に基づいて前記モータのトルクを検出することを特徴とする。
また、本発明の請求項３に係る発明は、前記トルク検出手段により検出した前記モータのトルクが前記所定範囲内になるように、前記押し付け手段による前記ブラシの押し付け力を可変制御し、前記モータの負荷の過上昇を前記ブラシの押し付け力の変化により抑えて、加工負荷を所定範囲内に収めることを特徴とするブラシ加工方法である。

本発明の請求項１に係るブラシ装置では、ブラシを駆動するモータのトルクが所定範囲内になるように押し付け力を制御しつつブラシを回転させてワークを研磨するので、研磨加工前にその都度ブラシの押し付け量を作業者が正確に調整する必要がなく、また、ワークの個体差やブラシの個体差に拘わらず、常に適正な押し付け力で研磨加工を容易に行うことができる。

本発明の請求項２に係るブラシ装置では、モータを駆動する電流、電圧、または電力に基づいて容易にモータのトルクを検出でき、該トルクが所定範囲内になるようにブラシの押し付け力を容易に制御することができる。
本発明の請求項３に係るブラシ加工方法では、過度のトルク変化に対応してモータのトルクが所定範囲内に入るように押し付け力が制御され、モータの負荷の過上昇がブラシの押し付け力の変化により抑えられて、加工負荷が所定範囲内に収められるので、ブラシの回転の停止を防止し、ワークの傷付きを防止することができる。

本発明に係るブラシ装置の一実施形態を示す概略構成図である。 ブラシ回転用モータのトルクの推移の一例を示すタイムチャートである。 段差乗り越え時のブラシ装置の作動状態を示す説明図であり、（Ａ）は乗り越え直前、（Ｂ）は乗り越え時を示す。 段差乗り越え時におけるブラシ回転用モータのトルクの推移の一例を示すタイムチャートである。

以下、本発明に係るブラシ装置及びブラシ加工方法を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るブラシ装置の一実施形態の概略構成図である。図１に示すように、ブラシ装置１は、ワーク固定台２、フレーム３、カップ型ブラシ４、ブラシ回転用モータ５、ブラシ支持部材６を備えている。
ワーク固定台２は、被加工面ａが上方を向くようにワークＷを固定する機能を有している。

フレーム３は、ワーク固定台２の端部から上方に延びる柱状の部材であって、その側面には、直動ガイド７のレール７ａが設けられている。
ブラシ支持部材６は、Ｌ字状の部材であって、縦部材６ａには直動ガイド７のガイド部材７ｂが固定されている。即ち、ブラシ支持部材６は、フレーム３に対して直動ガイド７を介して支持され、フレーム３に沿って上下方向に移動可能に配置されている。

フレーム３の上端部には、上下動用モータ８が固定されている。上下動用モータ８の回転軸は、ボールネジ９のネジ軸９ａに固定されている。ボールネジ９のネジ軸９ａはフレーム３に沿って上下方向に延びるように配置されるとともに、ネジ軸９ａに螺合されるナット9ｂはブラシ支持部材６の縦部材６ａに固定されている。上下動用モータ８を回転させると、ボールネジ９のネジ軸９ａが回転し、ナット９ｂがネジ軸９ａに対して上下動する。したがって、ナット９ｂが固定されているブラシ支持部材６は、上下動用モータ８の回転によりフレーム３に対して上下動する構成になっている。なお、フレーム３、ブラシ支持部材６、直動ガイド７、上下動用モータ８及びボールネジ９は本発明の押し付け手段に該当する。

ブラシ支持部材６の横部材６ｂは、ワーク固定台２に固定されたワークＷの上方まで延びており、ブラシ回転用モータ５が固定されている。ブラシ回転用モータ５の回転軸は下方向に延び、その先端にカップ型ブラシ４が固定されている。
以上の構成により、ブラシ装置１は、上下動用モータ８の駆動によってブラシ支持部材６が上下動し、ブラシ支持部材６に支持されたカップ型ブラシ４のワークＷに対する押し付け力を可変する機能を有している。

カップ型ブラシ４は、円盤状の板部材４ａに多数のブラシ素線４ｂを植毛して構成されており、ワークＷに押し付けられて回転することで、ワークＷを研磨する機能を有する。
ブラシ回転用モータ５及び上下動用モータ８は、コントロールユニット１０から給電されて駆動制御される。ブラシ回転用モータ５の給電回路には、電流計１１が設けられている。電流計１１により計測された電流値Ｉは、コントロールユニット１０に入力する。

コントロールユニット１０は、図示しない作動ＳＷを作業者が操作することによりブラシ回転用モータ５を回転駆動させるとともに、電流計１１から入力したブラシ回転用モータ５の駆動電流である電流値Ｉに基づいてブラシ回転用モータ５のトルクＮを推定し（トルク検出手段）、該トルクＮに基づいて上下動用モータ８の駆動制御を行う。
ブラシ回転用モータ５のトルクＮは、カップ型ブラシ４によるワークＷの研磨量に相関する。本実施形態のコントロールユニット１０は、ブラシ回転用モータ５の駆動時に電流値Ｉを常に入力して、ブラシ回転用モータ５のトルクＮが下閾値Ｎlowより小さい場合には、トルクＮが所定値Ｎset以上になるまで、カップ型ブラシ４を押し付け方向（下方）に移動するよう上下動用モータ５を制御する。更に、コントロールユニット１０は、ブラシ回転用モータ５のトルクＮが上閾値Ｎhiより大きい場合には、トルクＮが所定値Ｎset以下になるまで、カップ型ブラシ４をワークＷから離間する方向（上方）に移動するように上下動用モータ５を制御する。なお、所定値Ｎsetは、研磨加工が最適に行える値に設定すればよい。上閾値Ｎhi及び下閾値Ｎlowは、研磨加工が正常に行える範囲内で、所定値Ｎsetを挟んで適宜幅を持たせるように設定すればよい。

図２は、研磨加工時のトルクＮの推移の一例を示すタイムチャートである。
ブラシ装置１による研磨加工時には、図２に示すように、例えば研磨の進行等によりトルクＮが低下し下閾値Ｎlowに到達した場合（図２中Ｔa点）には、カップ型ブラシ４が押し付け方向（下方）に移動するので、トルクＮが増加する。そして、トルクＮが所定値Ｎsetに到達すると（図２中Ｔb点）、上下動用モータ５の作動が停止し、トルクＮの増加が停止する。その後は、カップ型ブラシ４の摩耗により徐々にトルクＮは低下していく。再度トルクＮが下閾値Ｎlowに到達した場合には、またカップ型ブラシ４を押し付け方向（下方）に移動させる。したがって、通常、ブラシ回転用モータ５の駆動時には、そのトルクＮが所定値Ｎsetと下閾値Ｎlowとの間（所定範囲）に維持されることとなる。

以上のように、ブラシ回転用モータ５のトルクＮが適正な範囲に維持されるようにカップ型ブラシ４の押し付け力が自動的に制御されるので、研磨加工開始毎に作業者がカップ型ブラシ４の押し付け量を調整する必要がなく、ばりの出具合等のワークＷの個体差や摩耗等のカップ型ブラシ４の個体差に拘わらず、自動的に押し付け力が適切に設定され、研磨加工の作業性を向上させることができる。また、ブラシ回転用モータ５の回転時に常にトルクＮを検出してカップ型ブラシ４の押し付け力を調整するので、加工時でのワークＷやカップ型ブラシ４の状態の変化にも対応して押し付け力が適切に設定される。

また、本実施形態では、例えばワークＷの反りや段差等により押し付け力が増加して、トルクＮが上閾値Ｎhiを超えた場合には、カップ型ブラシ４を離間方向（上方）に移動させて押し付け力を低下させる。
以下、図３及び図４を用いて段差Ｗｓを有するワークＷを研磨する際のブラシ装置１の作動及びトルクＮの推移を説明する。図３は、段差乗り越え時のブラシ装置の作動状態を示す説明図である。図４は、段差乗り越え時におけるブラシ回転用モータのトルクの推移の一例を示すタイムチャートである。

例えば、図３に示すように、図中右方向から左方向にワークＷを移動させながら研磨を行うブラシ装置１において、ワークＷに凸状の段差Ｗｓを有する場合には、段差Ｗｓの手前の位置では（図３Ａ）、上述のようにカップ型ブラシ４がワークＷに押し付けるように移動することでブラシ回転用モータ５のトルクＮが所定値Ｎsetと下閾値Ｎlowとの間に維持されている。そして、ワークＷを図中左方向に移動させてカップ型ブラシ４が段差Ｗsに乗ると（図３Ｂ）、カップ型ブラシ４がワークＷから押し付けられ、これによりブラシ回転用モータ５のトルクＮが増加する。しかしながら、本実施形態では、トルクＮが上閾値Ｎhiに達した時点（図４中Ｔｃ点）で、カップ型ブラシ４を上方に移動させて、トルクＮが所定値Ｎsetになるように上下動用モータ８を制御する。したがって、本実施形態のブラシ装置１では、ワークＷに段差Ｗｓがある場合でもトルクＮが上閾値Ｎhiを超えず、カップ型ブラシ４の押し付け力の過上昇を防止することができる。これにより、加工中でのカップ型ブラシ４の停止を防止して、ワークＷの傷付きを防止することができる。

また、ワークＷの被研磨面が傾斜しており、ワークＷの移動に伴ってカップ型ブラシ４が傾斜を登るように移動する場合でも、トルクＮが上閾値Ｎhiを超えないようにカップ型ブラシ４が上方に移動し、カップ型ブラシ４の押し付け力の増加を抑えることができる。
以上のように、ブラシ回転用モータ５のトルクＮが上閾値Ｎhiを超えないように、カップ型ブラシ４の押し付け力を低下させるので、段差や湾曲等のようなワークＷの形状変化に対応して過度な研磨を防止することができ、加工品質を向上させることができる。

なお、本実施形態では、ブラシ回転用モータ５のトルクＮを演算するために電流値Ｉを用いているが、本発明はこれに限定するものではなく、例えばブラシ回転用モータ５に掛かる電圧値や、電力値からトルクＮを求めてもよい。また、電流値Ｉ等からトルクＮを演算しトルクＮが所定範囲内になるように制御するのではなく、トルクＮの相関値である電流値Ｉが適正な範囲内になるように直接制御してもよい。

本実施形態では、カップ型ブラシ４を上下動させるために、直動ガイド７とボールネジ９を用いているが、ボールネジ９の代わりにラック＆ピニオンを用いてもよい。また、上下動用モータ８とボールネジ９の代わりにリニアモータを用いてもよい。あるいは、カップ型ブラシ４をロボットアームに支持させ、ロボットアームの作動を制御してもよい。
ワークＷを研磨するブラシに関しても、本実施形態のような１つのカップ型ブラシだけではなく、複数のカップ型ブラシを組み合わせたブラシユニットや、ローラ状のブラシを用いたブラシユニット等、各種ブラシを用いたブラシ装置にも本発明を広く採用することができる。

１ ブラシ装置
４ カップ型ブラシ
５ ブラシ回転用モータ
６ ブラシ支持部材
７ 直動ガイド
８ 上下動用モータ
９ ボールネジ
１０ コントロールユニット
１１ 電流計

Claims (3)

1. モータにより回転させたブラシを押し付けてワークを研磨するブラシ装置において、
   前記ブラシを前記ワークに押し付ける押し付け手段と、
   前記モータのトルクを検出するトルク検出手段と、
   前記トルク検出手段により検出された前記モータのトルクが所定範囲内になるように、前記押し付け手段による前記ブラシの押し付け力を可変制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とするブラシ装置。
2. 前記トルク検出手段は、前記モータを駆動する電流、電圧または電力に基づいて前記モータのトルクを検出することを特徴とする請求項１に記載のブラシ装置。
3. 前記トルク検出手段により検出した前記モータのトルクが所定範囲内になるように、前記押し付け手段による前記ブラシの押し付け力を可変制御し、前記モータの負荷の過上昇を前記ブラシの押し付け力の変化により抑えて、加工負荷を所定範囲内に収めることを特徴とするブラシ加工方法。

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