JP4433549B2 - 岩盤試験面の自動研磨装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、岩盤試験面の自動研磨装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダム建設や地下構造物などの設計には、岩盤の強度や変形特性などの力学的特性を調べる必要がある。
【０００３】
それで、岩盤の強度や変形特性を求めるため、現地で岩盤試験を実施することが求められ、岩盤試験面は学会基準により平らに仕上げることが要求されている。
【０００４】
従来からこの岩盤試験面の形成は、掘削にハンマー、タガネ、グラインダーを用い、研磨に研磨機を用い、手作業により行われており、基準の試験面に達するためには多くの労力を要し、さらに作業が狭隘な試掘坑が中心であり、粉塵の発生などの衛生面や安全の問題が多い。
【０００５】
この問題を解決するために、特開平１０−３１７３６０号「岩盤試験面の自動形成方法および岩盤試験面の自動形成装置」が既に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
硬い岩盤用の研磨装置として開発した特開平１０−３１７３６０号の装置は、成形しようとする岩盤を打撃するため、被研磨面が軟岩の場合は破損する場合があり、試験面としての品質に影響を来すので使用できず、未だ熟練作業者による手作業に頼っており、作業効率は悪く、また粉塵作業となるため作業環境面で問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、軟岩の試験面を自動的に形成する装置を提供するために、研磨ディスクを有する研磨ヘッドと研磨ディスクを岩盤試験面に押付ける送り機構部と、送りサーボモータ、自転サーボモータ、公転サーボモータにそれぞれ速度調整機能を持たせ、検出した回転負荷により最適設定値を見出す装置を設置して、前記研磨ディスクの自転速度、公転速度、送り速度を自動調整できる自動調整機構部を備えた、軟岩の場合でも岩盤試験面を自動的に研磨するようにした岩盤試験面の自動研磨装置とした。
【０００８】
また、本発明は、効率のよい研磨をするために、岩盤試験面の凹凸を研磨する研磨ディスクの回転負荷を検出し、回転負荷に対応して自転速度、公転速度、送り速度を自動調整して最適値に設定するようにした岩盤試験面の自動研磨装置とした。
【０００９】
さらに、本発明は、研磨ディスクの研磨量を粗削り、中削り、細削りの３段階に自動調整できる機構を備え、研磨ヘッドのみで研磨を行い、ヘッドを交換する必要のない岩盤試験面の自動研磨装置とした。
【００１０】
【発明の実施の態様】
本発明を添付する図面に示す具体的実施例により以下詳細に説明する。
【００１１】
図１に、二点鎖線で示す坑道１内に本発明の岩盤試験面の自動研磨装置を配置した状態を示す。図１・図２で、支持脚部２の上部には岩盤３に押し付ける送り機構部４を支持し、送り機構部４の後端には手動スクリュージャッキ５を備えた反力固定部６を設ける。
【００１２】
一方、送り機構部４の前には研磨ディスク８を備えた研磨ヘッド９を設ける。また、４本の平行に配置した固定フレーム７９よりなる機枠３６の先端に研磨側固定爪１０を設ける。
【００１３】
岩盤３に試験面を形成するためには、まず本装置を反力固定部６および研磨側固定爪１０のそれぞれの先端を岩盤３にくい込ませて突っ張らせて固定し、その後、試験面の研磨作業を行う。
【００１４】
図３に送り機構部４の詳細を示す。ケーシング２１内に送りサーボモーター２２を収容しその内壁２３に固着し、また、内壁２３に、内部に軸受２４を圧入したベアリングケース２５を固着し、外周に転造ボールねじを刻設した出力軸２６の基端側を軸受２４に圧入して基端を前記送りサーボモータ２２の出力軸２７とカップリング２８で連結する。一方、出力軸２６は内筒２９の隔壁３０に固着したボールネジ３１と螺合させる。前記内筒２９に外嵌めした外筒３２の基端フランジ３３をケーシング２１の内壁２３に固着し、内筒２９の外周面軸方向に滑りキー３４を固着し、この滑りキー３４に対向する外筒３２の内面の案内溝３５に摺動自在に嵌合させる。
【００１５】
送りサーボモータ２２を駆動すると、その回転が出力軸２６と螺合するボールネジ３１から内筒２９に伝達し、内筒２９はその滑りキー３４が案内溝３５に案内され、内筒２９は外筒３２に対して進退し、機枠３６に案内される内筒２９のフランジ３９に固着して研磨ヘッド９が図上で左右に移動する。符号３７は外筒３２の先端フランジ３８と内筒２９の先端外周面とに固着したジャバラで、塵埃を外筒３２と内筒２９との間に浸入させないようにするために設ける。
【００１６】
研磨側固定爪１０は、図１に示すように、機枠３６の固定フレーム７９の先端に螺合させて、ハンドル３７を突設し、ナット３８にて螺締する。研磨側固定爪１０はハンドル３７を回転させて適宜長さにして岩盤３にくい込ませてナット３８で固定する。
【００１７】
一方、送り機構部４の他方端側に反力固定部６があり、そこの手動スクリュージャッキ５により対向する岩盤にくい込ませる。
【００１８】
次に、研磨ヘッド９の研磨ディスク８を自転させる機構と、研磨ディスク８を公転させる機構とを図４により説明する。
【００１９】
研磨ヘッド９は、ケーシング５３内に研磨ディスク８を自転させる機構と、研磨ディスク８を公転させる機構とを備えさせる。
【００２０】
自転サーボモーター５２は、ケーシング５３に対し回転自在に設けたケーシング５３前方開口部の回転板５４に固着し、その出力軸５５に固着したスプロケット５６は、研磨ディスク８を駆動する回転軸５７の基端に設けたスプロケット５８にタイミングベルト５９を介して駆動する。また、研磨ディスク８の中心には噴水ノズル６７を開口させ、この噴水ノズル６７は送水ホースと連通させる。
【００２１】
また、ケーシング５３内には回転板５４に連結して公転サーボモーター６０を収容し外周部に配置し、その出力軸６１に固定した歯車６２はケーシング５３の前開口に取付けた蓋板６４に固着した内歯車６３と噛み合わせる。蓋板６４から突出させて設けた研磨ディスク８は、研磨した粉塵が飛散しないようにその周囲を弾力性のある覆い６５で覆う。符号６６はクロスローラベアリング軸受である。したがって、自転サーボモーター５２を駆動すると研磨ディスク８が回転し、同時に公転サーボモーター６０を駆動すると研磨ディスク８は自転しながら同時に公転し、図５に示すように円形座面状に研磨を行う。
【００２２】
なお、研磨ディスク８を傾動可能ならしめるため、送り機構部４から両側方に水平軸６８を突設させ、この水平軸６８を支持脚部２で揺動自在に支持する。
【００２３】
本発明は、岩盤（軟岩）試験に必要な試験面の形成において、自動で平滑精度が高い品質の岩盤面が得られるようにした。
【００２４】
研磨ディスク８は前述のように送りサーボモーター２２で岩盤３の被研磨面に送り込まれ、自転サーボモーター５２により自転し、公転サーボモーター６０により公転して、図５に示すように円形座面状に研磨を行う。
【００２５】
研磨ディスク８の送り速度、自転速度、公転速度は、送りサーボモーター２２、自転サーボモーター５２、公転サーボモーター６０の回転負荷により左右されるため、それぞれ速度調整機能を持たせ、検出した回転負荷により最適設定値を見出す装置を設置した。
【００２６】
自転サーボモータ５２で回転負荷を検知して研磨ディスク８の公転速度、送り速度にフィードバックさせて各速度を適正に調整する。研磨ディスク８の回転は、凹凸がない平らな部分では研磨ディスク８の接地面積が多く研磨ディスク８の回転数が下がり研磨効率が落ちるので、回転数を維持させる信号を自転サーボモーター５２に送る。研磨ディスク８の公転速度は公転サーボモーター６０に負荷がかかると、モーター保護の観点から速度を落とし、負荷が少ない場合は逆に速度を高める信号を公転サーボモーター６０に送る。研磨ディスク８の送り速度は前記公転速度と同様な信号を送りサーボモーター２２に送る。このようにして研磨ディスク８による適正な研磨を可能にする。
【００２７】
岩盤の試験面の凹凸を研磨する研磨ディスク８の回転負荷を検出し、回転負荷に対応して速度を設定するようにした。
【００２８】
上記のことをさらに詳しく説明する。
【００２９】
図６に本装置の操作盤内配置図を示す。
【００３０】
操作盤７１には、シーケンサー（運転プログラムを逐次進めていく制御器）７２、漏れセンサーアンプ（研磨ヘッド９内部に切削水配管が組み込まれており、万一水漏れが発生した場合検知するセンサーのアンプ）７３、自転モータードライバー（シーケンサー７２からの信号を受け、自転サーボモーター５２の駆動をコントロールし、研削による負荷をシーケンサー７２にフィードバックする制御器）７４、公転モータードライバー（シーケンサー７２からの信号を受け、公転サーボモーター６０の駆動をコントロールする制御器）７５、送りモータードライバー（シーケンサー７２からの信号を受け、送りサーボモーター２２の駆動をコントロールする制御器）７６、ＤＣ電源７７を研磨装置本体７８には、自転速度、公転速度、送り速度の３つのサーボモーター５２・６０・２２を設置して効率のよい研磨が得られるようにした。
【００３１】
・研磨ディスク８の回転数の維持
研磨工程に入り自転サーボモーター５２に回転負荷が掛かると、研磨ディスク８の回転数が下がり研磨効率が悪くなる。そのような状態を防ぐため、研磨ディスク８の回転数を自動的に維持させるように、操作盤７１内のシーケンサー７２からの信号を受け、自転サーボモーター５２の駆動をコントロールする自転モータードライバー７５を設定した。
【００３２】
・研磨ディスク８の公転速度の調整
自転サーボモーター５２の負荷に対応して公転速度を自動調整する装置を設けた。公転速度値「高速」「中速」「低速」の３段階の速度を設定するために、公転サーボモーター６０の定格負荷率を操作盤７１内のシーケンサー７２に入力する。公転サーボモーター６０の回転負荷が小さい時には、「高速」の公転速度に入り、公転サーボモーター６０の回転負荷が大きくなるに従い、「中速」から「低速」に自動的に変わり効率良く研磨が得られるようにシーケンサー７２からの信号を受け、公転サーボモーター６０の駆動をコントロールする公転モータードライバー７５を設定した。
【００３３】
・研磨ディスク８の送り速度の調整
自転サーボモーター５２の負荷に対応して送り速度を自動調整する装置を設けた。研磨ディスクの研磨量を粗削り、中削り、細削りの３段階の設定と、送りサーボモーター２２の定格の負荷率とを操作盤７１内のシーケンサー７２に入力する。送りサーボモーター２２の回転負荷が小さい時は「高速」の送り速度に入り、送りサーボモーター２２の回転負荷が大きくなるに従い「中速」から「低速」に送り速度が自動的に変わり、効率良く研磨が得られるようにシーケンサー７２からの信号を受け、送りサーボモーター２２の駆動をコントロールする送りモータードライバー７６を設定した。
【００３４】
さらに、本装置の一例の動作フローを図７・８・９・１０に示す。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、研磨ディスクを有する研磨ヘッドと研磨ディスクを岩盤試験面に押付ける送り機構部と、送りサーボモータ、自転サーボモータ、公転サーボモータにそれぞれ速度調整機能を持たせ、検出した回転負荷により最適設定値を見出す装置を設置して、前記研磨ディスクの自転速度、公転速度、送り速度を自動調整できる自動調整機構部を備えた、軟岩の場合でも岩盤試験面を自動的に研磨するようにした岩盤試験面の自動研磨装置としたので、軟岩の試験面を自動的に形成する装置を提供できる。
【００３６】
本発明では、研磨ヘッドのみで研磨を行うので、ヘッドを交換する必要がなく、作業工程が簡略化され、工程の短縮と安全性が高くなる。
【００３７】
また、本発明は、岩盤試験面の凹凸を研磨する研磨ディスクの回転負荷を検出し、回転負荷に対応して自転速度、公転速度、送り速度を自動調整して最適値に設定するようにした岩盤試験面の自動研磨装置であるので、効率のよい研磨ができる。
【００３８】
さらに、本発明は、研磨ディスクの研磨量を粗削り、中削り、細削りの３段階に自動調整できる機構を備え、研磨ヘッドのみで研磨を行い、ヘッドを交換する必要のない岩盤試験面の自動研磨装置としたので、均一な試験面を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の岩盤試験面の自動研磨装置の正面図である。
【図２】 図１の右側面図である。
【図３】 本発明の岩盤試験面の自動研磨装置の送り機構部を断面した正面図である。
【図４】 本発明の岩盤試験面の自動研磨装置の研磨ヘッドを断面した正面図である。
【図５】 研磨ディスクにより試験面を形成する状態を示す図である。
【図６】 本発明の操作盤配置図を示す。
【図７】 図８・図９・図１０の関係を示す図である。
【図８】 図１に示す本発明の一実施例の岩盤試験面の自動研磨装置の動作フロー図の前部を示す図である。
【図９】 図１に示す本発明の一実施例の岩盤試験面の自動研磨装置の動作フロー図の中部を示す図である。
【図１０】 図１に示す本発明の一実施例の岩盤試験面の自動研磨装置の動作フロー図の後部を示す図である。
【符号の説明】
３…岩盤
８…研磨ディスク
４…送り機構部
９…研磨ヘッド

Claims (3)

1. 研磨ディスクを有する研磨ヘッドと研磨ディスクを岩盤試験面に押付ける送り機構部と、送りサーボモータ、自転サーボモータ、公転サーボモータにそれぞれ速度調整機能を持たせ、検出した回転負荷により最適設定値を見出す装置を設置して、前記研磨ディスクの自転速度、公転速度、送り速度を自動調整できる自動調整機構部を備えた、軟岩の場合でも岩盤試験面を自動的に研磨するようにした岩盤試験面の自動研磨装置。
2. 岩盤試験面の凹凸を研磨する研磨ディスクの回転負荷を検出し、回転負荷に対応して自転速度、公転速度、送り速度を自動調整して最適値に設定するようにした請求項１記載の岩盤試験面の自動研磨装置。
3. 研磨ディスクの研磨量を粗削り、中削り、細削りの３段階に自動調整できる機構を備え、研磨ヘッドのみで研磨を行い、ヘッドを交換する必要のない請求項１または請求項２記載の岩盤試験面の自動研磨装置。

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