JP5316786B2 - ブラシ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク材に付着したスラグやスパッタ等の不純物を除去するブラシ装置に関する。

ガス溶接やアーク溶接を行うと、スラグやスパッタ等がワーク材に付着し、その後の工程における溶接や塗装等の品質を悪化させる原因となるため、一般には、当該スラグ及びスパッタに対して、ハンマで叩く、ブラシで擦る、グラインダで削る等の除去作業を行っている。
ここで、ブラシによる除去作業には、モータで回転する金属ブラシからなるブラシ装置等が使用される。

しかし、ブラシ装置における金属ブラシの毛丈が回転軸方向に長いと、回転による遠心力により先端が回転軸に垂直な方向へと拡がってしまい、ワーク材に対して適切に力をかけられないという問題がある。なお、金属ブラシの毛束の途中をワイヤ等で縛ることでブラシの拡がりを防ぐ構成もあるが、使用によりワイヤが移動する等して、確実にブラシの拡がりを抑えられるものではない。

一方、遠心力で拡がらない程度に金属ブラシの毛丈を短くすると、摩耗による寿命が短いために交換頻度が高くなり、作業効率が悪化するという問題がある。
そこで、モータにより回転するブラシホルダの外周部分にて、保持筒に収容されたブラシを複数本備え、減速機付きモータ（第１のスライド機構の一部）によりブラシの毛丈調整を行うバリ取り用のブラシ装置が開発されている（特許文献１参照）。

特開平１１−１１４７６０号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、モータ及びシリンダに加え、減速機付きモータというアクチュエータを追加する必要があり、構造及び制御の複雑化、装置の大型化等を招くという問題がある。
また、特許文献１のような構成では、金属ブラシが使用により摩耗するごとにブラシ先端とワーク材との距離が変動し、ブラシ先端とワーク材金属との距離を正確に計測する等してシリンダや減速機付きモータを制御しなければ、ブラシからワーク材にかかる力が変化し、スラグ及びスパッタの除去にばらつきが生じるおそれがある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ブラシの長寿命化を実現するとともに、スラグ及びスパッタ等の除去作業を安定的に行うことのできるブラシ装置を提供することである。

上記した目的を達成するために、請求項１のブラシ装置では、駆動軸を回転させる回転駆動源と、前記駆動軸と連結され、回転軸方向に延びる毛束からなるブラシ部材と、少なくとも前記ブラシ部材を前記回転軸方向に移動させる駆動手段と、前記ブラシ部材の外周を覆い、前記ブラシ部材の先端部が突出可能に開口した筒形状をなしており、前記駆動軸を前記回転軸方向に摺動自在に軸支しつつ、前記ブラシ部材と同期回転するブラシカバーと、前記駆動手段による前記ブラシ部材の移動とは独立して固定され、前記ブラシカバーを回転自在に支持する支持手段と、前記支持手段と連結されており、前記ブラシカバーの先端より前記回転軸方向外側へ延びたガイド部材とを備えることを特徴としている。

請求項２のブラシ装置では、請求項１において、前記駆動手段は、前記駆動手段は、基部と、該基部に対して移動する可動部とを有し、該可動部に取付部材を介して前記回転駆動源が取り付けられており、前記基部に対し前記回転駆動源、前記駆動軸、及び前記ブラシ部材を一体に移動させるものであり、前記支持手段は、前記駆動手段による前記回転駆動源、前記駆動軸、及び前記ブラシ部材の移動を許容する連結部材を介して、前記可動部、前記取付部材、または前記回転駆動源に連結されていることを特徴としている。

請求項３のブラシ装置では、請求項２において、前記連結部材は、ピストン及びばねの少なくともいずれか一方を備える緩衝部材であることを特徴としている。
請求項４のブラシ装置では、請求項１から３のいずれかにおいて、前記ガイド部材は、先端に車輪部材が設けられていることを特徴としている。
請求項５のブラシ装置では、請求項１から４のいずれかにおいて、ロボットアームのアーム先端に取り付けられることを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１のブラシ装置によれば、駆動軸を介して回転するブラシ部材を同期回転するブラシカバーで覆うことで、ブラシ部材の毛丈が長い場合にも、ブラシを傷めることなく、ブラシの拡がりを抑えることができる。これにより、毛丈の長いブラシを良好に長期間使用することができ、ブラシ部材の交換頻度を減らし、作業効率を向上させることができる。

また、カバー支持部材に連結されているガイド部材は、ブラシカバーの先端よりも回転軸方向外側へと延びていることで、まず当該ガイド部材がワーク材に接触し、ワーク材とブラシカバー先端との距離が一定に保たれる。したがって、ブラシ部材の毛束先端が摩耗して毛丈が短縮した場合にも、駆動手段によりブラシ部材の毛束がワーク材に接触するまで移動させることで、常に一定の突出量で除去作業を行うことができる。これにより、ワーク材に対し常に一定の力でブラシによる除去作業が行われることとなり、安定した仕上がりを実現できる。

以上のことから、本発明に係るブラシ装置は、ブラシの長寿命化を実現するとともに、スラグ及びスパッタ等の除去作業を安定的に行うことができる。
請求項２のブラシ装置によれば、駆動手段の可動部に取付部材を介して回転駆動源を取り付け、駆動手段により移動する各部材の移動を許容する連結部材を用いて支持手段を設けた構成とすることで、特にアクチュエータ等の装置を追加することもなく、簡易な構成のブラシ装置とすることができる。

請求項３のブラシ装置によれば、支持手段を固定する連結部材をピストンやばねからなる緩衝部材とすることで、ガイド部材がワーク材に接触する際の衝撃を緩和し、より安定的に除去作業を行うことができる。
請求項４のブラシ装置によれば、ガイド部材の先端に車輪部材を設けることで、当該車輪部材の回転にしたがってワーク材上を円滑に移動させることができ、より一層安定的な除去作業を行うことができる。

請求項５のブラシ装置によれば、ロボットアームに接続することで、ブラシ装置を用いたスラグ、スパッタ除去作業を良好に自動化することができる。

本発明に係るブラシ装置の概略構成図である。 本発明に係るブラシ装置の要部拡大断面図である。 図２の矢印Ａから見たブラシ装置の側面図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図である。 図２のＣ−Ｃ線に沿う横断面図である。 本発明に係るブラシ装置をワーク材の角部に使用した際の側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１には本発明に係るブラシ装置の概略構成図示されており、同図に示すように、ブラシ装置１は、主に、押圧機構２（駆動手段）、アーム部４（取付部材）、モータ６（回転駆動源）、駆動軸８、ブラシ部材１０、カバー支持部材１２（支持手段）、ブラシカバー１４、ガイド部材１６から構成されている。なお、当該ブラシ装置１は、例えば図示しないロボットアームの先端に取り付けられるツール部材である。

押圧機構２は、基部２０の一側にエアシリンダ２２を介して可動部２４が連結されており、基部２０の他側にはロボットアームの先端と接続される接続部２６が形成されている。そして、当該押圧機構２は、エアシリンダ２２への空気圧を調整することで、図１の白抜き矢印で示すように、エアシリンダ２２の軸方向に沿って可動部２４を移動させるものである。

押圧機構２の可動部２４の一側には、エアシリンダ２２の軸方向、即ち可動部２４の移動方向に延びたアーム部４が設けられている。
アーム部４の先端にはブラケット２８（取付部材）を介して、モータ６が設けられている。
モータ６の一側からは、当該モータ６により回転する駆動軸８が延びている。当該駆動軸８の外周面の一部には、当該駆動軸８の軸方向に長く当該軸方向と垂直に突出した板状のキー部３０が形成されている。

さらに、駆動軸８の先端には、当該駆動軸８と一体に回転するブラシ部材１０が設けられている。
つまり、上記モータ６は押圧機構２による移動方向を回転軸方向として、キー部３０を含めた駆動軸８を介してブラシ部材１０を回転させる駆動源である。
以下、ブラシ装置１の先端側の構成について詳しく説明する。

ここで図２から図５を参照すると、図２には本発明に係るブラシ装置の要部拡大断面図、図３には図２の矢印Ａから見た側面図、図４には図２のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、図５には図２のＣ−Ｃ線に沿う横断面図がそれぞれ示されており、以下上記図１に加え図２から図５に基づき説明する。
これらの図に示すように、ブラシ部材１０は、回転軸方向に延びる金属線の毛束３２が上記駆動軸８の先端に接続されている結束部３４にて結束されて構成されている。なお、当該ブラシ部材１０は、駆動軸８から取り外して新しいブラシ部材に交換が可能である。

カバー支持部材１２は、支持部材本体３６が一対の緩衝部材３８、３８を介して上記ブラケット２８に接続されて構成されている。詳しくは、平面視矩形状をなしている支持部材本体３６の長手方向両端部に緩衝部材３８の一端部が連結されている一方、ブラケット２８側面に緩衝部材３８の他端部が連結されており、当該一端部及び他端部を連結するようにピストン部３６ａ及びスプリング部３６ｂ（ばね）が設けられている。

当該緩衝部材３８は、ピストン部３８ｃ及びスプリング部３８ｄの弾性力により、押圧機構２による移動方向の衝撃を緩衝するものである。なお、当該緩衝部材３８の弾性力は上記押圧機構２が可動部２４を移動させる力よりも十分に低い。したがって、例えば支持部材本体３６が固定されている状態で、押圧機構２によりモータ６、駆動軸８、及びブラシ部材１０を緩衝部材３８の弾性力に反して移動させることで、カバー支持部材１２は押圧機構２による各部材の移動と独立することとなる。

また、カバー支持部材１２の支持部材本体３６の平面視中央部には、円形の支持孔４０が穿設されている。そして、当該支持孔４０内周側にてボールベアリング４２を介し、ブラシカバー１４が回転自在に支持されている。
ブラシカバー１４は、ブラシ部材１０の回転軸方向に延び、当該ブラシ部材１０を覆う筒形状をなしている。当該ブラシカバー１４の軸方向一側面は、ブラシ部材１０の先端が外側へと突出可能に開口している。一方、ブラシカバー１４の軸方向他側面には上記駆動軸８及びキー部３０に対応した断面形状の軸孔４４が穿設されている。

当該ブラシカバー１４は、軸孔４４にて駆動軸８及びキー部３０を軸方向に摺動自在に軸支している一方、キー部３０を介して駆動軸８の回転が伝達されて当該ブラシ部材１０と同期回転するよう構成されている。
また、上記カバー支持部材１２の支持部材本体３６には、一側面の長手方向両端部からブラシ装置１の先端側へと延びる一対のガイド部材１６、１６が設けられている。

ガイド部材１６は、上記支持部材本体３６の長手方向両端部と連結されているホイール支持部材４６と、当該ホイール支持部材４６の先端部にて回転自在に設けられているガイドホイール４８（車輪部材）とから構成されている。ガイドホイール４８は、上記ブラシカバー１４の先端よりも軸方向外側に位置しており、ワーク材Ｗと直接接触する部分である。つまり、当該ガイドホイール４８がワーク材Ｗに接触することで、支持部材本体３６は高さ方向において固定される。また、ガイドホイール４８はワーク材Ｗ上にて回転することでブラシ装置１を上記支持部材本体３６の長手方向、即ち側方に案内可能である。

以下このように構成された本発明に係るブラシ装置の作用及び効果について説明する。
ブラシ装置１は、ロボットアームの作動により、ワーク材Ｗにおいてスラグ及びスパッタの付着した対象箇所へと運ばれ、まずはガイドホイール４８がワーク材Ｗに接触する。このガイドホイール４８がワーク材Ｗに接触する際の衝撃は、カバー支持部材１２の緩衝部材３８により緩和される。

ガイドホイール４８をワーク材Ｗに接触させることで、支持部材本体３６が駆動軸８の軸方向において固定され、この状態から押圧機構２が、緩衝部材３８の弾性力に反して、モータ６、駆動軸８、ブラシ部材１０をワーク材Ｗ側へと移動させることで、ブラシカバー１４先端からブラシ部材１０の毛束３２の先端が突出しワーク材Ｗに接触する。
そして、ブラシ部材１０は、押圧機構２の作動によりワーク材Ｗへ押圧されつつ、上記モータ６により高速回転されることで、スラグ及びスパッタの除去を行う。

ガイド部材１６のガイドホイール４８は、ブラシカバー１４の先端よりも軸方向外側に位置してワーク材Ｗに接触するため、ブラシカバー１４の先端とワーク材Ｗとの距離は常に一定に保たれる。そして、ブラシ部材１０の毛束３２は、このブラシカバー１４の先端とワーク材Ｗとの距離分の突出することから、当該突出量は常に一定となる。
つまり、ブラシ部材１０の毛束３２先端が摩耗して毛丈が短縮した場合にも、上記押圧機構２によりブラシ部材１０の毛束３２がワーク材Ｗに接触するまで移動させることで、常に一定の突出量で除去作業を行うことができる。これにより、ワーク材Ｗに対し常に一定の力で金属ブラシによる除去作業が行われることとなり、安定した仕上がりを実現できる。

さらに、当該ブラシ部材１０の毛束３２の突出量は回転による遠心力により毛束３２が拡がらない程度とすることで、ブラシカバー１４から突出していない部分の毛束３２は、ブラシカバー１４により覆われ遠心力による拡がりが抑えられる。したがって、毛束３２の毛丈が長いときでも毛束３２の拡がりを抑えることができる。また、当該ブラシカバー１４は、ブラシ部材１０と同期回転することから、毛束３２とブラシカバー１４とが接触しても毛束３２を傷つけることもない。これにより、毛丈の長いブラシを良好に長期間使用することができ、ブラシ部材１０の交換頻度を減ることで、作業効率を向上させることができる。

また、ロボットアームによりブラシ装置１の側方へと力をかけることで、ガイドホイール４８が回転し、ワーク材Ｗ上を直線的に移動させることができる。このようにガイドホイール４８の回転にしたがってブラシ装置１を移動させることで、例えば図６に示すように、断面Ｌ字状をなすワーク材Ｗ’の角部等のように狭く力のかけにくい範囲であっても、容易に且つ正確に当該角部に沿った除去作業を行うことができる。

また、ブラシ装置１は、モータ６を支持するブラケット２８に、ガイド部材１６の連結されたカバー支持部材１２を設けた構成であり、特にアクチュエータ等の装置を追加することもなく、構成及び制御の複雑化を抑制することができる。
以上のことから、本発明に係るブラシ装置は、ブラシの長寿命化を実現するとともに、スラグ及びスパッタ等の除去作業を安定的に行うことができる。

以上で本発明に係るブラシ装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態におけるブラシ装置１はロボットアームの先端に取り付けるツール部材であるが、例えば、当該ブラシ装置１を手作業で取り扱う構成であってもよい。ガイド部材を有する本発明に係るブラシ装置であれば、手作業であっても安定した除去作業を行うことができる。

また、上記実施形態では、カバー支持部材１２は緩衝部材３８を介してブラケット２８に連結されているが、当該カバー支持部材を連結する位置はこれに限られるものではない。例えば、押圧機構の基部に連結する場合には、緩衝部材のように押圧機構による移動を許容するような部材でない連結部材でも、ブラシ部材の移動と独立してカバー支持部材を固定することができる。

また、上記実施形態では、ガイド部材１６の先端部にガイドホール１６を設けた構成であるが、当該ガイド部材の構成はこれに限られるものではない。例えば、単なる棒状のガイド部材であってもよいし、ガイドホイールの代わりに球体の車輪部材を設けても構わない。
また、上記実施形態では、駆動軸８に板状のキー部３０を設けることで、駆動軸８の回転力をブラシカバー１４へと伝達しているが、ブラシカバーをブラシ部材と同期回転させる構成はこれに限られるものではない。例えば、駆動軸の外周とブラシカバーの軸孔とをスプライン嵌合する構成でもよい。さらに、駆動軸とブラシカバーとの間で回転力の伝達を行う構成でなく、ブラシ部材の結束部外周にキー部やスプラインを形成して、ブラシ部材の結束部とブラシカバーとの間で回転力を伝達するような構成としても構わない。

また、上記実施形態におけるブラシ装置１は、スラグ、スパッタの除去作業に使用するものであるが、当該ブラシ装置の用途はこれに限られず、バリ取り作業等のようにワーク材を研磨する金属ブラシにも適用可能である。

１ ブラシ装置
２ 押圧機構（駆動手段）
４ アーム部（取付部材）
６ モータ（回転駆動源）
８ 駆動軸
１０ ブラシ部材
１２ カバー支持部材（支持手段）
１４ ブラシカバー
１６ ガイド部材
３０ キー部
３２ 毛束
３４ 結束部
３６ 支持部材本体
３８ 緩衝部材
４０ 支持孔
４８ ガイドホイール（車輪部材）

Claims (5)

1. 駆動軸を回転させる回転駆動源と、
   前記駆動軸と連結され、回転軸方向に延びる毛束からなるブラシ部材と、
   少なくとも前記ブラシ部材を前記回転軸方向に移動させる駆動手段と、
   前記ブラシ部材の外周を覆い、前記ブラシ部材の先端部が突出可能に開口した筒形状をなしており、前記駆動軸を前記回転軸方向に摺動自在に軸支しつつ、前記ブラシ部材と同期回転するブラシカバーと、
   前記駆動手段による前記ブラシ部材の移動とは独立して固定され、前記ブラシカバーを回転自在に支持する支持手段と、
   前記支持手段と連結されており、前記ブラシカバーの先端より前記回転軸方向外側へ延びたガイド部材とを備えることを特徴とするブラシ装置。
2. 前記駆動手段は、基部と、該基部に対して移動する可動部とを有し、該可動部に取付部材を介して前記回転駆動源が取り付けられており、前記基部に対し前記回転駆動源、前記駆動軸、及び前記ブラシ部材を一体に移動させるものであり、
   前記支持手段は、前記駆動手段による前記回転駆動源、前記駆動軸、及び前記ブラシ部材の移動を許容する連結部材を介して、前記可動部、前記取付部材、または前記回転駆動源に連結されていることを特徴とする請求項１記載のブラシ装置。
3. 前記連結部材は、ピストン及びばねの少なくともいずれか一方を備える緩衝部材であることを特徴とする請求項２記載のブラシ装置。
4. 前記ガイド部材は、先端に車輪部材が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のブラシ装置。
5. ロボットアームのアーム先端に取り付けられることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のブラシ装置。

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