JP7314876B2 - 金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属板の表面を研削して表面に存在する疵の手入れ等を行う金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法に関する。

従来、厚板鋼材等の金属板の表面に存在する疵の手入れを行う金属板の研削装置として、種々のものが提案されている。

例えば、特許文献１には、研磨材（砥粒）を付着させた円盤状の研磨布紙（不織物）を、複数枚積層圧着することによって構成された研削部材（研磨ホイール）が開示されている。また、特許文献２には、屋内位置測定システムによって予め測定した情報に基づいて、金属板の表面に分散して存在する疵を複雑な作業をともなうことなく高精度で手入れすることができる研削装置（自走式疵取り装置）が開示されている。

実開平４－２９３６１号公報 特開２０１８－７５７０７号公報

しかし、特許文献１に開示されている研削部材においては、研磨片としての複数枚の研磨布紙（不織物）がいずれも同じ種類の研磨布紙（不織物）とされている。また、特許文献２に開示された研削装置（自走式疵取り装置）では、研磨工具が１つの砥石によって構成されている。このため、いずれも研磨工具の研磨面の表面粗さを調整することができず、例えば、研磨面の表面粗度を小さくするために番手（粒度）が大きい（砥粒の径が小さい）研磨布紙または砥石を用いた場合には、加工量が小さくなるために作業効率が低くなってしまう。

したがって、本発明は、金属板の表面を短時間で研削することができ、しかも研削後の表面粗度を小さくすることができる金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、以下の（１）～（１２）の手段を提供する。

（１）金属板の表面を研削する金属板の研削装置であって、
金属板を研削する研削面を有する研削部材を備える研削装置本体と、
前記金属板の表面上で前記研削装置本体を走行させる走行用駆動機構と、
前記金属板の表面を研削するために、前記研削部材を回転させながら前記研削面を前記金属板の表面に接触させる研削用駆動機構と、
を有し、
前記研削部材の前記研削面は、番手の異なる複数種類の研磨片によって構成されることを特徴とする金属板の研削装置。

（２）前記金属板の表面の狙い面粗度を達成することができる番手を＃Ｎ１とした場合に、前記研削部材の前記研削面は、番手が＃Ｎ１以上の複数種類の前記研磨片によって構成されていることを特徴とする（１）に記載の金属板の研削装置。

（３）前記研削部材は、前記金属板の表面と垂直な方向に配置された円盤形状の複数の前記研磨片を、前記金属板の表面と平行な方向に並べて一体化することにより構成されており、外周面が前記研削面となることを特徴とする（１）または（２）に記載の金属板の研削装置。

（４）前記研削部材は、複数種類の前記研磨片を交互、または所定の枚数ごとに並べることによって構成されることを特徴とする（３）に記載の金属板の研削装置。

（５）前記金属板の表面の許容面粗度を達成することができる番手の最小値を＃Ｎ２、最大値を＃Ｎ３とした場合に、複数種類の前記研磨片は、番手が＃Ｎ２以上＃Ｎ３未満であることを特徴とする（３）または（４）に記載の金属板の研削装置。

（６）位置測定手段である測位システムにより前記研削部材の自己位置測定が行われ、前記自己位置測定に基づいて前記走行駆動機構により前記研削装置本体を前記金属板の表面上で走行させることを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載の金属板の研削装置。

（７）金属板の表面を研削する金属板の研削方法であって、
番手の異なる複数種類の研磨片によって研削面が構成された研削部材を備える研削装置本体を、走行用駆動機構によって金属板の表面上で走行させ、
研削用駆動機構によって前記研削部材を回転させながら前記研削部材の研削面を前記金属板の表面に接触させることにより、前記金属板の表面を研削することを特徴とする金属板の研削方法。

（８）前記金属板の表面の狙い面粗度を達成することができる番手を＃Ｎ１とした場合に、前記研削部材の前記研削面は、番手が＃Ｎ１以上の複数種類の前記研磨片によって構成されていることを特徴とする（７）に記載の金属板の研削方法。

（９）前記研削部材は、前記金属板の表面と垂直な方向に配置された円盤形状の複数の前記研磨片を、前記金属板の表面と平行な方向に並べて一体化することにより構成されており、外周面が前記研削面となることを特徴とする（７）または（８）に記載の金属板の研削方法。

（１０）前記研削部材は、複数種類の前記研磨片を交互、または所定の枚数ごとに並べることによって構成されることを特徴とする（９）に記載の金属板の研削方法。

（１１）前記金属板の表面の許容面粗度を達成することができる番手の最小値を＃Ｎ２、最大値を＃Ｎ３とした場合に、複数種類の前記研磨片は、番手が＃Ｎ２以上＃Ｎ３未満であることを特徴とする（９）または（１０）に記載の金属板の研削方法。

（１２）上記（７）から（１１）のいずれかに記載の金属板の研削方法を用いて金属板の表面の手入れを行うことを特徴とする金属板の製造方法。

本発明によれば、研削対象である金属板を研削する研削部材の研削面が番手の異なる複数種類の研磨片によって構成されているので、番手の小さい研磨片により、切り込み深さが深くなり効率を下げることなく狙い深さまで研削ができる一方で、先に番手の小さい研磨片が破砕され径が縮減し、残った番手の大きい研磨片で仕上げ研削されることで結果的な表面粗さは番手の小さい研磨片だけを用いる方式よりも小さくなる。これにより、番手の小さい研磨片で高効率に研削し、番手の大きい研磨片で表面粗度を小さく研削することができ、荒研削と仕上げ研削それぞれの研削工具を設けることなく、かつ、設備の複雑化を招くことなく、高効率でかつ表面粗度も許容上限値未満で金属板を研削することが可能となる。また、これにより、高品質の金属板を製造することが可能となる。

なお、本発明において、研削面が番手の異なる複数種類の研磨片によって構成される研削部材は、自走式の研削装置に特に有用である。すなわち、門型研削装置等の大型の研削装置では、荒研削用の研削部材と仕上げ研削用の研削部材を各々設けることが比較的容易であるのに対し、本発明のような位置測定手段からの情報に基づいて研削機本体を自走させる自走式研削装置は、小型であるため、研削部材を複数設けることが難しいからである。

本発明の一実施形態に係る金属板用研削装置を含む研削システムの一例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る研削装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る研削装置を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る研削装置を示す上面図である。 本発明の一実施形態に係る研削装置の具体的な構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る研削装置の具体的な構成の他の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る研削装置の具体的な構成のさらに他の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る研削装置の具体的な構成のさらにまた他の例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

＜研削システム＞
最初に本発明の一実施形態に係る金属板用研削装置を含む研削システムについて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る金属板用研削装置を含む研削システムの一例を示す斜視図である。

図１に示すように、研削システム１００は、位置測定手段としての屋内位置測定システム２００と、金属板用研削装置３００（以下、単に研削装置３００と記す）とを有する。

本例において用いる屋内位置測定システム２００は、研削装置３００の位置測定手段を構成し、三角測量の原理に基づいて屋内空間での自己位置測定を行うものである。具体的には、屋内位置測定システム２００は、屋内に設置された複数の航法用送信機１１と、航法用受信機１２と、位置演算用ソフトウェアを含むホストコンピュータ１３とから構成される。

研削装置３００は、金属板１０上を自走（走行）して金属板１０を研削し、金属板１０の表面の微小な疵（欠陥）を除去（疵取り）する金属板用自走式手入れ装置として構成される（特に金属板の表面の微小な欠陥を研削除去するのに好適であるがこれに限定しない）。研削装置３００は、研削対象である金属板１０を研削する研削面を有する研削部材を備える研削装置本体と、金属板１０上で研削装置本体を走行させる台車１４を含む走行用駆動機構と、金属板１０の表面を研削するために研削部材を回転させながら研削面を金属板１０の表面に接触させる研削用駆動機構とを有する。走行用駆動機構および研削用駆動機構は、それぞれを制御する制御部を有しており、これらの制御部が研削装置３００の制御系を構成する。研削装置３００の制御系は上記ホストコンピュータ１３の一部も含む。なお、研削装置３００の詳細な構成は後述する。

屋内位置測定システム２００には、例えばＩＧＰＳ（Ｉｎｄｏｏｒ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を適用することができる。ＩＧＰＳは、衛星航法システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を屋内位置測定システムに適用したものである。ＩＧＰＳについては、米国特許第６，５０１，５４３号明細書に詳細に記載されている。

屋内位置測定システム２００にＩＧＰＳを適用する場合は、各航法用送信機１１は、回転ファンビーム（扇形ビーム）を射出する。回転ファンビームはレーザファンビームであってもよく、他の光放射手段であってもよい。航法用受信機１２は研削装置３００の台車１４に搭載され、航法用送信機１１から射出される回転ファンビームを受信する。このとき、回転ファンビームは所定の角度でずれており、これを受信する航法用受信機１２の３次元座標値（以下、「座標値」という）、すなわち位置または高さを測定することができる。航法用受信機１２が受信した受信情報はホストコンピュータ１３に無線伝送され、ホストコンピュータ１３により、三角測量の原理に従って、航法用受信機１２の位置を演算する。複数の航法用送信機１１から受信した信号を用いて、また演算を繰り返すことにより、航法用受信機１２を搭載した走行中の研削装置３００の位置情報を得ることができる。

＜研削装置＞
次に、本発明の一実施形態に係る研削装置３００について説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る研削装置３００を示すブロック図、図３は研削装置３００を示す側面図、図４は研削装置３００を示す上面図である。

本実施形態において、研削装置３００は、金属板１０を研削する研削面を有する研削部材２２を備える研削装置本体３０と、金属板１０の表面上で研削装置本体３０を走行させる台車１４を含む走行用駆動機構と、金属板１０の表面を研削するために研削部材２２を回転させながらその研削面を金属板１０の表面に接触させる研削用駆動機構とを有する。

走行用駆動機構は、検査装置３００の基部を構成する台車１４と、制御部とを有する。台車１４は、フレーム１４ａと、走行用の車輪２０と、車輪２０を駆動および旋回させるためのモータ２１とを有し、制御部はモータ２１を制御する。

研削装置本体３０は、研削部材２２と、研削部材２２を回転可能に支持する支持部材等の研削部材２２に付帯する設備とを有する。

研削用駆動機構は、昇降アクチュエータ１６、走査アクチュエータ１５、回転機構２３、および、これらを制御する制御部を有する。昇降アクチュエータ１６は、研削部材２２を昇降させ、研削部材２２を金属板１０へ所与の押付荷重で垂直に押付ける。走査アクチュエータ１５は、研削部材２２を昇降アクチュエータ１６とともに所定の目標位置に金属板１０の表面と平行に直線移動させる。回転機構２３は研削部材２２を回転させる。

走行用駆動機構の制御部と、研削用駆動機構の制御部とは、共通の制御系を構成する。制御系は、搭載コンピュータ１８と駆動制御部１９とを有する他、上記ホストコンピュータ１３もこの制御系の一部として機能し、ホストコンピュータ１３と搭載コンピュータ１８との間の信号の授受を行うＩ／Ｏボード１７も制御系に含まれる。

図２に示すように、ホストコンピュータ１３は、上述した屋内位置測定システム２００の航法用受信機１２の位置を演算するための現在位置演算用ソフトウェア３１と、目標研削位置、経路情報を設定する設定ソフトウェア３２とを有する。設定ソフトウェア３２は、現在位置演算用ソフトウェア３１から現在位置、姿勢、時間情報、および搭載コンピュータ１８からの検査データ、研削位置情報、時間情報を受け取り、目標研削位置、経路情報を搭載コンピュータ１８に送信する。搭載コンピュータ１８は、ホストコンピュータ１３の現在位置演算用ソフトウェア３１で演算された現在位置、姿勢、および設定ソフトウェア３２からの目標研削位置、経路情報を受け取り、駆動制御部１９に目標位置と現在検査位置の偏差を送信するとともに、駆動制御部１９の制御パラメータを自動調整する。駆動制御部１９は、搭載コンピュータ１８からの情報を受け取り、走査アクチュエータ１５、昇降アクチュエータ１６、回転機構２３、およびモータ２１を制御する。昇降アクチュエータ１６の制御は、押し付け荷重を制御することにより行われる。

なお、制御系は、ホストコンピュータ１３を用いずに、搭載コンピュータ１８のみで構成してもよい。

図３、図４に示すように、研削装置３００の走行用駆動機構を構成する台車１４においては、車輪２０はフレーム１４ａの一方の端部近傍に設けられている。そして、フレーム１４ａの車輪２０に対応する部分に航法用受信機１２が取り付けられている。また、研削装置３００は、枠部材４１と、固定部４２とをさらに有している。

枠部材４１は、台車１４の他方の端部に取り付けられ、台車１４の長手方向に直交する方向に延在し、研削部材２２をガイドする。研削部材２２は、支持部材等を介して昇降アクチュエータ１６を介して走査アクチュエータ１５に取り付けられており、昇降アクチュエータ１６とともに走査アクチュエータ１５により枠部材４１に沿って移動される。

固定部４２は、車輪２０と枠部材４１との間の部分に設けられ、研削装置３００の台車１４および研削装置本体３０を金属板１０に固定する。固定部４２は例えば電磁石からなる。台車１４の固定部４２に対応する部分には、従動車輪４３が設けられている。従動車輪４３は、駆動側の車輪２０の動きに応じて自由に向きを変えることが可能となっている。

搭載コンピュータ１８は、台車１４のフレーム１４ａの車輪２０側端部に載置されており、駆動制御部１９と一体となっている。

研削装置３００は、目標ルートに沿って自律走行する機能と、金属板１０の疵取り（研削）を行う機能の２つの機能を有する。

前者の機能については、例示した屋内位置測定システム２００のような位置測定手段からの情報に基づいて、搭載コンピュータ１８、駆動制御部１９、車輪２０、およびモータ２１が担う。すなわち、前述のホストコンピュータ１３における演算結果である研削装置３００の位置情報および目標検査位置に関する情報は、それぞれ無線通信により搭載コンピュータ１８に無線伝送され、搭載コンピュータ１８において目標検査位置に対する現在位置の偏差を演算する。同偏差のうち研削装置３００の位置に依存する偏差が０となるように、駆動制御部１９から車輪用のモータ２１に速度指令等の制御信号を出力して、車輪２０の速度およびステアリング角度のフィードバック制御を行うことで目標走行ルートに沿った自律走行を行わせる。

後者の機能については、金属板１０と接触させて研削を行う研削部材２２、研削部材２２を走査させる走査アクチュエータ１５、研削部材２２を昇降させる昇降アクチュエータ１６、回転機構２３、搭載コンピュータ１８、および駆動制御部１９が担う。すなわち、搭載コンピュータ１８においてホストコンピュータ１３からの目標疵取り位置と台車現在位置情報より、研削部材２２を走査する走査アクチュエータ１５の必要走査量を演算し、駆動制御部１９はその必要走査量分だけ走査アクチュエータ１５を走査させ、研削部材２２を初期位置に設定する。走査アクチュエータ１５の位置情報は搭載コンピュータ１８にフィードバックされ、台車現在位置情報と合わせて疵取り位置情報として演算される。疵取りデータはＩ／Ｏボード１７を介して搭載コンピュータ１８に取り込み、疵取り位置情報と合わせて、ホストコンピュータ１３に無線送信する。研削部材２２が所定の位置に位置された状態で、回転機構２３により研削部材２２を回転させる。

＜研削部材＞
次に、研削部材２２の具体的な構成について説明する。
研削部材２２は、研削面を有し、回転機構２３で回転された状態で研削面が金属板１０の表面に接触されることにより、金属板１０の表面を研削する。研削部材２２の研削面は、番手（粒度）が異なる複数種類の研磨布紙（研磨片の一例）によって構成される。研磨布紙は、基材に研磨材（砥粒）を接着剤で固定して構成される。基材としては、不織布、布、紙、メッシュ等が挙げられる。研磨材を構成する砥粒としては、Ｚ砥粒（ジルコニア系）、Ａ砥粒（アルミナ系）、Ｃ砥粒（炭化ケイ素系）等が挙げられる。なお、研磨布紙の番手（粒度）は、数字が大きいほど粗さ（砥粒の径）が小さくなり、数字が小さいほど粗さ（砥粒の径）が大きくなる。具体的な研磨布紙用研磨材の粒度は、ＪＩＳ Ｒ ６０１０：２０００にて規定されている。

研削部材２２の研削面は、金属板の表面の狙い面粗度を達成することができる番手（粒度）を＃Ｎ１とした場合に、番手が＃Ｎ１以上の複数種類の研磨布紙で構成することができる。

研削部材２２は、金属板１０の表面と垂直な方向に配置された円盤形状の複数の研磨布紙を、金属板１０の表面と平行な方向に対して積層して（並べて）一体化することにより構成されたものとすることができる。この場合に、研削部材２２は、複数種類の研磨布紙を交互、または所定の枚数ごとに積層させることによって構成することができ、また、金属板１０の表面の許容粗度を達成することができる研磨布紙の番手（粒度）の最小値を＃Ｎ２、最大値を＃Ｎ３とした場合に、複数種類の研磨布紙の番手（粒度）を＃Ｎ２以上＃Ｎ３未満とすることができる。

図５は研削部材２２の具体的な構成の一例を示す正面図である。本例では、研削部材２２は、金属板１０の表面と垂直な方向に配置された円盤形状の複数の研磨布紙を、金属板１０の表面と平行な方向に積層して（並べて）一体化することにより構成された積層ディスクホイールとして構成されおり、互いに番手（粒度）が異なる第１の研磨布紙５１ａおよび第２の研磨布紙５１ａが交互に積層されている。研削部材２２は、その外周面が研削面となっている。

研削部材２２の両側はフランジ５２で固定されている。また、研削部材２２は、回転軸５４を介してフランジ５２の両側に設けられた支持部材５３に回転可能に取り付けられている。研削部材２２は、研削用駆動部を構成する回転機構２３により回転され、その研削面により金属板１０の表面が研削される。なお、フランジ５２、支持部材５３、回転軸５４は、研削部材２２とともに研削装置本体３０を構成する。

研削部材２２は、一例として、１．２５ｍｍ程度の厚さの研磨布紙を、全体の層数が５０～１５０層（５０～１５０枚）程度になるように積層されて構成される。また、第１の研磨布紙５１ａとして番手（粒度）の大きいもの、第２の研磨布紙５１ｂとして番手（粒度）が小さいものが用いられ、最外側が番手（粒度）の大きい第１の研磨布紙５１ａとされる。第１の研磨布紙５１ａおよび第２の研磨布紙５１ｂは、金属板１０の表面の狙い面粗度を達成することができる＃Ｎ１以上の番手であることが好ましく、金属板の表面の許容面粗度を達成することができる番手の最小値である＃Ｎ２以上、かつ最大値である＃Ｎ３未満であることが好ましい。一例として、第１の研磨布紙５１ａの番手が＃６０、第２の研磨布紙５１ｂの番手が＃３６とされる。

研磨布紙の端面は、図５に示すように波状となっていることが好ましい。研磨布紙の端面を波状とすることで、直線状の場合と比較して、金属板１０の表面にムラ（すなわち番手の小さい研磨布紙で研磨した箇所と大きい布紙で研磨した箇所の差）ができにくい。なお、研削部材２２を移動させながら金属板１０の表面を研削する場合には、研磨布紙の端面が直線状でも構わない。

図６は研削部材２２の具体的な構成の他の例を示す側面図である。
図６の例は、研削部材２２がフラップディスクとして構成されており、金属板１０と平行に設けられた支持ディスク６１の下面に、第１の研磨布紙５１ａおよび第２の研磨布紙５１ｂが交互にかつ斜めに支持され、支持ディスク６１の上面中心に垂直に回転軸６２が設けられている。第１の研磨布紙５１ａおよび第２の研磨布紙５１ｂの下面が研削面となっており、研削面を金属板１０の表面に押し付けた状態で回転機構により回転軸６２を介して研削部材２２を回転させることにより、金属板１０の表面が研削される。

図７は研削部材２２の具体的な構成のさらに他の例を示す側面図および底面図である。
図７の例も研削部材２２がフラップディスクとして構成されており、金属板１０と平行に設けられた支持ディスク６１の下面に支持されている。本例では、研削部材２２は、第１の研磨布紙５１ａおよび第２の研磨布紙５１ｂが同心状に形成された構成となっている。本例においても図６の例と同様、第１の研磨布紙５１ａおよび第２の研磨布紙５１ｂの下面が研削面となっており、研削面を金属板１０の表面に押し付けた状態で回転機構により回転軸６２を介して研削部材２２を回転させることにより、金属板１０の表面が研削される。図７では、第１の研磨布紙５１ａおよび第２の研磨布紙５１ｂは円状に描かれているが、金属板１０の表面にムラができにくくなるように、波状になっていることが好ましい。

図８は研削部材２２の具体的な構成のさらにまた他の例を示す側面図である。
図８の例では研削部材２２がフラップホイールとして構成されており、金属板１０の表面と平行に設けられた回転軸７１に第１の研磨布紙５１ａおよび第２の研磨布紙５１ｂが交互にかつ放射状に支持されている。第１の研磨布紙５１ａおよび第２の研磨布紙５１ｂの先端が研削面となっている。研削面は円状となっており、研削面を金属板１０の表面に押し付けた状態で回転機構により回転軸７１を介して研削部材２２を回転させることにより、金属板１０の表面が研削される。

＜研削装置の動作＞
次に、研削装置３００の動作について説明する。

最初に、金属板１０の位置および姿勢情報を取得し、金属板１０の座標系を設定する。次に、目標疵取り経路を設定し、位置測定手段である屋内位置測定システム２００からの情報に基づいて、研削装置３００を、金属板１０上の目標経路に沿って自走させ、疵取りのための研削を行う。

そして、目標疵取り位置近傍で、研削装置３００を停止させ、例えば電磁石からなる固定部４２により研削装置３００を固定し、走査アクチュエータ１５により研削部材２２を目標疵取り位置に設定する。次いで、昇降アクチュエータ１６を下降させて研削部材２２の研削面を金属板１０の表面に接触させる。この状態で、回転機構２３により研削部材２２を回転させることにより金属板１０を研削し、疵を除去する。この際に、走査アクチュエータ１５により研削部材２２を金属板１０表面に沿った一軸方向に走査させてもよい。

本実施形態においては、研削部材２２の研削面は、番手（粒度）が異なる複数種類の研磨布紙、例えば図５に示すように、番手（粒度）が大きい（例えば＃６０）の第１の研磨布紙５１ａおよび番手（粒度）が小さい（例えば＃３６）の第２の研磨布紙５１ｂで構成されているので、荒研削と仕上げ研削それぞれの研削工具を設けることなく金属板を研削することが可能となる。

この理由は以下の通りである。
研削開始時には、番手の小さい例えば＃３６の第２の研磨布紙５１ｂによって金属表面が高効率に研削されるが、金属表面を研削していくと、番手の小さい第２の研磨布紙５１ｂの研磨材が破砕されて研磨布紙の径が縮減する。その後、研磨材が破砕されていない番手の大きい例えば＃６０の第１の研磨布紙５１ａで金属表面が仕上げ研削される。これにより、荒研削と仕上げ研削それぞれの研削工具を設けることなく一つの研削部材２２で研削することができる。このため、設備の複雑化を招くことがない。また、番手が小さい第２の研磨布紙５１ｂと番手が大きい第１の研磨布紙５１ａで研削することにより、高効率でかつ表面粗度も許容上限値未満で金属板１０を研削することが可能となる。また、これにより、高品質の金属板１０を製造することが可能となる。

このような研削を実現するためには、金属板の表面の狙い面粗度を達成することができる番手（粒度）を＃Ｎ１とした場合に、番手が＃Ｎ１以上の複数種類の研磨布紙で研削部材２２の研削面を構成することが好ましい。また、研削部材２２を、複数種類の研磨布紙を交互、または所定の枚数ごとに積層させることによって構成することが好ましい。この場合に、金属板１０の表面の許容粗度を達成することができる研磨布紙の番手（粒度）の最小値を＃Ｎ２、最大値を＃Ｎ３とした場合に、複数種類の研磨布紙の番手（粒度）を＃Ｎ２以上＃Ｎ３未満とすることが好ましい。

また、本実施形態において、研削装置３００は、位置測定手段からの情報に基づいて金属板１０上を自走するものであるため、装置全体を小型化することができる。さらに、位置測定手段として屋内位置測定システム２００を用いることにより、金属板１０のマーキングや画像処理用のマークを用いることなく、金属板１０上における研削装置３００の位置および角度を高精度で認識することができ、かつ認識した自己位置と目標位置からの偏差を演算し、その偏差に応じて研削装置３００を所定の目標位置に自律走行させるので、目標走行ルートに対する直進性を確保することができる。

図１に示す研削システムを用いてワーク（金属板）として鋼板（ＳＳ４００）を用い、ワーク表面の研削実験を実施した。研削装置の構成については図２～４に示すものを用いた。研削部材（研削工具）としては、＃３６の番手の研磨布紙と＃６０の番手の研磨布紙を交互に積層して構成された実施例のものと、＃３６、＃４８もしくは＃６０の番手の研磨布紙それぞれ１種類のみを積層して構成された比較例（比較例１～３）のものを用いた。研削実験は、実施例および比較例１～３のいずれも、表１に示す条件にて行い、表１に示すワークの研削エリアを遍く研削深さ３００μｍまで研削し除去する時間（研削加工時間）と、研削後の表面粗度とを計測した。具体的には、研削前と研削後のワークの同一箇所の板厚を超音波厚み計により測定し、その差分Ｄ（μｍ）の値（研削深さ）が所与の値（３００μｍ）となるまで複数回数研削を繰り返し、研削加工時間と研削後の表面粗度を計測した。研削加工時間と表面粗度は、それぞれの研削部材（実施例、比較例１～３）について５回ワークを変えて研削を行った際の平均値で算出した。その結果を表２に示す。

表２に示すように、研削部材として単一の番手の研磨布紙を積層した比較例１～３では研削加工時間および表面粗度のいずれかが不十分であった。すなわち、研削部材（工具）として＃３６の番手の研磨布紙を用いた比較例１では、研削加工時間が２０分と短かったが表面粗度Ｒａは２．２０μｍと大きな値となった。また、研削部材（工具）として＃６０の番手の研磨布紙を用いた比較例２では、表面粗度Ｒａが０．３０μｍと良好な値となったが、研削加工時間が６９分と長くなった。研削部材（工具）としてこれらの中間の番手である＃４８の研磨布紙を用いた比較例３では、研削加工時間が５３分、表面粗度Ｒａが１．３１μｍと比較例１と比較例２の中間的な値となったが不十分であった。これに対し、異なる番手の研磨布紙を積層したものを用いた実施例では研削加工時間が４０分、表面粗度Ｒａが０．３７μｍと研削加工時間および表面粗度が両立できることが確認された。

次に、表２に示す実施例および比較例１～３の研削部材で、連続研削時間２０時間にわたってそれぞれ研削し続けた際の、工具径の変化を測定した。その結果を表３に示す。

表３に示すように、比較例１～３を比較すると、研磨布紙の番手が小さくなるほど、同一時間あたりの工具径の縮減が大きいことが確認された。すなわち、番手のより小さい研磨布紙を用いた研削部材は加工量が大きいため、表２で示されたように加工時間が短く加工効率がよく、また表３で示されたように同一時間あたりの工具径の縮減が大きい。したがって、番手の異なる研磨布紙を交互に積層させて構成される研削工具を用いて研削するとミクロ的には番手のより小さい研磨布紙が先に縮減し、次に番手のより大きい研磨布紙ばかりがワークと接触することで、あたかも荒研削の後に仕上げ研削を施したような表面粗度を持つ研削面が得られたと考えられる。

以上のことから、本発明の範囲内である実施例では、荒研削と仕上げ研削それぞれの研削工具を設ける必要がないため、設備の複雑化、大型化を招くことなく、手入れ後の表面粗度の小さい高精度な金属板を加工時間が短く効率的に製造することができることが確認された。

＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態および実施例に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、本発明に係る金属板の研削装置を金属板の疵取りに用いたが、これに限るものではない。また、研削装置自身の位置を測定する位置測定手段として、ＩＰＧＳを適用した例について示したが、これに限らず、ＩＰＧＳと同じ三角測量の原理に基づいたものとして、例えば、上記実施形態とは逆に、疵取り装置側に航法用送信機を搭載するものを用いることができる。このような例として、オフィスビル内を自律走行する清掃ロボットに搭載されたレーザ三角測量技術が挙げられる（例えば、http://robonable.typepad.jp/news/2009/11/25subaru.html参照）。具体的には、疵取り装置の本体に設置された航法用送信機と、屋内に設置された複数のリフレクタと、位置演算用ソフトウェアを含むホストコンピュータとから構成される屋内位置測定システムを挙げることができる。

また、位置測定手段としては、以上のような三角測量の原理に基づいて屋内空間での自己位置測定を行う屋内位置測定システム以外に、例えば、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）等の他の測定手段を用いることもできる。

また、上記実施形態では、研削部材２２の研削面を構成する研削片として、研磨布紙５１ａ，５１ｂを用いていたが、研磨片として砥石等の研磨布紙以外の部材を用いてもよい。ただし、研磨片として砥石を用いる場合は、目つぶれや目詰まりが発生し易く、目直しやドレッシングが必要となるため、上記実施形態のような自走式の研磨装置に用いられる場合には、研磨片として研磨布紙を用いることが好ましい。門型研削装置等の大型の研削装置では、ドレッシングのための付帯設備を設けることが比較的容易であるのに対し、自走式の研磨装置は小型であるため、ドレッシングのための付帯設備を設けることが難しいからである。なお、ドレッシングのための付帯設備を設けず、砥石の目つぶれや目詰まりが発生するたびにドレッシングを行う形態も考えられるが、研削作業にドレッシングという手介入が入ることから、ドレッシングから次のドレッシングまでの時間を「工具摩滅のため工具交換をするのと同等」と考え工具寿命と捉えると、工具寿命の観点からも研磨片として研磨布紙を用いることが好ましい。

さらに、上記実施形態では、金属板の研削装置として自走式の研削装置を示したが、これに限るものではない。

１０ 金属板
１１ 航法用送信機
１２ 航法用受信機
１３ ホストコンピュータ
１４ 台車
１４ａ フレーム
１５ 走査アクチュエータ
１６ 昇降アクチュエータ
１７ Ｉ／Ｏボード
１８ 搭載コンピュータ
１９ 駆動制御部
２０ 車輪
２１ モータ
２２ 研削部材
２３ 回転機構
３０ 研削装置本体
３１ 現在位置演算用ソフトウェア
３２ 設定ソフトウェア
４１ 枠部材
４２ 固定部
４３ 従動車輪
５１ａ，５１ｂ 研磨布紙
５２ フランジ
５３ 支持部材
５４，６２，７１ 回転軸
６１ 支持ディスク
１００ 研削システム
２００ 屋内位置測定システム
３００ 研削装置

Claims (12)

1. 金属板の表面を研削する金属板の研削装置であって、
   金属板を研削する研削面を有する研削部材を備える研削装置本体と、
   前記金属板の表面上で前記研削装置本体を走行させる走行用駆動機構と、
   前記金属板の表面を研削するために、前記研削部材を回転させながら前記研削面を前記金属板の表面に接触させる研削用駆動機構と、
   を有し、
   前記研削部材の前記研削面は、番手の異なる複数種類の研磨布紙によって構成され、
   前記複数種類の研磨布紙は、前記金属板の表面を仕上げ研削する第１の研磨布紙と、前記第１の研磨布紙よりも番手が小さく、前記金属板の表面を荒研削する第２の研磨布紙と、を含むことを特徴とする金属板の研削装置。
2. 前記金属板の表面の狙い面粗度を達成することができる番手を＃Ｎ１とした場合に、前記研削部材の前記研削面は、番手が＃Ｎ１以上の複数種類の前記研磨布紙によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属板の研削装置。
3. 前記研削部材は、前記金属板の表面と垂直な方向に配置された円盤形状の複数の前記研磨布紙を、前記金属板の表面と平行な方向に並べて一体化することにより構成されており、外周面が前記研削面となることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属板の研削装置。
4. 前記研削部材は、複数種類の前記研磨布紙を交互、または所定の枚数ごとに並べることによって構成されることを特徴とする請求項３に記載の金属板の研削装置。
5. 前記金属板の表面の許容面粗度を達成することができる番手の最小値を＃Ｎ２、最大値を＃Ｎ３とした場合に、複数種類の前記研磨布紙は、番手が＃Ｎ２以上＃Ｎ３未満であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の金属板の研削装置。
6. 位置測定手段である測位システムにより前記研削部材の自己位置測定が行われ、前記自己位置測定に基づいて前記走行駆動機構により前記研削装置本体を前記金属板の表面上で走行させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の金属板の研削装置。
7. 金属板の表面を研削する金属板の研削方法であって、
   前記金属板の表面を仕上げ研削する第１の研磨布紙と、前記第１の研磨布紙よりも番手が小さく、前記金属板の表面を荒研削する第２の研磨布紙と、を含む番手の異なる複数種類の研磨布紙によって研削面が構成された研削部材を備える研削装置本体を、走行用駆動機構によって金属板の表面上で走行させ、
   研削用駆動機構によって前記研削部材を回転させながら前記研削部材の研削面を前記金属板の表面に接触させることにより、前記金属板の表面を荒研削した後、仕上げ研削することを特徴とする金属板の研削方法。
8. 前記金属板の表面の狙い面粗度を達成することができる番手を＃Ｎ１とした場合に、前記研削部材の前記研削面は、番手が＃Ｎ１以上の複数種類の前記研磨布紙によって構成されていることを特徴とする請求項７に記載の金属板の研削方法。
9. 前記研削部材は、前記金属板の表面と垂直な方向に配置された円盤形状の複数の前記研磨布紙を、前記金属板の表面と平行な方向に並べて一体化することにより構成されており、外周面が前記研削面となることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の金属板の研削方法。
10. 前記研削部材は、複数種類の前記研磨布紙を交互、または所定の枚数ごとに並べることによって構成されることを特徴とする請求項９に記載の金属板の研削方法。
11. 前記金属板の表面の許容面粗度を達成することができる番手の最小値を＃Ｎ２、最大値を＃Ｎ３とした場合に、複数種類の前記研磨布紙は、番手が＃Ｎ２以上＃Ｎ３未満であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の金属板の研削方法。
12. 請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の金属板の研削方法を用いて金属板の表面の手入れを行うことを特徴とする金属板の製造方法。

Images