1 (57)【特許請求の範囲】【請求項１】速度Ｖで研磨部を駆動させる駆動手段と、前記研磨部に対し加工物を力Ｆn で押し付け又は加工物に対し前記研磨部を力Ｆn で押し付け所望の研磨面を得るロボットを備える研磨装置において、前記力Ｆn は、予め算出した切り屑を生成し始めるときの力Ｆn0 、研磨時の発生熱や工具磨耗を許容限度に抑えるときの力Ｆto 、摩擦係数αを定義したときの数式Ｆto ／α≧Ｆn ≧Ｆn0 の範囲で制御することを特徴とする研磨装置。【請求項２】前記速度Ｖは、前記研磨面が所望の研磨 10 面となるように予め定めた単位時間当たりの研磨量Ｇ、単位切屑断面積当たりの比研磨抵抗ＫS 、前記研磨部と加工物とが接する接線方向の摩擦力Ｆt を定義したときの数式Ｖ＝ＫS ・Ｇ／Ｆt に基づき制御することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。 2 【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】本発明は研磨装置に係わり、特に確実に切り屑を生成し、熱・工具磨耗などを低減し、かつ長期に渡り安定して所望の研磨面を得ることの可能な研磨装置に関する。【０００２】【従来の技術】研磨加工において、研磨加工能率は以下の１）、２）の方法によって高めることができる。１）大きな切り屑を発生させる。２）単位時間当たりの切り屑量（以下、研磨量という）を多くする。【０００３】その中で、１）については大きな砥粒を持った砥石（研磨工具）を選択する、などの方法がある。２）について、研磨量をＨとすると、Prestonの経験則 (2) 3 より研磨量Ｈは次の数１で表されることが知られている。【数１】但し、ｋは加工材質や研磨工具などによる定数、ｖ（ｔ）は加工物１と研磨工具３との相対速度（以下、研磨速度という）、ｐ（ｔ）は押しつけ方向の圧力、ｔは研磨時間とする。【０００４】数１より研磨量Ｈを制御するには、押し付け方向の圧力ｐ（ｔ）または研磨速度ｖ（ｔ）を制御する必要があるが、研磨速度ｖ（ｔ）は一定にしている場合が多いので、一般的には押し付け方向の圧力ｐ（ｔ）を一定に制御する方法（定圧研磨法）がとられている。押し付け方向の圧力ｐ（ｔ）の制御は、空圧アクチュエータ、油圧アクチュエータやバネなどを用いて行われている。【０００５】【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の技術は経験に基づいたものであり、原理的な側面に触れていないために本質的ではなく、高品質の研磨面創成にそのまま用いるのは不十分である。原理的な側面に触れるために、研磨加工中に起きる現象について検証してみると、以下の１）∼３）の現象が起きている。【０００６】１）、研磨加工中は一般的に図２のような研磨過程を経て切屑５を生成する。図中で示した領域では、ある法線方向押付力に達するまでは、加工物１が弾性変形のみ生じる上滑り現象が起きる。更に法線方向押付力Ｆn を増してＦn0 に達するまでの領域（の領域）では、加工物１の塑性変形により砥粒７が加工物１を前方と側方へ押し上げる掘り起こし現象を生じる。法線方向押付力Ｆn がＦn0 を越えたときに（の領域）、砥粒７が初めて切削工程により切屑５を排出するようになる。【０００７】２）、砥粒７が切屑５を排出しているとき、研磨工具３と加工物１との間には研磨工具３の接線方向に作用する力Ｆt （以下、接線方向摩擦力Ｆt という）が働き、その接線方向摩擦力Ｆt によって砥粒７が加工物１を引っ掻く形となり、研磨が行われる。この間の状況を図３の研磨面創成曲線を用いて説明する。図３において、曲線ａ１が砥粒７による研磨前の加工物１の研磨面創成曲線である。また、曲線ａ２が砥粒７による一回目の研磨後の研磨面創成曲線である。曲線ｂ１、曲線ｂ２は幾何学的干渉曲線である。法線方向押付力Ｆn により、砥粒７は曲線ｂ１、曲線ｂ２の幾何学的干渉曲線のように進行しようとするが、上述した上滑り現象、掘り起こし現象及び切削工程により研磨面創成曲線ａ２のように進行する。【０００８】３）、この時、接線方向摩擦力Ｆt によっ 10 20 30 40 50 特許２９５８６３５ 4 て、熱が発生したり研磨工具３が磨耗したり、表面の変質が起きたりして研磨面の精度に影響を及ぼす。従って、かかる現象を鑑みるに、高品質の研磨面を得るためには、接線方向摩擦力Ｆt と法線方向押付力Ｆn の両方を考慮する必要がある。ところが、従来の方法では法線方向押付力Ｆn か接線方向摩擦力Ｆt のいずれかを制御しているだけであり、両者を同時に考慮に入れていない。このため、研磨工具３の砥石等の摩耗や脱落などによって条件が変化した場合に、加工できないおそれがあった。あるいは、研磨熱が発生して研磨面精度に影響を及ぼしたり、加工面の変質が起こったりして、高品質の研磨面が長期にわたって得られないおそれがあった。【０００９】本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、確実に切り屑を生成し、熱・工具磨耗などを低減し、かつ長期に渡り安定して所望の研磨面を得ることの可能な研磨装置を提供することを目的とする。【００１０】【課題を解決するための手段】このため本発明は、速度Ｖで研磨部を駆動させる駆動手段と、前記研磨部に対し加工物を力Ｆn で押し付け又は加工物に対し前記研磨部を力Ｆn で押し付け所望の研磨面を得るロボットを備える研磨装置において、前記力Ｆn は、予め算出した切り屑を生成し始めるときの力Ｆn0 、研磨時の発生熱や工具磨耗を許容限度に抑えるときの力Ｆto 、摩擦係数αを定義したときの数式Ｆto ／α≧Ｆn ≧Ｆn0 の範囲で制御することを特徴とする。【００１１】駆動手段は、例えばホィール型やベルト型の回転機構を備えた駆動手段である。加工物と接する研磨部は駆動手段により速度Ｖで順繰りに移動させられる。ここで、研磨部は、ホィールやベルトの内の加工物と接した部分である。従って、仮に加工物を固定とし、ホィールやベルトを回転させた場合には、順次研磨部は更新される。ロボットには、加工物を把持させてもよいし、また駆動手段を把持させてもよい。加工物を把持させた場合には、加工物は、ロボットにより、所望の研磨面を得るようにするため、力Ｆn で駆動手段に対し押し付けられる。力Ｆn は、数式Ｆto ／α≧Ｆn ≧Ｆn0 の範囲で制御する。力Ｆn が、Ｆn0 以上としたことにより、確実に切り屑を生成できる。また、力Ｆn が、Ｆto ／α 以下としたことにより、発生熱や工具磨耗を低減出来る。【００１２】また、本発明は、前記速度Ｖは、前記研磨面が所望の研磨面となるように予め定めた単位時間当たりの研磨量Ｇ、単位切屑断面積当たりの比研磨抵抗Ｋ S 、前記研磨部と加工物とが接する接線方向の摩擦力Ｆ t を定義したときの数式Ｖ＝ＫS ・Ｇ／Ｆt に基づき制御することを特徴とする。所望の研磨面となるよう予め研磨量Ｇを求めておく。接線方向の摩擦力Ｆt は刻々変化するため、速度Ｖは、数式Ｖ＝ＫS ・Ｇ／Ｆt に基づき制御する。このことにより、研磨量Ｇを一定に出来 (3) 5 る。【００１３】【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の実施形態の構成図を図１に示す。図１において、加工物１は例えばアルミニウムや鉄製の鋳型等である。研磨工具３はホィールであり、加工物１と接触することで加工物１の所定面を研磨するようになっている。加工物１は、ロボット９により把持され、研磨工具３に対し法線方向押付力Ｆn で押し付けられるようになっている。力センサ１１は、ロボット９の 10 一端に取り付けられ、法線方向押付力Ｆn や接線方向摩擦力Ｆt を検出するようになっている。【００１４】そして、検出された法線方向押付力Ｆn と接線方向摩擦力Ｆt は、ホストコンピュータ１３に入力され、必要な法線方向押付力設定値Ｆns と研磨工具３の速度設定値Ｖs が演算されるようになっている。ロボットコントローラ１５は、法線方向押付力設定値Ｆns に基づきロボット９を制御するようになっている。また、モータドライバ１７は、速度設定値Ｖs に基づき研磨工具３の回転を制御するようになっている。研磨工具３は、 20 図示しないＡＣサーボモータにより、研磨速度Ｖが任意に可変可能なようになっている。【００１５】次に作用を説明する。まず、法線方向押付力Ｆn の制御方法について説明する。上滑り、掘り起こし現象が起きる領域を超えて、砥粒７が切屑を生成する法線方向押付力Ｆn0 を実験などによって予め求めておく。実験などによるのは、砥粒７が切屑を生成する法線方向押付力Ｆn0 は、加工物１の使用材料等によって異なることが予想されるからである。従って、研磨加工中の法線方向押付力Ｆn は、数２のように表される。 30 【００１６】【数２】更に、高品質の研磨面を長期的に保つため、発生熱や工具摩耗を低減させる接線方向摩擦力Ｆt ＝Ｆt0 にしなければならない。ここで、法線方向押付力Ｆn と接線方向摩擦力Ｆt には数３のような関係がある。【００１７】【数３】 40 但し、αは、摩擦係数である。従って、法線方向押付力Ｆn の値によって接線方向摩擦力Ｆt が決まってしまうため、数２と数３より法線方向押付力Ｆn が数４となるように制御する。【００１８】【数４】 50 特許２９５８６３５ 6 研磨加工中の法線方向押付力Ｆn は力センサ１１により検出する。以上の法線方向押付力Ｆn の制御により、確実に切り屑を生成でき、また、発生熱や工具磨耗を低減出来る。【００１９】次に、研磨速度Ｖの制御方法について説明する。研磨速度Ｖは数５のように表される。【００２０】【数５】但し、単位時間当たりの研磨量Ｇ、単位切屑断面積当たりの比研磨抵抗ＫS 、接線方向の摩擦力Ｆt である。このため、研磨速度Ｖを制御するためには、単位時間当たりの研磨量Ｇ、比研磨抵抗Ｋs 、接線方向摩擦力Ｆt の値を出す必要がある。単位時間当たりの研磨量Ｇについては、例えば加工前の表面粗さと目標表面粗さよりファジィ推論によって必要な研磨量を推定する、などの方法によって値を求めておく。また、比研磨抵抗Ｋs については、実験などによって予め算出しておく。接線方向摩擦力Ｆt は、力センサ１１によって値を検知する。【００２１】研磨加工能率を高めて高品質な研磨面を得るためには、単位時間当たりの研磨量Ｇを一定にするのが望ましい。このため、比研磨抵抗Ｋs が一定であるとすると、数５より研磨速度Ｖと接線方向摩擦力Ｆt の関係を求め、刻々変化する接線方向摩擦力Ｆt に対し研磨速度ＶをＡＣサーボモータなどによって制御する。但し、研磨速度Ｖは接線方向摩擦力Ｆt の変化量により、ファジィ推論などで制御しても良い。このことは、例えば、接線方向摩擦力Ｆt の変化量が少量ならば、研磨速度Ｖの値は変化させないといったような制御が考えられる。【００２２】この間の演算は、ホストコンピュータ１３で処理される。ホストコンピュータ１３からは、法線方向押付力設定値Ｆns と研磨工具３の速度設定値Ｖs が出力される。そして、ロボットコントローラ１５は、法線方向押付力設定値Ｆns に基づきロボット９により法線方向押付力Ｆn を制御する。また、モータドライバ１７は、速度設定値Ｖs に基づき研磨工具３の研磨速度Ｖを制御する。研磨速度Ｖは、ＡＣサーボモータにより可変制御される。以上の研磨速度Ｖの制御により、研磨量Ｇを一定に確保出来る。【００２３】なお、法線方向押付力Ｆn は力センサ１１により検出するとしたが、オブザーバーにより推定してもよいし、またアクチュエータにより法線方向押付力Ｆ n の検出と制御を兼ねてもよい。【００２４】 (4) 特許２９５８６３５ 7 8 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、＊【図３】研磨面創成曲線を示す図力Ｆn をＦn0 以上としたことにより、確実に切り屑を生【符号の説明】成できる。また、力Ｆn をＦto ／α以下としたことによ１加工物り、発生熱や工具磨耗を低減出来る。更に、駆動手段の３研磨工具速度Ｖを所定条件下で制御することで、研磨量Ｇを一定５切屑に出来る。このため、長期に渡り安定して所望の研磨面７砥粒を得ることが出来る。９ロボット【００２５】１１力センサ【図面の簡単な説明】１３ホストコンピュータ【図１】本発明の実施形態の構成図 10 １５ロボットコントローラ【図２】研磨加工における切屑生成過程を示す図＊１７モータドライバ【図１】【図２】【図３】 ───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者牧野嶋博之千葉県習志野市屋敷４丁目３番１号セイコー精機株式会社内 (5) (56)参考文献特開平６−218671（ＪＰ，Ａ) 特開平７−186035（ＪＰ，Ａ) 特開平６−31592（ＪＰ，Ａ) 特開平６−312360（ＪＰ，Ａ) 特開平６−278007（ＪＰ，Ａ) 特開平３−251359（ＪＰ，Ａ) 実開平２−4753（ＪＰ，Ｕ) 特公昭60−3552（ＪＰ，Ｂ２) 河村末久外著、外加工学基礎２「研削加工と砥粒加工」、初版８刷、共立出版株式会社（1994年10月５日) 特許２９５８６３５ 6 (58)調査した分野(Int.Cl. ，ＤＢ名) B24B 49/16 B24B 27/00