(57)【要約】【課題】切削装置および方法並びにロボットにおいて、装置の小型化を可能とする。【解決手段】本体１１と、本体１１の長手方向の一端部に配置される第１支持体１２と、本体１１の長手方向に沿う第１回転軸３４により第１支持体１２に回転自在に支持されるカッタ１３と、第１支持体１２に設けられてカッタ１３を回転駆動するカッタ駆動装置１４と、カッタ１３を被切削面Ｓ側に移動するカッタ移動装置１５と、本体１１の長手方向の他端部に固定される第２支持体１６と、本体１１の長手方向に沿って配置されて一端部が第１支持体１２に連結される連結ロッド１７と、連結ロッド１７の他端部と第２支持体１６とを連結軸６６により連結すると共に連結軸６６を本体１１の長手方向およびカッタ移動装置１５によるカッタ１３の移動方向に移動する連結ロッド移動装置１８を備える。【選択図】図１
2020122766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１支持体と、
第１回転軸により前記第１支持体に回転自在に支持されるカッタと、
前記第１支持体に設けられて前記カッタを回転駆動するカッタ駆動装置と、
前記カッタを被切削面側に移動するカッタ移動装置と、
前記第１支持体に所定間隔を空けて配置される第２支持体と、
一端部が前記第１支持体に連結される連結ロッドと、
前記連結ロッドの他端部と前記第２支持体とを連結部により連結すると共に前記連結部を前記連結ロッドの長手方向および前記カッタ移動装置による前記カッタの移動方向に移動する連結ロッド移動装置と、
を備えることを特徴とする切削装置。
【請求項２】
筒形状をなす本体が設けられ、前記第１支持体は、前記本体の軸方向における一方側に配置され、前記第２支持体は、前記本体の軸方向における他方側に固定されることを特徴とする請求項１に記載の切削装置。
【請求項３】
前記本体は、前記カッタの外周部に対向する周方向の一部に開口部が設けられることを特徴とする請求項２に記載の切削装置。
【請求項４】
前記連結ロッド移動装置は、前記第１回転軸の軸方向および前記カッタ移動装置による前記カッタの移動方向に交差する方向に沿う第２回転軸により前記第２支持体に回転自在に支持される回転板と、前記第２支持体に設けられて前記回転板を回転駆動する回転板駆動装置とを有し、前記連結ロッドは、前記他端部が前記回転板に連結されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の切削装置。
【請求項５】
前記カッタ移動装置は、エアシリンダを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の切削装置。
【請求項６】
前記カッタ移動装置は、非切削位置にある前記カッタを被切削面に接触する切削位置に移動可能であり、前記切削位置にある前記カッタを前記非切削位置に戻すカッタ戻し装置が設けられ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切削装置。
【請求項７】
前記カッタ戻し装置は、前記カッタを前記非切削位置に戻す方向に作用する弾性力を持つ弾性部材を有することを特徴とする請求項６に記載の切削装置。
【請求項８】
前記カッタは、円板形状をなすことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の切削装置。
【請求項９】
前記カッタは、表面と裏面が前記連結部側を中心とする球面形状をなすことを特徴とする請求項８に記載の切削装置。
【請求項１０】
本体と、
前記本体の長手方向に沿って配置される第１回転軸と、
前記第１回転軸に連結されて表面と裏面が球面形状をなすカッタと、
前記第１回転軸を中心として前記カッタを回転駆動するカッタ駆動装置と、
前記第１回転軸を介して前記カッタを揺動させるカッタ揺動装置と、
を備えることを特徴とする切削装置。
【請求項１１】
円板形状をなすカッタを回転させる工程と、
前記カッタを非切削位置から被切削面に接触する切削位置に移動する工程と、
前記カッタを前記切削位置から前記非切削位置に移動する工程と、
前記カッタを前記カッタの回転軸方向に沿って所定距離だけ移動すると共に前記被切削面に対する前記カッタの接触角度を変更する工程と、
前記カッタを前記非切削位置から前記切削位置に移動する工程と、
を有することを特徴とする切削方法。
【請求項１２】
支持アームの先端部に請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の切削装置が装着されることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削対象物を切削して除去する切削装置および方法、切削装置を備えるロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、原子力発電プラントにて、原子炉圧力容器内の炉心燃料が原子炉格納容器の中の構造物と一緒に溶融して固化すると放射性廃棄物としての燃料デブリが発生する。この燃料デブリなどの放射性廃棄物は、多量の放射線を発するものであることから、原子炉格納容器から外部に取り出す必要がある。原子炉格納容器から放射性廃棄物を取り出す場合、この放射性廃棄物を切削することで小さな塊や粉体として搬出することが考えられる。
【０００３】
このような放射性廃棄物を切削する技術として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−０８９１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の切削装置は、ボーリングマシンを用いて放射性廃棄物を切削して取り出すものであり、装置が大型化してしまう。そのため、小さいスペースを用いて広範囲にわたって放射性廃棄物を切削することが困難であった。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、装置の小型化を可能とする切削装置および方法並びにロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の切削装置は、第１支持体と、第１回転軸により前記第１支持体に回転自在に支持されるカッタと、前記第１支持体に設けられて前記カッタを回転駆動するカッタ駆動装置と、前記カッタを被切削面側に移動するカッタ移動装置と、前記第１支持体に所定間隔を空けて配置される第２支持体と、一端部が前記第１支持体に連結される連結ロッドと、前記連結ロッドの他端部と前記第２支持体とを連結部により連結すると共に前記連結部を前記連結ロッドの長手方向および前記カッタ移動装置による前記カッタの移動方向に移動する連結ロッド移動装置と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
従って、カッタ駆動装置を駆動すると、第１回転軸を介してカッタが回転駆動し、カッタ移動装置を駆動すると、カッタが被切削面側に移動し、外周部が被切削面に接触することで、この被切削面に対する切削加工を行うことができる。また、連結ロッド移動装置を駆動すると、連結ロッドと第２支持体との連結部が連結ロッドの長手方向およびカッタの移動方向に移動する。すると、装置全体を移動することなく、カッタによる切削位置と切削角度を変更して被切削面に対する切削加工を行うことができる。その結果、装置の小型化を可能とすることができる。
【０００９】
本発明の切削装置では、筒形状をなす本体が設けられ、前記第１支持体は、前記本体の軸方向における一方側に配置され、前記第２支持体は、前記本体の軸方向における他方側に固定されることを特徴としている。
【００１０】
従って、本体が筒形状をなすことから、カッタ駆動装置、カッタ移動装置、連結ロッド移動装置などへの切削粉の付着を抑制することができる。
【００１１】
本発明の切削装置では、前記本体は、前記カッタの外周部に対向する周方向の一部に開口部が設けられることを特徴としている。
【００１２】
従って、本体の一部に開口部が設けられることから、カッタ移動装置によりカッタが被切削面側に移動するとき、開口部を通して外部に露出することとなり、被切削面に対してカッタによる適正な切削加工を行うことができる。
【００１３】
本発明の切削装置では、前記連結ロッド移動装置は、前記第１回転軸の軸方向および前記カッタ移動装置による前記カッタの移動方向に交差する方向に沿う第２回転軸により前記第２支持体に回転自在に支持される回転板と、前記第２支持体に設けられて前記回転板を回転駆動する回転板駆動装置とを有し、前記連結ロッドは、前記他端部が前記回転板に連結されることを特徴としている。
【００１４】
従って、回転板駆動装置により第２支持体に対して回転板を回転駆動すると、連結ロッドの他端部と回転板との連結部が第１回転軸の軸方向および前記カッタの移動方向に連続して移動することとなり、カッタの切削位置と切削角度を同時に変更することができ、作業性を向上することができる。
【００１５】
本発明の切削装置では、前記カッタ移動装置は、エアシリンダを有することを特徴としている。
【００１６】
従って、エアシリンダの押圧力を調整することで、被切削面に対するカッタの押付け力が決まり、カッタの押付け力が切削反力より大きくなると、エアシリンダがダンパとして機能することから、カッタが被切削表面の凹凸に倣うように移動し、被切削面を適正に切削することができる。
【００１７】
本発明の切削装置では、前記カッタ移動装置は、非切削位置にある前記カッタを被切削面に接触する切削位置に移動可能であり、前記切削位置にある前記カッタを前記非切削位置に戻すカッタ戻し装置が設けられることを特徴としている。
【００１８】
従って、カッタ移動装置により非切削位置にあるカッタを切削位置に移動することで、カッタを被切削面に接触して切削加工を行うことができ、カッタによる切削作業の終了後に、カッタ戻し装置により切削位置にあるカッタを非切削位置に容易に戻すことができる。
【００１９】
本発明の切削装置では、前記カッタ戻し装置は、前記カッタを前記非切削位置に戻す方向に作用する弾性力を持つ弾性部材を有することを特徴としている。
【００２０】
従って、カッタ戻し装置が弾性部材を有することから、別途、特別な駆動源を設ける必要がなく、簡単な構成でカッタを非切削位置へ戻すことができる。
【００２１】
本発明の切削装置では、前記カッタは、円板形状をなすことを特徴としている。
【００２２】
従って、カッタ移動装置により回転駆動するカッタを被切削面側に移動するとき、カッタは、連結ロッドの連結部を中心に揺動して外周面が被切削面に接触する。このとき、カッタの外周面により被切削面を適正に切削加工することができる。
【００２３】
本発明の切削装置では、前記カッタは、表面と裏面が前記連結部側を中心とする球面形状をなすことを特徴としている。
【００２４】
従って、円板形状をなすカッタの表面と裏面が球面形状をなすことから、被切削面に対してカッタが円滑に接触して切削加工することとなり、カッタに対する無理な応力の作用を抑制することができる。
【００２５】
また、本発明の切削装置は、本体と、前記本体の長手方向に沿って配置される第１回転軸と、前記第１回転軸に連結されて表面と裏面が球面形状をなすカッタと、前記第１回転軸を中心として前記カッタを回転駆動するカッタ駆動装置と、前記第１回転軸を介して前記カッタを揺動させるカッタ揺動装置と、を備えることを特徴とするものである。
【００２６】
従って、カッタ駆動装置を駆動すると、第１回転軸を介して球面形状をなすカッタが回転駆動し、カッタ揺動装置を駆動すると、球面形状をなすカッタが揺動することで被切削面に接触し、被切削面に対する切削加工を行うことができる。すると、本体を移動することなく、カッタによる切削位置と切削角度を変更して被切削面に対する切削加工を行うことができる。その結果、装置の小型化を可能とすることができる。
【００２７】
また、本発明の切削方法は、円板形状をなすカッタを回転させる工程と、前記カッタを非切削位置から被切削面に接触する切削位置に移動する工程と、前記カッタを前記切削位置から前記非切削位置に移動する工程と、前記カッタを前記カッタの回転軸方向に沿って所定距離だけ移動すると共に前記被切削面に対する前記カッタの接触角度を変更する工程と、前記カッタを前記非切削位置から前記切削位置に移動する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００２８】
従って、本体を移動することなく、カッタによる切削位置と切削角度を変更して被切削面に対する切削加工を行うことができる。その結果、装置の小型化を可能とすることができる。
【００２９】
また、本発明のロボットは、支持アームの先端部に前記切削装置が装着されることを特徴とするものである。
【００３０】
従って、ロボットの支持アームを移動することなく、切削装置が被切削面に対する切削加工を行うことができ、装置の小型化を可能とすることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の切削装置および方法並びにロボットによれば、装置の小型化を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、第１実施形態の切削装置を表す縦断面図である。
【図２】図２は、切削装置を表す水平断面図である。
【図３】図３は、切削装置を表す正面図である。
【図４】図４は、図１のIV−IV断面図である。
【図５】図５は、図１のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図６は、回転板の回転角度に対する切削角度を表すグラフである。
【図７】図７は、切削装置による切削方法を説明するための概略図である。
【図８】図８は、切削装置による切削方法を説明するための概略図である。
【図９】図９は、切削装置による切削方法を説明するための概略図である。
【図１０】図１０は、切削装置による切削方法を説明するための概略図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態の切削装置を表す正面図である。
【図１２】図１２は、切削装置を表す側面図である。
【図１３】図１３は、切削装置を表す平面図である。
【図１４】図１４は、図１１のXIV−XIV断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る切削装置および方法並びにロボットの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００３４】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の切削装置を表す縦断面図、図２は、切削装置を表す水平断面図、図３は、切削装置を表す正面、図４は、図１のIV−IV断面図、図５は、図１のＶ−Ｖ断面図である。
【００３５】
第１実施形態において、図１から図５に示すように、切削装置１０は、ロボット９０の多関節アーム９１の先端部に着脱装置９２により着脱自在に装着される。切削装置１０は、切削対象部として、原子炉圧力容器内にある放射性廃棄物（例えば、燃料デブリ）を切削するものである。但し、切削対象部は、放射性廃棄物に限るものではなく、例えば、建築物の解体現場やトンネルの壁面など、小さいスペースを用いて広範囲にわたって切削する作業に有用である。
【００３６】
切削装置１０は、本体１１と、第１支持体１２と、カッタ１３と、カッタ駆動装置１４と、カッタ移動装置１５と、第２支持体１６と、連結ロッド１７と、連結ロッド移動装置１８とを備える。
【００３７】
本体１１は、円筒形状をなし、長手方向（軸方向）としての第１水平方向Ｘに沿って所定長さを有し、第１水平方向Ｘの一方側と他方側にそれぞれ開口２１，２２が設けられる。ロボット９０は、多関節アーム９１を有し、切削装置１０は、本体１１における開口２１側の端部が着脱装置９２を介して多関節アーム９１に装着される。また、本体１１は、開口２１側であって、鉛直方向Ｚのおける下方に開口部２３が形成される。開口部２３は、カッタ１３の外周部に対向する周方向の一部に設けられる。
【００３８】
第１支持体１２は、本体１１の第１水平方向Ｘの一方側の内部に配置される。第１支持体１２は、ブロック形状をなし、互いに連通する第１収容部３１、第２収容部３２、第３収容部３３が形成される。第１回転軸３４は、第１水平方向Ｘに沿って配置され、軸方向の一端部が第１収容部３１に配置された軸受３５に回転自在に支持され、軸方向の他端部が第３収容部３３に配置された軸受３６に回転自在に支持される。
【００３９】
カッタ１３は、第２収容部３２に収容され、軸受３５と軸受３６との間で第１回転軸３４に固定される。つまり、カッタ１３は、第１回転軸３４により第１支持体１２に回転自在に支持される。カッタ１３は、第１水平方向Ｘから見た平面視で、円板形状をなす。カッタ１３は、表面１３ａと裏面１３ｂが球面形状をなす。表面１３ａと裏面１３ｂの球面形状の中心位置は、本体１１の開口２２側に位置する。なお、後述するが、カッタ１３（第１支持体１２）は、第２支持体１６と連結ロッド１７との連結部を中心として回動する。そのため、表面１３ａと裏面１３ｂの球面形状の中心位置を第２支持体１６と連結ロッド１７との連結軸６６、つまり、カッタ１３の回動中心とすることが好ましい。
【００４０】
カッタ駆動装置１４は、モータ４１と、駆動シーブ４２と、従動シーブ４３と、無端のベルト４４とを有する。モータ４１は、例えば、エアモータ（または、電気モータや油圧モータ）であって、第１支持体１２における第１水平方向Ｘに直交する本体１１の幅方向としての第２水平方向Ｙの一方側に固定される。モータ４１は、本体１１の開口２１側に駆動軸４５が設けられ、駆動軸４５に駆動シーブ４２が固定される。第１回転軸３４は、軸受３６側の端部に従動シーブ４３が固定される。ベルト４４は、駆動シーブ４２と従動シーブ４３に掛け回される。そのため、モータ４１を駆動すると、駆動軸４５の回転力が駆動シーブ４２、ベルト４４、従動シーブ４３を介して第１回転軸３４に伝達され、第１回転軸３４が回転することでカッタ１３を回転駆動することができる。
【００４１】
カッタ移動装置１５は、非切削位置にあるカッタ１３を被切削面Ｓに接触する切削位置に移動可能である。カッタ移動装置１５は、例えば、エアシリンダであり、第１支持体１２における本体１１の開口２１側に固定される。カッタ移動装置１５は、駆動ロッド５１が鉛直方向Ｚにおける上方側に設けられ、先端部が本体１１の内面（天井面）２４に当接している。カッタ移動装置１５に隣接して、切削位置にあるカッタ１３を非切削位置に戻すカッタ戻し装置５２が設けられる。カッタ戻し装置５２は、例えば、引張コイルばね（弾性部材）であり、一端部がカッタ移動装置１５に連結され、他端部が本体１１の内面（天井面）２４に対して第１水平方向Ｘに移動自在に支持される。なお、カッタ戻し装置５２としての引張コイルばねの一端部を第１支持体１２に直接連結してもよい。
【００４２】
そのため、第１支持体１２は、カッタ移動装置１５の非駆動時、カッタ戻し装置５２の張力（付勢力）により鉛直方向Ｚにおける上方側に付勢され、カッタ１３は、非切削位置に保持される。カッタ移動装置１５を駆動すると、駆動ロッド５１が鉛直方向Ｚに沿って伸長する。すると、第１支持体１２は、カッタ戻し装置５２の付勢力（張力）に抗して鉛直方向Ｚにおける下方側に押し下げられ、カッタ１３は、非切削位置から切削位置に移動することができる。
【００４３】
第２支持体１６は、第１支持体１２に第１水平方向Ｘに沿って所定間隔を空けて配置される。第２支持体１６は、本体１１の第１水平方向Ｘの他方側の内部に固定される。第２支持体１６は、ブロック形状をなし、本体１１の第２水平方向Ｙの他方側の内面（側面）２４に固定される。連結ロッド１７は、本体１１の内部における第１支持体１２と第２支持体１６との間で、第１水平方向Ｘに沿って配置される。連結ロッド１７は、本体１１の開口２１側の一端部が第１支持体１２に固定されて連結される。
【００４４】
連結ロッド移動装置１８は、連結ロッド１７の本体１１の開口２２側の他端部と第２支持体１６とを連結部により連結すると共に、この連結部を本体１１の長手方向（第１水平方向Ｘ）およびカッタ移動装置１５によるカッタ１３の移動方向（鉛直方向Ｚ）に移動する。連結ロッド移動装置１８は、回転板６１と、回転板駆動装置６２とを有する。回転板６１は、円板形状をなし、第２水平方向Ｙに沿う第２回転軸６３により第２支持体１６に回転自在に支持される。第２回転軸６３は、一端部が回転板６１に固定され、中間部が軸受６４により第２支持体１６に回転自在に支持される。連結ロッド１７は、中間部に屈曲部６５が設けられ、本体１１の開口２２側の他端部が回転板６１の外周部に連結軸（連結部）６６により連結される。なお、連結ロッド１７に屈曲部６５を設けずに、直線形状としてもよい。
【００４５】
回転板駆動装置６２は、第２支持体１６に設けられて回転板６１を回転駆動する。回転板駆動装置６２は、モータ６７と、一対の傘歯車６８，６９を有する。モータ６７は、例えば、エアモータ（または、電気モータや油圧モータ）であって、第２支持体１６に固定される。モータ６７は、本体１１の開口２２側に駆動軸７０が設けられ、駆動軸７０に傘歯車６８が固定される。第２回転軸６３は、他端部に傘歯車６９が固定され、傘歯車６８と傘歯車６９が噛み合う。そのため、モータ６７を駆動すると、駆動軸７０の回転力が傘歯車６８、傘歯車６９を介して第２回転軸６３に伝達され、第２回転軸６３が回転することで回転板６１を回転駆動することができる。
【００４６】
ここで、第１実施形態の切削装置１０による切削方法について説明する。図６は、回転板の回転角度に対する切削角度を表すグラフ、図７から図１０は、切削装置による切削方法を説明するための概略図である。
【００４７】
第１実施形態の切削方法は、円板形状をなすカッタ１３を回転させる工程と、カッタ１３を非切削位置から被切削面Ｓに接触する切削位置に移動する工程と、カッタ１３を切削位置から非切削位置に移動する工程と、カッタ１３をカッタ１３の第１回転軸３４の方向に沿って所定距離だけ移動すると共に被切削面Ｓに対するカッタの接触角度を変更する工程と、カッタ１３を非切削位置から切削位置に移動する工程とを有する。
【００４８】
すなわち、図１に示すように、連結ロッド移動装置１８において、回転板駆動装置６２により回転板６１を回転すると、回転板６１と連結ロッド１７との連結軸６６が第１水平方向Ｘに沿って移動すると共に、鉛直方向Ｚに沿って移動する。連結軸６６が第１水平方向Ｘに沿って移動すると、連結ロッド１７および第１支持体１２を介してカッタ１３が第１水平方向Ｘに沿って移動するため、被切削面Ｓに対するカッタ１３の切削位置を第１水平方向Ｘにおいて変更することができる。また、連結軸６６が鉛直方向Ｚに沿って移動すると、連結ロッド１７および第１支持体１２を介して本体１１に対するカッタ１３の角度が変更されるため、被切削面Ｓに対するカッタ１３の切削角度θを変更することができる。
【００４９】
カッタ１３の切削角度θとは、被切削面Ｓに対するカッタ１３の表面１３ａ側の接触角度である。ここでは、カッタ１３の厚さ方向の中心位置の円弧Ｒと被切削面Ｓとの交点での円弧Ｒの接線の角度を切削角度θと規定する。連結軸６６が回転板６１における鉛直方向Ｚの中間位置、つまり、第２回転軸６３の高さにあるときの切削角度θを基準切削角度θｓに設定する。そして、連結軸６６が鉛直方向Ｚの下方側に移動すると、カッタ１３の表面１３ａが鉛直方向Ｚの上方側を向くように傾斜するため、このとき、切削角度θが減少すると表現する。一方、連結軸６６が鉛直方向Ｚの上方側に移動すると、カッタ１３の表面１３ａが鉛直方向Ｚの下方側（被切削面Ｓ側）を向くように傾斜するため、このとき、切削角度θが増加すると表現する。
【００５０】
図１および図６に示すように、回転板６１が図１の位置（回転角度０度）から反時計回り方向に１回転するとき、回転板６１の回転角度０度から回転角度９０度までは、被切削面Ｓに対するカッタ１３の切削角度θが減少する。回転板６１の回転角度９０度から回転角度２７０度までは、被切削面Ｓに対するカッタ１３の切削角度θが増加する。回転板６１の回転角度２７０度から回転角度３６０度（０度）までは、被切削面Ｓに対するカッタ１３の切削角度θが減少する。
【００５１】
具体的に説明すると、図１に示すように、回転板６１の回転角度が０度の位置にあるとき、被切削面Ｓに対するカッタ１３の切削角度θが基準切削角度θｓとなる。この状態で、まず、カッタ駆動装置１４を駆動すると、モータ４１の回転力が駆動軸４５から駆動シーブ４２、ベルト４４、従動シーブ４３を介して第１回転軸３４に伝達され、第１回転軸３４に固定されたカッタ１３が回転駆動する。次に、カッタ移動装置１５を駆動すると、駆動ロッド５１が鉛直方向Ｚに沿って伸長し、本体１１の内面（天井面）２４に対して第１支持体１２が鉛直方向Ｚにおける下方側に移動する。すると、図７に示すように、第１支持体１２に支持されたカッタ１３は、非切削位置から切削位置に矢印Ａ方向に沿って移動する。
【００５２】
このとき、カッタ１３は、連結ロッド１７の連結軸６６を中心に回動し、回転駆動するカッタ１３の外周面が被切削面Ｓに接触することで、この被切削面Ｓを切削加工する。カッタ１３が被切削面Ｓを所定深さだけ切削すると、図８に示すように、カッタ移動装置１５の駆動を停止し、カッタ戻し装置５２の付勢力により第１支持体１が鉛直方向Ｚにおける上方側に矢印Ｂ方向に沿って移動し、カッタ１３が非切削位置に戻り、１回目の切削作業が終了する。
【００５３】
続いて、連結ロッド移動装置１８を駆動すると、モータ６７の回転力が傘歯車６８，６９を介して第２回転軸６３に伝達され、第２回転軸６３に固定された回転板６１が反時計回り方向に回転する。例えば、回転板６１が矢印Ｃ方向に９０度だけ回転すると、連結ロッド１７の連結軸６６における第１水平方向Ｘの位置と鉛直方向Ｚの位置が変更され、連結ロッド１７により連結された第１支持体１のカッタ１３における第１水平方向Ｘの位置と切削角度θが変更される。
【００５４】
この状態で、カッタ移動装置１５を駆動すると、第１支持体１２に支持されたカッタ１３は、再び、非切削位置から切削位置に移動する。このとき、カッタ１３は、連結ロッド１７の連結軸６６を中心に回動し、回転駆動するカッタ１３の外周面が被切削面Ｓに接触することで、この被切削面Ｓを切削加工する。但し、カッタ１３は、１回目の切削作業に対して、第１水平方向Ｘの位置と切削角度θが変更されていることから、被切削面Ｓに対して、１回目の切削作業とは異なる切削位置を異なる切削角度θで切削する。カッタ１３が被切削面Ｓを所定深さだけ切削すると、カッタ移動装置１５の駆動を停止し、カッタ戻し装置５２の付勢力により第１支持体１が鉛直方向Ｚにおける上方側に移動し、カッタ１３が非切削位置に戻り、２回目の切削作業が終了する。
【００５５】
更に、図９に示すように、連結ロッド移動装置１８を駆動すると、モータ６７の回転力が傘歯車６８，６９を介して第２回転軸６３に伝達され、第２回転軸６３に固定された回転板６１が反時計回り方向に回転する。例えば、回転板６１が矢印Ｄ方向に９０度だけ回転すると、連結ロッド１７の連結軸６６における第１水平方向Ｘの位置と鉛直方向Ｚの位置が変更され、連結ロッド１７に連結された第１支持体１のカッタ１３における第１水平方向Ｘの位置と切削角度θが変更される。
【００５６】
この状態で、カッタ移動装置１５を駆動すると、第１支持体１２に支持されたカッタ１３は、非切削位置から切削位置に矢印Ｅ方向に沿って移動する。このとき、カッタ１３は、連結ロッド１７の連結軸６６を中心に回動し、回転駆動するカッタ１３の外周面が被切削面Ｓに接触することで、この被切削面Ｓを切削加工する。但し、カッタ１３は、２回目の切削作業に対して、第１水平方向Ｘの位置と切削角度θが変更されていることから、被切削面Ｓに対して、２回目の切削作業とは異なる切削位置を異なる切削角度θで切削する。カッタ１３が被切削面Ｓを所定深さだけ切削すると、図１０に示すように、カッタ移動装置１５の駆動を停止し、カッタ戻し装置５２の付勢力により第１支持体１が鉛直方向Ｚにおける上方側に矢印Ｆ方向に沿って移動し、カッタ１３が非切削位置に戻り、３回目の切削作業が終了する。
【００５７】
そして、連結ロッド移動装置１８を駆動すると、モータ６７の回転力が傘歯車６８，６９を介して第２回転軸６３に伝達され、第２回転軸６３に固定された回転板６１が反時計回り方向に回転する。例えば、回転板６１が矢印Ｇ方向に９０度だけ回転すると、連結ロッド１７の連結軸６６における第１水平方向Ｘの位置と鉛直方向Ｚの位置が変更され、連結ロッド１７に連結された第１支持体１のカッタ１３における第１水平方向Ｘの位置と切削角度θが変更される。
【００５８】
この状態で、カッタ移動装置１５を駆動すると、第１支持体１２に支持されたカッタ１３は、非切削位置から切削位置に矢印Ｅ方向に沿って移動する。このとき、カッタ１３は、連結ロッド１７の連結軸６６を中心に回動し、回転駆動するカッタ１３の外周面が被切削面Ｓに接触することで、この被切削面Ｓを切削加工する。但し、カッタ１３は、３回目の切削作業に対して、第１水平方向Ｘの位置と切削角度θが変更されていることから、被切削面Ｓに対して、２回目の切削作業とは異なる切削位置を異なる切削角度θで切削する。カッタ１３が被切削面Ｓを所定深さだけ切削すると、カッタ移動装置１５の駆動を停止し、カッタ戻し装置５２の付勢力により第１支持体１が鉛直方向Ｚにおける上方側に移動し、カッタ１３が非切削位置に戻り、４回目の切削作業が終了する。
【００５９】
ここで、連結ロッド移動装置１８を駆動し、回転板６１を反時計回り方向に９０度だけ回転すると、連結ロッド１７の連結軸６６における第１水平方向Ｘの位置と鉛直方向Ｚの位置が変更され、連結ロッド１７に連結された第１支持体１のカッタ１３における第１水平方向Ｘの位置と切削角度θが変更され、元の位置に戻る。
【００６０】
カッタ駆動装置１４により回転駆動するカッタ１３を被切削面Ｓに対して、連結ロッド移動装置１８により切削位置と切削角度θを変更しながら、カッタ移動装置１５によりカッタ１３を被切削面Ｓに接触させて切削加工を行う。そのため、被切削面Ｓは、第１水平方向Ｘに対して所定間隔で角度の異なる切り込みが形成されることとなり、カッタ１３による複数回の切削作業により、ブロック形状の破砕片が形成される。所定量の破砕片が形成されると、図示しない回収装置が破砕片を回収する。
【００６１】
なお、上述した第１実施形態の切削方法では、回転板６１を９０度ずつ回転することで、カッタ１３による被切削面Ｓへの切削位置と切削角度θを変更したが、回転板６１の回転角度は、９０度に限定されるものではなく、適宜設定すればよいものである。また、ロボット９０を作動することで、切削装置１０を移動して被切削面Ｓに対する切削位置を変更してもよい。
【００６２】
このように第１実施形態の切削装置にあっては、第１支持体１２と、第１回転軸３４により第１支持体１２に回転自在に支持されるカッタ１３と、第１支持体１２に設けられてカッタ１３を回転駆動するカッタ駆動装置１４と、カッタ１３を被切削面Ｓ側に移動するカッタ移動装置１５と、第１支持体１２に所定間隔を空けて配置される第２支持体１６と、一端部が第１支持体１２に連結される連結ロッド１７と、連結ロッド１７の他端部と第２支持体１６とを連結軸６６により連結すると共に連結軸６６を連結ロッド１７の長手方向およびカッタ移動装置１５によるカッタ１３の移動方向に移動する連結ロッド移動装置１８とを備える。
【００６３】
従って、連結ロッド移動装置１８を駆動すると、連結ロッド１７と第２支持体１６との連結軸６６を連結ロッド１７の長手方向およびカッタ１３の移動方向に移動することができる。すると、本体１１を含む装置全体を移動することなく、カッタ１３の切削位置と切削角度θを変更して被切削面Ｓに対する切削加工を行うことができる。その結果、装置の小型化を可能とすることができる。
【００６４】
第１実施形態の切削装置では、筒形状をなす本体１１が設けられ、第１支持体１２を本体１１の軸方向（第１水平方向Ｘ）における一方側に配置し、第２支持体１６を本体１１の軸方向（第１水平方向Ｘ）における他方側に固定する。従って、本体１１が筒形状をなすことから、カッタ駆動装置１４、カッタ移動装置１５、連結ロッド移動装置１８などへの切削粉の付着を抑制することができ。
【００６５】
第１実施形態の切削装置では、本体１１は、カッタ１３の外周部に対向する周方向の一部に開口部２３が設けられる。従って、本体１１の一部に開口部２３が設けられることから、カッタ移動装置１５によりカッタ１３が被切削面Ｓ側に移動するとき、開口部２３を通してカッタ１３が外部に露出することとなり、被切削面Ｓに対して適正な加工を行うことができる。
【００６６】
第１実施形態の切削装置では、連結ロッド移動装置１８は、第１回転軸３４の軸方向およびカッタ移動装置１５によるカッタ１３の移動方向に交差する方向に沿う第２回転軸６３により第２支持体１６に回転自在に支持される回転板６１と、第２支持体１６に設けられて回転板６１を回転駆動する回転板駆動装置６２とを有し、連結ロッド１７の他端部が回転板６１に連結される。従って、回転板駆動装置６２により第２支持体１６に対して回転板６１を回転駆動すると、連結ロッド１７の他端部と回転板６１との連結軸６６が本体１１の長手方向とカッタ１３の移動方向に連続して移動することとなり、カッタ１３の切削位置と切削角度θを同時に変更することができる。
【００６７】
第１実施形態の切削装置では、カッタ移動装置１５は、エアシリンダを有する。従って、エアシリンダの押圧力を調整することで、被切削面Ｓに対するカッタ１３の押付け力が決まり、カッタ１３の押付け力が切削反力より大きくなると、エアシリンダがダンパとして機能することから、カッタ１３が被切削面Ｓの凹凸に倣うように移動し、被切削面Ｓを適正に切削することができる。
【００６８】
第１実施形態の切削装置では、カッタ移動装置１５は、非切削位置にあるカッタ１３を被切削面Ｓに接触する切削位置に移動可能であり、切削位置にあるカッタ１３を非切削位置に戻すカッタ戻し装置５２が設けられる。従って、カッタ移動装置１５により非切削位置にあるカッタ１３を被切削面Ｓに接触する切削位置に移動することで、カッタ１３を被切削面Ｓに接触して切削加工を行うことができ、カッタ１３による切削作業の終了後に、カッタ戻し装置５２により切削位置にあるカッタ３を非切削位置に容易に戻すことができる。
【００６９】
第１実施形態の切削装置では、カッタ戻し装置５２は、カッタ１３を非切削位置に戻す方向に作用する弾性力を持つ弾性部材としての引張コイルばねを有する。従って、別途、特別な駆動源を設ける必要がなく、簡単な構成でカッタ１３を非切削位置へ戻すことができる。
【００７０】
第１実施形態の切削装置では、カッタ１３は、円板形状をなす。従って、カッタ移動装置１５により回転駆動するカッタ１３を被切削面Ｓ側に移動するとき、カッタ１３は、連結ロッドの連結軸６６を中心に揺動して外周面が被切削面Ｓに接触する。このとき、カッタ１３の外周面により被切削面Ｓを適正に切削加工することができる。
【００７１】
第１実施形態の切削装置では、カッタ１３は、表面１３ａと裏面１３ｂが連結軸６６を中心とする球面形状をなす。従って、円板形状をなすカッタ１３の表面１３ａと裏面１３ｂが球面形状をなすことから、被切削面Ｓに対してカッタ１３が円滑に接触して切削加工することができる。そのため、カッタ１３は、被切削面Ｓから切削方向以外の応力が作用することが抑制され、カッタ３における無理な応力の発生を抑制し、破損を抑制することができる。
【００７２】
また、第１実施形態の切削方法にあっては、円板形状をなすカッタ１３を回転させる工程と、カッタ１３を非切削位置から被切削面Ｓに接触する切削位置に移動する工程と、カッタ１３を切削位置から非切削位置に移動する工程と、カッタ１３をカッタ１３の第１回転軸３４の方向に沿って所定距離だけ移動すると共に被切削面Ｓに対するカッタ１３の接触角度を変更する工程と、カッタ１３を非切削位置から切削位置に移動する工程とを有する。従って、本体１１を移動することなくカッタ１３の切削位置と切削角度θを変更して被切削面Ｓに対する切削加工を行うことができ、装置の小型化を可能とすることができる。
【００７３】
また、第１実施形態のロボットにあっては、多関節アーム９１の先端部に切削装置１０が装着される。従って、ロボット９０の多関節アーム９１を移動することなく、切削装置１０が被切削面Ｓに対する切削加工を行うことができ、装置の小型化を可能とすることができる。
【００７４】
なお、この第１実施形態では、カッタ１３を円板形状とすると共に、表面１３ａと裏面１３ｂを球面形状としたが、この形状に限定されるものではない。例えば、カッタを円板形状とすると共に、外周部を曲面断面形状や平面断面形状などとし、カッタを回転駆動したとき、外周部により被切削面を削って除去するものであってもよい。この場合、カッタの表面と裏面は、平面形状であるが、凸状または凹状の球面形状としてもよい。
【００７５】
［第２実施形態］
図１１は、第２実施形態の切削装置を表す正面図、図１２は、切削装置を表す側面図、図１３は、切削装置を表す平面図、図１４は、図１１のXIV−XIV断面図である。
【００７６】
第２実施形態において、図１１から図１４に示すように、切削装置１００は、第１本体１０１と、第２本体１０２と、支持体１０３と、カッタ１０４と、カッタ駆動装置１０５と、カッタ傾動装置１０６と、カッタ旋回装置１０７とを備える。
【００７７】
第１本体１０１は、設置部１１１と、背部１１２と、天井部１１３とを有する。設置部１１１は、環形状をなし、被切削面Ｓ上に設置される。背部１１２は、設置部１１１の周方向における一部から鉛直方向Ｚに沿って配置されるように固定される。天井部１１３は、設置部１１１と同様に、環形状をなし、背部１１２の上端部に固定される。そのため、第１本体１０１は、背部１１２の内空間に開口部１１４が形成される。
【００７８】
第２本体１０２は、第１本体１０１と同様に、設置部１２１と、背部１２２と、天井部１２３とを有する。設置部１２１は、環形状をなす。背部１２２は、設置部１２１の周方向における一部から鉛直方向Ｚに沿って配置されるように固定される。天井部１２３は、設置部１２１と同様に、環形状をなし、背部１２２の上端部に固定される。そのため、第２本体１０２は、背部１２２の内空間に開口部１２４が形成される。
【００７９】
なお、設置部１１１及び設置部１２１は、支持体１０３およびカッタ駆動装置１０５が傾動するとき、その傾動動作を邪魔しないように一部が切り欠かれていてもよい。また、設置部１１１及び設置部１２１の形状は円環形状に限らず、カッタ駆動装置１０５の形状に合わせた矩形環状などであってもよい。
【００８０】
第１本体１０１は、内側に第２本体１０２が配置される。第２本体１０２は、第１本体１０１に設けられた複数の軸受１１５により鉛直方向Ｚに沿う軸心により水平方向回りに回転自在に支持される。すなわち、第２本体１０２は、第１軸心Ｏ１を中心として第１本体１０１に対して回転自在に支持される。
【００８１】
支持体１０３は、第２本体１０２の内部で、鉛直方向Ｚに沿って配置される。支持体１０３は、軸部１３１と、支持部１３２とを有する。軸部１３１の下部に支持部１３２が一体に固定され、支持部１３２は、外面が第２本体１０２の球面支持部１２５により支持される。
【００８２】
カッタ駆動装置１０５は、エアモータであって、支持体１０３の上部に固定される。カッタ駆動装置１０５は、駆動軸（第１回転軸）１４０が鉛直方向Ｚの下方に設けられ、支持体１０３の内部を下方に貫通する、カッタ１０４は、駆動軸１４０の先端部に固定される。カッタ１０４は、中空の半球形状をなし、表面１０４ａと裏面１０４ｂが球面形状をなす。表面１０４ａと裏面１０４ｂの中心位置Ｏは、同様である。中空の半球形状をなすカッタ１０４は、先端部が中心位置Ｏより鉛直方向Ｚの下方まで所定長さだけ延出される。そのため、カッタ駆動装置１０５を駆動すると、カッタ１０４が鉛直方向Ｚに沿った第１軸心Ｏ１を中心として回転駆動することができる。
【００８３】
カッタ傾動装置１０６は、モータ１４１と、駆動シーブ１４２と、従動シーブ１４３と、無端のベルト１４４と、ねじ軸１４５と、移動体１４６と、リンク１４７とを有する。モータ１４１は、第２本体１０２のカッタ駆動装置１０５より第１水平方向Ｘにおける一方側に固定される。モータ１４１は、鉛直方向Ｚの上方に駆動軸１５１が設けられ、駆動軸１５１の先端部に駆動シーブ１４２が固定される。移動体１４６は、カッタ駆動装置１０５より第１水平方向Ｘに直交する第２水平方向Ｙにおける一方側に配置される。移動体１４６は、第２本体１０２に鉛直方向Ｚに沿って固定されたガイドレール１５２により鉛直方向Ｚに沿って移動自在に支持される。ねじ軸１４５は、第２本体１０２に回転自在に支持され、鉛直方向Ｚの上端部に従動シーブ１４３が固定される。ベルト１４４は、駆動シーブ１４２と従動シーブ１４３との間に掛け回される。また、移動体１４６は、ねじ軸１４５に螺合する。リンク１４７は、カッタ駆動装置１０５に対して第１水平方向Ｘにおける一方側と他方側にそれぞれ配置される。各リンク１４７は、一端部が移動体１４６に連結され、他端部が支持体１０３の軸部１３１に連結される。
【００８４】
そのため、支持体１０３が鉛直方向Ｚに沿って配置された状態で、モータ１４１を駆動すると、駆動軸１５１の回転力が駆動シーブ１４２、ベルト１４４、従動シーブ１４３を介してねじ軸１４５に伝達され、ねじ軸１４５を回転駆動することができる。ねじ軸１４５が回転駆動すると、ガイドレール１５２に支持された移動体１４６が鉛直方向Ｚの下方に移動し、リンク１４７を回動させる。すなわち、移動体１４６の下降に伴ってリンク１４７を介して支持体１０３およびカッタ駆動装置１０５が傾動し、カッタ１０４は、第１軸心Ｏ１に対して直交する水平な第２軸心Ｏ２を中心として所定角度だけ回転することができる。
【００８５】
カッタ旋回装置１０７は、モータであって、第２本体１０２の第１水平方向Ｘにおける他方側に固定される。カッタ旋回装置１０７は、鉛直方向Ｚにおける上方側に駆動軸１６１が設けられ、駆動軸１６１の先端部に駆動歯車１６２が固定される。第１本体１０１は、鉛直方向Ｚにおける上端部にラック１６３が形成される。駆動歯車１６２は、ラック１６３に噛み合う。そのため、カッタ旋回装置１０７を駆動すると、駆動軸１６１の回転力が駆動歯車１６２に伝達され、駆動歯車１６２がラック１６３に噛み合いながら回転する。すると、カッタ旋回装置１０７が搭載された第２本体１０２は、第１本体１０１に対して第１軸心Ｏ１を中心として所定角度だけ旋回することができる。
【００８６】
ここで、第２実施形態の切削装置１００による切削方法について説明する。
【００８７】
切削装置１００は、図示しないロボットの多関節アームに支持され、被切削面Ｓ上に配置される。この状態で、まず、カッタ駆動装置１０５を駆動すると、回転力が駆動軸１４０を介してカッタ１０４に伝達され、カッタ１０４が第１軸心Ｏ１を中心として回転駆動する。次に、カッタ傾動装置１０６にて、モータ１４１を駆動すると、回転力が駆動シーブ１４２、ベルト１４４、従動シーブ１４３を介してねじ軸１４５に伝達される。ねじ軸１４５が回転駆動すると、ねじ軸１４５に螺合する移動体１４６がガイドレール１５２に沿って下方に移動し、リンク１４７を回動させる。すると、図１２に２点鎖線で示すように、カッタ駆動装置１０５が第１軸心Ｏ１に対して傾動し、回転駆動するカッタ１０４は、第２軸心Ｏ２を中心として所定角度だけ回動し、被切削面Ｓを切削しながら進入する。
【００８８】
続いて、カッタ旋回装置１０７を駆動すると、回転力が駆動歯車１６２に伝達され、駆動歯車１６２がラック１６３に噛み合いながら回転する。ラック１６３は、第１本体１０１に固定されていることから、カッタ旋回装置１０７が搭載された第２本体１０２が第１本体１０１に対して第１軸心Ｏ１を中心として一方方向に所定角度α（例えば、９０度）だけ旋回する。すると、回転駆動するカッタ１０４は、第１軸心Ｏ１を中心として所定角度だけ回動し、被切削面Ｓを切削しながら進入する。また、カッタ旋回装置１０７を逆方向駆動すると、前述と同様に、カッタ旋回装置１０７が搭載された第２本体１０２が第１本体１０１に対して第１軸心Ｏ１を中心として他方方向に所定角度β（例えば、９０度）だけ旋回する。すると、回転駆動するカッタ１０４は、第１軸心Ｏ１を中心として所定角度だけ回動し、被切削面Ｓを切削しながら進入する。その結果、カッタ１０４が被切削面Ｓを切削加工することで、例えば、半球形状をなす破砕片を形成することができる。なお、被切削面Ｓに対するカッタ１０４の切削距離により、半球形状ではなく、皿形状をなす破砕片を形成することもできる。
【００８９】
このように第２実施形態の切削装置にあっては、第１本体１０１と、第２本体１０２と、第２本体１０２の長手方向に沿って配置される駆動軸（第１回転軸）１４０と、駆動軸１４０に連結されて表面１０４ａと裏面１０４ｂが球面形状をなすカッタ１０４と、駆動軸１４０を中心としてカッタ１０４を回転駆動するカッタ駆動装置１０５と、駆動軸１４０を介してカッタを揺動させるカッタ揺動装置としてのカッタ傾動装置１０６およびカッタ旋回装置１０７を備える。
【００９０】
従って、カッタ駆動装置１０５を駆動すると、駆動軸１４０を介して球面形状をなすカッタ１０４が回転駆動し、この状態で、カッタ傾動装置１０６によりカッタ１０４を傾動させると共に、カッタ旋回装置１０７によりカッタ１０４を旋回させると、球面形状をなすカッタ１０４が被切削面Ｓに対して回転駆動しながら揺動することで、カッタ１０４が被切削面Ｓに接触して切削加工を行うことができる。すなわち、第１本体１０１を移動することなくカッタ１０４の切削位置と切削角度を変更して被切削面Ｓに対する切削加工を行うことができる。その結果、装置の小型化を可能とすることができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０  切削装置
１１  本体
１２  第１支持体
１３  カッタ
１３ａ  表面
１３ｂ  裏面
１４  カッタ駆動装置
１５  カッタ移動装置
１６  第２支持体
１７  連結ロッド
１８  連結ロッド移動装置
２１，２２  開口
２３  開口部
２４  内面
３１  第１収容部
３２  第２収容部
３３  第３収容部
３４  第１回転軸
３５，３６  軸受
４１  モータ
４２  駆動シーブ
４３  従動シーブ
４４  ベルト
４５  駆動軸
５１  駆動ロッド
５２  カッタ戻し装置
６１  回転板
６２  回転板駆動装置
６３  第２回転軸
６４  軸受
６５  屈曲部
６６  連結軸（連結部）
６７  モータ
６８，６９  傘歯車
７０  駆動軸
９０  ロボット
９１  多関節アーム
９２  着脱装置
１００  切削装置
１０１  第１本体
１０２  第２本体
１０３  支持体
１０４  カッタ
１０４ａ  表面
１０４ｂ  裏面
１０５  カッタ駆動装置
１０６  カッタ傾動装置
１０７  カッタ旋回装置
１１１，１２１  設置部
１１２，１２２  背部
１１３，１２３  天井部
１１４，１２４  開口部
１１５  軸受
１２５  球面支持部
１３１  軸部
１３２  支持部
１４０  駆動軸（第１回転軸）
１４１  モータ
１４２  駆動シーブ
１４３  従動シーブ
１４４  ベルト
１４５  ねじ軸
１４６  移動体
１４７  リンク
１５１  駆動軸
１５２  ガイドレール
１６１  駆動軸
１６２  駆動歯車
１６３  ラック
θ  切削角度
θｓ  基準切削角度
Ｒ  円弧
Ｏ１  第１軸心
Ｏ２  第２軸心
Ｘ  第１水平方向
Ｙ  第２水平方向
Ｚ  鉛直方向
【図１】
2020122766.tif 000003
【図２】
2020122766.tif 000004
【図３】
2020122766.tif 000005
【図４】
2020122766.tif 000006
【図５】
2020122766.tif 000007
【図６】
2020122766.tif 000008
【図７】
2020122766.tif 000009
【図８】
2020122766.tif 000010
【図９】
2020122766.tif 000011
【図１０】
2020122766.tif 000012
【図１１】
2020122766.tif 000013
【図１２】
2020122766.tif 000014
【図１３】
2020122766.tif 000015
【図１４】
2020122766.tif 000016