(57)【要約】【課題】上下手段によって駆動されて加工手段が移動するとともに、カウンターバランス手段によって加工手段に対して力が加えることで上下手段にかかる負荷を軽減している加工装置において、加工手段の駆動時における消費電力の上昇を抑制する。【解決手段】加工手段３の上下動作時における加速又は減速、移動方向及び速度に対応し、カウンターバランス手段４２が加工手段３にかける力を調整することで、上下手段４が受ける負荷を低減し、上下手段４における消費電力を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物を加工する加工手段と、該加工手段を該保持手段に対して垂直方向に移動させる上下手段と、から構成される加工装置であって、
該上下手段は、該加工手段を上下移動させる動力源を含む駆動部と、該加工手段の上下移動を案内するガイド部と、該加工手段の重量に応じた力で該加工手段を持ち上げるカウンターバランス手段と、該加工手段の移動方向および速度を該駆動部に指令する第１の指令部と、で構成され、
該カウンターバランス手段は、流体が供給される供給口を備えたケースと該ケース内を摺動するピストンとで構成されるカウンター部と、該ケース内に供給される流体の圧力を調整するレギュレータと、該レギュレータに圧力値を指令する第２の指令部と、で構成され、
該駆動部によって駆動される該加工手段の上下移動を、該第１の指令部により指令された速度まで加速する加速領域と、該加速領域後に該第１の指令部により指令された速度によって移動する定速領域と、該定速領域から停止するまで減速する減速領域とで構成し、
上方向又は下方向の移動方向におけるそれぞれの該加速領域と該減速領域とに応じて該カウンターバランス手段に供給する圧力の圧力値を算出する算出部を備え、
該算出部によって算出された圧力値を該第２の指令部が該レギュレータに指令し、該レギュレータによって該カウンター部に供給する流体の圧力を調整することによって該駆動部の負荷を低減することを特徴とした加工装置。
【請求項２】
請求項１記載の加工装置において前記加工手段を上下に動作させる加工手段の動作制御方法であって、
前記第１の指令部が該加工手段の移動方向と速度とを前記駆動部に指令する第１の指令工程と、
該加工手段の前記加速領域と前記減速領域とにおける前記カウンターバランス手段に供給する流体の圧力値を該算出部が算出する算出工程と、
該算出工程によって算出された圧力値を該第２の指令部が前記レギュレータに指令する第２の指令工程と、
該第1の指令工程における指令に従い該駆動部が該加工手段を移動させるとともに、該レギュレータが該第２の指令工程において指令された圧力値によって該カウンター部に流体を供給する移動工程と、
によって該加工手段を上下に動作させる加工手段の動作制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下方向に移動する加工手段を有する加工装置及びその加工装置の動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種加工装置においては、加工用の工具を備えた加工手段が昇降することにより工具が被加工物に作用して加工が行われる構成のものがある。例えば、下記特許文献１に示した研削装置は、研磨工具を備えた加工手段が加工送り手段によって駆動されて昇降可能となっており、回転する研磨工具が降下して被加工物に押圧荷重をかけることにより、被加工物を研磨する構成となっている。
【０００３】
上記研磨装置には、加工手段に対して上方に力を加えることにより、加工手段の自重による加工送り手段への負荷を軽減相殺するカウンターバランス手段と呼ばれるものを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０３１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記加工装置においては、カウンターバランス手段によって加工手段に対して常に上向きの力が働いているため、加工手段の降下時には、この上昇させる方向の力が負荷となっており、負荷に反する方向に加工手段を駆動すると、消費電力が大きくなる。
【０００６】
また、加工終了時等、加工手段が上下方向に高速移動する場合は、慣性モーメントによって移動開始時にはより高い電力が必要となる。また、加工手段を所定位置に停止させる際にも、高い電力を使用することによって加工手段にブレーキをかけている。
【０００７】
本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、加工手段が移動するとともにカウンターバランス手段によって加工手段に対して力が加えられている加工装置において、加工手段の駆動時における消費電力の上昇を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第一の発明は、被加工物を保持する保持手段と、保持手段に保持された被加工物を加工する加工手段と、加工手段を保持手段に対して垂直方向に移動させる上下手段と、から構成される加工装置であって、上下手段は、加工手段を上下移動させる動力源を含む駆動部と、加工手段の上下移動を案内するガイド部と、加工手段の重量に応じた力で加工手段を持ち上げるカウンターバランス手段と、加工手段の移動方向および速度を駆動部に指令する第１の指令部と、で構成され、カウンターバランス手段は、流体が供給される供給口を備えたケースとケース内を摺動するピストンとで構成されるカウンター部と、ケース内に供給される流体の圧力を調整するレギュレータと、レギュレータに圧力値を指令する第２の指令部と、で構成され、駆動部によって駆動される加工手段の上下移動を、第１の指令部により指令された速度まで加速する加速領域と、加速領域後に第１の指令部により指令された速度によって移動する定速領域と、定速領域から停止するまで減速する減速領域とで構成し、上方向又は下方向の移動方向におけるそれぞれの加速領域と減速領域とに応じてカウンターバランス手段に供給する圧力の圧力値を算出する算出部を備え、算出部によって算出された圧力値を第２の指令部がレギュレータに指令し、レギュレータによってカウンター部に供給する流体の圧力を調整することによって駆動部の負荷を低減することを特徴とする。
【０００９】
第二の発明は、上記加工装置において前記加工手段を上下に動作させる加工手段の動作制御方法であって、前記第１の指令部が加工手段の移動方向と速度とを前記駆動部に指令する第１の指令工程と、加工手段の前記加速領域と前記減速領域とにおける前記カウンターバランス手段に供給する流体の圧力値を算出部が算出する算出工程と、算出工程によって算出された圧力値を第２の指令部が前記レギュレータに指令する第２の指令工程と、第1の指令工程における指令に従い駆動部が加工手段を移動させるとともに、レギュレータが第２の指令工程において指令された圧力値によってカウンター部に流体を供給する移動工程と、によって加工手段を上下に動作させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、加工手段の上下動作時における加速及び減速に対応し、カウンターバランス手段が加工手段にかける力を調整することで、加工手段を上下方向に駆動する上下手段が受ける負荷を低減することができる。したがって、上下手段の消費電力を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】加工装置の構成の一例を模式的に示す側面図である。
【図２】加工装置の構成の一例を模式的に示す正面図である。
【図３】加工手段の動作例を示すグラフである。
【図４】加工手段の降下時及び上昇時にカウンター部に加える従来の圧力の推移を示すグラフである。
【図５】加工手段の降下時にカウンター部に加える圧力の推移を示すグラフである。
【図６】加工手段の上昇時にカウンター部に加える圧力の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に示す加工装置１は、被加工物Ｗを保持する保持手段２と、保持手段２に保持された被加工物を研削加工する加工手段３と、加工手段３を保持手段２に対して垂直方向に移動させる上下手段４とを備えている。
【００１３】
保持手段２は、図示しない吸引源に連通するポーラス部材２０を備えており、ポーラス部材２０において被加工物Ｗを吸引保持することができる。また、保持手段２は、回転可能となっている。
【００１４】
加工手段３は、鉛直方向の軸心を有する回転軸３０と、回転軸３０を回転可能に支持するハウジング３１と、回転軸３０の下端に連結されたホイールマウント３２と、ホイールマウント３２に装着された研削ホイール３３と、回転軸３０を回転駆動する図示しないモータとを備えている。研削ホイール３３には、円環状に固着された複数の研削砥石３４を備えている。
【００１５】
上下手段４は、加工装置１の基台１ａから立設されたコラム１ｂにおいて、加工手段３を上下移動させる動力源を含む駆動部４０と、加工手段３の上下移動を案内するガイド部４１と、加工手段３の重量に応じた力で加工手段３を持ち上げるカウンターバランス手段４２と、加工手段３の移動方向および速度を駆動部４０に指令する第１の指令部４３とで構成される。
【００１６】
駆動部４０は、鉛直方向の軸心を有するボールネジ４００と、ボールネジ４００の上端部に連結されたサーボモータ４０１と、ボールネジ４００に螺合するとともに一端部が加工手段３のハウジング３１に連結された昇降部材４０２とを備え、サーボモータ４０１に駆動されてボールネジ４００が回動するのにともない昇降部材４０２が昇降し、昇降部材４０２に連結された加工手段３が昇降する構成となっている。
【００１７】
ガイド部４１は、コラム１ｂの前面に形成されボールネジ４００と平行に配設されたガイドレール４１０と、ガイドレール４１０に摺接するとともに一端部が加工手段３のハウジング３１に連結された摺接部４１１とから構成されている。
【００１８】
カウンターバランス手段４２は、流体が供給される供給口４２０ａを備えたケース４２０ｂとケース４２０ｂ内を摺動するピストン４２０ｃとで構成されるカウンター部４２０と、ケース４２０ｂに流体を送り込む供給源４２１と、ケース４２０内に供給される流体の圧力を調整するレギュレータ４２２と、上端部がピストン４２０ｃに連結されているとともに下端部が加工手段３のハウジング３１の側面に連結されピストン４２０ｃとともに上下動可能な調整部４２３と、レギュレータ４２２に圧力値を指令する第２の指令部４２４とを備えている。第２の指令部４２４には、レギュレータ４２２に指令する圧力値を算出する算出部４２５が接続されている。図２に示すように、調整部４２３はハウジング３１の両側に配設されている。
【００１９】
このように構成される加工装置１において、保持手段２に保持された被加工物Ｗを研削加工する際には、保持手段２が回転するとともに、回転軸３０が回転して研削ホイール３３３を回転させる。そして、上下手段４を構成するサーボモータ４０１がボールネジ４００を回動させることにより加工手段３を降下させていき、回転する研削砥石３４を被加工物Ｗの上面に接触させて押圧する。
【００２０】
図３に示すように、被加工物Ｗの研削加工時の加工手段３の高さ位置は、加工準備段階において、最も上方の待機位置に位置する状態から研削砥石３４が被加工物Ｗに接触する直前まで降下する。このとき、加工手段３の移動速度は、最初に加速され、定速移動を経て減速する。
【００２１】
次に、さらに降下速度を低下させ、研削砥石３４が被加工物Ｗに接触するまでのエアーカット段階となる。エアーカット段階においては、研削砥石３４が実際に被加工物Ｗに接触するまで、加工手段３を引き続き減速させる。
【００２２】
研削砥石３４が被加工物Ｗに接触すると、加工手段３の降下速度を一定とする第１の研削段階に移行し、実際の研削を開始する。そして、第１の研削段階の後の第２の研削段階では、加工手段３の降下速度をさらに減速させる。第２の研削段階の終了により、実際の研削は終了する。
【００２３】
第２の研削段階終了後は、加工手段３を上昇させるエスケープカット段階となる。エスケープカット段階においては、加工手段３が上昇に転じる。
【００２４】
エスケープカット段階の終了後は、加工手段３を元の位置に戻すために上昇させる上昇退避段階となる。上昇退避段階では、加工手段３が最初に加速され、定速移動を経て減速し、停止する。
【００２５】
上記いずれの段階においても、駆動部４０には加工手段３の自重により負荷がかかっているため、カウンターバランス手段４２は、レギュレータ４２２によってカウンター部４２０に供給する流体の圧力を調整して加工手段３に上向きの力を加えることで、駆動部４０の負荷を低減する。
【００２６】
加工手段３の降下時及び上昇時においては、駆動部４０によって駆動される加工手段３の上下移動は、図４に示すように、第１の指令部４３により指令された速度まで加速する加速移動時の時間領域（加速領域）と、加速移動後に第１の指令部４３により指令された一定の速度によって移動する定速移動を行う間の時間領域（定速領域）と、定速移動から停止するまで減速する減速移動時の時間領域（減速領域）とに大別される。
【００２７】
加工手段３の降下時に、図４に示すように、図１に示したカウンター部４２０に供給する圧力の値（以下、「圧力値」という。）を常に一定にした場合は、駆動部４０を駆動するための駆動電流の値（以下、「電流値」という。）は、加速領域の最初に急激に上昇して、消費電力が大きくなる。加速領域では、その後、電流値が一定となり、最後に低下する。そして、定速領域に入ると、電流値が一定の値となり、減速領域では、電流値が上昇した後に一定となり、最後に電流値が低下する。
【００２８】
一方、加工手段３の上下移動における移動方向並びに加速及び減速に対応して圧力値を制御することにより、上下手段４にかかる負荷を減少させ、電流値の上昇を抑制することができる。
【００２９】
（１）第１の指令工程
被加工物Ｗの研削加工を開始する前に、第１の指令部４３は、加工手段３の移動方向及び速度、例えば、図３における加工準備段階では、図５に示す加工手段３の時間と高さ位置との関係を駆動部４０に指令する。具体的には、最初に一定の割合で降下速度を加速し（加速領域）、低速での降下を一定時間続け（定速領域）、その後一定の割合で減速しながら降下する（減速領域）という加工手段３の移動方向及び速度を駆動部４０に指令する。
【００３０】
（２）算出工程
算出部４２５は、第１の指令部４３から出る指令に基づき、加工手段３の上方向もしくは下方向の移動方向におけるそれぞれの加速領域と減速領域に応じて、カウンター部４２０に供給する流体の圧力値を算出する。加速領域及び減速領域における圧力値の算出にあたっては、加工手段３の移動方向、速度、加速か減速かといった各要素を考慮する。図５の例では、加速領域において最初に圧力値を低下させ、その後、定速領域の終了まで圧力値を一定とし、減速領域では圧力値を急激に上昇させ、その後、圧力値を一定とする。
【００３１】
図５に示すように、加速領域においては、降下開始時は、カウンター部４２０に供給する流体の圧力を低下させることにより、降下時の上向きの負荷を弱め、駆動電流の急激な上昇を抑制することができる。一方、減速領域では、上昇開始時は、カウンター部４２０に供給する流体の圧力を高めることで、上昇の加速を行いやすくし、電流値を抑制することができる。
【００３２】
（３）第２の指令工程
上記のようにして算出工程において算出された圧力値は、第２の指令部４２４によってレギュレータ４２２に指令される。レギュレータ４２２には、第２の指令部４２４から送られた情報に基づき、実際の研削加工時にカウンター部４２０を制御する。
【００３３】
（４）移動工程
加工手段３は、第１の指令工程において指令された制御によって、図３に示したように上下移動を行う。一方、レギュレータ４２２は、第２の指令工程で指令を受けた内容に基づき、カウンター部４２０に流体を供給する。そうすると、図５に示したように、圧力が制御される。このようにして、圧力が制御されるとともに加工手段３が上下移動を行うと、加工手段３の移動時の負荷が軽減されるため、図４に示した圧力値を一定にした場合よりも電流値の上昇を抑制することができるため、消費電力を抑制することができる。
【００３４】
なお、図３における上昇退避段階では、加工準備段階とは加工手段３の移動方向が異なり、図６に示すように、最初に一定の割合で上昇速度を加速し（加速領域）、定速での上昇を一定時間続け（定速領域）、その後一定の割合で減速しながら上昇する（減速領域）という加工手段３の移動方向及び速度を、第１の指令部４３が駆動部４０に指令する。
【００３５】
そうすると、算出部４２５では、電流値の上昇を抑制するための最適な圧力値が図６に示すように推移するように算出する。具体的には、加速領域の最初において急激に圧力値を上昇させた後、定速領域の終了まで圧力値を一定とし、減速領域では圧力値を急激に降下させ、その後、圧力値を一定とする。このようにして、上昇退避段階における消費電力を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１：加工装置
２：保持手段  ２０：ポーラス部材
３：加工手段
３０：回転軸  ３１：ハウジング  ３２：ホイールマウント  ３３：研削ホイール
３４：研削砥石
４：上下手段
４０：駆動部
４００：ボールネジ  ４０１：サーボモータ  ４０２：昇降部材
４１：ガイド部
４１０：ガイドレール  ４１１：摺接部
４２：カウンターバランス手段
４２０：カウンター部  ４２０ａ：供給口  ４２０ｂ：ケース  ４２０ｃ：ピストン
４２１：供給源  ４２２：レギュレータ  ４２３：調整部  ４２４：第２の指令部
４２５：算出部
４３：第１の指令部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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