(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドルに固定され、軸心を中心に回転駆動され、軸方向に延びるブラシ状砥石を保持する仕上げ砥石ブラシであって、
前記ブラシ状砥石は、外周面が円筒形に束ねられた複数の線状砥材と、該線状砥材の末端部を保持し前記線状砥材の中心軸と同軸に位置する円筒形保持部と、を有しており、
前記仕上げ砥石ブラシは、先端部に前記線状砥材を通しその外周面に密着する拡径防止孔が設けられたブラシスリーブを有し、
さらに、前記ブラシ状砥石の軸心を前記スピンドルの回転軸に一致させて内部に収容するブラシホルダと、
前記ブラシ状砥石を前記ブラシホルダに位置調整可能に固定する締結部材と、を備え、
前記ブラシホルダは、その先端が開口した第１中空円筒軸を有し、
該第１中空円筒軸には、前記ブラシ状砥石を同軸に収容する第１中空円筒孔と、その側面に軸方向に延び内部と外部を連通する第１長穴とが設けられており、
前記円筒形保持部には軸線に直交する雌ねじ穴が設けられており、
前記ブラシスリーブは、前記第１中空円筒軸の先端部を同軸に収容する第２中空円筒孔を有しその末端が開口したアウタースリーブであり、該アウタースリーブの側面に前記第１長穴と整合して位置し内部と外部を連通する第２長穴が設けられており、
前記締結部材は、前記仕上げ砥石ブラシの軸線まわりの不釣合い量を低減する低頭ねじ部材であり、該低頭ねじ部材は、前記雌ねじ穴と螺合する固定用雄ねじ部を有し、該固定用雄ねじ部を前記第２長穴と前記第１長穴の両方を通して、前記アウタースリーブ及び前記ブラシホルダを前記円筒形保持部に締め付けて固定する、ことを特徴とする仕上げ砥石ブラシ。
【請求項２】
スピンドルに固定され、軸心を中心に回転駆動され、軸方向に延びるブラシ状砥石を保持する仕上げ砥石ブラシであって、
前記ブラシ状砥石は、外周面が円筒形に束ねられた複数の線状砥材と、該線状砥材の末端部を保持し前記線状砥材の中心軸と同軸に位置する円筒形保持部と、を有しており、
前記仕上げ砥石ブラシは、先端部に前記線状砥材を通しその外周面に密着する拡径防止孔が設けられたブラシスリーブを有し、
さらに、前記ブラシ状砥石の軸心を前記スピンドルの回転軸に一致させて内部に収容するブラシホルダと、
前記ブラシ状砥石を前記ブラシホルダに位置調整可能に固定する締結部材と、を備え、
前記ブラシホルダは、その先端が開口した第１中空円筒軸を有し、
該第１中空円筒軸には、前記ブラシ状砥石を同軸に収容する第１中空円筒孔と、その側面に軸方向に延び内部と外部を連通する第１長穴とが設けられており、
前記円筒形保持部には軸線に直交する雌ねじ穴が設けられており、
前記第１中空円筒軸には、その先端部外面に第１雄ねじ部が設けられており、
前記ブラシスリーブは、前記第１中空円筒軸を同軸に収容する第２中空円筒孔を有しその末端が開口したアウターキャップであり、
前記アウターキャップは、その開口側内面に設けられ前記第１雄ねじ部と螺合する第１雌ねじ部を有しており、
前記締結部材は、前記仕上げ砥石ブラシの軸線まわりの不釣合い量を低減する低頭ねじ部材であり、該低頭ねじ部材は、前記雌ねじ穴と螺合する固定用雄ねじ部を有し、該固定用雄ねじ部を前記第１長穴のみを通して、前記ブラシホルダを前記円筒形保持部に締め付けて固定する、ことを特徴とする仕上げ砥石ブラシ。
【請求項３】
スピンドルに固定され、軸心を中心に回転駆動され、軸方向に延びるブラシ状砥石を保持する仕上げ砥石ブラシであって、
前記ブラシ状砥石は、外周面が円筒形に束ねられた複数の線状砥材と、該線状砥材の末端部を保持し前記線状砥材の中心軸と同軸に位置する円筒形保持部と、を有しており、
前記仕上げ砥石ブラシは、先端部に前記線状砥材を通しその外周面に密着する拡径防止孔が設けられたブラシスリーブを有し、
さらに、前記ブラシ状砥石の軸心を前記スピンドルの回転軸に一致させて内部に収容するブラシホルダと、
前記ブラシ状砥石を前記ブラシホルダに位置調整可能に固定する締結部材と、を備え、
前記ブラシホルダは、その先端が開口した第１中空円筒軸を有し、
該第１中空円筒軸には、前記ブラシ状砥石を同軸に収容する第１中空円筒孔と、その側面に軸方向に延び内部と外部を連通する第１長穴と、前記第１中空円筒孔の先端側内面に位置する第２雌ねじ部とが設けられており、
前記ブラシスリーブは、末端側に前記第２雌ねじ部と螺合する第２雄ねじ部を有するインナーキャップであり、
前記締結部材は、前記円筒形保持部の末端面と前記第１中空円筒孔の末端面との間に挟持されその間で回転力を伝達するトルク伝達部材と、前記インナーキャップと前記円筒形保持部との間に挟持され前記円筒形保持部を前記トルク伝達部材に向けて軸方向に付勢する圧縮ばねと、からなる、ことを特徴とする仕上げ砥石ブラシ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の仕上げ砥石ブラシを用い、前記ブラシ状砥石をその軸心を中心に回転駆動し、かつ仕上げ箇所に軸方向に力制御で押し付け、前記ブラシ状砥石の端面の拡大を防止しながら前記仕上げ箇所を仕上げる、ことを特徴とする力制御仕上げ加工方法。
【請求項５】
ワークの前記仕上げ箇所はギヤ歯のエッジであり、
（Ａ）計測ピンを位置と力のハイブリッド制御で動作させ、ギヤ歯間の曲面に倣わせて前記ギヤ歯のエッジ位置を計測し、これを事前に取得しておいた位置データと比較し、前記ワークを回転させて前記エッジ位置を粗く決める粗探索ステップと、
（Ｂ）次いで、前記ギヤ歯に対して、前記計測ピンを力制御で接触させて前記エッジ位置を再度計測し、これを事前に取得しておいた前記位置データと比較し、前記エッジ位置を精密に決める精密探索ステップと、を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の力制御仕上げ加工方法。
【請求項６】
ワークの前記仕上げ箇所は、ギヤ歯のエッジのうち、鈍角のエッジを有し位置ずれに敏感な箇所である、ことを特徴とする請求項４に記載の力制御仕上げ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工ロボットによりワークを仕上げ加工するための仕上げ砥石ブラシと力制御仕上げ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
仕上げ加工とは、一般的には鋳造や機械加工後のワークを、手作業によって図面で規定される所定の形状や表面粗さに調整する作業であり、バリ取り、面取り、Ｒ付け、ブレンド、磨きなど多様な工程が含まれる。
仕上げ加工の中でも、複雑形状部品や精密部品の仕上げは、熱処理による部品の形状変化などの理由により自動化が難しく、熟練作業者の経験や技能に依存せざるをえない作業である。
そのため、作業者の熟練度に応じて仕上げ後のワーク品質がばらつく問題が生じる。
【０００３】
この問題を解決するため、ロボットアームの手先に仕上げ工具を取り付け、加工経路に沿って動作させてワークを仕上げ加工することが既に提案されている。
この場合、仕上げ工具として、スピンドルに固定され、軸心を中心に回転駆動され、軸方向に延びるブラシ状砥石を保持する工具が用いられる。かかる工具（以下、「砥石ブラシ」と呼ぶ）は、例えば特許文献１〜６に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５０９６７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２０５１０号公報
【特許文献３】特開２００３−１３６４１３号公報
【特許文献４】特開２００２−２５４２７７号公報
【特許文献５】特開２００２−２１９６５６号公報
【特許文献６】特開２０００−２１０８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えばワークの仕上げ箇所が、ギヤ歯の歯面である場合、その仕上げ箇所の近傍（例えば４〜６ｍｍ離れた位置）に非加工部が存在する場合がある。この場合、従来の砥石ブラシは、外周面が円筒形に束ねられた複数の線状砥材を有し、軸心を中心に高速（例えば１万ｒｐｍ以上）で回転駆動すると遠心力によりブラシ状砥石の端面が拡大する。また、拡大時の端面直径がブラシの突き出し長さや、回転速度によって変動する。
そのため、仕上げ箇所の近傍に非加工部が存在する場合、遠心力によりブラシ状砥石の端面が拡大し非加工部を加工してしまうため、従来の砥石ブラシの適用が困難であった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、軸心を中心に仕上げ砥石ブラシを高速（例えば１万ｒｐｍ以上）で回転駆動しても、線状砥材の遠心力による拡大を防止することができる仕上げ砥石ブラシと力制御仕上げ加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、スピンドルに固定され、軸心を中心に回転駆動され、軸方向に延びるブラシ状砥石を保持する仕上げ砥石ブラシであって、
前記ブラシ状砥石は、外周面が円筒形に束ねられた複数の線状砥材と、該線状砥材の末端部を保持し前記線状砥材の中心軸と同軸に位置する円筒形保持部と、を有しており、
前記仕上げ砥石ブラシは、先端部に前記線状砥材を通しその外周面に密着する拡径防止孔が設けられたブラシスリーブを有し、
さらに、前記ブラシ状砥石の軸心を前記スピンドルの回転軸に一致させて内部に収容するブラシホルダと、
前記ブラシ状砥石を前記ブラシホルダに位置調整可能に固定する締結部材と、を備え、
前記ブラシホルダは、その先端が開口した第１中空円筒軸を有し、
該第１中空円筒軸には、前記ブラシ状砥石を同軸に収容する第１中空円筒孔と、その側面に軸方向に延び内部と外部を連通する第１長穴とが設けられており、
前記円筒形保持部には軸線に直交する雌ねじ穴が設けられており、
前記ブラシスリーブは、前記第１中空円筒軸の先端部を同軸に収容する第２中空円筒孔を有しその末端が開口したアウタースリーブであり、該アウタースリーブの側面に前記第１長穴と整合して位置し内部と外部を連通する第２長穴が設けられており、
前記締結部材は、前記仕上げ砥石ブラシの軸線まわりの不釣合い量を低減する低頭ねじ部材であり、該低頭ねじ部材は、前記雌ねじ穴と螺合する固定用雄ねじ部を有し、該固定用雄ねじ部を前記第２長穴と前記第１長穴の両方を通して、前記アウタースリーブ及び前記ブラシホルダを前記円筒形保持部に締め付けて固定する、ことを特徴とする仕上げ砥石ブラシが提供される。
【００１１】
また本発明によれば、スピンドルに固定され、軸心を中心に回転駆動され、軸方向に延びるブラシ状砥石を保持する仕上げ砥石ブラシであって、
前記ブラシ状砥石は、外周面が円筒形に束ねられた複数の線状砥材と、該線状砥材の末端部を保持し前記線状砥材の中心軸と同軸に位置する円筒形保持部と、を有しており、
前記仕上げ砥石ブラシは、先端部に前記線状砥材を通しその外周面に密着する拡径防止孔が設けられたブラシスリーブを有し、
さらに、前記ブラシ状砥石の軸心を前記スピンドルの回転軸に一致させて内部に収容するブラシホルダと、
前記ブラシ状砥石を前記ブラシホルダに位置調整可能に固定する締結部材と、を備え、
前記ブラシホルダは、その先端が開口した第１中空円筒軸を有し、
該第１中空円筒軸には、前記ブラシ状砥石を同軸に収容する第１中空円筒孔と、その側面に軸方向に延び内部と外部を連通する第１長穴とが設けられており、
前記円筒形保持部には軸線に直交する雌ねじ穴が設けられており、
前記第１中空円筒軸には、その先端部外面に第１雄ねじ部が設けられており、
前記ブラシスリーブは、前記第１中空円筒軸を同軸に収容する第２中空円筒孔を有しその末端が開口したアウターキャップであり、
前記アウターキャップは、その開口側内面に設けられ前記第１雄ねじ部と螺合する第１雌ねじ部を有しており、
前記締結部材は、前記仕上げ砥石ブラシの軸線まわりの不釣合い量を低減する低頭ねじ部材であり、該低頭ねじ部材は、前記雌ねじ穴と螺合する固定用雄ねじ部を有し、該固定用雄ねじ部を前記第１長穴のみを通して、前記ブラシホルダを前記円筒形保持部に締め付けて固定する、ことを特徴とする仕上げ砥石ブラシが提供される。
【００１２】
また本発明によれば、スピンドルに固定され、軸心を中心に回転駆動され、軸方向に延びるブラシ状砥石を保持する仕上げ砥石ブラシであって、
前記ブラシ状砥石は、外周面が円筒形に束ねられた複数の線状砥材と、該線状砥材の末端部を保持し前記線状砥材の中心軸と同軸に位置する円筒形保持部と、を有しており、
前記仕上げ砥石ブラシは、先端部に前記線状砥材を通しその外周面に密着する拡径防止孔が設けられたブラシスリーブを有し、
さらに、前記ブラシ状砥石の軸心を前記スピンドルの回転軸に一致させて内部に収容するブラシホルダと、
前記ブラシ状砥石を前記ブラシホルダに位置調整可能に固定する締結部材と、を備え、
前記ブラシホルダは、その先端が開口した第１中空円筒軸を有し、
該第１中空円筒軸には、前記ブラシ状砥石を同軸に収容する第１中空円筒孔と、その側面に軸方向に延び内部と外部を連通する第１長穴と、前記第１中空円筒孔の先端側内面に位置する第２雌ねじ部とが設けられており、
前記ブラシスリーブは、末端側に前記第２雌ねじ部と螺合する第２雄ねじ部を有するインナーキャップであり、
前記締結部材は、前記円筒形保持部の末端面と前記第１中空円筒孔の末端面との間に挟持されその間で回転力を伝達するトルク伝達部材と、前記インナーキャップと前記円筒形保持部との間に挟持され前記円筒形保持部を前記トルク伝達部材に向けて軸方向に付勢する圧縮ばねと、からなる、ことを特徴とする仕上げ砥石ブラシが提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、上記の仕上げ砥石ブラシを用い、前記ブラシ状砥石をその軸心を中心に回転駆動し、かつ仕上げ箇所に軸方向に力制御で押し付け、前記ブラシ状砥石の端面の拡大を防止しながら前記仕上げ箇所を仕上げる、ことを特徴とする力制御仕上げ加工方法が提供される。
【００１４】
ワークの前記仕上げ箇所はギヤ歯のエッジであり、
（Ａ）計測ピンを位置と力のハイブリッド制御で動作させ、ギヤ歯間の曲面に倣わせて前記ギヤ歯のエッジ位置を計測し、これを事前に取得しておいた位置データと比較し、前記ワークを回転させて前記エッジ位置を粗く決める粗探索ステップと、
（Ｂ）次いで、前記ギヤ歯に対して、前記計測ピンを力制御で接触させて前記エッジ位置を再度計測し、これを事前に取得しておいた前記位置データと比較し、前記エッジ位置を精密に決める精密探索ステップと、を有する。
【００１５】
ワークの前記仕上げ箇所は、ギヤ歯のエッジのうち、鈍角のエッジを有し位置ずれに敏感な箇所である。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明の装置と方法によれば、仕上げ砥石ブラシは、先端部にブラシ状砥石の線状砥材を通しその外周面に密着する拡径防止孔が設けられたブラシスリーブを有している。これにより、軸心を中心に仕上げ砥石ブラシを高速（例えば１万ｒｐｍ以上）で回転駆動しても、線状砥材の遠心力による拡大を拡径防止孔により防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の仕上げ砥石ブラシの第１実施形態図である。
【図２】図１のブラシスリーブの詳細図である。
【図３】図１の仕上げ砥石ブラシの組立説明図である。
【図４】本発明の仕上げ砥石ブラシの第２実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明の仕上げ砥石ブラシの第３実施形態を示す断面図である。
【図６】精密仕上げロボットシステムの全体構成図である。
【図７】ワークであるベベルギヤの一部を示す模式図である。
【図８】ギヤエッジ取りの場合の位置ずれの影響を示す模式図である。
【図９】ギヤ歯の位置決め動作の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明の仕上げ砥石ブラシ１０の第１実施形態図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
また、図２は図１のブラシスリーブ６の詳細図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ矢視図である。
さらに図３は、図１の仕上げ砥石ブラシ１０の組立説明図である。
【００２１】
図１において、本発明の仕上げ砥石ブラシ１０は、スピンドル２０ｂ（後述する図６参照）に固定され、軸心Ｚ−Ｚを中心に回転駆動され、軸方向に延びるブラシ状砥石１を保持する仕上げ用の砥石ブラシである。
【００２２】
図３に示すように、ブラシ状砥石１は、外周面が円筒形に束ねられた複数の線状砥材２と、線状砥材２の末端部（図で右端部）を保持し線状砥材２の中心軸と同軸に位置する円筒形保持部３とを有する。
【００２３】
線状砥材２は、例えばアルミナ繊維製砥石からなる線材である。線状砥材２の直径及び本数は任意である。複数の線状砥材２は隙間なく密に束ねられている。複数の線状砥材２は、互いに密着しており、その隙間は空洞になっている。なおこの空洞に接着剤を充填し互いに強固に連結してもよい。
【００２４】
円筒形保持部３は、円筒形状の金属部材であり、その一端（図で左端）に線状砥材２の末端部を収容する中空円筒部を有する。この中空円筒部のかしめ等により、複数の線状砥材２の末端部を強固に固定している。なお、かしめ以外の接着や一体成形等で固定してもよい。
【００２５】
複数の線状砥材２の全体の外径ｄは、例えば約６ｍｍ（４〜８ｍｍ）、円筒形保持部３からの自由長さＬ１は、例えば約３０ｍｍである。
また、円筒形保持部３の外径Ｄは、例えば約８ｍｍ（６〜１０ｍｍ）、円筒形保持部３の長さＬ２は、例えば約１０ｍｍである。
【００２６】
この例において、円筒形保持部３には軸線に直交する雌ねじ穴３ａが設けられている。雌ねじ穴３ａは貫通していることが好ましい。雌ねじ穴３ａの大きさは、例えばＭ２．４〜Ｍ３．０である。
【００２７】
図３に示すように、本発明の仕上げ砥石ブラシ１０は、さらに、ブラシホルダ４を備える。
【００２８】
ブラシホルダ４は、ブラシ状砥石１の軸心をスピンドル２０ｂの回転軸に一致させて内部に収容する。
図３において、ブラシホルダ４は、その先端（図で左端）が開口した第１中空円筒軸４ａと、第１中空円筒軸４ａと同軸かつ一体に形成され末端側（図で右側）に延びる中実円筒形の固定軸４ｂとを有する。固定軸４ｂはスピンドル２０ｂの回転軸に固定できるようになっている。
この例において、第１中空円筒軸４ａには、ブラシ状砥石１を同軸に収容する第１中空円筒孔５ａと、その側面に軸方向に延び内部と外部を連通する第１長穴５ｂとが設けられている。
第１中空円筒孔５ａの内径は、円筒形保持部３の外径Ｄよりもわずかに大きく、ブラシ状砥石１を同軸に保持したまま軸方向に移動可能になっている。
また、第１長穴５ｂの幅は、後述する低頭ねじ部材９Ａの固定用雄ねじ部９ｂが通り、頭部９ａが通らない大きさに設定されている。
【００２９】
本発明の仕上げ砥石ブラシ１０は、先端部にブラシ状砥石１の線状砥材２を通しその外周面に密着する拡径防止孔７が設けられたブラシスリーブ６を有する。拡径防止孔７は軸方向に延びる貫通穴である。
ブラシスリーブ６は、ブラシホルダ４の先端側（図で左端側）に着脱可能に固定されている。
【００３０】
図１〜３において、ブラシスリーブ６の外径は、ワークＷの仕上げ箇所に隣接する非加工部に干渉しない大きさに設定されている。ブラシスリーブ６の外径は、例えば約１２ｍｍ（１０〜１４ｍｍ）である。
拡径防止孔７の内径は、この例では、複数の線状砥材２の全体の外径ｄよりもわずかに大きく、線状砥材２の全体を通しその外周面に密着する大きさに設定されている。拡径防止孔７の内径は、例えば約６．２ｍｍ（４．２〜８．２ｍｍ）である。
なお、線状砥材２の間に隙間がある場合は、複数の線状砥材２が通る限りで、拡径防止孔７の内径を複数の線状砥材２の全体の外径ｄと同一、又は、それより小さくしてもよい。
【００３１】
この例において、ブラシスリーブ６は、第１中空円筒軸４ａを同軸に収容する第２中空円筒孔８ａを有しその末端が開口したアウタースリーブ６Ａである。アウタースリーブ６Ａの側面には、第１長穴５ｂと整合して位置し内部と外部を連通する第２長穴８ｂが設けられている。
【００３２】
図２に示すように、この例において、第２長穴８ｂが設けられているアウタースリーブ６Ａの側面に、平面部８ｃが設けられている。
この平面部８ｃは、後述する低頭ねじ部材９Ａの頭部９ａが均等に密着する幅を有する。
【００３３】
本発明の仕上げ砥石ブラシ１０は、さらにブラシ状砥石１をブラシホルダ４に位置調整可能に固定する締結部材９を備える。
この例において、締結部材９は、仕上げ砥石ブラシ１０の軸線まわりの不釣合い量を低減する低頭ねじ部材９Ａである。低頭ねじ部材９Ａは、ねじの頭部９ａが薄く構成され、仕上げ砥石ブラシ１０の軸線まわりの不釣合い量の増加を最低限に抑えている。
また、締結部材９による不釣合い量の増加分を、アウタースリーブ６Ａの第１長穴５ｂと平面部８ｃによる減量により低減し、仕上げ砥石ブラシ１０の軸線まわりの動バランスを調整している。
【００３４】
この例において、締結部材９（低頭ねじ部材９Ａ）は、雌ねじ穴３ａと螺合する固定用雄ねじ部９ｂを有する。
この構成により、低頭ねじ部材９Ａは、固定用雄ねじ部９ｂを第２長穴８ｂと第１長穴５ｂの両方を通して、アウタースリーブ６Ａ及びブラシホルダ４を円筒形保持部３に締め付けて固定する。
【００３５】
上述した第１実施形態の構成により、ブラシ状砥石１をその軸心Ｚ−Ｚを中心に回転駆動し、かつ仕上げ箇所に軸方向に力制御で押し付け、ブラシ状砥石１の端面の拡大を防止しながら仕上げ箇所を仕上げることができる。
【００３６】
図４は、本発明の仕上げ砥石ブラシ１０の第２実施形態を示す断面図である。
この例において、第１中空円筒軸４ａには、その先端部外面（図で左端）に第１雄ねじ部５ｃが設けられている。
ブラシスリーブ６は、第１中空円筒軸４ａの先端部を同軸に収容する第２中空円筒孔８ａを有しその末端が開口したアウターキャップ６Ｂである。
アウターキャップ６Ｂは、その開口側内面に第１雌ねじ部８ｄを有している。第１雌ねじ部８ｄは、第１雄ねじ部５ｃと螺合する。
この例において、低頭ねじ部材９Ａは、固定用雄ねじ部９ｂを第１長穴５ｂのみを通して、ブラシホルダ４を円筒形保持部３に締め付けて固定する。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００３７】
上述した第２実施形態の構成により、ブラシ状砥石１をその軸心Ｚ−Ｚを中心に回転駆動し、かつ仕上げ箇所に軸方向に力制御で押し付け、ブラシ状砥石１の端面の拡大を防止しながら仕上げ箇所を仕上げることができる。
また、この構成では、アウターキャップ６Ｂを第１中空円筒軸４ａに固定したままで、締結部材９の位置変更により、線状砥材２のアウターキャップ６Ｂからの突き出し長さを調整することができる。
【００３８】
図５は、本発明の仕上げ砥石ブラシ１０の第３実施形態図を示す断面図である。
この例において、ブラシホルダ４は、その先端が開口した第１中空円筒軸４ａを有する。第１中空円筒軸４ａには、ブラシ状砥石１を同軸に収容する第１中空円筒孔５ａと、その先端側内面に位置する第２雌ねじ部５ｄとが設けられている。
なおこの例では、第１、第２実施形態における第１長穴５ｂは省略され、軸線まわりの不釣合い量が発生しないようになっている。
【００３９】
この例において、ブラシスリーブ６は、末端側に第２雌ねじ部５ｄと螺合する第２雄ねじ部６ｄを有するインナーキャップ６Ｃである。
【００４０】
この例において、締結部材９は、トルク伝達部材９ｃと圧縮ばね９ｄとからなる。
トルク伝達部材９ｃは、円筒形保持部３の末端面３ｂと第１中空円筒孔５ａの末端面５ｅとの間に挟持されその間で回転力を伝達する。トルク伝達部材９ｃは、例えば摩擦抵抗の大きい弾性部材、表面に凹凸を有する円板である。
圧縮ばね９ｄは、例えばコイルばねであり、インナーキャップ６Ｃと円筒形保持部３との間に挟持され円筒形保持部３をトルク伝達部材９ｃに向けて軸方向に付勢する。
【００４１】
上述した第３実施形態の構成により、ブラシ状砥石１をその軸心Ｚ−Ｚを中心に回転駆動し、かつ仕上げ箇所に軸方向に力制御で押し付け、ブラシ状砥石１の端面の拡大を防止しながら仕上げ箇所を仕上げることができる。
また、この構成では、インナーキャップ６Ｃを回転させるだけで、線状砥材２のインナーキャップ６Ｃからの突き出し長さを調整することができる。
さらに、雌ねじ穴３ａと第１長穴５ｂがなく、かつ低頭ねじ部材９Ａを用いないので、仕上げ砥石ブラシ１０の軸線まわりの不釣合い量の発生を防止することができる。
【００４２】
本発明の力制御仕上げ加工方法は、上述した仕上げ砥石ブラシ１０を用い、ブラシ状砥石１をその軸心を中心に回転駆動し、かつ仕上げ箇所に軸方向に力制御で押し付け、ブラシ状砥石１の端面の拡大を防止しながら仕上げ箇所を仕上げる。
【００４３】
後述する実施例において、ワークＷの仕上げ箇所はギヤ歯のエッジである。また本発明の力制御仕上げ加工方法は、粗探索ステップＳ１と精密探索ステップＳ２とを有する。
粗探索ステップＳ１では、計測ピン３８（後述する図９参照）を位置と力のハイブリッド制御で動作させ、ギヤ歯間の曲面に倣わせてギヤ歯のエッジ位置を計測し、これを事前に取得しておいた位置データと比較し、ワークＷを回転させてエッジ位置を粗く決める。
次いで、精密探索ステップＳ２では、ギヤ歯に対して、計測ピン３８を力制御で接触させてエッジ位置を再度計測し、これを事前に取得しておいた位置データと比較し、エッジ位置を精密に決める。
【００４４】
この方法により、位置決めの基準がないギヤ歯に対して、仕上げ実施前にタッチセンシング機能を用いて位置決めを行うことができる。
【実施例】
【００４５】
図６は、産業用ロボットに知能化技術を適用して、人間のように仕上げを行う精密仕上げロボットシステムの全体構成図である。以下、精密仕上げロボットシステムを単に、「本システム」と呼ぶ。
【００４６】
本システムは、ロボット１２、ロボットコントローラ１４、力覚センサ１６、ＡＴＣ１８、ハンド２０、工具２２、制御ＰＣ２４、ハンドラック２６、工具ラック２８、割出台３０、ドレス台３２、操作タッチパネル３４、及びＰＬＣ３６より構成される。
【００４７】
力覚センサ１６は、ロボット１２の手先に取り付けられている。ＡＴＣ１８（Ａｕｔｏ  Ｔｏｏｌ  Ｃｈａｎｇｅｒ）は、力覚センサ１６に取り付けられている。ハンド２０は、ＡＴＣ１８に取り付けられたフランジ２０ａとスピンドル２０ｂからなる。工具２２は、スピンドル２０ｂに取り付けられている。制御ＰＣ２４は、目標軌道を演算する。ハンドラック２６は、ハンド２０を収納する。工具ラック２８は、工具２２を収納する。割出台３０は、ワークＷを載せ回転させる。ドレス台３２は、工具２２をドレスする。ＰＬＣ３６（プログラマブルコントローラ）は、他のコンピュータと同じようにマイクロプロセッサが使われ、ソフトで動作する。
【００４８】
ハンド２０、工具２２はそれぞれＡＴＣ１８とスピンドル付属の機能を用いて着脱が可能である。
工具２２は、上述した仕上げ砥石ブラシ１０の他に、後述する超硬カッター２３を含む。以下、区別が必要な場合を除き、工具と呼ぶ。
【００４９】
本システムは、作業者が割出台３０にワークＷをセットし、操作タッチパネル３４でワーク機種や仕上げ内容を選択してスタートさせると、ロボット１２が割出台３０と計測ピン３８を用いてワークＷの仕上げ位置を特定した後、ハンド交換、工具交換、工具２２のドレスを自動で行いながら、選択された一連の仕上げ作業を行うシステムである。
目標軌道は事前に取得したロボット軌道データや、力覚センサ１６からリアルタイムに取得する力データとトルクデータ、ロボットコントローラ１４から取得する位置データと姿勢データを元に制御ＰＣ２４で演算され、ロボットコントローラ１４へ位置指令が送られる。なお、制御周期は例えば約１２［ｍｓ］である。
【００５０】
本システムの特徴は以下４点である。
（１）仕上げに応じて様々なスピンドル２０ｂ、工具２２を使い分けることができる。
作業者は、仕上げに用いるスピンドル２０ｂや工具２２を、仕上げ内容や条件に応じて様々に使い分けて仕上げを行っている。本システムはこのような使い分けを、工具交換、ハンド交換、位置制御、力制御、位置と力のハイブリッド制御を用いて再現している。
【００５１】
（２）ＣＡＤモデルとＣＡＭから仕上げ軌道を作成できる。
ＣＡＤとは、パソコンの画面上で図面を作成するためのソフトウェアである。またＣＡＭとは、パソコン上でＮＣ工作機械の加工プログラムを作成するソフトウェアである。
本システムは、オフラインでＣＡＤモデルとＣＡＭから仕上げ軌道を作成できる。実際には、仕上げ精度にもよるが、作成した軌道は教示作業による軌道の微調整が必要となる場合が多い。複雑曲面での磨き軌道作成など、教示作業で行うには手間がかかる軌道を作成する際に有効である。
【００５２】
（３）ワークＷの位置誤差を補償できる。
本システムは、計測ピン３８をワークＷに接触させて、仕上げ箇所の位置決めや位置を計測するタッチセンシング機能を用いて、ワークＷの位置誤差を補償して高精度に仕上げることができる。
ワークＷの高精度な位置決めには、ワーク自身の高精度に加工された基準面を治具などで利用する必要があるが、実際にはワーク自身に基準面が無い、基準面はあるが加工によって生じたバリが邪魔をして基準面が使用できないなどの理由で、高精度な位置決めが困難である場合が多い。
【００５３】
（４）仕上げ用のロボット言語体系が使用できる。
本システムは、仕上げに必要な一連の動作をコマンド化し、仕上げ用のロボット言語体系を構築している。コマンド化された動作の一例として、力制御で仕上げを行う、タッチセンシング計測結果を記録して仕上げ動作に使用する、スピンドル２０ｂなど周辺機器を動かす、といった動作が挙げられる。
【００５４】
（ベベルギヤ仕上げ工程への適用）
図７は、ワークＷであるベベルギヤの一部を示す模式図である。本システムで仕上げるワークＷは、ベベルギヤの一部である。
ジェットエンジン用ベベルギヤは複雑形状をしており、高い仕上げ精度を必要とする精密部品である。本システムを適用した最終仕上げ工程では、ギヤ歯の面取り、ギヤ歯全体のブレンド、油溝のブレンドといった様々な仕上げが実施されている。
以降ではベベルギヤの油溝ブレンド、ギヤエッジ取りを例に取り、課題と仕上げ方法について述べる。
なお、「ブレンド」とは「エッジをわずかにとって仕上げ面を滑らかにする作業」であり、例えば面取り後に発生する２次バリを取る作業や、エッジをわずかに面取りしＲ付けする作業が挙げられる。
【００５５】
油溝ブレンドの適用箇所は、ギヤ円筒部に開けられた穴の内径穴エッジと、内径穴位置を基準とした溝加工で出来た内径溝エッジに分けられる。各エッジをわずかにブレンドし、全油溝で同様の形状とする必要がある。
【００５６】
図７において、ベベルギヤのエッジの外端面は、面取りエッジａ‐ｂ‐ｃ‐ｄ‐ｅ‐ｆを有する。
すなわち、ギヤエッジ取りの適用箇所は、面取りエッジａ‐ｂ‐ｃ‐ｄ‐ｅ‐ｆである。
【００５７】
図中に破線で示す角度θが、鋭角（９０°未満）をなしているエッジを、鋭角縦エッジａ‐ｂ及び鋭角エッジｂ‐ｃと呼ぶ。同様に、角度θが、鈍角（９０°以上）をなしているエッジを、鈍角エッジｄ‐ｅ及び鈍角縦エッジｅ‐ｆと呼ぶ。
面取りエッジａ‐ｂ‐ｃ‐ｄ‐ｅ‐ｆは、鋭角縦エッジａ‐ｂ、鋭角エッジｂ‐ｃと、鈍角エッジｄ‐ｅ、鈍角縦エッジｅ‐ｆと、歯底エッジｃ‐ｄとの計５箇所が複雑につながった形状をしている。
またギヤエッジ取りの適用箇所は、歯と歯の隙間が最大約５［ｍｍ］の狭隘部に存在している。
このような狭隘部に位置する面取りエッジａ‐ｂ‐ｃ‐ｄ‐ｅ‐ｆを、面取り幅が一定で滑らかにつながるよう面取りし、全ギヤ歯で同様の形状とする必要がある。
【００５８】
課題は以下の３点である。
（１）位置決めの基準がない。
油溝やギヤ歯には位置決めの基準が無い。
【００５９】
（２）使用する工具２２が限られる。
仕上げ中、ギヤは治具（割出台３０）に固定されているため、使用できる工具２２は、割出台３０や仕上げ箇所以外の非加工部に干渉しない形状に限られる。また、油溝の場合、ブレンド量はわずかであるため、使用できる工具２２は切削力の低い工具に限られる。
【００６０】
（３）位置制御のみで仕上げることが難しい。
内径穴に対する内径溝の加工精度は低いので、内径溝毎に内径溝エッジの位置が異なる。そのため、位置制御で仕上げを行うと、仕上げられない内径溝エッジが発生する。
【００６１】
図８は、ギヤエッジ取りの場合の位置ずれの影響を示す模式図である。この図において、（Ａ）は鋭角エッジの場合、（Ｂ）は鈍角エッジの場合である。
この図において、工具２２は超硬カッター２３であり、ｇは仕上げ面の形状、ｂは仕上げ面ｇの幅を示している。
【００６２】
ベベルギヤのようなギヤ歯の場合、熱処理誤差、ギヤの取り付け誤差、加工誤差、ロボット１２の繰返し位置決め誤差に起因するわずかなエッジの位置ずれΔがある。
この場合、図８に示すように、（Ｂ）の鈍角エッジは（Ａ）の鋭角エッジと比べて、仕上げ面ｇの幅ｂの変化量が大きく、エッジの位置ずれΔに敏感であるため、位置制御で各仕上げ面幅を一定に仕上げることが難しい。
【００６３】
（仕上げ方法）
図９は、ギヤ歯の位置決め動作の模式図であり、（Ａ）は粗探索、（Ｂ）は精密探索を示している。
位置決めの基準がない油溝、ギヤ歯に対して、仕上げ実施前にタッチセンシング機能を用いて位置決めを行う。
【００６４】
まず計測ピン３８を位置と力のハイブリッド制御で動作させ、熱処理工程後に再加工し精度の出ているギヤ歯間の曲面に倣わせてギヤ歯位置を計測する。なお、本システムには、計測ピン３８が歯先曲面に接触し、ギヤ歯間の曲面を倣えなかった場合、計測ピン３８をギヤから一旦離し、割出台３０を少し回転させて再度計測する探索リトライ機能を有している。
【００６５】
次に、事前に取得しておいたギヤ歯位置と比較し、割出台３０を回転させて位置を粗く決める（粗探索）。
そして粗探索後のギヤ歯に対して、計測ピン３８を力制御で接触させてギヤ歯位置を再度計測し、比較して位置を精密に決める（精密探索）。
なお、油溝の場合は、穴を外径側から粗探索、精密探索することで位置決めを行う。
【００６６】
表１は、ギヤエッジ取りの場合の工具２２と制御方法を示している。
【表１】
0006388251.tif 000002
【００６７】
位置決め後、ギヤ歯は表１にまとめた工具２２と制御方法で面取りを行う。すなわち本方法は、エッジの位置ずれに敏感な「鈍角のエッジ」である鈍角エッジｄ‐ｅと鈍角縦エッジｅ‐ｆを、第１実施形態の仕上げ砥石ブラシ１０を用いて力制御で仕上げ、それ以外のエッジを、可能な限り刃径の大きな円柱型の超硬カッター２３で仕上げる。
【００６８】
なお、仕上げ箇所以外の非加工部への工具干渉回避と、歯底エッジｃ‐ｄの仕上げ面を鋭角エッジと鈍角エッジの仕上げ面へ滑らかにつなぐため、鈍角エッジである歯底エッジｃ‐ｄは超硬カッター２３を使用している。
【００６９】
なお位置決め後、内径穴エッジは球形の電着砥石を内径穴エッジに押付けてブレンドする。また、内径溝エッジは、円板ゴム砥石を位置と力のハイブリッド制御で動作させてブレンドする。
【００７０】
上述したように、本発明の装置と方法によれば、仕上げ砥石ブラシ１０は、先端部にブラシ状砥石１の線状砥材２を通しその外周面に密着する拡径防止孔７が設けられたブラシスリーブ６を有している。これにより、軸心を中心に仕上げ砥石ブラシ１０を高速（例えば１万ｒｐｍ以上）で回転駆動しても、ブラシ状砥石１（線状砥材２）の遠心力による拡大を拡径防止孔７により防止することができる。
【００７１】
また、ブラシスリーブ６の外径は、ワークＷの仕上げ箇所に隣接する非加工部に干渉しない大きさに設定されている。
これにより、仕上げ箇所の近傍（例えば４〜６ｍｍ離れた位置）に非加工部が存在しても、非加工部を加工することなく、ブラシ状砥石１をその軸心を中心に回転駆動し、かつ仕上げ箇所に軸方向に力制御で押し付けて仕上げ箇所を仕上げ加工することができる。
【００７２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００７３】
Ｗ  ワーク、１  ブラシ状砥石、２  線状砥材、３  円筒形保持部、
３ａ  雌ねじ穴、３ｂ  末端面、４  ブラシホルダ、４ａ  第１中空円筒軸、
４ｂ  固定軸、５ａ  第１中空円筒孔、５ｂ  第１長穴、
５ｃ  第１雄ねじ部、５ｄ  第２雌ねじ部、５ｅ  末端面、
６  ブラシスリーブ、６ｄ  第２雄ねじ部、６Ａ  アウタースリーブ、
６Ｂ  アウターキャップ、６Ｃ  インナーキャップ、７  拡径防止孔、
８ａ  第２中空円筒孔、８ｂ  第２長穴、８ｃ  平面部、
８ｄ  第１雌ねじ部、９  締結部材、９Ａ  低頭ねじ部材、
９ａ  頭部、９ｂ  固定用雄ねじ部、９ｃ  トルク伝達部材、
９ｄ  圧縮ばね、１０  仕上げ砥石ブラシ、１２  ロボット、
１４  ロボットコントローラ、１６  力覚センサ、１８  ＡＴＣ、
２０  ハンド、２０ａ  フランジ、２０ｂ  スピンドル、２２  工具、
２３  超硬カッター、２４  制御ＰＣ、２６  ハンドラック、
２８  工具ラック、３０  割出台、３２  ドレス台、３４  操作タッチパネル、
３６  ＰＬＣ、３８  計測ピン
【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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【図７】
0006388251.tif 000009
【図８】
0006388251.tif 000010
【図９】
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