(57)【要約】      （修正有）【課題】表面粗さが測定値に誤差を与える冷延鋼板のビッカース硬さ測定等における試料研磨工程を自動化し、人の作業負荷を軽減するとともに作業効率を高め、且つ排水設備を不要として環境に優しい乾式研磨ができる試料片の表面自動研磨方法と装置を提供する。【解決手段】試料片を金属からなる試料ホルダー１０に保持して、供給ストッカー３に収納し、該ストッカーから取出して試料ホルダー１０を粗研磨ステーション、仕上げ研磨ステーションを移動させ、該試料片の表面を、粗研磨回転ブラシを回転させながら縦方向にジグザグ移動させて粗研磨し、次いで前記粗研磨回転ブラシを回転させながら横方向にジグザグ移動させて仕上げ研磨し、かつ研磨時に発生する研磨粉を集塵機４５により吸引して研磨表面を清浄化する。【選択図】      図１
2005001079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料片を試料ホルダーに収納して固定し、該試料片の表面を、粗研磨ブラシを回転させながら縦方向にジグザグ移動させて粗研磨し、次いで前記粗研磨ブラシより研磨粗さの小さい仕上研磨ブラシを回転させながら横方向にジグザグ移動させて仕上げ研磨し、かつ研磨時に発生する研磨粉を吸引により研磨表面を清浄化することを特徴とする試料片の表面自動研磨方法。
【請求項２】
前記試料片が硬さ測定用の冷延鋼板片である請求項１に記載の試料片の表面自動研磨方法。
【請求項３】
前記回転粗研磨ブラシが＃２００〜４００の研磨紙を放射状に配置した回転ブラシであり、前記仕上研磨ブラシが、＃５００〜７００の研磨紙を放射状に配置した回転ブラシからなり、表面平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１）を０．２０μｍ以下に研磨する請求項１または２に記載の試料片の表面自動研磨方法。
【請求項４】
前記試料ホルダーを供給ストッカーに積層して貯留し、該供給ストッカーから試料ホルダーを取り出し、粗研磨ステーションに移動させて粗研磨を行ない、次いで仕上研磨ステーションに移動して仕上研磨を行ない、仕上研磨が終了した試料ホルダーを排出ストッカーに集積する工程を自動的に行なう請求項１〜３何れかに記載の試料片の表面自動研磨方法。
【請求項５】
試料片を固定する試料ホルダー、該試料ホルダーを多数貯留する供給ストッカー、研磨ブラシを取りつける回転駆動軸を有し、該回転駆動軸を回転駆動する回転駆動手段と、縦横に移動させる駆動手段からなる粗研磨ユニットと仕上研磨ユニット、研磨粉を吸引する吸引装置、前記試料ホルダーを供給ストッカーから取出し、粗研磨ステーション及び仕上ステーションに移動させ、排出ストッカーに格納させる試料ホルダー移動手段からなることを特徴とする試料片の表面自動研磨装置。
【請求項６】
前記試料ホルダーは、少なくとも１部の表面が露出するように試料片を保持する試料片ホルダー本体と、試料片を該試料片ホルダー本体に前記表面を基準として押圧固定する押圧スクリューからなる請求項５に記載の試料片の表面自動研磨装置。
【請求項７】
前記粗研磨ユニットと仕上研磨ユニットは、それぞれ前記研磨ブラシを取りつける回転駆動軸が、仮想直交軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸回りに調整可能である請求項５または６に記載の試料片の表面自動研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷延鋼板片などの試料片の表面自動研磨方法とその装置に関する。特に冷延鋼板等から採取した試料片の硬さを正確に測定するための前処理装置である表面研磨を自動化した表面自動研磨方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷延鋼板の硬さ、特にビッカース硬さを測定する際、鋼板の表面粗さが硬さの測定値に誤差を与えることが知られている。この誤差をなくすために、測定前に冷延鋼板を研磨する必要がある。従来、鋼板表面に発生する微小欠陥を検査する目的で搬送中の鋼板の表面を所定範囲にわたって砥石で自動的に研磨する鋼板の表面検査用砥石掛け装置が提供されている（例えば特許文献１参照）が、冷延鋼板の硬さを測定するために冷延鋼板から採取した試料片を自動的に研磨する方法や装置は未だ提供されてない。そのため、これまで冷延鋼板の硬さ測定に際しての前処理研磨は、専ら人手により行なっており熟練を要すると共に重労働であり、しかも研磨時に熱が発生するため湿式研磨を行なわなければならず、冷却水の環境汚染を防ぐ排水処理設備を必要とし、且つ研磨後試料を乾燥させる必要がある等の問題点があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１０３９４３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、冷延鋼板の硬さ測定等における試料研磨工程を自動化し、人の作業負荷を軽減するとともに作業効率を高め、且つ排水設備を不要とし、環境に優しい乾式研磨でできる試料片の表面自動研磨方法と装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の試料片の表面自動研磨方法は、試料片を試料ホルダーに収納して固定し、該試料片の表面を、粗研磨ブラシを回転させながら縦方向にジグザグ移動させて粗研磨し、次いで前記粗研磨ブラシより研磨粗さの小さいブラシで形成された仕上研磨ブラシを回転させながら横方向にジグザグ移動させて仕上げ研磨し、かつ研磨時に発生する研磨粉を吸引により研磨表面を清浄化することを特徴とするものである。なお、上記「縦方向」、「横方向」の用語は平面における直交方向を表すために便宜的に用いたものであり、粗研磨方向と仕上げ研磨方向が直交する方向であれば良い。
【０００６】
該研磨方法は、冷延鋼板の硬さを測定するに際して行なう冷延鋼板試料の研磨に適用することによって、従来手作業でおこなっていた冷延鋼板試料の研磨を自動化することができ特に有効であるが、冷延鋼板試料に限らずその他の試料や物品の表面を部分的に研磨するのに適用しても有効である。冷延鋼板試料片を研磨する場合、回転粗研磨ブラシとして＃２００〜４００の研磨紙を放射状に配置した回転ブラシを用い、前記仕上研磨ブラシとして＃５００〜７００の研磨紙を放射状に配置した回転ブラシを用い、表面平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１）を０．２０μｍ以下に仕上るようにするのが望ましい。また、前記試料ホルダーを供給ストッカーから取出し、粗研磨ステーションに移動させて粗研磨を行ない、次いで仕上研磨ステーションに移動して仕上研磨を行ない、仕上研磨が終了した試料ホルダーを排出ストッカーに集積する工程を自動的に行なうことによって、自動研磨が達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明にかかる硬さ測定用の試料片の表面自動研磨装置の実施形態を示している。本実施形態の表面自動研磨装置１は、冷延鋼板のビッカース硬さ測定用試料片の硬さ測定面の前処理研磨を行なう装置であり、試料片の厚さに関わらず、回転ブラシに対する処理面高さが一定になるように試料ホルダーに試料片を収め、供給ストッカーに収納すれば、後は自動的に試料ホルダーを１個づつ取り込み、粗研磨、仕上げ研磨を順次行ない、排出ストッカーに格納するようにしたものであり、次のような構造からなっている。
【０００８】
まず、本実施形態に係る冷延鋼の試料片を固定する試料ホルダー１０は、図３に示すように、試料ホルダー本体１１と押圧スクリュー１２から構成されている。これらは金属で構成され、冷延鋼板の研磨時に発生する研磨熱を、試料片を固定する試料ホルダーを介して放熱するようにしている。金属としては、特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鋼、ステンレス、黄銅、真ちゅうなどが採用でき、金属は熱伝導性が良いので、発生した研磨熱を放熱させやすいので好ましい。特に、黄銅は熱伝導率が良く好ましい。試料ホルダー本体１１は、その上面に図示のように試料片１３を一方からスライドして嵌合できるようにガイド溝１４が形成され、且つ収納された試料片の上面を研磨できるように、研磨する箇所を露出するように開口している。研磨する面積は少なくとも１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズが必要であり、このサイズが取れるようにすれば良い。また、試料片の厚さが異なっても研磨面の基準位置が常にガイド溝上辺面となるように、ガイド溝に嵌合された試料片を下方から押し上げて、ガイド溝の上辺に押し当てることができるように、試料ホルダー本体１１の裏面側に内ネジが形成された貫通孔１５が形成され、該貫通孔に外周部にねじが形成され、上面が平坦となっている押圧スクリュー１２が螺合されて、ガイド溝に嵌合した試料片を裏面から押圧することによって、試料ホルダー１０に固定できるようになっている。試料片はこのようにして試料ホルダーに固定された状態で、以下に説明するように装置内を順次移動して研磨される。
【０００９】
本実施形態の表面自動研磨装置は、全体構成を図１に示す形態に構成されている。図中、２は試料ホルダーを収納する供給ストッカー３と排出ストッカーが平行して設けられた試料ホルダーストッカーである。各ストッカーの下端には試料ホルダーを１枚づづ切り出す公知の適宜の切出し機構が設けられていると共に、切出された最下端の試料ホルダー１０を吸引して、試料ホルダーチャックに移載する、あるいは試料ホルダーチャックから試料ホルダーを排出ストッカーに移載するために各ストッカーの下面と試料ホルダーチャック下方位置間を揺動自在に設けられた移載ハンド６が設けられている。５は試料ホルダーを保持して、供給ストッカーからの試料ホルダー受取位置−粗研磨ステーション−仕上研磨ステーション−排出ストッカーへの供給位置間を移動する試料片チャックであり、適宜の開閉手段で開閉可能で、且つＸ−Ｙ軸方向に適宜の駆動機構で変位可能となっている。７は粗研磨機構部、８は仕上研磨機構部であり、両研磨機構部は装着する研磨ブラシ及びその取付け方向が相違するのみで、図２に示すような同様な構成となっている。
【００１０】
図２は粗研磨機構部の斜視図である。図２において、２０は可動台であり、該可動台上に水平方向に揺動調節（すなわち同図（ｂ）に示すヨー調節）可能に第１取付部材２１が取付けられ、且つ該第１取付部材２１に上下方向（同図（ｂ）に示すＺ軸方向）に調節可能に第２取付部材２２が支持され、さらに、第２取付部材２２に第３取付部材２３が同図（ｂ）に示すＸ軸方向に設けられたロール軸を介してロール角調節自在に支持され、さらに該第３取付部材２３にピッチ軸回りピッチ角調節可能に第４取付部材２４が支持されている。そして、該第４取付部材２４に回転ブラシ駆動モータ２５が取付けられ、その駆動軸ケース２６の先端部に回転ブラシ軸を取付けるブラシチャック２８が設けられ、回転ブラシ３０を着脱可能に取付けることができる。
【００１１】
なお、図中３１は、第１取付部材２１のヨー角を調節してクランプするヨークランプ、３２は第２取付部材２２の高さ位置を調節するＺ軸調節ネジ、３３はＺ軸調節後クランプするＺ軸クランプ、３４は第３取付部材２３のロール軸回りの取付け角度を調節後クランプするロールクランプ、３５は第４取付部材２４のピッチ軸２７回りの角度を調節後固定するピッチクランプである。それらのクランプを調節することによって、回転ブラシは、同図（ｂ）で模式的に示すように、高さ方向及び、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸回りの傾きを任意に調節することができ、回転ブラシを試料片の研磨面に対して常に最適角度で当てることができる。
また、回転ブラシが試料片を圧下する圧力を一定とするため、試料ホルダー受け台下に圧力計を設けた。この圧下力を図１の表示パネルＡ−１に表示する。通常１００〜２００ｇの圧下力が適切である。１００ｇ未満の場合研磨ムラが生じ、２００ｇを超える場合鋼板（サンプル）に発熱が生じた。
【００１２】
本実施形態の研磨機構部は上記のように構成され、図１に示すように、粗研磨機構部７及び仕上研磨機構部８のそれぞれの可動台２０が、図示しない適宜のＸ−Ｙ軸駆動テーブルに支持されてＸ−Ｙ軸方向に駆動され、粗研磨機構部が粗研磨ステーションで粗研磨ブラシをＹ軸方向にジグザグ運動し、次いで仕上研磨機構部が仕上研磨ステーションで仕上研磨ブラシをＸ軸方向にジグザグ運動して試料片を研磨するようになっている。なお、Ｘ−Ｙ軸駆動テーブルは、適宜の上下動機構で上下動可能にとなっており、研磨開始時及び研磨終了時に研磨ブラシが試料片に対して上下動でき、研磨開始時及び研磨終了時のブラシと試料片表面との接触を確実に絶ち、回転ブラシが研磨面を傷付けるのを防止するようになっている。
【００１３】
上記両研磨機構部の第４取付部材２４の上面には、図１に示すように吸込み口が回転ブラシの方向を向くように吸引ノズル４０、４１が取りつけられ、該吸引ノズル４０、４１は可撓性の吸引ホース４２、４３を介して装置本体に設けられている集塵機４５に連結され、研磨時に発生する研磨粉を吸引して回収できるようになっている。なお、図１において、４６は研磨機構部を覆う開閉可能なカバー、４７は制御パネル部であり、該制御パネル部で自動運転時の研磨枚数、Ｘ−ＹテーブルのＸ軸方向及びＹ軸方向の移動ピッチをそれぞれ設定して、研磨ブラシの研磨軌跡を任意に設定可能となっている。
【００１４】
以上のように構成された表面自動研磨装置によって、試料片の表面研磨は次のようにして行なう。
冷延鋼板から採取された試料片１３は、それぞれ１枚づつ図３に示す試料ホルダー１０に保持して、該試料ホルダーを供給ストッカー３に積み重ねて収容し、運転を開始すると以後自動的に試料ホルダーが搬送されて試料片の乾式研磨が行なわれる。まず最初に、チャック５が供給ストッカー３から試料片ホルダー１０を受取って、粗研磨ステーションに移動して停止すると、粗研磨機構部の回転ブラシが下降して粗研磨を行なう。粗研磨は＃２００〜４００研磨紙を羽根形状にして構成された粗研磨用回転ブラシを構成し、図４に示すように、最初上下方向（Ｙ軸方向）に移動しながら、それと同時に徐々に左右方向（Ｘ軸方向）に移動させて研磨を行う。即ち、粗研磨用回転ブラシをジグザグに移動させて研磨を行なう。この際、左右方向に移動しながら、それと同時に徐々に上下に移動して研磨しても良い。研磨中は集塵機４５が稼動し研磨粉を常に吸引除去している。したがって、研磨時には吸引により表面にできる粉を除去しながら行うので、羽根形状の回転ブラシの目詰まりとフェルトの焼き付け等がなく、連続的に研磨できる。粗研磨工程における回転ブラシは、＃２００未満の研磨紙では、研磨された表面が粗すぎ、２回目の研磨では表面粗さＲａを０．２μｍ以下に仕上げることができない。逆に、＃４００を越える研磨紙では、一回研磨では充分に研磨できず、１往復の２回研磨となり作業時間が長くなる。
【００１５】
粗研磨が終了すると、チャック５は仕上研磨ステーションに移動し、仕上研磨が行なわれる。仕上研磨における回転ブラシは、＃５００〜７００研磨紙が研磨部に取り付けてあり、研磨は吸引により表面にできる粉を除去しながら行い、粗研磨とは９０°異なる左右方向（最初の研磨が上下方向に移動した場合）に移動しながら、それと同時に徐々に上下方向に徐々に移動させて研磨を行う。粗研磨の研磨と同様に、吸引しながら行うので、研磨により発生する表面の粉は除去され、研磨により発生する熱も放熱することができる。回転ブラシを構成する研磨紙は、＃５００未満では、研磨された表面が目標の表面粗さＲａ０．２μｍ以下にすることができない。逆に、＃７００を越える研磨紙では、一回研磨では研磨された表面が目標の表面粗さＲａ０．２μｍ以下にすることができず、１往復の２回研磨となり作業時間が長くなる。
【００１６】
また、上記２回の研磨の際に、研磨時に研磨表面から研磨により発生した粉を吸引により除去するので、研磨により研磨表面が汚れることがなく、且つこの吸引により、研磨表面では強制換気が行われるので、研磨時に発生する熱を放熱することもできる。従って、研磨直後でも、試料は十分手で扱える。このように、粗研磨、仕上げ研磨を順次自動で行った後、チャックは排出ストッカーの下方に移動し、移載ハンドによりチャックから試料ホルダーを排出ストックの下端に押し込まれて、排出ストッカーに貯留される。また、研磨時に発生する研磨粉は、前記したように吸引により、集塵粉を集塵機に回収する。
このように、研磨時に発生する研磨粉を水洗で洗浄する工程がないので、それに伴う乾燥工程が不要であり、研磨工程が少なくてかつ自動で行うことができる。
【００１７】
【実施例】
上記実施形態の装置により冷延鋼板試料の研磨を図４に模式的に示すように行なった。
試料片  厚さ０．１５ｍｍの冷延鋼板片
粗研磨時の回転ブラシの研磨紙  ＃３２０
仕上げ研磨時の回転ブラシの研磨紙  ＃６００
研磨面積  約１０ｍｍ×１０ｍｍ
最終の表面粗さＲａ  ０．１７μｍ
その結果、目標の表面粗さとなるように自動的に研磨でき、研磨直後でも、試料を手で触ることができ、研磨後、直ぐ硬さ計に試料をセットし、硬さが測定できる。この表面粗さ以下であれば、硬さによる測定のバラツキが小さくなり精度の良い硬さを測定できる。例えば、ビッカース硬さ計で±Ｈｖ５のバラツキで硬さを測定できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来手作業で行なっていた冷延鋼板等の試料片の研磨を自動的に行なうことができ、人の作業負荷を軽減するとともに作業効率を高め、且つ自動で研磨するので研磨量が一定となり測定誤差の少ない試料片を得ることができる。また、研磨時に研磨により発生する研磨粉を吸引により研磨表面を清浄化しながら、研磨粉を集塵機に集塵するので、発熱した研磨熱を放熱でき、研磨面の焼き付けもなく、研磨面の硬さがバラツキが小さい。且つ乾式研磨ができるので排水設備を不要とし、水洗による研磨面の洗浄及び乾燥工程が不要となり、短時間で研磨が可能となると共に、環境に優しい研磨ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る表面自動研磨装置の斜視図である。
【図２】（ａ）はその粗研磨機構部の斜視図であり、（ｂ）はその仮想３軸方向の調節法を示す模式図である。
【図３】試料ホルダーの分解斜視図である。
【図４】（ａ）は実施例の粗研磨時の回転ブラシの移動方向の１つを示す模式図、（ｂ）は仕上げの研磨時の回転ブラシの移動方向の１つを示す模式図、（ｃ）は研磨後の試料片の概略正面図である。
【符号の説明】
１  試料片の表面自動研磨装置
２  試料ホルダースタッカー
３  供給ストッカー
４  排出ストッカー
５  チャック
６  移載ハンド
７  粗研磨機構部
８  仕上研磨機構部
１０  試料ホルダー
１３  試料片
１５  貫通孔
２０  可動台
２５  回転ブラシ駆動モータ
３０  回転ブラシ
４０、４１  吸引ノズル
４５  集塵機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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