(57)【要約】【課題】複数の研削砥石によって研削を行う研削装置において、多種多様な研削砥石を利用可能とする際に、設定作業の利便性等に優れた研削装置及び回転工具ユニットの提供。【解決手段】２つの回転軸上に設けられる一対の研削回転体と、フレーム部と、前記フレーム部に取り付けられて前記一対の研削回転体を直接又は間接的に支持する一対のアーム１１２ａ、１１２ｂを回動させる機構を備えることにより、前記一対の研削回転体の間隔を可変とするアーム機構と、一対のアーム１１２ａ、１１２ｂを、前記一対の研削回転体の間隔が狭くなる方向に付勢する付勢部材と、一対のアーム１１２ａ、１１２ｂの搖動範囲を制限することによって前記一対の研削回転体の最小間隔を定める制限部材１１８と、を備える回転工具ユニット１１。【選択図】図４
0003221602.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
２つの回転軸上に設けられる一対の研削回転体と、
フレーム部と、
前記フレーム部に取り付けられて前記一対の研削回転体を直接又は間接的に支持する一対のアームであって、搖動機構を備えることにより、前記一対の研削回転体の間隔を可変とするアーム機構と、
前記一対のアームを、前記一対の研削回転体の間隔が狭くなる方向に付勢する付勢部材と、
前記一対のアームの搖動範囲を制限することによって前記一対の研削回転体の最小間隔を定める制限部材と、
を備えることを特徴とする回転工具ユニット。
【請求項２】
前記一対のアームのそれぞれがその中間部において回動可能に軸支されることによって、前記搖動機構が構成され、
前記一対のアームのそれぞれの一端側において前記一対の研削回転体が直接又は間接的に支持され、
前記制限部材が、前記一対のアームのそれぞれの他端側と接触することで、前記一対のアームの搖動範囲を制限することを特徴とする請求項１に記載の回転工具ユニット。
【請求項３】
前記制限部材の位置が調節可能に構成され、前記一対のアームのそれぞれの他端側と接触する位置を調整可能にすることで、前記一対の研削回転体の揺動範囲を同時に調節可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の回転工具ユニット。
【請求項４】
管状の部材を研削するための研削装置であって、
請求項１から３の何れかに記載の回転工具ユニットを、前記管状の部材に対して近づける若しくは遠ざける方向に往復運動させる往復運動機構と、
前記回転工具ユニットを、前記管状の部材の軸方向に沿って移動させる移動装置と、
を備えることを特徴とする研削装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、湾曲面（管状の部材の表面など）の研削に適した回転工具ユニットおよび研削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属加工物等の表面を研削するために、グラインダー（研削砥石を回転させ、加工物の表面の研削又は切断を行う機械）が用いられている。研削対象の加工面は、平面的なものに限られず、多様な形状のものが加工対象となる。そのような加工対象の具体例として、ボイラ水冷壁がある。
ボイラ水冷壁は、様々なボイラ火炉内に設置されており、複数の管が配置されている。近年、ボイラは高効率化による圧力・温度の上昇やバイオマス燃料やゴミを燃料とするため、ボイラ水冷壁の腐食・摩耗（特に溝状腐食）が問題となっている。これに対する補修・耐腐食策として、ボイラ水冷壁表面に高ニッケル材料を溶接（肉盛補修）する方法がある。ボイラ水冷壁表面に対して、補修材料として高ニッケル材料を溶接するためには、先ず、ボイラ水冷壁の表面の付着物や運転により生じた劣化層を除去しなければならないが、ボイラ水冷壁は、複数の管が接続された構成をしており、従って、非常に多数の管状体の表面を研削する必要がある。
一般的なグラインダーは、モータの軸上に取り付けられた１つの研削砥石によって加工物の研削を行うものであるが、これによって管状体の表面を研削しようとすると、グラインダーが安定せず、均一な加工が難しいという問題がある。
このような問題に対して、相反する方向に回転する複数の研削砥石を備えさせることにより、安定的に研削ができるようにした研削装置が、特許文献１によって開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−１００５２号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の研削砥石によって研削を行う研削装置によれば、管状の研削対象に対しても安定的な研削を行うことができる。このような研削装置を用いることにより、管状部材等の湾曲面に対する研削をより効率的にできることが望まれている。当該研削装置の汎用性を高めるためには、多種多様な研削砥石を利用できることが望まれ、これによってサイズが異なる研削砥石を用いた際にも、研削砥石がぶつからないようにすることが必要である。
また、研削対象のサイズや、研削対象の状態（例えばボイラ水冷壁の腐食・摩耗の状況等）に応じて、研削砥石の選択や研削砥石の間隔を調整する必要があり、このような調整作業が簡便にできる装置が望まれている。
【０００５】
本考案は、上記の点に鑑み、複数の研削砥石によって研削を行う研削装置において、多種多様な研削砥石を利用可能とする際に、設定作業の利便性等に優れた研削装置及び回転工具ユニ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】
【０００６】
（構成１）
２つの回転軸上に設けられる一対の研削回転体と、フレーム部と、前記フレーム部に取り付けられて前記一対の研削回転体を直接又は間接的に支持する一対のアームであって、搖動機構を備えることにより、前記一対の研削回転体の間隔を可変とするアーム機構と、前記一対のアームを、前記一対の研削回転体の間隔が狭くなる方向に付勢する付勢部材と、前記一対のアームの搖動範囲を制限することによって前記一対の研削回転体の最小間隔を定める制限部材と、を備えることを特徴とする回転工具ユニット。
【０００７】
（構成２）
前記一対のアームのそれぞれがその中間部において回動可能に軸支されることによって、前記搖動機構が構成され、前記一対のアームのそれぞれの一端側において前記一対の研削回転体が直接又は間接的に支持され、前記制限部材が、前記一対のアームのそれぞれの他端側と接触することで、前記一対のアームの搖動範囲を制限することを特徴とする構成１に記載の回転工具ユニット。
【０００８】
（構成３）
前記制限部材の位置が調節可能に構成され、前記一対のアームのそれぞれの他端側と接触する位置を調整可能にすることで、前記一対の研削回転体の揺動範囲を同時に調節可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の回転工具ユニット。
【０００９】
（構成４）
前記制限部材が、その一端に、前記一対のアームのそれぞれの他端側の双方と接触する当接部材を備え、当該当接部材の先端形状が、球体の一部形状若しくは楕円体の一部形状又は錐体の一部形状を有していることを特徴とする構成２又は３に記載の回転工具ユニット。
【００１０】
（構成５）
前記当接部材が脱着可能であることを特徴とする構成４に記載の回転工具ユニット。
【００１１】
（構成６）
前記付勢部材が、前記一対のアームの一方と前記フレーム部との間に設けられる第１の付勢部材と、前記一対のアームの他方と前記フレーム部との間に設けられる第２の付勢部材とによって構成されていることを特徴とする構成１から５の何れかに記載の回転工具ユニット。
【００１２】
（構成７）
前記アームに対する前記研削回転体の回転軸の取り付け角度を調節可能とする、角度調節機構を備えることを特徴とする構成１から６の何れかに記載の回転工具ユニット。
【００１３】
（構成８）
管状の部材を研削するための研削装置であって、
構成１から７の何れかに記載の回転工具ユニットを、前記管状の部材に対して近づける若しくは遠ざける方向に往復運動させる往復運動機構と、
前記回転工具ユニットを、前記管状の部材の軸方向に沿って移動させる移動装置と、
を備えることを特徴とする研削装置。
【考案の効果】
【００１４】
本考案の回転工具ユニットおよび研削装置によれば、複数の研削砥石によって研削を行う研削装置において、多種多様な研削砥石を利用可能とする際に、設定作業の利便性等に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本考案に係る実施形態の回転工具ユニットを示す斜視図
【図２】実施形態の回転工具ユニットを側面方向から見た図
【図３】回転工具ユニットを裏面側から見た図
【図４】回転工具ユニットにおいてアームの搖動範囲を制限することの説明図
【図５】本考案に係る実施形態の研削装置を示す概略構成図
【図６】回転工具ユニットによってボイラ水冷壁を研削する状態を示す図
【図７】回転工具ユニットによってボイラ水冷壁を研削する状態を示す上面図
【考案を実施するための形態】
【００１６】
以下、本考案の実施態様について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の実施態様は、本考案を具体化する際の一形態であって、本考案をその範囲内に限定するものではない。
【００１７】
図１〜３は、本考案に係る実施形態の回転工具ユニットを示す図である。それぞれ、図１は回転工具ユニット１１を示す斜視図、図２は回転工具ユニット１１を側面方向から見た図、図３は回転工具ユニット１１（回転工具なし）を裏面側から見た図である。
本実施形態の回転工具ユニット１１は、ボイラ水冷壁を研削するための研削装置に備えられる装置である。
被研削物であるボイラ水冷壁２は、管２１を並べて接続したものであり、図６等に示されるように、フィン２２によって管２１を溶接して接続することで構成されている。
回転工具ユニット１１は、２つの回転軸上に設けられる一対の研削回転体１１５ａ、ｂを備え、その間隔を広げたり狭めたりすることを可能とする機構を備えている。これにより、図６や７に示されるように、管２１の外周を一対の研削回転体１１５ａ、ｂで挟むようにして研削することができる装置である。
【００１８】
図１〜３に示されるように、回転工具ユニット１１は、回転方向が逆となる２つの回転軸上に設けられる一対の研削回転体１１５ａ、ｂ及び当該研削回転体１１５ａ、ｂが取り付けられるフレキシブルシャフト１１６ａ、ｂと、各部材が取り付けられる支持構造体であるフレーム部１１１と、一対の研削回転体１１５ａ、ｂを支持する一対のアーム１１２ａ、ｂと、一対の研削回転体１１５ａ、ｂのアーム１１２ａ、ｂに対する取り付け角度を調節可能とする角度調節機構１１３ａ、ｂと、一対の研削回転体１１５ａ、ｂ（フレキシブルシャフト１１６ａ、ｂ）をクランプするクランプ１１４ａ、ｂと、アーム１１２ａ、ｂをフレーム部１１１に対して回動可能に軸支するベアリング部１１７ａ、ｂと、一対のアーム１１２ａ、ｂの搖動範囲を制限することによって一対の研削回転体１１５ａ、ｂの最小間隔を定める制限部材１１８と、等を備える。
【００１９】
アーム１１２ａ、ｂは、研削回転体１１５ａ、ｂを支持しつつ、研削回転体１１５ａ、ｂの間隔を可変とするための搖動機構を構成する。図３に示されるように、アーム１１２ａ、ｂは、その中間部において、フレーム部１１１に対してベアリング部１１７ａ、ｂを介して回動可能に取り付けられている。
アーム１１２ａ、ｂの一端側には、角度調節機構１１３ａ、ｂ及びクランプ１１４ａ、ｂを介して一対の研削回転体１１５ａ、ｂ（フレキシブルシャフト１１６ａ、ｂ）が支持されている。
アーム１１２ａ、ｂの他端側には、円柱状の当て金１１２ａ１、１１２ｂ１が取り付けられており、円柱状の当て金１１２ａ１、１１２ｂ１の双方に対して、制限部材１１８の先端が接触する構成となっている。
【００２０】
図示では省略しているが、アーム１１２ａ、ｂとフレーム部１１１の間には、一対の研削回転体１１５ａ、ｂの間隔を狭くする方向に付勢する付勢部材が備えられる。
具体的には、例えば引きバネ（第１の付勢部材）が、その両端を、フレーム部１１１に形成された穴ｈ１ａ１（図３参照）と、アーム１１２ａに形成された穴ｈ１ａ２に係止されることにより、アーム１１２ａが内側に引きつけられるように付勢される。同様に、フレーム部１１１に形成された穴ｈ１ｂ１と、アーム１１２ｂに形成された穴ｈ１ｂ２に引きバネ（第２の付勢部材）を係止することで、アーム１１２ｂが内側に引きつけられるように付勢される。
なお、付勢力の調整は、付勢部材を適宜選択することや、その数を増減すること（例えば、穴ｈ２ａ１と穴ｈ２ａ２の間、穴ｈ２ｂ１と穴ｈ２ｂ２の間に引きバネを追加する等）によって行うことができる。
【００２１】
制限部材１１８は、図３に示されるように、蝶ボルト１１８１と、その先端に取り付けられる袋ナット１１８３と、位置固定用の蝶ナット１１８２によって構成される。
制限部材１１８は、アーム１１２ａ、ｂの他端側に設けられた円柱状の当て金１１２ａ１、１１２ｂ１の双方に当接することで、アーム１１２ａ、ｂの搖動範囲を制限する、即ち、一対の研削回転体１１５ａ、ｂの最小間隔を定めるものである。
制限部材１１８は、フレーム部１１１に設けられた制限部材保持部１１９に形成されたネジ穴に対して、蝶ボルト１１８１を螺合することでフレーム部１１１に取り付けられる。蝶ボルト１１８１を回すことによって、蝶ボルト１１８１は進退し、アーム１１２ａ、ｂの他端側の円柱状の当て金１１２ａ１、１１２ｂ１との接触位置が調節される。即ち、“制限部材の位置が調節可能に構成され、一対のアームのそれぞれの他端側と接触する位置を調整可能”であり、“ネジ機構によって一対のアームのそれぞれの他端側と接触する位置を調整可能”に構成されるものである。
【００２２】
図４には、制限部材１１８によってアーム１１２ａ、ｂの搖動範囲を制限することの説明図を示した。
図４（ａ）、（ｂ）からも理解されるように、蝶ボルト１１８１の出幅を調節することによって、アーム１１２ａ、ｂの搖動範囲を制限し、一対の研削回転体１１５ａ、ｂの最小間隔を定めることができる。例えば、図４（ｂ）に示されるように、径の大きな研削回転体１１５ａ´、１１５ｂ´を使用する場合においても、研削回転体同士が接触しないようにすることができる。
調節作業は、蝶ボルト１１８１を回すことで、研削回転体１１５ａ、ｂの最小間隔を適正な位置としたら、蝶ナット１１８２を制限部材保持部１１９方向へ締め込むことで、その位置を固定する。これにより、研削加工時の振動等においても、制限部材１１８の位置ずれが生じることを防止できる。
このように、本実施形態の回転工具ユニット１１によれば、「蝶ボルト１１８１を回す→蝶ナット１１８２を締める」というだけの非常に簡便な操作によって、二つの研削回転体の間隔を同時に調節することができる。
【００２３】
制限部材１１８の先端には、アーム１１２ａ、ｂの他端側の円柱状の当て金１１２ａ１、１１２ｂ１の双方に当接する袋ナット（当接部材）１１８３が取り付けられている。
袋ナット１１８３は先端形状が半球状であり、これが、当て金１１２ａ１、１１２ｂ１の円柱の側面（曲面）に当接する構成となっている。これにより、相互の部材が当接しながら、制限部材１１８を進退させる際の動きがスムースとなる。また、蝶ボルト１１８１を回転させた際に、当て金１１２ａ１、１１２ｂ１との当たり方が変化しないため、調整作業が効率的となる。なお、ここでは、制限部材１１８の先端形状が半球状（球体の一部形状）であるものを例としたが、制限部材１１８の先端形状は、その締め込み等の回転によって、当て金１１２ａ１、１１２ｂ１との当たり方（相対距離）が変化しない形状であればよく、例えば、楕円体の一部形状や錐体の一部形状等としてもよい。
また、袋ナット１１８３が蝶ボルト１１８１に脱着可能であることにより、制限部材１１８の先端部分（即ち袋ナット１１８３）を簡便に取り換え可能である。以下でも説明する通り、研削加工時にはアーム１１２ａ、ｂが開いたり閉じたりする動作を繰り返すことになる。この際、円柱状の当て金１１２ａ１、１１２ｂ１と袋ナット１１８３は衝突を繰り返すことになるため、傷みやすい部材と言え、当該箇所が簡便に交換可能であることは装置のメンテナンス性に優れるものである。同様の理由から、円柱状の当て金１１２ａ１、１１２ｂ１についても、アーム１１２ａ、ｂに対して着脱可能（例えばネジ止め等により取り付け）としている。
加えて、袋ナット１１８３は回転させることができるため、円柱状の当て金１１２ａ１、１１２ｂ１との接触位置をずらすことができる。これによって、袋ナット１１８３の長寿命化を図ることができる。同様の理由から、円柱状の当て金１１２ａ１、１１２ｂ１についても、アーム１１２ａ、ｂに対して回転可能な取り付け（例えば、円柱の中心におけるネジ止め等による取り付け）としている。
【００２４】
本実施形態では、研削回転体１１５ａ、ｂをフレキシブルシャフト（可撓自在な回転軸）１１６ａ、ｂに取り付け、回転工具ユニット１１では、フレキシブルシャフト１１６ａ、ｂ部分を保持する構成となっている。
フレキシブルシャフト１１６ａ、ｂは、角度調節機構１１３ａ、ｂ及びクランプ１１４ａ、ｂを介してアーム１１２ａ、ｂの一端側に保持されている。
角度調節機構１１３ａ、ｂにおける調節部１１３ａ１（図２参照）の設定位置を変更することによって、図２において矢印で示したように、アーム１１２ａ、ｂに対する研削回転体１１５ａ、ｂの回転軸の取り付け角度を調節することができる。
これにより、被研削物に対する研削回転体１１５ａ、ｂの当たりを調節すること等ができる。
【００２５】
図５は、本考案に係る実施形態の研削装置の構成の概略を示す図である。研削装置１は、ボイラ火炉内に設置されているボイラ水冷壁２の管２１の表面を研削するための装置であり、図５に示されるように、上記で説明した回転工具ユニット１１と、研削回転体１１５ａ、ｂを回転駆動させる駆動部１２と、モニター１３と、回転工具ユニット１１を自動搬送させるための機構（各軸走行装置１４〜１６）と、制御装置１７と、を備える。
【００２６】
回転工具ユニット１１を自動搬送させるための機構は、Ｙ軸走行装置１４、Ｘ軸走行装置１５、Ｚ軸走行装置１６によって構成される。各軸の走行装置は、各軸の走行レール（１４２、１５２、１６２）を備え、これに沿って走行させる各搬送駆動部（１４１、１５１、１６１）を備える。これにより、３次元方向へ回転工具ユニット１１を搬送可能としている（各軸の走行装置（及びその制御）自体は、周知の技術によって構成できる）。なお、Ｙ軸は、管２１の軸線に沿った方向、Ｘ軸は、ボイラ水冷壁２に平行で管２１の軸線に垂直な方向、Ｚ軸は、ボイラ水冷壁２の壁面に垂直な方向である。
Ｚ軸走行装置１６には、直動ユニット１６３（図６参照）が備えられている。回転工具ユニット１１は、直動ユニット１６３（往復運動機構）によって、Ｚ軸方向（ボイラ水冷壁２に近づいたり遠ざかる方向）に往復運動する。
なお、ここでは回転工具ユニット１１を３次元方向に自動搬送可能なものを例としているが、一部については手動で移動、設置させるものであってもよい。例えば、Ｘ軸及びＺ軸方向についてはその位置を手動で設定（固定）するものであってもよい（ただし、直動ユニット１６３（Ｚ軸方向の往復運動の駆動）は必要）。即ち、Ｘ軸及びＺ軸方向についてはその位置を手動でセッティングした上で、直動ユニット１６３によって回転工具ユニット１１を往復運動させつつ、Ｙ軸走行装置１４によって回転工具ユニット１１を管２１の軸線方向へ送ることで、管２１の１本を自動研削させるものである。
【００２７】
駆動部１２は、研削回転体１１５ａ、ｂを回転駆動させる動力部であり、フレキシブルシャフト１１６ａ、ｂと接続される。
モニター１３は、ユーザインターフェースであり、装置のセッティング時の表示や、動作中の制御状態の表示等を行う。
制御装置１７は、設定に基づいて回転工具ユニット１１を自動搬送するための制御（搬送駆動部１４１、１５１、１６１、直動ユニット１６３の制御）や、各種情報をモニター１３へ表示させる処理等を行う。
【００２８】
図６、７には、回転工具ユニット１１によってボイラ水冷壁２を研削する状態を示した。図６、７からも理解されるように、上記構成の回転工具ユニット１１を、一対の研削回転体１１５ａ、ｂの間に管２１が位置するように配置し、回転工具ユニット１１を直動ユニット１６３によって往復運動させることによって、研削回転体１１５ａ、ｂが管２１の外周に沿うように運動する。
先に説明したように、回転工具ユニット１１は、研削回転体１１５ａ、ｂの間隔を狭めるように付勢されており、研削回転体１１５ａ、ｂの間に管２１が押し込まれる動作において研削回転体１１５ａ、ｂの間隔が開き、研削回転体１１５ａ、ｂの間から管２１が抜ける動作において研削回転体１１５ａ、ｂの間隔が狭まるものである。上記各構成によって研削回転体１１５ａ、ｂの管２１に対する押し付け力が適正に保たれ、管２１の外周が効率よく且つ安定的に研削されるものである。
【００２９】
以上のごとく、本実施形態の研削装置１によれば、管２１のような湾曲面を効率よく且つ安定的に研削することができる。
また、多種多様な研削砥石を利用する際にも、研削砥石の間隔を調整する調整作業を非常に簡便に行うことができる。同様に、研削砥石の摩耗に伴い、研削砥石の間隔を調整する必要がある場合に、当該調整作業を非常に簡便に行うことができる。
【００３０】
本実施形態では、アームを搖動可能とする搖動機構として、アームを回動可能に軸支するものを例としたが、本考案をこれに限るものではなく、例えばアームをスライド可能に構成することによって搖動機構が構成されるもの等であってもよい。
【００３１】
また、本実施形態では、付勢部材が、アーム１１２ａ、ｂとフレーム部１１１の間に設けられる引きバネであるものを例としたが、付勢部材は、一対の研削回転体１１５ａ、ｂの間隔を狭くする方向に付勢するものであればよい。例えば、アーム１１２ａに形成された穴ｈ１ａ２と、アーム１１２ｂに形成された穴ｈ１ｂ２との間に引きバネを設けるようにしても良い。ただし、本実施形態の構成とすることにより、左右で独立した付勢構造となるため、例えば装置が横向きに設置される場合のごとく、被研削対象との関係等により、左右で異なる応力がかかった場合等においても、より安定的な加工ができる点で優れている。
付勢部材は引きバネに限られるものではなく、各種の弾性部材等を利用することができる。本実施形態では引っ張り方向に付勢する付勢部材を用いているが、付勢部材を配置する場所によっては、反発させる付勢部材を用いることもできる。
【００３２】
本実施形態では、研削回転体１１５ａ、ｂをフレキシブルシャフト１１６ａ、ｂに取り付け、回転工具ユニット１１では、フレキシブルシャフト１１６ａ、ｂ部分を保持する構成としたものを例としたが、本考案をこれに限るものではない。例えば、グラインダーが直接回転工具ユニットのアームによって保持されるようなものであっても構わない。
【符号の説明】
【００３３】
１．．．研削装置
１１．．．回転工具ユニット
１１１．．．フレーム部
１１２ａ、１１２ｂ．．．アーム
１１３ａ、１１３ｂ．．．角度調節機構
１１４ａ、１１４ｂ．．．クランプ
１１５ａ、１１５ｂ．．．研削回転体
１１６ａ、１１６ｂ．．．フレキシブルシャフト
１１８．．．制限部材
１１８１．．．蝶ボルト
１１８３．．．袋ナット（当接部材）
１４．．．Ｙ軸走行装置（移動装置）
１５．．．Ｘ軸走行装置
１６．．．Ｚ軸走行装置
１６３．．．直動ユニット（往復運動機構）
１７．．．制御装置
２．．．ボイラ水冷壁
２１．．．管
【図１】
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【図２】
0003221602.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003221602.tif 000007
【図６】
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【図７】
0003221602.tif 000009