特許 6012104 バニシング装置及びそれを用いたバニシング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6012104

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】バニシング装置及びそれを用いたバニシング方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 39/00 20060101AFI20161011BHJP

   B24B 49/16 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   B24B39/00

   B24B49/16

【請求項の数】4

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2012-276072(P2012-276072)

(22)【出願日】2012年12月18日

(65)【公開番号】特開2014-117784(P2014-117784A)

(43)【公開日】2014年6月30日

【審査請求日】2015年7月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】平野 敦也

(72)【発明者】

【氏名】志々目 佳子

(72)【発明者】

【氏名】工藤 健

(72)【発明者】

【氏名】三ヶ月 和人

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 広樹

(72)【発明者】

【氏名】依田 秀夫

【審査官】 大山 健

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３０５６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０３９３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第００３３０７３４（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２９０１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１０６９６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２８８５５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ ３９／００−３９／０６

Ｂ２４Ｂ ４９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加工対象物における高さ及び傾斜角が変化する加工面を回転押圧する押圧部を有するバニシングツールと、
前記バニシングツールを移動させるツール駆動装置と、
前記バニシングツールのひずみ量を検出するひずみセンサと、
前記ひずみセンサが検出したひずみ量に基づいて前記押圧部による前記加工対象物の加工面の法線方向の押付け力を演算し、前記演算した押付け力と予め記憶した押付け力に基づいて前記ツール駆動装置の押付け方向の変位の補正量を演算し、その補正量をツール駆動装置に出力するコンピュータとを備え、
前記コンピュータは、
バニシング実行時の前記押圧部による前記押付け力，前記加工対象物の加工面の接線方向の摩擦力，前記バニシングツールのせん断力及び前記バニシングツールの軸力の釣り合いの関係を示す特性図と、所定の圧縮残留応力を形成可能な許容押付け力と、前記押圧部による前記押付け力と前記バニシングツールのたわみの関係を示す特性図とが予め記憶された記憶部と、
前記ひずみ量と前記釣り合いの関係を示す特性図とに基づいて前記押付け力を演算し、前記演算した押付け力と前記許容押付け力とを比較し、前記演算した押付け力が前記許容押付け力を下回った場合に、前記押圧部による前記押付け力と前記バニシングツールのたわみの関係を示す前記特性図と，前記許容押付け力を下回った最小の前記押付け力とに基づいて前記補正量を演算し、前記補正量をツール駆動装置に出力する演算部とを備えた
ことを特徴とするバニシング装置。

【請求項2】

加工対象物における高さ及び傾斜角が変化する加工面を回転押圧する押圧部を有するバニシングツールと、
前記バニシングツールを移動させるツール駆動装置と、
前記バニシングツールのひずみ量を検出するひずみセンサと、
前記ひずみセンサが検出したひずみ量に基づいて前記押圧部による前記加工対象物の加工面の法線方向の押付け力を演算し、前記演算した押付け力と予め記憶した押付け力に基づいて前記ツール駆動装置の押付け方向の変位の補正量を演算し、その補正量をツール駆動装置に出力するコンピュータとを備え、
前記コンピュータは、
バニシング実行時の前記押圧部による前記押付け力，前記加工対象物の加工面の接線方向の摩擦力，前記バニシングツールのせん断力及び前記バニシングツールの軸力の釣り合いの関係を示す特性図と、所定の圧縮残留応力を形成可能な許容押付け力と、前記押圧部による前記押付け力と前記バニシングツールのたわみの関係を示す特性図と、前記押圧部による前記押付け力を前記許容押付け力以上に維持するための目標押付け力とが予め記憶された記憶部と、
前記ひずみ量と前記釣り合いの関係を示す特性図とに基づいて前記押付け力を演算し、前記押圧部による前記押付け力と前記バニシングツールのたわみの関係を示す前記特性図と，前記演算した押付け力と，前記目標押付け力とに基づいて前記補正量を演算し、前記補正量をツール駆動装置に出力する演算部とを備えた
ことを特徴とするバニシング装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のバニシング装置において、
前記バニシングツールは、前記加工対象物の狭隘部内に挿入可能なビームと、前記ビームの先端側に設け、前記ビームの長手方向に平行な軸線方向の回りに回転可能な押圧部とを備えた
ことを特徴とするバニシング装置。

【請求項4】

請求項１又は２に記載のバニシング装置において、
前記バニシングツールは、軸力シャフトと、前記軸力シャフトの先端側に設け、前記軸力シャフトの長手方向に直交する軸線方向の回りに回転可能な押圧部とを備えた
ことを特徴とするバニシング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バニシング装置及びそれを用いたバニシング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属部材の耐摩耗性や疲労強度を向上させるための表面仕上げとしてバニシングが知られている。このバニシングに用いられるバニシングツールとして、特許文献１に記載のものがある。

【0003】

特許文献１に記載のバニシングツールは、筒状のシャンクと、シャンク内に回動軸を介して内設され、ワーク押圧力によって回動するヘッドと、転圧加工用のローラとを備えたローラバニシングツールであって、筒状のシャンク内に備えられたシャンク軸方向への付勢手段と、付勢手段により発生する付勢力を調整する付勢力調整手段と、付勢力をヘッド軸に伝達し、付勢力の方向をヘッド軸の回動方向へ変換する付勢力変換手段とを備え、転圧加工時に発生するワーク押圧力を制御するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−２８８５５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、蒸気タービン等のタービン翼とロータディスクを連結する部分は、タービン翼側の植込み部とロータディスク側の植込み部とを噛み合わせた構造となっている。この連結部分は、タービン稼働時にタービン翼にかかる遠心力を支持する部位であるため、十分な耐疲労性を確保する必要がある。

【0006】

特許文献１に記載された発明においては、円筒内面にバニシングツールの先端を押し付けることは記載されているが、押付け力を測定する手段を備えていないため、前述したタービン翼とロータディスクとの連結部分に適用する場合には、植込み部のセッティングのずれ、植込み部の形状の寸法誤差等により、植込み部の加工部位に圧縮残留応力が確実に形成されていることを保証できないという問題点がある。特に、植込み部のように加工面の高さや傾斜角が変化する形状に対しては、予め入力された位置と実際の位置との間に誤差が生じやすいため、バニシングの加工処理が十分に実行されない虞がある。

【0007】

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、加工対象物における高さ及び傾斜角が変化する加工面へのバニシングの加工処理を確実に実行することができるバニシング装置及びそれを用いたバニシング方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、加工対象物における高さ及び傾斜角が変化する加工面を回転押圧する押圧部を有するバニシングツールと、前記バニシングツールを移動させるツール駆動装置と、前記バニシングツールのひずみ量を検出するひずみセンサと、前記ひずみセンサが検出したひずみ量に基づいて前記押圧部による前記加工対象物の加工面の法線方向の押付け力を演算し、前記演算した押付け力と予め記憶した押付け力に基づいて前記ツール駆動装置の押付け方向の変位の補正量を演算し、その補正量をツール駆動装置に出力するコンピュータとを備え、前記コンピュータは、バニシング実行時の前記押圧部による前記押付け力，前記加工対象物の加工面の接線方向の摩擦力，前記バニシングツールのせん断力及び前記バニシングツールの軸力の釣り合いの関係を示す特性図と、所定の圧縮残留応力を形成可能な許容押付け力と、前記押圧部による前記押付け力と前記バニシングツールのたわみの関係を示す特性図とが予め記憶された記憶部と、前記ひずみ量と前記釣り合いの関係を示す特性図とに基づいて前記押付け力を演算し、前記演算した押付け力と前記許容押付け力とを比較し、前記演算した押付け力が前記許容押付け力を下回った場合に、前記押圧部による前記押付け力と前記バニシングツールのたわみの関係を示す前記特性図と，前記許容押付け力を下回った最小の前記押付け力とに基づいて前記補正量を演算し、前記補正量をツール駆動装置に出力する演算部とを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、バニシングツールのひずみ量に基づいて、押圧部における加工対象物の加工面の法線方向の押付け力を演算し、この演算した押付け力により押圧部を加工面に押し付けるようにしたので、加工対象物における高さ及び傾斜角が変化する加工面に対して、バニシングの加工処理を確実に実行することができる。この結果、加工対象物の長寿命化を図ることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明のバニシング装置及びそれを用いたバニシング方法の加工対象物である蒸気タービンのタービン翼を部分的に示す斜視図である。

【図2】図１の符号Ａで示す蒸気タービンのタービン翼とロータディスクとの連結部分を拡大した斜視図である。

【図3】本発明のバニシング装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。

【図4】図３に示す本発明のバニシング装置の第１の実施の形態を構成するバニシングツールのローラを拡大して示す斜視図である。

【図5】本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシングの過程を示す説明図である。

【図6】本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシング実行時のビームのたわみとアームの変位との関係を示す説明図である。

【図7】本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシング実行時の傾斜した加工面に生じた押付け力及び摩擦力とビームに生じたせん断力及び軸力との関係を示す説明図である。

【図8】本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシング実行時の押付け力、摩擦力、ビームのせん断力及びビームの軸力の釣り合いの関係を示す特性図である。

【図9】本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシング実行時の押付け力とビームのたわみの関係を示す特性図である。

【図10】本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシング方法を示すフローチャート図である。

【図11】本発明のバニシング装置の第１の実施の形態を構成するバニシングツールのチャッキングのずれを示す説明図である。

【図12】本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシング実行時のビームのせん断力とビームのたわみの関係を示す特性図である。

【図13】本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシング方法の加工記録を表示した表示部の表示画面図である。

【図14】本発明のバニシング装置の第２の実施の形態におけるバニシング実行時の押付け力とビームのたわみの関係を示す特性図である。

【図15】本発明のバニシング装置の第２の実施の形態におけるバニシング方法を示すフローチャート図である。

【図16】本発明のバニシング装置の第２の実施の形態におけるバニシング実行時のビームのせん断力とビームのたわみの関係を示す特性図である。

【図17】本発明のバニシング装置の第３の実施の形態を示すものであり、バニシング実行時の傾斜した加工面に生じた押付け力及び摩擦力と軸力シャフトに生じたせん断力及び軸力との関係を示す説明図である。

【図18】本発明のバニシング装置の第３の実施の形態におけるタービン翼の翼植込み部に対するバニシングを示す説明図である。

【図19】本発明のバニシング装置の第３の実施の形態におけるバニシング実行時の押付け力、摩擦力、シャフトせん断力及びシャフト軸力の釣り合いの関係を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明のバニシング装置及びそれを用いたバニシング方法の実施の形態を図面を用いて説明する。
まず、本発明のバニシング装置及びそれを用いたバニシング方法の加工対象である蒸気タービンの構成を図１及び図２を用いて説明する。
図１は本発明のバニシング装置及びそれを用いたバニシング方法の加工対象物である蒸気タービンのタービン翼を部分的に示す斜視図、図２は図１の符号Ａで示す蒸気タービンのタービン翼とロータディスクとの連結部分を拡大した斜視図である。

【0012】

図１において、タービン１００は、ロータシャフト１０１と、ロータシャフト１０１の外周に取り付けられたロータディスク１０２と、ロータディスク１０２の外周に間隔を以って連結された複数のタービン翼１０３とを備えている。

【0013】

図２に示すように、ロータディスク１０２とタービン翼１０３とを連結する連結部分１０４は、断面形状がクリスマスツリー状のロータディスク１０２のロータ植込み部１０５と、断面形状がクリスマスツリー状のタービン翼１０３の翼植込み部１０６とをかみ合わせた構造となっている。

【0014】

タービン稼働時には、タービン翼１０３が蒸気を受けることにより連結されたロータシャフト１０１が回転し、この回転駆動力により発電機（図示せず）が発電する。このとき、回転するタービン翼１０３には遠心力が作用するが、噛み合わせ構造の連結部分１０４で遠心力を支持する。このため、ロータ植込み部１０５の溝底部１０７及び翼植込み部１０６の溝底部１０８に応力集中が生じて、局部的に高い応力が発生し、長期間の使用により、疲労き裂や応力腐食割れなどの損傷が発生するおそれがある。

【0015】

上記損傷を抑制する技術としては、表面に圧縮の残留応力層を形成させることにより、き裂の発生、進展を抑制するバニシングが有効である。バニシングは、形成される圧縮残留応力層が深いこと、加工後の表面粗さが滑らかであること、加工費用が比較的低コストであることなどの利点がある。

【0016】

［第１の実施の形態］
次に、本発明のバニシング装置の第１の実施の形態を図３乃至図６を用いて説明する。
図３は本発明のバニシング装置の第１の実施の形態を示す概略構成図、図４は図３に示す本発明のバニシング装置の第１の実施の形態を構成するバニシングツールのローラを拡大して示す斜視図、図５は本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシングの過程を示す説明図、図６は本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシング実行時のビームのたわみとアームの変位との関係を示す説明図である。図３乃至図６において、図１及び図２に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。図３、図５、図６において、バニシングツールの挿入方向をＸ軸方向、ロータ植込み部の溝底部の溝方向をＹ軸方向、バニシングツールのロータ植込み部への押付け方向をＺ軸方向とする。

【0017】

本実施の形態においては、ロータディスク１０２のロータ植込み部１０５における狭隘な内面形状で高さ及び傾斜角が変化する加工面をバニシングする例を説明する。
図３において、バニシング装置は、加工対象物（ロータ植込み部１０５）に圧縮残留応力層を形成するバニシングツール１と、バニシングツール１をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させるツール駆動装置２とを備えている。

【0018】

バニシングツール１は、狭隘な内面形状のロータ植込み部１０５の溝底部１０７へのアクセスを考慮し、はりのたわみ反力を利用してツール先端部を加工面に押し付けるビーム方式を採用している。バニシングツール１は、ロータ植込み部１０５の狭隘部内に挿入可能なビーム１１と、ビーム１１の長手方向の一端側に設けた固定部１２と、ビーム１１の先端部の下側に設けられ、加工対象物の加工面を押圧する押圧部としてのローラ１３とを有する。ローラ１３は、図４に示すように、ビーム１１の長手方向に平行な軸線方向（Ｘ軸方向）の回りに回転可能になっている。

【0019】

ツール駆動装置２は、ベース部２１と、ベース部２１に対してＹ軸方向に移動可能に設けたＹ軸ステージ２２と、Ｙ軸ステージ２２を移動させるＹ軸駆動装置２３と、Ｙ軸ステージ２２に立設した支持部２４と、支持部２４にＸ軸方向に移動可能に取り付けたアーム２５と、アーム２５を支持部２４に対してＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置２６と、アーム２５を保持し、支持部２４に対してＺ軸方向に移動可能に設けたアーム保持部２７と、アーム保持部２７を支持部２４に対してＺ軸方向へ移動させるＺ軸駆動装置２８と、アーム２５の先端側に設けたツールつかみ部２９とを有している。

【0020】

ツールつかみ部２９には、チャッキング孔２９ａが設けられている。チャッキング孔２９ａには、バニシングツール１の固定部１２を挿通してボルト締めすることにより、バニシングツール１が固定されている。

【0021】

バニシングツール１は、Ｘ軸駆動装置２６によりＸ軸方向に移動し、ロータ植込み部１０５間の間隙に挿入される。次に、Ｚ軸駆動装置２８によりＺ軸方向に移動し、バニシングツール１のローラ１３がロータ植込み部１０５の溝底部１０７に押し付けられる。ローラ１３が溝底部１０７に押し付けられた状態で、図４に示すように、Ｙ軸駆動装置２３によりバニシングツール１がＹ軸方向に移動し、ローラ１３が溝底部１０７を回転押圧しながら溝方向（Ｙ軸方向）へ移動する（１ラインを加工する）。

【0022】

ローラ１３が溝底部１０７のＹ軸方向の一端から他端に向けて押圧しながら移動し終えたら、図５に示すように、Ｘ軸駆動装置２６によりローラ１３が所定のピッチｐだけＸ軸方向に移動する。さらに、Ｚ軸駆動装置２８を駆動させてローラ１３が溝底部１０７に再び押し付けられ、ローラ１３はＹ軸方向の他端から一端に向けて押圧しながら移動する。以降、これを繰返すことにより溝底部１０７の全体のバニシングが完了する。

【0023】

このとき、ローラ１３による加工面の法線方向の押付け力Ｆによって、接触部で局所的な塑性変形が生じ、圧縮残留応力が形成される。加工面の法線方向の押付け力Ｆとバニシングにより形成される圧縮残留応力の大きさとは相関がある。

【0024】

そこで、所定以上の圧縮残留応力を得るために、必要な許容押付け力Ｆｔを予め定め、押付け力Ｆが許容押付け力Ｆｔを下回らないように、ビーム１１のたわみｖはツール駆動装置２によって制御される。

【0025】

上記のビーム１１のたわみｖを制御するための構成、作用を次に説明する。
図６に示すように、ビーム１１のたわみｖは、ツール駆動装置２のアーム２５のＺ軸方向（押付け方向）の変位ｕと次式（１）の関係にある。

【0026】

ｖ＝ｕ−ｕ０（ｘ）… （１）
ここで、ｕ０は、加工対象物（ロータ植込み部１０５）の加工面にローラ１３が接触し始めるＺ軸方向の基準変位であり、溝底部１０７のＸ軸方向の座標ｘの関数である。

【0027】

このため、本実施の形態においては、ローラ１３による押付け力Ｆを測定してビーム１１のたわみｖを制御する構成としている。
図３に戻り、ビーム１１の固定部１２近傍の上下面（ビーム１１のバニシング実行時のせん断方向における両端部）には、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂがそれぞれ設置されている。ひずみセンサ１４ａ、１４ｂは、コンピュータ３にそれぞれ接続されており、ビーム１１のひずみ量をそれぞれ検出して、そのひずみ量に対応した検出信号をコンピュータ３にそれぞれ出力する。

【0028】

コンピュータ３には、ツール駆動装置２のＸ軸駆動装置２６、Ｙ軸駆動装置２３、Ｚ軸駆動装置２８を駆動し、アーム２５の位置を制御するツール制御部４が接続されている。また、コンピュータ３には、バニシングの加工条件、バニシング実行時の測定データの表示、ツール駆動装置２のアーム２５の変位ｕの制御値などのユーザからの各種指令を行うキーボード等の入力手段５と、バニシング実行時の測定データ等を表示するディスプレイ等の表示部６と、警報音を発する警報器７とが接続されている。

【0029】

コンピュータ３は、入出力部（Ｉ／Ｏ）３１と、各種の特性図及び各種の設定値を予め記憶する記憶部３２と、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂからの検出値と特性図とに基づくローラ１３による加工面の法線方向の押付け力Ｆの演算、演算した押付け力Ｆと設定値との比較判断、演算した押付け力Ｆと特性図と設定値とに基づくアーム２５の押付け方向の変位ｕの補正値δｕの演算を実行する演算部３３とを備えている。

【0030】

記憶部３２には、演算部３３が押付け力Ｆを演算するために、バニシング実行時の押付け力Ｆ、摩擦力、ビーム１１のせん断力及びビーム１１の軸力の釣り合いの関係を示す特性図が記憶されている（後述の図８参照）。また、演算した押付け力Ｆが所定以上の圧縮残留応力を形成できる押付け力であったか否かを比較判断するための設定値である許容押付け力Ｆｔが記憶されている。さらに、演算部３３がアーム２５の変位ｕの補正量δｕを演算するために、押付け力とビーム１１のたわみの関係を示す特性図と、その特性図上において許容押付け力Ｆｔに対応するビーム１１の許容たわみｖｔとが記憶されている（後述の図９参照）。

【0031】

また、記憶部３２には、入力手段５から入力されたバニシングの加工条件、演算部３３からの押付け力Ｆの演算結果等が記録される。

【0032】

演算部３３は、後述するように、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂの検出信号を取り込み、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂの検出信号と記憶部３２に記憶した後述の図８に示す特性図とに基づき押付け力Ｆを演算し、その演算結果を記憶部３２及び表示部６へ出力する。また、演算した押付け力Ｆが記憶部３２に記憶した許容押付け力Ｆｔを下回っているか否かを判断する。押付け力Ｆが許容押付け力Ｆｔを下回ったと判断した場合には、警報指令信号を警報器７へ出力すると共に、押付け力Ｆが許容押付け力Ｆｔ以上となるようなアーム２５の変位ｕの補正量δｕを演算し、その演算結果を表示部６へ出力する。また、入力手段５から入力されたアーム２５の変位ｕの補正量δｕに基づいて補正量δｕ分移動させるための補正変位指令をツール制御部４へ出力する。

【0033】

入出力部３１は、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂの検出信号及び入力手段５の指令信号が入力される。また、入出力部３１は、演算部３３からの押付け力Ｆの演算結果を表示部６へ出力し、演算部３３からの警報指令信号を警報器７へ出力し、演算部３３からのアーム２５の変位ｕの補正量δｕの演算結果を表示部６へ出力し、演算部３３からの補正変位指令をツール制御部４へ出力する。

【0034】

次に、演算部３３がひずみセンサ１４ａ、１４ｂによる測定値からローラ１３による押付け力Ｆを演算する具体的方法を図７及び図８を用いて説明する。
図７は本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシング実行時の傾斜した加工面に生じた押付け力及び摩擦力とビームに生じたせん断力及び軸力との関係を示す説明図、図８は本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシング実行時の押付け力、摩擦力、ビームのせん断力及びビームの軸力の釣り合いの関係を示す特性図である。図７及び図８において、図１乃至図６に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

【0035】

図７に示すビーム１１のせん断力Ｗ、軸力Ｂは、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂでそれぞれ測定されたひずみ量εａ、εｂから次式（２）、（３）で求められる。

【0036】

Ｗ＝（εｂ−εａ）／２・Ｅ・Ｚ／Ｌ …（２）
Ｂ＝（εａ＋εｂ）／２・Ｅ・Ａ …（３）
ここで、Ｅはビーム１１のヤング率、Ｚはビーム１１の断面係数、Ａはビーム１１の横断面積、Ｌはローラ１３からひずみセンサ１４ａ、１４ｂまでの距離をそれぞれ示している。

【0037】

ビーム１１の先端部では、ローラ１３による加工面の法線方向の押付け力Ｆ、加工面の接線方向の摩擦力ｆ、ビーム１１のせん断力Ｗ、ビーム１１の軸力Ｂが釣り合っている。加工面の傾斜角をθ（絶対値）とすると、上下、左右の力の釣合いから、次式（４）〜（６）が成り立つ。

【0038】

Ｆｃｏｓθ＋ｆｓｉｎθ＝Ｗ …（４）
Ｆｓｉｎθ−ｆｃｏｓθ＝Ｂ …（５）
ｆ＝ｍｉｎ｛μＦ、Ｆｔａｎθ｝ …（６）
ここで、μは摩擦係数を示している。

【0039】

加工面の傾斜角θが小さい場合、ビーム１１のたわみｖに応じて、ビーム１１のせん断力Ｗが生じ、押付け力Ｆと摩擦力ｆとで釣り合い、ビーム１１の軸力Ｂは０である。このとき、ローラ１３が加工面上を滑らずに力が釣り合う状態であるから、μＦ＞Ｆｔａｎθであり、摩擦力ｆはＦｔａｎθとなる。

【0040】

一方、加工面の傾斜角θが大きい場合、押付け力Ｆと摩擦力ｆ、ビーム１１のせん断力Ｗだけでは、左右方向の釣り合いが取れず、ローラ１３が加工面上を滑ろうとするため、ビーム１１の軸力Ｂが発生する。このとき、ローラ１３が加工面上を滑ろうとする状態であるため、μＦ＜Ｆｔａｎθであり、摩擦力ｆはμＦとなる。

【0041】

式（４）〜（６）の関係は、図８に示す特性図として示すことができる。図８は、縦軸がローラ１３による押付け力とビーム１１のせん断力との比Ｆ／Ｗ、横軸がビーム１１の軸力とビーム１１のせん断力との比Ｂ／Ｗを示している。図８中の実線Ａは摩擦係数μが０．１５の場合、破線Ｂは摩擦係数μが０．３の場合、点線Ｃは摩擦係数μが０．６の場合の特性曲線を示している。ここで、摩擦係数μは別途試験により測定した結果に応じて適切なものを選択する。

【0042】

ひずみセンサ１４ａ、１４ｂの測定値から式（２）及び式（３）を用いて、せん断力Ｗ、軸力Ｂが求まるので、図８の特性曲線Ａ、Ｂ、Ｃのうち摩擦係数μの試験結果に応じて選択した特性曲線を用いて、求めた軸力Ｂ及びせん断力Ｗで定まる横軸のＢ／Ｗの値から該当する縦軸のＦ／Ｗの値を求める。このＦ／Ｗの値から押付け力Ｆを求めることができる。

【0043】

ただし、ビーム１１の軸力Ｂが０の場合には、縦軸のＦ／Ｗの値が一意に定まらないため、安全側に低めに見積もるものとして曲線ライン上の値（図８のプロット）を採用する。このときの縦軸のＦ／Ｗの値の誤差は、摩擦係数μが０．６の場合でも、最大１４％である。

【0044】

このように、ロータ植込み部１０５のような加工面の傾斜角θが変化する加工対象物に対するバニシングにおいて、この傾斜角θを測定せずに押付け力Ｆを求めることが可能となる。

【0045】

次に、演算部３３がアーム２５の押付け方向の変位ｕの補正量δｕを演算する具体的方法を図９を用いて説明する。
図９は本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシング実行時の押付け力とビームのたわみの関係を示す特性図であり、縦軸はローラ１３による押付け力Ｆ、横軸はビーム１１のたわみｖを示している。図中の特性曲線Ａは、図８におけるＦ／Ｗ値が最小となる条件を選定した場合の押付け力とビームのたわみの関係を示す特性曲線である。

【0046】

図中、許容押付け力Ｆｔ及びそれに対応した許容たわみｖｔは所定の圧縮残留応力を得るための設定値である。

【0047】

また、ロータ植込み部１０５の溝底部１０７の１ライン加工中に基準変位ｕ０が最大変動量δｕ０変動したとしても、ローラ１３による押付け力Ｆが許容押付け力Ｆｔ以上を維持できるように、開始押付け力Ｆｓ及びその開始押付け力Ｆｓに対応する開始たわみｖｓが設定される。

【0048】

この開始押付け力Ｆｓは、１ライン加工するときに、アーム２５の変位ｕの開始位置を定めるための基準値となる。

【0049】

１ライン加工中の基準変位ｕ０の変動は、ロータ植込み部１０５のセッティング時のＺ軸方向を軸とした回転ずれとロータ植込み部１０５の形状の寸法誤差により生じるものである。基準変位ｕ０の最大変動量δｕ０は、例えば、初期値が０．５ｍｍに設定され、ローラ１３による押付け力Ｆが許容押付け力Ｆｔを下回ってバニシングの再加工が実行された場合には、後述するアーム２５の変位ｕの補正量δｕに基づいて変更される。

【0050】

これらの許容押付け力Ｆｔ、許容たわみｖｔ、開始押付け力Ｆｓ及び開始たわみｖｓは、この特性図と共に記憶部３２に記憶されている。

【0051】

図９において、ロータ植込み部１０５の溝方向への１ライン加工中に測定された押付け力Ｆのうち、許容押付け力Ｆｔを下回った最小の押付け力Ｆｍｉｎから、最小たわみｖｍｉｎが求められる。この最小たわみｖｍｉｎ、開始たわみｖｓ、基準変位ｕ０の最大変動量δｕ０から、アーム２５の変位ｕの補正量δｕが次式（７）から求められる。
δｕ＝（ｖｓ−ｖｍｉｎ）−δｕ０ …（７）
このように、アーム２５の変位ｕを補正量δｕ分だけ移動させると、図９から明らかのように、押付け力Ｆが許容押付け力Ｆｔ以上となる。

【0052】

なお、図９に示す特性曲線Ａは、図８に示す特性図においてＦ／Ｗが最小となる条件を選定した場合の押付け力Ｆとたわみｖの関係を示すものであり、Ｗはｖと比例関係にあるからＦ／ｖも最小となる。そのため、この特性線Ａから求められる押付け力Ｆは安全側に低くなるように配慮されている。

【0053】

次に、本発明のバニシング装置の第１の実施の形態を用いたバニシング方法を図３乃至図６、図８乃至図１２を用いて説明する。
図１０は本発明のバニシング装置の第１の実施の形態を用いたバニシング方法を示すフローチャート図、図１１は本発明のバニシング装置の第１の実施の形態を構成するバニシングツールのチャッキングのずれを示す説明図、図１２は本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシング実行時のビームのせん断力とビームのたわみとの関係を示す特性図である。図１０乃至図１２において、図１乃至図９に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。図１０において、バニシングツールの挿入方向をＸ軸方向、ロータ植込み部の溝底部の溝方向をＹ軸方向、バニシングツールのロータ植込み部への押付け方向をＺ軸方向とする。

【0054】

図１０に示すように、バニシング加工をする前に、加工時に想定されるビーム１１の最大せん断力Ｗmaxよりも大きなせん断力Ｗ０をビーム１１に予めかける（ステップＳ１）。

【0055】

最大せん断力Ｗmaxとは、図３に示す溝底部１０７の溝方向（Ｙ軸方向）の１ライン加工中に生じうる基準変位ｕ０の最大変動量によりビーム１１に生じるせん断力である。

【0056】

ビーム１１にある大きさ以上のせん断力が加わると、図１１に示すように、ツールつかみ部２９のチャッキング孔２９ａに挿入された状態で固定されたバニシングツール１には、チャッキングのずれが生じる。図中、二点鎖線のバニシングツール１は、チャッキングのずれがない状態のバニシングツール１を、実線のバニシングツール１は、チャッキングのずれが生じた状態のバニシングツール１を示す。

【0057】

加工時に想定されるビーム１１の最大せん断力Ｗmaxよりも大きなせん断力Ｗ０をビーム１１に予めかけて、バニシングツール１のチャッキングのずれが生じた場合には、チャッキングのずれが生じた状態のバニシングツール１で加工することにより、加工中のチャッキングの更なるずれを抑制することができる。

【0058】

また、せん断力Ｗ０をビーム１１に予めかけても、バニシングツール１のチャッキングのずれが生じない場合には、加工中にせん断力Ｗ０以上のせん断力がビーム１１に加わらないので、バニシングツール１のチャッキングのずれは生じないと考えられる。

【0059】

このため、加工中にバニシングツール１のチャッキングのずれが生じて押付け力Ｆが許容押付け力Ｆｔを下回ることを抑制できる。

【0060】

次に、ビーム１１の最大せん断力Ｗmaxの決定方法を図１２を用いて説明する。
図１２は本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシング実行時のビーム１１のせん断力とビーム１１のたわみとの関係を示す特性図であり、縦軸はビームのせん断力Ｗ、横軸はビーム１１のたわみｖを示している。図中の実線Ａは、図８におけるＦ／Ｗが最小となるＢ／Ｗ＝０時の条件を想定した場合のビームのせん断力とビームのたわみの関係を示す特性曲線である。

【0061】

１ライン加工中の基準変位ｕ０の変動量を、例えば、±０．５ｍｍ以内と想定する。この場合、図１２から、基準変位ｕ０の変動量が±０．５ｍｍ以内において、たわみｖが許容たわみｖｔ以上となるように最大せん断力Ｗmaxが決定される。この場合、基準変位ｕ０の最大変動量δｕ０は、初期値０．５ｍｍに設定される。

【0062】

なお、図１２に示す特性曲線Ａは、図８におけるＦ／Ｗが最小となるＢ／Ｗ＝０時の条件を想定した場合のビームのせん断力とビームのたわみの関係を示すものであるため、この特性線Ａから求められるビームの最大せん断力Ｗmaxは安全側に高くなるように配慮されている。

【0063】

図１０に戻り、図３に示すツール駆動装置２のＸ軸駆動装置２６を駆動させ、ビーム１１をＸ軸方向へ移動させる。ビーム１１の先端部をロータ植込み部１０５間に挿入し、ローラ１３をロータ植込み部１０５の溝底部１０７のＸ軸方向の加工開始位置にセットする（ステップＳ２）。

【0064】

次に、Ｚ軸駆動装置２８を駆動させ、ビーム１１をＺ軸方向（押付け方向）へ移動させ、ローラ１３を溝底部１０７に押圧させる（ステップＳ３）。ローラ１３が溝底部１０７を押圧すると、図６に示すように、ビーム１１がたわみ、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂはそのひずみ量を検出し、そのひずみ量を演算部３３に出力する。ひずみセンサ１４ａ、１４ｂは、ステップＳ３以降、ひずみ量を検出するとそのひずみ量を演算部３３に常時出力する。

【0065】

演算部３３は、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂで検出されたひずみ量を取り込み、そのひずみ量及び記憶部３２に記憶された図８に示す特性図に基づいてローラ１３による押付け力Ｆを演算し、押付け力Ｆの演算結果を表示部６に出力する（ステップＳ４）。これにより、押付け力Ｆが表示部６に表示される。

【0066】

ローラ１３による押付け力Ｆが所定の開始押付け力Ｆｓとなるようにアーム２５のＺ軸方向の変位ｕをセットする（ステップＳ５）。開始押付け力Ｆｓは、上述したように、基準変位ｕ０が最大変動量δｕ０（初期値０．５ｍｍ）変動したとしても、ローラ１３による押付け力Ｆが許容押付け力Ｆｔ以上を維持できるように設定されている。

【0067】

押付け力Ｆが開始押付け力Ｆｓとなった状態のアーム２５の変位ｕを保持した状態で、Ｙ軸駆動装置２３を駆動させ、図４に示すように、ローラ１３が溝底部１０７のＹ軸方向（溝方向）の一端から他端まで１ライン加工する（ステップＳ６）。この加工中、ビーム１１のたわみｖ及びローラ１３による押付け力Ｆが基準変位ｕ０の変動に伴い変化する。

【0068】

演算部３３は、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂで検出されたひずみ量を取り込み、このひずみ量及び記憶部３２に記憶された図８に示す特性図に基づいて押付け力Ｆを演算し、押付け力Ｆの演算結果を記憶部３２及び表示部６へ出力する（ステップＳ７）。これにより、１ライン加工時の押付け力Ｆが記憶部３２に記録され、表示部６に表示される。

【0069】

次に、１ライン加工終了後に、演算部３３は、記憶部３２に記録された１ライン加工時の押付け力Ｆが記憶部３２に予め記憶された許容押付け力Ｆｔを下回っているか否かを判断する（ステップＳ８）。押付け力Ｆが許容押付け力Ｆｔを下回っている場合には、ステップ９へ進み、それ以外の場合には、ステップＳ１３へ進む。

【0070】

ステップＳ８において、押付け力Ｆが許容押付け力Ｆｔを下回った場合（ＹＥＳ）には、演算部３３は、警報器７へ警報指令信号を出力する（ステップＳ９）。これによって、警報器７が警報音を発する。この警報音により、１ライン加工時の押付け力Ｆが許容押付け力Ｆｔを下回ったことをユーザに報知することができる。

【0071】

また、演算部３３は、図９に示す特性図からアーム２５の変位ｕの補正量δｕを演算し、補正量δｕの演算結果を表示部６に出力する（ステップＳ９）。これにより、アーム２５の変位ｕの補正量δｕが表示部６に表示される。

【0072】

具体的には、演算部３３は、記憶部３２に記録された１ライン加工時の押付け力Ｆのうち、許容押付け力Ｆｔを下回った最小の押付け力Ｆｍｉｎと、記憶部３２に記憶されている押付け力とビームのたわみの関係を示す特性図、開始たわみｖｓ及び基準変位ｕ０の最大変動量δｕ０（初期値０．５ｍｍ）とに基づいて補正量δｕを演算する（図９参照）。

【0073】

補正量δｕを演算した後に、最大変動量δｕ０がδｕ０＋δｕに変更される。この最大変動量δｕ０の変更に応じて、図９に示す特性図中の開始たわみｖｓ及び開始押付け力Ｆｓが変更される。すなわち、開始たわみｖｓ及び開始押付け力Ｆｓは、最大変動量δｕ０がδｕ増加した分、大きくなる。

【0074】

次に、表示部６に表示された補正量δｕを入力手段５からコンピュータ３に入力する（ステップＳ１０）。

【0075】

演算部３３は、入力手段５からの補正量δｕを取り込み、アーム２５の変位ｕがｕ＋δｕになるようにツール駆動装置２を制御する（ステップＳ１１）。具体的には、演算部３３は、入力手段５から入力された補正量δｕに基づいてアーム２５の変位ｕを補正量δｕ分移動させるための補正変位指令をツール制御部４へ出力し、ツール制御部４を介してアーム２５の変位ｕがｕ＋δｕとなるようにＺ軸駆動装置２８を駆動させる。

【0076】

次に、アーム２５の変位ｕをｕ＋δｕに保持した状態で、Ｙ軸駆動装置２３を駆動させ、ステップＳ６と逆方向に他端から一端まで同一ラインを再度加工する（ステップＳ１２）。

【0077】

再びステップＳ７に戻り、演算部３３は、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂで検出されたひずみ量を取り込んで押付け力Ｆを演算し、押付け力Ｆの演算結果を記憶部３２及び表示部６へ出力する（ステップＳ７）。これにより、１ライン再加工時の押付け力Ｆが記憶部３２に記録され、表示部６に表示される。

【0078】

次に、ステップＳ１１の１ラインの再加工後に、演算部３３は、記憶部３２に記録された１ライン再加工時の押付け力Ｆが記憶部３２に予め記憶された許容押付け力Ｆｔを下回っているか否かを判断する（ステップＳ８）。

【0079】

ステップＳ８において、押付け力Ｆが許容押付け力Ｆｔを下回る部分がなかった場合（ＮＯ）には、Ｘ軸駆動装置２６を駆動させ、図５に示すように、ローラ１３を所定ピッチｐだけＸ軸方向にずらし、加工方向を逆方向にセットする（ステップＳ１３）。これは、次のラインの加工準備を行うものである。本実施の形態においては、Ｙ軸方向への１ライン加工終了ごとにローラ１３をピッチｐだけＸ軸方向にずらし、Ｙ軸の逆方向へ向けて加工する工程を実行して、溝底部１０７全体のバニシングの加工処理を実行する。

【0080】

次に、ローラ１３がＸ軸方向の加工終了位置に到達したか否かが判断される（ステップＳ１４）。ローラ１３が加工終了位置に到達していない場合(ＮＯ)には、ステップＳ３へ戻り、上述した手順を繰り返すことで次のラインの加工が行われる。一方、ローラ１３が加工終了位置に到達した（ＹＥＳ）場合には、加工完了となる。

【0081】

なお、次のラインの加工の場合のステップＳ５における開始押付け力Ｆｓは、２つの場合があり、前のラインの加工の場合のステップＳ８において、１度もＹＥＳと判断されずにＮＯと判断されて１ラインの加工が実行された場合（前のラインの再加工がなっかた場合）と、少なくとも１度はＹＥＳと判断されて１ラインの加工が実行された場合（前のラインの再加工が実行された場合）とで異なる。

【0082】

前のラインの再加工がなかった場合には、次のラインの加工の場合のステップＳ５における開始押付け力Ｆｓは、前のラインの加工の場合のステップＳ５における開始押付け力Ｆｓと同一のものである。

【0083】

一方、前のラインの再加工が実行された場合には、次のラインの加工の場合のステップＳ５における開始押付け力Ｆｓは、前のラインの加工におけるステップ９で変更された開始押付け力Ｆｓと同一のものである。

【0084】

上述したように、加工対象物における高さ及び傾斜角が変化する加工面に対して、傾斜角θを測定せずに、押付け力不足となる部位を残さずにバニシングが可能となった。

【0085】

なお、上述したステップＳ９〜Ｓ１１において、演算部３３が演算した補正量δｕを表示部６に出力し、表示部６に出力された補正量δｕを入力手段５からコンピュータ３に入力し、入力された補正量δｕに基づいて演算部３３が補正変位指令をツール制御部４へ出力してツール制御部４を介してアーム２５の変位ｕを制御する例を示したが、演算部３３が演算した補正量δｕを入力手段５からコンピュータ３に入力することなしに、演算部３３がその演算結果に基づいて補正変位指令をツール制御部４へ出力してツール制御部４を介してアーム２５の変位ｕを制御することもできる。

【0086】

また、上述の例では、ステップＳ１〜Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ１０、Ｓ１２〜Ｓ１４の作業は、手動操作としたが、コンピュータ制御で自動化することが可能である。

【0087】

次に、本発明のバニシング装置の第１の実施の形態を構成する表示部に表示された加工記録の出力結果を図１３を用いて説明する。
図１３は、本発明のバニシング装置の第１の実施の形態におけるバニシング方法の加工記録を表示した表示部の表示画面図である。

【0088】

表示部６には、加工時のＸ軸方向、Ｙ軸方向座標におけるローラ１３による押付け力Ｆが押付け力Ｆの大きさに応じて色分けして表示される。このため、押付け力不足がないことを一目で確認することができる。

【0089】

また、各加工ライン毎に、Ｙ軸方向の両端における基準変位ｕ０及びたわみｖ、再加工数、加工方向、所定ピッチｐ、加工速度も表示される。このため、必要に応じて加工状況を詳細に調べることができる。

【0090】

上述したように、本発明のバニシング装置の第１の実施の形態及びそれを用いたバニシング方法によれば、バニシングツール１のひずみ量に基づいて、押圧部１３における加工対象物１０５の加工面の法線方向の押付け力Ｆを演算し、この演算した押付け力Ｆにより押圧部１３を加工面に押し付けるようにしたので、加工対象物１０５における高さ及び傾斜角が変化する加工面に対して、バニシングの加工処理を確実に実行することができる。この結果、加工対象物１０５の長寿命化を図ることができる。

【0091】

また、本実施の形態によれば、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂで検出されたひずみ量により演算した押付け力Ｆに基づいてアーム２５の変位ｕを制御するため、ロータ植込み部１０５の形状情報をツール駆動装置２に予め入力しておく必要がない。さらに、詳細な形状情報を把握していないような加工対象物であっても、加工可能となる。

【0092】

さらに、本実施の形態によれば、ローラ１３による傾斜角θが変化する加工面の法線方向の押付け力Ｆ、加工面の接線方向の摩擦力ｆ、ビーム１１のせん断力Ｗ、ビーム１１の軸力Ｂの釣り合いの関係を、図８に示すように、押付け力Ｆ、ビーム１１のせん断力Ｗ及びビーム１１の軸力Ｂとの特性関係として演算するようにしたので、ローラ１３による傾斜角θが変化する加工面の法線方向の押付け力Ｆを傾斜角θを測定せずに演算することができる。

【0093】

また、本実施の形態によれば、バニシングツール１は、はりのたわみ反力を利用してローラ１３を押し付けるビーム方式であるので、ロータ植込み部１０５のような狭隘な内面形状を有する加工対象物に対して、バニシングの加工処理を確実に実行することができる。

【0094】

さらに、本実施の形態によれば、測定された押付け力Ｆを押付け力Ｆの大きさに応じて色分けして表示部６に表示するので、容易かつ必要に応じて詳細に、バニシングの品質管理が可能となる。

【0095】

［第２の実施の形態］
次に、本発明のバニシング装置の第２の実施の形態を図３、図８及び図１４を用いて説明する。
図１４は本発明のバニシング装置の第２の実施の形態におけるバニシング実行時の押付け力とビームのたわみの関係を示す特性図である。図１４において、図１乃至図１３に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

【0096】

本発明の本発明のバニシング装置の第２の実施の形態は、第１の実施の形態がアーム２５の変位ｕを固定してバニシングを一度実行し、加工不良が発見された場合に、測定された押付け力Ｆに応じてアーム２５の変位ｕを補正して再度バニシングを実行する構成に対して、加工中に測定されている押付け力Ｆに応じてアーム２５の変位ｕを逐次補正する構成である点が異なる。

【0097】

本実施の形態を構成するコンピュータ３は、入出力部（Ｉ／Ｏ）３１と、各種の特性図及び各種の設定値を予め記憶する記憶部３２と、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂからの検出値と特性図とに基づくローラ１３による加工面の法線方向の押付け力Ｆの演算、演算した押付け力Ｆと特性図と設定値とに基づくビーム１１のたわみｖのたわみ補正量δｖの演算を実行する演算部３３とを備えている（図３参照）。

【0098】

記憶部３２には、演算部３３が押付け力Ｆを演算するために、バニシング実行時の押付け力、摩擦力、ビーム１１のせん断力及びビーム１１の軸力の釣り合いの関係を示す特性図が記憶されている（図８参照）。また、演算部３３がビーム１１のたわみｖのたわみ補正量δｖを演算するために、押付け力とビーム１１のたわみの関係を示す特性図と、許容押付け力Ｆｔ及びその特性図上において許容押付け力Ｆｔに対応するビーム１１の許容たわみｖｔと、ローラ１３による押付け力Ｆを許容押付け力Ｆｔ以上に維持するためにその特性図上から設定された目標押付け力Ｆｍ及びその目標押付け力Ｆｍに対応するたわみｖの制御目標値ｖｍとが記憶されている（後述の図１４参照）。

【0099】

演算部３３は、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂの検出信号を取り込み、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂの検出信号と記憶部３２に記憶した図８に示す特性図とに基づきローラ１３による押付け力Ｆを演算し、その演算結果を記憶部３２及び表示部６へ出力する。また、後述するように、演算した押付け力Ｆと記憶部３２に記憶した目標押付け力Ｆｍとに基づき、押付け力Ｆが目標押付け力Ｆｍとなるようなビーム１１のたわみｖのたわみ補正量δｖを逐次演算し、アーム２５の変位ｕをたわみ補正量δｖ分移動させるための補正変位指令をツール制御部４へ逐次出力する。

【0100】

次に、加工中にアーム２５の変位ｕを逐次補正するための補正量を演算する具体的方法を図１４を用いて説明する。
図１４は本発明のバニシング装置の第２の実施の形態におけるバニシング実行時の押付け力とビームのたわみの関係を示す特性図であり、縦軸はローラ１３による押付け力Ｆ、横軸はビーム１１のたわみｖを示している。図中の実線Ａは、図８におけるＦ／Ｗ値が最小となる条件を選定した場合の押付け力とビームのたわみの関係を示す特性曲線である。

【0101】

図中、許容押付け力Ｆｔ及びそれに対応した許容たわみｖは所定の圧縮残留応力を得るための設定値である。

【0102】

また、ビーム１１のたわみｖを制御する際にたわみｖの目標値からの最大のずれ分をδｖｍａｘと想定した場合に、ローラ１３による押付け力Ｆが許容押付け力Ｆｔ以上を維持できるように、目標押付け力Ｆｍ及びその目標押付け力Ｆｍに対応するたわみｖの制御目標値ｖｍが設定されている。

【0103】

これらの許容押付け力Ｆｔ、許容たわみｖｔ、目標押付け力Ｆｍ及び制御目標値ｖｍは、この特性図と共に記憶部３２に記憶されている。

【0104】

アーム２５の変位ｕの補正量を演算するために、まず、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂの検出信号と図８に示す特性図とに基づいて演算された押付け力Ｆから目標押付け力Ｆｍを減じることにより差分δＦ（＝Ｆ−Ｆｍ）が求められる。次に、図１４において、差分δＦに対応するビーム１１のたわみｖのたわみ補正量δｖが求められる。このたわみ補正量δｖがアーム２５の変位ｕの補正量である。

【0105】

図１４から明らかのように、アーム２５の変位ｕをたわみ補正量δｖ分だけ移動させるとビーム１１のたわみｖが制御目標値ｖｍになる。

【0106】

なお、図１４に示す特性曲線Ａは、図８に示す特性図においてＦ／Ｗが最小となる条件を選定した場合の押付け力Ｆとたわみｖの関係を示すものであり、Ｗはｖと比例関係にあるからＦ／ｖも最小となる。そのため、この特性線Ａから求められる押付け力Ｆは安全側に低くなるように配慮されている。

【0107】

次に、本発明のバニシング装置の第２の実施の形態を用いたバニシング方法を図３、図８、図１４乃至図１６を用いて説明する。
図１５は本発明のバニシング装置の第２の実施の形態におけるバニシング方法を示すフローチャート図、図１６は本発明のバニシング装置の第２の実施の形態におけるバニシング実行時のビームのせん断力とビームのたわみの関係を示す特性図である。図１５及び図１６において、図１乃至図１４に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。図１５において、バニシングツールの挿入方向をＸ軸方向、ロータ植込み部の溝底部の溝方向をＹ軸方向、バニシングツールのロータ植込み部への押付け方向をＺ軸方向とする。

【0108】

図１５に示すように、バニシング加工をする前に、加工時に想定されるビーム１１の最大せん断力Ｗmaxよりも大きなせん断力Ｗ０をビーム１１に予めかける（ステップＳ２１）。

【0109】

ここで、ビーム１１の最大せん断力Ｗmaxの決定方法を図１６を用いて説明する。
図１６は本発明のバニシング装置の第２の実施の形態におけるバニシング実行時のビームのせん断力とビームのたわみとの関係を示す特性図であり、縦軸はビームのせん断力Ｗ、横軸はビーム１１のたわみｖを示している。図中の実線Ａは、図８におけるＦ／Ｗが最小となるＢ／Ｗ＝０時の条件を想定した場合のビームのせん断力とビームのたわみの関係を示す特性曲線である。

【0110】

最大せん断力Ｗmaxは、ビーム１１のたわみｖが上述した制御目標値ｖｍに対して最大δｖｍａｘ分だけずれると想定したときに、ビーム１１に生じるせん断力として決定される。

【0111】

なお、図１６に示す特性曲線Ａは、図８におけるＦ／Ｗが最小となるＢ／Ｗ＝０時の条件を想定した場合のビームのせん断力とビームのたわみの関係を示すものであるため、この特性曲線Ａから求められるビームの最大せん断力Ｗmaxは安全側に高くなるように配慮されている。

【0112】

図１５に戻り、第１の実施の形態と同様に、図３に示すビーム１１をＸ軸方向へ移動させ、ビーム１１の先端部をロータ植込み部１０５間に挿入し、ローラ１３をロータ植込み部１０５の溝底部１０７のＸ軸方向の加工開始位置にセットする（ステップＳ２２）。さらに、ビーム１１をＺ軸方向（押付け方向）へ移動させ、ローラ１３を溝底部１０７に押圧させる（ステップＳ２３）。ローラ１３が溝底部１０７を押圧すると、ビーム１１がたわみ、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂがそのひずみ量を検出し、そのひずみ量を演算部３３に出力する。

【0113】

演算部３３は、第１の実施の形態と同様に、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂで検出されたひずみ量を取り込み、そのひずみ量及び記憶部３２に記憶された図８に示す特性図に基づいて押付け力Ｆを演算し、押付け力Ｆの演算結果を表示部６に出力する（ステップＳ２４）。これにより、押付け力Ｆが表示部６に表示される。

【0114】

ローラ１３による押付け力Ｆが所定の目標押付け力Ｆｍとなるようにアーム２５のＺ軸方向の変位ｕをセットする（ステップＳ２５）。目標押付け力Ｆｍは、上述したように、ビーム１１のたわみｖが制御目標値ｖｍから最大δｖｍａｘ分ずれた場合においても、ローラ１３による押付け力Ｆが許容押付け力Ｆｔ以上を維持できるように設定されている。

【0115】

ローラ１３を溝底部１０７のＹ軸方向（溝方向）に移動させ、加工する（ステップＳ２６）。この加工中、ビーム１１のたわみｖ及びローラ１３による押付け力Ｆが基準変位ｕ０の変動に伴い変化する。

【0116】

演算部３３は、第１の実施の形態と同様に、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂで検出されたひずみ量を取り込み、このひずみ量及び記憶部３２に記憶された図８に示す特性図に基づいて押付け力Ｆを演算し、押付け力Ｆの演算結果を記憶部３２及び表示部６へ出力する（ステップＳ２７）。これにより、押付け力Ｆが記憶部３２に記録され、表示部６に表示される。

【0117】

演算部３３は、この加工中に、押付け力Ｆと図１４に示す特性図とからビーム１１のたわみｖのたわみ補正量δｖを演算する（ステップＳ２８）。具体的には、演算部３３は、演算した押付け力Ｆと記憶部３２に記憶された目標押付け力Ｆｍとの差分δＦ（＝Ｆ−Ｆｍ）を演算し、この差分δＦと記憶部３２に記憶されたビームのたわみの関係を示す特性図とに基づいてビーム１１のたわみｖのたわみ補正量δｖを演算する（図１４参照）。

【0118】

補正量δｖを演算した後、演算部３３は、アーム２５の変位ｕがｕ＋δｖになるようにツール駆動装置２を制御する（ステップＳ２９）。具体的には、演算部３３は、演算結果のたわみ補正量δｖに基づいてアーム２５の変位ｕをたわみ補正量δｖ分移動させるための補正変位指令をツール制御部４へ出力し、ツール制御部４を介してアーム２５の変位ｕがｕ＋δｖとなるようにＺ軸駆動装置２８を駆動させる。

【0119】

次に、ローラ１３がＹ軸方向の加工端部に到達したか否かが判断される（ステップＳ３０）。ローラ１３がＹ軸方向の加工端部に到達していない場合には、ステップ２７へ戻り、それ以外の場合には、ステップＳ３１へ進む。

【0120】

ステップＳ３０において、ローラ１３がＹ軸方向の加工端部に到達していない場合（ＮＯ）には、ステップＳ２７へ戻り上述した手順を繰り返すことで、Ｙ軸方向への加工がＹ軸方向の加工端部に到達するまで継続される。

【0121】

このように、演算部３３は、１ライン加工中に、ひずみセンサ１４ａ、１４ｂで検出されたひずみ量に基づいて押付け力Ｆを逐次演算し、押付け力Ｆの演算結果に基づいてビーム１１のたわみｖのたわみ補正量δｖを演算し、たわみ補正量δｖに基づいてアーム２５の変位ｕをｕ＋δｖとなるよう逐次制御する。これにより、アーム２５の変位ｕは、ローラ１３による押付け力Ｆが目標押付け力Ｆｍに保つように逐次補正される。すなわち、押付け力Ｆを目標押付け力Ｆｍに保つようにフィードバック制御が行われた状態でＹ軸方向の加工が進行する。

【0122】

一方、ステップＳ３０において、ローラ１３がＹ軸方向の加工端部に到達したら（ＹＥＳ）、ローラ１３を所定ピッチｐだけＸ軸方向にずらし、加工方向を逆方向にセットする（ステップＳ３１）。これは、次のラインの加工準備を行うものである。本実施の形態においては、Ｙ軸方向への１ライン加工終了ごとにローラ１３をピッチｐだけＸ軸方向にずらし、Ｙ軸の逆方向へ向けて加工する工程を実行して、溝底部１０７全体のバニシングの加工処理を実行する。

【0123】

次に、ローラ１３がＸ軸方向の加工終了位置に到達したか否かが判断される（ステップＳ３２）。ローラ１３が加工終了位置に到達していない場合（ＮＯ）には、ステップＳ２３に戻り、上述した手順を繰り返すことで次のラインの加工が行われる。一方、ローラ１３が加工終了位置に到達した場合（ＹＥＳ）には、加工完了となる。

【0124】

なお、上述の例では、ステップＳ２１〜Ｓ２３、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ３１、Ｓ３２の作業は、手動操作としたが、コンピュータ制御で自動化することが可能である。

【0125】

上述したように、本発明のバニシング装置及びそれを用いたバニシング方法の第２の実施の形態によれば、前述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0126】

また、本実施の形態によれば、１ライン加工中にローラ１３による押付け力Ｆを目標押付け力Ｆｍに保つようにアーム２５の変位ｕを逐次補正するため、ローラ１３による押付け力Ｆが不足することによる再加工のステップが不要となり、加工時間を短縮することができる。さらに、ローラ１３の加工対象物１０５への過度の押付けも同時に防止でき、加工による加工対象物１０５の損傷の発生も防ぐことができる。

【0127】

［第３の実施の形態］
次に、本発明のバニシング装置の第３の実施の形態を図１７乃至図１９を用いて説明する。
図１７は本発明のバニシング装置の第３の実施の形態を示すものであり、バニシング実行時の傾斜した加工面に生じた押付け力及び摩擦力と軸力シャフトに生じたせん断力及び軸力との関係を示す説明図、図１８は本発明のバニシング装置の第３の実施の形態におけるタービン翼の翼植え込み部に対するバニシングを示す説明図、図１９は本発明のバニシング装置の第３の実施の形態におけるバニシング実行時の押付け力、摩擦力、シャフトせん断力及びシャフト軸力の釣り合いの関係を示す特性図である。図１７乃至図１９において、図１乃至図１６に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

【0128】

図１７に示す本発明のバニシング装置の第３の実施の形態は、第１の実施の形態を構成するバニシングツール１がはりのたわみ反力を利用してツール先端部を加工対象物に押し付ける構成であるのに対して、バニシングツール５０は軸力を利用してツール先端部を加工対象物に押し付ける構成である点が異なる。

【0129】

バニシングツール５０は、軸力シャフト５１と、軸力シャフト５１の長手方向の一端側に設けられた固定部５２と、軸力シャフト５１の長手方向の先端面に設けられ、加工対象物の加工面を押圧する押圧部としてのローラ５３と、軸力シャフト５１に内蔵された変位吸収ばね機構５４とを有する。バニシングツール５０は、軸力シャフト５１の軸力でローラ５３を加工面に押し付ける構成となっている。

【0130】

ローラ５３は、軸力シャフト５１の長手方向に直交する軸線方向の回りに回転可能になっている。

【0131】

変位吸収ばね機構５４は、加工中の加工面の高さの変動を変位吸収ばね機構５４内部のばね５５で吸収し、軸力シャフト５１による押付け力Ｆが過度に変動するのを防ぎ、押付け力Ｆを安定化させる機能を有する。

【0132】

軸力シャフト５１の長手方向の中央部における上下面（軸力シャフト５１のバニシング実行時のせん断方向における両端部）には、ひずみセンサ５６ａ、５６ｂがそれぞれ設置されている。

【0133】

本実施の形態においては、図１８に示すように、タービン翼１０３の翼植込み部１０６等の押付け方向と同一方向にバニシングツール５０が挿入可能な加工対象物に対してバニシングが可能である。

【0134】

次に、ひずみセンサ５６ａ、５６ｂによる測定値からローラ５３による押付け力Ｆを演算する具体的方法を図１７及び図１９を用いて説明する。
本実施の形態においては、第１の実施の形態を構成するビーム１１のたわみ反力から、軸力シャフト５１の軸力へと押付け方式が変わったため、ひずみセンサ５６ａ、５６ｂの測定値から押付け力Ｆを求める関係式が、第１の実施の形態と以下のように異なる。

【0135】

ひずみセンサ５６ａ、５６ｂそれぞれで測定されたひずみεａ、εｂから、シャフト軸力Ｂｓ、シャフトせん断力Ｗｓが、次式（８）、（９）で求められる。

【0136】

Ｂｓ＝（εａ＋εｂ）／２・Ｅｓ・Ａｓ …（８）
Ｗｓ＝（εａ−εｂ）／２・Ｅｓ・Ｚｓ／Ｌｓ …（９）
ここで、Ｅｓは軸力シャフト５１のヤング率、Ｚｓは軸力シャフト５１の断面係数、Ａｓは軸力シャフト５１の横断面積、Ｌｓはローラ５３の先端からひずみセンサ５６ａ、５６ｂまでの距離をそれぞれ示している。

【0137】

軸力シャフト５１の先端部では、ローラ５３による加工面の法線方向の押付け力Ｆ、加工面の接線方向の摩擦力ｆ、シャフト軸力Ｂｓ、シャフトせん断力Ｗｓが釣り合っている。加工面の傾斜角をθ（絶対値）とすると、上下、左右の釣合いから、次式（１０）〜（１２）が成り立つ。

【0138】

Ｆｃｏｓθ＋ｆｓｉｎθ＝Ｂｓ …（１０）
Ｆｓｉｎθ−ｆｃｏｓθ＝Ｗｓ …（１１）
ｆ＝ｍｉｎ｛μＦ、Ｆｔａｎθ｝ …（１２）
ここで、μは摩擦係数を示している。

【0139】

加工面の傾斜角θが小さい場合、押付け力Ｆと摩擦力ｆとで上下方向の力成分が釣り合い、シャフトせん断力Ｗｓは０である。このとき、ローラ５３が加工面上を滑らず、力が釣り合う状態であるから、μＦ＞Ｆｔａｎθであり、摩擦力ｆはＦｔａｎθとなる。

【0140】

一方、加工面の傾斜角θが大きい場合、押付け力Ｆと摩擦力ｆとで上下方向の力の釣合いが取れず、ローラ５３が加工面上を滑ろうとするため、シャフトせん断力Ｗｓが発生する。このとき、ローラ５３が加工面上を滑ろうとする状態であるため、μＦ＜Ｆｔａｎθであり、摩擦力ｆはμＦとなる。

【0141】

式（１０）乃至（１２）の関係は、図１９に示す特性図として示すことができる。図１９は、縦軸がローラ５３による押付け力とシャフト軸力との比Ｆ／Ｂｓ、横軸がシャフトせん断力とシャフト軸力との比Ｗｓ／Ｂｓを示している。図１９中の実線Ａは摩擦係数μが０．１５の場合、破線Ｂは摩擦係数μが０．３の場合、点線Ｃは摩擦係数μが０．６の場合の特性曲線を示している。ここで、摩擦係数μは別途試験により測定した結果に応じて適切なものを選択する。

【0142】

ひずみセンサ５６ａ、５６ｂの測定値から、式（８）及び式（９）を用いて、シャフト軸力Ｂｓ及びシャフトせん断力Ｗｓが求まるので、図８の特性曲線Ａ、Ｂ、Ｃのうち図１９に示す特性図のうち摩擦係数μの試験結果に応じて選択した特性図を用いて、求めたシャフト軸力Ｂｓ及びシャフトせん断力Ｗｓで定まる横軸のＷｓ／Ｂｓの値から該当する縦軸のＦ／Ｂｓの値を求める。このＦ／Ｂｓの値から押付け力Ｆを求めることができる。

【0143】

ただし、シャフトせん断力Ｗｓが０の場合には、縦軸のＦ／Ｂｓの値が一意に定まらないため、安全側に低めに見積もるものとして曲線ライン上の値（図１９のプロット）を採用する。このときの縦軸のＦ／Ｂｓの値の誤差は、摩擦係数μが０．６の場合でも、最大１４％である。

【0144】

本実施の形態においては、翼植込み部１０６等の加工面の傾斜角θが変化する加工対象物に対するバニシングにおいて、この傾斜角θを予め測定せずに押付け力Ｆを求めることが可能となる。

【0145】

本実施の形態のバニシング方法の手順については、第１及び第２の実施の形態を用いたバニシング方法を流用することができる。この場合、本実施の形態は、第１及び第２の実施の形態がはりのたわみ反力を利用して押し付ける構成であるのに対して、軸力シャフト５１の軸力を利用して押し付ける構成であるため、バニシングツールの押付け方向の変化に対応して、ビーム１１のせん断力Ｗをシャフト軸力Ｂｓに置き換えればよい。

【0146】

上述したように、本発明のバニシング装置の第３の実施の形態によれば、軸力シャフト５１の軸力による押付け方式を採用しているので、タービン翼１０３の翼植込み部１０６等の押付け方向と同一方向にバニシングツールが挿入可能な加工対象物における高さ及び傾斜角が変化する加工面に対して、バニシングの加工処理を確実に実行することができる。

【0147】

［その他］
なお、第１の実施の形態においては、加工対象物としてロータディスク１０２の植込み部１０５を例に示したが、タービン翼１０３の翼植込み部１０６にも適用することができる。

【0148】

また、第１の実施の形態乃至第３の実施の形態においては、ロータディスク１０２の植込み部１０５とタービン翼１０３の翼植込み部１０６を例に示したが、加工面の高さ及び傾斜角が変化する加工対象物に適用することができる。例えば、自動車部品のベアリングハウジングのようなコーナＲ部を含む機器の強度改善を意図した加工などにも有効である。

【0149】

なお、第１の実施の形態乃至第３の実施の形態においては、押圧部としてローラを例に示したが、押圧部は加工対象物に対して圧縮残留応力層を形成できればよく、例えば、ボールを用いることができる。

【0150】

また、第１の実施の形態乃至第３の実施の形態におけるツール駆動装置２は、少なくともＸＹＺ軸の３軸制御可能な構成であればよい。

【0151】

なお、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施の形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

【0152】

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計することによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、記憶部やハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

【0153】

なお、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

【符号の説明】

【0154】

１ バニシングツール
２ ツール駆動装置
３ コンピュータ
１１ ビーム
１３ ローラ（押圧部）
１４ａ、１４ｂ ひずみセンサ
３２ 記憶部
３３ 演算部
５０ バニシングツール
５１ 軸力シャフト
５３ ローラ（押圧部）
５６ａ、５６ｂ ひずみセンサ
１０５ ロータ植込み部（加工対象物）
１０６ 翼植込み部（加工対象物）
１０７ 溝底部
１０８ 溝底部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】