特許 7599305 金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法

(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】

(24)【登録日】2024-12-05

(45)【発行日】2024-12-13

(54)【発明の名称】金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 27/00 20060101AFI20241206BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20241206BHJP

   B24B 27/033 20060101ALN20241206BHJP

【ＦＩ】

B24B27/00 L

B24B49/10

B24B27/033 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020175859

(22)【出願日】2020-10-20

(65)【公開番号】P2022067244

(43)【公開日】2022-05-06

【審査請求日】2022-05-24

【審判番号】

【審判請求日】2023-09-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099944

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 宏志

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 成人

(72)【発明者】

【氏名】枡田 健太

(72)【発明者】

【氏名】石田 匡平

【合議体】

【審判長】刈間 宏信

【審判官】本庄 亮太郎

【審判官】田々井 正吾

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６０－１７７２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０７３０９７５８（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１８１７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平６－５２７５４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平６－５９７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－１９３２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００６－５１７３１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

B24B27/00

B24B49/10

B24B27/033

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属板の表面を研削する金属板の研削装置であって、
研削装置本体と、
前記研削装置本体に設けられ、前記金属板を研削する研削部材と、
前記金属板の表面上で前記研削装置本体を走行させる走行用駆動機構と、
前記研削部材を前記金属板の表面に接触させて前記金属板を研削するために、前記研削部材を駆動する研削用駆動機構と、
前記研削装置本体の幅方向一端部において前記研削装置本体の頂部より低い位置に設けられ、前記走行用駆動機構および前記研削用駆動機構に電力を供給する電源ケーブル、および／または前記走行用駆動機構および前記研削用駆動機構を制御する通信ケーブルを接続するためのケーブル接続口と、
を有し、
前記電源ケーブルおよび／または前記通信ケーブルは、ケーブルを高所から供給するとともにケーブルの供給および巻き取りを制御するケーブルハンドリング装置を介さずに前記ケーブル接続口に接続され、その全体が前記研削装置本体の頂部より低い位置に取りまわされている、金属板の研削装置。

【請求項2】

前記研削部材が設けられている側を前記研削装置本体の前方とした場合に、前記ケーブル接続口は前記研削装置本体の後方に設けられている、請求項１に記載の金属板の研削装置。

【請求項3】

前記ケーブル接続口は、前記研削装置本体に１か所のみ形成されており、
前記ケーブル接続口には、前記電源ケーブルおよび前記通信ケーブルの双方が接続される、
請求項１または請求項２に記載の金属板の研削装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の金属板の研削装置によって金属板の表面を研削する際に、位置測定手段からの情報に基づいて前記研削装置本体の自己位置を測定し、前記自己位置に基づいて前記研削装置本体を金属板の表面上で走行させる、金属板の研削方法。

【請求項5】

金属板の表面を研削する際に、前記研削装置本体の走行時における幅方向の送りが幅方向他端部側の方向となるよう前記研削装置の移動経路を設定する、請求項４に記載の金属板の研削方法。

【請求項6】

金属板の表面を研削する際に、前記研削装置本体を前後方向に一定距離移動させた後で前記研削装置本体の幅方向他端側に移動させる手順を複数回繰り返す、請求項５に記載の金属板の研削方法。

【請求項7】

請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の金属板の研削方法によって金属板の表面を研削する、金属板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属板上を走行して金属板の研削を行う金属板の研削装置および金属板の研削方法、ならびに金属板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、厚板鋼材等の金属板の表面を研削する金属板の研削装置として、種々のものが提案されている。例えば特許文献１には、金属板上を走行（自走）して金属板の表面に存在する疵の手入れを行う自走式疵取り装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平７－２３７１０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されている自走式疵取り装置では、装置に電力を供給するための電源供給部を装置よりも高い位置に設けるとともに、電源供給部に接続されるケーブルをケーブルフィーダで吊り上げることにより、装置の走行中に装置とケーブルが干渉する（ケーブルが装置に引っ掛かってしまう）ことを抑制している。

【0005】

しかしながら、引用文献１では電源供給部を装置よりも高い位置に設けるため、電源供給部を支持するとともに電源供給部から装置へ電力を供給するための長い支持材を装置に取り付ける必要があり、装置が大型化してしまう。

【0006】

本発明は、上記事実を鑑み、研削装置本体を大型化することなく、走行する際にケーブルが研削装置本体に引っ掛かることを抑制することができる金属板の研削装置および金属板の研削方法、ならびに金属板の製造方法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】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明は以下の（１）～（７）を提供する。

【0008】

（１） 金属板の表面を研削する金属板の研削装置であって、
研削装置本体と、
前記研削装置本体に設けられ、前記金属板を研削する研削部材と、
前記金属板の表面上で前記研削装置本体を走行させる走行用駆動機構と、
前記研削部材を前記金属板の表面に接触させて前記金属板を研削するために、前記研削部材を駆動する研削用駆動機構と、
前記研削装置本体の幅方向一端部において前記研削装置本体の頂部より低い位置に設けられ、前記走行用駆動機構および前記研削用駆動機構に電力を供給する電源ケーブル、および／または前記走行用駆動機構および前記研削用駆動機構を制御する通信ケーブルを接続するためのケーブル接続口と、
を有する金属板の研削装置。

【0009】

（２） 前記研削部材が設けられている側を前記研削装置本体の前方とした場合に、前記ケーブル接続口は前記研削装置本体の後方に設けられている、（１）に記載の金属板の研削装置。

【0010】

（３） 前記ケーブル接続口は、前記研削装置本体に１か所のみ形成されており、
前記ケーブル接続口には、前記電源ケーブルおよび前記通信ケーブルの双方が接続される、
（１）または（２）に記載の金属板の研削装置。

【0011】

（４） （１）から（３）のいずれかに記載の金属板の研削装置によって金属板の表面を研削する際に、位置測定手段からの情報に基づいて前記研削装置本体の自己位置を測定し、前記自己位置に基づいて前記研削装置本体を金属板の表面上で走行させる、金属板の研削方法。

【0012】

（５） 金属板の表面を研削する際に、前記研削装置本体の走行方向が幅方向他端部側となるよう前記研削装置の移動経路を設定する、（４）に記載の金属板の研削方法。

【0013】

（６） 金属板の表面を研削する際に、前記研削装置本体を前後方向に一定距離移動させた後で前記研削装置本体の幅方向他端側に移動させる手順を複数回繰り返す、（５）に記載の金属板の研削方法。

【0014】

（７） （４）から（６）のいずれかに記載の金属板の研削方法によって金属板の表面を研削する、金属板の製造方法。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、研削装置のケーブルの配置、移動ルートを適正化することで研削装置本体を大型化することなく、走行する際にケーブルが研削装置本体に引っ掛かることを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る金属板の研削装置を含む全体システムの一例を示す斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に係る金属板の研削装置を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施形態に係る金属板の研削装置を示す側面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る金属板の研削装置を示す上面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る金属板の研削装置の要部を示す斜視図である。

【図6】本発明の実施形態に係る金属板の研削装置で実際に金属板の研削領域を研削する際の初期状態を示す平面図である。

【図7】図６の状態から金属板の研削領域を研削する際の研削装置の移動ルートを示す図である。

【図8】実施例における研削装置の配置および座標系を示す概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜金属板用研削装置を含む研削システム＞
最初に本発明の実施形態に係る金属板の研削装置を含む研削システムについて説明する。
図１は本発明の実施形態に係る金属板の研削装置を含む研削システムの一例を示す斜視図である。

【0018】

図１に示すように、研削システム１００は、位置測定手段としての屋内位置測定システム２００と、金属板の研削装置３００（以下、単に研削装置３００と記す）とを有する。

【0019】

本例において用いる屋内位置測定システム２００は、研削装置３００の位置測定手段を構成し、三角測量の原理に基づいて屋内空間での自己位置測定を行うものである。具体的には、屋内位置測定システム２００は、屋内に設置された複数の航法用送信機１１と、航法用受信機１２と、位置演算用ソフトウェアを含むホストコンピュータ１３とから構成される。

【0020】

研削装置３００は、金属板１０上を自走（走行）して、例えば金属板１０の表面の微小な疵（欠陥）を研削除去（疵取り）するものであり、研削装置本体を構成する台車１４と、金属板１０を研削する研削部材２２と、研削装置３００を別途与えられる所定の目標位置に自律走行させるための制御系とを備える。また、研削装置本体を走行させる走行用駆動機構と、研削用駆動機構も備える。制御系は上記ホストコンピュータ１３の一部を含む。研削装置３００の詳細な構成は後述する。

【0021】

屋内位置測定システム２００には、例えばＩＧＰＳ（Ｉｎｄｏｏｒ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を適用することができる。ＩＧＰＳは、衛星航法システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を屋内位置測定システムに適用したものである。ＩＧＰＳについては、米国特許第６，５０１，５４３号明細書に詳細に記載されている。

【0022】

屋内位置測定システム２００にＩＧＰＳを適用する場合は、各航法用送信機１１は、回転ファンビーム（扇形ビーム）を射出する。回転ファンビームはレーザファンビームであってもよく、他の光放射手段であってもよい。航法用受信機１２は研削装置３００の台車１４に搭載され、航法用送信機１１から射出される回転ファンビームを受信する。このとき、回転ファンビームは所定の角度でずれており、これを受信する航法用受信機１２の３次元座標値（以下、「座標値」という）、すなわち位置または高さを測定することができる。航法用受信機１２が受信した受信情報はホストコンピュータ１３に無線伝送され、ホストコンピュータ１３により、三角測量の原理に従って、航法用受信機１２の位置を演算する。複数の航法用送信機１１から受信した信号を用いて、また演算を繰り返すことにより、航法用受信機１２を搭載した走行中の研削装置３００の位置情報をリアルタイムで得ることができる。

【0023】

＜研削装置＞
［全体構成］
次に、本発明の実施形態に係る研削装置３００の全体構成について詳細に説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る研削装置３００を示すブロック図、図３は研削装置３００を示す側面図、図４は研削装置３００を示す上面図である。

【0024】

本実施形態において、研削装置３００は、上述したように、研削装置本体を構成する台車１４と、研削部材２２と、研削装置３００自体を所定の目標位置に自律走行させるための制御系とを備えている。また、台車１４を含む研削装置本体を走行させる走行用駆動機構と、研削部材２２を駆動する研削用駆動機構とをさらに備えている。

【0025】

研削用駆動機構は、研削部材２２を金属板１０の表面に沿った方向（例えば一軸方向）に走査させる走査アクチュエータ１５と、上下にスライドして研削部材２２を昇降させ、研削部材２２を金属板１０に垂直に所与の押付荷重で押し付ける昇降アクチュエータ１６と、研削部材２２を回転させる回転機構（モータ）２３とを有する。台車１４は車輪２０を有し、走行用駆動機構は、車輪２０を駆動および旋回させるモータ２１を有する。

【0026】

研削部材２２としては、例えば、不織布、布、紙、メッシュ等の基材に砥粒を接着剤で固定して構成された研磨布紙を、研削走査方向と垂直に積層させて構成されるホイールタイプのものを用いることができる。このような研磨布紙を積層させたホイールタイプの研削部材を用いる場合、研削部材２２を回転機構２３に接続し、回転機構２３により研削部材２２を回転させ、金属板１０の表面へ接触させることで金属板１０表面を研削し、表面の疵を除去することができる。

【0027】

図２に示すように、研削装置３００の制御系は、搭載コンピュータ１８を有する。制御系は、さらにＩ／Ｏボード１７と、コントローラおよびドライバを含む駆動制御部１９とを備えている。駆動制御部１９は、走行用駆動機構を構成するモータ２１、ならびに研削部材２２を駆動する研削用駆動機構を構成する走査アクチュエータ１５および昇降アクチュエータ１６を制御する。上記ホストコンピュータ１３もこの制御系の一部として機能する。制御系のホストコンピュータ１３以外のものは台車１４に搭載される。Ｉ／Ｏボード１７は、ホストコンピュータ１３と搭載コンピュータ１８との間の信号の授受を行う。

【0028】

制御系の一部としても機能するホストコンピュータ１３は、図２に示すように、上述した屋内位置測定システム２００の航法用受信機１２（図１参照）の位置を演算するための現在位置演算用ソフトウェア３１と、目標研削位置、経路情報を設定し、また搭載コンピュータ１８からの検査データ、研削位置情報を評価する設定ソフトウェア３２とを有する。なお、研削装置３００の制御系として、ホストコンピュータ１３を用いずに、搭載コンピュータ１８のみで制御するようにしてもよい。

【0029】

図３、図４に示すように、台車１４は、研削装置３００の基部をなし、研削装置本体の主要部として構成され、車輪２０はその一方の端部近傍に設けられている。そして、台車１４の車輪２０に対応する部分に航法用受信機１２が取り付けられている。台車１４の他方の端部には、台車１４の長手方向に直交する方向に延在する枠部材４１が取り付けられており、走査アクチュエータ１５は、金属板１０の表面に平行な方向である、枠部材４１の延在方向に研削部材２２を走査させることが可能となっている。研削部材２２は、昇降アクチュエータ１６を介して走査アクチュエータ１５に取り付けられており、昇降アクチュエータ１６とともに走査アクチュエータ１５により走査される。

【0030】

車輪２０と枠部材４１との間の部分には、研削装置３００を金属板１０に固定するための固定部４２が設けられている。固定部４２は例えば電磁石からなる。台車１４の固定部４２に対応する部分には、従動車輪４３が設けられている。従動車輪４３は、駆動側の車輪２０の動きに応じて自由に向きを変えることが可能となっている。なお、枠部材４１、固定部４２、従動車輪４３も台車１４とともに研削装置本体を構成する。

【0031】

制御系を構成する搭載コンピュータ１８は、駆動制御部１９と一体となって、台車１４の車輪２０側の端部に載置されている。

【0032】

研削装置３００は、目標ルートに沿って自律走行する機能と、金属板１０の疵取りを行う機能の２つの機能を有する。

【0033】

前者の機能については、例示した屋内位置測定システム２００のような位置測定手段からの情報に基づいて、搭載コンピュータ１８、駆動制御部１９、車輪２０、およびモータ２１が担う。すなわち、前述のホストコンピュータ１３における演算結果である研削装置３００の位置情報および目標研削位置に関する情報は、それぞれ無線通信により搭載コンピュータ１８に無線伝送され、搭載コンピュータ１８において目標研削位置に対する現在位置の偏差を演算する。同偏差のうち研削装置３００の位置に依存する偏差が０となるように、駆動制御部１９から車輪２０用のモータ２１に速度指令等の制御信号を出力して、車輪２０の速度およびステアリング角度のフィードバック制御を行うことで目標走行ルートに沿った自律走行を行わせる。

【0034】

後者の機能については、金属板１０と接触させて研削を行う研削部材２２の動作について、搭載コンピュータ１８からON-OFFの指令を行うとともに、走査アクチュエータ１５へ走査回数、昇降指令が送信される。研削部材２２は、搭載コンピュータ１８からの指令を元に所定の研削位置にて研削が開始されるとともに、昇降アクチュエータ１６にて下降が開始され、所定の研削長さ分を走査アクチュエータ１５により移動され、金属板１０表面を研削する。研削長さ、研削回数についてはあらかじめホストコンピュータ１３で設定ソフトウェア２４により設定され、Ｉ／Ｏボード１７を介して搭載コンピュータ１８へデータが転送される。

【0035】

実際の研削の際には、研削装置３００を停止させ、例えば電磁石からなる固定部４２により研削装置３００を金属板１０に固定し、昇降アクチュエータ１６を下降させて研削部材２２を金属板１０に押し付けた状態で、走査アクチュエータ１５により研削部材２２を金属板１０表面に沿った方向に走査させることにより、金属板１０表面の疵を含む部分を研削する。

【0036】

［研削装置の要部の構成］
次に、本実施形態に係る研削装置３００の要部について説明する。
図５は、本実施形態に係る研削装置３００の要部を示す斜視図である。図５に示すように、本実施形態では、電源２６から研削装置３００の研削用駆動機構（走査アクチュエータ１５、昇降アクチュエータ１６、および回転機構２３）および走行用駆動機構（モータ２１）へ電力を供給する電源ケーブル２９と、研削用駆動機構および走行用駆動機構を遠隔から通信により制御を行うための通信ケーブル３０の双方が研削装置本体に形成された１つのケーブル接続口２８に接続される。

【0037】

研削部材２２（図３、図４参照）が設けられた側を研削装置本体の前方とした場合に、ケーブル接続口２８は研削装置本体の後方かつ研削装置本体の幅方向一端部の、研削装置本体の頂部の高さより低い位置に設けられる。なお、「研削装置本体の後方」とは、研削装置本体の前後方向（台車の長手方向）において、寸法中心より後ろ側（研削部材２２とは反対側）の部分を指す。また、「研削装置本体の幅方向」とは、平面視において前後方向と直交する方向を指す。本実施形態では、研削装置本体を構成する台車１４の側面にケーブル接続口２８が形成されており、ケーブル接続口２８には電源ケーブル２９および通信ケーブル３０が一体となったケーブル２５が接続されている。台車１４の内部にはケーブル接続口２８と駆動機構（研削用駆動機構および走行用駆動機構）とを繋ぐ内部線５０が設けられている。

【0038】

このように、ケーブル類を接続するケーブル接続口２８を研削装置本体（台車１４）の後方かつ幅方向端部に１か所のみ形成することで、ケーブル同士（電源ケーブル２９と通信ケーブル３０）の干渉、台車１４への干渉（引っ掛かり）を防止することが可能となる。

【0039】

特に、ケーブル接続口２８を研削装置本体の後方（すなわち研削部材２２とは反対側）に設けることで、研削装置３００を前進させて研削部材２２で金属板を研削する際に、研削部材２２にケーブル２５（電源ケーブル２９および通信ケーブル３０）が接触することを抑制することができる。

【0040】

また、ケーブル接続口２８を研削装置本体の頂部の高さより低い位置に設けることで、研削装置本体（台車１４）にケーブル接続口を直接形成することができ、支持材等の別部材を用いる必要がないため、研削装置３００の大型化を抑制することができる。

【0041】

さらに、ケーブル接続口を研削装置本体の頂部より高い位置に設ける構成と比較して、ケーブル接続口２８から駆動機構（研削用駆動機構および走行用駆動機構）等までの距離が短くなるため、ケーブル接続口２８と駆動機構とを繋ぐ内部線５０を短くすることができ、研削装置３００の構成を簡略化することができる。

【0042】

また、本実施形態において、図６に示すように、研削装置３００において、ケーブル接続口２８が台車１４の後方かつ幅方向一端部に存在し、研削装置３００の前方に存在する金属板１０の研削領域２７を研削する場合、研削装置３００の移動ルート（移動経路）を、図７に示す(1)～(11)の順序とすることが好ましい。すなわち、研削装置３００は、研削開始位置から前後方向（Ｙ方向）の前方に移動した後、幅方向（Ｘ方向）他端部側（ケーブル接続口が形成されている側とは反対側）へ移動する手順を繰り返す。このときのＸ方向の送りは、研削装置３００のＹ方向位置を元の位置に戻しながら行われる。なお、図６、図７では、電源ケーブル２９のみを図示しており、通信ケーブル３０は図示を省略している。

【0043】

このように、研削装置３００の移動ルートを、研削開始位置からケーブル接続口２８の前方方向とし、かつ幅方向の送りをケーブル接続口２８とは反対方向とすることで、台車１４とケーブル２５の干渉をより有効に抑制することが可能となり、より簡便な方法でのケーブルハンドリングが可能となる。

【0044】

通常、ケーブル類をハンドリングする際には、タワー型のケーブルハンドリング装置（例えば特許文献１に開示されていたケーブルフィーダ）を設置するが、このような手法を用いることでハンドリング装置を設置することなく、かつ研削装置本体（台車１４）も複雑な移動経路を設定することなく研削動作が可能となる。

【0045】

なお、上記実施形態では、一例として研削装置本体を構成する台車１４にケーブル接続口２８が形成されている場合を示したが、研削装置本体を構成する枠部材４１や固定部４２等にケーブル接続口２８を形成してもよい。また、上記実施形態では一例としてケーブル接続口２８を研削装置本体（台車１４）の後方かつ幅方向一端部に形成していたが、ケーブル接続口を研削装置本体（台車１４）の幅方向他端部側（一端部とは反対側）または研削装置本体の前方側に形成してもよい。その場合は、ケーブル接続口の位置に応じて研削装置本体の移動ルートを別途規定する必要がある。すなわち、研削装置本体の前後方向（Ｙ方向）および幅方向（Ｘ方向）の移動ルートを、ケーブル接続口の形成位置とは反対側とする必要がある。

【0046】

また、上記実施形態では一例として、研削部材２２を基材（布や紙）に砥粒を接着剤で固定した研磨布紙を研削走査方向とは垂直に積層させたホイールタイプとしたが、研削部材の形状（方式）はこれに限らず積層せずベルト状にしたベルトタイプや、ディスク状に設置したディスクタイプ等であってもよい。また、本実施形態では、ケーブル接続口２８に接続されるケーブルが電源ケーブル２９と通信ケーブル３０の２つとされていたが、どちらか一方のみでもよい。

【実施例】

【0047】

図１に示す研削システムを用いて金属板表面の研削を実施した。装置構成については、図２に示すものを用い、研削装置の配置、座標系については図８に概要図を示す。比較例として本発明の範囲外の条件にて金属板表面の研削を実施した。表１に本発明例と比較例の比較結果を示す。

【0048】

表１に示すように本発明例のケーブル配置および研削時の移動ルートを用いて研削処理を行うことにより、研削装置のケーブル干渉を発生させることなく安定した研削動作が可能であることが明らかとなった。

【0049】

【表1】

【符号の説明】

【0050】

１０ 金属板
１１ 航法用送信機
１２ 航法用受信機
１３ ホストコンピュータ
１４ 台車
１５ 走査アクチュエータ
１６ 昇降アクチュエータ
１７ Ｉ／Ｏボード
１８ 搭載コンピュータ
１９ 駆動制御部
２０ 車輪
２１ モータ
２２ 研削部
２５ ケーブル
２６ 電源
２７ 研削領域
２８ ケーブル接続口
２９ 電源ケーブル
３０ 通信ケーブル
１００ 研削システム
２００ 屋内位置測定システム
３００ 金属板用研削装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】