JP2020019084A - ラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置およびラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基準となる計測点の位置についても自動化し、加工に関する人為的なバラつきをより抑制することのできるラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置を提供する。【解決手段】ラビリンスパッキンを固定した状態で、Ｘ軸方向と、Ｙ軸方向への移動を可能とするステージ１４と、櫛歯を研削する研削手段３４と、ラビリンスパッキンの弦長を計測する第１計測手段と、基準となる３点のＺ軸座標を計測する第２計測手段３８と、第１計測手段によって計測された弦長に基づいて、前記３点のＸ軸座標を割り出し、第２計測手段３８による計測を実行させ、第２計測手段３８によってＺ軸座標が計測された後、各計測点におけるＸ軸座標に基づいて、研削を実行するための加工データを作成し、加工データに基づく制御信号を出力する制御手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、研削装置、および研削方法に係り、特にラビリンスパッキンにおける櫛歯の高さを研削するのに好適な装置、および方法に関する。

火力発電所のタービンは、一定の周期で定期点検工事を行う事が電気事業法により定められている。ラビリンスパッキンは、タービンの軸周りに設置されている非接触のシールであり、タービンに流れる気体の漏れ量を低減させる役割を担う。そして、ラビリンスパッキンには、定期点検工事毎に、シール面に設けられた櫛歯状のフィンの修正加工が施される。

従来、この櫛歯状のフィンの修正加工作業は、その形態の特殊性から、作業者による手作業で行われていたが、作業者の熟練度により、修正加工の仕上がりや加工時間に大きな差がでていた。

このため、ラビリンスパッキンの修正加工を自動化するための技術として、特許文献１に開示されているような被加工物を保持して水平移動するステージと、回転工具を垂直方向に移動させる機構を備えたものや、特許文献２に開示されているような、被加工物の長手方向にステージを移動させ、回転工具を被加工物の幅方向に移動させるといった装置などが提案されている。しかし、従来の加工装置では、加工可能なラビリンスパッキンの大きさや曲率が定められているため、状態が異なる被加工物の修正加工に対応することができなかった。

これに対し、本願出願人は、特許文献３に開示しているような装置を提案している。特許文献３に開示している装置は、加工対象とするラビリンスパッキンを把持した状態で水平移動可能なステージと、鉛直方向に移動可能な研削手段を備え、少なくとも３点の計測により計測したＺ軸（高さ方向の軸）の座標データに基づいて、加工データを作成し、ラビリンスパッキンにおける櫛歯状のフィンの研削加工を行うというものである。

特開平７−６０６３０号公報 特開２００２−２７３６４４号公報 特許第６３０４６１４号公報

特許文献３に開示している技術によれば、加工対象とするラビリンスパッキンの大きさや曲率の如何を問わず、櫛歯状のフィンの研削加工を行うことが可能となる。

しかし、特許文献３に開示されている技術は、Ｚ軸の座標を検出する点を作業者の任意で選択することとなる。このため、作業者によって計測位置が中心寄りになったり、外側に寄ったりする事があった。

そこで本発明では、基準となる計測点の位置についても自動化し、加工に関する人為的なバラつきをより抑制することのできるラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置、およびラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置は、研削対象とするラビリンスパッキンを固定した状態で、前記ラビリンスパッキンの長手方向に沿うＸ軸方向と、前記ラビリンスパッキンの幅方向に沿うＹ軸方向への移動を可能とするステージと、前記ラビリンスパッキンの櫛歯を研削する研削手段と、前記ラビリンスパッキンの弦長を計測する第１計測手段と、前記ラビリンスパッキンにおけるＸ軸に沿った３点のＺ軸座標を計測する第２計測手段と、前記第１計測手段によって計測された弦長に基づいて、前記第２計測手段によりＺ軸座標を計測する３点のＸ軸座標を割り出し、前記第２計測手段による計測を実行させる制御信号を出力し、前記第２計測手段によってＺ軸座標が計測された後、各計測点におけるＸ軸座標に基づいて、前記櫛歯上面を予め定められた研削量で研削するための加工データを作成し、前記加工データに基づく制御信号を出力する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、上記のような特徴を有するラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置では、前記加工データに基づく制御信号に従って、回転しながら前記櫛歯の頂部側面と接触する研削材から成るバリ取手段を備えると良い。このような特徴を有する事によれば、従来手作業で行っていたバリ取作業についても、自動で行うことが可能となる。

また、上記のような特徴を有するラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置において前記研削材は、可撓性を有するものであると良い。このような特徴を有することにより、櫛歯の頂点側面に発生するバリを効果的に解消することができる。

また、上記のような特徴を有するラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置は、前記研削手段を前記ラビリンスパッキンの高さ方向に沿うＺ軸方向へ移動させる第１Ｚ軸アクチュエータと、前記バリ取手段を前記Ｚ軸方向へ移動させる第２Ｚ軸アクチュエータと、を備え、前記バリ取手段に対する制御信号は、前記加工データに対して、前記第１Ｚ軸アクチュエータと前記第２Ｚ軸アクチュエータとの間のシフト量を加味して出力する構成とすることもできる。このような特徴を有する事によれば、バリ取手段の制御のための加工データを新たに作成する事なく、バリ取加工を実施することができる。

さらに、上記のような特徴を有するラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置において前記第２Ｚ軸アクチュエータは、脱着可能なユニットとしても良い。このような特徴を有する事によれば、研削装置を拡張型の装置とすることができる。

また、上記目的を達成するための本発明に係るラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削方法は、ラビリンスパッキンの櫛歯を研削するための研削手段の配置位置と、前記研削後における加工面のバリを取り除くためのバリ取手段の配置位置とが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の少なくとも１方向にズレている場合において、前記研削手段の加工データと、前記バリ取手段の加工データとは、１つの加工データを両者の相対的なズレに補正を加えて利用することを特徴とする。

上記のような特徴を有するラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置、および方法によれば、ラビリンスパッキンの曲率や大きさ、状態の如何によらず研削加工を行う事ができる。このため、作業者の熟練度に依存する事なく、短時間で高精度に修正加工を行う事が可能となる。また、基準となる３点の計測点の割出についても自動化することで、加工に関する人為的なバラつきをより抑制することができる。

実施形態に係るラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置の外観構成を示す正面図である。 実施形態に係るラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置の外観構成を示す左側面図である。 実施形態に係るラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置の外観構成を示す平面図である。 把持機構の構成を示す拡大側面図である。 把持機構の構成を示す拡大正面図である。 研削加工後のラビリンスパッキンに生ずるバリを取り除くバリ取手段における回転ブラシと櫛歯の関係を示す部分拡大図である。 ラビリンスパッキンの櫛歯と計測手段における計測ピンの関係を示す部分拡大図である。 制御手段を含むラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置のシステム全体のイメージを示すブロック図である。 実施形態に係るラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置によりラビリンスパッキンの櫛歯研削を行う際の工程を示すフロー図である。 ラビリンスパッキンにおける３点のＺ軸を自動計測する際の計測ルートの例を示す図である。

以下、本発明のラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置、およびラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削方法に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、図１から図３は、実施形態に係るラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置の外観構成を示す正面図、左側面図、および平面図である。また、図４は、把持機構の構成を示す拡大側面図であり、図５は、同正面図である。また、図６は、研削加工後のラビリンスパッキンに生ずるバリを取り除くバリ取手段における回転ブラシと櫛歯の関係を示す部分拡大図である。図７は、ラビリンスパッキンの櫛歯と計測手段における計測ピンの関係を示す部分拡大図である。また、図８は、制御手段を含むラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置のシステム全体のイメージを示すブロック図である。さらに、図９は、実施形態に係るラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置によりラビリンスパッキンの櫛歯研削を行う際の工程を示すフロー図である。また、図１０は、ラビリンスパッキンにおける３点のＺ軸を自動計測する際の計測ルートの例を示す図である。

［研削装置の構成］
実施形態に係るラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置（以下、単に研削装置１０と称す）は、ベース１２と、ステージ１４、研削手段３４、第１Ｚ軸アクチュエータ２６、バリ取手段７０、第２Ｚ軸アクチュエータ７４、第１計測手段、第２計測手段３８、および制御手段４２を有する。ベース１２は、実施形態に係る研削装置１０の土台である。

［ステージについて］
ステージ１４は、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向への移動を行うテーブルである。また、ステージ１４上には、被加工物であるラビリンスパッキン６０を固定するための把持機構２４が備えられている。本実施形態においてＸ軸とは、図１、図３において矢印Ａで示す方向であり、ラビリンスパッキン６０を把持機構２４により固定した際、その長手方向に沿う方向となる。また、Ｙ軸とは、図２、図３において矢印Ｂで示す方向であり、ラビリンスパッキン６０を把持機構２４により固定した際、その幅方向に沿う方向となる。

実施形態に係るステージ１４は、Ｘ軸機構１６とＸ軸ステージ１８、Ｙ軸機構２０、およびＹ軸ステージ２２とを備える構成としている。Ｘ軸機構１６は、ベース１２上に、Ｘ軸に沿って配されたガイドレール１６ａとボールネジ１６ｂ、およびボールネジ１６ｂを回転させるＸ軸モータ１６ｃとを備えて構成される。Ｘ軸ステージ１８は、ボールネジ１６ｂの回転に伴って移動するスライダであり、ガイドレール１６ａに沿う摺動部１８ａを有する。

Ｙ軸機構２０は、Ｘ軸ステージ１８上に、Ｙ軸に沿って配されたガイドレール２０ａと、ボールネジ２０ｂ、およびボールネジ２０ｂを回転させるＹ軸モータ２０ｃとを備えて構成される。Ｙ軸ステージ２２は、ボールネジ２０ｂの回転に伴って移動するスライダであり、ガイドレール２０ａに沿う摺動部２２ａを有する。また、Ｙ軸ステージ２２上には、把持機構２４が備えられる。

［把持機構について］
把持機構２４は、ラビリンスパッキン６０を固定するための手段であり、実施形態に係る研削装置１０では、固定当板２４ａと可動当板２４ｂ、支柱２４ｃ、およびクランプ２４ｄを有する。固定当板２４ａは、ステージ１４を構成するＹ軸ステージ２２に固定される位置決め用の部材である。可動当板２４ｂは、固定当板２４ａに対向配置され、固定当板２４ａと可動当板２４ｂとの間にラビリンスパッキン６０を挟み込む役割を担う部材である。支柱２４ｃは、固定当板２４ａを基点としてＹ軸方向に沿って延設され、可動当板２４ｂを貫通して配置される、可動当板２４ｂのスライドガイドである。本実施形態の場合、Ｘ軸に沿って２本一対の支柱２４ｃを設ける構成としている。

また、本実施形態では、固定当板２４ａと可動当板２４ｂの上端に、円弧状の切欠き２４ａ１，２４ｂ１（図５参照）を設けている。切欠き２４ａ１，２４ｂ１の円弧形状は、研削対象とするラビリンスパッキン６０の円弧形状に倣うものとすれば良い。把持機構２４を構成する固定当板２４ａと可動当板２４ｂに円弧状の切欠き２４ａ１，２４ｂ１を設ける事により、円弧状の形態を有するラビリンスパッキン６０の把持面積を十分確保でき、把持状態の安定化を図る事ができる。また、切欠き２４ａ１，２４ｂ１を成す円弧は、全体の直径が大きなラビリンスパッキン６０の円弧に合わせて形成すると良い。大きな円弧に合わせて切欠き２４ａ１，２４ｂ１を形成する事で、小さな直径のラビリンスパッキン６０にも対応可能となるからである。

また、対を成して配置される支柱２４ｃは、その配置高さをラビリンスパッキン６０の把持高さに合わせる事で、ラビリンスパッキン６０の配置高さを支柱２４ｃを基点として定める事ができる。よって、ラビリンスパッキン６０の配置（位置決め）を容易に行う事ができる。

クランプ２４ｄは、ラビリンスパッキン６０を把持した可動当板２４ｂを固定当板２４ａへ押し付け、ラビリンスパッキン６０の固定状態を維持するという役割を担う。クランプ２４ｄは、その役割を担うものであれば、具体的な構成を問うものではなく、例えばシャコマンのようなものであっても良い。本実施形態では、ラビリンスパッキン６０を把持する工程の容易さを考慮して、横方向押し付け型のトグル式クランプを採用している。クランプ２４ｄの本体をＹ軸ステージ２２に固定し、押し付け部を可動当板２４ｂに当接させることで、レバーの揺動に従った押し付けと開放を行う事が可能となる。本実施形態では、クランプ２４ｄをＸ軸に沿った２点に配置し、把持状態の安定化を図るようにしている。

［研削手段について］
研削手段３４は、ラビリンスパッキン６０における櫛歯６２の上面を研削するための要素である。本実施形態では、研削手段３４としてルータを選択し、このルータを後述する第１Ｚ軸アクチュエータ２６のスライダ３０に取り付けることで、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸といった３軸に対する相対的な動作を可能な構成としている。

研削手段３４は、回転砥石３６を備えている。また、研削手段３４は、第１Ｚ軸アクチュエータ２６のスライダ３０に対して、回転砥石３６の回転軸がＹ軸に沿うこととなるように配置されている。

［第１Ｚ軸アクチュエータ］
第１Ｚ軸アクチュエータ２６は、Ｘ軸とＹ軸の双方に直交する方向（垂直方向）への移動軸（Ｚ軸）に対する動作を担う要素である。第１Ｚ軸アクチュエータ２６の構成は、基本的にはＸ軸機構１６やＹ軸機構２０と同様とすることができる。すなわち、ベース１２を基点としてＺ軸方向に沿って立設された垂直ベース２８に沿って配置されるガイドレール２６ａと、ボールネジ２６ｂ、第１Ｚ軸モータ２６ｃを備える動力部と、ボールネジ２６ｂの回転に伴って移動するスライダ３０を備え、スライダ３０に対してブラケット３２が付帯されている。このような構成とすることで、第１Ｚ軸モータ２６ｃへの制御信号により、スライダ３０をＺ軸に沿って移動させる事が可能となる。

［バリ取手段］
バリ取手段７０は、研削手段３４により研削された後における櫛歯６２の上面に生ずるバリ６２ａを除去するための要素である。本実施形態では、バリ取手段７０をセラミック製ブラシから成る回転ブラシ７２を備えたルータとしている。本実施形態では、このバリ取手段７０を後述する第２Ｚ軸アクチュエータ７４のスライダ７６に取り付けるようにしている。このような構成とすることで、研削手段３４と同様にバリ取手段７０も、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸といった３軸に対する相対的な動作を行うことが可能となる。

なお、バリ取手段７０は、第２Ｚ軸アクチュエータ７４のスライダ７６に対して、回転ブラシ７２の回転軸がＹ軸に沿うこととなるように配置されている。図６に示すように、バリ取手段７０の回転ブラシ７２を櫛歯６２の先端に食い込ませるように転接させることで、ブラシが櫛歯６２の先端に沿って分かれ、上面に生ずるバリ６２ａを払拭することができる。

ここで、本実施形態では、簡易且つ効果的なバリ取手段７０の一形態として、セラミック製ブラシから成る回転ブラシ７０を例に挙げた。しかしながら、バリ取手段としては、櫛歯６２の頂部側面に接触し、バリ取効果を奏するものであれば、砥石などの研削材であっても良い。また、回転ブラシ７０と同様な効果を奏する要素としては、研削材のうち、可撓性のあるものを採用すれば良い。例えば、上に挙げた回転ブラシ７０の他、布製研削材や、紙製研削材等を回転接触させる構成であれば良い。

［第２Ｚ軸アクチュエータ］
第２Ｚ軸アクチュエータ７４は、第１Ｚ軸アクチュエータ２６と同様に、Ｘ軸とＹ軸の双方に直交する方向（垂直方向）への移動軸（Ｚ軸）に対する動作を担う要素である。第２Ｚ軸アクチュエータ７４の構成も、第１Ｚ軸アクチュエータ２６と同様に、基本的にはＸ軸機構１６やＹ軸機構２０と同様とすることができる。すなわち、ベース１２を基点としてＺ軸方向に沿って立設された垂直ベース７８に沿って配置されるガイドレール７６ａと、ボールネジ７６ｂ、第２Ｚ軸モータ７６ｃを備える動力部と、ボールネジ７６ｂの回転に伴って移動するスライダ７６を備え、スライダ７６に対してブラケット８０が付帯されている。このような構成とすることで、第２Ｚ軸モータ７６ｃへの制御信号により、スライダ７６をＺ軸に沿って移動させる事が可能となる。

［第１計測手段について］
第１計測手段は、ラビリンスパッキン６０における弦の長さを計測や、把持機構２４に把持されたラビリンスパッキン６０のセット位置を自動認識するための要素であり、本実施形態では、ステージ１４におけるＸ軸ステージ１８と、第１Ｚ軸アクチュエータ２６のスライダ３０に備えられたブラケット３２に取り付けられているレーザ変位計８２と、によって構成される。レーザ変位計８２でＺ軸方向の距離を計測しながらＸ軸方向へステージ１４を移動させて、その座標（移動距離）を得た場合、Ｚ軸方向の距離が最も短くなる２点間におけるＸ軸方向の距離が、ラビリンスパッキン６０の弦長となる。

また、Ｚ軸方向の距離の長短に基づき、ラビリンスパッキン６０の中心位置や、幅、設置時の傾き具合なども算出することができる。
ラビリンスパッキン６０における弦長を計測することで、詳細を後述する第２計測手段３８においてＺ軸座標を計測する３点のＸ軸座標を自動で求めることが可能となる。例えば図５に一例を示すように、レーザ変位計８２により計測したＺ軸距離が最も遠い１点（例えばＡ点とする）と、この１点を基準としてＸ軸方向に所定の距離だけずれた１点（例えばＢ点とする）、およびレーザ変位計とＡ点を結ぶ直線を軸として、Ｂ点と線対称な関係となるＸ軸座標に位置する１点（例えばＣ点とする）というように求めることができる。

また、レーザ変位計８２でＺ軸方向の距離を計測しながらＹ軸方向へステージ１４を移動させて、その座標（移動距離）を得た場合、Ｚ軸方向の距離計測軌跡の谷部分のＹ軸方向位置の間隔が、ラビリンスパッキン６０における櫛歯６２間におけるピッチ間隔となる。

［第２計測手段について］
第２計測手段３８は、ラビリンスパッキン６０における櫛歯６２上面のＺ軸座標を計測するための要素であり、本実施形態では、第１Ｚ軸アクチュエータ２６のスライダ３０に備えられたブラケット３２に取り付けられている。第２計測手段３８によりラビリンスパッキン６０における櫛歯６２上面のＺ軸座標を計測する事で、研削を行う際のゼロ点を導き出す事ができる。また、Ｘ軸方向に沿って少なくとも３点のＺ軸座標を計測する事で、研削対象とするラビリンスパッキン６０における櫛歯６２上面の曲率半径を算出する事ができる。これにより、第１Ｚ軸アクチュエータ２６とＸ軸機構１６との関係において、研削手段３４の相対的な移動経路を求める事が可能となる。

また、本実施形態では、第２計測手段３８と研削手段３４の回転砥石３６との配置位置が近い事より、第２計測手段３８とブラケット３２との間にスライド機構４０を備える構成としている。スライド機構４０を備える事により、第２計測手段３８の配置位置は、計測位置と退避位置とに切り替える事が可能となる。

スライド機構４０の具体的な構成としては、ブラケット３２に対してＺ軸方向に沿ったレールと、このレール上を移動可能なスライダを備えるものであれば良く、第２計測手段３８を、このスライダに固定すれば良い。スライダの駆動形式は、限定するものでは無いが、段階的な移動制御を必要とせず、配置位置の切り替え時間を短くし、かつ構成を簡易なものとするという観点から、本実施形態においては、エアシリンダ型のものを採用している。

また、本実施形態では、計測点が平面では無く、ラビリンスパッキン６０における櫛歯６２の上面という幅の狭い凸部としていることより、接触型の第２計測手段３８を採用している。また、第２計測手段３８の計測ピン３８ａは図７に示すように、櫛歯６２上面の幅より大きく、隣接配置されている櫛歯６２と櫛歯６２のピッチよりも小さい線状の接触部３８ａ１を持つものを採用し、櫛歯６２の延設方向と交差する方向に線状部が配置される構成としている。このような構成とする事で、Ｙ軸方向（図７中矢印Ｂで示す方向）に対する位置がズレることによる計測ミスを防ぐ事ができる。

［制御手段について］
制御手段４２（図８参照）は、ステージ１４と第１Ｚ軸アクチュエータ２６、第２Ｚ軸アクチュエータ７４、研削手段３４、バリ取手段７０、レーザ変位計８２、第２計測手段３８およびスライド機構４０等の動作制御を行う役割を担う。そして制御手段４２による制御により、研削手段３４によりラビリンスパッキン６０における櫛歯６２の上面を研削させ、バリ取手段７０により研削後における櫛歯６２の上面に生ずるバリ６２ａを除去する動作が成される。実施形態に係る研削装置１０やバリ取手段７０に適用される制御手段４２の構成の一例を図８に示す。制御手段４２には、予め定められた要素データの入力が成される。なお、要素データの入力は、制御手段４２に付帯された制御用ＰＣ等の入力端末４４を介して行う。また、入力端末４４には、研削装置１０やバリ取手段７０等の要素を制御するためのプログラム（例えば研削アプリ４４ａ）が記憶されていれば良い。

制御手段４２には、入力端末４４との間で制御信号の授受を行うインターフェースとして、モーションコントロールボード４６や第１ルータコントローラ４８、第２ルータコントローラ４９、および計測手段用アンプ５０などが備えられている。モーションコントロールボード４６は、研削装置１０におけるステージ１４、第１Ｚ軸アクチュエータ２６、および第２Ｚ軸アクチュエータ７４を制御するための要素であり、Ｘ軸ドライバ４６ａ、Ｙ軸ドライバ４６ｂ、第１Ｚ軸ドライバ４６ｃ、および第２Ｚ軸ドライバ４６ｄを介して、駆動制御のための制御信号（駆動パルス）の生成、出力を行う。Ｘ軸モータ１６ｃ、Ｙ軸モータ２０ｃ、第１Ｚ軸モータ２６ｃ、第２Ｚ軸モータ７６ｃは、各ドライバ（４６ａ〜４６ｄ）から出力された制御信号に応じて回転動作が成される。

第１ルータコントローラ４８は、研削手段３４の制御を行うための要素である。第１ルータコントローラ４８は、研削手段３４における回転砥石３６の回転数の制御を行うための信号を出力する。

第２ルータコントローラ４９は、バリ取手段７０の動作制御を行うための要素である。第２ルータコントローラ４９は、バリ取手段７０における回転ブラシ７２の回転数の制御を行うための信号を出力する。

コンプレッサ５２と、第２計測手段３８、並びにスライド機構４０との間には、圧縮空気の供給圧を調整するためのレギュレータ５４と、バルブ５６ａ，５６ｂが備えられている。バルブ５６ａ，５６ｂは、電磁弁などの切り替え弁であれば良く、図示しないコントローラ等から制御信号が入力される事により、圧縮空気の供給経路を開放する。これにより、計測手段３８における計測ピン３８ａの位置制御や、スライド機構４０における計測位置と退避位置の切り替え制御などが成される。具体的には、コンプレッサ５２から計測手段３８に供給される圧縮空気は、計測手段３８の計測ピン３８ａをスタンバイ状態に伸張させる役割を担う。また、コンプレッサ５２からスライド機構４０に供給される圧縮空気は、第２計測手段３８を退避位置から計測位置へ移動させる役割を担う。

計測手段用アンプ５０は、ラビリンスパッキン６０における櫛歯６２の計測に起因して第２計測手段３８から出力される電気信号を増幅し、検出信号として入力端末４４に出力する役割を担う。

また、本実施形態では、第１計測手段を構成するためのレーザ変位計８２を制御するためのレーザ用アンプ５８を備えている。ここで、レーザ用アンプ５８は、制御手段４２に組み込む構成としても良い。

［研削制御について］
以下、上述した要素データの説明と共に、図９を参照して、研削装置によるラビリンスパッキン６０における櫛歯６２の研削について説明する。

まず、ワークとしてのラビリンスパッキン６０を把持機構２４にセットする（ステップ１０）。把持機構２４にラビリンスパッキン６０がセットされた後、ステージ１４とレーザ変位計８２とにより構成される第１計測手段を稼働させ、ラビリンスパッキン６０のセット位置を自動認識する（ステップ２０）。

第１計測手段による計測値に基づいてラビリンスパッキン６０のセット位置を算出した後、制御手段４２に対して加工条件の設定値（要素データ）を入力する。ラビリンスパッキン６０の研削加工に必要なデータとしては、パッキンの割れ数や、弓寸法（弦長）、櫛歯数、櫛歯ピッチ、開始計測点、および指定加工量などであるが、第１計測手段による計測値に基づき、割れ数や弓寸法、櫛歯数、櫛歯ピッチ、開始計測点等のデータは、算出することができる。よって、オペレータが入力する加工条件の設定値としては、指定加工量程度となる。オペレータによる入力要件を低減することで入力ミスによる加工不良を抑制することができる。

なお、割れ数とは、ラビリンスパッキン６０の分割数である。ラビリンスパッキンは、タービン（不図示）の軸径に合わせた円形を成すものであり、加工対象となるラビリンスパッキン６０（正確にはラビリンスパッキン片）は、円形のラビリンスパッキンを複数に分割した片の１つとなる。また分割は、等分とされていることより、分割数の入力により、円の内角を求める事ができる。

弓寸法とは、研削対象とするラビリンスパッキン６０における櫛歯６２の上面の端部間距離、すなわち、円弧の弦にあたる部分の長さ（弦長）である。弓寸法を算出、あるいは入力することで、１回の研削におけるＸ軸の移動距離を得ることができる。また、割れ数により弓寸法を底辺、円の中心を頂点とした二等辺三角形における底辺に位置する頂点の内角が求められる。よって、弓寸法を得ることで、二等辺三角形を構成する二つの辺の長さ（ラビリンスパッキンを構成する円弧の半径Ｒ）を求めることができる。具体的には、底辺の長さをａ、底辺の両端に位置する内角をθとして、ａ／（２×ｃｏｓθ）を計算する事で求めることができる。

櫛歯数とは、研削対象とする１つのラビリンスパッキン６０に備えられている櫛歯６２の数である。研削を行う回数を定めるためである。また、櫛歯ピッチとは、Ｙ軸方向に沿った櫛歯６２の配置間隔である。各櫛歯６２を研削する際における回転砥石（研削手段）のＹ軸方向の移動距離を定めるためである。

また、開始計測点は、最初に加工を行う櫛歯６２における３点のＸＹ座標であり、指定加工量は、櫛歯６２の上面を研削する研削量である（ステップ３０）。

このような要素データを入力された制御手段４２では、まず、スライド機構４０と計測手段３８に対して圧縮エアの供給を行い、計測手段３８を計測位置に移動させると共に、計測ピン３８ａを伸長させてスタンバイ状態にする。その後、ステップ２０において自動認識されたセット位置に基づいて算出されたラビリンスパッキン６０における櫛歯６２上面の半径Ｒに沿うように、Ｘ軸モータ１６ｃとＹ軸モータ２０ｃ、および第１Ｚ軸モータ２６ｃに対して制御信号を与え、計測手段３８による櫛歯６２の上面位置における３点のＺ軸座標の計測を行う。その後、計測された３点のＺ軸座標と、当該座標を計測したＸ軸座標に基づき、ラビリンスパッキン６０における櫛歯６２上面の曲率半径を算出する。

ここで、Ｚ軸座標は、１つの櫛歯に対してそれぞれ３点計測することとなる。本実施形態では、図１０に示すように、櫛歯６２の配置方向（Ｙ軸方向：矢印Ｂで示す方向）に沿うようにして、複数の櫛歯６２における共通点（１点目）におけるＺ軸座標をそれぞれ計測した後に、Ｘ軸方向（矢印Ａで示す方向）に移動して２点目のＺ軸座標をそれぞれ計測する。さらにＸ軸方向に移動し、３点目のＺ軸座標を計測するようにしている。このように、つづら折り状にステージ１４を移動させながらＺ軸座標の計測を行うことで、各櫛歯毎に３点を計測する場合に比べ、Ｘ軸方向の移動回数を減らすことができるため、計測時間の削減を図ることが可能となる（ステップ４０）。

櫛歯６２上面の曲率半径を求めた後、入力された要素データと算出された曲率半径に基づき、加工経路やＸ軸モータ１６ｃ、Ｙ軸モータ２０ｃ、および第１Ｚ軸モータ２６ｃの動作量、研削手段３４の回転速度等の加工データの作成を行う（ステップ５０）。

加工データ作成後、加工データに従って各種制御を行い、ラビリンスパッキン６０における櫛歯６２上面の研削を行う。なお、第２計測手段３８は、Ｚ軸座標の計測終了後、少なくとも研削工程の前までに、退避位置に移動させる制御が成される（ステップ６０）。

研削工程が終了した後、再び第２計測手段３８を計測位置に移動させ、計測工程で計測した３点のＺ軸座標の計測を行う。そして、研削工程前の計測値と、研削工程後の計測値に基づき、加工量の計算が成される（ステップ７０）。算出された加工量が、指定加工量に近似する値となっているか否かを判定する。ここで、近似の範囲は、求める加工精度に応じて予め定めた閾値の範囲とすれば良い（ステップ８０）。

判定により、加工量が閾値の範囲内である場合には、ラビリンスパッキン６０の研削加工が終了する。一方、加工量が閾値の範囲外である場合には、残り加工量に基づく加工量が求められ（ステップ９０）、ステップ５０に戻り、加工データの作成を行い、ラビリンスパッキン６０の研削が成される。ここで、加工量が閾値の範囲外となる要因としては、回転砥石３６の摩耗や、研削手段３４における回転軸の逃げ、加工量自体が研削工具の研削量よりも大きいといった事項を挙げる事ができる。よって、必要に応じて再加工の前に回転砥石３６の寸法や、研削手段３４の取付状態のチェックを行い、要素データの再入力の必要性を判定しても良い。

ステップ８０において研削加工が終了した場合、研削加工によってラビリンスパッキン６０の加工面に生じたバリを取る作業が行われる。バリ取りは、研削加工で使用した加工データを利用して、バリ取手段７０により行う。バリ取手段７０に備えられた回転取ブラシ７２と、回転砥石３６と、におけるＸ軸座標、Ｙ軸座標、Ｚ軸座標をそれぞれ比較することで、各座標毎の相違量を求め、この相違量を加工データに対して、各軸方向のシフト量として与えることで、加工データの援用が可能となる。

［作用効果］
上記のような研削装置１０によれば、ラビリンスパッキン６０の曲率や大きさ、状態の如何によらず研削加工を行う事ができる。このため、作業者の熟練度に依存する事なく、短時間で高精度に修正加工を行う事が可能となる。また、基準となる３点の計測点の割出についても自動化することで、加工に関する人為的なバラつきをより抑制することができる。

上記実施形態では、研削加工について、回転砥石３６を用いる旨記載した。しかしながら、本実施形態に係る研削装置１０では、回転砥石３６に替えて、回転研削可能な超硬工具を用いるようにしても良い。超硬工具を用いる事によれば、砥石に比べて目詰まりがし難く、１回の加工における研削量も多くとることができるようになる。また、工具の摩耗も少ないため、要素データの変更等の手間を削減することもできる。

また、上記実施形態では、Ｚ軸方向の動作を行うアクチュエータとして、第１Ｚ軸アクチュエータ２６と、第２Ｚ軸アクチュエータ７４とを備える旨記載し、第２Ｚ軸アクチュエータ７４には、バリ取手段７０を備える構成とした。ここで、本発明に係る研削装置１０では、バリ取手段７０を必要とするか否かに応じて、第２Ｚ軸アクチュエータ７４をベース１２から取り外すようにしても良い。さらに、Ｚ軸方向へ動作させる加工工具等の取り付けスペースが不足する場合には、ベース１２に対して、図示しない第３、第４のＺ軸アクチュエータを配置する構成とし、拡張型の研削装置を構成するようにしても良い。

１０………研削装置、１２………ベース、１４………ステージ、１６………Ｘ軸機構、１６ａ………ガイドレール、１６ｂ………ボールネジ、１６ｃ………Ｘ軸モータ、１８………Ｘ軸ステージ、１８ａ………摺動部、２０………Ｙ軸機構、２０ａ………ガイドレール、２０ｂ………ボールネジ、２０ｃ………Ｙ軸モータ、２２………Ｙ軸ステージ、２２ａ………摺動部、２４………把持機構、２４ａ………固定当板、２４ａ１………切欠き、２４ｂ………可動当板、２４ｂ１………切欠き、２４ｃ………支柱、２４ｄ………クランプ、２６………第１Ｚ軸アクチュエータ、２６ａ………ガイドレール、２６ｂ………ボールネジ、２６ｃ………第１Ｚ軸モータ、２８………垂直ベース、３０………スライダ、３２………ブラケット、３４………研削手段、３６………回転砥石、３８………第２計測手段、３８ａ………計測ピン、３８ａ１………接触部、４０………スライド機構、４２………制御手段、４４………入力端末、４４ａ………研削アプリ、４６………モーションコントロールボード、４６ａ………Ｘ軸ドライバ、４６ｂ………Ｙ軸ドライバ、４６ｃ………第１Ｚ軸ドライバ、４６ｄ………第２Ｚ軸ドライバ、４８………第１ルータコントローラ、４９………第２ルータコントローラ、５０………計測手段用アンプ、５２………コンプレッサ、５４………レギュレータ、５６ａ，５６ｂ………バルブ、５８………レーザ用アンプ、６０………ラビリンスパッキン、６２………櫛歯、６２ａ………バリ、７０………バリ取手段、７２………回転ブラシ、７４………第２Ｚ軸アクチュエータ、７６………スライダ、７６ａ………ガイドレール、７６ｂ………ボールネジ、７６ｃ………第２Ｚ軸モータ、７８………垂直ベース、８０………ブラケット、８２………レーザ変位計。

上記目的を達成するための本発明に係るラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置は、研削対象とするラビリンスパッキンを固定した状態で、前記ラビリンスパッキンの長手方向に沿うＸ軸方向と、前記ラビリンスパッキンの幅方向に沿うＹ軸方向への移動を可能とするステージと、前記ラビリンスパッキンの櫛歯を研削する研削手段と、前記ラビリンスパッキンの弦長を計測する第１計測手段と、前記ラビリンスパッキンの高さ方向に沿うＺ軸方向の座標であるＺ軸座標を前記Ｘ軸に沿って３点計測する第２計測手段と、前記第１計測手段によって計測された弦長に基づいて、前記第２計測手段によりＺ軸座標を計測する３点のＸ軸座標を割り出し、前記第２計測手段による計測を実行させる制御信号を出力し、前記第２計測手段によってＺ軸座標が計測された後、各計測点におけるＸ軸座標に基づいて、前記櫛歯上面を予め定められた研削量で研削するための加工データを作成し、前記加工データに基づく制御信号を出力する制御手段と、前記研削手段を前記Ｚ軸方向へ移動させる第１Ｚ軸アクチュエータと、脱着可能なユニットにより構成され、前記加工データに基づく制御信号に従って、回転しながら前記櫛歯の頂部側面と接触する研削材から成るバリ取手段を、前記Ｚ軸方向へ移動させる第２Ｚ軸アクチュエータと、少なくとも、前記ステージと、前記第１Ｚ軸アクチュエータとが設置され、前記第２Ｚ軸アクチュエータの脱着スペースが設けられているベースとを備えることを特徴とする。

上記のような特徴を有するラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置では、前記加工データに基づく制御信号に従って、回転しながら前記櫛歯の頂部側面と接触する研削材から成るバリ取手段を備えることにより、従来手作業で行っていたバリ取作業についても、自動で行うことが可能となる。

また、上記のような特徴を有するラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置では、前記ベースに前記第２Ｚ軸アクチュエータを取り付けた際、前記バリ取手段に対する制御信号は、前記加工データに対して、前記第１Ｚ軸アクチュエータと前記第２Ｚ軸アクチュエータとの間のシフト量を加味して出力される構成とすることができる。このような特徴を有する事によれば、バリ取手段の制御のための加工データを新たに作成する事なく、バリ取加工を実施することができる。

さらに、上記のような特徴を有するラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置において前記第２Ｚ軸アクチュエータを脱着可能なユニットとしたことで、研削装置を拡張型の装置とすることができる。

上記目的を達成するための本発明に係るラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置は、研削対象とするラビリンスパッキンを固定した状態で、前記ラビリンスパッキンの長手方向に沿うＸ軸方向と、前記ラビリンスパッキンの幅方向に沿うＹ軸方向への移動を可能とするステージと、前記ラビリンスパッキンの幅方向に沿って並ぶ複数の櫛歯を研削する研削手段と、前記ラビリンスパッキンの弦長を計測する第１計測手段と、前記ラビリンスパッキンの高さ方向に沿うＺ軸方向の座標であるＺ軸座標を前記Ｘ軸に沿って３点計測する第２計測手段と、前記第１計測手段によって計測された弦長に基づいて、前記第２計測手段によりＺ軸座標を計測する３点のＸ軸座標を割り出し、前記第２計測手段による計測を実行させる制御信号を出力し、前記第２計測手段によってＺ軸座標が計測された後、各計測点におけるＸ軸座標に基づいて、前記櫛歯上面を予め定められた研削量で研削するための加工データを作成し、前記加工データに基づく制御信号を出力する制御手段と、前記研削手段を前記Ｚ軸方向へ移動させる第１Ｚ軸アクチュエータと、脱着可能なユニットにより構成され、前記加工データに基づく制御信号に従って、回転しながら前記櫛歯の頂部側面と接触する研削材から成るバリ取手段を、前記Ｚ軸方向へ移動させる第２Ｚ軸アクチュエータと、少なくとも、前記ステージと、前記第１Ｚ軸アクチュエータとが設置され、前記第２Ｚ軸アクチュエータの脱着スペースが設けられているベースとを備え、前記第２計測手段による計測を実行させる制御信号は、複数の前記櫛歯における１点目のＺ軸座標を前記Ｙ軸方向に沿ってそれぞれ計測した後、前記Ｘ軸方向に移動して２点目のＺ軸座標を前記Ｙ軸方向に沿ってそれぞれ計測し、さらに前記Ｘ軸方向に移動して３点目のＺ軸座標を前記Ｙ軸方向に沿ってそれぞれ計測する旨の信号であることを特徴とする。

Claims (6)

1. 研削対象とするラビリンスパッキンを固定した状態で、前記ラビリンスパッキンの長手方向に沿うＸ軸方向と、前記ラビリンスパッキンの幅方向に沿うＹ軸方向への移動を可能とするステージと、
   前記ラビリンスパッキンの櫛歯を研削する研削手段と、
   前記ラビリンスパッキンの弦長を計測する第１計測手段と、
   前記ラビリンスパッキンにおけるＸ軸に沿った３点のＺ軸座標を計測する第２計測手段と、
   前記第１計測手段によって計測された弦長に基づいて、前記第２計測手段によりＺ軸座標を計測する３点のＸ軸座標を割り出し、前記第２計測手段による計測を実行させる制御信号を出力し、前記第２計測手段によってＺ軸座標が計測された後、各計測点におけるＸ軸座標に基づいて、前記櫛歯上面を予め定められた研削量で研削するための加工データを作成し、前記加工データに基づく制御信号を出力する制御手段と、を備えることを特徴とするラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置。
2. 前記加工データに基づく制御信号に従って、回転しながら前記櫛歯の頂部側面と接触する研削材から成るバリ取手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置。
3. 前記研削材は、可撓性を有することを特徴とする請求項２に記載のラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置。
4. 前記研削手段を前記ラビリンスパッキンの高さ方向に沿うＺ軸方向へ移動させる第１Ｚ軸アクチュエータと、
   前記バリ取手段を前記Ｚ軸方向へ移動させる第２Ｚ軸アクチュエータと、を備え、
   前記バリ取手段に対する制御信号は、前記加工データに対して、前記第１Ｚ軸アクチュエータと前記第２Ｚ軸アクチュエータとの間のシフト量を加味して出力される構成としたことを特徴とする請求項２または３に記載のラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置。
5. 前記第２Ｚ軸アクチュエータは、脱着可能なユニットであることを特徴とする請求項４に記載のラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削装置。
6. ラビリンスパッキンの櫛歯を研削するための研削手段の配置位置と、前記研削後における加工面のバリを取り除くためのバリ取手段の配置位置とが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の少なくとも１方向にズレている場合において、
   前記研削手段の加工データと、前記バリ取手段の加工データとは、１つの加工データを両者の相対的なズレに補正を加えて利用することを特徴とするラビリンスパッキンの櫛歯高さ研削方法。

Images