(57)【要約】【課題】本発明では、小エネルギーで高精度に重り位置を制御して回転体のアンバランスを修正し、バランス保持にエネルギーを必要としない回転バランサ装置を提供する事を目的としている。【解決手段】  本発明は、フィールドバランサにより回転体１の回転中に生じるアンバランスを検出し、検出結果からバランサユニット毎の重り４の移動量を算出し、重り４を移動する事により回転体１のアンバランスを修正する。回転バランサ装置の駆動部は複数のバランサユニット２から構成される。バランサユニット２は、液体で満たされたシリンダ、重り、バネ、パイプ、バルブから構成される閉回路において、重り４にかかる遠心力を回転体１の回転数  により制御し、遠心力とバネの力との大小関係により重りを移動する事により、回転体１のアンバランスを修正する。【選択図】図１
2006272541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転バランサ装置の駆動部は回転体に埋め込まれた複数のバランサユニットから構成され、個々のバランサユニットは、軸を回転体の半径方向へ向けて設置したシリンダと、シリンダの内径に密接して設置した重りと、シリンダ内において重りと接して重りに対して回転体の外周となる方向に設置したバネと、中間にバルブを設置した細いパイプの両端をシリンダの両端へ接続して形成される閉回路が液体で満たされていることを特徴とする回転バランサ装置。
【請求項２】
バランサユニットは、バルブ閉の状態では重りの移動が出来ないので重りの位置は保持され、回転停止時にバルブ開とすると、重りの外側に設置されたバネにより重りは内側へ移動し、回転中にバルブ開とすると、回転で生じる遠心力により重りは外側へと移動することを特徴とする請求項１記載の回転バランサ装置。
【請求項３】
請求項１及び請求項２の回転バランサ装置において、重りの代わりに中央に重りの付いた遮蔽板をシリンダ内径に隙間無く接着し、遮蔽板の弾性変形範囲内で重りが移動する事を特徴とする請求項１及び請求項２記載の回転バランサ装置。
【請求項４】
バランサユニットは回転体における半径方向断面の同一半径上に、複数のバランサユニットが回転中心を基準として角度を均等に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転バランサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、回転体の回転中に生じるアンバランスを修正する回転バランサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】マシニングセンタなどの工作機械において、主軸スピンドルの動バランスがとれていたとしても切削工具を装着することで動バランスが崩れてしまい、回転中に振動が発生し、切削加工面の表面粗さや加工精度に悪影響を及ぼし、微細加工、高精度加工ができなくなる。さらに、回転中に生じる振動は、切削工具の短寿命化にもつながる。このような回転体のアンバランスを修正する装置（回転バランサ）は、基本的に回転体の回転中に生じるアンバランス量及び方向を検出し、アンバランスの修正量及び修正方向を算出して、その結果を基にアンバランスを修正する。【０００３】アンバランスを修正する方法には大きく２つに分けられる。１つ目は回転体内部に組み込まれた駆動装置により、内部の重りを移動してバランスをとる方法（特開平１−３０１０６１、特開平５−１７７４０７）、２つ目は回転体の外部から回転体へ作用し、重りを付加或いは除去する事によってバランスをとる方法（特開平８−３０４２１４）である。【０００４】回転体内部に駆動装置組み込んだタイプの従来例として、特開平１−３０１０６１の『液体式オートバランサー』がある。『液体式オートバランサー』では主軸又は工具に、回転体とその周方向に沿って配置された複数の液体ポットを有する液体式オートバランサーを取り付け、上述の複数の液体ポットに注入する液体の液量を調整し、全体の動的バランスをとるものである。【０００５】回転体内部に駆動装置組み込んだタイプの従来例の２点目として、特開平５−１７７４０７の『自動バランサー』を挙げる。『自動バランサー』では振幅センサと回転角センサで重心ズレを測定し、トランスを使用してパワーと信号を供給し、重り位置を電磁石或いはモータで制御し、全体の動的バランスをとるものである。【０００６】回転体の外部から回転体へ作用するタイプでは特開平８−３０４２１４の『回転体のバランス修正装置及び回転体のバランス修正方法』が挙げられる。『回転体のバランス修正装置及び回転体のバランス修正方法』では、アンバランス量及びアンバランス角度を測定し、硬化性物質を付加し、紫外線を照射することにより硬化性物質を硬化させ、全体の動バランスをとるものである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】特開平１−３０１０６１の装置では液体ポットに液体を注入しているため、液体ポット内で液体が移動してしまう可能性が大きく、高精度の動バランスをとるのは困難である。特開平５−１７７４０７の装置ではモータを駆動して重りを移動させるために大きなパワーが必要となり、さらに、バランスを保持するためにモータ位置を停止させておくだけのパワーの伝送が必要となる。
【０００８】特開平８−３０４２１４の装置では、回転体の外部から回転体へ向けて硬化性物質を噴射しているため、回転体が高速回転している時には正確な位置へ硬化性物質を付加させることは困難である。
【０００９】以上のように回転体のバランスを小さいエネルギーを使用して高精度に調整できる装置はない。本発明では、小さいエネルギーで高精度に重り位置を制御して回転体のバランスを修正し、バランスを保持するときにはエネルギーを必要としない回転バランサ装置を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】請求項１の回転バランサ装置は、回転バランサ装置の駆動部が回転体に埋め込まれた複数のバランサユニットから構成され、個々のバランサユニットは、軸を回転体の半径方向へ向けて設置したシリンダと、シリンダの内径に密接して設置した重りと、シリンダ内において重りと接して重りに対して回転体の外周となる方向に設置したバネと、中間にバルブを設置した細いパイプの両端をシリンダの両端へ接続して形成される閉回路が液体で満たされていることを特徴としている。
【００１１】請求項２の回転バランサ装置は、回転バランサ装置に搭載するバランサユニットが、バルブ閉の状態では重りの移動が出来ないので重りの位置は保持され、回転停止時にバルブ開とすると、重りの外側に設置されたバネにより重りは内側へ移動し、回転中にバルブ開とすると、回転で生じる遠心力により重りは外側へと移動することを特徴としている。
【００１２】請求項３の回転バランサ装置は、請求項１及び請求項２の回転バランサ装置において、重りの代わりに中央に重りの付いた遮蔽板をシリンダ内径に隙間無く接着し、遮蔽板の弾性変形範囲内で重りが移動する事を特徴としている。
【００１３】請求項４の回転バランサ装置は、回転バランサ装置に搭載するバランサユニットは回転体における半径方向断面の同一半径上に、複数のバランサユニットが回転中心を基準として角度を均等に配置されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】本発明により、回転体の回転中のアンバランスを修正する事により、回転体を振動させることなく回転させる事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】以下、本発明である回転バランサ装置について図１から図３に基づき説明する。【００１６】本発明は、
・フィールドバランサにより、回転体１の回転中に生じるアンバランスを検出する。
・検出したアンバランスを基に、バランサユニット２の重り４の移動量を算出する。
・算出した移動量を基に、各バランサユニット２の重り４を移動させる。
という、３工程を設けることによって、回転体１のアンバランスを修正する。
【実施例１】
【００１７】回転体１のアンバランスの検出方法には既存の装置であるフィールドバランサを使用する。フィールドバランサはアンバランス量検出すると共にアンバランスの修正方向と修正量をデータとして出力する。そのデータはＲＳ−２３２Ｃを使用して回転バランサ制御装置に取り込む。【００１８】そして、フィールドバランサから取り込んだ修正方向と修正量のデータを基に、各バランサユニット２のバルブ６を開とする時間を算出する。バルブ６を開とする時間は、回転体の回転中に重り４にかかる遠心力と重り４の摩擦力とバルブ６内の流路を流れる液体の粘性抵抗から算出する。【００１９】実施例１の回転バランサ装置駆動部は図１に示すように、回転体１に埋め込まれた３個（又は複数）のバランサユニット２からなる。バランサユニット２は回転体１（マシニングセンタの主軸スピンドル等）における半径方向断面の同一半径上に、回転中心を基準として１２０度づつ３方向均等に配置する。【００２０】バランサユニット２は図１に示すように、シリンダ３の内径に重り４を密接して設置している。この時に、液体８がシリンダ３と重り４の隙間を流れない事が必要となる。そして、シリンダ３内において重り４と接し、重り４に対して回転体１の外周となる方向にバネ５を設置している。シリンダ３の両端には途中にバルブ６を設置した細いパイプ７の両端を接続して閉回路が形成している。【００２１】閉回路は液体で満たされている。実施例１ではバランサユニット２はシリンダ３の軸を回転体１の半径方向へ向けて設置する。更に高精度なバランスの調整が必要な場合は、重り４の比重と大きさを変更することにより、同じ移動量でもバランスの変化を少なくし、より高精度な回転体１バランスの微調整を行う。【００２２】重り４を支えるバネ５のバネ定数は、重り４がシリンダ３の中央に位置している時、所定の回転数以上で重り４に働く遠心力よりもバネ５による押す力の方が小さく、また、所定の回転数未満では、遠心力よりもバネ５による押す力の方が大きくなるように設定しておく。【００２３】ここで、所定の回転数は、回転体に決められている最大回転数と、回転体の大きさと、実際に使用する回転数域を考慮して決定する。【００２４】所定の回転数以上では重り４に働く遠心力がバネ５の圧力を上回るので、バルブ６を開けると重り４は外側へ移動する。所定の回転数未満ではバネ５の圧力が遠心力を上回り、バルブ６を開けると、重り４は回転体１の内側方向へ移動する。バルブ６が閉じていれば、回転数のいかんに拘わらず、重り４は移動しない。このようにして、回転数の調節とバルブ６の開閉によって、重り４の位置を自在に調節できる。【００２５】３つのバランサユニット２の重り４の位置を、夫々算出された所定量だけ移動することにより回転体１のアンバランスを修正する。【００２６】ここで、バルブ６を駆動する動力はトランスの原理を用いて回転体１内部へ伝送する。回転体１外部と回転体１内部へ夫々コイルを設置し、回転体外部のコイルへ交流電流を流し、回転体側のコイルに誘導起電力が発生させる事により動力を伝達する。【００２７】そして、動力を伝えるタイミングをコントロールする事でバルブ６を駆動するために必要な信号を伝達し、夫々のバランサユニット２に内蔵されるピエゾ素子１５（電圧を印加すると伸縮する材料）を駆動源して、液体流路１６となる部分の隙間高さを制御する事によって機能するバルブ６を駆動し、重り４位置を制御する。バルブ６の構造の例を図３に示す。図３に示すバルブ６はピエゾ素子１５が伸びる事により動力伝達棒１３がシール部材（稼働側）１１を押し上げて、シール部材（固定側）１２との間に形成される隙間を流体が流れる。
【実施例２】
【００２８】実施例２は、実施例１における重り４を変更したものである。実施例１における重り４はシリンダ３と密接しているため、重り４が移動する時には摩擦の影響を受ける。そこで、実施例２ではシリンダ３内で重り４の移動時に、摩擦の影響を受けない構造とする。【００２９】実施例２は実施例１における重り４を、中央に重り１０を接着した遮蔽板９へ変更したものである。そして、シリンダ３内において重り１０と接し、重り１０に対して回転体１の外周となる方向にバネ５を設置する。【００３０】バネ５のバネ定数は、遮蔽版の弾性係数も考慮して、所定の回転数以上では重り１０に働く遠心力よりもバネ５により押す力の方が小さく、所定の回転数未満では重り５に働く遠心力よりもバネ５により押す力の方が大きくなるように設定する。【００３１】そして、所定の回転数以上でバルブ６を開とすることにより、重り１０は外側へ移動し、所定の回転未満では重り１０は回転体１の内側方向へ移動する。バルブ６が閉じていれば、回転数のいかんに拘わらず、重り１０は移動しない。【００３２】このようにして、回転数の調節とバルブ６の開閉によって、重り１０の位置を自在に調節する事により回転体のアンバランスを修正する。そして、重り１０は摩擦の影響が生じない状況で移動する事ができるので、よりスムーズな移動ができ、より正確に回転体のバランスを取る事ができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】マシニングセンタなどの工作機械の主軸スピンドルへ適用し、回転中に生じるアンバランスを修正して動バランスのとれた振動の少ない回転を得ることができる回転バランサ装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１の構造を示した図
【図２】実施例２の構造を示した図
【図３】実施例１及び実施例２で使用するバルブの構造を示した図
【符号の説明】
【００３５】１  回転体
２  バランサユニット
３  シリンダ
４  重り
５  バネ
６  バルブ
７  パイプ
８  液体
９  遮蔽板
１０  重り
１１  シール部材（稼働側）
１２  シール部材（固定側）
１３  動力伝達棒
１４  パッキン
１５  ピエゾ素子
１６  液体流路
【図１】
2006272541.tif 000003
【図２】
2006272541.tif 000004
【図３】
2006272541.tif 000005