(57)【要約】【課題】回転体としてのワークに対してバランス取りを行った上で加工を施すようにする。【解決手段】加工装置１は、回転体としてのワークＷを加工するものであり、ワークＷに固定されてこのワークＷを支持する第１支持体３と、第１支持体３に対して相対的に位置変更可能に構成されるとともに、第１支持体３に接触することにより第１支持体３を支持する第２支持体４と、第１支持体３を第２支持体４から非接触で離間させるとともに、ワークＷを非接触で回転させることによりワークＷのバランス取りを行うバランス取り装置５と、このバランス取り装置５によるバランス取りが行なわれたワークを保持可能な保持装置６と、保持装置６によって保持されたワークＷを加工する加工部２と、を備える。【選択図】図２
2016137540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体としてのワークを加工する加工装置において、
前記ワークに固定されて前記ワークを支持する第１支持体と、
前記第１支持体に対して相対的に位置変更可能に構成されるとともに、前記第１支持体に接触することにより前記第１支持体を支持する第２支持体と、
前記第１支持体を前記第２支持体から非接触で離間させるとともに、前記ワークを非接触で回転させることにより前記ワークのバランス取りを行うバランス取り装置と、
前記バランス取り装置による前記バランス取りが行なわれた前記ワークを固定して保持可能な保持装置と、
前記保持装置によって保持された前記ワークを加工する加工部と、を備えることを特徴とする加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体としてのワークを加工するための加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ターボ機器などに使用されるインペラは、高効率、高性能化の要求に応じて、その形状が複雑化・多様化する傾向にあり、ブレード（翼）の形状が三次元的にねじれた構造を有したものも提案されている。このようなインペラは、例えば、直交３軸と、ワークを載置するテーブルを回転させる回転１軸と、これらの各軸を駆動制御する数値制御装置とを備える加工装置による切削加工によって形成される（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０‐２６９４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、インペラを機器等に組み付ける際には、その心出し作業が必要となる。この際、インペラにおける重量のバランスを調整する、いわゆるバランス取りの作業も実施される。このバランス取りの作業は、インペラの一部を削ったり、又はインペラの一部に錘を取り付けたりすることにより行われる。
【０００５】
このように、インペラ等の回転体に対するバランス取りは、従来、加工装置による加工後に行われており、インペラの形状が複雑であることも相俟って、機器への組み付け作業（心出し作業及びバランス取り作業）が非常に煩雑なものとなってしまっていた。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものあり、回転体としてのワークのバランス取りを行った上で加工を行うことが可能な加工装置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】
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、回転体としてのワークを加工する加工装置において、前記ワークに固定されて前記ワークを支持する第１支持体と、前記第１支持体に対して相対的に位置変更可能に構成されるとともに、前記第１支持体に接触することにより前記第１支持体を支持する第２支持体と、前記第１支持体を前記第２支持体から非接触で離間させるとともに、前記ワークを非接触で回転させることにより前記ワークのバランス取りを行うバランス取り装置と、前記バランス取り装置５による前記バランス取りが行なわれた前記ワークを固定して保持可能な保持装置と、前記保持装置によって保持された前記ワークを加工する加工部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、バランス取り装置によって第１支持体を第２支持体から離間させることにより、ワーク及びこれに固定される第１支持体は、他の固体物に接触することのない、非接触状態となる。この状態で、ワーク及び第１支持体を非接触で回転させるようにすれば、この回転作用によってワークのバランス取りが自動的に行われることなる。このようにパランス取りが行なわれた後に、保持装置によってこのワークを保持することにより、ワークは、重量バランスが調整された状態のままで、加工部によって加工されることになる。このように、加工部による加工の際に、ワークのバランス取りを事前に行うことにより、重量バランスが良く、精度の高いワークの加工が可能になることから、ワークの心出し作業を従来よりも容易かつ簡便に行うことが可能になる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転体としてのワークに対してバランス取りを行った上で加工することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】保持装置によって、ワークを保持した状態を示す加工装置の側面断面図である。
【図２】ワークのバランス取りを行う場合における加工装置の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１及び図２は、本発明に係る加工装置（以下、単に「加工装置」という）の一実施形態を示す。加工装置によって加工されるワークＷは、例えば自動車部品としてのインペラやアルミホイールのように、自動車の所定の部位に組み付けられて回転する回転体として加工されるものであり、この組み付けの際に心出しや重量のバランス取りを必要とするものである。ワークＷは、図１に示すように、所定の方向に沿って貫通する貫通孔ＴＨを有する。
【００１２】
図１及び図２に示すように、加工装置１は  ワークＷを加工する加工部２と、ワークＷを支持する第１支持体３と、第１支持体３を支持する第２支持体４と、ワークＷのバランス取りを行うバランス取り装置５と、ワークＷを加工できるように保持する保持装置６と、加工部２、バランス取り装置５、および保持装置６を制御する制御装置７と、を備える。
【００１３】
加工部２は、切削工具８を回転駆動可能に保持するとともに、ワークＷに対して所定の切削加工（例えばエンドミル加工）を行うものである。この加工部２は、鉛直方向及び水平方向に移動可能に構成される。なお、加工部２は、切削加工が可能なものの他、例えばワークＷに対してレーザを照射して加工を施すものであってもよい。
【００１４】
第１支持体３は、図１及び図２に示すように、ワークＷが圧入される筒状部９と、この筒状部９の一端部に構成されるつば部（フランジ部）１０とを備える。筒状部９は、金属製で円筒状に構成される。筒状部９は、その長手方向（筒心方向）が上下方向に一致するように配置されている。
【００１５】
筒状部９の内径は、筒状部９に圧入されるワークＷの一端部の外径よりも若干小さくなるように設定されている。ワークＷは、しまり嵌めによって筒状部９に固定され得るが、筒状部９を貫通するねじ孔を形成するとともに、このねじ孔にねじ部材を螺合して、ねじ部材の先端部を、筒状部９に挿入されたワークＷの一部（上部）に当接させることにより、第１支持部材３をワークＷに固定するようにしてもよい。
【００１６】
第１支持体３は、筒状部９の下端部における開口部９ａにワークＷの一部が圧入（固定）された状態で、ワークＷのバランス取りの際に、このワークＷとともに移動する。つば部１０は、筒状部９における上端部の周囲にわたって円板状に構成されている。第１支持体３は、つば部１０が第２支持体４の一部に接触することによって、第２支持体４に支持され得る。
【００１７】
第２支持体４は、第１支持体３の上部を収容する収容空間１１と、第１支持体３のつば部１０を掛止する掛止部１２とを備える。
【００１８】
収容空間１１は、ワークＷにおけるバランス取りの際に、第１支持体３が収容空間１１の壁面１３に接触せずに移動できるように、十分な容積を有する。この収容空間１１の第１支持体３の筒状部９が挿通される開口部１４が形成されている。この開口部１４は、円形状に構成されるが、この形状に限定されるものではない。開口部１４は、ワークＷのバランス取りが行なわれる際に、第１支持体３の筒状部９がこの開口部１４の縁部に接触することのないように、第１支持体３の筒状部９の外径よりも大きな直径を有する。また、この開口部１４の直径は、掛止部１２が第１支持体３のつば部１０を掛止できるように、このつば部１０の外径よりも小さく設定されている。
【００１９】
掛止部１２は、収容空間１１の壁面１３から水平方向に延びる壁部として成り、第１支持体３のつば部１０に対して上下方向で対向するように構成される。この掛止部１２の中央位置には、前述の開口部１４が形成されている。図２に示すように、第２支持体４は、掛止部１２に第１支持体３のつば部１０が接触することにより、第１支持体３を支持し得る。
【００２０】
第２支持体４は、第１支持体３に対して相対的に位置変更可能に構成される。すなわち、ワークＷのバランス取りを行う場合において、ワークＷはその位置を変更することになるが、この位置変更に応じて第１支持体３もその位置を変更する。第１支持体３の筒状部９は、第２支持体４の開口部１４に接触しないように挿通されていることから、上下方向及び水平方向に位置変更可能である。このような筒状部９と開口部１４との関係により、第１支持体３と第２支持体４とは、互いにその相対的な位置が変更されることになるのである。
【００２１】
また、この関係から、第１支持体３のつば部１０と第２支持体４の掛止部１２とは、相互に接近・離反可能に構成されることになる。換言すれば、加工装置１は、第１支持体３のつば部１０と第２支持体４の掛止部１２とが接触する接触状態と、つば部１０と掛止部１２とが離間する離間状態とに状態を変更することができるように構成されている。なお、第２支持体４は、図示しない駆動機構により、上下方向及び水平方向に対して移動可能（位置変更可能）に構成される。
【００２２】
バランス取り装置５は、基台１５と、この基台１５と一体に構成されるマンドレル（心棒部）１６と、ワークＷを回転させるための回転操作部１７と、基台１５及び回転操作部１７に空気を圧送するコンプレッサ１８とを備える。
【００２３】
基台１５は、コンプレッサ１８により圧送される空気をワークＷに向かって案内する流路１９と、この流路１９を通る空気をワークＷに向かって噴出する噴出口２０とを有する。噴出口２０は、空気を上方に向けて噴出するように構成されており、噴出した空気をワークＷの下部に当てることができる。
【００２４】
マンドレル１６は、基台１５の上面に一体に形成されている。このマンドレル１６は、円柱状又は円筒状に構成されており、上下方向に沿って形成されている。マンドレル１６の外径は、ワークＷに形成される貫通孔ＴＨの径よりも小さく設定されている。マンドレル１６は、基台１５の流路１９に連通する流路２１と、この流路２１を通る空気をワークＷに向けて噴出する噴出口２２とを有する。噴出口２２は、マンドレル１６の中途部において複数箇所に形成されている。各噴出口２２は、水平方向、すなわちマンドレル１６の半径方向に沿って形成されている。マンドレル１６は、ワークＷの貫通孔ＴＨに挿通された状態で、噴出口２２から空気を噴出することにより、水平方向におけるワークＷの位置決めを行うことができる。
【００２５】
回転操作部１７は、空気をワークＷに向けて噴射する噴射ノズル２３を備える。噴射ノズル２３は、コンプレッサ１８に接続されており、コンプレッサ１８の動作により空気をワークＷに向けて噴出させ、これによってワークＷを所定の方向に回転させることができる。
【００２６】
コンプレッサ１８は、接続配管を介して基台１５及び回転操作部１７に接続されている。コンプレッサ１８は、制御装置７の制御により、所定のタイミングで動作して、空気を基台１５及び回転操作部１７に圧送する。
【００２７】
保持装置６は、ワークＷを第１支持体３に固定する際、及び、バランス取り装置５によるバランス取りが行なわれた後に、第１支持体３を固定することによりワークＷを保持するためのものである。保持装置６は、第１支持体３のつば部１０に設けられる第１の磁石２４と、第２支持体４の掛止部１２に設けられる第２の磁石２５とを有する。
【００２８】
本実施形態において、第１の磁石２４は永久磁石により構成され、第２の磁石２５は電磁石により構成され得る。第１の磁石２４は、第１支持体３におけるつば部１０の円形状に対応して、環状（円環状）に構成される。第２の磁石２５は、第１の磁石２４の形状に対応して、ほぼ同形の環状（円環状）に構成されている。また、第２の磁石２５は、制御装置７に接続されており、その制御により、その磁極が変更されるように構成される。図１及び図２に示すように、第１の磁石２４と第２の磁石２５とは上下方向において対向（対面）するように配置されている。
【００２９】
制御装置７は、加工部２の動作、第２支持体４の位置変更動作、バランス取り装置５及び保持装置６についての制御を行う。制御装置７は、このような各種の制御を行うためのプログラムを演算処理する演算部（ＣＰＵ）と、このプログラムを記憶する記憶部（ＲＡＭ、ＲＯＭ）等を含む。
【００３０】
以下、上記構成の加工装置１による、ワークＷのバランス取り方法及び加工方法について説明する。ワークＷの加工に際し、まず、ワークＷを加工装置１に取り付ける必要がある。制御装置７は、保持装置６の第２の磁石２５をオンにし、磁力を発生させる。この場合において、制御装置７は、第１の磁石２４と第２の磁石２５とが引き合うように（Ｎ極とＳ極とが向き合うように）、第２の磁石２５の磁極を設定する。
【００３１】
そうすると、第１の磁石２４と第２の磁石２５とが磁着し、その磁力によって、第１支持体３のつば部１０と第２支持体４の掛止部１２とが接触した状態で固定される。このようにして、第１支持体３は保持装置６によって第２支持体４に固定される。この状態において、ワークＷは、その上部が第１支持体３における筒状部９の開口部９ａに圧入される。これにより、第１支持体３はワークＷに固定されて一体となり、ワークＷは、保持装置６を介して第１支持体３及び第２支持体４に支持（保持）される。
【００３２】
次に制御装置７は、駆動機構によって第２支持体４を移動させ、ワークＷの貫通孔ＴＨに下方からマンドレル１６を挿入させる。以上によって、ワークＷの加工装置１への取り付けが完了する。
【００３３】
次に、制御装置７は、バランス取り装置５のコンプレッサ１８を作動させる。コンプレッサ１８の始動により、空気が基台１５及びマンドレル１６の各流路１９，２１を流れ、各噴出口２０，２２から噴出する。基台１５の噴出口２０から噴出される空気は、ワークＷの下面に当たり、これによってワークＷを上方に押し上げる。マンドレル１６の噴出口２２から噴出される空気は、水平方向に噴出されてワークＷの貫通孔ＴＨを構成する壁面に当たる。これにより、マンドレル１６の外面と、貫通孔ＴＨの壁面との間隔が一定に維持される。
【００３４】
また、制御装置７は、保持装置６の第２の磁石２５における磁極を反転させる。これにより、第１の磁石２４と第２の磁石２５とは、同じ磁極が上下方向において向き合う状態となり、第１の磁石２４と第２の磁石２５との間に磁力による反発力が生じる。この反発力の作用によって第１支持体３は、上方に押し上げられる。
【００３５】
以上により、図２に示すように、第１支持体３のつば部１０と第２支持体４の掛止部１２とが離間した状態となり、この状態のままで第１支持体３に対して上下方向における位置決めが為される。この位置決めは、上記のようにバランス取り装置５による空気の噴出と、第１の磁石２４と第２の磁石２５との磁力の反発力とによって為されるものであり、このとき、第２支持体４を駆動する駆動機構は作動していない。すなわち、この位置決めは、第２支持体４が移動することなく固定された状態で、第１支持体３がこの第２支持体４に対する位置を変更することによって為されるものである。
【００３６】
この状態では、第１支持体３と第２支持体４とは非接触の状態となる。また、ワークＷと第１支持体３とは、基台１５及びマンドレル１６に接触しない、非接触状態となる。ここで、本明細書における「非接触」の語は、上記のように流体（空気等の気体、又は液体）の接触を許容するとともに、他の固体物（第１支持体３を除く）がワークＷに接触しない状態を意味する。また、この「非接触」の状態は、流体の接触によるものの他、上記のような磁力による反発力を利用して実現され得る。
【００３７】
このようにして位置決めが為されたワークＷは、回転操作部１７の噴射ノズル２３から噴出される空気を受けることで、第１支持体３とともに所定の方向に回転する。このように、ワークＷの回転についても、ワークＷ及び第１支持体３に対して非接触による回転操作が行われる。このように、ワークＷが第１支持体３とともに数回転する間に、ワークＷにおける重量のバランス調整が行なわれるとともに、マンドレル１６に対するワークＷの心出しが自動的に行われる。
【００３８】
ワークＷのバランス取りが完了すると、制御装置７は、保持装置６の第２の磁石２５における磁極を反転させ、バランス取り装置５におけるコンプレッサ１８をオフにする。第２の磁石２５の磁極が反転することにより、第１の磁石２４と第２の磁石２５との間には、その磁力によってこれらを引き寄せる力が発生する。これにより、第１の磁石２４と第２の磁石２５が接触し、第１支持体３のつば部１０と第２支持体４の掛止部１２とを接触させる。このようにして、第１支持体３は、ワークＷのバランス取りが反映された状態で第２支持体４に固定されることになる。
【００３９】
このようにワークＷが保持された状態において、制御装置７は、加工部２を駆動してワークＷに所定の加工を施す。ワークＷは、保持装置６によって強固に保持されているため、位置ずれを生じることなく加工部２によって加工される。この加工が終了すると、ワークＷは第１支持体３から取り外され、次工程（組立工程）へと移送される。
【００４０】
以上説明した加工装置１によれば、バランス取り装置５によって第１支持体３のつば部１０を第２支持体４の掛止部１２から離間させることにより、ワークＷ及びこれに固定される第１支持体３は非接触状態となって保持される。この状態において、回転操作部１７による空気の吹き付けによってワークＷを非接触で回転させることで、その回転作用によりワークＷのバランス取りが自動的に行われることになる。このようにパランス取りが行なわれた後に、保持装置６によってこのワークＷを固定して保持することにより、ワークＷは、重量バランスが調整された状態のままで加工部２によって加工されることになる。
【００４１】
このように、加工装置１の加工の際に、ワークＷのバランス取りを事前に行うことにより、ワークＷを機器に組み付ける際の心出し作業を従来よりも容易かつ簡便に行うことが可能になる。これによって、このワークＷに係る回転体を含む製品を効率よく製造できるようになり、その製造コストを大幅に低減することが可能になる。
【００４２】
なお、本発明に係る加工装置１は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、本発明に係る加工装置１は、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明に係る加工装置１は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４３】
上記の実施形態では、空気（気体）の噴出により第１支持体３を第２支持体４から離間させる例を示したが、これに限らず、空気に代えてオイル等の液体をポンプにより圧送することにより、これらを離間させてもよい。
【００４４】
上記の実施形態では、保持装置６における第１の磁石２４を永久磁石とし、第２の磁石２５を電磁石とした例を示したが、これに限定されない。例えば、第１の磁石２４を電磁石とし、第２の磁石２５を永久磁石としてもよく、両方の磁石２４，２５を電磁石としてもよい。
【００４５】
上記の実施形態において、保持装置６が第１の磁石２４と第２の磁石２５とで構成された例を示したが、これに限定されない。例えば、保持装置６は、磁石を用いることなく、例えばシリンダのピストンによって第１支持体３を下方に押さえることによって、ワークＷを保持するようにしてもよい。また、バランス取り装置５における基台１５を鉛直方向に移動（位置変更）可能に構成するとともに、バランス取りが完了した後に、基台１５をワークＷの下部に接触させ、保持装置６とこの基台１５とによってワークＷを挟持するようにしてもよい。
【００４６】
上記の実施形態において、第１支持体３は、バランス取り装置５における基台１５の噴出口２０からの空気の噴出と、保持装置６による第１の磁石２４と第２の磁石２５との間の反発力の作用とによって押し上げられていたが、これに限定されない。例えば、バランス取り装置５における基台１５の噴出口２０からの空気の噴出のみによってワークＷを押し上げてもよく、また、第１磁石２４と第２磁石２５との間の磁力による反発力のみによってワークＷを押し上げるようにしてもよい。
【００４７】
上記の実施形態では、回転操作部１７の噴射ノズル２３から空気を噴射することにより、ワークＷを非接触で回転させる例を示したが、これに限定されない。例えば、保持装置６における第１の磁石２４と第２の磁石２５とを電磁石により構成するとともに、各磁石２４，２５の磁極の制御によって、ワークＷに対して非接触による回転力を付与するようにしてもよい。  
【符号の説明】
【００４８】
１     加工装置
２     加工部
３     第１支持体
４     第２支持体
５     パランス取り装置
６     保持装置
Ｗ     ワーク
【図１】
2016137540.tif 000003
【図２】
2016137540.tif 000004