JP2002174300A - 回転バランス修正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化が容易で高速回転にも耐える回転バラ
ンス修正装置を提供すること。 【解決手段】 回転軸６と同軸的に２組のバランス修正
ユニット１００、２００を設ける。各ユニットには、極
板ロータ２を回転軸６に固定し、この極板ロータ２には
各々が円周方向に所定ピッチで複数の突極を持つ複数の
突極列２ａ〜２ｃをそれらの突極の位相をずらせて軸方
向に隣接配置する。回転軸６に回動可能に支持したバラ
ンスロータ１の内周に励磁手段１４を各突極列の突極と
整合可能に配置する。バランスロータ１と極板ロータ２
の嵌合面間には複数の磁気遮蔽シールドリング３１、３
２を軸方向移動可能に設け、これらリング３１、３２の
軸方向位置を操作機構により制御し、突極列２ａ〜２ｃ
を選択的に励磁手段１４から磁気遮蔽し、何れかの突極
列が励磁手段１４と磁気結合されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸の回転中に
静的釣り合いを適正に調整して同回転軸にかかる遠心力
のアンバランスを低減し、振動の発生を抑制する回転バ
ランス修正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転体の回転中にその静的釣り合いを適
正に調整して回転軸にかかる遠心力のアンバランスを低
減する従来の回転バランス修正装置は、特許第２７１９
６０７号に開示されている。この装置は、研削盤の砥石
等の回転体ないしその砥石軸等の回転軸に装着されて静
的バランスを自動的に調整する装置であって、業界では
オートバランサと呼ばれている。

【０００３】前記特許公報に開示された装置（以下、従
来装置１と云う）は、回転軸の軸心から径方向に離れた
位置で接線方向に延在して回転可能に軸支された駆動ね
じと、同駆動ねじの回転によって移動させられるウエイ
トと、同駆動ねじを回転駆動するモータとからなるバラ
ンス修正機構を１／２πラジャンの角度位相差を持たせ
て２組内蔵している。この装置では、バランス修正機構
は回転軸ないし回転体に対して固定されて一体に回転し
ており、前記２つのモータへの駆動電流は、３つのスリ
ップリングを介して外部の制御装置から供給される。そ
して、回転軸の回転中において、外部の制御装置からの
駆動電流により２つのモータが駆動ねじを回転駆動して
２つのウエイトをそれぞれ適正な位置に移動させ、回転
軸にかかる遠心力のアンバランスを低減して振動の発生
を抑制するように動作する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来装置１では、次の３点の不都合が生じる。第一
に、高速回転している状態では、強大な遠心加速度が発
生するので、モータの回転子や、ウエイトを保持してい
る駆動ねじなどに大きな曲げモーメントがかかり、変形
して動作不良を起こす可能性がある。そればかりではな
く、さらに回転軸を高速回転させた場合には、モータや
駆動ねじなどの構成要素が塑性変形したり破断したりし
て遠心破壊が起こる可能性もある。それゆえ、回転軸の
回転数に比較的厳しい安全制限を設ける必要があり、高
速回転する回転軸ないし回転体には適用が難しいという
不都合がある。

【０００５】第二に、２組のモータ、駆動ねじおよび両
者を結合する傘歯車などを回転する装置内に組み込まな
くてはならないので、いきおい同装置はある程度大型に
ならざるを得ず、小型化は難しいという不都合がある。
第三に、２つのモータを外部から駆動するために給電用
のスリップリングが必要とされるので、スリップリング
のメンテナンスも必要となり、メンテナンス工数の低減
が難しいという不都合をも生じている。

【０００６】上記した従来装置１が持つ不都合を解消す
るため、本願発明者らは、特開2000-275132号公報に開
示される回転バランス修正装置（以下、従来装置２と云
う）を提案した。この装置は、２組のバランス修正ユニ
ットを回転軸と同心的に配置し、各修正ユニットを、回
転軸と一体回転するカップ状の極板ロータと、この極板
ロータのカップ状内周空間内に回転軸に対し相対回転可
能に設けたバランスロータと、極板ロータの外周面を包
囲する配置され回転軸の軸方向に互いに接近・離間可能
に設けた一対のマグネットリングと、これらマグネット
リングの軸方向位置を個々に制御する制御機構とで構成
してなるものである。

【０００７】この従来装置２の構成によれば、各修正ユ
ニットにおいて、一方のマグネットリングから極板ロー
タ、バランスロータ、再び極板ロータを経て他方のマグ
ネットリングへ渡るＵ字上の磁力線を発生させることに
より、極板ロータとバランスロータが磁気結合されて回
転軸と一体回転するように作用し、両マグネットリング
の軸方向の相対位置を調整することにより、回転軸及び
極板ロータに対しバランスロータを回動させ、このよう
なバランスロータの回動制御により、２組の修正ユニッ
トのバランスロータの偏荷重（錘）部の回転方向間隔を
制御して回転軸系におけるアンバランスが除去される。

【０００８】この従来装置２によれば、比較的小型にな
ると共に従来装置１が持つ幾つかの不都合は解消される
が、専ら極板ロータの構成に起因して構造が複雑で更な
る小型化は困難であるとの不都合に加え、高速回転軸受
装置用のバランス修正装置としても依然として制約を持
つ等の不都合がある。つまり、偏荷重部を持つバランス
ロータはある程度の直径のものが必要となるが、このバ
ランスロータの外周に極板ロータを配置し、この極板ロ
ータのさらに外周にマグネットリング２を配置する構成
であるため、装置を小型化し難い構造上の問題がある。
それ以上に、極板ロータがカップ状のロータとして構成
し、この円筒部を磁性材料板と非磁性材料板とを交互に
積層した構成を採用するため、極板ロータ自体のバラン
ス調整や高速回転時における強度の確保が困難であると
の不都合がある。

【０００９】そこで本発明は、さらなる小型化が容易
で、より高速回転にも耐えることができる回転バランス
修正装置を提供することを解決すべき課題とするもので
ある。また、ほとんどメンテナンスフリーの回転バラン
ス修正装置を提供することを付加的な解決すべき課題と
するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段とその作用】上記課題を解
決するために、発明者らは請求項１〜５に記載の発明を
創作した。請求項１記載の発明は、第１及び第２のバラ
ンス修正ユニットを回転軸と同心的に設け、各修正ユニ
ットを、前記回転軸と一体回転する第１回転体と、この
第１回転体に対し位相角度を調整できるように前記回転
軸に回転可能に支持され回転方向の少なくとも一部の領
域に偏荷重部を持つ第２回転体と、前記第１回転体と第
２回転体との円周方向の対向面間に磁力吸引力を発生し
これら両回転体を磁力により結合する磁気結合手段と、
前記第１回転体と第２回転体との円周方向の対向面間に
変位可能に介在された磁気遮蔽シールド要素を含み前記
磁気結合手段の磁力を制御して前記第2回転体を前記第1
回転体に対し相対回転する状態と相対回転不能に結合す
る状態とを選択的に生じるために前記シールド要素を移
動する制御手段とからなることを特徴とする。

【００１１】この発明においては、第1回転体と第2回転
体との対向面間に介在されたシールド要素により両者間
の磁気的結合が調整される。つまり、シールド要素が不
動に保たれるとき、第2回転体は第１回転体と安定して
磁気的に結合されて回転軸と一体回転する。シールド要
素を移動させるとき、第2回転体の第1回転体に対する磁
気的な結合関係が変わり、第2回転体は回転中の回転軸
に対し回動する。このようにして、各組の第2回転体の
回動位置、つまり２つの第2回転体の回転方向における
接近・離間位置が制御され、この２つの第2回転体の偏
荷重部の合成偏荷重が回転軸系のアンバランスと釣り合
わされる。ここで、磁気結合手段が磁力を作用する第1
回転体と第2回転体の円周方向の対向面とは、後述する
実施の形態に例示されすように両回転体が嵌合する内外
周面であってもよいし、或いは回転軸の軸方向に隣接配
置した両回転体の対向側面同士であってもよい。

【００１２】請求項２記載の発明は、各バランス修正ユ
ニットは、偏荷重部を持ち回転軸に回動可能に支持され
たバランスロータが回転軸に固定された極板ロータの外
周に嵌合するようにし、バランスロータの内周面とこれ
に嵌合する極板ロータの外周面の一方には励磁手段を固
定配置すると共に他方には軸方向に隣接して複数の互い
に位相をずらして周方向に所定ピッチで突き出した複数
の突極列を設け、これら突極列を選択的に励磁手段に対
向させる磁気遮蔽シールドリングを両ロータの嵌合面間
で各々が独立して軸方向移動できるように支持し、これ
らシールドリングを操作手段により個々に軸方向に位置
調整可能にしたことを特徴とする。

【００１３】ここで、２つのバランスロータは、回転軸
から偏心した偏荷重部に重心を持つので、適正な大きさ
の質量一次モーメント（静的アンバランス）を持ってい
る。それゆえ、回転軸に生じている静的アンバランスに
対し、これを相殺するだけの静的アンバランスを合成ベ
クトルとして生じるように、回転軸に対する各バランス
ロータの位相角度を定めてやれば静的アンバランスを相
殺することができる。すなわち、回転軸に対して適正な
位相角度に回動され回転軸と同期して回転する両バラン
スロータは、適正な静的アンバランスの合成ベクトルを
生じる。そして、この静的アンバランスの合成ベクトル
が、回転軸に生じている静的アンバランスを相殺するの
で、回転軸周りの静的釣り合いが取れるようになる。

【００１４】バランスロータを回転軸に対して適正な位
相角度にまで回動させるには、バランスロータの内周面
に配設された励磁手段により、極板ロータの各突極列に
対して磁気トルクを与えればよい。すなわち、励磁手段
は、極板ロータの外周面に近接して配設され、同外周面
に対向する内周面から磁力線を出すとともに、極板ロー
タの突極列に対して磁気吸引力が発生する。このとき、
シールドリングの軸方向の位置を適正に変更することで
磁力線を極板ロータの突極列のうち所定のものに対して
のみ磁気吸引力を発揮することになる。それゆえ、バラ
ンスロータに回動トルクを生じ、バランスロータは、そ
の励磁手段が極板ロータの磁気遮蔽されてない突極列に
近接する位置にまで回転軸に対して回動する。

【００１５】ここでシールドリングは、軸方向の位置が
適正に変更可能であるから、極板ロータの突極列のうち
遮蔽する部分を変更して、異なる突極列を次々と磁気吸
引することにより、バランスロータを連続して回動させ
ることができる。また、シールドリングの軸方向の位置
を固定すれば、極板ロータの突極列のうち遮蔽される部
分が固定され、バランスロータの励磁手段が極板ロータ
の磁気遮蔽されてない突極列に近接した状態で安定す
る。すると、バランスロータは回転軸に対する回動を停
止し回転軸と同期して回転するので、各バランスロータ
は回転軸に対して所望の位相角度に回動した位置で回転
軸に対して固定される。その結果、前述のように、各バ
ランスロータの静的アンバランスの合成ベクトルが回転
軸に生じている静的アンバランスを相殺するので、回転
軸周りの静的釣り合いが取れ、振動の発生が抑制される
ようになる。

【００１６】請求項３記載の発明は、互いに平行に軸方
向にずれた好ましくは３列以上、最適には３列の前記突
極列を前記極板ロータの各々の外周に形成し、励磁手段
の各々を所定ピッチで互いに磁気極性の向きが同一であ
る複数の永久磁石を前記各バランスロータの内周に固定
配置して構成したことを特徴とする。

【００１７】この構成によれば、励磁状態にある１つの
突極列が拘束する角度位相の前後の角度位相には他の２
列の突極列が位置するので、シールドリングの移動によ
り永久磁石が他の２列の突極列の一方又は他方との磁気
結合関係に向けられるとき、バランスロータは一方或い
は他方へ円滑に回動する。また、励磁手段として複数の
永久磁石を用いたので、極板ロータの突極列の励磁にあ
たって励磁電流を要しない。それゆえ、バランスロータ
を適正な位相角度に回動させた後、バランスロータを回
転軸に対して回動しないように保持するためにも供給電
力を必要としない。

【００１８】請求項４記載の発明は、前記シールドリン
グを前記回転軸と同軸に配設され軸方向にそれぞれ移動
可能に保持された複数の軟磁性体で構成し、これらシー
ルドリングの数を前記突極列の数より少ない数としたこ
とを特徴とする。この請求項４記載の発明によれば、複
数のシールドリングが複数の突極列を複数の永久磁石に
対しそれぞれ磁気遮蔽し、選択された１つ突極列を永久
磁石に対し磁気的結合関係にもたらすように作用する。

【００１９】請求項５記載の発明は、前記シールドリン
グの各々を前記回転軸の軸方向に隣接する２つの突極列
に同時に重合できるように位置決め制御可能としたこと
を特徴とする。この発明によれば、１つのシールドリン
グが隣接する２つの突極列の境界領域に重合するように
位置決めされるとき、バランスロータの複数の永久磁石
はこの２つの突極列の境界領域を除く軸方向の反対側領
域と磁気結合関係にもたらされる。このため、バランス
ローターはこの２つの突極列が拘束するそれぞれの角度
位相の略中間に回動でき、１つの突極列の拘束位置から
別の１つの突極列が拘束角度位相へ直接回動されるとき
に比べて、微細なアンバランスを相殺するように作用す
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明に
よる回転バランス修正装置の実施の形態を説明する。 （実施の形態の構成）本発明の実施の形態としての回転
バランス修正装置は、図１に示すように、回転する砥石
９１とその回転軸６とを有する軸受装置としての砥石軸
頭９２に取り付けられている。この回転バランス修正装
置は、回転センサ８１および振動センサ８２と、マイク
ロコンピュータ７１およびモータ駆動回路７２を内蔵し
た制御装置７と、装置本体１０００とからなり、装置本
体１０００は、後述する磁気シールドリングの操作機構
１１００を備えている。装置本体１０００は、静的アン
バランスを有する砥石９１に隣接して配設されている。

【００２１】回転センサ８１は、固定された光学式セン
サであって、装置本体１０００に内蔵され回転軸６に固
定されている極板ロータ２（図３参照）の側面に付けら
れた図略の検知マークが近接状態にあるときに信号を出
し、回転軸６の回転角度の原点を検知する。一方、振動
センサ８２は、半導体からなる加速度センサであって、
回転軸６を一対の軸受６１を介して軸支し回転駆動する
砥石軸頭９２に固定されており、主に砥石９１がもつ静
的アンバランスすなわち質量一次モーメントの回転によ
る振動加速度を検知する。

【００２２】制御装置７のうちマイクロコンピュータ７
１は、この実施の形態における回転バランス修正装置全
体を制御する制御ロジックを内蔵している。同制御ロジ
ックの代表的な作用については、後ほど作用の項で説明
する。一方、モータ駆動回路７２は、パワートランジス
タ等からなり、マイクロコンピュータ７１からの指令に
基づいて操作機構１１００を制御し、装置本体１０００
に内蔵されたシールドリングを軸方向に駆動する回路で
ある。

【００２３】図２に示すように、装置本体１０００は、
第１ユニット１００および第２ユニット２００からな
り、両ユニット１００，２００は、互いに同一の構成を
もつ回転バランス修正ユニットであって、互いに隣接し
て一体にまとめられている（図１１及び図１２参照）。
これら２組のユニット１００および２００は、それぞれ
のバランスロータの偏荷重部を回転方向に互いに接近・
離間させ、合成偏荷重を回転系が持つ偏荷重と平衡させ
るように協働するため設けられる。両ユニット１００，
２００は互いに同一の構成であるので、ここでは第１ユ
ニット１００の構成について詳しく説明することにす
る。

【００２４】すなわち、第１ユニット１００は、図２お
よび図３に示すように、バランスロータ１、極板ロータ
２および２つの磁気遮蔽シールドリング３１、３２を主
要な構成要素として構成されている。バランスロータ１
は、軸受部材としてのベアリング１３によって回転軸６
に対し相対回転可能に支承されている。バランスロータ
１は、回転バランスの調整時以外には、シールドリング
３１，３２により調整される極板ロータ２の磁気作用に
より、回転軸６と同期して回転する軟磁性金属材料から
なる略リング状の部材である。バランスロータ１は、半
径方向の中間部に周方向等間隔に形成された多数の肉抜
き孔１１を有し、円周方向の所定角度範囲の部位で隣接
した幾つかの肉抜き孔１１に所望の鉛製のバランスウェ
イト１２を圧入固定して偏荷重部を構成している。それ
ゆえ、バランスロータ１は、回転軸６の軸芯から偏心し
た重心を持ち、所定の大きさの質量一次モーメント（静
的アンバランス）をもっている。また、バランスロータ
１は、内周部に所定ピッチで配設された複数個の永久磁
石１４を励磁手段としてもつ。永久磁石１４は半径方向
の両側に異なる磁気極性をもち、半径方向の同一側にお
ける周方向はそれぞれ同一極性となっている。

【００２５】極板ロータ２は、内周面で回転軸６上に密
嵌合して固定され、回転軸６と共に一体回転する。ま
た、極板ロータ２は、図２〜図４に明示するように、互
いに位相をずらして周方向に所定ピッチで突き出した軟
磁性体からなる３列の突極列２ａ，２ｂ，２ｃを外周部
に持つ。各突極列２ａ，２ｂ，２ｃは、軸方向に隣接し
て互いに平行で同じ幅に形成されている。また各突極列
２ａ，２ｂ，２ｃの円周方向に配列した複数の突極は、
隣接する突極列の突極に対し1／３ピッチずつずらして
形成されている。各突極列上の突極と永久磁石１４と
は、それらの数及び円周方向の配列ビッチが同一とされ
ている。突極列２ａ，２ｂ，２ｃは、周知の焼きばめ或
いは冷やしばめ技術を用いて極板ロータ２の外周に強固
に固着されたリング状の部材である。極板ロータ２と各
突極列２ａ，２ｂ，２ｃとは別体としたが、これらを一
体形成して実施してもよい。

【００２６】２つのシールドリング３１，３２は、肉厚
を薄くした軟磁性体からなり、図２および図３に示すよ
うに、極板ロータ２の外周面とバランスロータ１の内周
面に近接してそれらの嵌合面間に配設されている。これ
らシールドリング３１，３２は、後述する操作機構１１
００により軸方向の位置が変更され、これによりバラン
スロータ１から極板ロータ２の選択された１つの突極列
２ａ，２ｂ又は２ｃに通じる磁力線の通過を許容する
が、バランスロータ１から極板ロータ２の残りの突極列
に通じる磁力線を遮蔽する機能を持つ。

【００２７】それゆえ、図４に示すように、バランスロ
ータ１の永久磁石１４から出る磁力線ＭＢはシールドリ
ング３１、３２と重合しない部分では、極板ロータ２の
１つの突極列２aに通じ、この突極列2aは励磁されて吸
引力が発生するが、シールドリング３１、３２と重合す
る２つの突極列2b、2cでは、これらシールドリング３
１、３２により磁力線ＭＢが遮断されるため、これら２
つの突極列2b、2cが励磁されず、吸引力は発生しない。
この作用から、シールドリング３１、３２の軸方向位置
を個々に変更することにより吸引力の発生する突極列を
変更し、バランスロータ１を極板ロータ２に対し所望の
位置に回転移動することができる。この極板ロータ２に
対するバランスロータ１の回動は、両者が回転軸６と共
に高速回転する状態において、両者間に低速の相対回転
をもたらすことによりなされる。

【００２８】（作用）本実施の形態における回転バラン
ス修正装置は、以上のように構成されているので、次の
ように作用する。今、図５のに示すように、シールド
リング３１が極板ロータ２の突極列２ｃの外周面に、シ
ールドリング３２が極板ロータ２の突極列２ｂの外周面
に対向した状態において、回転軸６が回転し始めたと仮
定しよう。この状態においては、極板ロータ２の突極列
２ｂ，２ｃではシールドリング３１、３２によりバラン
スロータ１の永久磁石１４からの吸引力は遮蔽されるた
め、バランスロータ１の永久磁石１４と極板ロータ２の
突極列２ａのみが磁気吸引力によって吸着する。従っ
て、バランスロータ１はその永久磁石１４と極板ロータ
２の突極列２ａとの磁力線の橋渡しによりこの突極列２
ａに吸引され、この突極列２ａが永久磁石１４を拘束す
る位相角度で安定した状態で極板ロータ２、つまり回転
軸６と一体的に回転し始める。

【００２９】次に、回転軸６の回転が予め設定した目標
回転速度に到達し、後述するように制御装置７がバラン
ス制御動作を実行し、回転軸系のアンバランスを修正す
るためにバランスロータ１を安定速度で回転中の回転軸
６に対し図５に矢印ＡＲ方向に回動する場合を仮定しよ
う。この場合、図５のに示すように、シールドリング
３１はそのままにして、シールドリング３２だけを図示
上方の軸方向に平行移動させ、シールドリング３１は極
板ロータ２の突極列２ｃと対向した状態に維持され、シ
ールドリング３２が極板ロータ２の突極列２ａと対向す
る位置に移動される。すると、極板ロータ２の突極列２
ｂとバランスロータ１との間に磁気吸引力が働くため、
突極列２ｂの多数の突極が占める位相角度へバランスロ
ータ1の永久磁石１４が吸引され、永久磁石１４が突極
列２ｂの突極とそれぞれ重合する位相角度位置までバラ
ンスロータ1が回動して安定する。すなわち、バランス
ロータ１は極板リング２、すなわち回転軸６に対して１
／３ピッチだけ回動して安定位置を占める。

【００３０】ここで、回転軸系のアンバランスが未だ修
正されないとき、バランスロータ１の同方向への回動が
さらに進められる。つまり、図５のに示すように、シ
ールドリング３２はそのままにして、シールド３１だけ
を図示上方の軸方向に平行移動させて、シールドリング
３１が極板ロータ２の突極列２ｂの外周面に重合し、突
極列２ｃをバランスロータ1に対向する。この場合、極
板ロータの突極列２ｃとバランスロータ１の永久磁石１
４との間に磁気吸引力が働くため、永久磁石１４が突極
列２ｃの突極に吸引され、この突極列２ｃが占める位相
角度にバランスロータ1は回動したうえで安定する。す
なわち、バランスロータ１は極板ロータ２に対して、す
なわち回転軸６に対して、さらに１／３ピッチだけ回動
して、安定位置を占める。

【００３１】同方向へのバランス修正がさらに進められ
るとき、図５のに示すように、シールドリング３１，
３２をともに図示下方へ軸方向に平行移動させ、シール
ドリング３１を極板ロータ２の突極列２ｃの外周面に、
シールドリング３２を極板ロータ２の突極列２ｂの外周
面に対向させ、突極列２ａをバランスロータ1に対向さ
せる。すなわち、図５のの配置状態に戻す。すると、
極板ロータ２の突極列２ａの突極とバランスロータ１の
永久磁石１４との間に磁気吸引力が働くため、後者が前
者に吸引され、後者をもつバランスロータ1が極板ロー
タ２の突極列２ａの突極が占める位相角度に回動したう
えで安定する。すなわち、バランスロータ１は極板リン
グ２に対して、すなわち回転軸６に対して、さらに１／
３ピッチだけ回動して、安定位置を占めるようになる。

【００３２】以上の手順をタイムチャートにすると、図
６に示すようになる。なお、同図で変化のない状態が続
く部分は短縮して省略することができる。以上のように
して図５の〜の手順を踏むと、バランスロータ１は
極板ロータ２に対して、すなわち回転軸６に対して、突
極列２ａ，２ｂ，２ｃの１ピッチ分だけの角度を回動す
る。しかも、の状態はの状態と等価であるから、幾
度も〜の手順を繰り返すことによって、バランスロ
ータ１を回転軸６に対して一方に回動させ続けることが
できる。逆に、〜の手順を逆順で繰り返えせば、バ
ランスロータ１を回転軸６に対して逆方向に回動させ続
けることもできる。すなわち、両シールドリング３１，
３２の軸方向位置を、以上のような適正な手順で調整す
ることにより、回転軸６に対してバランスロータ１を正
転させることも逆転させることもできる。

【００３３】そればかりではなく、たとえば、前述の図
５のの状態と同一の図７に示す状態から両シールドリ
ング３１，３２の軸方向移動を始め、図８に示すよう
に、図５のからへ遷移する中間状態で両シールドリ
ング３１，３２の軸方向移動を止めるようにすると、バ
ランスロータ１は回転軸６に対して１／３ピッチ進む途
中で安定し、１／３ピッチよりもずっと細かい位置制御
をすることができる。このように遷移状態の途中でシー
ルドリング３１，３２の軸方向移動を止める操作は、前
述の正転および逆転の手順のうちどこであってもでき
る。それゆえ、回転軸６に対するバランスロータ１の位
相角度は、極めて高い分解能で精密に設定することがで
きる。

【００３４】以上でバランスロータ１を回転中の回転軸
６に対して回動させて回転軸６上の所望の位相角度に固
定することができることが明らかになった。そこで次
に、図９を参照して制御装置７のマイクロコンピュータ
７１が実行する代表的な制御ロジックについて説明す
る。この制御ロジックは、砥石軸頭９２が回転軸６の回
転駆動を始め、所定の回転速度に達して回転速度が安定
した状態で行われる。すなわち、先ず回転軸６への回転
指令が発せられ、回転軸６が所定の回転速度に達して安
定したことが確認される。すると、回転センサ８１およ
び振動センサ８２からの信号が、図示しないＡ／Ｄ変換
器を介し、マイクロコンピュータ７１によって読みとら
れる。この際、振動センサ８２からの加速度信号は、回
転軸６の回転周期に対応する周波数帯域の信号のみを通
すバンドパスフィルタ処理が施され、回転軸６の回転周
期に同期して起こる静的アンバランスに起因した振動成
分だけになる。

【００３５】次に、回転センサ８１からの検出信号およ
び振動センサ８２からの検出信号に基づいて、アンバラ
ンス量（質量一次モーメント）の大きさと、同アンバラ
ンス量の回転角度の原点からの位相角度とが算出され
る。すなわち、図９に示すように、回転センサ８１の検
知信号を回転軸６の回転角度の原点とし、振動センサ８
２の加速度信号のピークまでの位相角θが算定される。
また、振動センサ８２の加速度信号のピーク値の大きさ
Ａをもって、静的アンバランスの大きさＷ０がＷ０＝ｋ
Ａから推算される。なお、振動センサ８２の加速度信号
のピーク値の大きさＡと静的アンバランスの大きさＷ０
とを関係付ける比例定数ｋは、所定の静的アンバランス
をもった試し重りを取り付けて砥石軸頭９２を運転する
ことにより、求めることができる。

【００３６】しかる後、第１ユニット１００および第２
ユニット２００（図１参照）のバランスロータ１の取る
べき位相角度が算出される。すなわち図１０に示すよう
に、静的アンバランスＷ０の大きさと位相角θとが分か
れば、両バランスロータ１が生成すべき静的アンバラン
ス（仮想バランスウェイト）Ｗの大きさおよび位相角度
θ＋１８０°も明らかになる。各バランスロータ１のも
つ静的アンバランスの大きさは分かっているから、仮想
バランスウェイトＷを中心にして両側にどれだけの開き
角度ψをもって両ユニット１００，２００のバランスロ
ータ１のバランスウェイト１２を配置すればよいかが算
定可能である。この演算は、仮想バランスウェイトに相
当する合成ベクトルを作る簡単な幾何計算を行うだけで
済む。

【００３７】このような回転バランス修正作用は、回転
軸６の始動時に行うだけではなく、振動センサ８２から
の検知信号が大きくなり静的バランスが所定の範囲を外
れたと判定された場合にも、ワーク交換時などの非加工
時間に行われる。それゆえ、本発明のバランス修正装置
が適用される研削盤の加工能率を低下させることなく、
静的バランスが取れ振動が少ない状態が保たれるので、
静的アンバランスに起因する研削盤の振動は抑制され
る。

【００３８】このようにして、両ユニット１００，２０
０のバランスロータ１は、両バランスロータ１が作り出
す質量一次モーメントの合成が砥石４２の静的アンバラ
ンスを相殺するような位相角度にまで、精密に回動せし
められる。両バランスロータ１がそれぞれ適正な位相角
度にまで回動すると、回転軸６にかかっていた静的アン
バランスは両バランスロータ１によって相殺され、自動
的に静的釣り合いが取られる。その結果、回転軸６にか
かる振動が低減され、加工精度が向上すると共に、砥石
軸頭９２が緒元どおりの精度を維持できる寿命期間も延
びる。

【００３９】図１１及び図１２は、シールドリング３
１、３２を軸方向移動する操作機構１１００の詳細を示
す。この操作機構１１００は、バランスロータ１及び極
板ロータ２を収容するユニットフレーム５１内の上部に
設けられる。このフレーム５１は砥石軸頭９２に固着さ
れている。図１１は、シールドリング３１を操作する操
作機構を示す、図１２はシールドリング３２を操作する
操作機構を示し、両操作機構は砥石軸頭９２の上部前側
位置及び上部後側位置で回転軸６の回転方向に１／２π
ラジャン離間して配置される。シールドリング３１の操
作アーム５２は回転軸６の垂直面方向に広幅な板部材で
形成され、下端弧状部にてシールドリング３１の内周面
の一部に一体結合される一方、上端部にて送りねじ５３
にネジ係合すると共にパイロットバー５４にガイドされ
て回り止めされている。送りねじ５３は、一端がベアリ
ング５５にて回転支持され、他端がユニットフレーム５
１に取り付けられたサーボモータ５６の出力軸に結合さ
れている。

【００４０】同様に、シールドリング３２の操作アーム
6２は、回転軸６の垂直面方向に広幅な板部材で形成さ
れ、下端弧状部にてシールドリング３２の内周面の一部
に一体結合される一方、上端部にて送りねじ６３にネジ
係合すると共にパイロットバー６４にガイドされて回り
止めされている。この下端弧状部は、手前側のシールド
リング３１の内面を所定の隙間を持った状態で潜り抜け
てシールドリング３２の内面まで進出し、この進出端に
てシールドリング３２を一体結合している。送りねじ６
３は、一端がベアリング６５にて回転支持され、他端が
ユニットフレーム５１に取り付けられたサーボモータ６
６の出力軸に結合されている。

【００４１】サーボモータ５６、６６は、制御装置７の
モータ駆動回路７２により制御され、操作アーム５２、
6２を個別に回転軸６の軸方向に移動し、シールドリン
グ３１、３２を図５の〜に示す手順で操作する。サ
ーボモータ５６、６６を使用することにより、図８に示
されるシールドリング３２のように、何れのシールドリ
ングを隣接する２つの突極列の境界領域や、軸方向のそ
の他の位置に位置決めできる。

【００４２】以上詳述したように、本実施の形態におけ
る回転バランス修正装置は、回転軸６とともに回転する
バランスロータ１や極板ロータ２がほぼ回転対称形をし
ているので、強大な遠心加速度に耐えることができ、か
なりの高速回転領域での使用にも耐えることができる。
また、回転軸６に付設される両ユニット１００，２００
の構成が簡素であり、モータのように複雑な部品を回転
体の内部に含まないので、小型化が容易である。さら
に、スリップリングのように常に摺動する部分がないの
で、ほとんど摩耗が生じることがなく、ほぼメンテナン
スフリーである。

【００４３】したがって、本実施の形態の回転バランス
修正装置によれば、高速回転での使用に適用できるうえ
に、小型化が容易であるばかりでなく、ほとんどメンテ
ナンスフリーであるという効果がある。

【００４４】（変形例）本実施の形態の変形例として、
バランスロータ１がリング状ではなく略扇状の形状をし
た回転バランス修正装置の実施も可能である。或いは、
バランスロータ１の外周部をそのままに残したうえで、
中間部の肉厚部を扇状に残し、中間部の残りの部分を肉
薄に形成して質量一次モーメントを大きくした構成の回
転バランス修正装置の実施も可能である。扇状の肉厚部
には、実施例と同様にバランスウェイト１２が埋設され
ていればなお良い。この変形例においては、バランスロ
ータ１の持つ質量一次モーメント（静的アンバランス）
が極めて大きいので、両ユニット１００，２００の外形
が同じ大きさであれば、より大きな静的アンバランスを
補償できるようになる。逆に、補償できる静的アンバラ
ンスの大きさが同等で良ければ、実施の形態の装置より
も小型軽量化することが可能になる。

【００４５】上記した実施の形態では、永久磁石１４を
バランスロータ１の内周に配置し、極板ロータ２の外周
に突極列２ａ，２ｂ，２ｃを配置しているが、突極列２
ａ，２ｂ，２ｃをバランスロータ１の内周に形成し、永
久磁石１４を極板ロータ２の外周に配置するようにした
形態でも実施可能である。

【００４６】上記した実施の形態では、極板ロータ２に
形成した突極列２ａ，２ｂ，２ｃを３列としているが、
この突極列の列数は３列のみに限られず、４列、５列と
するように、３列以上とすることができる。これに付随
し、シールドリング３１、３２の数を突極列の列数に対
応して増減できる。好適には、突極列の数に対し１つ少
ない数のシールドリングを設けて、１つの突極列がバラ
ンスロータ１に対応させることが制御上の簡便さの観点
で望ましいが、例えば４列以上の突極列とする場合では
突極列の数に対し２以上少ない数のシールドリングを設
け、同時にバランスロータ１に対向する２つ以上の突極
列の組み合わせを変える形態で実施することも可能であ
る。

【００４７】また、軸方向に配置される複数のシールド
リング３１，３２を同一直径とした例を開示したが、複
数のシールドリング３１、３２の直径を変えて入れ子式
にすることにより、バランスロータ１の内面に同時に対
面させる極板ロータ２の突極列を任意に変えることがで
き、回転軸１に対するバランスロータ２の単位回動角を
微細に調整することができるようになる。さらに、バラ
ンスロータ１の内周面に等間隔で配置される磁石を、上
記した実施の形態で説明した永久磁石１４に代えて、回
転方向に２分した電磁石とすることにより、極板ロータ
２の突極列の数を２列とした構成も採用できる。この場
合、１つのシールドリングを第1突極列或いは第2突極列
に重合するシフト動作に関連して、制御装置７が決定し
指定するバランス修正回転方向に応じてその回転方向前
方側の電磁石を磁化するように制御することにより、バ
ランスロータ１を極板ロータ２、つまり回転軸６に対し
連続的に回転させることができる。

【００４８】この場合、２分した電磁石の回転方向前方
の電磁石のみをシールドリングのシフト動作に応じて励
磁する状態と２つの電磁石を同時励磁する状態、つまり
前相単独励磁と前後相同時励磁とを交互に繰り返すこと
により、極板ロータ２に対しバランスロータ１をスムー
ズに回動でき、前後相同時励磁状態を保持することによ
り極板ロータ２に対しバランスロータ１を同位相に保持
することが可能となる。この電磁石を使用する態様では
固定側の制御装置７から電磁石へ給電するスリップリン
グ機構を必要とするが、このようなスリップリング機構
を使用する形態でも本発明は実施可能である。

【００４９】極板ロータ２の突極列を２列とする他の実
施の態様としては、２列の突極列と交互に重合する２つ
の入れ子式シールドリングを設け、一方のシールドリン
グのみに各突極列上の多数の突極と同一ピッチの窓を設
け、窓付シールドリングと窓無しシールドリングとを交
互に軸方向位置を変えるように軸方向移動させながらバ
ランス修正方向に窓付きシールドリング或いは両シース
ルドリングを回動させるような構成とすることもでき
る。この場合、窓付きシールドリングの軸方向移動と回
動との合成により、バランスロータ１から極板ロータ２
へ橋渡される磁場は回転方向に２列の突極列を交互に亘
る千鳥状に移動する。このように、極板ロータ２の突極
列の数はバランスロータ１に配列する磁石或いはシール
ドリングを工夫することにより、２列とすることができ
る。

【００５０】

【発明の効果】本発明は、請求項１及び２に記載される
ように、回転軸と一体回転する第1回転体或いは極板ロ
ータに対する第2回転体或いはバランスロータの磁気結
合を磁気遮蔽シールド要素或いはシールドリングにより
調整するようにしたことを主要な特徴とするので、従来
装置２においてマグネットリングを操作する形態に比べ
て、軽量のシールド要素或いはシールドリングを敏速に
移動させてバランス修正を高速に実行でき、また軽量の
シールド要素或いはシールドリングの移動案内機構及び
駆動モータを小型にできるので、装置全体を小型化でき
る特長を備える。また、モータや駆動ねじなどの遠心加
速度に弱い構成要素を回転体の内部にもたないので、従
来装置１に比較して、高速回転での運用に耐えることが
でき、構成が簡素で小型軽量化が容易であるとの利点を
備える。

【００５１】特に、請求項２記載の発明によれば、各バ
ランス修正ユニットのバランスロータの内部に極板ロー
タを収納したので、小型化が可能になり、また従来装置
２のようにバランス及び剛性の確保が難しい磁性体と非
磁性体との交互積層構造のカップ状回転部材を使用しな
いので、より高速回転での運用に適用できる。さらに、
バランスロータと極板ロータとの間に励磁手段と複数の
突極列からなる磁気結合手段及び磁気を遮蔽するシール
ドリングを回転軸の軸方向に位置調整可能に配設したの
で、バランスロータに磁気結合する突極列の選択が容易
となり、バランス修正時にバランスロータを極板ロータ
及びこれと一体の回転軸に対し円滑に回動できる。

【００５２】請求項３記載の発明によれば、励磁手段と
して永久磁石を用いたので、回転軸と共に回転するバラ
ンスロータや極板ロータに通電する必要がないため、シ
ールドリングの操作手段が必要とする僅かな消費電力で
運用することができる他、給電手段としてのスリップリ
ングが不要となって殆どメンテナンスフリーとなる利点
がある。好適には、請求項４記載の発明のように、シー
ルドリングの数を極板ロータの突極列の数よりも少ない
数としたので、バランスロータを回転軸に対し何れの方
向に回動する場合でも、シールドリングを予め決められ
た単純なシーケンスで移動することにより、バランスロ
ータを回転軸に対し所定角度づつ確実に回動できる。さ
らに好適には、請求項５記載の発明のように、複数のシ
ールドリングの各々を回転軸の軸方向に隣接する２つの
突極列の境界領域のみに同時に重合するようにすれば、
極めて細かい分解能でバランスロータの回転軸に対する
位相角度を設定することができ、回転軸系の微細なアン
バランスを除去できるようになると云った特有の効果が
奏せられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転バランス修正装置の実施の形
態におけるシステム構成を示す模式図。

【図２】同実施の形態における回転バランス修正装置の
要部構成を一部を破断して示す斜視図。

【図３】図２における一部断面図。

【図４】図3の一部をさらに拡大して示す一部断面図。

【図５】同実施の形態におけるバランスロータの回動手
順を示す説明図。

【図６】同実施の形態における突極列の励磁動作パター
ンを説明するチャート。

【図７】同実施の形態における図５のの状態を示す説
明図。

【図８】同実施の形態における図５のととの中間状
態を示す説明図。

【図９】同実施の形態におけるアンバランス測定作用を
示すタイムチャート。

【図１０】同実施の形態におけるアンバランスとバラン
スウェイトの関係を示す説明図。

【図１１】同実施の形態における１つのシールドリング
の操作機構を示す要部断面図。

【図１２】同実施の形態において図１１の断面に対し円
周方向に異なる位相角度位置に配置した他のシールドリ
ングの操作機構を示す要部断面図。

【符号の説明】

９２・・・砥石軸頭（軸受装置）、６・・・回転軸、１
００・・・第1バランス修正ユニット、２００・・・第
２バランス修正ユニット、２・・・極板ロータ（第1回
転体）、１・・・バランスロータ（第2回転体）、１２
・・・錘（偏荷重部）、１４・・・永久磁石、２a〜2c
・・・突極列、３１、３２・・・シールドリング（シー
ルド要素）、７・・・制御装置（制御手段）、５１・・
・ユニットフレーム、５２、６２・・・操作アーム、５
３、６３・・・送りねじ、５６，６６・・・サーボモー
タ、８１・・・回転センサ（光学式センサ）、８２・・
・振動センサ（加速度センサ）、９１・・・砥石

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸受装置に回転自在に支持された回転軸
   を含む回転軸系のアンバランスを前記回転軸の回転中に
   修正する回転バランス修正装置において、第１及び第２
   のバランス修正ユニットを前記回転軸と同心的に設け、
   各修正ユニットは、前記回転軸と一体回転する第１回転
   体と、回転方向の少なくとも一部の領域に偏荷重部を持
   ち前記第１回転体に対し位相角度を調整できるように前
   記回転軸に回転可能に支持された第２回転体と、前記第
   １回転体と第２回転体との円周方向の対向面間に磁力吸
   引力を発生しこれら両回転体を磁力により結合する磁気
   結合手段と、前記第１回転体と第２回転体との円周方向
   の対向面間に変位可能に介在されたシールド要素を含み
   前記磁気結合手段の磁力を制御して前記第2回転体を前
   記第1回転体に対し回動する状態と回動不能に結合する
   状態とを選択的に生じる制御手段とからなることを特徴
   とする回転バランス修正装置。
2. 【請求項２】 軸受装置に回転自在に支持された回転軸
   を含む回転軸系のアンバランスを前記回転軸の回転中に
   修正する回転バランス修正装置において、前記回転軸に
   対して回動可能に支承され前記回転軸から偏心した重心
   を持つ２つのバランスロータの内周には円周方向に所定
   ピッチで配置される励磁手段と円周方向に互いに位相を
   ずらして所定ピッチで突き出した複数の軸方向に隣接す
   る突極列との何れか一方を固定配置し、対応する前記バ
   ランスロータの内周面内に嵌入されると共に前記回転軸
   に固定されてこの回転軸と一体回転する２つの極板ロー
   タの各々の外周には前記励磁手段と前記複数の突極列の
   他方を配置し、各々が対応する前記バランスロータ内周
   と前記極板ロータの外周の嵌合面間には磁気を遮蔽する
   シールドリングを前記回転軸の軸方向に位置調整可能に
   配設し、前記励磁手段から前記複数の突極列の何れか１
   つの突極列に通じる磁力線を選択的に遮蔽するため前記
   シールドリングを前記回転軸の軸方向に移動するシール
   ド操作手段をさらに設けたことを特徴とする回転バラン
   ス修正装置。
3. 【請求項３】 互いに平行に軸方向にずれた３列以上の
   前記突極列を前記極板ロータの各々の外周に形成し、所
   定ピッチで互いに磁気極性の向きが同一である複数の永
   久磁石を前記各バランスロータの内周に励磁手段として
   固定配置したことを特徴とする請求項２記載の回転バラ
   ンス修正装置。
4. 【請求項４】 前記シールドリングは各々が前記回転軸
   と同軸に配設され前記シールド操作手段により前記回転
   軸の軸方向にそれぞれ選択的に移動されるように保持さ
   れた複数の軟磁性体からなり、このシールドリングの数
   を対応する前記極板ロータの前記突極列の数より少ない
   数としたことを特徴とする請求項２又は３記載の回転バ
   ランス修正装置。
5. 【請求項５】 前記シールドリングの各々を前記回転軸
   の軸方向に隣接する２つの突極列に同時に重合できるよ
   うに位置決め制御可能としたことを特徴とする請求項４
   記載の回転バランス修正装置。