JP2006272541A - 回転バランサ装置 - Google Patents

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千昭 遠藤
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Abstract

【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

Description

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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
実施例1の構造を示した図 実施例2の構造を示した図 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
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

Claims (4)

  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。
  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。
  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。
  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。
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