JP2019158610A - バランス計測装置及びバランス修正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バランス計測装置の修正加工精度を確保する。【解決手段】回転体を有する回転機械が固定される固定台と、上記固定台を支持する弾性体とを備え、上記回転機械のバランスを計測するバランス計測装置であって、上記回転機械の設置時と上記回転機械の加工時との少なくともいずれかにおいて、上記固定台の移動を規制可能な移動規制機構を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、バランス計測装置及びバランス修正装置に関するものである。

例えば、特許文献１には、高速回転機器（回転機械）のバランス調整を行うためのバランス調整装置（バランス計測装置）が開示されている。このようなバランス調整装置は、剛性台（固定台）の共振回転数近傍で高速回転機器を回転させ、剛性台の振動量を検出することによって、高速回転機器のバランス計測を行うことが記載されている。特許文献１のバランス調整装置は、高速回転機器を支持する剛性台が、支持ばねにより支持されることが記載されている。

特開平６−８２３２８号公報

しかしながら、所謂ソフトマウントタイプのバランス計測装置においては、バランス計測装置の固定台が剛性の低い支持ばねのみにより支持されている。このため、回転機械を固定台に設置する際に、意図しない過大な荷重（回転体設置時の衝撃、作業者のミス等）により支持ばねが塑性変形し、正確なバランス計測が不可能となる恐れがある。また、バランス計測修正装置上で、回転体の自重により支持ばねが弾性変形し、回転機械の姿勢が一意に決まらないことで、修正加工時の軸固定に支障をきたし、修正加工精度を悪化させたり、回転機械に過度の加工反力を与える可能性がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、安定したバランス計測精度またはバランス修正精度を確保することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の手段として、回転体を有する回転機械が固定される固定台と、上記固定台を支持する弾性体とを備え、上記回転機械のバランスを計測するバランス計測装置であって、上記回転機械の設置時において、上記固定台の移動を規制可能な移動規制機構を備える、という構成を採用する。

第２の手段として、上記第１の手段において、上記固定台から下方に突出する被把持部を有し、前記移動規制機構は、前記被把持部を把持する把持部と、前記把持部を作動させるアクチュエータとを有する、という構成を採用する。

第３の手段として、上記第１の手段において、上記移動規制機構は、鉛直方向に昇降可能かつ上昇時に上記固定台の移動を規制可能な昇降ピンと、上記昇降ピンを昇降させるアクチュエータとを有する、という構成を採用する。

第４の手段として、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバランス計測装置と、上記バランス計測装置の計測結果に基づいて上記回転機械のバランスを修正する工具とを備える、という構成を採用する。

本発明によれば、回転機械の設置時において、移動規制機構により、固定台の移動を規制する。これにより、固定台の姿勢が一意に決定されるため、固定台が揺れることがなく、回転機械を安定した状態で設置することができる。したがって、支持ばねの塑性変形を防ぐことができ、安定したバランス計測精度の確保が可能となる。また、回転体の把持を正確にできることによって、回転機械の破損防止や、バランス修正加工精度を確保することができる。

本発明の一実施形態に係るバランス計測装置の全体を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るバランス計測装置のＹ方向に沿う断面図である。 本発明の一実施形態に係るバランス計測装置が備えるマウント機構を含むＸ方向断面図である。 本発明の一実施形態に係るバランス計測装置が備えるマウント機構の概略図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るバランス計測装置の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るバランス修正装置１の全体を示す斜視図である。また、図２は、本実施形態に係るバランス修正装置１のＹ方向に沿う縦断面図である。
なお、以下の説明においては、水平方向に沿う第１の方向をＸ方向、水平方向に沿うと共に第１の方向に直交する第２の方向をＹ方向、鉛直方向をＺ方向として説明する。

本実施形態のバランス修正装置１は、ワークＷ（回転機械）のバランスを修正する装置である。ワークＷは、ケーシングに全体が覆われており、回転軸Ｗ１と、回転軸Ｗ１と共に回転されると共にケーシングから露出する不図示のインペラと、回転軸Ｗ１を回転させる不図示のモータとを有している。なお、本実施形態において、回転軸Ｗ１及びインペラが回転体に相当する。バランス修正装置１は、図１に示すように、支持機構２と、第１チャック機構３と、第２チャック機構４と、マウント機構５（固定台）と、ファイバセンサ部６と、工具（不図示）とを備えている。このようなバランス修正装置１は、ワークＷのバランスを計測することが可能とされ、本発明におけるバランス計測装置としても機能する。支持機構２は、６本の脚柱２ａと、支持板２ｂとを有している。脚柱２ａは、中心軸が鉛直方向に沿うように、水平面に対して設置される略円柱形状の部材である。また、脚柱２ａは、弾性体により構成されており、外部の振動が支持板２ｂに伝わることを抑制する。支持板２ｂは、脚柱２ａに支持され、長手方向がＹ方向に沿い、表裏面がＺ方向に向けられた板部材であり、第１チャック機構３、第２チャック機構４、マウント機構５及びファイバセンサ部６が上面に固定されている。

第１チャック機構３は、第１チャック固定板３ａと、２本の直動レール３ｂと、移動ブロック３ｃと、支持部３ｄと、割出ハンドル３ｅと、チャック３ｆと、移動用アクチュエータ３ｇとを有している。第１チャック固定板３ａは、支持板２ｂの上面に固定された板状の部材であり、直動レール３ｂを設置するための溝が平行に２本形成されている。直動レール３ｂは、長尺状の部材であり、Ｙ方向に沿って平行に２本設けられることにより、移動ブロック３ｃをＹ方向に移動可能としている。移動ブロック３ｃは、２本の直動レール３ｂに跨って配置され、直動レール３ｂ上を移動可能とされている。支持部３ｄは、移動ブロック３ｃの上に固定され、鉛直方向に突出した板状の部位に、割出ハンドル３ｅ及びチャック３ｆが固定されている。

割出ハンドル３ｅは、軸部３ｅ１と、ハンドル部３ｅ２とを有している。ハンドル部３ｅ２は、軸部３ｅ１が軸受により軸支されることで、Ｙ方向に沿う回転軸芯を中心に回転可能に支持部３ｄに対して固定されている。また、ハンドル部３ｅ２は、軸部３ｅ１を介してチャック３ｆと接続されている。このような割出ハンドル３ｅを作業者が回転させることにより、ワークＷの回転軸Ｗ１が回転され、ワークＷの回転軸Ｗ１及びインペラの回転方向における位置決めを行うことができる。チャック３ｆは、３本の爪を有しており、爪によりワークＷの回転軸Ｗ１を把持することができる。また、チャック３ｆは、回転可能とされ、割出ハンドル３ｅの回転が伝えられることにより回転される。移動用アクチュエータ３ｇは、第１チャック固定板３ａに固定され、移動ブロック３ｃに動力を伝えている。移動用アクチュエータ３ｇにより、移動ブロック３ｃが直動レール３ｂに沿って移動し、ワークＷに対するＹ方向における位置決めを行うことができる。

このような第１チャック機構３は、移動ブロック３ｃ、支持部３ｄ、割出ハンドル３ｅ及びチャック３ｆが一体として直動レール３ｂに沿って移動可能とされている。ワークＷの固定時には、図２の二点鎖線に示すように、第１チャック機構３をワークＷに近づけることが可能である。

第２チャック機構４は、図２の図面において、ワークＷを挟んで第１チャック機構３と左右対称となるように設けられ、と第２チャック固定板４ａと、２本の直動レール４ｂと、移動ブロック４ｃと、支持部４ｄと、割出ハンドル４ｅと、チャック４ｆと、移動用アクチュエータ４ｇとを有している。第２チャック固定板４ａは、支持板２ｂの上面に固定された板状の部材であり、直動レール４ｂを設置するための溝が平行に２本形成されている。直動レール４ｂは、長尺状の部材であり、Ｙ方向に向けて平行に２本設けられることにより、移動ブロック４ｃをＹ方向に移動可能としている。移動ブロック４ｃは、２本の直動レール４ｂに跨って配置され、直動レール４ｂ上を移動可能とされている。支持部４ｄは、移動ブロック４ｃの上に固定され、鉛直方向に突出した板状の領域に、割出ハンドル４ｅ及びチャック４ｆが固定されている。

割出ハンドル４ｅは、軸部４ｅ１と、ハンドル部４ｅ２とを有している。ハンドル部４ｅ２は、軸部４ｅ１が軸受により軸支されることで、Ｙ方向に沿う回転軸芯を中心に回転可能に支持部４ｄに対して固定されている。また、ハンドル部４ｅ２は、軸部４ｅ１を介してチャック４ｆと接続されている。このような割出ハンドル４ｅを作業者が回転させることにより、ワークＷの回転軸Ｗ１が回転され、ワークＷの回転軸Ｗ１及びインペラの回転方向における位置決めを行うことができるチャック４ｆは、３本の爪を有しており、爪によりワークＷの回転軸Ｗ１を把持することができる。また、チャック４ｆは、回転可能とされ、割出ハンドル４ｅの回転が伝えられることにより回転される。移動用アクチュエータ４ｇは、第２チャック固定板４ａに固定され、移動ブロック４ｃに動力を伝えている。移動用アクチュエータ４ｇにより、移動ブロック４ｃが直動レール４ｂに沿って移動し、ワークＷに対する位置決めを行うことができる。

このような第２チャック機構４は、移動ブロック４ｃ、支持部４ｄ、割出ハンドル４ｅ及びチャック４ｆが一体として直動レール４ｂに沿って移動可能とされている。ワークＷの固定時には、第２チャック機構４をＹ方向に移動させることにより、ワークＷに近づけることが可能である。
バランス修正装置１は、第１チャック機構３と、第２チャック機構４とを移動させてチャック３ｆ、４ｆによりワークＷの回転軸Ｗ１の両端を把持することで、ワークＷを両側から保持することができる。

図３は、本実施形態に係るバランス修正装置１が備えるマウント機構５を含むＸ方向断面図である。
マウント機構５は、図２及び図３に示すように、機構支持台５ａと、ワーク支持台５ｂと、支持ばね５ｃと、マウント５ｄと、移動規制部５ｅ（移動規制機構）と、突起部５ｆ（被把持部）とを有している。機構支持台５ａは、支持板２ｂに固定され、支持ばね５ｃが固定される平板状の部材である。ワーク支持台５ｂは、支持板２ｂに固定され、ワークＷを下方から支持する部材である。支持ばね５ｃは、略角柱状とされ、長手方向がＺ方向に沿って設置されている。支持ばね５ｃは、Ｘ方向に離間してマウント５ｄを挟んで２箇所に設けられている。

マウント５ｄは、図２に示すように、Ｙ方向に沿う平板状領域５ｄ１と、Ｚ方向に沿う平板状領域５ｄ２とを有し、Ｘ方向から見て略Ｌ字型とされ、平板状領域５ｄ１において、図１及び図３に示すように、下方に配置された支持ばね５ｃにより支持されている。また、マウント５ｄは、平板状領域５ｄ２に、Ｙ方向に沿ってワークＷの回転軸Ｗ１を通し、ワークＷを全周において固定するため貫通孔が形成されている。さらに、図３に示すように、マウント５ｄの下部には、突起部５ｆが取り付けられている。図２に示すように、ワークＷは、このようなマウント５ｄに対して第１チャック機構３側に配置され、インペラが貫通孔から露出した状態で、ケーシングが平板状領域５ｄ２の第１チャック機構３側の面に固定されることにより、マウント５ｄに固定される。なお、マウント５ｄには、ワークＷの振動を計測する振動計測センサ（不図示）が設けられている。

移動規制部５ｅは、アクチュエータ支持部５ｅ１と、アクチュエータ５ｅ２と、把持部５ｅ３とを有している。アクチュエータ支持部５ｅ１は、支持板２ｂに固定され、上面にアクチュエータ５ｅ２が固定される。アクチュエータ５ｅ２は、把持部５ｅ３を作動させる動力源であり、把持部５ｅ３をＸ方向に沿って移動させる。把持部５ｅ３は、突起部５ｆを挟んでＸ方向に沿って２箇所に設けられており、Ｘ方向において突起部５ｆに向けて突出した突出部を有している。

突起部５ｆは、中心軸がマウント５ｄの下部からＺ方向下側に向けられて取り付けられた略円柱状の部材である。また、突起部５ｆには、Ｚ方向における中央部が縮径されることにより、くびれ部が形成されている。突起部５ｆのくびれ部に対して、把持部５ｅ３の突出部がＸ方向において両側から係合する。

ファイバセンサ部６は、マウント５ｄの貫通孔の近傍に設けられ、ワークＷのインペラの回転速度及び位相を検出する。具体的には、ファイバセンサ部６は、ワークＷのインペラに設けられたマークを検出することにより、回転速度及び位相を検出している。
また、本実施形態のバランス修正装置１は、ワークＷが有する回転用モータによりワークＷの回転軸Ｗ１を回転させる。さらに、バランス修正装置１は、ワークＷの回転軸Ｗ１のバランス修正加工を行うための工具を有する。

このような本実施形態のバランス修正装置１にワークＷを設置する場合には、まず、作業者は、図２に示すように、第１チャック機構３及び第２チャック機構４のＹ方向における距離が広がるように、第１チャック機構３及び第２チャック機構４を移動させる。そして、作業者は、第１チャック機構３とマウント機構５との間にワークＷを配置し、マウント機構５のワーク支持台５ｂに仮置きする。次に、作業者は、ワークＷがマウント５ｄの貫通孔に嵌合するようにワークＷを移動させる。そして、作業者は、マウント５ｄにワークＷのケーシングを固定し、マウント機構５にワークＷを取り付ける。なお、マウント５ｄにワークＷが固定された状態において、ワーク支持台５ｂとワークＷとは接触しない状態となる。また、作業者は、ワークＷの不図示のモータの配線をバランス修正装置１に接続する。

そして、作業者の操作により、ワークＷのモータが起動されると、ワークＷの回転軸Ｗ１及びインペラが回転される。この際、ワークＷにアンバランスがある場合、ワークＷの回転軸Ｗ１が振動する。ファイバセンサ部６は、ワークＷの回転軸Ｗ１の回転速度及び位相を計測し、ワークＷの回転速度及び位相を検出する。また、不図示の振動計測センサにより、ワークＷの振動を計測し、ワークＷのアンバランスを検出する。

図４は、本実施形態に係るバランス修正装置１が備えるマウント機構５の概略図である。
図４に示すように、マウント機構５では、ワークＷがバランス修正装置１に設置される際に、アクチュエータ５ｅ２が駆動し、把持部５ｅ３がＸ方向において突起部５ｆに向けて移動される。さらに、両側の把持部５ｅ３の突出部が突起部５ｆのくびれ部に係合した状態で、アクチュエータ５ｅ２は停止される。これにより、マウント５ｄは、全方向おいて移動が規制される。また、ワークＷのインペラが不図示のモータにより回転されるバランス計測時には、把持部５ｅ３により突起部５ｆの把持が解除され、マウント５ｄが移動可能となる。さらに、ワークＷの修正加工時には、再びアクチュエータ５ｅ２が駆動し、突起部５ｆを把持した状態となる。
なお、アクチュエータ５ｅ２の駆動・停止は、作業者による手動操作としても、制御装置による自動操作としてもよい。

本実施形態に係るバランス修正装置１によれば、移動規制部５ｅにより、ワークＷの設置時及びワークＷの修正加工時にマウント５ｄを固定することができる。したがって、ばねの剛性が小さい支持ばねを用いるソフトマウントのバランス計測装置において、ワークＷの設置時に、マウント５ｄが揺れることがなく、安定した姿勢となるため、ワークＷを正確な位置に設置することができる。また、バランス計測時には、移動規制部５ｅを解除することにより、正確にワークＷのバランス計測を行うことができる。

また、本実施形態に係るバランス修正装置１によれば、移動規制部５ｅは、突起部５ｆを把持部５ｅ３により両側から把持することにより移動を規制している。これにより、把持部５ｅ３は、突起部５ｆの中心を捉えた状態で移動を規制することができ、マウント５ｄが正確な位置で静止することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

（１）上記実施形態においては、移動規制部５ｅは、突起部５ｆを把持部５ｅ３により把持することにより移動を規制するものとしたが、本発明はこれに限定されない。移動規制部５ｅが昇降可能な昇降ピンを有し、マウント５ｄの下面にピン穴が形成され、該ピン穴に鉛直方向下側から上昇した昇降ピンが挿入されることで、移動が規制されるものとしてもよい。

（２）また、上記実施形態においては、バランス修正装置１は、ワークＷの修正加工が可能としたが、本発明はこれに限定されない。バランス修正装置１は、ワークＷのアンバランスを計測するのみで、修正加工を行わない装置としてもよい。

（３）また、ワークＷは、インペラを有さず、他の回転体を有する構成とすることも可能である。すなわち、本発明に係るバランス計測装置は、一般的な回転機械のアンバランス修正において適用可能である。

（４）さらに、上記実施形態においてワークＷはモータを有する構成としたが、本発明はこれに限定されない。ワークＷは、モータを有さず、バランス修正装置１上で外部のアクチュエータ等により回転される構成とすることも可能である。

（５）また、修正加工は、作業員により手動で行われるものとしても、不図示の制御装置により制御された加工具７による全自動の加工としてもよい。

１ バランス修正装置
２ 支持機構
２ａ 脚柱
２ｂ 支持板
３ 第１チャック機構
３ａ 第１チャック固定板
３ｂ 直動レール
３ｃ 移動ブロック
３ｄ 支持部
３ｅ 割出ハンドル
３ｅ１ 軸部
３ｅ２ ハンドル部
３ｆ チャック
３ｇ 移動用アクチュエータ
４ 第２チャック機構
４ａ 第２チャック固定板
４ｂ 直動レール
４ｃ 移動ブロック
４ｄ 支持部
４ｅ 割出ハンドル
４ｅ１ 軸部
４ｆ チャック
４ｇ 移動用アクチュエータ
５ マウント機構
５ａ 機構支持台
５ｃ 支持ばね
５ｂ ワーク支持台
５ｄ マウント
５ｄ１ 平板状領域
５ｄ２ 平板状領域
５ｄ３ 貫通孔
５ｅ 移動規制部
５ｅ１ アクチュエータ支持部
５ｅ２ アクチュエータ
５ｅ３ 把持部
５ｆ 突起部
６ ファイバセンサ部
Ｗ ワーク
Ｗ１ 回転軸

Claims (4)

1. 回転体を有する回転機械が固定される固定台と、前記固定台を支持する弾性体とを備え、前記回転機械のバランスを計測するバランス計測装置であって、
   前記回転機械の設置時において、前記固定台の移動を規制可能な移動規制機構を備えることを特徴とするバランス計測装置。
2. 前記固定台から下方に突出する被把持部を有し、
   前記移動規制機構は、前記被把持部を把持する把持部と、前記把持部を作動させるアクチュエータとを有する
   ことを特徴とする請求項１記載のバランス計測装置。
3. 前記移動規制機構は、鉛直方向に昇降可能かつ上昇時に前記固定台の移動を規制可能な昇降ピンと、前記昇降ピンを昇降させるアクチュエータとを有することを特徴とする請求項１記載のバランス計測装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のバランス計測装置と、
   前記バランス計測装置の計測結果に基づいて前記回転機械のバランスを修正する工具と
   を備えることを特徴とするバランス修正装置。

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