JP4012462B2 - バランサー - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、例えば工作機械の主軸、その主軸に取り付けられる切削や研磨のための工具保持用ツールチャック、車両の車軸、エンジンのクランクシャフト等の回転体の振れ回りを抑制するためのバランサーに関する。
背景技術
特開平６−１９８５６４号公報に開示された砥石車は、砥石車の回転軸回りの重量分布の不釣り合いを補正するためのバランサー機構を備えている。すなわち、その砥石車は、収納室と、その収納室に収納されるウエイトとを備える。その収納室の内面の一部は、回転周方向にわたる案内面と、軸方向一方と他方とに配置される壁面とにより構成される。そのウエイトは、その砥石車の回転により発生する遠心力によって、その案内面に押し付けられる押し付け面を有する。その砥石車の回転時に、その案内面に押し付け面を介して押し付けられたウエイトは、その砥石車に対して回転周方向における位置が変化することで、その砥石車の振れ回りを抑制する位置に配置される。また、そのウエイトに代えて、液体を砥石車により保持することも開示されている。その液体を砥石車の回転時に流動させ、回転軸回りの液体の重量分布を変動させることで、その砥石車の振れ回りを抑制できる。
また、特開２０００−１０２２１１号公報に開示された回転駆動機構は、回転体の回転軸回りの重量分布の不釣り合いを補正するため、その回転体に一体化されるウエイトホルダーと、そのウエイトホルダーにより保持される球形のウエイトとを備える。そのウエイトホルダーに、回転周方向にわたると共にＶ字溝状断面を有する案内面が設けられている。その回転体の回転時に、そのＶ字溝状断面を有する案内面に遠心力によって押し付けられた球形のウエイトは、その回転体に対して回転周方向における位置が変化することで、その回転体の振れ回りを抑制する位置に配置される。
上記従来のバランサー機構を備えた砥石車に衝撃が作用した場合、ウエイトが回転軸方向に変位することで砥石車が振動し、研磨精度が低下するという問題がある。また、そのウエイトの軸方向一方と他方とに配置される壁面により、そのウエイトの周方向変位を許容しつつ軸方向変位を防止しようとすると、その壁面とウエイトとを極めて高精度に加工する必要があり、加工コストが増大する。また、たとえ高精度に加工しても公差によりウエイトの回転軸方向変位を完全になくすことはできず、研磨精度の向上が阻害される。
また、上記従来のＶ字溝状断面を有する案内面が設けられたウエイトホルダーと一体の回転体に衝撃が作用した場合、ウエイトは球形であり、案内面の軸方向における一方側と他方側とに均一に押し付けられるため、ウエイトの変位により回転体が振動するという問題がある。
そのため、例えば工作機械のスピンドルにツールチャックを介して取り付けた切削工具でワークの加工を行う際に、従来のバランサー機構によりツールチャックの振れ回りを抑制しても、加工反力や外部要因、例えば周辺道路を走行する車両の振動等による衝撃が切削工具を介してツールチャックに作用した場合、振幅が大きくなって加工精度の向上が阻害されたり、スピンドルの軸受部からの騒音発生や軸受寿命の低下といった問題が生じる。
そのようなウエイトに代えて液体を用いる場合、衝撃による砥石車の振動を液体の流動によって減衰できるが、比重の大きな液体は高価で取り扱いが困難であるためコストが増大し、水等の比重の小さな液体では所望の性能を奏するためにはバランサーが大型化してしまう。
本発明は、上記問題を解決することのできるバランサーを提供することを目的とする。
発明の開示
本発明は、回転体に一体化されるウエイトホルダーと、そのウエイトホルダーにより保持されるウエイトとを備え、そのウエイトホルダーは、回転周方向にわたり設けられた案内面を有し、そのウエイトは、その回転体の回転により発生する遠心力によって、その案内面に押し付けられる押し付け面を有し、その回転体の回転時に、その案内面に押し付け面を介して押し付けられたウエイトは、そのウエイトホルダーに対して回転周方向における位置が変化することで、その回転体の振れ回りを抑制する位置に配置されるバランサーに適用される。
本発明の第１の特徴は、その案内面と押し付け面とは、回転軸方向一方に向かうに従い回転径方向外方に向かうように回転軸方向に対して傾斜するものとされ、そのウエイトホルダーに、そのウエイトの回転軸方向一方に位置する受け部が設けられ、そのウエイトは、その遠心力における案内面および押し付け面に沿う分力によって受け部に押し付けられ、そのウエイトに補助ウエイト収納室が設けられ、その補助ウエイト収納室に補助ウエイトが前記回転体の回転周方向における位置が変化し得るように収納され、その補助ウエイト収納室は、回転周方向にわたり設けられた補助案内面を有し、その補助ウエイトは、その回転体の回転により発生する遠心力によって、その補助案内面に押し付けられる補助押し付け面を有し、その補助案内面と補助押し付け面とは、回転軸方向一方に向かうに従い回転径方向外方に向かうように回転軸方向に対して傾斜するものとされ、その補助ウエイト収納室に、その補助ウエイトの回転軸方向一方に位置する補助受け部が設けられ、その補助ウエイトは、その遠心力における補助案内面および補助押し付け面に沿う分力によって補助受け部に押し付けられる点にある。
これによりウエイトは、径方向外方に位置する案内面と、軸方向一方に位置する押し付け面とに遠心力によって押し付けられるので、回転体に作用する衝撃により軸方向変位するのが防止され、そのような衝撃による回転体の振動を抑制できる。また、ウエイトと補助ウエイト収納室における補助ウエイトの双方によって回転体の振れ回りを抑制して振動を低減することができる。さらに、補助ウエイトは、径方向外方に位置する補助案内面と、軸方向一方に位置する補助押し付け面とに遠心力によって押し付けられるので、回転体に作用する衝撃により軸方向変位するのが防止され、そのような衝撃による回転体の振動を抑制できる。
本発明の第２の特徴は、そのウエイトに補助ウエイト収納室が設けられ、その補助ウエイト収納室に補助ウエイトが前記回転体の回転周方向における位置が変化し得るように収納され、その補助ウエイト収納室は、回転周方向にわたり設けられた補助案内面を有し、その補助ウエイトは、その回転体の回転により発生する遠心力によって、その補助案内面に押し付けられる補助押し付け面を有し、その補助案内面と補助押し付け面とは、回転軸方向一方に向かうに従い回転径方向外方に向かうように回転軸方向に対して傾斜するものとされ、その補助ウエイト収納室に、その補助ウエイトの回転軸方向一方に位置する補助受け部が設けられ、その補助ウエイトは、その遠心力における補助案内面および補助押し付け面に沿う分力によって補助受け部に押し付けられる点にある。
これにより、ウエイトと補助ウエイト収納室における補助ウエイトの双方によって回転体の振れ回りを抑制して振動を低減することができる。また、補助ウエイトは、径方向外方に位置する補助案内面と、軸方向一方に位置する補助押し付け面とに遠心力によって押し付けられるので、回転体に作用する衝撃により軸方向変位するのが防止され、そのような衝撃による回転体の振動を抑制できる。
本発明において、その補助案内面は回転周方向における一端と他端とを有し、その補助案内面から回転体の回転中心までの距離は、その補助案内面の回転周方向における両端から両端間中央に向かうに従って小さくされているのが好ましい。
これにより、補助ウエイトに作用する遠心力は、補助案内面の回転周方向における両端から両端間中央に向かうに従い小さくなり、補助ウエイトの変位を促し、重量分布の不釣り合いを補正する位置に補助ウエイトを迅速に位置させることができる。
本発明において、その案内面は回転周方向における一端と他端とを有し、その回転体の回転中心までの距離は、その案内面の回転周方向における両端から両端間中央に向かうに従って小さくされているのが好ましい。
これにより、ウエイトに作用する遠心力は、案内面の回転周方向における両端から両端間中央に向かうに従い小さくなり、ウエイトの変位を促し、重量分布の不釣り合いを補正する位置にウエイトを迅速に位置させることができる。
本発明によれば、低コストで簡単な構造により、回転体の回転軸回りの重量分布の不釣り合いを補正し、衝撃による振動を効果的に抑制できるバランサーを提供できる。
発明を実施するための最良の形態
図１〜図３は本発明の第１実施形態のバランサー１０１を示す。この第１実施形態においては、ウエイトホルダー１０３およびウエイト１０４を有し、また、補助ウエイト１３１を有する。ウエイト１０４の数と補助ウエイト１３１の数は、本第１実施形態では３つとされているが特に限定されない。
そのウエイトホルダー１０３は、ツールチャック２の外周部と一体成形される保持部１０６と、カバーリング１０７とを有する。そのカバーリング１０７は保持部１０６にボルト１０９により連結されている。そのウエイトホルダー１０３に、ウエイト１０４と同数の空間１１１が形成される。各空間１１１はウエイトホルダー１０３の回転周方向において等間隔で並列する。各空間１１１は、一端において開口するように保持部１０６に形成された孔１１２の内面と、カバーリング１０７の端面１０７ａとで囲まれる。その孔１１２の内面は、回転周方向にわたり設けられた案内面１１２ａと、この案内面１１２ａの径方向内方において回転周方向にわたり設けられた面１１２ｃと、回転周方向の間隔をおいて互いに対向する一対のストッパー面１１２ｂと、カバーリング１０７の端面１０７ａに対向する面１１２ｄとで構成される。その案内面１１２ａは、回転周方向における一端と他端とを有し、ツールチャック２の回転中心と同心の円弧に沿う湾曲面とされている。そのカバーリング１０７の端面１０７ａに対向する面１１２ｄが受け部１１２ｄ′を構成する。
そのウエイトホルダー１０３により保持される各ウエイト１０４は、中空とされている。各ウエイト１０４は、ウエイトホルダー１０３の回転径方向の間隔をおいて互いに対向する内外周壁１０４ａ、１０４ｂと、ウエイトホルダー１０３の回転周方向の間隔をおいて互いに対向する一対の端部壁１０４ｃ、１０４ｄと、ウエイトホルダー１０３の回転軸方向における一端側に位置する側壁１０４ｅとを有する。その内外周壁１０４ａ、１０４ｂは回転周方向にわたり設けられている。各ウエイト１０４は、ウエイトホルダー１０３の回転軸方向における他端側で開口する。各ウエイト１０４の外周壁１０４ｂの表面は、ツールチャック２の回転により発生する遠心力によって上記案内面１１２ａに押し付けられる押し付け面１０４ｂ′を構成する。
その案内面１１２ａと、その案内面１１２ａに対向する面１１２ｃと、押し付け面１０４ｂ′と、ウエイト１０４の内周壁１０４ａの表面は、互いに平行であって、回転軸方向一方（図１において上方）に向かうに従い回転径方向外方に向かうように回転軸方向に対して傾斜する。上記受け部１１２ｄ′は、押し付け面１０４ｂ′に直交し、且つ、ウエイト１０４の回転軸方向一方に位置する。
各ウエイト１０４の内部は補助ウエイト収納室１３０とされている。各補助ウエイト収納室１３０に補助ウエイト１３１がツールチャック２の回転周方向における位置が変化し得るように収納されている。その補助ウエイト収納室１３０は、回転周方向にわたり設けられた補助案内面１３０ａと、この案内面１３０ａの径方向内方において回転周方向にわたり設けられた面１３０ｃと、回転周方向の間隔をおいて互いに対向する一対のストッパー面１３０ｂと、カバーリング１０７の端面１０７ａに対向する面１３０ｄとで囲まれる。本第１実施形態の補助案内面１３０ａは、回転周方向の一端と他端とを有し、ツールチャック２の回転中心と同心の円弧に沿う湾曲面とされている。そのカバーリング１０７の端面１０７ａに対向する面１３０ｄが補助受け部１３０ｄ′を構成する。
各補助ウエイト１３１は、回転周方向にわたり設けられた内外周面１３１ａ、１３１ｂと、回転周方向における両端に位置する一対の端部１３１ｃ、１３１ｄと、回転軸方向における両端に位置する一対の側面１３１ｅ、１３１ｆとを有する。各補助ウエイト１３１の外周面１３１ｂは、ツールチャック２の回転により発生する遠心力によって上記補助案内面１３０ａに押し付けられる補助押し付け面１３１ｂ′を構成する。
その補助案内面１３０ａと、その補助案内面１３０ａに対向する面１３０ｃと、補助押し付け面１３１ｂ′と、補助ウエイト１３１の内周面１３１ａは、互いに平行であって、回転軸方向一方（図１において上方）に向かうに従い回転径方向外方に向かうように回転軸方向に対して傾斜する。上記補助受け部１３０ｄ′は、補助押し付け面１３１ｂ′に直交し、且つ、補助ウエイト１３１の回転軸方向一方に位置する。
ツールチャック２の回転時に、案内面１１２ａに押し付け面１０４ｂ′を介して相対摺動可能に押し付けられたウエイト１０４は、ウエイトホルダー１０３に対して回転周方向における位置が変化することで、ツールチャック２の振れ回りを抑制する位置に配置される。本第１実施形態では、ツールチャック２の回転開始時や回転停止時に、ウエイト１０４の動きをストッパー面１１２ｂにより阻止できる。
図３に示すように、各ウエイト１０４の押し付け面１０４ｂ′は、ウエイト１０４に作用する遠心力Ｆにおける押し付け面１０４ｂ′および案内面１１２ａに直交する分力Ｆａによって案内面１１２ａに相対摺動可能に押し付けられ、遠心力Ｆにおける押し付け面１０４ｂ′および案内面１１２ａに沿う分力Ｆｂによって受け部１１２ｄ′に相対摺動可能に押し付けられる。
また、各補助ウエイト１３１の補助押し付け面１３１ｂ′は、補助ウエイト１３１に作用する遠心力Ｆ′における補助押し付け面１３１ｂ′および補助案内面１３０ａに直交する分力Ｆａ′によって補助案内面１３０ａに相対摺動可能に押し付けられ、遠心力Ｆ′における補助押し付け面１３１ｂ′および補助案内面１３０ａに沿う分力Ｆｂ′によって補助受け部１３０ｄ′に相対摺動可能に押し付けられる。
上記第１実施形態によれば、ツールチャック２の回転中にあっては、ウエイト１０４は、径方向外方に位置する案内面１１２ａと、軸方向一方に位置する押し付け面１０４ｂ′とに遠心力によって押し付けられるので、ツールチャック２に作用する衝撃により軸方向変位するのが防止され、そのような衝撃によるツールチャック２の振動を抑制できる。さらに、ウエイト１０４と補助ウエイト１３１の双方によってツールチャック２の振れ回りを抑制して振動を低減することができる。また、補助ウエイト１３１は、径方向外方に位置する補助案内面１３０ａと、軸方向一方に位置する補助押し付け面１３１ｂ′とに遠心力によって押し付けられるので、ツールチャック２に作用する衝撃により軸方向変位するのが防止され、そのような衝撃によるツールチャック２の振動を抑制できる。これにより、コンパクトなバランサー１０１により、ツールチャック２に加工工具を取り付けて行う加工の精度並びに面粗度を向上し、また、ツールチャック２を取り付ける工作機械スピンドルの軸受部からの音の発生を低減して静音化を図ると共に軸受の長寿命化を図ることができる。例えば、ツールチャック２に加工工具を取り付けて１００００ｒｐｍ以上の回転数で回転させた時に、共振点においても振幅を１μｍ未満に抑制することができた。さらに上記第１実施形態においては、案内面１１２ａと、その案内面１１２ａに対向する面１１２ｃとは互いに平行であるので孔１１２の加工が容易であり、また、ウエイト１０４や補助ウエイト１３１の形状も単純化されて形成容易であるので、高精度な寸法に仕上げることが可能になり、ツールチャック２の振動を高精度に抑制することができる。
図４、図５は本発明の第２実施形態を示す。この第２実施形態においては、案内面１１２ａ、押し付け面１０４ｂ′、補助案内面１３０ａ、補助案内面１３０ａに対向する面１３０ｃ、補助押し付け面１３１ｂ′、および補助ウエイト１３１の内周面１３１ａが、図中下方に向かうに従い回転径方向外方に向かうように回転軸方向に対して傾斜する。また、案内面１１２ａに対向する面１１２ｃとウエイト１０４の内周壁１０４ａの表面は回転軸方向に沿う。そして、カバーリング１０７の端面１０７ａにより受け部が構成され、補助ウエイト収納室１３０におけるカバーリング１０７の端面１０７ａ側の面１３０ｅ′が補助受け部を構成する。また、上記第１実施形態では補助案内面１３０ａからツールチャック２の回転中心までの距離は、補助案内面１３０ａが回転中心と同心の円弧に沿う湾曲面とされることで、回転周方向における両端と両端間部分とにおいて一定とされている。これに対して本第２実施形態においては、補助案内面１３０ａからツールチャック２の回転中心までの距離は、補助案内面１３０ａが回転軸方向に平行な平坦面とされることで、回転周方向における両端から両端間中央に向かうに従い小さくされている。さらに、補助案内面１３０ａに対向する面１３０ｃ、補助押し付け面１３１ｂ′、および補助ウエイト１３１の内周面１３１ａも、補助案内面１３０ａに平行な平坦面とされている。他は第１実施形態と同様とされ、同一部分は同一符号で示される。これにより、補助ウエイト１３１に作用する遠心力は、補助案内面１３０ａの回転周方向における両端から両端間中央に向かうに従い小さくなり、補助ウエイト１３１の変位を促し、重量分布の不釣り合いを補正する位置に補助ウエイト１３１を迅速に位置させることができる。
図６は本発明の第３実施形態を示す。上記第２実施形態では案内面１１２ａからツールチャック２の回転中心までの距離は、案内面１１２ａが回転中心と同心の円弧に沿う湾曲面とされることで、回転周方向における両端と両端間部分とにおいて一定とされている。これに対して本第３実施形態においては、案内面１１２ａからツールチャック２の回転中心までの距離は、案内面１１２ａが回転軸方向に平行な平坦面とされることで、回転周方向における両端から両端間中央に向かうに従い小さくされている。さらに、案内面１１２ａに対向する面、押し付け面１０４ｂ′、およびウエイト１０４の内周壁１０４ａの表面も、案内面１１２ａに平行な平坦面とされている。これにより、ウエイト１０４に作用する遠心力は、案内面１１２ａの回転周方向における両端から両端間中央に向かうに従い小さくなり、ウエイト１０４の変位を促し、重量分布の不釣り合いを補正する位置にウエイト１０４を迅速に位置させることができる。他は第２実施形態と同様とされ、同一部分は同一符号で示される。
本発明は上記各実施形態に限定されない。例えば、案内面を周方向全域にわたり設けられる単一の面としてもよい。また、案内面１１２ａと補助案内面１３０ａを、ツールチャック２の回転中心と同心の円弧とは逆向きに凸の湾曲面にしてもよい。また、各実施形態において保持部１０６をツールチャック２と別体成形されるリング状とし、ネジによってツールチャック２に一体化したり、あるいは焼嵌めによってツールチャック２に一体化してもよい。また、各実施形態において、案内面と押し付け面とが回転軸に対して平行であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のバランサーの縦断面図。
【図２】本発明の第１実施形態のバランサーの部分破断平面図。
【図３】本発明の第１実施形態のバランサーの作用説明図。
【図４】本発明の第２実施形態のバランサーの縦断面図。
【図５】本発明の第２実施形態のバランサーの部分破断平面図。
【図６】本発明の第３実施形態のバランサーの部分破断平面図。

Claims (4)

1. 回転体に一体化されるウエイトホルダーと、
   そのウエイトホルダーにより保持されるウエイトとを備え、
   そのウエイトホルダーは、回転周方向にわたり設けられた案内面を有し、
   そのウエイトは、その回転体の回転により発生する遠心力によって、その案内面に押し付けられる押し付け面を有し、
   その回転体の回転時に、その案内面に押し付け面を介して押し付けられたウエイトは、そのウエイトホルダーに対して回転周方向における位置が変化することで、その回転体の振れ回りを抑制する位置に配置されるバランサーにおいて、
   その案内面と押し付け面とは、回転軸方向一方に向かうに従い回転径方向外方に向かうように回転軸方向に対して傾斜するものとされ、
   そのウエイトホルダーに、そのウエイトの回転軸方向一方に位置する受け部が設けられ、
   そのウエイトは、その遠心力における案内面および押し付け面に沿う分力によって受け部に押し付けられ、
   そのウエイトに補助ウエイト収納室が設けられ、
   その補助ウエイト収納室に補助ウエイトが前記回転体の回転周方向における位置が変化し得るように収納され、
   その補助ウエイト収納室は、回転周方向にわたり設けられた補助案内面を有し、
   その補助ウエイトは、その回転体の回転により発生する遠心力によって、その補助案内面に押し付けられる補助押し付け面を有し、
   その補助案内面と補助押し付け面とは、回転軸方向一方に向かうに従い回転径方向外方に向かうように回転軸方向に対して傾斜するものとされ、
   その補助ウエイト収納室に、その補助ウエイトの回転軸方向一方に位置する補助受け部が設けられ、
   その補助ウエイトは、その遠心力における補助案内面および補助押し付け面に沿う分力によって補助受け部に押し付けられることを特徴とするバランサー。
2. 回転体に一体化されるウエイトホルダーと、
   そのウエイトホルダーにより保持されるウエイトとを備え、
   そのウエイトホルダーは、回転周方向にわたり設けられた案内面を有し、
   そのウエイトは、その回転体の回転により発生する遠心力によって、その案内面に押し付けられる押し付け面を有し、
   その回転体の回転時に、その案内面に押し付け面を介して押し付けられたウエイトは、そのウエイトホルダーに対して回転周方向における位置が変化することで、その回転体の振れ回りを抑制する位置に配置されるバランサーにおいて、
   そのウエイトに補助ウエイト収納室が設けられ、
   その補助ウエイト収納室に補助ウエイトが前記回転体の回転周方向における位置が変化し得るように収納され、
   その補助ウエイト収納室は、回転周方向にわたり設けられた補助案内面を有し、
   その補助ウエイトは、その回転体の回転により発生する遠心力によって、その補助案内面に押し付けられる補助押し付け面を有し、
   その補助案内面と補助押し付け面とは、回転軸方向一方に向かうに従い回転径方向外方に向かうように回転軸方向に対して傾斜するものとされ、
   その補助ウエイト収納室に、その補助ウエイトの回転軸方向一方に位置する補助受け部が設けられ、
   その補助ウエイトは、その遠心力における補助案内面および補助押し付け面に沿う分力によって補助受け部に押し付けられることを特徴とするバランサー。
3. その補助案内面は回転周方向における一端と他端とを有し、その補助案内面から回転体の回転中心までの距離は、その補助案内面の回転周方向における両端から両端間中央に向かうに従って小さくされている請求項１または２に記載のバランサー。
4. その案内面は回転周方向における一端と他端とを有し、その回転体の回転中心までの距離は、その案内面の回転周方向における両端から両端間中央に向かうに従って小さくされている請求項１〜３の中の何れか１項に記載のバランサー。

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