JP4677560B2 - 回転体のバランス調整装置および工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、回転体のバランス調整装置、および、この回転体のバランス調整装置を備える工作機械に関する。

従来から、砥石を回転させる研削盤等の主軸に取り付けられ、主軸を含む回転体の回転バランスの調整を行うバランス調整装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。一般に、回転体の回転バランスの調整を行うためには、少なくとも２個のバランス調整用の部材が必要になる。そのため、特許文献１に記載されたバランス調整装置では、主軸の先端部の外周に圧電素子からなるリング状の振動子が軸方向に重なるように２個取り付けられ、２個の振動子のそれぞれの外周側に、主軸の回転バランスを調整するためのリング状のバランスリングが合計２個配設されている。そして、このバランス調整装置では、振動子の振動によって、２個の振動子それぞれの外周面に進行波が生じ、２個のバランスリングが個別に回転して、主軸の回転バランスを調整する。

また、特許文献１に記載されたバランス調整装置は、主軸の回転バランス調整後に、振動子に対するバランスリングの回転を防止するための係止機構を備えている。すなわち、このバランス調整装置では、回転バランスの調整後に、バランスリングは振動子とともに主軸と一体で回転する。

特開平４−１３１５４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のバランス調整装置では、２個のバランスリングを個別に回転させることでバランス調整を行っているため、２個のバランスリングを個別に回転させるための２個の振動子が必要になる。また、回転バランスの調整に、振動子によって回転する比較的大きなバランスリングが２個必要になる。そのため、２個の振動子および２個のバランスリングの配置スペースが必要となりの装置の小型化が困難となる。また、圧電素子からなる振動子への配線も、２個の振動子ごとに必要となるため、装置の構成が複雑化し、その結果、装置の小型化が困難となる。

そこで、本発明の課題は、小型化に適した構成を備える回転体のバランス調整装置および、この回転体のバランス調整装置を備える工作機械を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、回転体に取り付けられ、該回転体の回転バランスを調整する回転体のバランス調整装置において、回転バランスを調整するための複数のバランス部材と、該バランス部材を保持する回転側保持部を有する回転側部材と、該回転側部材を回転駆動するための振動を発生する振動体とバランス部材を保持する固定側保持部とを有し回転体に固定される固定側部材と、を備え、バランス部材は、伸縮するアクチュエータを備えるとともに、当該アクチュエータの伸縮方向の両端に固定されたパッド部材を備え、アクチュエータが伸びて、パッド部材が、回転側保持部または固定側保持部のいずれか一方に挟み込まれることで、バランス部材が、回転側部材または固定側部材のいずれか一方に保持され、アクチュエータが縮んで、パッド部材が、回転側保持部または固定側保持部のいずれか他方を挟み込むことで、バランス部材が、回転側部材または固定側部材のいずれか他方に保持される、ことを特徴とする。

本発明の回転体のバランス調整装置では、回転バランスを調整するためのバランス部材が伸縮するアクチュエータを備えている。また、アクチュエータが伸びると回転側保持部または固定側保持部のいずれか一方にバランス部材が保持され、アクチュエータが縮むと回転側保持部または固定側保持部のいずれか他方にバランス部材が保持される。そのため、アクチュエータによって、複数のバランス部材を個別に回転側部材に保持させ、かつ、回転側部材から複数のバランス部材を個別に解放させるとともに固定側部材に保持させることが可能となる。したがって、１個の回転側部材によって、複数のバランス部材を個別に固定側部材に対して移動させ、また、所定の位置で固定側部材に複数のバランス部材を個別に保持させることで、回転バランスの調整が可能になる。

すなわち、本発明では、１個の回転側部材によって、回転体の回転バランスの調整が可能となる。また、１個の回転側部材で回転バランスの調整が可能となるため、本発明のバランス調整装置は、回転側部材を回転駆動するための振動を発生する振動体を１個備えていれば良い。したがって、本発明のバランス調整装置では、装置の小型化を図ることができる。また、特に、バランス調整装置が取り付けられる回転体が高速で回転する場合、あるいは、回転体の回転軸の径が細い場合等には、バランス調整装置の形状や重さが回転体の回転に与える影響が大きくなる（すなわち、バランス調整装置自体が回転体にアンバランスな回転を生じさせる原因となる）が、本発明のバランス調整装置では、装置の小型化を図ることができるため、バランス調整装置が回転体の回転に与える影響を抑制して、回転体の適切な回転を容易に実現することができる。

また、バランス部材は、アクチュエータの伸縮方向の両端に固定されたパッド部材を備え、アクチュエータが伸びて、パッド部材が、回転側保持部または固定側保持部のいずれか一方に挟み込まれることで、バランス部材が、回転側部材または固定側部材のいずれか一方に保持され、アクチュエータが縮んで、パッド部材が、回転側保持部または固定側保持部のいずれか他方を挟み込むことで、バランス部材が、回転側部材または固定側部材のいずれか他方に保持される。そのため、簡易な構成で、回転側部材および固定側部材にバランス部材を保持させることができる。

本発明において、固定側部材は、振動体が配置される振動発生部を備え、振動発生部と回転側部材とは、回転側部材の軸方向で対向して当接することが好ましい。このように構成すると、振動発生部と回転側部材とを径方向で当接させる構成と比較して、小型化を図りつつ、振動発生部と回転側部材との当接面積を増加させることができる。その結果、小型化を図りつつ、振動体によって回転側部材を適切に回転させることができる。また、回転側部材の径方向内側に振動発生部が配置される構成と比較して、振動体の振幅が小さくても、回転側部材に大きな回転トルクを発生させることが可能になる。

本発明において、固定側保持部は、回転側部材の外周側に形成されていることが好ましい。すなわち、バランス部材は、回転側部材の外周側に配設されていることが好ましい。このように構成すると、バランス部材を小さく軽くしても、固定側保持部に保持されるバランス部材の慣性力を確保することができ、回転体の回転バランスの調整が可能になる。すなわち、このように構成すると、バランス部材を小さく軽くすることができる。

本発明において、回転体の径方向におけるバランス部材の外側面に固定される集電体と、固定側部材に固定され集電体が接触する給電線とを有する接触式の給電機構を備え、アクチュエータは、給電機構から給電されて伸縮する圧電素子で形成されていることが好ましい。このように構成すると、アクチュエータを有するバランス部材と固定側部材との間の配線が不要となり、装置の構成を簡素化できる。また、バランス部材は、回転側部材の外周側に配置されているため、バランス部材が回転側部材に保持されている場合であっても、回転体の回転時の遠心力で、集電体と給電線とを適切に接触させることが可能になる。

本発明の回転体のバランス調整装置は、このバランス調整装置が取り付けられる主軸を備える工作機械に用いることができる。この工作機械では、小型化が可能なバランス調整装置が用いられるため、工作機械の小型化を図ることができる。また、バランス調整装置が取り付けられる主軸が高速で回転する場合や主軸の径が細い場合等であっても、バランス調整装置の小型化を図ることができるため、バランス調整装置が主軸の回転に与える影響を抑制して、主軸の適切な回転を容易に実現することができる。

本発明の工作機械は、本体部に取り付けられる１次巻線と、固定側部材に取り付けられる２次巻線との相互誘導を利用して発電を行う非接触式の発電機構を備え、発電機構によって、回転体のバランス調整装置で使用する電気を発生させることが好ましい。このように構成すると、主軸とともに回転するバランス調整装置と工作機械の本体部との間の配線
が不要となり、工作機械の構成を簡素化できる。

以上説明したように、本発明にかかる回転体のバランス調整装置では、装置の小型化を図ることが可能になる。また、本発明の工作機械では、機械の小型化を図ることが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

（工作機械の要部の概略構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる工作機械１の要部の概略構成を示す側面図である。図２は、図１のＸ−Ｘ方向から発電用基板９を示す図である。

本形態の工作機械１は、所定の加工対象物（ワーク）２の表面切削、ネジ切りあるいは孔あけ等を行う旋盤である。特に、本形態の工作機械１は、たとえば、内径４０μｍ、外径１００μｍであるステンレス鋼管や、径が６０μｍである金属棒材等の小径かつ小型のワーク２に対して切削加工を行うための旋盤であり、また、卓上への設置が可能な小型の旋盤である。

この工作機械１は、図１に示すように、ワーク２に当接して加工を行う加工工具３が固定される回転軸（主軸）４と、主軸４を回転可能に支持する軸受５、５等を含む主軸４の回転駆動機構等が収納される本体部６と、主軸４を含む回転体１３の回転バランスを調整する回転体のバランス調整装置７（以下、バランス調整装置７とする。）と、バランス調整装置７で使用する電気を発生させるための発電機構８を構成する発電用基板９とを備えている。なお、本形態では、加工工具３および主軸４等から、バランス調整装置７によって回転バランスが調整される回転体１３が構成されている。

また、工作機械１は上述した構成の他、加工時にワーク２を保持するチャッキング装置（図示省略）、チャッキング装置を図１の左右方向、紙面垂直方向および上下方向に移動するチャッキング装置駆動機構（図示省略）、本体部６を図１の左右方向および紙面垂直へ移動する本体部駆動機構（図示省略）および、回転体１３の回転バランスを測定するためのバランスセンサ（図示省略）等を備えている。なお、チャッキング装置は、加工時にワーク２を回転させるための回転機構を備えていても良い。また、本体部駆動機構は、本体部６を図１の上下方向に移動するための構成を備えていても良い。

上述のように、本形態の工作機械１では、小径かつ小型のワーク２に対して切削加工を行うため、工作機械１には高い回転精度が要求される。たとえば、工作機械１では、回転体１３の回転振れを０．１μｍ未満に抑える必要があり、バランス調整装置７で回転体１３の回転バランスの調整を行うことで、回転体１３の回転振れがその値未満に抑制されている。

主軸４は、図１に示すように、２つの軸受５、５によって支持される支持部４ａと、加工工具３が固定される先端部４ｂと、支持部４ａと先端部４ｂとの間に配置され、支持部４ａおよび先端部４ｂよりも径の大きなフランジ部４ｃとを備えている。上述のように、本形態の工作機械１は、小径かつ小型のワーク２に対して切削加工を行うものであるため、主軸４の径も細くなっている。たとえば、主軸４の先端部４ｂの径は２０ｍｍである。

先端部４ｂは、加工工具３を固定するためのチャッキング機構（図示省略）を先端に備えている。また、先端部４ｂの外周側には、バランス調整装置７を主軸４に固定するための後述の固定用ナット１０が螺合される雄ねじが形成されている。

図１における支持部４ａの左端（図示省略）は、主軸４を回転駆動する駆動モータ（図示省略）の出力軸にカップリング（図示省略）等を介して接続されている。これらの駆動モータやカップリング等は、主軸４の回転駆動機構を構成しており、本体部６に収納されている。本形態の主軸４は、回転駆動機構によって高速回転するように構成されており、たとえば、主軸４は、５００００ｒｐｍで回転する。

バランス調整装置７は、略円筒状に形成されており（図３、図４参照）、その内周側に主軸４の先端部４ｂが挿通された状態で主軸４に固定されている。具体的には、図１に示すように、バランス調整装置７の内周側に先端部４ｂが挿通されフランジ部４ｃに一端面（図１の左端面）が当接した状態で、先端部４ｂに形成された雄ねじに固定用ナット１０が螺合されることで、バランス調整装置７は主軸４に固定されている。上述のように、本形態の工作機械１は、小径かつ小型のワーク２に対して切削加工を行うものであるため、バランス調整装置７の外径も小さくなっている。たとえば、バランス調整装置７の外径は６０ｍｍである。なお、バランス調整装置７を先端部４ｂに焼嵌め等することで、バランス調整装置７を主軸４に固定しても良い。バランス調整装置７の詳細な構成は後述する。

発電用基板９には、図１および図２に示すように、主軸４の先端部４ｂが挿通される貫通孔９ａが形成されている。この発電用基板９は、本体部６に固定された取付部材１１を介して本体部６に取り付けられている。具体的には、貫通孔９ａに先端部４ｂが挿通された状態で、バランス調整装置７よりも主軸４の先端側（図１の右側）に、かつ、バランス調整装置７と主軸４の軸方向で対向するように、発電用基板９は取付部材１１に固定されている。

また、発電用基板９には、バランス調整装置７が有する後述の２次巻線２８と協働して、バランス調整装置７で使用する電気を発生させるためのたとえば円環状の１次巻線１２が実装されている。すなわち、図１に示すように、１次巻線１２は、主軸４の軸方向で２次巻線２８と対向するように発電用基板９に実装されている。１次巻線１２は、渦巻き状に巻回されている。また、この１次巻線１２に、所定の周波数で変化する交番電流（交流）が供給されることで、１次巻線１２と２次巻線２８との相互誘導を利用した発電が行われる。このように、本形態では、発電用基板９に実装された１次巻線１２および２次巻線２８等から、バランス調整装置７を構成する後述の振動子１９やアクチュエータ３４で使用される電気を発生させる非接触式の発電機構８が構成されている。なお、図１では便宜上、１次巻線１２を発電用基板９から図示左方向に大きく突出させて図示しているが、実際の１次巻線１２は、発電用基板９からほとんど突出していない状態で実装されている。

本形態では、回転体１３の回転に悪影響が生じないように（すなわち、コギングの発生を防止するために）、１次巻線１２に供給される交流の周波数は、回転体１３の回転周波数よりも非常に高くなっている。たとえば、回転体１３の回転周波数が約８３３Ｈｚ（＝５００００ｒｐｍ／６０ｓｅｃ）であるのに対して、１次巻線１２に供給される交流の周波数は約１ＭＨｚとなっている。

（バランス調整装置の構成）
図３は、図１に示すバランス調整装置７の軸方向の断面を示す断面図である。図４は、図３のＹ−Ｙ方向から、カバー部材２５および第１ロータ部材３０を取り外した状態を示す図である。図５は、図３のＺ部を拡大して示す拡大図であり、（Ａ）はアクチュエータ３４が縮んでバランス部材１８が突出部２２ａに保持された状態を示し、（Ｂ）はアクチュエータ３４が伸びてバランス部材１８がフランジ部３０ａ、３１ｂ間に保持された状態を示す。なお、図３では、図４のＷ−Ｗ方向から見たバランス調整装置７の断面が図示されている。

バランス調整装置７は、図３および図４に示すように、主軸４に固定される固定側部材１６と、固定側部材１６に対して相対回転する回転側部材１７と、回転体１３の回転バランスを調整するための２個のバランス部材１８、１８とを備えている。また、固定側部材１６は、回転側部材１７を回転駆動するための振動を発生させる振動体として、圧電素子から構成され円環状に形成された振動子１９を備えている。すなわち、本形態のバランス調整装置７には、振動子１９によって発生する進行波によって回転側部材１７を回転駆動する超音波モータの構成が内蔵されている。さらに、本形態では、固定側部材１６に対する回転側部材１７の回転中心が、主軸４の回転中心とほぼ一致する。

なお、以下のバランス調整装置７の説明では、主軸４の軸方向（図３の左右方向）を「軸方向」、主軸４の径方向を「径方向」と表記する。また、軸方向の本体部６側（図３の左側）を「本体側」、軸方向の加工工具３側（図３の右側）を「先端側」と表記する。

固定側部材１６は、振動子１９の他、振動子１９が配置される振動発生部としてのステータ部材２０と、バランス調整装置７の制御を行う制御基板２１と、制御基板２１に実装される制御用素子（図示省略）やステータ部材２０等が収納される第１から第３のケース体２２、２３、２４およびカバー部材２５とを備えている。

第１ケース体２２および第３ケース体２４は、図３に示すように、径方向の厚さが薄い薄肉の円筒状に形成されている。また、第２ケース体２３は、本体側の端部に形成されたフランジ部２３ａと筒部２３ｂとを有するフランジ付でかつ径方向の厚さが薄い薄肉の円筒状に形成されている。さらに、カバー部材２５は、主軸４の先端部４ｂが挿通される円形の開口部２５ａを有する円板状に形成されている。なお、本形態では、第２ケース体２３と第３ケース体２４とが別体となっているが、第２ケース体２３と第３ケース体２４とが一体で形成されても良い。

第１ケース体２２の外径、第３ケース体２４の外径、第２ケース体２３のフランジ部２３ａの外径およびカバー部材２５の外径は、図３に示すように、ほぼ等しくなっている。第２ケース体２３の内周側には、主軸４の先端部４ｂが挿通されており、第２ケース体２３の内径は、先端部４ｂの外径とほぼ等しくなっている。また、第２ケース体２３の筒部２３ｂの外径は、第１ケース体２２の内径および第３ケース体２４の内径よりも小さくなっている。

図３に示すように、第１ケース体２２および第３ケース体２４は、第２ケース体２３のフランジ部２３ａを挟んだ状態で軸方向に配設されている。本形態では、第３ケース体２４が、第２ケース体２３の筒部２３ｂの径方向外方に配置されている。そして、第１ケース体２２、第３ケース体２４およびフランジ部２３ａは、図示を省略するネジ等の固定手段によって固定されている。また、カバー部材２５は、第１ケース体２２の本体側の端面に当接した状態で、ネジ２６、２６によって第１ケース体２２に固定されている。

第１ケース体２２の内周面には、径方向内側へ突出する円環状の突出部２２ａが形成されている。突出部２２ａの軸方向の断面は、図５等に示すように矩形状になっている。この突出部２２ａの内周面には、図５に示すように、バランス部材１８を構成する後述のアクチュエータ３４に電気を供給するための給電線２７が取り付けられている。本形態では、たとえば、２本の給電線２７、２７が突出部２２ａの内周面に取り付けられており、２個のバランス部材１８、１８のそれぞれのアクチュエータ３４に個別に電気を供給することができるように構成されている。また、給電線２７は、制御基板２１に接続されており、給電線２７には、制御基板２１から電気が供給される。

ステータ部材２０は、導電性の低い硬質のエンジニアリングプラスチックや金属部材等で、径方向の厚さが厚い厚肉の円筒形状に形成されている。ステータ部材２０の内径は先端部４ｂの外径と略等しくなっており、ステータ部材２０の内周側には、主軸４の先端部４ｂが挿通されている。また、ステータ部材２０の外径は、第１ケース体２２の内径はよりも小さくなっており、ステータ部材２０は、図３に示すように、第１ケース体２２、フランジ部２３ａおよびカバー部材２５で囲まれた空間に配置されている。具体的には、ステータ部材２０は、フランジ部２３ａの本体側の側面に固定されている。

ステータ部材２０の本体側の端面には、円環状の振動子１９が配置される円環状の溝部２０ａが形成されている。本形態では、振動子１９が振動すると、ステータ部材２０も振動子１９とともに振動して、回転側部材１７を回転駆動するように構成されている。そのため、ステータ部材２０の先端側の端面には、振動子１９とともに振動するステータ部材２０の振動周波数を調整するための逃げ部２０ｂが窪むように形成されている。

振動子１９は、複数の圧電素子から構成されている。具体的には、振動子１９は、９０°位相の異なる２つの正弦波状の電圧がそれぞれ印加される２組の複数の圧電素子から構成され、一方の組の圧電素子と他方の組の圧電素子とが円周方向に交互に配置されている。そして、一方の組の圧電素子と他方の組の圧電素子とのそれぞれに９０°位相の異なる２つの正弦波状の電圧が印加されると、振動子１９が振動して、振動子１９およびステータ部材２０の本体側の端面に楕円振動が発生する。すなわち、本形態では、振動子１９が振動すると、振動子１９およびステータ部材２０の本体側の端面に回転側部材１７を回転駆動する進行波が生じる。

制御基板２１は、第３ケース体２３の筒部２３ｂに固定するための円形の開口部２１ａを有する円板状に形成されている。図３に示すように、制御基板２１は、筒部２３ｂの先端側に固定されている。制御基板２１の本体側の面には、バランス調整装置７の制御を行うための制御用素子（図示省略）が実装されている。すなわち、制御用素子は、第３ケース体２４、フランジ部２３ａおよび制御基板２１で囲まれた空間に配置されている。

本形態の制御基板２１は、制御用素子として、たとえば、バランス部材１８を構成する後述のアクチュエータ３４および、振動子１９への通電のオンオフ制御（スイッチング）を行うフォトダイオード（受光素子）を備えている。本形態では、耐電圧の高いフォトダイオード（たとえば、耐電圧が２００Ｖのもの）が用いられている。そのため、フォトダイオード用に降圧回路を設ける必要がなく、制御基板２１の回路構成が簡素化される。

また、制御基板２１には、上述した１次巻線１２と協働して、バランス調整装置７で使用する電気を発生させるためのたとえば円環状の２次巻線２８が実装されている。具体的には、上述のように、２次巻線２８は、軸方向で１次巻線１２と対向するように制御基板２１に実装されている。２次巻線２８も１次巻線と同様に、渦巻き状に巻回されている。なお、相互誘導によって２次巻線２８に生じる電気を蓄えるためのコンデンサ等の簡易な蓄電手段を制御基板２１に設けても良い。また、図１および図３では、便宜上、２次巻線２８を制御基板２１から先端側に大きく突出させて図示しているが、実際の２次巻線２８は、制御基板２１からほとんど突出していない状態で実装されている。

回転側部材１７は、図３に示すように、第１ロータ部材３０と、第２ロータ部材３１と軸受３２とを備えている。なお、本形態では、第１ロータ部材３０と第２ロータ部材３１とが別体となっているが、第１ロータ部材３０と第２ロータ部材３１とが一体で形成されても良い。

第１ロータ部材３０は、図３に示すように、軸方向の長さが短くかつ径方向の厚さが厚い厚肉の円筒状に形成されている。この第１ロータ部材３０の本体側の端部には、径方向外側に広がるフランジ部３０ａが形成されている。

第２ロータ部材３１は、図３に示すように、径方向の厚さが厚い厚肉の円筒状に形成されている。この第２ロータ部材３１の先端側の端部の径方向外側部分には、先端側に伸びる薄肉の円筒部３１ａと、円筒部３１ａの先端側の端部から径方向外側に広がるフランジ部３１ｂとが形成されている。図３に示すように、円筒部３１ａとフランジ部３１ｂとの軸方向の長さは、ステータ部材２０の軸方向の長さとほぼ等しくなっている。また、円筒部３１ａの内径は、ステータ部材２０の外径よりも大きくなっている。

軸受３２は、径方向の厚さが薄い薄肉の円筒状に形成されている。軸受３２の内径は先端部４ｂの外径とほぼ等しくなっている。また、軸受３２の軸方向の長さは、第１ロータ部材３０と第２ロータ部材３１との軸方向の長さとほぼ等しくなっている。

図３に示すように、第１ロータ部材３０の先端側の端面と第２ロータ部材３１の本体側の端面とが当接した状態で、第１ロータ部材３０と第２ロータ部材３１とは固定されている。また、第１ロータ部材３０および第２ロータ部材３１の内周側に軸受３２が配置され、軸受３２の内周側には主軸４の先端部４ｂが挿通されている。さらに、第２ロータ部材３１の円筒部３１ａの内周側にステータ部材２０が配置されている。また、第１ロータ部材３０の先端側の端面と第２ロータ部材３１の本体側の端面とが当接した状態では、第１ロータ部材３０のフランジ部３０ａと、第２ロータ部材３１のフランジ部３１ｂとが軸方向に所定の間隔をあけた状態で対向している。すなわち、フランジ部３０ａとフランジ部３１ｂとの間には軸方向に空間が形成されている。この空間には、図３に示すように、バランス部材１８が配設されている。

回転側部材１７は、図３に示すように、第１ケース体２２、フランジ部２３ａおよびカバー部材２５で囲まれた空間に配設されている。具体的には、振動子１９の振動によって、回転側部材１７を回転させるため、第２ロータ部材３１や軸受３２と、振動子１９やステータ部材２０との接触面が所定の接触圧で当接するように、第１ロータ部材３０、第２ロータ部材３１、軸受３２およびステータ部材２０が、軸方向で、フランジ部２３ａとカバー部材２５とに挟まれている。

なお、本形態では、上述のように、第１ロータ部材３０、第２ロータ部材３１、軸受３２およびステータ部材２０が、軸方向で、フランジ部２３ａとカバー部材２５とに挟まれているため、フランジ部３０ａの本体側の面とカバー部材２５の先端側の面とが当接し、また、フランジ部３１ｂの先端側の面とフランジ部２３ａの本体側の面とが当接する。したがって、これらの当接部分の摩擦抵抗を軽減して、回転側部材１７を適切に回転させるために、これらの当接部分に潤滑性被膜のコーティングを行うことが好ましい。

上述のように、本形態では、振動子１９が振動すると、ステータ部材２０も振動子１９とともに振動する。振動子１９およびステータ部材２０が振動すると、振動子１９およびステータ部材２０の本体側の端面に進行波が発生し、この進行波で第１ロータ部材３０、第２ロータ部材３１、軸受３２（すなわち回転側部材１７）が回転する。本形態では、図４における時計方向および反時計方向のいずれの方向にも回転側部材１７を回転させることできるように振動子１９が振動する構成となっている。なお、本形態の軸受３２は、振動子１９の振動によって回転する回転側部材１７に含まれているが、軸受３２をステータ部材２０あるいは主軸４に固定して、振動子１９の振動によって第１ロータ部材３０および第２ロータ部材３１のみが回転する構成としても良い。

バランス部材１８は、図３および図５に示すように、軸方向に伸縮するアクチュエータ３４と、アクチュエータ３４の伸縮方向の両端にそれぞれ固定された合計２枚のパッド部材３５、３５と、アクチュエータ３４の径方向外側面に固定された集電体３６とを備えている。

アクチュエータ３４は、圧電素子から略直方体のブロック状に形成されている。本形態のアクチュエータ３４は、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）とジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）との固溶体（ＰＺＴ）を積層して形成されている。すなわち、本形態のアクチュエータ３４は、セラミック材料からなる圧電素子によって形成されている。また、本形態のアクチュエータ３４は、通電されると軸方向に伸び、通電が停止されると軸方向に縮む。

パッド部材３５、３５は、たとえば、金属平板で略矩形状に形成されており、上述のように、アクチュエータ３４の伸縮方向の両端にそれぞれ固定されている。図５等に示すように、パッド部材３５、３５の径方向外側部分は、アクチュエータ３４の径方向外側面より径方向外側に突出している。

集電体３６は、図５に示すように、給電線２７に接触して、アクチュエータ３４を駆動するための電気の供給を給電線２７から受ける。本形態では、上述のように、２本の給電線２７、２７が設けられており、２個のバランス部材１８、１８のうち、一方のバランス部材１８に設けられた集電体３６には、一方の給電線２７から電気が供給され、他方のバランス部材１８に設けられた集電体３６には、他方の給電線２７から電気が供給される。すなわち、本形態では、２個のバランス部材１８、１８のそれぞれのアクチュエータ３４を個別に駆動できるように構成されている。なお、本形態では、給電線２７と集電体３６とによって、アクチュエータ３４へ電気を供給する接触式の給電機構が構成されている。また、本形態では、後述のように、主軸４が回転している状態でアクチュエータ３４の駆動が行われるため、アクチュエータ３４の駆動時には、主軸４の回転による遠心力で給電線２７と集電体３６とが接触する。

上述のように、フランジ部３０ａとフランジ部３１ｂとの間に形成された空間にバランス部材１８が配設されている。そして、バランス部材１８では、給電線２７に電気が供給されず、アクチュエータ３４が通電状態にないとき（すなわち、アクチュエータ３４が縮んでいるとき）には、図５（Ａ）に示すように、パッド部材３５、３５の、アクチュエータ３４の径方向外側面より径方向外側に突出した部分が、第１ケース体２２の突出部２２ａの軸方向の両端面を挟み込み（掴み）、バランス部材１８が第１ケース体２２に保持されている。すなわち、アクチュエータ３４が通電状態にないときには、図５（Ａ）に示すように、パッド部材３５、３５が第１ケース体２２の突出部２２ａに密着し、本体側のパッド部材３５とフランジ部３０ａとの間、および、先端側のパッド部材３５とフランジ部３１ｂとの間には、隙間Ｇ１、Ｇ１が形成されている。そのため、この状態で、主軸４が回転すると、バランス部材１８は第１ケース体２２と一体となって回転する。このように、本形態では、突出部２２ａは、バランス部材１８を固定側部材１６に保持する固定側保持部となっている。

一方、給電線２７および集電体３６を介してアクチュエータ３４に電気が供給されると、アクチュエータ３４が軸方向へ伸びて、パッド部材３５、３５は第１ケース体２２の突出部２２ａから離れる。その結果、アクチュエータ３４が通電状態にあるとき（すなわち、アクチュエータ３４が伸びているとき）には、図５（Ｂ）に示すように、アクチュエータ３４およびパッド部材３５、３５が、第１ロータ部材３０のフランジ部３０ａと第２ロータ部材３１のフランジ部３１ｂとに挟み込まれて（アクチュエータ３４およびパッド部材３５、３５が突っ張った状態で、フランジ部３０ａとフランジ部３１ｂとに接触して）、バランス部材１８が回転側部材１７に保持されている。すなわち、アクチュエータ３４が通電状態のときには、図５（Ｂ）に示すように、本体側のパッド部材３５とフランジ部３０ａとが密着するとともに、先端側のパッド部材３５とフランジ部３１ｂとが密着し、また、第１ケース体２２の突出部２２ａの軸方向の端面と、パッド部材３５、３５との間には、隙間Ｇ２、Ｇ２が形成されている。そのため、この状態で、回転側部材１７が回転すると、バランス部材１８は回転側部材１７と一体となって回転する。このように、本形態では、フランジ部３０ａ、３１ｂは、バランス部材１８を回転側部材１７に保持する回転側保持部となっている。

（回転バランスの調整方法）
図６は、図１に示す工作機械１の回転体１３の回転バランスの調整手順を示すフローチャートである。

以上のように構成された工作機械１では、以下のように、回転体１３の回転バランスの調整を行う。

本形態では、回転体１３の回転バランスの調整は主軸４を回転させた状態で行う。すなわち、まず、主軸４を回転させる（ステップＳ１）。主軸４を回転させながら、バランスセンサ（図示省略）で回転体１３の回転バランスを測定し（ステップＳ２）、回転バランスの調整が必要であるか否かを判断する（ステップＳ３）。なお、本形態では、主軸４を回転させた状態で回転体１３の回転バランスの調整を行っているため、回転バランスを測定しながら、回転バランスの調整を行うことができる。したがって、回転バランスの調整が容易になる。

ステップＳ３で、回転バランスの調整が必要でないと判断した場合には、主軸４の回転を停止し（ステップＳ１１）、回転体１３の回転バランスの調整を終了する。一方、回転バランスの調整が必要であると判断した場合には、発電機構８で発電を行い、振動子１９およびアクチュエータ３４の駆動に必要な電気を発生させる（ステップＳ４）。具体的には、１次巻線１２に所定の周波数の交流を供給して発電を行う。なお、発電装置８での発電をステップＳ１の後に行っても良い。

その後、アクチュエータ３４を通電状態にする（ステップＳ５）。すなわち、回転バランスの測定結果に基づいて、移動させたい１個または２個のバランス部材１８のアクチュエータ３４に、給電線２７および集電体３６を介して、制御基板２１から電気を供給する。通電状態となったアクチュエータ３４は伸びて、アクチュエータ３４およびパッド部材３５、３５が、フランジ部３０ａとフランジ部３１ｂとに挟み込まれて回転側部材１７に保持される（図５（Ｂ）参照）。

その後、振動子１９を振動させ、バランス部材１８を保持した回転側部材１７を回転させる（ステップＳ６）。具体的には、振動子１９に通電し、振動子１９を振動させる。回転バランスの測定結果に基づいて、回転側部材１７を所定の角度、回転させた後、振動子１９の振動を停止する（ステップＳ７）。

その後、アクチュエータ３４への通電を停止する（ステップＳ８）。すなわち、制御基板２１から給電線２７への電気の供給を停止する。通電が停止されるとアクチュエータ３４は縮んで、パッド部材３５、３５の、アクチュエータ３４の径方向外側面より径方向外側に突出した部分が、突出部２２ａの軸方向の両端面を挟み込み、バランス部材１８が第１ケース体２２に保持される（図５（Ａ）参照）。

その後、再び、回転体１３の回転バランスを測定し（ステップＳ９）、回転バランスの調整が必要であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。回転バランスの調整が必要でないときには、主軸４の回転を停止し（ステップＳ１１）、回転体１３の回転バランスの調整を終了する。一方、回転バランスの調整が必要なときには、ステップＳ５に戻って、回転体１３の回転バランスが適切なものとなるまで（すなわち、回転体１３の回転振れが所定の値以下または所定の値未満になるまで）、回転バランスの調整を継続する。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、バランス部材１８が伸縮するアクチュエータ３４を備えている。また、アクチュエータ３４が伸びると回転側部材１７にバランス部材１８が保持され、アクチュエータ３４が縮むと第１ケース体２２（すなわち、固定側部材１６）にバランス部材１８が保持される。さらに、２個のバランス部材１８、１８のそれぞれのアクチュエータ３４は、個別に駆動可能となっている。そのため、アクチュエータ３４によって、２個のバランス部材１８、１８を個別に回転側部材１７に保持させることができ、また、回転側部材１７から２個のバランス部材１８、１８を個別に解放させるとともに固定側部材１６に保持させることができる。したがって、１個の回転側部材１７によって、２個のバランス部材１８、１８を個別に固定側部材１６に対して移動させ、また、所定の位置で固定側部材１６に２個のバランス部材１８、１８を個別に保持させることで、回転体１３の回転バランスの調整を行うことができる。

すなわち、本形態では、１個の回転側部材１７によって、回転体１３の回転バランスの調整ができるため、回転側部材１７を回転駆動するための振動を発生する振動子１９を１個備えていれば良い。換言すれば、回転側部材１７と振動子１９とを１組備えていれば、回転体１３の回転バランスの調整ができるため、本形態のバランス調整装置７では、装置の小型化を図ることができる。その結果、本形態の工作機械１のように、主軸４がたとえば５００００ｒｐｍといった高速で回転し、かつ、主軸４の径が細くても、バランス調整装置７の形状や重さが回転体１３の回転に与える影響を抑制して、回転体１３の適切な回転を容易に実現することができる。

特に、本形態では、アクチュエータ３４が伸びることで、アクチュエータ３４およびパッド部材３５、３５が、フランジ部３０ａ、３１ｂに挟み込まれて、バランス部材１８が回転側部材１７に保持されている。また、アクチュエータ３４が縮むことで、パッド部材３５、３５の、アクチュエータ３４の径方向外側面より径方向外側に突出した部分が、第１ケース体２２の突出部２２ａの軸方向の両端面を挟み込み、バランス部材１８が第１ケース体２２に保持されている。すなわち、本形態では、アクチュエータ３４とパッド部材３５、３５とを用いた簡易な構成で、回転側部材１７および固定側部材１６にバランス部材１８を保持させることができる。また、パッド部材３５、３５が、フランジ部３０ａ、３１ｂおよび突出部２２ａに当接するため、圧電素子からなるアクチュエータ３４の損傷を防止できる。

本形態では、振動子１９の振動によって、回転側部材１７を回転駆動する進行波が生じる振動子１９およびステータ部材２０の本体側の端面と、回転側部材１７（具体的には、第２ロータ部材３１および軸受３２）とが、主軸４の軸方向で対向して当接している。そのため、進行波が生じる面と回転側部材とを径方向で当接させる従来の構成と比較して、小型化を図りつつ、進行波が生じる面と回転側部材１７との当接面積を増加させることができる。その結果、小型化を図りつつ、振動子１９によって回転側部材１７を適切に回転させることができる。また、回転側部材の径方向内側に進行波が生じる面が配置される従来の構成と比較して、振動子１９の振幅が小さくても、回転側部材１７に大きな回転トルクを発生させることができる。

本形態では、バランス部材１８は、回転側部材１７の外周側に配設されている。そのため、バランス部材１８を小さくかつ軽くしても、固定側部材１６に保持されるバランス部材１８の慣性力を大きな値として確保することができ、回転体１３の回転バランスの調整が可能になる。すなわち、このように構成すると、バランス部材１８を小さくかつ軽くすることができ、その結果、バランス調整装置７の小型化を図ることができる。

本形態では、バランス部材１８の径方向外側面に固定される集電体３６と、第１ケース体２２の突出部２２ａに固定され集電体３６が接触する給電線２７とを備える接触式の給電機構からの給電によって、アクチュエータ３４が駆動される。そのため、バランス部材１８と固定側部材１６との間の配線が不要となり、装置の構成を簡素化できる。

本形態の工作機械１は、１次巻線１２と２次巻線２８との相互誘導を利用して発電を行う非接触式の発電機構８によって、バランス調整装置７で使用する電気を発生させている。そのため、主軸４とともに回転するバランス調整装置７と本体部６との間の配線が不要となり、工作機械１の構成を簡素化できる。

（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。

上述した形態では、主軸４の先端側（図１の右側）に、１個のバランス調整装置７が取り付けられている。この他にもたとえば、図７に示すように、主軸４の、軸受５、５に軸支される部分の両側に１個ずつ、合計２個のバランス調整装置７が取り付けられても良い。このように構成した場合には、回転体１３の回転バランスをより適切に調整することが可能になる。なお、図７では、図１に示す構成と同様の構成および図１に示す構成と同等の構成については、同一の符号を付している。

また、上述した形態では、アクチュエータ３４が伸びると回転側部材１７にバランス部材１８が保持され、アクチュエータ３４が縮むと固定側部材１６にバランス部材１８が保持されている。この他にもたとえば、アクチュエータ３４が伸びると固定側部材１６にバランス部材１８が保持され、アクチュエータ３４が縮むと回転側部材１７にバランス部材１８が保持されても良い。

さらに、上述した形態では、バランス調整装置７は、２個のバランス部材１８、１８を備えている。この他にもたとえば、バランス調整装置７が、３個以上のバランス部材１８を備えていても良い。バランス部材１８が３個以上であっても、本形態の構成を採用すれば、１組の回転側部材１７と振動体１９とによって、全てのバランス部材１８を個別に移動させることができる。

さらにまた、上述した形態では、バランス部材１８は２枚のパッド部材３５、３５を備えているが、バランス部材１８がパッド部材３５、３５を備えていなくても良い。すなわち、伸縮することでフランジ部３０ａ、３１ｂおよび突出部２２ａに直接当接する形状のアクチュエータを用いて、バランス部材を構成しても良い。また、アクチュエータ３４は圧電素子には限定されず、たとえば、超磁歪素子でアクチュエータを構成しても良い。

また、上述した形態では、給電線２７と集電体３６とで構成される接触式の給電機構によって、アクチュエータ３４に電気が供給されている。この他にもたとえば、バランス部材１８と制御基板２１とをリード線等の配線を用いて接続しても良い。また、上述した形態では、発電機構８によって、バランス調整装置７で使用する電気を発生させている。この他にもたとえば、バランス調整装置７に充電式の電池を取り付けて、バランス調整装置７で使用する電気をこの電池から供給しても良い。

さらに、上述した形態では、主軸４の先端に加工工具３が固定されている。この他にもたとえば、主軸４の先端にワーク２が固定されても良い。また、上述した形態では、工作機械１として旋盤を例に挙げて、本発明の実施の形態を説明したが、工作機械１は旋盤には限定されず、フライス盤、研削盤、あるいは、マシニングセンタ等であっても良い。さらにまた、回転体を有する工作機械１以外の装置（たとえば、回転体としてのロータを有するモータ等）で、上述した形態のバランス調整７を用いて回転体の回転バランスの調整を行っても良い。

本発明の実施の形態にかかる工作機械の要部の概略構成を示す側面図である。 図１のＸ−Ｘ方向から発電用基板を示す図である。 図１に示すバランス調整装置の軸方向の断面を示す断面図である。 図３のＹ−Ｙ方向から、カバー部材および第１ロータ部材を取り外した状態を示す図である。 図３のＺ部を拡大して示す拡大図であり、（Ａ）はアクチュエータが縮んでバランス部材が突出部に保持された状態を示し、（Ｂ）はアクチュエータが伸びてバランス部材がフランジ部間に保持された状態を示す。 図１に示す工作機械の回転体の回転バランスの調整手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施の形態にかかる工作機械の主軸の周辺を示す側面図である。

符号の説明

１ 工作機械
４ 主軸（回転軸）
６ 本体部
７ 回転体のバランス調整装置
８ 発電機構
１２ １次巻線
１３ 回転体
１６ 固定側部材
１７ 回転側部材
１８ バランス部材
１９ 振動子（振動体）
２０ ステータ部材（振動発生部）
２２ 第１ケース体
２２ａ 突出部（固定側保持部）
２７ 給電線
２８ ２次巻線
３０ 第１ロータ部材
３０ａ フランジ部（回転側保持部）
３１ 第２ロータ部材
３１ｂ フランジ部（回転側保持部）
３４ アクチュエータ
３５ パッド部材
３６ 集電体

Claims (6)

1. 回転体に取り付けられ、該回転体の回転バランスを調整する回転体のバランス調整装置において、
   上記回転バランスを調整するための複数のバランス部材と、該バランス部材を保持する回転側保持部を有する回転側部材と、該回転側部材を回転駆動するための振動を発生する振動体と上記バランス部材を保持する固定側保持部とを有し上記回転体に固定される固定側部材と、を備え、
   上記バランス部材は、伸縮するアクチュエータを備えるとともに、当該アクチュエータの伸縮方向の両端に固定されたパッド部材を備え、
   上記アクチュエータが伸びて、上記パッド部材が、上記回転側保持部または上記固定側保持部のいずれか一方に挟み込まれることで、上記バランス部材が、上記回転側部材または上記固定側部材のいずれか一方に保持され、
   上記アクチュエータが縮んで、上記パッド部材が、上記回転側保持部または上記固定側保持部のいずれか他方を挟み込むことで、上記バランス部材が、上記回転側部材または上記固定側部材のいずれか他方に保持される、
   ことを特徴とする回転体のバランス調整装置。
2. 前記固定側部材は、前記振動体が配置される振動発生部を備え、
   該振動発生部と前記回転側部材とは、前記回転側部材の軸方向で対向して当接することを特徴とする請求項１記載の回転体のバランス調整装置。
3. 前記固定側保持部は、前記回転側部材の外周側に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の回転体のバランス調整装置。
4. 前記回転体の径方向における前記バランス部材の外側面に固定される集電体と、前記固定側部材に固定され上記集電体が接触する給電線とを有する接触式の給電機構を備え、
   前記アクチュエータは、上記給電機構から給電されて伸縮する圧電素子で形成されていることを特徴とする請求項３記載の回転体のバランス調整装置。
5. 請求項１から４いずれかに記載の回転体のバランス調整装置と、該バランス調整装置が取り付けられる主軸とを備えることを特徴とする工作機械。
6. 前記工作機械の本体部に取り付けられる１次巻線と、前記固定側部材に取り付けられる２次巻線との相互誘導を利用して発電を行う非接触式の発電機構を備え、
   該発電機構によって、前記回転体のバランス調整装置で使用する電気を発生させることを特徴とする請求項５記載の工作機械。

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