JP4733534B2 - Rotating body balance adjusting device and machine tool - Google Patents
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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。 The present invention relates to a rotating body balance adjusting device and a machine tool including the rotating body balance adjusting device.
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)。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取り付けられ、振動子の外周側に、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配設されている。このバランス調整装置では、振動子の振動によって、振動子の外周面に進行波が生じ、バランスリングが回転して、主軸の回転バランスを調整する。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a balance adjusting device that is attached to a main shaft such as a grinding machine that rotates a grindstone and adjusts the rotational balance of a rotating body including the main shaft (for example, see Patent Document 1). In the balance adjusting device described in Patent Document 1, a ring-shaped vibrator made of a piezoelectric element is attached to the outer periphery of the tip portion of the main shaft, and a ring shape for adjusting the rotational balance of the main shaft on the outer peripheral side of the vibrator. The balance ring is provided. In this balance adjusting device, a traveling wave is generated on the outer peripheral surface of the vibrator due to the vibration of the vibrator, and the balance ring rotates to adjust the rotational balance of the main shaft.
また、洗濯機での振動や騒音を防止するため、洗濯機の回転ドラム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2参照)。特許文献2に記載されたバランス調整装置は、磁性流体が注入された中空環状体と、中空環状体内部の磁性流体の動きを制御する電磁石とを備えている。このバランス調整装置では、中空環状体が回転ドラムに固定され、電磁石が、中空環状体の内周側に対応する位置で洗濯機の本体フレーム側に固定されている。そして、回転ドラムの回転時に、電磁石を構成する巻線に通電し、電磁石で発生する磁力によって磁性流体を中空環状体の内周側に集めることで、また、巻線への通電を停止し、回転ドラムの遠心力によって磁性流体を中空環状体の外周側に集めることで、回転ドラムの回転バランスを調整する。
Also, a balance adjusting device that adjusts the rotational balance of the rotating drum of the washing machine is known to prevent vibration and noise in the washing machine (see, for example, Patent Document 2). The balance adjusting device described in
特許文献1に記載の振動子とバランスリングとを用いたバランス調整装置と比較して、特許文献2に記載の磁性流体と電磁石とを用いたバランス調整装置は構成の簡素化が容易で、その結果、小型化や低コスト化が容易である。しかしながら、特許文献2のバランス調整装置は、回転精度が要求されない洗濯機の回転ドラムに使用されるものである。そのため、回転精度が要求される工作機械等の回転体の回転バランスの調整に、特許文献2に記載のバランス調整装置を利用することができない。すなわち、特許文献2のバランス調整装置を使用しても、回転精度が要求される回転体の適切な回転バランスの調整を行うことはできない。
Compared with the balance adjustment device using the vibrator and the balance ring described in Patent Document 1, the balance adjustment device using the magnetic fluid and the electromagnet described in
そこで、本発明の課題は、回転精度が要求される回転体の回転バランスの調整に磁性流体を用いることが可能な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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a balance adjusting device for a rotating body having a configuration capable of using a magnetic fluid for adjusting the rotational balance of the rotating body that requires rotational accuracy, and the balance adjusting device for the rotating body. To provide a machine tool.
上記の課題を解決するために、本発明は、回転体に固定される本体部材を備え、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、回転体の回転軸の軸方向を深さ方向として、回転体の円周方向に沿って本体部材に環状に形成されると共に、回転軸の径方向の外側に向かって複数のポケット部が形成されている溝部と、回転バランスを調整するために溝部に注入された磁性流体と、溝部のうちポケット部よりも回転体の円周方向に沿って一方側に進行する部位であって溝部のうちポケット部よりも径方向の内側となる部位を少なくとも一部分が通過する磁束を発生させることにより、溝部内の磁性流体の動きを制御可能とする複数の電磁石と、を具備し、磁束の発生により、磁性流体の一部が円周方向に沿う一方側に進行してそれまで収納されていたポケット部から離れ、その離れた後における回転体が回転させられる際の力の作用により、磁性流体はそれまで収納されていたポケット部に対して円周方向の一方側において隣り合うポケット部に移動する、ことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a main body member fixed to a rotating body, and in a rotating body balance adjusting device that adjusts the rotating balance of the rotating body, the axial direction of the rotating shaft of the rotating body is deepened. as the direction, it is formed annularly to the body member along the circumferential direction of the rotating body Rutotomoni, a groove in which a plurality of pockets are formed outward in the radial direction of the rotating shaft, to adjust the rotation balance Therefore, the magnetic fluid injected into the groove portion and the portion of the groove portion that advances to the one side along the circumferential direction of the rotating body from the pocket portion , and the portion of the groove portion that is radially inward from the pocket portion A plurality of electromagnets that can control the movement of the magnetic fluid in the groove by generating a magnetic flux that passes at least a portion of the magnetic fluid, and a part of the magnetic fluid is aligned along the circumferential direction by the generation of the magnetic flux. Progress to one side Because of the action of the force when the rotating body is rotated away from the pocket portion that has been stored until then, the magnetic fluid is one side in the circumferential direction with respect to the pocket portion that has been stored so far. It moves to the pocket part which adjoins in, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の回転体のバランス調整装置では、環状の溝部に、回転体の回転時の遠心力で磁性流体が集まる複数のポケット部が形成されている。この複数のポケット部は、回転軸の径方向の外側に向かって、かつ、複数の電磁石に対応する位置に形成されている。また、電磁石に生じる磁束が、対応するポケット部の、回転体の回転方向と逆の反回転方向側の少なくとも径方向の内側部分を通過することから、電磁石を通電状態とすることで、電磁石の磁力によって、対応するポケット部の、反回転方向側の径方向内側部分に磁性流体を集めることができる。 In the balance adjusting device for a rotating body according to the present invention, a plurality of pocket portions in which magnetic fluid is collected by centrifugal force when the rotating body rotates are formed in the annular groove. The plurality of pocket portions are formed at positions corresponding to the plurality of electromagnets toward the outer side in the radial direction of the rotation shaft. Further, since the magnetic flux generated in the electromagnet passes through at least the radially inner portion of the corresponding pocket portion on the side opposite to the rotation direction opposite to the rotation direction of the rotating body, by turning the electromagnet into an energized state, The magnetic fluid can be collected by the magnetic force at the radially inner portion of the corresponding pocket portion on the counter-rotating direction side.
そのため、回転体を回転させながら電磁石を通電状態とし、その後、電磁石への通電を停止する(非通電状態にする)ことで、ポケット部の、反回転方向側の径方向内側部分に集めた磁性流体の一部を遠心力でそのポケット部に集め、残りの磁性流体を慣性力で溝部に沿って流し、回転体の回転方向の下流側に位置する他のポケット部に集めることができる。すなわち、複数のポケット部間で回転バランスを調整するための磁性流体を移動させることができる。また、複数のポケット部は、複数の電磁石に対応する位置に形成されているため、個別に電磁石を駆動することで、各ポケット部に集める磁性流体の量を個別に調整することができる。その結果、磁性流体と電磁石とを用いた構成で、回転精度が要求される回転体の回転バランスの調整を行うことが可能になる。 Therefore, the magnet collected in the radially inner portion of the pocket portion on the counter-rotation direction side is made by energizing the electromagnet while rotating the rotating body, and then stopping energization to the electromagnet (deactivating the electromagnet). A part of the fluid can be collected in the pocket portion by centrifugal force, and the remaining magnetic fluid can be caused to flow along the groove portion by inertia force and collected in another pocket portion located downstream in the rotation direction of the rotating body. That is, the magnetic fluid for adjusting the rotation balance between the plurality of pocket portions can be moved. Further, since the plurality of pocket portions are formed at positions corresponding to the plurality of electromagnets, the amount of magnetic fluid collected in each pocket portion can be individually adjusted by individually driving the electromagnets. As a result, with the configuration using the magnetic fluid and the electromagnet, it is possible to adjust the rotational balance of the rotating body that requires rotational accuracy.
また、上記の課題を解決するため、本発明は、回転体に固定される本体部材を備え、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、回転体の回転軸の軸方向を深さ方向として、回転体の円周方向に沿って本体部材に環状に形成されると共に、所定の幅に形成された狭幅部、この狭幅部よりも回転軸の径方向の外側に向かって幅が拡がるように形成された拡幅部、および狭幅部と拡幅部との間に位置すると共に円周方向における他の部分よりも幅が急激に変化する不連続変化部とをそれぞれ複数備える溝部と、回転バランスを調整するために溝部に注入された磁性流体と、溝部のうち不連続変化部または当該不連続変化部よりも回転体の円周方向に沿って一方側に進行する部位を少なくとも一部が通過する磁束を発生させることにより、溝部内の磁性流体の動きを制御する複数の電磁石と、を具備し、磁束の発生により、磁性流体の一部が不連続変化部に向かって円周方向に沿う一方側に進行してそれまで収納されていた拡幅部から離れ、その離れた後における回転体が回転させられる際の力の作用により、磁性流体はそれまで収納されていた拡幅部に対して円周方向の一方側において隣り合う拡幅部に移動する、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention includes a main body member fixed to a rotating body, and in a rotating body balance adjusting device that adjusts the rotating balance of the rotating body, the axial direction of the rotating shaft of the rotating body is changed. as the depth direction, the narrow width portion formed Rutotomoni formed annularly to the body member, to a predetermined width along the circumferential direction of the rotating body, toward the outside in the radial direction of the rotating shaft than the narrow portion And a plurality of widened portions formed so as to increase in width, and a plurality of discontinuous changing portions that are located between the narrowed portion and the widened portion and whose width changes more rapidly than other portions in the circumferential direction. A groove portion, a magnetic fluid injected into the groove portion to adjust the rotation balance, and a discontinuous change portion of the groove portion or a portion that proceeds to one side along the circumferential direction of the rotating body from the discontinuous change portion. At least part of the generated magnetic flux The Rukoto, anda plurality of electromagnets for controlling the movement of the magnetic fluid in the groove, the occurrence of magnetic flux, progress on one side along the circumferential direction a portion of the magnetic fluid toward the discontinuous change section Then, the magnetic fluid is separated from the widened portion that has been stored so far, and the magnetic fluid is moved in the circumferential direction with respect to the widened portion that has been stored so far by the action of the force when the rotating body is rotated after the separation. It moves to the adjacent wide part on the side, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の回転体のバランス調整装置では、環状の溝部が、回転軸の回転方向で、所定の幅に形成された狭幅部から、狭幅部よりも少なくとも回転軸の径方向の外側に向かって幅が拡がるように形成された拡幅部へと不連続に変化する複数の不連続変化部を備えている。そのため、回転体の回転時の遠心力によって拡幅部の径方向外側部分に磁性流体を集めることができる。また、不連続変化部は、電磁石に対応する位置に形成され、電磁石に生じる磁束が、対応する不連続変化部の少なくとも径方向の内側部分を通過することから、電磁石を通電状態とすることで、電磁石の磁力によって、対応する不連続変化部の径方向内側部分に磁性流体を集めることができる。 In the rotating body balance adjusting device of the present invention, the annular groove portion extends from the narrow width portion formed in a predetermined width in the rotation direction of the rotation shaft to at least the outer side in the radial direction of the rotation shaft from the narrow width portion. A plurality of discontinuous change portions that discontinuously change into a widened portion formed so as to increase in width. Therefore, the magnetic fluid can be collected on the radially outer portion of the widened portion by the centrifugal force when the rotating body rotates. In addition, the discontinuous change part is formed at a position corresponding to the electromagnet, and the magnetic flux generated in the electromagnet passes through at least the radially inner part of the corresponding discontinuous change part. The magnetic fluid can be collected in the radially inner portion of the corresponding discontinuous change portion by the magnetic force of the electromagnet.
そのため、回転体を回転させながら電磁石を通電状態とし、その後、電磁石を非通電状態にすることで、不連続変化部の径方向内側部分に集めた磁性流体の一部を遠心力でその不連続変化部を構成する拡幅部の径方向外側部分に集め、残りの磁性流体を慣性力で溝部に沿って流し、回転体の回転方向の下流側に位置する他の拡幅部の径方向外側部分に集めることができる。すなわち、複数の拡幅部間で回転バランスを調整するための磁性流体を移動させることができる。また、複数の不連続変化部は、複数の電磁石に対応する位置に形成されているため、個別に電磁石を駆動することで、拡幅部に集める磁性流体の量を個別に調整することができる。その結果、磁性流体と電磁石とを用いた構成で、回転精度が要求される回転体の回転バランスの調整を行うことが可能になる。 Therefore, by turning the electromagnet while energizing the rotating body and then de-energizing the electromagnet, a part of the magnetic fluid collected in the radially inner part of the discontinuous change part is discontinuous by centrifugal force. Gather at the radially outer part of the widened part that constitutes the changing part, and flow the remaining magnetic fluid along the groove part by inertial force, to the radially outer part of the other widened part located downstream in the rotational direction of the rotating body. Can be collected. That is, it is possible to move the magnetic fluid for adjusting the rotational balance between the plurality of widened portions. Further, since the plurality of discontinuous change portions are formed at positions corresponding to the plurality of electromagnets, the amount of magnetic fluid collected in the widened portion can be individually adjusted by individually driving the electromagnets. As a result, with the configuration using the magnetic fluid and the electromagnet, it is possible to adjust the rotational balance of the rotating body that requires rotational accuracy.
また、不連続変化部では、回転軸の回転方向で、所定の幅に形成された狭幅部から拡幅部へと不連続に変化する。そのため、回転体の回転時には、遠心力によって拡幅部の径方向外側に集まった磁性流体を拡幅部の径方向外側部分に確実に保持できる。 Moreover, in the discontinuous change part, it changes discontinuously from the narrow part formed in the predetermined width to the wide part in the rotation direction of the rotating shaft. For this reason, when the rotating body rotates, the magnetic fluid collected on the radially outer side of the widened portion by centrifugal force can be reliably held on the radially outer portion of the widened portion.
本発明において、電磁石は、磁束を発生させる2個の巻線と、2個の巻線がそれぞれ巻回され、空隙を介して対向する一対の磁極と、一対の磁極を接続して磁路を形成するリターンヨークとを備えるH型電磁石であり、空隙に、溝部のうち不連続変化部または当該不連続変化部よりも回転体の円周方向に沿って一方側に進行する部位が配置されていることが好ましい。このように構成すると、不連続変化部の径方向の内側部分に効率良く磁性流体を集めることができる。 In the present invention, the electromagnet includes two windings that generate magnetic flux, two windings wound around each other, and a pair of magnetic poles facing each other through a gap, and a pair of magnetic poles connected to each other to form a magnetic path. An H-type electromagnet including a return yoke to be formed, and a discontinuous change portion of the groove portion or a portion that advances to one side along the circumferential direction of the rotating body from the discontinuous change portion is disposed in the gap. Preferably it is. If comprised in this way, a magnetic fluid can be efficiently collected in the radial inside part of a discontinuous change part.
本発明において、回転方向と逆の反回転方向における狭幅部と拡幅部との間で、回転体の停止時に磁性流体を磁力で保持する永久磁石を備えることが好ましい。このように構成すると、回転体の停止時においても回転バランスが調整された状態を維持することが可能になる。すなわち、回転バランスを調整した後の回転体の停止時において、反回転方向における狭幅部と拡幅部との間に、バランス調整後の所定量の磁性流体を保持することができるため、回転体が再び回転した場合には、対応する拡幅部の径方向外側部分に遠心力で所定量の磁性流体を集めることができ、回転バランスが調整された状態を再現することが可能になる。 In this invention, it is preferable to provide the permanent magnet which hold | maintains a magnetic fluid with a magnetic force between the narrow part and the wide part in the counter rotation direction opposite to a rotation direction, when a rotary body stops. If comprised in this way, it will become possible to maintain the state in which the rotation balance was adjusted also at the time of a stop of a rotary body. That is, when the rotating body is stopped after adjusting the rotation balance, a predetermined amount of magnetic fluid after balance adjustment can be held between the narrow portion and the widened portion in the counter-rotating direction. Is rotated again, a predetermined amount of magnetic fluid can be collected by centrifugal force on the radially outer portion of the corresponding widened portion, and the state in which the rotational balance is adjusted can be reproduced.
本発明において、回転方向と逆の反回転方向で、狭幅部から拡幅部に向かって溝部の幅が径方向の外側に次第に拡がっていることが好ましい。このように構成すると、回転体の回転時の遠心力によって、溝部の外周側の側面に沿って磁性流体を円滑に移動させて、拡幅部の径方向外側部分に磁性流体を確実に集めることができる。 In the present invention, in the reverse rotation direction of the rotating direction opposite, it is preferable that the width of the groove toward the widening section has spread gradually outward in the radial direction from the narrow portion. With this configuration, the magnetic fluid can be smoothly moved along the outer peripheral side surface of the groove portion by the centrifugal force during the rotation of the rotating body, and the magnetic fluid can be reliably collected on the radially outer portion of the widened portion. it can.
本発明において、複数の電磁石は、本体部材に取り付けられていることが好ましい。このように構成すると、バランス調整装置をユニット化することが可能になり、バランス調整装置の取扱いが容易になる。たとえば、回転体へのバランス調整装置の着脱が容易になる。 In the present invention, the plurality of electromagnets are preferably attached to the main body member. If comprised in this way, it will become possible to unitize a balance adjustment apparatus and the handling of a balance adjustment apparatus will become easy. For example, the balance adjusting device can be easily attached to and detached from the rotating body.
本発明において、複数の電磁石の制御を行う制御基板が、本体部材に取り付けられていることが好ましい。このように構成すると、バランス調整装置の取扱いがさらに容易になる。 In this invention, it is preferable that the control board which controls a several electromagnet is attached to the main body member. If comprised in this way, handling of a balance adjustment apparatus will become still easier.
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、磁性流体と電磁石とを利用した構成の簡素化が容易で、小型化や低コスト化が可能な回転体のバランス調整装置が用いられているため、工作機械の小型化や低コスト化を図ることができる。また、本発明の回転体のバランス調整装置は、回転精度が要求される回転体の回転バランスの調整を行うことができるため、小型化や低コスト化を図りつつ、回転精度が要求される主軸の回転バランスを精度良く調整することができる。 The balance adjusting device for a rotating body of the present invention can be used for a machine tool including a main shaft to which the balance adjusting device is attached. This machine tool uses a rotating body balance adjustment device that can easily simplify the configuration using a magnetic fluid and an electromagnet, and can be downsized and reduced in cost. Cost can be reduced. In addition, the balance adjustment device for a rotating body according to the present invention can adjust the rotation balance of a rotating body that requires rotational accuracy. Therefore, the spindle that requires rotational accuracy while achieving downsizing and cost reduction. Can be adjusted with high accuracy.
本発明の工作機械は、工作機械の本体に取り付けられる1次巻線と、本体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。 A machine tool according to the present invention includes a non-contact power generation mechanism that generates power using mutual induction between a primary winding attached to a machine tool body and a secondary winding attached to a body member. It is preferable to generate electricity to be used in the balance adjustment device of the rotating body by the mechanism. If comprised in this way, the wiring between the balance adjustment apparatus rotated with a main axis | shaft and the main body of a machine tool will become unnecessary, and the structure of a machine tool can be simplified.
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、磁性流体を用いて、回転精度が要求される回転体の回転バランスの調整を行うことが可能になる。また、本発明の工作機械では、磁性流体を利用した構成の簡素化が容易で、小型化や低コスト化が可能な回転体のバランス調整装置が用いられているため、機械の小型化や低コスト化を図ることが可能になる。 As described above, in the rotating body balance adjusting apparatus according to the present invention, it is possible to adjust the rotating balance of the rotating body that requires rotational accuracy by using a magnetic fluid. Further, in the machine tool of the present invention, a rotating body balance adjusting device that can easily simplify the configuration using magnetic fluid and can be reduced in size and cost is used. Cost can be reduced.
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。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(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。
(Schematic configuration of the main part of the machine tool)
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a main part of a machine tool 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the
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。
The machine tool 1 according to this embodiment is a lathe that performs surface cutting, threading, or drilling of a predetermined workpiece (workpiece) 2. In particular, the machine tool 1 of the present embodiment is a lathe for cutting a small-sized and
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フレーム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。
As shown in FIG. 1, the machine tool 1 includes a rotating shaft (main shaft) 4 to which a
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)、本体フレーム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、本体フレーム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。
In addition to the configuration described above, the machine tool 1 has a chucking device (not shown) that holds the
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。
As described above, in the machine tool 1 of the present embodiment, the machine tool 1 is required to have high rotational accuracy because the machine tool 1 performs cutting on the small-diameter and
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。
As shown in FIG. 1, the main shaft 4 is disposed between a
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が螺合されるオネジが形成されている。
The
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、本体フレーム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。
A left end (not shown) of the
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に形成されたオネジに固定用ナット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、また、軸方向の長さも短くなっている。たとえば、バランス調整装置7の外径は60mmであり、軸方向の長さは30mm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。
The
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、本体フレーム6に固定された取付部材11を介して本体フレーム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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
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を構成する後述の電磁石17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。
In addition, the
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。
In this embodiment, the frequency of the alternating current supplied to the primary winding 12 is higher than the rotation frequency of the
(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、第1ケース体18およびシール部材22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る。図6は、図1に示す回転体13の回転時における磁性流体Mの動きを説明するための図であり、(A)は電磁石17が非通電状態にあるときを示し、(B)は電磁石17が通電状態にあるときを示す。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。また、図6では、図4のV部が拡大して図示されている。
(Configuration of balance adjustment device)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section in the axial direction of the
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に固定される本体部材16と、本体部材16に取り付けられる3個の電磁石17と、電磁石17の制御を行う制御基板21とを備えている。本形態では、制御基板21によって、3個の電磁石17を個別に駆動できるように構成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
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、主軸4の円周方向を「円周方向」と表記する。また、軸方向の本体フレーム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。さらに、本形態では、ワーク2に加工を施すときの主軸4は、図4における反時計方向(矢印Rで示す方向)にのみ回転する。そのため、矢印Rで示す方向を「回転方向」、この回転方向と逆の時計方向を「反回転方向」と表記する。
In the following description of the
本体部材16は、図3に示すように、非磁性材料で形成された第1から第3のケース体18、19、20と、第2ケース体19に形成された後述の溝部19eに注入される磁性流体M(図6参照)の漏れを防止するシール部材22とを備えている。第1ケース体18、シール部材22、第2ケース体19および第3ケース体20は、本体側から先端側に向かってこの順番で隣接するもの同士が互いに当接した状態で固定されている。具体的には、主軸4の回転中心(以下、回転中心と表記する。)に対して120°ピッチで、かつ、軸方向に配置された3本の位置決め用のノックピン23に位置決めされた状態で、同じく回転中心に対して120°ピッチで、かつ、軸方向に配置された3本の固定用のネジ24によって、第1ケース体18、シール部材22、第2ケース体19および第3ケース体20が固定されている。なお、ノックピン23は、ネジ24よりも径方向内側に配置されている。また、円周方向では、ノックピン23およびネジ24は、回転中心に対してほぼ同じ角度で配置されている。
As shown in FIG. 3, the
第1ケース体18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1ケース体18には、ノックピン23が挿通される丸い3個の貫通孔18aと、ネジ24が挿通される丸い3個の貫通孔18bとが回転中心に対して120°ピッチで軸方向に貫通するように形成されている。また、第1ケース体18の先端側の面には、図3に示すように、電磁石17の一部が配設される矩形状の3個の角孔18cが、軸方向に窪むように形成されている。具体的には、3個の角孔18cは、貫通孔18a、18bから円周方向に約60°ずれた位置に120°ピッチで形成されている。
As shown in FIG. 3, the
第2ケース体19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ケース体19には、図3および図4に示すように、ノックピン23が挿通される丸い3個の貫通孔19aと、ネジ24が挿通される丸い3個の貫通孔19bとが回転中心に対して120°ピッチで軸方向に貫通するように形成されている。また、第2ケース体19の先端側の面には、電磁石17の一部が配設される矩形状の3個の角孔19cが、軸方向に窪むように形成されている。この3個の角孔19cは、円周方向では、貫通孔19a、貫通孔19bから約60°ずれた位置に120°ピッチで形成されている。さらに、第2ケース体19には、各角孔19cの径方向両端の底部から本体側の面まで貫通する一対の貫通孔19d、19dが形成されている。すなわち、第2ケース体19には、角孔19cと一対の貫通孔19d、19dとから構成されるU形状の孔が回転中心に対して120°ピッチで3個形成されている。
As shown in FIG. 3, the
また、第2ケース体19の本体側の面には、図4に示すように、軸方向を深さ方向とする環状の溝部19eが形成されている。溝部19eには、回転体13の回転バランスの調整を行うための磁性流体(界面活性剤等を添加した油性または水溶性の液体に、きわめて微細な強磁性体が均一に分散しているもの)Mが注入されている。この溝部19eは、具体的には、円周方向に略円環状に形成されるとともに、径方向では一対の貫通孔19d、19dの間で、かつ、貫通孔19aと貫通孔19bとの間に形成されている。また、図3および図5に示すように、溝部19eの軸方向の断面は矩形状となっている。さらに、溝部19eの内周側の壁面は、図4に示すように、軸方向から見たときに、回転中心と略同心の円形状となるように形成されている。さらにまた、溝部19eの深さは略一定となっている。
Further, as shown in FIG. 4, an
この溝部19eは、図4および図6に示すように、幅(径方向の幅)が狭い3個の狭幅部19fと、狭幅部19fよりも径方向の外側に向かって幅が拡がるように形成された3個の拡幅部19gとを備えるとともに、回転方向(矢印Rの方向)で、狭幅部19fから拡幅部19gへと不連続に(急激に)変化する不連続変化部19hを3箇所に備えている。この3個の不連続変化部19hはそれぞれ、一対の貫通孔19d、19dに間に配置されている。また、本形態ではたとえば、拡幅部19gの幅は狭幅部19fの幅の2.5倍であり、不連続変化部19hでは、回転方向で溝部19eの幅が2.5倍に広がる。なお、本形態では、溝部19eの、拡幅部19gに対応する部分(具体的には、拡幅部19gおよび拡幅部19gから回転方向に向かう所定範囲)が、図6(A)に示すように、回転体13の回転時の遠心力F1で磁性流体が集まるポケット部19jとなっている。
As shown in FIGS. 4 and 6, the
本形態では、図4に示すように、反回転方向で、狭幅部19fから拡幅部19gに向かって溝部19eの幅が径方向の外側に次第に拡がっている。すなわち、狭幅部19fから反回転方向側の拡幅部19gに向かう部分は、溝部19eの幅が径方向の外側に次第に拡がる漸次拡大部となっている。具体的には、溝部19eの外周側の壁面は、図4に示すように、軸方向から見たときに、反回転方向で狭幅部19fから拡幅部19gに向かって回転中心に対して半径が次第に大きくなる円弧状に形成されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 4, the width of the
さらに、第2ケース体19の先端側の面には、図4に示すように、軸方向に窪む3個の円形状の丸孔19kが形成されている(図3では図示省略)。この3個の丸孔19kは、円周方向では、角孔19cから回転方向に約30°ずれた位置に120°ピッチで形成され、径方向では、環状の溝部19eの下側に位置するように形成されている。すなわち、3個の丸孔19kは、反回転方向における狭幅部19fと拡幅部19gとの間では、比較的、拡幅部19gに近い位置に形成されている。
Further, as shown in FIG. 4, three circular round holes 19 k that are recessed in the axial direction are formed on the surface of the
3個の丸孔19kにはそれぞれ、円柱状の永久磁石25が、第2ケース体19の先端側から挿入されて固定されている。この3個の永久磁石25は、反回転方向における狭幅部19fと拡幅部19gとの間で、回転体13の停止時に磁性流体Mを磁力で保持する機能を果たしている。
In each of the three
第3ケース体20は、図3に示すように、本体側の端部に形成されたフランジ部20aと、径方向の厚さが薄い薄肉の円筒状に形成され径方向内側に配置される内側筒部20bと、径方向の厚さが薄い薄肉の円筒状に形成され径方向外側に配置される外側筒部20cとを備えている。フランジ部20aには、ノックピン23が挿入される丸い3個の丸孔20dと、ネジ24が螺合される3個のネジ孔20eとが回転中心に対して120°ピッチで形成されている。内側筒部20bの内周側には、主軸4の先端部4bが挿通される。外側筒部20cの外周には、第3ケース体20に制御基板21を固定する後述の固定部材27が嵌め込まれる。
As shown in FIG. 3, the
シール部材22は、ゴム等の弾性材料で円板状に形成されるとともに、主軸4の先端部4bが挿通される貫通孔が中心部に形成されている。また、シール部材22には、図3に示すように、ノックピン23が挿通される丸い3個の貫通孔22aと、ネジ24が挿通される3個の貫通孔22bとが回転中心に対して120°ピッチで形成されている。さらに、図5に示すように、シール部材22には、電磁石17を構成する後述の第1ヨーク34の一部が挿通される一対の貫通孔22c、22cが、第2ケース体19に形成された一対の貫通孔19d、19dに対応する位置に3箇所形成されている。このシール部材22は、第1ケース体18と第2ケース体19とに所定の力で挟み込まれて、溝部19eに注入された磁性流体Mの漏れを防止する。
The
制御基板21は、図3に示すように、第3ケース体20の内側筒部20bの外周に嵌め込まれる円形の開口部21aを有する円板状に形成されている。この制御基板21は、内周側に広がる基板抑え部27aが先端側に形成された略円筒状の固定部材27によって、第3ケース体20の先端側に固定されている。具体的には、開口部21aが内側筒部20bの先端側に嵌め込まれるとともに、固定部材27が制御基板21の外周を本体側に向かって抑えながら外側筒部20cの外周に嵌め込まれることで、制御基板21が第3ケース体20の先端側に固定されている。
As shown in FIG. 3, the
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、フランジ部20a、内側筒部20b、外側筒部20c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、電磁石17を構成する後述の2個の巻線31、31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。
A control element (not shown) for controlling the
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。
In addition, for example, an annular secondary winding 28 for generating electricity used in the
電磁石17は、図5に示すように、磁束を発生させる2個の巻線31、31と、2個の巻線31、31がそれぞれ巻回され、空隙を介して対向する一対の磁極32、32と、一対の磁極32、32を接続して磁路を形成するリターンヨーク33とを備えるいわゆるH型電磁石である。この電磁石17は、溝部19eに注入された磁性流体Mの溝部19eでの動きを制御して、回転体13の回転バランスを調整するために設けられている。
As shown in FIG. 5, the
一対の磁極32、32は、磁性材料から円柱状に形成され、2個の巻線31、31が発生させる磁束を増幅する。この一対の磁極32、32は、図5に示すように、軸方向で対向するように配置されている。また、磁極32、32のそれぞれの外周側には、図示を省略する円筒状のボビンを介して巻線31、31が巻回されている。本形態では、巻線31、31に電流が供給されると、一対の磁極32、32の対向面がそれぞれ異極に磁化されて、一対の磁極32、32の対向面の間に形成される空隙に密度の高い磁束が発生する。すなわち、本形態では、一方の磁極32の対向面がN極に磁化されれば、他方の磁極32の対向面がS極に磁化されて、空隙に密度の高い磁束が発生する。
The pair of
リターンヨーク33は、図5に示すように、軸方向の断面が略角溝形状をなすように板状の磁性材料が折り曲げられて形成された第1ヨーク34と、磁性材料から平板状に形成された2枚の第2ヨーク35、35と、同じく、磁性材料から平板状に形成された第3ヨーク36とから構成されている。このリターンヨーク33によって、磁極32、32で増幅された磁束の外部への漏れが抑制されている。
As shown in FIG. 5, the
第1ヨーク34は、底面部34aと2つの側面部34b、34bとから構成されている。この第1ヨーク34は、内側に巻線31および磁極32を配置した状態で、図3に示すように、第2ケース体19の角孔19cおよび一対の貫通孔19d、19dに、第2ケース体19の先端側の面から挿入されて配置されている。具体的には、底面部34aの本体側の面に磁極32の先端側の面が当接するように、巻線31と磁極32とを内側に配置した状態で、底面部34aと底面部34aにつながる2つの側面部34b、34bの先端側の部分(図3の左側の部分)が角孔19cに配置され、2つの側面部34b、34bの本体側の端部が、一対の貫通孔19d、19dにそれぞれ配置されている。また、2つの側面部34b、34bの本体側の端部は、シール部材22に形成された一対の貫通孔22c、22cにそれぞれ挿通されている。
The
2枚の第2ヨーク35、35は、径方向で対向するように、第1ケース体18の角孔18cに配置され、第3ヨーク36は、第1ヨーク34の底面部34aと対向するように、かつ、径方向の両端面がそれぞれ第2ヨーク35、35と当接するように、第1ケース体18の角孔18cに配置されている。また、第2ヨーク35、35と第3ヨーク36とのよって囲まれた空間には、第3ヨーク36の先端側の面に磁極32の本体側の面が当接するように、巻線31と磁極32とが配置されている。なお、本形態では、第2ヨーク35、35と第3ヨーク36とが別体となっているが、第2ヨーク35、35と第3ヨーク36とが一体で形成されても良い。
The two
図5に示すように、第2ヨーク35、35の先端側の端部と、第1ヨーク34の側面部34b、34bの本体側の端部とは当接しており、第1ヨーク34と第2ヨーク35、35と第3ヨーク36(すなわち、リターンヨーク33)によって、上述のように、一対の磁極32、32を接続する磁路が形成されている。
As shown in FIG. 5, the end of the
一対の磁極32、32の対向面の間に形成される空隙には、図5に示すように、第2ケース体19の一部が配置されるとともに、第2ケース体19に形成された溝部19eが配置されている。具体的には、図4に示すように、磁極32、32の対向面の間に形成される空隙に、不連続変化部19hの径方向の内側部分が配置されている。そのため、電磁石17に生じる磁束は、不連続変化部19hの径方向の内側部分を通過する。すなわち、磁極32、32の対向面の間に形成される空隙には、ポケット部19jの、反回転方向側の径方向の内側部分が配置されているため、電磁石17に生じる磁束は、ポケット部19jの、反回転方向側の径方向の内側部分を通過する。
As shown in FIG. 5, a part of the
本形態では、電磁石17への通電がされていない状態で、回転体13が回転しているときには、図6(A)に示すように、遠心力F1で磁性流体Mがポケット部19jに集まる。すなわち、拡幅部19gの径方向外側部分に磁性流体Mが集まる。
In the present embodiment, when the
また、この状態で、電磁石17を通電状態にすると、図6(B)に示すように、電磁石17の磁力で、ポケット部19jの、反回転方向側の径方向内側部分に磁性流体Mが集まる。すなわち、電磁石17を通電状態にすると、電磁石17の磁力によって、不連続変化部19hの径方向内側部分に磁性流体Mが集まる。
Further, when the
その後再び、電磁石17への通電を停止すると、図6(A)に示すように、ポケット部19jの、反回転方向側の径方向内側部分に集まった磁性流体Mの一部は遠心力F1でそのポケット部19jに集まり、残りの磁性流体Mは慣性力F2で溝部19eに沿って回転方向の下流側に流れ(図6(A)の2点鎖線参照)、回転方向の下流側に位置する他のポケット部19jに集まる。すなわち、不連続変化部19hの径方向内側部分に集まった磁性流体Mの一部が遠心力F1でその不連続変化部19hを構成する拡幅部19gの径方向外側部分に集まり、残りの磁性流体Mは慣性力F2で溝部19eに沿って流れ、回転方向の下流側に位置する他の拡幅部19gの径方向外側部分に集まる。そのため、電磁石17のオンオフによって、3個のポケット部19j間で(3個の拡幅部19g間で)、磁性流体Mを移動させることができる。すなわち、電磁石17のオンオフによって、3個のポケット部19jの(3個の拡幅部19gの)磁性流体Mの割合を変更することができる。また、3個のポケット部19jは(3個の不連続変化部19hは)、3個の電磁石17のそれぞれに対応する位置に形成されている。そのため、個別に電磁石17を駆動することで、各ポケット部19jに(各拡幅部19gに)集める磁性流体Mの量を個別に調整することができる。
Then, when the energization to the
なお、回転体13が停止しているときには、磁性流体Mは、永久磁石25の磁力で、溝部19eの永久磁石25に対応する位置で保持されている。
When the
(回転バランスの調整方法)
図7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。
(Rotation balance adjustment method)
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for adjusting the rotational balance of the
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。
In the machine tool 1 configured as described above, the rotation balance of the
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が回転すると、磁性流体Mは、ポケット部19jに集まる(図6(A)参照)。この状態で、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。
In this embodiment, adjustment of the rotation balance of the
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S9)、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、電磁石17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。
If it is determined in step S3 that adjustment of the rotation balance is not necessary, the rotation of the spindle 4 is stopped (step S9), and the adjustment of the rotation balance of the
その後、電磁石17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、磁性流体Mの量を減らしたいポケット部19jに対応する電磁石17に制御基板21から電気を供給する。電磁石17が通電状態になると、磁性流体Mの量を減らしたいポケット部19jの、反回転方向側の径方向内側部分に磁性流体Mが集まる(図6(B)参照)。
Thereafter, the
その後、電磁石17への通電を停止する(ステップS6)。電磁石17が非通電状態になると、対応するポケット部19jの、反回転方向側の径方向内側部分に集まった磁性流体Mの一部は遠心力F1でそのポケット部19jに集まり、残りの磁性流体Mは慣性力F2で溝部19eに沿って回転方向の下流側に流れ、回転方向の下流側に位置する他のポケット部19jに集まる。
Thereafter, energization to the
その後、再び、回転体13の回転バランスを測定し(ステップS7)、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S8)。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S9)、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。
Thereafter, the rotational balance of the
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態では、回転体13を回転させながら電磁石17を通電状態とし、その後、電磁石17への通電を停止することで、3個のポケット部19j間で(3個の拡幅部19g間で)回転バランスを調整するための磁性流体Mを移動させることができる。また、3個の電磁石17を個別に駆動することで、各ポケット部19j(各拡幅部19gの径方向外側部分)に集める磁性流体Mの量を個別に調整することができる。その結果、磁性流体Mと電磁石17とを用いた構成で、回転精度が要求される主軸4の回転バランスの調整を行うことができる。
(Main effects of this form)
As described above, in this embodiment, the
すなわち、本形態の工作機械1では、磁性流体Mと電磁石17とを利用した構成の簡素化が容易で、小型化や低コスト化が可能なバランス調整装置7が用いられているため、工作機械1の小型化や低コスト化を図ることができる。また、小型化や低コスト化を図りつつ、回転精度が要求される主軸4の回転バランスを回転体13の回転を止めることなく精度良く調整することができる。
That is, in the machine tool 1 of the present embodiment, the
また、本形態の溝部19eは、不連続変化部19hを備え、この不連続変化部19hでは、回転方向で、溝部19eの幅が、狭幅部19hから拡幅部19gへと不連続に(急激に)変化する。そのため、回転体13の回転時には、遠心力F1によってポケット部19jに(拡幅部19gの径方向外側に)集まった磁性流体Mの回転方向下流側への流出が防止され、磁性流体Mをポケット部19jに(拡幅部19gの径方向外側部分に)確実に保持できる。
Further, the
特に、本形態では、電磁石17はいわゆるH型電磁石であり、一対の磁極32、32の間に形成される空隙に、ポケット部19jの、反回転方向の径方向の内側部分が配置されている。そのため、ポケット部19jの、反回転方向の径方向の内側部分に効率良く磁性流体Mを集めることができる。すなわち、磁極32、32の間に形成される空隙に、不連続変化部19hの径方向の内側部分が配置されているため、不連続変化部19hの径方向の内側部分に効率良く磁性流体Mを集めることができる。
In particular, in this embodiment, the
本形態では、反回転方向における狭幅部19fと拡幅部19gとの間で、回転体13の停止時に磁性流体Mを磁力で保持する3個の永久磁石25を備えている。そのため、回転体13の停止時においても回転バランスが調整された状態を維持することができる。すなわち、回転バランスを調整した後の回転体13の停止時において、狭幅部19fと拡幅部19gとの間の永久磁石25に対応する溝部19eの部分で、バランス調整後の所定量の磁性流体Mを保持することができるため、回転体13が再び回転した場合には、対応するポケット部19jに遠心力F1で停止前と同一量の磁性流体Mを集めることができ、回転バランスが調整された状態を再現することができる。特に、本形態では、反回転方向における狭幅部19fと拡幅部19gとの間では、比較的、拡幅部19gに近い位置に永久磁石25が配置されているため、回転バランスが調整された状態を確実に再現することができる。
In this embodiment, three
本形態では、反回転方向で、狭幅部19fから拡幅部19gに向かって溝部19eの幅が径方向の外側に次第に拡がっている。そのため、回転体13の回転時の遠心力F1によって、溝部19の外周側の側面に沿って磁性流体Mを円滑に移動させることができる。その結果、ポケット部19jに磁性流体Mを確実に集めることができる。
In this embodiment, in the counter-rotating direction, the width of the
本形態では、3個の電磁石17が、本体部材16に取り付けられている。また、電磁石17の制御を行う制御基板21も、本体部材16に取り付けられている。そのため、バランス調整装置7をユニット化することが可能になり、バランス調整装置7の取扱いが容易になる。たとえば、主軸4へのバランス調整装置7の着脱が容易になる。
In this embodiment, three
本形態では、1次巻線12と2次巻線28との相互誘導を利用する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、バランス調整装置7と工作機械1の本体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。
In this embodiment, electricity used in the
(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。たとえば、上述した溝部19eが形成された第2ケース体19に代えて、図8に示す円環状の溝部59eが形成された第2ケース体59を用いてバランス調整装置7を構成しても良い。すなわち、図8に示すように、径方向外側に向かって拡がるように略円弧状に、かつ、回転中心に対して120°ピッチで形成された3個のポケット部59jを備える溝部59eが形成された第2ケース体59を用いてバランス調整装置7を構成しても良い。
(Other embodiments)
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the
この第2ケース体59では、溝部59eの内周側の壁面および外周側の壁面が、軸方向から見たときに、回転中心と略同心の円形状となるように形成されている。また、第2ケース体59には、上述した形態の角孔19cおよび一対の貫通孔19d、19dにそれぞれ相当し、電磁石17の一部が配置される角孔59cおよび一対の貫通孔59d、59dが形成され、この角孔59cおよび貫通孔59d、59dが形成された位置に対応するように3個のポケット部59jが形成されている。さらに、一対の磁極32、32の対向面の間に形成される空隙には、ポケット部59jの、反回転方向側の径方向の内側部分が配置されている。そのため、電磁石17に生じる磁束は、ポケット部59jの、反回転方向側の径方向の内側部分を通過する。また、第2ケース体59では、上述した3個の丸孔19kに相当する3個の丸孔59kが、ポケット部59jの、回転方向側の端部に対応する位置に形成され、この3個の丸孔59kに永久磁石25が固定されている。この3個の永久磁石25は、回転体13の停止時に、ポケット部59jの回転方向側の端部で磁性流体Mを保持する機能を果たしている。なお、上述した貫通孔19a、19bに相当する貫通孔が第2ケース体59にも形成されているが、図8では図示を省略している。
In the
図8に示す溝部59eのように、第2ケース体に形成される溝部は、上述した形態の不連続変化部19hに相当する不連続変化部を必ずしも備えていなくても良い。この場合であっても、回転体13を回転させながら電磁石17を通電状態とし、その後、電磁石17への通電を停止することで、3個のポケット部59j間で磁性流体Mを移動させることができる。また、3個の電磁石17を個別に駆動することで、各ポケット部59jに集める磁性流体Mの量を個別に調整することができる。その結果、磁性流体Mと電磁石17とを用いた構成で、回転精度が要求される主軸4の回転バランスの調整を行うことができる。
Like the
また、上述した形態および図8に示す他の形態では、第2ケース体19、59には、ポケット部19j、59jが3個形成され、第2ケース体19には、不連続変化部19hが3個形成されている。この他にもたとえば、第2ケース体19、59に形成されるポケット部19j、59jや不連続変化部19hは2個であっても良いし、4個以上であっても良い。また、磁性流体Mの各ポケット部19j、59j部間の移動が可能であれば、溝部19e、59eは必ずしも円環状に形成されていなくても良い。
Further, in the above-described form and the other form shown in FIG. 8, the
さらに、上述した形態および図8に示す他の形態では、一対の磁極32、32は、軸方向で対向するように配置されている。この他にもたとえば、一対の磁極32、32が径方向で対向するように配置されても良い。また、電磁石17は、H型電磁石には限定されず、たとえば、リターンヨーク33を備えていない電磁石であっても良い。さらに、電磁石は必ずしも一対の磁極を備えている必要はなく、1個の磁極のみを有するものであっても良い。
Furthermore, in the embodiment described above and the other embodiment shown in FIG. 8, the pair of
さらにまた、上述した形態および図8に示す他の形態では、一対の磁極32、32の対向面の間に形成される空隙に、ポケット部19j、59jの、反回転方向側の径方向の内側部分(不連続変化部19hの径方向の内側部分)が配置されている。しかし、磁極32、32の間の空隙に、ポケット部19j、59jの、反回転方向側の径方向の内側部分(不連続変化部19hの径方向の内側部分)が配置されていなくても、少なくともポケット部19j、59jの、反回転方向側の径方向の内側部分(不連続変化部19hの径方向の内側部分)を電磁石17に生じる磁束が通過するように構成すれば、上述した効果を得ることが可能になる。
Furthermore, in the embodiment described above and the other embodiment shown in FIG. 8, the inside of the
また、上述した形態および図8に示す他の形態では、電磁石17は、本体部材16を構成する第2ケース体19、59に取り付けられている。この他にもたとえば、本体部材16とは別の部材に電磁石17を取り付けて、その別の部材を主軸4に固定しても良い。
Further, in the embodiment described above and the other embodiment shown in FIG. 8, the
さらに、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9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9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。
Further, in the embodiment described above, one
さらにまた、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。
Furthermore, with the form mentioned above, the electricity used by the
また、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。
In the above-described embodiment, the
1 工作機械
4 主軸(回転軸)
6 本体フレーム(本体)
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 本体部材
17 電磁石
19、59 第2ケース体
19e、59e 溝部
19f 狭幅部
19g 拡幅部
19h 不連続変化部
19j、59j ポケット部
21 制御基板
25 永久磁石
28 2次巻線
31 巻線
32 磁極
33 リターンヨーク
F1 遠心力
M 磁性流体
1 Machine tool 4 Spindle (Rotating shaft)
6 Body frame (body)
7 Rotating body
Claims (9)
上記回転体の回転軸の軸方向を深さ方向として、上記回転体の円周方向に沿って上記本体部材に環状に形成されると共に、上記回転軸の径方向の外側に向かって複数のポケット部が形成されている溝部と、
上記回転バランスを調整するために上記溝部に注入された磁性流体と、
上記溝部のうち上記ポケット部よりも上記回転体の円周方向に沿って一方側に進行する部位であって上記溝部のうち上記ポケット部よりも径方向の内側となる部位を少なくとも一部分が通過する磁束を発生させることにより、上記溝部内の上記磁性流体の動きを制御可能とする複数の電磁石と、
を具備し、
上記磁束の発生により、上記磁性流体の一部が上記円周方向に沿う一方側に進行してそれまで収納されていた上記ポケット部から離れ、
その離れた後における上記回転体が回転させられる際の力の作用により、上記磁性流体はそれまで収納されていた上記ポケット部に対して上記円周方向の一方側において隣り合う上記ポケット部に移動する、
ことを特徴とする回転体のバランス調整装置。 In a balance adjustment device for a rotating body that includes a main body member fixed to the rotating body and adjusts the rotation balance of the rotating body,
As the depth direction in the axial direction of the rotation axis of the rotating body, the rotating body along a circumferential direction of an annular shape on the body member Rutotomoni, multiple toward the outside in the radial direction of the rotary shaft pockets A groove part in which the part is formed ,
A magnetic fluid injected into the groove to adjust the rotational balance;
At least a part of the groove portion is a portion that progresses to one side along the circumferential direction of the rotating body from the pocket portion and that is radially inward of the pocket portion of the groove portion. A plurality of electromagnets capable of controlling the movement of the magnetic fluid in the groove by generating magnetic flux ;
Comprising
Due to the generation of the magnetic flux, a part of the magnetic fluid travels to one side along the circumferential direction and leaves the pocket portion that has been stored so far.
The magnetic fluid moves to the adjacent pocket portion on one side in the circumferential direction with respect to the pocket portion that has been stored so far due to the action of force when the rotating body is rotated after the separation. To
The balance adjustment apparatus of the rotary body characterized by the above-mentioned.
上記回転体の回転軸の軸方向を深さ方向として、上記回転体の円周方向に沿って上記本体部材に環状に形成されると共に、所定の幅に形成された狭幅部、この狭幅部よりも上記回転軸の径方向の外側に向かって幅が拡がるように形成された拡幅部、および上記狭幅部と上記拡幅部との間に位置すると共に上記円周方向における他の部分よりも幅が急激に変化する不連続変化部とをそれぞれ複数備える溝部と、
上記回転バランスを調整するために上記溝部に注入された磁性流体と、
上記溝部のうち上記不連続変化部または当該不連続変化部よりも上記回転体の円周方向に沿って一方側に進行する部位を少なくとも一部が通過する磁束を発生させることにより、上記溝部内の上記磁性流体の動きを制御する複数の電磁石と、
を具備し、
上記磁束の発生により、上記磁性流体の一部が上記不連続変化部に向かって上記円周方向に沿う一方側に進行してそれまで収納されていた上記拡幅部から離れ、
その離れた後における上記回転体が回転させられる際の力の作用により、上記磁性流体はそれまで収納されていた上記拡幅部に対して上記円周方向の一方側において隣り合う上記拡幅部に移動する、
ことを特徴とする回転体のバランス調整装置。 In a balance adjustment device for a rotating body that includes a main body member fixed to the rotating body and adjusts the rotation balance of the rotating body,
The axial direction of the rotation axis of the rotating body as a depth direction along the circumferential direction of the rotary body is formed annularly on the main body member Rutotomoni, narrow portion formed in a predetermined width, the narrow Than the other portion in the circumferential direction and located between the narrow portion and the widened portion, and the widened portion formed so that the width is wider toward the outside in the radial direction of the rotating shaft than the portion Groove portions each having a plurality of discontinuous change portions whose widths change rapidly ,
A magnetic fluid injected into the groove to adjust the rotational balance;
By generating a magnetic flux in which at least a part passes through the discontinuous change portion of the groove portion or a portion that advances to the one side along the circumferential direction of the rotating body from the discontinuous change portion. A plurality of electromagnets for controlling the movement of the magnetic fluid;
Comprising
Due to the generation of the magnetic flux, a part of the magnetic fluid moves toward the one side along the circumferential direction toward the discontinuous change portion and leaves the widened portion that has been stored so far.
The magnetic fluid moves to the adjacent widened portion on one side in the circumferential direction with respect to the widened portion that has been stored so far due to the action of the force when the rotating body is rotated after the separation. To
The balance adjustment apparatus of the rotary body characterized by the above-mentioned.
上記空隙に、前記溝部のうち前記不連続変化部または当該不連続変化部よりも前記回転体の円周方向に沿って一方側に進行する部位が配置されていることを特徴とする請求項2記載の回転体のバランス調整装置。 The electromagnet has two windings for generating magnetic flux, a pair of the two windings wound around each other, and a pair of magnetic poles facing each other through a gap and connecting the pair of magnetic poles to form a magnetic path An H-type electromagnet including a return yoke that
3. The discontinuous change portion of the groove portion or a portion that advances to one side along the circumferential direction of the rotating body from the discontinuous change portion is disposed in the gap. The rotating body balance adjusting device as described.
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8記載の工作機械。 A non-contact power generation mechanism that generates power using mutual induction between a primary winding attached to the main body of the machine tool and a secondary winding attached to the main body member;
9. The machine tool according to claim 8, wherein the power generation mechanism generates electricity used in the balance adjustment device for the rotating body.
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