JP5994184B2 - マスセンタリングマシンおよびロータ保持装置 - Google Patents

Description

この発明は、ロータの慣性主軸位置を計測するマスセンタリングマシン、および、マスセンタリングマシンのためのロータ保持装置に関する。

非特許文献１に、この発明に関連する先行技術が開示されている。
すなわち、非特許文献１において、その図４・４０にマスセンタリングマシンの構造の原理が示されている。この原理を、図９に示す。
図９を参照して、マスセンタリングマシンの回転枠４の中にクランクシャフト５を装着し、クランクシャフト５を回転枠に固定された４個のローラー１６で保持する例が示されている。このローラーのうち２つのローラーは、回転枠のスリップリングを介して接続されたサーボモータによって出入りできるようになっており、これに対向するローラーは、ばねでクランク軸を押しつけている。

しかし、このロータ保持装置は、構造が複雑であり、クランクシャフトの保持部の径にばらつきが発生すると、ロータ保持装置の不釣合い状態も変化し、正確な慣性主軸位置の計測ができない恐れがあるという欠点を有する。
特許文献１には、先行技術としてのマスセンタリングマシンが開示されている。
特許文献１に開示されたマスセンタリングマシンにおいても、クランプは、その一端側を支点に揺動し、その他端側に設けられたクランプ爪によりロータをクランプする構成である。

このため、ロータの直径が変化した場合には、クランプの揺動角度が変化し、クランプの重心位置が変化するので、クランプの重心位置の変化をマスセンタリングマシンの初期値に反映させるように、計測データを修正する必要があった。

特許第３４３２４２９号公報

書籍「回転機械のつりあわせ」

この発明は、上述した背景技術における欠点を解消するためになされたものであり、マスセンタリングマシンにおいて、測定対象であるロータの保持部の径にばらつきが生じても、ロータ保持装置によりロータの保持部を確実に保持することができ、しかもロータの保持部の径のばらつきによりロータ保持装置の重心位置が変化することなく、ロータを保持することのできるマスセンタリングマシンのためのロータ保持装置を提供することを主たる目的とする。

この発明は、また、シンプルな構造で、重心位置が変化することなく、ロータを保持することのできるロータ保持装置を提供することを他の目的とする。
この発明は、さらに、重心位置の変化しないロータ保持装置を備えたマスセンタリングマシンを提供することを他の目的とする。

上記課題を解決するための請求項１記載の発明は、ロータの慣性主軸位置を計測するマスセンタリングマシンのためのロータ保持装置であって、回転盤に取り付けられるロータ受け部と、前記ロータ受け部で受けられたロータをクランプするためのクランプユニットとを備え、前記クランプユニットは、前記回転盤の盤面に直交方向に設けられたクランプシャフトと、前記クランプシャフトの軸心上に重心が存在しており、前記クランプシャフトを中心に揺動可能に設けられ、一端にクランプ爪を有するクランプレバーと、前記クランプシャフトに組み込まれ、前記クランプシャフトの軸心上に重心が存在しており、前記クランプレバーのクランプ爪が前記ロータをクランプできるように、前記クランプレバーに対して予め定める揺動方向への所定の弾性力を付与するためのばね構造と、を含むことを特徴とする、マスセンタリングマシンのためのロータ保持装置である。

請求項２記載の発明は、前記ばね構造は、前記クランプシャフトに対して外嵌され、一端が前記クランプレバーに固定され、他端が前記回転盤に固定されて、前記所定の弾性力を生じるように捩じられたコイルばねを含むことを特徴とする、請求項１記載のロータ保持装置である。
請求項３記載の発明は、前記ばね構造は、前記クランプシャフトと同心上に延びる複数枚の板ばねを含み、当該各板ばねの一端は前記クランプレバーに固定され、他端は前記回転盤に固定されて、前記所定の弾性力を生じるように捩じられている板ばね群を含むことを特徴とする、請求項１記載のロータ保持装置である。

請求項４記載の発明は、前記ばね構造は、前記クランプシャフトと同心上に延びる複数の棒状ばねを含み、当該各棒状ばねの一端は前記クランプレバーに固定され、他端は前記回転盤に固定されて、前記所定の弾性力を生じるように捩じられている棒状ばね群を含むことを特徴とする、請求項１記載のロータ保持装置である。
請求項５記載の発明は、振動枠と、前記振動枠上に設けられ、心出しすべきロータの左右両側を把持して同期回転する一対の回転盤を含み、前記一対の回転盤において、請求項１〜４のいずれかに記載のロータ保持装置が設けられていることを特徴とする、マスセンタリングマシンである。

この発明によれば、ロータ保持装置に備えられたクランプユニットにおいて、クランプレバーの重心位置をクランプレバーの回動中心（揺動中心）に一致させるとともに、クランプレバーの回動中心部（クランプシャフト）に、クランプレバーに対してロータ保持力を発生させるためのばね構造を組み込んだ構成を有する。これにより、クランプレバーの回動角度位置やばねの形状が変化しても、クランプレバーおよびばねの不釣合いが変化しにくいロータ保持装置を実現できる。

このため、このロータ保持装置を使用することにより、簡単な構造で、ロータの慣性主軸位置の計測が正確にできるマスセンタリングマシンを実現することができる。
ばね構造としては、コイルばね、板ばね、棒状ばね等を用いることが可能である。

図１は、この発明の一実施形態に係るマスセンタリングマシン１０の正面図である。 図２は、図１に示すマスセンタリングマシンにおいて、回転盤２５を前面側から見た図であり、一対のスライドプレート３１、３２が離反位置の状態の図である。 図３は、図１に示すマスセンタリングマシンにおいて、回転盤２５を前面側から見た図であり、一対のスライドプレート３１、３２が近接位置の状態の図である。 図４は、図２および図３を参照して説明した回転盤２５およびクランプユニットを上方から見た平面図である。 図５は、クランプレバー１０２を解放状態とするための外部装置の一例を説明するための図である。 図６は、クランプユニット２８の他の構成例を示す図解的な部分正面図である。 図７は、図６に示すクランプユニット２８の構成を側面側から見た図解的な図である。 図８は、板ばね群１２０の構成例を示す斜視図である。 図９は、非特許文献１の図４・４０に記載の図である。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明をする。
図１は、この発明の一実施形態に係るマスセンタリングマシン１０の正面図である。マスセンタリングマシン１０は、基台１１上に複数のばね１２によって支持された振動枠１３を有する。振動枠１３上には、左右に、左架台１４および右架台１５が備えられている。左架台１４および右架台１５は、左右対称な構造をしており、両者は実質的に同一の構成となっている。

すなわち、左架台１４および右架台１５は、振動枠１３の左側上面に設けられたガイドレール１６および振動枠１３の右側上面に設けられたガイドレール１６上に搭載されており、それぞれ、左右方向にスライド移動可能で、任意の位置に位置決め固定できるようになっている。
左架台１４および右架台１５は、それぞれ、ガイドレール１６と係合するベース１７と、ベース１７上に設けられたスピンドルユニット１８と、スピンドルユニット１８の後部に取り付けられて上方へ延びる垂直フレーム１９と、垂直フレーム１９の上部に取り付けられたモータ２０とを有している。そして、モータ２０の回転力は、モータ側プーリ２１からベルト２２を介してスピンドル側プーリ２３へ伝達され、スピンドルユニット１８内を左右方向に水平に延びるスピンドル２４を回転させることができる。

スピンドルユニット１８の先端側から突出するスピンドル２４の先端部には、スピンドル２４によって回転される回転盤２５が備えられている。
回転盤２５の前方面側、すなわち互いに対向する前面側には、心出しされるべきロータ２６、たとえば鋳造あるいは鍛造にて一体形成されたエンジン用のクランクシャフト２６の端部を受け取めるための軸受けユニット２７、および、軸受けユニット２７で受け取められた回転体（たとえばクランクシャフト）２６の端部を軸受けユニット２７方向へ押さえつけて固定するためのクランプユニット２８が設けられている。

マスセンタリングマシン１０では、心出しされるべきロータ（たとえばクランクシャフト）２６の一端（左端部）が左架台１４の回転盤２５に備えられた軸受けユニット２７に乗せられ、また、その他端（右端部）が右架台１５の回転盤２５に備えられた軸受けユニット２７に乗せられる。そして各回転盤２５に設けられたクランプユニット２８でクランプされる。

この状態で左架台１４および右架台１５の各モータ２０が同期回転され、それによって左右の架台１４、１５の各スピンドルユニット１８のスピンドル２４が同期回転し、左架台１４の回転盤２５および右架台１５の回転盤２５が同期回転する。つまり、ロータ（クランクシャフト）２６は、その両端部が一対の回転盤２５に把持され、一対の回転盤２５とともに回転される。

図１においては、理解の便宜のため、一体的に回転される要素を薄いグレーに着色している。
このとき、ロータ（クランクシャフト）２６の慣性中心と回転中心とにずれがある場合は、そのずれ量に比例した不釣合いが生じて、振動枠１３が振動する。振動枠１３の振動は、図示しない振動検出器（ピックアップ）で検出され、ロータ（クランクシャフト）２６の慣性中心と回転中心のずれ量が測定できる。

図２は、図１に示すマスセンタリングマシン１０において、回転盤２５を前面側から見た図である。回転盤２５には、前述したように、ロータ受け部としての軸受けユニット２７と、軸受けユニット２７で受けられたロータ２６をクランプするためのクランプユニット２８とが備えられている。回転盤２５を正面から見ると、左右に一対のクランプユニット２８が備えられている。

軸受けユニット２７は、この実施形態では一対のスライドプレート３１、３２を有しており、一対のスライドプレート３１、３２の上部に、Ｖ字形に対向するように配置された一対の軸受け片３３、３４が備えられている。そして、軸受け片３３、３４の先端縁によって心出しすべきロータ２６の軸端部が受け取められる。
この実施形態では、軸受けユニット２７は、一対のスライドプレート３１、３２が、その中央部に設けられた偏心カム４０の作用により、左右にスライド変位可能にされている。

そして、一対のスライドプレート３１、３２が互いに外側へスライドした図２に示す状態では、相対的に太い軸径のロータ２６を受け取めることができる。
また、一対のスライドプレート３１、３２が中心側へスライド移動した図３に示す状態では、軸受けユニット２７の一対の軸受け片３３、３４により、相対的に細い軸径のロータ２６を受け取めることができる。

なお、この軸受けユニット２７では、一対のスライドプレート３１、３２が、図２に示す外側に広がった離反位置の状態でも、図３に示す内側に縮まった近接位置の状態でも、軸受けユニット２７の重心は、回転盤２５上において変化しないようにされている。これにより、一対のスライドプレート３１、３２をスライド移動させても、それが回転盤２５の回転中の質量中心に影響を与えることなく、軸径の異なるロータ（クランクシャフト）２６の質量中心の測定に良好に対処できるという利点を有している。

図２および図３を参照して、クランプユニット２８は、回転板２５の盤面に直交方向に設けられたクランプシャフト１０１と、クランプシャフト１０１の先端側に取り付けられたクランプレバー１０２とを有している。クランプレバー１０２は、その一端（ロータ２６の軸心に対向する側の端部）に、クランプ爪１０３が設けられている。クランプ爪１０３を含むクランプレバー１０２の重心は、クランプシャフト１０１の軸心と一致するように構成されている。これにより、クランプシャフト１０１を中心にクランプレバー１０２が揺動しても、クランプレバー１０２の揺動位置の変化は、回転盤２５上におけるクランプレバー１０２の重心位置を変化させず、回転盤２５の回転中の質量中心に影響を与えることがないようにされている。

クランプユニット２８には、さらに、クランプシャフト１０１に組み込まれたばね構造１０４が設けられている。ばね構造１０４は、その重心がクランプシャフト１０１の軸心上に存在しており、クランプレバー１０２のクランプ爪１０３が、ロータ２６をクランプできるように、クランプレバー１０２に対して矢印Ａ１方向に回動（揺動）させるための弾性力を付与している。

従って、図２に示すようにロータ２６の軸径が相対的に大きな場合であっても、図３に示すようにロータ２６の軸径が相対的に小さな場合であっても、クランプレバー１０２には、ばね構造により、矢印Ａ１方向の回動力が付与されており、ロータ２６の軸径の大小にかかわらず、クランプ爪１０３がロータ２６の回転軸を確実にクランプし得る。
図４は、図２および図３を参照して説明した回転盤２５およびクランプユニット２８を上方から見た平面図で、一部は断面構造で示されている。

図４を参照して、クランプユニット２８についてさらに説明する。
回転盤２５には、左右両側に、回転盤２５の盤面に対して直交方向に延びるクランプシャフト１０１が設けられている。クランプシャフト１０１は、回転盤２５に対して回転可能に設けられている。回転盤２５の前面側には、クランプシャフト１０１が回転盤２５に対して回転し得るように保持する軸受け１０５が備えられている。クランプシャフト１０１の先端には、クランプレバー１０２が固定されている。クランプレバー１０２はクランプシャフト１０１を中心に回動（揺動）し得る。

回転盤２５の裏面側には、クランプシャフト１０１を外嵌するように、クランプシャフト１０１と同心にばね案内管１０６が設けられている。ばね案内管１０６の後端にはフランジ板１０７が固定され、フランジ板１０７から後方へ突出するクランプシャフト１０１の後端部にはナット１０８が嵌められている。これにより、回転盤２５の裏面側において、クランプシャフト１０１と一体にばね案内管１０６、フランジ板１０７およびナット１０８が回動し得る。

そして、コイルばね１０９が所定の隙間を開けてばね案内管１０６に外嵌されている。コイルばね１０９の先端は、回転盤２５の裏面側に形成されたばね固定孔１１０に嵌合され、固定されている。また、コイルばね１０９の後端は、フランジ板１０７に設けられたばね固定孔１１１に挿入されて固定されている。
コイルばね１０９は、クランプシャフト１０１を介してクランプレバー１０２に矢印Ａ１方向へ回動（揺動）するように、所定の弾性力を発生している。そしてクランプレバー１０２が、図２に示す状態または図３に示す状態のように、クランプ爪１０３がロータ２６の周面をクランプして軸受け片３３、３４方向に押しつけた状態において、コイルばね１０９の形状がばね案内管１０６に沿って一定となり、コイルばね１０９の重心がクランプシャフト１０１の重心と一致するように調整されている。

図２または図３に示すように、軸受けユニット２７の一対の軸受け片３３、３４にロータ２６が乗せられ、一対のクランプユニット２８により、一対の軸受け片３３、３４で受けられたロータがクランプされた状態において、回転盤２５が回転され、ロータ２６の慣性主軸位置が計測される。
ロータ２６の慣性主軸の位置が計測された後、マスセンタリングマシン１０からロータ２６が取り外される。その場合には、クランプレバー１０２に外部装置から外力を加えて、クランプレバー１０２を揺動させて、ロータ２６を取り外し可能な解放状態とする必要がある。

図５に、クランプレバー１０２を解放状態とするための外部装置の一例を示す。
外部装置１１２は、支軸１１３を中心に回動する操作アーム１１４および作用アーム１１５を備えている。作用アーム１１５の先端には作用コロ１１６が備えられている。操作アーム１１４をＢ１の位置からＢ２の位置へ操作することにより、支軸１１３を中心に作用アーム１１５が矢印Ａ２方向へ動き、クランプレバー１０２の後端部１１７を押す。これにより、クランプレバー１０２は二点鎖線で示すロータ２６をクランプしている状態から矢印Ａ３方向へ揺動し、ロータ２６のクランプを解除して、ロータ２６を取り外せる解放状態になる。

外部装置１１２は、図１における振動枠１３上ではなく、振動枠１３の近傍に、振動枠１３とは別の支持部材で支持された状態で設けるのが望ましい。
図６は、クランプユニット２８の他の構成例を示す図解的な部分正面図である。また、図７は、図６に示すクランプユニット２８の構成を側面側から見た図解的な図である。
図６および図７を参照して、この実施形態のクランプユニット２８は、クランプレバー１０２に対して所定のクランプ力を付与するためのばね構造として、先の実施例のようなコイルばね１０９ではなく、板ばね群（積層した板ばねの集合体）１２０を用いた例である。

クランプユニット２８は、回転盤２５の盤面に直交方向に設けられ、回転盤に対して回転可能に取り付けられたクランプシャフト１０１を有している。この実施形態では、クランプシャフト１０１には、軸方向に延びるたとえば断面形状が正方形の孔１２５が形成されている。そして、クランプシャフト１０１内の孔１２５には、板ばね群１２０が収められている。

板ばね群１２０は、図８に示すように、複数枚の板ばね１２０ａ〜１２０ｅが重ね合わせて束ねられた板ばねの積層体である。
クランプシャフト１０１およびその中心部に内挿された板ばね群１２０は、クランプレバー１０２とその先端部１２１において、たとえば図示しないピンにより固定されている。

また、回転盤２５から後方へ突出するクランプシャフト１０１の後端部は、回転盤２５の裏面側に固定されたクランプレバー受け部１２２により、図示しない軸受けを介して回転可能に保持されている。
さらに、クランプシャフト１０１の中心部を貫通する板ばね群１２０の後端部は、板ばね固定部１２３と連結されており、板ばね固定部１２３は、ロータ２６が軸受けユニット２７に受け取められた状態において、クランプレバー１０２が矢印Ａ１方向に一定のモーメントを生じ、クランプ爪１０３がロータ２６を軸受けユニット２７方向に押しつけることのできるように、板ばね群１２０が軸回りに捩じられた状態で、クランプレバー受け部１２２と板ばね固定部１２３とが取り付けられている。

この結果、軸受けユニット２７に受け取められたロータ２６に対し、クランプレバー１０２は、板ばね群１２０が生じる捩じりモーメント力でクランプ爪１０３によりクランプレバー１０２がロータ２６を軸受けユニット２７に押しつける力を生じる。
なおこの実施例においても、クランプシャフト１０１の回転中心と、クランプシャフト１０１に板ばね群１２０が内挿されたものの重心とが一致しており、クランプユニット２８およびばね構造１０４の重心が、クランプレバー１０２の揺動状態の変化により変化することはない。

上述の実施形態では、クランプシャフト１０１の軸方向中央部に、図８に示すような板ばね群１２０を内挿する構成を説明した。しかし、板ばね群１２０に代えて、棒状ばね群をクランプシャフト１０１の中心部に内挿し、棒状ばね群によりクランプシャフト１０１に対して軸回りの捩じり弾性力が働く構成としてもよい。
この発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

１０ マスセンタリングマシン
１１ 基台
１２ ばね
１３ 振動枠
１４ 左架台
１５ 右架台
１６ ガイドレール
１７ ベース
１８ スピンドルユニット
１９ 垂直フレーム
２０ モータ
２１ モータ側プーリ
２２ ベルト
２３ スピンドル側プーリ
２４ スピンドル
２５ 回転盤
２６ 回転体
２７ 軸受けユニット
２８ クランプユニット
１０１ クランプシャフト
１０２ クランプレバー
１０３ クランプ爪
１０４ ばね構造
１０５ 軸受け
１０６ ばね案内管
１０７ フランジ板
１０８ ナット
１０９ コイルばね
１１０、１１１ ばね固定孔
１１２ 外部装置
１１３ 支軸
１１４ 操作アーム
１１５ 作用アーム
１１６ 作用コロ
１１７ 後端部
１２０ 板ばね群
１２１ 先端部
１２２ クランプレバー受け部
１２３ 板ばね固定部

Claims (5)

1. ロータの慣性主軸位置を計測するマスセンタリングマシンのためのロータ保持装置であって、
   回転盤に取り付けられるロータ受け部と、前記ロータ受け部で受けられたロータをクランプするためのクランプユニットとを備え、
   前記クランプユニットは、
   前記回転盤の盤面に直交方向に設けられたクランプシャフトと、
   前記クランプシャフトの軸心上に重心が存在しており、前記クランプシャフトを中心に揺動可能に設けられ、一端にクランプ爪を有するクランプレバーと、
   前記クランプシャフトに組み込まれ、前記クランプシャフトの軸心上に重心が存在しており、前記クランプレバーのクランプ爪が前記ロータをクランプできるように、前記クランプレバーに対して予め定める揺動方向への所定の弾性力を付与するためのばね構造と、
   を含むことを特徴とする、マスセンタリングマシンのためのロータ保持装置。
2. 前記ばね構造は、
   前記クランプシャフトに対して外嵌され、一端が前記クランプレバーに固定され、他端が前記回転盤に固定されて、前記所定の弾性力を生じるように捩じられたコイルばねを含むことを特徴とする、請求項１記載のロータ保持装置。
3. 前記ばね構造は、
   前記クランプシャフトと同心上に延びる複数枚の板ばねを含み、当該各板ばねの一端は前記クランプレバーに固定され、他端は前記回転盤に固定されて、前記所定の弾性力を生じるように捩じられている板ばね群を含むことを特徴とする、請求項１記載のロータ保持装置。
4. 前記ばね構造は、
   前記クランプシャフトと同心上に延びる複数の棒状ばねを含み、当該各棒状ばねの一端は前記クランプレバーに固定され、他端は前記回転盤に固定されて、前記所定の弾性力を生じるように捩じられている棒状ばね群を含むことを特徴とする、請求項１記載のロータ保持装置。
5. 振動枠と、
   前記振動枠上に設けられ、心出しすべきロータの左右両側を把持して同期回転する一対の回転盤を含み、
   前記一対の回転盤において、請求項１〜４のいずれかに記載のロータ保持装置が設けられていることを特徴とする、マスセンタリングマシン。