JP6998039B2 - 不釣合い測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、回転する被試験体の動不釣合いを測定する不釣合い測定装置に関する。

下記特許文献１の不釣合い測定装置は、振動枠と、振動枠に設けられた支持ローラ対および補助ローラと、制御部とを含む。支持ローラ対は、２つのローラ上に被試験体を載せて回転自在に支持する。補助ローラは、被試験体の回転軸に対して水平方向に所定角度傾いた回転軸を中心に回転可能である。補助ローラは、支持ローラ対によって支持された被試験体に接し、被試験体の回転に伴って回転する。制御部は、補助ローラが被試験体に接する接触力を制御することによって、回転中の被試験体の回転軸方向の位置を一定の位置に制御する。これにより、回転中の被試験体が回転軸方向に流れることを抑制して、不釣合い測定の精度向上を図ることができる。

特開２０１４－２２８４１７号公報

特許文献１の不釣合い測定装置では、回転中の被試験体の回転軸方向の位置を一定の位置に制御するために、補助ローラの接触力を発生させるためのシリンダ、支持部材およびリンク等を設け、制御部によってシリンダを駆動して接触力の大きさを制御する必要がある。これでは、部品点数が増えて構成が複雑になる。

この発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、シンプルな構成によって、回転中の被試験体の回転軸方向の位置を一定の位置に制御できる不釣合い測定装置を提供することを目的とする。

本発明は、ベース（３）と、前記ベースによって振動可能に支持された振動枠（４）と、互いの外周面（１１Ａ）が対向するように並んで配置された回転可能な２つの支持ローラ（１１）を少なくとも１組有して前記振動枠に設けられ、被試験体（２）を前記２つの支持ローラに跨って載るように支持する支持部（６）と、前記支持部によって支持された被試験体を回転させる回転駆動部（７）と、前記支持部によって支持された被試験体の回転軸方向（Ｘ）における一方側（Ｘ１）から当該被試験体にエア（Ａ）を噴射する噴射部（８）と、前記支持部によって支持された被試験体を前記噴射部へ向けて付勢する付勢部（１０）と、を含む、不釣合い測定装置（１）である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。

この構成によれば、噴射部が被試験体の回転軸方向における一方側から当該被試験体にエアを噴射した状態で、付勢部が当該被試験体を噴射部へ向けて付勢すると、当該被試験体は、噴射部からのエアの圧力と付勢部による付勢力とが釣り合った位置で、回転軸方向において位置決めされる。このようにエアの圧力と付勢力とを用いたシンプルな構成によって、回転中の被試験体の回転軸方向の位置を一定の位置に制御できる。

また、本発明は、前記付勢部は、横軸（Ｊ４）まわりに回転可能かつ縦軸（Ｊ３）まわりの位置調整が可能な補助ローラ（１９）であって、前記支持部によって支持された被試験体の回転軸（Ｊ２）と前記横軸とが平面視で交差した状態において当該被試験体に接して当該被試験体の回転に伴って回転する補助ローラを含むことを特徴とする。

この構成によれば、補助ローラが、被試験体の回転軸と平面視で交差した横軸まわりに当該被試験体に接しながら回転すると、補助ローラが被試験体に接する力の少なくとも一部は、付勢部の付勢力として、被試験体に対して回転軸方向に作用する。これにより、被試験体を噴射部へ向けて付勢することができる。また、補助ローラを縦軸まわりに位置調整することにより付勢力の大きさを調整できるので、噴射部からのエアの圧力と釣り合う大きさの付勢力を容易に発生させることができる。

また、本発明は、前記付勢部は、前記２つの支持ローラを縦軸（Ｊ５）まわりに回動させる回動駆動部（２０）を含むことを特徴とする。

この構成によれば、回動駆動部が、被試験体を載せた２つの支持ローラを縦軸まわりに回動させると、これらの支持ローラの回転軸が、被試験体の回転軸と平面視で交差する。この状態で支持ローラが回転すると、支持ローラが被試験体に接する力の少なくとも一部は、付勢部の付勢力として、被試験体に対して回転軸方向に作用する。これにより、被試験体を噴射部へ向けて付勢することができる。また、支持ローラを縦軸まわりに位置調整することにより付勢力の大きさを調整できるので、噴射部からのエアの圧力と釣り合う大きさの付勢力を容易に発生させることができる。

また、本発明は、前記不釣合い測定装置が、前記支持部によって支持された被試験体に前記回転軸方向における他方側（Ｘ２）から対向する対向部（９）をさらに含むことを特徴とする。

この構成によれば、被試験体を回転軸方向において位置決めしている途中において、付勢部による付勢力が噴射部からのエアの圧力よりも弱い段階では、被試験体が、エアの圧力によって回転軸方向における他方側へ流れようとする。この場合、対向部が被試験体の先に位置するので、被試験体が他方側へ流れて支持部から外れることを対向部によって防止できる。

図１は、この発明の一実施形態に係る不釣合い測定装置の模式的な斜視図である。 図２は、不釣合い測定装置の模式的な平面図である。 図３は、変形例に係る不釣合い測定装置の模式的な平面図である。

以下では、この発明の実施形態について詳細に説明をする。図１は、この発明の一実施形態に係る不釣合い測定装置１を正面右側から見た模式的な斜視図である。図２は、不釣合い測定装置１の模式的な平面図である。不釣合い測定装置１は、横になった被試験体２の動不釣合いを測定する横型のバランシングマシンであり、被試験体２として、ロータやクランクシャフト等の回転体が挙げられる。不釣合い測定装置１は、ベース３と、振動枠４と、ばね５と、支持部６と、回転駆動部７と、噴射部８と、対向部９と、付勢部１０とを主に含む。

ベース３は、床面等に固定されている。振動枠４は、ベース３の真上に配置されている。ばね５は、上下に延びる板状または棒状であり、振動枠４とベース３との間に架設されている。これにより、振動枠４は、ばね５を介してベース３によって水平方向へ振動可能に支持されている。

支持部６は、振動枠４の上面に設けられている。支持部６は、単数または複数存在し、この実施形態では、支持部６Ａおよび支持部６Ｂという２つの支持部６が、左右に並んでいる。各支持部６は、２つの支持ローラ１１を少なくとも１組（この実施形態では１組だけ）有している。支持ローラ１１は、駆動力を受けないフリーローラである。１つの組における２つの支持ローラ１１は、互いの外周面１１Ａが対向し、かつ、互いの回転軸Ｊ１（図２参照）が平行になるように前後に並んで配置されている。各支持部６において２つの支持ローラ１１の組が複数組ある場合には、これらの組は、左右に並んで配置される。支持部６は、支持ローラ１１を支持したホルダ１２も有する。ホルダ１２によって支持された各支持ローラ１１は、回転軸Ｊ１まわりに回転可能であり、各支持ローラ１１の上部は、ホルダ１２から上側へはみ出している。支持ローラ１１の径方向から見たときの外周面１１Ａは、径方向外側へ凸湾曲している（図２参照）。

被試験体２は、各支持部６における２つの支持ローラ１１に跨るように載せられることにより、各支持部６によって支持される。各支持部６によって支持された被試験体２の外周面２Ａは、各支持部６の２つの支持ローラ１１における凸湾曲した外周面１１Ａに上から点接触している。この状態における被試験体２は、各支持ローラ１１によって回転自在に支持されている。被試験体２の回転軸Ｊ２は、被試験体２の中心を通って左右に延び、各支持ローラ１１の回転軸Ｊ１と平行となっている（図２参照）。回転軸Ｊ２の延びる左右方向を、回転軸方向Ｘという。この実施形態では、右側が回転軸方向Ｘにおける一方側Ｘ１であり、左側が回転軸方向Ｘにおける他方側Ｘ２である。

回転駆動部７は、モータ１３と、ベルト１４とを含む。モータ１３は、例えば振動枠４の下面に固定されている。ベルト１４は、モータ１３の出力軸１３Ａと、各支持部６によって支持された被試験体２の外周面２Ａとの間に掛け回されている。振動枠４には、ベルト１４を通す穴４Ａが形成されている。

マイクロコンピュータ等で構成されて不釣合い測定装置１に備えられた制御部（図示せず）が、モータ１３が駆動させると、各支持部６によって支持された被試験体２が、モータ１３の駆動に伴って周回移動するベルト１４によって、回転軸Ｊ２まわりに回転される。その際に生じた振動枠４の振動が、不釣合い測定装置１に備えられた振動ピックアップ（図示せず）によって検出され、制御部は、振動ピックアップの検出出力に基づいて、被試験体２の動不釣合いを算出する。これにより、不釣合い測定装置１において、被試験体２の動不釣合いが測定される。

噴射部８は、エアーホース１５を介して圧縮空気源（図示せず）に接続されたエアーノズルであって、その先端の噴射口８Ａから圧縮空気を噴射することができる。噴射部８は、各支持部６によって支持された被試験体２よりも右側に配置されるように、ステー１６を介して振動枠４の上面の右端部に固定されている。噴射口８Ａは、被試験体２の右端面２Ｂに右側から臨んでいる。

対向部９は、例えばＬ字状に折り曲げられた金属板であって、振動枠４の上面の左端部に固定されている。対向部９において振動枠４の上面から立ち上がった部分は、各支持部６によって支持された被試験体２の左端面２Ｃに、間隔を隔てて左側から対向している。

付勢部１０は、アーム１７と、回動部１８と、補助ローラ１９とを含む。アーム１７は、上下に延びる縦アーム１７Ａと、縦アーム１７Ａの上端部から前側へ延びる横アーム１７Ｂとを有する。縦アーム１７Ａの下端部は、振動枠４または支持部６（この実施形態では右の支持部６Ｂ）のホルダ１２に連結されている。この状態では、付勢部１０の全体は、縦アーム１７Ａの下端部を中心として前後に回動可能である。図１において実線で示した付勢部１０は、セット位置にあり、図１において点線で一部を示した付勢部１０は、セット位置から後退した解除位置にある。

回動部１８は、横アーム１７Ｂの前端から下側へ延びている。横アーム１７Ｂの前端によって支持された回動部１８は、その中心を通る縦軸Ｊ３まわりに回動可能である。補助ローラ１９は、回動部１８の下端部によって支持されている。補助ローラ１９は、フリーローラであって、その中心を通る横軸Ｊ４まわりに回動可能である。補助ローラ１９は、回動部１８と一体となった状態で縦軸Ｊ３まわりに回動することによって、縦軸Ｊ３まわりに位置調整できる。補助ローラ１９の外周面１９Ａは、支持ローラ１１の外周面１１Ａと同様に凸湾曲してもよい（図２参照）。補助ローラ１９には、被試験体２の外径等の違いに応じて複数のサイズが設けられてもよい。

付勢部１０がセット位置にある状態では、補助ローラ１９が、各支持部６によって支持された被試験体２の真上に位置し、補助ローラ１９の外周面１９Ａが被試験体２の外周面２Ａに上から接触する。なお、被試験体２に接触する補助ローラ１９が被試験体２に与える力（接触力という）は、動不釣合いの測定中において常に一定である。また、補助ローラ１９が上から被試験体２に接触することにより、測定中に被試験体２が浮き上がることが防止される。付勢部１０が解除位置まで後退すると、補助ローラ１９が被試験体２の真上からいなくなって邪魔にならないので、被試験体２の取り外しや、次に測定する被試験体２の支持部６へのセットが容易である。

動不釣合いの測定に先立って、被試験体２が各支持部６によって支持されるようにセットされ、その後、付勢部１０がセット位置に配置される。このときの補助ローラ１９は、図２において点線で示す中立位置にあり、そのときの横軸Ｊ４（図示せず）は、被試験体２の回転軸Ｊ２と平行になっている。次に、前述した制御部（図示せず）の制御により、モータ１３が駆動されて被試験体２が回転軸Ｊ２まわりに回転するとともに、噴射部８の噴射口８Ａから被試験体２の右端面２Ｂに右側からエアＡが噴射される。被試験体２に接した補助ローラ１９は、被試験体２の回転に伴って横軸Ｊ４まわりに従動回転する。

このように被試験体２が右側からエアＡを受けながら回転している状態において、作業者の手作業等によって、補助ローラ１９が中立位置から縦軸Ｊ３まわりの一方向（図２では時計回りの方向）に回動すると、被試験体２の回転軸Ｊ２と横軸Ｊ４とが平面視で交差し始める。このとき、補助ローラ１９は、回転軸Ｊ２と横軸Ｊ４とが平面視で交差した状態において被試験体２に接して被試験体２の回転に伴って回転している。これにより、被試験体２に接する補助ローラ１９の接触力の少なくとも一部は、被試験体２を右側の噴射部８へ向けて付勢する付勢力Ｆとして、被試験体２に対して右側へ作用する。なお、右向きの付勢力Ｆが発生するように、被試験体２の回転方向は、予め定められる。

補助ローラ１９が同じ方向へさらに回動すると、回転軸Ｊ２と横軸Ｊ４との交差角度θが大きくなり、これに伴い、付勢力Ｆが大きくなっていく。すると、各支持部６によって支持された被試験体２が、噴射部８へ向けて付勢されることによって右側へ流れる。これにより、被試験体２の右端面２Ｂが噴射部８の噴射口８Ａに接近するので、右端面２Ｂが噴射口８Ａから受けるエアＡの圧力が大きくなる。そして、交差角度θが所定の大きさになるまで補助ローラ１９が回動すると（実線で示した補助ローラ１９を参照）、エアＡの圧力と付勢力Ｆとが釣り合う。すると、左右方向においてエアＡの圧力と付勢力Ｆとが釣り合った位置で、被試験体２の流れが止まり、被試験体２は、左右方向に位置決めされる。なお、交差角度θが９０度である状態で被試験体２が左右方向に位置決めされてもよく、この状態における補助ローラ１９は、被試験体２の外周面２Ａに対して滑りながら回転する。また、不釣合い測定装置１は、被試験体２が左右方向に位置決めされた状態において交差角度θが不意に変動しないように縦軸Ｊ３まわりの補助ローラ１９の位置をロックする機構を備えてもよい。

このようにエアＡの圧力と付勢力Ｆとを用いたシンプルな構成によって、回転中の被試験体２の左右方向の位置を一定の位置に制御できる。特に、補助ローラ１９を縦軸Ｊ３まわりに位置調整することにより付勢力Ｆの大きさを調整できるので、噴射部８からのエアＡの圧力と釣り合う大きさの付勢力Ｆを容易に発生させることができる。なお、被試験体２を左右方向において位置決めしている途中において、付勢力ＦがエアＡの圧力よりも弱い段階では、被試験体２が、エアＡの圧力によって左側へ流れようとする。この場合、対向部９が被試験体２の先に位置するので、被試験体２が左側へ流れて支持部６から外れることを対向部９によって防止できる。

そして、このように左右方向に位置決めされた被試験体２は、定常状態で回転軸Ｊ２まわりに回転する。この状態で生じた振動枠４の振動に基いて、被試験体２の動不釣合いが高精度に測定される。なお、回転中の被試験体２は、噴射部８および対向部９のどちらにも接触しないので、被試験体２の右端面２Ｂおよび左端面２Ｃの加工精度に関係なく、高精度な動不釣合いの測定が可能である。

図３は、変形例に係る不釣合い測定装置１の模式的な平面図である。不釣合い測定装置１では、各支持部６が、２つの支持ローラ１１の間を通る縦軸Ｊ５まわりに回動可能であってもよい。この場合における不釣合い測定装置１の付勢部１０は、回動駆動部２０を含む。回動駆動部２０の一例は、支持部６毎に対応して設けられて振動枠４に固定されたシリンダであって、左右に伸縮可能なロッド２１を有する。各回動駆動部２０のロッド２１の右端は、対応する支持部６のホルダ１２等に連結されている。ロッド２１が伸縮することにより、各支持部６が、支持ローラ１１とともに縦軸Ｊ５まわりに回動する。例えば、ロッド２１が右側へ伸長すると、支持部６は、点線で示す中立位置から、平面視で時計回りに回動する。

このように、被試験体２を支持した支持部６が２つの支持ローラ１１とともに縦軸Ｊ５まわりに回動すると、これらの支持ローラ１１の回転軸Ｊ１が、被試験体２の回転軸Ｊ２と平面視で交差する。この状態でモータ１３が駆動されると、各支持ローラ１１は、被試験体２の回転に伴って回転軸Ｊ１まわりに従動回転する。この際、被試験体２に接する支持ローラ１１の接触力の少なくとも一部は、付勢部１０の付勢力Ｆとして、被試験体２に対して右側に作用する。これにより、被試験体２を噴射部８へ向けて付勢することができる。また、支持ローラ１１を縦軸Ｊ５まわりに位置調整することにより付勢力Ｆの大きさを調整できるので、噴射部８からのエアＡの圧力と釣り合う大きさの付勢力Ｆを容易に発生させることができる。また、不釣合い測定装置１は、被試験体２が左右方向に位置決めされた状態において縦軸Ｊ５まわりの支持部６の位置をロックする機構を備えてもよい。なお、回動駆動部２０を用いた付勢部１０と、前述した補助ローラ１９を用いた付勢部１０（図１および図２参照）とが組み合わされて不釣合い測定装置１に適用されてもよい。また、回動駆動部２０を用いずに、作業者の手作業によって支持部６を回動させてもよい。

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。例えば、前述した実施形態では、エアＡの圧力を一定にして、付勢部１０の付勢力ＦをエアＡの圧力と釣り合うように調整している。これに代え、付勢力Ｆ（換言すれば、前述した交差角度θ）を一定にし、この付勢力Ｆと釣り合う大きさになるようにエアＡの圧力を圧縮空気源のレギュレータ（図示せず）等で調整してもよい。この場合、補助ローラ１９は、縦軸Ｊ３まわりに位置調整できなくてもよい。このことは、前述した変形例にも当てはまる。

１ 不釣合い測定装置
２ 被試験体
３ ベース
４ 振動枠
６ 支持部
７ 回転駆動部
８ 噴射部
９ 対向部
１０ 付勢部
１１ 支持ローラ
１１Ａ 外周面
１９ 補助ローラ
２０ 回動駆動部
Ａ エア
Ｊ２ （被試験体２の）回転軸
Ｊ３ 縦軸
Ｊ４ 横軸
Ｊ５ 縦軸
Ｘ 回転軸方向
Ｘ１ 一方側
Ｘ２ 他方側

Claims (4)

1. ベースと、
   前記ベースによって振動可能に支持された振動枠と、
   互いの外周面が対向するように並んで配置された回転可能な２つの支持ローラを少なくとも１組有して前記振動枠に設けられ、被試験体を前記２つの支持ローラに跨って載るように支持する支持部と、
   前記支持部によって支持された被試験体を回転させる回転駆動部と、
   前記支持部によって支持された被試験体の回転軸方向における一方側から当該被試験体にエアを噴射する噴射部と、
   前記支持部によって支持された被試験体を前記噴射部へ向けて付勢する付勢部と、
   を含み、
   前記付勢部は、横軸まわりに回転可能かつ縦軸まわりの位置調整が可能な補助ローラであって、前記支持部によって支持された被試験体の回転軸と前記横軸とが平面視で交差した状態において当該被試験体に上から接して当該被試験体の回転に伴って回転する補助ローラを含む、不釣合い測定装置。
2. 前記付勢部は、前記補助ローラが当該被試験体の真上に位置して当該被試験体に上から接触するセット位置と、前記補助ローラが当該被試験体の真上からいなくなる解除位置との間で移動可能である、請求項１に記載の不釣合い測定装置。
3. ベースと、
   前記ベースによって振動可能に支持された振動枠と、
   互いの外周面が対向するように並んで配置された回転可能な２つの支持ローラを少なくとも１組有して前記振動枠に設けられ、被試験体を前記２つの支持ローラに跨って載るように支持する支持部と、
   前記支持部によって支持された被試験体を回転させる回転駆動部と、
   前記支持部によって支持された被試験体の回転軸方向における一方側から当該被試験体にエアを噴射する噴射部と、
   前記支持部によって支持された被試験体を前記噴射部へ向けて付勢する付勢部と、
   を含み、
   前記付勢部は、前記２つの支持ローラを縦軸まわりに回動させる回動駆動部を含む、不釣合い測定装置。
4. 前記支持部によって支持された被試験体に前記回転軸方向における他方側から対向する対向部をさらに含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の不釣合い測定装置。

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