JPH0562754U - 回転軸のバランス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】回転軸の形成材料やバランス調整幅などを狭い
範囲に制限されることがなく、簡単な制御によりバラン
ス修正を行い得るようにする。 【構成】軸受ハウジング６に支承されたスピンドル５の
回転速度を検出する回転速度検出器１と、回転するスピ
ンドル５の回転中心からの振れ量を検出する変位量検出
器２と、スピンドル５に径方向へ移動可能に設けられた
重り３５と、重り３５を径方向に移動させる圧電アクチ
ュエータ３と、回転速度検出器１及び変位量検出器２か
らの検出信号に基づき圧電アクチュエータ３を作動させ
て重り３５の位置を変位させる制御部４とで構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば工作機械に取付けられたスピンドルなどの回転軸のバランス 装置に関する。

【０００２】

【従来技術】

従来の回転軸のバランス装置として、図７及び図８に示すように、工作機械に 取付けられたスピンドル５ａのバランス修正を行うものを出願人は先に出願して いる（特願平３−３４５４４１）。このバランス装置は、軸受ハウジング６ａに 回転自在に支承されたスピンドル５ａの回転速度を検出する回転速度検出器１ａ と、軸受ハウジング６ａの振動を検出する振動検出器２ａと、比重が異なり混合 しない他の流体３１ａとともにスピンドル５ａ内に封入された磁性流体３２ａを 軸受ハウジング６ａに配列された電磁石３３ａによって流動させるバランス部３ ａと、回転速度検出器１ａ及び振動検出器２ａからの検出信号に基づき電磁石３ ３ａを作動させて磁性流体３２ａの重量分布を変化させる制御部４ａとで構成さ れている。すなわち、制御部４ａによりスピンドル５ａの回転と同期して各電磁 石３３ａを磁化させ、磁性流体３２ａの重量分布を変化させることによって、ス ピンドル５ａのバランス修正を行うように構成されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

上記従来のバランス装置は、電磁石３３ａを使用しているため、スピンドル５ ａをセラミックスなど非磁性材料で形成しなければならず、スピンドル５ａの形 成材料がコスト的に不利なものに制限される。また、スピンドル５ａの回転に伴 って発生する遠心力の影響が大きくなるため、スピンドル５ａ内に封入されてい る２つの流体３１ａ、３２ａの比重差を大きくすることができず、その結果バラ ンス調整幅が狭い範囲に制限される。また、２つの流体３１ａ、３２ａはスピン ドル５ａの回転が速くなるほど遠心力の影響が大きくなるため、スピンドル５ａ の回転数を大きく上げることができない。さらには、スピンドル５ａの回転と同 期して電磁石３３ａを磁化する制御が複雑となる。

【０００４】 本考案は上記不具合に鑑み案出されたものであり、回転軸の形成材料やバラン ス調整幅などを狭い範囲に制限されることがなく、簡単な制御によりバランス修 正を行い得るようにしたバランス装置を提供することを解決すべき課題とするも のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記課題を解決するため、回転軸の回転位相を検出する回転位相検出 器と、回転する前記回転軸の振れ量を検出する振れ検出器と、前記回転軸に径方 向へ移動可能に設けられた重りと、該重りを径方向に移動させる圧電アクチュエ ータと、前記回転位相検出器及び振れ検出器からの検出信号に基づき前記圧電ア クチュエータを作動させて前記重りの位置を変位させる制御部と、から構成され ているという新規な構成を採用している。

【０００６】

【作用】

本考案のバランス装置にあっては、制御部により回転軸の回転位相と回転軸の 振れ量とに基づいて回転軸のアンバランス位置とアンバランス量とを判定し、圧 電アクチュエータを作動させて重りの位置を変位させることにより、回転軸のバ ランス修正を行う。したがって、従来のように電磁石を用いないため、回転軸の 形成材料やバランス調整幅などを狭い範囲に制限されることがなく、しかも同期 をとる複雑な制御も必要としなくなり、簡単な制御によりバランス修正を行うこ とが可能となる。

【０００７】

【実施例】

以下、本考案の実施例を説明する。 図１は本実施例に係るバランス装置を工作機械に取付けた状態の構成図、図２ は圧電アクチュエータの配置状態を示すスピンドルの断面図、図３は制御部と圧 電アクチュエータの配置状態を示す説明図である。

【０００８】 本実施例のバランス装置は、図１に示すように、工作機械のスピンドル５のバ ランスを修正するように取付けられており、回転速度検出器（回転位相検出器） １と、振動検出器（振れ検出器）２と、重り３５及び圧電アクチュエータ３と、 制御部４とを主要素として構成されている。 ここでのスピンドル５は、軸受ハウジング６に軸方向に離間して配置された前 後一対の静圧軸受７、８を介して回転自在に支承されており、スピンドル５の後 方側端部に配設されたモータ９により駆動される。

【０００９】 スピンドル５の一端部近傍には、スピンドル５の回転速度を検出する回転速度 検出器１が配設されている。この回転速度検出器１は制御部４と電気的に接続さ れており、検出した回転速度情報（回転位相情報）としての回転パルス信号を制 御部４に送信するようになっている。 そして、軸受６ハウジングには、スピンドル５の振れ回りに伴って発生する振 動を検出する振動検出器２が配設されている。この振動検出器２は制御部４と電 気的に接続されており、検出した変位量情報としての振動パルス信号を制御部４ に送信するようになっている。

【００１０】 そして、重り３５及び圧電アクチュエータ３はスピンドル５の他端部に配設さ れている。スピンドル５には軸芯に沿って中央孔３１が形成されているとともに 、中央孔３１から放射方向に延びる３個のシリンダ３２が等角度間隔に形成され ている。各シリンダ３２の外方端側は、それぞれシリンダ３２に螺合された支持 螺子３３によって閉塞されている。そして、各シリンダ３２には、支持螺子３３ 内面に当接して配置された支持ゴム３４により常時付勢されるように球状の重り ３５が配設され、かつその重り３５と中央孔３１側の底壁との間には、多数の圧 電素子と電極板とを積層してなる圧電アクチュエータ３がそれぞれ配設されてい る。この圧電アクチュエ−タ３の積層された各電極板は、図示しない陰極リード 線及び陽極リード線の一方が交互に連結されている。そして、各圧電アクチュエ −タ３の陰極リード線及び陽極リード線は、絶縁体３７により隔離されてスピン ドル５の外周に装着された６個のスリップリング３８の内の１個とそれぞれ前記 中央孔３１を介して接続されている。また、各スリップリング３８の外周表面に は、制御部４のアンプ４２と接続された接触電極３９が配設されている。

【００１１】 制御部４は、回転速度検出器１及び変位量検出器２からの検出信号に基づいて 圧電アクチュエータ３を作動させて重り３５の位置を変位させるように制御する ものであって、制御ユニット４１と、各圧電アクチュエ−タ３を駆動する３個の アンプ４２とで構成されている。各アンプ４２は、各圧電アクチュエ−タ３の１ 組の陰極リード線及び陽極リード線と対応して前記６個の接触電極３９とそれぞ れ接続されている。これにより、各圧電アクチュエ−タ３には、それぞれ対応す るアンプ４２から陰陽両極の電圧印加が可能である。

【００１２】 次に、本実施例のバランス装置によりスピンドル５のバランス修正を行う場合 を図４のフローチャートに基づいて説明する。 スピンドル５が回転すると、回転速度検出器１がスピンドル５の回転速度を検 出し、その回転パルス信号を制御部４に送信する。そして、スピンドル５に残留 するアンバランスや砥石の交換などによってスピンドル５の振れ回りが発生する と、その振動を振動検出器２が検出してその振動パルス信号を制御部４に送信す る。これにより制御部４が動作を開始し、受け取った回転パルス信号と振動パル ス信号とからスピンドル５のアンバランス位置とアンバランス量とを割り出す（ Ｓ１１）。次に、３個の内のどの重り３５をどれだけ変位させればスピンドル５ のバランスがとれるかを計算する（Ｓ１３）。その結果から、該当する重り３５ と対応するアンプ４２より圧電アクチュエ−タ３に、重り３５の変位量に応じた 高さの陰陽いずれかの電圧を印加し圧電アクチュエ−タ３を駆動する（Ｓ１５） 。これにより、その圧電アクチュエ−タ３の伸長又は縮小に伴ってその重り３５ が径方向に変位する。そして、次のＳ１７で、その重り３５の変位によりスピン ドル５のバランスがとれたか否かを判定し、ＮＯの場合はＳ１１に戻ってスピン ドル５にアンバランスが無くなるまで前記と同じ動作を繰り返し行なう。ＹＥＳ の場合は制御動作を終了する。

【００１３】 以上のように本実施例のバランス装置は、圧電アクチュエータ３を作動させて 重り３５の位置を変位させることにより、スピンドル５のバランス修正を行うよ うに構成されている。これにより、従来の電磁石を用いた場合のように、回転軸 の形成材料やバランス調整幅などを狭い範囲に制限されることがなく、しかも同 期をとる複雑な制御も必要としなくなり、簡単な制御によりバランス修正を行う ことができる。

【００１４】 なお、上記実施例では、３個の重り３５と３個の圧電アクチュエータ３で行う 例を示したが、１個の重りと３個の圧電アクチュエータで行うこともできる。例 えば図５に示す圧電アクチュエータ７は、スピンドル５の中央に軸直角平面内で 移動可能に１個の重り７５を配置し、放射方向に延在する３個のシリンダ７２に は重り７５との間にコイルバネ７４を介して圧電アクチュエ−タ７をそれぞれ配 設し、圧電アクチュエ−タ７の外方端側には圧電アクチュエ−タ７を支持するよ うにボルト７３をスピンドル５に嵌着することにより構成される。

【００１５】 また、図６に示すバランス装置は、放射方向に延在する３個のシリンダ８２内 にそれぞれ圧電アクチュエ−タ８を配設し、この各圧電アクチュエ−タ８の両端 をスピンドル５の中央に軸直角平面内で移動可能に配置した１個の重り８５と、 シリンダ８２の外方端側に嵌着された支持ボルト８３とにピンを介して揺動自在 な連結部材８８で連結することにより構成される。

【００１６】

【考案の効果】

本考案のバランス装置によれば、回転軸の回転位相を検出する回転位相検出器 と、回転する前記回転軸の振れ量を検出する振れ検出器と、前記回転軸に径方向 へ移動可能に設けられた重りと、該重りを径方向に移動させる圧電アクチュエー タと、前記回転位相検出器及び振れ検出器からの検出信号に基づき前記圧電アク チュエータを作動させて前記重りの位置を変位させる制御部とから構成されてい るため、回転軸の形成材料やバランス調整幅などを狭い範囲に制限されることが なく、簡単な制御によりバランス修正を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るバランス装置を工作機械に取付け
た状態の構成図である。

【図２】実施例に係る圧電アクチュエータの配置状態を
示すスピンドルの断面図である。

【図３】実施例に係る制御部及び圧電アクチュエータの
配置状態を示す説明図である。

【図４】実施例に係る制御部の作動を示すフローチャー
トである。

【図５】変形例に係る圧電アクチュエータの配置状態を
示すスピンドルの断面図である。

【図６】他の変形例に係る圧電アクチュエータの配置状
態を示すスピンドルの断面図である。

【図７】従来のバランス装置を工作機械に取付けた状態
の構成図である。

【図８】従来のバランサの構造を示すスピンドルの断面
図である。

【符号の説明】

１…回転速度検出器 ２…振動検出器（振れ検出器） ３…圧電アクチュエータ ４…制御部 ５…スピン
ドル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 山川 陽一 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸の回転位相を検出する回転位相検
   出器と、 回転する前記回転軸の振れ量を検出する振れ検出器と、 前記回転軸に径方向へ移動可能に設けられた重りと、 該重りを径方向に移動させる圧電アクチュエータと、 前記回転位相検出器及び振れ検出器からの検出信号に基
   づき前記圧電アクチュエータを作動させて前記重りの位
   置を変位させる制御部と、 から構成されていることを特徴とする回転軸のバランス
   装置。