JPH11125311A - オートバランサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成で、砥石を含む主軸の動的バランス
を良好にとる。 【解決手段】錘移動円板１１の前端面に、修正錘１３を
径方向にガイドする錘溝１１ｅを設ける。溝カム円板１
２の後端面に、中心からの距離が半周は漸増し、残りの
半周は漸減する閉ループ状の溝カム１２ｅを形成する。
錘溝１１ｅと溝カム１２ｅとに円柱状の修正錘１３を係
合させる。錘移動円板１１と溝カム円板１２とを一体的
に回転させることで、修正錘１３を任意の位置に回転さ
せ、また、錘移動円板１１に対して溝カム円板１２を回
転させることで、修正錘１３を径方向の任意の位置に配
置することができる。上述の錘移動機構１０を有するオ
ートバランサーを砥石に取り付け、修正錘１３を任意の
位置に移動させることで、動的バランスをとることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸の
動的なバランスを自動的にとるためのオートバランサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】研削盤やマシニングセンタ等の工作機械
において、ワークの加工精度を向上させるために、オー
トバランサを装着したものが知られている。このオート
バランサは、研削砥石等の工具を取り付けた状態での主
軸の動的バランス、つまり工具を含む主軸の回転時のバ
ランスをとるものであり、工具に取り付ける場合と、主
軸に直接的に取り付ける場合とがある。

【０００３】オートバランサには、純機械的なものと流
体を利用するものとがある。

【０００４】前者の純機械的なものとしては、特願平１
−１６５３７２号公報に示すように、その重心が中心か
らずれた２枚の円板（回転体）を個別に回転可能に主軸
に取り付けて主軸の回転時の振動を測定する。そして、
これらの円板の取り付け角度を適宜にずらして、徐々に
振動を低減させ、バランスを修正していくものである。
また、特開平２−１２４２６４号公報には、回転体とこ
の回転体によって径方向及び周方向移動可能に保持され
た錘とを有し、この錘を適宜な位置に配置することで動
的なバランスをとるようにしたものである。

【０００５】一方、後者の液体を用いるものは、特開平
１−３０１０６１号公報に記載されているように、主軸
又は工具に、回転体とその周方向に沿って配置された複
数の液体ポットを有する液体式オートバランサを取り付
け、上述の複数の液体ポットの注入する液体の液量を調
整すること、全体の動的バランスをとるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
一方の純機械的のものは、回転体や錘を移動させるため
にＤＣモータやパルスモータ等のアクチュエータを回転
体側に設けることが必要であり、回転体の構成が複雑に
なるといった問題がある。さらに、このアクチュエータ
には、電力を供給することが必要であり、そのための電
池、発電機等の電源を回転体に内蔵する場合には、回転
体の構成が一層複雑になる。これに対し、回転体の外部
に電源を設ける場合には、回転体側のアクチュエータに
対して、スリップリング等を介して電力を供給すること
が必要となるため、動作信頼性に欠けるといった問題が
あった。

【０００７】他方の液体を使用するものは、工具等を含
む主軸の回転中のバランスは修正することはできるもの
の、主軸の回転を停止させるごとに水が移動してバラン
スが崩れてしまう点、修正錘として作用する水が蒸発し
て良好なバランス状態が短時間しか持続しない点、適量
の水を正確にポケットに注入することが難しいため高精
度のバランスをとるのが困難である点等が問題となる。

【０００８】そこで、本発明は、上述の問題を解決する
ようにしたオートバランサ、すなわち、液体を使用する
ことなく、装置構成が簡単で信頼性の高いオートバラン
サを提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの、請求項１に係る本発明は、修正錘を内蔵するとと
もにベース回転体に装着され、該ベース回転体に対して
前記修正錘を移動させることで、前記ベース回転体の回
転時の動的バランスをとるオートバランサにおいて、前
記ベース回転体によってそれぞれ個別に回動可能に支持
され、軸方向に相互に隣接して配置された第１の回転体
と第２の回転体とを備え、前記第１の回転体の端面のう
ちの前記第２の回転体側の端面に、前記修正錘を径方向
にガイドする第１のガイド溝を設け、前記第２の回転体
の端面のうちの前記第１の回転体側の端面に、ほぼ半周
は角度の増加に伴って軸からの距離が漸増するととも
に、残りの半周は角度の増加に伴って軸からの距離が漸
減する閉ループを描く第２のガイド溝を設け、前記修正
錘の一方の端部を前記第１のガイド溝に係合させ、他方
の端部を前記第２のガイド溝に係合させ、前記ベース回
転体に対して前記第１、第２の回転体を一体的に相対回
転させることで、前記修正錘の周方向の位置を調整する
とともに、前記ベース回転体及び前記第１の回転体に対
して前記第２の回転体を相対回転させることで、前記修
正錘の径方向の位置を調整する、ことを特徴とする。

【００１０】請求項２に係る本発明は、前記第１、第２
の回転体の外周面の少なくとも一部に、その直径が前記
ベース回転体の外周面の直径と異なる異径部を設け、前
ローラと後ローラとを一体に構成した弾性ローラを設
け、前記後ローラを前記ベース回転体の外周面に当接さ
せると同時に、前記前ローラを前記第１、第２の回転体
の前記異径部に当接させることで、前記ベース回転体に
対して前記第１、第２の回転体を一体的に相対回転さ
せ、前記修正錘の周方向の位置を調整する、ことを特徴
とする。

【００１１】請求項３に係る本発明は、前記後ローラを
前記ベース回転体の外周面に当接させると同時に、前記
前ローラを前記第２の回転体の前記異径部に当接させる
ことで、前記ベース回転体及び前記第１の回転体に対し
て前記第２の回転体を相対回転させ、前記修正錘の径方
向の位置を調整する、ことを特徴とする。

【００１２】請求項４に係る本発明は、前記弾性ローラ
を前記ベース回転体、前記第１、第２の回転体に接離さ
せるアクチュエータを備える、ことを特徴とする。

【００１３】請求項５に係る本発明は、前記アクチュエ
ータによる前記弾性ローラの当接時間を制御する制御装
置を備える、ことを特徴とする。

【００１４】請求項６に係る本発明は、前記第１、第２
の回転体を軸方向から押圧して前記ベース回転体と一体
回転させるとともに、前記押圧を解除して前記第１、第
２の回転体を前記ベース回転体に対して相対回転可能に
するクランプ機構を備える、ことを特徴とする。

【００１５】

【発明の作用・効果】以上構成に基づき、請求項１の発
明によると、ベース回転体に対して第１、第２の回転体
を一体的に相対回転させることで、修正錘を周方向の任
意の位置に配置することができ、また、ベース回転体及
び第１の回転体に対して第２の回転体を相対回転させる
ことで、修正錘を径方向の任意の位置に配置することが
できる。すなわち、修正錘を２次元的に任意の位置に配
置することができるので、ベース回転体の動的バランス
が崩れている場合においても、修正錘を適宜な位置に配
置してこれを修正することができる。

【００１６】請求項２の発明によると、ベース回転体に
対して第１、第２の回転体を一体的に相対回転させ、前
記修正錘の周方向の位置を調整する際に、第１、第２の
回転体を相対回転させるための動力を、弾性ローラを介
してベース回転体からとることができるので、第１、第
２の回転体を回転させるためのモータ等の駆動源が不要
となる。

【００１７】請求項３の発明によると、ベース回転体及
び第１の回転体に対して第２の回転体を相対回転させ、
修正錘の径方向の位置を調整する際に、第２の回転体を
相対回転させるための動力を、弾性ローラを介してベー
ス回転体からとることができるので、第２の回転体を回
転させるためのモータ等の駆動源が不要となる。

【００１８】請求項４の発明によると、弾性ローラをア
クチュエータによって接離させるので、当接させたとき
のみ、第１の回転体、第２の回転体を相対回転させるこ
とができる。

【００１９】請求項５の発明によると、制御装置によっ
て弾性ローラの当接時間を制御することにより、ベース
回転体に対する第１、第２の回転体の相対回転角度を、
また、ベース回転体及び第１の回転体に対する第２の回
転体の相対回転角度を適宜に調整することができる。

【００２０】請求項６の発明によると、クランプ機構に
より、ベース回転体に対する第１、第２の回転体をクラ
ンプし、またその解除を行うことができる。クランプが
行われたときは、ベース回転体と、第１、第２の回転体
とが一体となって回転する。また、クランプ解除したと
きには、ベース回転体に対して第１、第２の回転体を相
対回転させることが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って、本発明の実
施の形態について説明する。

【００２２】本発明に係るオートバランサーが装着され
る工作機械の主軸は、主軸自体としてはもちろん、工具
を取り付けた状態においての回転時のバランス（以下
「動的バランス」という）も保たれるように構成されて
いる。ところが、主軸に取り付けられる工具が、主軸の
直径よりも大きな直径を有する切削具（例えば、正面フ
ライス）である場合や、使用により摩耗が進行する研削
砥石である場合には、主軸自体の動的バランスはとれて
も、工具装着時の動的バランスが崩れて微小振動が発生
することがある。このような微小振動が発生すると、加
工対象物（以下「ワーク」という）の加工面の加工精度
が低下する。

【００２３】そこで、加工精度を向上させるべく、オー
トバランサーを装着して、工具を含む主軸全体としての
動的バランス（以下「主軸等の動的バランス」という）
をとるようにしている。

【００２４】図１（ａ）、（ｂ）に、本発明に係るオー
トバランサーの動作原理図を示す。

【００２５】工具が取り付けられた状態の主軸Ｓの動的
バランスが崩れていたとする。この主軸に質量ｍの修正
錘Ｗを移動可能に取り付け、その位置を適宜に変更する
ことで、動的バランスをとる。すなわち、図１（ａ）に
示すように、軸Ｃを基準としたときの修正錘Ｗまでの径
方向の距離をｒとすると、このときの修正錘Ｗのバラン
ス修正量（不釣り合い量）Ｕは、Ｕ＝ｍｒとなる。この
式中の距離ｒを適宜に変更することで、主軸Ｓ側の不釣
り合い量と相殺することができる。また、図１（ｂ）に
示すように、主軸Ｓの基準線Ｌ（同図では垂直な基準
線）に対して修正錘Ｗを回転させて、バランス修正角度
（不釣り合い角度）θを調整する。これにより、主軸Ｓ
側の不釣り合い角度と相殺することができる。

【００２６】以上の、修正錘Ｗの径方向の移動と、周方
向の回転とを組み合わせることにより、原理的には、修
正錘Ｗを任意の位置に移動させることができ、主軸等の
動的バランスをとることができる。ただし、主軸Ｓ側の
不釣り合い量Ｕ′が距離ｒが最大のときのバランス修正
量Ｕを超えないものとする。

【００２７】次に、図２を参照して、オートバランサー
の一部を構成する、錘移動機構（修正錘を径方向及び周
方向に移動させるための機構）１０について説明する。
なお、同図は分解斜視図であり、以下の説明では、同図
の左方に相当する方向を「前」、また右方に相当する方
向を「後」というものとする。

【００２８】錘移動機構１０は、錘移動円板（第１の回
転体）１１と、溝カム円板（第２の回転体）１２と、こ
れらの双方に係合される円柱状の修正錘１３とを備えて
いる。

【００２９】錘移動円板１１は、外周面の周方向の全周
にわたって形成された段部１１ｃを有する。この段部１
１ｃを境にして、後側には大径部１１ｂが、また前側に
は小径部（異径部）１１ａが形成されている。錘移動円
板１１の内周面１１ｄは、後述の押えフランジ４３（図
３参照）の外周面に嵌合される。このとき錘移動円板１
１は、押えフランジ４３に対して矢印Ｒ１１方向に回動
可能となる。錘移動円板１１の前端面には、修正錘１３
の後半部が係合される錘溝１１ｅ（第１のガイド溝）が
形成されている。錘溝１１ｅは、径方向に形成されてい
て、その周方向の幅は修正錘１３の直径よりもわずかに
大きく設定されており、また、軸方向（軸Ｃに沿った方
向をいう。以下同じ。）の深さは修正錘１３の長さのほ
ぼ半分に設定されている。

【００３０】溝カム円板１２は、その外周面の半径が上
述の錘移動円板１１の小径部１１ａの半径と同じに設定
されている。この外周面を「小径部（異径部）１２ａ」
とすると、上述の錘移動円板１１の前端面に、この溝カ
ム円板１２の後端面を合わせると、それぞれの小径部１
１ａ、１２ａが滑らかに連続して全体として円筒面を構
成する。溝カム円板１２の内周面１２ｄは、前述の錘移
動円板１１の内周面１１ｄと同じ半径で形成されてお
り、後述の押えフランジ４３に嵌合される。このとき、
溝カム円板１２は、押えフランジ４３に対して矢印Ｒ１
２方向に回動可能となる。溝カム円板１２の後端面に
は、修正錘１３の前半部が係合される溝カム（第２のガ
イド溝）１２ｅが形成されている。この溝カム１２ｅ
は、軸Ｃから偏心した円弧状や自由曲線状に形成されて
おり、いずれの場合も、軸Ｃから溝カム１２ｅまでの距
離が最小となる部分をスタート点とした場合、ほぼ半周
は回転角度が増加するに伴って距離ｒが漸増し、残りの
半周は漸減して元のスタート点に戻る閉ループが形成さ
れている。溝カム１２ｅの幅は、上述の錘溝１１ｅと同
様、修正錘１３の直径よりもわずかに大きく設定されて
おり、また溝カム１２ｅの深さは、上述の錘溝１１ｅに
後半部が係合された修正錘１３の残りの前半部が係合す
ることができる程度に設定されている。

【００３１】なお、上述の錘移動円板１１及び溝カム円
板１２は、それぞれ錘溝１１ｅ、溝カム１２ｅが設けて
あるため、いずれも完全な回転体ではなく（点対称では
なく）、そのままでは、単体としてはバランスがとれて
いない。そこで、あらかじめそれぞれに適宜なウエイト
（不図示）を取り付ける等して、単体としてバランスが
とれるようにしておく。

【００３２】修正錘１３は、円柱状に形成されている。
その直径は、上述の錘溝１１ｅ及び溝カム１２ｅの幅よ
りもわずかに小さく設定されており、また、その長さ
は、錘溝１１ｅの深さと溝カム１２ｅの深さとの和より
もわずかに短く設定されている。すなわち、錘溝１１ｅ
及び溝カム１２ｅと、修正錘１３との間の間隙を、錘溝
１１ｅ及び溝カム１２ｅに倣って修正錘１３が円滑に移
動でき、かつ必要以上のガタが生じないように設定して
いる。修正錘１３の質量ｍは、錘溝１１ｅ及び溝カム１
２ｅの長さや形状に基づく修正錘１３の移動範囲内で、
後述の砥石ユニット４０を含む主軸５０（ベース回転
体）全体の動的バランス（以下「主軸等の動的バラン
ス」という）を十分にとることができる程度に設定され
ている。修正錘１３は、その内部を適宜にくりぬいて質
量ｍを調整するようにするとよい。なお、修正錘１３
は、円柱状に限らず、錘溝１１ｅ及び溝カム１２ｅに沿
って円滑に移動できることを条件に、他の任意の形状、
例えば、角柱状に形成することも可能である。

【００３３】上述構成の錘移動機構１０は、後述の押え
フランジ４３に対して、錘移動円板１１と溝カム円板１
２とを一体的に基準線Ｌに対して角度θだけ回転させる
ことにより、修正錘１３を基準線Ｌから角度θだけ回転
した位置に配置することができ、また、その後、錘移動
円板１１を停止させた状態で、溝カム円板１２を適宜に
回転させることにより、修正錘１３を軸Ｃからの距離が
ｒの位置に配置することができるように構成されてい
る。つまり、図２でいうと、修正錘１３は、錘移動円板
１１の前端面のほぼ全域にわたって移動可能であるとい
うことになる。

【００３４】次に、図３、図４、図５、及び図６を参照
して、上述構成の錘移動機構１０を有するオートバラン
サー１について説明する。なお、図３、図４は、オート
バランサー１を、主軸５０に取り付けた砥石ユニット４
０に対して装着した例を示す縦断面図である。また、図
５は、図３及び図４のＡ部の拡大図である。さらに、図
６は、後述の砥石カバー５２等を取り外した状態の正面
図である。

【００３５】オートバランサー１は、前述の錘移動機構
１０と、錘移動機構１０をクランプしまたその解除を行
うクランプ機構２０と、錘移動機構１０を回転させる回
転機構３０とを主要構成機構として構成されている。本
実施の形態においては、オートバランサー１は、砥石ユ
ニット４０に対して装着されており、また、砥石ユニッ
ト４０は研削盤（工作機械）の主軸５０に取り付けられ
ている。

【００３６】まず、図３を参照して、オートバランサー
１が装着される砥石ユニット４０について説明する。

【００３７】砥石ユニット４０は、円板状の砥石４１
と、砥石４１を主軸５０に取り付けるためのホルダーベ
ース４２と、ホルダーベース４２との間に砥石４１を挟
み込む押えフランジ４３と、押えフランジ４３を固定す
るための固定リング４４とを備えている。

【００３８】砥石４１は、主軸５０の直径よりも大径の
環状に形成されており、その内径部近傍を前後方向から
それぞれ押えフランジ４３とホルダーベース４２とによ
って挟持されている。

【００３９】ホルダーベース４２は、円筒状のボス部４
２ａとその後端側のフランジ部４２ｂとを有する。ボス
部４２ａは、その前端側に、押えフランジ４３の内周面
及び固定リング４４の内周面が嵌合される外周面を有
し、また、後端側には、主軸５０の工具取付け用のテー
パ部５１に嵌合するテーパ面が形成されている。

【００４０】押えフランジ４３は、前方に向かって延び
るボス部４３ａと後端側のフランジ部４３ｂとを有す
る。ボス部４３ａの外周面における後部には、前述の錘
移動機構１０の錘移動円板１１及び溝カム円板１２とが
軸方向に隣接して回動自在に嵌合されている。また、ボ
ス部４３ａの外周面における前部には、ねじ部４３ｃが
形成されており、後述のクランプ機構２０のピンベース
２１が螺合されている。フランジ部４３ｂは、前述のホ
ルダーベース４２のフランジ部４２ｂとの間に砥石４１
を挟持している。フランジ部４３ｂの外周面４３ｄ（以
下「大径部４３ｄ」という。この大径部４３ｄが、請求
項１の「ベース回転体の外周面」に相当する。）は、そ
の直径が上述の錘移動円板１１の大径部１１ｂの直径と
同じに設定されており、大径部４３ｄと大径部１１ｂと
は径方向について同一の円筒面を形成している。

【００４１】固定リング４４は、ホルダーベース４２の
ボス部４２ａの内周面に嵌合されるとともに、複数のボ
ルト４５、４５…（ただし図３では２本のみを図示）に
より、押えフランジ４３のフランジ部４３ｂとホルダー
ベース４２のフランジ部４２ｂとの間に砥石４１を挟み
込んでいる。

【００４２】上述構成の砥石ユニット４０全体は、ボル
ト４６によって、前方から主軸５０のテーパ部５１に締
結されている。

【００４３】次に、オートバランサー１について説明す
る。

【００４４】錘移動機構１０は、上述のように、砥石ユ
ニット４０の押えフランジ４３のボス部４３ａ外周面の
後部に回動自在に嵌合されている。なお、錘移動機構１
０の詳細については、前述（図２参照）したとおりであ
る。

【００４５】クランプ機構２０は、押えフランジ４３に
対する錘移動機構１０の相対回転を禁止したり、許容し
たりする機構であり、溝カム円板１２の前側に隣接する
リング状のピンベース２１と、このピンベース２１の前
方に配置されたリング状の磁石ベース２２とを備えてい
る。

【００４６】ピンベース２１は、押えフランジ４３のボ
ス部４３ａのねじ部４３ｃに螺合されており、周方向を
等分する位置（例えば６等分する位置）には、それぞれ
クランプピン２３が配設されている。クランプピン２３
は、図５に示すように、前部と後部とにそれぞれ大鍔部
２３ａと小鍔部２３ｂとを有し、ピンベース２１により
前後方向移動可能に支持されている。各クランプピン２
３は、ピンベース２１と小鍔部２３ｂとの間に介装され
た圧縮ばね２４によって後方に付勢されており、これに
より、押えフランジ４３のフランジ部４３ｂとの間に、
錘移動円板１１及び溝カム円板１２を挟み込んでいる。
これが錘移動機構１０のクランプ状態であり、このと
き、錘移動円板１１及び溝カム円板１２は、摩擦力によ
り押えフランジ４３ひいては主軸５０と一体的に回転す
ることになる。クランプピン２３の大鍔部２３ａは、強
磁性体で形成されており、ピンベース２１から前方に突
出されている。

【００４７】磁石ベース２２は、図３に示すように、ピ
ンベース２１の前方に適宜な間隙を介して対向配置され
たリング状の部材である。磁石ベース２２を周方向に等
分する（例えば、６等分）する位置には、ピンベース２
１のクランプピン２３に向けてコイル２５が設けてあ
る。各コイル２５に通電を行うと、圧縮ばね２４の付勢
力に抗してクランプピン２３が前方に引っ張られ、クラ
ンプが解除される。これにより、押えフランジ４３に対
して、錘移動円板１１及び溝カム円板１２の相対回転が
可能となる。ただし、この場合においても、外部から相
対回転させるような力（具体的には、後述のローラ３
３、３４からの力）が作用しないときには、圧縮ばね２
４により、クランプピン２３、錘移動円板１１、溝カム
円板１２、押えフランジ４３の間に、これらを一体的に
回転させる程度の摩擦力が作用するものとする。磁石ベ
ース２２は、研削盤本体（不図示）に固定されて研削ユ
ニット４０の大半を覆う砥石カバー５２の前端に位置す
る部分の、内側に固定されている。

【００４８】回転機構３０は、上述の砥石カバー５２に
よってその内側に支持されている。回転機構３０は、図
６に示すように、基準線Ｌを基準としてほぼ左右対称に
配置された左のアーム３１、右のアーム３２と、左のロ
ーラ（弾性ローラ）３３、右のローラ（弾性ローラ）３
４と、左のアクチュエータ３５、右のアクチュエータ３
６とを備えている。

【００４９】左右のアーム３１、３２は、それぞれの基
端側を、砥石カバー５２の内側に固定されたピン３７に
よって揺動自在に支持されており、先端側をそれぞれ左
右方向に延設させている。左右のローラ３３、３４は、
左右のアーム３１、３２の先端部にてそれぞれ回動自在
に支持されている。左のローラ３３は、ゴム等の摩擦係
数の高い部材によって構成されており、図４に示すよう
に、前ローラ３３ａと後ローラ３３ｂとが一体に構成さ
れてものである。右のローラ３４も同様である。すなわ
ち、右のローラ３４も、ゴム等の摩擦係数の高い部材に
よって構成されており、図３に示すように、前ローラ３
４ａと後ローラ３４ｂとが一体に構成されたものであ
る。なお、左右のローラ３３、３４の前ローラ３３ａ、
３４ａと、後のローラ３３ｂ、３４ｂとの直径について
は、前述の錘移動円板１１の小径部１１ａと大径部１１
ｂとの直径差が小さい場合には、同じ直径に設定すれば
よい。ただし、直径差が大きい場合には、これに応じて
異なる値に設定するものとする。左右のローラ３３、３
４と、押えフランジ４３、錘移動円板１１、及び溝カム
円板１２との当接部、すなわち、押えフランジ４３４３
の大径部４３ｄ、錘移動円板１１の小径部１１ａ、溝カ
ム円板１２の小径部１２ａには、ローレットかけ（編み
目模様）、三角山状の凹凸、歯車状、梨地模様の凹凸等
を施しておけば、左右のローラ３３、３４との間の滑り
を防止することができる。

【００５０】左右のアクチュエータ３５、３６は、砥石
カバー５２によって支持されるとともに、それぞれ左右
のアーム３１、３２に連結されており、左右のアーム３
１、３２を押し下げてローラ３３、３４を錘移動機構１
０等に当接（押圧）させたり、左右のアーム３１、３２
を上方に引き上げてローラ３３、３４を錘移動機構１０
等から離間させたりする。図３は、右のローラ３４の当
接状態を示す。このとき、前ローラ３４ａは、錘移動円
板１１の小径部１１ａと溝カム円板１２の小径部１２ａ
とに当接する一方、後ローラ３４ｂは、押えフランジ４
３の大径部４３ｄに当接する。この図３に示す右のロー
ラ３４の位置を錘回転位置とすると、この右のローラ３
４の錘回転位置においては、押えフランジ４３に対し
て、錘移動円板１１及び溝カム円板１２を一体的に相対
回転させることが可能である。これに対し、図４は、左
のローラ３３の当接状態を示す。このとき、前ローラ３
３ａは、溝カム円板１２の小径部１２ａのみに当接する
一方、後ローラ３３ｂは、錘移動円板１１の大径部１１
ｂと押えフランジ４３の大径部４３ｄとに当接する。こ
の図４に示す左のローラ３３の位置を錘移動位置とする
と、この左のローラ３３の錘移動位置においては、押え
フランジ４３に対して、溝カム円板１２を相対回転させ
ることが可能である。なお、左右のアクチュエータとし
ては、空気圧、油圧、電磁力、圧電素子等を利用したも
のを使用することができるが、いずれの場合も、左右の
ローラ３３、３４の当接動作を電気的に制御可能なもの
とする。これにより、錘移動円板１１や溝カム円板１２
の相対回転角度を容易に制御することができる。

【００５１】つづいて、上述構成のオートバランサー１
における、修正錘１３の周方向の移動、及び径方向の移
動について説明する。

【００５２】主軸５０の回転に先立ち、クランプ機構２
０のコイル２５に対する通電をＯＦＦにして、錘移動機
構１０をクランプ状態とし、また、左右のアクチュエー
タ３５、３６に対する通電をＯＦＦにして、左右のロー
ラ３３、３４を錘移動機構１０等から離間させておく。

【００５３】主軸５０を回転させて砥石ユニット４０を
回転させる。ここで、クランプ機構２０のコイル２５に
通電してクランプピン２３を前方に引き出し、錘移動機
構１０のクランプ状態を解除する。これにより、押えフ
ランジ４３に対する錘移動円板１１及び溝カム円板１２
の相対回転が可能な状態となる。次に、右のアクチュエ
ータ３６に通電して、右のアーム３２を押し下げ、右の
ローラ３３を図３の錘回転位置に配置する。すなわち、
右のローラ３４の前ローラ３４ａを、錘移動円板１１及
び溝カム円板１２のそれぞれの小径部１１ａ、１２ａに
当接させるとともに、後ローラ３４ｂを押えフランジ４
３の大径部４３ｄに当接させる。これにより、主軸５０
の回転が、押えフランジ４３の大径部４３ｄ、後ローラ
３４ｂ、前ローラ３４ａを介して、錘移動円板１１及び
溝カム円板１２の小径部１１ａ、１２ａに伝達され、溝
カム円板１１及び錘移動円板１２が一体となって回転す
る。このとき、後ローラ３４ｂが当接している押えフラ
ンジ４３の大径部４３ｄの直径が、前ローラ３４ａが当
接している錘移動円板１１及び溝カム円板１２の小径部
１１ａ、１２ａの直径よりも大きいので、錘移動円板１
１及び溝カム円板１２の回転数が押えフランジ４３の回
転数よりも高くなり、相対回転が発生する。

【００５４】以下、この点について説明する。

【００５５】押えフランジ４３の大径部４３ｄの直径を
Ｄ、錘移動円板１１及び溝カム円板１２の小径部１１
ａ、１２ａの直径をｄとし、後ローラ３４ｂの直径をａ
とし、主軸５０の回転数をＮとすると、押えフランジ４
３の回転数もＮとなる。

【００５６】ここで、押えフランジ４３と後ローラ３４
ｂとは当接しているから、両者の回転数の比は、両者の
直径に反比例する。すなわち、後ローラ３４ｂの回転数
は、 Ｎ×（Ｄ／ａ） となる。

【００５７】後ローラ３４ｂと前ローラ３４ａとは一体
であるため、前ローラ３４ａの回転数も同様となる。

【００５８】さらに、前ローラ３４ａの直径は、 ａ＋（Ｄ−ｄ） となり、錘移動円板１１及び溝カム円板１２の小径部１
１ａ、１２ａの直径がｄであるから、回転数の比は、こ
れらの直径に反比例するため、結局、錘移動円板１１及
び溝カム円板１２の回転数ｎは、 ｎ＝Ｎ×（Ｄ／ａ）×｛ａ＋（Ｄ−ｄ）｝／ｄ ……(1) となる。

【００５９】ここで、例えば、ｎ＝３０回転／sec 、Ｄ
＝１００mm、ｄ＝９９．５mm、ａ＝２０mmとすると、 ｎ＝３０×（１００／２０）×｛２０＋（１００−９
９．５）｝／９９．５＝３０．９０ となり、錘移動円板１１及び溝カム円板１２の回転は、
押えフランジ４３の３０回転に対して、１秒間に０．９
０回転、つまり３６０×０．９０＝３２４度ほど多くな
る。

【００６０】各値を上述のように設定した場合、ローラ
３４の１秒間の当接で、錘移動円板１１及び溝カム円板
１２を押えフランジ４３に対して３２４度だけ相対回転
させることができる。すなわち、修正錘１３を３２４度
だけ回転させることができる。

【００６１】つづいて、右のアクチュエータ３６によっ
て右のアーム３２を引き上げ、右のローラ３４を離間さ
せる。

【００６２】次に、左のアクチュエータ３５により左の
アーム３１を押し下げ、左のローラ３３を図４に示す錘
移動位置に配置する。すなわち、前ローラ３３ａを溝カ
ム円板１２の小径部１２ａのみに当接させ、また後ロー
ラ３３ｂを押えフランジ４３の大径部４３ｄ及び錘移動
円板１１の大径部１１ｂに当接させる。これにより、押
えフランジ４３と錘移動円板１１とが一体的に回転し、
これらに対して溝カム円板１２が相対回転する。その相
対回転角度は、上述と同様に、１秒間の当接で３２４度
となる。溝カム円板１２の相対回転角度と、軸Ｃからの
修正錘１３までの距離ｒとの関係をあらかじめ知ってお
けば、当接時間を適宜に設定することで、修正錘１３の
距離ｒを所望値に設定することができる。

【００６３】上述の押えフランジ４３の大径部４３ｄに
は、１回転に１パルス（図７のパルス１）を発生する深
い溝と、分割パルス用として任意の角度でパルス（同図
のパルス２）を発生する浅い溝とが切られており、深い
溝を検知するパルスセンサＳ１及び浅い溝を検知するパ
ルスセンサＳ２がそれぞれ大径部４３ｄに対向配置され
ている。また、錘移動円板１１の小径部１１ａにも１回
転に１パルス（同図のパルス３）を発生するための溝が
形成されており、これを検知するためのパルスセンサＳ
３が小径部１１ａに対向配置されている。さらに、溝カ
ム円板１２の小径部１２ａにも１回転に１パルス（同図
のパルス４）を発生するための溝が形成されており、こ
れを検知するためのパルスセンサＳ４が小径部１２ａに
対向配置されている。なお、上述では押えフランジ４３
からのパルスを権支出するようにしているが、これに代
えて、ホルダーベース４２の一部、又は主軸５０の一部
を利用して、主軸５０の１回転に１パルスを検出し、ま
たその分割パルスを検出するようにしてもよい。

【００６４】図７に示すように、押えフランジ４３に対
する錘移動円板１１の角度位置のずれは、押えフランジ
４３の１回転１パルスの信号を基準として、分割パルス
をカウントして錘移動円板１１のパルスの立上りまでの
パルス数ＣＰ１をカウントして所定の係数をかけること
により求めることができる。同様にして、パルス数ＣＰ
２をカウントして所定の係数をかけることで、溝カム円
板１２の角度位置のずれも求めることができる。

【００６５】図８に、オートバランサー１の制御ブロッ
ク図を示す。

【００６６】主軸５０に取り付けられた振動検知センサ
６１の信号は、ローパスフィルタ６２に入力され、ここ
で主軸５０や砥石４１の不釣り合いと関係のない成分が
除去されて、ＡＤ変換部６３によりＡＤ変換され、ＲＯ
Ｍ６４ａ、ＲＡＭ６４ｂを有するオートバランサー用の
ＣＰＵ（制御装置）６４に入力される。また、前述のパ
ルスセンサＳ１〜Ｓ４の出力も、ＣＰＵ６４に入力され
る。このＣＰＵ６４は、その他、研削盤の制御装置（工
作機械制御ＣＰＵ）６５、操作パネル６６にも接続され
ており、入力されるそれぞれの信号に基づいて、アクチ
ュエータ３５、３６を駆動し、修正錘１３を移動させ
て、主軸等の動的バランスの修正作業を行う。

【００６７】動的バランスの修正は次のようにして行
う。 (1) 修正錘１３をそのバランス修正量Ｕがゼロ（又は最
小）となる位置に配置する。これは図７のＣＰ２がゼロ
となるように溝カム円板１２のパルス位置を合わせるこ
とにより達成される。具体的には、主軸５０を回転させ
た状態で、図４に示すように、アクチュエータ３５をＯ
Ｎしてアーム３１を押し下げ、左のローラ３３を錘回転
位置に配置することにより、溝カム円板１２だけをずら
すことができるので、ＣＰ２がゼロになったときに、ア
クチュエータ３５をＯＦＦすればよい。この状態でＣＰ
１の値も検出しておく。 (2) (1) の状態で主軸５０の振動を、振動検知センサ６
１によって測定し、図９に示すように、振動振幅ＶＰ
１、押えフランジ４３の基準パルスからの位相差ＰＨ１
を求める。 (3) バランス修正量Ｕを最大の位置に設定 修正錘１３の位置を、バランス修正量Ｕが最大となるよ
うに、押えフランジ４３に対して、溝カム円板１２を１
８０度回転させる。これを行うには、主軸５０を回転さ
せた状態で、図４に示すように、アクチュエータ３５を
ＯＮしてローラ３３を錘回転位置に配置することによ
り、溝カム円板１２だけをずらすことができる。ＣＰ２
が１８０度に相当する値になったときに、アクチュエー
タ３５をＯＦＦすればよい。設定後のＣＰ２、ＣＰ１の
状態を検出しておく。 (4) (3) の状態で主軸５０の振動を振動検出センサ６１
により測定し、(2) の場合に、振動振幅ＶＰ２、押えフ
ランジ４３の基準パルスからの位相差ＰＨ２を求める。 (5) 上述の(2) (4) で得られたＣＰ１、ＣＰ２、ＶＰ
１、ＰＨ１、ＶＰ２、ＰＨ２の結果から、主軸等の動的
バランスのバランス修正量Ｕと、そのバランス修正位置
ＣＰＨをＣＰＵ６４による計算により求める。 (6) バランス修正位置ＣＰＨに相当する角度だけ、錘移
動円板１１と溝カム円板１２とを同時に回転させる。こ
れを行うには、図３に示すように、アクチュエータ３６
をＯＮしてアーム３２を押し下げ、ローラ３４を錘移動
位置に配置することにより、錘移動円板１１及び溝カム
円板１２とを同時にずらすことができ、ＣＰ１がＣＰＨ
の角度に相当する値になったときに、アクチュエータ３
６をＯＦＦすればよい。この状態でのバランス修正量Ｕ
はゼロである。 (7) 主軸等の動的バランスのバランス修正量Ｕに相当す
る値だけ溝カム円板１１を１８０度回転させる。これを
行うには、主軸５０を回転させた状態で、図４に示すよ
うに、アクチュエータ３５をＯＮし、アーム３１を押し
下げてローラ３３を錘移動位置に配置することにより、
溝カム円板１２だけをずらすことができるので、ＣＰ２
がバランス修正量Ｕに相当する値になったときに、アク
チュエータ３５をＯＦＦすればよい。 (8) 振動振幅を測定し、操作パネル６６に振動の値を表
示する。振動が十分に低減していれば、正しいバランス
修正が行われたと判断できる。この時点において、バラ
ンス修正量Ｕが適切であれば、修正を終了して、引き続
き、研削加工に移る。依然としてバランス修正が十分で
ないときには、上述の手順(1) に戻り、再度のバランス
修正を行う。

【００６８】図１０に上述構成・作用のオートバランサ
ー１を使用して実際にバランス修正を行った結果を示
す。同図のように、バランス無修正のときには、４μｍ
あった振動が、バランス修正後には、０．２μｍとなっ
た。これに要する時間は、１０〜２０秒であった。

【００６９】上述のように、本発明に係るオートバラン
サー１によると、修正錘１３を移動させるためのモータ
を必要とせず、外部からすべて操作でき、しかも、機械
的にバランスを修正するので、動作が極めて安定する。

【００７０】上述のオートバランサーにおいては、修正
錘１３を周方向に移動させる（回転させる）ために右の
ローラ３４を使用し、修正錘１３を径方向に移動させる
ために左のローラ３３を使用していたが、上述の修正錘
１３の周方向及び径方向の移動を１個のローラ、１個の
アーム、１個のアクチュエータで行うようにしてもよ
い。ただし、この場合には、ローラ、アーム、アクチュ
エータを前後方向に移動させるための機構が必要にな
る。この機構によって、ローラを図３に示す位置と図４
に示す位置とに移動させるのである。

【００７１】また、上述では、異径部として、錘移動円
板１１と溝カム円板１２とにそれぞれ小径部１１ａ、１
２ａを設けたが、これに代えて、錘移動円板１１の大径
部１１ｂよりもさらに直径が大きい大径部を設けるよう
にしてもよい。この場合には、例えば、図３に示すよう
に右のローラ３４を錘回転位置に配置した場合、上述と
は逆に、錘移動円板１１及び溝カム円板１２の回転数
が、押えフランジ４３の回転数を下回ることになる。た
だし、この場合でも同様の効果をあげることができる。

【００７２】上述構成のオートバランサー１によると、
従来技術と異なり、修正錘１３を移動させるべく錘移動
円板１１及び溝カム円板１２を任意の位置に回転させる
ために、主軸５０の動力を利用することができ、ＤＣモ
ータやパルスモータ等のアクチュエータを用いる必要が
ないので、装置構成を簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はバランス修正量（不釣り合い量）を説
明する図。（ｂ）はバランス修正角度（不釣り合い角
度）を説明する図。

【図２】錘移動機構の構成を示す分解斜視図。

【図３】右のローラを錘移動位置に配置した状態におけ
るオートバランサーの縦断面図。

【図４】左のローラを錘移動位置に配置した状態におけ
るオートバランサーの縦断面図。

【図５】図３、図４におけるＡ部の拡大図。

【図６】砥石カバー等を取り外した状態のオートバラン
サーの正面図。

【図７】押えフランジ、錘移動円板、溝カム円板から発
生されるパルスを示す図。

【図８】オートバランサーの制御ブロック図。

【図９】基準パルスと振動振幅との関係（位相と振幅と
の関係）を説明する図。

【図１０】バランス修正の効果を示す図。

【符号の説明】

１ オートバランサー １０ 錘移動機構 １１ 錘移動円板 １１ａ 異径部（小径部） １１ｂ 大径部 １１ｅ 第１のガイド溝（錘溝） １２ 溝カム円板 １２ａ 異径部（小径部） １２ｅ 第２のガイド溝 １３ 修正錘 ２０ クランプ機構 ３０ 回転機構 ３３ 弾性ローラ（左のローラ） ３３ａ、３４ａ 前ローラ ３３ｂ、３４ｂ 後ローラ ３４ 弾性ローラ（右のローラ） ３５ アクチュエータ（左のアクチュエータ） ３６ アクチュエータ（右のアクチュエータ） ４０ 砥石ユニット ４１ 砥石 ５０ 主軸 ６４ 制御装置（ＣＰＵ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 修正錘を内蔵するとともにベース回転体
   に装着され、該ベース回転体に対して前記修正錘を移動
   させることで、前記ベース回転体の回転時の動的バラン
   スをとるオートバランサにおいて、 前記ベース回転体によってそれぞれ個別に回動可能に支
   持され、軸方向に相互に隣接して配置された第１の回転
   体と第２の回転体とを備え、 前記第１の回転体の端面のうちの前記第２の回転体側の
   端面に、前記修正錘を径方向にガイドする第１のガイド
   溝を設け、 前記第２の回転体の端面のうちの前記第１の回転体側の
   端面に、ほぼ半周は角度の増加に伴って軸からの距離が
   漸増するとともに、残りの半周は角度の増加に伴って軸
   からの距離が漸減する閉ループを描く第２のガイド溝を
   設け、 前記修正錘の一方の端部を前記第１のガイド溝に係合さ
   せ、他方の端部を前記第２のガイド溝に係合させ、 前記ベース回転体に対して前記第１、第２の回転体を一
   体的に相対回転させることで、前記修正錘の周方向の位
   置を調整するとともに、 前記ベース回転体及び前記第１の回転体に対して前記第
   ２の回転体を相対回転させることで、前記修正錘の径方
   向の位置を調整する、 ことを特徴とするオートバランサ。
2. 【請求項２】 前記第１、第２の回転体の外周面の少な
   くとも一部に、その直径が前記ベース回転体の外周面の
   直径と異なる異径部を設け、 前ローラと後ローラとを一体に構成した弾性ローラを設
   け、 前記後ローラを前記ベース回転体の外周面に当接させる
   と同時に、前記前ローラを前記第１、第２の回転体の前
   記異径部に当接させることで、前記ベース回転体に対し
   て前記第１、第２の回転体を一体的に相対回転させ、前
   記修正錘の周方向の位置を調整する、 ことを特徴とする請求項１記載のオートバランサ。
3. 【請求項３】 前記後ローラを前記ベース回転体の外周
   面に当接させると同時に、前記前ローラを前記第２の回
   転体の前記異径部に当接させることで、前記ベース回転
   体及び前記第１の回転体に対して前記第２の回転体を相
   対回転させ、前記修正錘の径方向の位置を調整する、 ことを特徴とする請求項２記載のオートバランサ。
4. 【請求項４】 前記弾性ローラを前記ベース回転体、前
   記第１、第２の回転体に接離させるアクチュエータを備
   える、 ことを特徴とする請求項２又は３記載のオートバラン
   サ。
5. 【請求項５】 前記アクチュエータによる前記弾性ロー
   ラの当接時間を制御する制御装置を備える、 ことを特徴とする請求項４記載のオートバランサ。
6. 【請求項６】 前記第１、第２の回転体を軸方向から押
   圧して前記ベース回転体と一体回転させるとともに、前
   記押圧を解除して前記第１、第２の回転体を前記ベース
   回転体に対して相対回転可能にするクランプ機構を備え
   る、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４、又は５記載の
   オートバランサ。