TW202404740A - 自動平衡器 - Google Patents

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凱文 沃爾特林
威廉 克南
喬瑟夫 坎菲爾德
傑瑞米 羅斯
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Abstract

本發明的目的在於提供在旋轉軸軸向的長度比習知技術短的自動平衡器。自動平衡器係具備：平衡頭，係以旋轉體的旋轉軸為中心而與旋轉體一體地旋轉，並具有：修正旋轉體的不平衡的電動型的平衡修正機構、及有平行於旋轉軸的筒狀的外周面且收納平衡修正機構的殼體；定子，係與平衡頭個別設置，在對外周面隔有間隙的狀態下具有沿著外周面的周向之形狀，電性連接到平衡頭的控制器；及轉子部，在外周面上設在與定子相對向的位置且與平衡頭一體地旋轉，並具有沿著外周面的周向之形狀且電性連接到平衡修正機構；能夠在定子與轉子之間進行無線傳輸。

Description

自動平衡器
本發明係有關修正旋轉體的不平衡(unbalance)的自動平衡器(auto balancer)。
已知有一種研削裝置，係以藉由主軸(spindle)而高速旋轉的圓盤狀的研削磨石(旋轉體)來對被加工物進行研削加工。在研削裝置係設有能夠自動修正高速旋轉中的研削磨石的不平衡之自動平衡器(參照下述之專利文獻1)。自動平衡器係具備：平衡頭(balance head)，係連結至研削磨石且與該研削磨石一體地旋轉；及定子(stator)(亦稱為發送器(sender))，係對平衡頭傳輸從控制器(controller)輸入的平衡頭的驅動電力及驅動指令。平衡頭係根據從定子輸入的驅動電力及驅動指令，令平衡頭內的複數個平衡配重(balance weight)移動，藉此而修正研削磨石的不平衡。
就如上述的自動平衡器而言，已知有具備非接觸式的平衡頭及定子的自動平衡器(參照下述之專利文獻2)。專利文獻2中記載的定子係具備能夠無線傳輸驅動電力及驅動指令的傳送器(transmitter)及定子線圈(coil)。該定子係對平衡頭的與連結至研削磨石之側的後端面為相反側的前端面相對向配置。此外，在專利文獻2中記載的平衡頭的前端面係設有轉子。在轉子係設有接收從定子無線傳輸過來的驅動電力及驅動指令之用的轉子線圈及接收電路。藉此，無需令定子對平衡頭連結就能夠從定子對平衡頭無線傳輸驅動電力及驅動指令。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1:日本特開2001-232563號公報 專利文獻2:日本特開2011-95163號公報
[發明欲解決之課題]
然而，習知技術的自動平衡器中具備非接觸式的平衡頭及定子者乃係採用平衡頭與定子沿使研削磨石等旋轉體旋轉的旋轉軸的軸向串列配置的構成。亦即，平衡頭與定子以沿彼此的厚度方向串列層疊的方式相對向配置。結果，自動平衡器的旋轉軸軸向的長度變長(厚度變厚)，故必須確保自動平衡器在研削裝置內的設置空間(space)。此外，為了將自動平衡器設置至研削裝置內，必須改良收納研削磨石等旋轉體的殼體(case)。
本發明係鑒於如上述情事而研創，目的在於提供在旋轉軸軸向的長度比習知技術短的自動平衡器。 [用以解決課題之手段]
達成本發明的目的之用的自動平衡器係具備：平衡頭，係以旋轉體的旋轉軸為中心而與旋轉體一體地旋轉，並具有：修正旋轉體的不平衡的電動型的平衡修正機構、及有平行於旋轉軸的筒狀的外周面且收納平衡修正機構的殼體；定子，係與平衡頭為個別設置，在對外周面隔有間隙的狀態下具有沿著外周面的周向之形狀，電性連接到平衡頭的控制器；及轉子部，在外周面上設在與定子相對向的位置且與平衡頭一體地旋轉，並具有沿著外周面的周向之形狀且電性連接到平衡修正機構；轉子，在外周面上設在與定子相對向的位置且為沿著外周面的周向之形狀的轉子部，電性連接到平衡修正機構；能夠在定子與轉子部之間進行無線傳輸。
依據該自動平衡器，能夠使定子對平衡頭的殼體的外周面鬆嵌，此外，能夠將轉子部設在殼體的外周面上。
在本發明的其他態樣的自動平衡器中，定子係沿著外周面的周向形成為圓環(ring)狀，對外周面鬆嵌。藉此，能夠縮短在旋轉軸軸向的自動平衡器的長度。
在本發明的其他態樣的自動平衡器中，轉子部係沿著外周面的周向形成為圓環狀。藉此，能夠進行定子與轉子部之間的無線傳輸。
在本發明的其他態樣的自動平衡器中，定子及轉子部係在旋轉軸軸向彼此相對向。藉此，能夠進行定子與轉子部之間的無線傳輸。
在本發明的其他態樣的自動平衡器中，定子係將從控制器輸出的平衡頭的驅動電力及驅動指令無線傳輸給轉子部；轉子係從定子接收驅動電力及驅動指令；平衡修正機構係根據轉子部所接收到的驅動電力及驅動指令而作動。藉此，能夠從定子對平衡頭以非接觸的方式傳輸驅動電力及驅動指令。
在本發明的其他態樣的自動平衡器中，具備偵測感測器(sensor)，其係設在殼體，偵測被接觸物對旋轉體的接觸；轉子部係將偵測感測器的檢測信號無線傳輸給定子；定子係將從轉子部接收到的檢測信號輸入至控制器。藉此，能夠從平衡頭對定子以非接觸的方式傳輸檢測信號。 [發明之效果]
本發明係能夠縮短在旋轉軸軸向的自動平衡器的長度。
[用以實施發明的形態]
圖1係顯示將本發明的自動平衡器16應用到研削裝置10的例子之概要圖。另外，針對研削裝置10係僅顯示其主要部分。
如圖1所示，研削裝置10係例如為用於被加工物W的研削加工，具備研削磨石12、主軸14及自動平衡器16。
研削磨石12係相當於本發明的旋轉體，形成為圓盤狀。該研削磨石12係以以旋轉軸14a為中心而旋轉自如的方式保持在主軸14。此外，在研削磨石12係連結著構成自動平衡器16的平衡頭20，與該平衡頭20一體地旋轉。
主軸14係內設馬達，以旋轉軸14a為中心使研削磨石12高速旋轉。另外，圖中的元件符號Ax為旋轉軸14a的軸向。此外，符號θ為繞旋轉軸14a的繞軸旋轉方向，亦即研削磨石12及平衡頭20的旋轉方向。
自動平衡器16係自動修正高速旋轉的研削磨石12的不平衡。該自動平衡器16係具備：非接觸型的平衡頭20及定子22、以及振動感測器24、控制器26。另外，雖省略圖示，但亦可在自動平衡器16設有檢測平衡頭20的旋轉角度(參照上述專利文獻2)的檢測感測器。
平衡頭20係透過配接法蘭(adapter flange)28而連結在研削磨石12。藉此，如同前述，研削磨石12及平衡頭20一體地沿繞軸旋轉方向θ旋轉。平衡頭20係根據從控制器26透過定子22以非接觸方式輸入的驅動電力及驅動指令而作動，而修正高速旋轉中的研削磨石12的不平衡。
圖2係非接觸型的平衡頭20及定子22的立體圖。圖3係圖2所示的平衡頭20及定子22的立體分解圖。圖4係圖2所示的平衡頭20及定子22的沿4-4線剖切的剖面圖。
如圖2至圖4所示，平衡頭20係具備：殼體30、轉子部32、平衡修正機構34、AE感測器36、控制基板38。
殼體30係形成為平行於軸向Ax的中空圓柱狀。該殼體30係由沿軸向Ax隔著間隔而設且垂直於軸向Ax的圓盤狀的前端面30a及後端面30b、以及平行於軸向Ax的圓筒狀的外周面30c所構成。外周面30c係將前端面30a的周緣部與後端面30b的周緣部連接起來。此外，外周面30c係構成為能夠在軸向Ax分割為二。
殼體30內側的空間係收納有電動型的平衡修正機構34。此外，在形成後端面30b的壁部內係設有控制基板38及AE感測器36。
平衡修正機構34係具備兩個平衡配重34a及兩組馬達驅動機構34b。各平衡配重34a係以分別藉由相異的馬達驅動機構34b而以軸向Ax為中心沿繞軸旋轉方向θ變位自如的方式保持著。各馬達驅動機構34b係例如由馬達與複數個齒輪(gear)所構成。各馬達驅動機構34b係接受來自控制基板38的電力供給，令各平衡配重34a彼此獨立地沿繞軸旋轉方向θ變位。另外，平衡修正機構34並無特別限定於圖中所示機構，能夠採用公知的各種型式(type)。
AE感測器36乃係聲射(Acoustic Emission；AE)感測器，相當於本發明的偵測感測器。AE感測器36係檢測被加工物W、修整器(dresser)或其他被接觸物接觸到研削磨石12時產生的高頻頻域的聲響，將該聲響的檢測信號輸出給控制基板38。
轉子部32係設在外周面30c上，與平衡頭20一體地沿繞軸旋轉方向θ旋轉。轉子部32係形成為沿著外周面30c的周向(繞軸旋轉方向θ)之形狀，更具體而言係形成為圓環狀(法蘭(flange)狀)。在該轉子部32內係設有圓環狀的天線(antenna)線圈即轉子線圈32a。另外，在本實施形態中，轉子部32係以形成一體的方式形成在殼體30，但亦可將與殼體30為個別形成的轉子部32固定至殼體30。
轉子線圈32a係電性連接至控制基板38，復透過該控制基板38電性連接至平衡修正機構34等。轉子線圈32a係接收後述的從定子22無線傳輸(電力傳輸)過來的驅動電力及同樣從定子22無線傳輸(資訊傳輸)過來的平衡修正機構34的驅動指令。此外，轉子線圈32a係反過來將從控制基板38輸入的AE感測器36的檢測信號無線傳輸(資訊傳輸)給定子22。
控制基板38係具有CPU(Central Processing Unit；中央處理單元)等處理器(processor)、受電電路、送電電路、接收解調部及發送調變部等，控制平衡頭20的各部的動作及給各部的電力供給。控制基板38係在將轉子線圈32a所接收到的驅動電力(交流電力)轉換成直流電力後，將該驅動電力供給至平衡修正機構34及AE感測器36等。此外，控制基板38係將轉子線圈32a所接收到的驅動指令輸出至平衡修正機構34。此外，控制基板38係控制對轉子線圈32a的通電，令AE感測器36的檢測信號從轉子線圈32a對定子22無線傳輸。
定子22係與平衡頭20為個別設置。定子22係作為將從控制器26輸出的平衡頭20的驅動電力及驅動指令無線傳輸至轉子部32的發送器而發揮功能，並且作為反過來接收從轉子部32無線傳輸而來的AE感測器36的檢測信號再輸出至控制器26的接收器(receiver)而發揮功能。該定子22係具備：定子圓環40、發送/接收控制部42及信號接線(cable)44。
定子圓環40係形成為沿著外周面30c的周向的圓環狀。具體而言，定子圓環40係形成為其內徑比外周面30c的外徑大，對外周面30c鬆嵌(以隔有間隙的狀態外嵌)。換言之，殼體30係插通在藉由定子圓環40圍起的空間內。此外，定子圓環40係安裝於設在研削磨石12附近的研削裝置10的未圖示的固定部(例如機械護罩(guard))，藉此，在軸向Ax固定在與轉子部32相對向的位置且為靠近該轉子部32的位置。藉此，能夠在定子圓環40與轉子部32之間進行無線傳輸。在該定子圓環40內係設有圓環狀的天線線圈即定子線圈40a。
定子線圈40a係在後述的發送/接收控制部42的控制下進行與轉子線圈32a之間的驅動電力、驅動指令及檢測信號等的無線傳輸。
發送/接收控制部42係藉由發送調變部(傳送器)及接收解調部等所構成。發送/接收控制部42係透過信號接線44電性連接至控制器26且對定子線圈40a亦電性連接。
發送/接收控制部42係根據從控制器26輸入的驅動電力控制定子線圈40a的通電，藉此，將驅動電力以電磁感應方式、磁場共振方式及電場共振方式等公知的方式無線傳輸給轉子線圈32a。此外，發送/接收控制部42係根據從控制器26輸入的平衡頭20的驅動指令控制定子線圈40a的通電，藉此，將驅動指令以公知的方式無線傳輸給轉子部32。藉此，從定子22對平衡頭20以非接觸方式傳輸驅動電力及驅動指令。
此外，發送/接收控制部42係將從轉子線圈32a對定子線圈40a以非接觸方式傳輸的AE感測器36的檢測信號輸出給控制器26。
回到圖1，振動感測器24係安裝在主軸14。此外，振動感測器24係透過信號接線50連接到控制器26。振動感測器24係檢測起因於藉由主軸14而高速旋轉的研削磨石12的不平衡而出現在該主軸14的低頻頻域的振動，將振動檢測信號輸出給控制器26。
控制器26係統籌控制對平衡頭20的驅動電力的供給、平衡頭20的驅動及藉由振動感測器24進行的振動檢測。
控制器26係在藉由主軸14進行的研削磨石12的旋轉驅動進行的期間，將平衡頭20的驅動電力輸出給發送/接收控制部42。此外，發送/接收控制部42係在從控制器26獲得驅動電力輸入的期間，控制定子線圈40a的通電，執行從定子線圈40a對轉子線圈32a的驅動電力的無線傳輸。轉子線圈32a所接收到的驅動電力係經控制基板38供給至平衡頭20的各部。結果，平衡頭20及AE感測器36係成為作動狀態。
接著，AE感測器36開始聲響檢測，將聲響檢測信號連續輸出至控制基板38。此外，控制基板38在從AE感測器36獲得聲響檢測信號輸入的期間，根據聲響檢測信號控制轉子線圈32a的通電，藉此，從轉子線圈32a對定子線圈40a無線傳輸聲響檢測信號。藉由定子線圈40a而接收到的聲響檢測信號係藉由發送/接收控制部42輸出給控制器26。藉此，控制器26係能夠根據聲響檢測信號偵測研削磨石12接觸了被加工物W等。
此外，控制器26係在藉由主軸14進行的研削磨石12的旋轉驅動進行的期間，令振動感測器24作動。藉此，從振動感測器24對控制器26連續輸入振動檢測信號。控制器26係於每次從振動感測器24獲得振動檢測信號輸入，決定能夠以公知的方法修正研削磨石12的不平衡的平衡修正機構34內的各平衡配重34a的配置。
接著，控制器26係於每次決定各平衡配重34a的配置，生成平衡修正機構34的驅動用的驅動指令，將該驅動指令輸出給發送/接收控制部42。此外，發送/接收控制部42係於每次從控制器26獲得驅動指令輸入，控制定子線圈40a的通電，執行從定子線圈40a對轉子線圈32a的驅動指令的無線傳輸。轉子線圈32a所接收到的驅動指令係經控制基板38輸入至平衡修正機構34。結果，平衡修正機構34係遵從驅動指令進行驅動，藉此，補正高速旋轉中的研削磨石12的不平衡。
圖5係說明本實施形態的自動平衡器16相對於比較例的自動平衡器100的效果之用的說明圖。如圖5所示，比較例的自動平衡器100係具備平衡頭102與定子104，在平衡頭102的前端面係透過配接器(adapter)102a設置轉子106。此外，定子104配置在與該轉子106相對向的位置。結果，平衡頭102、配接器102a、轉子106及定子104係沿軸向Ax串列配置，自動平衡器100的長度LA因而變長。
相對於此，本實施形態的自動平衡器16係在定子22設置圓環狀的定子圓環40，令該定子圓環40對平衡頭20的外周面30c鬆嵌，藉此，能夠將轉子部32形成在外周面30c上，此外，不需比較例的配接器102a。結果，自動平衡器16全體的軸向Ax的長度LB係成為僅等於平衡頭20的軸向Ax的長度，能夠將軸向Ax的長度較比較例大幅縮短。藉此，能夠減小自動平衡器16在研削裝置10內的設置空間。此外，不需為了將自動平衡器16設置至研削裝置10內而改良收納研削磨石12的殼體。
在上述實施形態中，殼體30的外周面30c形成為圓筒狀，但只要殼體30能夠在藉由定子圓環40圍起的空間內沿繞軸旋轉方向θ旋轉，則外周面30c亦可形成為圓筒狀以外的筒狀。此外，在上述實施形態中，轉子部32(轉子線圈32a)與定子圓環40(定子線圈40a)分別形成為圓環狀，但只要能夠進行轉子線圈32a與定子線圈40a之間的無線傳輸，則亦可形成為四角環狀(多角環狀)等圓環狀以外的形狀。
在上述實施形態中，轉子部32及定子圓環40分別形成為圓環狀，但只要為沿著外周面30c的周向(繞軸旋轉方向θ)的形狀，則並不限定於圓環狀，例如亦可形成為圓弧狀或半圓環狀。另外，為了能夠常時進行轉子部32與定子圓環40之間的驅動電力等的無線傳輸，較佳為轉子部32及定子圓環40其中任一者形成為圓環狀。
在上述實施形態中，轉子部32設在外周面30c上且為對定子圓環40沿軸向Ax相對向的位置，但例如亦可將轉子部32形成在外周面30c上且為與定子圓環40的內周面相對向的位置，亦即形成在外周面30c之中被定子圓環40圍起的區域。
在上述實施形態中，係舉了修正研削裝置10的研削磨石12的不平衡之自動平衡器16為例進行說明，但對於研削裝置10以外的半導體製造裝置所設置的各種旋轉體的不平衡之修正所使用的自動平衡器亦可應用本發明。此外，在半導體製造裝置以外的領域修正各種旋轉體的不平衡時亦能夠應用本發明。
10:研削裝置 12:研削磨石 14:主軸 14a:旋轉軸 16:自動平衡器 20:平衡頭 22:定子 24:振動感測器 26:控制器 28:配接法蘭 30:殼體 30a:前端面 30b:後端面 30c:外周面 32:轉子部 32a:轉子線圈 34:平衡修正機構 34a:平衡配重 34b:馬達驅動機構 36:AE感測器 38:控制基板 40:定子圓環 40a:定子線圈 42:發送/接收控制部 44,50:信號接線 100:自動平衡器 102:平衡頭 102a:配接器 104:定子 106:轉子 Ax:軸向 θ:繞軸旋轉方向 W:被加工物
圖1係顯示將自動平衡器應用到研削裝置的例子之概要圖。 圖2係非接觸型的平衡頭及定子的立體圖。 圖3係圖2所示的平衡頭及定子的立體分解圖。 圖4係圖2所示的平衡頭及定子的沿4-4線剖切的剖面圖。 圖5係說明本實施形態的自動平衡器相對於比較例的自動平衡器的效果之用的說明圖。
16:自動平衡器
20:平衡頭
22:定子
30:殼體
30a:前端面
30c:外周面
32:轉子部
40:定子圓環
42:發送/接收控制部
44:信號接線
Ax:軸向
θ:繞軸旋轉方向
4-4:剖切線

Claims (6)

  1. 一種自動平衡器，係具備： 平衡頭，係以旋轉體的旋轉軸為中心而與前述旋轉體一體地旋轉，並具有：修正前述旋轉體的不平衡的電動型的平衡修正機構、及有平行於前述旋轉軸的筒狀的外周面且收納前述平衡修正機構的殼體； 定子，係與前述平衡頭個別設置，在對前述外周面隔有間隙的狀態下具有沿著前述外周面的周向之形狀，電性連接到前述平衡頭的控制器；及 轉子部，在前述外周面上設在與前述定子相對向的位置且與前述平衡頭一體地旋轉，並具有沿著前述外周面的周向之形狀且電性連接到前述平衡修正機構； 能夠在前述定子與前述轉子部之間進行無線傳輸。
  2. 如請求項1之自動平衡器，其中前述定子係沿著前述外周面的周向形成為圓環狀，對前述外周面鬆嵌。
  3. 如請求項1或2之自動平衡器，其中前述轉子部係沿著前述外周面的周向形成為圓環狀。
  4. 如請求項1至3中任一項之自動平衡器，其中前述定子及前述轉子部係在前述旋轉軸軸向彼此相對向。
  5. 如請求項1至4中任一項之自動平衡器，其中前述定子係將從前述控制器輸出的前述平衡頭的驅動電力及驅動指令無線傳輸給前述轉子部； 前述轉子部係從前述定子接收前述驅動電力及前述驅動指令； 前述平衡修正機構係根據前述轉子部所接收到的前述驅動電力及前述驅動指令而作動。
  6. 如請求項1至5中任一項之自動平衡器，其具備偵測感測器，該偵測感測器係設在前述殼體，偵測被接觸物對前述旋轉體的接觸； 前述轉子部係將前述偵測感測器的檢測信號無線傳輸給前述定子； 前述定子係將從前述轉子部接收到的前述檢測信號輸入至前述控制器。
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