特開 2024-88349 主軸用バランサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024088349

(43)【公開日】2024-07-02

(54)【発明の名称】主軸用バランサ

(51)【国際特許分類】

   B23Q 11/00 20060101AFI20240625BHJP

   F16F 15/32 20060101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

B23Q11/00 B

F16F15/32 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022203466

(22)【出願日】2022-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】502267800

【氏名又は名称】株式会社かいわ

(74)【代理人】

【識別番号】110002675

【氏名又は名称】弁理士法人ドライト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山添 重幸

(57)【要約】

【課題】主軸の回転バランスを高精度に調整し、工作機械に発生する振動を効果的に低減することのできる主軸用バランサを提供すること。
【解決手段】工作機械１００の主軸１０３に設けられ、主軸１０３の回転バランスを調整する主軸用バランサ１は、主軸１０３の回転軸Ｃ０に直交する径方向外側に突出する円板状本体１１と、円板状本体１１に円環状に形成され、主軸１０３の回転バランスを調整する複数のバランスピース１６が取り付けられる溝部１５とを備え、溝部１５は、主軸１０３の径方向外側に形成される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械の回転駆動される主軸に設けられ、前記主軸の回転バランスを調整する主軸用バランサであって、
前記主軸の回転軸に直交する径方向外側に突出する円板状本体と、
前記円板状本体に円環状に形成され、前記主軸の回転バランスを調整する複数のバランスピースが取り付けられるバランスピース取付部とを備え、
前記バランスピース取付部は、前記主軸の径方向外側に配置される、
主軸用バランサ。

【請求項2】

前記バランスピース取付部は、前記円板状本体に円環状に形成される溝部であり、
前記バランスピースは、前記主軸の径方向外側に配置される前記溝部に対して周方向に沿ってスライド自在に設けられ、前記溝部の周方向所定位置に固定される、
請求項１に記載の主軸用バランサ。

【請求項3】

前記工作機械は、マシニングセンタ、フライス盤及び旋盤のうちいずれかであり、
前記円板状本体は、前記マシニングセンタの主軸、前記フライス盤の主軸、又は、前記旋盤の主軸に設けられ、前記主軸の径方向外側に前記バランスピース取付部が配置され、
前記バランスピース取付部は、前記円板状本体に円環状に形成される溝部であり、
前記バランスピースは、前記主軸の径方向外側に配置される前記溝部に対して周方向に沿ってスライド自在に設けられ、前記溝部の周方向所定位置に固定されて前記主軸の回転バランスを調整する、
請求項１に記載の主軸用バランサ。

【請求項4】

前記円板状本体は、前記主軸の外周面に設けられる、
請求項１に記載の主軸用バランサ。

【請求項5】

前記円板状本体の外周側面には、周方向に沿って前記バランスピースを前記バランスピース取付部に取り付ける際に目安となる目盛が形成される、
請求項１に記載の主軸用バランサ。

【請求項6】

基端が前記主軸に装着され、先端に加工用のツールが取り付けられるツールホルダの外周面に、前記円板状本体が設けられており、
前記円板状本体は、前記ツールホルダを介して前記主軸に設けられる、
請求項１に記載の主軸用バランサ。

【請求項7】

前記工作機械は、フランジ用バランスピースが設けられた一対のフランジを介して砥石が前記主軸に固定される研削盤であり、
前記フランジ用バランスピースが設けられた前記一対のフランジとは別に、前記円板状本体が前記主軸に設けられ、前記バランスピース取付部に設けられる前記複数のバランスピースによって前記主軸の回転バランスを調整する、
請求項１に記載の主軸用バランサ。

【請求項8】

前記工作機械は、前記主軸を鉛直方向に向けた縦型工作機械であり、
前記円板状本体は、前記工作機械の装着時に前記バランスピース取付部を鉛直下方に向けて配置させる、
請求項１又は５に記載の主軸用バランサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械の回転駆動される主軸に設けられ、主軸の回転バランスを調整する主軸用バランサに関する。

【背景技術】

【0002】

マシニングセンタ等の工作機械は、加工用のツールを主軸に取り付けた回転体を有し、主軸を含む回転体を高速で回転させて孔開け、ミーリング等の加工を行っている。また、旋盤等の工作機械は、加工対象となるワークを高速で回転させながら加工用のツールを接触させてワークの外周面の切削加工を行っている。このような工作機械では、回転体の回転に軸ブレがあると、振動等が発生して加工精度が低下したり、振動によるスピンドルベアリングの寿命が短くなるため、回転体の軸ブレを防止する回転バランス調整が行われる。

【0003】

従来、このような回転体の回転バランスの調整の方法としては、主軸を支承する軸受から回転軸方向の端部側で主軸に複数の雌ねじ穴を形成し、雌ねじ穴に錘となるねじを適宜の位置に挿入螺合し、主軸の径方向内側（主軸径内）に設けたねじで回転バランスを調整する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、他の回転バランスの調整方法としては、フランジ部等を備える主軸に装着されるツールホルダにおいて、ツールホルダを主軸に装着した際に主軸径内に位置する外周面に複数の雌ねじ穴を形成しておき、錘となるねじを適宜の位置に挿入螺合し、主軸径内に設けたねじで回転バランスを調整する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６－１２６５８８号公報

【特許文献2】特開２００１－１３８１６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の回転バランスの調整方法のように、主軸の回転軸に直交する主軸径方向の内側（主軸径内）において、予め決まった位置及び数のねじ穴に、錘となるねじを単に取り付けるだけでは、、未だ主軸の回転ブレを抑制する効果が少ないという事実があった。また、振動を効果的に低減できない場合、上述したように加工精度が低下したり、工作機械の駆動モータや主軸、当該主軸に装着される加工工具等も傷みやすくなる。そのため、例えば、マシニングセンタや、フライス盤、旋盤、円筒研削盤等の工作機械においては、主軸に加工工具等を装着する前でも、主軸自体の回転バランスを高精度に調整しておき、工作機械に発生する振動を効果的に低減することが望ましい。

【0006】

本発明は、主軸の回転バランスを高精度に調整し、工作機械に発生する振動を効果的に低減することのできる主軸用バランサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のバランサは、工作機械の回転駆動される主軸に設けられ、前記主軸の回転バランスを調整する主軸用バランサであって、前記主軸の回転軸に直交する径方向外側に突出する円板状本体と、前記円板状本体に円環状に形成され、前記主軸の回転バランスを調整する複数のバランスピースが取り付けられるバランスピース取付部とを備え、前記バランスピース取付部は、前記主軸の径方向外側に配置される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、バランスピース取付部が主軸の径方向外側に配置されることにより、主軸から離れた位置にバランスピースを取り付けることができる。従って、主軸に対して遠心力を効果的に作用させ、主軸の回転バランスを高精度に調整し、振動を効果的に低減することができる。また、バランスピースを円板状本体に取り付けることにより、バランスピースの重量を自由に設定することができるため、主軸の回転バランスを一層高精度に調整することができ、工作機械に発生する振動を低減できる。また、振動を効果的に低減できるため、工作機械に装着される加工工具の痛みも生じにくい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る主軸用バランサの構造を示す上面図である。

【図2】第１実施形態の主軸用バランサの構造を示す下面斜視図である。

【図3】第１実施形態の主軸用バランサの構造を示す断面図である。

【図4】第１実施形態の主軸用バランサをツールホルダに取り付けたマシニングセンタの構造を示す側面図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る主軸用バランサを、マシニングセンタの主軸に取り付けた構造を示す斜視図である。

【図6】第２実施形態の主軸用バランサを工作機械の主軸に取り付けた構造を示す断面図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係る主軸用バランサを、旋盤の主軸に取り付けた構造を示す斜視図である。

【図8】第３実施形態の主軸用バランサを、旋盤の主軸に取り付けた構造を示す断面図である。

【図9】本発明の第４実施形態に係る主軸用バランサを、研削盤の主軸に取り付けた構造を示す断面図である。

【図10】第４実施形態の変形となる主軸用バランサを、研削盤の主軸に取り付けた構造を示す断面図である。

【図11】第３実施形態の変形となる主軸用バランサを、旋盤の主軸に取り付けた構造を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明ではすでに説明した部材及び部分については、同一符号を付してその説明を省略する。図１から図３には、本実施形態の主軸用バランサ１が示されている。図１は主軸用バランサ１の上面図であり、図２は主軸用バランサ１の下面図であり、図３は主軸用バランサ１の断面図である。

【0011】

主軸用バランサ１は、後述するマシニングセンタの主軸１０３の回転バランスを調整する装置であり、円板状本体１１及びバランスピース取付部となる溝部１５を備える。円板状本体１１は、図１に示すように、金属製の円形板状体から構成され、上面は平坦面とされる。円板状本体１１の回転中心には、後述するツールホルダ１０４が挿入される挿入孔１２が形成されている。挿入孔１２の内周面には、円板状本体１１の外側に向かって凹部１３が複数か所（本実施形態では３か所）形成されている。円板状本体１１の外周側面は、図２に示すように、円板状本体１１の厚さ方向に延びる一定外径の外周面と、当該外周面の端部から径方向内側に傾斜する傾斜面とを有し、傾斜面には、円板状本体１１の全周にわたって目盛１４が形成される。この目盛１４は、後述するバランスピース１６の取付位置を調整する際に目安となるように形成されている。

【0012】

図２及び図３に示すように、円板状本体１１の下面側には、円板状本体１１の外周縁に沿った円環状のバランスピース取付部となる溝部１５が形成されている。溝部１５は、内側壁部１５１及び外側壁部１５２を有する円環状に形成される。内側壁部１５１は、外周端部が内側壁部１５１から外側に突出する押え板１５３に覆われ、外側壁部１５２は、溝部１５の外側に凹んだ位置に形成されている。押え板１５３は、リング状の金属板から構成され、固定ねじ１５４によって円板状本体１１に固定される。

【0013】

溝部１５の内側壁部１５１及び外側壁部１５２の間には、バランスピース１６が取り付けられる。主軸用バランサ１は、円環状の溝部１５に沿って複数（例えば３つ）のバランスピース１６の周方向での各取付位置をそれぞれ調整することにより、主軸１０３の回転バランスを調整する。バランスピース１６は、側面視で逆凸状の金属製部材から構成され、逆凸状の下面部は、円板状本体１１の下面から下方に突出する。バランスピース１６は、溝部１５の内側壁部１５１側の第１ピース部材１６１と、外側壁部１５２側の第２ピース部材１６２に分割され、第１ピース部材１６１及び第２ピース部材１６２が接近、離間する方向に隙間を設けて溝部１５に挿入される。第１ピース部材１６１及び第２ピース部材１６２の分割線に沿った中央には、第１ピース部材１６１及び第２ピース部材１６２にまたがるように雌ねじ穴１６３が形成されている。また、バランスピース１６の下面の中央には、主軸用バランサ１の径方向外側に伸び、バランスピース１６の円周方向の端面まで連続するセンター線１６４が刻設されている。

【0014】

雌ねじ穴１６３は、有底の穴であり、深さ方向先端が径方向に縮径している。雌ねじ穴１６３には、図３に示すように固定部材となるイモネジ１６５が螺合する。イモネジ１６５の螺合が浅い状態では、バランスピース１６は、円環状の溝部１５内を溝部１５に沿って周方向にスライド自在に移動させることができる。イモネジ１６５の螺合が深くなると、イモネジ１６５の先端が雌ねじ穴１６３の縮径部分に当接し、第１ピース部材１６１及び第２ピース部材１６２が次第に離間する方向に押し広げられる。押し広げられた結果、第１ピース部材１６１は、内側壁部１５１に押し付けられ、第２ピース部材１６２は、外側壁部１５２に押し付けられ、これらの押付力によって、バランスピース１６は、溝部１５の所望の位置に固定される。一方、イモネジ１６５の基端部分では、第１ピース部材１６１及び第２ピース部材１６２が互いに接近する方向に力が作用し、この力がイモネジ１６５を締め付ける楔としての効果を生じさせ、イモネジ１６５が緩むことを防止する。

【0015】

図４には、本実施形態の主軸用バランサ１を工作機械１００のツールホルダ１０４に装着した構造が示されている。工作機械１００は縦型のマシニングセンタであり、主軸頭１０１、ベアリング１０２、主軸１０３、及びツールホルダ１０４を備える。主軸頭１０１は、工作機械１００の鉛直方向に摺動自在に保持され、内部に主軸１０３が挿入される挿入孔が形成されている。ベアリング１０２は、主軸頭１０１の挿入孔の側面に露出して設けられ、主軸１０３を回転自在に支承する。主軸１０３は、主軸頭１０１の挿入孔に挿入され、図示しないモータ等の駆動源によって回転する。主軸１０３の先端には、ツールホルダ１０４が挿入される円錐台状の凹部が形成されている。逆円錐台状の凹部の回転軸は、主軸１０３の回転軸Ｃ０と一致する。

【0016】

ツールホルダ１０４は、被加工物となるワークを加工するツールを保持する器具であり、主軸挿入部１０４Ａ及びコレットチャック部１０４Ｂを備える。主軸挿入部１０４Ａは、鉛直上方の基端側に設けられ、回転軸を中心とした円錐台形状とされ、主軸１０３の円錐台状の凹部に挿入される。主軸挿入部１０４Ａが円錐台状の凹部に挿入されると、ツールホルダ１０４は、ツールホルダ１０４の回転軸が主軸１０３の回転軸Ｃ０に一致するように装着される。

【0017】

コレットチャック部１０４Ｂは、鉛直下方の先端側に設けられ、図４では図示を略したが、ツールホルダ１０４の本体に設けられるフランジと、フランジ内に挿入されるコレットチャックとを備える。コレットチャックは、回転軸方向に沿った切り込みが複数形成された円筒状体から構成され、円筒内部に加工用のツールを挿入した後、フランジ内にコレットチャックを挿入して螺合すると、コレットチャックが径方向に縮径し、ドリル、エンドミル等の加工用のツールを把持する。なお、本実施形態では、コレットチャックを用いているが、ミーリングチャック、焼き嵌めチャック等の他の構造のチャックを用いてもよい。

【0018】

ツールホルダ１０４には、本実施形態の主軸用バランサ１が設けられている。主軸用バランサ１は、下面側を鉛直下方に向けてツールホルダ１０４の主軸挿入部１０４Ａ及びコレットチャック部１０４Ｂの間の軸部に固定される。図２に示すように、円板状本体１１に形成された３か所の凹部１３には、固定ピース１７が嵌め込まれ、固定ピース１７の作用によって、主軸用バランサ１は、ツールホルダ１０４の軸部に固定される。

【0019】

固定ピース１７は、前述したバランスピース１６と同様の構造を有し、ツールホルダ１０４の軸部側の第１ピース部材１７１と、凹部１３の端面側の第２ピース部材１７２とに分割され、凹部１３の径方向深さに隙間を設けて挿入される。第１ピース部材１７１及び第２ピース部材１７２の分割線には、第１ピース部材１７１及び第２ピース部材１７２にまたがるように有底の雌ねじ穴１７３が形成されている。雌ねじ穴１７３には、イモネジ１７４が螺合固定され、バランスピース１６と同様の作用によって、主軸用バランサ１はツールホルダ１０４の軸部に固定される。

【0020】

円板状本体１１に形成された溝部１５は、回転軸Ｃ０に直交する径方向の主軸１０３の外周面までの距離Ｒ０（すなわち主軸１０３の半径）よりも、外側の径方向の距離Ｒ１の位置に形成され、溝部１５内にバランスピース１６が挿入固定される。なお、主軸頭１０１には、ベアリング１０２を押さえるベアリング押さえ（図示せず）が設けられており、当該ベアリング押さえが主軸１０３とともに回転する形態もある。このように、主軸頭１０１内に設けられたベアリング押さえ（図示せず）が主軸１０３とともに回転する形態の場合、主軸１０３とともに回転するベアリング押さえを含めて主軸１０３と称する。この場合、主軸１０３の外周面までの距離Ｒ０は、主軸１０３とともに回転するベアリング押さえの外周面までの距離となる。

【0021】

溝部１５内に挿入固定されたバランスピース１６の下面は、図４に示すように、円板状本体１１の下面よりも下方に突出している。バランスピース１６の下面が円板状本体１１の下面よりも下方に突出することにより、ツールホルダ１０４が主軸１０３に装着された状態で、主軸用バランサ１を側面から見ても、バランスピース１６のセンター線１６４と、傾斜面に付された目盛１４とを視認し得える。これにより、主軸用バランサ１は、作業者に対して主軸用バランサ１を下方から覗き込むような負担が大きい姿勢にさせることなく、単に側面方向から視認させながら、バランスピース１６の溝部１５内における周方向の位置調整作業を行え、その分、作業者の作業負担を軽減させることができる。

【0022】

本実施形態の作用となる主軸用バランサ１による回転体のバランス調整方法について説明する。コレットチャック部１０４Ｂにドリル、エンドミル等の加工用ツール（加工工具）が装着されたツールホルダ１０４に対して、溝部１５に複数のバランスピース１６が設けられた主軸用バランサ１を、固定ピース１７を用いて固定する。そして、主軸用バランサ１を有するツールホルダ１０４を主軸１０３に挿入固定した後に、主軸用バランサ１を有するツールホルダ１０４を取り付けた主軸１０３について動バランサ測定器を用いて動的バランスを調整する。具体的には、主軸用バランサ１の溝部１５に設けた複数のバランスピース１６を溝部１５に沿って周方向にスライドさせて、適宜の位置でイモネジ１６５を締めこむことにより、仮固定する。バランスピース１６が３つの場合、例えば、溝部１５の円周方向の０度、１２０度、２４０度位置にそれぞれのバランスピース１６を仮固定する。この状態で主軸１０３を回転させ、動バランサ測定器により、工作機械１００に発生する振動と主軸１０３の回転数を測定する。工作機械１００に発生した振動が測定されたら、主軸１０３の回転を停止し、イモネジ１６５を緩め、目盛１４及びバランスピース１６のセンター線１６４を側面から視認してバランスピース１６の円周方向の取付位置を調整する。これを繰り返し、測定される振動が最も少なくなった位置でバランスピース１６を固定し、主軸１０３の回転バランス調整を終了する。

【0023】

なお、ここでは、ツールホルダ１０４に加工用ツールを取り付け、加工用ツール及び主軸用バランサ１を有する当該ツールホルダ１０４を取り付けた主軸１０３について、動バランサ測定器を用いて回転バランスの調整を行うようにした場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、ツールホルダ１０４に加工用ツールを取り付ける前に、主軸用バランサ１を有するツールホルダ１０４を取り付けた主軸１０３について、動バランサ測定器を用いて回転バランスの調整を行うようにしてもよい。

【0024】

このような本実施形態によれば、次のような効果がある。主軸用バランサ１は、回転軸Ｃ０に直交する径方向の主軸１０３の外周面までの距離Ｒ０（主軸１０３の半径）よりも外側の距離Ｒ１に溝部１５が形成されることにより、主軸１０３の回転軸Ｃ０から離れた位置にバランスピース１６を取り付けることができる。従って、主軸用バランサ１は、主軸１０３を含む回転体に遠心力を効果的に作用させ、主軸１０３の回転バランスを高精度に調整し、振動を効果的に低減することができる。また、バランスピース１６を円板状本体１１に取り付けることにより、バランスピース１６の重量を自由に設定することができるため、主軸１０３の回転バランスを一層高精度に調整することができ、工作機械１００に発生する振動を低減することができる。従って、ツールホルダ１０４に装着されたツールが痛むことを防止できる。

【0025】

さらに、主軸用バランサ１は、回転駆動する主軸１０３の径方向外側において、バランスピース１６を円環状の溝部１５に沿って周方向にスライド自在に移動させ、円環状の溝部１５内の任意の位置に固定することができる。従って、従来技術のように、回転駆動する主軸１０３の径方向内側において、予め定められた位置及び数のねじ穴に錘となるねじを螺合する場合と比較して、主軸１０３の径方向及び周方向において、より適切な位置でバランスピース１６を固定することができ、主軸１０３の回転バランスをより高精度に調整して、振動を一層効果的に低減することができる。また、主軸用バランサ１は、主軸１０３の外周面までの距離Ｒ０（主軸１０３の半径）よりも大きな円板状本体１１の外周面に目盛１４が形成されているので、目盛１４を刻設する間隔を細かく設定することができ、バランスピース１６を周方向に沿って微調整しならが精度よく溝部１５の周方向所定位置に配置できる。

【0026】

主軸用バランサ１は、主軸１０３の径方向外側にバランスピース１６を配置させ、主軸１０３の径方向外側の位置で主軸１０３の回転バランスを調整できる。従って、主軸用バランサ１は、主軸１０３（主軸１０３の径方向内側）に錘を直接取り付けてバランス調整を行う場合に比較して、バランスピース１６を配置する位置が回転軸から離れている分、重量が小さいバランスピース１６であっても大きな遠心力を与えることができるので、重量を小さくして小型化したバランスピース１６を用いて主軸１０３の回転バランスをより高精度に調整することができる。

【0027】

縦型マシニングセンタ等の工作機械１００では、主軸１０３にツールホルダ１０４を装着した状態で、目盛１４とバランスピース１６のセンター線１６４を側面から確認できるため、バランスピース１６の取付位置を容易に確認して、作業者による主軸１０３の回転バランスの調整作業の簡単化を図ることができる。特に、バランスピース１６の下面を円板状本体１１の下面から下方に突出させることにより、バランスピース１６のセンター線１６４と目盛１４の位置を容易に視認することができるため、回転バランスの調整作業を簡単化し、作業負担の軽減を図ることができる。

【0028】

主軸用バランサ１は、縦型マシニングセンタである工作機械１００の鉛直下方に向く円板状本体１１の下面に溝部１５を形成することにより、工作機械１００によって被加工物（ワーク）の加工後に生じる切削くず等が溝部１５に滞留することを防止できる。従って、主軸用バランサ１は、溝部１５に切削くずが滞留して、主軸１０３の回転バランスが崩れることを防止して、主軸１０３の回転バランスを維持することができる。また、主軸１０３に、加工用ツールを取り付けたツールホルダ１０４を装着した状態で回転バランスの調整を行うようにすれば、主軸１０３、ツールホルダ１０４、及び加工用ツールを含む回転体全体の回転バランスを調整することができるため、工作機械１００に発生する振動をより効果的に低減することができる。

【0029】

次に、本発明の第２実施形態について説明する。前述した第１実施形態では、主軸用バランサ１は、ツールホルダ１０４に装着され、主軸１０３の回転バランスを調整していた。これに対して、本実施形態では図５及び図６に示すように、主軸用バランサ２は、縦型マシニングセンタである工作機械１００の主軸１０３に直接設けられている点が相違する。図５は主軸用バランサ２を取り付けた工作機械１００の斜視図であり、図６は、主軸用バランサ２を取り付けた工作機械１００の断面図である。なお、第２実施形態においても、主軸頭１０１内に設けられたベアリング押さえ（図示せず）が主軸１０３とともに回転する形態の場合、主軸１０３とともに回転するベアリング押さえを含めて主軸１０３と称する。工作機械１００の主軸１０３の回転軸方向に沿った端面には、ツールホルダ１０４が台座１０５を介して接続される。台座１０５は、ツールホルダ１０４が主軸１０３とともに回転するように、回り止めとして機能する。

【0030】

主軸用バランサ２は、第１実施形態の主軸用バランサ１と同様に、円板状本体１１、凹部１３、目盛１４、及び溝部１５を備え、主軸１０３の径方向外側に配置される溝部１５内には複数のバランスピース１６が周方向の所定位置に取り付け固定される。円板状本体１１の回転中心に形成される挿入孔２１の直径は、主軸１０３の直径と略同じ径となっている。また、主軸用バランサ２の３か所の凹部１３に応じた主軸１０３の外周面は、主軸１０３を回転軸方向から見たときに、主軸１０３の円周上の２点を結ぶ弦となるように直線的に切欠部１０３Ａが形成される。凹部１３の底部及び切欠部１０３Ａの底部の間には、固定ピース１７が挿入され、第１実施形態と同様に挿入された固定ピース１７にイモネジ１７４を螺合することにより、主軸用バランサ２は、主軸１０３に固定される。

【0031】

この場合、例えば、主軸用バランサ２を設けた主軸１０３に台座１０５を介してツールホルダ１０４を取り付けた後に、主軸１０３を回転させて、動バランサ測定器により、工作機械１００に発生する振動と主軸１０３の回転数を測定する。工作機械１００に発生した振動が測定されたら、主軸１０３の回転を停止し、主軸用バランサ２の目盛１４及びバランスピース１６のセンター線１６４を側面から視認して、溝部１５内のバランスピース１６を周方向にスライドさせて周方向の取付位置を調整する。これを繰り返し、測定される振動が最も少なくなった位置でバランスピース１６を固定し、主軸１０３の回転バランス調整を終了する。

【0032】

なお、ここでは、ツールホルダ１０４を主軸１０３に取り付けた後に、ツールホルダ１０４及び主軸用バランサ２を設けた主軸１０３について、動バランサ測定器を用いて回転バランスの調整を行うようにした場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、ツールホルダ１０４を主軸１０３に取り付ける前に、主軸用バランサ２を設けた主軸１０３について、動バランサ測定器を用いて回転バランスの調整を行い、その後、ツールホルダ１０４を主軸１０３に取り付けるようにしてもよい。

【0033】

本実施形態によれば、第１実施形態で述べた基本的な作用及び効果に加え、以下のような効果がある。主軸１０３の外周面に切欠部１０３Ａが形成されることにより、固定ピース１７によって主軸用バランサ２を主軸１０３に固定した際に、回り止めとして機能させることができる。また、切欠部１０３Ａが形成されることにより、固定ピース１７のイモネジ１７４が万が一緩んでも、固定ピース１７が切欠部１０３Ａに引っ掛かり、主軸用バランサ２が直ちに下方に脱落することを防止できる。

【0034】

次に、本発明の第３実施形態について説明する。前述の第１実施形態及び第２実施形態では、縦型のマシニングセンタである工作機械１００に主軸用バランサ１、２を取り付け、主軸１０３の回転バランスを調整していた。これに対して、本実施形態では、図７及び図８に示されるように、横型又は縦型の旋盤である工作機械２００に主軸用バランサ３を取り付けている点が相違する。

【0035】

図７及び図８には、工作機械２００の要部が示され、図７は工作機械２００の斜視図であり、図８は工作機械２００の断面図である。工作機械２００は、主軸台２０１、ベアリング２０２、主軸２０３、及びチャック２０４を備える。主軸台２０１は、工作機械２００の端部に固定され、内部にモータ等の回転駆動源が収容される。主軸２０３は、主軸台２０１の内部にベアリング２０２を介して回転可能に支承され、主軸台２０１内に設けられた回転駆動源によって回転する。なお、第３実施形態においても、主軸台２０１内に設けられたベアリング押さえ（図示せず）が主軸２０３とともに回転する形態の場合、主軸２０３とともに回転するベアリング押さえを含めて主軸２０３と称する。

【0036】

主軸２０３の回転軸方向先端には、チャック２０４が設けられている。チャック２０４は、被加工物となるワークを把持し、主軸２０３の回転とともにワークを回転させる。図示を略したが、主軸２０３の回転軸方向には、心押し台及び刃物台が対向して配置される。心押し台は、チャック２０４の反対側からワークの回転軸の先端を押さえ、ワークの心出しを行う。刃物台は、加工ツールとなるバイトが取り付けられる台であり、ワークの回転軸に直交する径方向にバイトを接近、当接させることでワークの切削加工を行う。

【0037】

主軸用バランサ３は、チャック２０４のワーク把持面とは反対の背面に取り付けられる。具体的には、チャック２０４の背面に、回転軸回りに複数の雌ねじ穴２０４Ａを形成し、主軸用バランサ３の主軸２０３の挿入孔３１の回りに複数の孔３２を形成する。それぞれの孔３２に固定ねじ３３を挿入し、固定ねじ３３を雌ねじ穴２０４Ａに螺合させることにより、主軸用バランサ３は、チャック２０４に固定される。

【0038】

このような本実施形態によっても、主軸用バランサ３は、回転駆動する主軸２０３の径方向外側において、バランスピース１６を円環状の溝部１５に沿って周方向にスライド自在に移動させ、円環状の溝部１５内の任意の位置に固定することができるので、前述した第１実施形態の基本的な作用及び効果と同様の作用効果を奏することができる。

【0039】

次に、本発明の第４実施形態について説明する。前述の第１実施形態及び第２実施形態では、縦型のマシニングセンタである工作機械１００に主軸用バランサ１、２を取り付け、主軸１０３の回転バランスを調整していた。これに対して、本実施形態では、図９の鉛直方向断面図に示されるように、研削盤である工作機械３００に主軸用バランサ４を取り付けている点が相違する。

【0040】

工作機械３００は、被加工物となるワークの平面研削を行う平面研削盤であり、機械本体３０１、ベアリング３０２、主軸３０３、及び砥石３０４を備える。機械本体３０１は、モータ等の回転駆動源を備え、内部に主軸３０３を収容する。主軸３０３は、機械本体３０１の内部にベアリング３０２を介して回転可能に支承され、機械本体３０１内に設けられた回転駆動源によって回転する。砥石３０４は、固定側フランジ３０５及びナット３０６に挟持され、ナット３０６を固定ねじ３０７により固定側フランジ３０５に螺合することにより、フランジ付き砥石となる。フランジ付き砥石は、固定側フランジ３０５が主軸３０３に挿入され、締付ねじ３０８で締めこむことにより、主軸３０３に固定される。

【0041】

一対のフランジである固定側フランジ３０５及びナット３０６のうち、ナット３０６には、外周部にフランジ用バランスピース３０６ｂが収容可能な円環状の溝部３０６ａが形成されており、当該溝部３０６ａに沿って周方向に複数のフランジ用バランスピース３０６ｂがスライド可能に配置される。これにより、フランジ付き砥石は、従来と同様に、動バランサ測定器を用いて複数のフランジ用バランスピース３０６ｂの周方向での位置を調整することで、フランジ付き砥石自体の回転バランスを調整可能に構成されている。

【0042】

主軸用バランサ４は、砥石３０４の基端側に隙間を設けて主軸３０３に取り付けられる。本実施形態では、主軸３０３とともに回転して、ベアリング３０２を押さえるベアリング押さえ４１が機械本体３０１内に設けられており、主軸用バランサ４の円板状本体１１が、当該ベアリング押さえ４１に形成された雌ねじ穴４２に、固定ねじ４３を螺合させることで固定される。また、図示を略したが、主軸用バランサ４の円板状本体１１の外周端面には、円周に沿って目盛が刻設されている。なお、本実施形態では主軸用バランサ４とベアリング押え４１を別体に構成していたが、円板状本体１１にベアリング押え４１が一体化した構成としてもよい。

【0043】

第４実施形態では、複数のフランジ用バランスピース３０６ｂが設けられた一対のフランジ（固定側フランジ３０５及びナット３０６）とは別に、複数のバランスピース１６を有する主軸用バランサ４を主軸３０３に設け、当該主軸用バランサ４に有する複数のバランスピース１６の位置を、主軸３０３の径方向外側で調整することにより、主軸３０３の回転バランスを高精度に調整し、振動を効果的に低減することができる。なお、主軸用バランサ４の溝部１５は、フランジ用バランスピース３０６ｂが配置されるナット３０６の溝部３０６ａよりも径方向外側に配置されることが望ましい。主軸用バランサ４は、ナット３０６の溝部３０６ａよりも径方向外側であって、かつ、砥石３０４の外周よりも径方向内側の位置に溝部１５が配置されることで、主軸３０３の回転バランスを高精度に調整し、振動を効果的に低減することができる。

【0044】

この場合、例えば、主軸用バランサ４を主軸３０３に取り付けた後に、主軸３０３を回転させて、動バランサ測定器により、工作機械３００に発生する振動と主軸３０３の回転数を測定する。工作機械３００に発生した振動が測定されたら、主軸３０３の回転を停止し、主軸用バランサ４の目盛１４及びバランスピース１６のセンター線１６４（図示せず）を視認して、溝部１５内のバランスピース１６を周方向にスライドさせて周方向の取付位置を調整する。これを繰り返し、測定される振動が最も少なくなった位置でバランスピース１６を固定し、主軸３０３の回転バランス調整を終了する。

【0045】

その後、主軸３０３にフランジ付き砥石を取り付け、動バランサ測定器により、工作機械３００に発生する振動と主軸３０３の回転数を測定する。工作機械３００に発生した振動が測定されたら、主軸３０３の回転を停止し、フランジ付き砥石のナット３０６の溝部３０６ａ内においてフランジ用バランスピース３０６ｂを周方向にスライドさせて周方向の取付位置を調整する。これを繰り返し、測定される振動が最も少なくなった位置でフランジ用バランスピース３０６ｂを固定し、フランジ付き砥石の回転バランス調整を終了する。このような本実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の基本的な作用及び効果を奏することができる。

【0046】

本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形も含み得る。前述した第４実施形態では、主軸用バランサ４は、工作機械３００の主軸３０３に固定されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、図１０に示すように、主軸用バランサ５をフランジ付き砥石の固定側フランジ３０５に、固定ねじ５１によって固定する構造であってもよい。また、第４実施形態では、主軸用バランサ４を固定ねじ４３を用いて主軸３０３に固定していたが、本発明はこれに限られない。例えば、第１実施形態及び第２実施形態で説明した固定ピース１７を用いて主軸３０３に主軸用バランサ４を固定してもよい。

【0047】

また、第４実施形態の他の実施形態に係る主軸用バランサ４としては、主軸３０３に設けた円板状本体１１において、図１０に示すように、溝部１５が形成された形成外周縁部を、フランジ付き砥石の固定側フランジ３０５の外周面を囲うように突出した形状にしてもよく。この場合、主軸用バランサの円板状本体１１及び固定側フランジ３０５の間と、溝部１５の形成外周縁部及び固定側フランジ３０５の間とには、それぞれ隙間が形成される。

【0048】

前述した第３実施形態では、主軸用バランサ３をチャック２０４のワーク把持面とは反対の背面に固定ねじ３３によって固定していたが、本発明はこれに限られない。例えば、図１１に示すように、他の主軸用バランサ６としては、チャック２０４を円板状本体１１の挿入孔に挿入させ、当該円板状本体１１をチャック２０４の外周面に固定ねじ６１によって固定し、円板状本体１１の溝部１５を主軸２０３の径方向外側に配置するようにしてもよい。

【0049】

前述した各実施形態では、主軸用バランサ１、２、３、４は、ツールホルダ１０４や、主軸１０３、２０３、３０３とは別体に構成されていたが、本発明はこれに限られず、主軸用バランサをツールホルダや主軸と一体的に構成してもよい。また、前述した実施形態では、主軸用バランサ１、２、３、４を、縦型のマシニングセンタ、横型旋盤、及び研削盤等の工作機械１００、２００、３００に適用していたが、本発明はこれに限られない。例えば、横型のマシニングセンタ、縦型旋盤、円筒研削盤等の工作機械に、本発明の主軸用バランサを適用してもよい。

【0050】

また、第２実施形態の図６や、第３実施形態の図８、その他、図１１では、その他の実施形態として、例えば、主軸頭１０１、主軸台２０１に設けられ、主軸１０３、２０３とともに回転する、当該主軸１０３、２０３のベアリング押さえ（図示せず）に、主軸用バランサ２、３、６の円板状本体１１を設けるようにしてもよい。また、溝部１５の断面形状や、当該溝部１５に嵌め込まれるバランスピース１６の形状については、種々の形状としてもよい。また、各種構成を連結する固定部材としては、ねじを適用しているが、その他の締結部材等、種々の固定部材を適用してもよく、さらに、別体で形成されている各種構成を一体成形とした構成としてもよく、一体成形で形成されている各種構成を別体とした構成としてもよい。

【0051】

また、本実施形態においては、例えば、主軸用バランサ１、２、３を設けるツールホルダや、旋盤のチャックに、バランス調整用や取付用のねじ穴を加工して、当該主軸用バランサ１、２、３の溝部１５よりも径方向内側に位置する当該ねじ穴に、ねじを設けた構成としてもよい。その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び形状は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。

【符号の説明】

【0052】

１、２、３、４、５、６ 主軸用バランサ
１１ 円板状本体
１４ 目盛
１５ 溝部（バランスピース取付部）
１６ バランスピース
１００、２００、３００ 工作機械
１０３、２０３、３０３ 主軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】