JP7355372B2 - 動釣合い試験機用のコレットおよび動釣合い試験機 - Google Patents

Description

この発明は、動釣合い試験機用のコレット、および、このコレットを含む動釣合い試験機に関する。

下記特許文献１は、被試験体が固定されたスピンドルを所定速度で回転させることによって当該被試験体の不釣合いを測定する動釣合い試験機と、被試験体をスピンドルに固定するコレットとを開示している。コレットは、被試験体の内周部に嵌め込まれて拡縮可能な円筒部を有する。円筒部は、拡径されることによって被試験体の内周部に圧入される。これにより、被試験体がコレットによって把持されることでスピンドルに固定される。

特開２０１９－１２８２８３号公報

動釣合い試験機が設置される作業現場では、作業効率向上のために不釣り合い測定のサイクルタイムの短縮が望まれている。サイクルタイムの短縮のためには、動釣合い試験機において被試験体が固定されたスピンドルの回転の加減速時間の短縮が重要である。一方、動釣合い試験機での不釣合い測定のためには、スピンドルの回転速度をある程度の所定速度まで上昇せざるを得ない。この事情を踏まえると、スピンドルの回転の加減速時間を短縮するために、当該所定速度までスピンドルの加速度や、当該所定速度からのスピンドルの減速度を増加させることが考えられる。しかし、スピンドルの加速度や減速度が増加すると、被試験体を把持するコレットには、スピンドルの加減速に伴う大きなトルク負荷が作用する。このようなトルク負荷がコレットに作用した状態において、コレットが被試験体を把持する把持力が足りないと、コレットと被試験体との間で滑りが発生してしまう。滑りの発生を防止するためには把持力が増加させる必要があり、そのためには、コレットが一層拡径して被試験体の内周部に圧入されるようにコレットのバネ定数を下げることが考えられる。しかし、コレットのバネ定数が下がると、前述したトルク負荷によってコレットが捩じれて破損するおそれがある。

この発明は、トルク負荷による破損を防止できる動釣合い試験機用のコレット、および、このコレットを含む動釣合い試験機を提供することを目的とする。

本発明は、動釣合い試験機（１）において回転する回転部（３）に被試験体（２）を一体回転可能に連結するコレット（４）であって、被試験体の内周部（２Ａ）に嵌められて当該内周部を把持する円筒状の把持部（２２）であって、複数の割溝（４Ａ）が前記把持部の周方向（Ｓ）に並んで形成され、前記割溝の溝幅（Ｗ）の変化に応じて拡縮可能な把持部と、前記把持部において前記周方向に隣り合う前記割溝の間の部分（２２Ｆ）に１つずつ連結され、前記周方向に並ぶ複数のバネ部（２３）であって、前記把持部を拡縮させるために弾性変形可能な複数のバネ部と、前記把持部および前記バネ部の少なくともいずれかに設けられ、前記把持部および前記バネ部を前記回転部に対して回り止めする回り止め部（２４）とを含む、動釣合い試験機用のコレットである。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、動釣合い試験機用のコレットでは、円筒状の把持部が被試験体の内周部に嵌められた状態でバネ部が弾性変形して割溝の溝幅が広がると、把持部が、拡径して被試験体の内周部に圧入されることによって当該内周部を把持する。これにより、被試験体が動釣合い試験機の回転部に一体回転可能に連結される。この状態では、把持部およびバネ部の少なくともいずれかに設けられた回り止め部が、把持部およびバネ部を回転部に対して回り止めしている。そのため、動釣合い試験機による被試験体の不釣合い測定のために回転部が回転した場合において大きなトルク負荷がコレットに作用しても、回り止めされたコレットが捩じれにくいので、トルク負荷によるコレットの破損を防止できる。

前記回転部が、中心軸線（Ｊ）を中心とするテーパー状の外周面（１７Ａ）を有するテーパー部（１７）を有していてもよい。前記把持部が、前記テーパー部の外周面に面接触可能なテーパー状の内周面（２２Ｅ）を有していてもよい。前記回り止め部が、テーパー状の前記内周面に形成されたスリットを含む第１係合部（２５）を含んでいてもよい。
また、本発明は、前記コレットと、前記コレットが取り付けられて前記周方向に回転する前記回転部とを含む動釣合い試験機（１）であって、前記回り止め部は、第１係合部（２５）を含み、前記回転部には、前記周方向において前記第１係合部と係合する第２係合部（２６）が設けられている、動釣合い試験機である。

この構成によれば、コレットの回り止め部における第１係合部と、回転部に設けられた第２係合部とが、把持部の周方向つまり回転部の回転方向において係合するので、把持部およびバネ部が回転部に対して回り止めされる。そのため、前述したようにトルク負荷によるコレットの破損を防止できる。
前記回転部が、中心軸線（Ｊ）を中心とするテーパー状の外周面（１７Ａ）を有するテーパー部（１７）を有していてもよい。前記回り止め部が、テーパー状の前記内周面に形成されたスリットを含む第１係合部（２５）を含んでいてもよい。前記第２係合部が、前記スリットに差し込まれた突起を含んでいてもよい。

この発明の一実施形態に係る動釣合い試験機の要部の縦断面図である。 図１のＡ矢視図である。 図１のＢ－Ｂ矢視断面図である。 この発明の変形例に係る動釣合い試験機の要部の縦断面図である。

以下では、この発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、動釣合い試験機１の縦断面図である。図１の上下方向は、動釣合い試験機１の上下方向である。図１の左右方向を動釣合い試験機１の左右方向である。動釣合い試験機１は、被試験体２とともに回転する回転部３と、回転部３を振動可能かつ回転可能に支持する支持部（図示せず）と、回転部３を回転駆動させるモータ等の駆動部（図示せず）と、回転中における回転部３の振動を検出する検出部（図示せず）と、被試験体２を回転部３に一体回転可能に連結するコレット４とを含む。

被試験体２は、ロータ等であり、その中心には、内周部２Ａによって縁取られた円形状の穴２Ｂが形成されている。穴２Ｂは、貫通穴であってもよいし、底を有する凹部であってもよい。

回転部３は、左右方向に延びる中心軸線Ｊを有する円筒状に形成されたスピンドル１１と、スピンドル１１内に同軸上で挿通された円柱状のドローバー１２とを含む。スピンドル１１とドローバー１２とは、それぞれの根元側（左側）において例えばスプライン結合されているので、左右方向に相対移動可能かつ中心軸線Ｊ周りの周方向Ｓに一体回転可能である。

スピンドル１１は、根元側の第１部品１３や先端側（右側）の第２部品１４等の複数の部品によって構成されている。第１部品１３は、円筒状であり、第２部品１４は、左右方向に細長い円管状である。第２部品１４の途中には、中心軸線Ｊに直交する径方向Ｒの外側へ張り出したリング状のフランジ部１４Ａが設けられている。第２部品１４においてフランジ部１４Ａよりも右側の部分は、先端部１４Ｂであり、第２部品１４においてフランジ部１４Ａよりも左側の部分は、根元部１４Ｃである。フランジ部１４Ａがボルト（図示せず）等によって第１部品１３の右端面に固定されることにより、第１部品１３と第２部品１４とが一体化されている。この状態において、先端部１４Ｂは、右側へ突出していて、根元部１４Ｃは、第１部品１３内に挿入されている。

ドローバー１２は、第１部品１３および第２部品１４のそれぞれの内部に挿通された左右に細長い円柱状の軸部１６と、軸部１６の右端に同軸上で連結されたテーパー部１７とを含む。軸部１６は、複数の部品に分かれていて、これらの部品を連結することによって構成されてもよい。テーパー部１７は、円錐台形状であり、その外周面１７Ａは、右側へ向かうにつれて大径になったテーパー面である。外周面１７Ａの左端の外径は、軸部１６の右端の外径よりも大きい。ドローバー１２の外周面には、軸部１６とテーパー部１７との境界として周方向Ｓに延びる溝１２Ａが形成されている。テーパー部１７は、スピンドル１１の先端部１４Ｂよりも右側にはみ出している。ドローバー１２は、中心軸線Ｊに沿ってスピンドル１１に対して相対的にスライド可能である。動釣合い試験機１は、ドローバー１２をスライドさせるアクチュエーター（図示せず）も含む。

コレット４は、回転部３と同軸上に配置される円筒体である。コレット４は、円環状のベース部２１と、被試験体２の内周部２Ａに嵌め込まれる円筒状の把持部２２と、ベース部２１と把持部２２との間に架設された複数のバネ部２３とを一体的に含む。

ベース部２１は、スピンドル１１のフランジ部１４Ａに右側から対向した状態で、スピンドル１１の先端部１４Ｂの左端部を取り囲んでいる。ベース部２１がボルトＢを介してフランジ部１４Ａに固定されることにより、コレット４がスピンドル１１に対して一体回転可能に取り付けられている。ベース部２１には、その内周部を縁取りつつ右側へ突出した円環の突出部２１Ａが設けられている。

把持部２２の外周面２２Ａの外径は、把持部２２において右側の先端部２２Ｂと左側の根元部２２Ｃとの間の中央部２２Ｄでは、全域にわたって一定である。先端部２２Ｂは、被試験体２の内周部２Ａに嵌りやすいように右側へ向かうにつれて小径になっている。根元部２２Ｃは、中央部２２Ｄよりも一段小径になっている。把持部２２の内周面２２Ｅは、右側へ向かうにつれて大径になったテーパー面であり、ドローバー１２のテーパー部１７を取り囲んだ状態でテーパー部１７の外周面１７Ａに面接触している。

コレット４には、把持部２２の周方向（前述した周方向Ｓと同じ）に並んだ複数の割溝４Ａが形成されている（図２参照）。各割溝４Ａは、把持部２２の径方向（前述した径方向Ｒと同じ）および左右方向に沿って把持部２２を貫通するスリットである。この実施形態では、６つの割溝４Ａが、周方向Ｓに等間隔で並んで形成されており、把持部２２は、これらの割溝４Ａによって６つの分割体２２Ｆへと６等分されている。各分割体２２Ｆは、把持部２２において周方向Ｓに隣り合う割溝４Ａの間の部分である。把持部２２は、各割溝４Ａの溝幅Ｗ（図２参照）の変化に応じて拡縮可能である。具体的には、溝幅Ｗが広がることによって把持部２２は拡径し、溝幅Ｗが狭まることによって把持部２２は縮径する。待機状態の動釣合い試験機１では、把持部２２は縮径状態にある。

バネ部２３は、割溝４Ａと同数設けられ、これらのバネ部２３は、周方向Ｓに等間隔で並んだ状態でスピンドル１１の先端部１４Ｂを取り囲んでいる。これらのバネ部２３は、把持部２２の各分割体２２Ｆに１つずつ連結されている。周方向Ｓで隣り合うバネ部２３の間の空間は、割溝４Ａの一部である。各バネ部２３は、左右に細長い棒状に形成されている。各バネ部２３では、右端部が把持部２２の根元部２２Ｃに連結されていて、左端部がベース部２１の内周部における突出部２１Ａに連結されている。各バネ部２３は、その左端部を支点として主に径方向Ｒに弾性変形可能である。各バネ部２３の弾性変形に応じて割溝４Ａの溝幅Ｗが変化するので、前述したように把持部２２が拡縮する。具体的には、各バネ部２３が径方向Ｒの外側へ撓むと溝幅Ｗが広がり、各バネ部２３が径方向Ｒの内側へ撓むと溝幅Ｗが狭まる。このようなコレット４では、ベース部２１が固定端であり、把持部２２およびバネ部２３が自由端である。

コレット４では、把持部２２およびバネ部２３を回転部３に対して回り止めする回り止め部２４が、把持部２２およびバネ部２３の少なくともいずれかに設けられている。回り止め部２４は、把持部２２における少なくともいずれかの分割体２２Ｆに形成された第１係合部２５を含む。この実施形態では、第１係合部２５が、全ての分割体２２Ｆに１つずつ合計で６つ設けられている。第１係合部２５の一例は、分割体２２Ｆの内周部の一部を左右に切り欠いたスリットであって、把持部２２の内周面２２Ｅから露出されているとともに、把持部２２の左端面からも露出されている（図３も参照）。

第１係合部２５に関連して、スピンドル１１の先端部１４Ｂには、第２係合部２６が設けられている。第２係合部２６の一例は、先端部１４Ｂの右端面から右側へ突出した突起であって、第１係合部２５と同数設けられて周方向Ｓに等間隔で並び、各第１係合部２５に左側から１つずつ差し込まれている。第１係合部２５に差し込まれた第２係合部２６は、周方向Ｓにおいて第１係合部２５と係合している。この状態における第１係合部２５（把持部２２において第１係合部２５のスリットを区画する壁面）と第２係合部２６との間には、把持部２２の拡縮が妨げられない程度の僅かな遊びが確保されている。第１係合部２５と第２係合部２６とが係合することによって、回転部３に対する把持部２２およびバネ部２３の相対回転が規制されている。

動釣合い試験機１において被試験体２の動釣合い試験を行う場合には、その準備として、待機状態の動釣合い試験機１のコレット４に被試験体２がセットされる。この状態におけるコレット４では、把持部２２が被試験体２の穴２Ｂに挿入されて、把持部２２の中央部２２Ｄが被試験体２の内周部２Ａに嵌っている。内周部２Ａの内径は、縮径状態の把持部２２における中央部２２Ｄの外径よりも僅かに大きい。そのため、被試験体２は、コレット４による把持が未だのアンクランプ状態にある。

次に、前述したアクチュエータ（図示せず）が作動し、ドローバー１２を左側へスライドさせる。これにより、ドローバー１２のテーパー部１７も左側へスライドし、その際、テーパー部１７におけるテーパー状の外周面１７Ａが、コレット４の把持部２２におけるテーパー状の内周面２２Ｅに対して左側へ相対移動する。これにより、コレット４では、外周面１７Ａが内周面２２Ｅを押し広げようとする力によって各バネ部２３が径方向Ｒの外側へ撓むことにより、各割溝４Ａの溝幅Ｗが広がる。そのため、把持部２２が拡径し、把持部２２の中央部２２Ｄが被試験体２の内周部２Ａに圧入される。このときの被試験体２は、コレット４の把持部２２によって内周部２Ａが把持されることによってクランプされているので、コレット４を介して動釣合い試験機１の回転部３に一体回転可能に連結された状態にある。なお、スピンドル１１の先端部１４Ｂの先端に位置する第２係合部２６において径方向Ｒの内側部分は、左右方向の遊びをもってスピンドル１１の溝１２Ａに受け入れられているので、ドローバー１２の左側へのスライドを妨げない。

被試験体２がクランプされた動釣合い試験機１では、前述した駆動部（図示せず）によって回転部３が所定速度で駆動回転され、この状態における被試験体２の振動が、前述した検出部（図示せず）によって検出される。検出された振動から、被試験体２の不釣り合いが得られる。

前述したように、コレット４の回り止め部２４における第１係合部２５と、回転部３に設けられた第２係合部２６とが、把持部２２の周方向Ｓつまり回転部３の回転方向において係合することによって、回り止め部２４が把持部２２およびバネ部２３を回転部３に対して回り止めしている。そのため、動釣合い試験機１による被試験体２の不釣合い測定のために回転部３が回転した場合（特に加減速時や高速回転時）において大きなトルク負荷がコレット４に作用しても、回り止めされたコレット４の自由端が捩じれにくいので、トルク負荷によるコレット４の破損を防止できる。特に、コレット４の中で強度が低いバネ部２３に作用する捩じりトルクの影響を大幅に軽減することができるので、捩じりトルクによってバネ部２３が折れるような破損を防止できる。なお、コレット４の自由端の捩じれを効果的に抑制するためには、回り止め部２４は、コレット４において、バネ部２３よりも固定端（ベース部２１）から離れた把持部２２に設けられることが好ましい。

被試験体２の不釣り合い測定を終えた動釣合い試験機１では、前述したアクチュエータ（図示せず）が作動してドローバー１２を元の待機位置まで右側へスライドさせる。すると、コレット４では、各バネ部２３が径方向Ｒの内側へ撓んで復元することによって各割溝４Ａの溝幅Ｗが狭まるので、把持部２２が縮径する。これにより、被試験体２の内周部２Ａに対する把持部２２の圧入状態が解除されるので、被試験体２がアンクランプ状態になる。この状態では、被試験体２を交換のためにコレット４から取り外すことができる。

この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項に記載の範囲内において種々の変更が可能である。

図４は、この発明の変形例に係る動釣合い試験機１の要部の縦断面図である。図４において、図１～図３で説明した部分と機能的に同じ部分には同じ符号を付して、当該部分についての説明は省略する。変形例に係る動釣合い試験機１では、回転部３において、前述したテーパー部１７が、ドローバー１２でなく、スピンドル１１の先端部１４Ｂの一部として、左右方向における先端部１４Ｂの途中に設けられている。テーパー部１７の外周面１７Ａは、右側へ向かうにつれて小径になったテーパー面であり、先端部１４Ｂの外周面の途中領域を構成している。ドローバー１２の右端部には、軸部１６よりも一段大径の円筒状の連結部３１が一体的に設けられている。

変形例に係るコレット４では、円環状のベース部２１が、把持部２２よりも右側に位置していて、ドローバー１２の連結部３１を取り囲んでいる。ベース部２１は、その内周面の左端部から径方向Ｒの内側に張り出した円環状のフランジ部２１Ｂを有している。フランジ部２１Ｂは、連結部３１に左側から接触している。ベース部２１の内周面の右端部には、周方向Ｓに延びる溝２１Ｃが形成されている。溝２１Ｃには、円環状のリング３２における外周部が嵌め込まれている。リング３２の内周部は、連結部３１に右側から接触している。連結部３１がフランジ部２１Ｂおよびリング３２によって左右方向から挟まれることによって、コレット４とドローバー１２とは、一体的に左右にスライド可能である。コレット４の把持部２２の外周面２２Ａでは、右端部に面取り２２Ｇが形成されているものの、それ以外の全域の外径は一定である。把持部２２の内周面２２Ｅは、右側へ向かうにつれて小径になったテーパー面であり、スピンドル１１のテーパー部１７を取り囲んだ状態でテーパー部１７の外周面１７Ａに面接触している。

変形例に係る回り止め部２４の第１係合部２５は、把持部２２におけるいずれかの分割体２２Ｆの内周部の一部を左右に切り欠いたスリットであって、把持部２２の内周面２２Ｅから露出されているとともに、把持部２２の左端面からも露出されている。第１係合部２５は、全ての分割体２２Ｆに設けられてもよい。変形例に係る第２係合部２６は、スピンドル１１のテーパー部１７に形成された穴１７Ｂに差し込まれたピンである。第２係合部２６において穴１７Ｂからはみ出した部分が、第１係合部２５に径方向Ｒの内側から差し込まれている。これにより、第１係合部２５と第２係合部２６とが周方向Ｓにおいて係合している。変形例でも、第１係合部２５と第２係合部２６との間には、把持部２２の拡縮が妨げられない程度の僅かな遊びが確保されている。

変形例に係る動釣合い試験機１において被試験体２の動釣合い試験を行う場合には、その準備として、待機状態の動釣合い試験機１のコレット４に被試験体２がセットされる。この状態におけるコレット４では、縮径状態の把持部２２が被試験体２の穴２Ｂに挿入されて被試験体２の内周部２Ａに嵌っている。このときの被試験体２は、コレット４による把持が未だのアンクランプ状態にある。

次に、前述したアクチュエータ（図示せず）が作動し、ドローバー１２を左側へスライドさせる。これにより、コレット４がドローバー１２とともに左側へスライドし、その際、コレット４の把持部２２におけるテーパー状の内周面２２Ｅが、スピンドル１１のテーパー部１７におけるテーパー状の外周面１７Ａに対して左側へ相対移動する。これにより、コレット４では、外周面１７Ａが内周面２２Ｅを押し広げようとする力によって各バネ部２３が径方向Ｒの外側へ撓むことにより、各割溝４Ａの溝幅Ｗが広がる。そのため、把持部２２が拡径し、把持部２２が被試験体２の内周部２Ａに圧入される。このときの被試験体２は、コレット４によって把持されることによってクランプされているので、コレット４を介して動釣合い試験機１の回転部３に一体回転可能に連結された状態にある。この状態の動釣合い試験機１では、回転部３が所定速度で駆動回転されることによって、被試験体２の不釣り合いが測定される。なお、スピンドル１１側の第２係合部２６は、左右方向の遊びをもってコレット４の第１係合部２５に受け入れられているので、ドローバー１２およびコレット４の左側へのスライドを妨げない。

被試験体２の不釣り合い測定を終えた動釣合い試験機１では、前述したアクチュエータ（図示せず）が作動してドローバー１２およびコレット４を元の待機位置まで右側へスライドさせる。すると、コレット４では、各バネ部２３が径方向Ｒの内側へ撓んで復元することによって各割溝４Ａの溝幅Ｗが狭まるので、把持部２２が縮径する。これにより、被試験体２の内周部２Ａに対する把持部２２の圧入状態が解除されるので、被試験体２がアンクランプ状態になる。この状態では、被試験体２をコレット４から取り外せる。

以上の説明では、第１係合部２５が分割体２２Ｆに設けられたスリットであったが、割溝４Ａを第１係合部２５として用いてもよい。また、以上の説明では、第１係合部２５がスリットであって、第２係合部２６が第１係合部２５に差し込まれる突起であったが、第２係合部２６がスリットや溝であって第１係合部２５が突起であってもよい。

以上の説明では、スピンドル１１およびドローバー１２が横に配置されることによって、回転部３の中心軸線Ｊが横に延びているが、中心軸線Ｊが縦に延びるようにスピンドル１１およびドローバー１２が縦に配置されてもよい。

１ 動釣合い試験機
２ 被試験体
２Ａ 内周部
３ 回転部
４ コレット
４Ａ 割溝
２２ 把持部
２２Ｆ 分割体
２３ バネ部
２４ 回り止め部
２５ 第１係合部
２６ 第２係合部
Ｓ 周方向
Ｗ （割溝４Ａの）溝幅

Claims (2)

1. 動釣合い試験機において、中心軸線まわりに回転する回転部であって、前記中心軸線を中心とするテーパー状の外周面を有するテーパー部を有する回転部に、被試験体を一体回転可能に連結するコレットであって、
   前記テーパー部の前記外周面に面接触可能なテーパー状の内周面を有し、被試験体の内周部に内嵌されて当該内周部を把持する円筒状の把持部であって、複数の割溝が前記把持部の周方向に並んで形成され、前記割溝の溝幅の変化に応じて拡縮可能な把持部と、
   前記把持部において前記周方向に隣り合う前記割溝の間の部分に１つずつ連結され、前記周方向に並ぶ複数のバネ部であって、前記把持部を拡縮させるために弾性変形可能な複数のバネ部と、
   前記把持部に設けられ、前記把持部および前記バネ部を前記回転部に対して回り止めする回り止め部とを含み、
   前記回り止め部が、テーパー状の前記内周面に形成されたスリットを含む第１係合部を含む、動釣合い試験機用のコレット。
2. 請求項１に記載のコレットと、前記コレットが取り付けられて前記中心軸線まわりに前記周方向に回転する前記回転部であって、前記中心軸線を中心とするテーパー状の前記外周面を有する前記テーパー部を有する前記回転部とを含む動釣合い試験機であって、
   前記回り止め部は、前記第１係合部を含み、
   前記回転部には、前記スリットに差し込まれた突起を含む第２係合部であって、前記周方向において前記第１係合部と係合する第２係合部が設けられている、動釣合い試験機。

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