JPH08247883A - 回転体の不釣り合い測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 わずかな不釣り合いをも確実に測定すること
ができる回転体の不釣り合い測定装置を提供することを
目的とする。 【構成】 モータ１４と、モータ１４により回転される
回転体１１、１２、１４ａと、モータ１４を取り付ける
ためのハウジング１５とを有する砥石回転装置１０の回
転体の不釣り合い測定装置２０である。この測定装置２
０は、モータ軸１４ａに取り付けられ、回転体が回転す
る際のこの回転角を検出する回転角検出センサ１７と、
ハウジング１５に取り付けられ、かつ、ハウジング１５
と安定な基部２１との間に介在し、回転体の回転によ
り、ハウジング１５に与えられる力の変動を検出する力
検出センサ２２と、回転角検出センサ１７により検出さ
れた回転角と力検出センサ２２により検出された力の変
動とに基づき、不釣り合いが生じた位置およびその量を
測定する処理装置２３とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転体の不釣り合いの
位置およびその量を測定する回転体の不釣り合い測定装
置に関するものであり、より詳細には、超精密加工機の
回転機構に用いられる砥石および砥石が取り付けられた
軸などから構成される回転体の不釣り合い測定装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、モータなどが回転すると、回転
軸に対するその重量の不釣り合いからロータなどの回転
体が振れ回りを起こし、それがステータ側にも影響を与
え、モータを収容する装置全体に振動が発生し、様々な
悪影響を起こすことが知られている。例えば、自動車で
は、タイヤの部分に重量の不釣り合いがあると、走行中
に、車両に不快な振動が発生したり、タイヤのシャフト
が繰り返しの力を受け、その結果、シャフトが破損し、
重大な事故が発生するおそれがある。

【０００３】超精密加工といわれる１μｍ以下の精度を
必要とする加工を実行する超精密加工機の砥石回転装置
において、不釣り合いの問題は、加工精度の点から、特
に重要な問題である。特に、ワークを加工するための砥
石および砥石を取り付けた軸などの回転体においては、
数千から数万ｒｐｍで回転するため、わずかな不釣り合
いがあっても、数μｍレベル以上の振動が砥石回転装置
に発生し、超精密加工機の加工精度に悪影響を与えてい
ることが明らかになっている。

【０００４】これら不釣り合いの問題に対して、従来か
ら、回転体の特定の部分に重りを付けたり、穴をあけた
りして重量のバランスを取り、不釣り合いを修正して対
応している。例えば、自動車のタイヤでは、不釣り合い
修正用の重りが用いられているし、一般のモータでも、
モータを組み立てるときにロータの一部に穴をあけて不
釣り合いを調整している。超精密加工機の砥石回転装置
においても、砥石および砥石を取り付けた軸などの回転
体に対して、バランシングといわれる不釣り合い修正が
行われている。

【０００５】不釣り合いを修正する場合に、一般的に
は、バランシングマシンを使用して、タイヤやモータ軸
などの回転体をバランシングマシンに取り付け、バラン
シングマシンに内蔵されている振動を検出する振動検出
センサからの信号と回転角を検出する回転角検出センサ
の信号とに基づき、不釣り合いが生じた位置とその量と
を算出し、当該位置に、不釣り合いの量に相当する重り
を取り付けたり、穴をあけたりして修正している。

【０００６】その一方、超精密加工機においては、ワー
クを加工するための砥石および砥石を取り付けた軸など
から構成される回転体のみを取り出して、バランシング
マシンに取り付けることができない。したがって、この
場合には、超精密加工機の砥石回転装置に、バランシン
グマシンと同様な構成の振動検出センサおよび回転角検
出センサを取り付けている。図３は、超精密加工機の砥
石回転装置および該砥石回転装置の回転体の不釣り合い
を測定する従来の測定装置の構成を概略的に示すブロッ
ク図である。同図に示すように、砥石回転装置１０は、
ワーク（図示せず）を加工するための砥石１１、砥石１
１を取り付けるための軸部１２、軸受１３、軸部１２に
取り付けられ、軸部１２および砥石１１を回転するため
のモータ１４、モータ１４を取り付けるためのハウジン
グ１５およびモータ１４を回転するためのモータ駆動装
置１６から構成されている。また、測定装置３０は、軸
受１３に取り付けられ、モータ１４の回転にともなって
軸部１２および砥石１０が回転することにより、砥石回
転装置１０に与えられる振動を検出する振動検出センサ
３１、軸部１２の上部フランジ１２ａに隣接して設けら
れた回転角検出センサ３２、および、振動検出センサ３
１から出力された信号およびフォトセンサ３２から出力
された信号に基づき、回転体の不釣り合いが生じている
位置およびその量を測定する処理装置３３を備えてい
る。この振動検出センサ３１は、圧電型加速度ピックア
ップと称され、砥石回転装置１０において生じた振動に
より、その内部に収容されたおもり（図示せず）が動
き、これにより、砥石回転装置１０に固定された振動検
出センサ３１のハウジング（図示せず）とおもりとの間
に設けられた圧電素子に剪断力が働いて電荷が生じ、こ
の電荷に基づく信号が出力されるように構成されてい
る。

【０００７】このように構成された砥石回転装置１０を
起動させると、モータ駆動装置１６からモータ１４にモ
ータ駆動信号が与えられ、モータ１４が回転するのにし
たがって、軸部１２および砥石１１が回転する。軸部１
２および砥石１１などの回転体に不釣り合いが存在する
と、砥石回転装置１０に振動が生じ、それにより、振動
検出センサ３１から処理装置３３に、信号が与えられ
る。その一方、軸部１２および砥石１１が回転するのに
したがって、回転角検出センサ３２からは、これらの回
転角度位置を示す信号が出力される。したがって、処理
装置３３は、振動検出センサ３１からの信号と、回転角
検出センサ３２からの信号とに基づき、回転体の不釣り
合いが生じた位置およびその量を測定している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような超精密加工機の砥石回転装置の回転体の不釣り
合いを測定する従来の測定装置において、該測定装置の
振動検出センサが検出すべき振動は、回転体の不釣り合
いにより生じる砥石回転装置全体の振動であるため、振
動検出センサにより検出できる振動の量は、回転体のみ
の不釣り合い量の大小だけでなく、砥石回転装置の剛性
の大きさにも依存している。そのため、従来の測定装置
では、回転体の不釣り合い量が大きくても、測定装置を
取り付ける砥石回転装置の剛性が高ければ、装置に生じ
る振動があまり大きくならず、砥石回転装置において特
に問題となる数ｇ以下の不釣り合いを検出することがで
きないという問題があった。

【０００９】また、砥石回転装置に取り付けられる測定
装置は、超精密加工機が実際にワークを加工するときに
は、不要であるばかりか、邪魔になることも多く、測定
装置を着脱可能に構成する必要があるという問題点があ
った。さらに、取り外した測定装置を収容するスペース
を確保する必要があるという問題点もあった。また、振
動検出センサや回転角検出センサを取り付けることによ
り、砥石回転装置そのものの振動特性が変化してしまう
ので、回転体の不釣り合いを測定し、該不釣り合いを修
正した後に、測定装置を外してワークを加工するとき
に、砥石回転装置の振動の状態が変わってしまうという
問題点もあった。

【００１０】本発明は、わずかな不釣り合いをも確実に
測定することができる回転体の不釣り合い測定装置を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、モータ
と、該モータにより回転される回転体と、前記モータを
収容するとともに、これを取り付けるためのハウジング
とを有する回転機構における、前記回転体の不釣り合い
を測定する回転体の不釣り合い測定装置であって、前記
回転体に取り付けられ、前記回転体が回転する際の前記
回転体の回転角を検出する回転角検出手段と、前記ハウ
ジングに取り付けられるとともに、前記ハウジングと安
定な基部との間に介在し、前記回転体が回転することに
より、前記ハウジングに与えられる力の変動を検出する
力検出手段と、前記回転角検出手段により検出された前
記回転角と前記力検出手段により検出された前記力の変
動とに基づき、不釣り合いが生じた位置およびその量を
測定する測定手段とを備えた回転体の不釣り合い測定装
置により達成される。

【００１２】本発明の好ましい実施態様においては、前
記力検出手段が、圧電型ロードワッシャから構成されて
いる。

【００１３】

【作用】本発明によれば、力の変動を検出する力検出手
段が、ハウジングに取り付けられるとともに、ハウジン
グと安定な基部との間に介在しているため、回転体の回
転機構の剛性にかかわらず、回転体の不釣り合いを検出
することができ、その結果、わずかな不釣り合いをも確
実に測定することが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の実施例に
つき詳細に説明を加える。図１は、本発明の実施例にか
かる測定装置および該測定装置によりその回転体の不釣
り合いが測定される超精密加工機の砥石回転装置の構成
を概略的に示すブロック図、図２は、測定装置および砥
石回転装置の回転機構をより詳細に示す部分略断面図で
ある。

【００１５】砥石回転装置１０は、ワーク（図示せず）
を加工するための砥石１１、砥石を取り付けるための軸
部１２、ハウジング１５に取り付けられた軸受１３、軸
部１２に取り付けられ、軸部１２および砥石１１を回転
するためのモータ１４、モータ１４を取り付けるための
ハウジング１５およびモータ１４を回転するためのモー
タ駆動装置１６を備えている。砥石回転装置１０のこれ
ら構成部分は、図３に示す砥石回転装置のものと同一で
ある。さらに、砥石回転装置１０は、モータ１４のモー
タ軸の近傍に、モータ１４の回転角を検出し、検出され
た回転角に対応する信号をモータ駆動装置１６に与える
回転角検出センサ１７を有している。

【００１６】その一方、測定装置２０は、ハウジング１
５と、砥石回転装置１０を据え付けるための安定した基
部２１、たとえば、地表面との間に介在する力検出セン
サ２２、回転角検出センサ１７および力検出センサ２２
に接続され、これらからの信号に基づき、回転体に生じ
た不釣り合いの位置およびその量を測定する処理手段２
３、および、処理手段２３に接続され、これにより測定
された不釣り合いの位置およびその量を表示可能な表示
装置２４を有している。

【００１７】図２により詳細に示すように、砥石１１
は、その外周がワーク（図示せず）と接触することによ
り該ワークを加工する円筒状のボディ１１ａと、砥石軸
１１ｂと、不釣り合いの修正のための修正板として機能
する円筒状の砥石フランジ１１ｃとから構成されてい
る。また、軸部１２は、砥石フランジ１１ｃにしっかり
と連結された上部フランジ１２ａと、モータ１４のモー
タ軸１４ａにしっかりと連結された下部フランジ１２ｂ
と、軸受１３に取り囲まれた中間部１２ｃとを有してい
る。

【００１８】ハウジング１５に固定された軸受１３に
は、多数の孔（図示せず）が設けられ、空気源（図示せ
ず）から、加圧空気が与えられることにより、軸受１３
の内周面と軸部１２の中間部１２ｃとの間などに、空気
軸受が形成されるようになっている。

【００１９】モータ１４は、下部フランジ１２ｂと連結
された軸フランジ１４ｂを含むモータ軸１４ａと、モー
タ軸１４ａの外周上の所定の位置に取り付けられたロー
タ１４ｃと、ロータ１４ｃに対向するように設けられた
ステータ１４ｄと、ステータ１４ｄを取り付けるととも
に、モータ軸１４ａの下端部１４ｅを回動自在に支持す
るモータケーシング１４ｆとを有している。このモータ
ケーシング１４ｆは、ハウジング１５に固定されてい
る。また、モータ軸１４ａの下端部１４ｅは、下方に突
出し、後に詳述する回転角検出センサ１７の内部で終端
している。なお、本実施例において、モータ軸１４ａ
も、回転体の一部分を構成している。

【００２０】本実施例の砥石回転装置１０においては、
ハウジング１５の底部に、９０度の角度間隔で、４つの
脚部１８が設けられ、そのうちの一つに、力検出センサ
２１が設けられている。このハウジング１５は、適当な
取り付け具（図示せず）により、脚部１８に固定され、
さらに、脚部１８は、安定した基部２１に固定されてい
る。すなわち、ハウジング１５、脚部１８および安定し
た基部２１は、互いに相対移動しないように構成されて
いる。

【００２１】回転角検出センサ１７は、モータケーシン
グ１４ｆの下部に取り付けられ、モータ軸１４ａの下端
部１４ｅに、該モータ軸１４ａの回転にともなって回転
可能なロータリーエンコーダ（図示せず）、発光素子お
よび受光素子（ともに図示せず）を有している。

【００２２】前述したように、４つの脚部１８のうちの
一つに設けられた力検出センサ２２は、本実施例におい
て、圧電ロードワッシャから構成され、砥石回転装置１
０に生じた振動により脚部１８の一つに加えられたある
一方向の力の変動により、電荷が生じるように構成され
ている。なお、超精密加工機がワークを加工している場
合には、力検出センサ２２の出力信号をコンピュータ
（図示せず）などに与えることにより、超精密加工機の
加工力の変動を検出するために使用することができる。

【００２３】このように構成された砥石回転装置１０お
よび測定装置２０を用いた回転体の不釣り合いの測定に
つき、以下に説明する。

【００２４】操作者が、モータ駆動装置１６を起動する
と、モータ駆動信号が、モータ駆動装置１６からモータ
１４に与えられる。モータ１４が回転すると、モータ軸
１４ａの回転にしたがって、軸部１２および砥石１１が
回転する。モータ軸１４ａの下端部１４ｅに設けられた
回転角検出センサ１７のロータリーエンコーダ（図示せ
ず）には、所定の間隔でスリット（図示せず）が形成さ
れているため、モータ１４の回転にともなうロータリー
エンコーダの回転により、発光素子（図示せず）から発
せられた光は、スリットを通過して受光素子により受光
され、或いは、エンコーダのスリットが形成されていな
い部分により反射される。したがって、受光素子により
受光された光に基づき、所定間隔のパルスからなる信号
が生成され、この信号が回転角検出センサ１７から出力
される。

【００２５】回転角検出センサ１７から出力された信号
は、モータ駆動装置１６に与えられる。モータ駆動装置
１６は、与えられた信号に基づき、モータの回転数を判
断し、適切なモータ駆動信号をモータ１４に出力する。

【００２６】砥石１１、軸部１２およびモータ軸１４ａ
の回転体に不釣り合い存在すると、この不釣り合いによ
り、回転体の回転中に、砥石回転装置１０に振動が生
じ、この振動により、砥石回転装置１０のハウジング１
５と安定した基部２１とに固定された脚部１８に与えら
れる力が変動する。したがって、４つの脚部１８のうち
の一つに設けられた力検出センサ２２は、この力の変動
に基づく信号を、処理装置２３に出力する。なお、脚部
１８に与えられる力は、砥石回転装置１０のハウジング
１５などの剛性の大小に依存しない。

【００２７】その一方、回転角検出センサ１７から出力
された信号は、処理装置２３にも与えられる。したがっ
て、処理装置２３は、回転角検出センサ１７から出力さ
れた信号と、力検出センサ２２から出力された信号とに
基づき、力の変動が生じた角度位置および変動の量、す
なわち、回転体に不釣り合いが生じている位置およびそ
の量を測定し、これらを処理装置２３に接続された表示
装置２４に表示する。

【００２８】操作者は、表示装置２４に表示された角度
位置および変動の量とに基づき、砥石１１の砥石フラン
ジ１１ｃ中の、不釣り合いが生じている位置に対応する
部分に所定の大きさの穴を空け、或いは、この部分に、
付加重量を取り付けることにより、回転体の不釣り合い
を修正することができる。

【００２９】本実施例によれば、回転角検出センサ１７
からの信号と、砥石回転装置１０のハウジング１５と安
定した基部２１とに固定された４つの脚部１８のうちの
一つに設けられ、砥石回転装置１０に生じた小さな振動
に基づく力の変動をも検出可能な力検出センサ２２から
の信号とに基づき、処理装置２３が、回転体の不釣り合
いが生じている位置およびその量を測定するように構成
されているため、わずかな不釣り合いをも確実に測定す
ることが可能となる。

【００３０】また、本実施例によれば、回転角検出セン
サ１７がモータ１４のモータケーシング１４ｆに取り付
けられるとともに、力検出センサ２２が、砥石回転装置
１０のハウジング１５と安定した基部２１とに固定され
た４つの脚部１８のうちの一つに設けられているため、
砥石回転装置１０を、ワークを加工するために実際に使
用する場合であっても、その利便を害しないようにする
ことができる。

【００３１】さらに、本実施例によれば、回転角検出セ
ンサ１７の出力信号は、モータ駆動装置１６がモータ１
４の回転速度を測定するために使用可能であり、かつ、
力検出センサ２２の出力信号も、砥石回転装置１０がワ
ークを加工するために使用される場合に、超精密加工機
の加工力の変動を検出するために使用可能である。した
がって、超精密加工機の砥石回転装置１０自体に、特
に、別体のセンサ類を取り付けることなしに、回転体の
不釣り合いを測定することが可能となる。

【００３２】本発明は、以上の実施例に限定されること
なく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種
々の変更が可能であり、これらも本発明の範囲内に包含
されるものであることはいうまでもない。

【００３３】たとえば、前記実施例においては、力検出
センサ２２が、ハウジング１５と安定した基部２１とに
固定された４つの脚部１８のうちの一つに設けられてい
るが、この力検出センサ２２は、その一方の側がハウジ
ング１５の側壁の所定の位置に固定されるとともに、他
方の側が、建造物の柱など地表面から略直立の安定した
基部に固定されるように設けられ、ハウジング１５、力
検出センサ２２および安定した基部が、互いに相対移動
しないように構成されていてもよい。

【００３４】また、前記実施例においては、力検出セン
サ２２は、ある一つの方向の力の変動を検出するように
構成されているが、これに限定されるものではなく、た
とえば、力の変動の水平成分および垂直成分を検出し、
それぞれに対応する信号を出力するように構成してもよ
いことは明らかである。なお、この場合には、水平成分
の不釣り合いを修正するための修正板および垂直成分の
不釣り合いを修正するための修正板を設ける必要があ
る。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、わずかな不釣り合いを
も確実に測定することができる回転体の不釣り合い測定
装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例にかかる測定装置およ
び該測定装置によりその回転体の不釣り合いが測定され
る超精密加工機の砥石回転装置の構成を概略的に示すブ
ロック図である。

【図２】図２は、測定装置および砥石回転装置の回転機
構をより詳細に示す部分略断面図である。

【図３】図３は、超精密加工機の砥石回転装置および該
砥石回転装置の回転体の不釣り合いを測定する従来の測
定装置の構成を概略的に示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ 砥石回転装置 １２ 軸部 １３ 軸受 １４ モータ １５ ハウジング １６ モータ駆動装置 １７ 回転角検出センサ ２０ 測定装置 ２１ 安定した基部 ２２ 力検出センサ ２３ 処理装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータと、該モータにより回転される回
   転体と、前記モータを収容するとともに、これを取り付
   けるためのハウジングとを有する回転機構における、前
   記回転体の不釣り合いを測定する回転体の不釣り合い測
   定装置であって、 前記回転体に取り付けられ、前記回転体が回転する際の
   前記回転体の回転角を検出する回転角検出手段と、前記
   ハウジングに取り付けられるとともに、前記ハウジング
   と安定な基部との間に介在し、前記回転体が回転するこ
   とにより、前記ハウジングに与えられる力の変動を検出
   する力検出手段と、前記回転角検出手段により検出され
   た前記回転角と前記力検出手段により検出された前記力
   の変動とに基づき、不釣り合いが生じた位置およびその
   量を測定する測定手段とを備えたことを特徴とする回転
   体の不釣り合い測定装置。
2. 【請求項２】 前記力検出手段が、圧電型ロードワッシ
   ャから構成されることを特徴とする請求項１に記載の回
   転体の不釣り合い測定装置。