专利名称：平衡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于抑止例如机床的主轴、安装于该主轴的切削和磨削用的工具保持用工具卡盘、车辆的车轴、发动机的曲轴等的回转体摆幅回转的平衡器。
背景技术：
日本专利特开平6-198564号公报所示的砂轮具有补正砂轮回转轴周围的重量分布不平衡用的平衡器机构。即，该砂轮具有收纳室和收纳于该收纳室的平衡块。该收纳室内面的一部分由围绕回转周向的引导面和配置于轴向一方和另一方的壁面构成。该平衡块具有利用该砂轮回转所产生的离心力向该引导面推压的推压面，该砂轮回转时，被推压面推压至该引导面的平衡块相对该砂轮，通过变化回转周向的位置，配置于抑止该砂轮摆幅回转的位置。又，还公开有一种不用该平衡块而是由砂轮将液体保持的提案。通过使该液体在砂轮回转时流动并使回转轴周围的液体重量分布变动，由此可抑止该砂轮的摆幅回转。
又，为了补正回转体的回转轴周围的重量分布不平衡性，日本专利特开2000-102211号公报揭示的回转驱动机构具有与该回转体一体化的平衡块夹具和由该平衡块夹具保持的球形平衡块。在该平衡块夹具上设置有围绕回转周向并呈V字槽状剖面的引导面。该回转体回转时，球形收纳室利用离心力向呈V字槽状剖面的引导面推压，通过相对于该回转体改变回转周向的位置而配置于抑止该回转体摆幅回转的位置。
当具有上述传统的平衡器机构的砂轮受到冲击时，平衡块向回转轴方向变位会使砂轮振动，存在着磨削精度降低的问题。又，若想要利用配置于该平衡块的轴向一方和另一方的壁面在容许该平衡块的周向变位的同时防止轴向变位，则必须对该壁面和平衡块进行极高精度的加工，使加工成本上升。又，例如即使高精度加工，因存在着公差而不能完全消除平衡块的回转轴方向变位，不利于提高磨削精度。
又，当设置具有上述传统的V字槽状剖面的引导面的平衡块夹具一体的回转体受到冲击时，因平衡块是球形，引导面的轴向一方侧和另一方侧受到均一推压，故存在着因平衡块变位而使砂轮振动的问题。
因此，在使用通过工具卡盘安装在例如机床主轴上的切削工具进行工件加工时，既使采用传统的平衡器机构来抑止工具卡盘的摆幅回转，当出现了加工反力和外部因素例如因周边道路行驶的车辆振动等造成的冲击通过切削工具作用于工具卡盘的场合，存在着振幅增大、不利于加工精度的提高、以及从主轴的轴承部发生噪音和轴承寿命下降的问题，在这种采用液体来代替平衡块的场合，虽然利用液体的流动能减小因冲击造成的砂轮振动，但比重大的液体价格高，处理困难，故增大了成本，想要使用水等比重小的液体来获取所需的性能，则会使平衡器大型化。
本发明目的在于提供一种可解决上述问题的平衡器。
发明内容
本发明适用的平衡器，具有与回转体一体化的平衡块夹具和由该平衡块夹具保持的平衡块，该平衡块夹具具有围绕回转周向设置的引导面，该平衡块具有利用该回转体回转所产生的离心力向该引导面推压的推压面，该回转体回转时，由推压面向该引导面推压的平衡块通过相对于该平衡块改变回转周向的位置而配置于抑止该回转体摆幅回转的位置。
本发明的第1特征在于，该引导面和推压面相对于回转轴方向，面向回转轴方向一方逐渐向回转径向外方倾斜，在该平衡块夹具上设置有位于该平衡块的回转轴方向一方的承受部，该平衡块利用该离心力中的沿着引导面和推压面的分力向承受部推压。
这样，由于平衡块利用离心力向位于径向外方的引导面和位于轴向一方的推压面推压，因此，可防止因作用于回转体的冲击所造成的轴向变位，可抑止因这种冲击造成的回转体的振动。
本发明的第2特征在于，该平衡块设置有流动状材料封入室，在该流动状材料封入室中封入有可流动状流动的液体、粉体、大量微小球体等的流动状材料。
这样，利用平衡块和流动状材料封入室中的流动状材料双方，可抑止回转体的摆幅回转和减小振动，并且，当冲击作用于回转体时，利用流动状材料的快速流动，变位不容易传递至平衡块，可减小振动。
该流动状材料最好是由大量的微小球体、液体、粉体中的至少1种构成。
本发明的第3特征在于，该平衡块具有辅助平衡块收纳室，在该辅助平衡块收纳室中收纳有辅助平衡块，可使所述回转体回转周向的位置变化。
这样，利用平衡块和辅助平衡块收纳室中的辅助平衡块双方可抑止回转体的摆幅回转和减小振动。
该辅助平衡块收纳室具有围绕回转周向设置的辅助引导面，该辅助平衡块具有利用该回转体回转所产生的离心力向该辅助引导面推压的辅助推压面，该辅助引导面和辅助推压面相对于回转轴方向，面向回转轴方向一方逐渐向回转径向外方倾斜，在该辅助平衡块收纳室中设置有位于该辅助平衡块的回转轴方向一方的辅助承受部，该辅助平衡块利用该离心力中的沿着辅助引导面和辅助推压面的分力向辅助承受部推压。
这样，由于辅助平衡块利用离心力向位于径向外方的辅助引导面和位于轴向一方的辅助推压面推压，因此，可防止因作用于回转体的冲击所造成的轴向变位，可抑止因这种冲击造成的回转体的振动。
在本发明中，最好是具有上述第1、第2双方的特征。又，在本发明中，最好是具有上述第1、第3双方的特征。
在本发明中，该辅助引导面具有回转周向的一端和另一端，从该辅助引导面至回转体的回转中心间的距离最好是从该辅助引导面的回转周向的两端向两端间中央逐渐减小。
这样，作用于辅助平衡块的离心力从该辅助引导面的回转周向的两端向两端间中央逐渐减小，可促进辅助平衡块的变位，使辅助平衡块快速地到达补正重量分布不平衡的位置。
在本发明中，该引导面具有回转周向的一端和另一端，至回转体的回转中心间的距离最好是从该引导面的回转周向的两端向两端间中央逐渐减小。
这样，作用于平衡块的离心力从该引导面的回转周向的两端向两端间中央逐渐减小，可促进平衡块的变位，使平衡块快速地到达补正重量分布不平衡的位置。
根据本发明，采用简单且低成本的构造，可提供能补正回转体的回转轴周围重量分布的不平衡、并有效地抑止因冲击造成振动的平衡器。
图1为本发明实施例的平衡器的纵剖面图。
图2为本发明实施例的平衡器的局部剖面俯视图。
图3为本发明实施例的平衡器的作用说明图。
图4(1)为本发明第1变形例的平衡器中的平衡块俯视图，图4(2)为其主视图，图4(3)为其侧视图。
图5为本发明第2变形例的平衡器的纵剖面图。
图6为本发明第2变形例的平衡器的局部剖面俯视图。
图7为本发明第2变形例的平衡器的作用说明图。
图8为本发明第3变形例的平衡器的纵剖面图。
图9为本发明第3变形例的平衡器的局部剖面俯视图。
图10为本发明第4变形例的平衡器的局部剖面俯视图。
具体实施例方式
图1和图2所示的平衡器1是与安装于机床主轴的工具卡盘(回转体)2一体化的结构，具有与该工具卡盘2外周嵌合的圆环状平衡块夹具3和由该平衡块夹具3保持的多个平衡块4。在本实施例中，该平衡块4的数量是3个，但不作特别限定。
该平衡块夹具3具有内外周分别沿圆筒面的保持环6以及一对夹持环7、8。该保持环6的轴向尺寸是内方侧大于外方侧。如图3所示，两夹持环7、8是通过外方侧两端面将保持环6夹持。通过用螺栓9、10将该保持环6与各夹持环7、8连结，将保持环6与夹持环7、8一体化。
在该平衡块夹具3的内部形成有与平衡块4相同数量的多个空间11。各空间11以等间隔地并列于平衡块夹具3的回转周向。在各空间11内配置有可变化回转周向位置的平衡块4。各空间11由保持环6两端开口的孔12的内面和夹持环7、8的端面7a、8a围住。该孔12的内面由围绕回转周向设置的引导面12a、围绕回转周向设置于该引导面12a径向内方的面12c以及平衡块夹具3回转周向的间隔状相互对向的一对止动面12b构成。本实施例的引导面12a具有沿回转周向的一端和另一端，成为沿着与工具卡盘2回转中心同心的圆弧的弯曲面。一方的夹持环7的端面7a构成与各平衡块4对向的承受部7a’。另外，为了抑止因其平衡块4的变位造成的摆幅回转，最好是减小夹持环7、8的端面7a、8a的间距与平衡块4的轴向尺寸之差。
沿着径向贯通于该保持环6内方侧的雌螺孔中螺合着多个安装螺钉15，通过将其推压至工具卡盘2的外周，将保持环6与工具卡盘2一体化，但也可不使用螺钉15而是通过热套等方法将保持环6与工具卡盘2一体化。在将平衡块4插入各孔12的状态下，通过螺栓9、10将夹持环7、8与该保持环6一体化。另外，也可将保持环6与一方的夹持环8一体成形、或者将保持环6与工具卡盘2一体成形，只要是在本发明的范围内，对平衡块夹具3的形态以及与工具卡盘2一体化构造无特别限定。
各平衡块4包括从平衡块夹具3的回转轴方向看呈拱状的中空六面体；沿平衡块夹具3的回转径向呈间隔状相互对向的内外周壁4a、4b；沿平衡块夹具3的回转周向呈间隔状相互对向的一对端部壁4c、4d；以及沿平衡块夹具3的回转轴方向呈间隔状相互对向的一对侧壁4e、4f。该内外周壁4a、4b围绕回转周向设置。各平衡块4的外周壁4b的表面构成利用工具卡盘2的回转产生的离心力向所述引导面12a推压的推压面4b’。
该平衡块夹具3的引导面12a和平衡块4的推压面4b’相对于回转轴方向面向回转轴方向一方(图1中的下方)逐渐向回转径向外方倾斜而成为锥状面。该倾斜角度可根据工具卡盘2的转速及其使用刀具的种类等加工条件进行适当设定。所述承受部7a’由该平衡块夹具3上的一方夹持环7的端面7a构成，位于该平衡块4的回转轴方向一方。另外，也可将引导面12a和推压面4b’在面向图中上方的同时又面向回转径向外方，承受部7a’位于平衡块4的图中上方。
如上所述，中空状的各平衡块4的内部成为流动状材料封入室30。在各流动状材料封入室30中封入有可流动状流动的流动状材料31。作为该流动状材料31，在本实施例中是封入了大量微小的球体，但也可封入液体和粉体之类的其它流动状的流动状材料。
该工具卡盘2回转时，平衡块4通过推压面4b’可相对滑动地向引导面12a推压而使回转周向的位置相对该平衡块夹具3发生变化，配置于抑止工具卡盘2摆幅回转的位置。在本实施例中，橡胶等的弹性材料作为缓冲构件13安装在各止动面12b上，用于缓和工具卡盘2回转开始时和回转停止时的平衡块4与止动面12b的冲击。又，如图3所示，各平衡块4的推压面4b’利用离心力F中的与推压面4b’和引导面12a正交的分力Fa，可相对滑动地向平衡块夹具3的引导面12a推压，利用离心力F中的沿着推压面4b’和引导面12a的分力Fb，可相对滑动地向平衡块夹具3的承受部7a’推压。
采用上述实施例，平衡块4在工具卡盘2回转过程中利用离心力向位于径向外方的引导面12a和位于轴向一方的推压面4b’推压，可防止因作用于工具卡盘2的冲击造成的轴向变位，可抑止因这种冲击引起的工具卡盘2的振动。并且，利用平衡块4和流动状材料封入室30中的流动状材料31双方来抑止工具卡盘2的摆幅回转，可减小振动，又，当冲击作用于工具卡盘2时，因流动状材料封入室30快速动作，故变位不容易传递至平衡块4，可减小振动。这样，采用小型的平衡器1，可提高在工具卡盘2上安装加工工具时的加工精度及其面粗糙度，又可减小从安装工具卡盘2的机床主轴的轴承部发生的噪音，同时可延长轴承的使用寿命。例如，在将加工工具安装在工具卡盘2上以10000rpm以上的转速回转时，即使是在共振点也能将振幅抑止在1μm以下。
图4(1)、图4(2)、图4(3)表示本发明的第1变形例。在该第1变形例中设置有将平衡块4的外周壁4b的表面划分为4个区域的槽4h，也可将由该槽4h划分的各区域分别作为推压面4b’向引导面12a推压。这样，可将推压面4b’稳定地向引导面12a推压。在此场合，也可使构成推压面4b’的各区域的面积微小。又，平衡块夹具一体化的回转体不限定于工具卡盘2，例如是机床的主轴、车辆的车轴、发动机的曲轴等的回转体均可，该回转体的回转轴方向也不限定于上下方向，也可是水平方向和斜向。其它与上述实施例相同。
图5～图7表示本发明第2变形例的平衡器101。在该第2变形例中，具有与上述实施例的平衡块夹具3和平衡块4不同的平衡块夹具103和平衡块104，并具有辅助平衡块131，以取代上述实施例的流动状材料31。在第2变形例中，平衡块104的数量和辅助平衡块131的数量是3个，但不作特别限定。
该平衡块夹具103具有与工具卡盘2外周部一体成形的保持部106和遮盖环107。该遮盖环107通过螺栓109与保持部106连结。在该平衡块夹具103上形成有与平衡块104相同数量的空间111。各空间111等间隔状并列在平衡块夹具103的回转周向。各空间111由一端开口的保持部106上形成的孔112的内面和遮盖环107的端面107a围住。该孔112的内面由围绕回转周向设置的引导面112a、围绕回转周向设置于该引导面112a径向内方的面112c、回转周向的间隔状相互对向的一对止动面112b、以及与遮盖环107的端面107a对向的面112d构成。该引导面112a具有回转周向的一端和另一端，成为沿着与工具卡盘2回转中心同心的圆弧的弯曲面。与该遮盖环107的端面107a对向的面112d构成了承受部112d’。
由该平衡块夹具103保持的各平衡块104呈中空状。各平衡块104包括沿平衡块夹具103回转径向呈间隔状相互对向的内外周壁104a、104b；沿平衡块夹具103回转周向呈间隔状相互对向的一对端部壁104c、104d；以及位于平衡块夹具103回转轴方向的一端侧的侧壁104e。该内外周壁104a、104b围绕回转周向设置。各平衡块104在平衡块夹具103回转轴方向的另一端侧开口。各平衡块104的外周壁104b的表面利用由工具卡盘2的回转所产生的离心力构成向所述引导面112a推压的推压面104b’。
该引导面112a、与该引导面112a对向的面112c、推压面104b’、平衡块104的内周壁104a相互平行，相对于回转轴方向，面向回转轴方向一方(图5中的上方)逐渐向回转径向外方倾斜。所述承受部112d’与推压面104b’正交，并位于平衡块104的回转轴方向一方。
各平衡块104的内部即是辅助平衡块收纳室130。在各辅助平衡块收纳室130中收纳有辅助平衡块131，可使工具卡盘2回转周向的位置起变化。该辅助平衡块收纳室130由围绕回转周向设置的辅助引导面130a、围绕回转周向设置于该引导面130a径向内方的面130c、沿回转周向呈间隔状相互对向的一对止动面130b和与遮盖环107的端面107a对向的面130d围往。本变形例的辅助引导面130a具有回转周向的一端和另一端，成为沿着与工具卡盘2回转中心同心的圆弧的弯曲面。与该遮盖环107的端面107a对向的面130d构成辅助承受部130d’。
各辅助平衡块131包括围绕回转周向设置的内外周面131a、131b；位于回转周向两端的一对端部131c、131d；以及位于回转轴方向两端的一对侧面131e、131f。各辅助平衡块131的外周面131b利用由工具卡盘2的回转所产生的离心力构成向所述辅助引导面130a推压的辅助推压面131b’。
该辅助引导面130a、与该辅助引导面130a对向的面130c、辅助推压面131b’、辅助平衡块131的内周面131a相互平行，相对于回转轴方向，面向回转轴方向一方(图5中的上方)逐渐向回转径向外方倾斜。所述辅助承受部130d’与辅助推压面131b’正交，并位于辅助平衡块131的回转轴方向一方。
工具卡盘2回转时，平衡块4通过推压面104b’可相对滑动地向引导面112a推压而使回转周向的位置相对平衡块夹具103发生变化，配置于抑止工具卡盘2摆幅回转的位置。在本实施例中，工具卡盘2回转开始时和回转停止时，可由止动面112b阻止平衡块104的移动。
如图7所示，各平衡块104的推压面104b’利用作用于平衡块104的离心力F中的与推压面104b’和引导面112a正交的分力Fa，可相对滑动地向引导面112a推压，利用离心力F中的沿着推压面104b’和引导面112a的分力Fb，可相对滑动地向承受部112d’推压。
又，各辅助平衡块131的辅助推压面131b’利用作用于辅助平衡块131的离心力F’中的与辅助推压面131b’和辅助引导面130a正交的分力Fa’，可相对滑动地向辅助引导面130a推压，利用离心力F’中的沿着辅助推压面131b’和辅助引导面130a的分力Fb’，可相对滑动地向辅助承受部130d’推压。
采用上述第2变形例，平衡块104在工具卡盘2回转过程中利用离心力向位于径向外方的引导面112a和位于轴向一方的推压面104b’推压，可防止因作用于工具卡盘2的冲击造成的轴向变位，可抑止因这种冲击引起的工具卡盘2的振动。并且，利用平衡块104和辅助平衡块131双方来抑止工具卡盘2的摆幅回转，可减小振动，又，由于辅助平衡块131利用离心力向位于径向外方的辅助引导面130a和位于轴向一方的辅助推压面131b’推压，因此，可防止因作用于工具卡盘2的冲击造成的轴向变位，可抑止因这种冲击引起的工具卡盘2的振动。这样，使用小型的平衡器101，可提高在工具卡盘2上安装加工工具时的加工精度及其表面粗糙度，又可减小从安装工具卡盘2的机床主轴的轴承部发生的噪音，在实现低噪音的同时可延长轴承的使用寿命。例如，在将加工工具安装在工具卡盘2上以10000rpm以上的转速回转时，即使是在共振点也能将振幅抑止在1μm以下。并且，在上述第2变形例中，因引导面112a与该引导面112a对向的面112c相互平行，故容易加工孔112，又由于平衡块104和辅助平衡块131的形状简单，容易形成，因此可加工成高精度尺寸，可高精度地抑止工具卡盘2的振动。
图8和图9表示本发明的第3变形例。在该第3变形例中，引导面112a、推压面104b’、辅助引导面130a、与辅助引导面130a对向的面130c、辅助推压面131b’、以及辅助平衡块131的内周面131a相对于回转轴方向，面向图中下方逐渐向回转径向外方倾斜。又，与引导面112a对向的面112c和平衡块104的内周壁104a的表面沿着回转轴方向。并且，由遮盖环107的端面107a构成承受部，辅助平衡块收纳室130中的遮盖环107的端面107a的侧面130e’构成辅助承受部。又，在上述第2变形例中，由于将辅助引导面130a设定为沿着与回转中心同心的圆弧的弯曲面，因此，在回转周向的两端和两端之间的部分处，从辅助引导面130a至工具卡盘2回转中心之间的距离保持恒定。与此不同的是，在第3变形例中，由于将辅助引导面130a形成为平行于回转轴方向的平坦面，因而从辅助引导面130a至工具卡盘2的回转中心之间的距离从回转周向的两端逐渐向两端之间的中央逐渐减小。并且，与辅助引导面130a对向的面130c、辅助推压面131b’和辅助平衡块131的内周面131a也是与辅助引导面130a平行的平坦面。其它与第2变形例相同，同一部分标有同一符号。这样，作用于辅助平衡块131的离心力从辅助引导面130a的回转周向的两端逐渐向两端间中央减小，可促进辅助平衡块131的变位，可使辅助平衡块131快速地到达补正重量分布不平衡的位置。
图10表示本发明的第4变形例。在上述第3变形例中，由于将引导面112a设定为沿着与回转中心的同心的圆弧的弯曲面，因此，在回转周向的两端与两端间部分，从引导面112a至工具卡盘2回转中心之间的距离保持恒定。与此不同的是，在第4变形例中，由于将辅助引导面112a形成为平行于回转轴方向的平坦面，因而从引导面112a至工具卡盘2的回转中心之间的距离从回转周向的两端逐渐向两端之间的中央逐渐减小。并且，与引导面112a对向的面、推压面104b’和平衡块104的内周壁104a的表面也是与引导面112a平行的平坦面。这样，作用于平衡块104的离心力从引导面112a回转周向的两端逐渐向两端间中央减小，可促进平衡块104的变位，可使平衡块104快速地到达补正重量分布不平衡的位置。其它与第3变形例相同，同一部分标有同一符号。
本发明不限定于上述实施例和变形例。例如，也可将引导面作成设置于整个周向区域的单一的面。又，也可将引导面112a和辅助引导面130a作成工具卡盘2回转中心的同心圆弧反向形状的凸状弯曲面。又，在第2～第4变形例中，也可与上述实施例相同地将保持部106作成与工具卡盘2分体成形的环状，与上述实施例相同地由螺钉与工具卡盘2形成一体化、或者采用热套方法与工具卡盘2一体化。又，在第2～第4变形例中，辅助引导面和辅助推压面也可与回转轴平行。并且，在上述实施例和各变形例中，引导面和推压面也可与回转轴平行。又，在上述实施例和第1变形例中，也可不设置流动状材料，在第2～第4变形例中，也可不设置辅助平衡块。
权利要求
1.一种平衡器，具有与回转体一体化的平衡块夹具和由该平衡块夹具保持的平衡块，该平衡块夹具具有围绕回转周向设置的引导面，该平衡块具有利用该回转体回转所产生的离心力向该引导面推压的推压面，该回转体回转时，由推压面向该引导面推压的平衡块通过相对于该平衡块夹具改变回转周向的位置而配置于抑止该回转体摆幅回转的位置，其特征在于，该引导面和推压面相对于回转轴方向，面向回转轴方向一方逐渐向回转径向外方倾斜，在该平衡块夹具上设置有位于该平衡块的回转轴方向一方的承受部，该平衡块利用该离心力中的沿着引导面和推压面的分力向承受部推压。
2.如权利要求1所述的平衡器，其特征在于，该平衡块具有辅助平衡块收纳室，在该辅助平衡块收纳室中收纳有辅助平衡块，可使所述辅助平衡块在所述回转体回转周向的位置变化。
全文摘要
平衡器中的由平衡块夹具(3)保持的平衡块(4)在平衡块夹具(3)的围绕回转周向设置的引导面(12a)上具有利用回转体回转所产生的离心力向该引导面推压的推压面(4b’)。回转体回转时，通过推压面(4b’)向引导面(12a)推压的平衡块(4)通过相对于回转体夹具改变回转周向的位置配置于抑止该回转体摆幅回转的位置。引导面(12a)和推压面(4b’)相对于回转轴方向，面向回转轴方向一方逐渐向回转径向外方倾斜。平衡块(4)利用该离心力中的沿着引导面(12a)和推压面(4b’)的分力向承受部(7a’)推压。
文档编号B23Q3/12GK1815054SQ20061000929
公开日2006年8月9日 申请日期2001年12月3日 优先权日2000年12月7日
发明者山本博明 申请人:赤泽机械株式会社