(57)【要約】【課題】回転体のアンバランス修正に際し、回転体の必要最小限の状態監視を通じて、より高い信頼性のもとに回転バランス調整を行うことのできる回転体の回転バランス調整方法を提供する。【解決手段】回転体であるインペラ３０を締結固定するインペラナット３６を正面から見たときの幾何学的な中心である幾何中心と回転の中心である回転中心Ｏとの乖離であるアンバランスを修正してインペラ３０の回転バランスを調整する。ここでは、インペラ３０に生じる振動の振幅が最大となる一次共振点を超えるようにインペラナット３６を回転させた状態で、照射位置を一点に固定したレーザＬＳによりインペラナット３６をその正面方向から切削し続けて自動調心する。【選択図】図１
2010203803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体を正面から見たときの幾何学的な中心である幾何中心と回転の中心である回転中心との乖離であるアンバランスを修正してその回転バランスを調整する回転体の回転バランス調整方法において、
前記回転体に生じる振動の振幅が最大となる一次共振点を超えるように回転体を回転させた状態で、一点に固定した切削手段により前記回転体をその正面方向から切削し続けて自動調心する
ことを特徴とする回転体の回転バランス調整方法。
【請求項２】
前記切削手段による前記切削が、前記回転体の振動位相が反転した状態で行われる
請求項１に記載の回転体の回転バランス調整方法。
【請求項３】
前記切削手段による切削が、前記回転体の振動位相が反転した状態のうちの振動振幅が最大となっている状態で行われる
請求項２に記載の回転体の回転バランス調整方法。
【請求項４】
前記切削手段が、レーザ加工器から照射されるレーザである
請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転体の回転バランス調整方法。
【請求項５】
前記レーザ加工器から照射されるレーザが、固体レーザ、半導体レーザ、気体レーザ、昇華型レーザのいずれか一つである
請求項４に記載の回転体の回転バランス調整方法。
【請求項６】
前記回転体の回転状態が、前記回転体の回転数、及び振動位相、及び回転体を支持する支持体の振動の少なくとも一つの検出に基づいて求められる
請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転体の回転バランス調整方法。
【請求項７】
前記切削手段による切削が、前記回転体を支持する支持体の振動が許容できる規格値以下になったことをもって終了する
請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転体の回転バランス調整方法。
【請求項８】
前記切削の対象となる回転体が、ターボチャージャの回転要素である
請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転体の回転バランス調整方法。
【請求項９】
前記切削の対象となるターボチャージャの回転要素が、ターボチャージャのロータリーシャフトにインペラを締結固定するインペラナットである
請求項８に記載の回転体の回転バランス調整方法。
【請求項１０】
前記切削の対象となるターボチャージャの回転要素が、ターボチャージャのロータリーシャフトに締結固定されたタービンホイールである
請求項８又は９に記載の回転体の回転バランス調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばターボチャージャにおけるコンプレッサホイール（インペラ）やタービンホイール等の回転体の偏重量（アンバランス）を調整する回転体の回転バランス調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャとは周知のように、エンジンから排出される排気のエネルギーを利用してエンジンに供給される吸気を過給することによりエンジンの出力向上や燃費向上を図る過給器である。そして、大きくはエンジンの排気通路に配設されるタービンホイールと、同エンジンの吸気通路に配設されるコンプレッサホイールと、これらタービンホイール及びコンプレッサホイールを連結するロータリーシャフトとを備える構成となっている。
【０００３】
こうしたターボチャージャは、回転体であるタービンホイールやコンプレッサホイール（インペラ）に回転軸心に対する偏重量、すなわちアンバランスが生じていると、その高速回転時にこのアンバランスに起因する遠心力によってターボチャージャ自身の振動を招くこととなる。そこで、こうしたターボチャージャを構成する上記タービンホイールやコンプレッサホイール等の個々の部品についてそのアンバランスの修正が行われている。例えば特許文献１にあっては、ターボチャージャを構成するタービンホイールのアンバランス量とアンバランス位置とを２修正面で測定し、この測定結果を演算して修正面毎の修正角における加工量及び加工位置を算出している。そして、これら算出された加工量及び加工位置に基づいてタービンホイールを加工することで、そのアンバランスを修正することとしている。ただし、このようなアンバランスの修正方法では、たとえターボチャージャを構成する個々の部品のアンバランスは解消されても、その組み付け後に、各組付け部品間のクリアランスや部品公差等に起因して、回転軸心に対するアンバランスが生じることがある。また、こうしたターボチャージャは、その高速回転時において、弾性変形による不釣合い振動が生じることもあることから、少なくとも回転体を組み付けた状態で、そのアンバランスを修正することが望ましい。
【０００４】
そこで従来から、上記ターボチャージャに限らず、回転体の回転バランスを調整するための方法として各種の方法が提案されている。例えば、特許文献２にあっては、回転体の実使用回転速度において回転体が発する振動の振幅及び位相を測定し、この測定結果に基づいて回転体のアンバランス量及びその位置角度を算出することとしている。そして、この算出されたアンバランス量及びその位置角度に基づき回転体の加工量、加工位置及び加工タイミングを求め、これら求められた加工量、加工位置及びタイミングに応じて回転中の回転体にレーザを照射することによって、回転体のアンバランスを修正することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６１−１０４３４９号公報
【特許文献２】特開平８−３１８３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このような回転体に生じる振動の振幅及び位相に応じて回転体のアンバランスを修正する方法では、回転体に振動が生じる比較的高い回転領域まで回転体を回転させた状態でそのアンバランス量及び位置角度に基づきその加工量、加工位置、加工タイミン
グを求め、その上で同回転体に上記レーザによる加工を施す必要がある。しかし、振動を伴いながら高速回転する回転体の振動の振幅及び位相を測定しつつ、上記アンバランス量や位置角度を正確に算出することは煩雑であるとともに容易ではない。さらには、回転体を加工する際においても、上記加工量や加工位置に加えて加工タイミングまで管理する必要があることから、上記レーザによる加工自体も煩雑でしかも高い精度が要求されるものとならざるを得ない。
【０００７】
結局、このように回転体に生じる振動の振幅及び位相を測定しつつそのアンバランス量や位置角度を算出してその加工量を求める方法では、それら算出に基づき加工量等を求める段階と、加工タイミングを含め、これら求められた加工量等に基づき実際に加工を施す段階とで少なからずの誤差や誤差の累積が生じることも避けられない。このため、たとえ上述の方法を採用したところで、必ずしも信頼性の高い回転バランスの調整が行われるとは限らない。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、回転体のアンバランス修正に際し、回転体の必要最小限の状態監視を通じて、より高い信頼性のもとに回転バランス調整を行うことのできる回転体の回転バランス調整方法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】
【０００９】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、回転体を正面から見たときの幾何学的な中心である幾何中心と回転の中心である回転中心との乖離であるアンバランスを修正してその回転バランスを調整する回転体の回転バランス調整方法において、前記回転体に生じる振動の振幅が最大となる一次共振点を超えるように回転体を回転させた状態で、一点に固定した切削手段により前記回転体をその正面方向から切削し続けて自動調心することを要旨とする。
【００１０】
前述のような回転体に偏重量、すなわちアンバランスが存在すると、その回転時には遠心力や回転による慣性力により、回転体の回転の中心である回転中心から見て、回転体の幾何中心と回転体の重量の重い側とがそれぞれ同一方向に順次離間して位置する態様で、回転体が振動することとなる。一方、こうした回転体の振動の振幅が最大となる一次共振点を超えると、回転体の振動位相が次第に反転するようになる。そしてこのとき、回転体は、上記回転中心から見て、回転体の幾何中心と回転体の重量の重い側とがそれぞれ反対側に位置する態様で、回転体が振動することとなる。すなわち、回転体の振動位相の反転に伴って、回転体の幾何中心から見て回転中心が回転体の重量の重い側寄りとなる。
【００１１】
そこで、このように回転体の振動位相が反転した状態で、一点に固定した切削手段により回転体をその正面方向から切削し続けることとすれば、回転中心を基点とした円が描かれる態様で回転体が切削されることとなる。そしてこの際、回転体に形成される円状の加工痕は、回転体の幾何中心から見て回転体の重量の重い側寄りの回転中心を基点として形成されることから、回転体の幾何中心から見て回転体の重量の重い側に上記振動の振幅分だけ偏るかたちで形成されることとなる。このため、回転体のアンバランスに起因して生じる回転体の振動の振幅に比例する態様で回転体の重量の重い側が自ずとより多く切削されることとなり、こうした切削が継続されることにより回転体の幾何中心と回転中心との乖離が自動調心されることとなる。これにより、回転体のアンバランス量及び位相角度の検出やそれらアンバランス量及び位相角度等を詳細に求めることなく回転体のアンバランスを修正することができ、その修正にかかる精度も大きく高められるようになる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転体の回転バランス調整方法において、前記切削手段による前記切削が、前記回転体の振動位相が反転した状態で行われることを要旨とする。
【００１３】
回転体の振動位相は、その一次共振点前から反転に向かって次第に推移し、一次共振点を超えたのちに次第に反転することとなる。この点、上記方法によるように回転体の振動位相が反転した状態で回転体を切削することとすれば、切削対象となる回転体の重量の重い側に確実に偏るかたちでそのアンバランスの量及び位相角度に応じた切削がなされることとなり、その調整精度を確実に高めることができるようになる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の回転体の回転バランス調整方法において、前記切削手段による切削が、前記回転体の振動位相が反転した状態のうちの振動振幅が最大となっている状態で行われることを要旨とする。
【００１５】
アンバランスに起因する回転体の回転時における回転中心と幾何中心との乖離は、こうした回転体の振動振幅が最大となったときにこれに比例して最大となる。そこで、上記方法によるように、回転体の振動位相が反転した状態のうちの振動振幅が最大となっている状態で回転体を切削することとすれば、回転中心を基点として形成される円状の加工痕が回転体の重量の重い側に最も偏るかたちで回転体が切削されることとなる。これにより、上記方法により回転体のアンバランスを修正する上で、回転体のアンバランス部分をより高い精度のもとに切削することができ、ひいては、その自動調心の調整精度も高められるようになる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転体の回転バランス調整方法において、前記切削手段が、レーザ加工器から照射されるレーザであることを要旨とする。
【００１７】
上記方法によるように、レーザ加工器から照射されるレーザによって回転体を切削することとすれば、回転体に不要な振動を与えることなく切削することが可能となり、上記一次共振点を超えるように回転させた状態で行われる回転体の自動調心を行う上で、その調整精度も自ずと高められるようになる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の回転体の回転バランス調整方法において、前記レーザ加工器から照射されるレーザが、固体レーザ、半導体レーザ、気体レーザ、昇華型レーザのいずれか一つであることを要旨とする。
【００１９】
上記方法によれば、加工対象とする回転体の大きさ、材質に応じて各種レーザを選択的に使用することにより、回転体の回転バランス調整を望ましい条件のもとに行うことができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転体の回転バランス調整方法において、前記回転体の回転状態が、前記回転体の回転数、及び振動位相、及び回転体を支持する支持体の振動の少なくとも一つの検出に基づいて求められることを要旨とする。
【００２１】
回転体に生じる振動の振幅が最大となる一次共振点は、回転体の回転数が所定数に達したときに発現するものであり、回転体の質量等に基づいて算出することが可能である。このため、上記方法によるように、回転体の回転状態、すなわち回転体が一次共振点を超えて回転しているか否かを回転体の回転数の検出に基づいて求めることが可能となり、回転体の回転状態の検出、ひいては、その検出に基づく回転体の回転アンバランス調整も容易なものとなる。
【００２２】
また、前述のように、回転体は一次共振点を超えて回転することでその振動位相が反転
することとなり、回転体の回転バランスを自動調心するための切削の条件を満たすこととなる。そしてこの際の回転体の振動位相は、一次共振点の直前から直後にかけて次第に反転するように推移することとなる。そこで、上記方法によるように、こうした回転体の振動位相を検出することとしても、その検出値に基づいて回転体の回転状態を求めることが可能となる。さらには、回転体の回転バランスを自動調心する上で切削の条件となる回転体の振動位相が反転したか否かを直接的に検出することが可能となり、こうした検出に基づく回転体の回転バランス調整の精度も高められることとなる。
【００２３】
そして、回転体の一次共振点とはその振動の振幅が最大となる状態であるため、上記方法によるように、回転体を支持する支持体の振動の検出することとしてもよい。これによっても、その検出値に基づいて回転体の振動の振幅、すなわち回転体の回転状態を検出することが可能となる。
【００２４】
このように上記方法では、回転体の回転数、振動位相、回転体を支持する支持体の振動の少なくとも一つの検出に基づいて回転体の回転状態を検出することができ、回転体の回転状態を望ましい条件のもとに検出することが可能となる。さらには、これら前記回転体の回転数、振動位相、回転体を支持する支持体の振動の全てに基づいて回転体の回転状態を検出することとすれば、上記調整方法による回転体の自動調心の精度がさらに高められるようにもなる。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転体の回転バランス調整方法において、前記切削手段による切削が、前記回転体を支持する支持体の振動が許容できる規格値以下になったことをもって終了することを要旨とする。
【００２６】
回転体の重量の重い側に偏るかたちで回転体が切削されることによって回転体の回転バランスが自動調心される際には、次第に回転体のアンバランスが修正され、回転体に生じる振動の振幅が次第に低減することとなる。このため、上記方法によるように、回転体を支持する支持体の振動が許容できる規格値以下になったことをもって回転体の切削を終了することとすれば、回転体に生じる振動が規格値以下となるまで回転体の回転バランスが自動調心されることとなる。また、回転体の回転バランスを調整する上で必要最低限の範囲内での回転体の切削がなされることとなり、上記方法による回転体の質量の低減も必要最低限なものとなる。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転体の回転バランス調整方法において、前記切削の対象となる回転体が、ターボチャージャの回転要素であることを要旨とする。
【００２８】
上記方法による回転体の回転バランスの調整は、ターボチャージャなどのように高速回転領域で使用される回転要素に最も有効であり、その使用回転領域におけるアンバランスに起因するターボチャージャの振動を好適に抑制することが可能となる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の回転体の回転バランス調整方法において、前記切削の対象となるターボチャージャの回転要素が、ターボチャージャのロータリーシャフトにインペラを締結固定するインペラナットであることを要旨とする。
【００３０】
上記方法によるように、ターボチャージャのロータリーシャフトにインペラを締結固定するインペラナットを切削対象とすることとすれば、回転体として機能するターボチャージャを構成するその他の部品を切削することなくターボチャージャの少なくともコンプレッサ側の回転バランスを調整することが可能となる。またこの場合、上記方法による回転体に対する切削の影響も最小となる。
【００３１】
請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９に記載の回転体の回転バランス調整方法において、前記切削の対象となるターボチャージャの回転要素が、ターボチャージャのロータリーシャフトに締結固定されたタービンホイールであることを要旨とする。
【００３２】
上記方法によるように、ターボチャージャのロータリーシャフトに締結固定されたタービンホイールを切削対象とすることとすれば、ターボチャージャのタービン側についてもその回転バランスを的確に調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明にかかる回転体の回転バランス調整方法の一実施の形態について、その調整対象とするターボチャージャの断面構造を示す断面図。
【図２】同実施の形態にかかる回転体の回転バランス調整方法により調整対象とする回転体について、（ａ）は振動の振幅と回転数との関係を示すグラフ、（ｂ）は振動位相と回転数との関係を示すグラフ。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、同実施の形態の回転体の回転バランス調整方法の切削対象とするインペラナットについて、その正面から見た幾何中心と回転中心との関係を模式的に示す図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、同実施の形態の回転体の回転バランス調整方法の切削対象とするインペラナットについて、その正面から見た加工痕の推移を示す正面図。
【図５】同実施の形態にかかる回転体の回転バランス調整方法について、その調整手順を示すフローチャート。
【図６】本発明にかかる回転体の回転バランス調整方法の他の実施の形態について、その調整対象とするターボチャージャの断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明にかかる回転体の回転バランス調整方法をターボチャージャのインペラ（コンプレッサホール）の回転バランスを調整する方法に具体化した一実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００３５】
図１は、上記回転バランスの調整対象となるインペラを備えるターボチャージャの概略断面構造を示したものである。
この図１に示すように、ターボチャージャ１０には、内燃機関（図示略）の排気を受けて回転するタービンホイール２０と、このタービンホイール２０によって回転されて吸気を圧縮し、同機関のシリンダへと送り込むインペラ（コンプレッサホール）３０とが設けられている。これらタービンホイール２０とインペラ３０とは、ターボチャージャ１０内のセンターハウジング１１に回転可能に軸支されたロータリーシャフト１２を介して一体に回転するように連結されている。なお、ここでの例では、このロータリーシャフト１２は、溶接によってタービンホイール２０に接合されている。
【００３６】
ここで、上記タービンホイール２０が収容されたタービンハウジング２１には、同タービンホイール２０の外周を渦巻き状に延びるスクロール通路２２が形成されている。内燃機関から排出された排気は、このスクロール通路２２に導入され、スクロール通路２２によって回転力を得た排気が、同図１に矢印にて示すように、スクロール通路２２の内面に形成された導入口２３を通じてタービンホイール２０のブレード（羽根）２４に吹き付けられる。そして、こうして吹き付けられた排気によってタービンホイール２０が回転される。なお、タービンホイール２０に吹き付けられた排気は、タービンホイール２０の正面側に開口した排出口２５を通じて、同機関の排気管に排出される。
【００３７】
一方、インペラ（コンプレッサホール）３０は、図１において仮想線で示すコンプレッ
サハウジング３１の内部に収容されている。このコンプレッサハウジング３１において、インペラ３０の正面側には、吸気を導入するための吸入口３２が形成されている。また、同コンプレッサハウジング３１において、インペラ３０の外周には、渦巻き状に延びるコンプレッサ通路３４が形成されている。このコンプレッサ通路３４は、インペラ３０の外周部に開口する吐出口３３に接続されている。
【００３８】
このように構成されたターボチャージャ１０では、上記タービンホイール２０の回転がロータリーシャフト１２により伝達されてインペラ３０が回転すると、上記吸入口３２を通じて吸気が吸引される。こうして吸引された吸気は、インペラ３０に設けられたブレード３５によって吐出口３３に送り込まれ、この送り込まれた吐出口３３からさらにコンプレッサ通路３４へと強制的に送り込まれることによって圧縮される。そして、こうして圧縮された吸気が図示しない内燃機関のシリンダへと送られることによって、同機関の過給が行われるようになる。
【００３９】
なお、上記センターハウジング１１は、ほぼ円筒状に形成されるとともに、その内部に上記ロータリーシャフト１２を回転可能に支承する軸受部１４が設けられている。また、このロータリーシャフト１２のコンプレッサ側の先端部には雄ねじが切られており、上記インペラ（コンプレッサホイール）３０は、該ロータリーシャフト１２に挿入され、その先端側から螺入されるインペラナット３６によって同ロータリーシャフト１２に締結固定されている。そして本実施の形態においては、このセンターハウジング１１に上記コンプレッサハウジング３１が組み付けられていない状態でタービン側のスクロール通路２２にエアーＡＲを導入し、タービンホイール２０をこのエアーＡＲにより駆動しつつインペラナット３６を切削加工することによって、インペラ３０の回転バランス調整を行うこととしている。
【００４０】
次に、図２〜図４を参照して、本実施の形態にかかる回転バランス調整方法の調整原理について説明する。
通常、このようなターボチャージャ１０には、タービンホイール２０及びインペラ３０の回転に伴う振動が生じる。そして、その振動の振幅や位相も、これらタービンホイール２０やインペラ３０の回転数に相関したものとなる。図２（ａ）及び（ｂ）は、発明者らによる実験を通じて得られたこれら回転体の回転数と振動の振幅との関係、及び回転数と振動位相との関係をそれぞれ示したものである。
【００４１】
まず、上記スクロール通路２２に先のエアーＡＲが導入されると、これに伴ってタービンホイール２０が回転し、次第にインペラ３０の回転数ωも上昇する。そしてこの際、インペラ３０がその回転中心Ｏ（図１）に対してアンバランスが生じていると、図２（ａ）に実線の曲線Ｌ１として示すように、回転数ωの上昇とともに、遠心力や回転の慣性力に起因して徐々に振動が生じることとなる（ω０―ω１）。そしてその後、エアーＡＲの導入量の増加に伴ってタービンホイール２０の回転数がさらに上昇すると、インペラ３０に生じる振動が一次共振する、すなわち振幅が最大振幅Ａｎとなる回転数ωｎに到達する。また、こうしてインペラ３０の回転数ωが上昇を続けて一次共振する回転数ωｎを超えると、その後は次第に振動が低減する。なお、インペラ３０がその回転中心Ｏに対してアンバランスが生じない場合、あるいはアンバランスの度合いが小さな場合は、同図２（ａ）に２点鎖線の曲線Ｌ２として示すように、一次共振する回転数ωｎの直前から直後にかけて生じる振動も小さなものとなる。また、こうして一次共振する回転数ωｎは、インペラ３０の質量や形状、大きさによって異なることが普通である。
【００４２】
一方、図２（ｂ）に示すように、こうしたインペラ３０の振動位相は、インペラ３０が回転を開始してから一次共振に達する直前までは、一定の位相（ここでの例では「＋１８０°」）で推移する（ω０−ω１）。そして、インペラ３０の回転数ωがさらに上昇する
と、その振動の振幅の増大とともに、振動位相は次第に反転するように推移する（ω１−ωｎ）。そしてその後、インペラ３０の回転数ωが上記一次共振する回転数ωｎを超えて回転数ω２に達すると、その振動位相は反転して「０°」となる。
【００４３】
このように、上記インペラ３０を含む回転体は、その回転にアンバランスを生じているときの特性として、回転数の上昇に伴い、その振動が最大となる一次共振を迎えることとなるが、この一次共振を境として、すなわち一次共振の前後の回転数では、その振動位相が反転するようになる。
【００４４】
図３及び図４は、インペラ３０の、回転体としてのこうした特性を踏まえ、その締結用ナットである上記インペラナット３６の切削を通じてインペラ３０の回転バランスを調整する方法についてその概念を示したものである。なお、これら図３及び図４の各図において、記号Ｏは上述したインペラ３０の回転中心、記号Ｓはインペラナット３６を正面から見たときの幾何学的中心である幾何中心、記号Ｕは上記アンバランスの原因となっている仮想的な重り、記号ＬＳは切削手段であるレーザ、そして記号Ｐはこのレーザによる加工痕をそれぞれ示している。
【００４５】
すなわち、図３（ａ）に示すようなインペラ３０の回転停止時には、上記重りＵの存在に拘わらず、インペラナット３６の幾何中心Ｓと回転中心Ｏとが一致していたとしても、いざインペラ３０の回転が始まると、図２（ａ）に示される態様での振動が生じはじめ、インペラ３０の回転数ωの増加とともにこの振動も徐々に大きくなる。
【００４６】
そして、このインペラ３０の回転数ωが上記一次共振する回転数ωｎよりも小さいうちは、すなわち「ω＜ωｎ」なる条件が満たされている期間は、図２（ｂ）に示されるように、上記振動位相が同一位相に保たれる。このときには、図３（ｂ）に示されるように、回転中心Ｏから見て、インペラナット３６の幾何中心Ｓと重りＵすなわち重量の重い側とがそれぞれ同一方向に順次離間して位置する態様でインペラ３０（インペラナット３６）が振動することとなる。なお、この図３（ｂ）は、先の図２（ａ）においてインペラ３０が回転数ω１で回転している状態、換言すれば、振幅Ａ１でインペラ３０が振動している状態に相当するものとして、上記回転中心Ｏをはじめ、上記幾何中心Ｓや重りＵの関係を模式的に示している。そして仮に、このような状態で、同図３（ｂ）に付記する態様にてレーザＬＳを一点に照射し、インペラナット３６をその正面から切削加工したとすると、回転中心Ｏを軸とした半径ｒＬの加工痕Ｐは、幾何中心Ｓから見て重りＵが存在する側すなわち重量の重い側での加工域αとその反対側の重量の軽い側での加工域βとが、
α＜β
といった大小関係となる。すなわちこのことは、本来の回転中心となるべき幾何中心Ｓから見て重量の軽い側がより多く切削され、回転のアンバランスがさらに助長されるようになることを意味する。
【００４７】
一方、インペラ３０の回転数ωが上記一次共振する回転数ωｎを超え、「ω＞ωｎ」なる条件が満たされるようになると、これも図２（ｂ）に示されるように、上記振動位相が反転するようになる。すなわちこのときには、図３（ｃ）に示されるように、回転中心Ｏから見て、インペラナット３６の幾何中心Ｓと重りＵすなわち重量の重い側とがそれぞれ反対側に位置する態様でインペラ３０（インペラナット３６）が振動するようになる。なお、この図３（ｃ）は、先の図２（ａ）においてインペラ３０が回転数ω２で回転している状態、換言すれば、振幅Ａ２でインペラ３０が振動している状態に相当するものとして、上記回転中心Ｏをはじめ、上記幾何中心Ｓや重りＵの関係を模式的に示している。そしてこのとき、上述と同様に、同図３（ｃ）に付記する態様にてレーザＬＳを一点に照射し、インペラナット３６をその正面から切削加工したとすると、回転中心Ｏを軸とした同じく半径ｒＬの加工痕Ｐは、幾何中心Ｓから見て重りＵが存在する側すなわち重量の重い側
での加工域αとその反対側の重量の軽い側での加工域βとが、
α＞β
といった大小関係となる。すなわちこのときには、本来の回転中心となるべき幾何中心Ｓから見て重量の重い側がより多く切削されることとなり、回転のアンバランスが緩和されるようになる。そこで本実施の形態においても、このような事実に鑑み、インペラ３０の回転状態がこの図３（ｃ）に示す状態にあることを条件に、インペラナット３６に対し、レーザＬＳによる切削加工を行うこととする。
【００４８】
図４は、こうした条件のもとに切削加工を行いつつ、インペラ３０の回転バランス調整を行う様子を示したものであり、図４（ａ）は調整開始直後のインペラナット３６の表面状態を、また図４（ｂ）は調整完了後の同じくインペラナット３６の表面状態をそれぞれ示している。
【００４９】
すなわちいま、上記条件のもとに、レーザＬＳによりインペラナット３６に対する切削が開始されたとすると、図４（ａ）に示される態様で、回転中心Ｏを軸とした半径ｒＬの加工痕Ｐが形成される。ここで、この加工痕Ｐ、すなわちその半径ｒＬは、インペラ３０の振動の振幅ＡあるいはレーザＬＳの照射位置によって変化し、通常は、インペラナット３６の半径ｒＮと上記振幅Ａとに基づき、
ｒＬ＝ｒＮ−Ａ
といった関係をもって決定される。そして、レーザＬＳによるこうした切削加工に際してその加工痕Ｐがインペラナット３６の表面から外れないようにするためには、次式（１）のもとに、レーザＬＳの照射位置が決定されることとなる。
【００５０】
ｒＬ＜ｒＮ−Ａ                        …（１）
こうしてインペラナット３６に対する切削が開始された後は、上述のように本来の回転中心となるべき幾何中心Ｓから見て重量の重い側がより多く切削されて回転のアンバランスが緩和されるようになる。このため、こうした切削加工が継続されることで、インペラ３０の振動の振幅Ａも徐々に小さくなり、そしてこの振幅Ａの縮小に伴い、上記加工痕Ｐの位置、すなわちその中心軸である回転中心Ｏの位置も次第に幾何中心Ｓに近づくように推移する。そして、回転バランスの調整が完了すれば、理論上は、図４（ｂ）に示される態様で、上記回転中心Ｏが幾何中心Ｓに一致するようになる。
【００５１】
このように、インペラ３０の振動位相が反転した状態で、一点に固定したレーザＬＳの照射によりインペラナット３６をその正面方向から切削し続けることとすれば、回転中心Ｏを基点とした円が描かれる態様でインペラナット３６の表面が切削されることとなる。そしてこの際、インペラナット３６に形成される円状の加工痕Ｐは、インペラナット３６の幾何中心Ｓから見てインペラ３０（インペラナット３６）の重量の重い側寄りの回転中心Ｏを基点として形成されることから、インペラナット３６の幾何中心Ｓから見て重量の重い側に上記振動の振幅Ａ分だけ偏るかたちで形成されることとなる。このため、インペラ３０のアンバランスに起因して生じる振動の振幅Ａに比例するかたちで重量の重い側が自ずとより多く切削されることとなり、こうした切削が継続されることによりインペラナット３６の幾何中心Ｓと回転中心Ｏとの乖離が解消される態様でインペラ３０の回転が自動調心されるようになる。
【００５２】
以下、このような原理のもとに実施されるインペラ３０の回転バランス調製方法について、その具体的な調整手順を図５を参照して説明する。
本実施の形態においてはまず、回転バランス調整に先立ち、先の図１に併せて示すように、上述したインペラ３０の回転数ωを検出するための例えば磁気センサ等からなる回転検出センサＳ１を上記インペラナット３６の側方近傍に配設する。また、インペラ３０の支持体であるセンターハウジング１１には、これも図１に併せて示すように加速度センサ
Ｓ２を設け、この加速度センサＳ２による検出値に基づいてインペラ３０の回転振動（振幅Ａ）を監視する。他方、上記インペラナット３６の正面にはレーザ加工器６０を設置し、このレーザ加工器６０から図３及び図４に示したような切削用のレーザＬＳを照射する。なお、この際、このレーザ加工器６０によるレーザＬＳの照射位置は、上記式（１）の条件が満たされる範囲で一点に固定される。また、このレーザ加工器６０から照射するレーザＬＳとしては、ＹＡＧレーザやルビーレーザ等の固体レーザ、ダイオードレーザ等の半導体レーザ、エキシマレーザやＣＯ２レーザ等の気体レーザ、その他昇華型レーザ等、各種レーザを用いることが可能であり、加工対象の材質等に応じて選択的に使用することができる。そして本実施の形態では、前述のようにセンターハウジング１１にコンプレッサハウジング３１が組み付けられていない状態でタービン側のスクロール通路２２にエアーＡＲを導入する。これにより、図５に調整手順のステップｓ１０１として示すインペラ３０の回転が開始される。
【００５３】
こうしてインペラ３０の回転が開始された後は、上記導入するエアーＡＲの量を徐々に増量しつつ上記回転検出センサＳ１による検出値に基づきインペラ３０の回転状態を検出し（ステップｓ１０２）、この回転状態が先の図３（ｃ）に示した回転状態、すなわち
回転数ω  ＞  一次共振回転数ωｎ
に達したか否かが判断される（ステップｓ１０３）。そして、こうしてインペラ３０の回転数ωが一次共振回転数ωｎを超えた後は、さらに上記回転検出センサＳ１による検出値に基づき、インペラ３０の振動位相が反転する回転数ω２に達したか否か、すなわち
回転数ω  ≒  回転数ω２
となったか否かが判断される（ステップｓ１０４）。
【００５４】
このようにしてインペラ３０の振動位相が反転し、かつその回転数ωが回転数ω２に達した後は、インペラ３０の回転数ωがこの回転数ω２に保持されるように上記エアーＡＲの導入量が保持される（ステップｓ１０５）。そしてこのとき、上記加速度センサＳ２によって検出されるセンターハウジング１１の振動Ｇ１（インペラ３０の振幅Ａに相関）がその許容できる規格値Ｇ０を超えている場合には、上記ターボチャージャ１０に組み付けられたインペラ３０にアンバランスが存在するものと判定され、そのアンバランスを修正すべく、上記レーザ加工器６０からインペラナット３６に対するレーザＬＳの照射が開始される（ステップｓ１０６、ｓ１０７）。このようなレーザＬＳの照射により、インペラ３０（インペラナット３６）の回転に伴って、先の図４（ｂ）に示したような加工痕Ｐが形成され、その形成される加工痕Ｐの中心、すなわち回転中心Ｏが次第に幾何中心Ｓに近づくように自動調心される。
【００５５】
このような自動調心によってインペラ３０のアンバランスが次第に緩和されると、上記センターハウジング１１を介して検出される振動も次第に低減されるようになる。そしてその後、加速度センサＳ２によって検出されるセンターハウジング１１の振動Ｇ１が例えば先の図２に例示した曲線Ｌ２に対応して定めた規格値Ｇ０以下となったことが判断されると（ステップｓ１０８）、インペラ３０のアンバランスが修正されたと判定され、当該方法による回転バランスの調整が完了される。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態にかかる回転体の回転バランス調整方法によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）アンバランスの修正対象とするターボチャージャ１０のインペラ３０を、一次共振する回転数ωｎを超えるまで強制回転させるとともに、インペラ３０の振動位相が反転した状態で、レーザＬＳの照射位置が一点に固定されたレーザ加工器６０によりインペラナット３６をその正面から切削加工することとした。これにより、インペラ３０のアンバランスに起因して生じる振動の振幅Ａに比例する態様で重量の重い側が多く切削加工されることで、インペラナット３６の幾何中心Ｓと回転中心Ｏとの乖離が解消される態様でイ
ンペラ３０の回転が自動調心されるようになる。この結果、インペラ３０のアンバランス修正が容易に、しかも高い精度にて実現されるようになる。
【００５７】
（２）レーザＬＳによるインペラナット３６の切削加工を、インペラ３０の振動位相が丁度反転した状態、すなわちインペラ３０の回転数ωが回転数ω２に到達した状態で行うこととした。これにより、振動位相の反転後、最も振動の振幅が大きい回転状態、すなわち振幅Ａ２となっている回転状態で上記切削加工が行われることとなり、インペラ３０の回転バランス調整にかかる調整精度を確実に高めることができるようになる。
【００５８】
（３）インペラ３０の切削手段として、レーザ加工器６０から照射されるレーザＬＳを使用することとした。これにより、加工対象とするインペラナット３６に不要な振動を与えることなく加工することが可能となり、一次共振回転数ωｎを超えるように回転させた状態で行われるインペラ３０の上述した自動調心を高精度に行うことができるようになる。また、加工対象とする回転体の加工量もレーザ出力の調整や使用レーザの選択等により容易に調整することが可能となり、小型の回転体などの加工も容易となる。
【００５９】
（４）インペラ３０の回転状態を、回転検出センサＳ１及び加速度センサＳ２による検出値に基づいて求めることとした。このため、インペラ３０の質量や形状、大きさに基づいて予め求められた一次共振回転数ωｎを超えてインペラ３０が回転しているか否かを回転検出センサＳ１の検出値に基づいて判定することができるようになり、ひいては、その検出に基づくインペラ３０の回転アンバランス調整も容易となる。また、加速度センサＳ２の検出値に基づいてインペラ３０の回転振動の度合い（振動の振幅）を監視することができるようになり、その調整（アンバランス修正）度合いの認識も容易となる。
【００６０】
（５）上記回転バランス調整の終了条件として、インペラ３０を支持するセンターハウジング１１に設けられた加速度センサＳ２を通じて検出される振動が上記規格値Ｇ０以下になることを要件とした。このため、インペラ３０に生じる振動が規格値Ｇ０以下となるまで、上記自動調心が行われることとなり、許容される必要最低限のバランス調整が効率よく実現されるようになる。
【００６１】
（６）上記インペラ３０の回転バランスの調整に際し、このインペラ３０をロータリーシャフト１２に締結固定するインペラナット３６を切削加工することとした。これにより、ターボチャージャ１０の回転体を構成するその他の部品を切削することなく、少なくともコンプレッサ側となる回転体の回転バランスを調整することが可能となる。またこの場合、上記回転体に対する切削加工の影響も最小となる。
【００６２】
（７）レーザ加工器６０から照射されるレーザＬＳの照射位置を上記式（１）のもとに調整することとした。このため、加工対象とするインペラナット３６の表面からレーザＬＳによる加工痕Ｐが外れることのないようにインペラナット３６の加工が継続されることとなり、その意味でも上記回転バランス調整の効率化が図られるようになる。そしてこの場合、加工対象とするインペラナット３６以外の箇所が切削加工されることもない。
【００６３】
なお、上記実施の形態は、以下のような形態をもって実施することもできる。
・上記実施の形態では、レーザＬＳによる加工対象を、ターボチャージャ１０にインペラ３０を締結固定するインペラナット３６とした。これに限らず、先の図１に対応する図として例えば図６に示すように、レーザ加工器６０をタービン側に配置し、先の原理に準じてその正面から切削加工するようにしてもよい。これにより、ターボチャージャ１０のタービンホイール２０についてもその回転バランスを調整することが可能となるとともに、加工対象となる部分の形状や質量が比較的大きくなるため、上記方法による回転バランスの調整もより容易となる。また勿論、同様の原理に基づき、インペラ３０とタービンホ
イール２０との両方についてその回転バランスを調整するようにしてもよい。
【００６４】
・回転バランス調整の終了条件として、インペラ３０を支持するセンターハウジング１１の振動が許容できる規格値Ｇ０以下になることを条件とした。これに限らず、例えば撮像装置等を使用することができる場合には、幾何中心Ｓと回転中心Ｏとが一致することをもって回転バランスの調整を終了するようにしてもよい。
【００６５】
・上記実施の形態では、一次共振回転数ωｎを超えたか否かを回転検出センサＳ１の検出値に基づいて求めることとしたが、加速度センサＳ２によって検出されるインペラ３０（センターハウジング１１）の振動あるいは振幅Ａが最大になったことをもってインペラ３０の回転数が一次共振回転数ωｎを超えた旨を判定するようにしてもよい。また同様に、インペラ３０の振動位相が反転したか否かを経験的に求めた回転数ω２に達したか否かに基づいて判定することとしたが、これも加速度センサＳ２による検出値に基づいてインペラ３０の振動位相が反転した旨を判定するようにしてもよい。すなわちこの場合、上記エアーＡＲの導入量を増やしつつ、まずは最大振幅Ａｎを検出し、その後に低下する振幅Ａ２を検出することとなる。その他、インペラ３０やタービンホイール２０等の回転体が一次共振回転数ωｎを超えて回転していること、あるいは、それら回転体の振動位相が反転していることを判定可能なものであればよく、回転体の回転状態の検出方法はこれらに限定されるものではない。すなわち、振動を検出するためのセンサや回転数を検出するためのセンサを割愛し、別途位相を検出するための適宜のセンサを設けるようにしてもよいし、これら振動、回転数、位相を検出するセンサを併せて設けるようにしてもよい。
【００６６】
・レーザＬＳによる切削加工の開始条件として、インペラ３０等の回転体の振動位相が反転した状態のうち、振動の振幅Ａが最大、すなわち振幅Ａ２となっていることを条件とした。これに限らず、回転体が一次共振回転数ωｎを超えて回転している状態であればよく、これによっても上記に準じた自動調心を行うことはできる。
【００６７】
・上記実施の形態では、切削手段としてレーザＬＳを用いることとしたが、回転体の上記要求される回転状態を維持することのできる環境下にある場合には、同切削手段として例えば刃物なども用いることができる。
【００６８】
・上記実施の形態では、本発明にかかる回転体の回転バランス調整方法をターボチャージャ１０のインペラ３０やタービンホイール２０の回転バランスを調整する方法に具体化したが、他のいかなる回転体であれ、その回転時にアンバランスに起因する振動が生じるものであれば本発明を適用することはできる。
【符号の説明】
【００６９】
１０…ターボチャージャ、１１…センターハウジング、１２…ロータリーシャフト、１４…軸受部、２０…タービンホイール、２１…タービンハウジング、２２…スクロール通路、２３…導入口、２４…ブレード、２５…排出口、３０…インペラ（コンプレッサホイール）、３１…コンプレッサハウジング、３２…吸入口、３３…吐出口、３４…コンプレッサ通路、３５…ブレード、３６…インペラナット、６０…レーザ加工器、Ｏ…回転中心、Ｐ…加工痕、Ｓ…幾何中心、Ｕ…例示的な重り、Ｓ１…回転検出センサ、Ｓ２…加速度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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