(57)【要約】 【課題】  回転体のアンバランスの修正ができ、かつ修正の際の誤差を小さくしつつ最大修正量を大きくすることができる回転体のバランス修正装置及び回転体のバランス修正方法を得る。【解決手段】  回転体のバランスを修正するバランス修正方法であって、アンバランス位置およびアンバランス量の測定工程と、該アンバランス位置へのバランス修正を行うに際して、金属粉末成形体から成る電極と、該回転体のバランス修正位置との間にパルス状の放電を発生させて、上記電極から供給される金属粉末が溶融堆積した重量付加部を上記測定工程により特定されたアンバランス位置に付加する重量付加工程と、から成る回転体のバランス修正方法。【選択図】        図２
2010107293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体のバランスを修正するバランス修正方法であって、
アンバランス位置およびアンバランス量の測定工程と、
該アンバランス位置へのバランス修正を行うに際して、金属粉末成形体から成る電極と、該回転体のバランス修正位置との間にパルス状の放電を発生させて、上記電極から供給される金属粉末が溶融堆積した重量付加部を上記測定工程により特定されたアンバランス位置に付加する重量付加工程と、
から成ることを特徴とする回転体のバランス修正方法。
【請求項２】
重量付加工程は、回転体を加工液が貯留された放電表面処理装置の加工槽内に載置し、金属粉末成形体からなる放電表面処理用電極と該回転体のバランス修正位置との間にパルス状の放電を発生させ、測定工程により測定されたアンバランス量分の重量を付加すべく、放電パルス数をカウントすることで重量付加を制御することを特徴とする請求項１に記載の回転体のバランス修正方法。
【請求項３】
重量付加工程は、回転体を加工液が貯留された放電表面処理装置の加工槽内に載置し、金属粉末成形体からなる放電表面処理用電極と該回転体のバランス修正位置との間にパルス状の放電を発生させ、測定工程により測定されたアンバランス量分の重量を付加すべく、放電時間の制御に基づき重量付加を制御することを特徴とする請求項１に記載の回転体のバランス修正方法。
【請求項４】
重量付加工程は、回転体を加工液が貯留された放電表面処理装置の加工槽内に載置し、金属粉末成形体からなる放電表面処理用電極と該回転体のバランス修正位置との間にパルス状の放電を発生させ、測定工程により測定されたアンバランス量分の重量を付加すべく、電極送り量の制御に基づき重量付加を制御することを特徴とする請求項１または３に記載の回転体のバランス修正方法。
【請求項５】
重量付加工程は、放電表面処理用電極と回転体とを相対移動させながら、所用のバランス修正位置に重量付加することを特徴とする請求項１乃至４何れかに記載の回転体のバランス修正方法。
【請求項６】
重量付加工程は、金属粉末成形体からなる電極を用いて重量付加すると共に、金属電極を用いて回転体のアンバランス位置へ放電加工による除去加工を行うことで重量を減少させることを特徴とする請求項１乃至５何れかに記載の回転体のバランス修正方法。
【請求項７】
重量付加工程は、金属粉末成形体からなる電極を用いて所定の加工条件にて上記電極から供給される金属粉末が溶融堆積させると共に、上記金属粉末成形体からなる電極を用いて上記溶融堆積時の加工条件とは異なる加工条件にて除去加工を行うことを特徴とする請求項１乃至５何れかに記載の回転体のバランス修正方法。
【請求項８】
重量付加工程は、金属粉末成形体の材料を変更し、金属固有の比重に基づき、堆積量を調整することを特徴とする請求項１〜７に記載の回転体のバランス修正方法。
【請求項９】
バランス修正すべき回転体を、加工液が貯留された加工槽内に保持する保持機構と、
金属粉末成形体から成る電極と、
該電極を保持し、上記回転体との間で相対移動させる駆動機構と、
上記電極と回転体の間にパルス状の放電を発生させる電源装置と、
該電源装置からのパルス放電を制御し、上記回転体のアンバランス部位に、上記電極から供給される金属粉末が溶融堆積したアンバランスを解消する重量付加部を付加する制御手段と、
を備えたことを特徴とする放電表面処理による回転体のバランス修正装置。
【請求項１０】
制御手段は、予め電極の金属粉末材料毎に定められた放電１発あたりの堆積量に基づき、放電パルス数、あるいは放電時間を制御して、付加される重量付加部の重量を調整することを特徴とする請求項９に記載の放電表面処理による回転体のバランス修正装置。
【請求項１１】
制御手段は、電極の送り量を測定する機構を有し、指定した送り量に達すると放電を停止することを特徴とする請求項９または１０に記載の放電表面処理による回転体のバランス修正装置。
【請求項１２】
制御手段は、電源装置からのパルス放電を制御することで、上記回転体のアンバランス部位に、上記電極から供給される金属粉末が溶融堆積させる加工条件、上記回転体のアンバランス部位に、上記電極にもとづく除去加工を行わせる加工条件を切り替え制御することを特徴とする請求項９または１０に記載の放電表面処理による回転体のバランス修正装置。
【請求項１３】
バランス修正すべき回転体を、加工液が貯留された加工槽内に保持する保持機構と、
金属粉末成形体から成り、該金属粉末を放電により堆積させる付加用電極と、
放電による除去加工を行う除去用電極と、
該付加用電極及び除去用電極を切り替え保持し、上記回転体との間で相対移動させる駆動機構と、
上記電極と回転体の間にパルス状の放電を発生させる電源装置と、
該電源装置からのパルス放電を制御し、上記回転体のアンバランス部位に、上記付加用電極から供給される金属粉末が溶融堆積したアンバランスを解消する重量付加部の付加、或いは、上記除去用電極による除去加工、を行わせる制御手段と、
を備えたことを特徴とする放電表面処理による回転体のバランス修正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速回転体のアンバランスを解消する回転体のバランス修正装置及び回転体のバランス修正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータなどの駆動源等、外力を受けて回転する回転体においては、そのバランスが適正に保たれていることが必要であり、回転体のアンバランスを修正する回転体のバランス修正装置として、例えば、特開２００３−３０２３０４号公報に開示されるものが知られている。
このバランス修正装置は、測定工程により特定されたアンバランス位置を切削して重量を調整し、回転体のアンバランスを解消するものであり、切削の代わりに、放電やレーザによる除去加工を用いる場合もある。（特許文献１）
また、回転体のバランス修正装置としては、測定工程により特定された回転体のアンバランス部分に所定の錘を付加して修正する手法確立しており、例えば、特開２０００−４７１２９号公報に開示されている。（特許文献２）
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０２３０４号公報
【特許文献２】特開２０００−４７１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された切削によるバランス修正方法では、切削部分の加工ひずみによる寿命低下、品質低下を生じさせるおそれがある。
また、最近の部材の軽量化により比重の小さい物質で作られた回転体を切削する場合は、切削を深くしなければならず、切削に伴う外形変化が大きくなり、逆に比重の大きな物質で作られた回転体を切削する場合は、少量の切削でも切削の際の重量誤差が大きくなり、バランス修正の誤差が大きくなる欠点がある。
【０００５】
すなわち、切削によるバランス修正では、仮に誤差などにより切削量が大きすぎた場合、再度アンバランス位置およびアンバランス量を測定し切削を行う必要があり、これを何度も繰り返すと切削箇所が制限され、バランス修正が達成できないおそれがある。
また、切削の際に発生する切粉が回転体に付着するおそれがあり、このため回転体の正確なバランス補正が阻害される可能性も生じる。
【０００６】
一方、特許文献２に示された錘付加によるバランス修正方法では、あらかじめ正確な重量の錘を用意する必要がある。
また、錘の材質としては、錘負荷による外形変化を最小とすべく、比重の大きなものが必要となり、比重の小さな物質を錘として使用した場合、アンバランスの最大修正量が錘の体積や固着面積により制限される欠点がある。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の欠点を除去するもので、回転体のアンバランスの修正ができ、かつ修正の際の誤差を小さくしつつ最大修正量を大きくすることができる回転体のバランス修正装置及び回転体のバランス修正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における回転体のバランス修正方法は、アンバランス位置およびアンバランス量の測定工程と、該アンバランス位置へのバランス修正を行うに際して、金属粉末成形体から成る電極と、該回転体のバランス修正位置との間にパルス状の放電を発生させて、上記電極から供給される金属粉末が溶融堆積した重量付加部を上記測定工程により特定されたアンバランス位置に付加する重量付加工程と、から成るものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、付加加工により重量調整を行い、高精度にひずみが少なく回転体のバランス修正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
本実施の形態は、金属粉末成形体からなる電極と被加工物との間で放電させると、放電１発あたりの被加工物への電極成分の堆積量（付加量）がほぼ一定であることが発明者らの詳細な研究により明らかとなった。
そのため、放電回数を制御することで、放電による重量付加が高精度な重量調整の必要な高速回転体のバランス修正に適用し、必要な箇所に粉末成形された放電表面処理用電極の材料を堆積させることで、特許文献２に示される錘の代わりとすることをその趣旨とするものである。
【００１１】
バランス修正方法としては、まず特許文献２に示される如くバランス測定を行う。
具体的なバランス計測手段としては、図１に示すように、バランス修正を行う対象である回転体として例えばターボチャージャーのコンプレッサホイール１を回転保持具１１上に保持し、該回転保持具２を回転させつつ、光センサ１２から光を照射させる。
すると、光センサ３及び２個の加速度検出器（図示せず）からの検出信号が、ベクトルフィルタおよび前記Ａ／Ｄコンバータを経てコンピュータに入力され、コンピュータは、振動特性を計算し、キャリブレーションを計算し、バランスを計算し、データを記録統計処理する。この結果、コンプレッサホイール１において、何度の角度にどれくらいの重量のアンバランスがあるかをベクトル計算及びベクトル分解により計測することができる。
【００１２】
次に、バランス測定により得られたアンバランスを修正する方法について説明する。
図２はバランス計測されたターボチャージャーのコンプレッサホイールに放電表面処理を用いて、付加加工を行っている様子を示している。
図２において、２は金属粉末成形体から成る電極、３は加工液、４はコンプレッサホイール１と電極２の間にパルス状の放電を発生させる電源装置、５は電極２の保持具、６は放電のアーク柱、７は加工液３をためる加工槽、８は被加工物を載置するための保持具であり、加工槽７内でコンプレッサホイール１を保持した状態で回転可能若しくは回転不可能に保持する。
なお、放電表面処理においては、コンプレッサホイール１と電極２の位置を相対移動させつつ放電表面処理を実施するが、それら駆動装置等の図示は省略する。
また、放電表面処理装置においては、駆動装置に位置指令を送り、電極２とコンプレッサホイール３とを相対移動させ、また、設定された加工条件の放電を発生させる制御装置を有し、該制御装置が指令する加工位置、及び、加工条件についての情報は、バランス測定工程でえられたコンプレッサホイール３のアンバランス位置、アンバランス重量に基づいて決められる。
バランス測定工程のこれら情報はバランス測定工程のコンピュータから本制御装置に送られ重量付着位置、付着量、処理条件を決定し、バランス調整工程が行われる。
【００１３】
加工液３をためた加工槽７の中において、保持具８にコンプレッサホイール１を保持し、駆動装置により、コンプレッサホイール１と電極２を、前記測定工程により特定されたバランス処理を行う位置に相対移動させる。
そして、電源装置４により、コンプレッサホイール１と電極２の間にパルス状の放電を発生させることで、電極２の金属粉末がコンプレッサホイール１の所定の位置に溶融堆積し、加工条件に応じた堆積処理に伴い所定の重量を付加することができる。
【００１４】
まず、放電表面処理による電極、加工条件、堆積量の関係について説明する。
一例としては、粒径１μｍのＣｏ（コバルト）粉末を圧縮して密度2500ｋｇ／ｍ３に成形したものを電極とし、ピーク電流８Ａ、パルス幅８μｓで放電パルスを発生させたとき、放電１発あたりの付加重量は0.04μｇである。
一方、上記加工条件に比べてパルスの条件を大きくすると付加重量は大きくなり、パルスの条件を小さくすると付加重量は小さくなることが明らかとなった。
また、比重の大きい金属を電極材料に用いると、同一体積の付着でも付加重量が大きくなり、比重の小さい金属を電極材料に用いると、付加重量が小さくなる。電極材料の比重はさまざまな金属元素の中から選択することができるが、単一元素の金属材料だけでなく、種々の合金材料でもよい。合金材料の場合には合金の比重に応じた付着物が形成される。
【００１５】
また、いずれの比重の金属の電極材料においても、同じ条件「電極（材料、粒径、密度等）、加工条件（放電パルス、加工液等）」で加工を行えば、それら金属の電極材料毎に、放電一発あたりで被加工物に付着する量はほぼ同一になる。
すなわち、電極材料毎に、粒径、密度、放電パルス等の種々の条件に応じて、放電１発あたりの付着量は異なるが、該条件を再現すれば高い精度で同じ加工（付着量）が再現されることが発明者らの実験により明らかとなった。
【００１６】
以上のように、同一電極を用いて同一の放電条件で表面処理を行うと、放電１発あたりの付加量は極めて高い精度で一定であることから、放電の回数を制御することで、極めて正確に重量を被加工物に付加することができる。
一方、放電時間と付加重量との関係あるいは電極送り量と付加重量との関係をあらかじめ調査しておくことで、簡易的に付加量を制御可能である。
【００１７】
次に、放電表面処理を用いた具体事例について説明する。
図３は、放電表面処理を利用したバランス修正方法によりコンプレッサホイール１の背面板１０１の背面に付加部１０３を付加加工した例を示すコンプレッサホイール１の背面図である。
バランス測定工程により特定されたアンバランス位置に、アンバランス解消すべく特定された重量を図２に示す放電表面処理装置を用いて、付加部１０３を付加加工することで、コンプレッサホイール１のアンバランスを完全に解消することが可能となる。
なお、図４は付加加工によりバランス修正を行ったコンプレッサホイール１の写真である。
【００１８】
なお、図３、図４では付加部を１箇所とした例であるが、前記バランス測定工程において測定されたアンバランスを解消するための重量付加位置が２箇所以上であるほうが、修正の効率が良い場合などでは、重量付加位置は２箇所以上等、適宜アンバランス解消部分に付加を加えれば良い。
また、図２では、駆動装置により電極を一方向に相対移動させて材料を付加する場合の付加状態について図示されているが、より広い範囲に材料を付加する必要がある場合には、適宜駆動手段により電極を走査しながら（例えば、電極２を固定し、保持具８を回転させる）処理を行うことで図５に示す如く、コンプレッサホイール１上に円弧状の重量付加部１０４を形成することができる。
【００１９】
すなわち、本実施の形態では、従来錘等を調整し、バランス処理行っていたものが、放電表面処理により、修正が必要な程度に応じて適切な電極材料を選定することで高精度且つ効率的な正確なバランス調整が可能となる。
なお、放電表面処理に用いる電極２は、金属粉末を形成したものであり、付加物の体積を小さくしたいときは比重の大きな金属材料（例えばＷ（タングステン））を選択すれば堆積する容量は小さくなり、逆に、比重の小さな金属材料を選択すれば堆積する容量を広くすることもできる。特に、比重の小さな金属材料を選択すれば、一発の放電による付着重量を小さくできる、放電制御により高精度調整が可能である。
また、被加工物であるコンプレッサホイール１と同じ材質を堆積することも可能となる。
なお、放電表面処理の特性としては、放電パルスが非常に微小であることから、被加工物への熱入力が少なく、被加工物に影響を与えることなく高精度にひずみが少ない回転体の性能低下をさせることなくバランス修正を行うことができる。
【００２０】
実施の形態２．
実施の形態１では、放電表面処理によりバランス調整を行うべく、電極材料を堆積付加する説明を行ったが、放電を利用しているため、被加工物の除去加工も行うことができる。
本実施の形態は、放電表面処理用の電極及び除去用電極を用いて、被加工物へのバランス調整のために付加及び除去を行うものである。
【００２１】
図６は、付加用電極２１と除去用電極２２を組み合わせたバランス修正装置である。
図６において、２１は金属粉末成形体から成る付加用電極、２２は除去用電極、４はコンプレッサホイール１と電極２１，２２の間にパルス状の放電を発生させる電源装置、５１は付加用電極２１と除去用電極２２の切替可能保持具、６は放電のアーク柱、３は加工液、７は加工液３をためる加工槽である。コンプレッサホイール１と付加用電極２１または除去用電極２２の位置を相対移動させる駆動装置等は省略している。
【００２２】
付加加工と除去加工を組み合わせる場合、電極切替可能な保持具５１を用いて、まず付加加工する箇所に、付加用電極２１を相対移動させ付加加工を行う。
次に除去加工する箇所に除去加工電極を相対移動させ除去加工を行う。
例えば、付加用電極２１はＣｏ金属粉末を圧縮成形した電極であり、除去用電極はＣｕ（銅）のソリッド電極である。
なお、除去加工を先に行い、その後付加加工を行っても良く、付加加工または除去加工の回数はそれぞれバランス測定工程にて測定されたアンバランス解消部分に適宜加工を行う。
【００２３】
図７に、付加加工と除去加工を組み合わせたバランス修正方法によりコンプレッサホイール１の背面板１０１の背面に付加部１０３を２箇所付加加工し、除去部１０５を１箇所除去加工した例を示すコンプレッサホイール１の背面図である。
このように、付加加工１０３と除去加工１０５を組み合わせることで、バランス調整部位１箇所の付加量または除去量を小さくすることができる。すなわち、１箇所あたりの除去量付着量を小さくすることで、部品へのダメージを最小限にすることができ、また回転時の空気抵抗を小さくすることができ性能向上が期待できる。
また付加加工と除去加工を組み合わせることで、修正可能な最大アンバランス量を大きくすることができる。
【００２４】
以上、付加加工において、Ｃｏ金属粉末を圧縮成形した電極を用いて説明したが、Ｃｏ（コバルト）以外の金属粉末成形体電極においても同様に適用できることは言うまでもない。例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）の金属あるいはそれらの合金などでも良い。
なお、材料を変えることでそれぞれの比重により付着体積を増減させられる点については先に述べたとおりであるが、用途により材料の特徴を生かすことも可能である。例えば、高温環境下で使用される回転体のバランス調整には耐熱材料が望ましく、例えば耐熱材料であるＮｉ（ニッケル）合金や、高融点材料であるＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）がより望ましい。
また、除去加工において、Ｃｕ電極を用いて説明したが、ワークが除去加工される電極においても同様に適用できることはいうまでもない。
【００２５】
本実施の形態によれば、本実施の形態においては、電極２１，２２を切り替えて、Ｃｕ電極を用いて除去加工をする旨説明したが、金属粉末成形体を電極とした場合、放電条件を切り替えることで、付加加工と除去加工を切り替えることも可能である。
実施の形態１で説明したＣｏ電極の場合について説明する。このＣｏ電極は所定の条件で放電させた場合に電極材料をワーク側に付着させることができるのは既に説明したとおりである。しかし、放電の条件を変化させることによりワーク側材料を除去加工することもできる。例えば、放電のパルス条件がピーク電流８Ａ、パルス幅８μｓのときワークに材料が付加されるが、放電条件ピーク電流８Ａ、パルス幅３２μｓのときワークは除去される。付着する条件、除去加工する条件は使用する電極により差異はあるが、金属粉末成形体を電極とした場合には付着条件、除去加工条件が存在し同一電極で放電の条件の切り替えにより両方の処理を行うことができる。
【００２６】
また、測定などの誤りによって、仮に付加重量が大きすぎた場合、上記の通り、電極あるいは放電条件を切り替えることで付加物を除去して再度バランスを修正することができる。
また、除去重量が大きすぎた場合も、電極あるいは放電条件を切り替えることで除去部分に付加物を付加することで再度バランスを修正することができる。
これにより、付加しすぎても除去しすぎても、何度でも効率的にバランスの再修正を行うことができ、歩留まりの向上が見込まれる。
【００２７】
なお、上述した実施の形態１、２では、ターボチャージャーのコンプレッサホイールのバランス調整について説明したが、バランス調整が必要な回転体であれば本実施の形態の如きバランス修正方法が適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】バランス計測手段を示す説明図である。
【図２】放電表面処理によるバランス調整を示す説明図である。
【図３】バランス調整が行われたコンプレッサホイールを示す説明図である。
【図４】実際のコンプレッサホイールを示す図である。
【図５】バランス調整が行われたコンプレッサホイールを示す説明図である。
【図６】放電表面処理によるバランス調整を示す説明図である。
【図７】バランス調整が行われたコンプレッサホイールを示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  コンプレッサホイール、２  電極、３  加工液、４  電源装置、５  電源保持具、６  放電のアーク柱、７  加工槽、８  保持具、１２  光センサ、２１  付加用電極、２２  除去用電極、１０３、１０４  重量付加部、１０５  除去加工部。
【図１】
2010107293.tif 000003
【図２】
2010107293.tif 000004
【図３】
2010107293.tif 000005
【図４】
2010107293.tif 000006
【図５】
2010107293.tif 000007
【図６】
2010107293.tif 000008
【図７】
2010107293.tif 000009