(57)【要約】【課題】精度よく不釣合いを測定する。【解決手段】回転子１は、軸方向一方側に突出し、軸心の位置を頂点とし軸方向他方側に向かい軸径が拡大する先端部２ｂが一体的に形成されている。これにより、バランス測定装置において回転子が回転されて軸方向に移動した際に、流れ止め３３の平面３３ａに回転子の先端部が接触しても、流れ止めとの接触による振動を発生させることがないため、精度よく回転子の不釣合いを測定することができる。【選択図】図３
2019211345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子であって、
軸方向一方側に突出し、軸心の位置を頂点とし軸方向他方側に向かい軸径が拡大する先端部が一体的に形成された回転子。
【請求項２】
モータに搭載される請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
過給機に搭載される請求項１に記載の回転子。
【請求項４】
回転子のバランス測定方法であって、
前記回転子は、軸方向一方側に突出し、軸心の位置を頂点とし軸方向他方側に向かい軸径が拡大する先端部が一体的に形成されており、
前記回転子を回転させるステップと、
前記先端部を平面に当接させるステップと、
前記回転子の不釣合いを測定するステップと、
を含むバランス測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回転子およびバランス測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転子は、不釣合い（アンバランス）が生じていると、回転する際に振動する。そこで、回転子の不釣合いを修正するため、バランス測定装置により回転子の不釣合いが測定される。バランス測定装置の一例としては、ローラ上に載置された回転子をモータによって回転させる。そして、バランス測定装置は、回転子を回転させた際の振動を測定することで、回転子の不釣合いを導出する（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１１９３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、回転子は、複数のローラ上において軸方向に移動する。そのため、バランス測定装置では、回転子の軸方向への移動を規制する流れ止めが設けられる。流れ止めは、例えば、軸部に回転自在に支持された円柱状の回転体（ローラ）が設けられている。当該回転体は回転子の回転軸と交差する方向に回転軸を持つ。
【０００５】
流れ止めは、バランス測定装置において回転子が回転される際、回転子の先端部に対向配置される。そして、回転子は、軸方向に移動すると回転体と接触し、回転体に軸方向に支持される。また、回転子からの回転が回転体に伝達され、回転体が回転する。そのため、回転子は、回転をしたまま軸方向に支持される。
【０００６】
しかしながら、回転子の端面が、軸方向に直交する平面に対して傾斜していることがある。このような場合、流れ止めを回転子の軸中心に接触させることは困難である。そのため、流れ止めが回転子の軸中心からずれた位置で接触した場合、流れ止めは、回転子の端面に対して接触および離隔を繰り返してしまうことになる。そうすると、回転子は、流れ止めが接触および離隔することにより振動してしまう。特に、回転子が小型化されると、流れ止めによる影響が大きくなる。これにより、本来の不釣り合いによる振動に流れ止めによる振動が加わり、バランス測定装置において不釣合いを精度よく測定することができないといった問題があった。
【０００７】
本開示の目的は、精度よく不釣合いを測定することができる回転子およびバランス測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る回転子は、軸方向一方側に突出し、軸心の位置を頂点とし軸方向他方側に向かい軸径が拡大する先端部が一体的に形成された。
【０００９】
また、回転子は、モータに搭載されるとよい。
【００１０】
また、回転子は、過給機に搭載されるとよい。
【００１１】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るバランス測定方法は、回転子は、軸方向一方側に突出し、軸心の位置を頂点とし軸方向他方側に向かい軸径が拡大する先端部が一体的に形成されており、回転子を回転させるステップと、先端部を平面に当接させるステップと、回転子の不釣合いを測定するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、精度よく不釣合いを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態における回転子およびバランス測定装置の構成を示す正面図である。
【図２】第１の実施形態における回転子およびバランス測定装置の構成を示す側面図である。
【図３】回転子の先端部および流れ止めを説明する図である。
【図４】バランス測定方法の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図５】第１変形例を説明するための図である。
【図６】第２変形例を説明するための図である。
【図７】第２の実施形態における回転子の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１５】
<第１の実施形態>
図１は、第１の実施形態における回転子１およびバランス測定装置１０の構成を示す正面図である。図２は、第１の実施形態における回転子１およびバランス測定装置１０の構成を示す側面図である。以下では、図１に示すＸ方向を、回転子１の軸方向に沿った水平方向として説明する。図２に示すＹ方向を、回転子１の軸方向に直交する水平方向として説明する。図１および図２に示すＺ方向を鉛直方向として説明する。なお、図１および図２では、説明の便宜上、バランス測定装置１０の一部を省略して示している。
【００１６】
図１および図２に示すように、回転子１は、一例として、モータを構成する部品であり、モータのケーシング内に搭載される。回転子１は、軸部２およびロータ３を含んで構成される。回転子１は、モータのケーシング内においてコイルにロータ３が対向するように搭載される。
【００１７】
軸部２は、軸方向（Ｘ方向）に延在する略円柱形状に形成される。軸部２の両端には、先端部２ａ、２ｂが本体部２ｃと一体的に形成されている。つまり、先端部２ａ、２ｂは本体部２ｃから分離可能な構造となっていない。本実施形態の先端部２ａ、２ｂは、本体部２ｃを含む回転軸の先端側を旋削等の加工を施し形成されている。また、本実施形態の先端部２ａ、２ｂは、本体部２ｃと同等の材料で構成される。先端部２ａ、２ｂは、詳しくは後述するように、軸心の位置を頂点として、先端（一方側）から軸方向の中央側（他方側）に向かって拡大している形状に形成されている。つまり、本実施形態の軸部２は、略円柱形状の部位から、継ぎ目なく軸端に向かい縮径している。なお、先端部２ａ、２ｂが本体部２ｃと一体的に形成されていればよく、本体部２ｃについては、例えば、複数の部材が軸方向に組み上げられていてもよい。ロータ３は、軸部２における軸方向（Ｘ方向）の中央に連結され、軸部２と一体となって回転する。ロータ３の内部には、周方向に沿って複数の磁石が設けられている。
【００１８】
バランス測定装置１０は、ベース１１、４つのバネ１２、および、テーブル１３を有している。ベース１１の上面１１ａには、４つのバネ１２がＸ方向およびＹ方向に離隔して配置されている。４つのバネ１２は、Ｚ方向に沿ってベース１１の上面１１ａに立設されている。
【００１９】
テーブル１３は、矩形状に形成されている。テーブル１３は、４つのバネ１２の上に載置されている。つまり、テーブル１３は、４つのバネ１２を介してベース１１に支持されている。
【００２０】
ベース１１には、モータ１４が設けられている。モータ１４の回転軸１４ａには、プーリ１５が取り付けられている。
【００２１】
テーブル１３の下面１３ａには、Ｘ方向に離隔して２つの軸受１６が設けられている。２つの軸受１６は、Ｘ方向に延在する第１駆動軸１７を回転自在に支持している。第１駆動軸１７には、Ｚ方向においてプーリ１５と対向する位置に、プーリ１８が取り付けられている。プーリ１５およびプーリ１８には、ベルト１９が架け渡されている。したがって、第１駆動軸１７は、モータ１４が駆動することにより、回転軸１４ａ、プーリ１５、ベルト１９、プーリ１８を介して回転駆動される。
【００２２】
テーブル１３の上面１３ｂには、Ｘ方向に離隔して２つの側壁２０、２１が設けられている。側壁２０、２１は、Ｚ方向に沿って立設され、Ｙ方向に平行に設けられている。側壁２０、２１は、バネ１２のバネ定数と比べてきわめて高い剛性を有する剛体である。
【００２３】
側壁２０には、Ｙ方向に離隔して２つの軸受２２が設けられている。軸受２２は、Ｘ方向に延在する第２駆動軸２３をそれぞれ回転自在に支持している。
【００２４】
第２駆動軸２３の他端には、それぞれローラ２４が取り付けられている。２つのローラ２４は、Ｙ方向に所定間隔離隔している。なお、図１において、軸受２２、第２駆動軸２３およびローラ２４は、Ｙ方向手前側の１つのみを図示しており、実際には、Ｙ方向奥側にもう１つずつ設けられている。
【００２５】
側壁２１には、Ｙ方向に離隔して２つの軸受２５が設けられている。軸受２５は、側壁２０に設けられた軸受２２とＹ方向において対向する位置にそれぞれ設けられている。軸受２５は、第２駆動軸２６をそれぞれ回転自在に支持している。
【００２６】
第２駆動軸２６の他端には、それぞれローラ２７が取り付けられている。２つのローラ２７は、Ｙ方向に所定間隔離隔している。
【００２７】
回転子１は、ローラ２４およびローラ２７に回転自在に支持されている。
【００２８】
第１駆動軸１７には、Ｚ方向においてロータ３と対向する位置にプーリ２８が設けられている。プーリ２８およびロータ３には、ベルト２９が架け渡されている。したがって、回転子１は、モータ１４が駆動することにより、第１駆動軸１７、プーリ２８、ベルト２９を介して回転駆動される。なお、テーブル１３には、ベルト２９が挿通される部分に貫通孔が形成されている。
【００２９】
したがって、回転子１に不釣合いが生じている場合、回転子１が回転されることにより発生する振動が、テーブル１３に伝達される。バランス測定装置１０は、回転子１に不釣合いが生じている振動を、テーブル１３を介して測定することで、回転子１の不釣合いを導出する。
【００３０】
ベース１１の上面１１ａには、Ｘ方向およびＺ方向に延在する側壁３０が設けられている。側壁３０およびテーブル１３の間には、振動センサ３１がＸ方向に離隔して２つ設けられている。
【００３１】
振動センサ３１は、例えば、テーブル１３のＹ方向の振動を加速度として検出する加速度センサである。振動センサ３１は、回転子１が回転している際のテーブル１３のＹ方向の加速度（振動）を検出し、加速度を示す振動信号を不図示のコンピュータに送出する。
【００３２】
角度センサ３２は、回転子１の近傍に設けられる。角度センサ３２は、例えば、回転子１の磁場の変化を検出する磁気センサや、予め決められた基準位置から所定角度毎のパルスを検出する回転パルス計である。角度センサ３２は、回転子１が回転している際の回転角を示す回転角信号をコンピュータに送出する。なお、回転角は、回転子１の所定の位置を原点角度（０度）として０度〜３６０度の範囲で変化する。
【００３３】
コンピュータは、振動センサ３１が検出した加速度信号と、角度センサ３２が検出した回転角信号とに基づいて、回転角と加速度とを関連付け、回転子１の不釣り合いを導出する。なお、不釣り合いの導出については、既存の様々な技術を採用できるため、ここではその説明を省略する。また、回転子１の不釣合いが導出されると、導出された不釣り合いに基づいて回転子１が修正される。
【００３４】
ところで、バランス測定装置１０において回転子１の加速度（振動）を測定する際、回転子１は、ローラ２４、２７の上に載置されている。そして、回転子１は、モータ１４によって回転駆動される。このとき、回転子１は、Ｘ方向に移動することがあり、ローラ２４、２７から外れてしまうおそれがある。
【００３５】
そこで、バランス測定装置１０は、テーブル１３の上面１３ｂに２つの流れ止め３３が設けられている。流れ止め３３は、テーブル１３の上面１３ｂにおいて、Ｘ方向に移動可能に設けられている。また、流れ止め３３は、Ｘ方向の任意の位置でテーブル１３に対して固定することができる。
【００３６】
流れ止め３３は、テーブル１３の上面１３ｂからＺ方向に立設している。流れ止め３３は、ローラ２４、２７の上に載置される回転子１の軸中心の高さにおいて、回転子１の軸中心と対向する位置までＹ方向に延在する。
【００３７】
流れ止め３３は、ローラ２４、２７の上に回転子１が載置された後、回転子１（軸部２）の先端部２ａ、２ｂと近接する位置まで移動される。つまり、２つの流れ止め３３の間の距離が、回転子１の軸方向（Ｘ方向）の長さよりも若干長くなるように移動される。流れ止め３３は、回転子１の先端部２ａ、２ｂと近接する位置まで移動された後、Ｘ方向に移動しないように位置が固定される。
【００３８】
このようにすることで、流れ止め３３は、回転子１が回転されてＸ方向に移動した際に、回転子１の先端部２ａ、２ｂが接触し、それ以上Ｘ方向に移動することを規制することができる。
【００３９】
図３は、回転子１の先端部２ｂおよび流れ止め３３を説明する図である。なお、図３では、先端部２ｂの形状について説明するが、先端部２ａも先端部２ｂと同形状に形成されている。図３に示すように、回転子１の先端部２ｂは、先端が軸心に位置するように本体部２ｃから突出している。また、先端部２ｂは、先端（一方側）から軸方向の中央側（他方側）に向かって軸径（直径）が漸増する円錐形状に形成されている。先端部２ｂは、先端２ｄが円錐形状の頂点となる尖った形状に形成されている。
【００４０】
流れ止め３３は、回転子１の先端部２ｂが対向配置される平面３３ａを有する。平面３３ａは、回転子１の軸方向（Ｘ方向）に垂直なＹＺ平面に沿うように形成、配置される。
【００４１】
したがって、回転子１および流れ止め３３は、回転子１が回転されて先端部２ｂ（先端２ｄ）が流れ止め３３の平面３３ａに接触した際に、回転子１の回転軸線上に位置する部位が流れ止め３３と接触することになる。そのため、回転子１および流れ止め３３は、回転子１が回転している際に接触位置が変化せず、接触による振動の発生を抑制することができる。かくして、回転子１および流れ止め３３は、不釣合いを精度よく測定することができる。
【００４２】
また、回転子１および流れ止め３３は、回転子１の先端２ｄが流れ止め３３の平面３３ａに接触した際に点接触し、接触抵抗を減らす。また、流れ止め３３は、平面３３ａが回転子１の軸方向（Ｘ方向）に垂直なＹＺ平面に沿って形成、配置されている。そのため、回転子１および流れ止め３３は、流れ止め３３のどの位置に回転子１が接触しても、接触による振動の発生を抑制することができる。特に、モータは小型化されてきており、回転子１のバランス測定の際に流れ止め３３との接触による影響を受けやすいので、有効である。
【００４３】
図４は、バランス測定方法の処理の流れを説明するフローチャートである。図４に示すように、まず、バランス測定装置１０のローラ２４、２７の上に回転子１が載置される（ステップＳ１）。その後、流れ止め３３の平面３３ａを回転子１の先端部２ａ、２ｂから所定距離だけ離隔して、または、当接して対向するように流れ止め３３を移動させる（ステップＳ２）。
【００４４】
そして、モータ１４を駆動させることで、回転子１を回転させる（ステップＳ３）。回転子１を回転させている間、振動センサ３１により加速度（振動）を検出し、角度センサ３２により回転角を検出する（ステップＳ４）。その後、コンピュータは、振動センサ３１が検出した加速度信号と、角度センサ３２が検出した回転角信号とに基づいて、回転子１の不釣り合いを導出し（ステップＳ５）、バランス測定方法が終了する。
【００４５】
図５は、第１変形例を説明する図である。図５に示すように、第１変形例の回転子１００（軸部１０２）の先端部１０２ｂは、先端から軸方向の中央側に向かって直径が漸増する円錐形状に形成されている。また、先端部１０２ｂは、先端１０２ｄが半球状に本体部１０２ｃに一体的に形成されている。つまり、先端部１０２ｂは、軸心に位置する先端１０２ｄを頂点として、先端（一方側）から軸方向の中央側（他方側）に向かって軸径が拡大している。
【００４６】
このような形状でなる回転子１００は、回転子１と同様に、バランス測定装置１０のローラ２４、２７上に載置され、モータ１４によって回転される。また、先端部１０２ｂには、流れ止め３３の平面３３ａが対向配置される。
【００４７】
回転子１００および流れ止め３３は、回転子１００が回転されて先端部１０２ｂ（先端１０２ｄ）が流れ止め３３の平面３３ａに接触した際に点接触することになる。そのため、回転子１００および流れ止め３３は、回転子１００が回転している際に接触位置が変化せず、接触による振動の発生を抑制することができる。かくして、回転子１００および流れ止め３３は、不釣合いを精度よく測定することができる。
【００４８】
図６は、第２変形例を説明する図である。図６に示すように、第２変形例の回転子２００（軸部２０２）の先端部２０２ｂは、軸方向（Ｘ方向）に直交する平面部２０４の軸中心位置に、半球状の先端２０６が本体部２０２ｃに一体的に形成されている。つまり、先端部２０２ｂは、軸心に位置する先端２０６を頂点として、先端（一方側）から軸方向の中央側（他方側）に向かって軸径が拡大している。
【００４９】
このような形状でなる回転子２００は、回転子１と同様に、バランス測定装置１０のローラ２４、２７上に載置され、モータ１４によって回転される。また、先端部２０２ｂには、流れ止め３３が対向配置される。
【００５０】
回転子２００および流れ止め３３は、回転子２００が回転されて先端部２０２ｂ（先端２０６）が流れ止め３３の平面３３ａに接触した際に点接触することになる。そのため、回転子２００および流れ止め３３は、回転子２００が回転している際に接触位置が変化せず、接触による振動の発生を抑制することができる。かくして、回転子２００および流れ止め３３は、不釣合いを精度よく測定することができる。
【００５１】
<第２の実施形態>
図７は、第２の実施形態における回転子３００の構成を説明する図である。回転子３００は、過給機に搭載される。回転子３００は、軸部３０２、タービンインペラ３０４、コンプレッサインペラ３０６が設けられている。軸部３０２は、一端にタービンインペラ３０４が取り付けられ、他端にコンプレッサインペラ３０６が取り付けられている。
【００５２】
回転子３００は、軸方向（Ｘ方向）の両端に先端部３０８ａ、３０８ｂが形成されている。先端部３０８ａ、３０８ｂは、軸心の位置を頂点として、先端（一方側）から軸方向の中央側（他方側）に向かって軸径が拡大している。
【００５３】
第２の実施形態の回転子３００は、回転子１と同様に、バランス測定装置１０のローラ２４、２７上に載置され、モータ１４によって回転される。また、先端部３０８ａ、３０８ｂには、流れ止め３３の平面３３ａが対向配置される。
【００５４】
回転子３００および流れ止め３３は、回転子３００が回転されて先端部３０８ａ、３０８ｂが流れ止め３３の平面３３ａに接触した際に点接触することになる。そのため、回転子３００および流れ止め３３は、回転子３００が回転している際に接触位置が変化せず、接触による振動の発生を抑制することができる。かくして、回転子３００および流れ止め３３は、不釣合いを精度よく測定することができる。また、近年、過給機は小型化が要求されてきており、回転子３００のバランス測定の際に流れ止め３３との接触による影響を受けやすくなっているので、有効である。また、回転子３００は、先端に向かって軸径が縮小している先端部３０８ａ、３０８ｂが軸方向の両端に設けられることで、流入、流出するガス流れの乱れを抑制することができる。なお、回転子の先端部３０８ａ、３０８ｂの形状は、第１変形例および第２変形例の形状であってもよい。
【００５５】
以上、添付図面を参照しながら本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記の実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５６】
例えば、上述した第１、第２の実施形態では、回転子がモータまたは過給機に搭載されるようにした場合について説明した。しかしながら、回転子は、工作機械や産業機械の支軸等、軸方向に延在する軸部を有し周方向に回転するものであればよい。
【００５７】
また、上述した第１、第２の実施形態では、バランス測定装置１０の一例について説明した。バランス測定装置１０は、流れ止め３３を有していれば他の構成であってもよい。
【００５８】
また、第１、第２の実施形態および変形例における先端部の形状は一例にすぎない。少なくとも一方の先端部は、先端を頂点として、先端から軸方向の中央側に向かって拡大していればよい。
【００５９】
また、上記したバランス測定方法の各処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、また、順序を入れ替えて実行されるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本開示は、回転子およびバランス測定方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  回転子
２  軸部
２ａ  先端部
２ｂ  先端部
３３  流れ止め
３３ａ  平面
１００  回転子
１０２  軸部
１０２ｂ  先端部
２００  回転子
２０２  軸部
２０２ｂ  先端部
３００  回転子
３０２  軸部
３０８ａ  先端部
３０８ｂ  先端部
【図１】
2019211345.tif 000003
【図２】
2019211345.tif 000004
【図３】
2019211345.tif 000005
【図４】
2019211345.tif 000006
【図５】
2019211345.tif 000007
【図６】
2019211345.tif 000008
【図７】
2019211345.tif 000009