(57)【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装置であって、
前記回転体を支持する回転体支持部と、
前記回転体支持部に気体を供給して該回転体支持部に支持された回転体を回転させる気体供給部と、
回転する前記回転体のバランスを測定するバランス測定部と、
回転する前記回転体に対してパルス状にレーザ光を照射するレーザヘッドと、
前記バランス測定部からの測定結果に基づいて、前記レーザヘッドを動作させてアンバランスを生じさせている前記回転体の余剰箇所にレーザ光を照射して該余剰箇所を除去する制御部を備え、
前記回転体の余剰箇所に対するレーザ光のパルス状照射時に、該余剰箇所の表面温度が前記回転体の沸点を超えている程度の指標として、（沸点を超えている時間/パルス時間）で表される沸点超過比率を定義し、
前記制御部は、前記沸点超過比率が０．２以上の条件を満たすべく、前記回転体の余剰箇所にパルス状に照射するレーザ光のピークパワー密度及びパルス幅を制御する
ことを特徴とするバランス修正装置。
【請求項２】
回転体のバランスを修正するに際して、
前記回転体を支持し、
前記回転体に気体を吹き付けて該回転体を回転させつつ、前記回転体のバランスを測定した後、
バランスの測定結果に基づいて、回転する前記回転体のアンバランスを生じさせている余剰箇所にレーザ光をパルス状に照射して、該余剰箇所を除去し、
該レーザ光の前記回転体の余剰箇所に対するパルス状照射時には、該余剰箇所の表面温度が前記回転体の沸点を超えている程度の指標として、（沸点を超えている時間/パルス時間）で表される沸点超過比率を定義し、前記沸点超過比率が０．２以上の条件を満たすべく、前記レーザ光のピークパワー密度及びパルス幅を制御する
ことを特徴とするバランス修正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体のバランスを修正するのに用いられるバランス修正装置及びバランス修正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記した回転体のバランスを修正するバランス修正装置としては、例えば、特許文献１に記載された不つり合い修正装置がある。
この不つり合い修正装置は、軸受により回転自在に支持された回転体にカップリングを介して回転力を与えるモータと、回転体の不つり合い状態を測定する測定部と、回転体にレーザ光を照射してこの回転体の一部を除去するレーザ光源を備えている。
この不つり合い修正装置では、測定部により回転体の不つり合い状態を測定し、この不つり合い状態に対応して、レーザ光源からレーザ光を回転する回転体に照射してその一部を除去することで、回転体の不つり合いを修正するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2004-82167号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記した不つり合い修正装置において、カップリングを介してモータに回転体を一旦取り付けるだけで、回転体の不つり合い状態の測定から回転体の一部の除去までを連続して行うことができるので、不つり合い修正時における作業性の向上及び作業時間の短縮を実現することはできるものの、カップリングを介してモータから伝達される回転力によって回転体を回転させるようにしている都合上、回転体の動作が少なからずカップリングから拘束を受けることとなり、その結果、不つり合い調整を高精度で行うことができるとは言い難いという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００５】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、回転体のバランス調整時における作業性の向上及び作業時間の短縮を実現できるのは言うまでもなく、回転体のバランス調整を高い精度で行うことが可能であるバランス修正装置及びバランス修正方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するべく、本発明の請求項１に係る発明は、回転体のバランスを修正するバランス修正装置であって、前記回転体を支持する回転体支持部と、前記回転体支持部に気体を供給して該回転体支持部に支持された回転体をフローティング状態で或いは潤滑油介在状態で回転させる気体供給部と、回転する前記回転体のバランスを測定するバランス測定部と、回転する前記回転体に対してパルス状にレーザ光を照射するレーザヘッドと、前記バランス測定部からの測定結果に基づいて、前記レーザヘッドを動作させてアンバランスを生じさせている前記回転体の余剰箇所にレーザ光を照射して該余剰箇所を除去する制御部を備え、前記回転体の余剰箇所に対するレーザ光のパルス状照射時に、該余剰箇所の表面温度が前記回転体の沸点を超えている程度の指標として、（沸点を超えている時間/パルス時間）で表される沸点超過比率を定義し、前記制御部は、前記沸点超過比率が０．２以上の条件を満たすべく、前記回転体の余剰箇所にパルス状に照射するレーザ光のピークパワー密度及びパルス幅を制御する構成としたことを特徴としており、この構成のバランス修正装置を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００７】
本発明に係るバランス修正装置において、回転体支持部に供給される気体には、例えば、高圧空気が用いられ、回転体支持部に気体が供給されることで、回転体は高速（例えば４０００ｒｐｍ）で回転する。また、バランス測定部には、通常、加速度センサや角度センサや演算器が具備される。さらに、レーザ光のレーザ媒質には、例えば、ＹＡＧやＣＯ２を用いることができる。さらにまた、回転体に対してパルス状にレーザ光を照射するレーザヘッドの個数は、回転体に対して上下から同時にレーザ光を照射したり、上下に加えて横からもレーザ光を同時に照射したりすることを可能にするうえで、２個以上配置することが望ましい。
【０００８】
ここで、本発明者らは、回転体のバランスを修正するにあたって、余剰箇所除去後における回転体表面の加工品質（表面粗さ）及び余剰箇所の除去加工速度の向上を図るために、レーザ光のパルス状照射時には、回転体の表面温度がその金属の沸点を十分に超えていることが必要であると考えた。
【０００９】
そこで、余剰箇所の表面温度が前記回転体の沸点を超えている度合いを示す指標として、（沸点を超えている時間/パルス時間）で表される沸点超過比率を定義し、レーザ光のレーザ発振器におけるピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）及びパルス幅（ｎｓｅｃ）の二つのパラメータを様々変化させて、沸点超過比率をチェックした。この沸点超過比率は、無次元の数値で表されることから、回転体の材質の違い、例えば、Ｎｉ基合金と鉄基合金との違いには左右されない。
【００１０】
そして、図４に示すように、余剰箇所除去後における回転体表面の加工品質が良いパラメータ及び良くないパラメータの実績から閾値を同定し、この同定の結果、沸点超過比率が０．２以上、望ましくは０．４以上、より望ましくは０．６以上の条件を満たすピークパワー密度及びパルス幅の範囲を決めることで、回転体の材質の違いに係わらず品質及び加工速度の向上が図れると判断した。なお、沸点超過比率１．０を達成し得るレーザ光を照射するレーザ発振器は存在するが、回転体の材質が一部のもに限定され、他の多くの材質の場合には、上記レーザ発振器をもってしても沸点超過比率１．０を達成し得ないのが現状である。したがって、沸点超過比率の上限値は、レーザ発振器の性能に依存する。
【００１１】
したがって、本発明の請求項１に係るバランス修正装置では、上記したように、前記回転体の余剰箇所に対するレーザ光のパルス状照射時に、該余剰箇所の表面温度が前記回転体の沸点を超えている程度の指標として、（沸点を超えている時間/パルス時間）で表される沸点超過比率を定義し、前記制御部は、前記沸点超過比率が０．２以上の条件を満たすべく、前記回転体の余剰箇所にパルス状に照射するレーザ光のピークパワー密度及びパルス幅を制御する構成としている。
【００１２】
一方、本発明に係るバランス修正方法において、回転体のバランスを修正するに際して、前記回転体を支持し、前記回転体に気体を吹き付けて該回転体をフローティング状態で或いは潤滑油介在状態で回転させつつ、前記回転体のバランスを測定した後、バランスの測定結果に基づいて、回転する前記回転体のアンバランスを生じさせている余剰箇所にレーザ光をパルス状に照射して、該余剰箇所を除去し、該レーザ光の前記回転体の余剰箇所に対するパルス状照射時には、該余剰箇所の表面温度が前記回転体の沸点を超えている程度の指標として、（沸点を超えている時間/パルス時間）で表される沸点超過比率を定義し、前記沸点超過比率が０．２以上の条件を満たすべく、前記レーザ光のピークパワー密度及びパルス幅を制御する構成としており、この構成のバランス修正方法を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１３】
本発明に係るバランス修正装置及びバランス修正方法では、例えば、回転軸を鉛直方向に沿わせた状態で回転体をセットし、この回転体に気体を吹き付けてフローティング状態で回転させれば、回転体のバランス測定から回転体の余剰箇所の除去までを連続して行い得るので、バランス修正時における作業性の向上及び作業時間の短縮が図られることとなる。
また、回転軸を水平方向に沿わせた状態で回転体をセットし、この回転体に気体を吹き付けて潤滑油介在状態、すなわち、軸受を介して回転させても、回転体のバランス測定から回転体の余剰箇所の除去までを連続して行い得るので、バランス修正時における作業性の向上及び作業時間の短縮が図られることとなる。
【００１４】
この際、いずれの場合も、回転体は、気体が吹き付けられることで回転するようになっている、すなわち、ほぼ非接触状態で回転するようになっているので、回転体はほとんど拘束を受けずに回転動作を行うこととなり、その結果、バランス調整を高精度で行い得ることとなる。
【００１５】
また、本発明に係るバランス修正装置及びバランス修正方法では、沸点超過比率が少なくとも０．２の条件を満たすべく、回転体の余剰箇所に照射するレーザ光のピークパワー密度及びパルス幅が制御されるので、余剰箇所除去後における回転体表面の加工品質及び余剰箇所の除去加工速度の向上が図られることとなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るバランス修正装置では、上記した構成としているので、回転体のバランス調整時における作業性の向上及び作業時間の短縮を実現したうえで、回転体のバランス調整を高い精度で行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例によるバランス修正装置により排気側ロータにタービン軸を接合して成る単体回転体のバランス修正を行っている状況を示す動作説明図である。
【図２】図１のバランス修正装置により単体回転体に吸気側インペラを組み付けて成る半組み立て回転体のバランス修正を行っている状況を示す動作説明図である。
【図３】図１のバランス修正装置による単体回転体のバランス修正要領を示すフローチャートである。
【図４】図１のバランス修正装置による単体回転体及び半組み立て回転体のバランス修正時における最適加工条件を決めるための沸点超過比率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は本発明に係るバランス修正装置及びバランス修正方法の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係るバランス修正装置及びバランス修正方法を排気側ロータにタービン軸を接合して成る単体回転体及びこの単体回転体に吸気側インペラを組み付けて成る半組み立て回転体のバランス修正に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１９】
図１に示すように、このバランス修正装置１は、排気ロータＴＤにタービン軸ＴＳを接合して成る単体回転体Ｔの排気側ロータＴＤを収容状態で支持する回転体支持部２と、回転体支持部２に形成した供給孔２ａから回転体支持部２内の排気側ロータＴＤに高圧空気（気体）Ａを吹き付けることで、回転軸ＣＬを鉛直方向に沿わせた単体回転体Ｔをフローティング状態で回転させる気体供給部３と、回転する単体回転体Ｔのバランスを測定するバランス測定部４と、回転する単体回転体Ｔのボス部ＴＢ及び排気側ロータＴＤに対してレーザ光Ｌをそれぞれ上下から照射する２つのレーザヘッド５，５と、バランス測定部４からの測定結果に基づいてレーザヘッド５，５を動作させて、アンバランスを生じさせている単体回転体Ｔのボス部ＴＢ及び排気側ロータＴＤの各余剰箇所ＢＰ，ＤＰにレーザ光Ｌをパルス状に照射させる制御部６を備えている。
【００２０】
この場合、上記したバランス修正装置１は、単体回転体Ｔのバランス修正を行うのに続けて、図２に示すように、バランスがとれた単体回転体Ｔのタービン軸ＴＳ端部に吸気側インペラＣＤをナットＣＢにより組み付けて成る半組み立て回転体Ｕのバランス修正を行うことができるようになっている。
【００２１】
この半組み立て回転体Ｕのバランス修正において、上記単体回転体Ｔのバランス修正時と同様に、回転する半組み立て回転体Ｕのバランスを測定するバランス測定部４からの測定結果に基づいてレーザヘッド５，５を動作させて、アンバランスを生じさせている半組み立て回転体ＵにおけるナットＣＢ（タービン軸端部を含む）及び吸気側インペラＣＤの各余剰箇所ＢＰ，ＤＰにレーザ光Ｌをパルス状に照射させるようになっている。
【００２２】
バランス測定部４は、図示しない加速度センサや角度センサや演算器を有し、単体回転体Ｔのボス部ＴＢ及び排気側ロータＴＤ、並びに、半組み立て回転体ＵのナットＣＢ及び吸気側インペラＣＤの各アンバランスを生じさせる回転方向の位置を余剰箇所ＢＰ，ＤＰとして測定すると共に、この余剰箇所ＢＰ，ＤＰでのアンバランス量を測定するようになっている。
【００２３】
レーザヘッド５は、Ｑスイッチパルスレーザヘッドであり、単体回転体Ｔ或いは半組み立て回転体Ｕの回転方向における所定位置において、ボス部ＴＢ，排気側ロータＴＤ，ナットＣＢ及び吸気側インペラＣＤの各余剰箇所ＢＰ，ＤＰにレーザ光Ｌをパルス状に照射することで、該余剰箇所ＢＰ，ＤＰを蒸発させて除去するようになっている。
【００２４】
制御部６は、バランス測定部４の図示しない加速度センサや角度センサや演算器からの測定結果に基づいて、レーザヘッド５のレーザ光Ｌの照射タイミングを制御する。
【００２５】
ここで、単体回転体Ｔの排気側ロータＴＤにはＮｉ基合金が使用され、タービン軸ＴＳには鉄基合金が使用され、一方、半組み立て回転体Ｕの吸気側インペラＣＤにはアルミニウムが使用され、ナットＣＢにはタービン軸ＴＳと同じく鉄基合金が使用されており、この実施例において、制御部６では、図４に示すように、上記各余剰箇所ＢＰ，ＤＰに対するレーザ光Ｌのパルス状照射時に、沸点超過比率が少なくとも０．２の条件を満たすべく、レーザ光Ｌのピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）及びパルス幅（ｎｓｅｃ）を制御するようになっている。なお、沸点超過比率とは、上記各余剰箇所ＢＰ，ＤＰの表面温度が各々に対応するボス部ＴＢや排気側ロータＴＤやナットＣＢや吸気側インペラＣＤの沸点を超えている程度の指標として定義されるもので、沸点を超えている時間/パルス時間（無次元）で表され、各構成部材の材質の違いには左右されない。
【００２６】
そこで、上記したバランス修正装置１によるバランス修正要領を説明する。
【００２７】
まず、測定加工工程に単体回転体Ｔが搬入され、回転体支持部２に単体回転体Ｔの排気側ロータＴＤがセットされた後、図３に示すように、ステップＳ１において、気体供給部３による高圧空気の供給により、回転体支持部２に支持された単体回転体Ｔの回転が開始され、ステップＳ２において、バランス測定部４による単体回転体Ｔのボス部ＴＢ及び排気側ロータＴＤのバランス測定がなされる。
【００２８】
そして、ステップＳ３において、単体回転体Ｔのボス部ＴＢ及び排気側ロータＴＤのアンバランス量がスペックで許容される範囲内であるか否かの判定がなされ、アンバランス量がスペックで許容される範囲内である場合（Ｙｅｓ）には、気体供給部３による高圧空気供給の停止により単体回転体Ｔの回転が止まり、ステップＳ１０において、次工程の作業、すなわち、タービン軸ＴＳに吸気側インペラＣＤを組み付ける半組み立て回転体Ｕの組立作業が行われる。
【００２９】
一方、ステップＳ３において、単体回転体Ｔのボス部ＴＢ及び排気側ロータＴＤのアンバランス量がスペックで許容される範囲内にない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ４において、バランス修正が可能か否かの判定がなされ、このステップＳ４において、イニシャルアンバランス量が大きいくてバランス修正が不可能と判定された場合（Ｎｏ）には、ステップＳ１１に進んで、別工程によるバランス修正がなされ、この工程でバランス修正がなされた場合は、ステップＳ１０において、次工程の半組み立て回転体Ｕの組立作業が行われ、一方、別工程によってもバランス修正が不可能な場合は、ステップＳ１２において、破棄される。
【００３０】
また、ステップＳ４において、イニシャルアンバランス量が小さくてバランス修正が可能と判定された場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ５において、バランス測定部４から単体回転体Ｔのボス部ＴＢ及び排気側ロータＴＤの双方の各バランス修正位置（余剰箇所）データが制御部６へ送信され、この制御部６では、ステップＳ６において、単体回転体Ｔのボス部ＴＢ及び排気側ロータＴＤのうちの少なくともいずれか一方のバランス修正位置の判断が行われるのに続いて、ステップＳ７において、制御部６からの指令によりレーザヘッド５，５が作動して、アンバランスを生じさせている単体回転体Ｔのボス部ＴＢ及び排気側ロータＴＤの各余剰箇所ＢＰ，ＤＰにレーザ光Ｌをパルス状に照射することで、少なくともいずれか一方のバランス修正がなされる。
【００３１】
次いで、ステップＳ８において、バランス測定部４による単体回転体Ｔのバランス測定がなされた後、ステップＳ９において、単体回転体Ｔのボス部ＴＢ及び排気側ロータＴＤのアンバランス量がスペックで許容される範囲内であるか否かの判定がなされ、アンバランス量がスペックで許容される範囲内である場合（Ｙｅｓ）には、気体供給部３による高圧空気供給の停止により単体回転体Ｔの回転が止まり、ステップＳ１０において、次工程の作業である半組み立て回転体Ｕの組立作業が行われる。
【００３２】
また、ステップＳ９において、単体回転体Ｔのボス部ＴＢ及び排気側ロータＴＤのアンバランス量がスペックで許容される範囲内に未だない場合（Ｎｏ）には、以降、ボス部ＴＢ及び排気側ロータＴＤのアンバランス量がスペックで許容される範囲内に収まるまで、ステップＳ４〜ステップＳ９を繰り返し行う。
【００３３】
そして、ステップＳ１０において、次工程の半組み立て回転体Ｕの組立作業が行われた後、単体回転体Ｔのバランス修正と同様のステップＳ２〜ステップＳ１２の流れで、半組み立て回転体Ｕのバランス修正がなされる。
【００３４】
上記したように、この実施例に係るバランス修正装置１では、回転軸ＣＬを鉛直方向に沿わせた状態で単体回転体Ｔを回転体支持部２にセットし、回転体支持部２の供給孔２ａから回転体支持部２内の排気側ロータＴＤに高圧空気Ａを吹き付けてフローティング状態で回転させれば、単体回転体Ｔのバランス測定からボス部ＴＢ及び排気側ロータＴＤの各余剰箇所ＢＰ，ＤＰの除去、並びに、半組み立て回転体Ｕのバランス測定からナットＣＢ及び吸気側インペラＣＤの各余剰箇所ＢＰ，ＤＰの除去までを連続して行い得るので、バランス修正時における作業性の向上及び作業時間の短縮が図られることとなる。
【００３５】
この際、単体回転体Ｔ及び半組み立て回転体Ｕは、高圧空気Ａが吹き付けられることで回転するようになっている、すなわち、非接触状態で回転するようになっているので、単体回転体Ｔ及び半組み立て回転体Ｕは回転体支持部２などからほとんど拘束を受けずに回転動作を行うこととなり、その結果、バランス調整を高精度で行い得ることとなる。
【００３６】
また、この実施例に係るバランス修正装置１では、沸点超過比率が少なくとも０．２の条件を満たすべく、各余剰箇所ＢＰ，ＤＰに照射するレーザ光Ｌのピークパワー密度及びパルス幅が制御部６により制御されるので、余剰箇所ＢＰ，ＤＰ除去後における単体回転体Ｔ及び半組み立て回転体Ｕ表面の加工品質及び余剰箇所ＢＰ，ＤＰの除去加工速度の向上が図られることとなる。
【００３７】
上記した実施例では、本発明に係るバランス修正装置及びバランス修正方法を回転体としての単体回転体Ｔ及び半組み立て回転体Ｕのバランス修正に適用した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。
【００３８】
また、上記した実施例に係るバランス修正装置１では、回転軸ＣＬを鉛直方向に沿わせた状態で単体回転体Ｔを回転体支持部２にセットして、回転体支持部２の供給孔２ａから回転体支持部２内の排気側ロータＴＤに高圧空気Ａを吹き付けてフローティング状態で回転させる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、回転軸ＣＬを水平方向に沿わせた状態で単体回転体Ｔを回転体支持部２にセットして、回転体支持部２内の排気側ロータＴＤに高圧空気Ａを吹き付けて潤滑油介在状態、すなわち、軸受を介して回転させるようにしてもよく、この場合も、単体回転体Ｔ及び半組み立て回転体Ｕのバランス測定から余剰箇所ＢＰ，ＤＰの除去までを連続して行い得るので、バランス修正時における作業性の向上及び作業時間の短縮が図られることとなる。
【００３９】
さらに、上記した実施例では、レーザ発振器を図示していないが、レーザヘッド５の数に合わせてレーザ発振器を備える構成としてもよいし、複数のレーザヘッド５に対してレーザ発振器を１台備える構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  バランス修正装置
２  回転体支持部
２ａ  供給孔
３  気体供給部
４  バランス測定部
５  レーザヘッド
６  制御部
Ａ  高圧空気（気体）
ＢＰ，ＤＰ  単体回転体及び半組み立て回転体の各余剰箇所
ＣＢ  半組み立て回転体のナット
ＣＤ  半組み立て回転体の吸気側インペラ
ＣＬ  単体回転体の回転軸
Ｌ  レーザ光
Ｔ  単体回転体（回転体）
ＴＢ  単体回転体のボス部
ＴＤ  単体回転体の排気側ロータ
ＴＳ  単体回転体のタービン軸
Ｕ  半組み立て回転体（回転体）
【図１】
0005773126.tif 000002
【図２】
0005773126.tif 000003
【図３】
0005773126.tif 000004
【図４】
0005773126.tif 000005