(57)【要約】【課題】これまでのバランスマシンを用いて高精度で再現性の高いバランス修正を行うことができる高速回転体のバランス修正方法を提供すること。【解決手段】バランス修正用回転軸１に高速回転体２を嵌合固定し、バランスマシン上で当該高速回転体２のアンバランス量を求めてバランス修正するに際し、前記バランス修正用回転軸１に嵌合固定する前記高速回転体１の取付位相を変えて少なくとも４回以上アンバランス量の計測を行い、このバランス修正用回転軸１の見掛上の回転中心Ｏ１  を求め、このバランス修正用回転軸１の見掛上の回転中心Ｏ１  に対して前記高速回転体２のアンバランス量を求めてバランス修正するようにする。これにより、単体ではバランス修正が難しいバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心に対して高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正することで、高精度で再現性の高いバランス修正ができるようになる。【選択図】      図３
2004150986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バランス修正用回転軸に高速回転体を嵌合固定し、バランスマシン上で当該高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するに際し、
前記バランス修正用回転軸に嵌合固定する前記高速回転体の取付位相を変えて少なくとも４回以上アンバランス量の計測を行い、このバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心を求め、このバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心に対して前記高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するようにしたことを特徴とする高速回転体のバランス修正方法。
【請求項２】
前記バランス修正用回転軸の見掛上の回転中心にほぼ合致する回転中心を有するバランス修正用回転軸に加工して前記高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するようにしたことを特徴とする請求項１記載の高速回転体のバランス修正方法。
【請求項３】
前記バランス修正用回転軸と前記高速回転体の嵌合固定が、前記高速回転体の重心位置でおこなれる嵌合部を備える前記バランス修正用回転軸を用い、当該バランス修正用回転軸の見掛上の回転中心に対する前記高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の高速回転体のバランス修正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は高速回転体のバランス修正方法に関し、バランス専用の回転軸とこれに取り付けられる高速回転体の嵌合部の影響を極力抑えて再現性の高いバランス修正ができるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
ターボチャージャやガスタービンなどの高速回転体は、運転時の振動を防止するため、組み立て前にバランスマシンによるバランス修正が一般に行われる。
【０００３】
例えば量産されるターボチャージャ等では、バランスマシン専用のバランス修正用回転軸（修正用アーバー）を用意し、このバランス修正用回転軸にバランス修正を行う高速回転体であるターボチャージャなどを嵌合固定し、バランスマシンに取付けてバランス修正を行うようにしている。
【０００４】
このようなバランス修正に用いるバランス修正用回転軸は、予めバランスマシン上での残留アンバランスを限り無く除去するようにしておき、このバランス修正用回転軸のアンバランスの影響を受けないようにしている。
【０００５】
また、バランス修正を確実かつ速やかに行う解析的な方法として特許文献１の回転機械の妥協的つりあわせ解法が開示されており、現実的に有効な解が存在しないことを回避するように条件を定めて無駄な計算や長大な時間をかけずに計算を実行するようにしてアンバランス量を求めるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−７３７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、予めバランスマシン上でのバランス修正用回転軸の残留アンバランスを限り無く除去するためには、バランス修正用回転軸を単体でバランス修正する必要があるが、バランス修正用回転軸は質量が小さく、しかも修正半径が小さいことからアンバランス量の計測やその除去に限界があるという問題がある。
【０００８】
そこで、実際のアンバランス量の計測では、バランス修正用回転軸に対する高速回転体の取付位相を、例えば１８０度変えるなどで、２回計測してバランス修正用回転軸の偏心の影響を相殺して回避することも行われているが、２回計測で得られる仮想回転中心に対してアンバランス量を求めても再現性が低く、十分なバランス修正ができないという問題がある。これは、バランス修正用回転軸にバランス修正を行う高速回転体を嵌合固定してアンバランス量の計測を行う場合に、嵌合固定位置が同一にならずにわずかにずれるため、偏心の影響が相殺されずに計測データに大きなばらつきが生じてしまうことに起因する問題である。
【０００９】
さらに、特許文献１のように、解析的な方法でアンバランス量を求める場合には、演算にコンピュータなどが必要となり、妥協的な解を求める場合であっても大掛かりな演算装置が必要となるという問題がある。
【００１０】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、これまでのバランスマシンを用いて高精度で再現性の高いバランス修正を行うことができる高速回転体のバランス修正方法を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項１記載の高速回転体のバランス修正方法は、バランス修正用回転軸に高速回転体を嵌合固定し、バランスマシン上で当該高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するに際し、前記バランス修正用回転軸に嵌合固定する前記高速回転体の取付位相を変えて少なくとも４回以上アンバランス量の計測を行い、このバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心を求め、このバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心に対して前記高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
この高速回転体のバランス修正方法によれば、バランス修正用回転軸に高速回転体を嵌合固定し、バランスマシン上で当該高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するに際し、前記バランス修正用回転軸に嵌合固定する前記高速回転体の取付位相を変えて少なくとも４回以上アンバランス量の計測を行い、このバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心を求め、このバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心に対して前記高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するようにしており、単体ではバランス修正が難しいバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心を高速回転体を嵌合した状態での４回以上のアンバランス量の計測から求めるようにし、この見掛上の回転中心に対して高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正することで、高精度で再現性の高いバランス修正ができるようになる。
【００１３】
また、この発明の請求項２記載の高速回転体のバランス修正方法は、請求項１記載の構成に加え、前記バランス修正用回転軸の見掛上の回転中心にほぼ合致する回転中心を有するバランス修正用回転軸に加工して前記高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
この高速回転体のバランス修正方法によれば、前記バランス修正用回転軸の見掛上の回転中心にほぼ合致する回転中心を有するバランス修正用回転軸に加工して前記高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するようにしており、高速回転体を嵌合した状態での４回以上のアンバランス量の計測から求めた見掛け上の回転中心にほぼ合致した回転中心を有するバランス修正用回転軸を用意することで、一層高精度で再現性の高いバランス修正が簡単にできるようになる。
【００１５】
さらに、この発明の請求項３記載の高速回転体のバランス修正方法は、請求項１または２記載の構成に加え、前記バランス修正用回転軸と前記高速回転体の嵌合固定が、前記高速回転体の重心位置でおこなれる嵌合部を備える前記バランス修正用回転軸を用い、当該バランス修正用回転軸の見掛上の回転中心に対する前記高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
この高速回転体のバランス修正方法によれば、前記バランス修正用回転軸と前記高速回転体の嵌合固定が、前記高速回転体の重心位置でおこなれる嵌合部を備える前記バランス修正用回転軸を用い、当該バランス修正用回転軸の見掛上の回転中心に対する前記高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するようにしており、バランス修正用回転軸への高速回転体の嵌合が回転体の重心位置で行われる形状の嵌合部で行われるようにすることで、回転中心の偏心の影響を極力抑えて、一層高精度で再現性の高いバランス修正が簡単にできるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の高速回転体のバランス修正方法の一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１〜図３はこの発明の高速回転体のバランス修正方法をターボチャージャのインペラに適用した一実施の形態にかかり、図１はバランス修正用回転軸と高速回転体の嵌合固定状態の概略説明図、図２はバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心の概略説明図、図３はバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心の偏心量の修正の概略説明図である。
【００１８】
この高速回転体のバランス修正方法では、図示しないバランスマシン上でバランス修正を行うためバランス修正用回転軸１が用いられ、このバランス修正用回転軸１にバランス修正を行う高速回転体である、例えばターボチャージャのインペラ２が嵌合固定され、バランスマシンに取付けられる。
【００１９】
このようなバランス修正用回転軸１を用いてバランス修正を行う場合には、バランス修正用回転軸１自体のアンバランス量が問題となることから、予めバランス修正用回転軸１を単体でアンバランスを除去するが、細い棒状であり、質量が小さく、修正半径が小さいため、アンバランス量の除去量に限界がある。
【００２０】
このためアンバランス量が残ったバランス修正用回転軸１を用いてインペラ２のバランス修正を行うとバランス修正用回転軸１のアンバランス量が残った仮想回転中心に対するバランス修正になり、高精度のバランス修正が出来ず、しかも得られるバランス修正結果の再現性が低くなってしまう。
【００２１】
また、バランス修正用回転軸１を用いてインペラ２のバランス修正を行う場合に、製作時の寸法公差によりバランス修正用回転軸１とインペラ２の嵌め合い状態がわずかに異なり、バランス修正時の計測値が変化してしまう。この嵌め合い状態はバランス修正用回転軸１にインペラ２がその重心位置ＯＧ  で支持されるようにすべきものである。
【００２２】
そこで、インペラ２などの高速回転体の寸法公差の範囲を幾つかに分けてインペラ２の重心位置ＯＧ  で嵌合できる嵌合部１ａを備えるバランス修正用回転軸１を用意する。この嵌合部１ａとしては、例えば図１（Ａ）に示すように、インペラ２の重心位置ＯＧ  に対応する部分を中心に軸方向両側を僅かにテーパ状に削ることで形成することができ、これによってインペラ２の重心位置ＯＧ  と嵌合部１ａを合致させて嵌合固定することが可能となる。
【００２３】
さらに、このような嵌合部１ａを備えたバランス修正用回転軸１を必要に応じ、予め単体でアンバランスを除去しておき、このバランス修正用回転軸１の見掛上の回転中心Ｏ１  を次のようにして求め、この見掛上の回転中心Ｏ１  を用いて高速回転体であるインペラ２のバランス修正をこれまでと同様にして行うことで、高精度かつ再現性の高いバランス修正を行うようにしている。
【００２４】
（１）  バランス修正用回転軸１にインペラ２を嵌合固定し、バランスマシン上で公差ゼロを狙いインペラ２のバランス修正をこれまでと同様にして行い、計測シート上に計測値（アンバランス量と角度）を記入する（図２中の（１）の●参照）。
【００２５】
（２）  バランス修正用回転軸１からインペラ２を抜き、バランス修正用回転軸１の角度検出用マークを基準にインペラ２を９０度回転させ、再びバランス修正用回転軸１にインペラ２を嵌合固定し、バランスマシン上での計測を行い、計測シート上に計測値（アンバランス量と角度）を記入する（図２中の（２）の●参照）。
【００２６】
（３）  バランス修正用回転軸１からインペラ２を抜き、バランス修正用回転軸１の角度検出用マークを基準にインペラ２をさらに９０度回転させ（類計１８０度の位置）、再びバランス修正用回転軸１にインペラ２を嵌合固定し、バランスマシン上での計測を行い、計測シート上に計測値（アンバランス量と角度）を記入する（図２中の（３）の●参照）。
【００２７】
（４）  バランス修正用回転軸１からインペラ２を抜き、バランス修正用回転軸１の角度検出用マークを基準にインペラ２をさらに９０度回転させ（類計２７０度の位置）、再びバランス修正用回転軸１にインペラ２を嵌合固定し、バランスマシン上での計測を行い、計測シート上に計測値（アンバランス量と角度）を記入する（図２中の（４）の●参照）。
【００２８】
（５）  これまでの計測値から（１）  と（３）  とを直線で結び、（２）  と（４）  とを直線で結ぶ。
【００２９】
（６）  これら２本の直線の交点を求め、求めた交点がタービン側とコンプレッサ側とも規定値内、例えば半径５ｍｇの円内にあることを確認し、この場合には、バランス修正用回転軸１の偏心量が規定値内であると判断し、この交点Ｏ２  をバランス修正用回転軸１の見掛上の回転中心Ｏ１  （＝Ｏ２  ）とする。
【００３０】
一方、４回のバランス修正の計測値の交点Ｏ２  がタービン側とコンプレッサ側のいずれか一方でも規定値外となる場合には、バランス修正用回転軸１の偏心量が規定値外であると判断し、バランス修正用回転軸１の偏心量の修正を行う。
【００３１】
この偏心量の修正は、図３に示すように、つぎのようにして行う。
【００３２】
（ａ）  上記（４）の２７０度位置でバランス修正用回転軸１に取付けたインペラ２を計測値の（１）  と（３）  とを直線で結び、（２）  と（４）  とを直線で結んだ交点（バランス修正用回転軸１の偏心位置仮想点）Ｏ２  までバランス修正を行う（図３（Ａ）中の（ａ）参照）。
【００３３】
この際、タービン側とコンプレッサ側の修正を同時に実施する。
【００３４】
（ｂ）  インペラ２のバランス修正をＯ２  付近まで修正した後、Ｏ３  を目指してバランス修正用回転軸１のバランス修正を行う（図３（Ａ）中の（ｂ）参照）。
【００３５】
この際、バランス修正用回転軸１のバランス修正位置に試し錘を付けてバランス計測を行い、修正方向と量の変化を確認してから実際の修正を行うようにすることが好ましい。
【００３６】
このようにしてバランス修正用回転軸１の偏心量の修正が終了したら、この状態（上記（４）の２７０度位置でバランス修正用回転軸１にインペラ２を嵌合固定した状態）を０度位置として、上記（１）〜（４）の計測を行い、図３（Ｂ）に示すように、計測値をそれぞれ記入する。
【００３７】
そして、上記（５）のように、これまでの計測値から（１）  と（３）  とを直線で結び、（２）  と（４）  とを直線で結んだのち、上記（６）のように、これら２本の直線の交点を求め、求めた交点がタービン側とコンプレッサ側とも規定値内、例えば半径５ｍｇの円内にあることを確認し、この場合には、バランス修正用回転軸１の偏心量が規定値内であると判断し、この交点Ｏ２  をバランス修正用回転軸１の見掛上の回転中心Ｏ１  （＝Ｏ２  ）とする。
【００３８】
一方、４回のバランス修正の計測値の交点Ｏ２  がタービン側とコンプレッサ側のいずれか一方でも規定値外となる場合には、バランス修正用回転軸１の偏心量が規定値外であると判断し、既に説明した（ａ）〜（ｂ）の修正を行ってバランス修正用回転軸１の偏心量を修正することを繰り返す。
【００３９】
このような４回のバランス修正によりバランス修正用回転軸１の見掛上の回転中心Ｏ１  を求めてインペラ２のバランス修正を行うことで高精度かつ再現性良くバランス修正を行うことができ、例えば図４にこの発明の４点修正の場合のバランス修正用回転軸１の残留アンバランス量を求めた結果をこれまでの２点修正の場合と比較して示すように、４点修正の場合には、０．００４ｇ／６０度であったが、２点修正の場合には、０．００５ｇ／４０度であり、数値が異なることが分かるとともに、実際の再現性の確認でも４点修正の方が安定していることを確認している。
【００４０】
なお、ここで、４点修正とは、バランス修正用回転軸１に対してインペラ２の位相をずらして４回計測する方法であり、例えば図４に示すように、０度、９０度、１８０度、２７０度の４点で計測する。
【００４１】
そして、残留アンバランスは０度と１８０度を結ぶ直線と９０度と２７０度を結ぶ直線の交点Ｏ１  と仮想回転中心Ｏ３  とを結ぶ線として求めることができる。
【００４２】
一方、２点修正とは、バランス修正用回転軸１に対してインペラ２の位相をずらして２回計測する方法であり、例えば図４に示すように、０度、１８０度の２点で計測する。
【００４３】
そして、残留アンバランスは０度と１８０度を結ぶ直線に仮想回転中心Ｏ３  から下ろした垂線として求めることができる。
【００４４】
また、このようにしてバランス修正用回転軸１の残留アンバランス量が計測できることから、この残留アンバランス量をゼロに修正したバランス修正用回転軸とすれば、残留アンバランス量の影響を受けることなく、一層高精度にバランス修正することができ、計測値の再現性を一層高めることができる。
【００４５】
この残留アンバランス量の修正は、試し錘を付加して確認した後、この錘をそのまま取付けなどすることで、バランス修正用回転体１を単体でバランス修正する場合に比べ、容易にバランス修正することができる。
【００４６】
このような残留アンバランス量を修正したバランス修正用回転軸１を用いて行うインペラ２のバランス修正はこれまでと同様にして行うことができ、ここでの説明は省略する。
【００４７】
なお、上記実施の形態では、バランス修正を４回計測とする場合で説明したが、４回以上であればさらに計測回数を増加しても良い。
【００４８】
また、高速回転体としてターボチャージャのインペラを例に説明したが、これに限らず、高速回転し、バランス修正の必要なものであれば広く適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項１記載の高速回転体のバランス修正方法によれば、バランス修正用回転軸に高速回転体を嵌合固定し、バランスマシン上で当該高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するに際し、前記バランス修正用回転軸に嵌合固定する前記高速回転体の取付位相を変えて少なくとも４回以上アンバランス量の計測を行い、このバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心を求め、このバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心に対して前記高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するようにしたので、単体ではバランス修正が難しいバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心を高速回転体を嵌合した状態での４回以上のアンバランス量の計測から求めるようにし、この見掛上の回転中心に対して高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正することで、高精度で再現性の高いバランス修正ができる。
【００５０】
また、この発明の請求項２記載の高速回転体のバランス修正方法によれば、前記バランス修正用回転軸の見掛上の回転中心にほぼ合致する回転中心を有するバランス修正用回転軸に加工して前記高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するようにしたので、高速回転体を嵌合した状態での４回以上のアンバランス量の計測から求めた見掛け上の回転中心にほぼ合致した回転中心を有するバランス修正用回転軸を用意することで、一層高精度で再現性の高いバランス修正が簡単にできる。
【００５１】
さらに、この発明の請求項３記載の高速回転体のバランス修正方法によれば、前記バランス修正用回転軸と前記高速回転体の嵌合固定が、前記高速回転体の重心位置でおこなれる嵌合部を備える前記バランス修正用回転軸を用い、当該バランス修正用回転軸の見掛上の回転中心に対する前記高速回転体のアンバランス量を求めてバランス修正するようにしたので、バランス修正用回転軸への高速回転体の嵌合が回転体の重心位置で行われる形状の嵌合部で行われるようにすることで、回転中心の偏心の影響を極力抑えて、一層高精度で再現性の高いバランス修正が簡単にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の高速回転体のバランス修正方法をターボチャージャのインペラに適用した一実施の形態にかかるバランス修正用回転軸と高速回転体の嵌合固定状態の概略説明図である。
【図２】この発明の高速回転体のバランス修正方法をターボチャージャのインペラに適用した一実施の形態にかかるバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心の概略説明図である。
【図３】この発明の高速回転体のバランス修正方法をターボチャージャのインペラに適用した一実施の形態にかかるバランス修正用回転軸の見掛上の回転中心の偏心量の修正の概略説明図である。
【図４】この発明の高速回転体のバランス修正方法をターボチャージャのインペラに適用した一実施の形態にかかるバランス修正用回転軸の残留アンバランス量の測定結果を従来と比較して示す概略説明図である。
【符号の説明】
１  バランス修正用回転軸
１ａ  嵌合部
２  インペラ（高速回転体）
Ｏ１    バランス修正用回転軸の見掛上の回転中心
Ｏ２    ４点計測の計測点の交点
Ｏ３    仮想回転中心
ＯＧ    インペラの重心位置
【図１】
2004150986.tif 000003
【図２】
2004150986.tif 000004
【図３】
2004150986.tif 000005
【図４】
2004150986.tif 000006