(57)【要約】【課題】回転体においてアンバランスが存在する周方向位置に応じて除去加工深さ（例えば切削深さ）を補正せずに、アンバランスを取り除くことができるようにする。【解決手段】回転体１０の軸方向端部に、除去加工がなされる除去対象部５を備える。除去対象部５は、回転体１０の軸方向から見た場合に、外周縁が円形となっている。【選択図】図２
2012013596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械に設けられ、バランス修正のために部分的に除去加工される回転体であって、
軸方向端部に、前記除去加工がなされる除去対象部を備え、
該除去対象部は、回転体の軸方向から見た場合に、外周縁が円形となっている、ことを特徴とする回転体。
【請求項２】
前記回転体は、コンプレッサ羽根車と、回転シャフトと備え、
コンプレッサ羽根車を回転シャフトに締め付けるようにナット部が前記軸方向端部に螺合し、
前記ナット部には、前記除去対象部が前記軸方向に一体的に結合している、ことを特徴とする請求項１に記載の回転体。
【請求項３】
前記ナット部は、回転体の軸方向から見た場合に、外周縁が多角形となっており、
または、
前記ナット部は、回転体の軸方向から見た場合に、外周縁が円形となっており、かつ、前記除去対象部における前記ナット部と反対側の軸方向端面には、係合部が形成されており、該係合部に、回転体の中心軸周りに力を作用させることで前記ナット部を回転させて前記軸方向端部に螺合させることができるようになっている、ことを特徴とする請求項２に記載の回転体。
【請求項４】
回転機械に設けられる回転体を部分的に除去加工して回転体のバランスを修正する回転体のバランス修正方法であって、
回転体の軸方向から見た場合に外周縁が円形となっている除去対象部を回転体の軸方向端部に結合し、
この状態で、回転体のアンバランスを計測し、
計測したアンバランスの周方向位置において、当該アンバランスの大きさに相当する量だけ前記除去対象部を除去加工する、ことを特徴とする回転体のバランス修正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械に設けられ、バランス修正のために部分的に除去加工される回転体に関する。また、本発明は、このような回転体のバランス修正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体は、回転機械に設けられ、その中心軸を中心として回転する。図１（Ａ）は、回転機械の構成例である。図１（Ａ）では、回転機械は、過給機である。図１（Ａ）において、回転体３１は、コンプレッサ翼３３、タービン翼３５、および、両者を結合する回転シャフト３７を有する。また、図１（Ａ）において、ナット３９が、回転体３１の軸方向端部に螺合しており、ナット３９を締めつけることで、コンプレッサ羽根車４１を回転シャフト３７に締結している。
【０００３】
従来において、回転体３１のアンバランスを計測し、当該アンバランスが存在する周方向位置（回転体の中心軸Ｃ周りの方向に関する位置）において、当該アンバランスの大きさに相当する量だけ、回転体３１におけるナット３９を部分的に切削していた。このように回転体の一部を除去加工して、回転体３１のアンバランスを修正していた。
【０００４】
上述したアンバランスの計測と修正の方法は、例えば下記の特許文献１、２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４４１８７号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４８５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ矢視図でありナット３９のみを示す。図１（Ｂ）において、斜線部分Ａと斜線部分Ｂとは、同じエンドミルで軸方向に切削された領域を示す。ナット３９は、軸方向から見た形状が、多角形（この例では６角形）であるので、回転体の中心軸Ｃに対する半径方向の切削位置および軸方向の切削深さが同じであっても、切削する周方向位置によって除去される質量が異なる。例えば、図１（Ｂ）において、斜線部分Ａと斜線部分Ｂとでは、半径方向の切削位置および軸方向の切削深さが同じであるが、除去される質量が異なる。そのため、ナット３９の頂点の周方向位置とアンバランスの周方向位置との位置関係に基づいて、切削深さを補正する必要があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、回転体においてアンバランスが存在する周方向位置に応じて除去加工深さ（例えば切削深さ）を補正せずに、アンバランスを取り除くことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明によると、回転機械に設けられ、バランス修正のために部分的に除去加工される回転体であって、
軸方向端部に、前記除去加工がなされる除去対象部を備え、
該除去対象部は、回転体の軸方向から見た場合に、外周縁が円形となっている、ことを特徴とする回転体が提供される。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態によると、前記回転体は、コンプレッサ羽根車と、回転シャフトと備え、
コンプレッサ羽根車を回転シャフトに締め付けるようにナット部が前記軸方向端部に螺合し、
前記ナット部には、前記除去対象部が前記軸方向に一体的に結合している。
【００１０】
前記ナット部は、回転体の軸方向から見た場合に、外周縁が多角形となっており、
または、
前記ナット部は、回転体の軸方向から見た場合に、外周縁が円形となっており、かつ、前記除去対象部における前記ナット部と反対側の軸方向端面には、係合部が形成されており、該係合部に、回転体の中心軸周りに力を作用させることで前記ナット部を回転させて前記軸方向端部に螺合させることができるようになっていてよい。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明によると、回転機械に設けられる回転体を部分的に除去加工して回転体のバランスを修正する回転体のバランス修正方法であって、
回転体の軸方向から見た場合に外周縁が円形となっている除去対象部を回転体の軸方向端部に結合し、
この状態で、回転体のアンバランスを計測し、
計測したアンバランスの周方向位置において、当該アンバランスの大きさに相当する量だけ前記除去対象部を除去加工する、ことを特徴とする回転体のバランス修正方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
上述した本発明によると、除去対象部を除去加工して回転体のバランスを修正する場合に、除去対象部は、回転体の軸方向から見た場合に外周縁が円形となっているので、回転体においてアンバランスが存在する周方向位置に応じて除去加工深さ（例えば切削深さ）を補正する必要が無くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】回転機械の一例である過給機を示す。
【図２】本発明の実施形態による回転体を有する回転機械の構成例である。
【図３】本発明の実施形態においてコンプレッサ羽根車を回転シャフトに固定する方法を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態による回転体のバランス修正方法を示すフローチャートである。
【図５】除去対象部の切削を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態の変形例による回転体を有する回転機械の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１５】
図２（Ａ）は、本発明の実施形態による回転体１０の概略図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の２Ｂ−２Ｂ矢視図である。
回転体１０は、回転機械２０に設けられ、そのバランス修正のために部分的に除去加工される。そのために、回転体１０は、その軸方向端部３（図３を参照）に、前記除去加工がなされる除去対象部５を備える。除去対象部５は、図２（Ｂ）のように、回転体１０の軸方向から見た場合に、外周縁が円形となっている。当該円形の中心は回転体１０の中心軸Ｃと一致している。例えば、除去対象部５は、回転体１０の中心軸Ｃ（すなわち、回転中心）と中心が一致する円柱形または円筒形のものであってもよいし、回転体１０の中心軸Ｃと中心が一致する円柱形部分と円筒形部分とが軸方向に結合されたものであってよい。
【００１６】
なお、以下において、回転体１０の中心軸Ｃ周りの方向を単に周方向といい、当該中心軸Ｃに対する半径方向を単に半径方向といい、当該中心軸Ｃと平行な方向を単に軸方向という。
【００１７】
図２では、回転機械２０は過給機である。過給機２０の回転体１０は、図２（Ａ）に示すように、エンジンの排ガスにより回転駆動されるタービン翼７と、タービン翼７と一体的に回転することで圧縮空気をエンジンに供給するコンプレッサ翼９と、一端部にタービン翼７が結合され他端部にコンプレッサ翼９が結合される回転シャフト１１とを有する。
【００１８】
過給機２０は、タービンハウジング１３、および軸受ハウジング１５を備える。
【００１９】
タービンハウジング１３は、タービン翼７を内部に収容する。タービンハウジング１３には、タービン翼７を回転駆動する流体を流す流路（図示せず）が形成されている。タービンハウジング１３は、図２（Ａ）の例では、支持体１７の内部に取り付けられる。タービン翼７を駆動する流体をタービンハウジング１３の前記流路へ供給でき、タービン翼７を駆動した当該流体を、支持体１７に形成した排気穴１７ａを介して支持体１７の外部へ排出できるように支持体１７が構成されている。
【００２０】
軸受ハウジング１５の内部には、回転体１０を回転可能に支持するラジアル軸受部１６が内部に組み込まれている。図２（Ａ）において、バランス修正のために、軸受ハウジング１５は、支持体１７に取り付けられている。これにより、支持体１７は、軸受ハウジング１５を介して回転体１０を回転可能に支持する。
【００２１】
なお、図２（Ａ）において、コンプレッサ翼９を内部に収容するコンプレッサハウジングが過給機２０から取り外されている。
【００２２】
回転体１０は、複数のコンプレッサ翼９を有するコンプレッサ羽根車１９を有する。コンプレッサ羽根車１９を回転シャフト１１に締め付けるようにナット部２１が軸方向端部３（図３を参照）に螺合している。
例えば、図３のように、コンプレッサ羽根車１９を回転シャフト１１に締め付ける。図３（Ａ）は、コンプレッサ羽根車１９と回転シャフト１１とが分離している状態を示す。この状態から、図３（Ｂ）のように、コンプレッサ羽根車１９の中心穴１９ａ（図３（Ａ）を参照）内に回転シャフト１１を通す。次に、図３（Ｃ）のように、回転シャフト１１の軸方向端部３にナット部２１を螺合させることで、コンプレッサ羽根車１９を回転シャフト１１に締め付ける。
ナット部２１は、回転体の軸方向から見た場合に、外周縁が多角形となっている。
【００２３】
本実施形態によると、除去対象部５は、ナット部２１に一体的に結合している。ナット部２１は、コンプレッサ羽根車１９を回転シャフト１１に固定させる固定機能を持つ。すなわち、軸方向端部３に螺合させたナット部２１の外周面に、ナット部２１を回転させる工具を嵌合させ、当該工具を回転させることでコンプレッサ羽根車１９を回転シャフト１１に締め付け固定する。また、除去対象部５は、除去加工されることでバランス修正を行うバランス修正機能を持つ。このような固定機能を持つナット部２１と、バランス修正機能を持つ除去対象部５が軸方向に互いにずれて結合されている。
【００２４】
図４は、上述の回転体１０のバランスを修正するバランス修正方法を示すフローチャートである。
【００２５】
ステップＳ１において、図３のようにナット部２１を、回転シャフト１１の軸方向端部３に螺合させることで、コンプレッサ羽根車１９を回転シャフト１１に締め付ける。これにより、ナット部２１に一体結合されている除去対象部５を回転体１０に結合させた状態にする。
【００２６】
ステップＳ２において、軸方向端部３に除去対象部５が結合された回転体１０のアンバランスデータを取得する。アンバランスデータは、回転体１０に存在するアンバランスの周方向位置と大きさからなる。当該周方向位置は、回転体１０における基準周方向位置に対する周方向位置を意味する。アンバランスの大きさは、質量と距離との積により表される。
【００２７】
ステップＳ２において、アンバランスデータを、次のように取得する。除去対象部５が結合された回転体１０を回転させた状態で、回転角センサ（図示せず）が回転体１０の回転角を検出しつつ、支持体１７に取り付けられた振動センサ（図示せず）により支持体１７の振動（加速度）を検出する。これにより、回転角センサが検出した回転角と振動センサが検出した振動（加速度）との関係を表す振動データを生成し、さらに、この振動データから、影響係数を用いて回転体１０のアンバランスデータを算出する。なお、影響係数は、予め取得しておく。影響係数は、例えば、回転体１０においてある周方向位置に試し錘を取り付けること等により回転体１０にバランス変化を与え、このバランス変化による振動データ（前記と同様の振動データ）の変化に基づいて算出される。このようなアンバランスデータの取得方法は、例えば特許文献２に記載されている。
【００２８】
ステップＳ２において、回転体１０は、タービンハウジング１３の前記流路を介してタービン翼７に流体を供給することで回転させられてよい。
【００２９】
ステップＳ３において、ステップＳ２で取得したアンバランスの周方向位置において、当該アンバランスの大きさに相当する量だけ、除去対象部５の外周部を除去加工する。
例えば、次のように除去対象部５の外周部を除去加工する。回転体把持装置２３（図２を参照）により、排気穴１７ａを通して回転体１０のタービン側端部を把持する。この状態で、加工具（例えば、エンドミル）２５を、周方向に関して、ステップＳ２で取得したアンバランスの周方向位置に位置決めし、半径方向に関し、設定半径方向位置に位置決めする。この状態で、加工具２５を、軸方向初期位置から軸方向に移動させ、これにより、ステップＳ２で取得したアンバランスの大きさに相当する量（深さ）だけ除去対象部５を切削する。当該量（深さ）は、アンバランスの大きさと加工具２５の寸法などに基づいて求められる。また、軸方向初期位置から軸方向に加工具２５を移動させる距離は、軸方向初期位置から除去対象部５の軸方向端面までの距離と、切削する前記深さとの和として求められる。
【００３０】
ステップＳ３による切削例を図５（Ａ）に示す。図５（Ａ）は、図２（Ｂ）の部分拡大図に相当し、ナット部２１と除去対象部５と破線で描いたエンドミル２５のみを示す。図５（Ａ）は、エンドミル２５を、上述したアンバランスの周方向位置および設定半径方向位置に位置決めした状態を示す。図５（Ａ）の状態から、上述のようにエンドミル２５を軸方向に移動させることで、図５（Ｂ）の斜線で示す切削領域のように除去対象部５が切削される。図５（Ｂ）の左側部分は、図２（Ｂ）の部分拡大図に相当し、図５（Ｂ）の右側部分は、図５（Ｂ）の左側部分を図５（Ｂ）の右側から見た図である。
【００３１】
上述した実施形態によると、除去対象部５は、軸方向から見た場合、その外周縁が円形であるので、上述の設定半径方向位置を一定にしておけば、どの周方向位置において切削しても、軸方向の切削深さが同じであれば、同じ量（質量）だけ、除去対象部５が切削されることになる。従って、回転体１０においてアンバランスが存在する周方向位置に応じて除去加工深さ（切削深さ）を補正せずに除去加工して、当該アンバランスを取り除くことができる。従って、アンバランスデータから切削深さを求める演算装置が安価になる。
【００３２】
図２の例では、除去対象部５は、半径方向寸法がナット部２１よりも若干小さくなっている。これにより、ナット部２１を回転させる工具を、除去対象部５に干渉することなくナット部２１の外周面に軸方向（軸方向端部３側）から嵌合させることができる。この状態で当該工具を回転させてナット部２１を軸方向端部３に螺合させることができる。
【００３３】
また、バランス修正時に、除去対象部５を除去加工するので、上述の固定機能を持つナット部２１が除去加工されないようにすることができる。
【００３４】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変形例１〜５を、任意に組み合わせて、または単独で採用してよい。この場合、以下で説明しない点は、上述と同じであってよい。
【００３５】
（変形例１）
上述では、除去対象部５は、半径方向寸法がナット部２１より大きくてもよい。この場合には、ナット部２１を回転させる工具（例えば、スパナ）を、除去対象部５に干渉することなくナット部２１の外周面に半径方向から嵌合させることができ、この状態で当該工具を回転させてナット部２１を軸方向端部３に螺合させることができる。
【００３６】
（変形例２）
図６（Ａ）は、上述した実施形態の変形例２による回転体１０の概略図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の６Ｂ−６Ｂ矢視図であるが、除去対象部５のみを示す。
【００３７】
この変形例２では、ナット部２１は、回転体１０の軸方向から見た場合に、外周縁が円形となっている。例えば、ナット部２１は、中心軸Ｃと同軸の円筒形または円柱形であってよい。ナット部２１は、回転体１０の中心軸Ｃ（すなわち、回転中心）と中心が一致する円柱形または円筒形のものであってもよいし、回転体１０の中心軸Ｃと中心が一致する円柱形部分と円筒形部分とが軸方向に結合されたものであってよい。
【００３８】
図６では、ナット部２１と除去対象部５は、同じ半径方向寸法を有しているが、互いに異なる半径方向寸法を有していてもよい。
【００３９】
また、変形例２では、除去対象部５におけるナット部２１と反対側の軸方向端面５ａには、係合部２７が形成されている。図６（Ｂ）の例では、係合部２７は、軸方向深さを有する複数の係合孔２７である。係合部２７に、回転体１０の中心軸Ｃ周りに力を作用させて、ナット部２１を回転させて軸方向端部３に螺合させることができるようになっている。
【００４０】
なお、変形例２では、バランス修正のために、アンバランスの周方向位置において、係合部２７よりも半径方向外側における除去対象部５の外周部分（例えば、図６（Ｂ）の斜線部分）を除去加工すればよい。
【００４１】
（変形例３）
回転機械３は、過給機３でなくてもよく、その回転体１０において、コンプレッサ羽根車１９を回転シャフト１１に締め付けるようにナット部２１が回転シャフト１１の軸方向端部３に螺合するものであればよい。
【００４２】
（変形例４）
除去加工は、切削以外の他の加工（例えばレーザ加工）であってもよい。レーザ加工では、除去対象部５の一部を溶融して除去する。
【００４３】
（変形例５）
上述では、除去加工は、軸方向に行われたが、半径方向に除去加工してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
３  軸方向端部、５  除去対象部、５ａ  軸方向端面、７  タービン翼、９  コンプレッサ翼、１０  回転体、１１  回転シャフト、１３  タービンハウジング、１５  軸受ハウジング、１６  ラジアル軸受部、１７  支持体、１７ａ  排気穴、１９  コンプレッサ羽根車、１９a   中心穴、２０  回転機械、２１  ナット部、２３  回転体把持装置、２５  加工具、２７  係合部
【図１】
2012013596.tif 000003
【図２】
2012013596.tif 000004
【図３】
2012013596.tif 000005
【図４】
2012013596.tif 000006
【図５】
2012013596.tif 000007
【図６】
2012013596.tif 000008