(57)【要約】【課題】軸端ピースと回転シャフトとの螺合による結合部分の遊びがアンバランス計測に与える影響を抑制する。【解決手段】中心軸Ｃ回りに回転駆動される回転機械の回転体１０は、軸方向一端に先端面１１を有する。先端面１１には、軸端ピース１７が結合される。中心軸Ｃの位置に、先端面１１から軸方向に延びる中心孔２１が形成されている。中心孔２１には、軸端ピース１７が挿入される。中心孔２１の内周面には、雌ネジ部２３と嵌合部２５とが異なる軸方向位置に形成されている。雌ネジ部２３は、軸端ピースの雄ネジ部２７に螺合し、この状態で、嵌合部２５は、軸端ピースの被嵌合部２９に密着して嵌め合わされる。【選択図】図３
2012237654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸回りに回転駆動される回転機械の回転体であって、
軸方向一端に先端面を有し、該先端面には軸端ピースが結合され、
前記中心軸の位置に、前記先端面から軸方向に延びる中心孔が形成されており、該中心孔には、前記軸端ピースが挿入され、
前記中心孔の内周面には、雌ネジ部と嵌合部とが異なる軸方向位置に形成されており、
前記雌ネジ部は、軸端ピースの雄ネジ部に螺合し、この状態で、前記嵌合部は、軸端ピースの被嵌合部に密着して嵌め合わされる、ことを特徴とする回転機械の回転体。
【請求項２】
前記雌ネジ部は、前記先端面から軸方向に間隔を置いて位置しており、
前記嵌合部は、前記先端面から雌ネジ部側へ軸方向に延びている、ことを特徴とする請求項１に記載の回転機械の回転体。
【請求項３】
前記雌ネジ部は、前記先端面から軸方向に間隔を置いて位置しており、 
前記嵌合部は、前記先端面から雌ネジ部側へ軸方向に延びている第１部分と、該第１部分とで前記雌ネジ部を挟むように前記中心孔の底近傍に位置する第２部分と、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の回転機械の回転体。
【請求項４】
中心孔の前記第１部分は、軸端ピースに半径方向に密着し、
前記第１部分の内径は、前記雌ネジ部の内径よりも大きく、前記第１部分と前記雌ネジ部とは、軸方向を向く段差面により結合されており、該段差面は、軸端ピースに軸方向に密着する、ことを特徴とする請求項３に記載の回転機械の回転体。
【請求項５】
回転機械の回転シャフトに結合される基部と、該基部の軸回りに間隔を置いて基部に結合されている複数のコンプレッサ翼と、を有するコンプレッサ羽根車を備え、
前記基部は、前記中心孔が開口する前記先端面と、該先端面と反対側に位置する後端面を有し、
前記回転シャフトが挿入されるシャフト挿入孔が、前記後端面から軸方向に延びるように前記基部に形成されている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転機械の回転体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中心軸回りに回転駆動される回転機械の回転体に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機械は、回転体の羽根車によって、流体と機械との間でエネルギーを変換する。例えば、回転機械は、船舶用過給機や車両用過給機やガスタービンなどのターボ機械である。
【０００３】
回転体のアンバランスを計測して、回転体のアンバランスを修正することが行われている。
【０００４】
アンバランス計測時には、回転体を、中心軸回りに回転させる。この回転時において、回転体の回転角を検出しつつ、回転体の回転により生じる振動の強度を検出する。検出した回転角と振動強度との関係をアンバランスデータとして取得する。
【０００５】
このように検出した回転角と振動強度との関係であるアンバランスデータに基づいて、アンバランスが存在する周方向位置において、回転体の一部を除去（切削）する。これにより、回転体のアンバランスを修正する。
【０００６】
このような回転体のアンバランス計測は、例えば、下記の特許文献１に記載されている。本発明に関連する他の先行技術文献として、下記の特許文献２、３がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２６７９０７号公報
【特許文献２】特開２００５−１７２５３８号公報
【特許文献３】特開２００９−１７４３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
アンバランス計測時において、軸端ピースを用いて、回転体の回転による振動の計測を行うことが考えられる。図１は、回転体４０がコンプレッサ羽根車４１と回転シャフト４３を備える場合を示す。軸端ピース４５は、図１のように、コンプレッサ羽根車４１を貫通している回転シャフト４３の先端部の雄ネジ部４３ａに螺合している、なお、回転シャフト４３の雄ネジ部４３ａにナット４４が螺合することにより、回転シャフト４３はコンプレッサ羽根車４１に締結させられている。
【０００９】
軸端ピース４５が結合した回転体４０を回転させ、この時、回転体の回転による振動として軸端ピース４５の振動を検出する。この検出は、渦電流型、静電容量型、レーザー型などの非接触式ピックアップを用いて行われる。
回転体４０の回転角は、軸端ピース４５の先端面を利用して行ってよい。例えば、軸端ピース４５の先端面に切り欠きや凸部などを設け、このような切り欠きや凸部を検出することにより、回転体４０の回転角を検出してよい。
【００１０】
しかし、軸端ピース４５は、螺合により回転体４０に結合されているので、ネジ部のガタ（遊び）により、軸端ピース４５の中心が回転体４０の中心軸Ｃに一致しない。そのため、計測したアンバランスデータの誤差が増大する可能性がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、軸端ピースと回転シャフトとの螺合による結合部分の遊びがアンバランス計測に与える影響を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的を達成するため、本発明によると、中心軸回りに回転駆動される回転機械の回転体であって、
軸方向一端に先端面を有し、該先端面には軸端ピースが結合され、
前記中心軸の位置に、前記先端面から軸方向に延びる中心孔が形成されており、該中心孔には、前記軸端ピースが挿入され、
前記中心孔の内周面には、雌ネジ部と嵌合部とが異なる軸方向位置に形成されており、
前記雌ネジ部は、軸端ピースの雄ネジ部に螺合し、この状態で、前記嵌合部は、軸端ピースの被嵌合部に密着して嵌め合わされる、ことを特徴とする回転機械の回転体が提供される。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によると、前記雌ネジ部は、前記先端面から軸方向に間隔を置いて位置しており、
前記嵌合部は、前記先端面から雌ネジ部側へ軸方向に延びている。
【００１４】
また、好ましくは、前記雌ネジ部は、前記先端面から軸方向に間隔を置いて位置しており、     
前記嵌合部は、前記先端面から雌ネジ部側へ軸方向に延びている第１部分と、該第１部分とで前記雌ネジ部を挟むように前記中心孔の底近傍に位置する第２部分と、を有する。
【００１５】
さらに、好ましくは、中心孔の前記第１部分は、軸端ピースに半径方向に密着し、
前記第１部分の内径は、前記雌ネジ部の内径よりも大きく、前記第１部分と前記雌ネジ部とは、軸方向を向く段差面により結合されており、該段差面は、軸端ピースに軸方向に密着する。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態によると、回転機械の回転シャフトに結合される基部と、該基部の軸回りに間隔を置いて基部に結合されている複数のコンプレッサ翼と、を有するコンプレッサ羽根車を備え、
前記基部は、前記中心孔が開口する前記先端面と、該先端面と反対側に位置する後端面を有し、
前記回転シャフトが挿入されるシャフト挿入孔が、前記後端面から軸方向に延びるように前記基部に形成されている。
【発明の効果】
【００１７】
上述した本発明によると、前記中心孔の内周面には、雌ネジ部と嵌合部とが異なる軸方向位置に形成されており、前記雌ネジ部は、軸端ピースの雄ネジ部に螺合し、この状態で、前記嵌合部は、軸端ピースの被嵌合部に密着して嵌め合わされるので、軸端ピースと回転シャフトとの螺合による結合部分の遊びがアンバランス計測に与える影響を、嵌合部における嵌め合いにより抑制できる。しかも、中心孔における内周面の雌ネジ部が軸端ピースの雄ネジ部に螺合するので、軸端ピースが、回転体から軸方向に外れることもない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来における回転体と軸端ピースを示す。
【図２】本発明の実施形態による回転体と軸端ピースを示す。
【図３】（Ａ）は、図２の破線で囲んだ部分Ａの拡大図であり、（Ｂ）は、（Ａ）において軸端ピースを回転体から分離した状態を示す。
【図４】（Ａ）は、図２の破線で囲んだ部分Ａの拡大図に相当し、回転体と工具を示し、（Ｂ）は、（Ａ）において工具を回転体から分離した状態を示す。
【図５】本発明の実施形態の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態による回転体１０を示す。
【００２１】
回転体１０は、中心軸Ｃ回りに回転駆動され回転機械に設けられる。本実施形態では、図２の回転体１０は、コンプレッサ羽根車３と回転シャフト５を備える。すなわち、回転機械は、コンプレッサ羽根車３により、流体（気体または液体）にエネルギーを連続的に与えるターボ機械である。このターボ機械は、例えば、回転シャフト５の一端部にコンプレッサ羽根車３が結合されており、回転シャフト５の他端部にタービン羽根車が結合されている過給機である。タービン羽根車は、エンジンの排ガスにより回転駆動される。過給機は、船舶用または車両用のものであってよい。
【００２２】
コンプレッサ羽根車３は、回転機械の回転シャフト５に結合される基部７と、該基部７の軸（即ち、中心軸Ｃ）回りに間隔を置いて基部７に結合されている複数のコンプレッサ翼９と、を有する。基部７は、軸方向一端側に位置する先端面１１と、該先端面１１と反対側に位置する後端面１３を有する。回転体１０の基部７には、後端面１３から軸方向に延びるようにシャフト挿入孔１５が形成されている。シャフト挿入孔１５には、回転シャフト５が挿入される。
なお、本願において、軸方向とは、回転体１０の中心軸Ｃと平行な方向を意味し、半径方向とは、中心軸Ｃに直交する方向であって中心軸Ｃを中心とする円の半径方向を意味し、周方向とは、中心軸Ｃを回る方向を意味する。
【００２３】
図２では、コンプレッサ羽根車３は、中実に形成されている。すなわち、回転シャフト５は、コンプレッサ羽根車３を貫通することなく、後端面１３から途中まで軸方向に延びている。
【００２４】
回転体１０の軸方向一端に位置する先端面１１には、軸端ピース１７が結合される。軸端ピース１７は、回転体１０の振動の検出対象となる部材である。軸端ピース１７は、回転体１０に結合されるので、回転体１０と一体で回転する。回転体１０のアンバランス計測では、この軸端ピース１７の振動を回転体１０の振動として検出する。すなわち、回転体１０のアンバランス計測では、回転体１０を回転させた状態で、回転体１０（軸端ピース１７）が基準姿勢から中心軸Ｃ回りに回転した量を示す回転角（位相）を検出しつつ、軸端ピース１７の振動強度を当該回転によって生じる回転体１０の振動強度として検出する。これにより、各回転角における振動強度を示すアンバランスデータを取得する。なお、図２の例では、アンバランス計測時に、回転シャフト５が結合したコンプレッサ羽根車３を中心軸Ｃ回りに回転させてもよいし、回転シャフト５の代わりにマンドレルをシャフト挿入孔１５に挿入した状態で、コンプレッサ羽根車３を、マンドレルの軸回りに回転させてもよい（詳しくは特許文献２を参照）。
【００２５】
軸端ピース１７の被検出部１９の振動を、軸端ピース１７の振動として検出する。すなわち、半径方向に関する被検出部１９の振動（変位）を、図２に示す非接触式のピックアップ１８により検出する。このピックアップ１８は、渦電流型、静電容量型、レーザー型などのものであってよい。
【００２６】
なお、回転体１０の回転角は、例えば、軸端ピース１７の先端面２２を利用して検出されてよい。例えば、軸端ピース１７の先端面２２に設けた切り欠きや凸部などを検出することにより、回転体１０の回転角を検出する。または、回転体１０の他の部分を利用して回転体１０の回転角を検出してもよい。
【００２７】
軸端ピース１７を回転体１０に結合するための構成を説明する。
【００２８】
図３（Ａ）は、図２の破線で囲んだ部分Ａの拡大図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）において軸端ピース１７を回転体１０から分離した状態を示す。
【００２９】
回転体１０において、図３（Ｂ）のように、中心軸Ｃの位置に、先端面１１から軸方向に延びる中心孔２１が形成されている。この中心孔２１には、軸端ピース１７が挿入される。なお、本実施形態では、中心孔２１が開口している先端面１１は、コンプレッサ羽根車３の基部７の先端面である。
【００３０】
中心孔２１の内周面には、雌ネジ部２３と嵌合部２５とが異なる軸方向位置に形成されている。雌ネジ部２３は、軸端ピース１７の雄ネジ部２７に螺合し、この状態で、嵌合部２５は、軸端ピース１７の被嵌合部２９に密着して嵌め合わされる。
【００３１】
雌ネジ部２３は、先端面１１から軸方向に間隔を置いて位置している。嵌合部２５は、先端面１１から雌ネジ部２３側へ軸方向に延びている第１部分２５ａと、該第１部分２５ａとで雌ネジ部２３を軸方向に挟むように中心孔２１の底近傍に位置する第２部分２５ｂと、を有する。雌ネジ部２３と第１部分２５ａと第２部分２５ｂは、軸方向から見た場合、円形である。第１部分２５ａの内径は、雌ネジ部２３の内径よりも大きく、第２部分２５ｂの内径は、雌ネジ部２３の内径と同じであるか、雌ネジ部２３の内径よりも小さい。
【００３２】
一方、軸端ピース１７は、雌ネジ部２３が螺合する雄ネジ部２７と、嵌合部２５が嵌合する被嵌合部２９とを有する。被嵌合部２９は、第１部分２５ａが半径方向に密着して嵌合する根元側部分２９ａと、根元側部分２９ａとで雄ネジ部２７を軸方向に挟むように位置し第２部分２５ｂが半径方向に密着して嵌合する先端側部分２９ｂとを有する。雄ネジ部２７と根元側部分２９ａと先端側部分２９ｂは、軸方向から見た場合、円形である。根元側部分２９ａの外径は、雄ネジ部２７の外径よりも大きく、先端側部分２９ｂの外径は、雄ネジ部２７の外径と同じであるか、雄ネジ部２７の外径よりも小さい。
【００３３】
上述のように、軸端ピース１７は、軸方向に間隔をおいた根元側部分２９ａと先端側部分２９ｂの２箇所において、中心孔２１の内周面に密着して嵌合するので、軸端ピース１７が、中心軸Ｃに対して傾くことが防止される。これにより、軸端ピース１７と回転シャフト５との螺合による結合部分の遊びが、回転体１０のアンバランス計測に与える影響を防止できる。
【００３４】
中心孔２１の内面は、軸端ピース１７に対して、半径方向だけでなく軸方向にも密着する。中心孔２１の第１部分２５ａの内周面は、軸端ピース１７の根元側部分２９ａの外周面に半径方向に密着する。中心孔２１における第１部分２５ａと雌ネジ部２３とは、軸方向を向く段差面３１により結合されている。第１部分２５ａと雌ネジ部２３との段差面３１は、根元側部分２９ａと雄ネジ部２７との段差面３３に軸方向に密着する。段差面３１と段差面３３は、軸方向に対向する。このような半径方向および軸方向における密着により、軸端ピース１７が、中心軸Ｃに対して傾くことが確実に防止されるので、軸端ピース１７と回転シャフト５との螺合による結合部分の遊びが、回転体１０のアンバランス計測に与える影響を確実に防止できる。
【００３５】
本実施形態では、半径方向における軸端ピース１７の位置決め誤差は、最大で４０μｍであった。これに対し、図１に示す従来の構成では、半径方向における軸端ピース４５の位置決め誤差は、ネジ部の遊びにより、最大で２００μｍであった。従って、本実施形態により、軸端ピース１７の位置決め精度が大幅に向上する。
【００３６】
軸端ピース１７は、被検出部１９と根元側部分２９ａとの間に位置し両者を結合する係合部３５を有する。この係合部３５は、軸方向から見た場合に、多角形（例えば六角形）のナット状である。この係合部３５に工具（例えばレンチ）を係合させた状態で、当該工具を回転させることにより、軸端ピース１７を回転させて、軸端ピース１７の雄ネジ部２７を、中心孔２１の雌ネジ部２３に螺合させる。
【００３７】
図４（Ａ）は、図２の破線で囲んだ部分Ａの拡大図に相当し、回転体１０の先端面１１に設けられた係合部３７と、これに係合する工具３９を示す。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）において工具３９を回転体１０から分離した状態を示す。
【００３８】
回転シャフト５と基部７との結合は、図４（Ａ）のように、基部７の先端面１１に設けられた係合部３７に、周方向に工具３９を係合させ、この状態で、工具３９を回転させることにより、回転シャフト５の外周面に形成した雄ネジ部と、基部７のシャフト挿入孔１５の内周面に形成した雌ネジ部とを螺合させて、回転シャフト５を基部７に締結させてよい。係合部３７は、中心孔２１よりも半径方向外側に位置する。図４の例では、係合部３７は、周方向に間隔をおいて設けられ、先端面１１から軸方向に延びる複数の係合孔である。複数の係合孔３７には、それぞれ、工具３９の複数の係合ピン３９ａが挿入される。当該工具３９は、複数の係合ピン３９ａが結合されているナット状の頭部３９ｂを有する。各係合ピン３９ａを係合部３７に係合させた状態で、例えばレンチで頭部３９ｂを回転させて、回転シャフト５を基部７に螺合により締結する（詳しくは、特許文献３を参照）。
【００３９】
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、以下の変更例１〜３のいずれかを単独で、または、変更例１〜３を組み合わせて採用してもよい。
【００４０】
（変更例１）
軸端ピース１７の回転角を検出するための手段は、上述の切り欠きや凸部でなくてもよい。例えば、次のように、軸端ピース１７の回転角を検出してもよい。軸端ピース１７の被検出部１９または先端面２２を磁化させ、周方向における一定位置に配置された磁気センサにより、被検出部１９または先端面２２による磁界を半径方向または軸方向から検出する。磁気センサが検出する磁界の強度は、回転体１０の回転量に応じて変化するので、この強度変化に基づいて、軸端ピース１７の回転角を検出する。
【００４１】
（変更例２）
第１部分２５ａと第２部分２５ｂのうち、第１部分２５ａのみを設けてもよい。すなわち、図５のように、中心孔２１の内周面において第２部分２５ｂを省略し、軸端ピース１７において先端側部分２９ｂを省略してもよい。
【００４２】
（変更例３）
上述の実施形態では、回転体１０は、コンプレッサ羽根車３を有していたが、コンプレッサ羽根車３を有していなくてもよい。すなわち、先端面１１は、上述の実施形態ではコンプレッサ羽根車３の先端面であったが、回転体１０の先端面であればよい。
【符号の説明】
【００４３】
３  コンプレッサ羽根車、５  回転シャフト、７  基部、９  コンプレッサ翼、１０  回転体、１１  回転体の先端面、１３  後端面、１５  シャフト挿入孔、１７  軸端ピース、１８  ピックアップ、１９  被検出部、２１  中心孔、２２  軸端ピースの先端面、２３  雌ネジ部、２５  嵌合部、２５ａ  嵌合部の第１部分、２５ｂ  嵌合部の第２部分、２７  雄ネジ部、２９  被嵌合部、２９ａ  根元側部分、２９ｂ  先端側部分、３１  中心孔の段差面、３３  軸端ピースの段差面、３５  軸端ピースの係合部、３７  コンプレッサ羽根車の係合部、３９  工具、３９ａ  工具の係合ピン、３９ｂ  工具の頭部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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