(57)【要約】【課題】モータアシストターボ作動時の過給効率の低下を抑制することができるモータアシストターボの加工方法を提供する。【解決手段】タービンと、コンプレッサと、コンプレッサを回転駆動するモータと、を備えたモータアシストターボに対してレーザを照射してタービン及びコンプレッサを加工するモータアシストターボの加工方法であって、コンプレッサに空気が流入してタービンから空気が排出される順方向にモータアシストターボを回転させるステップと、モータアシストターボが順方向で回転しているときに、タービンにレーザ照射装置によってレーザを照射して加工を行うステップと、順方向とは逆方向に前記モータアシストターボを回転させるステップと、モータアシストターボが逆方向で回転しているときに、コンプレッサにレーザ照射装置によってレーザを照射して加工を行うステップと、を備えることを特徴とするモータアシストターボの加工方法。【選択図】図３
2016130712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンと、コンプレッサと、前記コンプレッサを回転駆動するモータと、を備えたモータアシストターボに対してレーザ照射装置からレーザを照射して前記タービン及び前記コンプレッサを加工するモータアシストターボの加工方法であって、
前記コンプレッサに空気が流入して前記タービンから空気が排出される順方向に前記モータアシストターボが回転するように、前記モータアシストターボに空気を供給または前記モータを駆動するステップと、
前記モータアシストターボが前記順方向で回転しているときに、前記タービンに前記レーザ照射装置によってレーザを照射して加工を行うステップと、
前記順方向とは逆方向に前記モータアシストターボが回転するように、前記モータを駆動するステップと、
前記モータアシストターボが前記逆方向で回転しているときに、前記コンプレッサに前記レーザ照射装置によってレーザを照射して加工を行うステップと、
を備えることを特徴とするモータアシストターボの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータアシストターボの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転機械に設けられる回転体の除去対象部にレーザ照射装置からレーザを照射して、当該回転体のバランス補正をする加工方法が知られている。例えば、特許文献１には、当該回転体を回転させながら、当該回転体の除去対象部にレーザ照射装置からレーザを照射して当該回転体のバランス補正を行う加工方法が開示されている。この特許文献１の加工方法によれば、当該回転体を回転させながら加工が行えるため、当該回転体の除去対象部を除去するために当該回転体の回転を停止する必要がない。このため、バランス補正に要する時間を短縮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１２５１４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５４６７１号公報
【特許文献３】特開２００３−３０２３０４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、内燃機関に設けられる回転体には、回転軸にモータが取り付けられるモータアシストターボがある。このモータアシストターボのバランス補正に上記特許文献１に開示される加工方法を採用した場合、回転方向によって、ホイールに吸入する気流が発生する。そして、加工時に発生する溶融金属（以下、スパッタという。）が上記気流によって流されてインペラに付着することがある。この結果、インペラが損傷して、モータアシストターボ作動時の過給効率が低下するおそれがある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、モータアシストターボ作動時の過給効率の低下を抑制することができるモータアシストターボの加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、モータアシストターボの加工方法であって、
タービンと、コンプレッサと、前記コンプレッサを回転駆動するモータと、を備えたモータアシストターボに対してレーザ照射装置からレーザを照射して前記タービン及び前記コンプレッサを加工するモータアシストターボの加工方法であって、
前記コンプレッサに空気が流入して前記タービンから空気が排出される順方向に前記モータアシストターボが回転するように、前記モータアシストターボに空気を供給または前記モータを駆動するステップと、
前記モータアシストターボが前記順方向で回転しているときに、前記タービンに前記レーザ照射装置によってレーザを照射して加工を行うステップと、
前記順方向とは逆方向に前記モータアシストターボが回転するように、前記モータを駆動するステップと、
前記モータアシストターボが前記逆方向で回転しているときに、前記コンプレッサに前記レーザ照射装置によってレーザを照射して加工を行うステップと、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、レーザ照射時に発生するスパッタがコンプレッサインペラ及びタービンインペラに付着することを抑制することができる。この結果、モータアシストターボの過給効率が低下することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１のバランス補正装置を表した図である。
【図２】過給機及びモータアシストターボの振動特性について説明するための図である。
【図３】実施の形態１において、バランス補正が行われるモータアシストターボの断面図である。
【図４】実施の形態１において、タービン側の加工時における気流について表した図である。
【図５】実施の形態１において、コンプレッサ側の加工時における気流について表した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
[バランス補正装置の構成]
図１は、実施の形態１のバランス補正装置を表した図である。図１には、バランス補正装置５０が表されている。バランス補正装置５０は、バランス補正の対象である過給機を最終組付け状態のまま、かつ、この過給機を回転させながら、レーザ照射によって切削する装置である。図１に示すように、バランス補正装置５０の架台１４には、過給機のタービン１２がボルトによって固定されている。過給機は、コンプレッサ１０とタービン１２とが回転軸を介して連結される構造である。コンプレッサ１０は、コンプレッサハウジング３６と、コンプレッサハウジング３６内に格納されるコンプレッサインペラ２８とから構成されている。同様に、タービン１２は、タービンハウジング３４と、タービンハウジング３４内に格納されるタービンインペラ２６とから構成されている。なお、本明細書では、後述する回転軸にモータが取り付けられたモータアシストターボと、モータの付いていない過給機とを区別するため、図１に表されているようなモータの付いていない過給機を単に過給機と称する。
【００１０】
コンプレッサ１０において、コンプレッサインペラ２８は、ナット４０によって回転軸に固定されている。ナット４０は、過給機をバランス補正する際に切削される部品である。ナット４０を切削する利点として、切削の位置が適当でなかった時、ナット４０を取り替えるだけでやり直すことができる点がある。
【００１１】
タービン１２には、駆動空気を供給する駆動空気供給部３２が取り付けられている。駆動空気供給部３２に空気を供給することで、タービンインペラ２６を回転させることができる。タービンインペラ２６が回転すると、回転軸を介してコンプレッサインペラ２８も回転する。このようにして、過給機を回転させながら、過給機のバランス補正を行うことが可能となる。
【００１２】
コンプレッサ側には、レーザ照射装置２０が設置されている。レーザ照射装置２０からは、パルスレーザ（図１において符号ＰＬで示す）が照射される。レーザ照射装置２０から照射されるパルスレーザによって、ナット４０の除去対象部を溶融または蒸発させて除去する。
【００１３】
過給機には、バランス補正を行う際のデータを測定するために、各種センサが取り付けられている。コンプレッサインペラ２８には、回転センサ１６が取り付けられている。回転センサ１６は、回転軸の回転角を検出し、検出した回転角を演算装置６０に出力する。また、タービンハウジング３４には、加速度ピックアップ１８が取り付けられている。加速度ピックアップ１８は、過給機が回転している状態で、タービンハウジング３４の振動量（加速度）を検出し、検出した振動量を演算装置６０に出力する。
【００１４】
演算装置６０は、回転センサ１６が検出した回転角と加速度ピックアップ１８が検出した振動量との関連を表す振動データを算出する。演算装置６０は、この振動データに基づいて、除去対象部の位置である補正位置を推定し、さらに除去対象部の切削量であるアンバランス量を算出する。演算装置６０は、推定した補正位置及び算出したアンバランス量を、制御装置７０に出力する。
【００１５】
制御装置７０は、演算装置６０が推定した補正位置に一致した時点で、レーザ照射装置２０がレーザを照射するように、レーザ照射装置２０を制御する。そして、制御装置７０は、演算装置６０が算出したアンバランス量が所定値以下になるまで、レーザ照射装置２０がレーザを照射し続けるように、レーザ照射装置２０を制御する。
【００１６】
[過給機のバランス補正の流れ]
以下、実施の形態１のバランス補正装置を用いた過給機のバランス補正の流れを説明する。
【００１７】
まず、駆動空気供給部３２に空気が供給される。これにより、過給機が回転する。
【００１８】
次に、演算装置６０は、回転センサ１６及び加速度ピックアップ１８の出力から、回転している過給機の振動データを算出する。
【００１９】
次に、演算装置６０は、算出された振動データから、回転している過給機の補正位置を推定し、アンバランス量を算出する。
【００２０】
次に、制御装置７０は、演算装置６０が推定した補正位置と、算出したアンバランス量を、レーザ照射装置２０に信号として出力する。レーザ照射装置２０は、制御装置７０から出力されたこの信号に基づいて、レーザ照射を行う。これにより、レーザ照射による過給機のバランス補正が開始される。
【００２１】
そして、上記バランス補正が終了したとき、再度、振動データが測定される。そして、測定された振動データから算出されたアンバランス量が所定値以下になっているか否かを判定する。アンバランス量が所定値以下になっている場合、バランス補正は終了する。一方、アンバランス量が所定値よりも大きい場合、再度、演算装置６０によって補正位置の推定及びアンバランス量の算出が行われ、レーザ照射によるバランス補正が行われる。バランス補正は、アンバランス量が所定値以下になるまで繰り返される。
【００２２】
［モータアシストターボのバランス補正］
ところで、図１で説明した過給機とは別に、回転軸にモータが取り付けられたモータアシストターボが存在する。モータアシストターボは、その構造上、コンプレッサ１０に設けられたナット４０を切削するのみでは、バランス補正を完全に行うことができない。以下、これについて図２を参照して説明する。
【００２３】
図２は、過給機及びモータアシストターボの振動特性について説明するための図である。図２の縦軸には振動振幅（振動量）の大きさが、横軸には過給機及びモータアシストターボの回転速度（周波数）が示されている。実線及び破線は、コンプレッサ側のナット４０を切削してバランス補正されたモータアシストターボの振動量の変化を示している。一点鎖線は、コンプレッサ側のナット４０を切削してバランス補正された過給機の振動量の変化を示している。
【００２４】
図２の一点鎖線が示すように、過給機は、コンプレッサ側のナット４０を切削してバランス補正をすれば、ターボ仕様回転領域において振動規格より大きな振動量が生じることはない。
【００２５】
一方、図２の実線が示すように、モータアシストターボは、１次振動（星印Ｙ）を振動規格以下になるようにコンプレッサ側をバランス補正すると、２次振動（星印Ｙ’）が振動規格より大きくなる。一方、図２の破線が示すように、モータアシストターボは、２次振動（星印Ｘ’）を振動規格以下になるようにバランス補正すると、１次振動（星印Ｘ）が振動規格より大きくなる。
【００２６】
図２の実線及び破線で示す、モータアシストターボの振動量がターボ使用回転領域において振動規格を超えてしまう現象は、モータアシストターボの固有振動の周期が、過給機に比べて短いために引き起こされる。ここで、モータアシストターボの固有振動が、過給機の振動に比べて短い周期で生じるのは、過給機に比べて、回転軸が長いからである。これは、モータアシストターボの回転軸にはモータを取り付ける必要があり、その分回転軸が長く設定されるためである。このように、モータアシストターボのコンプレッサ側のナット４０を切削してバランス補正をするのみでは、ターボ仕様回転領域において振動規格より大きな振動量が生じてしまう。
【００２７】
このため、実施の形態１では、モータアシストターボのターボ使用回転領域における振動を振動規格内に抑えるために、モータアシストターボのコンプレッサ側のみではなく、モータアシストターボのタービン側についてもバランス補正をする。コンプレッサ側及びタービン側の両側をバランス補正することで、１次振動及び２次振動の大きさを調整して、ターボ使用回転領域における振動規格より大きな振動を抑制することができる。
【００２８】
以下、実施の形態１におけるモータアシストターボのバランス補正について、図３を参照して説明する。なお、図３は、図１で説明したものと共通の構成に同一符号を付して説明を省略することとする。
【００２９】
図３は、実施の形態１において、バランス補正が行われるモータアシストターボの断面図である。図３には、モータアシストターボ１００が表されている。モータアシストターボ１００には、回転軸２４を回転させるために、モータ３０が設けられている。モータ３０に通電することで、回転軸２４を要求する方向へと回転させることができる。なお、図３には示していないが、モータアシストターボ１００は、図１で説明したバランス補正装置５０によって固定されている。モータアシストターボ１００は、図１の過給機と同様に、最終組付け状態のまま、かつ、回転しながら、レーザ照射によって切削される。
【００３０】
図３に示すように、コンプレッサ側には、第１のレーザ照射装置２０Ａが設けられている。一方、タービン側には、第２のレーザ照射装置２０Ｂが設けられている。モータアシストターボ１００のバランス補正は、第１のレーザ照射装置２０Ａ及び第２のレーザ照射装置２０Ｂのそれぞれから照射されるパルスレーザによって行われる。なお、タービン側ではハブ４２の部分が切削されて、コンプレッサ側ではナット４０の部分が切削される。
【００３１】
ここで、モータアシストターボ１００へレーザを照射して除去対象部を切削した際、溶融金属であるスパッタが生じる。このスパッタが、モータアシストターボ１００の回転によって発生する気流に流されると、コンプレッサインペラ２８及びタービンインペラ２６に付着するおそれがある。
【００３２】
そこで、実施の形態１におけるモータアシストターボ１００のバランス補正では、タービン側にレーザを照射する場合とコンプレッサ側にレーザを照射する場合とで気流の向きが変わるようにモータ３０を制御する。この制御によって、回転軸２４の回転方向を変更して、発生する気流の向きを変えることができる。以下、バランス補正時における気流の向きの変更について、図４及び図５を参照して説明する。なお、図４及び図５は、図１で説明したものと共通の構成に同一符号を付して説明を省略することとする。
【００３３】
［モータアシストターボのバランス補正時の気流の向きの変更］
図４は、実施の形態１において、タービン側の加工時における気流について表した図である。タービン側の加工時には、まず、回転軸２４がモータ３０によって回転させられる。これにより、図４の白抜き矢印で示すように、コンプレッサ１０に空気が流入してタービン１２から空気が排出される順方向に気流が発生する。この気流が発生している際にタービン１２に第２のレーザ照射装置２０Ｂによってレーザを照射することで、スパッタがタービンインペラ２６に付着することを抑制することができる。
【００３４】
図５は、実施の形態１において、コンプレッサ側の加工時における気流について表した図である。コンプレッサ側の加工時には、まず、タービン側加工時とは逆の回転方向に、モータ３０によって回転軸２４が回転させられる。これにより、図５の白抜き矢印が示すように、タービン１２から空気が流入してコンプレッサ１０から空気が排出される逆方向に気流が発生する。この気流が発生している際にコンプレッサ１０に第１のレーザ照射装置２０Ａによってレーザを照射することで、スパッタがコンプレッサインペラ２８に付着することを抑制することができる。
【００３５】
実施の形態１のモータアシストターボ１００のバランス補正の手法によれば、レーザ照射時に発生するスパッタがコンプレッサインペラ２８及びタービンインペラ２６に付着することを抑制することができる。この結果、モータアシストターボ１００の過給効率が低下することを防止できる。
【００３６】
なお、図４の説明において、回転軸２４をモータ３０の駆動によって回転させるとしたが、これに限るものではない。回転軸２４を回転させる方法として、タービン１２に設けられた駆動空気供給部３２に空気を供給してタービン１２を回転させてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０  コンプレッサ
１２  タービン
１６  回転センサ
１８  加速度ピックアップ
２０Ａ  第１のレーザ照射装置
２０Ｂ  第２のレーザ照射装置
２６  タービンインペラ
２８  コンプレッサインペラ
３０  モータ
３２  駆動空気供給部
５０  バランス補正装置
６０  演算装置
７０  制御装置
１００  モータアシストターボ
【図１】
2016130712.tif 000003
【図２】
2016130712.tif 000004
【図３】
2016130712.tif 000005
【図４】
2016130712.tif 000006
【図５】
2016130712.tif 000007