(57)【要約】【課題】レーザ光照射により発生するスパッタがレーザ光源のトーチを保護する保護ガラスに付着することを抑制する。【解決手段】回転体201を回転した駆動エアを排出する排出口212に排気管101を配置する。排気管101は、排出口212から回転体の回転軸に沿って延びる水平管部（軸方向部）112と、回転体の軸方向に対して交差する方向に曲がる屈曲管部123とを有するとともに、当該排気管101の内部には、排出口212から排気管101に流入したエアを、排気管101が曲がる方向に誘導する気流制御板117が、排出口212と保護ガラス116との間に設けられている。このような構成により、排気管101内に流入したエアは気流制御板117によって排気管101が曲がる方向に流れるようになり、その気流に乗ってスパッタが保護ガラス116とは異なる方向に流れてゆくので、保護ガラス116にスパッタが付着しにくくなる。【選択図】図１
2017009377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体のアンバランスを修正するバランス修正装置であって、
回転体にエアを供給して当該回転体をその回転軸を中心として回転させるエア供給手段と、
前記回転体に供給したエアを排出する排出口と、
前記排出口に配置される排気管と
レーザ光照射用のトーチを有し、前記回転体に回転軸方向からレーザ光を照射して当該回転体の一部を除去するレーザ光源と、
前記トーチのレーザ光出射側に配置される保護ガラスとを備え、
前記排気管は、前記排出口から前記回転体の回転軸に沿って延びる軸方向部と、前記回転体の軸方向に対して交差する方向に曲がる屈曲部とを有するとともに、当該排気管の内部には、前記排出口から排気管に流入したエアを、前記屈曲部にて当該排気管が曲がる方向に誘導する気流制御板が前記排出口と前記保護ガラスとの間に設けられていることを特徴とするバランス修正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャのタービンホイールなどの回転体のアンバランスを修正するバランス修正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体のバランス修正装置としては、エアドライブにて回転体（例えば、タービンホイール）を回転させた状態で回転体の余剰箇所（アンバランス位置）にレーザ光を照射して当該余剰箇所の質量を除去することにより、回転体のアンバランスを修正する装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１５４６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザ光照射による質量除去加工によってアンバランスを修正する場合、レーザ光照射により発生するスパッタ（除去物）が飛散する。ここで、レーザ光源のレーザ光照射用トーチのレンズの汚染を防ぐために、トーチの前方（レーザ光出射側）に保護ガラスを配置しているが、上記レーザ光照射にて発生するスパッタが保護ガラスに付着する。保護ガラスにスパッタが付着すると、レーザ光加工の加工端の出力が低下しバランス修正における品質のばらつきが大きくなるおそれがある。
【０００５】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、回転体へのレーザ光照射によりバランス修正を行うバランス修正装置において、レーザ光照射により発生するスパッタが保護ガラスに付着することを抑制することが可能な構造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】
本発明は、回転体のアンバランスを修正するバランス修正装置であって、回転体にエアを供給して当該回転体をその回転軸を中心として回転させるエア供給手段と、前記回転体に供給したエアを排出する排出口と、前記排出口に配置される排気管と、レーザ光照射用のトーチを有し、前記回転体に回転軸方向からレーザ光を照射して当該回転体の一部を除去するレーザ光源と、前記トーチのレーザ光出射側に配置される保護ガラスとを備え、前記排気管は、前記排出口から前記回転体の回転軸に沿って延びる軸方向部と、前記回転体の軸方向に対して交差する方向に曲がる屈曲部とを有するとともに、当該排気管の内部には、前記排出口から排気管に流入したエアを、前記屈曲部にて当該排気管が曲がる方向に誘導する気流制御板が前記排出口と前記保護ガラスとの間に設けられていることを特徴としている。
【０００７】
本発明のバランス装置にあっては、回転体を回転駆動したエアは排出口から排気管内に流入する。排気管内に流入したエアは、気流制御板によって排気管が曲がる方向（回転体の回転中心と交差する方向）に流れてゆく。このような気流が排気管内に生じることにより、回転体へのレーザ光照射にて発生するスパッタは、上記気流に乗って排気管が曲がる方向つまり保護ガラスとは異なる方向に流れるようになるので、保護ガラスにスパッタが付着しにくくなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レーザ光照射により発生するスパッタが、レーザ光源のトーチ前方の保護ガラスに付着することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のバランス修正装置の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
−ターボチャージャ−
まず、バランス修正を行うターボチャージャ２００の一例について図１を参照して説明する。
【００１２】
この例のターボチャージャ２００は、タービンホイール（例えば、インコネル（登録商標）製）２０１、及び、コンプレッサインペラ（例えば、アルミニウム合金製）２０２などを備えており、そのタービンホイール２０１に一体形成されたタービンシャフト（図示せず）の端部にコンプレッサインペラ２０２が連結されている。タービンホイール２０１はタービンハウジング２１０内に収容されており、コンプレッサインペラ２０２はコンプレッサハウジング２２０内に収容されている。タービンハウジング２１０には、タービンホイール２０１を回転駆動する流体を流す流路（スクロール）が形成されている。また、タービンハウジング２１０には、タービンホイール２０１を通過した流体（エア）を排出する排出口２１２が設けられている。
【００１３】
上記タービンシャフトを支持するベアリング（図示せず）はセンターハウジング２３０内に収容されており、このセンターハウジング２３０の両側に上記タービンハウジング２１０とコンプレッサハウジング２２０とが取り付けられている。
【００１４】
−バランス修正装置−
本実施形態のバランス修正装置１００は、図１に示すように、タービン側のレーザ光源１、コンプレッサ側のレーザ光源２、タービン側の３軸移動装置３、コンプレッサ側の３軸移動装置４、駆動エア供給装置５、回転センサ６、加速度センサ７、架台８、タービンホイール側の排気管１０１、コンプレッサ側のスパッタカバー１０２、及び、演算制御装置９などを備えている。
【００１５】
架台８は、ターボチャージャ２００を着脱自在に支持することができる。架台８にターボチャージャ２００を支持した状態で、当該ターボチャージャ２００の回転中心（タービンホイール２０１の回転中心）が水平方向に沿うようになっている。
【００１６】
タービン側のレーザ光源１（以下、Ｔ側レーザ光源１ともいう）は、パルス発振が可能なレーザ発振器（例えば半導体レーザ：図示せず）、光ファイバ（図示せず）、及び、トーチ１１（以下、Ｔ側トーチ１１ともいう）などによって構成されている。Ｔ側トーチ１１は３軸移動装置３によって移動される。この３軸移動装置３によるＴ側トーチ１１の移動により、架台８に取り付けられたターボチャージャ２００のタービンホイール２０１のホイールボス２１１にパルスレーザ光を照射することができ、このレーザ光照射により、ホイールボス２１１の一部を除去することができる。Ｔ側レーザ光源１の駆動は演算制御装置９にて制御される。なお、Ｔ側トーチ１１から出射されたレーザ光は、後述する排気管１０１に設けた保護ガラス（透明ガラス板）１２６を通過してタービンホイール２０１のホイールボス２１１に照射される。
【００１７】
コンプレッサ側のレーザ光源２（以下、Ｃ側レーザ光源２ともいう）も、パルス発振が可能なレーザ発振器（例えば半導体レーザ：図示せず）、光ファイバ（図示せず）、及び、トーチ２１（以下、Ｃ側トーチ２１ともいう）などによって構成されている。Ｃ側トーチ２１は３軸移動装置４によって移動される。この３軸移動装置４によるＣ側トーチ２１の移動により、架台８に取り付けられたターボチャージャ２００のコンプレッサインペラ２０２のインペラナット２２１にパルスレーザ光（以下、単に「レーザ光」ともいう）を照射することができ、このレーザ光照射により、インペラナット２２１の一部を除去することができる。Ｃ側レーザ光源２の駆動は演算制御装置９にて制御される。
【００１８】
駆動エア供給装置５は、エア供給源５１及びエアダクト５２などを備えている。エアダクト５２はタービンハウジング２１０のスクロール入口に接続されており、エア供給源５１からの駆動エアをタービンハウジング２１０のスクロールに供給することができる。駆動エアをスクロールに供給することにより、駆動エアがタービンホイール２０１を流れて当該タービンホイール２０１が回転する。そして、タービンホイール２０１を通過したエア（排気）は、タービンハウジング２１０の排出口２１２を通じて後述する排気管１０１に排出される。なお、タービンホイール２０１の回転速度（回転数）は、エア供給源５１が出力する駆動エアの流量（タービンホイール２０１に流す駆動エアの流量）を調整することにより可変に設定することができる。駆動エア供給装置５の駆動は演算制御装置９にて制御される。なお、駆動エア供給装置５が本発明のエア供給手段の一例である。
【００１９】
回転センサ６は、架台８に装着されたターボチャージャ２００のコンプレッサインペラ２０２の近傍に配置され、そのコンプレッサインペラ２０２の基準位置からの位相（回転角）を検出する。回転センサ６の出力信号から、コンプレッサインペラ２０２の回転角（ターボ回転角）及び回転速度（ターボ回転数）を計測することができる。回転センサ６の出力信号は演算制御装置９に入力される。回転センサ６としては、磁気センサや光センサなどの各種のものを適用することができる。
【００２０】
なお、上記基準位置は、例えば、コンプレッサインペラ２０２へのペイント塗布、シール貼着、切欠き加工などの処理によって設定される。また、回転センサ６にて検出される回転角は、基準位置（＝０度）からコンプレッサインペラ２０２（タービンホイール２０１）が１回転することで０度〜３６０度まで変化する。
【００２１】
加速度センサ７は、ターボチャージャ２００を支持する架台８に取り付けられている。加速度センサ７は、ターボチャージャ２００が回転している状態のときの架台８の振動（ターボチャージャ２００の振動）を検出する。加速度センサ７の出力信号は演算制御装置９に入力される。
【００２２】
タービンホイール側の排気管１０１はタービンハウジング２１０の排出口２１２に配置されている。この排気管１０１の詳細については後述する。
【００２３】
コンプレッサ側のスパッタカバー１０２は、コンプレッサハウジング２２０の吸気口２２２に配置されている。スパッタカバー１０２は、インペラナット２２１にレーザ光を照射して質量を溶融除去する際に発生するスパッタ（金属除去物）が飛散することを防止するために設けられている。
【００２４】
演算制御装置９は、例えば、パーソナルコンピュータであって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バックアップＲＡＭ、及び、入出力インターフェースなどを備えている。演算制御装置９の入出力インターフェースには、２台のレーザ光源１，２、駆動エア供給装置５、回転センサ６、及び、加速度センサ７などが接続されている。
【００２５】
−バランス修正−
以上のバランス修正装置１００を用いたバランス修正について以下に説明する。
【００２６】
（ステップＳＴ１０１）
バランス修正装置１００の架台８にバランス修正対象であるターボチャージャ２００を取り付けた状態でトラッキング計測を行う。具体的には、駆動エア供給装置５を制御し、エアドライブにてタービンホイール２０１を回転させ、そのターボ回転数を最大回転数（ｍａｘ回転数）まで一定の回転速度で上昇させる。このターボ回転数の上昇中において回転センサ６の出力信号及び加速度センサ７の出力信号を採取し、その採取した回転角データ及び加速度データ（振動データ）に基づいて、振動の振幅（最大値）及び基準位置に対する振動位相を計測する。
【００２７】
（ステップＳＴ１０２）
ターボ回転数をアンバランス修正回転数に維持した状態でＣ側レーザ光源２を制御し、インペラナット２２１の任意の位相位置に１パルスのレーザ光を照射してＣ側感度確認除去を行う。
【００２８】
（ステップＳＴ１０３）
上記したステップＳＴ１０１と同様にしてトラッキング計測を行って、コンプレッサインペラ２０２側（以下、Ｃ側ともいう）の振幅（最大値）及び基準位置に対する振動位相を計測する。さらに、上記ステップＳＴ１０１の処理で得られた振動位相と、このステップＳＴ１０３の処理で得られた振動位相との差（Ｃ側感度確認除去前後の振動位相の変化）からＣ側のアンバランス位相（アンバランス位置）を算出する。
【００２９】
（ステップＳＴ１０４）
ターボ回転数をアンバランス修正回転数に維持した状態でＴ側レーザ光源１を制御し、ホイールボス２１１の任意の位相位置に１パルスのレーザ光を照射してＴ側感度確認除去を行う。
【００３０】
（ステップＳＴ１０５）
上記したステップＳＴ１０１と同様にしてトラッキング計測を行って、タービンホイール２０１側（以下、Ｔ側ともいう）の振動位相を計測し、その振動位相を用いて、上記ステップＳＴ１０３と同様な処理により、Ｔ側のアランバランス位相（アンバランス位置）を算出する。
【００３１】
（ステップＳＴ１０６）
アンバランス修正を行う。具体的には、ターボ回転数をアンバランス修正回転数に維持した状態でＣ側レーザ光源２を制御し、コンプレッサインペラ２０２のインペラナット２２１にパルスレーザ光をアンバランス位相で照射（アンバランス位相に同期してパルスレーザ光を照射）することにより、アンバランス位置（アンバランス除去部）の質量を除去する。
【００３２】
また、このようなＣ側アンバランス修正と並行してＴ側アンバランス修正を行う。具体的に、Ｔ側レーザ光源１を制御し、タービンホイール２０１のホイールボス２１１にパルスレーザ光をアンバランス位相で照射（アンバランス位相に同期してパルスレーザ光を照射）して、アンバランス位置の質量を除去する。
【００３３】
なお、以上のステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１０６の各処理は演算制御装置９によって実行される。
【００３４】
−排気管−
次に、本実施形態の特徴部分であるタービン側の排気管１０１について、図１を参照して説明する。
【００３５】
排気管１０１は、テーパ管部１１１、水平管部（軸方向部）１１２、屈曲管部（屈曲部）１１３、及び、垂直管部１１４がこの順で一体形成されている。
【００３６】
テーパ管部１１１は、タービンホイール２０１の回転軸を中心とする円すいテーパ形状に形成されており、その小径部１１１ａが、架台８に取り付けられたターボチャージャ２００のタービンハウジング２１０の排出口２１２に対応する位置に配置されている。テーパ管部１１１の小径部１１１ａの直径は排出口２１２の直径と同等であり、また、テーパ管部１１１の小径部１１１ａは排出口２１２に接続される。
【００３７】
水平管部１１２は、テーパ管部１１１の大径部１１１ｂに連続して形成されており、水平方向（タービンホイール２０１の回転軸方向）に沿って延びている。水平管部１１２は垂直管部１１４に屈曲管部１１３を介して繋がっている。
【００３８】
垂直管部１１４は、タービンホイール２０１の回転軸方向と直交する方向（上下方向）に沿って延びている。垂直管部１１４には、タービンホイール２０１（排出口２１２）と対向する部分（垂直壁１１４ａ）に照射窓１１５が設けられている。照射窓１１５は、耐熱性を有する保護ガラス（透明ガラス板）１１６によって塞がれている。この保護ガラス１１６は照射窓１１５に着脱自在に取り付けられており、当該保護ガラス１１６が汚れた場合などにおいて交換することが可能である。そして、Ｔ側トーチ１１は、照射窓１１５の外側であって、タービンホイール２０１の回転軸よりも上方の位置に配置されている。Ｔ側トーチ１１から出射されたレーザ光は、照射窓１１５の保護ガラス１１６を通過してタービンホイール２０１のホイールボス２１１に照射される。
【００３９】
排気管１０１には、気流制御板１１７及びエアブロー用のノズル１１８が配置されている。気流制御板１１７は、排気管１０１の内部で水平管部１１２と屈曲管部１１３との境界部付近（水平管部１１２の底部）に配置されている。気流制御板１１７は、タービンハウジング２１０の排出口２１２から排出した排気（エア）を、屈曲管部１１３にて当該排気管１０１が曲がる方向（垂直管部１１４に向く方向）に誘導する部材であって、タービンホイール２０１の回転軸に対して傾斜した状態で配置されている。なお、気流制御板１１７は、排気管１０１の横方向（図１の紙面と直交する方向）に沿って、当該排気管１０１の一端側の管壁から他端側の管壁にわたって延びていることが好ましい。
【００４０】
ノズル１１８は、屈曲管部１１３の底部であって気流制御板１１７と照射窓１１５との間に配置されており、当該ノズル１１８の先端（ノズル先端）が排気管１０１の内部に臨んでいる。ノズル１１８は、ノズル先端が垂直管部１１４に向く姿勢で配置されている。ノズル１１８には、コンプレッサインペラ２０２によって圧縮されたエアが供給され、このノズル１１８から出射したエアは照射窓１１５の保護ガラス１１６の前面側を通過した後に垂直管部１１４に向かって進行する。このようにエアブローにコンプレッサインペラ２０２によって圧縮されたエアを利用することにより効率を高めることができる。なお、ノズル１１８には、駆動エア供給装置５のエア供給源５１からのエアを供給するようにしてもよい。
【００４１】
＜効果＞
以上の実施形態において、バランス修正時にタービンホイール２０１を通過し、タービンハウジング２１０の排出口２１２から排気管１０１に流入した排気（エア）は、気流制御板１１７によって流れの向きが上向きに変更されて垂直管部１１４に向かって流れてゆく。このような排気流れ（気流）が排気管１０１内に生じることにより、バランス修正時にホイールボス２１１へのレーザ光照射にて発生するスパッタは、上記排気流れに乗って垂直管部１１４に向かって流れてゆくようになる。これにより保護ガラス１１６にスパッタが飛来することを抑制できる。また、気流制御板１１７は、ホイールボス２１１からのスパッタが保護ガラス１１６に向かうことを阻止する「スパッタよけ」の機能もはたす。したがって、このような気流制御板１１７を設けておくことにより、照射窓１１５の保護ガラス１１６にスパッタが付着することを抑制することができる。しかも、本実施形態では、エアブロー用のノズル１１８を照射窓１１５の前方に設けているので、ノズル１１８から噴出するエアによって、照射窓１１５に向かおうとする排気流れを遮ることができる。このようなエアブローを行うことにより、保護ガラス１１６へのスパッタの付着をより効果的に抑制することができる。
【００４２】
以上のように、本実施形態によれば、保護ガラス１１６にスパッタが付着することを抑制することができるので、バランス修正の品質ばらつきを抑制できる。また、保護ガラス１１６の交換頻度を少なくすることができ、バランス修正装置１００の稼働率低下等を抑制することが可能になる。
【００４３】
−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４４】
例えば、以上の実施形態では、Ｃ側アンバランス修正及びＴ側のアンバランス修正の両方を行う場合の例について説明したが、これに限れられることなく、本発明はＴ側アンバランス修正のみを行う場合にも適用可能である。
【００４５】
以上の実施形態では、ターボチャージャ２００のタービンホイール２０１やコンプレッサインペラ２０２のバランス修正に本発明のバランス修正装置を適用した例について説明したが、本発明はこれに限られることなく、他の任意の回転体のバランス修正にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、ターボチャージャのタービンホイールなどの回転体のバランスを修正するバランス修正装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１００  バランス修正装置
１  レーザ光源（Ｔ側レーザ光源）
１１  トーチ（Ｔ側トーチ）
５  駆動エア供給装置（エア供給手段）
８  架台
１０１  排気管
１１１  テーパ管部
１１２  水平管部（軸方向部）
１１３  屈曲管部（屈曲部）
１１４  垂直管部
１１４ａ  垂直壁
１１５  照射窓
１１６  保護ガラス
１１７  気流制御板
１１８  ノズル
１０２  スパッタカバー
２００  ターボチャージャ
２０１  タービンホイール（回転体）
２１０  タービンハウジング
２１１  ホイールボス
２１２  排出口
２０２  コンプレッサインペラ（回転体）
２２０  コンプレッサハウジング
２２１  インペラナット
２２２  吸気口
【図１】
2017009377.tif 000003