バランス修正方法と装置
【課題】回転機械に備えられる回転体のバランス修正において、回転体の切削対象部の傾きを考慮して、切削対象部を切削することで、バランス修正の精度を向上させることにある。
【解決手段】切削データ取得ステップＳ１で、アンバランスを除くために切削対象部を軸方向に切削する位相角と、当該切削の深さとを、それぞれ、切削位相角と切削深さとして予め求める。傾き計測ステップＳ２で、軸方向に対する切削対象部の加工開始面の傾きを計測する。移動距離取得ステップＳ３で、切削位相角と切削深さと傾きとに基づいて、切削位相角において、加工用初期位置から加工具を軸方向に移動させる移動距離を求める。切削ステップＳ４で、切削位相角において、移動距離だけ、加工用初期位置から加工開始面側の軸方向に加工具を移動させることで、切削対象部を切削する。
【解決手段】切削データ取得ステップＳ１で、アンバランスを除くために切削対象部を軸方向に切削する位相角と、当該切削の深さとを、それぞれ、切削位相角と切削深さとして予め求める。傾き計測ステップＳ２で、軸方向に対する切削対象部の加工開始面の傾きを計測する。移動距離取得ステップＳ３で、切削位相角と切削深さと傾きとに基づいて、切削位相角において、加工用初期位置から加工具を軸方向に移動させる移動距離を求める。切削ステップＳ４で、切削位相角において、移動距離だけ、加工用初期位置から加工開始面側の軸方向に加工具を移動させることで、切削対象部を切削する。
【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る回転体のバランスを修正するバランス修正方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願において、回転機械は、流体と力を及ぼし合う回転翼が回転体に設けられた流体機械である。回転機械には、原動機と被動機がある。原動機は、流体が回転翼に作用させる圧力により回転体が回転駆動されることで、流体の持つエネルギーを回転運動エネルギーに変換する。原動機としては、例えば、ガスタービン（軸流タービン、ラジアルタービン）がある。被動機は、回転駆動されている回転翼が流体に圧力を作用させることで、回転運動エネルギーを流体に与える。被動機としては、例えば、圧縮機（遠心圧縮機、航空エンジンなどに設けられる軸流圧縮機、斜流圧縮機、横流圧縮機、ポンプ）がある。また、回転機械には、原動機と被動機の両方の機能を持つ過給機もある。
【０００３】
回転体のアンバランスを計測するために、回転機械を試運転する。この時、回転体の回転運動により生じる振動を検出するとともに、回転体の回転角を検出する。検出した振動と回転角から、アンバランスが存在する回転軸回りの位相角を求めるとともに、アンバランス量を求める。このようなアンバランス計測は、例えば下記の特許文献１、２に記載されている。
【０００４】
回転体における切削位相角（例えば、アンバランスが存在する位相角）で、図１（Ａ）のように、回転体５の切削対象部５ａの加工開始面７（端面）から、アンバランス量に応じた切削深さだけ、切削対象部５ａをラジアル軸受４の軸Ｃ方向に切削する。すなわち、図１（Ｂ）のように、エンドミル１３ａを加工用初期位置Ｐｒから、次式（１）の距離Ｌｄだけ移動させることで、前記切削深さだけ切削対象部５ａを切削する。
Ｌｄ＝Ｌ０＋Ｄ ・・・（１）
ここで、図１（Ｂ）のように、Ｌ０は、加工用初期位置Ｐｒから加工開始面７までの距離であり、Ｄは、前記切削深さである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２６７９０７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】
しかし、バランス修正時に、加工開始面７が傾いていることで、バランス修正の精度が低下する場合がある。加工開始面７の傾きの原因としては、回転体５のシャフト５ｂが曲がっていることや、加工開始面７の加工誤差などがある。
【０００７】
加工開始面７が、図１（Ｃ）に示すように軸Ｃ方向に対して傾いていると、加工用初期位置Ｐｒから加工開始面７までの距離がＬ０からＬｘへ変動してしまう。従って、切削対象部５ａを実際に切削する深さも変動してしまう。すなわち、上述の距離Ｌｄだけ、エンドミル１３ａを加工用初期位置Ｐｒから移動させても、前記切削深さＤだけ切削対象部５ａを切削することができない。従って、バランス修正の精度が低下してしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、切削対象部（加工開始面）の傾きを考慮して、切削対象部を切削することで、バランス修正の精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明によると、回転体をラジアル軸受で支持した状態で、回転体の切削対象部を、ラジアル軸受の軸方向に部分的に切削することで、回転体のアンバランスを低減するバランス修正方法であって、
回転体の軸回り方向に関する回転体上の位置を位相角とし、回転体に存在するアンバランスを除くために切削対象部を前記軸方向に切削する位相角と、当該切削の深さとを、それぞれ、切削位相角と切削深さとして予め求める切削データ取得ステップと、
前記軸方向に対する切削対象部の加工開始面の傾きを計測する傾き計測ステップと、
前記切削位相角と前記切削深さと前記傾きとに基づいて、前記切削位相角において、加工用初期位置から加工具を前記軸方向に移動させる移動距離を求める移動距離取得ステップと、
前記切削位相角において、前記移動距離だけ、加工用初期位置から加工開始面側の前記軸方向に加工具を移動させることで、切削対象部を切削する切削ステップと、を有する、ことを特徴とするバランス修正方法が提供される。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によると、前記傾き計測ステップでは、
（Ａ）前記回転体の回転角を計測し、
（Ｂ）計測用初期位置から前記加工開始面上の被計測位置までの軸方向距離を、距離計測装置を用いて前記軸方向に計測し、
（Ｃ）前記回転体を回転させることで、回転体の軸回り方向に関して回転体における基準点と前記距離計測装置との相対位置を変化させ、
前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を繰り返すことで、複数の前記回転角と、複数の前記軸方向距離との関係を取得し、この関係に基づいて加工開始面の前記傾きを求める。
【００１１】
本発明の他の実施形態によると、前記傾き計測ステップでは、
（Ａ）回転体の軸回り方向に関する距離計測装置の計測用初期位置を計測し、
（Ｂ）計測用初期位置から前記加工開始面上の被計測位置までの軸方向距離を、前記距離計測装置を用いて前記軸方向に計測し、
（Ｃ）回転体の軸回り方向に関する距離計測装置の計測用初期位置を変化させ、
前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を繰り返すことで、回転体の軸回り方向に関する複数の前記計測用初期位置と、複数の前記軸方向距離との関係を取得し、この関係に基づいて加工開始面の前記傾きを求める。
【００１２】
前記（Ａ）では、
回転体における前記軸方向の一端部を把持装置により把持した状態で、回転体における前記軸方向の他端部に、嵌合部材を嵌合させることで、当該他端部が前記軸方向に対する半径方向にずれないようにするとともに、当該嵌合部材を、当該他端部から前記一端部へ向けて押圧し、
この状態で、計測用初期位置から前記加工開始面上の被計測位置までの軸方向距離を、前記距離計測装置を用いて前記軸方向に計測する。
【００１３】
また、上記目的を達成するため、本発明によると、回転体をラジアル軸受で支持した状態で、回転体の切削対象部を、ラジアル軸受の軸方向に部分的に切削することで、回転体のアンバランスを低減するバランス修正装置であって、
回転体の軸回り方向に関する回転体上の位置を位相角とし、回転体に存在するアンバランスを除くために切削対象部を前記軸方向に切削する位相角と、当該切削の深さとを、それぞれ、切削位相角と切削深さとし、
前記軸方向に対する切削対象部の加工開始面の傾きを計測する傾き計測装置と、
計測した前記傾きと切削位相角と切削深さとに基づいて、前記切削位相角において、加工用初期位置から加工具を前記軸方向に移動させる移動距離を求める駆動量決定装置と、
前記切削位相角において、前記移動距離だけ、加工用初期位置から加工開始面側の前記軸方向に加工具を移動させることで、切削対象部を切削する切削装置と、を有する、ことを特徴とするバランス修正装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
上述した本発明によると、前記軸方向に対する切削対象部の加工開始面の傾きを計測し、この傾きと切削位相角と切削深さとに基づいて、切削位相角において、加工用初期位置から加工具を前記軸方向に移動させる移動距離を求め、この移動距離だけ、加工用初期位置から加工開始面側の前記軸方向に加工具を移動させることで、切削対象部を切削する。従って、切削対象部の傾きを考慮した切削加工が可能となる。その結果、バランス修正の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（Ａ）は、従来のバランス修正装置の概略図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の一部を拡大した説明図であり、（Ｃ）は、（Ａ）の一部を拡大した図であるが、従来の問題を示す説明図である。
【図２】（Ａ）は、本発明の実施形態によるバランス修正装置を示し、（Ｂ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図であり、（Ｃ）は、（Ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【図３】図２（Ａ）において、接触検出部の図示を省略して加工具を示した図である。
【図４】図２（Ａ）の一部を拡大した説明図である。
【図５】本発明の実施形態によるバランス修正方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態によるバランス修正装置を過給機に適用した場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の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。
【００１７】
本発明の実施形態によるバランス修正装置１０は、回転機械の回転体５をラジアル軸受４で支持した状態で、回転体５の切削対象部５ａを、ラジアル軸受４の軸方向に部分的に切削することで、回転体５のアンバランスを低減する（無くす）装置である。
【００１８】
図２（Ａ）に、バランス修正装置１０の全体構成を示す。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のＣ−Ｃ矢視図であるが、後述の接触検出部１５ａ、加工具１３ａ、可動部１５ｂ３のみを示す。図３は、図２（Ａ）に対応するが、説明のため、接触検出部１５ａの図示を省略して、加工具１３ａを図示した図である。
【００１９】
なお、図１（Ａ）において、符号３は、ラジアル軸受４が内部に設けられたハウジングを示す。このハウジング３は、前記回転機械自身のハウジングであってもよいし、バランス修正専用のハウジングであってもよい。また、符号６は、ハウジング３を支持する支持体を示す。また、図２（Ａ）において、バランス修正時において、図１（Ａ）の場合と同様に、潤滑油が、上方（図１（Ａ）の上側）から各ラジアル軸受４に供給され、ラジアル軸受４から下方（図１（Ａ）の下側）に排出される。
【００２０】
本願において、軸方向とは、切削対象部５ａの傾きを計測する時、および、切削対象部５ａを切削する時に、回転体５を半径方向に支持しているラジアル軸受４の中心軸Ｃの方向を意味する。また、半径方向とは、当該軸方向に対する方向である。
本願において、位相角は、回転体の軸回り方向に関する回転体上の位置を意味する。切削位相角は、回転体５に存在するアンバランスを除くために切削対象部５ａを前記軸方向に切削する位相角を意味する。切削深さは、当該切削の深さを意味する。
【００２１】
バランス修正装置１０は、傾き計測装置９、駆動量決定装置１１、および切削装置１３を備える。
【００２２】
傾き計測装置９は、軸方向に対する、切削対象部５ａの表面（この例では平面）である加工開始面７（加工開始面７の法線）の傾きを計測する。本実施形態では、傾き計測装置９は、距離計測装置１５、回転角変更装置１６、回転角センサ１８、および演算部１７を有する。
【００２３】
距離計測装置１５は、接触検出部１５ａ、駆動装置１５ｂ、計測部１５ｃ、制御部１５ｄを有する。
【００２４】
接触検出部１５ａは、加工開始面７との接触を検出し、その旨の接触信号を計測部１５ｃに出力する。
【００２５】
駆動装置１５ｂは、該接触検出部１５ａを計測用初期位置から加工開始面７まで軸方向に移動させる。図２の例では、駆動装置１５ｂは、図２のＺ方向（図２の上下方向）に移動可能な第１の可動部１５ｂ１と、第１の可動部１５ｂ１を図２のＺ方向に移動させる第１の駆動部（図示せず）と、第１の可動部１５ｂ１に取り付けられ第１の可動部１５ｂ１に対し図２のＹ方向（図２の紙面と直交する方向）に移動可能な第２の可動部１５ｂ２と、第１の可動部１５ｂ１に対し第２の可動部１５ｂ２を図２のＹ方向に移動させる第２の駆動部（図示せず）と、第２の可動部１５ｂ２に取り付けられ第２の可動部１５ｂ２に対し図２のＸ方向（図２の左右方向）に移動可能な第３の可動部１５ｂ３と、第２の可動部１５ｂ２に対し第３の可動部１５ｂ３を図２のＸ方向に移動させる第３の駆動部（図示せず）とを有する。
【００２６】
計測部１５ｃは、駆動装置１５ｂにより接触検出部１５ａが計測用初期位置から軸方向に移動させられた距離を計測する。計測部１５ｃは、適宜の手段（例えば、リニアスケール）で構成されてよい。
【００２７】
計測部１５ｃは、接触検出部１５ａを計測用初期位置に位置決めした旨の計測開始信号を制御部１５ｄから受け、接触検出部１５ａが加工開始面７に接触した旨の接触信号を接触検出部１５ａから受ける。計測部１５ｃは、計測開始信号を受けた時点から、接触信号を受ける時点まで、接触検出部１５ａが計測用初期位置から加工開始面７側の軸方向に移動させられた距離を軸方向距離として計測する。
制御部１５ｄは、駆動装置１５ｂを制御する。
【００２８】
回転角変更装置１６は、把持装置１６ａと回転駆動装置１６ｂとを有する。把持装置１６ａは、回転体５と同軸に配置され、回転体５の端部を把持する。把持装置１６ａは、例えば、コレットチャックであってよい。回転駆動装置１６ｂは、回転体５の端部を把持した把持装置１６ａを中心軸Ｃ周りに回転させ、これにより回転体５を回転させる。回転駆動装置１６ｂは、例えば、図２のように、サーボモータにより構成されてよい。サーボモータ１６ｂの出力軸にはピニオン１６ｂ１が固定されている。把持装置１６ａには、回転シャフト１６ａ１が結合され、この回転シャフト１６ａ１は、図示しない軸受により中心軸Ｃ周りに回転可能に支持されている。また、回転シャフト１６ａ１には、ピニオン１６ｂ１に噛み合うギア１６ａ２が固定されている。サーボモータ１６ｂは、ピニオン１６ｂ１とギア１６ａ２を介して把持装置１６ａを回転させる。
【００２９】
回転角センサ１８は、回転体５の回転角を計測する。この回転角は、回転体５における前記基準位相角（基準点）の軸Ｃ周りに関する位置を示す。なお、回転角センサ１８は、図２（Ａ）の例では加工開始面７に対向する位置に配置されるが、距離計測装置１５または切削装置１３を使用する時には、適宜の手段により、距離計測装置１５または切削装置１３に干渉しない位置へ退避させられてよい。
【００３０】
回転角変更装置１６により、回転体５の回転角を複数の値に変化させ、当該各値毎に、距離計測装置１５により上述の軸方向距離を計測する。この計測においては、本実施形態では、回転角の複数の値の間で、上述の計測用初期位置は、上述のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に関して同じである。
【００３１】
演算部１７は、計測部１５ｃから複数の前記軸方向距離を受け、回転角センサ１８から複数の回転角を受け、それぞれ互いに対応する当該複数の前記軸方向距離と当該複数の回転角との関係に基づいて、後述のステップＳ２５のように、前記軸方向に対する加工開始面７の傾きを算出する。具体的には、演算部１７は、軸方向に対する加工開始面７の傾き方向と傾き角度を算出する。
【００３２】
駆動量決定装置１１は、切削位相角と切削深さと計測した前記傾きとに基づいて、切削位相角において、加工用初期位置から加工具１３ａを前記軸方向に移動させる移動距離Ｌ１を求める。駆動量決定装置１１は、例えば、次の近似式（２）により当該移動距離Ｌ１を算出する。
Ｌ１≒Ｘｓｉｎθ＋Ｌ０ ・・・（２）
この式において、Ｘ、θ、Ｌ０を図４に示す。Ｘは、ラジアル軸受４の中心軸Ｃを含む直線から加工用初期位置Ｐｒまでの半径方向距離である。θは、中心軸Ｃから加工開始面７に沿って切削位相角に延びる直線と、中心軸Ｃと直交する平面とのなす角度である。Ｌ０は、加工開始面７が傾いていない場合における、加工用初期位置Ｐｒから加工開始面７までの距離である。なお、図４において、破線は、軸方向に傾いていない（自身の軸がラジアル軸受４の軸方向を向いている）状態の回転体５を示す。
【００３３】
切削装置１３は、切削位相角において、前記移動距離だけ、加工用初期位置Ｐｒから加工開始面７側の前記軸方向に加工具１３ａを移動させることで、切削対象部５ａを切削する。これにより、切削位相角で前記切削深さだけ切削対象部５ａを切削加工する。図３の例では、加工具１３ａは、自身の軸回りに回転駆動されるエンドミルである。エンドミル１３の軸は、ラジアル軸受４の軸方向と平行になっている。
【００３４】
切削装置１３は、図３の例では、加工具１３ａと、上述した第１〜第３の可動部１５ｂ１、１５ｂ２、１５ｂ３と、上述した第１〜第３の駆動部と、上述した制御部１５ｄとにより構成される。
加工具（エンドミル）１３ａは、図３の例では、第３の可動部１５ｂ３に設置される。従って、駆動装置１５ｂにより、エンドミル１３ａを、加工用初期位置Ｐｒから前記移動距離だけ加工開始面７側の軸方向に移動させることができる。この場合、エンドミル１３は、第３の可動部１５ｂ３において、接触検出部１５ａから図２（Ａ）、図２（Ｃ）のＹ方向にずれた位置に設置される。これにより、エンドミル１３を使用する時に、接触検出部１５ａが切削対象部５ａに干渉せず、接触検出部１５ａを使用する時に、エンドミル１３が切削対象部５ａに干渉しない。
加工具１３ａの移動は、図３の例では、制御部１５ｄに制御される。すなわち、制御部１５には、駆動量決定装置１１から前記移動距離が入力され、制御部１５ｄは、当該移動距離に基づいて、加工具１３ａが加工用初期位置Ｐｒから当該移動距離だけ切削対象部５ａの側へ移動するように駆動装置１５ｂを制御する。
【００３５】
好ましくは、加工具１３ａが切削対象部５ａを切削する時（すなわち、後述の切削ステップＳ４を行う時）と、距離計測装置１５が前記軸方向距離を計測する時（すなわち、後述のステップＳ２２を行う時）に、回転体５における前記軸方向の端部（図２の例では、加工開始面７側の端部）に嵌合させる嵌合部材２２が設けられる。嵌合部材２２は、先端部が先細りした形状を持つ棒状部材であってよい。この場合、回転体５の端部（図２の例では、加工開始面７）には、軸方向（図２（Ａ）の右方向）に開口した挿入孔７ａが設けられる。この挿入孔７ａは、嵌合部材２２の先端部の形状に整合する形状を有する。すなわち、挿入孔７ａは、その深さ方向（軸方向）に先細りした形状を有する。嵌合部材２２の先端部が、挿入孔７ａに軸方向に挿入されることで、嵌合部材２２が回転体５の端部に嵌合する。
【００３６】
上述したバランス修正装置１０を用いて、本発明の実施形態によるバランス修正方法を行うことができる。このバランス修正方法では、回転体５をラジアル軸受４で支持した状態で、回転体５の切削対象部５ａを、ラジアル軸受４の軸方向に部分的に切削することで、回転体５のアンバランスを低減する。
【００３７】
図５は、本発明の実施形態によるバランス修正方法を示す。バランス修正方法は、切削データ取得ステップＳ１、傾き計測ステップＳ２、移動距離取得ステップＳ３、および切削ステップＳ４を有する。
【００３８】
切削データ取得ステップＳ１では、切削位相角と切削深さを予め求める。本実施形態では、切削位相角は、回転体５においてアンバランスが存在するアンバランス位相角であり、切削深さは、当該アンバランスの量Ｕを除去するための深さである。このアンバランス量Ｕは、Ｕ＝ｒ×ｍで表わすことができる。ここで、ｒは、ラジアル軸受４の中心軸Ｃを含む直線と加工用初期位置Ｐｒとの半径方向距離である。ｍは、質量である。前記切削深さは、加工開始面７が軸方向に対し傾いていない場合に、加工開始面７から当該深さだけ切削対象部５ａを切削することで、切削対象部５ａから質量ｍだけ除去できる値である。なお、切削深さは、ｍと、切削対象部５ａの密度と、加工具１３ａの寸法と、必要であれば切削対象部５ａの形状とに基づいて予め求めることができる。
このような切削位相角と切削深さ（アンバランス位相角とアンバランス量）の求め方は、例えば、特許文献１、２に記載されている。
【００３９】
傾き計測ステップＳ２では、傾き計測装置９により、前記軸方向に対する、加工開始面７の傾きを計測する。傾き計測ステップＳ２は、ステップＳ２１〜Ｓ２４を有する。
【００４０】
ステップＳ２１では、回転角センサ１８により回転体５の回転角を計測する。
ステップＳ２２では、ステップＳ２１における回転体５の回転角を維持した状態で、距離計測装置１５により、計測用初期位置から加工開始面７上の被計測位置までの前記軸方向距離を計測する。
ステップＳ２３では、ステップＳ２２を行った回数が設定数に達したかどうかを判断する。この判断がＮＯの場合には、ステップＳ２４へ進み、この判断がＹＥＳである場合には、ステップＳ２５へ進む。なお、前記設定数は、３以上の整数である（ただし、３回以上のステップＳ２１において計測した回転角が互いに異なる）。このようにステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２４を繰り返すことで、それぞれ互いに対応する複数の前記回転角と複数の前記軸方向距離との関係を取得する。
ステップＳ２４では、回転体５を把持した把持装置１６ａを回転駆動装置１６ｂにより回転させる。これにより、回転体５を回転させて、回転体５の軸回り方向に関して回転体５における基準点と距離計測装置１５（すなわち、接触検出部１５ａ）との相対位置を変化させる。また、ステップＳ２４では、このように変化させた当該相対位置を一定に維持するように回転駆動装置１６ｂによる回転体５の回転を停止させる。ステップＳ２４を行ったら、ステップＳ２１に戻る。なお、このステップＳ２４で変化させた前記相対位置は、戻ったステップＳ２１、Ｓ２２においても一定に維持しておく。
ステップＳ２５では、ステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２４を繰り返すことで取得した複数の前記回転角と複数の前記軸方向距離との関係に基づいて、演算部１７により、軸方向に対する加工開始面７の前記傾きを算出する。
【００４１】
好ましくは、ステップＳ２２を次のように行う。まず、回転体５における軸方向の一端部を把持装置１６ａにより把持した状態で、回転体５における軸方向の他端部に、嵌合部材２２を嵌合させることで、当該他端部が軸方向に対する半径方向にずれないようにする。これとともに、嵌合部材２２を、適宜の手段で、当該他端部から前記一端部へ向けて軸方向に押圧し、これにより、回転体５が軸方向から傾かないようにする。この状態で、上述のように、距離計測装置１５により、計測用初期位置から加工開始面７上の被計測位置までの前記軸方向距離を計測する。
【００４２】
移動距離取得ステップＳ３では、駆動量決定装置１１により、ステップＳ１で求めた切削位相角および切削深さと、ステップＳ２で計測した前記傾きとに基づいて、加工用初期位置Ｐｒから加工具１３ａを前記軸方向に移動させる上述の移動距離Ｌ１を算出する。
【００４３】
切削ステップＳ４では、回転体５における基準位相角（基準点）に対する切削位相角において、前記移動距離だけ、加工用初期位置Ｐｒから加工具１３ａを前記軸方向に移動させることで、切削対象部５ａを切削する。これにより、切削位相角において、切削対象部５ａを、加工開始面７から、前記切削深さだけ軸方向に切削することができる。なお、加工用初期位置Ｐｒは、予め設定されている軸方向位置と、予め設定されている半径方向位置と、切削位相角とにより特定される。なお、切削ステップＳ４において、軸Ｃ周りに関して、回転体５における前記基準位相角の位置を回転角センサ１８により計測し、当該計測値に基づいて、制御部１５ｄが、前記基準位相角に対する切削位相角に相当する加工用初期位置Ｐｒに加工具１３ａを位置決めする。
【００４４】
好ましくは、ステップＳ４を次のように行う。まず、回転体５が回転しないように回転体５における軸方向の一端部を把持装置１６ａにより把持した状態で、回転体５における軸方向の他端部に、嵌合部材２２を嵌合させる。これにより、当該他端部が軸方向に対する半径方向にずれないようにする。これとともに、当該他端部に嵌合した嵌合部材２２を、適宜の手段により、当該他端部から前記一端部へ向けて押圧することで、回転体５が軸方向から傾かないようにする。この状態で、上述のように、切削位相角において、前記移動距離だけ、加工用初期位置Ｐｒから加工具１３ａを前記軸方向に移動させることで、切削対象部５ａを切削する。
【００４５】
［実施例］
図６は、上述の実施形態によるバランス修正装置１０を、回転機械としての過給機２０に適用した場合を示す。
【００４６】
過給機２０の回転体５は、図６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２１と、タービン翼２１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２３と、一端部にタービン翼２１が結合され他端部にコンプレッサ翼２３が結合される回転軸２５とを有する。また、過給機２０は、回転体５を回転可能に支持するラジアル軸受４が内部に組み込まれたハウジング（軸受ハウジング）３を有する。また、過給機２０は、タービン翼２１を内部に収容するタービンハウジング２９と、コンプレッサ翼２３を内部に収容するコンプレッサハウジング（図６では取り外されている）とを備える。タービンハウジング２９には、アンバランス計測時にタービン翼２１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。タービンハウジング２９は、支持体６の内部に取り付けられる。タービン翼２１を駆動する流体をタービンハウジング２９の前記流路へ供給でき、タービン翼２１を駆動した当該流体を、支持体６の穴６ａを介して支持体６の外部へ排出できるように支持体６が構成されている。
【００４７】
また、支持体６は、タービンハウジング２９を介して、または直接、軸受ハウジング３を支持する。図６では、回転体５の切削対象部５ａは、コンプレッサ翼２３側の端部にあり、この例ではナットである。この場合、上述の切削ステップＳ４において、ナット５ａの外周部が切削される。
【００４８】
把持装置１６ａは、支持体６に形成された軸方向に開口する穴６ａを通して、タービン翼２１側の回転体５における端部を把持する。把持装置１６ａは、アンバランス計測時には、当該端部を把持しない。
【００４９】
また、挿入孔７ａは、回転体５においてナット５ａが螺合している雄ネジ部２６の端面２６ａに形成されている。
【００５０】
図６において、バランス修正装置１０とバランス修正方法の他の点は、上述の実施形態と同じであってよい。
【００５１】
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、下記の変更例１〜５のから選択した組み合わせ可能な２つ以上の変更例を組み合わせてもよいし、下記の変更例１〜５のいずれかを単独で採用してよい。この場合、他の点は、上述と同じであってよい。
【００５２】
（変更例１）
上述の実施形態では、距離計測装置１５は、接触検出部１５ａを用いて、計測用初期位置から加工開始面７上の被計測位置までの軸方向距離を前記軸方向に計測するが、本発明は、これに限定されない。すなわち、距離計測装置１５は、非接触に（例えば、撮像装置やレーザ距離計を用いて）、計測用初期位置から加工開始面７上の被計測位置までの軸方向距離を前記軸方向に計測してもよい。この場合、他の点は、上述と同じであってよい。
【００５３】
（変更例２）
傾き計測装置９は、距離計測装置１５の代わりに、撮像装置（例えば、ＣＣＤカメラ）を有していてもよい。この場合、傾いていない時の加工開始面７の画像を参照画像として予め取得しておき、ステップＳ２で、加工開始面７の画像を撮像装置により取得し、演算部１７により、当該画像とこの参照画像とを比較することで、加工開始面７の傾きを求めてよい。
【００５４】
（変更例３）
上述の実施形態では、切削位相角は、アンバランス位相角に一致していたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、上述のアンバランス量Ｕを除去するために、複数の位相角で切削対象部５ａを軸方向に切削し、これらの切削により、全体として、アンバランス位相角においてアンバランス量Ｕが除去されるようにしてもよい。この場合、各切削位相角毎に、本発明のバランス修正装置と方法を適用してよく、他の点は、上述と同じであってよい。
【００５５】
（変更例４）
上述の実施形態では、ステップＳ２４で、回転体５を回転させたが、この代わりに、距離計測装置１５（接触検出部１５ａ）の位置（すなわち、前記計測用初期位置）を、上述の駆動装置１５ｂにより軸Ｃ周りの方向に変化させてもよい。この場合、ステップＳ２１において、適宜の手段により、軸Ｃ周りの方向に関する前記計測用初期位置を計測し、ステップＳ２５では、各ステップＳ２１で計測した複数の前記計測用初期位置と各ステップＳ２２で計測した複数の前記軸方向距離との関係に基づいて、加工開始面７の傾きを求める。なお、ステップＳ２において、軸Ｃ周りの方向以外の方向に関する前記計測用初期位置は、一定に維持し、回転体５は回転しないように把持装置１６ａで把持しておくのがよい。
【００５６】
（変形例５）
上述の実施形態では、加工具１３ａと接触検出部１５ａとを共通の駆動装置１５ｂで移動させたが、加工具１３ａと接触検出部１５ａとを別々の駆動装置で移動させてもよい。この場合、接触検出部１５ａを、駆動装置により軸方向にのみ移動させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
３ ハウジング、４ ラジアル軸受、５ 回転体、５ａ 切削対象部、６ 支持体、６ａ 穴、７ 加工開始面、９ 傾き計測装置、１０ バランス修正装置、１１ 駆動量決定装置、１３ 切削装置、１３ａ 加工具、１５ 距離計測装置、１５ａ 接触検出部，１５ｂ 駆動装置、１５ｃ 計測部、１５ｄ 制御部、１５ｂ１ 第１の可動部、１５ｂ２ 第２の可動部、１５ｂ３ 第３の可動部、１６ 回転角変更装置、１６ａ 把持装置、１６ｂ 回転駆動装置、１７ 演算部、１８ 回転角センサ、１９ 把持装置、２０ 過給機、２１ タービン翼、２２ 嵌合部材、２３ コンプレッサ翼、２５ 回転軸、２９ タービンハウジング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械に設けられる回転体のバランスを修正するバランス修正方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願において、回転機械は、流体と力を及ぼし合う回転翼が回転体に設けられた流体機械である。回転機械には、原動機と被動機がある。原動機は、流体が回転翼に作用させる圧力により回転体が回転駆動されることで、流体の持つエネルギーを回転運動エネルギーに変換する。原動機としては、例えば、ガスタービン（軸流タービン、ラジアルタービン）がある。被動機は、回転駆動されている回転翼が流体に圧力を作用させることで、回転運動エネルギーを流体に与える。被動機としては、例えば、圧縮機（遠心圧縮機、航空エンジンなどに設けられる軸流圧縮機、斜流圧縮機、横流圧縮機、ポンプ）がある。また、回転機械には、原動機と被動機の両方の機能を持つ過給機もある。
【０００３】
回転体のアンバランスを計測するために、回転機械を試運転する。この時、回転体の回転運動により生じる振動を検出するとともに、回転体の回転角を検出する。検出した振動と回転角から、アンバランスが存在する回転軸回りの位相角を求めるとともに、アンバランス量を求める。このようなアンバランス計測は、例えば下記の特許文献１、２に記載されている。
【０００４】
回転体における切削位相角（例えば、アンバランスが存在する位相角）で、図１（Ａ）のように、回転体５の切削対象部５ａの加工開始面７（端面）から、アンバランス量に応じた切削深さだけ、切削対象部５ａをラジアル軸受４の軸Ｃ方向に切削する。すなわち、図１（Ｂ）のように、エンドミル１３ａを加工用初期位置Ｐｒから、次式（１）の距離Ｌｄだけ移動させることで、前記切削深さだけ切削対象部５ａを切削する。
Ｌｄ＝Ｌ０＋Ｄ ・・・（１）
ここで、図１（Ｂ）のように、Ｌ０は、加工用初期位置Ｐｒから加工開始面７までの距離であり、Ｄは、前記切削深さである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２６７９０７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】
しかし、バランス修正時に、加工開始面７が傾いていることで、バランス修正の精度が低下する場合がある。加工開始面７の傾きの原因としては、回転体５のシャフト５ｂが曲がっていることや、加工開始面７の加工誤差などがある。
【０００７】
加工開始面７が、図１（Ｃ）に示すように軸Ｃ方向に対して傾いていると、加工用初期位置Ｐｒから加工開始面７までの距離がＬ０からＬｘへ変動してしまう。従って、切削対象部５ａを実際に切削する深さも変動してしまう。すなわち、上述の距離Ｌｄだけ、エンドミル１３ａを加工用初期位置Ｐｒから移動させても、前記切削深さＤだけ切削対象部５ａを切削することができない。従って、バランス修正の精度が低下してしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、切削対象部（加工開始面）の傾きを考慮して、切削対象部を切削することで、バランス修正の精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明によると、回転体をラジアル軸受で支持した状態で、回転体の切削対象部を、ラジアル軸受の軸方向に部分的に切削することで、回転体のアンバランスを低減するバランス修正方法であって、
回転体の軸回り方向に関する回転体上の位置を位相角とし、回転体に存在するアンバランスを除くために切削対象部を前記軸方向に切削する位相角と、当該切削の深さとを、それぞれ、切削位相角と切削深さとして予め求める切削データ取得ステップと、
前記軸方向に対する切削対象部の加工開始面の傾きを計測する傾き計測ステップと、
前記切削位相角と前記切削深さと前記傾きとに基づいて、前記切削位相角において、加工用初期位置から加工具を前記軸方向に移動させる移動距離を求める移動距離取得ステップと、
前記切削位相角において、前記移動距離だけ、加工用初期位置から加工開始面側の前記軸方向に加工具を移動させることで、切削対象部を切削する切削ステップと、を有する、ことを特徴とするバランス修正方法が提供される。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によると、前記傾き計測ステップでは、
（Ａ）前記回転体の回転角を計測し、
（Ｂ）計測用初期位置から前記加工開始面上の被計測位置までの軸方向距離を、距離計測装置を用いて前記軸方向に計測し、
（Ｃ）前記回転体を回転させることで、回転体の軸回り方向に関して回転体における基準点と前記距離計測装置との相対位置を変化させ、
前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を繰り返すことで、複数の前記回転角と、複数の前記軸方向距離との関係を取得し、この関係に基づいて加工開始面の前記傾きを求める。
【００１１】
本発明の他の実施形態によると、前記傾き計測ステップでは、
（Ａ）回転体の軸回り方向に関する距離計測装置の計測用初期位置を計測し、
（Ｂ）計測用初期位置から前記加工開始面上の被計測位置までの軸方向距離を、前記距離計測装置を用いて前記軸方向に計測し、
（Ｃ）回転体の軸回り方向に関する距離計測装置の計測用初期位置を変化させ、
前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を繰り返すことで、回転体の軸回り方向に関する複数の前記計測用初期位置と、複数の前記軸方向距離との関係を取得し、この関係に基づいて加工開始面の前記傾きを求める。
【００１２】
前記（Ａ）では、
回転体における前記軸方向の一端部を把持装置により把持した状態で、回転体における前記軸方向の他端部に、嵌合部材を嵌合させることで、当該他端部が前記軸方向に対する半径方向にずれないようにするとともに、当該嵌合部材を、当該他端部から前記一端部へ向けて押圧し、
この状態で、計測用初期位置から前記加工開始面上の被計測位置までの軸方向距離を、前記距離計測装置を用いて前記軸方向に計測する。
【００１３】
また、上記目的を達成するため、本発明によると、回転体をラジアル軸受で支持した状態で、回転体の切削対象部を、ラジアル軸受の軸方向に部分的に切削することで、回転体のアンバランスを低減するバランス修正装置であって、
回転体の軸回り方向に関する回転体上の位置を位相角とし、回転体に存在するアンバランスを除くために切削対象部を前記軸方向に切削する位相角と、当該切削の深さとを、それぞれ、切削位相角と切削深さとし、
前記軸方向に対する切削対象部の加工開始面の傾きを計測する傾き計測装置と、
計測した前記傾きと切削位相角と切削深さとに基づいて、前記切削位相角において、加工用初期位置から加工具を前記軸方向に移動させる移動距離を求める駆動量決定装置と、
前記切削位相角において、前記移動距離だけ、加工用初期位置から加工開始面側の前記軸方向に加工具を移動させることで、切削対象部を切削する切削装置と、を有する、ことを特徴とするバランス修正装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
上述した本発明によると、前記軸方向に対する切削対象部の加工開始面の傾きを計測し、この傾きと切削位相角と切削深さとに基づいて、切削位相角において、加工用初期位置から加工具を前記軸方向に移動させる移動距離を求め、この移動距離だけ、加工用初期位置から加工開始面側の前記軸方向に加工具を移動させることで、切削対象部を切削する。従って、切削対象部の傾きを考慮した切削加工が可能となる。その結果、バランス修正の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（Ａ）は、従来のバランス修正装置の概略図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の一部を拡大した説明図であり、（Ｃ）は、（Ａ）の一部を拡大した図であるが、従来の問題を示す説明図である。
【図２】（Ａ）は、本発明の実施形態によるバランス修正装置を示し、（Ｂ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図であり、（Ｃ）は、（Ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【図３】図２（Ａ）において、接触検出部の図示を省略して加工具を示した図である。
【図４】図２（Ａ）の一部を拡大した説明図である。
【図５】本発明の実施形態によるバランス修正方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態によるバランス修正装置を過給機に適用した場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の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。
【００１７】
本発明の実施形態によるバランス修正装置１０は、回転機械の回転体５をラジアル軸受４で支持した状態で、回転体５の切削対象部５ａを、ラジアル軸受４の軸方向に部分的に切削することで、回転体５のアンバランスを低減する（無くす）装置である。
【００１８】
図２（Ａ）に、バランス修正装置１０の全体構成を示す。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のＣ−Ｃ矢視図であるが、後述の接触検出部１５ａ、加工具１３ａ、可動部１５ｂ３のみを示す。図３は、図２（Ａ）に対応するが、説明のため、接触検出部１５ａの図示を省略して、加工具１３ａを図示した図である。
【００１９】
なお、図１（Ａ）において、符号３は、ラジアル軸受４が内部に設けられたハウジングを示す。このハウジング３は、前記回転機械自身のハウジングであってもよいし、バランス修正専用のハウジングであってもよい。また、符号６は、ハウジング３を支持する支持体を示す。また、図２（Ａ）において、バランス修正時において、図１（Ａ）の場合と同様に、潤滑油が、上方（図１（Ａ）の上側）から各ラジアル軸受４に供給され、ラジアル軸受４から下方（図１（Ａ）の下側）に排出される。
【００２０】
本願において、軸方向とは、切削対象部５ａの傾きを計測する時、および、切削対象部５ａを切削する時に、回転体５を半径方向に支持しているラジアル軸受４の中心軸Ｃの方向を意味する。また、半径方向とは、当該軸方向に対する方向である。
本願において、位相角は、回転体の軸回り方向に関する回転体上の位置を意味する。切削位相角は、回転体５に存在するアンバランスを除くために切削対象部５ａを前記軸方向に切削する位相角を意味する。切削深さは、当該切削の深さを意味する。
【００２１】
バランス修正装置１０は、傾き計測装置９、駆動量決定装置１１、および切削装置１３を備える。
【００２２】
傾き計測装置９は、軸方向に対する、切削対象部５ａの表面（この例では平面）である加工開始面７（加工開始面７の法線）の傾きを計測する。本実施形態では、傾き計測装置９は、距離計測装置１５、回転角変更装置１６、回転角センサ１８、および演算部１７を有する。
【００２３】
距離計測装置１５は、接触検出部１５ａ、駆動装置１５ｂ、計測部１５ｃ、制御部１５ｄを有する。
【００２４】
接触検出部１５ａは、加工開始面７との接触を検出し、その旨の接触信号を計測部１５ｃに出力する。
【００２５】
駆動装置１５ｂは、該接触検出部１５ａを計測用初期位置から加工開始面７まで軸方向に移動させる。図２の例では、駆動装置１５ｂは、図２のＺ方向（図２の上下方向）に移動可能な第１の可動部１５ｂ１と、第１の可動部１５ｂ１を図２のＺ方向に移動させる第１の駆動部（図示せず）と、第１の可動部１５ｂ１に取り付けられ第１の可動部１５ｂ１に対し図２のＹ方向（図２の紙面と直交する方向）に移動可能な第２の可動部１５ｂ２と、第１の可動部１５ｂ１に対し第２の可動部１５ｂ２を図２のＹ方向に移動させる第２の駆動部（図示せず）と、第２の可動部１５ｂ２に取り付けられ第２の可動部１５ｂ２に対し図２のＸ方向（図２の左右方向）に移動可能な第３の可動部１５ｂ３と、第２の可動部１５ｂ２に対し第３の可動部１５ｂ３を図２のＸ方向に移動させる第３の駆動部（図示せず）とを有する。
【００２６】
計測部１５ｃは、駆動装置１５ｂにより接触検出部１５ａが計測用初期位置から軸方向に移動させられた距離を計測する。計測部１５ｃは、適宜の手段（例えば、リニアスケール）で構成されてよい。
【００２７】
計測部１５ｃは、接触検出部１５ａを計測用初期位置に位置決めした旨の計測開始信号を制御部１５ｄから受け、接触検出部１５ａが加工開始面７に接触した旨の接触信号を接触検出部１５ａから受ける。計測部１５ｃは、計測開始信号を受けた時点から、接触信号を受ける時点まで、接触検出部１５ａが計測用初期位置から加工開始面７側の軸方向に移動させられた距離を軸方向距離として計測する。
制御部１５ｄは、駆動装置１５ｂを制御する。
【００２８】
回転角変更装置１６は、把持装置１６ａと回転駆動装置１６ｂとを有する。把持装置１６ａは、回転体５と同軸に配置され、回転体５の端部を把持する。把持装置１６ａは、例えば、コレットチャックであってよい。回転駆動装置１６ｂは、回転体５の端部を把持した把持装置１６ａを中心軸Ｃ周りに回転させ、これにより回転体５を回転させる。回転駆動装置１６ｂは、例えば、図２のように、サーボモータにより構成されてよい。サーボモータ１６ｂの出力軸にはピニオン１６ｂ１が固定されている。把持装置１６ａには、回転シャフト１６ａ１が結合され、この回転シャフト１６ａ１は、図示しない軸受により中心軸Ｃ周りに回転可能に支持されている。また、回転シャフト１６ａ１には、ピニオン１６ｂ１に噛み合うギア１６ａ２が固定されている。サーボモータ１６ｂは、ピニオン１６ｂ１とギア１６ａ２を介して把持装置１６ａを回転させる。
【００２９】
回転角センサ１８は、回転体５の回転角を計測する。この回転角は、回転体５における前記基準位相角（基準点）の軸Ｃ周りに関する位置を示す。なお、回転角センサ１８は、図２（Ａ）の例では加工開始面７に対向する位置に配置されるが、距離計測装置１５または切削装置１３を使用する時には、適宜の手段により、距離計測装置１５または切削装置１３に干渉しない位置へ退避させられてよい。
【００３０】
回転角変更装置１６により、回転体５の回転角を複数の値に変化させ、当該各値毎に、距離計測装置１５により上述の軸方向距離を計測する。この計測においては、本実施形態では、回転角の複数の値の間で、上述の計測用初期位置は、上述のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に関して同じである。
【００３１】
演算部１７は、計測部１５ｃから複数の前記軸方向距離を受け、回転角センサ１８から複数の回転角を受け、それぞれ互いに対応する当該複数の前記軸方向距離と当該複数の回転角との関係に基づいて、後述のステップＳ２５のように、前記軸方向に対する加工開始面７の傾きを算出する。具体的には、演算部１７は、軸方向に対する加工開始面７の傾き方向と傾き角度を算出する。
【００３２】
駆動量決定装置１１は、切削位相角と切削深さと計測した前記傾きとに基づいて、切削位相角において、加工用初期位置から加工具１３ａを前記軸方向に移動させる移動距離Ｌ１を求める。駆動量決定装置１１は、例えば、次の近似式（２）により当該移動距離Ｌ１を算出する。
Ｌ１≒Ｘｓｉｎθ＋Ｌ０ ・・・（２）
この式において、Ｘ、θ、Ｌ０を図４に示す。Ｘは、ラジアル軸受４の中心軸Ｃを含む直線から加工用初期位置Ｐｒまでの半径方向距離である。θは、中心軸Ｃから加工開始面７に沿って切削位相角に延びる直線と、中心軸Ｃと直交する平面とのなす角度である。Ｌ０は、加工開始面７が傾いていない場合における、加工用初期位置Ｐｒから加工開始面７までの距離である。なお、図４において、破線は、軸方向に傾いていない（自身の軸がラジアル軸受４の軸方向を向いている）状態の回転体５を示す。
【００３３】
切削装置１３は、切削位相角において、前記移動距離だけ、加工用初期位置Ｐｒから加工開始面７側の前記軸方向に加工具１３ａを移動させることで、切削対象部５ａを切削する。これにより、切削位相角で前記切削深さだけ切削対象部５ａを切削加工する。図３の例では、加工具１３ａは、自身の軸回りに回転駆動されるエンドミルである。エンドミル１３の軸は、ラジアル軸受４の軸方向と平行になっている。
【００３４】
切削装置１３は、図３の例では、加工具１３ａと、上述した第１〜第３の可動部１５ｂ１、１５ｂ２、１５ｂ３と、上述した第１〜第３の駆動部と、上述した制御部１５ｄとにより構成される。
加工具（エンドミル）１３ａは、図３の例では、第３の可動部１５ｂ３に設置される。従って、駆動装置１５ｂにより、エンドミル１３ａを、加工用初期位置Ｐｒから前記移動距離だけ加工開始面７側の軸方向に移動させることができる。この場合、エンドミル１３は、第３の可動部１５ｂ３において、接触検出部１５ａから図２（Ａ）、図２（Ｃ）のＹ方向にずれた位置に設置される。これにより、エンドミル１３を使用する時に、接触検出部１５ａが切削対象部５ａに干渉せず、接触検出部１５ａを使用する時に、エンドミル１３が切削対象部５ａに干渉しない。
加工具１３ａの移動は、図３の例では、制御部１５ｄに制御される。すなわち、制御部１５には、駆動量決定装置１１から前記移動距離が入力され、制御部１５ｄは、当該移動距離に基づいて、加工具１３ａが加工用初期位置Ｐｒから当該移動距離だけ切削対象部５ａの側へ移動するように駆動装置１５ｂを制御する。
【００３５】
好ましくは、加工具１３ａが切削対象部５ａを切削する時（すなわち、後述の切削ステップＳ４を行う時）と、距離計測装置１５が前記軸方向距離を計測する時（すなわち、後述のステップＳ２２を行う時）に、回転体５における前記軸方向の端部（図２の例では、加工開始面７側の端部）に嵌合させる嵌合部材２２が設けられる。嵌合部材２２は、先端部が先細りした形状を持つ棒状部材であってよい。この場合、回転体５の端部（図２の例では、加工開始面７）には、軸方向（図２（Ａ）の右方向）に開口した挿入孔７ａが設けられる。この挿入孔７ａは、嵌合部材２２の先端部の形状に整合する形状を有する。すなわち、挿入孔７ａは、その深さ方向（軸方向）に先細りした形状を有する。嵌合部材２２の先端部が、挿入孔７ａに軸方向に挿入されることで、嵌合部材２２が回転体５の端部に嵌合する。
【００３６】
上述したバランス修正装置１０を用いて、本発明の実施形態によるバランス修正方法を行うことができる。このバランス修正方法では、回転体５をラジアル軸受４で支持した状態で、回転体５の切削対象部５ａを、ラジアル軸受４の軸方向に部分的に切削することで、回転体５のアンバランスを低減する。
【００３７】
図５は、本発明の実施形態によるバランス修正方法を示す。バランス修正方法は、切削データ取得ステップＳ１、傾き計測ステップＳ２、移動距離取得ステップＳ３、および切削ステップＳ４を有する。
【００３８】
切削データ取得ステップＳ１では、切削位相角と切削深さを予め求める。本実施形態では、切削位相角は、回転体５においてアンバランスが存在するアンバランス位相角であり、切削深さは、当該アンバランスの量Ｕを除去するための深さである。このアンバランス量Ｕは、Ｕ＝ｒ×ｍで表わすことができる。ここで、ｒは、ラジアル軸受４の中心軸Ｃを含む直線と加工用初期位置Ｐｒとの半径方向距離である。ｍは、質量である。前記切削深さは、加工開始面７が軸方向に対し傾いていない場合に、加工開始面７から当該深さだけ切削対象部５ａを切削することで、切削対象部５ａから質量ｍだけ除去できる値である。なお、切削深さは、ｍと、切削対象部５ａの密度と、加工具１３ａの寸法と、必要であれば切削対象部５ａの形状とに基づいて予め求めることができる。
このような切削位相角と切削深さ（アンバランス位相角とアンバランス量）の求め方は、例えば、特許文献１、２に記載されている。
【００３９】
傾き計測ステップＳ２では、傾き計測装置９により、前記軸方向に対する、加工開始面７の傾きを計測する。傾き計測ステップＳ２は、ステップＳ２１〜Ｓ２４を有する。
【００４０】
ステップＳ２１では、回転角センサ１８により回転体５の回転角を計測する。
ステップＳ２２では、ステップＳ２１における回転体５の回転角を維持した状態で、距離計測装置１５により、計測用初期位置から加工開始面７上の被計測位置までの前記軸方向距離を計測する。
ステップＳ２３では、ステップＳ２２を行った回数が設定数に達したかどうかを判断する。この判断がＮＯの場合には、ステップＳ２４へ進み、この判断がＹＥＳである場合には、ステップＳ２５へ進む。なお、前記設定数は、３以上の整数である（ただし、３回以上のステップＳ２１において計測した回転角が互いに異なる）。このようにステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２４を繰り返すことで、それぞれ互いに対応する複数の前記回転角と複数の前記軸方向距離との関係を取得する。
ステップＳ２４では、回転体５を把持した把持装置１６ａを回転駆動装置１６ｂにより回転させる。これにより、回転体５を回転させて、回転体５の軸回り方向に関して回転体５における基準点と距離計測装置１５（すなわち、接触検出部１５ａ）との相対位置を変化させる。また、ステップＳ２４では、このように変化させた当該相対位置を一定に維持するように回転駆動装置１６ｂによる回転体５の回転を停止させる。ステップＳ２４を行ったら、ステップＳ２１に戻る。なお、このステップＳ２４で変化させた前記相対位置は、戻ったステップＳ２１、Ｓ２２においても一定に維持しておく。
ステップＳ２５では、ステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２４を繰り返すことで取得した複数の前記回転角と複数の前記軸方向距離との関係に基づいて、演算部１７により、軸方向に対する加工開始面７の前記傾きを算出する。
【００４１】
好ましくは、ステップＳ２２を次のように行う。まず、回転体５における軸方向の一端部を把持装置１６ａにより把持した状態で、回転体５における軸方向の他端部に、嵌合部材２２を嵌合させることで、当該他端部が軸方向に対する半径方向にずれないようにする。これとともに、嵌合部材２２を、適宜の手段で、当該他端部から前記一端部へ向けて軸方向に押圧し、これにより、回転体５が軸方向から傾かないようにする。この状態で、上述のように、距離計測装置１５により、計測用初期位置から加工開始面７上の被計測位置までの前記軸方向距離を計測する。
【００４２】
移動距離取得ステップＳ３では、駆動量決定装置１１により、ステップＳ１で求めた切削位相角および切削深さと、ステップＳ２で計測した前記傾きとに基づいて、加工用初期位置Ｐｒから加工具１３ａを前記軸方向に移動させる上述の移動距離Ｌ１を算出する。
【００４３】
切削ステップＳ４では、回転体５における基準位相角（基準点）に対する切削位相角において、前記移動距離だけ、加工用初期位置Ｐｒから加工具１３ａを前記軸方向に移動させることで、切削対象部５ａを切削する。これにより、切削位相角において、切削対象部５ａを、加工開始面７から、前記切削深さだけ軸方向に切削することができる。なお、加工用初期位置Ｐｒは、予め設定されている軸方向位置と、予め設定されている半径方向位置と、切削位相角とにより特定される。なお、切削ステップＳ４において、軸Ｃ周りに関して、回転体５における前記基準位相角の位置を回転角センサ１８により計測し、当該計測値に基づいて、制御部１５ｄが、前記基準位相角に対する切削位相角に相当する加工用初期位置Ｐｒに加工具１３ａを位置決めする。
【００４４】
好ましくは、ステップＳ４を次のように行う。まず、回転体５が回転しないように回転体５における軸方向の一端部を把持装置１６ａにより把持した状態で、回転体５における軸方向の他端部に、嵌合部材２２を嵌合させる。これにより、当該他端部が軸方向に対する半径方向にずれないようにする。これとともに、当該他端部に嵌合した嵌合部材２２を、適宜の手段により、当該他端部から前記一端部へ向けて押圧することで、回転体５が軸方向から傾かないようにする。この状態で、上述のように、切削位相角において、前記移動距離だけ、加工用初期位置Ｐｒから加工具１３ａを前記軸方向に移動させることで、切削対象部５ａを切削する。
【００４５】
［実施例］
図６は、上述の実施形態によるバランス修正装置１０を、回転機械としての過給機２０に適用した場合を示す。
【００４６】
過給機２０の回転体５は、図６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２１と、タービン翼２１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２３と、一端部にタービン翼２１が結合され他端部にコンプレッサ翼２３が結合される回転軸２５とを有する。また、過給機２０は、回転体５を回転可能に支持するラジアル軸受４が内部に組み込まれたハウジング（軸受ハウジング）３を有する。また、過給機２０は、タービン翼２１を内部に収容するタービンハウジング２９と、コンプレッサ翼２３を内部に収容するコンプレッサハウジング（図６では取り外されている）とを備える。タービンハウジング２９には、アンバランス計測時にタービン翼２１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。タービンハウジング２９は、支持体６の内部に取り付けられる。タービン翼２１を駆動する流体をタービンハウジング２９の前記流路へ供給でき、タービン翼２１を駆動した当該流体を、支持体６の穴６ａを介して支持体６の外部へ排出できるように支持体６が構成されている。
【００４７】
また、支持体６は、タービンハウジング２９を介して、または直接、軸受ハウジング３を支持する。図６では、回転体５の切削対象部５ａは、コンプレッサ翼２３側の端部にあり、この例ではナットである。この場合、上述の切削ステップＳ４において、ナット５ａの外周部が切削される。
【００４８】
把持装置１６ａは、支持体６に形成された軸方向に開口する穴６ａを通して、タービン翼２１側の回転体５における端部を把持する。把持装置１６ａは、アンバランス計測時には、当該端部を把持しない。
【００４９】
また、挿入孔７ａは、回転体５においてナット５ａが螺合している雄ネジ部２６の端面２６ａに形成されている。
【００５０】
図６において、バランス修正装置１０とバランス修正方法の他の点は、上述の実施形態と同じであってよい。
【００５１】
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、下記の変更例１〜５のから選択した組み合わせ可能な２つ以上の変更例を組み合わせてもよいし、下記の変更例１〜５のいずれかを単独で採用してよい。この場合、他の点は、上述と同じであってよい。
【００５２】
（変更例１）
上述の実施形態では、距離計測装置１５は、接触検出部１５ａを用いて、計測用初期位置から加工開始面７上の被計測位置までの軸方向距離を前記軸方向に計測するが、本発明は、これに限定されない。すなわち、距離計測装置１５は、非接触に（例えば、撮像装置やレーザ距離計を用いて）、計測用初期位置から加工開始面７上の被計測位置までの軸方向距離を前記軸方向に計測してもよい。この場合、他の点は、上述と同じであってよい。
【００５３】
（変更例２）
傾き計測装置９は、距離計測装置１５の代わりに、撮像装置（例えば、ＣＣＤカメラ）を有していてもよい。この場合、傾いていない時の加工開始面７の画像を参照画像として予め取得しておき、ステップＳ２で、加工開始面７の画像を撮像装置により取得し、演算部１７により、当該画像とこの参照画像とを比較することで、加工開始面７の傾きを求めてよい。
【００５４】
（変更例３）
上述の実施形態では、切削位相角は、アンバランス位相角に一致していたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、上述のアンバランス量Ｕを除去するために、複数の位相角で切削対象部５ａを軸方向に切削し、これらの切削により、全体として、アンバランス位相角においてアンバランス量Ｕが除去されるようにしてもよい。この場合、各切削位相角毎に、本発明のバランス修正装置と方法を適用してよく、他の点は、上述と同じであってよい。
【００５５】
（変更例４）
上述の実施形態では、ステップＳ２４で、回転体５を回転させたが、この代わりに、距離計測装置１５（接触検出部１５ａ）の位置（すなわち、前記計測用初期位置）を、上述の駆動装置１５ｂにより軸Ｃ周りの方向に変化させてもよい。この場合、ステップＳ２１において、適宜の手段により、軸Ｃ周りの方向に関する前記計測用初期位置を計測し、ステップＳ２５では、各ステップＳ２１で計測した複数の前記計測用初期位置と各ステップＳ２２で計測した複数の前記軸方向距離との関係に基づいて、加工開始面７の傾きを求める。なお、ステップＳ２において、軸Ｃ周りの方向以外の方向に関する前記計測用初期位置は、一定に維持し、回転体５は回転しないように把持装置１６ａで把持しておくのがよい。
【００５６】
（変形例５）
上述の実施形態では、加工具１３ａと接触検出部１５ａとを共通の駆動装置１５ｂで移動させたが、加工具１３ａと接触検出部１５ａとを別々の駆動装置で移動させてもよい。この場合、接触検出部１５ａを、駆動装置により軸方向にのみ移動させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
３ ハウジング、４ ラジアル軸受、５ 回転体、５ａ 切削対象部、６ 支持体、６ａ 穴、７ 加工開始面、９ 傾き計測装置、１０ バランス修正装置、１１ 駆動量決定装置、１３ 切削装置、１３ａ 加工具、１５ 距離計測装置、１５ａ 接触検出部，１５ｂ 駆動装置、１５ｃ 計測部、１５ｄ 制御部、１５ｂ１ 第１の可動部、１５ｂ２ 第２の可動部、１５ｂ３ 第３の可動部、１６ 回転角変更装置、１６ａ 把持装置、１６ｂ 回転駆動装置、１７ 演算部、１８ 回転角センサ、１９ 把持装置、２０ 過給機、２１ タービン翼、２２ 嵌合部材、２３ コンプレッサ翼、２５ 回転軸、２９ タービンハウジング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体をラジアル軸受で支持した状態で、回転体の切削対象部を、ラジアル軸受の軸方向に部分的に切削することで、回転体のアンバランスを低減するバランス修正方法であって、
回転体の軸回り方向に関する回転体上の位置を位相角とし、回転体に存在するアンバランスを除くために切削対象部を前記軸方向に切削する位相角と、当該切削の深さとを、それぞれ、切削位相角と切削深さとして予め求める切削データ取得ステップと、
前記軸方向に対する切削対象部の加工開始面の傾きを計測する傾き計測ステップと、
前記切削位相角と前記切削深さと前記傾きとに基づいて、前記切削位相角において、加工用初期位置から加工具を前記軸方向に移動させる移動距離を求める移動距離取得ステップと、
前記切削位相角において、前記移動距離だけ、加工用初期位置から加工開始面側の前記軸方向に加工具を移動させることで、切削対象部を切削する切削ステップと、を有する、ことを特徴とするバランス修正方法。
【請求項２】
前記傾き計測ステップでは、
（Ａ）前記回転体の回転角を計測し、
（Ｂ）計測用初期位置から前記加工開始面上の被計測位置までの軸方向距離を、距離計測装置を用いて前記軸方向に計測し、
（Ｃ）前記回転体を回転させることで、回転体の軸回り方向に関して回転体における基準点と前記距離計測装置との相対位置を変化させ、
前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を繰り返すことで、複数の前記回転角と、複数の前記軸方向距離との関係を取得し、この関係に基づいて加工開始面の前記傾きを求める、ことを特徴とする請求項１に記載のバランス修正方法。
【請求項３】
前記傾き計測ステップでは、
（Ａ）回転体の軸回り方向に関する距離計測装置の計測用初期位置を計測し、
（Ｂ）計測用初期位置から前記加工開始面上の被計測位置までの軸方向距離を、前記距離計測装置を用いて前記軸方向に計測し、
（Ｃ）回転体の軸回り方向に関する距離計測装置の計測用初期位置を変化させ、
前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を繰り返すことで、回転体の軸回り方向に関する複数の前記計測用初期位置と、複数の前記軸方向距離との関係を取得し、この関係に基づいて加工開始面の前記傾きを求める、ことを特徴とする請求項１に記載のバランス修正方法。
【請求項４】
前記（Ａ）では、
回転体における前記軸方向の一端部を把持装置により把持した状態で、回転体における前記軸方向の他端部に、嵌合部材を嵌合させることで、当該他端部が前記軸方向に対する半径方向にずれないようにするとともに、当該嵌合部材を、当該他端部から前記一端部へ向けて押圧し、
この状態で、計測用初期位置から前記加工開始面上の被計測位置までの軸方向距離を、前記距離計測装置を用いて前記軸方向に計測する、ことを特徴とする請求項２または３に記載のバランス修正方法。
【請求項５】
回転体をラジアル軸受で支持した状態で、回転体の切削対象部を、ラジアル軸受の軸方向に部分的に切削することで、回転体のアンバランスを低減するバランス修正装置であって、
回転体の軸回り方向に関する回転体上の位置を位相角とし、回転体に存在するアンバランスを除くために切削対象部を前記軸方向に切削する位相角と、当該切削の深さとを、それぞれ、切削位相角と切削深さとし、
前記軸方向に対する切削対象部の加工開始面の傾きを計測する傾き計測装置と、
前記切削位相角と前記切削深さと前記傾きとに基づいて、前記切削位相角において、加工用初期位置から加工具を前記軸方向に移動させる移動距離を求める駆動量決定装置と、
前記切削位相角において、前記移動距離だけ、加工用初期位置から加工開始面側の前記軸方向に加工具を移動させることで、切削対象部を切削する切削装置と、を有する、ことを特徴とするバランス修正装置。
【請求項１】
回転体をラジアル軸受で支持した状態で、回転体の切削対象部を、ラジアル軸受の軸方向に部分的に切削することで、回転体のアンバランスを低減するバランス修正方法であって、
回転体の軸回り方向に関する回転体上の位置を位相角とし、回転体に存在するアンバランスを除くために切削対象部を前記軸方向に切削する位相角と、当該切削の深さとを、それぞれ、切削位相角と切削深さとして予め求める切削データ取得ステップと、
前記軸方向に対する切削対象部の加工開始面の傾きを計測する傾き計測ステップと、
前記切削位相角と前記切削深さと前記傾きとに基づいて、前記切削位相角において、加工用初期位置から加工具を前記軸方向に移動させる移動距離を求める移動距離取得ステップと、
前記切削位相角において、前記移動距離だけ、加工用初期位置から加工開始面側の前記軸方向に加工具を移動させることで、切削対象部を切削する切削ステップと、を有する、ことを特徴とするバランス修正方法。
【請求項２】
前記傾き計測ステップでは、
（Ａ）前記回転体の回転角を計測し、
（Ｂ）計測用初期位置から前記加工開始面上の被計測位置までの軸方向距離を、距離計測装置を用いて前記軸方向に計測し、
（Ｃ）前記回転体を回転させることで、回転体の軸回り方向に関して回転体における基準点と前記距離計測装置との相対位置を変化させ、
前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を繰り返すことで、複数の前記回転角と、複数の前記軸方向距離との関係を取得し、この関係に基づいて加工開始面の前記傾きを求める、ことを特徴とする請求項１に記載のバランス修正方法。
【請求項３】
前記傾き計測ステップでは、
（Ａ）回転体の軸回り方向に関する距離計測装置の計測用初期位置を計測し、
（Ｂ）計測用初期位置から前記加工開始面上の被計測位置までの軸方向距離を、前記距離計測装置を用いて前記軸方向に計測し、
（Ｃ）回転体の軸回り方向に関する距離計測装置の計測用初期位置を変化させ、
前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を繰り返すことで、回転体の軸回り方向に関する複数の前記計測用初期位置と、複数の前記軸方向距離との関係を取得し、この関係に基づいて加工開始面の前記傾きを求める、ことを特徴とする請求項１に記載のバランス修正方法。
【請求項４】
前記（Ａ）では、
回転体における前記軸方向の一端部を把持装置により把持した状態で、回転体における前記軸方向の他端部に、嵌合部材を嵌合させることで、当該他端部が前記軸方向に対する半径方向にずれないようにするとともに、当該嵌合部材を、当該他端部から前記一端部へ向けて押圧し、
この状態で、計測用初期位置から前記加工開始面上の被計測位置までの軸方向距離を、前記距離計測装置を用いて前記軸方向に計測する、ことを特徴とする請求項２または３に記載のバランス修正方法。
【請求項５】
回転体をラジアル軸受で支持した状態で、回転体の切削対象部を、ラジアル軸受の軸方向に部分的に切削することで、回転体のアンバランスを低減するバランス修正装置であって、
回転体の軸回り方向に関する回転体上の位置を位相角とし、回転体に存在するアンバランスを除くために切削対象部を前記軸方向に切削する位相角と、当該切削の深さとを、それぞれ、切削位相角と切削深さとし、
前記軸方向に対する切削対象部の加工開始面の傾きを計測する傾き計測装置と、
前記切削位相角と前記切削深さと前記傾きとに基づいて、前記切削位相角において、加工用初期位置から加工具を前記軸方向に移動させる移動距離を求める駆動量決定装置と、
前記切削位相角において、前記移動距離だけ、加工用初期位置から加工開始面側の前記軸方向に加工具を移動させることで、切削対象部を切削する切削装置と、を有する、ことを特徴とするバランス修正装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２１８６４（Ｐ２０１２−２１８６４Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５９３２６（Ｐ２０１０−１５９３２６）
【出願日】平成２２年７月１４日（２０１０．７．１４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１４日（２０１０．７．１４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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