JP2015151901A - 締結方法、および、締結装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン軸と回転部材およびコンプレッサインペラに安定した軸力を与える。【解決手段】締結方法は、温嵌めによって、タービン軸に仮締結されたコンプレッサインペラを、タービン軸に本締結する締結方法であって、締結部材の螺合過程で締結部材の回転角度もしくは回転量と、締付トルクとを計測する工程（Ｓ２０６）と、トルク勾配が、第１の傾きとなった後、第１の傾きよりも小さい第２の傾きとなると、第１の傾き、または、第２の傾きとなるときの締付トルク、および、回転角度もしくは回転量を解に持つ、締付トルクを示す回転角度もしくは回転量の１次関数に基づいて、締付トルクが０となる回転角度を特定し起点とする工程（Ｓ２１６）と、起点からの回転角度が設定値となると、締結部材の回転を停止させる工程（Ｓ２１８）と、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、タービン軸に回転部材を締結する締結方法、および、締結装置に関する。

従来、一端にタービンインペラが設けられ他端にコンプレッサインペラが設けられたシャフトが、ベアリングハウジングに回転自在に軸支された過給機が知られている。こうした過給機をエンジンに接続し、エンジンから排出される排気ガスによってタービンインペラを回転させるとともに、このタービンインペラの回転によって、シャフトを介してコンプレッサインペラを回転させる。こうして、過給機は、コンプレッサインペラの回転に伴い空気を圧縮してエンジンに送出する。

例えば、特許文献１に記載のように、シャフトの一端にタービンインペラが接合されてなるタービン軸には、ラジアル軸受が設けられる部位よりもコンプレッサインペラ側に、外径が小さくなる段差面が形成されている。このタービン軸の段差面まで、スラストカラーなどの回転部材とコンプレッサインペラを順次取り付け、最後にナットをタービン軸の軸端側に螺合して、段差面、回転部材、および、コンプレッサインペラ間の当接部分にナットによる締結力（軸力）を生じさせ、回転部材やコンプレッサインペラとタービン軸の回転ずれを抑制する。

特開２０１３−１６３９７２号公報

上記の軸力は、ナットを回転させる回転角度と相関があることから、ナットの締結において、当該回転角度を計測して、予め設定された設定角度までナットを回転させることで、所望の軸力を担保する角度法が用いられている。しかし、回転角度を計測する際、回転角度の起点となる位置がばらつくと、軸力にもバラつきが生じてしまう。

本発明の目的は、タービン軸と回転部材およびコンプレッサインペラに安定した軸力を与えることが可能となる締結方法、および、締結装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の締結方法は、温めたコンプレッサインペラの挿通孔にタービン軸を挿通して、タービン軸に形成された段差面と、コンプレッサインペラとの間に回転部材を挟み、コンプレッサインペラを冷却することで、挿通孔が縮小してタービン軸を締め付ける温嵌めによって、タービン軸に仮締結されたコンプレッサインペラを、タービン軸に本締結する締結方法であって、タービン軸のうち、コンプレッサインペラから突出した突出部に形成されたネジ溝に、締結部材を回転させて螺合する工程と、締結部材の螺合過程で締結部材の回転角度もしくは回転量と、締付トルクそれぞれの推移を計測する工程と、計測した回転角度もしくは回転量と、締付トルクの推移に基づいて、トルク勾配を特定する工程と、特定されたトルク勾配が、第１の傾きとなった後、第１の傾きよりも小さい第２の傾きとなると、第１の傾き、または、第２の傾きとなるときの締付トルク、および、回転角度もしくは回転量を解に持つ、締付トルクを示す回転角度もしくは回転量の１次関数に基づいて、締付トルクが０となる回転角度を特定し起点とする工程と、起点からの回転角度もしくは回転量が設定値になると、締結部材の回転を停止させる工程と、を含むことを特徴とする。

起点を特定する工程において、トルク勾配が、第１の傾きとなってから第２の傾きとなるまでに、締付トルクが減少するか否かを判定し、締付トルクが減少すると判定すると、温嵌めによって仮締結された時点で、コンプレッサインペラと回転部材、または、回転部材と段差面が、軸方向に離隔していたものと判定する工程を含んでもよい。

起点を特定する工程において、回転角度もしくは回転量が、任意の開始点から予め設定された設定区間に亘って変化する間に、トルク勾配の変化が設定範囲内に収まると、設定区間におけるトルク勾配の値に基づいて、トルク勾配が第１の傾き、または、第２の傾きであるかを判定してもよい。

上記課題を解決するために、本発明の締結装置は、温めたコンプレッサインペラの挿通孔にタービン軸を挿通して、タービン軸に形成された段差面と、コンプレッサインペラとの間に回転部材を挟み、コンプレッサインペラを冷却することで、挿通孔が縮小してタービン軸を締め付ける温嵌めによって、タービン軸に仮締結されたコンプレッサインペラを、タービン軸に本締結する締結装置であって、タービン軸のうち、コンプレッサインペラから突出した突出部に形成されたネジ溝に、締結部材を回転させて螺合する締結部と、締結部材の螺合過程で締結部材の回転角度もしくは回転量と、締付トルクそれぞれの推移を計測する計測部と、特定されたトルク勾配が、第１の傾きとなった後、第１の傾きよりも小さい第２の傾きとなると、第１の傾き、または、第２の傾きとなるときの締付トルク、および、回転角度もしくは回転量を解に持つ、締付トルクを示す回転角度もしくは回転量の１次関数に基づいて、締付トルクが０となる回転角度を特定し起点とし、起点からの回転角度もしくは回転量が設定値となると、締結部材の回転を停止させるように、締結部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、タービン軸と回転部材およびコンプレッサインペラに安定した軸力を与えることが可能となる。

過給機の概略断面図である。 タービンハウジングとコンプレッサハウジングを取り付ける前の過給機の概略断面図である。 シャフトと回転部材およびコンプレッサインペラの締結を説明するための説明図である。 締結装置について説明するための図である。 締結方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 トルク曲線を説明するための第１の図である。 温嵌めによる締結部分を説明するための図である。 トルク曲線を説明するための第２の図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、過給機Ｃの概略断面図である。以下では、図１に示す矢印Ｌ方向を過給機Ｃの左側とし、矢印Ｒ方向を過給機Ｃの右側として説明する。図１に示すように、過給機Ｃは、過給機本体１を備えて構成される。この過給機本体１は、ベアリングハウジング２と、ベアリングハウジング２の左側に締結機構３によって連結されるタービンハウジング４と、ベアリングハウジング２の右側に締結ボルト５によって連結されるコンプレッサハウジング６と、が一体化されて形成されている。

ベアリングハウジング２のタービンハウジング４近傍の外周面には、ベアリングハウジング２の径方向に突出する突起２ａが設けられている。また、タービンハウジング４のベアリングハウジング２近傍の外周面には、タービンハウジング４の径方向に突出する突起４ａが設けられている。ベアリングハウジング２とタービンハウジング４は、突起２ａ、４ａを締結機構３によってバンド締結して固定される。締結機構３は、突起２ａ、４ａを挟持する締結バンド（Ｇカップリング）で構成される。

ベアリングハウジング２には、過給機Ｃの左右方向に貫通する軸受孔２ｂが形成されており、この軸受孔２ｂに設けられたラジアル軸受７によって、シャフト８が回転自在に軸支されている。シャフト８の左端部（一端）にはタービンインペラ９が一体的に固定されており、このタービンインペラ９がタービンハウジング４内に回転自在に収容されている。また、シャフト８の右端部（他端）にはコンプレッサインペラ１０が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ１０がコンプレッサハウジング６内に回転自在に収容されている。

コンプレッサハウジング６には、過給機Ｃの右側に開口するとともに不図示のエアクリーナに接続される吸気口１１が形成されている。また、締結ボルト５によってベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング６とが連結された状態では、これら両ハウジング２、６の対向面によって、空気を昇圧するディフューザ流路１２が形成される。このディフューザ流路１２は、シャフト８（コンプレッサインペラ１０）の径方向内側から外側に向けて環状に形成されており、上記の径方向内側において、コンプレッサインペラ１０を介して吸気口１１に連通している。

また、コンプレッサハウジング６には、ディフューザ流路１２よりもシャフト８（コンプレッサインペラ１０）の径方向外側に位置する環状のコンプレッサスクロール流路１３が設けられている。コンプレッサスクロール流路１３は、不図示のエンジンの吸気口と連通するとともに、ディフューザ流路１２にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ１０が回転すると、吸気口１１からコンプレッサハウジング６内に空気が吸気されるとともに、当該吸気された空気は、コンプレッサインペラ１０の翼間を流通する過程において遠心力の作用などにより増速され、ディフューザ流路１２およびコンプレッサスクロール流路１３で昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

タービンハウジング４には、過給機Ｃの左側に開口するとともに不図示の排気ガス浄化装置に接続される吐出口１４が形成されている。また、タービンハウジング４には、流路１５と、この流路１５よりもシャフト８（タービンインペラ９）の径方向外側に位置する環状のタービンスクロール流路１６とが設けられている。タービンスクロール流路１６は、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスが導かれる不図示のガス流入口と連通するとともに、上記の流路１５にも連通している。したがって、ガス流入口からタービンスクロール流路１６に導かれた排気ガスは、流路１５およびタービンインペラ９を介して吐出口１４に導かれるとともに、その流通過程においてタービンインペラ９を回転させることとなる。そして、上記のタービンインペラ９の回転力は、シャフト８を介してコンプレッサインペラ１０に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ１０の回転力によって、上記のとおりに、空気が昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

図２は、タービンハウジング４とコンプレッサハウジング６を取り付ける前の過給機Ｃの概略断面図である。図１と同様、図２に示す矢印Ｌ方向を過給機Ｃの左側とし、矢印Ｒ方向を過給機Ｃの右側として説明する。図２に示すように、ベアリングハウジング２の内部には、シャフト８に作用するスラスト荷重を受ける２つのスラスト軸受２０、２１が、スラストカラー２２を挟んで左右に配されている。スラスト軸受２０、２１およびスラストカラー２２には、シャフト８が挿通されている。

スラストカラー２２の右側には油切り２３が隣接しており、油切り２３の左側の端部がスラスト軸受２１に挿通され、油切り２３の右側がシールプレート２４に挿通されている。そして、油切り２３のうち、スラスト軸受２１およびシールプレート２４の間におけるシールプレート２４寄りの部位が径方向外方に突出しており、潤滑油を径方向外方に飛散させることで、シールプレート２４から右側への潤滑油漏れを抑制している。また、油切り２３の右側にはコンプレッサインペラ１０が隣接している。

スラストカラー２２と油切り２３で構成される回転部材２５とコンプレッサインペラ１０は、シャフト８と一体的に回転するようにシャフト８に締結されている。一方、スラスト軸受２０とシャフト８、油切り２３とスラスト軸受２１、および、油切り２３とシールプレート２４は、互いに径方向に隙間が設けられており、相対回転可能となっている。

図３は、シャフト８と回転部材２５およびコンプレッサインペラ１０の締結を説明するための説明図である。シャフト８とタービンインペラ９は、シャフト８の一端にタービンインペラ９が溶接などで固定されてタービン軸を構成し、一体的に回転する。一方、コンプレッサインペラ１０は、スラストカラー２２や油切り２３と共に、シャフト８と一体的に回転するように、ナット２６（締結部材）による締結力で締結されている。

詳細には、図３に示すように、シャフト８には段差面８ａが形成されており、この段差面８ａを境にして、タービンインペラ９側の外径が、コンプレッサインペラ１０側の外径よりも大径となるように形成されている。そして、スラストカラー２２は、段差面８ａに当接する位置までシャフト８に挿通される。

また、油切り２３は、スラストカラー２２に当接する位置までシャフト８に挿通され、コンプレッサインペラ１０は、油切り２３に当接する位置までシャフト８に挿通される。

ここで、コンプレッサインペラ１０をシャフト８に締結する際には、コンプレッサインペラ１０を温め、挿通孔１０ａを拡げた状態で、この挿通孔１０ａにシャフト８を圧入する。コンプレッサインペラ１０が冷却されると、挿通孔１０ａが縮小してシャフト８が締め付けられる（所謂温嵌め）。

その後、シャフト８のうち、コンプレッサインペラ１０から突出した突出部８ｂに形成されたネジ溝８ｃにナット２６を螺合させる。こうして、シャフト８の段差面８ａとナット２６の間にスラストカラー２２、油切り２３、および、コンプレッサインペラ１０を挟み込み、ナット２６で締め付けることで（ナット２６による締結力で）、シャフト８の軸方向の圧縮力（軸力）を生じさせる。この軸力によって、段差面８ａ、スラストカラー２２、油切り２３、コンプレッサインペラ１０、および、ナット２６それぞれの当接部分に摩擦抵抗が生じる。そのため、シャフト８に対し、回転部材２５やコンプレッサインペラ１０が相対回転してしまう回転ずれが抑制される。

上記の軸力は、ナット２６を回転させる回転角度と相関があることから、ナット２６の締結において、当該回転角度を計測して、予め設定された設定値までナット２６を回転させることで、所望の軸力を担保する角度法が用いられている。しかし、回転角度を計測する際、回転角度の起点となる位置がばらつくと、軸力にもバラつきが生じてしまう。

そこで、本実施形態の締結装置は、回転角度と締付トルクの推移を示すトルク曲線に基づいて、シャフト８とコンプレッサインペラ１０の締結を遂行する。以下、締結装置１００の概略的な構成について説明した後、締結装置１００による締結方法について詳述する。

図４は、締結装置１００について説明するための図である。図４に示すように、締結装置１００の基台１００ａの上方には、加熱部１１１、圧入部１１２、締結部１１３が設置されている。加熱部１１１は、円盤状のターンテーブル１１１ａと不図示のヒータを有する。ターンテーブル１１１ａは、基台１００ａに立設する柱部材１１１ｂによって中央部分が下方支持され、締結装置１００における制御部１１５の制御に応じ、柱部材１１１ｂを中心に不図示のモータなどの動力によって回転する。

ターンテーブル１１１ａ上に搬送されたコンプレッサインペラ１０は、シャフト８を挿通する挿通孔１０ａにヒータが挿通され、ターンテーブル１１１ａが回転している間に、ヒータによって加熱されることで挿通孔１０ａの内径が拡大する。

タービンハウジング４、コンプレッサインペラ１０、ナット２６、および、コンプレッサハウジング６が取り付けられる前の過給機Ｃ、すなわち、コンプレッサインペラ１０圧入前の過給機Ｃ（以下、圧入前過給機Ｃ_１と称す）には、シャフト８の段差面８ａに当接する位置までスラストカラー２２が挿通された後、油切り２３がスラストカラー２２に当接する位置までシャフト８に挿通されている。この圧入前過給機Ｃ_１に冶具Ｊ１が取り付けられて、ターンテーブル１１１ａの下方に搬送される。

そして、ターンテーブル１１１ａの回転によってコンプレッサインペラ１０が圧入前過給機Ｃ_１の上方に到達すると、組入部１１１ｃによって、圧入前過給機Ｃ_１のシャフト８が、コンプレッサインペラ１０に挿通される。この時点では、シャフト８とコンプレッサインペラ１０の寸法関係からシャフト８が途中までしか挿通されない。そして、コンプレッサインペラ１０が途中まで挿通された圧入前過給機Ｃ_１は、冶具Ｊ１を冶具Ｊ２に取り換えられ、圧入部１１２に搬送される。

圧入部１１２は、油圧シリンダなどのアクチュエータ１１２ａを有し、アクチュエータ１１２ａが、制御部１１５の制御に応じた圧力でコンプレッサインペラ１０を押圧することで、圧入前過給機Ｃ_１のシャフト８がコンプレッサインペラ１０に圧入される。

コンプレッサインペラ１０が圧入された過給機Ｃ、すなわち、ナット２６締結前の過給機Ｃ（以下、締結前過給機Ｃ_２と称す）は、アクチュエータ１１２ａによる押圧が継続した状態で、不図示の冷却部によって圧縮空気を噴射されるなどして冷却される。こうして、シャフト８とコンプレッサインペラ１０の摩擦抵抗が大きくなる。

冷却された締結前過給機Ｃ_２は、シャフト８のコンプレッサインペラ１０側の軸端側にナット２６が仮締めされ、冶具Ｊ２を冶具Ｊ３に取り換えられ、締結部１１３に搬送される。

締結部１１３は、ナットランナー１１３ａを有し、ナットランナー１１３ａが、制御部１１５の制御に応じたトルクで、締結前過給機Ｃ_２の仮締めされたナット２６を本締めする。

計測部１１４は、角度センサ１１４ａおよびトルクセンサ１１４ｂで構成され、ナット２６の螺合過程でナット２６の回転角度と締付トルクそれぞれの推移を計測する。ここで、角度センサ１１４ａは、ナット２６の回転角度を、例えば、パルス信号として出力する。すなわち、回転角度は、パルス信号などの回転量に置き換えられて計測される。以下、制御部１１５は、回転角度を用いて制御を遂行する場合を例に挙げて説明するが、回転角度の代わりに回転量を用いて制御を遂行してもよい。

制御部１１５は、計測した回転角度と締付トルクの推移に基づいて、回転角度の起点を特定し、起点からの回転角度が設定値となると、ナット２６の回転を停止させるように、締結部１１３を制御する。以下、制御部１１５の処理について、フローチャートを参照して詳述する。

図５は、締結方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。始めに、加熱部１１１は、コンプレッサインペラ１０を加熱し、圧入部１１２は圧入前過給機Ｃ_１のシャフト８にコンプレッサインペラ１０を圧入する温嵌めを遂行する（Ｓ２００）。そして、締結前過給機Ｃ_２のシャフト８にナット２６を仮締めし（Ｓ２０２）、締結部１１３がナット２６の本締めを開始する（Ｓ２０４）。

計測部１１４は、ナット２６の螺合過程（本締め過程）でナット２６の回転角度と締付トルクの計測を開始する（Ｓ２０６）。

図６は、トルク曲線を説明するための第１の図である。計測部１１４が計測したナット２６の回転角度と締付トルクを、縦軸にトルク、横軸に回転角度を取った図にプロットすると、図６（ａ）に破線で示すように、トルク曲線が描かれる。

図６（ｂ）に示すように、トルク曲線においては、大まかに２つのトルク勾配２７、２８が形成される。これは、温嵌めによるシャフト８とコンプレッサインペラ１０との摩擦力の影響による。

図７は、温嵌めによる締結部分を説明するための図である。図７にクロスハッチングで示すように、温嵌めによってコンプレッサインペラ１０の挿通孔１０ａの内周面と、シャフト８の外周面との間には摩擦力が生じている。

その結果、ナット２６を締め付けると、シャフト８のうち、図７中、区間Ｌａの部分が弾性変形して軸方向に伸長する。ナット２６の締め付けが進むと、図７にクロスハッチングで示す部位の摩擦力をナット２６による引張応力が上回り、当該摩擦部分が滑る。その後は、図７中、区間Ｌａよりも長い区間Ｌｂの部分が弾性変形して軸方向に伸長することとなる。

このように、ナット２６の締め付けに伴って、シャフト８のうち、弾性変形する部位が２段階に変化することから、図６（ｂ）に示すように、トルク曲線には２つのトルク勾配２７、２８が形成される。すなわち、シャフト８のうち、区間Ｌａが伸長しているときは、トルク勾配２７が形成され、区間Ｌａより長い区間Ｌｂが伸長しているときは、トルク勾配２７よりも傾斜が小さいトルク勾配２８が形成される。

ここで、従来は、図６（ｃ）に示す比較例のように、締付トルクが所定値αとなったときのナット２６の回転角度を起点とし、起点から予め設定された設定値分、ナット２６を回転させて本締めを遂行していた。これでは、例えば、回転部材２５およびコンプレッサインペラ１０間の摩擦係数の個体差などから、ナット２６の締付トルクに対する回転角度がバラつき、回転角度の起点にもバラつきが生じてしまう。

本実施形態では、上記の温嵌めの特性を利用して、ナット２６の回転角度の起点を特定している。具体的には、まず、制御部１１５は、回転角度と締付トルクの推移に基づいてトルク勾配を随時特定し、トルク勾配が、予め設定された第１の傾き（トルク勾配２７）となったことを特定する（図５におけるＳ２０８）。ここで、第１の傾きには、例えば、予め適正範囲が定められており、制御部１１５は、トルク勾配が第１の傾きの適正範囲に入ると、トルク勾配が第１の傾きになったと判定する。

その後、制御部１１５は、回転角度の増加に伴って締付トルクの減少があるか否かを判定する（Ｓ２１０）。

図８は、トルク曲線を説明するための第２の図である。図８（ａ）に示すように、トルク曲線において、２つのトルク勾配２７、２８の間に、回転角度の増加に伴って締付トルクが減少する区間が生じる場合がある。

これは、例えば、コンプレッサインペラ１０が軸方向に移動しきらないまま、段差面８ａ、回転部材２５（スラストカラー２２、油切り２３）、および、コンプレッサインペラ１０の間に、軸方向に隙間が残ってしまった場合に起きる。

上記のように、ナット２６の締め付けが進むと、シャフト８とコンプレッサインペラ１０の間の摩擦力をナット２６による引張応力が上回り、当該摩擦部分が滑る。このとき、軸方向に隙間が残っていると、ナット２６は容易に回転し、回転角度が増加しても締付トルクが減少することとなる。

このように、締付トルクの減少がある場合（図５におけるＳ２１０におけるＹＥＳ）、制御部１１５は、温嵌めによって仮締結された時点で、コンプレッサインペラ１０と回転部材２５、または、回転部材２５と段差面８ａが、軸方向に離隔していたものと判定し、対象となっている締結前過給機Ｃ_２を、生産ラインから除外し（Ｓ２１２）、当該締結処理を終了する。こうして、温嵌めにおける仮締結が適切なものを容易に選別することが可能となる。

締付トルクの減少がなければ（Ｓ２１０におけるＮＯ）、制御部１１５は、トルク勾配の特定を継続し、トルク勾配が、第１の傾きよりも小さい、予め設定された第２の傾き（トルク勾配２８）となったことを特定する（Ｓ２１４）。ここで、第２の傾きには、例えば、予め適正範囲が定められており、制御部１１５は、トルク勾配が第２の傾きの適正範囲に入ると、トルク勾配が第２の傾きになったと判定する。

その後、制御部１１５は、第２の傾きとなるときの締付トルク、および、回転角度を解に持つ、締付トルクを示す回転角度の１次関数に基づいて、締付トルクが０となる回転角度を特定して起点とする（Ｓ２１６）。この１次関数は、締付トルクを変数ｙ、回転角度を変数ｘ、第２の傾きを定数ａ、切片を定数ｂとすると、下記の数式１で表される。
ｙ＝ａｘ＋ｂ …（数式１）

図６（ｃ）において、この１次関数はトルク曲線に一部が重なるとともにトルク勾配２８を示す直線と大凡等しく、起点は、トルク勾配２８の直線とトルク０の座標軸との交点となる。

言い換えれば、トルク曲線において、第２の傾きとなった回転角度から、第２の傾きで締付トルクが０となるまで仮想線を引いたとき、締付トルクが０となる回転角度を起点とすることとなる。

制御部１１５は、特定した起点からの回転角度が、予め設定された設定値となると、ナット２６の回転を停止させ、本締結を完了し（Ｓ２１８）、当該締結処理を終了する。

上述したトルク勾配２７、２８の特定ステップＳ２０８、Ｓ２１４において、制御部１１５は、回転角度が、任意の開始点から予め設定された設定区間に亘って変化する間に、トルク勾配の変化が設定範囲内に収まると、設定区間におけるトルク勾配の値に基づいて、第１の傾き、または、第２の傾きであるかを判定する。

具体的には、例えば、回転角度がＸ度（Ｘは予め設定された値）に亘って、トルク勾配の変化がＹ±Ｚ（Ｙは任意の値、Ｚは予め設定された値）の範囲に収まっていると、制御部１１５は、Ｘ度の区間におけるトルク勾配の平均値が、第１の傾き、または、第２の傾きであるかを判定する。ここで、トルク勾配の算出は、例えば最小二乗法のような統計処理を行っても構わない。

そのため、設定値や設定範囲の値を適正に設定すれば、トルク勾配を誤判定したり、トルク勾配の特定に要する回転角度の範囲が大きくなり過ぎて、トルク勾配の特定が不可能となったりする事態を回避することが可能となる。

上述した実施形態では、トルク勾配が、第１の傾きとなってから第２の傾きとなるまでに、締付トルクが減少したと判定すると、温嵌めによって仮締結された時点で、コンプレッサインペラ１０と回転部材２５、または、回転部材２５と段差面８ａが、軸方向に離隔していたものと判定する場合について説明した。しかし、第１の傾きとなってから第２の傾きとなるまでに、締付トルクが減少するか否かを判定する工程は必須の工程ではない。

また、上述した実施形態では、締付トルクの減少があった締結前過給機Ｃ_２を生産ラインから除外する場合について説明した。ここで、制御部１１５は、締付トルクの減少があった締結前過給機Ｃ_２について、図８（ａ）に示すように締付トルクの減少後に第２の傾きがある場合は、生産ラインから除外せずに、第２の傾き特定Ｓ２１４に戻ってもよい。

また、上述した実施形態では、制御部１１５は、トルク勾配が第２の傾きとなった区間における任意の締付トルク、および、回転角度を解に持ち、締付トルクを示す回転角度の１次の関数に基づいて、締付トルクが０となる回転角度を起点として特定する場合について説明した。しかし、制御部１１５は、図８（ｂ）に示すように、トルク勾配が第１の傾きとなった区間における任意の締付トルク、および、回転角度を解に持ち、締付トルクを示す回転角度の１次の関数（トルク勾配２７を示す直線）に基づいて、締付トルクが０となる回転角度を起点として特定してもよい。

トルク曲線において、第１の傾き、および、第２の傾きとなる部位は、再現性が高く安定して形成されることから、図６（ｂ）や図８（ｂ）を参照して説明した手段で特定される起点は、個体差によるブレが少ない。このようなブレの少ない起点から、予め設定された設定値までナット２６を回転させて締結することで、シャフト８と回転部材２５およびコンプレッサインペラ１０に安定した軸力を与えることが可能となる。

また、上述した実施形態では、回転部材２５がスラストカラー２２と油切り２３で構成される場合について説明したが、回転部材として、スラストカラー２２および油切り２３は必須の構成ではなく、また、ナット２６の締結力でシャフト８と一体的に締結される他の部材を回転部材に含んでもよい。

さらに、上述した実施形態のトルク傾きから起点を算出し、設定角度まで本締めする締結方法は、コンプレッサインペラ１０がタービン軸にスキマをもって挿入される形態にも適用可能である。この場合、トルク勾配を特定する傾きは１つで構わない。

また、上述した実施形態では、温めたコンプレッサインペラ１０の挿通孔１０ａにシャフト８を挿通して、コンプレッサインペラ１０を冷却することで、挿通孔１０ａが縮小してシャフト８を締め付ける温嵌めについて説明した。しかし、シャフト８を冷やして、コンプレッサインペラ１０の挿通孔１０ａに挿通して、シャフト８が温まることで、シャフト８が拡径してコンプレッサインペラ１０に締め付けられる冷し嵌めにも適用可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、タービン軸に回転部材を締結する締結方法、および、締結装置に利用することができる。

８ シャフト（タービン軸）
８ａ 段差面
８ｂ 突出部
８ｃ ネジ溝
９ タービンインペラ（タービン軸）
１０ コンプレッサインペラ
１０ａ 挿通孔
２５ 回転部材
２６ ナット（締結部材）
１００ 締結装置
１１３ 締結部
１１４ 計測部
１１５ 制御部

Claims (4)

1. 温めたコンプレッサインペラの挿通孔にタービン軸を挿通して、該タービン軸に形成された段差面と、該コンプレッサインペラとの間に回転部材を挟み、該コンプレッサインペラを冷却することで、該挿通孔が縮小して該タービン軸を締め付ける温嵌めによって、該タービン軸に仮締結された該コンプレッサインペラを、該タービン軸に本締結する締結方法であって、
   前記タービン軸のうち、前記コンプレッサインペラから突出した突出部に形成されたネジ溝に、締結部材を回転させて螺合する工程と、
   前記締結部材の螺合過程で該締結部材の回転角度もしくは回転量と、締付トルクそれぞれの推移を計測する工程と、
   計測した回転角度もしくは回転量と、締付トルクの推移に基づいて、トルク勾配を特定する工程と、
   特定された前記トルク勾配が、第１の傾きとなった後、該第１の傾きよりも小さい第２の傾きとなると、該第１の傾き、または、該第２の傾きとなるときの前記締付トルク、および、前記回転角度もしくは回転量を解に持つ、該締付トルクを示す該回転角度もしくは回転量の１次関数に基づいて、締付トルクが０となる回転角度を特定し起点とする工程と、
   前記起点からの回転角度もしくは回転量が設定値になると、前記締結部材の回転を停止させる工程と、
   を含むことを特徴とする締結方法。
2. 前記起点を特定する工程において、トルク勾配が、前記第１の傾きとなってから前記第２の傾きとなるまでに、締付トルクが減少するか否かを判定し、
   前記締付トルクが減少すると判定すると、前記温嵌めによって仮締結された時点で、前記コンプレッサインペラと前記回転部材、または、該回転部材と前記段差面が、軸方向に離隔していたものと判定する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の締結方法。
3. 前記起点を特定する工程において、回転角度もしくは回転量が、任意の開始点から予め設定された設定区間に亘って変化する間に、トルク勾配の変化が設定範囲内に収まると、該設定区間におけるトルク勾配の値に基づいて、トルク勾配が前記第１の傾き、または、前記第２の傾きであるかを判定することを特徴とする請求項１または２に記載の締結方法。
4. 温めたコンプレッサインペラの挿通孔にタービン軸を挿通して、該タービン軸に形成された段差面と、該コンプレッサインペラとの間に回転部材を挟み、該コンプレッサインペラを冷却することで、該挿通孔が縮小して該タービン軸を締め付ける温嵌めによって、該タービン軸に仮締結された該コンプレッサインペラを、該タービン軸に本締結する締結装置であって、
   前記タービン軸のうち、前記コンプレッサインペラから突出した突出部に形成されたネジ溝に、締結部材を回転させて螺合する締結部と、
   前記締結部材の螺合過程で該締結部材の回転角度もしくは回転量と、締付トルクそれぞれの推移を計測する計測部と、
   特定された前記トルク勾配が、第１の傾きとなった後、該第１の傾きよりも小さい第２の傾きとなると、該第１の傾き、または、該第２の傾きとなるときの前記締付トルク、および、前記回転角度もしくは回転量を解に持つ、該締付トルクを示す該回転角度もしくは回転量の１次関数に基づいて、締付トルクが０となる回転角度を特定し起点とし、該起点からの回転角度もしくは回転量が設定値となると、該締結部材の回転を停止させるように、前記締結部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする締結装置。

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