JP2016176783A

JP2016176783A - 回転体

Info

Publication number: JP2016176783A
Application number: JP2015056489A
Authority: JP
Inventors: 成公片岡; Seiko Kataoka; 祥早川; Sho Hayakawa; 英敏播摩; Hidetoshi Harima
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: DE112016001288T5; US20180058971A1; US10598561B2; JP6011666B2; WO2016147849A1

Abstract

【課題】凹状の基準マーク４が表面に形成された回転体１に生じるそもそものアンバランスを低減する。
【解決手段】軸周りに回転する回転体１の表面構造であって、回転体１の表面に、回転体１の回転位相を検出する際に基準となる、電磁波によって検出可能な凹状の基準マーク４が形成されるとともに、表面のうち回転体１の回転方向において基準マーク４から９０度以上離れた位置に、少なくとも１つの凹状のダミーマーク５が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸周りに回転する回転体の表面構造に関する。

回転体の回転位相を検出するため、回転体の表面に光等の電磁波で検出可能な凹状の基準マークが設けられることがある。しかしながら、凹状の基準マークを設けることによって、回転体の重量バランスが回転方向において非均一となり、その結果生ずるアンバランスにより、回転時に振動が発生するおそれがあった。

このような場合には、例えば特許文献１に記載されているアンバランス修正方法により、回転体のアンバランスを低減することができる。特許文献１に記載の方法は、まず回転体のアンバランス量を測定し、そのアンバランスを相殺すべく回転体の一部を切削除去するものである。特に、特許文献１の方法では、１箇所の切削除去では対応しきれない場合に、所定の複数箇所を切削除去することにより、効果的にアンバランスが低減できるものとされている。

特開２０１３−１５４７２号公報

特許文献１の技術は、回転体のアンバランス量が大きい場合にもアンバランスを効果的に低減できるという点においては確かに有効である。しかしながら、回転体の複数箇所を切削除去することで、アンバランス修正に要する工数が増加する傾向にある。アンバランス修正に要する工数を低減するためには、回転体に生じるアンバランス量を小さくする必要があるが、特許文献１では、回転体のそもそものアンバランスを低減することについては論じられていない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、凹状の基準マークが表面に形成された回転体に生じるそもそものアンバランスを低減することを目的とする。

本発明は、軸周りに回転する回転体の表面構造であって、前記回転体の表面に、前記回転体の回転位相を検出する際に基準となる、電磁波によって検出可能な凹状の基準マークが形成されるとともに、前記表面のうち前記回転体の回転方向において前記基準マークから９０度以上離れた位置に、少なくとも１つの凹状のダミーマークが形成されていることを特徴とする。

本発明では、回転体の表面に、回転位相を検出する際の基準となる凹状の基準マークが形成されるとともに、回転方向において基準マークから９０度以上離れた位置に、少なくとも１つの凹状のダミーマークが形成されている。このため、基準マークが存在することによるアンバランスをダミーマークによって相殺することができ、回転体に生じるそもそものアンバランスを低減することが可能となる。

本実施形態にかかるインペラの軸方向に沿った断面図である。図１のＩＩ−ＩＩにおける断面矢視図である。回転位相を検出する原理を説明するための模式図である。削り出し加工用の切削具の先端形状を示す斜視図である。他の実施形態におけるボス部の軸方向先端側の端面の正面図である。他の実施形態における回転位相検出センサーを模式的に示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明にかかる回転体の表面構造を、インペラに適用した場合の実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかるインペラの軸方向に沿った断面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩにおける断面矢視図である。なお、本発明が適用できるのはインペラに限定されず、他の回転体に本発明を適用することももちろん可能である。

本実施形態のインペラ１は、自動車に設けられるターボチャージャーのコンプレッサとして用いられるもので、アルミニウム（あるいはアルミニウム合金）を削り出し加工することによって製作される。インペラ１は、軸方向に延びるボス部２と、ボス部２から径方向外側に形成された複数の羽根３ａを有する羽根部３とからなる。ボス部２の内部には、不図示の回転軸を挿入するための貫通孔２ａが軸方向に沿って形成されており、貫通孔２ａに挿入された回転軸がナット等によってボス部２に固定される。なお、図１、図２では、羽根３ａの形状は簡略化して図示しており、正確な形状を示すものではない。

ボス部２のうち羽根部３よりも軸方向先端側（図１の右側）に突出した先端領域２ｂの周面には、半球形状の凹部である基準マーク４と、基準マーク４と同形状を有するダミーマーク５が形成されている。基準マーク４は、インペラ１の回転位相を検出するために利用されるマークであり、１つ設けられている。一方、ダミーマーク５は、インペラ１の回転位相を検出するために利用されるものではなく、基準マーク４を設けたことにより生じるアンバランスを相殺するためのマークである。本実施形態では、ダミーマーク５の数は１つとしている。

図３は、回転位相を検出する原理を説明するための模式図である。インペラ１の回転位相は、インペラ１の径方向外側に配置された位相検出センサー１０によって検出される。この位相検出センサー１０は、電磁波の一種である光を射出する投光部（図示省略）と光を受け取る受光部（図示省略）とを一体的に備えるセンサである。位相検出センサー１０は、投光部から射出される光が基準マーク４に斜めに入射するように配設されている。

図３のａ図に示すように、位相検出センサー１０から射出された光が、基準マーク４の形成されていないボス部２の周面に入射した場合は、入射光が概ね正反射するため、基本的に位相検出センサー１０で反射光は検出されない。一方、図３のｂ図に示すように、位相検出センサー１０から射出された光が、基準マーク４に入射した場合は、入射光が正反射せずに、少なくとも一部の反射光が位相検出センサー１０に戻ってくるため、この反射光を位相検出センサー１０で検出することができる。つまり、位相検出センサー１０によって基準マーク４を検出することができ、その検出タイミングによってインペラ１の回転位相が分かるようになっている。

ダミーマーク５は、基準マーク４と同じ半球形状を有する凹部であり、インペラ１の回転方向において、基準マーク４から１８０度離れた位置に形成されている。また、軸方向においては、ダミーマーク５は、基準マーク４よりも軸方向基端側（図１の左側）に配置されており、ダミーマーク５には位相検出センサー１０からの射出光が入射しないようになっている（図３参照）。

図４は、削り出し加工用の切削具の先端形状を示す斜視図である。切削具２０の先端部２１は半球形状となっており、この先端部２１が回転しながら材料に当接することで、切削加工が行われる。切削具２０は不図示のＮＣ加工機に取り付けられており、ＮＣプログラムによる自動切削加工が可能となっている。基準マーク４およびダミーマーク５は、切削具２０を用いたＮＣ加工によって形成されており、基準マーク４およびダミーマーク５の凹形状は切削具２０の先端部２１の形状に対応するものとなっている。

（効果）
以上のように、本実施形態のインペラ１（回転体）の表面には、回転位相を検出するのに基準となる凹状の基準マーク４が形成されるとともに、回転方向において基準マーク４から９０度以上離れた位置に、少なくとも１つの凹状のダミーマーク５が形成されている。このため、基準マーク４が存在することによるアンバランスをダミーマーク５によって相殺することができ、インペラ１に生じるそもそものアンバランスを低減することが可能となっている。その結果、インペラ１のアンバランス修正が不要になるか、あるいはアンバランス修正が必要な場合でもその修正量を大幅に低減することができる。

また、本実施形態のように、基準マーク４およびダミーマーク５が、回転方向において等間隔に配置されている場合には、回転方向における重量分布を均一化できるので、インペラ１のアンバランスをより効果的に低減することができる。

また、本実施形態のように、ダミーマーク５が回転方向において基準マーク４から１８０度離れた位置に形成されている場合には、基準マーク４を設けたことにより生じるアンバランスを、容易にダミーマーク５によって相殺することができる。

また、本実施形態のように、基準マーク４およびダミーマーク５が、ボス部２の周面に形成されていると、基準マーク４およびダミーマーク５の加工が容易となる。というのも、ボス部２の周面の面積は、ボス部２の端面の面積よりも一般的に広く、加工が行いやすいからである。

また、本実施形態では、ダミーマーク５は、軸方向において基準マーク４と異なる位置に形成されている。このため、位相検出センサー１０からの射出光がダミーマーク５に入射することはなく、ダミーマーク５は位相検出センサー１０によって検出されない。よって、位相検出センサー１０は基準マーク４のみを検出することができ、その検出タイミングに基づいて回転位相を容易に求めることができる。

また、本実施形態では、基準マーク４が、ダミーマーク５よりも軸方向先端側に形成されている。このため、図３のａ図に示すようにボス部２の周面で正反射した光が、羽根部３にぶつかって反射し、位相検出センサー１０に戻ることを回避できる。このため、基準マーク４の誤検出を防ぐことができ、回転位相の検出精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、基準マーク４およびダミーマーク５が、切削具２０の先端部２１の形状と合致する形状を有している。このため、削り出し加工によるインペラ１の製作工程において、基準マーク４およびダミーマーク５を切削具２０で同時に形成することが可能となるので、インペラ１の製作に要する時間を短縮することができる。

［他の実施形態］
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上記実施形態の要素を適宜組み合わせまたは種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、基準マーク４から回転方向に１８０度離れた位置にダミーマーク５を設けるものとした。しかしながら、ダミーマーク５は、基準マーク４から回転方向に９０度以上離れた位置、すなわち図２において下半分の領域内にあれば、他の位置に設けてもよい。このような位置にあるダミーマーク５は、基準マーク４を設けたことにより生じるアンバランスを相殺する効果を有する。

また、上記実施形態では、ダミーマーク５を１つ設けるものとしたが、ダミーマーク５は１つに限らず複数設けてもよい。例えば、ダミーマーク５を２つ設ける場合は、基準マーク４から回転方向両側に１２０度ずつ離れた位置に設ければよい。また、ダミーマーク５を複数設ける場合には、少なくとも１つのダミーマーク５が基準マーク４から回転方向に９０度以上離れた位置、すなわち図２において下半分の領域内にあればよく、他のダミーマーク５が基準マーク４から回転方向に９０度未満の位置、すなわち図２において上半分の領域内にあってもよい。また、複数のダミーマーク５のそれぞれを軸方向において同じ位置に設けてもよいし、異なる位置に設けてもよい。

また、上記実施形態では、ダミーマーク５を、軸方向において基準マーク４と異なる位置に設けた。しかしながら、ダミーマーク５を、軸方向において基準マーク４と同じ位置に設けることも可能である。この場合には、基準マーク４およびダミーマーク５を回転方向において不等間隔に配置することで、検出タイミングの時間間隔に差が生じ、位相検出センサー１０によって検出されたマークが、基準マーク４およびダミーマーク５のいずれであるかを判断することができ、回転位相を求めることが可能となる。

また、上記実施形態では、基準マーク４およびダミーマーク５を、インペラ１の周面に設けるものとした。しかしながら、基準マーク４およびダミーマーク５を周面以外の表面、例えば、ボス部２の軸方向先端側の端面２ｃ（図１参照）に形成するようにしてもよい。この場合は、図５に示すように、ダミーマーク７を、径方向において基準マーク６と異なる位置に形成することで、基準マーク６に向けて射出される光がダミーマーク７に入射することはなく、容易に回転位相を検出することが可能となる。

また、上記実施形態では、反射光によって基準マーク４の検出を行う、いわゆる反射型の位相検出センサー１０を採用したが、反射型以外のセンサーを用いてもよい。例えば、図６に示すように、投光部１１ａと受光部１１ｂとを、インペラ１のボス部２を挟むように対向配置させることで構成される透過型の位相検出センサー１１を採用してもよい。この場合には、基準マーク８を周方向の一部に形成した溝形状とすればよい。こうすることで、投光部１１ａからの射出光が基準マーク８を通過して受光部１１ｂに至り、基準マーク８を位相検出センサー１１によって検出することが可能である。

また、基準マーク４およびダミーマーク５の形状も、上記実施形態に示したものに限定されない。例えば、基準マーク４およびダミーマーク５は直方体形状等でもよいし、基準マーク４およびダミーマーク５が互いに異なる形状でもよい。

１：インペラ
２：ボス部
２ｂ：先端領域
３：羽根部
４、６、８：基準マーク
５、７：ダミーマーク
２０：切削具
２１：先端部

本発明は、軸周りに回転する回転体に関する。

本発明は、軸周りに回転する回転体であって前記回転体の表面に、前記回転体の回転位相を検出する際に基準となる、電磁波によって検出可能な凹状の基準マークが形成されるとともに、前記表面のうち前記回転体の回転方向において前記基準マークから９０度以上離れた位置に、少なくとも１つの凹状のダミーマークが形成されており、前記回転体は、軸方向に延びるボス部と前記ボス部から径方向外側に形成された羽根部とを有し、ターボチャージャーに用いられるインペラであって、前記ボス部のうち前記羽根部よりも軸方向先端側に突出した先端領域に、前記基準マークおよび前記ダミーマークが形成されており、前記基準マークおよび前記ダミーマークは、前記ボス部の周面に形成されており、前記基準マークが、前記ダミーマークよりも軸方向先端側に形成されていることを特徴とする。

Claims

軸周りに回転する回転体の表面構造であって、
前記回転体の表面に、前記回転体の回転位相を検出する際に基準となる、電磁波によって検出可能な凹状の基準マークが形成されるとともに、
前記表面のうち前記回転体の回転方向において前記基準マークから９０度以上離れた位置に、少なくとも１つの凹状のダミーマークが形成されていることを特徴とする回転体の表面構造。
前記基準マークおよび前記ダミーマークは、前記回転方向において等間隔に形成されている請求項１に記載の回転体の表面構造。
前記ダミーマークは、前記回転方向において前記基準マークから１８０度離れた位置に形成されている請求項１または２に記載の回転体の表面構造。
前記基準マークおよび前記ダミーマークは、前記回転体の周面に形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転体の表面構造。
前記ダミーマークは、軸方向において前記基準マークと異なる位置に形成されている請求項４に記載の回転体の表面構造。
前記回転体は、軸方向に延びるボス部と前記ボス部から径方向外側に形成された羽根部とを有するインペラであって、前記ボス部のうち前記羽根部よりも軸方向先端側に突出した先端領域に、前記基準マークおよび前記ダミーマークが形成されている請求項４または５に記載の回転体の表面構造。
前記基準マークが、前記ダミーマークよりも軸方向先端側に形成されている請求項６に記載の回転体の表面構造。
前記インペラは所定の切削具を用いた削り出し加工によって製作されており、
前記基準マークおよび前記ダミーマークが、前記切削具の先端部の形状と合致する形状を有する請求項６または７に記載の回転体の表面構造。