JP2022151452A - 回転体のバランス測定装置とこのバランス測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体である例えば、自動車エンジンに搭載される過給器用のターボチャージャーインペラを、広領域回転にわたってエアー浮遊状態にて高精度にバランス測定する装置と測定方法の技術に関する。【解決手段】回転体１を備える回転軸１ａの両端部を浮遊支持する一対のエアー軸受部３，４と、上記エアー軸受部をサーボモータＳＭ１で昇降移動するフレーム１２と、他方のエアー軸受部４は固定されたフレーム１２に回転自在に支持され、上記軸受部の片側を回転駆動する回転駆動部Ｄと、上記回転軸の回転速度を検出する回転検出部ＬＳと、上記回転軸の回転振れを検出する振れ検出部ＬＳ１，ＬＳ２と、上記両エアー軸受部間の拡縮手段部と、上記回転検出部と振れ検出部からの検出値により回転体の回転速度に対応した芯振れ計算の処理表示部ＣＰＵと、表示器ＤＳを備えたバランス測定装置１００である。【選択図】図１

Description

本発明は、高速回転する回転体である例えば、自動車エンジン他に搭載される過給器用のターボチャージャーインペラ（以下、ターボファンと言う）の主体となるターボファンの広領域回転にわたるバランス測定技術に係り、特に、排ガスで高速回転駆動されるターボファンのバランス測定、及び吸気ファンと排ガス側のターボファンが１つのシャフトに取り付けた状態でのバランス測定装置とこの測定方法に関する。

従来、ターボファンは、自動車用エンジンの過給器やジェットエンジンの過給器他に数多く使用されている。上記ターボファンは、自動車用エンジンの過給器他において、その回転数は低速域から１０，０００ｒｐｍ以上の広域に亘る全回転域にわたり、バランス良く回転することが切望されている。この要求を満たすべく、ターボファンの製造工程において、ターボファンのバランス取りが必須であるから、バランス測定装置及びバランス修正装置が多く提供されている。

先ず、特許第５７７３１２６号公報の目的は、回転体のバランス調整時における作業性の向上及び作業時間の短縮を実現した上で、回転体のバランス調整を高い精度で行い得るバランス修正装置及びバランス修正方法を提供する。この構成は、単体回転体Ｔのバランスを修正するバランス修正装置１であり、回転軸ＣＬを鉛直方向に沿わせた単体回転体Ｔを支持する回転体支持部２と、回転体支持部２に高圧空気を供給して回転体支持部２に支持された単体回転体Ｔをフローティング状態で回転させる気体供給部３と、回転する単体回転体Ｔのバランスを測定するバランス測定部４と、回転する単体回転体Ｔに対してレーザＬを照射する２個のレーザヘッド５，５と、バランス測定部４からの測定結果に基づいて、レーザヘッド５，５を動作させてアンバランスを生じさせている単体回転体Ｔのボス部ＴＢ及び排気側ロータＴＤの余剰箇所ＢＰ，ＤＰにレーザＬをパルス状に照射して除去する制御部６を備えたものである（特許文献１）。

また、特許第５４１５６０１号公報は、高い精度で、支持孔の一部を多角形状にした被回転体のアンバランスの計測が行えるバランス修正用支承装置である。その構成は、多角形の断面形状に形成された部分２６を端側に有する被回転体１の支持孔２２が装着されるマンドレル１１の外周面のうち、支持孔２２の多角形の断面形状部分２６ａに臨む地点に、被回転体１の回転にしたがい多角形の断面形状部分２６ａとマンドレル１１の外周面との間の空間内で変動する圧力を外部へ逃がす逃し孔３８を設けた。同構成により、アンバランス（動的不釣合い）を計測する際、支持孔２２の多角形の断面部分２６ａとマンドレル１１の外周面との間の空間内で生ずる圧力変動は、逃し孔３８を通じて、外部へ逃げる。このため、スクイーズを要因とした、支持孔２２の多角形状の断面部分２６ａとマンドレル１１の外周面間における圧力変動が抑えられるものである（特許文献２）。

また、特開２０１５－１８４０８６号公報は、過大なアンバランス量を生じる場合でも、高い精度で被回転体のアンバランス量の計測を可能としたバランス修正用支持装置である。その構成は、回転中心と交差する方向に端面２３ａを有し、当該端面の回転中心部には支持穴２９を有した被回転体１が、支持穴との嵌め込みにより鉛直方向から挿入される縦形のマンドレル１７と、マンドレルの外周面に設けられ、マンドレルの外周面から噴出される流体により被回転体の支持穴内面を回転自在に受ける流体ラジアル軸受３７と、マンドレルの周りに配置され、被回転体の端面に流体を噴出させ被回転体を浮上させる流体スラスト軸受４７と、を有するものである（特許文献３）。

また、特開２００５－３０８５３８号公報は、ロータの想定される最低回転数から最高回転数までの回転数における不釣合いを修正し、釣合い修正したと仮定したときの各回転数における残留振動を予測して修正評価を容易に判別する釣合い試験機である。
その構成は、ロータ２を保持する保持部材を有して任意の回転数で駆動されるロータ保持装置３と、回転数を検出する回転数検出器４と、軸方向位置の一又は複数の個所で当該位置における不釣合い振動を検出する振動検出器５と、回転数検出器と振動検出器とで予め設定した任意の回転数ごとのロータの不釣合い振動を計測し、この計測結果を基に予め設定したロータの軸方向特定位置（修正面）に付加する又は削除する修正重りを計算する一方、この修正重りを修正面に付加又は削除したと仮定したときの各回転数毎との残留振動を予測するとともに、修正重りを修正面に取付ける重量と位相角として表示する制御装置６とを有する釣合い試験機である（特許文献４）。

特許第５７７３１２６号公報 特許第５４１５６０１号公報 特開２０１５－１８４０８６号公報 特開２００５－３０８５３８号公報

上記特許文献１の特許第５７７３１２６号公報は、被回転体のバランス修正装置及びバランス修正方法で、本発明の回転体のバランス測定装置とこのバランス測定方法とは、測定すべき回転体Ｔは略同一であるものの回転体を支持する支持部の構成が全く異なる。即ち、特許第５７７３１２６号公報は、不安定なエアー浮上式でメカ的な支持部が無く不安定で軸芯振れを起こしている。これに対して、本発明の回転体のバランス測定装置は、回転体の両端部をエアー浮遊式の支持部材で回転自在に支持し、該支持部材の慣性質量を極限まで低減させた構成である。即ち、上記特許第５７７３１２６号公報のエアー浮上式では、アンバランス時の回転体の振動が共振的な挙動となり、回転体の正確な芯振れ値を検出できない問題が残存している。

また、特許文献２の特許第５４１５６０１号公報は、バランス修正用支承装置であって、回転体１の支持孔２２をマンドレルで支持し、この隙間に圧力気体を供給するものであり、本発明における回転体の支承手段には、全く採用出来ず本発明の回転体のバランス測定装置とは全く異なる技術である。

また、特許文献３の特開２０１５－１８４０８６号公報は、上記特許第５４１５６０１号公報のバランス修正用支承装置と全く同一技術であり、本発明における回転体の支承手段には、全く適用出来ず本発明の回転体のバランス測定装置とは全く異なる技術である。

また、特許文献４の特開２００５－３０８５３８号公報は、立型の釣合い試験機である。この釣合い試験機は、本発明の回転体のバランス測定装置とこのバランス測定方法とは、全く異なる技術思想であり、この技術思想を適用しても、本発明の構成に至らない。

本発明は、上記各特許文献では解決されていない問題点や課題を解決すべく、成されたものである。特に、排ガスで高速回転駆動される排ガス側のターボファン単独のバランス測定し吸気ファンと排ガス側のターボファンが１つのシャフトに取り付けたアッセンブリーの状態でのバランス測定を可能としたバランス測定装置とこの測定方法を提供するものである。

（１）具体的には、ターボファンである回転体の支持軸がバランス測定時の低速から高速回転時に発生する芯ブレの乱動する挙動に対し、その芯ブレを抑制して安定して支持でき、この安定状態での軸芯ブレを高精度に計測できるようにした。
（２）更に、回転体となるターボファンの形態は、支持軸に一つのターボファンが設けられた状態でも、吸気ファンと排ガス側のターボファンが１つのシャフトに取付けた状態でも、支持軸から外されたターボファン単体の状態でも、上記支持軸の長さ寸法が異なっても、支持軸が無くても、安定にして高精度のバランス測定を保証できる。
（３）回転体となるターボファンの低速から高速回転領域までの全域にわたり、駆動側と従動側との駆動系を非接触式とし、両駆動系間での振動・ノイズ等の外乱伝達を完全排除する事に成功した。
（４）回転体となるターボファンの軸芯ブレの最大箇所となる支持軸の先端箇所での軸芯ブレ測定を可能とした。等々である。

本発明の請求項１の回転体のバランス測定装置は、低速から高速回転領域まで回転する回転体のバランス測定装置であって、上記回転体を備える回転軸の両端部をエアー圧で浮遊支持する一対のエアー軸受部と、上記エアー軸受部の片側はサーボモータで昇降移動するフレームと他方のエアー軸受部は固定したフレームに回転自在に支持され、上記軸受部の片側を回転駆動する回転駆動部と、上記回転軸の回転速度を検出する回転検出部と、上記回転軸の回転振れを検出する軸芯振れ検出部と、上記両エアー軸受部間で把持する回転体の拡縮手段部と、上記回転検出部と軸芯振れ検出部からの検出値により回転体の回転速度に対応した軸芯振れを計算処理する処理表示部と、を備えたことを特徴とする。

請求項２は、上記請求項１の回転体のバランス測定装置において、上記エアー軸受部は、機体の上下に配置した各フレームに設けた軸受穴に対して、鍔付嵌合軸はその外周を僅かな空隙で遊嵌合されるとともに軸受穴に明けた複数の小孔からのエアー圧で浮遊支持され、該上下鍔付嵌合軸の相互に対面した回転中心にテーパー軸突端を有し、少なくとも片側のフレームを昇降させることで上記鍔付嵌合軸のテーパー軸突端が離反し、この離反又は接近により回転体の回転軸のセンター孔とテーパー軸突端が系脱し合う構成としたことを特徴とする。

請求項３は、上記請求項１の回転体のバランス測定装置において、上記エアー軸受部は、機体の上下に配置した各フレームに設けた軸受穴に対して、鍔付嵌合軸はその外周面にベアリングを介した鍔付嵌合筒の外周を僅かな空隙で遊嵌合されるとともに軸受穴に明けた複数の小孔からのエアー圧で浮遊支持され、該上下鍔付嵌合軸の相互に対面した回転中心にテーパー軸突端を有し、少なくとも片側のフレームを昇降させることで上記鍔付嵌合軸のテーパー軸突端が離反し、この離反又は接近により回転体の回転軸のセンター孔とテーパー軸突端が系脱し合う構成としたことを特徴とする。

請求項４は、上記請求項１の回転体のバランス測定装置において、上記回転駆動部は、固定したフレームに回転自在に支持された鍔付嵌合軸の開放側に付設する面板の周囲に磁石を列設し、上記円板の軸芯に軸芯合せしたサーボモータで回転する駆動円板の円周上に磁石を列設させ、上記サーボモータの回転制御による駆動円板上のマグネットを介して負荷側となる鍔付回転軸を磁気継手で回転制御する構成としたことを特徴とする。

請求項５は、上記請求項１の回転体のバランス測定装置において、上記回転駆動部は、上記回転体であるタービンフィンに対して、該タービンフィンを支持する回転軸の少なくとも一つの対称位置に、タービンフィン回転方向にノズル孔を向けた駆動用噴射筒と、タービンフィン逆回転方向にノズル孔を向けた制動用噴射筒とを配置し、圧縮空気供給部からの圧縮空気圧とその空気量を一定のもとに上記駆動用噴射筒及び制動用噴射筒のノズル孔方向をタービンフィンの軸心側又は外径側に相反回動制御させることでタービンフィンを低速から高速まで回転制御することを特徴とする。

請求項６は、上記請求項５の回転体のバランス測定装置において、上記回転駆動部は、上記回転体であるタービンフィンに対して、該タービンフィンを支持する回転軸の少なくとも一つの対称位置に、タービンフィン回転方向とタービンフィン逆回転方向にＶ字状に向けた２つのノズル孔を持つエアー噴射筒を各々旋回可能に配置し、圧縮空気供給部からの圧縮空気圧とその空気量を一定のもとに各エアー噴射筒を、タービンフィン外径方向又はタービンフィン軸心方向に旋回制御させることでタービンフィンを低速から高速まで回転制御することを特徴とする。

請求項７の回転体のバランス測定方法は、上記各回転体のバランス測定装置において、回転体は、上記回転駆動部により低速回転から高速回転領域迄回転制御され、上記回転体の回転速度は回転検出部の回転計で回転検出し、上記回転体の回転振れは軸振れ検出部のレーザ変位計で軸芯ブレ検出し、上記回転検出部と軸芯振れ検出部からの各検出値を入力する処理表示部は回転体の回転速度に対応する軸芯振れを計算処理するとともに表示器に表示することを特徴とする。

本発明の請求項１による回転体のバランス測定装置によると、特に、エアー軸受部の一方が昇降移動するから、排気側の高速回転駆動するターボファンだけのバランス測定と、吸気ファンと排ガス側のターボファンが１つのシャフトに取り付けたアッセンブリーの状態でも、即ち、回転体のあらゆる形態でのバランス測定が簡潔にして、高精度に測定できる。

本発明の請求項２と３のエアー軸受部によると、上下鍔付嵌合軸の相互に対面した回転中心にテーパー軸突端を有し、少なくとも片側のフレームを昇降させることで上記鍔付嵌合軸のテーパー軸突端が接近又は離反し、この接近又は離反により回転体の回転軸のセンター孔とテーパー軸突端が系脱し合うから、回転体の軸部の長さが異なっても回転体を円滑に着脱でき、且つ高精度に回転支持できる。特に、請求項３のエアー軸受部は、ベアリングを介在させているから、鍔付嵌合軸の一層の軽量化と円滑回転が保証される。

本発明の請求項４の回転駆動部は、磁気継手で鍔付回転軸を回転制御するから、鍔付回転軸に対する機械的な拘束が無く、回転体に対する外部振動となる外乱が伝達すること無くバランス測定精度を高められる。

本発明の請求項５の回転駆動部は、回転体であるタービンフィン（ターボチャージャーインペラ）を支持する回転軸の対称位置に、タービンフィン回転方向に向けた駆動用のノズル孔の駆動用噴射筒と、制動方向に向けたノズル孔の制動用噴射筒を配置したから、圧縮空気供給部からの圧縮空気圧とその空気量を一定のもとに上記駆動用噴射筒及び制動用噴射筒のノズル孔方向をタービンフィンの軸心側又は外径側に相反回動制御させることでタービンフィンを低速から高速まで円滑且つ繊細に回転制御できる。

本発明の請求項６の回転駆動部は、タービンフィンを支持する回転軸の少なくとも一つの対称位置に、タービンフィン回転方向とタービンフィン逆回転方向にＶ字状に向けた２つのノズル孔を持つエアー噴射筒を各々旋回可能に配置したから、圧縮空気供給部からの圧縮空気圧とその空気量を一定のもとにエアー噴射筒を、タービンフィン回転方向又はタービンフィン制動回転方向に旋回制御することで、タービンフィンを低速から高速まで円滑且つ繊細に回転制御できる。

本発明の請求項７の回転体のバランス測定方法は、回転体に対して、回転駆動部が低速回転から高速回転領域迄回転制御でき、上記回転体の回転速度は回転検出部で回転検出し、上記回転体の回転振れは振れ検出部のレーザ変位計でバランス検出し、上記回転検出部と振れ検出部からの各検出値を入力する処理表示部により回転体の回転速度に対応する芯振れを計算処理するとともに表示器に表示できる。
しかして、回転体は、その回転軸の両端を一対のエアー軸受部で支持されているから、低速回転域から高速回転域まで安定し、低速回転域から高速回転域までの全域のバランス測定が高精度に保証できる。

本発明の第１実施形態を示し、回転体のバランス測定装置の全体正面図である。 本発明の第１のエアー式回転駆動部の平面図である。 本発明の第２のエアー式回転駆動部の平面図である。 本発明の第２実施形態を示し、回転体のバランス測定装置の全体正面図である。 本発明のバランス測定方法のフローチャート図である。 本発明のバランス測定装置で、回転体のみ及び１対の回転体からなるバランス測定装置の断面図である。

以下、図１乃至図６を参照して本発明の各実施の形態となるバランス測定装置とそのバランス測定方法を順次説明する。

本発明の第１の実施形態となる回転体のバランス測定装置１００とこのバランス測定方法について、図１～図６で示す。
先ず、図１において、回転体のバランス測定装置１００は、低速から高速回転領域にわたり回転する回転体（ターボチャージャーインペラ）１の回転バランスを測定する。
このバランス測定装置１００の機体Ｋは、基盤１０と、この左隅に垂直姿勢に固立したガイドバー１１と、このガイドバーの下側に固着した固定フレーム１２と上側に昇降自在に嵌合させた昇降フレーム１３と、この昇降フレーム１３を高精度に昇降移動させるべく、機体Ｋの基盤１０に付設したブラケットＢに昇降サーボモータＳＭ１の回転軸Ｓにボールネジ棒ＢＳが連結し、この先端側がガイドバー１１に嵌る昇降フレーム１３内のナットＮに螺合している。しかして、ＮＣ制御装置による昇降サーボモータＳＭ１の回転軸Ｓの回転制御量により、昇降フレーム１３の昇降位置が繊細に制御される。

上記回転体１の回転軸１ａの両端部（円錐穴）１ｂ，１ｃは、エアー供給部ＥＫのエアー圧Ｅで浮遊支持される一対のエアー軸受部３，４に回転自在に支持される。上記エアー軸受部３，４の構成は、図１に示す。上記エアー軸受部３はサーボモータＳＭ１で下上移動する昇降フレーム１３の先端部に設けた支持穴１３ａと、また他方のエアー軸受部４は固定フレーム１２の支持穴１２ａに回転自在にエアー圧Ｅで浮遊支持されている。

更に、電気制御系Ｅ０には、上記エアー軸受部４を回転駆動するとともに上記回転体１を低速から高速回転させる回転駆動部Ｄと、上記回転体１の回転速度を検出するレーザ式の回転検出部ＬＳと、上記回転体１の回転軸１ａの回転振れを検出するレーザ変位計の振れ検出部ＬＳ１，ＬＳ２と、上記両エアー軸受部３，４間の拡縮手段部ＥＢは、上記サーボモータＳＭ１で下上移動する昇降フレーム１３である。上記回転検出部ＬＳと振れ検出部ＬＳ１，ＬＳ２からの検出値±Ｖにより回転体１の回転速度Ｖに対応した芯振れの計算処理部ＣＰＵとその表示部ＤＳと、を備えたものである。

続いて、上記両エアー軸受部３，４の詳細を説明する。図１において、上記エアー軸受部３，４は、機体Ｋの上下に配置した各フレーム１２，１３に設けた軸受穴１３ａ，１４ａに対して、鍔付嵌合軸３ａ，４ａの外周を僅かな空隙Ｘで遊嵌合されるとともに軸受穴１３ａ，１４ａに明けた複数の小孔ｈからのエアー圧Ｅで浮遊支持される。上下鍔付嵌合軸が相互に対面する回転中心には、円錐状のテーパー軸突端３ｄ，４ｄを有し、少なくとも片側のフレーム１３を昇降させることで、上記鍔付嵌合軸３ａ，４ａのテーパー軸突端３ｄ，４ｄが離反し、この離反又は接近により回転体１の回転軸１ａのセンター孔１ｂ，１ｃとテーパー軸突端３ｄ，４ｄが系脱し合う構成になっている。尚、エアー軸受部３，４は、その両端部に鍔３ｂ，３ｃと４ｂ，４ｃを持つので、軸受穴１３ａ，１４に嵌合時には片側の鍔３ｂ，４ｃを外し、嵌合後に嵌めれば良い。

上記バランス測定装置１００における回転体１の磁気式の回転駆動部Ｄは、固定したフレーム１２に回転自在に支持された鍔付嵌合軸４ａの下端円板４Ｃに付設したマグネットＭと回転用のサーボモータＳＭ１の駆動円板５に付設したマグネットＭにより構成している。

更に、図２のエアー回転駆動部ＥＤ１は、駆動用噴射筒Ｔ１と制動用噴射筒Ｔ２とを各々４５°の円周上に配置されていて、加速ノズルＮ１と減速ノズルＮ２を正対すれば、エアーＥが出ていても、回転トルクは打消し合って回転出来ず、加速ノズルＮ１を外径側へ減速ノズルＮ２を内径側に回動させて行けば、ブレーキトルクが減少し回転を始め、加速することとなる。

続いて、図３に示すエアー回転駆動部ＥＤ２は、上記駆動用噴射筒Ｔ１と制動用噴射筒Ｔ２との本数を一対に簡素化したもので、各噴射筒Ｔ３は回転軸１ａを挟んだ対称位置に配置されている。上記噴射筒Ｔ３には、加速ノズルＮ１と減速ノズルＮ２がＶ字状に設けられている。各ノズルは、図示の如く回転軸１ａ方向に対して均等な偏向方向から各噴射筒Ｔ３を正転すれば、加速ノズルＮ１がフインＦの外径側に向き、減速ノズルＮ２が内径側の回転軸１ａの方向に連動して向けられる。

しかして、加速ノズルＮ１と減速ノズルＮ２には、同じ流量のエアーＥが一斉に噴出される。ここで、上記両方のノズルＮ１，Ｎ２を、インペラ翼部Ｆの中間点に当たる様にすれば、回転加速と回転減速のトルクが拮抗して回転駆動は起きない。各噴射筒Ｔ３を一斉に同じ方向に回動すれば回転体１は回動側へ回転加速し、反対側へ回動すれば回転減速するとともに、ついには逆転する形態に回転制御される。しかして、コンベンショナル方式の駆動方法とも採用が可能である。即ち、ワークの支持方式如何に関わらずメリットが出せる。

再度、説明すれば、上記回転駆動部ＥＤ１は、上記回転体１であるインペラ翼部のタービンフィンＦに対して、該回転体を支持する回転軸１ａの少なくとも対称位置に、回転体の回転方向にノズル孔Ｎ１を向けた駆動用噴射筒Ｔ１と、逆回転方向にノズル孔Ｎ２を向けた制動用噴射筒Ｔ２とを配置し、圧縮空気供給部ＥＫからの圧縮空気圧とその空気量を一定のもとに上記駆動用噴射筒Ｔ１及び制動用噴射筒Ｔ２のノズル孔Ｎ１，Ｎ２方向を軸心側又は外径側に相反回動制御することで、回転体は低速から高速域まで回転制御できる。

又、上記回転駆動部ＥＤ２は、上記回転体１のインペラ翼部であるタービンフィンＦに対して、該タービンフィンを支持する回転軸１ａの少なくとも一つの対称位置に、回転体１の正転方向と逆回転方向に向けたＶ字状の２つのノズル孔Ｎ１，Ｎ２を一体化した空気噴射筒Ｔ３を旋回可能に配置し、圧縮空気供給部からの圧縮空気圧とその空気量を一定のもとにエアー噴射筒を、タービンフィン回転方向又はタービンフィン逆回転方向に旋回制御し、回転体１は低速から高速域まで回転制御できる。

以上のように、上記第１実施態様例は、その構成により最良のバランス測定機能を発揮している。そこで、更に、改善を図るべく、図４に示す本発明の第２実施態様では、上記両エアー軸受部３，４の構成変更を図ったものである。両エアー軸受部３，４において、セラミック製の軽量ベアリングＢ０を嵌合軸３ａ，４ａに嵌め、この軽量ベアリングＢ０の外輪に、鍔付筒体３ｅ，４ｅを介在させることで、鍔付嵌合軸３ａ，４ａの一層の軽量化と円滑回転を保証している。

しかして、各フレーム１２，１３に設けた軸受穴１２ａ，１３ａに対して、鍔付嵌合軸３ａ，４ａの外周面に軽量ベアリング（セラミック製他）Ｂ０を介した鍔付筒体３ｅ，４ｅの外周を、僅かな空隙Ｘで遊嵌合されるとともに軸受穴１２ａ，１３ａに明けた複数の小孔ｈからのエアー圧Ｅで浮遊支持されている。その他の構成は、上記第１実施例のバランス測定装置１００と、同一構成であるから、同一符号を付して詳細説明を省略する。

以上のように、両エアー軸受部３，４内に、軽量ベアリングＢ０を介在させることで、両エアー軸受部３，４の一層の軽量化と円滑回転が保証され、より一層のバランス測定精度が向上する作用・効果が得られた。

続いて、上記回転体のバランス測定装置１００，２００の測定方法とそれによる測定委作用は、図５のフローチャートを参考にして説明する。
上記回転体１は、回転駆動部となるエアー軸受部３，４により低速回転から高速回転領域迄回転制御される。先ず、上記回転体１の「回転速度は回転検出部の回転計ＬＳで回転検出し」（イ）、上記回転体の回転振れは振れ検出部のレーザ変位計ＬＳ１，ＬＳ２でバランス検出し」（ロ）、上記回転検出部と振れ検出部からの「各検出値±Ｖを入力する処理表示部ＣＰＵは回転体の回転速度に対応する芯振れを計算処理するとともに表示器でＤＳに表示」（ハ）が順次に実施され、回転体のバランス測定方法が実行される。ここで、規格内なら「良品選出」（ニ）になり「エンド」となる。
規格外なら「不良品選別」（ホ）に選別される。この不良品の回転体１は、「バランス修正工程」（ヘ）を行い、「再測定」（ト）を繰り返す。

上記の如く、不良品となった回転体１は、図５のように、バランス修正工程で、過剰ウェイト箇所を切削排除し、再度のバランス測定を行う。このバランス修正工程は、良品となる迄、繰り返し行われる。しかして、上記バランス測定装置１００，２００によれば、回転体１に対して、その測定時に回転軸１ａの両端を支持しているから、低速回転域から高速回転域まで安定したバランス測定が高精度に測定でき、回転体を素早く良品に仕上げられる。

更に、回転体１は、図６の如く、回転軸１ａの無い回転体１のタービンフィンＦのインペラ翼部においても、また、回転軸１ａの両端に二つの回転体１のタービンフィンＦのインペラ翼部においても、上側のエアー軸受部３を昇降フレーム１３の下降動により、タービンフィンＦの両端を任意寸法で支持可能となる。しかして、このタービンフィンＦにおけるバランス測定も可能となる。尚、図１と同一符号を付して構成の詳細は省略する。

以上の如く、本発明のバランス測定装置１００，２００によれば、排ガスで高速回転駆動される排ガス側のターボファンだけのバランス測定と、回転軸に取付けられたターボファンだけのバランス測定と、吸気ファンと排ガス側のターボファンとが１つのシャフトに取り付けたアッセンブリーの状態でのバランス測定が多様に可能となる作用・効果が発揮される。

再度、本発明のバランス測定装置１００，２００の効果を列記すれば、
（１）ターボファンである回転体の支持軸がバランス測定時の低速から高速回転時に発生する芯ブレの乱動する挙動に対し、その芯ブレを抑制して安定して支持でき、この安定状態での芯ブレを高精度に計測できる。
（２）更に、回転体となるターボファンの形態は、支持軸に一つのターボファンが設けられた状態でも、吸気ファンと排ガス側のターボファンが１つのシャフトに取付けた状態でも、支持軸から外されたターボファン単体の状態でも、上記支持軸の長さ寸法が異なっても、支持軸が無くても、安定にして高精度のバランス測定を保証できる。
（３）回転体となるターボファンの低速から高速回転領域までの全域にわたり、駆動側及び従動側との駆動系を非接触式とし、両駆動系間での振動・ノイズ等の外乱伝達を完全排除する事に成功した。
（４）回転体となるターボファンの芯ブレの最大箇所となる支持軸の先端箇所での芯ブレ測定を可能とした。等々である。

本発明の回転体のバランス測定装置１００，２００とその測定方法は、上記実施例の回転体１のバランス測定装置に限定されず、他の回転体となるガスタービンやジェットエンジンのタービンやリング状の回転体のバランス測定装置の設計変更や各種制御方法が実施可能である。例えば、バランス測定装置１００，２００は、図示の立型から横型に変更しても良い。

１ 回転体（ターボチャージャーインペラ）
１ａ 回転軸
１ｂ，１ｃ 両端部（円錐穴），センター孔
３，４ エアー軸受部
３ａ，４ａ 鍔付嵌合軸
３ｂ，３ｃ 鍔
３ｄ，４ｄ テーパー軸突端
３ｂ，４ｃ 鍔
４ａ 鍔付回転軸
４ｃ 面板
５ 駆動円板
１０ 基盤
１１ ガイドバー
１２ 固定フレーム
１２ａ，１３ａ 軸受穴
１３ 昇降フレーム
１００，２００ バランス測定装置
Ｂ ブラケット
ＢＳ ボールネジ棒
ＣＰＵ 計算処理部
ＤＳ 表示部
Ｄ 回転駆動部
Ｄ１ 磁気継手
Ｅ エアー圧
ＥＢ 拡縮手段部
ＥＤ１，ＥＤ２ エアー回転駆動部
Ｅ０ 電気制御系
Ｆ インペラ翼部・ファン
ＬＳ１，ＬＳ２ 振れ検出部
ＬＳ 回転検出部
Ｋ 機体
Ｍ 磁石
Ｎ ナット
ｈ 小孔
ＳＭ１ 昇降サーボモータ
ＳＭ２ サーボモータ
Ｓ 回転軸
Ｖ 回転速度
Ｎ１ 加速ノズル
Ｎ２ 減速ノズル
Ｔ１ 駆動用噴射筒
Ｔ２ 制動用噴射筒
Ｔ３ 噴射筒
Ｘ 空隙

Claims (7)

1. 低速から高速回転領域まで回転する回転体のバランス測定装置であって、上記回転体を備える回転軸の両端部をエアー圧で浮遊支持する一対のエアー軸受部と、上記エアー軸受部の片側はサーボモータで昇降移動するフレームと他方のエアー軸受部は固定したフレームに回転自在に支持され、上記軸受部の片側を回転駆動する回転駆動部と、上記回転軸の回転速度を検出する回転検出部と、上記回転軸の回転振れを検出する軸芯振れ検出部と、上記両エアー軸受部間で把持する回転体の拡縮手段部と、上記回転検出部と軸芯振れ検出部からの検出値により回転体の回転速度に対応した軸芯振れを計算処理する処理表示部と、を備えたことを特徴とする回転体のバランス測定装置。
2. 上記請求項１の回転体のバランス測定装置において、上記エアー軸受部は、機体の上下に配置した各フレームに設けた軸受穴に対して、鍔付嵌合軸はその外周を僅かな空隙で遊嵌合されるとともに軸受穴に明けた複数の小孔からのエアー圧で浮遊支持され、該上下鍔付嵌合軸の相互に対面した回転中心にテーパー軸突端を有し、少なくとも片側のフレームを昇降させることで上記鍔付嵌合軸のテーパー軸突端が離反し、この離反又は接近により回転体の回転軸のセンター孔とテーパー軸突端が系脱し合う構成としたことを特徴とする回転体のバランス測定装置。
3. 上記請求項１の回転体のバランス測定装置において、上記エアー軸受部は、機体の上下に配置した各フレームに設けた軸受穴に対して、鍔付嵌合軸はその外周面にベアリングを介した鍔付嵌合筒の外周を僅かな空隙で遊嵌合されるとともに軸受穴に明けた複数の小孔からのエアー圧で浮遊支持され、該上下鍔付嵌合軸の相互に対面した回転中心にテーパー軸突端を有し、少なくとも片側のフレームを昇降させることで上記鍔付嵌合軸のテーパー軸突端が離反し、この離反又は接近により回転体の回転軸のセンター孔とテーパー軸突端が系脱し合う構成としたことを特徴とする回転体のバランス測定装置。
4. 上記請求項１の回転体のバランス測定装置において、上記回転駆動部は、固定したフレームに回転自在に支持された鍔付嵌合軸の開放側に付設する面板の周囲に磁石を列設し、上記円板の軸芯に軸芯合せしたサーボモータで回転する駆動円板の円周上に磁石を列設させ、上記サーボモータの回転制御による駆動円板上のマグネットを介して負荷側となる鍔付回転軸を磁気継手で回転制御する構成としたことを特徴とする回転体のバランス測定装置。
5. 上記請求項１の回転体のバランス測定装置において、上記回転駆動部は、上記回転体であるタービンフィンに対して、該タービンフィンを支持する回転軸の少なくとも一つの対称位置に、タービンフィン回転方向にノズル孔を向けた駆動用噴射筒と、タービンフィン逆回転方向にノズル孔を向けた制動用噴射筒とを配置し、圧縮空気供給部からの圧縮空気圧とその空気量を一定のもとに上記駆動用噴射筒及び制動用噴射筒のノズル孔方向をタービンフィンの軸心側又は外径側に相反回動制御させることでタービンフィンを低速から高速まで回転制御することを特徴とする回転体のバランス測定装置。
6. 上記請求項５の回転体のバランス測定装置において、上記回転駆動部は、上記回転体であるタービンフィンに対して、該タービンフィンを支持する回転軸の少なくとも一つの対称位置に、タービンフィン回転方向とタービンフィン逆回転方向にＶ字状に向けた２つのノズル孔を持つエアー噴射筒を各々旋回可能に配置し、圧縮空気供給部からの圧縮空気圧とその空気量を一定のもとに各エアー噴射筒を、タービンフィン外径方向又はタービンフィン軸心方向に旋回制御させることでタービンフィンを低速から高速まで回転制御することを特徴とする回転体のバランス測定装置。
7. 上記請求項１と請求項４～６記載の回転体のバランス測定装置において、回転体は、上記回転駆動部により低速回転から高速回転領域迄回転制御され、上記回転体の回転速度は回転検出部の回転計で回転検出し、上記回転体の回転振れは軸振れ検出部のレーザ変位計で軸芯ブレ検出し、上記回転検出部と軸芯振れ検出部からの各検出値を入力する処理表示部は回転体の回転速度に対応する軸芯振れを計算処理するとともに表示器に表示することを特徴とする回転体のバランス測定方法。

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