JP5332267B2 - 取付治具、及び回転機械の高速バランスを検査する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャ等の回転機械の高速バランスを検査するバランス検査装置の検査フレームに、回転機械のハウジングを取付ける際に用いられる取付治具等に関する。

ターボチャージャ（回転機械の一例）の生産現場において、通常、ターボチャージャを出荷する前に、バランス検査装置を用い、ターボチャージャのロータを高速回転させることによってターボチャージャの高速バランスを検査することが行われている。そして、バランス検査装置の構成等を簡単に説明すると、次のようになる。

バランス検査装置は、中空状の検査フレームを備えており、この検査フレームは、内側に、ターボチャージャのタービンインペラ（一部のロータ）を収容する収容室を有している。また、検査フレームの下面には、空気供給源からの空気を収容室側へ供給する空気供給口が形成されており、検査フレームの側面には、収容室側から空気を排出する空気排出口が形成されている。そして、検査フレームの外周面には、ターボチャージャのベアリングハウジングのフランジ部を検査フレームのフランジ部側へ押圧するクランプ爪が周方向に間隔を置いて設けられており、検査フレームの適宜位置には、複数のクランプ爪をクランプ・アンクランプ方向へ移動させる流体圧シリンダが設けられている。

従って、検査フレームのフランジ部にベアリングハウジングのフランジ部を突き合わせる。そして、流体圧シリンダの作動により複数のクランプ爪をクランプ方向へ移動させて、複数のクランプ爪によってベアリングハウジングのフランジ部を検査フレームのフランジ部側へ押圧する。これにより、タービンインペラを収容室に収容した状態で、検査フレームにベアリングハウジングを取付けることができる。

検査フレームにベアリングハウジングを取付けた後に、空気供給源からの空気を収容室側（換言すれば、タービンインペラ側）へ供給することにより、タービンインペラを含むロータを高速回転させる。そして、ベアリングハウジング等の適宜位置にセットした加速度ピックアップ（振動ピックアップの一例）によってターボチャージャの加速度の振動を計測する。これにより、ターボチャージャの高速バランスを検査することができる。

なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１に示すものがある。
特開２００２−３９９０４号公報

ところで、前述のように、検査フレームにベアリングハウジングを取付けるには、バランス検査装置は流体圧シリンダ及びこの流体圧シリンダを作動させる配管構造を装備する必要があり、バランス検査装置が大型化すると共に、ターボチャージャの高速バランスの検査に要するコスト（検査コスト）が増大するという問題がある。

そこで、本発明は、回転機械の高速バランスの検査精度を十分に確保した上で、前述の問題を解決することができる、新規な構成の取付治具等を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、回転機械の高速バランスを検査するためのバランス検査装置の検査フレームに、前記回転機械のハウジングを取付ける際に用いられる取付治具において、少なくとも中間部が円弧状を呈してあって、中間部の内側に突き合わせた状態の前記検査フレームのフランジ部と前記ハウジングのフランジ部を一方側から保持する円弧方向へ延びた第１保持溝が形成された第１クランプアームと、基端部が前記第１クランプアームの基端部に揺動可能に連結され、少なくとも中間部が円弧状を呈してあって、中間部の内側に突き合わせた状態の前記検査フレームのフランジ部と前記ハウジングのフランジ部を他方側から保持する円弧方向へ延びた第２保持溝が形成された第２クランプアームと、前記第１クランプアームの先端部と前記第２クランプアームの先端部を締結する締結部材と、を具備し、前記第１クランプアームの中間部の外側に、前記回転機械のロータの回転中に前記第１保持溝を突き合わせた状態の前記検査フレームのフランジ部と前記ハウジングのフランジ部に馴染ませるための円弧方向へ延びた第１スリットが前記第１保持溝に連通して形成され、前記第２クランプアームの中間部の外側に、前記回転機械の前記ロータの回転中に前記第２保持溝を突き合わせた状態の前記検査フレームのフランジ部と前記ハウジングのフランジ部に馴染ませるための円弧方向へ延びた第２スリットが前記第２保持溝に連通して形成されていることを要旨とする。

本発明の特徴によると、前記検査フレームのフランジ部に前記ハウジングのフランジ部を突き合わせる。そして、前記第１クランプアームの前記第１保持溝及び前記第２クランプアームの前記第２保持溝によって突き合わせた状態の前記検査フレームのフランジ部と前記ハウジングのフランジ部を両側（一方側と他方側）から保持する。更に、前記締結部材によって前記第１クランプアームの先端部と前記第２クランプアームの先端部を締結する。これにより、流体圧シリンダを用いることなく、前記検査フレームに前記ハウジングを取付けることができる。

前記検査フレームに前記ハウジングを取付けた後に、前記回転機械のロータを高速回転させる。そして、前記ハウジング等の適宜位置にセットした振動ピックアップによって前記回転機械の振動を計測する。これにより、前記回転機械の高速バランスを検査することができる。ここで、前記第１クランプアームの中間部の外側に前記第１スリットが形成され、前記第２クランプアームの中間部の外側に前記第２スリットが形成されているため、前記回転機械の前記ロータの回転中において、前記第１クランプアームの前記第１保持溝及び前記第２クランプアームの前記第２保持溝を突き合わせた状態の前記検査フレームのフランジ部と前記ハウジングのフランジ部に馴染ませることができ、前記振動ピックアップの計測値のばらつきを抑えることができる。

本発明によれば、流体圧シリンダを用いることなく、前記検査フレームに前記ハウジングを取付けることができると共に、前記回転機械の前記ロータの回転中において、前記振動ピックアップの計測値のばらつきを抑えることができるため、前記回転機械の高速バランスの検査精度を十分に確保した上で、前記バランス検査装置を大型化を抑えつつ、前記回転機械の高速バランスの検査に要するコスト（検査コスト）の低減を図ることができる。

本発明の実施形態について図１（ａ）（ｂ）及び図２を参照して説明する。

ここで、図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る取付治具を示す図、図１（ｂ）は、図１（ａ）における矢視部IBを示す図、図２は、バランス検査装置の検査フレームにターボチャージャのベアリングハウジングを取付けた状態を示す断面図である。なお、図２中、「Ｆ」は、前方向を指し、「Ｒ」は、後方向を指してある。

まず、本発明の実施形態に係る取付治具を説明する前に、本発明の実施形態に係るターボチャージャ及びバランス検査装置について説明する。

図２に示すように、本発明の実施形態に係わるターボチャージャ１は、エンジン（図示省略）からの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給するものである。また、ターボチャージャ１は、ベアリングハウジング３と、このベアリングハウジング３の前側に設けられたタービンハウジング（図示省略）と、ベアリングハウジング３の後側に設けられたコンプレッサハウジング（図示省略）とを備えている。なお、ターボチャージャ１の高速バランス試験をする際には、タービンハウジング及びコンプレッサハウジングをベアリングハウジング３から取外しておく。

ベアリングハウジング３内には、複数のベアリング５が設けられており、複数のベアリング５には、前後方向へ延びたタービン軸７が回転可能に設けられている。また、タービン軸７の前端部には、タービンインペラ９が一体的に設けられており、このタービンインペラ９は、運転状態においてはタービンハウジングに覆われている。更に、タービン軸７の後端部には、コンプレッサインペラ１１が取付ナット１３を介して一体的に設けられており、このコンプレッサインペラ１１は、運転状態においてコンプレッサハウジングに覆われている。

タービンハウジングの適宜位置には、排気ガスをタービンインペラ９側へ供給するガス供給流路（図示省略）が形成されており、タービンハウジングの前側には、排気ガスをタービンインペラ９側から排出するガス排出流路（図示省略）が形成されている。また、コンプレッサハウジングの適宜位置には、コンプレッサインペラ１１側へ空気を供給する空気供給流路（図示省略）が形成されており、コンプレッサハウジングの適宜位置には、圧縮された空気をコンプレッサインペラ１１側から排出する空気排出流路（図示省略）が形成されている。なお、ガス供給流路及び空気排出流路は、エンジンのシリンダにそれぞれ接続可能である。

本発明の実施形態に係るバランス検査装置１５は、ターボチャージャ１の高速バランスを検査する装置であって、支持フレーム１７と、この支持フレーム１７の上部に設けられた中空状の検査フレーム１９とを備えている。また、検査フレーム１９は、内側に、タービンインペラ９（ターボチャージャ１の一部のロータ）を収容する収容室２１を有している。更に、検査フレームの下面には、空気供給源２３からの空気を収容室２１側へ供給する空気供給口２５が形成されており、検査フレーム１９の前側には、空気を収容室２１側から排出する空気排出口２７が形成されている。

続いて、本発明の実施形態に係る取付治具について説明する。

図１（ａ）（ｂ）及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る取付治具２９は、バランス検査装置１５の検査フレーム１９にターボチャージャ１のベアリングハウジング３を取付ける際に用いられるものであって、本発明の実施形態に係る取付治具２９の具体的な構成は、次のようになる。

即ち、本発明の実施形態に係る取付治具２９は、第１クランプアーム３１を備えており、この第１クランプアーム３１の中間部は、円弧状を呈してあって、第１クランプアーム３１の先端部には、第１挿通穴３３が貫通して形成されている。そして、第１クランプアーム３１の中間部の内側には、突き合わせた状態の検査フレーム１９のフランジ部１９ｆとベアリングハウジング３のフランジ部３ｆを一方側から保持する第１保持溝３５が形成されており、この第１保持溝３５は、円弧方向へ延びている。更に、第１クランプアーム３１の中間部の外側には、第１スリット３７が第１保持溝３５に連通するように形成されており、この第１スリット３７は、第１保持溝３５に沿って円弧方向へ延びている。

第１クランプアーム３１の基端部には、第２クランプアーム３９の基端部が連結ピン４１及び長穴４３を介して連結されており、この第２クランプアーム３９の中間部は、円弧状を呈してあって、第２クランプアーム３９の先端部には、第２挿通穴４５が貫通して形成されている。そして、第２クランプアーム３９の中間部の内側には、突き合わせた状態の検査フレーム１９のフランジ部１９ｆとベアリングハウジング３のフランジ部３ｆを他方側から保持する第２保持溝４７が形成されており、この第２保持溝４７は、円弧方向へ延びている。更に、第２クランプアーム３９の中間部の外側には、第２スリット４９が第２保持溝４７に連通するように形成されており、この第２スリット４９は、第２保持溝４７に沿って円弧方向へ延びている。

取付治具２９は、第１クランプアーム３１及び第２クランプアーム３９の他に、第１クランプアーム３１の先端部と第２クランプアーム３９の先端部を締結する締結部材５１を構成要素として備ており、この締結部材５１は、第１クランプアーム３１の第１挿通穴３３及び第２クランプアーム３９の第２挿通穴４５に挿通可能な締結ボルト５３と、この締結ボルト５３に螺合可能な締結ナット５５とからなるものである。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

検査フレーム１９のフランジ部１９ｆにベアリングハウジング３のフランジ部３ｆを突き合わせる。そして、第１クランプアーム３１の第１保持溝３５及び第２クランプアーム３９の第２保持溝４７によって突き合わせた状態の検査フレーム１９のフランジ部１９ｆとベアリングハウジング３のフランジ部３ｆを両側（一方側と他方側）から保持する。更に、締結ボルト５３を第１クランプアーム３１の第１挿通穴３３及び第２クランプアーム３９の第２挿通穴４５に挿通させて、締結ナット５５を締付けることにより、第１クランプアーム３１の先端部と第２クランプアーム３９の先端部を締結する。これにより、流体圧シリンダを用いることなく、検査フレーム１９にベアリングハウジング３を取付けることができる。

検査フレーム１９にベアリングハウジング３を取付けた後に、空気供給源２３からの空気を収容室２１側（換言すれば、タービンインペラ９側）へ供給することにより、タービンインペラ９、タービン軸７、及びタービンインペラ９を高速回転させる。そして、ベアリングハウジング３の適宜位置にセットした加速度ピックアップ５７によってターボチャージャ１の加速度の振動を計測する。これにより、ターボチャージャ１の高速バランスを検査することができる。ここで、第１クランプアーム３１の中間部の外側に第１スリット３７が第１保持溝３５に連通するように形成され、第２クランプアーム３９の中間部の外側に第２スリット４９が第２保持溝４７に連通するように形成されているため、タービンインペラ９等のロータの回転中において、第１クランプアーム３１の第１保持溝３５及び第２クランプアーム３９の第２保持溝４７を突き合わせた状態の検査フレーム１９のフランジ部１９ｆとベアリングハウジング３のフランジ部３ｆに馴染ませることができ、加速度ピックアップ５７の計測値のばらつきを抑えることができる（後述の実施例参照）。

以上ごとき、本発明の実施形態によれば、流体圧シリンダを用いることなく、検査フレーム１９にベアリングハウジング３を取付けることができると共に、タービンインペラ９等のロータの回転中において、加速度ピックアップ５７の計測値のばらつきを抑えることができるため、ターボチャージャ１の高速バランスの検査精度を十分に確保した上で、バランス検査装置１５を大型化を抑えつつ、ターボチャージャ１の高速バランスの検査に要するコスト（検査コスト）の低減を図ることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、本発明の実施形態に係る取付治具２９をターボチャージャ１以外の回転機械のハウジングを取付ける際に用いる等、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

実施例について図３（ａ）（ｂ）、図４、及び図５を参照して説明する。

ここで、図３（ａ）は、比較例に係る取付治具を示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）における矢視部IIIbを示す図、図４は、本発明の実施形態に係る取付治具を用いて取付けられたベアリングハウジングの打撃試験の結果を示す図、図５は、比較例に係る取付治具を用いて取付けられたベアリングハウジングの打撃試験の結果を示す図である。

本発明の実施形態に係る取付治具２９を用いて検査フレーム１９に取付けられたベアリングハウジング３をハンマー（図示省略）で打撃して、加速度ピックアップ５７によってベアリングハウジング３の加速度の伝達関数を計測することにより、ベアリングハウジング３の打撃試験（実施例の打撃試験）を行い、その結果をまとめると、図４に示すようになる。同様に、比較例に係る取付治具５９（図３（ａ）（ｂ）参照）を用いて検査フレーム１９に取付けられたベアリングハウジング３をハンマーで打撃して、加速度ピックアップ５７によってベアリングハウジング３の加速度の伝達関数を計測することにより、ベアリングハウジング３の打撃試験（比較例の打撃試験）を行い、その結果をまとめると、図５に示すようになる。なお、図３（ａ）（ｂ）に示すように、比較例に係る取付治具５９は、第１スリット及び第２スリットが省略された点を除き、本発明の実施形態に係る取付治具２９と略同じ構成を有している。

即ち、前述の打撃試験の結果によると、本発明の実施形態に係る取付治具２９を用いてベアリングハウジング３を取付けることにより、比較例に係る取付治具５９を用いてベアリングハウジング３を取付けた場合に比較して、主要な計測範囲（１７００〜３８００Ｈｚ）において加速度ピックアップ５７の計測値のばらつきが低減されたことが確認された。

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る取付治具を示す図、図１（ｂ）は、図１（ａ）における矢視部IBを示す図である。 バランス検査装置の検査フレームにターボチャージャのベアリングハウジングを取付けた状態を示す断面図である。 図３（ａ）は、比較例に係る取付治具を示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）における矢視部IIIbを示す図である。 本発明の実施形態に係る取付治具を用いて取付けられたベアリングハウジングの打撃試験の結果を示す図である。 比較例に係る取付治具を用いて取付けられたベアリングハウジングの打撃試験の結果を示す図である。

符号の説明

１ ターボチャージャ
３ ベアリングハウジング
３ｆ フランジ部
９ タービンインペラ
１１ コンプレッサインペラ
１３ 取付ナット
１５ バランス検査装置
１９ 検査フレーム
１９ｆ フランジ部
２１ 収容室
２９ 取付治具
３１ 第１クランプアーム
３３ 第１挿通穴
３５ 第１保持溝
３７ 第１スリット
３９ 第２クランプアーム
４１ 連結ピン
４３ 長穴
４５ 第２挿通穴
４７ 第２保持溝
４９ 第２スリット
５１ 締結部材
５３ 締結ボルト
５５ 締結ナット
５７ 加速度ピックアップ

Claims (3)

1. 回転機械の高速バランスを検査するためのバランス検査装置の検査フレームに、前記回転機械のハウジングを取付ける際に用いられる取付治具において、
   少なくとも中間部が円弧状を呈してあって、中間部の内側に突き合わせた状態の前記検査フレームのフランジ部と前記ハウジングのフランジ部を一方側から保持する円弧方向へ延びた第１保持溝が形成された第１クランプアームと、
   基端部が前記第１クランプアームの基端部に揺動可能に連結され、少なくとも中間部が円弧状を呈してあって、中間部の内側に突き合わせた状態の前記検査フレームのフランジ部と前記ハウジングのフランジ部を他方側から保持する円弧方向へ延びた第２保持溝が形成された第２クランプアームと、
   前記第１クランプアームの先端部と前記第２クランプアームの先端部を締結する締結部材と、を具備し、
   前記第１クランプアームの中間部の外側に、前記回転機械のロータの回転中に前記第１保持溝を突き合わせた状態の前記検査フレームのフランジ部と前記ハウジングのフランジ部に馴染ませるための円弧方向へ延びた第１スリットが前記第１保持溝に連通して形成され、前記第２クランプアームの中間部の外側に、前記回転機械の前記ロータの回転中に前記第２保持溝を突き合わせた状態の前記検査フレームのフランジ部と前記ハウジングのフランジ部に馴染ませるための円弧方向へ延びた第２スリットが前記第２保持溝に連通して形成されていることを特徴とする取付治具。
2. 前記第１クランプアームの先端部に第１挿通穴が貫通して形成され、前記第２クランプアームの先端部に第２挿通穴が貫通して形成されてあって、
   前記締結部材は、前記第１クランプアームの前記第１挿通穴及び前記第２クランプアームの前記第２挿通穴に挿通可能な締結ボルトと、該締結ボルトに螺合可能な締結ナットとからなることを特徴とする請求項１に記載の取付治具。
3. 請求項１に記載の取付治具を用いて、回転機械の高速バランスを検査する方法において、
   バランス検査装置の検査フレームのフランジ部に前記回転機械のハウジングのフランジ部を突き合わせ、前記取付治具における前記第１クランプアームの前記第１保持溝及び前記第２クランプアームの前記第２保持溝によって突き合わせた状態の前記検査フレームのフランジ部と前記ハウジングのフランジ部を両側から保持し、
   前記取付治具における前記締結部材によって前記第１クランプアームの先端部と前記第２クランプアームの先端部を締結することにより、前記検査フレームに前記ハウジングを取付け、
   前記回転機械のロータを高速回転させて、前記ハウジングにセットした振動ピックアップによって前記回転機械の振動を計測することにより、前記回転機械の高速バランスを検査することを特徴とする回転機械の高速バランスを検査する方法。

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