JPS5874236A - ワ−クの芯出し用基準外周面形成方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えばターボチャージャ用タービンロータの粗
形材のように、機械加工用の芯出し１＊するワークに対
し、予めそのワークの外周１１ｔ−基準となし得るよ５
に外周面形成加工ｔｍナワークの芯出し用基準外周面形
成方法及び装ｇＩｔＫ関する。

゛　ターボチャージャ用タービンロータなどの高速回転
体には、回転中における高精変のバランスが要求される
ものである。従って、このようなワークを機械加工する
場合には芯出し用基準の取シ方が非常に１要となる。

フ ところで、鋳造されたターボチャージャ用゛タービンロ
ータは、その羽根数に対応した数に分割さＫた割型を用
いて鋳造するのが一般的である。この割型はタービンロ
ータの中心に対して理想的な点対称配置としてあれば、
重心の片寄シ【生じることなく造形されるはずであるが
、実際は、割型をこのような理想配ｆＩＩＣすることは
困龜であル、１ＩＩＩ型が種々のばらつきで相互ＫＪＩ
間するのが状状である。従って、ロータＯ中心は一般に
＃ｉ鋳造時においては理想１的な配置にならず若干の片
寄シを生ずる場合が多い。

このようなワークの重心の片寄シは、そのワークの外周
面形−転形状誤差となって現われるものであり、このよ
うな形状誤差１有する外周面を加工基準とした場合には
、機械加工などの際に高精しては、三爪チャフを用いる
ようＫしておシ、ワークの任意の三点を通る三角形の外
接円中心を基位置によって外接円中心が大きく異なシ、
作業者は非常に−１１１１１するものである。

本発明はこのような事情に龜みてなされたもので、機械
加工などの際に芯出しすべ倉ワークＯ外周ｔｈ１−その
ワークの重心を中心とし良一定牛径の加工基準面となる
ように形成することができ、その後の機械加工における
芯出し【高＊ｔで行なえるようにするワークの芯出し用
基準外周向形成方＼ 法及び装Ｗを提供するものである。

このような目的を達成する九め、本発明の第１は、芯出
しナベ自ワークを軸心方向両端部から把持してそのワー
クの外周面位置ｔ＊Ｉｌｂ出すとともｋその割シ出した
ワークの外周面位置に基づいてそのワークの重心が一定
の基準位ｉｔＫ配筐するべく位置規制する重心設定工程
と、この１心設定工程でその重心位ａを設定された前記
ワークを軸心方向両端から高圧でクランプし、そのクラ
ンプしたワークを細心方向に沿う一定のルートで移動さ
せながら、前記ワークの外周面位置から割出された重心
をその中心として周配され圧基準外周面形成手段に挿通
することｋよシ、前記ワークの外周面をそのワークの重
心を中心２する一定牛径の外周面形状に形成する基準外
周面形成工程とｔ−具備してなるワークの芯出し用基準
外周面形成方法にある。

まえ、本発＠８ｏｓ２は、芯出しすべきワークを細心方
向両端から緊緩可能Ｋかっ軸直角方向のスライドを許容
し得る状態でクランプするとともに、そのワークの軸心
方向に移動可能なりランプ＋段と、このクランプ手段の
外周部に配置され前記ワークの外周向の位ｆＩｔｔ−検
出する位置検出＋段と、この位置検出手段によって検出
した前記ワークの外周面位置に基づいて前記ワークの重
心を前記クランプ手段の軸心に一致させるべく前記ワー
クに求心方向の押圧力を付与する重心位置決め手段と、
この重心位置決め手段にＩＩＩ接して設けられ、その成
形加工部を前記クランプ手段の軸心から一定牛径位置に
有する基準外周面形成手段とを具備してなるワークの芯
出し用基準外周面形成装置１１にある。

このような本発明の方法及び製電によって、ワークの外
周面を位置測定し、その＃ｊ＃鉋した外周面位ｆｌｔＫ
対応した求心方向の力で重心位ｗｅめ【行ない、そのワ
ークの外周面の適当な部分を、塑性加工又は機械加工な
どｋよ）例えば円筒形に形成し、その円筒形などの外周
部を基準としてワーク一−Ｆ のアンバランスを除去するものである。そして、このよ
うＫして重心の位置をワークの軸心部に設定し、これを
加工基準として静の加工工程又は測定工程（芯出し工ａ
）を高精度で行なえるようにするものである。

以下、本発明の一実施例を第１図乃至第４図を参照して
絆細に説明する。

なお、本実施例はターボチャージャ用タービンロータの
加工基準を設定する場合についてのものである。

まず、装置の構成を説明する。ワークとしての、ターボ
チャージャ用タービンロータ（攻°下単にロータという
）となるロータ粗形材１は、個数の割型によって餉造さ
れたもので、このロータ粗形材１１１の機械加工によっ
て芯出し及び機械加工を施されるものである。このロー
タ粗形材ｌの羽根ｓ２０間に形成されている円柱状の胴
部３のｊ１４大形な外周面部分を、一般に芯出し時の加
工基準３Ａ・・としている。この加工基準３Ａ・・を含
む円は、一般に加工経歴上、多角形状Ｋｆ形している場
合が多い。この加工基準３ム・・は、例えば第２図に示
すように周方向１０カ所に分割形成されている。このｌ
Ｏカ所の加工基準３Ａ・・が前述の如く形状的なバラツ
キを有している。

４はクランプ手段であ夛、ロータ粗形材Ｉｔ軸心方向両
端から禦緩可能Ｋかつ軸直角方向のスライドを許容し得
る状態でクランプし、そのロータ粗形材ｌＯ軸心方向に
移動可能としである。即ちこのクランプ手段４Ｆｉアツ
パークランプ４Ａとロアクランプ４Ｂと、によって構成
されてお〕、こＯ各りランプ４Ａ、４Ｂの平担な対向ｍ
ｓＡ、５Ｂによって、ロータ粗形材ｌの平担な両端面を
圧着するようにしている。ロアクランプ４Ｂは駆動ロン
ドロ８に一体に設けられ、アッパークランプ４Ａ＃−１
ｉ駆動ロッド６ＡＫ鋼球７及びピン８によって揺動可能
にｉけである。このクランク手段４の外局位置に、ハウ
ジング９ｔ−介して、位置検出手段１０、重心位置決め
手段１１及び基準外周面形成手段１２ｔ−設けている。

位置検出手段１０ｔ；ｉ：加工基準３ム・・に対応して
クランプ手段４の周囲に等角度間隔で会数集配され、ク
ランプ手段４０軸直角方向に移動可能なボール１３から
なっている。各ボール１３Ｆｉリング状のリテーナ１４
の溝１５に周方向位置を規制されて、後述する基準外周
面形成手段１２の上に載置したものである。なお、リテ
ーナ１４の＄１５はホール１３の回転動作を十分許容し
得る暢に設定されている。又、各ボール１３はすべて同
一材質、同一寸法のものである。

重心位置決め手段１１はボール１３をクランプ手段４の
求心方向に押圧するスプリング、飼えばばね材で構成さ
れるもの例えば板にね１６からな“つている。この板ば
ね１６は全体としてリング状のものであシ、周方向の一
部をポール１３０両側でリテーナ１４の外周側にそれぞ
れ固着したものである。即ち、各板ばね１６は各ボール
１３をそれぞれ独立した弾性力で押圧するようＫしてい
る。

この板はね工６によって通常は各ボール１３がクランプ
手段４の軸心に対してボール１３を一定の半径位置にり
荷状態で保持し得るようＫしている。そして、ハウジン
グ９には板はね１６の外周側に位置して、ボール１３の
外８１Ｉｌｌへの移動に伴うその板はね１６の撓与を許
容し得る空間１７が形成されている。そして、この板は
ね１６によって各ボール１３はクランプ手段４の求心方
向に向かって全て一定の押圧力を付与されておシ、従っ
てボール１３に外周方向に向かう大き”い押圧力が作用
する場合には板ばね１６が大きく撓むとともに大きい反
力を発生し、その逆にボール１３に作用する外周方向へ
の押圧力が小さい場合には各板はね１６に作用する反力
も小さく、その場合は撓みも小さい、従って、真円度の
出ていないロータ粗形材１ｔ−ボール１８の内周位置に
：接触させて保持したような場合は、板ばね１６に発生
する反力のペタドルの総和がＯとなるような位置、即ち
ロータ粗形材の重心がクランプ手段４の軸心に一散する
状態でそのロータ粗形材ｌは停止するものである。なお
、この作用については後に詳述する。

ル１．３及び板ばね１６にＳ接している。この基準外周
面形成手段１２の内周面部分ＫＵ、ロータ粗形材１の加
工基準３Ａ−に対応する成形加工部１２Ａが形成しであ
る。仁の成形・・加工部１２ム蝶上端部が大形であシ、
下方に向かつて次１１１．に小形上なるテーパが施され
ている。そして、成形加工部１２人の＃ミは上下方向の
中間部分において、クランプ手段４の軸心から一定半径
位置に成形加工主部１２Ｂを形成している。この成形加
工主部１２Ｂは、クランプ手段４によってロータ粗形材
１をそΩクランプ手段４の細心方向（第１図の下方）に
移動する場合に、そのロータ粗形材１の加工基準３Ａ′
・ＩＩを強圧し、これＫよってその加工基準３Ａ−＃の
部分を塑性変形させるものである。即ち、この基−準外
周面形成手段１２は塑性加工手段とされている。

次に方法ｔ−説明する。まず、ロータ塑形材１を軸心方
向両端部からクランプφ段４によって把持し、そのロー
タ粗形材１’を位置検出手段１０内に挿通することによ
ってそのロータ粗形材１の外周面位鎗會割プ出すととも
に１そのロータ粗形材１の外Ｊｉｉ１面位ｆｉＫ基づい
て細心位置決め手段１１によって半の口」夕粗形材１の
重心がクランプ手段の軸心と一敦すへ準位ｆｌｔＫヶ、
□、。−置規制する１心設定工Ｓを行なう。Ｒνち、最
初ｆｉロータ粗形材１をアッパークーランプ４Ａ及びロ
アクランプ４ＢＫよって軸直角方向のずれ動きｔ許容し
得゛る程度の弱い力でクランクしておき、この状態でロ
ータ粗形材１を位置検出手段１０内に上方からボール１
３の中心高さ位置まで降下させる。このと＾、ロータ粗
形材１の加工基準３Ａ・・としての胴部３に形状のばら
つきがある場合、つｔシ真円ＩＩｅか出ていない場合Ｋ
Ｆｉ、そのロータ粗形材１の加工基準３Ａ・・のうちの
余計な大径部分に１＃触するボール１３が外周方向に押
動される状態になる。そうすると、外周方向に大きく一
移動するボール１３′ｆｔ支える板ばね１６Ｆｉ外周側
に大きく撓む状態になるとともに、ロータ粗形材ＩＫ対
して祉大き１反力を生じさせることＫｌｋる。このとき
、ロータ粗形材ｌは各ボール１３に加わる合成力のつシ
合う位ＩＮＫ安定するものである。−なお、各ボール・
１３に加わる力の中には、そのボール１３の外周の各点
の摩擦力郷も含まれる。

例えにボール１３の１つ１３Ａとこれに軸対称な他のボ
ール１３Ｆとを結ぶ腺の方向の全数の合成力の中に祉、
それと略直角方向に位置するボール１３Ｄ、１３工等の
、ロータ粗形・材１と接触すゐ方向の力に応じ良摩擦力
が作用している。この作用が大きいとロータ粗形材１の
位置は確定しｋ〈い。しかるに１前記の如くリテーナ１
４０ボール挿入用溝１５に一ボール１３の十分な回転を
許容し得るように設定することで、そのよりな＊＊力の
減少を因っているものである。

そして、前記の場合、各ボール１３に加わる力の合成力
がゼ四となる時に、板ばね１６は近似的に％ロータ粗形
材ｌの加工基準３Ａ・・の半径方向成分差を一次変換し
た力でボール１３郷を介してロータ粗形材ｉｔ押し付け
ている状態となる。つまシ、位置ベクトルを力のベクト
ルに一次変換して合成していることＫな多、この力の合
成ベクトルに応じ＊＊＊でロータ粗形材１が安定するも
のである。この場合、クランプ手段４の軸心に対してボ
ール１３及び板ばね１６ｆニ一定半径上に配置している
ので、ロータ粗形材ＩＣ）安定位＃に、Ｆｉ、そのロー
タ粗形材ｌの重心がクランク手段４の軸心と一散する位
置となる。

以上の重心設定工程のｌｋＫ、基準外周面形成工程を行
なう。この工程で紘、前記重心設定工程でその重心位置
を設定されたロータ粗形材ｌをクランプ手段４によって
細心方向両端から軸直角方向の位置ずれが生じないよう
に高圧でクラン−プし、そのクランプしたロータ粗形材
Ｉｔ重心管軸心゛方向に沿う一定のルートで移動させな
がら、基準外周面形成手段１２に挿通することにより、
ロータ粗形材１の外周面を重心を中心とする一定半径の
外周面形状に形成する。即ち、アツノく−クランプ４Ａ
とロアクランプ４Ｂとｋよってロータ粗形材ｌを固定し
、そのまま基準外周面形成手段１２を成形加工部として
の修正ダイス、１２ムに対して徐々に絞シ込むようにし
ながら挿通するものである。

こや成形加工部１２Ａの外周位置は予めボール１３とと
もに同心的な配置を有するものであるから、ボール１３
及び板ばね１６などからなる重心位置決め手段１１によ
ってその加工１基準３Ａ・・が位置決めされたロータ粗
形材１をこの成形加工部１２Ａに挿通すると、その加工
基準３ム−・のうちの余計な膨み部分などがその挿通の
際に塑性変形（サイジング）によって外周形状を修正さ
れるものである。そして、その修正される形状は、前記
重心位置決め手段によって位置決めされた重心に対して
同一半径の外周面に加工基準３Ａ−轡が一紋するように
、即ち、重心に対してはは完全に同−千径上に力「工基
準３Ａ・・が配置され良形状のロータ粗形材が形成され
るものである。

従って、この基準外周面形成加工を行なった彼は、飼え
ば次工程において芯出し加工する場合、このようＫして
形成し九加工基準面を用いて極めて容易に芯出しでき、
高精度の加工が行なえるようになる。そして、最終製品
としてのターボチャージャ用タービンロータとする場合
においても、芯ずれがほとんどない極めて高精度の回転
全行なえるものｋすること赤できる。

なお、前記実施例では、基準外周面形成手段を塑性加工
手段である一件変形（サイジング）をオリ用するように
したが、本発明はそのようなものに限らず、機械加工手
段にしてもよい。例えはｗ、３（ＶＫ示すように、基準
外周面形成手段１２の成形加工部１２Ａとして、切刃２
０と切削ボクット２１を有する工具として、切ＰＡ（シ
ェービング）を行なうようＫしてもよい。このようなシ
ェービングダイスによる切削性は、テーパ状の表面、即
ちノ（ｉシングランド２２によってよ多効果的なものと
することができる。

なお、図示しないが前述した第３図の切刃２０゛を螺状
に形威し、その切刃ピッチと被切削部であるロータ粗形
材ｌの加工基準の厚さの比による振動発生によって高精
度の切削を行なえるようにすることも可能である。

また、前記実施例では重心位置決め手段１１としての板
ばね１６をリテーナ１４Ｋｔｉ！ｉ１着し九が、本発明
はそのようなものに限らず、例えば第４図に示すように
１　リテーナ１４に対して板にね１６をばね定数微調整
用の補助板２３及びこの補助板２３を介して板にね１６
ｔ−外側から圧接するためのボルト２４によって締め付
けるようにしてもよいＯ このような構成にすれば、ボルト２４の細め付は座でも
ある補助板２３の位置を調整することによって板ばね１
６の実質的な重心位置決め用の加圧力、即ちボール１３
を介してのロータ粗形材１Ｋｔｉする押圧力を胸整する
ことが可能となる。

さらに、重心位置決め手段１１としてのスプリング手段
は板ばねｋよるものの他、コイルばねにすることも可能
である。例えば第５図に示すように、ハウジング９にボ
ルト２５ｔボルトリテーナ２６を介して螺挿し、このボ
ルト２５によってコイルばね２７をボール１３に圧接し
てもよい・このような構成によっても前記第４図に示し
た実施例と同１ａＫボール１３に対する加圧力ｔ！ｉＭ
！ｌ整することができる。

さらにまた、以上の各実施例で祉スプリンクをはね材に
したが、本発明はそのような吃のに限らず、スプリング
として流体圧式シリンダ装ａｔ利用することもできる。

また、以上の各実施例において社、位置検出手段１０１
ｉボール及び板ばねなどｋよって機械的に検出し、この
機械的な検出手法を利用１．てｉｆｌ、接的にロータ粗
形材１を基準外周面形成手段１２に挿通ずることにより
、なんら数値的な演算手法などを伴なわずにそのロータ
粗形材１の加工基準３Ａ・・を修正加工するようにした
が、本発明鉱そのようなものに限らず、所定の演算手段
を伴う電気的検出手段によって位置検出手段を構成し、
一方、重心位置決め手段を電気的検出手段によシ検出し
た加工基準の検出データに基づいてそのロータ粗形材ｌ
の求心方向に押圧するものを採用することもできる。例
えば、第６図はこのような電気的修正手段を採用した場
合の一例を示すもので、電動機３０又はそれ同等のアク
チュエータ等を用いてボール状の位置検出子３１ｔ−駆
動するようｋし、この位置検出子３１に設けた一体移動
用の可動板３２の動作ヲギャップセンサ３３によって位
置検出し、これによってロータ粗形材１の加工基準３Ａ
・・の位置検出ゲータを収録′：゛するようにしてもよ
い。なお、このものにおいてモータ３０と位置検出子３
１とは賜送９機構によって駆動するようＫしている。

そして、このような電気的検出手段によって検出した検
出データを図示しない演算手段によって重心位置の演算
を行ない、これをフィードバックして前記七−夕３０に
よって位置検出子を重心設゛定手段として前記同様の重
心設定用押動動作を行なわせるようＫするも１、のであ
る。このような電気的な手段によっても、前記実施ガと
ほとんど同様の作用効果ヲ奏することができる。

なお、以上の全ての実施例においては、芯出し用ワーク
としてターボチャージャ用タービ／ロータのロータ粗形
材に適用したが、′本発明はそのようなものに限らず、
各種の芯出しを要するワークに適用することができる。

％に高精度を要求される回転体などに対して極めて効果
的なものとなる・以上のように％□本発明によれば、芯
出しすべきワークの外周面に゛形成される加工基準をベ
クトル量の総和として讐ｔ：設定を行い１．その設定し
た重心に対して前記加工基準が常に一定牛径上に存（ｆ
するように表向成形加工し、そのワークの加工基準を割
出すよ５にすることができるので、局初度の芯出しｔ−
要するワークに対して極めて好通し、その後の機械加工
などの芯出しをそのワークの外周面に基づく方法によっ
て極めて容易ｋかつ高精度で行なうことが可能となシ、
このようなチャッキング作用の向上等によって製造され
る回転体などのワークの１普バランスのｔｌとんど″＆
％ｈ７１ｉ、精度の回転全行なうもの処することができ
、従来困難であった芯出し加工に大きく寄寿することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図４本発明の一実施絢を示すもので第
１図は要部を断面にして示す本発明の値散の１ＥｌｌＴ
ｈ図、第２図は第１図のト」線断面図、第３図は本発明
の他の実施例を示す一部分の拡大ｔ！ｊｒ　ＩＩＩ　ｍ
　、第４図は位置検出手段の他の実施例で示す拡大断面
図、第５図は位置検出手段の更に他の夾Ｍ例を示す拡大
断面図、第６図線位置検出手段の更に異なる夾、ｖｔＩ
し１１を示す拡大断面図である。 １・・０ワーク（ロータ粗形材）。 ３（３Ａ・・）０・・外周面（加工基準）。 ４・・・［相］クランプ手段、４Ａ・・−・アツノ（−
クランプ。 ４Ｂ・・・・ロアクランプ、１０・・・・位置検出手段
。 １１・・・・重心位置決め手段、１２・書・・基準外局
面形成手段、１２Ａ・・０・成形加工部。 １３・書・・ボール、１４・・・・リテーナ、１５・・
・・壽。 １６・・・・板ばね（スプリング）。 代理人　鵜沼辰之 （ほか２名） 第１図 第２図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）芯出しすべきワークを軸心方向両端部から把持し
   てそのワークの外周面位置を割出すと共にその割出した
   ワークの外周面位置に基づいてそのワークの１心が一定
   の基準位置に配置するべく位−置規制する重心設定工程
   と、この重心設定工程でその重心位置を設定された前記
   ワークを軸心方向両端から高圧でクランプし、そのクラ
   ンプしたワークを細心方向に沿う一定のルートで移動さ
   せながら前記ワークの外周面位置から割出された重心を
   その中心として周配された基準外周面形成手段に挿通す
   ることＫよシ、前記ワークの外周面をそのワークの重心
   を中心とする一定牛径の外周面形状に形成する基準外周
   面形成工程とｔＡ偏してなることを特徴とするワークの
   芯出し用基準外周面形成方法。
2. （２）　　芯出しすべきワークを軸心方向両端から緊緩
   可能にかつ軸直角方向のスライドを許容し得る状態でク
   ランプする七共に、そのワークの軸心方向に移動可能な
   りランプ手段と、このクランプ手段の外周部に配置され
   前記ワークの外周面の位置を検出する位置検出手段と、
   この位置検出手段によって検出し良前記ワークの外周面
   位置に基づいて前記ワークの重心を前記クランプ手段の
   軸心に一致させるべく前記ワークに求心方向の押圧力を
   付寿嗅る重心位置決め手段と、この重心位置決め手段に
   １１１１ｊＩシて設けられ、その成形加工部管、前記ク
   ランプ手段の軸心から一定半径位置に有する基準外周面
   形成手段とを具備゛してなることを特徴とするワークの
   芯出し用基準外周面形成装置。
3. （３）位置検出手段が、クランク手段の周囲に等角度間
   隔で複数周配され前記クランプ手段の軸直角方向に移動
   可ａｌｋボーＡ−からなり、位置検出手段が、前記ボー
   ル全前記クランク手段の求心方向に押圧するスプリング
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   ワークの芯出し用基準外周面形成装置。
4. （４）　　スプリングが、ばね材若しくは流体圧式シリ
   ンダ装置であること全４Ｉ像とする特許請求の範囲第３
   項記載のワークの芯出し用基準外周面形成装置。
5. （５）位置検出手段が電気的検出手段であシ、重心位置
   決め手段が前記電気的検出手段により検出したワークの
   外周面位置検出データに基づいて前記ワークを求心方向
   に抑圧するものであることを特徴とする特許請求の範囲
   １２項記載のワークの芯出し用基準外周面形成装置。
6. （６）基準外周面形成手段が塑性加工手段であることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載のワークの芯出し
   用基準外周面形成装置。
7. （７）基準外周面形成手段が機械加工手段であることを
   特徴とする特許請求の＠ＷＪ１ｇ　２項記載のワークの
   芯出し用基準外周面形成装置。