JPWO2014167905A1

JPWO2014167905A1 - インペラの締結検査方法、インペラの締結方法、インペラの締結検査装置、およびインペラの締結装置

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Publication number: JPWO2014167905A1
Application number: JP2015511148A
Authority: JP
Inventors: 寛采浦; 真一金田; 祐一大東
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2017-02-16
Also published as: DE112014001921T5; US20150276523A1; CN104884747A; CN104884747B; DE112014001921B4; WO2014167905A1; US9891123B2

Abstract

インペラの締結検査方法は、ベアリングハウジングに挿通され、ベアリングハウジングから突出する両端にインペラが設けられ、インペラのうち、少なくとも一方が締結部材で締結されると共に、締結部材による締結力で、インペラと一体的に回転する回転部材が締結されたタービン軸に対し、直接、または、間接的に振動を与える工程（Ｓ２１２）と、タービン軸の振動を測定する工程（Ｓ２１４）と、測定したタービン軸の振動のピークとなる振動数が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する工程（Ｓ２１６）と、を含む。

Description

本発明は、タービン軸に回転部材を締結したときの締結力が適正であるかどうかを確認するインペラの締結検査方法、インペラの締結方法、インペラの締結検査装置、およびインペラの締結装置に関する。

従来の過給機は、ベアリングハウジングと、ベアリングハウジングに回転自在に支持され、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タービン軸と、を備える。この過給機はエンジンに接続され、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、このタービンインペラの回転によって、タービン軸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過給する。

タービン軸は、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形成された段部を有する。段部の外径は、ラジアル軸受が設けられる部位の外径よりも小さい。このタービン軸には、段部まで、スラストカラー、油切りなどの回転部材とコンプレッサインペラが軸方向に隙間なく順次取り付けられる。最後にナットがタービン軸の軸端側に螺合する。この螺合によって、段部、回転部材、および、コンプレッサインペラ間の当接部分にタービン軸の軸力（ナットによる締結力）が掛かる。この軸力は、エンジン運転時における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。このナット締めには、例えば、締め付けトルクを設定できるプリセット型のトルクレンチが用いられる。

ナット締めにプリセット型のトルクレンチを用いる場合、ナットの締め付けトルクに対して発生する軸力にバラつきが発生する。これは、ナット締めされる回転部材およびコンプレッサインペラ間の摩擦係数の個体差などに起因する。従って、ナット締めにおいて適切なトルク管理が求められる。また、例えばコンプレッサインペラが圧入によってタービン軸に取り付けられる場合などでは、スラストカラーや油切りに所望の軸力を掛けるために、これらを隙間無くタービン軸に挿入させる必要がある。従ってこの場合には、コンプレッサインペラの圧入に対して適切な荷重管理（以下、圧入力管理と称す）などが求められる。

特許文献１では、この軸力を特定するための技術が開示されている。この技術において、タービン軸は、コンプレッサインペラが取り付けられる部位に、軸方向に延伸する面取り部を有する。また、この面取り部には、歪みゲージが取り付けられる。軸力は、歪みゲージによって計測されたタービン軸の歪みから導出される。なお、歪みゲージのリード線は、面取り部からタービン軸の軸端まで連通する孔を通じて、外部に引き出されている。

特開２００９−２２８４４６号公報

上述した特許文献１のように、歪みゲージの出力値によって軸力を導出する技術は、試験機などに対して正確な軸力を測定する場合に有効である。しかし、量産機に対して行うには、歪みゲージの回収が困難である上、測定のための工数が多くコスト高となる。

本発明の目的は、低コストでタービン軸と回転部材およびコンプレッサインペラの軸力が適正であるかどうかを確認することが可能となるインペラの締結検査方法、インペラの締結方法、インペラの締結検査装置、およびインペラの締結装置を提供することである。

本発明の第１の態様はインペラの締結検査方法であって、ベアリングハウジングに挿通され、該ベアリングハウジングから突出する両端にインペラが設けられ、該インペラのうち、少なくとも一方が締結部材で締結されると共に、該締結部材による締結力で、該インペラと一体的に回転する回転部材が締結されたタービン軸に対し、直接、または、間接的に振動を与える工程と、前記タービン軸の振動を測定する工程と、測定した前記タービン軸の振動のピークとなる振動数が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する工程と、を含むことを要旨とする。

本発明の第２の態様はインペラの締結方法であって、ベアリングハウジングに挿通され、該ベアリングハウジングから突出する両端にインペラが設けられたタービン軸に対し、該インペラのうちの少なくとも一方を締結部材で締結すると共に、該締結部材による締結力で、該インペラと一体的に回転する回転部材を該タービン軸に締結する工程と、前記タービン軸に対し、直接、または、間接的に振動を与える工程と、前記タービン軸の振動を測定する工程と、測定した前記タービン軸の振動のピークとなる振動数が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する工程と、を含むことを要旨とする。

本発明の第３の態様はインペラの締結検査装置であって、ベアリングハウジングに挿通され、該ベアリングハウジングから突出する両端にインペラが設けられ、該インペラのうち、少なくとも一方が締結部材で締結されると共に、該締結部材による締結力で、該インペラと一体的に回転する回転部材が締結されたタービン軸に対し、直接、または、間接的に振動を与える加振部と、前記タービン軸の振動を測定する測定部と、測定された前記タービン軸の振動のピークとなる振動数が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する判定部と、を備えることを要旨とする。

本発明の第４の態様はインペラの締結装置であって、ベアリングハウジングに挿通され、該ベアリングハウジングから突出する両端にインペラが設けられたタービン軸に対し、該インペラのうちの一方を、締結部材で締結すると共に、該締結部材による締結力で、該インペラと一体的に回転する回転部材を締結する締結部と、前記タービン軸に対し、直接、または、間接的に振動を与える加振部と、前記タービン軸の振動を測定する測定部と、測定された前記タービン軸の振動のピークとなる振動数が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する判定部と、を備えることを要旨とする。

本発明によれば、低コストでタービン軸と回転部材およびコンプレッサインペラの軸力が適正であるかどうかを確認することが可能となる。

図１は、本発明の実施形態に係る過給機の概略断面図である。図２は、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。図３は、タービン軸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。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、振動数と軸力の関係について説明するための説明図である。図５は、本発明の実施形態に係る組立装置の機能ブロック図である。図６は、組立装置について説明するための第１の図である。図７は、組立装置について説明するための第２の図である。図８は、インペラの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。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。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の矢印Ｌで示す方向を過給機Ｃの左側とし、矢印Ｒで示す方向を過給機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を備える。過給機本体１は、ベアリングハウジング２と、締結機構３によってベアリングハウジング２の左側に連結されるタービンハウジング４と、締結ボルト５によってベアリングハウジング２の右側に連結されるコンプレッサハウジング６と、を備える。過給機本体１は、これらの一体化によって、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が形成されている。軸受孔２ｂにはラジアル軸受７が設けられている。ラジアル軸受７は、タービン軸８を回転自在に支持する。タービン軸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いる。タービンインペラ９は、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、タービン軸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いる。コンプレッサインペラ１０は、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には吸気口１１が形成されている。吸気口１１は、過給機Ｃの右側に開口し、エアクリーナ（図示せず）に接続される。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の対向面が、空気を昇圧するディフューザ流路１２を形成する。ディフューザ流路１２は、タービン軸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よりもタービン軸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、エンジン（図示せず）の吸気口と連通し、ディフューザ流路１２にも連通している。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、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。

タービンハウジング４には吐出口１４が形成されている。吐出口１４は、過給機Ｃの左側に開口し、排気ガス浄化装置（図示せず）に接続される。また、タービンハウジング４には、流路１５と、この流路１５よりもタービン軸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、排気ガスのガス流入口（図示せず）と連通し、流路１５にも連通している。したがって、排気ガスは、エンジン（図示せず）の排気マニホールドから排出された後、ガス流入口に導かれる。さらに、排気ガスは、ガス流入口からタービンスクロール流路１６に導かれ、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。この流通過程において、排気ガスはタービンインペラ９を回転させる。タービンインペラ９の回転力は、タービン軸８を介してコンプレッサインペラ１０に伝達される。その結果、コンプレッサインペラ１０の回転力によって、空気が昇圧され、エンジンの吸気口に導かれる。

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の矢印Ｌが示す方向を過給機Ｃの左側とし、矢印Ｒが示す方向を過給機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２つのスラスト軸受２０、２１が設けられている。スラスト軸受２０、２１はスラストカラー２２を挟んで左右に配され、タービン軸８に作用するスラスト荷重を受ける。スラスト軸受２０、２１およびスラストカラー２２には、タービン軸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が隣接している。油切り２３の左側の端部が、スラスト軸受２１に挿通されている。油切り２３の右側は、シールプレート２４に挿通されている。油切り２３は、径方向外方に突出した部位を有する。この部位は、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寄りに位置し、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する。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。

回転部材２５は、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、タービン軸８と一体的に回転するようにタービン軸８に締結されている。径方向におけるスラスト軸受２０とタービン軸８との間には隙間が設けられ、互いに相対的に回転可能となっている。径方向における油切り２３とスラスト軸受２１との間にも隙間が設けられ、互いに相対的に回転可能となっている。さらに、油切り２３とシールプレート２４との間にも隙間が設けられ、互いに相対回転可能となっている。

図３は、タービン軸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。タービンインペラ９は、タービン軸８に溶接などで固定され、タービン軸８と一体的に回転する。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、タービン軸８と一体的に回転するように、ナット２６（締結部材）によってタービン軸８に締結されている。ナット２６は、タービン軸８の軸端側に設けられたネジ溝８ｂに螺合する。

図３に示すように、タービン軸８には段部８ａが形成されている。タービン軸８は、タービンインペラ９側の外径が、段部８ａを境に、コンプレッサインペラ１０側の外径よりも大きくなるように形成されている。スラストカラー２２は、段部８ａに当接する位置までタービン軸８に挿通される。

油切り２３は、スラストカラー２２に当接する位置までタービン軸８に挿通される。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タービン軸８に挿通される。

コンプレッサインペラ１０がタービン軸８に圧入された後、ナット２６がタービン軸８のネジ溝８ｂに螺合する。タービン軸８の段部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が位置した状態で、ナット２６がこれらを締め付ける。この締め付け（即ち、ナット２６による締結力）が、タービン軸８の軸方向の圧縮力（軸力）を生じさせる。さらに、この軸力が、段部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を生じさせる。そのため、タービン軸８に対し、各回転部材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、回転部材２５やコンプレッサインペラ１０がタービン軸８と一体的に回転する。

また、コンプレッサインペラ１０にタービン軸８を圧入することで、タービン軸８のうち、コンプレッサインペラ１０への挿通部位とコンプレッサインペラ１０の摩擦抵抗が大きくなる。従って、コンプレッサインペラ１０とタービン軸８の回転ずれが一層抑制される。しかし、コンプレッサインペラ１０にタービン軸８を圧入すると、タービン軸８の軸方向への移動に対しても摩擦抵抗が大きくなる。このため、コンプレッサインペラ１０が隙間なく、スラストカラー２２や油切り２３まで挿入させるために、圧入力管理などが必要となる。

また、図２に示すように、ナット２６による回転部材２５やコンプレッサインペラ１０の締め付けは、ベアリングハウジング２やラジアル軸受７にタービン軸８を挿通し、スラスト軸受２０、２１やシールプレート２４を取り付けた状態で行われる。そのため、回転部材２５やコンプレッサインペラ１０はベアリングハウジング２に覆われている。例えば、段部８ａ、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が軸方向に当接する位置までタービン軸８が挿通されているかを外部から視認できない。また、スラストカラー２２や油切り２３に外部から力を加えることで、これらをタービン軸８の回転方向に回すこともできない。すなわち、直接的にスラストカラー２２や油切り２３に作用する軸力が適正であるかどうかを確認することは困難である。そこで、本実施形態では、タービン軸８の振動を測定および解析して、間接的に軸力が適正であるかどうかを確認する。

具体的には、図２に示すように、過給機Ｃの組立時、タービンハウジング４やコンプレッサハウジング６を取り付ける前の段階で、測定部２７がナット２６の外周面２６ａに設置される。測定部２７は、物体の振動を直接検知する加速度計（ピックアップ）などで構成される。測定部２７が設置された後、タービン軸８に振動が与えられる。例えば、図２中の矢印で示すように、タービンインペラ９の軸方向の突出部位９ａの外周面に、タービン軸８の径方向に小さな衝撃が加えられる（ハンマリング）。なお、測定部２７は、上記の振動に伴って発生する音を検知する騒音計で構成されてもよい。ただし、タービン軸８に加えられる振動は、タービン軸８などで構成される回転部品のバランスや強度に影響を与えない程度に小さく設定される。この場合、騒音計では、振動に伴って発生する音と周囲の雑音との判別が難しくなる可能性がある。従って、加えられる振動の大きさによっては、測定部２７は振動を直接検知する構成が望ましい場合がある。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、振動数と軸力の関係について説明するための説明図である。測定部２７の出力値に基づいて、タービン軸８の振動を解析して固有値を求めると、振動のピークを示す振動数ａ、または、振動数ｂなどの振動数（固有値）が観測される（図４（ａ）参照）。

図４（ｂ）に示すように、軸力が閾値α以下の場合、固有値は大凡振動数ａとなる。そして、軸力が閾値αから閾値αより大きい閾値βまでは、振動数ａから振動数ａよりも大きい振動数ｂまで、固有値が軸力に比例した値をとる。また、軸力が閾値β以上の場合、固有値が大凡振動数ｂとなる。

軸力が閾値α以下の場合、タービン軸８に対し、回転部材２５やコンプレッサインペラ１０が重りとして作用するため、固有値が低くなっている。この状態では軸力が不足している。また、軸力が閾値β以上の場合、軸力が十分に発生し、タービン軸８と回転部材２５およびコンプレッサインペラ１０が一体となって振動している状態であり、固有値が高くなっている。この状態では軸力が十分に生じている。軸力が閾値αから閾値βまでは、その遷移状態となっている。

このような軸力と固有値の関係から、固有値に基づいて軸力が適正であるかどうかを確認することが可能となる。例えば、図３に示す状態において、軸力が十分に生じていることを直接的に確認し、ナット２６の外周面２６ａに測定部２７を設置し、タービンインペラ９の軸方向の突出部位９ａに振動を与え、その振動を測定および解析する。そして、振動の測定誤差などを勘案して、固有値の大凡の範囲（設定範囲）を予め特定しておく。この設定範囲には、少なくとも、上記のような軸力が不足しているときの振動の固有値である振動数ａが含まれないように設定される。また、設定範囲は、同一の型の過給機Ｃに関して、少なくとも一度特定すればよい。

そして、図２に示す状態まで過給機Ｃを組み立てた上で、ナット２６の外周面２６ａに測定部２７を設置し、タービンインペラ９の軸方向の突出部位９ａに振動を与え、その振動を測定および解析する。ここでは、測定部２７は、ナット２６の振動を測定することで、ナット２６と一体に振動するタービン軸８の振動を間接的に測定している。

そして、タービン軸８の振動の固有値が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する。換言すれば、タービン軸８の振動について、予め設定された設定範囲の振動数でピークが表れるか否かを判定する。

その結果、タービン軸８の振動の固有値が、予め設定された設定範囲に含まれれば、軸力が十分に発生し、タービン軸８と回転部材２５およびコンプレッサインペラ１０が一体となっていることがわかる。また、タービン軸８の振動の固有値が、予め設定された設定範囲に含まれなければ（予め設定された設定範囲の振動数でピークが表れなければ）、組立装置のラインから排出する。

図５は、組立装置１００の機能ブロック図である。図５中、矢印は信号の流れを示す。図５に示すように、組立装置１００（インペラの締結装置）は、締結部１０１と、加振部１０２と、測定部２７と、制御部１０３（判定部）とを備える。各機能部の具体的な処理については、図６、７の説明図を参照しながら詳述する。

図６は、組立装置１００について説明するための第１の図であり、図７は、組立装置１００について説明するための第２の図である。図６、７に示すように、組立装置１００は、第１組立装置１１０および第２組立装置１２０で構成される。

図６に示す第１組立装置１１０においては、基台１１０ａの上方に、加熱部１１１、圧入部１１２、搬出部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とヒータ（図示せず）を有する。ターンテーブル１１１ａは、基台１１０ａに立設する柱部材１１１ｂによって中央部分が下方支持され、柱部材１１１ｂを中心にモータ（図示せず）などの動力によって回転する。

コンプレッサインペラ１０がターンテーブル１１１ａ上に搬送された後、ヒータがタービン軸８を挿通するためのコンプレッサインペラ１０の孔に挿通される。ターンテーブル１１１ａが回転している間、コンプレッサインペラ１０はヒータによって加熱され、これにより当該孔の内径が拡大する。

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、過給機Ｃ１と称す）は、冶具Ｊ１に取り付けられて、ターンテーブル１１１ａの下方に搬送される。

そして、コンプレッサインペラ１０が、ターンテーブル１１１ａの回転によって過給機Ｃ１の上方に到達すると、組入部１１１ｃが、過給機Ｃ１のタービン軸８を、コンプレッサインペラ１０に挿通させる。そして、冶具Ｊ１が冶具Ｊ２に取り換えられた後、過給機Ｃ１は、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を有する、アクチュエータ１１２ａは、制御部１０３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。この押圧によって、過給機Ｃ１のタービン軸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による締結が完了する前の過給機Ｃ（以下、過給機Ｃ２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、冷却部（図示せず）によって冷却される。冷却部の冷却は、例えば、圧縮空気の噴射によって遂行される。

冷却された過給機Ｃ２は、搬出部１１３に搬送される。冶具Ｊ２は、過給機Ｃ２から取り外される。その後、過給機Ｃ２は第２組立装置１２０に搬送される。このとき、タービン軸８のコンプレッサインペラ１０側の軸端側に、ナット２６が仮締めされる。

図７に示す第２組立装置１２０においては、基台１２０ａの上方に、締結部１０１、搬出部１２１、検査部１２２が設けられている。過給機Ｃ２は、締結部１０１に搬送され、冶具Ｊ３が取り付けられる。このとき、ナット２６は仮締めされたままの状態にある。

締結部１０１は、ナットランナー１０１ａを有する。ナットランナー１０１ａは、制御部１０３の制御に応じたトルクで、過給機Ｃ２の仮締めされていたナット２６を本締めする。

ナット２６が本締めされ、軸力の検査前の過給機Ｃ（以下、過給機Ｃ３と称す）は、搬出部１２１に搬送される。搬出部１２１は、冶具Ｊ３を過給機Ｃ３から取り外す。その後、過給機Ｃ３は検査部１２２に搬送される。

そして、過給機Ｃ３は、冶具Ｊ４に載置される。さらに、ナット２６の外周面２６ａ（図２参照）には、測定部２７が設置される。

検査部１２２は、加振部１０２、および、上記の測定部２７を有する。加振部１０２は、例えば、先端に金属棒１０２ａが取り付けられたロボットアームで構成され、制御部１０３の制御に応じ、タービンインペラ９の軸方向の突出部位９ａ（図２参照）に振動を与える。ここで、加振部１０２の構成は、所望の振動を与えられる範囲内において、任意に構成できる。

制御部１０３は、測定部２７の出力値に基づいて、タービン軸８（ナット２６）の振動の固有値が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する。制御部１０３は、タービン軸８の振動の固有値が、予め設定された設定範囲に含まれれば、軸力が十分に発生しているものと判定する。この場合、制御部１０３は、検査を終えた過給機Ｃを、タービンハウジング４やコンプレッサハウジング６の締結工程に進める。

一方、タービン軸８の振動の固有値が、予め設定された設定範囲に含まれていない場合、軸力が不十分である可能性が高い。従って、制御部１０３は、過給機Ｃを組立装置１００のライン外に排出する。

図８は、インペラの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。図８に示すように、まず、過給機Ｃは、上記の圧入前の状態まで、過給機Ｃを組み立てる（Ｓ２００）。即ち、Ｓ２００の工程において、過給機Ｃ１が組み上がる。そして、加熱部１１１はコンプレッサインペラ１０を加熱し（Ｓ２０２）、圧入部１１２は過給機Ｃ１のタービン軸８にコンプレッサインペラ１０を圧入する（Ｓ２０４）。その後、ナット２６が過給機Ｃ２のタービン軸８に仮締めされ（Ｓ２０６）、締結部１０１によって本締めされる（Ｓ２０８）。

このように、タービン軸８は、ベアリングハウジング２に挿通され、ベアリングハウジング２から突出し、その両端にインペラ（タービンインペラ９およびコンプレッサインペラ１０）が設けられる。このタービン軸８に対して、コンプレッサインペラ１０が、ナット２６によって締結される。このときのナット２６による締結力（軸力）によって、回転部材２５とコンプレッサインペラ１０とが、コンプレッサインペラ１０と一体的にタービン軸８に締結される。

過給機Ｃ３において、測定部２７がナット２６の外周面２６ａ（図２参照）に設置される（Ｓ２１０）。続いて、加振部１０２は、タービン軸８に溶接されたタービンインペラ９の軸方向の突出部位９ａ（図２参照）に振動を与えることで、タービン軸８に対し間接的に振動を与える（Ｓ２１２）。

そして、外周面２６ａ（図２参照）上の測定部２７は、ナット２６の振動から、間接的にタービン軸８の振動を測定する（Ｓ２１４）。

制御部１０３は、測定部２７が測定したタービン軸８の振動の固有値が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する（Ｓ２１６）。設定範囲に含まれれば（Ｓ２１６におけるＹＥＳ）、制御部１０３は、タービンハウジング４やコンプレッサハウジング６の締結などの処理を行う。設定範囲に含まれない場合（Ｓ２１６におけるＮＯ）、制御部１０３は、組立装置１００のライン外に排出する（Ｓ２１８）。なお、ナットランナー１０１ａによって本締めされたトルクが予め設定されたトルクよりも小さいと確認された場合、制御部１０３は、ナットランナー１０１ａの締付けトルクを再設定し、本締め処理ステップＳ２０８の処理に戻ってもよい。

上述した組立装置１００およびインペラの締結方法によれば、製造コストの上昇を抑えて、タービン軸８と回転部材２５間の軸力が適正であるかどうかを確認することが可能となる。

また、上述した実施形態では、過給機Ｃの組立装置１００およびインペラの締結方法について説明したが、かかる組立装置１００およびインペラの締結方法のうち、タービン軸８の段部８ａ、回転部材２５、および、コンプレッサインペラ１０に作用する軸力が適正であるかどうかを検査する処理を遂行する加振部１０２、測定部２７、制御部１０３（判定部）を備えるインペラの締結検査装置、および、加振処理ステップＳ２１２、測定処理ステップＳ２１４、および、判定処理ステップＳ２１６を行う検査方法も提供される。かかるインペラの締結検査装置およびインペラの締結検査方法によっても、上述した組立装置１００およびインペラの締結方法と同様の効果を有する。

上述した実施形態では、測定部２７をナット２６の外周面２６ａに設置し、タービンインペラ９の軸方向の突出部位９ａに径方向の衝撃を与える場合について説明したが、測定部２７は、図３に示すタービンインペラ９、コンプレッサインペラ１０、タービン軸８、および、回転部材２５のいずれに設置してもよいし、あるいは、組立装置１００、インペラの締結検査装置、または、冶具Ｊ４などに常時設置されていてもよい。この場合、測定部２７を過給機Ｃ３に着脱する作業を省くことができる。また、衝撃を与える部位は、タービン軸８であって直接的にタービン軸８に加振してもよい。また、タービン軸８に振動を生じさせることができれば、他の何れの場所であってもよい。また、衝撃以外の外力によってタービン軸８に振動を与えてもよい。

また、上述した実施形態では、組立装置１００が第１組立装置１１０と第２組立装置１２０で構成される場合について説明したが、組立装置を一つの装置で構成し、第１組立装置１１０と第２組立装置１２０で行われる処理を遂行させてもよい。

また、上述した実施形態では、第２組立装置１２０において、締結部１０１による処理と検査部１２２による処理が行われる場所が異なる場合について説明したが、締結部１０１による処理と検査部１２２による処理が行われる場所が同じであってもよい。この場合、過給機Ｃ３を搬送する作業を省くことが可能となる。

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の締結力でタービン軸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。

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したときの締結力が適切であるかどうかを確認するインペラの締結検査方法、インペラの締結方法、インペラの締結検査装置、およびインペラの締結装置に利用することができる。

本発明の第１の態様はインペラの締結検査方法であって、ベアリングハウジングに挿通され、該ベアリングハウジングから突出する両端にインペラが設けられ、該インペラのうち、少なくとも一方が締結部材で締結されると共に、該締結部材による締結力で、該インペラと一体的に回転する回転部材が締結されたタービン軸に対し、直接、または、間接的に振動を与える工程と、前記タービン軸の振動を測定する工程と、測定した前記タービン軸の振動のピークとなる振動数が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する工程と、を含むことを要旨とする。
前記振動を与える工程において、前記ベアリングハウジングにタービンハウジングやコンプレッサハウジングを締結する前に前記タービン軸に対して前記振動を与えてもよい。

本発明の第２の態様はインペラの締結方法であって、ベアリングハウジングに挿通され、該ベアリングハウジングから突出する両端にインペラが設けられたタービン軸に対し、該インペラのうちの少なくとも一方を締結部材で締結すると共に、該締結部材による締結力で、該インペラと一体的に回転する回転部材を該タービン軸に締結する工程と、前記タービン軸に対し、直接、または、間接的に振動を与える工程と、前記タービン軸の振動を測定する工程と、測定した前記タービン軸の振動のピークとなる振動数が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する工程と、を含むことを要旨とする。
前記振動を与える工程において、前記ベアリングハウジングにタービンハウジングやコンプレッサハウジングを締結する前に前記タービン軸に対して前記振動を与えてもよい。

本発明の第３の態様はインペラの締結検査装置であって、ベアリングハウジングに挿通され、該ベアリングハウジングから突出する両端にインペラが設けられ、該インペラのうち、少なくとも一方が締結部材で締結されると共に、該締結部材による締結力で、該インペラと一体的に回転する回転部材が締結されたタービン軸に対し、直接、または、間接的に振動を与える加振部と、前記タービン軸の振動を測定する測定部と、測定された前記タービン軸の振動のピークとなる振動数が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する判定部と、を備えることを要旨とする。
前記加振部は、前記ベアリングハウジングにタービンハウジングやコンプレッサハウジングを締結する前に前記タービン軸に対して前記振動を与えるものであってもよい。

本発明の第４の態様はインペラの締結装置であって、ベアリングハウジングに挿通され、該ベアリングハウジングから突出する両端にインペラが設けられたタービン軸に対し、該インペラのうちの一方を、締結部材で締結すると共に、該締結部材による締結力で、該インペラと一体的に回転する回転部材を締結する締結部と、前記タービン軸に対し、直接、または、間接的に振動を与える加振部と、前記タービン軸の振動を測定する測定部と、測定された前記タービン軸の振動のピークとなる振動数が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する判定部と、を備えることを要旨とする。
前記加振部は、前記ベアリングハウジングにタービンハウジングやコンプレッサハウジングを締結する前に前記タービン軸に対して前記振動を与えるものであってもよい。

Claims

ベアリングハウジングに挿通され、該ベアリングハウジングから突出する両端にインペラが設けられ、該インペラのうち、少なくとも一方が締結部材で締結されると共に、該締結部材による締結力で、該インペラと一体的に回転する回転部材が締結されたタービン軸に対し、直接、または、間接的に振動を与える工程と、
前記タービン軸の振動を測定する工程と、
測定した前記タービン軸の振動のピークとなる振動数が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する工程と、
を含むことを特徴とするインペラの締結検査方法。
ベアリングハウジングに挿通され、該ベアリングハウジングから突出する両端にインペラが設けられたタービン軸に対し、該インペラのうちの少なくとも一方を締結部材で締結すると共に、該締結部材による締結力で、該インペラと一体的に回転する回転部材を該タービン軸に締結する工程と、
前記タービン軸に対し、直接、または、間接的に振動を与える工程と、
前記タービン軸の振動を測定する工程と、
測定した前記タービン軸の振動のピークとなる振動数が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する工程と、
を含むことを特徴とするインペラの締結方法。
ベアリングハウジングに挿通され、該ベアリングハウジングから突出する両端にインペラが設けられ、該インペラのうち、少なくとも一方が締結部材で締結されると共に、該締結部材による締結力で、該インペラと一体的に回転する回転部材が締結されたタービン軸に対し、直接、または、間接的に振動を与える加振部と、
前記タービン軸の振動を測定する測定部と、
測定された前記タービン軸の振動のピークとなる振動数が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する判定部と、
を備えることを特徴とするインペラの締結検査装置。
ベアリングハウジングに挿通され、該ベアリングハウジングから突出する両端にインペラが設けられたタービン軸に対し、該インペラのうちの一方を、締結部材で締結すると共に、該締結部材による締結力で、該インペラと一体的に回転する回転部材を締結する締結部と、
前記タービン軸に対し、直接、または、間接的に振動を与える加振部と、
前記タービン軸の振動を測定する測定部と、
測定された前記タービン軸の振動のピークとなる振動数が、予め設定された設定範囲に含まれるか否かを判定する判定部と、
を備えることを特徴とするインペラの締結装置。