JPWO2017203649A1 - アンバランス検出装置、および、アンバランス検出方法 - Google Patents

Abstract

タービンホイールとコンプレッサホイールとをシャフトで結合した回転体と、回転体を回転可能に支持するベアリングを収容するベアリングハウジングと、からなるターボカートリッジにおける回転体のアンバランスを検出するためのアンバランス検出装置であって、回転体の回転時における振動により生じる音圧を非接触で計測することにより、回転体の回転時における振動を検出可能な音圧センサを備える。

Description

本開示は、タービンホイールとコンプレッサホイールとを回転軸で結合した回転体と、前記回転体を回転可能に支持するベアリングを収容するベアリングハウジングと、からなるターボカートリッジにおける回転体のアンバランスを検出するためのアンバランス検出装置およびアンバランス検出方法に関する。

ターボチャージャの中核部品であるカートリッジ（以下、ターボカートリッジ）は、その組立後に、ターボカートリッジを構成する回転体のバランシング作業が行われる（例えば、特許文献１〜４）。このバランシング作業は、回転体を回転させた状態で回転体のアンバランスを検出するアンバランス検出作業を含んでおり、回転体のアンバランスを検出した際には回転体の一部をわずかに削るなどして回転体をバランシングさせる一連の作業である。より詳細には、アンバランス検出装置でターボカートリッジを支持（固定）しつつ、コンプレッサホイールなどに空気を供給して回転体を回転させた状態を作り、回転体のアンバランスに起因して生じる回転時の振動を加速度センサ（振動センサ）で検出する。この加速度センサで検出した振動信号と、これと同時に検出した回転体の位相との関係に基づいて、振動を生じさせている回転体の位相を特定する。この後、バランシングさせるために回転体を削ることになるが、削られる質量（単位ウエイト）とそれに伴う振動の大きさなどの変化の関係（効果ベクトル）は同一型番（製品）のターボカートリッジを用いて予め実験を通して取得しておく。そして、上記の振動信号位相および効果ベクトル（実験結果）に基づいて、回転体のバランシングに最適な質量（ウエイト）や位置を含む切削情報を計算し、切削情報に基づいて回転体を削る。

ところで、アンバランス検出装置は、２つのハウジング部材を用いて、回転体のタービンホイールあるいはコンプレッサホイールをそれぞれ収容しながら、ベアリングハウジングを両側から支持する（特許文献３参照）。この際、特許文献３では、タービンホイール側およびコンプレッサホイール側のそれぞれのハウジング部材を、固定ロッドを介して互いにボルトで固定することが開示されている。このボルト固定方式では、作業対象のターボカートリッジの個体をアンバランス検出装置に設置するたびにボルトの締め付け作業が必要になり、生産性の低下につながる。このため、特許文献４は、ボルト固定をしないで支持するクランプ方式によってターボカートリッジの片側を支持すると共に、回転体の回転に伴い、アンバランス検出装置側の有する固有振動数と回転体の回転周波数とが一致することによる共振の影響を低減し、アンバランス修正についての精度を向上することが可能なアンバランス修正装置を開示している。

また、上述した特許文献３〜４では、ターボカートリッジをクランプ方式で支持した際に、ハウジング部材とターボカートリッジのベアリングハウジングとは直接接触している。このため、回転体の回転時の振動は、回転体を支持するベアリングのベアリングハウジングを介して、ハウジング部材に良好に伝達される。このため、回転体の回転時の振動を検出するための加速度センサ（振動センサ）は、ターボカートリッジ側ではなく、アンバラス検出装置の有するハウジング部材に設けられている。この構成によれば、大量生産されるターボカートリッジの個体の各々をアンバランス検出装置に設置するたびに、各々の個体に対して加速度センサを設置する必要がなく、バランシング作業におけるセンサ設置作業を効率化しつつ、回転体の振動の良好な検出を可能としている。

特開２００３−２４００５４号公報 特開昭６２−１３５７４３号公報 特開平３−５０３３１５号公報 特許第４２３２８４１号公報

上述した特許文献４に開示されるように、クランプ方式によるターボカートリッジの支持は生産性の観点でボルト固定方式よりも有利である。ボルト固定方式ではボルトの締結や取り外しが必要となり、作業時間やコストが増加するため、特に、大量生産品のターボカートリッジに対してはクランプ方式による支持が適する。しかしながら、特許文献４のように、クランプ方式においてハウジング部材とターボカートリッジのベアリングハウジングとが直接接触していると、下記に説明するような課題が生じ得る。すなわち、クランプ方式は、ボルト固定方式に比べるとボルトで頑強に締結されない分、ターボカートリッジを支持した際の安定性が劣る。このため、ターボカートリッジをアンバランス検出装置で支持した際に生じ得る、ベアリングハウジングとハウジング部材との当たり方（当接の仕方）の違いが、上述したターボカートリッジ側と装置との共振の共振点を変化させるなど、回転体の回転時の振動特性に大きな影響を及ぼす。

例えば、上述した効果ベクトルは、ターボカートリッジのベアリングハウジングとハウジング部材とがボルトで固定されるなど、安定して支持された状態で取得されたものである。このため、両部材の当たり方によって振動特性が変化すると、バランシング作業中の個体と効果ベクトルとの対応関係が適切とならず、切削情報の正確な算出が困難となるだけでなく、不良品として処理されるなど歩留まりの悪化を招く。また、この効果ベクトルとの対応関係を適切にとるために、アンバラス検出装置へのターボカートリッジの支持（設置）をやり直すといった作業（再クランプ）が必要になる場合には、ターボカートリッジの生産性の低下をもたらすことになる。また、回転体を削るためにはハウジング部材をターボカートリッジから外す必要があり、削った後の振動特性を確認する場合には、再クランプによる当たり方が前回と異なると、振動特性も変化してしまい、バランシング作業の作業効率の低下につながる。

また、特許文献３〜４のように、接触型のセンサである加速度センサをアンバラス検出装置のハウジング部材に設置するためには、回転体の回転時の振動をハウジング部材まで良好に伝達させることが必須となる。しかし、クランプ方式においては、ベアリングハウジングとハウジング部材との上述した当たり方によっては、共振の影響を受けるため、回転体からの振動信号の適切な検出が困難となる。この際、渦電流式、静電容量式、光学式、超音波式といった周知な方式を用いた非接触型の振動センサを採用することも考えられるが、これらの非接触型の振動センサでは、回転体の回転時の振動を検出するだけ分解能がなく、回転体からの振動信号の適切な検出は困難である。この点、本発明者は、マイクロフォンに代表される、音の検出に用いられる音圧センサを用いて回転体の振動信号を必要な分解能をもって適切に検出可能であることを見出した。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ターボカートリッジの回転体の回転時の振動を音圧センサにより検出するアンバランス検出装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るアンバランス検出装置は、
タービンホイールとコンプレッサホイールとをシャフトで結合した回転体と、前記回転体を回転可能に支持するベアリングを収容するベアリングハウジングと、からなるターボカートリッジにおける前記回転体のアンバランスを検出するためのアンバランス検出装置であって、
前記回転体の回転時における振動により生じる音圧を非接触で計測することにより、前記回転体の回転時における振動を検出可能な音圧センサを備える。
上記（１）の構成によれば、アンバランス検出装置は、マイクロフォンなどの音圧（音）の検出を行うための音圧センサを利用して、回転体の回転時の振動を検出するように構成される。回転体の回転時の振動は、非接触型の振動センサの有する分解能では適切に検出できないが、後述するように、音圧センサの有する分解能であれば検出が可能である。したがって、音圧センサによって、回転体の回転時の振動を適切に検出することができる。また、後述するように、振動絶縁部材を介してターボカートリッジをクランプ方式で支持した場合において、非接触型の音圧センサは、大量生産品のターボカートリッジの各々に対して取り付け、取り外しの作業を要せずに設置可能である。このため、音圧センサによって回転体の回転時に振動を検出することにより、アンバランス検出作業の効率化を図ることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記音圧センサは、特定方向からの音圧を収音することが可能な指向特性を有するマイクロフォンで構成されるか、あるいは、複数のマイクロフォンによりそれぞれ収音される音圧に基づいて前記特定方向からの音圧を計測するよう構成される。
上記（２）の構成によれば、音圧センサは、特定方向から到来する音圧を計測するように構成される。例えば、無指向特性のマイクロフォンを使用した場合には対象物以外からの音圧も収音してしまうが、これら対象物以外からの音圧は回転体の振動の検出にとっては外乱となる。このため、指向特性を有するマイクロフォンや、複数のマイクロフォンからの音圧を信号処理するなどにより、特定方向に絞って音圧を計測することができる。これによって、ターボカートリッジのベアリングハウジングから到来する音圧に絞って音圧を計測することで、回転体の回転時の振動の検出精度を高めることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（２）の構成において、
前記音圧センサの自己雑音レベルは５０ｄＢ以下である。
上記（３）の構成によれば、音圧センサによって、回転体の回転時の振動を必要な分解能をもって適切に検出することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記タービンホイールを収容するタービン側ハウジング部材と、
前記コンプレッサホイールを収容するコンプレッサ側ハウジング部材と、
前記タービン側ハウジング部材および前記コンプレッサ側ハウジング部材の少なくとも一方を前記ターボカートリッジに向かって押圧することで、前記ターボカートリッジを両側から挟んで支持するように構成された支持機構と、
前記タービン側ハウジング部材と前記ターボカートリッジとの間、および、前記コンプレッサ側ハウジング部材と前記ターボカートリッジとの間にそれぞれ介在される振動絶縁部材と、をさらに備え、
前記特定方向は、前記ベアリングハウジングの位置する方向である。
上記（４）の構成によれば、ターボカートリッジは、振動絶縁部材を介して、タービン側ハウジング部材およびコンプレッサ側ハウジング部材によって両側から挟んだ状態で支持される。換言すれば、振動絶縁部材によって、アンバランス検出装置側とターボカートリッジ側との振動的な絶縁（伝達される振動の低減）が図られる。これによって、アンバランス検出作業において、回転体の回転時の振動に対するアンバランス検出装置側の共振を抑制することができる。また、共振の影響を受けていない状態の振動が、音圧センサによるベアリングハウジングからの音圧の計測を通して検出されることで、回転体のアンバランスの検出精度を高めつつ、バランシング作業の効率化を図ることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記ターボカートリッジは、前記タービン側ハウジング部材および前記コンプレッサ側ハウジング部材とは接触せずに、前記振動絶縁部材と接触した状態で、前記支持機構によって支持される。
上記（５）の構成によれば、ターボカートリッジは振動絶縁部材を介してのみ支持機構に接触する。このため、振動絶縁部材によって、アンバランス検出装置側とターボカートリッジ側との振動的な絶縁をより適切に図ることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の構成において、
前記ベアリングハウジングの内部に潤滑油を供給するための給油配管であって、前記ベアリングハウジングに形成された給油口に対して接続および離間可能に構成された給油配管を、さらに備え、
前記音圧センサは、前記給油配管に固定される。
上記（６）の構成によれば、ベアリングハウジングの給油口に給油配管を接続した状態とした時には、ベアリングハウジングに対して音圧センサが設置された状態となるよう構成される。すなわち、ベアリングハウジングの給油口への給油配管の接続と、音圧センサの設置が連動する。これによって、ベアリングハウジングに音圧センサを効率良く設置することができ、アンバランス検出作業を効率良く行うことができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記音圧センサは、前記給油配管が前記給油口に接続された状態において、前記ベアリングハウジングから所定距離だけ離間されるように、前記給油配管に固定される。
上記（７）の構成によれば、給油配管を給油口に接続することにより、ベアリングハウジングから離間した非接触の状態で音圧センサを設置することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、
前記所定距離は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである。
上記（８）の構成によれば、給油配管を給油口に接続することにより、回転体の振動検出に適した所定距離だけベアリングハウジングから離間した状態で音圧センサを設置することができ、回転体の回転時の振動を精度良く検出することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（６）〜（８）の構成において、
前記ベアリングハウジングは、前記音圧センサが対面する平面状のセンシング面を有し、
前記センシング面は、前記給油口の開口面の法線方向と前記センシング面の法線方向とが一致するように設けられる。
上記（９）の構成によれば、センシング面の法線方向と給油口の開口面の法線方向とが一致するように、ベアリングハウジングにセンシング面が平面状に形成される。これによって、給油配管と給油口とが接続された状態にいて、音圧センサとセンシング面とを平行に対面させることができ、ベアリングハウジングからの音圧を良好に計測することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（６）〜（９）の構成において、
前記音圧センサは、センサ側振動絶縁部材を介して前記給油配管に固定される。
上記（１０）の構成によれば、センサ側振動絶縁部材によって、給油配管を振動伝達経路とした、音圧センサ側とアンバランス検出装置側との間の振動的な絶縁を図ることができる。これによって、振動センサによる回転体からの振動信号の検出精度を高めることができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の構成において、
前記センサ側振動絶縁部材はスポンジである。
上記（１１）の構成によれば、音圧センサと給油配管とをスポンジを介して接続することで、給油配管を振動伝達経路とした、音圧センサ側とアンバランス検出装置側との間の振動的な絶縁を図ることができる。

（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係るアンバランス検出方法は、
タービンホイールとコンプレッサホイールとを回転軸で結合した回転体と、前記回転体を回転可能に支持するベアリングを収容するベアリングハウジングと、からなるターボカートリッジにおける前記回転体のアンバランスを検出するためのアンバランス検出方法であって、
前記回転体の前記タービンホイールを収容するタービン側ハウジング部材と前記ターボカートリッジとの間、および、前記回転体の前記コンプレッサホイールを収容するコンプレッサ側ハウジング部材と前記ターボカートリッジとの間にそれぞれ振動絶縁部材を介在させる振動絶縁部材設置ステップと、
前記タービン側ハウジング部材と前記コンプレッサ側ハウジング部材との少なくとも一方を、前記振動絶縁部材を介在させて、前記ターボカートリッジに向かって押圧することで、前記ターボカートリッジを両側から挟んで支持する支持ステップと、
前記回転体の回転時における振動を検出可能な音圧センサによって、前記回転体の回転時における振動により生じる音圧を非接触で計測する計測ステップと、を備える。

上記（１２）の構成によれば、上記（４）と同様に、アンバランス検出作業において、回転体の回転時の振動に対するアンバランス検出装置側の共振を抑制することができ、回転体のアンバランスの検出精度を高めつつ、バランシング作業の効率化を図ることができる。また、共振の影響を受けていない状態の振動が、音圧センサによるベアリングハウジングからの音圧の計測を通して検出されることで、回転体のアンバランスの検出精度を高めつつ、バランシング作業の効率化を図ることができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の構成において、
前記支持ステップは、前記タービン側ハウジング部材および前記コンプレッサ側ハウジング部材とは接触せずに、前記振動絶縁部材と接触した状態で前記ターボカートリッジを支持する。
上記（１３）の構成によれば、上記（５）と同様に、振動絶縁部材によって、アンバランス検出装置側とターボカートリッジ側との振動的な絶縁をより適切に図ることができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１２）〜（１３）の構成において、
前記ベアリングハウジングに形成された給油口に、前記ベアリングハウジングの内部に潤滑油を供給するための給油配管を接続することで、前記ベアリングハウジングから所定距離だけ離間されるように、前記給油配管に前記音圧センサを固定するセンサ固定ステップを、さらに備える。
上記（１４）の構成によれば、上記（７）と同様に、給油配管を給油口に接続することにより、ベアリングハウジングから離間した非接触の状態で音圧センサを設置することができる。

（１５）幾つかの実施形態では、上記（１４）の構成において、
前記所定距離は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである。
上記（１５）の構成によれば、上記（８）と同様に、給油配管を給油口に接続することにより、回転体の振動検出に適した所定距離だけベアリングハウジングから離間した状態で音圧センサを設置することができ、回転体の回転時の振動を精度良く検出することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、ターボカートリッジの回転体の回転時の振動を音圧センサにより検出するアンバランス検出装置が提供される。

本発明の一実施形態に係るアンバランス検出装置を模式的に示す図であり、アンバランス検出装置によってターボカートリッジが支持された状態を示す。 本発明の一実施形態に係るターボカートリッジを模式的に示す図である。 図２のターボカートリッジをアンバランス検出装置のハウジング部材によって両側から挟んで支持することを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る振動絶縁部材を介してターボカートリッジを支持した際の回転体が回転した状態における振動特性を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る振動絶縁部材を用いずにターボカートリッジを支持した場合に生じる振動モードを説明するための参考図である。 本発明の一実施形態に係る音圧センサが給油配管に固定された状態を示す概略側面図であり、ベアリングハウジングから音圧センサが取り外された状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る音圧センサが給油配管に固定された状態を示す概略側面図であり、ベアリングハウジングに音圧センサが設置された状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る音圧センサとベアリングハウジングとの設置状態における位置関係を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態に係るアンバランス検出方法を示すフロー図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るアンバランス検出装置１を模式的に示す図であり、アンバランス検出装置１によってターボカートリッジ７が支持された状態を示す。図２は、本発明の一実施形態に係るターボカートリッジ７を模式的に示す図である。また、図３は、図２のターボカートリッジ７をアンバランス検出装置１のハウジング部材（２ｔ、２ｃ）によって両側から挟んで支持することを説明するための図である。

このアンバランス検出装置１はターボカートリッジ７の回転体７１のバランシング作業に用いられる装置であり、クランプ方式によってターボカートリッジ７を、回転体７１が回転可能な状態で支持する共に、回転体７１のアンバランスに起因して生じる回転時の振動を検出可能に構成される。ここで言うクランプ方式とは、回転体７１の回転軸Ｍの軸線方向の両側から互いに対向する向きで加えられる力（押圧力）によってターボカートリッジ７を支持する支持方式を意味する。具体的には、図１〜図３に示されるように、アンバランス検出装置１によるターボカートリッジ７の支持は、タービン側ハウジング部材２ｔおよびコンプレッサ側ハウジング部材２ｃの２つのハウジング部材によってターボカートリッジ７の両側を挟んで支持する。このため、クランプ方式では、例えば、この２つのハウジング部材を互いにボルトで締結することや、２つのハウジング部材の各々をターボカートリッジ７（後述するベアリングハウジング７２）にボルトで締結するといった、ボルト締結を併用した支持は行われない。また、アンバランス検出装置１は、回転体７１を所定の回転数（アンバランス検出回転数Ｎ）で回転させた状態にして回転体７１の回転時の振動を検出するが、この振動信号Ｓに対してフーリエ変換などの周波数分析をすることによって振動特性Ｖ（後述する図４参照）が得られる。

他方、ターボカートリッジ７はターボチャージャの中核部品であり、タービンホイールＷｔとコンプレッサホイールＷｃとを回転軸Ｍで一体的に結合した回転体７１と、回転体７１を回転可能に支持するベアリング（不図示）を収容するベアリングハウジング７２とで構成される（図２参照）。そして、ターボカートリッジ７が例えば自動車のエンジンに設置された際には、エンジンの排気通路に設置されるタービンホイールＷｔがエンジンから排出される排ガスにより回転されることによって、回転軸Ｍで同軸に結合されたコンプレッサホイールＷｃがエンジンの吸気通路において回転され、エンジンへの吸気を圧縮するように、ターボカートリッジ７は構成される。図１〜図３に示される実施形態では、ターボカートリッジ７は、ラジアルタービンを備えるターボチャージャの部品となっている。

ここで、図１に示されるように、アンバランス検出装置１は、回転体７１の回転時における振動により生じる音圧Ｐを非接触で計測することにより、回転体７１の回転時における振動を検出可能な音圧センサ４を備える。換言すれば、音圧センサ４は圧力センサである。図１〜図３に示される実施形態では、音圧センサ４はマイクロフォンである。つまり、音圧センサ４は、人間の可聴音の周波数帯域（一般には、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚと言われる）の音を計測するためのセンサである。この可聴音の周波数帯域は音圧Ｐに換算すると、２０μＰａ（マイクロパスカル）〜２０Ｐａ（パスカル）となる。なお、可聴音の周波数帯域を超えた周波数の音が超音波となる。

また、計測対象物の振動にも依存するが、この音圧センサ４の自己雑音レベルは、５０Ｂ以下のものが用いられる。自己雑音レベルは小さいほど良いが、４０ｄＢ以下がより好ましい。図１〜図３に示される実施形態では、マイクロフォン（音圧センサ４）の自己雑音レベルは４０ｄＢ程度である。つまり、マイクロフォン自体が発生する雑音のレベルが４０ｄＢ程度あり、この値を最小値として、この最小値よりも大きな音の収音が可能である。一般に、音圧レベルＬｐと音圧Ｐとの関係は常用対数を用いて、Ｌｐ＝２０×ｌｏｇ（音圧Ｐ／基準音圧）で表されるので、基準音圧を２０μＰａとすると、このマイクロフォンの音圧の分解能は、０．００２μＰａとなる。また、自己雑音が４０ｄＢのマイクロフォンの分解能を放射面の振動速度ｖ（ｍ／ｓ）で表すと、下記の放射面の振動速度ｖ（ｍ／ｓ）と放射面近傍の音圧Ｐ（Ｐａ）との関係から、０．００５ｍｍ／ｓとなる。このため、振動速度ｖが０．００５ｍｍ／ｓ以上が分解能となる。一般に、音を出す際に放射面が振動速度ｖ（ｍ／ｓ）で振動した時の、放射面の振動速度ｖと放射面近傍の音圧Ｐとの関係は、Ｐ＝ρｃｖで表される。なお、上記の振動速度ｖは、ρを空気の密度（１．２ｋｇ／ｍ３）、ｃを空気中での音速（３４０ｍ／ｓ）として算出した値となる。

例えば、ターボカートリッジ７が組み込まれたターボチャージャがエンジンに設置された状態において、回転体７１が回転時に最大でｆ＝４０００Ｈｚで振動する場合を想定する。一般に、振動加速度ａは、ａ＝２πｆｖ（ｖは、上記の振動速度ｖ）となる。また、振動変位ｘは、ｘ＝ｖ／（２πｆ）となる。これらの関係式に振動速度ｖを０．００５ｍｍ／ｓ、ｆ＝４０００Ｈｚを代入して計算すると、本想定における回転体７１の回転時の振動加速度ａは０．１２（ｍ／ｓ^２）であり、振動変位ｘは０．０００２μｍとなる。つまり、上記のｆの値にもよるが、音圧センサ４は、振動変位ｘが０．０００１μｍ程度となる振動までを検出可能な分解能を有しており、回転体の回転時の振動を必要な分解能をもって適切に検出できる。なお、既存の一般的な振動する物体を計測するための非接触型の振動センサ（渦電流式、レーザ式など）の分解能は１μｍ程度である。高価な非接触型の振動センサの中には０．０１μｍまで分解能が高められたものもあるが、音圧センサ４は、４０００Ｈｚならば０．０００１μｍまで分解能を有するなど分解能が高く、非接触型の振動センサに比べて、コスト的にも精度的にも有利となる。

上記の構成によれば、アンバランス検出装置１は、マイクロフォンなどの音圧Ｐ（音）の検出を行うための音圧センサ４を利用して、回転体７１の回転時の振動を検出するように構成される。回転体７１の回転時の振動は、非接触型の振動センサの有する分解能では適切に検出できないが、上述したように、音圧センサ４の有する分解能であれば検出が可能である。したがって、音圧センサ４によって、回転体７１の回転時の振動を適切に検出することができる。また、後述するように、振動絶縁部材５を介してターボカートリッジ７をクランプ方式で支持した場合において、非接触型の音圧センサ４は、大量生産品のターボカートリッジ７の各々に対して取り付け、取り外しの作業を要せずに設置可能である。このため、音圧センサ４によって回転体７１の回転時に振動を検出することにより、アンバランス検出作業の効率化を図ることができる。

また、幾つかの実施形態では、音圧センサ４は、特定方向からの音圧Ｐを収音することが可能な指向特性を有するマイクロフォンで構成されるか、あるいは、複数のマイクロフォンによりそれぞれ検出される音圧Ｐに基づいて特定方向からの音圧Ｐを計測するよう構成される。つまり、いずれの方法においても、音圧センサ４は、特定方向から到来する音圧Ｐを計測するように構成される。例えば、無指向特性のマイクロフォンを使用した場合には対象物以外からの音圧Ｐも収音してしまうが、これら対象物以外からの音圧Ｐは回転体７１の振動検出にとっては外乱となる。このため、指向特性を有するマイクロフォンや、複数のマイクロフォンからの音圧Ｐを信号処理するなどにより、特定方向に絞って音圧Ｐを計測することができる。これによって、ターボカートリッジ７のベアリングハウジング７２から到来する音圧Ｐに絞って音圧Ｐを計測することで、回転体の回転時の振動の検出精度を高めることができる。

次に、アンバランス検出装置１が備える構成について、図１〜図５を用いて詳細に説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る振動絶縁部材５を介してターボカートリッジ７を支持した際の回転体７１が回転した状態における振動特性Ｖを説明するための図である。また、図５は、本発明の一実施形態に係る振動絶縁部材５を用いずにターボカートリッジ７を支持した場合に生じる振動モードを説明するための参考図である。
図１〜図３に示されるように、アンバランス検出装置１は、タービン側ハウジング部材２ｔと、コンプレッサ側ハウジング部材２ｃと、支持機構３と、上述した音圧センサ４と、振動絶縁部材５と、を備える。これらの、アンバランス検出装置１が備える構成について、それぞれ説明する。

タービン側ハウジング部材２ｔはタービンホイールＷｔを収容可能なハウジング部材である。また、コンプレッサ側ハウジング部材２ｃはコンプレッサホイールＷｃを収容可能なハウジング部材である。つまり、これらのハウジング部材（２ｔ、２ｃ）は、それぞれ、タービンホイールＷｔやコンプレッサホイールＷｃなどのホイール（Ｗｔ、Ｗｃ）を収容するための内部空間と、この内部空間にホイールを出し入れ可能なホイール用開口Ｅｗを有する。そして、アンバランス検出装置１でターボカートリッジ７を支持する際には、図３に示されるように、ホイール用開口Ｅｗを介してタービン側ハウジング部材２ｔの内部空間にタービンホイールＷｔを収容し、コンプレッサ側ハウジング部材２ｃの内部空間にコンプレッサホイールＷｃを収容する。この際、２つのハウジン部材の各々は、ターボカートリッジ７のベアリングハウジング７２に形成された支持受部７２ｐを支持することで、ターボカートリッジ７を支持する。この支持受部７２ｐは、ハウジング部材のホイール用開口Ｅｗの縁部に対面するベアリングハウジング７２の領域に設けられる（図２〜図３参照）。

また、アンバランス検出装置１にターボカートリッジ７が支持された状態において、回転体７１は、コンプレッサホイールＷｃあるいはタービンホイールＷｔのいずれか一方に空気（気体）を供給することで回転される。この回転体７１を回転するための空気の供給は、ハウジング部材に形成された空気用開口Ｅｇを介して行われる。図１〜図４に示される実施形態では、アンバランス検出装置１は、コンプレッサ側ハウジング部材２ｃに収容されたコンプレッサホイールＷｃに対して空気を供給することにより、回転体７１を回転させるように構成されている。このため、コンプレッサ側ハウジング部材２ｃには、収容したコンプレッサホイールＷｃに対してラジアル方向から空気を供給可能なように入口側空気用開口Ｅｇｉ（空気用開口Ｅｇ）が形成されると共に、供給された空気をコンプレッサ側ハウジング部材２ｃの内部空間から排出するため不図示の出口側空気用開口（空気用開口Ｅｇ）が形成されている。そして、アンバランス検出装置１は、空気を供給するための送風機１２とコンプレッサ側ハウジング部材２ｃの入口側空気用開口Ｅｇｉとを空気供給配管１３によって接続し、送風機１２からコンプレッサホイールＷｃに空気を供給するように構成されている。なお、空気供給配管１３とハウジング部材（本実施形態ではコンプレッサ側ハウジング部材２ｃ）とは配管用振動絶縁部材９１（例えば、ゴムなどの弾性部材）を介して接続されており、空気供給配管１３を振動伝達経路としてハウジング部材（２ｃ）に伝達されるアンバランス検出装置１側の振動の低減を図っている。

他方、回転体７１においては、上記のコンプレッサホイールＷｃの回転と共にタービンホイールＷｔが回転するため、タービンホイールＷｔによって空気の流れが生成される。このため、図１〜図３に示される実施形態では、タービン側ハウジング部材２ｔには、コンプレッサホイールＷｃの回転により生成される空気の流れを外部に流すための出口側空気用開口Ｅｇｏや入口側空気用開口Ｅｇｉ（不図示）といった空気用開口Ｅｇが形成されている。なお、他の幾つかの実施形態では、タービンホイールＷｔに空気を供給することで、回転体７１を回転させるよう構成しても良い。この場合には、タービン側ハウジング部材２ｔに入口側空気用開口Ｅｇｉおよび出口側空気用開口Ｅｇｏが形成され、また、コンプレッサ側ハウジング部材２ｃには少なくとも出口側空気用開口Ｅｇｏが形成されることになる。

支持機構３は、タービン側ハウジング部材２ｔおよびコンプレッサ側ハウジング部材２ｃの少なくとも一方をターボカートリッジ７に向かって押圧することで、ターボカートリッジ７を両側から挟んで支持するように構成される。図１に示されるように、支持機構３は、コンプレッサ側ハウジング部材２ｃに接続されるコンプレッサ側支持機構３１と、タービン側ハウジング部材２ｔに接続されるタービン側支持機構３２とを備える。これらコンプレッサ側支持機構３１およびタービン側支持機構３２は、それぞれ、ターボカートリッジ７を押圧した際に動かないように工場などの床に固定される。また、両方の支持機構（３１、３２）は、タービン側ハウジング部材２ｔおよびコンプレッサ側ハウジング部材２ｃが床面に接しないように、床面の上方においてこれらのハウジング部材（２ｔ、２ｃ）と接続される。この際、コンプレッサ側ハウジング部材２ｃとコンプレッサ側支持機構３１（後述する押圧装置３３の押圧ロッド３４）との接続、および、タービン側ハウジング部材２ｔとタービン側支持機構３２との接続は、それぞれ、支持機構用振動絶縁部材９２（例えば、ゴムなどの弾性部材）を介して行われており、コンプレッサ側支持機構３１やタービン側支持機構３２を振動伝達経路としてハウジング部材（２ｃ）に伝達されるアンバランス検出装置１側の振動の低減を図っている。

図１〜図４に示される実施形態では、コンプレッサ側支持機構３１に押圧装置３３が設けられており、押圧装置３３がコンプレッサ側ハウジング部材２ｃをターボカートリッジ７に向かって押圧するように構成されている。より詳細には、図１に示されるように、押圧装置３３、コンプレッサ側ハウジング部材２ｃ、ターボカートリッジ７、タービン側ハウジング部材２ｔ、タービン側支持機構３２は、この並びで押圧方向（図１、図３の矢印の方向）に沿って配列される。このため、押圧装置３３による押圧力はこれらの配列によりタービン側支持機構３２に伝達されることになり、押圧装置３３からの押圧力とタービン側支持機構３２からの反力とによってターボカートリッジ７が支持される。また、図１〜図４に示される実施形態では、押圧装置３３は、ハウジング部材（２ｃ）に接続される押圧ロッド３４と、ハウジング部材（２ｃ）に向けて押圧ロッド３４を押し出すピストン装置３５とを備えている。そして、ピストン装置３５が押圧ロッド３４をハウジング部材（２ｃ）に向け押し出すことで、ターボカートリッジ７に向かってハウジング部材（２ｃ）が押圧されるようになっている。なお、押圧ロッド３４および上記の空気供給配管１３は連結部材１５によって連結されており、押圧ロッド３４の押圧方向への移動に伴って、空気供給配管１３も送風機１２から伸縮するように移動可能に構成されている。

音圧センサ４は、上述した通りであるが、音圧センサ４が収音する上記の特定方向は、ベアリングハウジング７２の位置する方向である。すなわち、図１〜図３に示される実施形態では、音圧センサ４は、ターボカートリッジ７のベアリングハウジング７２から到来する音圧Ｐ（音）を計測するように構成される（後述する図７参照）。ベアリングハウジング７２は、その内部でベアリング７２ｂ（図２参照）を支持しており、ベアリング７２ｂを介して回転体７１を支持する。つまり、回転体７１のアンバランスに起因して生じる回転体７１の回転時の振動は、ベアリング７２ｂを介してベアリングハウジング７２に伝達されるようになっている。そして、ベアリングハウジング７２に伝達された振動により、ベアリングハウジング７２の周囲の空気が振動し、この空気の圧力（圧力変化）を音圧センサ４は検出する。そして、計測した音圧に基づいて振動信号Ｓが生成される。また、図１〜図３に示される実施形態では、後述するように、音圧センサ４は給油配管１４に固定されている。ただし、この実施形態に本発明は限定されず、ターボカートリッジ７以外の他の物体に固定されても良い。例えば、他の幾つかの実施形態では、アンバランス検出装置１の給油配管１４以外のいずれかの箇所に固定されても良い。あるいは、アンバランス検出装置１の周囲にある物（構造物）や、音圧センサ４を設置するための装置を用意して設置しても良い。

振動絶縁部材５は、タービン側ハウジング部材２ｔとターボカートリッジ７との間、および、コンプレッサ側ハウジング部材２ｃとターボカートリッジ７との間にそれぞれ介在される。振動絶縁部材５は、これらのハウジング部材（２ｔ、２ｃ）とターボカートリッジ７との間の振動的な絶縁（振動の低減）を図ることが可能な部材であり、例えば、ゴムなどの弾性部材である。なお、上述した配管用振動絶縁部材９１や支持機構用振動絶縁部材９２と同一の素材で形成された部材であっても良い。図１〜図４に示される実施形態では、上述したように、ハウジング部材（２ｔ、２ｃ）はベアリングハウジング７２の支持受部７２ｐを支持するが、これは振動絶縁部材５を介して行われる。具体的には、２つのハウジング部材の各々のホイール用開口Ｅｗの縁部に振動絶縁部材５がそれぞれ設置されている（図３参照）。そして、各々のハウジング部材にホイールを収容し、ターボカートリッジ７を２つのハウジング部材で挟んだ状態にすると、ハウジング部材のホイール用開口Ｅｗの縁部に設けられた振動絶縁部材５がベアリングハウジング７２の支持受部７２ｐに当接する。本実施形態では、ホイール用開口Ｅｗの形状は円形である。このため、振動絶縁部材５は、ホイール用開口Ｅｗよりも大きい径を有する環状の形状を有しており、これに合わせて、支持受部７２ｐは円形の形状を有している。

このように、振動絶縁部材５を介してターボカートリッジ７が支持されることで、上述のアンバランス検出回転数Ｎで回転体７１を回転した際の振動にハウジング部材（２ｔ、２ｃ）を含むアンバランス検出装置１側が共振するのを抑制（回避）することが可能となる。この点について図４〜図５を用いて説明する。

図４において、横軸は振動数（Ｈｚ）であり、縦軸は振動応答（振動の大きさ）を示す。また、本実施形態におけるハウジング部材（２ｔ、２ｃ）を含むアンバランス検出装置１側の固有振動数は、下限振動数Ｆ１と、下限振動数Ｆ１よりも大きい上限振動数Ｆ２の間にある。そして、図４において太線で示される振動特性Ｖ（振動の周波数特性）が、上述した実施形態のように振動絶縁部材５を介してターボカートリッジ７を支持した場合に対応する。図４の太線で示されるように、アンバランス検出回転数Ｎで回転体７１を回転すると、振動数がＶｐとなる振動成分が振動応答のピークとなっている。ところが、このピーク振動数Ｖｐは、上記の下限振動数Ｆ１よりも小さく（Ｖｐ＜Ｆ１）、アンバランス検出装置１側の固有振動数の範囲（Ｆ１〜Ｆ２の間の範囲）から外れている。そして、固有振動数の範囲での振動応答は小さく、アンバランス検出作業への影響は無視できるほど小さいものとなっている。

これに対して、図４において比較例として細線で示される振動特性Ｖｒは、振動絶縁部材５を介することなく、２つのハウジング部材（２ｔ、２ｃ）とターボカートリッジ７側の支持受部７２ｐとが直接当接することで、ターボカートリッジ７を支持した場合に対応する。図４の細線で示されるように、アンバランス検出回転数Ｎで回転体７１を回転すると、比較例の振動特性Ｖｒでは、振動数がＶｐｒとなる振動成分が振動応答のピークとなっている。そして、この比較例のピーク振動数Ｖｒｐは下限振動数Ｆ１と上限振動数Ｆ２の間に位置している（Ｆ１≦Ｖｒｐ≦Ｆ２）。このため、アンバランス検出作業において、ベアリングハウジング７２とハウジング部材との上述した当たり方の違いにより、アンバランス検出装置１側の固有振動数とピーク振動数（Ｖｒｐ）が一致する場合には、共振が生じる。例えば、図５に示されるように、２つのハウジング部材（２ｔ、２ｃ）で挟まれたターボカートリッジ７からなる全体が曲がるような振動が共振によって生じる。このような共振が発生した際に検出した回転体７１の回転時の振動は、共振の影響を多大に受けており、回転体７１のアンバランスに起因した振動が適切に反映されたものとはなっていない。このため、共振時に検出した振動信号Ｓから計算される切削情報に基づいて回転体７１をバランシングさせることは困難となる。

上記の構成によれば、ターボカートリッジ７は、振動絶縁部材５を介して、タービン側ハウジング部材２ｔおよびコンプレッサ側ハウジング部材２ｃによって両側から挟んだ状態で支持される。換言すれば、振動絶縁部材５によって、アンバランス検出装置１側とターボカートリッジ７側との振動的な絶縁が図られる。これによって、アンバランス検出作業において、回転体７１の回転時の振動に対するアンバランス検出装置１側の共振を抑制することができる。また、共振の影響を受けていない状態の振動が、音圧センサ４によるベアリングハウジング７２からの音圧Ｐの計測を通して検出されることで、回転体７１のアンバランスの検出精度を高めつつ、バランシング作業の効率化を図ることができる。

また、図１〜図４に示される実施形態では、図１に示されるように、ターボカートリッジ７は、タービン側ハウジング部材２ｔおよびコンプレッサ側ハウジング部材２ｃとは接触せずに、振動絶縁部材５と接触した状態で、支持機構に３よって支持される。換言すれば、ターボカートリッジ７は振動絶縁部材５を介してのみ支持機構３に接触する。このため、振動絶縁部材５によって、アンバランス検出装置１側とターボカートリッジ７側との振動的な絶縁をより適切に図ることができる。

次に、ベアリングハウジング７２への音圧センサ４の設置に関して、図１、図６Ａ〜図７を用いて具体的に説明する。図６Ａは、本発明の一実施形態に係る音圧センサ４が給油配管１４に固定された状態を示す概略側面図であり、ベアリングハウジング７２から音圧センサ４が取り外された状態を示す図である。図６Ｂは、本発明の一実施形態に係る音圧センサ４が給油配管１４に固定された状態を示す概略側面図であり、ベアリングハウジング７２に音圧センサ４が設置された状態を示す図である。また、図７は、本発明の一実施形態に係る音圧センサ４とベアリングハウジング７２との設置状態における位置関係を説明するための模式図である。

幾つかの実施形態では、図１、図６Ａ〜図６Ｂに示されるように、アンバランス検出装置１は、ベアリングハウジング７２の内部に潤滑油を供給するための給油配管１４であって、ベアリングハウジング７２に形成された給油口７３に対して接続および離間可能に構成された給油配管１４を、さらに備える。また、図６Ａ〜図６Ｂに示されるように、音圧センサ４は、給油配管１４に固定される。図１〜図６Ｂに示される実施形態では、給油配管１４は、タービン側支持機構３２の上部から、コンプレッサ側支持機構３１に向けて伸びる支持アーム３６の先端側で支持されている。また、支持機構３によってターボカートリッジ７が支持された状態では、ベアリングハウジング７２の給油口７３は鉛直方向の上方を向いていると共に、給油配管１４は、ターボカートリッジ７の上方に位置するようになっている（図１参照）。

また、支持アーム３６は、給油配管１４を鉛直方向に沿って上下に移動することが可能となっており、給油配管１４を鉛直方向の下方（重力方向）に移動させることで、給油配管１４と給油口７３とが接続される。この際、給油配管１４の給油口７３と接触する部分には給油配管用振動絶縁部材９３が設けられており、給油配管１４を振動伝達経路としてターボカートリッジ７に伝達されるアンバランス検出装置１側の振動の低減を図っている。そして、給油配管１４を給油口７３に接続すると、ベアリングハウジング７２に対して音圧センサ４を設置した状態となる。すなわち、ベアリングハウジング７２の給油口７３への給油配管１４の接続と、音圧センサ４の設置が連動する。これによって、ベアリングハウジング７２に音圧センサ４を効率良く設置することができ、アンバランス検出作業を効率良く行うことができる。

より詳細には、図７に示されるように、給油配管１４が給油口７３に接続された状態（設置状態）において、音圧センサ４は、ベアリングハウジング７２から所定距離Ｌだけ離間されるように、給油配管１４に固定される。図７では、ベアリングハウジング７２からなる音の放射面（センシング面７２ｖ）が振動速度ｖ（ｍ／ｓ）で振動しており、この振動により空気中を音が伝搬している。そして、設置状態において、センシング面７２ｖから所定距離Ｌだけ離間した位置に、音圧センサ４の収音部４１の収音面４２が位置している。なお、この収音面４２に到達した音を音圧センサ４は計測する。これによって、給油配管１４を給油口７３に接続することにより、ベアリングハウジング７２から離間した非接触の状態で音圧センサ４を設置することができる。

上記の所定距離Ｌは、回転体の振動検出に適した距離となるように決定される。例えば、音圧センサ４（収音面４２）が計測対象となるセンシング面７２ｖから離れすぎると、他の放射面の振動による音圧Ｐも拾ってしまうことや、音が放射状に拡散することにより収音される音圧Ｐが小さくなってしまうこと、空気中を伝わる音の位相遅れの問題が生じることなど、センシング面７２ｖから放射される音の正確な計測が困難になる。このため、なるべく近い位置で音（音圧Ｐ）を計測する必要がある。そして、幾つかの実施形態では、所定距離Ｌは、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとなっている。上限値（２．０ｍｍ）は、位相遅れが１０度以下且つ、音波が四方に拡散することによる距離減衰の影響が無視できる範囲として決めたものである。例えば、回転体７１が回転時に最大で４０００Ｈｚで振動した場合を想定すると、音速は３４０ｍ／ｓなので、この振動の振動波長λは３４０÷４０００＝８５ｍｍなる。例えば、上記の所定距離Ｌを１ｍｍとした場合には、位相遅れは１ｍｍ÷８５ｍｍ×３６０度=４度であり、許容範囲となる。また、下限値（０．５ｍｍ）は、設置状態による誤差を吸収し、非接触で音圧センサ４を確実に設置するための値となる。なお、給油配管１４に音圧センサ４を固定する場合に限らず、他の方法により音圧センサ４を設置した場合においても、音圧センサ４とベアリングハウジング７２とを上記の所定距離Ｌだけ離間させると良い。

また、幾つかの実施形態では、図１、図６Ａ〜図６Ｂに示されるように、ベアリングハウジング７２は、音圧センサ４が対面する平面状のセンシング面７２ｖを有し、センシング面７２ｖは、給油口７３の開口面の法線方向とセンシング面７２ｖの法線方向とが一致するように設けられる。図６Ａ〜図６Ｂに示す実施形態では、音圧センサ４の収音面４２は平面状に形成されており、平面状の形状を有するセンシング面７２ｖは、センシング面７２ｖの法線方向と給油口７３の開口面の法線方向とが一致するようにベアリングハウジング７２に形成されている。これによって、ベアリングハウジング７２への給油配管１４の接続により、ベアリングハウジング７２に音圧センサ４を設置した際において、音圧センサ４（収音面４２）とセンシング面７２ｖとを平行に対面させることができ、ベアリングハウジング７２からの音圧Ｐを良好に計測することができる。

また、幾つかの実施形態では、図１、図６Ａ〜図６Ｂに示されるように、音圧センサ４は、センサ側振動絶縁部材８を介して給油配管１４に固定される。具体的には、このセンサ側振動絶縁部材８はスポンジであっても良い。図６Ａ〜図６Ｂに示される実施形態では、音圧センサ４の周囲は、収音部４１の収音面４２側を除いてセンサ側振動絶縁部材８に覆われている。また、センサ側振動絶縁部材８は給油配管１４に接着材によって接着されて固定されている。なお、図１、図６Ａ〜図６Ｂでは、便宜上、音圧センサ４を覆うセンサ側振動絶縁部材８の一部を省略している。上記の構成によれば、センサ側振動絶縁部材８によって、給油配管１４を振動伝達経路とした、音圧センサ４側とアンバランス検出装置１側との間の振動的な絶縁を図ることができる。これによって、音圧センサ４による回転体７１からの振動信号Ｓの検出の精度を高めることができる。

なお、上述した実施形態では、給油口７３は、支持機構３によってターボカートリッジ７が支持された状態において上方を向いている（図１〜図４参照）。ただし、この実施形態に本発明は限定されない。例えば、ベアリングハウジング７２の給油口７３は上方以外の他の方向を向くように、ターボカートリッジ７がアンバランス検出装置１に支持されても良い。上記の他の方向が水平方向よりも上方側であれば、重力による逆方向の力の成分を受けずに、潤滑油の供給を行うことが可能となる。

以下、ターボカートリッジ７の回転体７１のアンバランス検出方法（以下、アンバランス検出方法）を、図８を用いて説明する。図８は、本発明の一実施形態に係るアンバランス検出方法を示すフロー図である。図８に示されるように、アンバランス検出方法は、振動絶縁部材設置ステップ（Ｓ１）と、支持ステップ（Ｓ２）と、センサ設置ステップ（Ｓ３）と、を備える。また、図８に示されるように、アンバランス検出方法は、振動絶縁部材設置ステップ（Ｓ１）の前に、音圧センサ固定ステップ（Ｓ０）を備えても良い。また、センサ設置ステップ（Ｓ３）の後に、回転体回転ステップ（Ｓ４）と、振動検出ステップ（Ｓ５）と、切削情報算出ステップ（Ｓ６）と、をこの順番で備えても良い。
以下、図８のフローに従って、アンバランス検出方法を説明する。

図８のステップＳ０において音圧センサ固定ステップが実行される。音圧センサ固定ステップ（Ｓ０）は、音圧センサ４を給油配管１４などのターボカートリッジ７以外に固定するステップであり、ターボカートリッジ７に対してアンバランスの検知を行うための前準備として行われる。つまり、給油配管１４に既に音圧センサ４が設置されている場合には、省略可能なステップである。幾つかの実施形態では、この音圧センサ固定ステップ（Ｓ０）は、ベアリングハウジング７２に形成された給油口７３に、ベアリングハウジング７２の内部に潤滑油を供給するための給油配管１４を接続することで、ベアリングハウジング７２から所定距離Ｌだけ離間されるように、給油配管１４に音圧センサ４を固定しても良い。すなわち、ベアリングハウジング７２の給油口７３への給油配管１４の接続と、音圧センサ４のベアリングハウジング７２への設置を連動させるようにすることができる。また、上記の所定距離Ｌを回転体７１の回転時の振動波長λの１／４０以下であるか、あるいは、０．５〜２．０ｍｍとすることで、給油配管１４を給油口７３に接続することにより、回転体７１の振動検出に適した所定距離Ｌだけベアリングハウジング７２から離間した状態で音圧センサ４を設置することができ、回転体７１の回転時の振動を精度良く検出することができる。また、音圧センサ４は、上述したように、センサ側振動絶縁部材８を介して給油配管１４に固定される（図１、図６Ａ〜図６Ｂ参照）。

図８のステップＳ１において振動絶縁部材設置ステップが実行される。この振動絶縁部材設置ステップ（Ｓ１）は、回転体７１のタービンホイールＷｔを収容するタービン側ハウジング部材２ｔとターボカートリッジ７との間、および、回転体７１のコンプレッサホイールＷｃを収容するコンプレッサ側ハウジング部材２ｃとターボカートリッジ７との間にそれぞれ振動絶縁部材５を介在させるステップである。この振動絶縁部材５は、上述した通り、２つのハウジング部材（２ｔ、２ｃ）とターボカートリッジ７との間の振動的な絶縁を図るための部材である。例えば、２つのハウジング部材の各々のホイール用開口Ｅｗの縁部に振動絶縁部材５をそれぞれ設置している場合には、ターボカートリッジ７の支持のためにアンバランス検出装置１に持ってくることで実行されることになる（図３参照）。

図８のステップＳ２において支持ステップが実行される。支持ステップ（Ｓ２）は、振動絶縁部材５を介してターボカートリッジ７を回転軸Ｍの軸線方向の両側から挟んで支持するステップである。より詳細には、支持ステップ（Ｓ２）は、タービン側ハウジング部材２ｔとコンプレッサ側ハウジング部材２ｃとの少なくとも一方を、振動絶縁部材５を介在させて、ターボカートリッジ７に向かって押圧することで、ターボカートリッジ７を両側から挟んで支持する。すなわち、振動絶縁部材５を介してターボカートリッジ７をクランプ方式で支持する。これによって、アンバランス検出作業において、ターボカートリッジ７の支持側（タービン側ハウジング部材２ｔおよびコンプレッサ側ハウジング部材２ｃなど）が回転体７１の回転時の振動に共振するのを抑制することができ、アンバランスの検出精度を高めつつ、バランシング作業の効率化を図ることができる。なお、この支持ステップにおいて、ターボカートリッジ７は、タービン側ハウジング部材２ｔおよびコンプレッサ側ハウジング部材２ｃとは接触せずに、振動絶縁部材５と接触した状態で支持されていても良く、支持側とターボカートリッジ７側との振動的な絶縁をより適切に図ることができる。

図８のステップＳ３においてセンサ設置ステップが実行される。センサ設置ステップ（Ｓ３）は、音圧センサ４をベアリングハウジング７２に設置するステップである。より詳細には、センサ設置ステップは、回転体７１の回転時における振動により生じる音圧Ｐを非接触で計測することにより、回転体７１の回転時における振動を検出可能な音圧センサ４を、ベアリングハウジング７２の位置する方向からの音圧Ｐを計測するように設置するステップである。音圧センサ４は、１以上のマイクロフォンで構成される。本ステップは、例えば、上述したステップＳ０が実行されている実施形態において、音圧センサ４を給油配管１４に固定している場合には、給油配管１４を給油口７３に接続することにより行われる。これによって、音圧センサ４を効率良く設置することができ、アンバランス検出作業をより効率良く行うことができる。

図８のステップＳ４において、回転体７１を回転させる回転体回転ステップが実行される。例えば、上述したように、ターボカートリッジ７を支持するタービン側ハウジング部材２ｔあるいはコンプレッサ側ハウジング部材２ｃに対して送風機１２により空気を供給して、回転体７１を回転させる。

図８のステップＳ５において、回転体７１の回転時の振動を検出する振動検出ステップが実行される。具体的には、ターボカートリッジ７に設置した音圧センサ４により、回転体７１のアンバランスに起因して生じる上記の振動の振動信号Ｓを検出する。なお、音圧センサ４で振動信号Ｓを検出するのと同時に回転体７１の位相を検出しても良い。例えば、タービンホイールＷｔあるいはコンプレッサホイールＷｃのブレードに設置された反射板に対して光を照射し、その反射光（信号）を検出することで回転体７１の１回転における位相（回転位置）が得られる。これによって、音圧センサ４で検出した振動信号Ｓと回転体の位相との関係に基づいて振動を生じさせている回転体の位相を特定することが可能となる。換言すれば、上記のステップＳ３〜Ｓ５のステップによって、回転体７１の回転時における振動を検出可能な音圧センサ４によって、回転体７１の回転時における振動により生じる音圧を非接触で計測する計測ステップが実行されている。

図８のステップＳ６において、切削情報を算出する切削情報算出ステップが実行される。切削情報は、上記の振動検出ステップ（Ｓ５）で検出した信号に基づいて算出される、回転体７１のバランシングに最適なウエイト量や位置を含む情報である。バランシング作業では、この切削情報に基づいて回転体７１を削ることにより回転体７１のバランシングを行う。この切削情報は、音圧センサ４で検出した振動信号Ｓと、回転体の位相と、効果ベクトルとを用いて算出される。効果ベクトルは、削られる質量（単位ウエイト）とそれに伴う振動の大きさなどの変化の関係を示す情報であり、バランシング作業中のターボカートリッジ７と同一の製品に対して予め実験することにより取得される。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ アンバランス検出装置
１２ 送風機
１３ 空気供給配管
１４ 給油配管
１５ 連結部材
２ｃ コンプレッサ側ハウジング部材
２ｔ タービン側ハウジング部材
３ 支持機構
３１ コンプレッサ側支持機構
３２ タービン側支持機構
３３ 押圧装置
３４ 押圧ロッド
３５ ピストン装置
３６ 支持アーム
４ 音圧センサ
４１ 収音部
４２ 収音面
５ 振動絶縁部材
７ ターボカートリッジ
７１ 回転体
７２ ベアリングハウジング
７２ｂ ベアリング
７２ｐ 支持受部
７２ｖ センシング面
７３ 給油口
８ センサ側振動絶縁部材
９１ 配管用振動絶縁部材
９２ 支持機構用振動絶縁部材
９３ 給油配管用振動絶縁部材

Ｗｃ コンプレッサホイール
Ｗｔ タービンホイール
Ｍ 回転軸
Ｅｗ ホイール用開口
Ｅｇ 空気用開口
Ｅｇｉ 入口側空気用開口
Ｅｇｏ 出口側空気用開口

Ｎ アンバランス検出回転数
Ｖ 振動特性
Ｖｐ ピーク振動数
Ｖｒ 振動特性（比較例）
Ｖｒｐ ピーク振動数（比較例）
Ｆ１ 下限振動数
Ｆ２ 上限振動数
Ｌ 所定距離
Ｐ 音圧
Ｓ 振動信号
ｖ 振動速度
ａ 振動加速度
ｘ 振動変位
λ 振動波長
Ｌｐ 音圧レベル

Claims (15)

1. タービンホイールとコンプレッサホイールとをシャフトで結合した回転体と、前記回転体を回転可能に支持するベアリングを収容するベアリングハウジングと、からなるターボカートリッジにおける前記回転体のアンバランスを検出するためのアンバランス検出装置であって、
   前記回転体の回転時における振動により生じる音圧を非接触で計測することにより、前記回転体の回転時における振動を検出可能な音圧センサを備えることを特徴とするアンバランス検出装置。
2. 前記音圧センサは、特定方向からの音圧を収音することが可能な指向特性を有するマイクロフォンで構成されるか、あるいは、複数のマイクロフォンによりそれぞれ収音される音圧に基づいて前記特定方向からの音圧を計測するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載のアンバランス検出装置。
3. 前記音圧センサの自己雑音レベルは５０ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のアンバランス検出装置。
4. 前記タービンホイールを収容するタービン側ハウジング部材と、
   前記コンプレッサホイールを収容するコンプレッサ側ハウジング部材と、
   前記タービン側ハウジング部材および前記コンプレッサ側ハウジング部材の少なくとも一方を前記ターボカートリッジに向かって押圧することで、前記ターボカートリッジを両側から挟んで支持するように構成された支持機構と、
   前記タービン側ハウジング部材と前記ターボカートリッジとの間、および、前記コンプレッサ側ハウジング部材と前記ターボカートリッジとの間にそれぞれ介在される振動絶縁部材と、をさらに備え、
   前記特定方向は、前記ベアリングハウジングの位置する方向であることを特徴とする請求項２に記載のアンバランス検出装置。
5. 前記ターボカートリッジは、前記タービン側ハウジング部材および前記コンプレッサ側ハウジング部材とは接触せずに、前記振動絶縁部材と接触した状態で、前記支持機構によって支持されることを特徴とする請求項４に記載のアンバランス検出装置。
6. 前記ベアリングハウジングの内部に潤滑油を供給するための給油配管であって、前記ベアリングハウジングに形成された給油口に対して接続および離間可能に構成された給油配管を、さらに備え、
   前記音圧センサは、前記給油配管に固定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンバランス検出装置。
7. 前記音圧センサは、前記給油配管が前記給油口に接続された状態において、前記ベアリングハウジングから所定距離だけ離間されるように、前記給油配管に固定されることを特徴とする請求項６に記載のアンバランス検出装置。
8. 前記所定距離は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載のアンバランス検出装置。
9. 前記ベアリングハウジングは、前記音圧センサが対面する平面状のセンシング面を有し、
   前記センシング面は、前記給油口の開口面の法線方向と前記センシング面の法線方向とが一致するように設けられることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のアンバランス検出装置。
10. 前記音圧センサは、センサ側振動絶縁部材を介して前記給油配管に固定されることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載のアンバランス検出装置。
11. 前記センサ側振動絶縁部材はスポンジであることを特徴とする請求項１０に記載のアンバランス検出装置。
12. タービンホイールとコンプレッサホイールとを回転軸で結合した回転体と、前記回転体を回転可能に支持するベアリングを収容するベアリングハウジングと、からなるターボカートリッジにおける前記回転体のアンバランスを検出するためのアンバランス検出方法であって、
    前記回転体の前記タービンホイールを収容するタービン側ハウジング部材と前記ターボカートリッジとの間、および、前記回転体の前記コンプレッサホイールを収容するコンプレッサ側ハウジング部材と前記ターボカートリッジとの間にそれぞれ振動絶縁部材を介在させる振動絶縁部材設置ステップと、
    前記タービン側ハウジング部材と前記コンプレッサ側ハウジング部材との少なくとも一方を、前記振動絶縁部材を介在させて、前記ターボカートリッジに向かって押圧することで、前記ターボカートリッジを両側から挟んで支持する支持ステップと、
    前記回転体の回転時における振動を検出可能な音圧センサによって、前記回転体の回転時における振動により生じる音圧を非接触で計測する計測ステップと、を備えることを特徴とするアンバランス検出方法。
13. 前記支持ステップは、前記タービン側ハウジング部材および前記コンプレッサ側ハウジング部材とは接触せずに、前記振動絶縁部材と接触した状態で前記ターボカートリッジを支持することを特徴とする請求項１２に記載のアンバランス検出方法。
14. 前記ベアリングハウジングに形成された給油口に、前記ベアリングハウジングの内部に潤滑油を供給するための給油配管を接続することで、前記ベアリングハウジングから所定距離だけ離間されるように、前記給油配管に前記音圧センサを固定するセンサ固定ステップを、さらに備えることを特徴とする請求項１２または１３に記載のアンバランス検出方法。
15. 前記所定距離は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１４に記載のアンバランス検出方法。
    

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