JPWO2019077667A1 - 振動検出装置、および振動検出装置を備えるアンバランス検出装置 - Google Patents

振動検出装置、および振動検出装置を備えるアンバランス検出装置 Download PDF

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Abstract

ホイールと回転軸とを結合した回転体、および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であって、ベアリングハウジングの内部に潤滑油を流通させるための潤滑油流通口を有するベアリングハウジング、を有するカートリッジの振動を検出するための振動検出装置は、ベアリングハウジングに接続および離間可能に構成される油流路形成部材であって、潤滑油流通口を介してベアリングハウジングの内部へ供給される潤滑油、または潤滑油流通口を介してベアリングハウジングの内部から排出される潤滑油の一方が流れる油流路を内部に有する油流路形成部材に取り付けられるセンサ台座と、センサ台座に設置される振動センサと、センサ台座に接続されると共に、油流路形成部材がベアリングハウジングに接続された状態においてベアリングハウジングに接触される振動伝達脚部と、を備える。

Description

本開示は、ホイールと回転軸とを結合した回転体、および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であって、ベアリングハウジングの内部に潤滑油を流通させるための潤滑油流通口を有するベアリングハウジングを有するカートリッジの振動を検出するための振動検出装置に関する。
ターボチャージャや電動コンプレッサなどの中核部品であるカートリッジは、その組立後に、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。製造時において回転体のバランシング作業を行うことにより、エンジンの運転時において高速回転する回転体のアンバランスに起因した回転時の振動（回転体振動）や、この振動に伴う騒音、破損などの防止が図られる。
より詳細には、アンバランス検出作業では、アンバランス検出装置でカートリッジを支持（固定）しつつ、例えばコンプレッサホイールなどのホイール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。
例えば特許文献２〜４では、加速度センサは、アンバランス検出装置におけるカートリッジと直接接触する部位に設置されている。具体的には、特許文献２では、加速度センサは、カートリッジを固定するダミーハウジングに取り付けられている。特許文献３〜４では、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直接支持するが、加速度センサは、このようなベアリングハウジングに直接接触するハウジング部材に設置されている。これによって、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工程を別途行う必要がなく、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。
国際公開第２０１５／１３２８９６号 特開２０１６−１４８６２５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２〜４のように、加速度センサをアンバランス検出装置側に設置することによりバランシング作業の効率化が可能であるが、そのためには、回転体の回転時の振動をアンバランス検出装置側に良好に伝達させることが前提になる。しかしながら、例えば、本発明の発明者らが別途提案するように、アンバランス検出装置のハウジング部材が振動絶縁部材を介してカートリッジを支持する場合（後述）など、回転体の回転時の振動がアンバランス検出装置側に良好に伝達されないような形態では、アンバランス検出装置側に振動センサを設置しても、回転体の回転時の振動を良好な検出は難しい。そして、このような場合において、各カートリッジに対して接触型の振動センサを設置する場合には、バランシング作業の効率化が阻害される。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、振動センサの設置工程を別途要することなく、各カートリッジに対して振動センサを設置することが可能な振動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振動検出装置は、
ホイールと回転軸とを結合した回転体、および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であって、前記ベアリングハウジングの内部に潤滑油を流通させるための潤滑油流通口を有するベアリングハウジング、を有するカートリッジの振動を検出するための振動検出装置であって、
前記ベアリングハウジングに接続および離間可能に構成される油流路形成部材であって、前記潤滑油流通口を介して前記ベアリングハウジングの内部へ供給される潤滑油、または前記潤滑油流通口を介して前記ベアリングハウジングの内部から排出される潤滑油の一方が流れる油流路を内部に有する油流路形成部材に取り付けられるセンサ台座と、
前記センサ台座に設置される振動センサと、
前記センサ台座に接続されると共に、前記油流路形成部材が前記ベアリングハウジングに接続された状態において前記ベアリングハウジングに接触される振動伝達脚部と、を備える。
上記（１）の構成によれば、回転体の回転により生じる振動（回転体振動）を検出するための振動センサは、回転体のアンバランス検出作業時においてベアリングハウジングに接続される油流路形成部材側に取り付けられると共に、ベアリングハウジングに接触した振動伝達脚部によってセンサ台座に伝達された回転体振動を検出するように構成される。これによって、カートリッジ側にセンサ台座を設ける必要がなく、かつ、アンバランス検出作業時において振動センサを設置する作業を別途行うことなく、ベアリングハウジングに油流路形成部材を接続することにより、回転体振動の適切な検出が可能となるように振動センサを設置することができる。このように、ベアリングハウジングに対する振動センサの設置が効率化されることによって、アンバランス検出作業の効率化を実現することもできる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記油流路形成部材は、
前記センサ台座が取り付けられる剛体部と、
前記剛体部に接続されると共に、前記ベアリングハウジングに接続および離間可能に構成され、前記剛体部よりも柔らかい材料から形成される柔体部と、を含み、
前記柔体部には、前記油流路形成部材が前記ベアリングハウジングに接続された状態で前記ベアリングハウジングに当接する面において、前記潤滑油流通口に面する前記油流路の端部が形成されている。
上記（２）の構成によれば、センサ台座を油流路形成部材の剛体部に取り付けることにより、センサ台座を油流路形成部材に安定して取り付けることができる。また、油流路形成部材は、柔体部を介して、潤滑油を潤滑油流通口に供給したり、潤滑油流通口から潤滑油を排出したりすることが可能に構成される。換言すれば、柔体部には油流路の一部を形成する貫通孔が形成されている。よって、柔体部における油流路を形成する部分によって潤滑油流通口の周囲を伝って潤滑油が漏れないようにシールしつつ、油流路形成部材からベアリングハウジングに伝達されようとする振動の絶縁を図ることができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記油流路形成部材は、少なくとも前記柔体部の内部を貫通する貫通孔であって、前記振動伝達脚部が挿入される貫通孔を有する。
上記（３）の構成によれば、柔体部は、油流路形成部材におけるベアリングハウジングに当接する部分であり、そのような柔体部に振動伝達脚部が挿入される貫通孔が設けられる。これによって、ベアリングハウジングにおける振動伝達脚部が接触するためのスペースに関して制約を受けることなく、油流路形成部材がベアリングハウジングに接続された状態における両者の接触状態を容易に実現することができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記油流路形成部材は、前記回転軸に対して直交する第１方向に沿って延在する第１方向部と、前記第１方向に対して交差する第２方向に沿って延在する第２方向部と、を含み、
前記貫通孔は、前記剛体部および前記柔体部に跨って前記第１方向に沿って延在すると共に、
前記センサ台座は、前記貫通孔の前記第１方向に沿った延長線上に位置する。
上記（４）の構成によれば、振動伝達脚部は、直線状に形成されると共に油流路形成部材の貫通孔に設置される。これによって、直線状で短い長さの振動伝達脚部を形成することができ、振動センサに到達するまでに生じる回転体振動の減衰の低減を図れるなど、回転体振動の検出精度の向上を図ることができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（３）〜（４）の構成において、
前記振動伝達脚部と前記剛体部に形成された前記貫通孔との間には振動絶縁部材が設けられている。
上記（５）の構成によれば、振動伝達脚部と剛体部に形成された貫通孔との間に介在する振動絶縁部材によって、両者の振動的な絶縁を行うことができる。よって、振動センサが検出する信号から、油流路形成部材の振動といったノイズ成分を除去（低減）することができるので、振動センサによる回転体振動の検出精度を向上させることができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の構成において、
前記センサ台座は、第２振動絶縁部材を介して前記油流路形成部材に取り付けられる。
上記（６）の構成によれば、センサ台座と油流路形成部材との間に介在する振動絶縁部材によって、両者の振動的な絶縁を行うことができる。よって、振動センサが検出する信号から、油流路形成部材の振動といった回転体振動に対するノイズ成分を除去（低減）することができるので、振動センサによる回転体振動の検出精度を向上させることができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の構成において、
前記振動伝達脚部は、前記ベアリングハウジングに接触されるよう構成された所定の曲率で突出する先端面を有する。
上記（７）の構成によれば、ベアリングハウジングに接触する振動伝達脚部の先端面における接触時のロバスト性を向上させることができる。
（８）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、
ホイールと回転軸とを結合した回転体、および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であって、前記ベアリングハウジングの内部に潤滑油を流通させるための潤滑油流通口を有するベアリングハウジング、を有するカートリッジの振動を検出するためのアンバランス検出装置であって、
前記ベアリングハウジングに接続および離間可能に構成される油流路形成部材であって、前記潤滑油流通口を介して前記ベアリングハウジングの内部へ供給される潤滑油、または前記潤滑油流通口を介して前記ベアリングハウジングの内部から排出される潤滑油の一方が流れる油流路を内部に有する油流路形成部材と、
前記流路形成部材に取り付けられるセンサ台座、前記センサ台座に設置される振動センサ、および前記センサ台座に接続されると共に、前記油流路形成部材が前記ベアリングハウジングに接続された状態において前記ベアリングハウジングに接触される振動伝達脚部を有する振動検出装置と、を備える。
上記（８）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏するアンバランス検出装置を提供することができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、振動センサの設置工程を別途要することなく、各カートリッジに対して振動センサを設置することが可能な振動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カートリッジが支持された状態を示す。 図１の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検出装置を模式的に示す図であり、油流路形成部材をカートリッジに接続する前の離間状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る振動検出装置を模式的に示す図であり、油流路形成部材をカートリッジに接続した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る第１方向部の断面図であり、図３のＡＡでの切断面を示す。 本発明の一実施形態に係る第２方向部の断面図であり、図３のＢＢでの切断面を示す。 本発明の一実施形態に係る振動伝達脚部の先端部を示す拡大図である。
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カートリッジ５のアンバランス修正作業時に用いられるアンバランス検出装置６を模式的に示す図であり、アンバランス検出装置６によってカートリッジ５が支持された状態を示す。図２は、図１のカートリッジ５をアンバランス検出装置６のハウジング部材６ｈ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。
図１〜図２に示すカートリッジ５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５３とコンプレッサホイール５４とを回転軸５１ｒで一体的に結合した回転体５１と、回転体５１を回転可能に支持するベアリング５２ｂを収容するベアリングハウジング５２とで構成される。そして、カートリッジ５が例えば不図示の自動車のエンジンに設置された際には、カートリッジ５は、エンジンの排気通路に設置されるタービンホイール５３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５１ｒで同軸に結合されたコンプレッサホイール５４がエンジンの吸気通路において回転し、エンジンへの吸気を圧縮するように構成される。なお、以下では、ターボチャージャ用のカートリッジ５を例に説明するが、他の幾つかの実施形態では、カートリッジ５は、コンプレッサホイール５４をクランクシャフト（不図示）からの動力や電動モータによって駆動するスーパーチャージャー用のものであっても良い。
他方、アンバランス検出装置６はアンバランス修正作業時において作業対象物を支持するための装置である。図１〜図２に示す実施形態では、アンバランス検出装置６は、タービン側ハウジング部材６ｔおよびコンプレッサ側ハウジング部材６ｃの２つのハウジング部材６ｈによって、作業対象物となるカートリッジ５の両側を挟んで支持している。より詳細には、アンバランス検出装置６は、上記の２つのハウジング部材６ｈ（６ｔ、６ｃ）の内部にカートリッジ５のタービンホイール５３あるいはコンプレッサホイール５４をそれぞれ収容した状態で、後述する支持機構により２つのハウジング部材６ｈの少なくとも一方を他方に向けて押圧することで、カートリッジ５を支持する。なお、スーパーチャージャー用のカートリッジ５の場合であっても、アンバランス検出装置６は、コンプレッサホイール５４と回転軸５１ｒとを有する回転体５１、および回転体５１を回転可能に支持するベアリング５２ｂを収容するベアリングハウジング５２からなるカートリッジ５を、その両側から挟んで支持することになる。
また、ハウジング部材６ｈは、振動絶縁部材（支持用振動絶縁部材９１）を介してカートリッジ５を支持している。具体的には、タービン側ハウジング部材６ｔとベアリングハウジング５２との間、あるいは、コンプレッサ側ハウジング部材６ｃとベアリングハウジング５２との間の少なくとも一方には支持用振動絶縁部材９１が設置されており、支持用振動絶縁部材９１はベアリングハウジング５２の支持受部５２ｐに当接して、カートリッジ５を支持する。図１〜図２に示す実施形態では、支持用振動絶縁部材９１は、タービン側ハウジング部材６ｔとベアリングハウジング５２との間、および、コンプレッサ側ハウジング部材６ｃとベアリングハウジング５２との間にそれぞれ介在する。支持用振動絶縁部材９１は、これらのハウジング部材６ｈとカートリッジ５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形成される。なお、支持用振動絶縁部材９１は、後述する装置側振動絶縁部材９２と同一の材料で形成された部材であっても良いし、異なる材料で形成された部材であっても良い。
図１〜図２に示す実施形態のアンバランス検出装置６の支持機構について詳述すると、図１に示すように、支持機構は、コンプレッサ側ハウジング部材６ｃに接続されるコンプレッサ側支持機構６１と、タービン側ハウジング部材６ｔに接続されるタービン側支持機構６２とを備えており、各々の支持機構（６１、６２。以下同様。）は、カートリッジ５を押圧した際に動かないように工場などの床にそれぞれ固定される。また、支持機構は、床面の上方において、上記の２つのハウジング部材６ｈ（６ｔ、６ｃ。以下同様。）に、例えばゴムなどの弾性部材である振動絶縁部材（装置側振動絶縁部材９２）を介して接続される。これによって、コンプレッサ側支持機構６１やタービン側支持機構６２を振動伝達経路としてハウジング部材６ｈに伝達されるアンバランス検出装置６側の振動の低減を図っている。
また、コンプレッサ側支持機構６１に押圧装置８１が設けられており、押圧装置８１がコンプレッサ側ハウジング部材６ｃをカートリッジ５に向かって押圧するように構成されている。この押圧装置８１は、コンプレッサ側ハウジング部材６ｃに接続される押圧ロッド８２と、コンプレッサ側ハウジング部材６ｃに向けて押圧ロッド８２を押し出すピストン装置８３とを備えており、ピストン装置８３が押圧ロッド８２をコンプレッサ側ハウジング部材６ｃに向け押し出すことで、コンプレッサ側ハウジング部材６ｃがカートリッジ５に向かって押圧される。この際、押圧装置８１、コンプレッサ側ハウジング部材６ｃ、カートリッジ５、タービン側ハウジング部材６ｔおよびタービン側支持機構６２は、この並びで押圧方向（図１の矢印の方向）に沿って配列されており、押圧装置８１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６２に伝達される。そして、押圧装置８１からの押圧力とタービン側支持機構６２からの反力とによってカートリッジ５が支持される。つまり、支持機構は、コンプレッサ側ハウジング部材６ｃおよびタービン側ハウジング部材６ｔの各々を、それぞれベアリングハウジング５２に向かって押し付けることで、カートリッジ５を支持している。なお、押圧ロッド８２および、送風機８６からの空気をハウジング部材６ｈに導くための空気供給配管８５は連結部材８４によって互いに連結されており、押圧ロッド８２の押圧方向への移動に伴って、空気供給配管８５も送風機８６から伸縮するように移動可能に構成されている。
また、図１に示すように、アンバランス検出装置６は、ベアリングハウジング５２に収容されたベアリング５２ｂに潤滑油を供給するための油流路形成部材７を備えている。この油流路形成部材７は、ベアリングハウジング５２に接続および離間可能に構成される部材である。また、図１に示すように、油流路形成部材７は、ベアリングハウジング５２に形成された潤滑油流通口５ａ（給油口）を介してベアリングハウジング５２の内部へ供給される潤滑油が流れる油流路７ｐを内部に有する（後述する図４〜図６参照）。なお、他の幾つかの実施形態では、油流路形成部材７の油流路７ｐは、ベアリングハウジング５２に形成された、ベアリングハウジング５２の内部（ベアリング５２ｂ）を経由した後、不図示の排油口（潤滑油流通口）を介してベアリングハウジング５２の内部から排出される潤滑油が流れる流路であっても良い。そして、油流路形成部材７がベアリングハウジング５２に接続された状態では、油流路形成部材７が有する油流路７ｐの端部と、ベアリングハウジング５２の潤滑油流通口５ａとが面するようになっており、潤滑油流通口５ａを介した油流路７ｐとベアリングハウジング５２の内部（流路）との間の潤滑油の流通（給油口への潤滑油の供給または排油口からの潤滑油の排出）が可能となる。なお、油流路７ｐにおける潤滑油の流通はポンプ（不図示）などの動力によってなされても良い。
図１に示す実施形態では、油流路形成部材７は、アンバランス検出装置６に支持された状態において、カートリッジ５の回転軸５１ｒに対して直交する第１方向Ｄｇ（図１では重力に沿った方向）に沿って延在する第１方向部７１と、第１方向部７１に連結された、第１方向Ｄｇに対して交差する第２方向Ｄｈ（図１では、重力方向に直交する水平方向）に沿って延在する第２方向部７２と、を有している。また、アンバランス検出装置６は、第１方向部７１および第２方向部７２を第１方向Ｄｇに沿って両方向（図１では上下）に移動することが可能な不図示の可動機構を有している。そして、この可動機構（不図示）によって、油流路形成部材７を第１方向Ｄｇの下方（重力方向）に移動させて、ベアリングハウジング５２の上部に形成された潤滑油流通口５ａ（給油口）に油流路７ｐが連通するように、ベアリングハウジング５２に油流路形成部材７を接続することにより、給油口を介したベアリング５２ｂへの潤滑油の供給が可能となる。なお、ベアリングハウジング５２の下部に形成された排油口（不図示の潤滑油流通口５ａ）と油流路７ｐとを連通させる場合には、油流路形成部材７を可動機構により上方に移動させる。
また、油流路形成部材７は、潤滑油の供給時の振動といった油流路形成部材７を支持する部材（図１ではタービン側支持機構６２）側から伝達されてくる振動の絶縁や、潤滑油流通口５ａの周囲をシールするための振動絶縁部材（後述する柔体部７６）を介して、この振動絶縁部材がベアリングハウジング５２に押圧された状態（押圧状態）で、ベアリングハウジング５２に接続される。つまり、油流路形成部材７は、剛体部７５と、剛体部７５に接続されると共に、ベアリングハウジング５２に接続および離間可能に構成され、剛体部７５よりも柔らかい材料から形成される柔体部７６と、で構成される。図１〜図２に示す実施形態では、剛体部７５は、第１方向部７１および第２方向部７２における柔体部７６を除いた剛性（ヤング率、剛性率など）の高い部分であり、例えば金属で形成されている（後述する図３〜図７でも同様）。また、柔体部７６は、例えばゴムなどの弾性部材であり、上述した振動絶縁部材（９１、９２）と同一の材料あるいは異なる材料で形成された部材である。そして、柔体部７６には、油流路形成部材７がベアリングハウジング５２に接続された状態でベアリングハウジング５２に当接する面において、潤滑油流通口５ａに面する油流路７ｐの端部が形成されている。換言すれば、柔体部７６には油流路７ｐの一部を形成する貫通孔が形成されている。よって、ベアリングハウジング５２に接続された状態（押圧状態）において、柔体部７６における油流路７ｐを形成する部分により、潤滑油流通口５ａの周囲を伝って潤滑油が漏れないようにシールしつつ、かつ、油流路形成部材７からベアリングハウジング５２に伝達されようとする振動の絶縁を図るようにしている。
また、アンバランス検出装置６は、図１に示すように、カートリッジ５が備える回転体５１の回転により生じる振動（以下、適宜、回転体振動という。）を検出可能な振動検出装置１を備える。振動検出装置１によって検出される振動信号Ｓは、同時に検出される回転体５１の位相と共に不図示のコンピュータ装置に送られ、このコンピュータ装置による演算を通して回転体５１のアンバランスを修正するための切削情報（前述）が得られる。振動検出装置１の詳細は後述する。
そして、上述した構成を有するアンバランス検出装置６で作業対象物であるカートリッジ５を支持した状態で、エンジンの運転時に排ガスによって回転されるのと同様にカートリッジ５を回転させて、作業対象物のアンバランスを検出する（アンバランス検出作業）。具体的には、コンプレッサホイール５４あるいはタービンホイール５３のいずれか一方に空気（気体）を供給し、空気量を調整しながら、排ガスによる実際の運転範囲で回転体５１を回転させる。図１〜図２に示す実施形態では、支持機構の備える空気供給配管８５とコンプレッサ側ハウジング部材６ｃとが装置側振動絶縁部材９２を介して接続されており、空気供給配管８５を介して、送風機８６からの空気をコンプレッサ側ハウジング部材６ｃに収容されたコンプレッサホイール５４に供給するように構成されている。このコンプレッサホイール５４の回転に伴って、タービンホイール５３が回転する。また、コンプレッサ側ハウジング部材６ｃが装置側振動絶縁部材９２（９２ａ、９２ｂ）を介して空気供給配管８５および押圧ロッド８２にそれぞれ接続されると共に、タービン側ハウジング部材６ｔが装置側振動絶縁部材９２（９２ｃ）を介してタービン側支持機構６２に接続されることによって、コンプレッサ側支持機構６１やタービン側支持機構６２を振動伝達経路としてハウジング部材６ｈに伝達されるアンバランス検出装置６側の振動の低減を図っている。なお、他の幾つかの実施形態では、空気供給配管８５とタービン側ハウジング部材６ｔとが接続されることによって、タービンホイール５３に空気を供給し、回転体５１を回転させるよう構成しても良い。
次に、上述した振動検出装置１について、図３〜図７を用いてより詳細に説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る振動検出装置１を模式的に示す図であり、油流路形成部材７をカートリッジ５に接続する前の離間状態を示す図である。図４は、本発明の一実施形態に係る振動検出装置１を模式的に示す図であり、油流路形成部材７をカートリッジ５に接続した状態を示す図である。図５は、本発明の一実施形態に係る第１方向部７１の断面図であり、図３のＡＡでの切断面を示す。図６は、本発明の一実施形態に係る第２方向部７２の断面図であり、図３のＢＢでの切断面を示す。また、図７は、本発明の一実施形態に係る振動伝達脚部４の先端部４２を示す拡大図である。
図３〜図７に示すように、振動検出装置１は、センサ台座２と、振動センサ３と、振動伝達脚部４と、を備える。振動検出装置１が備える上記の構成について、それぞれ説明する。
センサ台座２は、振動センサ３が設置される部材であり、上述した油流路形成部材７に取り付けられる。図３〜図７に示す実施形態では、センサ台座２は、所定の厚みを有する板状の部材で形成されており、油流路形成部材７に設置される取付面の反対側の面が、振動センサ３を設置するセンサ設置面２ｍを構成するようになっている。また、センサ台座２は厚み方向に貫通する固定具貫通孔を複数（図３〜図７では２つ）有している。そして、振動検出装置１は固定具２５（図３〜図７では固定ネジ）を有しており、センサ台座２の各々の固定具貫通孔に固定具２５が挿入された状態で、油流路形成部材７（後述する剛体部７５）に形成された係合部（図３〜図７ではネジ穴）に固定具２５が係合（螺合）されることにより、センサ台座２は、油流路形成部材７に固定的に取り付けられるようになっている。
この際、図３〜図７に示す実施形態では、センサ台座２は、油流路形成部材７からセンサ台座２に伝達される振動を絶縁するための振動絶縁部材（台座用振動絶縁部材２２）を介して油流路形成部材７に取り付けられている。より詳細には、上記の固定具貫通孔は、センサ台座２および台座用振動絶縁部材２２を跨って形成されており、固定具２５は、センサ台座２およびセンサ台座２が設置される台座用振動絶縁部材２２を貫通した状態で、油流路形成部材７の係合部に係合するようになっている。さらに、図３〜図４に示すように、固定具２５とセンサ台座２とが接触しないように、固定具２５である固定ネジの頭部と、この頭部に対面するセンサ台座２（センサ設置面２ｍ）の部分との間や、固定具２５とセンサ台座２における固定具貫通孔との間にも台座用振動絶縁部材２２が設けられている。このように、台座用振動絶縁部材２２によって、油流路形成部材７と振動検出装置１（センサ台座２）との間の振動的な絶縁を図っており、油流路形成部材７の振動がセンサ台座２に伝達されないように図っている。よって、振動センサ３が検出する振動信号Ｓから、油流路形成部材７の振動といった回転体振動に対するノイズ成分を除去（低減）することができるので、振動センサ３による回転体振動の検出精度の向上を図ることができる。なお、固定具２５は、センサ台座２を油流路形成部材７に取り付けることができれば良く、他の幾つかの実施形態では、例えばクランプ具、バンド材、溶接、接着などでも良い。
振動センサ３は、振動を検出するための接触型のセンサであり、センサ台座２に設置される。図３〜図７に示す実施形態では、振動センサ３は加速度検出式のセンサ（加速度センサ）であり、センサ台座２に固定されて、センサ自体がセンサ台座２と一緒に振動することで振動を検出するように構成されている。
振動伝達脚部４は、センサ台座２に接続されると共に、油流路形成部材７がベアリングハウジング５２に接続された状態においてベアリングハウジング５２に接触される。例えば、振動伝達脚部４は棒状の部材で形成されても良い。図３〜図７に示す実施形態では、振動伝達脚部４は円柱状の部材で形成されている。そして、振動伝達脚部４の一端はセンサ台座２の取付面（前述）に固定的に接続されている。他方、振動伝達脚部４の他端（先端部４２）は、油流路形成部材７をベアリングハウジング５２に接続した状態で、ベアリングハウジング５２の振動計測面５２ｓに接触する先端面４２ｓを有する。つまり、油流路形成部材７の接続状態においては、センサ台座２とベアリングハウジング５２とは、振動伝達脚部４を介して振動の伝達が可能に連結される。より詳細には、本実施形態では、柔体部７６がベアリングハウジング５２の振動計測面５２ｓに押圧された押圧状態で、振動伝達脚部４の先端面４２ｓがベアリングハウジング５２の振動計測面５２ｓに接触する。例えば、振動伝達脚部４の先端面４２ｓは半球状などの曲面を有し、この曲面がベアリングハウジング５２に接触されるように構成されていても良い。
また、図３〜図７に示す実施形態では、振動伝達脚部４は３本の棒状の部材で構成されている。これによって、振動伝達脚部４とベアリングハウジング５２との安定した接触状態を形成することが可能となっている。ただし、本実施形態に本発明は限定されず、他の幾つかの実施形態では、振動伝達脚部４は、１本、２本など、１以上の棒状の部材で構成されていても良い。
ここで、振動検出装置１は、実際に車両などに設置された際のカートリッジ５の運転範囲（例えば、５００〜４０００Ｈｚ）で生じる振動と、センサ台座２、振動センサ３および振動伝達脚部４が成すバネマス系の固有振動数とが重なることにより生じる共振を防止する必要がある。このため、センサ台座２は上記の運転範囲で剛体と見なせる程度の厚さを持たせつつ、極力軽くし、振動伝達脚部４はこれらを支持するのに十分な剛性を有するようにする必要がある。そこで、図３〜図７に示す実施形態では、円柱状の第１方向部７１の外径Ｄ（例えばｍｍ）を基準として（図５参照）、センサ台座２の縦（長手方向）の長さを１×Ｄ〜１．５×Ｄ（図３参照）、横（短手方向）の長さを１／２×Ｄ〜２／３×Ｄ（図６参照）、厚さを１／４×Ｄ〜１／２×Ｄ（図６参照）とし、振動伝達脚部４の長さを２×Ｄ以下、外径を１／８×Ｄ〜１／５×Ｄ（図７参照）としている。また、振動伝達脚部４はヤング率が高い材料（例えば鋼材）、センサ台座２は密度が小さい材料（例えばアルミ）を用いている。
そして、アンバランス検出作業においては、回転体５１のアンバランスに起因して生じる回転体５１の回転体振動は、回転体５１を支持するベアリング５２ｂに伝達された後、ベアリング５２ｂを支持するベアリングハウジング５２に伝達される。さらに、ベアリングハウジング５２に伝達された回転体振動は、振動計測面５２ｓに接触している振動伝達脚部４を伝わってセンサ台座２まで伝達される。よって、振動センサ３は、このようにセンサ台座２まで伝達される回転体振動をセンサ台座２に設置されることによって検出する。
上記の構成によれば、回転体５１の回転により生じる振動（回転体振動）を検出するための振動センサ３は、回転体５１のアンバランス検出作業時においてベアリングハウジング５２に接続される油流路形成部材７側に取り付けられると共に、ベアリングハウジング５２（振動計測面５２ｓ）に接触した振動伝達脚部４によってセンサ台座２に伝達された回転体振動を検出するように構成される。これによって、カートリッジ５側にセンサ台座２を設ける必要がなく、かつ、アンバランス検出作業時において振動センサ３を設置する作業を別途行うことなく、ベアリングハウジング５２に油流路形成部材７を接続することにより、回転体振動の適切な検出が可能となるように振動センサ３を設置することができる。このように、ベアリングハウジング５２に対する振動センサ３の設置が効率化されることによって、アンバランス検出作業の効率化を実現することもできる。
次に、振動検出装置１に関連する幾つかの実施形態について、それぞれ説明する。
幾つかの実施形態では、図１、図３〜図７に示すように、センサ台座２は、上述した油流路形成部材７の剛体部７５に取り付けられる。図１、図３〜図７に示す実施形態では、センサ台座２は剛体部７５の上面に取り付けられているが、他の幾つかの実施形態では、剛体部７５の側面に取り付けられても良い。
上記の構成によれば、センサ台座２を油流路形成部材７の剛体部７５に取り付けることにより、センサ台座２を油流路形成部材７に安定して取り付けることができる。
ただし、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、センサ台座２の少なくとも一部を油流路形成部材７の柔体部７６に取り付けても良く、この場合には、上記と同様に、振動伝達脚部４は、直線状であっても良いし、１以上の屈曲部を有していても良い。
また、幾つかの実施形態では、図３〜図７に示すように、油流路形成部材７は、少なくとも柔体部７６の内部を貫通する貫通孔７３であって、上述した振動伝達脚部４が挿入される貫通孔７３を有する。すなわち、貫通孔７３は、柔体部７６にのみ形成されていても良いし、剛体部７５および柔体部７６の両方に形成されていても良い。前者の貫通孔７３が柔体部７６にのみ形成される実施形態は、例えば、第１方向部７１の剛体部７５の一部分（例えば、符号７１ａで示す部分など）の第２方向Ｄｈに沿った長さ（幅）を柔体部７６のそれよりも短くする。そして、例えば、その剛体部７５の一部分（同上）にセンサ台座２を設置すれば、柔体部７６に形成された貫通孔７３に直線状の振動伝達脚部４を挿入して設置することが可能となる。あるいは、上記の一部分（同上）とは異なる剛体部７５の側面にセンサ台座２を設置した場合には、振動伝達脚部４が屈曲部を有することで、柔体部７６に形成された貫通孔７３に振動伝達脚部４を挿入して設置することが可能となる。
他方、後者の剛体部７５および柔体部７６の両方に形成される実施形態は、図３〜図７に示す実施形態である。具体的には、貫通孔７３は、剛体部７５および柔体部７６の両方の内部を貫通することによって、剛体部７５および柔体部７６に跨って第１方向Ｄｇ（前述）に沿って延在する。そして、センサ台座２は、この貫通孔７３の第１方向Ｄｇに沿った延長線上に位置している。つまり、センサ台座２は、油流路形成部材７に載置されるように、その上部に設置されている。よって、振動伝達脚部４は直線状に形成されており、センサ台座２に固定的に接続された状態で、台座用振動絶縁部材２２に形成された貫通孔と、油流路形成部材７の剛体部７５および柔体部７６に連なって形成された貫通孔７３の順に挿入された状態で、油流路形成部材７に取り付けられている。これによって、直線状で短い長さの振動伝達脚部４を形成することができ、振動センサ３に到達するまでに生じる回転体振動の減衰の低減を図れるなど、回転体振動の検出精度の向上を図ることができる。
なお、図３〜図７に示す実施形態では、油流路形成部材７の貫通孔７３は油流路形成部材７において連続して形成されているが、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、油流路形成部材７の貫通孔７３は複数の部分から構成されていても良い。例えば、幾つかの実施形態では、第１方向部７１の剛体部７５の一部分（例えば、符号７１ａで示す部分など）の第２方向Ｄｈに沿った長さ（幅）を柔体部７６よりも短くし、その一部分（同上）では、貫通孔７３が一旦途切れることで、振動伝達脚部４が外部に露出するようになっていても良い。これによって、振動伝達脚部４が剛体部７５に接触する可能性のある部分を低減することができ、剛体部７５から伝達される回転体振動に対するノイズ分の低減を図ることが可能になる。
上記の構成によれば、柔体部７６は、油流路形成部材７におけるベアリングハウジング５２に当接する部分であり、そのような柔体部７６に振動伝達脚部４が挿入される貫通孔７３が設けられる。これによって、ベアリングハウジング５２における振動伝達脚部４が接触するためのスペースに関して制約を受けることなく、油流路形成部材７がベアリングハウジング５２に接続された状態における両者の接触状態を容易に実現することができる。
ただし、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、振動検出装置１は、振動伝達脚部４が油流路形成部材７の内部（貫通孔７３）を通ることなく、外部に露出するように設置されても良い。例えば、センサ台座２が油流路形成部材７の側面に取り付けられ、振動伝達脚部４が第１方向Ｄｇに沿って延在することによって、振動伝達脚部４は、油流路形成部材７の内部に延在する部分を有することなく、振動伝達脚部４の全てが外部に露出していても良い。あるいは、振動伝達脚部４が１以上の屈曲部を有することによって、振動伝達脚部４の全てが外部に露出していても良い。より具体的には、例えば油流路形成部材７の上部にセンサ台座２が設置されて、振動伝達脚部４が油流路形成部材７を迂回するような屈曲部を有しても良い。このような場合であっても、振動伝達脚部４の断面積が小さいことによって、ベアリングハウジング５２に振動センサ３が接触されるセンサ台座２となり得るスペースを確保できない場合でも、振動計測面５２ｓを確保できなど、上述したスペースに関する制約を低減することが可能である。
また、上述した油流路形成部材７が貫通孔７３を有する実施形態において、幾つかの実施形態では、図３〜図７に示すように、振動伝達脚部４と剛体部７５に形成された貫通孔７３との間には振動絶縁部材（孔用振動絶縁部材７７）が設けられていても良い。つまり、振動伝達脚部４と剛体部７５に形成された貫通孔７３との間には、両者が所定の距離を有することによって空間（環状の空間）が形成されており、この空間に孔用振動絶縁部材７７が介在している。図３〜図７に示す実施形態では、油流路形成部材７の貫通孔７３と振動伝達脚部４との間の上記空間には孔用振動絶縁部材７７が充填されている。なお、上記の空間を形成する所定の距離は、全ての部分で同一でなくても良い。また、振動伝達脚部４と柔体部７６に形成された貫通孔７３との間にも孔用振動絶縁部材７７が介在（充填）していても良い。
上記の構成によれば、振動伝達脚部４と剛体部７５に形成された貫通孔７３との間に介在する振動絶縁部材（７７）によって、両者の振動的な絶縁を行うことができる。よって、振動センサ３が検出する信号から、油流路形成部材７の振動といったノイズ成分を除去（低減）することができるので、振動センサ３による回転体振動の検出精度を向上させることができる。
ただし、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、振動伝達脚部４と、剛体部７５、あるいは剛体部７５および柔体部７６に形成された貫通孔７３との間の上記の空間には、振動絶縁部材が設置されておらず、空気層のままになっていても良い。この場合であっても、この空間によって、振動伝達脚部４と剛体部７５との間の振動的な絶縁を図ることが可能である。
また、幾つかの実施形態では、図７に示すように、振動伝達脚部４は、ベアリングハウジング５２に接触されるよう構成された所定の曲率Ｒで突出する先端面４２ｓを有する。この曲率Ｒは、接触点の変形を小さくして剛性を上げることが可能な程度に大きめの値に設定される。
上記の構成によれば、ベアリングハウジング５２に接触する振動伝達脚部４の先端面４２ｓにおける接触時のロバスト性を向上させることができる。
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 振動検出装置
２ センサ台座
２２ 台座用振動絶縁部材
２ｍ センサ設置面
２５ 固定ネジ
３ 振動センサ
４ 振動伝達脚部
４２ 先端部
４２ｓ 先端面
５ カートリッジ
５ａ 潤滑油流通口
５１ 回転体
５１ｒ 回転軸
５２ ベアリングハウジング
５２ｂ ベアリング
５２ｐ 支持受部
５２ｓ 振動計測面
５３ タービンホイール
５４ コンプレッサホイール
６ アンバランス検出装置
６ｃ コンプレッサ側ハウジング部材
６ｈ ハウジング部材
６ｔ タービン側ハウジング部材
６１ コンプレッサ側支持機構
６２ タービン側支持機構
７ 油流路形成部材
７ｐ 油流路
７１ 第１方向部
７１ａ 第１方向部の一部分
７２ 第２方向部
７３ 貫通孔
７５ 剛体部
７６ 柔体部
７７ 孔用振動絶縁部材
８１ 押圧装置
８２ 押圧ロッド
８３ ピストン装置
８４ 連結部材
８５ 空気供給配管
８６ 送風機
９１ 支持用振動絶縁部材
９２ 装置側振動絶縁部材
Ｄｇ 第１方向
Ｄｈ 第２方向
Ｓ 振動信号
Ｄ 外形（第１方向部）
Ｒ 曲率

Claims (8)

  1. ホイールと回転軸とを結合した回転体、および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であって、前記ベアリングハウジングの内部に潤滑油を流通させるための潤滑油流通口を有するベアリングハウジング、を有するカートリッジの振動を検出するための振動検出装置であって、
    前記ベアリングハウジングに接続および離間可能に構成される油流路形成部材であって、前記潤滑油流通口を介して前記ベアリングハウジングの内部へ供給される潤滑油、または前記潤滑油流通口を介して前記ベアリングハウジングの内部から排出される潤滑油の一方が流れる油流路を内部に有する油流路形成部材に取り付けられるセンサ台座と、
    前記センサ台座に設置される振動センサと、
    前記センサ台座に接続されると共に、前記油流路形成部材が前記ベアリングハウジングに接続された状態において前記ベアリングハウジングに接触される振動伝達脚部と、を備えることを特徴とする振動検出装置。
  2. 前記油流路形成部材は、
    前記センサ台座が取り付けられる剛体部と、
    前記剛体部に接続されると共に、前記ベアリングハウジングに接続および離間可能に構成され、前記剛体部よりも柔らかい材料から形成される柔体部と、を含み、
    前記柔体部には、前記油流路形成部材が前記ベアリングハウジングに接続された状態で前記ベアリングハウジングに当接する面において、前記潤滑油流通口に面する前記油流路の端部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の振動検出装置。
  3. 前記油流路形成部材は、少なくとも前記柔体部の内部を貫通する貫通孔であって、前記振動伝達脚部が挿入される貫通孔を有することを特徴とする請求項２に記載の振動検出装置。
  4. 前記油流路形成部材は、前記回転軸に対して直交する第１方向に沿って延在する第１方向部と、前記第１方向に対して交差する第２方向に沿って延在する第２方向部と、を含み、
    前記貫通孔は、前記剛体部および前記柔体部に跨って前記第１方向に沿って延在すると共に、
    前記センサ台座は、前記貫通孔の前記第１方向に沿った延長線上に位置することを特徴とする請求項３に記載の振動検出装置。
  5. 前記振動伝達脚部と前記剛体部に形成された前記貫通孔との間には振動絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の振動検出装置。
  6. 前記センサ台座は、第２振動絶縁部材を介して前記油流路形成部材に取り付けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動検出装置。
  7. 前記振動伝達脚部は、前記ベアリングハウジングに接触されるよう構成された所定の曲率で突出する先端面を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動検出装置。
  8. ホイールと回転軸とを結合した回転体、および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であって、前記ベアリングハウジングの内部に潤滑油を流通させるための潤滑油流通口を有するベアリングハウジング、を有するカートリッジの振動を検出するためのアンバランス検出装置であって、
    前記ベアリングハウジングに接続および離間可能に構成される油流路形成部材であって、前記潤滑油流通口を介して前記ベアリングハウジングの内部へ供給される潤滑油、または前記潤滑油流通口を介して前記ベアリングハウジングの内部から排出される潤滑油の一方が流れる油流路を内部に有する油流路形成部材と、
    前記流路形成部材に取り付けられるセンサ台座、前記センサ台座に設置される振動センサ、および前記センサ台座に接続されると共に、前記油流路形成部材が前記ベアリングハウジングに接続された状態において前記ベアリングハウジングに接触される振動伝達脚部を有する振動検出装置と、を備えることを特徴とするアンバランス検出装置。
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