タービン軸の軸力測定方法及び過給機
【課題】（１）締結具を用いてコンプレッサインペラをタービン軸に固定する際に当該タービン軸に作用する軸力を高精度に測定する。（２）所望性能を満足するように過給機を組み立てる。（３）過給機の性能の個体差を縮小する。ことができるタービン軸の軸力測定方法及び過給機を提供する。
【解決手段】タービン軸２の一端側に形成されて先端にネジ部２ｄが形成された挿入部２ｂをコンプレッサインペラ４に挿入して、コンプレッサインペラ４をタービン軸２の一端と他端との間に形成された受け面２ｃにネジ部２ｄに螺着する締結ナット５で押圧固定する際のタービン軸２に作用する軸力を測定する方法であって、挿入部２ｂの表面に歪みゲージ６，７を予め設けた状態で挿入部２ｂをコンプレッサインペラ４に挿入して押圧固定し、歪みゲージ６，７が示す歪み量に基づいて前記軸力を測定することを特徴とする。
【解決手段】タービン軸２の一端側に形成されて先端にネジ部２ｄが形成された挿入部２ｂをコンプレッサインペラ４に挿入して、コンプレッサインペラ４をタービン軸２の一端と他端との間に形成された受け面２ｃにネジ部２ｄに螺着する締結ナット５で押圧固定する際のタービン軸２に作用する軸力を測定する方法であって、挿入部２ｂの表面に歪みゲージ６，７を予め設けた状態で挿入部２ｂをコンプレッサインペラ４に挿入して押圧固定し、歪みゲージ６，７が示す歪み量に基づいて前記軸力を測定することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン軸の軸力測定方法及び過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１，２には、タービン軸が挿入されたコンプレッサインペラを締結具（ナット）で固定するターボ過給機が開示されている。このようなターボ過給機を組み立てる場合には、コンプレッサインペラとタービン軸との滑りが生じないよう、かつ、タービン軸に機械的ダメージを与えないように、タービン軸に作用する軸力が所定値となるように締結具を締め付ける必要がある。従来では、締結具（ナット）に作用するトルクをトルクレンチ等で計測することによって上記軸力を評価している。
【特許文献１】特開２００６−９６３４号公報
【特許文献２】特開平５−７９３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の軸力の評価手法は、精度の面で大きな問題がある。すなわち、上記トルクと軸力との関係は、コンプレッサインペラあるいは締結具（ナット）等の表面性の違いや締め付け作業を行う作業者の個体差等に起因して変動し、極端な場合には３０パーセント程の大きな誤差を生じ得る。
このような誤差を解消するために、軸力を専用の測定器（軸力測定器）で評価することが考えられるが、現状では、過給機のタービン軸の組み立てに要求される軸力の設定精度を満足する性能を有する軸力測定器は実用化されていない。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）締結具を用いてコンプレッサインペラをタービン軸に固定する際に当該タービン軸に作用する軸力を高精度に測定する。
（２）所望性能を満足するように過給機を組み立てる。
（３）過給機の性能の個体差を縮小する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、タービン軸の軸力測定方法に係る第一の解決手段として、タータービン軸の一端側に形成されて先端にネジ部が形成された挿入部をコンプレッサインペラに挿入して、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸の一端と他端との間に形成された受け面に前記ネジ部に螺着する締結ナットで押圧固定する際の前記タービン軸に作用する軸力を測定する方法であって、前記挿入部の表面に歪みゲージを予め設けた状態で前記挿入部を前記コンプレッサインペラに挿入して該コンプレッサインペラを押圧固定し、前記歪みゲージが示す歪み量に基づいて前記軸力を測定する、という手段を採用する。
【０００６】
また、タービン軸の軸力測定方法に係る第二の解決手段として、上記タービン軸の軸力測定方法に係る第一の解決手段において、前記挿入部の表面において前記タービン軸の軸心を挟んで対称な位置に歪みゲージをそれぞれ設け、各歪みゲージの歪み量に基づいて前記軸力を測定する、という手段を採用する。
【０００７】
また、タービン軸の軸力測定方法に係る第三の解決手段として、上記タービン軸の軸力測定方法に係る第一または第二の解決手段において、前記タービン軸内に歪みゲージのリード線を軸端に引き出すための貫通孔を設け、該貫通孔から引き出されたリード線から歪み量を取得する、という手段を採用する。
【０００８】
また、過給機に係る第一の解決手段として、ケーシングと、タービン軸の一端側に形成されて先端にネジ部が形成された挿入部を挿通されたコンプレッサインペラが前記タービン軸の一端と他端との間に形成された受け面に前記ネジ部に螺着した締結ナットで押圧固定されると共に前記タービン軸の他端にタービンインペラが固着された回動部と、該回動部を前記ケーシングに対して回動自在に支持する軸受け部とを備える過給機であって、前記タービン軸は、前記挿入部の表面に歪みゲージが設けられている、という手段を採用する。
【０００９】
また、過給機に係る第二の解決手段として、上記過給機に係る第一の解決手段において、前記歪みゲージが、前記タービン軸の軸心を挟んで対称な位置に設けられている、という手段を採用する。
【００１０】
また、過給機に係る第三の解決手段として、上記過給機に係る第一又は第二の解決手段において、前記タービン軸が、内部に前記歪みゲージのリード線を軸端に引き出すための貫通孔が設けられ、該貫通孔に前記歪みゲージのリード線が挿通されている、という手段を採用する。
【００１１】
また、過給機に係る第四の解決手段として、上記過給機に係る第一から第三の解決手段のうちいずれかの解決手段において、前記歪みゲージが、前記タービン軸の挿入部に形成された面取り部に設けられている、という手段を採用する。
【００１２】
また、過給機に係る第五の解決手段として、上記過給機に係る第四の解決手段において、前記面取り部が、前記タービン軸の軸方向において、前記コンプレッサインペラの最大径に対応した位置又はその近傍に設けられる、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、タービン軸に設けられた挿入部の表面に歪みゲージを予め設けた状態でコンプレッサインペラを挿入してこのコンプレッサインペラを押圧固定し、歪みゲージが示す歪み量に基づいて軸力を測定するので、歪みゲージによって検出された歪み量に基づいて軸力が間接的に測定される。このような本発明によれば、挿入部の歪み量は軸力を正確に反映する物理量なので、軸力を高精度に測定することが可能であり、この結果として所望性能の過給機を組み立てることが可能となると共に、多数の過給機を組み立てた場合の性能のばらつきを縮小することが可能である。
【００１４】
また、タービン軸の軸心を挟んで対称な位置に設けた歪みゲージの歪み量に基づいて軸力を測定するので、コンプレッサインペラを締結具で固定する際にタービン軸に曲げ変形が生じても、検出された歪み量の平均値から軸力を測定する。これにより、曲げ方向の歪み成分が相殺され、軸方向の歪み成分のみから正確な軸力を測定することができる。
【００１５】
また、タービン軸内に貫通孔を設け、該貫通孔から引き出されたリード線から歪み量を取得するので、歪みゲージが検出した歪み量を無線伝送するための送信機（テレメーター）等を設ける必要がない。これにより、安価かつ簡素な構成で高精度に軸力を測定することが可能となる。
【００１６】
また、タービン軸の挿入部には面取り部が設けられ、該面取り部に貼付された歪みゲージが備えられるので、挿入部に歪みゲージを設けた状態でコンプレッサインペラを挿入することができる。これにより、締結具の締め付けにより発生する挿入部の歪み量を検出することができ、この検出された歪み量からタービン軸の軸力を測定することが可能となる。
【００１７】
また、面取り部が、軸方向において、コンプレッサインペラの最大径に対応した位置又はその近傍に設けられるので、曲げ荷重がコンプレッサインペラに分散されて面取り部が曲げ変形し難いものとなる。これにより、軸方向に作用する軸力以外の荷重による歪み量を検出することなく、正確な軸力を測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る過給機Ａの構成を示す断面図、図２は、本過給機Ａにおける回動部１の一部断面図、図３は、回動部１の要部拡大図であって、図３（ａ）は、図２におけるIIIａ矢視図であり、図３（ｂ）は、図２における要部IIIｂの拡大図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）におけるIIIｃ矢視図である。ここで、図において、回動部１の中心軸（軸心）をＰとする。
【００１９】
図１に示すように、本過給機Ａは、回動部１を軸受け部１０を介してケーシング２０に回転自在に装着したものである。
【００２０】
回動部１は、図１及び図２に示すように、タービン軸２、タービンインペラ３、コンプレッサインペラ４、締結ナット５、一対の歪みゲージ６，７、スラストブッシュ８及び油切り９から構成されている。
【００２１】
タービン軸２は、軸心が回動部１の中心軸Ｐ上に配置されて、軸受け部１０に回動可能に支持される大径の被支持部２ａ及びコンプレッサインペラ４とスラストブッシュ８と油切り９とに挿入する小径の挿入部２ｂを備えている。また、被支持部２ａと挿入部２ｂとの境界には、中心軸Ｐに垂直な受け面２ｃが形成されている。
【００２２】
挿入部２ｂの外周面には、他端にネジ部２ｄが（図２参照）、また中心軸Ｐの方向において、コンプレッサインペラ４の最大径に対応した位置に二つの面取り部２ｅが形成されている（図３（ａ），（ｂ）参照）。これら二つの面取り部２ｅは、軸心（中心軸Ｐ）を挟んで対称となるように、また、それぞれの平面が平行となるように形成されたものである。
【００２３】
また、図２及び図３に示すように、挿入部２ｂの内部には、二つの面取り部２ｅと軸端２ｆとを貫通する貫通孔２ｇが形成されている。この貫通孔２ｇは、放電加工によって穿孔したものであり、軸端２ｆの中心から中心軸Ｐに沿って挿入部２ｂの略中央の分岐点Ｑまで穿孔した細孔２ｇ１と各面取り部２ｅから分岐点Ｑまで穿孔した二つの細孔２ｇ２からなる。
【００２４】
図３（ｂ）に示すように、細孔２ｇ２は、軸端２ｆ側に向かうに従って中心軸Ｐに向かうように、中心軸Ｐに対して傾斜させた状態で形成されており、二つの細孔２ｇ２と細孔２ｇ１との間のそれぞれの角度が鈍角になっている。
なお、この貫通孔２ｇは、挿入部２ｄの外径の約９ｍｍであるのに対して、その孔径が約１ｍｍとなっており、挿入部２ｂの剛性を十分に確保しつつ、後述の２つのリード線６ａ，７ａを確実に挿通することができるものとなっている。
【００２５】
図２に戻って、タービンインペラ３は、放射状に形成された複数の長翼及び短翼が交互に設けられたものであり、タービン軸２の一端に固着されている。具体的には、タービン軸２における被支持部２ａ側の端面に溶接により固着されている。
【００２６】
コンプレッサインペラ４は、タービンインペラ３と同様に複数の長翼と短翼が交互に設けられたものであり、挿入孔４ａに挿入部２ｂが挿入されてスラストブッシュ８と油切り９を介して締結ナット５により押圧固定されている。
【００２７】
締結ナット５は、ネジ部２ｄに螺着しており、コンプレッサインペラ４とスラストブッシュ８と油切り９とを受け面２ｃに押圧してそれぞれをタービン軸２（挿入部２ｂ）に固定している。この締結ナット５は、挿入部２ｂに軸力値Ｆ２が発生するように締め付けられている。この軸力値Ｆ２は、コンプレッサインペラ４がタービン軸２に対してスリップをすることがなく、かつ、タービン軸２が破損するおそれのない軸力値に設定されている。
【００２８】
歪みゲージ６，７は、面取り部２ｅにタービン軸２（挿入部２ｂ）に設けられて、それぞれのリード線６ａ，７ａが貫通孔２ｇを挿通して軸端２ｆまで引き出されている。
図３（ａ），（ｂ）に示すように、歪みゲージ６，７は、中心軸Ｐの軸方向においてコンプレッサインペラ４の最大径に対応した位置に中心軸Ｐを挟んで対称となるように、また、図３（ｃ）に示すように、中心軸Ｐ方向の歪みが検出することができるように貼付されている。
【００２９】
リード線６ａ，７ａは、それぞれの一端を各面取り部２ｅ側の開口から細孔２ｇ２に沿って分岐点Ｑまで斜めに挿入し、さらに、軸端２ｆまで挿入したものである。この際、上述したように、二つの細孔２ｇ２と細孔２ｇ１との間のそれぞれの角度が鈍角になっているので、リード線６ａ，７ａを貫通孔２ｇの途中で角部などに邪魔されることなく、円滑に進入させることができる。なお、貫通孔２ｇから引き出されたリード線６ａ，７ａの一端は、不図示の歪み軸力変換器に接続されている。
【００３０】
スラストブッシュ８は、後述のスラストベアリング１５に回動部１の軸方向の荷重を伝えるものであり、回動部１を構成すると共に軸受け部１０を構成する。このスラストブッシュ８は、フランジが形成された略円筒形状の部材であり、フランジ側の一方の端面が受け面２ｃに、他方の端面が油切り９に当接しており、コンプレッサインペラ４と同様に締結ナット５によってタービン軸２に押圧固定されている。
【００３１】
油切り９は、後述のベアリングケーシング２１に供給されるオイルＯをシールプレート２３と共にシールする部材である。この油切り９は、外周面に凹部が周状に形成された略円筒形状のものであり、一方の端面がスラストブッシュ８と、他方の端面がコンプレッサインペラ４に当接しており、締結ナット５によってタービン軸２に押圧固定されている。
【００３２】
軸受け部１０は、本実施形態においては、フルフロート式の浮動ブッシュ軸受構造となっており、スラストブッシュ８、ベアリングケーシング２１、一対のフローティングメタル１２Ａ，１２Ｂ、スラストベアリング１５、一対のリテーニングリング１３、軸受スペーサ１４及びオイルＯから構成されている。なお、ベアリングケーシング２１は、軸受け部１０を構成すると共にケーシング２０を構成するものである。
【００３３】
ベアリングケーシング２１は、タービン軸２が挿通する軸挿通孔２１ａと車両から供給されるオイルＯの流路２１ｂとが形成されたものである。この流路２１ｂは、オイルＯがフローティングメタル１２Ａ，１２Ｂとスラストブッシュ８とに供給された後に、主にタービンケーシング２２側が冷却されるように構成されて、最後に外部に排出されるように形成されている。
【００３４】
フローティングメタル１２Ａ，１２Ｂは、周面に複数の貫通孔を備える円筒部材であり、上記タービン軸２（被支持部２ａ）の所定間隔を隔てた２点と後述のベアリングケーシング２１との間に設けられている。
【００３５】
リテーニングリング１３は、断面がＣ字形状に形成されたものであり、軸挿通孔２１ａを形成する周壁に設けられた周溝に係止されて、フローティングメタル１２Ａの軸方向への移動を制限している。
軸受スペーサ１４は、リング状の部材であり、軸挿通孔２１ａの周壁に係止してスラストブッシュ８と共にフローティングメタル１２Ｂの軸方向への移動を制限している。
【００３６】
スラストベアリング１５は、中空円盤形状の部材であり、スラストブッシュ８を介してタービン軸２が挿通されている。そして、スラストブッシュ８のフランジ部をベアリングケーシング２１及びフローティングメタル１２Ｂと挟み込むようにして、ベアリングケーシング２１に固定されている。このような構成により、スラストベアリング１５は、タービン軸２のスラスト方向の荷重をスラストブッシュ８から受けるようになっている。
【００３７】
このような軸受け部１０は、過給機Ａの稼動時にオイルＯが絶えず供給されて、フローティングメタル１２Ａ，１２Ｂの内周面上及び外周面上に油膜が形成・保持される。そして、フローティングメタル１２Ａ，１２Ｂの内方で油膜を介してタービン軸２が回転し、タービン軸２の回転に伴って油膜を介してフローティングメタル１２Ａ，１２Ｂが回転運動する。フローティングメタル１２Ａ，１２Ｂの回転数は、例えばタービン軸２の回転数の数十％程度である。このような構成により、タービン軸２が高い回転数で回転しても回動自在に支持することができるようになっている。
【００３８】
ケーシング２０は、ベアリングケーシング２１の一端にタービンケーシング２２を、またベアリングケーシング２１の他端にシールプレート２３を、このシールプレート２３にコンプレッサケーシング２４を接合して構成されている。
【００３９】
タービンケーシング２２は、タービンインペラ３を収容する収容部２２ａと収容部２２ａに巻きつくように形成されたスクロール部２２ｂを備え、ベアリングケーシング２１と接合することによって車両から供給される排気ガスの流路を形成している。
【００４０】
シールプレート２３は、略円盤状の部材であり、略中央に形成された貫通口に油切り９を介してタービン軸２を挿通する。この貫通口には、リング状のシールリング２３ａが設けられており、このシールリング２３ａと上述した油切り９の外周面に設けられた凹部にシールリング２３ａが係合することによって、ベアリングケーシング２１に供給されたオイルＯがコンプレッサケーシングに漏出することを防止している。
【００４１】
コンプレッサケーシング２４は、コンプレッサインペラ４を収容する収容部２４ａと収容部２４ａに巻きつくように形成されたスクロール部２４ｂを備え、ベアリングケーシング２１と接合することによって車両に供給する空気の流路を形成している。
【００４２】
次に、上記のような構成を備える過給機Ａの組み立て手順について説明する。
過給機Ａの組み立て時において、タービンケーシング２２、シールプレート２３、コンプレッサケーシング２４等が取り付けられていないベアリングケーシング２１にフローティングメタル１２Ａ，１２Ｂを設ける。そして、タービンインペラ３が固着されたタービン軸２をタービンケーシング２２側からコンプレッサケーシング２４側までベアリングケーシング２１に挿通させる。
【００４３】
次に、タービン軸２の挿入部２ｂにスラストブッシュ８を挿入した後に、ベアリングケーシング２１の内端面にスラストベアリング１５を固定し、挿入部２ｂを油切り９に挿入する。
【００４４】
次に、ベアリングケーシング２１にシールプレート２３を固定し、挿入部２ｂをコンプレッサインペラ４に挿入する。この際、歪みゲージ６，７は、面取り部２ｅに貼付されており、挿入部２ｂの外周面よりも外側に突出していないので、歪みゲージ６，７がコンプレッサインペラ４における挿入孔４ａの形成面に干渉することはない。そして、ネジ部２ｄに締結ナット５を螺着させて、タービン軸２を固定した状態で締結ナット５をスパナによって締め込む。
また、締結ナット５をネジ部２ｄに螺着させた後に、軸端２ｆから引き出されたリード線６ａ，７ａを歪み軸力変換器（不図示）に接続する。
【００４５】
締結ナット５の端面がコンプレッサインペラ４に当接し、さらにスパナを締め込むとコンプレッサインペラ４と油切り９とスラストブッシュ８とが締結ナット５と受け面２ｃとに押圧されると共に挿入部２ｂが軸方向に引っ張られて、挿入部２ｂに軸方向の歪みεと軸力Ｆ（引張応力）が発生する。
【００４６】
この際、タービン軸２は固定されており、スパナに加えられる力により全体的に見てタービン軸２に曲げ変形が生じる。ここで、面取り部２ｅは、曲げ荷重がコンプレッサインペラ４に分散されて曲げ変形の量が微小である。
【００４７】
歪みゲージ６，７は、この際に生じる核面取り部２ｅの歪みεを検出して、リード線６ａ，７ａに接続された歪み軸力変換器に各検出値εａとεｂを伝送する。
【００４８】
リード線６ａ，７ａに接続された歪み軸力変換器（不図示）には、この特性曲線が示す歪みεと軸力Ｆとの関係を示すデータが予め記憶されており、二つの歪みゲージ６，７から歪みεの各検出値が入力されると入力された二つの検出値の平均値を算出して、この値に対応する軸力Ｆの測定値が歪み軸力変換器に備えられたモニターに示されるようになっている。
【００４９】
図４は、挿入部２ｂに発生する軸力Ｆと歪みεの関係を示す特性曲線を示したものである。
この図４に示す特性曲線図は、予めタービン軸２と同等部品を用意し、挿入部２ｂについて引張試験を行って、軸力Ｆ（引張荷重）と歪みεとの関係を求めたものである。
【００５０】
歪み軸力変換器は、リード線６ａ，７ａから伝送された各検出値εａとεｂの平均値を算出すると共に、図４に示す特性曲線図に基づいて、算出された平均値を軸力Ｆに換算して、この変換した軸力Ｆの軸力値Ｆ１をモニターに表示する。
【００５１】
そして、歪みεが検出値ε２になるまで、すなわち、規定された軸力値Ｆ２まで締結ナット５を締め付けた後に、軸端２ｆから外側に引き出されたリード線６ａ，７ａを切断し、タービンケーシング２２をベアリングケーシング２１に、コンプレッサケーシング２４をシールプレート２３に固定する。
このようにして組み立てられた過給機Ａが車両に取り付けられて安定的に運転される。
【００５２】
以上説明した通り、本発明によれば、タービン軸２に設けられた挿入部２ｂの表面に歪みゲージ６，７を予め設けた状態でコンプレッサインペラ４を挿入して押圧固定し、歪みゲージ６，７によって検出された歪み量εに基づいて軸力Ｆを測定するので、この歪み量εに基づいて軸力Ｆが間接的に測定される。このような本発明によれば、挿入部の歪み量εは、軸力を正確に反映する物理量なので、軸力Ｆを高精度に測定することが可能となる。
【００５３】
従って、誤差を考慮して、規定された軸力値Ｆ２よりも低い軸力値で締結ナット５を締め込む必要がなくなり、コンプレッサインペラ４のスリップを完全に防止することができる。また、軸力Ｆの誤差を考慮して、タービン軸２に強度が高い材料を使用したり、タービン軸２の寸法を大きく構成したりする必要がなくなり、タービン軸２を最適に使用することが可能となる。さらに、過給機Ａの性能の個体差を縮小することが可能となる。
【００５４】
また、タービン軸２の中心軸Ｐ（軸心）を挟んで対称な位置に設けた歪みゲージ６，７が検出する歪み量εに基づいて軸力Ｆを測定するので、コンプレッサインペラ４を締結ナット５で固定する際にタービン軸２に曲げ変形が生じても二つの歪み量εの平均値から軸力Ｆを測定する。これにより、曲げ方向の歪み成分が相殺され、中心軸Ｐ方向の歪み成分のみから正確な軸力Ｆを測定することができる。
【００５５】
また、タービン軸２の挿入部２ｂには面取り部２ｅが設けられ、面取り部２ｅに貼付された歪みゲージ６，７が備えられるので、挿入部２ｂに歪みゲージ６，７を設けた状態でコンプレッサインペラ４を円滑に挿入することができる。
また、歪みゲージ６，７がコンプレッサインペラ４の内面によって覆われて確実に保持される。つまり、回動部１を回転させた際に、歪みゲージ６，７が脱落することを防止することができる。
【００５６】
また、二つの面取り部２ｅが、タービン軸２の中心軸Ｐ（軸心）を挟んで対称な位置に設けられるので、中心軸Ｐの外周面において互いの距離が最も離間したものとなる。これにより、一方の面取り部２ｅが他方の面取り部２ｅに影響することを最小限にすることができる。すなわち、ねじり応力の分布を線対称的なものとして、ねじり応力が一部に集中することを防止すると共に、二つの面取り部２ｅを設けない場合に比べて断面二次極モーメントの低下を最小限にすることができる。
さらに、面取り部２ｅを設けた部分の中心軸Ｐ周りの回転バランスの悪化を最小限に抑えることができる。
【００５７】
また、面取り部２ｅ、貫通孔２ｇ（細孔２ｇ１，２ｇ２）、歪みゲージ６，７は、中心軸Ｐを中心として、対称的に設けられるので、回動部１の回転バランスを取り易いものとすることができる。
【００５８】
また、タービン軸２内に貫通孔２ｇを設け、貫通孔２ｇから引き出されたリード線６ａ，７ａから歪み量εを取得するので、歪みゲージ６、７が検出した歪み量εを無線伝送するための送信機（テレメーター）等を設ける必要がない。これにより、安価かつ簡素な構成で、高精度に軸力Ｆを測定することが可能となる。
【００５９】
また、面取り部２ｅが、タービン軸２の軸方向において、コンプレッサインペラ４の最大径に対応した位置に設けられ、曲げ荷重がコンプレッサインペラ４に分散されて面取り部２ｅが曲げ変形し難いものとなる。これにより、軸方向に作用する軸力Ｆ以外の荷重による歪み量εを検出することなく、正確な軸力Ｆを測定することが可能となる。
【００６０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下の変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、面取り部２ｅをタービン軸２の軸方向におけるコンプレッサインペラ４の最大径に対応した位置に（空気流入口の位置に対応した位置に対向するように）形成したが、これは、タービン軸２の曲がりの影響を避けて極めて正確に歪み量εを検出するようにしたためであり、コンプレッサインペラ４の最大径に対応した位置の近傍においても正確な検出値を得ることができるし、他の位置でも良好な検出値を得ることができる。
【００６１】
（２）また、上記実施形態では、二つの歪みゲージを設けたが、１つの歪みゲージから歪み量εを検出して、軸力Ｆを求めることができる。さらに、歪みゲージを二つ以上設けて、各歪みゲージが検出した歪み量εから平均値を算出してこれにより軸力Ｆを求めてもよい。
（３）また、上記実施形態では、規定の軸力に到達した後にリード線６ａ，７ａを切断したが、締結ナット５に収容部（例えば袋ナット）を用いてリード線６ａ，７ａを収容し、メンテナンス時に歪み軸力変換器に再度接続して所定の軸力Ｆで締結ナット５を接続してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態において、過給機Ａの概略構成図を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態において、回動部１の一部断面図である。
【図３】本発明の一実施形態において、回動部１の要部拡大図であって、図３（ａ）は、図２におけるIIIａ矢視図であり、図３（ｂ）は、図２における要部IIIｂの拡大図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）におけるIIIｃ矢視図である。
【図４】本発明の一実施形態において、挿入部２ｂに発生する軸力Ｆと歪みεの関係を示す特性曲線を示したものである。
【符号の説明】
【００６３】
２…タービン軸
２ｂ…挿入部
２ｅ…面取り部
２ｆ…端面
２ｇ…貫通孔
３…タービンインペラ
４…コンプレッサインペラ
６，７…歪みゲージ
６ａ，７ａ…リード線
１０…軸受け部
２０…ケーシング
Ａ…過給機
Ｆ…軸力
ε…歪み量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン軸の軸力測定方法及び過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１，２には、タービン軸が挿入されたコンプレッサインペラを締結具（ナット）で固定するターボ過給機が開示されている。このようなターボ過給機を組み立てる場合には、コンプレッサインペラとタービン軸との滑りが生じないよう、かつ、タービン軸に機械的ダメージを与えないように、タービン軸に作用する軸力が所定値となるように締結具を締め付ける必要がある。従来では、締結具（ナット）に作用するトルクをトルクレンチ等で計測することによって上記軸力を評価している。
【特許文献１】特開２００６−９６３４号公報
【特許文献２】特開平５−７９３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の軸力の評価手法は、精度の面で大きな問題がある。すなわち、上記トルクと軸力との関係は、コンプレッサインペラあるいは締結具（ナット）等の表面性の違いや締め付け作業を行う作業者の個体差等に起因して変動し、極端な場合には３０パーセント程の大きな誤差を生じ得る。
このような誤差を解消するために、軸力を専用の測定器（軸力測定器）で評価することが考えられるが、現状では、過給機のタービン軸の組み立てに要求される軸力の設定精度を満足する性能を有する軸力測定器は実用化されていない。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）締結具を用いてコンプレッサインペラをタービン軸に固定する際に当該タービン軸に作用する軸力を高精度に測定する。
（２）所望性能を満足するように過給機を組み立てる。
（３）過給機の性能の個体差を縮小する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、タービン軸の軸力測定方法に係る第一の解決手段として、タータービン軸の一端側に形成されて先端にネジ部が形成された挿入部をコンプレッサインペラに挿入して、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸の一端と他端との間に形成された受け面に前記ネジ部に螺着する締結ナットで押圧固定する際の前記タービン軸に作用する軸力を測定する方法であって、前記挿入部の表面に歪みゲージを予め設けた状態で前記挿入部を前記コンプレッサインペラに挿入して該コンプレッサインペラを押圧固定し、前記歪みゲージが示す歪み量に基づいて前記軸力を測定する、という手段を採用する。
【０００６】
また、タービン軸の軸力測定方法に係る第二の解決手段として、上記タービン軸の軸力測定方法に係る第一の解決手段において、前記挿入部の表面において前記タービン軸の軸心を挟んで対称な位置に歪みゲージをそれぞれ設け、各歪みゲージの歪み量に基づいて前記軸力を測定する、という手段を採用する。
【０００７】
また、タービン軸の軸力測定方法に係る第三の解決手段として、上記タービン軸の軸力測定方法に係る第一または第二の解決手段において、前記タービン軸内に歪みゲージのリード線を軸端に引き出すための貫通孔を設け、該貫通孔から引き出されたリード線から歪み量を取得する、という手段を採用する。
【０００８】
また、過給機に係る第一の解決手段として、ケーシングと、タービン軸の一端側に形成されて先端にネジ部が形成された挿入部を挿通されたコンプレッサインペラが前記タービン軸の一端と他端との間に形成された受け面に前記ネジ部に螺着した締結ナットで押圧固定されると共に前記タービン軸の他端にタービンインペラが固着された回動部と、該回動部を前記ケーシングに対して回動自在に支持する軸受け部とを備える過給機であって、前記タービン軸は、前記挿入部の表面に歪みゲージが設けられている、という手段を採用する。
【０００９】
また、過給機に係る第二の解決手段として、上記過給機に係る第一の解決手段において、前記歪みゲージが、前記タービン軸の軸心を挟んで対称な位置に設けられている、という手段を採用する。
【００１０】
また、過給機に係る第三の解決手段として、上記過給機に係る第一又は第二の解決手段において、前記タービン軸が、内部に前記歪みゲージのリード線を軸端に引き出すための貫通孔が設けられ、該貫通孔に前記歪みゲージのリード線が挿通されている、という手段を採用する。
【００１１】
また、過給機に係る第四の解決手段として、上記過給機に係る第一から第三の解決手段のうちいずれかの解決手段において、前記歪みゲージが、前記タービン軸の挿入部に形成された面取り部に設けられている、という手段を採用する。
【００１２】
また、過給機に係る第五の解決手段として、上記過給機に係る第四の解決手段において、前記面取り部が、前記タービン軸の軸方向において、前記コンプレッサインペラの最大径に対応した位置又はその近傍に設けられる、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、タービン軸に設けられた挿入部の表面に歪みゲージを予め設けた状態でコンプレッサインペラを挿入してこのコンプレッサインペラを押圧固定し、歪みゲージが示す歪み量に基づいて軸力を測定するので、歪みゲージによって検出された歪み量に基づいて軸力が間接的に測定される。このような本発明によれば、挿入部の歪み量は軸力を正確に反映する物理量なので、軸力を高精度に測定することが可能であり、この結果として所望性能の過給機を組み立てることが可能となると共に、多数の過給機を組み立てた場合の性能のばらつきを縮小することが可能である。
【００１４】
また、タービン軸の軸心を挟んで対称な位置に設けた歪みゲージの歪み量に基づいて軸力を測定するので、コンプレッサインペラを締結具で固定する際にタービン軸に曲げ変形が生じても、検出された歪み量の平均値から軸力を測定する。これにより、曲げ方向の歪み成分が相殺され、軸方向の歪み成分のみから正確な軸力を測定することができる。
【００１５】
また、タービン軸内に貫通孔を設け、該貫通孔から引き出されたリード線から歪み量を取得するので、歪みゲージが検出した歪み量を無線伝送するための送信機（テレメーター）等を設ける必要がない。これにより、安価かつ簡素な構成で高精度に軸力を測定することが可能となる。
【００１６】
また、タービン軸の挿入部には面取り部が設けられ、該面取り部に貼付された歪みゲージが備えられるので、挿入部に歪みゲージを設けた状態でコンプレッサインペラを挿入することができる。これにより、締結具の締め付けにより発生する挿入部の歪み量を検出することができ、この検出された歪み量からタービン軸の軸力を測定することが可能となる。
【００１７】
また、面取り部が、軸方向において、コンプレッサインペラの最大径に対応した位置又はその近傍に設けられるので、曲げ荷重がコンプレッサインペラに分散されて面取り部が曲げ変形し難いものとなる。これにより、軸方向に作用する軸力以外の荷重による歪み量を検出することなく、正確な軸力を測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る過給機Ａの構成を示す断面図、図２は、本過給機Ａにおける回動部１の一部断面図、図３は、回動部１の要部拡大図であって、図３（ａ）は、図２におけるIIIａ矢視図であり、図３（ｂ）は、図２における要部IIIｂの拡大図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）におけるIIIｃ矢視図である。ここで、図において、回動部１の中心軸（軸心）をＰとする。
【００１９】
図１に示すように、本過給機Ａは、回動部１を軸受け部１０を介してケーシング２０に回転自在に装着したものである。
【００２０】
回動部１は、図１及び図２に示すように、タービン軸２、タービンインペラ３、コンプレッサインペラ４、締結ナット５、一対の歪みゲージ６，７、スラストブッシュ８及び油切り９から構成されている。
【００２１】
タービン軸２は、軸心が回動部１の中心軸Ｐ上に配置されて、軸受け部１０に回動可能に支持される大径の被支持部２ａ及びコンプレッサインペラ４とスラストブッシュ８と油切り９とに挿入する小径の挿入部２ｂを備えている。また、被支持部２ａと挿入部２ｂとの境界には、中心軸Ｐに垂直な受け面２ｃが形成されている。
【００２２】
挿入部２ｂの外周面には、他端にネジ部２ｄが（図２参照）、また中心軸Ｐの方向において、コンプレッサインペラ４の最大径に対応した位置に二つの面取り部２ｅが形成されている（図３（ａ），（ｂ）参照）。これら二つの面取り部２ｅは、軸心（中心軸Ｐ）を挟んで対称となるように、また、それぞれの平面が平行となるように形成されたものである。
【００２３】
また、図２及び図３に示すように、挿入部２ｂの内部には、二つの面取り部２ｅと軸端２ｆとを貫通する貫通孔２ｇが形成されている。この貫通孔２ｇは、放電加工によって穿孔したものであり、軸端２ｆの中心から中心軸Ｐに沿って挿入部２ｂの略中央の分岐点Ｑまで穿孔した細孔２ｇ１と各面取り部２ｅから分岐点Ｑまで穿孔した二つの細孔２ｇ２からなる。
【００２４】
図３（ｂ）に示すように、細孔２ｇ２は、軸端２ｆ側に向かうに従って中心軸Ｐに向かうように、中心軸Ｐに対して傾斜させた状態で形成されており、二つの細孔２ｇ２と細孔２ｇ１との間のそれぞれの角度が鈍角になっている。
なお、この貫通孔２ｇは、挿入部２ｄの外径の約９ｍｍであるのに対して、その孔径が約１ｍｍとなっており、挿入部２ｂの剛性を十分に確保しつつ、後述の２つのリード線６ａ，７ａを確実に挿通することができるものとなっている。
【００２５】
図２に戻って、タービンインペラ３は、放射状に形成された複数の長翼及び短翼が交互に設けられたものであり、タービン軸２の一端に固着されている。具体的には、タービン軸２における被支持部２ａ側の端面に溶接により固着されている。
【００２６】
コンプレッサインペラ４は、タービンインペラ３と同様に複数の長翼と短翼が交互に設けられたものであり、挿入孔４ａに挿入部２ｂが挿入されてスラストブッシュ８と油切り９を介して締結ナット５により押圧固定されている。
【００２７】
締結ナット５は、ネジ部２ｄに螺着しており、コンプレッサインペラ４とスラストブッシュ８と油切り９とを受け面２ｃに押圧してそれぞれをタービン軸２（挿入部２ｂ）に固定している。この締結ナット５は、挿入部２ｂに軸力値Ｆ２が発生するように締め付けられている。この軸力値Ｆ２は、コンプレッサインペラ４がタービン軸２に対してスリップをすることがなく、かつ、タービン軸２が破損するおそれのない軸力値に設定されている。
【００２８】
歪みゲージ６，７は、面取り部２ｅにタービン軸２（挿入部２ｂ）に設けられて、それぞれのリード線６ａ，７ａが貫通孔２ｇを挿通して軸端２ｆまで引き出されている。
図３（ａ），（ｂ）に示すように、歪みゲージ６，７は、中心軸Ｐの軸方向においてコンプレッサインペラ４の最大径に対応した位置に中心軸Ｐを挟んで対称となるように、また、図３（ｃ）に示すように、中心軸Ｐ方向の歪みが検出することができるように貼付されている。
【００２９】
リード線６ａ，７ａは、それぞれの一端を各面取り部２ｅ側の開口から細孔２ｇ２に沿って分岐点Ｑまで斜めに挿入し、さらに、軸端２ｆまで挿入したものである。この際、上述したように、二つの細孔２ｇ２と細孔２ｇ１との間のそれぞれの角度が鈍角になっているので、リード線６ａ，７ａを貫通孔２ｇの途中で角部などに邪魔されることなく、円滑に進入させることができる。なお、貫通孔２ｇから引き出されたリード線６ａ，７ａの一端は、不図示の歪み軸力変換器に接続されている。
【００３０】
スラストブッシュ８は、後述のスラストベアリング１５に回動部１の軸方向の荷重を伝えるものであり、回動部１を構成すると共に軸受け部１０を構成する。このスラストブッシュ８は、フランジが形成された略円筒形状の部材であり、フランジ側の一方の端面が受け面２ｃに、他方の端面が油切り９に当接しており、コンプレッサインペラ４と同様に締結ナット５によってタービン軸２に押圧固定されている。
【００３１】
油切り９は、後述のベアリングケーシング２１に供給されるオイルＯをシールプレート２３と共にシールする部材である。この油切り９は、外周面に凹部が周状に形成された略円筒形状のものであり、一方の端面がスラストブッシュ８と、他方の端面がコンプレッサインペラ４に当接しており、締結ナット５によってタービン軸２に押圧固定されている。
【００３２】
軸受け部１０は、本実施形態においては、フルフロート式の浮動ブッシュ軸受構造となっており、スラストブッシュ８、ベアリングケーシング２１、一対のフローティングメタル１２Ａ，１２Ｂ、スラストベアリング１５、一対のリテーニングリング１３、軸受スペーサ１４及びオイルＯから構成されている。なお、ベアリングケーシング２１は、軸受け部１０を構成すると共にケーシング２０を構成するものである。
【００３３】
ベアリングケーシング２１は、タービン軸２が挿通する軸挿通孔２１ａと車両から供給されるオイルＯの流路２１ｂとが形成されたものである。この流路２１ｂは、オイルＯがフローティングメタル１２Ａ，１２Ｂとスラストブッシュ８とに供給された後に、主にタービンケーシング２２側が冷却されるように構成されて、最後に外部に排出されるように形成されている。
【００３４】
フローティングメタル１２Ａ，１２Ｂは、周面に複数の貫通孔を備える円筒部材であり、上記タービン軸２（被支持部２ａ）の所定間隔を隔てた２点と後述のベアリングケーシング２１との間に設けられている。
【００３５】
リテーニングリング１３は、断面がＣ字形状に形成されたものであり、軸挿通孔２１ａを形成する周壁に設けられた周溝に係止されて、フローティングメタル１２Ａの軸方向への移動を制限している。
軸受スペーサ１４は、リング状の部材であり、軸挿通孔２１ａの周壁に係止してスラストブッシュ８と共にフローティングメタル１２Ｂの軸方向への移動を制限している。
【００３６】
スラストベアリング１５は、中空円盤形状の部材であり、スラストブッシュ８を介してタービン軸２が挿通されている。そして、スラストブッシュ８のフランジ部をベアリングケーシング２１及びフローティングメタル１２Ｂと挟み込むようにして、ベアリングケーシング２１に固定されている。このような構成により、スラストベアリング１５は、タービン軸２のスラスト方向の荷重をスラストブッシュ８から受けるようになっている。
【００３７】
このような軸受け部１０は、過給機Ａの稼動時にオイルＯが絶えず供給されて、フローティングメタル１２Ａ，１２Ｂの内周面上及び外周面上に油膜が形成・保持される。そして、フローティングメタル１２Ａ，１２Ｂの内方で油膜を介してタービン軸２が回転し、タービン軸２の回転に伴って油膜を介してフローティングメタル１２Ａ，１２Ｂが回転運動する。フローティングメタル１２Ａ，１２Ｂの回転数は、例えばタービン軸２の回転数の数十％程度である。このような構成により、タービン軸２が高い回転数で回転しても回動自在に支持することができるようになっている。
【００３８】
ケーシング２０は、ベアリングケーシング２１の一端にタービンケーシング２２を、またベアリングケーシング２１の他端にシールプレート２３を、このシールプレート２３にコンプレッサケーシング２４を接合して構成されている。
【００３９】
タービンケーシング２２は、タービンインペラ３を収容する収容部２２ａと収容部２２ａに巻きつくように形成されたスクロール部２２ｂを備え、ベアリングケーシング２１と接合することによって車両から供給される排気ガスの流路を形成している。
【００４０】
シールプレート２３は、略円盤状の部材であり、略中央に形成された貫通口に油切り９を介してタービン軸２を挿通する。この貫通口には、リング状のシールリング２３ａが設けられており、このシールリング２３ａと上述した油切り９の外周面に設けられた凹部にシールリング２３ａが係合することによって、ベアリングケーシング２１に供給されたオイルＯがコンプレッサケーシングに漏出することを防止している。
【００４１】
コンプレッサケーシング２４は、コンプレッサインペラ４を収容する収容部２４ａと収容部２４ａに巻きつくように形成されたスクロール部２４ｂを備え、ベアリングケーシング２１と接合することによって車両に供給する空気の流路を形成している。
【００４２】
次に、上記のような構成を備える過給機Ａの組み立て手順について説明する。
過給機Ａの組み立て時において、タービンケーシング２２、シールプレート２３、コンプレッサケーシング２４等が取り付けられていないベアリングケーシング２１にフローティングメタル１２Ａ，１２Ｂを設ける。そして、タービンインペラ３が固着されたタービン軸２をタービンケーシング２２側からコンプレッサケーシング２４側までベアリングケーシング２１に挿通させる。
【００４３】
次に、タービン軸２の挿入部２ｂにスラストブッシュ８を挿入した後に、ベアリングケーシング２１の内端面にスラストベアリング１５を固定し、挿入部２ｂを油切り９に挿入する。
【００４４】
次に、ベアリングケーシング２１にシールプレート２３を固定し、挿入部２ｂをコンプレッサインペラ４に挿入する。この際、歪みゲージ６，７は、面取り部２ｅに貼付されており、挿入部２ｂの外周面よりも外側に突出していないので、歪みゲージ６，７がコンプレッサインペラ４における挿入孔４ａの形成面に干渉することはない。そして、ネジ部２ｄに締結ナット５を螺着させて、タービン軸２を固定した状態で締結ナット５をスパナによって締め込む。
また、締結ナット５をネジ部２ｄに螺着させた後に、軸端２ｆから引き出されたリード線６ａ，７ａを歪み軸力変換器（不図示）に接続する。
【００４５】
締結ナット５の端面がコンプレッサインペラ４に当接し、さらにスパナを締め込むとコンプレッサインペラ４と油切り９とスラストブッシュ８とが締結ナット５と受け面２ｃとに押圧されると共に挿入部２ｂが軸方向に引っ張られて、挿入部２ｂに軸方向の歪みεと軸力Ｆ（引張応力）が発生する。
【００４６】
この際、タービン軸２は固定されており、スパナに加えられる力により全体的に見てタービン軸２に曲げ変形が生じる。ここで、面取り部２ｅは、曲げ荷重がコンプレッサインペラ４に分散されて曲げ変形の量が微小である。
【００４７】
歪みゲージ６，７は、この際に生じる核面取り部２ｅの歪みεを検出して、リード線６ａ，７ａに接続された歪み軸力変換器に各検出値εａとεｂを伝送する。
【００４８】
リード線６ａ，７ａに接続された歪み軸力変換器（不図示）には、この特性曲線が示す歪みεと軸力Ｆとの関係を示すデータが予め記憶されており、二つの歪みゲージ６，７から歪みεの各検出値が入力されると入力された二つの検出値の平均値を算出して、この値に対応する軸力Ｆの測定値が歪み軸力変換器に備えられたモニターに示されるようになっている。
【００４９】
図４は、挿入部２ｂに発生する軸力Ｆと歪みεの関係を示す特性曲線を示したものである。
この図４に示す特性曲線図は、予めタービン軸２と同等部品を用意し、挿入部２ｂについて引張試験を行って、軸力Ｆ（引張荷重）と歪みεとの関係を求めたものである。
【００５０】
歪み軸力変換器は、リード線６ａ，７ａから伝送された各検出値εａとεｂの平均値を算出すると共に、図４に示す特性曲線図に基づいて、算出された平均値を軸力Ｆに換算して、この変換した軸力Ｆの軸力値Ｆ１をモニターに表示する。
【００５１】
そして、歪みεが検出値ε２になるまで、すなわち、規定された軸力値Ｆ２まで締結ナット５を締め付けた後に、軸端２ｆから外側に引き出されたリード線６ａ，７ａを切断し、タービンケーシング２２をベアリングケーシング２１に、コンプレッサケーシング２４をシールプレート２３に固定する。
このようにして組み立てられた過給機Ａが車両に取り付けられて安定的に運転される。
【００５２】
以上説明した通り、本発明によれば、タービン軸２に設けられた挿入部２ｂの表面に歪みゲージ６，７を予め設けた状態でコンプレッサインペラ４を挿入して押圧固定し、歪みゲージ６，７によって検出された歪み量εに基づいて軸力Ｆを測定するので、この歪み量εに基づいて軸力Ｆが間接的に測定される。このような本発明によれば、挿入部の歪み量εは、軸力を正確に反映する物理量なので、軸力Ｆを高精度に測定することが可能となる。
【００５３】
従って、誤差を考慮して、規定された軸力値Ｆ２よりも低い軸力値で締結ナット５を締め込む必要がなくなり、コンプレッサインペラ４のスリップを完全に防止することができる。また、軸力Ｆの誤差を考慮して、タービン軸２に強度が高い材料を使用したり、タービン軸２の寸法を大きく構成したりする必要がなくなり、タービン軸２を最適に使用することが可能となる。さらに、過給機Ａの性能の個体差を縮小することが可能となる。
【００５４】
また、タービン軸２の中心軸Ｐ（軸心）を挟んで対称な位置に設けた歪みゲージ６，７が検出する歪み量εに基づいて軸力Ｆを測定するので、コンプレッサインペラ４を締結ナット５で固定する際にタービン軸２に曲げ変形が生じても二つの歪み量εの平均値から軸力Ｆを測定する。これにより、曲げ方向の歪み成分が相殺され、中心軸Ｐ方向の歪み成分のみから正確な軸力Ｆを測定することができる。
【００５５】
また、タービン軸２の挿入部２ｂには面取り部２ｅが設けられ、面取り部２ｅに貼付された歪みゲージ６，７が備えられるので、挿入部２ｂに歪みゲージ６，７を設けた状態でコンプレッサインペラ４を円滑に挿入することができる。
また、歪みゲージ６，７がコンプレッサインペラ４の内面によって覆われて確実に保持される。つまり、回動部１を回転させた際に、歪みゲージ６，７が脱落することを防止することができる。
【００５６】
また、二つの面取り部２ｅが、タービン軸２の中心軸Ｐ（軸心）を挟んで対称な位置に設けられるので、中心軸Ｐの外周面において互いの距離が最も離間したものとなる。これにより、一方の面取り部２ｅが他方の面取り部２ｅに影響することを最小限にすることができる。すなわち、ねじり応力の分布を線対称的なものとして、ねじり応力が一部に集中することを防止すると共に、二つの面取り部２ｅを設けない場合に比べて断面二次極モーメントの低下を最小限にすることができる。
さらに、面取り部２ｅを設けた部分の中心軸Ｐ周りの回転バランスの悪化を最小限に抑えることができる。
【００５７】
また、面取り部２ｅ、貫通孔２ｇ（細孔２ｇ１，２ｇ２）、歪みゲージ６，７は、中心軸Ｐを中心として、対称的に設けられるので、回動部１の回転バランスを取り易いものとすることができる。
【００５８】
また、タービン軸２内に貫通孔２ｇを設け、貫通孔２ｇから引き出されたリード線６ａ，７ａから歪み量εを取得するので、歪みゲージ６、７が検出した歪み量εを無線伝送するための送信機（テレメーター）等を設ける必要がない。これにより、安価かつ簡素な構成で、高精度に軸力Ｆを測定することが可能となる。
【００５９】
また、面取り部２ｅが、タービン軸２の軸方向において、コンプレッサインペラ４の最大径に対応した位置に設けられ、曲げ荷重がコンプレッサインペラ４に分散されて面取り部２ｅが曲げ変形し難いものとなる。これにより、軸方向に作用する軸力Ｆ以外の荷重による歪み量εを検出することなく、正確な軸力Ｆを測定することが可能となる。
【００６０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下の変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、面取り部２ｅをタービン軸２の軸方向におけるコンプレッサインペラ４の最大径に対応した位置に（空気流入口の位置に対応した位置に対向するように）形成したが、これは、タービン軸２の曲がりの影響を避けて極めて正確に歪み量εを検出するようにしたためであり、コンプレッサインペラ４の最大径に対応した位置の近傍においても正確な検出値を得ることができるし、他の位置でも良好な検出値を得ることができる。
【００６１】
（２）また、上記実施形態では、二つの歪みゲージを設けたが、１つの歪みゲージから歪み量εを検出して、軸力Ｆを求めることができる。さらに、歪みゲージを二つ以上設けて、各歪みゲージが検出した歪み量εから平均値を算出してこれにより軸力Ｆを求めてもよい。
（３）また、上記実施形態では、規定の軸力に到達した後にリード線６ａ，７ａを切断したが、締結ナット５に収容部（例えば袋ナット）を用いてリード線６ａ，７ａを収容し、メンテナンス時に歪み軸力変換器に再度接続して所定の軸力Ｆで締結ナット５を接続してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態において、過給機Ａの概略構成図を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態において、回動部１の一部断面図である。
【図３】本発明の一実施形態において、回動部１の要部拡大図であって、図３（ａ）は、図２におけるIIIａ矢視図であり、図３（ｂ）は、図２における要部IIIｂの拡大図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）におけるIIIｃ矢視図である。
【図４】本発明の一実施形態において、挿入部２ｂに発生する軸力Ｆと歪みεの関係を示す特性曲線を示したものである。
【符号の説明】
【００６３】
２…タービン軸
２ｂ…挿入部
２ｅ…面取り部
２ｆ…端面
２ｇ…貫通孔
３…タービンインペラ
４…コンプレッサインペラ
６，７…歪みゲージ
６ａ，７ａ…リード線
１０…軸受け部
２０…ケーシング
Ａ…過給機
Ｆ…軸力
ε…歪み量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン軸の一端側に形成されて先端にネジ部が形成された挿入部をコンプレッサインペラに挿入して、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸の一端と他端との間に形成された受け面に前記ネジ部に螺着する締結ナットで押圧固定する際の前記タービン軸に作用する軸力を測定する方法であって、
前記挿入部の表面に歪みゲージを予め設けた状態で前記挿入部を前記コンプレッサインペラに挿入して該コンプレッサインペラを押圧固定し、前記歪みゲージが示す歪み量に基づいて前記軸力を測定することを特徴とするタービン軸の軸力測定方法。
【請求項２】
前記挿入部の表面において前記タービン軸の軸心を挟んで対称な位置に歪みゲージをそれぞれ設け、各歪みゲージの歪み量に基づいて前記軸力を測定することを特徴とする請求項１記載のタービン軸の軸力測定方法。
【請求項３】
前記タービン軸内に歪みゲージのリード線を軸端に引き出すための貫通孔を設け、該貫通孔から引き出されたリード線から歪み量を取得することを特徴とする請求項１または２記載のタービン軸の軸力測定方法。
【請求項４】
ケーシングと、タービン軸の一端側に形成されて先端にネジ部が形成された挿入部を挿通されたコンプレッサインペラが前記タービン軸の一端と他端との間に形成された受け面に前記ネジ部に螺着した締結ナットで押圧固定されると共に前記タービン軸の他端にタービンインペラが固着された回動部と、該回動部を前記ケーシングに対して回動自在に支持する軸受け部とを備える過給機であって、
前記タービン軸は、前記挿入部の表面に歪みゲージが設けられていることを特徴とする過給機。
【請求項５】
前記歪みゲージは、前記タービン軸の軸心を挟んで対称な位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の過給機。
【請求項６】
前記タービン軸は、内部に前記歪みゲージのリード線を軸端に引き出すための貫通孔が設けられ、該貫通孔に前記歪みゲージのリード線が挿通されていることを特徴とする請求項４または５記載の過給機。
【請求項７】
前記歪みゲージは、前記タービン軸の挿入部に形成された面取り部に設けられていることを特徴とする４から６のうちいずれか一項に記載の過給機。
【請求項８】
前記面取り部は、前記タービン軸の軸方向において、前記コンプレッサインペラの最大径に対応した位置又はその近傍に設けられることを特徴とする請求項７記載の過給機。
【請求項１】
タービン軸の一端側に形成されて先端にネジ部が形成された挿入部をコンプレッサインペラに挿入して、前記コンプレッサインペラを前記タービン軸の一端と他端との間に形成された受け面に前記ネジ部に螺着する締結ナットで押圧固定する際の前記タービン軸に作用する軸力を測定する方法であって、
前記挿入部の表面に歪みゲージを予め設けた状態で前記挿入部を前記コンプレッサインペラに挿入して該コンプレッサインペラを押圧固定し、前記歪みゲージが示す歪み量に基づいて前記軸力を測定することを特徴とするタービン軸の軸力測定方法。
【請求項２】
前記挿入部の表面において前記タービン軸の軸心を挟んで対称な位置に歪みゲージをそれぞれ設け、各歪みゲージの歪み量に基づいて前記軸力を測定することを特徴とする請求項１記載のタービン軸の軸力測定方法。
【請求項３】
前記タービン軸内に歪みゲージのリード線を軸端に引き出すための貫通孔を設け、該貫通孔から引き出されたリード線から歪み量を取得することを特徴とする請求項１または２記載のタービン軸の軸力測定方法。
【請求項４】
ケーシングと、タービン軸の一端側に形成されて先端にネジ部が形成された挿入部を挿通されたコンプレッサインペラが前記タービン軸の一端と他端との間に形成された受け面に前記ネジ部に螺着した締結ナットで押圧固定されると共に前記タービン軸の他端にタービンインペラが固着された回動部と、該回動部を前記ケーシングに対して回動自在に支持する軸受け部とを備える過給機であって、
前記タービン軸は、前記挿入部の表面に歪みゲージが設けられていることを特徴とする過給機。
【請求項５】
前記歪みゲージは、前記タービン軸の軸心を挟んで対称な位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の過給機。
【請求項６】
前記タービン軸は、内部に前記歪みゲージのリード線を軸端に引き出すための貫通孔が設けられ、該貫通孔に前記歪みゲージのリード線が挿通されていることを特徴とする請求項４または５記載の過給機。
【請求項７】
前記歪みゲージは、前記タービン軸の挿入部に形成された面取り部に設けられていることを特徴とする４から６のうちいずれか一項に記載の過給機。
【請求項８】
前記面取り部は、前記タービン軸の軸方向において、前記コンプレッサインペラの最大径に対応した位置又はその近傍に設けられることを特徴とする請求項７記載の過給機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２０９７３１（Ｐ２００９−２０９７３１Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５２３１２（Ｐ２００８−５２３１２）
【出願日】平成２０年３月３日（２００８．３．３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３日（２００８．３．３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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