位置決め装置
【課題】翼車と支持軸との位置決め精度の向上を実現可能な位置決め装置を提供する。
【解決手段】支持軸と翼車とが一体的に嵌合された状態で両者の位置決めを行う位置決め装置であって、支持軸をその中心軸線が基準面に対して垂直となるように把持する把持装置と、支持軸の中心軸線が基準面に設定された装置原点を通過するように把持装置を移動させるワーク移動装置と、基準面内の装置原点で交わる３つの座標軸に沿って軸側接触子及び翼側接触子を移動させるアクチュエータと、ワーク移動装置を制御して支持軸の中心軸線が装置原点と一致するように把持装置を移動させた後、アクチュエータを制御して支持軸と各軸側接触子との接触位置と、翼車の開先円と各翼側接触子との接触位置とを計測し、その計測結果に基づいて支持軸の中心軸線上に翼車の重心点が位置するように翼車の位置決めを行う制御装置とを備える。
【解決手段】支持軸と翼車とが一体的に嵌合された状態で両者の位置決めを行う位置決め装置であって、支持軸をその中心軸線が基準面に対して垂直となるように把持する把持装置と、支持軸の中心軸線が基準面に設定された装置原点を通過するように把持装置を移動させるワーク移動装置と、基準面内の装置原点で交わる３つの座標軸に沿って軸側接触子及び翼側接触子を移動させるアクチュエータと、ワーク移動装置を制御して支持軸の中心軸線が装置原点と一致するように把持装置を移動させた後、アクチュエータを制御して支持軸と各軸側接触子との接触位置と、翼車の開先円と各翼側接触子との接触位置とを計測し、その計測結果に基づいて支持軸の中心軸線上に翼車の重心点が位置するように翼車の位置決めを行う制御装置とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両や船舶等において、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを利用して、内燃機関に圧縮した空気を供給し、内燃機関の性能を向上させる過給機が使用されている。過給機の内部には、排気ガスの運動エネルギーを回転の駆動力に変換するタービンロータが設けられている。このタービンロータは、排気ガスの流動によって回転する翼車と、翼車を回転自在に支持軸とを一体的に接続して構成されている。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、タービンロータの製造方法として、翼車に嵌合凹部を形成し、この嵌合凹部に嵌合できる嵌合凸部を支持軸に形成し、嵌合凹部に嵌合凸部を嵌合させ、接触部に溶接等を施すことで翼車と支持軸とを一体的に接続する技術が開示されている。なお、嵌合凹部及び嵌合凸部は、翼車及び支持軸のそれぞれの外形・外周面から割り出した機械的な中心位置に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２９３７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般的な支持軸は略円柱状に形成された軸部材であり、外周面側に設けられる所定の軸受によって回転自在に支持されるため、支持軸の回転中心と嵌合凸部の中心位置とはほぼ一致している。一方、翼車は、周方向に並ぶ複数の翼を備えた複雑な形状となっていることから、製造誤差等の影響により、その機械的な回転中心と翼車の重心とが異なる場合がある。
【０００６】
このような支持軸と翼車とを一体的に接続すると、支持軸の回転中心と翼車の重心との間にズレが生じ、タービンロータの回転特性がアンバランスとなる虞があった。ロータは高速（例えば、１０万ｒｐｍ以上）で回転することから、その回転特性がアンバランスになるとロータの回転とともに振動が生じる虞があった。
【０００７】
振動が生じると、過給機の効率低下や翼車の破損等の不具合を引き起こすことから、アンバランス量を所定の範囲内に抑えることが必要となる。そのため、事前に翼車の重心点を計測しておき、翼車と支持軸とを一体的に嵌合させた状態で支持軸の位置をチャックで固定し、支持軸の中心軸線上に翼車の重心点が位置するようにアクチュエータで翼車の位置調整を行った後、翼車と支持軸との当接部（接触部）を溶接する方法が提案されていた。
【０００８】
しかしながら、この方法では、翼車の重心点を高精度に計測できたとしても、基準となる支持軸の位置決め精度（チャックによる把持精度）が低い場合には、支持軸に対する翼車の位置決め精度（支持軸の中心軸線上に翼車の重心点を位置決めする精度）が低下し、タービンロータのアンバランス量が増大する虞があった。
【０００９】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、翼車と支持軸との位置決め精度の向上を実現可能な位置決め装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明では、位置決め装置に係る第１の解決手段として、
一端に嵌合凸部を有する支持軸と、前記嵌合凸部が挿入される嵌合凹部が形成された円筒状の開先円を有する翼車とが一体的に嵌合された状態で両者の位置決めを行う位置決め装置であって、前記支持軸をその中心軸線が基準面に対して垂直となるように把持する把持装置と、前記支持軸の中心軸線が前記基準面に設定された装置原点を通過するように前記把持装置を移動させるワーク移動装置と、前記基準面内の装置原点で交わる３つの座標軸に沿って、前記支持軸に接触する軸側接触子及び前記翼車の開先円に接触する翼側接触子を移動させるアクチュエータと、前記ワーク移動装置を制御して前記支持軸の中心軸線が前記装置原点と一致するように前記把持装置を移動させた後、前記アクチュエータを制御して前記支持軸と各軸側接触子との接触位置と、前記翼車の開先円と各翼側接触子との接触位置とを計測し、その計測結果に基づいて前記支持軸の中心軸線上に前記翼車の重心点が位置するように前記翼車の位置決めを行う制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明では、位置決め装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記制御装置は、前記アクチュエータを制御して、前記支持軸と各軸側接触子との接触位置の計測結果を基に前記支持軸の半径を算出すると共に、前記翼車の開先円と各翼側接触子との接触位置の計測結果を基に前記翼車の開先円の半径を算出し、各半径の算出結果及び事前に計測していた前記翼車の偏重心距離に基づいて、前記支持軸の中心軸線上に前記翼車の重心点が位置するように前記翼車の位置決めを行うことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明では、位置決め装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記３つの座標軸として、前記装置原点で直交するＸ軸及びＹ軸と、前記装置原点を中心としてＸ軸からＹ軸側の反対側へ１３５°回転した方向に延びるＬ軸とが設定され、前記アクチュエータは、前記Ｘ軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側Ｘ軸アクチュエータと、前記Ｙ軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側Ｙ軸アクチュエータと、前記Ｌ軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側Ｌ軸アクチュエータと、前記Ｘ軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側Ｘ軸アクチュエータと、前記Ｙ軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側Ｙ軸アクチュエータと、前記Ｌ軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側Ｌ軸アクチュエータとを備え、前記制御装置は、前記軸側Ｘ軸アクチュエータ、軸側Ｙ軸アクチュエータ及び軸側Ｌ軸アクチュエータを力制御モードで制御して、各軸側接触子を前記支持軸へ向けて移動させ、各軸側接触子が静止した位置を接触位置として計測し、その計測結果から前記支持軸の半径を算出すると共に、前記軸側Ｘ軸アクチュエータ、軸側Ｙ軸アクチュエータ及び軸側Ｌ軸アクチュエータをを位置制御モードで制御して、各軸側接触子を前記計測した接触位置にて固定し、前記翼側Ｘ軸アクチュエータ、翼側Ｙ軸アクチュエータ及び翼側Ｌ軸アクチュエータをを力制御モードで制御して、各翼側接触子を前記翼車の開先円へ向けて移動させ、各翼側接触子が静止した位置を接触位置として計測し、その計測結果から前記翼車の開先円の半径を算出すると共に、前記翼側Ｘ軸アクチュエータ及び翼側Ｙ軸アクチュエータを位置制御モードで制御して、Ｘ軸の軸側接触子と翼側接触子との間の距離が、前記翼者の偏重心距離のＸ軸成分に半径差を加算した値となるようにＸ軸の翼側接触子の位置調整と、Ｙ軸の軸側接触子と翼側接触子との間の距離が、前記翼者の偏重心距離のＹ軸成分に半径差を加算した値となるようにＹ軸の翼側接触子の位置調整とを行った後、翼側Ｌ軸アクチュエータを力制御モードで制御して、Ｌ軸の翼側接触子を前記翼側開先円へ向けて移動させ、翼側接触子が静止した位置で翼側接触子を固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基準となる支持軸の位置決め精度（把持装置による支持軸の把持精度やワーク移動装置による装置原点に対する支持軸の位置決め精度）に影響されずに、支持軸と翼車との相対的な位置関係が正確に求まるため、支持軸に対する翼車の位置決め精度（支持軸の中心軸線上に翼車の重心点を位置決めする精度）を向上させることができ、その結果、アンバランス量の少ないタービンロータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る位置決め装置１の構成概略図であり、（ａ）は位置決め装置１の上面図、（ｂ）は位置決め装置１の側面図である。
【図２】翼車２０と支持軸３０とが一体的に接続（溶接）されてなるタービンロータの側面図（ａ）と、そのＡ−Ａ矢視断面図（ｂ）である。
【図３】位置決め装置１による翼車２０と支持軸３０の位置決め動作を時系列的に示した第１図である。
【図４】位置決め装置１による翼車２０と支持軸３０の位置決め動作を時系列的に示した第２図である。
【図５】支持軸３０の半径Ｒ１の算出手法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る位置決め装置１の構成概略図である。本位置決め装置１は、翼車２０と支持軸３０とを一体的に嵌合させた状態（溶接前の状態）で両者の位置決めを行う装置であり、ワークテーブル２、チャック３、軸側Ｘ軸アクチュエータ４、軸側Ｙ軸アクチュエータ５、軸側Ｌ軸アクチュエータ６、翼側Ｘ軸アクチュエータ７、翼側Ｙ軸アクチュエータ８、翼側Ｌ軸アクチュエータ９及び制御装置１０から構成されている。
なお、以下では、本位置決め装置１についての理解を容易とするために、位置決め対象物（ワーク）である翼車２０及び支持軸３０について先に説明する。
【００１６】
図２（ａ）は、翼車２０と支持軸３０とが一体的に接続（溶接）されてなるタービンロータの側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。周知のように、タービンロータとは、不図示の過給機の内部に設けられ、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを回転駆動力に変換するものである。
【００１７】
翼車２０は、内燃機関から導かれる排気ガスの流動によって高速回転（例えば、１０万ｒｐｍ以上）する回転翼である。この翼車２０は、ハブ２１と、翼部２２と、翼側開先円２３とを有している。翼車２０は、高温の排気ガスが流動する領域内で使用されるため、高耐熱性・高剛性の金属材料（例えばインコネル等）を用いて一体的に成形されている。その成形には精密鋳造等が用いられる。なお、図２では、翼車２０の重心点を符号Ｇで表している。
【００１８】
ハブ２１は、略円錐状に形成された部材であって、翼部２２のベースとなるものである。翼部２２は、ハブ２１の外周面で周方向に複数並んで配置されている。翼部２２は、排気ガスの流動を受けて、翼車２０を回転させるためのものである。翼側開先円２３は、ハブ２１の後端面における中央部に設けられ、支持軸３０との接続に用いられる箇所である。翼側開先円２３は、略円筒状に形成され、その中心軸が前後方向と平行する向きで設置されている。翼側開先円２３の後端面（すなわち支持軸３０側の端面）は、前後方向と直交する平面状に形成されている。また、翼側開先円２３には、嵌合凹部２４が形成されている。嵌合凹部２４は、支持軸３０側に向かって開口する背面視略円形の孔部となっている。
【００１９】
支持軸３０は、前後方向で延びる略丸棒状の軸部材であって、翼車２０と一体的に接続され、翼車２０を回転自在に支持するものである。この支持軸３０は、過給機の軸受ハウジング（図示せず）に回転自在に支持される。支持軸３０は、高剛性を備える一般的な金属材料（例えばクロムモリブデン鋼等）を用いて成形されている。その成形には一般的な塑性加工（鍛造、転造等）や機械加工（切削、研削等）が用いられる。支持軸３０には、軸側接続部３１と、嵌合凸部３２と、雄ネジ部３３とが形成されている。なお、図２では、支持軸３０の中心軸線を符号Ｃで表している。
【００２０】
軸側接続部３１は、支持軸３０の前端側に設けられ、翼車２０との接続に用いられる箇所である。また、軸側接続部３１の前端面（すなわち翼車２０側の端面）は、前後方向と直交する平面状に形成されている。軸側接続部３１の前端面には翼側開先円２３の後端面が当接しており、両部材の当接部は溶接により一体的に接続された溶接部Ｗとなっている。すなわち、溶接部Ｗにおいて、翼車２０と支持軸３０とが一体的に接続されている。
【００２１】
嵌合凸部３２は、軸側接続部３１の前端側に設けられ、翼車２０に向かって突出している。嵌合凸部３２は、略円柱状に形成され、翼車２０の嵌合凹部２４内に挿入される。嵌合凸部３２の外径は、嵌合凹部２４の内径よりも小さく設定されている。つまり、嵌合凸部３２を嵌合凹部２４に挿入させた状態（翼車２０と支持軸３０を嵌合させた状態）では、支持軸３０の中心軸線Ｃと直交する方向への翼車２０の微小移動が許容されている。雄ネジ部３３は、支持軸３０の後端側に設けられ、空気を圧縮するために用いられる不図示のコンプレッサインペラを接続するために用いられるものである。
【００２２】
図２では、支持軸３０の中心軸線Ｃ上に翼車２０の重心点Ｇが位置している理想的なタービンロータを図示しているが、実際には、前述のように、基準となる支持軸３０の位置決め精度（チャックによる把持精度等）が低い場合には、支持軸３０に対する翼車２０の位置決め精度（支持軸３０の中心軸線Ｃ上に翼車２０の重心点Ｇを位置決めする精度）が低下するため、中心軸線Ｃと重心点Ｇとの位置ズレが生じ、タービンロータのアンバランス量が増大する虞があった。
【００２３】
以下では、上述した翼車２０及び支持軸３０の構成を前提として、本位置決め装置１について図１を参照しながら説明する。図１（ａ）は、本位置決め装置１の上面図であり、図１（ｂ）は、本位置決め装置１の側面図である。この図１では、装置構成の理解を容易とするために、各部材の大きさを意図的に実際の部材の大きさと異ならせて表示している。
【００２４】
また、以下では、図中に示すＸＹＺ直交座標系を参照しながら各部材の位置関係を説明する。ここでは、ＸＹ平面が水平面と平行な基準面として設定され、Ｚ軸がＸＹ平面に直交して鉛直方向に延びる座標軸として設定されている。また、図１（ａ）に示すように、Ｘ軸とＹ軸との交点を装置原点Ｏとし、この装置原点Ｏを中心としてＸ軸から時計回りに（Ｙ軸側の反対側に）１３５°回転した方向に延びる座標軸をＬ軸とする。
【００２５】
本位置決め装置１において、ワークテーブル２は、基準面（ＸＹ平面）に対して平行となるように設置された円板状の回転テーブルである。このワークテーブル２は、制御装置１０による制御の下、不図示のモータ等からなる回転駆動機構によって回転駆動される。チャック３は、ワークテーブル２の上面に設置されたワーク把持装置であり、翼車２０と支持軸３０とが一体的に嵌合された状態（嵌合凸部３２が嵌合凹部２４に挿入された状態）で、支持軸３０をその中心軸線Ｃが基準面に対して垂直となるように（言い換えれば、中心軸線ＣがＺ軸と平行となるように）把持する。
【００２６】
図１（ａ）中の符号Ｍは、ワークテーブル２が回転した時のＸＹ平面内における支持軸３０の中心軸線Ｃの移動軌跡を示している。このように、ワークテーブル２と不図示の回転駆動機構は、支持軸３０の中心軸線Ｃが基準面に設定された装置原点Ｏを通過するようにチャック３を移動させるワーク移動装置として機能する。なお、図１（ｂ）は、ワークテーブル２の回転によって、支持軸３０の中心軸線Ｃが装置原点Ｏに位置決めされた状態を示している。
【００２７】
軸側Ｘ軸アクチュエータ４は、制御装置１０による制御の下、支持軸３０に接触する軸側接触子４ａをＸ軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
軸側Ｙ軸アクチュエータ５、制御装置１０による制御の下、支持軸３０に接触する軸側接触子５ａをＹ軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
軸側Ｌ軸アクチュエータ６は、制御装置１０による制御の下、支持軸３０に接触する軸側接触子６ａをＬ軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
【００２８】
翼側Ｘ軸アクチュエータ７は、制御装置１０による制御の下、翼車２０の翼側開先円２３に接触する翼側接触子７ａをＸ軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
翼側Ｙ軸アクチュエータ８は、制御装置１０による制御の下、翼車２０の翼側開先円２３に接触する翼側接触子８ａをＹ軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
翼側Ｌ軸アクチュエータ９は、制御装置１０による制御の下、翼車２０の翼側開先円２３に接触する翼側接触子９ａをＬ軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
【００２９】
軸側Ｘ軸アクチュエータ４と翼側Ｘ軸アクチュエータ７は、同一構造のアクチュエータであり、Ｚ軸方向に対して重なり合うように配置されている。同じく、軸側Ｙ軸アクチュエータ５と翼側Ｙ軸アクチュエータ８も、同一構造のアクチュエータであり、Ｚ軸方向に対して重なり合うように配置されている。また、軸側Ｌ軸アクチュエータ６と翼側Ｌ軸アクチュエータ９も、同一構造のアクチュエータであり、Ｚ軸方向に対して重なり合うように配置されている。
これらのアクチュエータ４〜９は、基準面内の装置原点Ｏで交わる３つの座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｌ軸）に沿って、支持軸３０に接触する軸側接触子４ａ、５ａ、６ａ及び翼車２０の翼側開先円２３に接触する翼側接触子７ａ、８ａ、９ａを移動させるアクチュエータとして機能する。
【００３０】
制御装置１０は、ワークテーブル２（詳細には回転駆動機構）を回転制御して、支持軸３０の中心軸線Ｃが装置原点Ｏと一致するようにチャック３を移動させた後、各アクチュエータ４〜９を制御して、支持軸３０と各軸側接触子４ａ、５ａ、６ａとの接触位置と、翼車２０の翼側開先円２３と各翼側接触子７ａ、８ａ、９ａとの接触位置とを計測し、その計測結果に基づいて支持軸３０の中心軸線Ｃ上に翼車２０の重心点Ｇが位置するように翼車２０の位置決めを行うものである。
【００３１】
次に、上記のように構成された本位置決め装置１による翼車２０と支持軸３０の位置決め動作について図３及び図４を参照しながら詳細に説明する。
まず、翼車２０と支持軸３０とを一体的に嵌合させた状態で、支持軸３０をその中心軸線Ｃが基準面に対して垂直となるように（中心軸線ＣがＺ座標軸と平行となるように）チャック３に把持させた後、不図示の操作盤を操作して制御装置１０に対して位置決め動作開始を指示すると、制御装置１０は、図３（ａ）に示すように、ワークテーブル２を回転させて支持軸３０の中心軸線Ｃが装置原点Ｏと一致するようにチャック３を移動させる。
【００３２】
ここで、ワークテーブル２の位置決め誤差やチャック３による支持軸３０の把持誤差（チャック誤差）等によって、支持軸３０の中心軸線Ｃと装置原点Ｏとが完全に一致しない。図３（ａ）中の実線は、ワークテーブル２の位置決め誤差やチャック誤差を含む支持軸３０の現在位置を示し、点線は支持軸３０の理想的な位置（中心軸線Ｃが装置原点Ｏと一致する位置）を示している。
【００３３】
そして、制御装置１０は、図３（ｂ）に示すように、軸側Ｘ軸アクチュエータ４、軸側Ｙ軸アクチュエータ５及び軸側Ｌ軸アクチュエータ６を力制御モードで制御して、各軸側接触子４ａ、５ａ、６ａを支持軸３０へ向けて最小力で移動させ、各軸側接触子４ａ、５ａ、６ａが静止した位置（各軸側接触子４ａ、５ａ、６ａの先端面が支持軸３０に接触した位置）をそれぞれ軸側接触位置ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＬ１として計測し、その計測結果を内部メモリに記録する。
【００３４】
そして、制御装置１０は、上記のように内部メモリに記録した各軸側接触位置ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＬ１の計測結果から支持軸３０の半径Ｒ１を算出する。以下、図４を参照しながら、各軸側接触位置ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＬ１から支持軸３０の半径Ｒ１を算出する手法について説明する。図４において、符号ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＬ１は、上記の軸側接触位置を示し、符号ＴＸ０、ＴＹ０、ＴＬ０は、各軸側接触子４ａ、５ａ、６ａの先端面の初期位置を示している。
【００３５】
また、符号Ｘ０は、装置原点Ｏから軸側接触子４ａの初期位置ＴＸ０までのＸ軸方向の距離を示し、符号Ｘ１は、装置原点Ｏから軸側接触子４ａの軸側接触位置ＴＸ１までのＸ軸方向の距離を示し、符号Ｘｍは、軸側接触子４ａの初期位置ＴＸ０から軸側接触位置ＴＸ１までのＸ軸方向の距離を示している。
また、符号Ｙ０は、装置原点Ｏから軸側接触子５ａの初期位置ＴＹ０までのＹ軸方向の距離を示し、符号Ｙ１は、装置原点Ｏから軸側接触子５ａの軸側接触位置ＴＹ１までのＹ軸方向の距離を示し、符号Ｙｍは、軸側接触子５ａの初期位置ＴＹ０から軸側接触位置ＴＹ１までのＹ軸方向の距離を示している。
また、符号Ｌ０は、装置原点Ｏから軸側接触子６ａの初期位置ＴＬ０までのＬ軸方向の距離を示し、符号Ｌ１は、装置原点Ｏから軸側接触子６ａの軸側接触位置ＴＬ１までのＬ軸方向の距離を示し、符号Ｌｍは、軸側接触子６ａの初期位置ＴＬ０から軸側接触位置ＴＬ１までのＬ軸方向の距離を示している。
【００３６】
ここで、Ｘ１＝Ｘ０−Ｘｍ、Ｙ１＝Ｙ０−Ｙｍ、Ｌ１＝Ｌ０−Ｌｍの関係式が成立し、Ｘ０、Ｙ０及びＬ０は既知の値であり、Ｘｍ、Ｙｍ及びＬｍは軸側接触位置ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＬ１の計測結果から求まる値であるので、結果的に、Ｘ１、Ｙ１、Ｌ１は数値演算によって求めることができる。
【００３７】
また、図４中の符号Ｄで示される直線の長さは、Ｘ１、Ｙ１、Ｌ１を用いて下記（１）式で表される。この下記（１）式において、Ｘ２はＬ１のＸ軸成分（＝Ｌ１／√２）であり、Ｙ２はＬ１のＹ軸成分（＝Ｌ１／√２）である。
Ｄ＝Ｘ１＋Ｙ１＋Ｘ２＋Ｙ２
＝Ｘ１＋Ｙ２＋（Ｌ１／√２）＋（Ｌ１／√２）
＝Ｘ１＋Ｙ２＋Ｌ１√２ ・・・（１）
【００３８】
また、符号Ｅで示される直線の長さは、Ｄを用いると下記（２）式で表され、支持軸３０の半径Ｒ１を用いると下記（３）式で表される。従って、支持軸３０の半径Ｒ１は、（２）（３）式から最終的に下記（４）式で表される。
Ｅ＝Ｄ／√２ ・・・（２） Ｅ＝√２・Ｒ＋Ｒ ・・・（３）
Ｒ１＝Ｄ／√２＋２＝Ｄ／３．４１４２ ・・・（４）
つまり、制御装置１０は、軸側接触位置ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＬ１の計測結果から算出したＸ１、Ｙ１、Ｌ１を上記（１）式に代入してＤを求め、さらに、このＤを上記（４）式に代入することにより、支持軸３０の半径Ｒ１を算出する。
【００３９】
制御装置１０は、上記のように支持軸３０の半径Ｒ１を算出して、その算出結果を内部メモリに記録した後、軸側Ｘ軸アクチュエータ４、軸側Ｙ軸アクチュエータ５及び軸側Ｌ軸アクチュエータ６を位置制御モードで制御して、各軸側接触子４ａ、５ａ、６ａを軸側接触位置ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＬ１にて固定する。これにより、支持軸３０は現在位置にて完全に固定される。
【００４０】
続いて、制御装置１０は、図３（ｃ）に示すように、翼側Ｘ軸アクチュエータ７、翼側Ｙ軸アクチュエータ８及び翼側Ｌ軸アクチュエータ９を力制御モードで制御して、各翼側接触子７ａ、８ａ、９ａを翼車２０の翼側開先円２３へ向けて最小力で移動させ、各翼側接触子７ａ、８ａ、９ａが静止した位置（各翼側接触子７ａ、８ａ、９ａの先端面が翼側開先円２３に接触した位置）をそれぞれ翼側接触位置として計測し、その計測結果を内部メモリに記録する。
【００４１】
そして、制御装置１０は、上記のように内部メモリに記録した各翼側接触位置の計測結果から翼側開先円２３の半径Ｒ２を算出し、その算出結果を内部メモリに記録する。なお、翼側開先円２３の半径Ｒ２の算出方法は、支持軸３０の半径Ｒ１の算出方法と同じであるため、詳細な説明については省略する。
また、前述のように、支持軸３０の嵌合凸部３２を翼車２０の嵌合凹部２４に挿入させた状態（翼車２０と支持軸３０を嵌合させた状態）では、支持軸３０の中心軸線Ｃと直交する方向への翼車２０の微小移動が許容されているため、図３（ｃ）に示すように、翼側開先円２３の現在位置には翼車２０と支持軸３０との嵌合誤差が含まれている。言い換えれば、この時点での、翼側開先円２３の中心位置と支持軸３０の中心軸線Ｃとの間には位置ズレが生じている。
【００４２】
そして、制御装置１０は、内部メモリから翼側開先円２３の半径Ｒ２と支持軸３０の半径Ｒ１とを読み出して、これら半径Ｒ２とＲ１の差分（半径差ΔＲ）を算出し、さらに、内部メモリから翼車２０の偏重心距離（翼車２０の回転中心から重心点Ｇまでの距離）のＸ軸成分ＧＸとＹ軸成分ＧＹを読み出す。なお、これら偏重心距離のＸ軸成分ＧＸとＹ軸成分ＧＹは、事前に翼車２０について計測されていた値である。
【００４３】
そして、制御装置１０は、図３（ｄ）に示すように、翼側Ｘ軸アクチュエータ７及び翼側Ｙ軸アクチュエータ８を位置制御モードで制御して、軸側接触子４ａと翼側接触子７ａとの間の距離が、偏重心距離のＸ軸成分ＧＸに半径差ΔＲを加算した値となるように翼側接触子７ａの位置調整を行うと共に、軸側接触子５ａと翼側接触子８ａとの間の距離が、偏重心距離のＹ軸成分ＧＹに半径差ΔＲを加算した値となるように翼側接触子８ａの位置調整を行う。
【００４４】
制御装置１０は、上記のように翼側接触子７ａ、８ａの位置調整を行った後、翼側Ｌ軸アクチュエータ９を力制御モードで制御して、翼側接触子９ａを翼車２０の翼側開先円２３へ向けて最小力で移動させ、翼側接触子９ａが静止した位置で翼側接触子９ａを固定する。これにより、図３（ｄ）に示すように、支持軸３０の中心軸線Ｃ上に翼車２０の重心点Ｇが位置するように翼車２０の位置決めが完了する。
【００４５】
以上のような本実施形態によれば、基準となる支持軸３０の位置決め精度（チャック３による支持軸３０の把持精度やワークテーブル２による装置原点Ｏに対する支持軸３０の位置決め精度）に影響されずに、支持軸３０と翼車２０との相対的な位置関係が正確に求まるため、支持軸３０に対する翼車２０の位置決め精度（支持軸３０の中心軸線Ｃ上に翼車２０の重心点Ｇを位置決めする精度）を向上させることができ、その結果、アンバランス量の少ないタービンロータを得ることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…位置決め装置、２…ワークテーブル、３…チャック、４…軸側Ｘ軸アクチュエータ、５…軸側Ｙ軸アクチュエータ、６…軸側Ｌ軸アクチュエータ、７…翼側Ｘ軸アクチュエータ、８…翼側Ｙ軸アクチュエータ、９…翼側Ｌ軸アクチュエータ、１０…制御装置、２０…翼車、３０…支持軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両や船舶等において、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを利用して、内燃機関に圧縮した空気を供給し、内燃機関の性能を向上させる過給機が使用されている。過給機の内部には、排気ガスの運動エネルギーを回転の駆動力に変換するタービンロータが設けられている。このタービンロータは、排気ガスの流動によって回転する翼車と、翼車を回転自在に支持軸とを一体的に接続して構成されている。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、タービンロータの製造方法として、翼車に嵌合凹部を形成し、この嵌合凹部に嵌合できる嵌合凸部を支持軸に形成し、嵌合凹部に嵌合凸部を嵌合させ、接触部に溶接等を施すことで翼車と支持軸とを一体的に接続する技術が開示されている。なお、嵌合凹部及び嵌合凸部は、翼車及び支持軸のそれぞれの外形・外周面から割り出した機械的な中心位置に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２９３７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般的な支持軸は略円柱状に形成された軸部材であり、外周面側に設けられる所定の軸受によって回転自在に支持されるため、支持軸の回転中心と嵌合凸部の中心位置とはほぼ一致している。一方、翼車は、周方向に並ぶ複数の翼を備えた複雑な形状となっていることから、製造誤差等の影響により、その機械的な回転中心と翼車の重心とが異なる場合がある。
【０００６】
このような支持軸と翼車とを一体的に接続すると、支持軸の回転中心と翼車の重心との間にズレが生じ、タービンロータの回転特性がアンバランスとなる虞があった。ロータは高速（例えば、１０万ｒｐｍ以上）で回転することから、その回転特性がアンバランスになるとロータの回転とともに振動が生じる虞があった。
【０００７】
振動が生じると、過給機の効率低下や翼車の破損等の不具合を引き起こすことから、アンバランス量を所定の範囲内に抑えることが必要となる。そのため、事前に翼車の重心点を計測しておき、翼車と支持軸とを一体的に嵌合させた状態で支持軸の位置をチャックで固定し、支持軸の中心軸線上に翼車の重心点が位置するようにアクチュエータで翼車の位置調整を行った後、翼車と支持軸との当接部（接触部）を溶接する方法が提案されていた。
【０００８】
しかしながら、この方法では、翼車の重心点を高精度に計測できたとしても、基準となる支持軸の位置決め精度（チャックによる把持精度）が低い場合には、支持軸に対する翼車の位置決め精度（支持軸の中心軸線上に翼車の重心点を位置決めする精度）が低下し、タービンロータのアンバランス量が増大する虞があった。
【０００９】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、翼車と支持軸との位置決め精度の向上を実現可能な位置決め装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明では、位置決め装置に係る第１の解決手段として、
一端に嵌合凸部を有する支持軸と、前記嵌合凸部が挿入される嵌合凹部が形成された円筒状の開先円を有する翼車とが一体的に嵌合された状態で両者の位置決めを行う位置決め装置であって、前記支持軸をその中心軸線が基準面に対して垂直となるように把持する把持装置と、前記支持軸の中心軸線が前記基準面に設定された装置原点を通過するように前記把持装置を移動させるワーク移動装置と、前記基準面内の装置原点で交わる３つの座標軸に沿って、前記支持軸に接触する軸側接触子及び前記翼車の開先円に接触する翼側接触子を移動させるアクチュエータと、前記ワーク移動装置を制御して前記支持軸の中心軸線が前記装置原点と一致するように前記把持装置を移動させた後、前記アクチュエータを制御して前記支持軸と各軸側接触子との接触位置と、前記翼車の開先円と各翼側接触子との接触位置とを計測し、その計測結果に基づいて前記支持軸の中心軸線上に前記翼車の重心点が位置するように前記翼車の位置決めを行う制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明では、位置決め装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記制御装置は、前記アクチュエータを制御して、前記支持軸と各軸側接触子との接触位置の計測結果を基に前記支持軸の半径を算出すると共に、前記翼車の開先円と各翼側接触子との接触位置の計測結果を基に前記翼車の開先円の半径を算出し、各半径の算出結果及び事前に計測していた前記翼車の偏重心距離に基づいて、前記支持軸の中心軸線上に前記翼車の重心点が位置するように前記翼車の位置決めを行うことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明では、位置決め装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記３つの座標軸として、前記装置原点で直交するＸ軸及びＹ軸と、前記装置原点を中心としてＸ軸からＹ軸側の反対側へ１３５°回転した方向に延びるＬ軸とが設定され、前記アクチュエータは、前記Ｘ軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側Ｘ軸アクチュエータと、前記Ｙ軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側Ｙ軸アクチュエータと、前記Ｌ軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側Ｌ軸アクチュエータと、前記Ｘ軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側Ｘ軸アクチュエータと、前記Ｙ軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側Ｙ軸アクチュエータと、前記Ｌ軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側Ｌ軸アクチュエータとを備え、前記制御装置は、前記軸側Ｘ軸アクチュエータ、軸側Ｙ軸アクチュエータ及び軸側Ｌ軸アクチュエータを力制御モードで制御して、各軸側接触子を前記支持軸へ向けて移動させ、各軸側接触子が静止した位置を接触位置として計測し、その計測結果から前記支持軸の半径を算出すると共に、前記軸側Ｘ軸アクチュエータ、軸側Ｙ軸アクチュエータ及び軸側Ｌ軸アクチュエータをを位置制御モードで制御して、各軸側接触子を前記計測した接触位置にて固定し、前記翼側Ｘ軸アクチュエータ、翼側Ｙ軸アクチュエータ及び翼側Ｌ軸アクチュエータをを力制御モードで制御して、各翼側接触子を前記翼車の開先円へ向けて移動させ、各翼側接触子が静止した位置を接触位置として計測し、その計測結果から前記翼車の開先円の半径を算出すると共に、前記翼側Ｘ軸アクチュエータ及び翼側Ｙ軸アクチュエータを位置制御モードで制御して、Ｘ軸の軸側接触子と翼側接触子との間の距離が、前記翼者の偏重心距離のＸ軸成分に半径差を加算した値となるようにＸ軸の翼側接触子の位置調整と、Ｙ軸の軸側接触子と翼側接触子との間の距離が、前記翼者の偏重心距離のＹ軸成分に半径差を加算した値となるようにＹ軸の翼側接触子の位置調整とを行った後、翼側Ｌ軸アクチュエータを力制御モードで制御して、Ｌ軸の翼側接触子を前記翼側開先円へ向けて移動させ、翼側接触子が静止した位置で翼側接触子を固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基準となる支持軸の位置決め精度（把持装置による支持軸の把持精度やワーク移動装置による装置原点に対する支持軸の位置決め精度）に影響されずに、支持軸と翼車との相対的な位置関係が正確に求まるため、支持軸に対する翼車の位置決め精度（支持軸の中心軸線上に翼車の重心点を位置決めする精度）を向上させることができ、その結果、アンバランス量の少ないタービンロータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る位置決め装置１の構成概略図であり、（ａ）は位置決め装置１の上面図、（ｂ）は位置決め装置１の側面図である。
【図２】翼車２０と支持軸３０とが一体的に接続（溶接）されてなるタービンロータの側面図（ａ）と、そのＡ−Ａ矢視断面図（ｂ）である。
【図３】位置決め装置１による翼車２０と支持軸３０の位置決め動作を時系列的に示した第１図である。
【図４】位置決め装置１による翼車２０と支持軸３０の位置決め動作を時系列的に示した第２図である。
【図５】支持軸３０の半径Ｒ１の算出手法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る位置決め装置１の構成概略図である。本位置決め装置１は、翼車２０と支持軸３０とを一体的に嵌合させた状態（溶接前の状態）で両者の位置決めを行う装置であり、ワークテーブル２、チャック３、軸側Ｘ軸アクチュエータ４、軸側Ｙ軸アクチュエータ５、軸側Ｌ軸アクチュエータ６、翼側Ｘ軸アクチュエータ７、翼側Ｙ軸アクチュエータ８、翼側Ｌ軸アクチュエータ９及び制御装置１０から構成されている。
なお、以下では、本位置決め装置１についての理解を容易とするために、位置決め対象物（ワーク）である翼車２０及び支持軸３０について先に説明する。
【００１６】
図２（ａ）は、翼車２０と支持軸３０とが一体的に接続（溶接）されてなるタービンロータの側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。周知のように、タービンロータとは、不図示の過給機の内部に設けられ、内燃機関から導かれる排気ガスの運動エネルギーを回転駆動力に変換するものである。
【００１７】
翼車２０は、内燃機関から導かれる排気ガスの流動によって高速回転（例えば、１０万ｒｐｍ以上）する回転翼である。この翼車２０は、ハブ２１と、翼部２２と、翼側開先円２３とを有している。翼車２０は、高温の排気ガスが流動する領域内で使用されるため、高耐熱性・高剛性の金属材料（例えばインコネル等）を用いて一体的に成形されている。その成形には精密鋳造等が用いられる。なお、図２では、翼車２０の重心点を符号Ｇで表している。
【００１８】
ハブ２１は、略円錐状に形成された部材であって、翼部２２のベースとなるものである。翼部２２は、ハブ２１の外周面で周方向に複数並んで配置されている。翼部２２は、排気ガスの流動を受けて、翼車２０を回転させるためのものである。翼側開先円２３は、ハブ２１の後端面における中央部に設けられ、支持軸３０との接続に用いられる箇所である。翼側開先円２３は、略円筒状に形成され、その中心軸が前後方向と平行する向きで設置されている。翼側開先円２３の後端面（すなわち支持軸３０側の端面）は、前後方向と直交する平面状に形成されている。また、翼側開先円２３には、嵌合凹部２４が形成されている。嵌合凹部２４は、支持軸３０側に向かって開口する背面視略円形の孔部となっている。
【００１９】
支持軸３０は、前後方向で延びる略丸棒状の軸部材であって、翼車２０と一体的に接続され、翼車２０を回転自在に支持するものである。この支持軸３０は、過給機の軸受ハウジング（図示せず）に回転自在に支持される。支持軸３０は、高剛性を備える一般的な金属材料（例えばクロムモリブデン鋼等）を用いて成形されている。その成形には一般的な塑性加工（鍛造、転造等）や機械加工（切削、研削等）が用いられる。支持軸３０には、軸側接続部３１と、嵌合凸部３２と、雄ネジ部３３とが形成されている。なお、図２では、支持軸３０の中心軸線を符号Ｃで表している。
【００２０】
軸側接続部３１は、支持軸３０の前端側に設けられ、翼車２０との接続に用いられる箇所である。また、軸側接続部３１の前端面（すなわち翼車２０側の端面）は、前後方向と直交する平面状に形成されている。軸側接続部３１の前端面には翼側開先円２３の後端面が当接しており、両部材の当接部は溶接により一体的に接続された溶接部Ｗとなっている。すなわち、溶接部Ｗにおいて、翼車２０と支持軸３０とが一体的に接続されている。
【００２１】
嵌合凸部３２は、軸側接続部３１の前端側に設けられ、翼車２０に向かって突出している。嵌合凸部３２は、略円柱状に形成され、翼車２０の嵌合凹部２４内に挿入される。嵌合凸部３２の外径は、嵌合凹部２４の内径よりも小さく設定されている。つまり、嵌合凸部３２を嵌合凹部２４に挿入させた状態（翼車２０と支持軸３０を嵌合させた状態）では、支持軸３０の中心軸線Ｃと直交する方向への翼車２０の微小移動が許容されている。雄ネジ部３３は、支持軸３０の後端側に設けられ、空気を圧縮するために用いられる不図示のコンプレッサインペラを接続するために用いられるものである。
【００２２】
図２では、支持軸３０の中心軸線Ｃ上に翼車２０の重心点Ｇが位置している理想的なタービンロータを図示しているが、実際には、前述のように、基準となる支持軸３０の位置決め精度（チャックによる把持精度等）が低い場合には、支持軸３０に対する翼車２０の位置決め精度（支持軸３０の中心軸線Ｃ上に翼車２０の重心点Ｇを位置決めする精度）が低下するため、中心軸線Ｃと重心点Ｇとの位置ズレが生じ、タービンロータのアンバランス量が増大する虞があった。
【００２３】
以下では、上述した翼車２０及び支持軸３０の構成を前提として、本位置決め装置１について図１を参照しながら説明する。図１（ａ）は、本位置決め装置１の上面図であり、図１（ｂ）は、本位置決め装置１の側面図である。この図１では、装置構成の理解を容易とするために、各部材の大きさを意図的に実際の部材の大きさと異ならせて表示している。
【００２４】
また、以下では、図中に示すＸＹＺ直交座標系を参照しながら各部材の位置関係を説明する。ここでは、ＸＹ平面が水平面と平行な基準面として設定され、Ｚ軸がＸＹ平面に直交して鉛直方向に延びる座標軸として設定されている。また、図１（ａ）に示すように、Ｘ軸とＹ軸との交点を装置原点Ｏとし、この装置原点Ｏを中心としてＸ軸から時計回りに（Ｙ軸側の反対側に）１３５°回転した方向に延びる座標軸をＬ軸とする。
【００２５】
本位置決め装置１において、ワークテーブル２は、基準面（ＸＹ平面）に対して平行となるように設置された円板状の回転テーブルである。このワークテーブル２は、制御装置１０による制御の下、不図示のモータ等からなる回転駆動機構によって回転駆動される。チャック３は、ワークテーブル２の上面に設置されたワーク把持装置であり、翼車２０と支持軸３０とが一体的に嵌合された状態（嵌合凸部３２が嵌合凹部２４に挿入された状態）で、支持軸３０をその中心軸線Ｃが基準面に対して垂直となるように（言い換えれば、中心軸線ＣがＺ軸と平行となるように）把持する。
【００２６】
図１（ａ）中の符号Ｍは、ワークテーブル２が回転した時のＸＹ平面内における支持軸３０の中心軸線Ｃの移動軌跡を示している。このように、ワークテーブル２と不図示の回転駆動機構は、支持軸３０の中心軸線Ｃが基準面に設定された装置原点Ｏを通過するようにチャック３を移動させるワーク移動装置として機能する。なお、図１（ｂ）は、ワークテーブル２の回転によって、支持軸３０の中心軸線Ｃが装置原点Ｏに位置決めされた状態を示している。
【００２７】
軸側Ｘ軸アクチュエータ４は、制御装置１０による制御の下、支持軸３０に接触する軸側接触子４ａをＸ軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
軸側Ｙ軸アクチュエータ５、制御装置１０による制御の下、支持軸３０に接触する軸側接触子５ａをＹ軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
軸側Ｌ軸アクチュエータ６は、制御装置１０による制御の下、支持軸３０に接触する軸側接触子６ａをＬ軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
【００２８】
翼側Ｘ軸アクチュエータ７は、制御装置１０による制御の下、翼車２０の翼側開先円２３に接触する翼側接触子７ａをＸ軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
翼側Ｙ軸アクチュエータ８は、制御装置１０による制御の下、翼車２０の翼側開先円２３に接触する翼側接触子８ａをＹ軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
翼側Ｌ軸アクチュエータ９は、制御装置１０による制御の下、翼車２０の翼側開先円２３に接触する翼側接触子９ａをＬ軸に沿って移動させる直動アクチュエータである。
【００２９】
軸側Ｘ軸アクチュエータ４と翼側Ｘ軸アクチュエータ７は、同一構造のアクチュエータであり、Ｚ軸方向に対して重なり合うように配置されている。同じく、軸側Ｙ軸アクチュエータ５と翼側Ｙ軸アクチュエータ８も、同一構造のアクチュエータであり、Ｚ軸方向に対して重なり合うように配置されている。また、軸側Ｌ軸アクチュエータ６と翼側Ｌ軸アクチュエータ９も、同一構造のアクチュエータであり、Ｚ軸方向に対して重なり合うように配置されている。
これらのアクチュエータ４〜９は、基準面内の装置原点Ｏで交わる３つの座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｌ軸）に沿って、支持軸３０に接触する軸側接触子４ａ、５ａ、６ａ及び翼車２０の翼側開先円２３に接触する翼側接触子７ａ、８ａ、９ａを移動させるアクチュエータとして機能する。
【００３０】
制御装置１０は、ワークテーブル２（詳細には回転駆動機構）を回転制御して、支持軸３０の中心軸線Ｃが装置原点Ｏと一致するようにチャック３を移動させた後、各アクチュエータ４〜９を制御して、支持軸３０と各軸側接触子４ａ、５ａ、６ａとの接触位置と、翼車２０の翼側開先円２３と各翼側接触子７ａ、８ａ、９ａとの接触位置とを計測し、その計測結果に基づいて支持軸３０の中心軸線Ｃ上に翼車２０の重心点Ｇが位置するように翼車２０の位置決めを行うものである。
【００３１】
次に、上記のように構成された本位置決め装置１による翼車２０と支持軸３０の位置決め動作について図３及び図４を参照しながら詳細に説明する。
まず、翼車２０と支持軸３０とを一体的に嵌合させた状態で、支持軸３０をその中心軸線Ｃが基準面に対して垂直となるように（中心軸線ＣがＺ座標軸と平行となるように）チャック３に把持させた後、不図示の操作盤を操作して制御装置１０に対して位置決め動作開始を指示すると、制御装置１０は、図３（ａ）に示すように、ワークテーブル２を回転させて支持軸３０の中心軸線Ｃが装置原点Ｏと一致するようにチャック３を移動させる。
【００３２】
ここで、ワークテーブル２の位置決め誤差やチャック３による支持軸３０の把持誤差（チャック誤差）等によって、支持軸３０の中心軸線Ｃと装置原点Ｏとが完全に一致しない。図３（ａ）中の実線は、ワークテーブル２の位置決め誤差やチャック誤差を含む支持軸３０の現在位置を示し、点線は支持軸３０の理想的な位置（中心軸線Ｃが装置原点Ｏと一致する位置）を示している。
【００３３】
そして、制御装置１０は、図３（ｂ）に示すように、軸側Ｘ軸アクチュエータ４、軸側Ｙ軸アクチュエータ５及び軸側Ｌ軸アクチュエータ６を力制御モードで制御して、各軸側接触子４ａ、５ａ、６ａを支持軸３０へ向けて最小力で移動させ、各軸側接触子４ａ、５ａ、６ａが静止した位置（各軸側接触子４ａ、５ａ、６ａの先端面が支持軸３０に接触した位置）をそれぞれ軸側接触位置ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＬ１として計測し、その計測結果を内部メモリに記録する。
【００３４】
そして、制御装置１０は、上記のように内部メモリに記録した各軸側接触位置ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＬ１の計測結果から支持軸３０の半径Ｒ１を算出する。以下、図４を参照しながら、各軸側接触位置ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＬ１から支持軸３０の半径Ｒ１を算出する手法について説明する。図４において、符号ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＬ１は、上記の軸側接触位置を示し、符号ＴＸ０、ＴＹ０、ＴＬ０は、各軸側接触子４ａ、５ａ、６ａの先端面の初期位置を示している。
【００３５】
また、符号Ｘ０は、装置原点Ｏから軸側接触子４ａの初期位置ＴＸ０までのＸ軸方向の距離を示し、符号Ｘ１は、装置原点Ｏから軸側接触子４ａの軸側接触位置ＴＸ１までのＸ軸方向の距離を示し、符号Ｘｍは、軸側接触子４ａの初期位置ＴＸ０から軸側接触位置ＴＸ１までのＸ軸方向の距離を示している。
また、符号Ｙ０は、装置原点Ｏから軸側接触子５ａの初期位置ＴＹ０までのＹ軸方向の距離を示し、符号Ｙ１は、装置原点Ｏから軸側接触子５ａの軸側接触位置ＴＹ１までのＹ軸方向の距離を示し、符号Ｙｍは、軸側接触子５ａの初期位置ＴＹ０から軸側接触位置ＴＹ１までのＹ軸方向の距離を示している。
また、符号Ｌ０は、装置原点Ｏから軸側接触子６ａの初期位置ＴＬ０までのＬ軸方向の距離を示し、符号Ｌ１は、装置原点Ｏから軸側接触子６ａの軸側接触位置ＴＬ１までのＬ軸方向の距離を示し、符号Ｌｍは、軸側接触子６ａの初期位置ＴＬ０から軸側接触位置ＴＬ１までのＬ軸方向の距離を示している。
【００３６】
ここで、Ｘ１＝Ｘ０−Ｘｍ、Ｙ１＝Ｙ０−Ｙｍ、Ｌ１＝Ｌ０−Ｌｍの関係式が成立し、Ｘ０、Ｙ０及びＬ０は既知の値であり、Ｘｍ、Ｙｍ及びＬｍは軸側接触位置ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＬ１の計測結果から求まる値であるので、結果的に、Ｘ１、Ｙ１、Ｌ１は数値演算によって求めることができる。
【００３７】
また、図４中の符号Ｄで示される直線の長さは、Ｘ１、Ｙ１、Ｌ１を用いて下記（１）式で表される。この下記（１）式において、Ｘ２はＬ１のＸ軸成分（＝Ｌ１／√２）であり、Ｙ２はＬ１のＹ軸成分（＝Ｌ１／√２）である。
Ｄ＝Ｘ１＋Ｙ１＋Ｘ２＋Ｙ２
＝Ｘ１＋Ｙ２＋（Ｌ１／√２）＋（Ｌ１／√２）
＝Ｘ１＋Ｙ２＋Ｌ１√２ ・・・（１）
【００３８】
また、符号Ｅで示される直線の長さは、Ｄを用いると下記（２）式で表され、支持軸３０の半径Ｒ１を用いると下記（３）式で表される。従って、支持軸３０の半径Ｒ１は、（２）（３）式から最終的に下記（４）式で表される。
Ｅ＝Ｄ／√２ ・・・（２） Ｅ＝√２・Ｒ＋Ｒ ・・・（３）
Ｒ１＝Ｄ／√２＋２＝Ｄ／３．４１４２ ・・・（４）
つまり、制御装置１０は、軸側接触位置ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＬ１の計測結果から算出したＸ１、Ｙ１、Ｌ１を上記（１）式に代入してＤを求め、さらに、このＤを上記（４）式に代入することにより、支持軸３０の半径Ｒ１を算出する。
【００３９】
制御装置１０は、上記のように支持軸３０の半径Ｒ１を算出して、その算出結果を内部メモリに記録した後、軸側Ｘ軸アクチュエータ４、軸側Ｙ軸アクチュエータ５及び軸側Ｌ軸アクチュエータ６を位置制御モードで制御して、各軸側接触子４ａ、５ａ、６ａを軸側接触位置ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＬ１にて固定する。これにより、支持軸３０は現在位置にて完全に固定される。
【００４０】
続いて、制御装置１０は、図３（ｃ）に示すように、翼側Ｘ軸アクチュエータ７、翼側Ｙ軸アクチュエータ８及び翼側Ｌ軸アクチュエータ９を力制御モードで制御して、各翼側接触子７ａ、８ａ、９ａを翼車２０の翼側開先円２３へ向けて最小力で移動させ、各翼側接触子７ａ、８ａ、９ａが静止した位置（各翼側接触子７ａ、８ａ、９ａの先端面が翼側開先円２３に接触した位置）をそれぞれ翼側接触位置として計測し、その計測結果を内部メモリに記録する。
【００４１】
そして、制御装置１０は、上記のように内部メモリに記録した各翼側接触位置の計測結果から翼側開先円２３の半径Ｒ２を算出し、その算出結果を内部メモリに記録する。なお、翼側開先円２３の半径Ｒ２の算出方法は、支持軸３０の半径Ｒ１の算出方法と同じであるため、詳細な説明については省略する。
また、前述のように、支持軸３０の嵌合凸部３２を翼車２０の嵌合凹部２４に挿入させた状態（翼車２０と支持軸３０を嵌合させた状態）では、支持軸３０の中心軸線Ｃと直交する方向への翼車２０の微小移動が許容されているため、図３（ｃ）に示すように、翼側開先円２３の現在位置には翼車２０と支持軸３０との嵌合誤差が含まれている。言い換えれば、この時点での、翼側開先円２３の中心位置と支持軸３０の中心軸線Ｃとの間には位置ズレが生じている。
【００４２】
そして、制御装置１０は、内部メモリから翼側開先円２３の半径Ｒ２と支持軸３０の半径Ｒ１とを読み出して、これら半径Ｒ２とＲ１の差分（半径差ΔＲ）を算出し、さらに、内部メモリから翼車２０の偏重心距離（翼車２０の回転中心から重心点Ｇまでの距離）のＸ軸成分ＧＸとＹ軸成分ＧＹを読み出す。なお、これら偏重心距離のＸ軸成分ＧＸとＹ軸成分ＧＹは、事前に翼車２０について計測されていた値である。
【００４３】
そして、制御装置１０は、図３（ｄ）に示すように、翼側Ｘ軸アクチュエータ７及び翼側Ｙ軸アクチュエータ８を位置制御モードで制御して、軸側接触子４ａと翼側接触子７ａとの間の距離が、偏重心距離のＸ軸成分ＧＸに半径差ΔＲを加算した値となるように翼側接触子７ａの位置調整を行うと共に、軸側接触子５ａと翼側接触子８ａとの間の距離が、偏重心距離のＹ軸成分ＧＹに半径差ΔＲを加算した値となるように翼側接触子８ａの位置調整を行う。
【００４４】
制御装置１０は、上記のように翼側接触子７ａ、８ａの位置調整を行った後、翼側Ｌ軸アクチュエータ９を力制御モードで制御して、翼側接触子９ａを翼車２０の翼側開先円２３へ向けて最小力で移動させ、翼側接触子９ａが静止した位置で翼側接触子９ａを固定する。これにより、図３（ｄ）に示すように、支持軸３０の中心軸線Ｃ上に翼車２０の重心点Ｇが位置するように翼車２０の位置決めが完了する。
【００４５】
以上のような本実施形態によれば、基準となる支持軸３０の位置決め精度（チャック３による支持軸３０の把持精度やワークテーブル２による装置原点Ｏに対する支持軸３０の位置決め精度）に影響されずに、支持軸３０と翼車２０との相対的な位置関係が正確に求まるため、支持軸３０に対する翼車２０の位置決め精度（支持軸３０の中心軸線Ｃ上に翼車２０の重心点Ｇを位置決めする精度）を向上させることができ、その結果、アンバランス量の少ないタービンロータを得ることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…位置決め装置、２…ワークテーブル、３…チャック、４…軸側Ｘ軸アクチュエータ、５…軸側Ｙ軸アクチュエータ、６…軸側Ｌ軸アクチュエータ、７…翼側Ｘ軸アクチュエータ、８…翼側Ｙ軸アクチュエータ、９…翼側Ｌ軸アクチュエータ、１０…制御装置、２０…翼車、３０…支持軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に嵌合凸部を有する支持軸と、前記嵌合凸部が挿入される嵌合凹部が形成された円筒状の開先円を有する翼車とが一体的に嵌合された状態で両者の位置決めを行う位置決め装置であって、
前記支持軸をその中心軸線が基準面に対して垂直となるように把持する把持装置と、
前記支持軸の中心軸線が前記基準面に設定された装置原点を通過するように前記把持装置を移動させるワーク移動装置と、
前記基準面内の装置原点で交わる３つの座標軸に沿って、前記支持軸に接触する軸側接触子及び前記翼車の開先円に接触する翼側接触子を移動させるアクチュエータと、
前記ワーク移動装置を制御して前記支持軸の中心軸線が前記装置原点と一致するように前記把持装置を移動させた後、前記アクチュエータを制御して前記支持軸と各軸側接触子との接触位置と、前記翼車の開先円と各翼側接触子との接触位置とを計測し、その計測結果に基づいて前記支持軸の中心軸線上に前記翼車の重心点が位置するように前記翼車の位置決めを行う制御装置と、
を備えることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記アクチュエータを制御して、前記支持軸と各軸側接触子との接触位置の計測結果を基に前記支持軸の半径を算出すると共に、前記翼車の開先円と各翼側接触子との接触位置の計測結果を基に前記翼車の開先円の半径を算出し、各半径の算出結果及び事前に計測していた前記翼車の偏重心距離に基づいて、前記支持軸の中心軸線上に前記翼車の重心点が位置するように前記翼車の位置決めを行うことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記３つの座標軸として、前記装置原点で直交するＸ軸及びＹ軸と、前記装置原点を中心としてＸ軸からＹ軸側の反対側へ１３５°回転した方向に延びるＬ軸とが設定され、
前記アクチュエータは、
前記Ｘ軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側Ｘ軸アクチュエータと、
前記Ｙ軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側Ｙ軸アクチュエータと、
前記Ｌ軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側Ｌ軸アクチュエータと、
前記Ｘ軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側Ｘ軸アクチュエータと、
前記Ｙ軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側Ｙ軸アクチュエータと、
前記Ｌ軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側Ｌ軸アクチュエータとを備え、
前記制御装置は、
前記軸側Ｘ軸アクチュエータ、軸側Ｙ軸アクチュエータ及び軸側Ｌ軸アクチュエータを力制御モードで制御して、各軸側接触子を前記支持軸へ向けて移動させ、各軸側接触子が静止した位置を接触位置として計測し、その計測結果から前記支持軸の半径を算出すると共に、前記軸側Ｘ軸アクチュエータ、軸側Ｙ軸アクチュエータ及び軸側Ｌ軸アクチュエータをを位置制御モードで制御して、各軸側接触子を前記計測した接触位置にて固定し、
前記翼側Ｘ軸アクチュエータ、翼側Ｙ軸アクチュエータ及び翼側Ｌ軸アクチュエータをを力制御モードで制御して、各翼側接触子を前記翼車の開先円へ向けて移動させ、各翼側接触子が静止した位置を接触位置として計測し、その計測結果から前記翼車の開先円の半径を算出すると共に、前記翼側Ｘ軸アクチュエータ及び翼側Ｙ軸アクチュエータを位置制御モードで制御して、Ｘ軸の軸側接触子と翼側接触子との間の距離が、前記翼者の偏重心距離のＸ軸成分に半径差を加算した値となるようにＸ軸の翼側接触子の位置調整と、Ｙ軸の軸側接触子と翼側接触子との間の距離が、前記翼者の偏重心距離のＹ軸成分に半径差を加算した値となるようにＹ軸の翼側接触子の位置調整とを行った後、翼側Ｌ軸アクチュエータを力制御モードで制御して、Ｌ軸の翼側接触子を前記翼側開先円へ向けて移動させ、翼側接触子が静止した位置で翼側接触子を固定する
ことを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
【請求項１】
一端に嵌合凸部を有する支持軸と、前記嵌合凸部が挿入される嵌合凹部が形成された円筒状の開先円を有する翼車とが一体的に嵌合された状態で両者の位置決めを行う位置決め装置であって、
前記支持軸をその中心軸線が基準面に対して垂直となるように把持する把持装置と、
前記支持軸の中心軸線が前記基準面に設定された装置原点を通過するように前記把持装置を移動させるワーク移動装置と、
前記基準面内の装置原点で交わる３つの座標軸に沿って、前記支持軸に接触する軸側接触子及び前記翼車の開先円に接触する翼側接触子を移動させるアクチュエータと、
前記ワーク移動装置を制御して前記支持軸の中心軸線が前記装置原点と一致するように前記把持装置を移動させた後、前記アクチュエータを制御して前記支持軸と各軸側接触子との接触位置と、前記翼車の開先円と各翼側接触子との接触位置とを計測し、その計測結果に基づいて前記支持軸の中心軸線上に前記翼車の重心点が位置するように前記翼車の位置決めを行う制御装置と、
を備えることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記アクチュエータを制御して、前記支持軸と各軸側接触子との接触位置の計測結果を基に前記支持軸の半径を算出すると共に、前記翼車の開先円と各翼側接触子との接触位置の計測結果を基に前記翼車の開先円の半径を算出し、各半径の算出結果及び事前に計測していた前記翼車の偏重心距離に基づいて、前記支持軸の中心軸線上に前記翼車の重心点が位置するように前記翼車の位置決めを行うことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記３つの座標軸として、前記装置原点で直交するＸ軸及びＹ軸と、前記装置原点を中心としてＸ軸からＹ軸側の反対側へ１３５°回転した方向に延びるＬ軸とが設定され、
前記アクチュエータは、
前記Ｘ軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側Ｘ軸アクチュエータと、
前記Ｙ軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側Ｙ軸アクチュエータと、
前記Ｌ軸に沿って軸側接触子を移動させる軸側Ｌ軸アクチュエータと、
前記Ｘ軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側Ｘ軸アクチュエータと、
前記Ｙ軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側Ｙ軸アクチュエータと、
前記Ｌ軸に沿って翼側接触子を移動させる翼側Ｌ軸アクチュエータとを備え、
前記制御装置は、
前記軸側Ｘ軸アクチュエータ、軸側Ｙ軸アクチュエータ及び軸側Ｌ軸アクチュエータを力制御モードで制御して、各軸側接触子を前記支持軸へ向けて移動させ、各軸側接触子が静止した位置を接触位置として計測し、その計測結果から前記支持軸の半径を算出すると共に、前記軸側Ｘ軸アクチュエータ、軸側Ｙ軸アクチュエータ及び軸側Ｌ軸アクチュエータをを位置制御モードで制御して、各軸側接触子を前記計測した接触位置にて固定し、
前記翼側Ｘ軸アクチュエータ、翼側Ｙ軸アクチュエータ及び翼側Ｌ軸アクチュエータをを力制御モードで制御して、各翼側接触子を前記翼車の開先円へ向けて移動させ、各翼側接触子が静止した位置を接触位置として計測し、その計測結果から前記翼車の開先円の半径を算出すると共に、前記翼側Ｘ軸アクチュエータ及び翼側Ｙ軸アクチュエータを位置制御モードで制御して、Ｘ軸の軸側接触子と翼側接触子との間の距離が、前記翼者の偏重心距離のＸ軸成分に半径差を加算した値となるようにＸ軸の翼側接触子の位置調整と、Ｙ軸の軸側接触子と翼側接触子との間の距離が、前記翼者の偏重心距離のＹ軸成分に半径差を加算した値となるようにＹ軸の翼側接触子の位置調整とを行った後、翼側Ｌ軸アクチュエータを力制御モードで制御して、Ｌ軸の翼側接触子を前記翼側開先円へ向けて移動させ、翼側接触子が静止した位置で翼側接触子を固定する
ことを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２４２０（Ｐ２０１３−２４２０Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３７３８２（Ｐ２０１１−１３７３８２）
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]