特許 6410059 高速回転機械の振動計測装置、及び振動計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6410059

(24)【登録日】2018年10月5日

(45)【発行日】2018年10月24日

(54)【発明の名称】高速回転機械の振動計測装置、及び振動計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 1/16 20060101AFI20181015BHJP

【ＦＩ】

   G01M1/16

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-528967(P2016-528967)

(86)(22)【出願日】2014年6月27日

(86)【国際出願番号】JP2014067261

(87)【国際公開番号】WO2015198487

(87)【国際公開日】20151230

【審査請求日】2016年12月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】316015888

【氏名又は名称】三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(72)【発明者】

【氏名】井上 智晃

(72)【発明者】

【氏名】山下 勝也

(72)【発明者】

【氏名】川下 倫平

(72)【発明者】

【氏名】中川 大志

(72)【発明者】

【氏名】清家 斉顕

(72)【発明者】

【氏名】林 慎之

(72)【発明者】

【氏名】森 英夫

【審査官】 田中 秀直

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０９０２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２０１８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０２８４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００６０４３４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ １／００−１／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線回りに回転するロータ、及び該ロータを回転可能に支持するカートリッジ本体を有するカートリッジを回転機械とし、回転数が可変とされた前記回転機械のバランス振動を計測するための高速回転機械の振動計測装置であって、
剛に固定された支持構造物と、
前記回転機械の振動を検出する振動検出部と、
前記カートリッジ本体を前記支持構造物に対して弾性支持するとともに、前記ロータの回転中において前記弾性支持によるばね定数が可変とされた弾性支持部と、
を備える高速回転機械の振動計測装置。

【請求項2】

前記回転機械を前記支持構造物に対して減衰を与える減衰装置が設けられた請求項１に記載の高速回転機械の振動計測装置。

【請求項3】

前記弾性支持部は、前記回転機械を機械的又は電気的に支持するクランプに設けられている請求項１又は２に記載の高速回転機械の振動計測装置。

【請求項4】

前記振動検出部は、前記クランプに設けられている請求項３に記載の高速回転機械の振動計測装置。

【請求項5】

軸線回りに回転するロータ、及び該ロータを回転可能に支持するカートリッジ本体を有するカートリッジを回転機械とし、回転数が可変とされた前記回転機械のバランス振動を計測するための振動計測方法であって、
前記カートリッジ本体を、剛に固定された支持構造物に対して、ばね定数が可変とされた弾性支持部を介して弾性支持させる工程と、
前記回転機械の前記ロータに軸線回りの回転を付与する工程と、
前記ロータの回転中において前記弾性支持部のばね定数を変更する工程と、
前記回転機械の振動を検出する工程と、
を有する振動計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高速回転機械の振動計測装置、及び振動計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車等のエンジンに搭載されるターボチャージャとして、例えば特許文献１に記載されるような、エンジンからの排気を動力源として回転する回転体を有し、この回転体のアンバランスを修正するためのアンバランス修正方法が知られている。

【0003】

ここで、図８には、一般的なターボチャージャ１００を示している。
ターボチャージャ１００は、回転体１０１の回転（具体的には、回転体１０１に含まれるコンプレッサホイール１０２の回転）により、エンジンに供給される吸気を圧縮して過給することで、エンジンの出力を向上させ、タービン１０３の効率を向上させるものである。そして、前記回転体１０１は、過給に際して非常に高速で回転する。
このようなターボチャージャ１００では、回転体１０１に存在するアンバランスが大きいと、回転体１０１の回転に伴う振動が過大となり、回転体１０１を支持する部分等の振動やそれに伴う騒音等の不具合が生じるおそれがある。そのため、ターボチャージャ１００では、回転体１０１のバランスが非常に重要となっている。そこで、ターボチャージャ１００については、その製造過程において、例えば、回転体１０１に回転力が付与される構成で、ターボチャージャ１００を分解することなく、短時間で回転体のアンバランス状態を修正することが行われている。

【0004】

ここで、従来におけるターボチャージャのアンバランスの修正に際しては、エンジンからの排気に相当するエアが使用され、回転体が所定の回転数で回転されられる。回転体が回転している状態で、加速度ピックアップにより振動加速度が検出され、位相検出器により回転体の回転角が検出される。これらの検出された振動加速度及び回転角に基づいて、回転体のアンバランスの量及び位相に基づいて、回転体のバランスの調整（アンバランスの修正）が行われる。なお、バランスの調整は、回転体において、アンバランスに対応する部分が機械加工等によって切削されて除去されることにより行われる。

【0005】

例えば特許文献２には、高速回転機器を乗せた剛な架台をばねによって支持し、荷重計または振動計測計によって振動を計測する方法が記載されている。この場合、架台とばねによって固有値が１〜２つ設定されており、個々のワークのケーシングの個体差の影響を受けない画一的なバランス調整を可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−９６９３６号公報

【特許文献2】特開平６−０８２３２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来の振動計測装置では、ワークの支持剛性が予め決定されており、アンバランス振動に対する応答感度を積極的に変更することができない。そのため、幅広い速度域に対して精度良くアンバランス振動を計測することが困難であった。
また、大量の製品を流す生産ライン上においては、加速度センサを直接製品に取り付けることが困難であり、計測装置上のスクロールに取り付けられている。この場合、加速度センサにスクロールのモーダルマスが影響する。そして、スクロールによるカートリッジ本体の支持が線状（インロー淵の円周）であり、接触面積が小さいため振動伝播が弱くなっているため、スクロールによるカートリッジ本体の支持が片当たりとなる可能性があった。さらに、スクロールの両サイドからバランスベンチによって圧力を加えるため、防振ゴムが過度に硬くなる可能性があり、柔支持が維持できない可能性があった。
しかも、カートリッジ本体の支持が実運転時（エンジンに取り付けられた状態）の境界条件と異なることから、軸受反力が実運転状態を模しておらず、弾性バランスができていない。

【0008】

また、特許文献２に示す振動計測方法では、実運転状態における支持条件よりも固有値を低く設定した場合において、剛体モードのバランスは計測することが可能であるが、一方で実機で現れる弾性モードのバランスは、十分に計測することができない可能性がある。また、前記支持条件を実運転状態に合わせた場合には、弾性モードのバランスは計測することが可能であるが上記のような剛体モードのバランスを計測できない。

【0009】

本発明は、バランス振動計測の精度を向上させることができ、回転機械のアンバランスを低減することができる高速回転機械の振動計測装置、及び振動計測方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の第１の態様によれば、高速回転機械の振動計測装置は、軸線回りに回転するロータ、及び該ロータを回転可能に支持するカートリッジ本体を有するカートリッジを回転機械とし、回転数が可変とされた前記回転機械のバランス振動を計測するための高速回転機械の振動計測装置であって、剛に固定された支持構造物と、前記回転機械の振動を検出する振動検出部と、前記カートリッジ本体を前記支持構造物に対して弾性支持するとともに、前記ロータの回転中において前記弾性支持によるばね定数が可変とされた弾性支持部と、を備えることを特徴としている。

【0011】

本発明の第５の態様によれば、振動計測方法は、軸線回りに回転するロータ、及び該ロータを回転可能に支持するカートリッジ本体を有するカートリッジを回転機械とし、回転数が可変とされた前記回転機械のバランス振動を計測するための振動計測方法であって、前記カートリッジ本体を、剛に固定された支持構造物に対して、ばね定数が可変とされた弾性支持部を介して弾性支持させる工程と、前記回転機械の前記ロータに軸線回りの回転を付与する工程と、前記ロータの回転中において前記弾性支持部のばね定数を変更する工程と、前記回転機械の振動を検出する工程と、を有することを特徴としている。

【0012】

上記した高速回転機械の振動計測装置、及び振動計測方法によれば、剛に固定された支持構造物に対して回転機械を弾性支持部を介して弾性支持させた後、回転機械に軸線回りの回転を付与し、回転機械の振動を検出することで、回転数が可変とされた回転機械のバランス振動を計測することができる。
この場合には、回転機械が弾性支持部によって柔支持されており、その弾性支持部のばね定数が変更可能であるので、これによるＳ／Ｎ比を向上させることができ、ばね定数が機能しない低速回転時の剛体モードバランスの振動計測と、実機を想定した支持条件における高速回転時の弾性モードバランスの振動計測との両方を、同一の回転機械に対して同一の装置により連続して行うことができる。そのため、低速回転時及び高速回転時に応じたバランス調整が可能となり、バランス振動計測の精度を向上させることができ、回転機械のアンバランスを低減することができる。
これにより、剛体モードバランスのみで良い個体と、弾性モードバランスを考慮すべき個体の両方を同じ生産ライン上で計測することができるので、省設備となり生産性を高めることができる。

【0013】

本発明の第２の態様によれば、高速回転機械の振動計測装置は、前記回転機械を前記支持構造物に対して減衰を与える減衰装置が設けられていてもよい。

【0014】

この場合には、減衰特性を変更することができ、高速回転時の弾性モードバランス計測における弾性モードに加えて減衰機能をもたせることができる。

【0015】

本発明の第３の態様によれば、高速回転機械の振動計測装置は、前記弾性支持部は、前記回転機械を機械的又は電気的に支持するクランプに設けられていてもよい。

【0016】

この場合には、回転機械がクランプによって機械的又は電気的に剛に支持されているので、回転機械と振動検出部との間の剛性を高めることができ、回転機械の振動をより良く振動検出部へ伝達させることが可能となる。
また、回転機械以外の振動ノイズを低減させ、計測値のＳ／Ｎ比を向上させることができ、実車に載せた場合の静粛性を省設備にて行うことができる。

【0017】

本発明の第４の態様によれば、前記した高速回転機械の振動計測装置において、前記振動検出部は、前記クランプに設けられていてもよい。

【0018】

この場合には、加速度センサ等の振動検出部が回転機械を剛に支持するクランプに取り付けられるので、回転機械がスクロールによって線状に支持される場合に比べて、回転機械の振動を精度よく測定することができる。

【発明の効果】

【0019】

上述した高速回転機械の振動計測装置、及び振動計測方法によれば、低速回転時と高速回転時のバランス振動計測を同一の振動計測装置により行うことができるうえ、振動計測の精度を向上させることができ、回転機械のアンバランスを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施の形態による振動計測装置の構成を示す模式図である。

【図2】動剛性と回転数の関係を示す図である。

【図3】第１実施例による振動計測装置の構成を示す模式図である。

【図4】第２実施例による振動計測装置の構成を示す模式図である。

【図5】第３実施例による振動計測装置の構成を示す模式図である。

【図6】第３実施例の変形例による振動計測装置の構成を示す模式図である。

【図7】第４実施例による振動計測装置の構成を示す模式図である。

【図8】従来のターボチャージャの構成を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施の形態による高速回転機械の振動計測装置、及び振動計測方法について、図面に基づいて説明する。

【0022】

図１に示すように、本実施の形態の振動計測装置１は、ターボチャージャ等の高速回転機械の生産時において、ロータを備えた回転機械であるカートリッジ１０を取り出してバランスを調整する装置である。

【0023】

カートリッジ１０は、軸線Ｏ回りに回転するロータ１１、１２と、ロータ１１、１２を軸受（図示省略）を介して回転可能に支持するカートリッジ本体１３と、を備えている。カートリッジ１０のうちロータ１１、１２が回転部分であり、この回転部分の回転数が本実施の形態の振動計測装置１において可変となるように支持されている。このカートリッジ１０は、ロータ１１、１２、及びカートリッジ本体１３が組み立てられた状態で振動計測装置１に装着される。

【0024】

振動計測装置１は、剛に固定された支持構造物２と、カートリッジ１０の振動を検出する加速度センサ３（振動検出部）と、カートリッジ１０を支持構造物２に対して弾性支持するとともに、弾性支持のばね定数が可変とされた弾性支持部Ｋと、カートリッジ１０を支持構造物２に対して減衰を与える減衰装置Ｄと、を備えている。また、弾性支持部Ｋには、ばね定数を可変可能とするばね定数可変機構６を備えている。

【0025】

ここで、図１はカートリッジ１０に対して弾性支持する弾性支持部Ｋと減衰を与える減衰装置Ｄを模式的に示したモデル図である。

【0026】

カートリッジ１０は、カートリッジ本体１３のインロー淵をなす周縁部１３ａにゴム材のスクロール７によって線状に、かつ絶縁状態で支持されるとともに、カートリッジ本体１３の下端部１３ｂがクランプ８によって機械的又は電気的に剛支持されている。クランプ８は、ウレタン等の材料からなり、カートリッジ本体１３を下方から支持している。

【0027】

支持構造物２は、例えば生産ラインの床上に固定される基盤などである。支持構造物２には、ばね定数可変機構６を備えた弾性支持部Ｋが設けられ、この弾性支持部Ｋによってカートリッジ１０のカートリッジ本体１３が弾性的に支持されている。

【0028】

加速度センサ３は、回転時のカートリッジ１０の振動の検出に使用され、コニカルモード、すなわち軸の平行移動以外の振動成分を計測するものである。
弾性支持部Ｋは、支持構造物２に対して、クランプ８を介してカートリッジ１０を支持して微小な振動を許容する。
減衰装置Ｄは、支持構造物２と弾性支持部Ｋとの間に設けられている。

【0029】

ばね定数可変機構６は、支持構造物２に設けられ、弾性支持部Ｋのばね定数、及び支持剛性を変更するものである。

【0030】

次に、上述した構成の振動計測装置１の作用について、図１に基づいて具体的に説明する。
本実施の形態では、剛に固定された支持構造物２に対してカートリッジ１０を弾性支持部Ｋを介して弾性支持させた後、カートリッジ１０に軸線回りの回転を付与し、カートリッジ１０の振動を検出することで、回転数が可変とされたカートリッジ１０のバランス振動を計測することができる。
この場合には、カートリッジ１０が弾性支持部Ｋによって柔支持されており、ばね定数可変機構６によって、弾性特性、すなわちばね定数が変更可能である。この弾性特性を変えることでＳ／Ｎ比を向上させることができ、図２に示すように、ばね定数が機能しない柔支持（ばね定数ｋ０）により低速回転時の剛体モードバランスの振動計測と、実機を想定した環境条件（ばね定数ｋ１）における高速回転時の弾性モードバランスの振動計測と、の両方のばね定数の異なるバランス振動計測を、同一のカートリッジ１０に対して同一の振動計測装置１により連続して行うことができる。

【0031】

そのため、低速回転時及び高速回転時に応じたバランス調整が可能となり、バランス振動計測の精度を向上させることができ、カートリッジ１０のアンバランスを低減することができる。
これにより、剛体モードバランスのみで良い個体（弾性モードの発生よりも低い回転数に定格がある場合）と、弾性モードバランスを考慮すべき個体（実車に載せた際の運転時に弾性モードが現れる仕様機種）の両方を同じ生産ライン上で計測することができるので、省設備となり生産性を高めることができる。

【0032】

また、本実施の形態では、カートリッジ１０を支持構造物２に対して減衰を与える減衰装置Ｄが設けられているので、減衰特性を変更することができ、高速回転時の弾性モードバランス計測における弾性モードに加えて減衰機能をもたせることができる。これにより、実車搭載時の振動特性をより詳細に再現できる。

【0033】

また、本実施の形態では、カートリッジ１０がクランプ８によって機械的又は電気的に剛に支持されているので、カートリッジ１０と加速度センサ３との間の剛性を高めることができ、カートリッジ１０の振動をより良く加速度センサ３へ伝達させることが可能となる。さらに、カートリッジ１０以外の振動ノイズを低減させ、計測値のＳ／Ｎ比を向上させることができ、実車に載せた場合の静粛性を省設備にて行うことができる利点がある。

【0034】

上述した本実施の形態による高速回転機械の振動計測装置、及び振動計測方法では、低速回転時と高速回転時のバランス振動計測を同一の振動計測装置１により行うことができるうえ、振動計測の精度を向上させることができ、カートリッジ１０のアンバランスを修正して低減することができる。

【0035】

次に、上述した実施の形態の高速回転機械の振動計測装置、及び振動計測方法による実施例について、添付図面に基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。

【0036】

（第１実施例）
図３に示すように、第１実施例による振動計測装置１Ａでは、カートリッジ１０において、クランプ８は、ウレタン等の材料からなり、支持構造物２上に固定されている板ばね４（弾性支持部）の上部に位置する介挿部４１を介してカートリッジ本体１３を下方から支持している。

【0037】

板ばね４は、支持構造物２に対して、クランプ８を介してカートリッジ１０を支持して微小な振動を許容するものであり、薄板状のばね本体４０と、ばね本体４０の平面中央部に立設される介挿部４１と、が一体的に設けられている。ばね本体４０のうち、介挿部４１の基端部分から側方に向けて張り出した部分がばね要素部４Ａとなる。
介挿部４１は、軸部４２と、軸部４２の上端部分から水平方向Ｘに張り出した突出部４３と、を有している。突出部４３の突出端側の下面には、加速度センサ３が固定されている。
２つの加速度センサ３は、回転時のカートリッジ１０の振動の検出に使用され、水平方向Ｘで軸部４２から距離が確保された位置となるので、コニカルモード、すなわち軸の平行移動以外の振動成分を計測することが可能となる。

【0038】

支持構造物２には、第１ばね定数可変機構６Ａを備えた板ばね４が設けられ、この板ばね４によってカートリッジ１０のカートリッジ本体１３が弾性支持されている。

【0039】

第１ばね定数可変機構６Ａは、上端部で板ばね４の左右両側のばね要素部４Ａを水平方向に摺動可能に支持する一対の支持柱６１、６１を備えている。支持柱６１は、それぞれ支持構造物２に対して、適宜な移動手段により水平方向Ｘ（図３で左右方向）に移動可能に設けられている。具体的には、支持構造物２上に案内レール２Ａが設けられ、その案内レール２Ａに一対の支持柱６１が案内される構成であって、それら支持柱６１を移動方向（水平方向Ｘ）の所定位置に設定可能な構成となっている。

【0040】

一対の支持柱６１の上端には、板ばね４を上下から転動可能に挟持する把持ローラ６２が設けられている。支持柱６１を移動させることで、板ばね４における把持位置（支持点Ｐ１、Ｐ２）を水平方向Ｘに沿って変位させることができる。つまり、ばね要素部４Ａにおいて、ばね弾性が機能する領域、すなわち左右の支持点Ｐ１、Ｐ２間のばねスパンＬを支持柱６１の移動により変更することが可能であり、これにより板ばね４のばね定数、及び支持剛性を変更することができる。ばねスパンＬが長い場合には、ばねのたわみが大きくなり剛性が低下するのでばね定数が小さくなる。一方、ばねスパンＬが短い場合には、ばねのたわみが小さくなり剛性が大きくなるのでばね定数が大きくなる。

【0041】

ダンパー５は、支持構造物２と板ばね４との間で、且つ一対の支持柱６１、６１同士の間に複数（２つ）設けられている。これら一対のダンパー５は、それぞれ板ばね４の下面４ａにおけるばね要素部４Ａを除いた部分であって、平面視でばね要素部４Ａの介挿部４１との境界位置４ｂ、４ｃに固定されている。

【0042】

このように構成される第１実施例による振動計測装置１Ａでは、剛に固定された支持構造物２に対してカートリッジ１０を板ばね４を介して弾性支持させた後、カートリッジ１０に軸線回りの回転を付与し、カートリッジ１０の振動を検出することで、回転数が可変とされたカートリッジ１０のバランス振動を計測することができる。
この場合には、カートリッジ１０が板ばね４によって柔支持されており、第１ばね定数可変機構６Ａの支持柱６１の移動によって、ばね要素部４Ａの支持点Ｐ１、Ｐ２を変えることにより、弾性特性、すなわち板ばね４のばね定数が変更可能である。この弾性特性を変えることで、上述の実施の形態と同様に、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、図２に示すように、ばね定数が機能しない柔支持（ばね定数ｋ０）により低速回転時の剛体モードバランスの振動計測と、実機を想定した環境条件（ばね定数ｋ１）における高速回転時の弾性モードバランスの振動計測と、の両方のばね定数の異なるバランス振動計測を、同一のカートリッジ１０に対して同一の振動計測装置１Ａにより連続して行うことができる。

【0043】

そのため、低速回転時及び高速回転時に応じたバランス調整が可能となり、バランス振動計測の精度を向上させることができ、カートリッジ１０のアンバランスを低減することができる。
これにより、剛体モードバランスのみで良い個体（弾性モードの発生よりも低い回転数に定格がある場合）と、弾性モードバランスを考慮すべき個体（実車に載せた際の運転時に弾性モードが現れる仕様機種）の両方を同じ生産ライン上で計測することができるので、省設備となり生産性を高めることができる。
したがって、第１実施例においても、低速回転時と高速回転時のバランス振動計測を同一の振動計測装置１Ａにより行うことができるうえ、振動計測の精度を向上させることができ、カートリッジ１０のアンバランスを低減することができる。

【0044】

なお、第１実施例では、減衰装置であるダンパー５を設けているが、このダンパーを省略してもよい。

【0045】

（第２実施例）
図４に示すように、第２実施例による高速回転機械の振動計測装置１Ｂは、非線形ばね９を使用し、この非線形ばね９の圧縮によってばね定数を変更する第２ばね定数可変機構６Ｂを備えている。ここで、カートリッジ１０、加速度センサ３、板ばね４、スクロール７、及びクランプ８は、上述した第１実施例と同じ構成であるので、ここでは詳しい説明を省略する。板ばね４に対する加速度センサ３の取り付け位置についても、第１実施例と同様の位置である。

【0046】

支持構造物２には、第２ばね定数可変機構６Ｂが設けられている。第２ばね定数可変機構６Ｂは、支持構造物２上に板ばね４の水平方向Ｘの外側に上下動可能に設けられた一対の支持柱６３、６３と、それら支持柱６３、６３間で上下動可能に設けられた台座２１と、支持柱６３と板ばね４との間、及び台座２１と板ばね４との間に設けられる非線形ばね９（９Ａ、９Ｂ）と、を備えている。なお、図４では、水平方向の移動手段を省略している。

【0047】

支持柱６３には、各上端から互いに対向する水平方向Ｘに向けて張り出す上側係止部６３ａが設けられている。上側係止部６３ａとばね要素部４Ａの上面４ｄとの間には、それら両者を付勢する第１非線形ばね９Ａが設けられている。
支持柱６３は、例えばスライド機構やジャッキ等の不図示の上下移動機構を備え、支持柱６３の上側係止部６３ａを所望の高さ位置に移動させて固定可能に構成されている。

【0048】

台座２１は、上端外周縁に形成される段差部の底面に下側係止部２１ａを有している。この下側係止部２１ａとばね要素部４Ａの下面４ａとの間には、それら両者を付勢する一対の第２非線形ばね９Ｂ、９Ｂ、及びそれら第２非線形ばね９Ａ、９Ｂよりも外側に一対のダンパー５、５（減衰装置）が設けられている。
台座２１は、例えばスライド機構やジャッキ等を用いた不図示の上下移動機構を備え、台座２１の下側係止部２１ａを所望の高さ位置に移動させて固定可能に構成されている。
なお、台座２１の上端面２１ｂは、ばね要素部４Ａの下面４ａに下側係止部２１ａの位置より上方に位置しており、第２非線形ばね９Ｂが完全に圧縮する前に、板ばね４の下面４ａに当接し、板ばね４及びクランプ８を介してカートリッジ１０を剛支持することも可能となっている。

【0049】

非線形ばね９Ａ、９Ｂとしては、たわみに対して、ばね定数が変化する周知の非線形ばねであって、例えば円錐コイルばね、不等ピッチコイルばね、テーパコイルばね等を採用することができる。

【0050】

第２実施例による振動計測装置１Ｂでは、板ばね４のばね特性を非線形ばねの圧縮によって実現し、ばね定数を変更することができる。例えば、非線形ばね９Ａ、９Ｂを圧縮することで、ばね板４の剛性を高くすることが可能である。

【0051】

なお、第２実施例では、減衰装置であるダンパー５を設けているが、このダンパーを省略してもよい。

【0052】

また、第２実施例では加速度センサ３を板ばね４に固定しているが、この位置に限定されることはなく、例えば加速度センサ３が回転機械を剛に支持するクランプ８に取り付けることも可能である。この場合には、回転機械がスクロールに線状に支持される場合に比べて、回転機械の振動を精度よく測定することができる。

【0053】

（第３実施例）
図５に示すように、第３実施例による高速回転機械の振動計測装置１Ｃは、電磁石２３を使用し、電磁ばね４４（弾性支持部）のばね特性（ばね定数）を電磁気的に変更する第３ばね定数可変機構６Ｃを備えた構成となっている。
電磁ばね４４は、周面に適宜数の金属板４４Ｃが貼着されたばね本体４４Ａと、ばね本体４４Ａの上端から水平方向の外側に向けて突出する張出し部４４Ｂと、を備えている。この張出し部４４Ｂの先端下面に加速度センサ３が設けられている。

【0054】

金属板４４Ｃに対向する位置には、複数の電磁石２３が配設されている。張出し部４４Ｂの下面４４ａには、張出し部４４Ｂの変位、速度、加速度を計測するための計測部２４を備えている。なお、金属板４４Ｃ、電磁石２３、計測部２４は、第３ばね定数可変機構６Ｃに相当する。

【0055】

第３実施例による振動計測装置１Ｃでは、計測部２４で測定した加速度、速度、変位等の測定値に応じて、復元力の大きさを予め決定しておき、電磁石２３で金属板４４Ｃに対する磁界を変えることで、ばね定数を変化させることができる。具体的には、磁場を高くすることでばね定数を高くし、磁場を小さくすることでばね定数が低下させることができる。また、電気によるため、特性変更を機敏に行うことができ、ばね定数の変化精度を高めることができる。

【0056】

また、振動検出部として加速度センサ３に限定されることはなく、例えば変位センサ等であってもよい。

【0057】

次に、上述した第３実施例の変形例について、図６に基づいて説明する。
図６に示す振動計測装置１Ｄの第４ばね定数可変機構６Ｄには、第１実施例の板ばね４（弾性支持部）において、そのばね本体４０のばね要素部４Ａの上方を覆う張出片６４ａを有する支持柱６４を設けている。張出片６４ａの下面には、ばね要素部４Ａに対向するコイル２５が貼着されている。ばね要素部４Ａの下方には、間隔をあけて電磁石２６が設けられている。

【0058】

本変形例による振動計測装置１Ｄの場合も、コイル２５に付与する電圧を変化させることで、ばね定数を変化させることができる。なお、図５に示す振動計測装置１Ｃでは、計測部２４を設けているが、本変形例ではこの計測部２４を省略した制御が可能である。

【0059】

（第４実施例）
図７に示す第４実施例による振動計測装置１Ｅは、空気ばね６５の流体圧を調整することでばね本体４５（弾性支持部）の減衰特性（ばね定数）を変化させる第５ばね定数可変機構６Ｅを設けた構成となっている。

【0060】

第５ばね定数可変機構６Ｅは、ばね本体４５の下端４５ａ、及び左右両側面４５ｂ、４５ｃのそれぞれに設けられた圧縮機能を有する空気ばね６５と、空気ばね６５のガス圧を調整可能に設けられたガス圧調整部６６と、を備えている。

【0061】

各空気ばね６５は、専用のガス圧調整部６６の管路６６Ａに接続されている。なお、図７では、ばね本体４５の下端４５ａに接続されるガス圧調整部６６のみが記載され、側面４５ｂ、４５ｃに接続されるガス圧調整部６６が省略されている。

【0062】

ガス圧調整部６６は、コンプレッサやボンベ等の流体供給部（図示省略）からガス（流体）が供給される管路６６Ａと、管路６６Ａの途中に設けられる蓄圧部６６Ｂと、蓄圧部６６Ｂの上流側の管路６６Ａに配置される調整弁６６Ｃと、蓄圧部６６Ｂと空気ばね６５間に設けられるオリフィス部６６Ｄと、を備えている。

【0063】

供給されるガスが圧縮性流体の場合には、蓄圧部６６Ｂとしてチャンバが用いられ、封入したガス圧を調整し、空気ばね６５による支持剛性を変化させることが可能である。
また、供給されるガスが非圧縮性流体の場合には、蓄圧部６６Ｂとしてアキュムレータを取り付けることで、空気ばね６５にばね特性を付与することができる。すなわち、アキュムレータの設定によって、ばね特性、流路損失の設定によって減衰特性を変化させることが可能である。
オリフィス部６６Ｄは、管路６６Ａ内での流路損失を変化させることにより、空気ばね６５の減衰特性を変更するものである。

【0064】

使用する流体として、電場を与えることで見かけの粘性を変化させることが可能なＥＲ流体（電気粘性流体）や、磁場を与えることで見かけの粘性を変化させることが可能なＭＲ流体（磁性粘性流体）を用いることで、電磁気的に減衰特性を変化させることも可能である。

【0065】

本第４実施例の高速回転機械の振動計測装置１Ｅでは、ガス圧調整部６６によって空気ばね６５のガス圧を調整することで、ばね本体４５の減衰特性を変えることが可能であり、ばね定数を変化させることができる。また、ターボチャージャの加速には圧縮空気が用いられており、その空気源を使用することが可能となり、簡便な機構となる利点がある。

【0066】

また、第４実施例において、伸縮装置として空気ばね６５を用いているが、これに代えて、例えば流体（エア、油）を封入したシリンダを採用してもよい。

【0067】

以上、本発明による高速回転機械の振動計測装置、及び振動計測方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本発明の高速回転機械の振動計測装置、及び振動計測方法によれば、低速回転時と高速回転時のバランス振動計測を同一の振動計測装置により行うことができるうえ、振動計測の精度を向上させることができ、回転機械のアンバランスを低減することができる。

【符号の説明】

【0069】

１、１Ａ〜１Ｅ 振動計測装置
２ 支持構造物
３ 加速度センサ（振動検出部）
４ 板ばね（弾性支持部）
４Ａ ばね要素部
５ ダンパー（減衰装置）
６、６Ａ〜６Ｅ ばね定数可変機構
７ スクロール
８ クランプ
９ 非線形ばね
１０ カートリッジ（回転機械）
１１、１２ ロータ
４４ 電磁ばね（弾性支持部）
４５ ばね本体（弾性支持部）
６５ 空気ばね
Ｄ 減衰装置
Ｋ 弾性支持部
Ｘ 水平方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】