JPH0544783A - レーザダイナミツクバランサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動的釣り合いを修正すべき部品に対して熱影
響による品質低下が発生しないようにする。 【構成】 加工台１に支持させた部品２を可変速モータ
６によって回転させ、回転位相検出プローブ８が出力し
た回転位相検出信号１０、不平衡検出プローブ７が出力
した不平衡部位検出信号９に基づき、制御回路１９によ
って可変速モータ６の回転速度を調整したうえ、エキシ
マパルスレーザ発振器２５から紫外線領域の波長を有す
るレーザ光２６を射出させる。レーザ光２６はレンズ１
７によって収束し、部品２の不平衡部位へレーザビーム
２７が照射され、不平衡部位の金属原子の結合がレーザ
ビーム２７の光子によって解離して飛散し、レーザビー
ム２７が照射された部分の金属が除去されて部品２の動
的釣り合いが修正される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザダイナミックバ
ランサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用ターボチャージャや航空機用エ
ンジン等回転型機械の回転部を構成する部品は、機械の
稼働時に高回転数で回転するので、回転部を構成する部
品の動的釣り合いが確実に保たれるようにして、前記部
品の動的不釣り合いによる破損を防止する必要がある。

【０００３】従来、回転型機械の製造時や開放修理時に
は、ダイナミックバランサにより回転部を構成する部品
を高速回転させて動的釣り合いを調べ、前記部品に動的
不釣り合いが生じているときには、部品の一部を削り取
って動的釣り合いの修正を行っているが、部品を削り取
る際には、ダイナミックバランサによる部品の回転を停
止させなければならないので、部品の動的釣り合いの修
正を短時間のうちに行うことができなかった。

【０００４】そこで近年、回転部を構成する部品を回転
させた状態で該部品の動的釣り合いを修正することが可
能なレーザダイナミックバランサが開発されている。

【０００５】以下、図４によってレーザダイナミックバ
ランサの構成の一例を説明する。

【０００６】１は動的釣り合いを修正すべき金属製の部
品２を回転させ得る加工台であり、該加工台１は前記部
品２を回転可能に支承する軸受３と、該軸受３を基台４
に対して支持する弾性部材５と、前記軸受３に支承した
部品２を回転させるための可変速モータ６とを有してい
る。

【０００７】７は前記軸受３に部品２を支承した際に、
該部品２の外周面に対向するように配置された不平衡検
出プローブ、８は部品２の外周面に対向するように不平
衡検出プローブ７に並設された回転位相検出プローブで
ある。

【０００８】前記不平衡検出プローブ７は、軸受３に支
承した部品２を可変速モータ６により回転させた際に、
部品２に不平衡部位（重量的に偏心している部位）があ
った場合、その不平衡部位を検出して不平衡部位検出信
号９を出力するようになっている。

【０００９】また、前記回転位相検出プローブ８は、可
変速モータ６によって回転する部品２の回転位相を検出
して回転位相検出信号１０を出力するようになってい
る。

【００１０】１１はＹＡＧレーザ発振器であり、該ＹＡ
Ｇレーザ発振器１１はレーザ電源１２により発光するフ
ラッシュランプ１３と、該フラッシュランプ１３によっ
て励起され、波長１．０６μｍ、パルス幅数１０μｓか
ら１ｍｓ程度の赤外線領域のレーザ光１５を発生させ得
るＹＡＧレーザロッド１４と、該ＹＡＧレーザロッド１
４より射出されたレーザ光１５を共振させ得る共振器ミ
ラー１６とを有している。

【００１１】１７は前記共振器ミラー１６により発生し
たレーザ光１５を収束させたうえ、レーザ光１５を収束
させたレーザビーム１８を前記部品２に向けて照射し得
るレンズ（光学系）である。

【００１２】１９は前記不平衡検出プローブ７が出力す
る不平衡部位検出信号９及び回転位相検出プローブ８が
出力する回転位相検出信号１０に基づき、部品２の不平
衡部位の位置とその大きさ、部品２の回転速度を求め
て、前記可変速モータ６へモータ制御信号２０を、ま
た、前記レーザ電源１２へレーザ発生のトリガ信号２１
を出力する制御回路である。

【００１３】以下、図４に示すレーザダイナミックバラ
ンサの作動を説明する。

【００１４】部品２の動的釣り合いを修正する際には、
動的釣り合いを修正すべき部品２を軸受３に支承させた
うえ、部品２を可変速モータ６によって回転させると、
回転位相検出プローブ８が部品２の回転位相を検出して
制御回路１９へ回転位相検出信号１０を出力し、また、
部品２に不平衡部位があると、不平衡検出プローブ７が
不平衡部位を検出して前記制御回路１９へ不平衡部位検
出信号９を出力する。

【００１５】制御回路１９は前記不平衡部位検出信号９
及び回転位相検出信号１０に基づき、部品２の不平衡部
位の位置とその大きさ、部品２の回転速度を求め、可変
速モータ６へモータ制御信号２０を、また、レーザ電源
１２へレーザ発生のトリガ信号２１を出力する。

【００１６】前記可変速モータ６へモータ制御信号２０
が入力されると、可変速モータ６によって回転している
部品２の回転速度が調整され、また、前記レーザ電源１
２へレーザ発生のトリガ信号２１が入力されると、ＹＡ
Ｇレーザ発振器１１から所定のパルス幅を有するレーザ
光１５が射出され、該レーザ光１５がレンズ１７によっ
て収束したレーザビーム１８が部品２の不平衡部位へ照
射される。

【００１７】このとき、部品２の不平衡部位をなす金属
がレーザビーム１８の熱エネルギーにより溶融したうえ
蒸発して除去され、部品２の動的釣り合いが修正され
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図４に示す
レーザダイナミックバランサによって動的釣り合いを修
正した部品２の金属除去加工部（レーザビーム１８によ
って不平衡部位をなす金属を溶融、蒸発させた部分）を
詳細に観察すると、図５及び図６に示すように、部品２
を形成する母材（インコネル、ニッケル系合金）２２の
レーザ照射を行った表層部全体に、レーザビーム１８の
熱影響を受けた熱影響部２３が形成されていることが判
る。

【００１９】更に、熱影響部２３には、図６に示すよう
に、熱影響部２３の表面から母材２２へ向って延びる亀
裂２４が生じていることがある。

【００２０】このため、母材２２の表層部を形成する金
属の性状が変化して部品２の品質を保持することができ
なかったり、レーザダイナミックバランサによって部品
２の動的釣り合いを修正しても、前記亀裂２４が進行し
て部品２が損傷してしまうことがあった。

【００２１】

【調査結果による知見】かかる問題を解決するため発明
者らは、動的釣り合いを修正すべき部品をなす金属へ照
射するレーザビームの波長及びパルス幅について鋭意調
査した結果、下記のような知見を得るに至った。

【００２２】（１）レーザビームの波長を可視光線領域
あるいは紫外線領域に含まれるものにすると、可視光線
領域あるいは紫外線領域に含まれる波長を有するレーザ
ビームによっても該レーザビームを照射した部分の金属
を除去することが可能である。特に、これらの波長のレ
ーザ光エネルギ照射密度があるしきい値を越えると、レ
ーザビームの光子が金属に衝突することにより金属原子
の結合を解離させて母材から飛散させるので、母材が受
ける熱影響が極めて小さく、よって、レーザ照射を行っ
た母材の表層部に熱影響部がほとんど形成されず、また
亀裂も発生しない。

【００２３】

【発明の目的】本発明は上述した知見に基づき前記問題
点を解決するもので、動的釣り合いを修正した部品に熱
影響による品質低下が発生しないレーザダイナミックバ
ランサを提供することを目的としている。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、動的釣り合い
を修正すべき部品を回転させ得る駆動装置を設けた加工
台と、該加工台により回転する部品の不平衡部位を検出
して不平衡部位検出信号を出力する不平衡検出プローブ
と、前記加工台により回転する部品の回転位相を検出し
て回転位相検出信号を出力する回転位相検出プローブ
と、可視光線領域あるいは紫外線領域に含まれる波長の
レーザ光を所定のパルス幅で射出し得るパルスレーザ発
振器と、該パルスレーザ発振器から射出されたレーザ光
を収束させ且つレーザ光が収束したレーザビームを前記
部品に向って照射させ得る光学系と、前記不平衡部位検
出信号及び回転位相検出信号に基づいて部品の不平衡部
位の位置とその大きさ、部品の回転速度を求め、所定の
間隔で前記パルスレーザ発振器からレーザ光を射出させ
て前記部品の不平衡部位の金属を除去させ得る制御回路
とを備えてなるものである。

【００２５】

【作用】部品の動的釣り合いを修正する際には、動的釣
り合いを修正すべき部品を加工台に支持させたうえ、部
品を駆動装置によって回転させると、回転位相検出プロ
ーブが部品の回転位相を検出して制御回路へ回転位相検
出信号を出力し、また、不平衡検出プローブが部品の不
平衡部位を検出して前記制御回路へ不平衡部位検出信号
を出力する。

【００２６】制御回路は前記不平衡部位検出信号及び回
転位相検出信号に基づき、部品の不平衡部位の位置とそ
の大きさ、部品の回転速度を求め、駆動装置の回転速度
を調整するとともに、パルスレーザ発振器を作動させ
る。

【００２７】パルスレーザ発振器からは、可視光線領域
あるいは紫外線領域の波長を有するレーザ光が射出さ
れ、該レーザ光が光学系によって収束したレーザビーム
が部品の不平衡部位へ照射される。

【００２８】レーザビームが部品の不平衡部位へ照射さ
れると、不平衡部位の金属原子の結合がレーザビームの
光子によって解離して飛散し、レーザビームが照射され
た部分の金属が除去され部品の動的釣り合いが修正され
る。

【００２９】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。

【００３０】図１は本発明のレーザダイナミックバラン
サの一実施例を示すもので、図中、加工台１、制御回路
１９をはじめとして、図４と同一の符号を付した部分は
同一物を表わしており、加工台１、制御回路１９の構成
についての詳細な記述は省略する。

【００３１】図１において、２５はエキシマパルスレー
ザ発振器であり、該エキシマパルスレーザ発振器２５は
制御回路１９からレーザ発生のトリガ信号２１が入力さ
れると、波長０．１９３μｍ、パルス幅５０ｎｓ以下の
レーザ光２６を、制御回路１９が出力するレーザ発生の
トリガ信号２１に従って射出するようになっている。

【００３２】エキシマパルスレーザ発振器２５から射出
されたレーザ光２６は、レンズ（光学系）１７によって
収束し、レーザ光２６が収束したレーザビーム２７が加
工台１に支持された部品２へ向って照射されるようにな
っている。

【００３３】以下、本実施例のレーザダイナミックバラ
ンサの作動を説明する。

【００３４】部品２の動的釣り合いを修正する際には、
動的釣り合いを修正すべき部品２を軸受３に支承させた
うえ、部品２を可変速モータ６によって回転させると、
回転位相検出プローブ８が部品２の回転位相を検出して
制御回路１９へ回転位相検出信号１０を出力し、また、
部品２に不平衡部位があると、不平衡検出プローブ７が
不平衡部位を検出して前記制御回路１９へ不平衡部位検
出信号９を出力する。

【００３５】制御回路１９は前記不平衡部位検出信号９
及び回転位相検出信号１０に基づき、部品２の不平衡部
位の位置とその大きさ、部品２の回転速度を求め、可変
速モータ６へモータ制御信号２０を、また、エキシマパ
ルスレーザ発振器２５へレーザ発生のトリガ信号２１を
出力する。

【００３６】前記可変速モータ６へモータ制御信号２０
が入力されると、可変速モータ６によって回転している
部品２の回転速度が調整され、また、エキシマパルスレ
ーザ発振器２５へレーザ発生のトリガ信号２１が入力さ
れると、エキシマパルスレーザー発振器２５から波長
０．１９３μｍ、パルス幅１００ｎｓ以下の紫外線領域
のレーザ光２６が射出され、該レーザ光２６がレンズ１
７によって収束したレーザビーム２７が部品２の不平衡
部位へ照射される。

【００３７】レーザビーム２７が部品２の不平衡部位へ
照射されると、不平衡部位の金属原子の結合がレーザビ
ーム２７の光子によって解離して飛散し、レーザビーム
２７が照射された部分の金属が除去され部品２の動的釣
り合いが修正される。

【００３８】本実施例のレーザダイナミックバランサに
よって動的釣り合いを修正した部品２の金属除去加工部
（レーザビーム２７によって不平衡部位をなす金属原子
の結合を解離、飛散させた部分）を詳細に観察すると、
図２及び図３に示すように、部品２を形成する母材（イ
ンコネル、ニッケル系合金）２２の表層部は、ほとんど
熱影響を受けておらず、また、図６に示すような亀裂２
４が生じていないことが判る（図２及び図３における熱
影響部２３は、今回の実験で使用したエキシマレーザ装
置が発生するレーザ光の固有の特性から、光強度（照射
強度）があるしきい値より低く、金属原子の解離、飛散
が充分に起らなかった部分に生じたものである）。

【００３９】このように、本実施例のレーザダイナミッ
クバランサでは、レーザビーム２７の光子が母材２２の
表層部を形成する金属に衝突することにより金属原子の
結合を解離させて母材２２から飛散させるので、母材２
２が受ける熱影響が極めて小さく、母材２２の表層部を
形成する金属の性状が変化して部品２の品質を保持する
ことができなかったり、レーザダイナミックバランサに
よって部品２の動的釣り合いを修正しても、前記亀裂２
４が進行して部品２が損傷してしまうことがなくなる。

【００４０】なお、本発明のレーザダイナミックバラン
サは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、エ
キシマパルスレーザ発振器に替えて、可視光線領域ある
いは紫外線領域に含まれる波長のレーザ光を所定のパル
ス幅で射出し得る他のパルスレーザ発振器を用いるよう
に構成すること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【００４１】

【発明の効果】上記した本発明のレーザダイナミックバ
ランサによれば、下記のような種々の優れた効果を奏し
得る。

【００４２】（１）可視光線領域あるいは紫外線領域の
波長を有するレーザビームを、動的釣り合いを修正すべ
き部品をなす母材の不平衡部位に照射し、前記レーザビ
ームの光子が母材の表層部に衝突することにより、不平
衡部位の金属原子の結合を解離させて母材から飛散させ
るので、前記部品を形成する母材がほとんど熱影響を受
けない。

【００４３】（２）動的釣り合いを修正すべき部品を形
成する母材がほとんど熱影響を受けないので、母材の表
層部を形成する金属の性状が変化してしまったり、前記
部品に亀裂が生じることがなく、動的釣り合いを修正し
た部品の品質保持を確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザダイナミックバランサの一実施
例を示す概念図である。

【図２】図１に示すレーザダイナミックバランサによっ
て動的釣り合いを修正した部品の金属除去加工部を約５
０倍に拡大した断面図である。

【図３】図１に示すレーザダイナミックバランサによっ
て動的釣り合いを修正した部品の金属除去加工部を約２
００倍に拡大した断面図である。

【図４】従来のレーザダイナミックバランサの一例を示
す概念図である。

【図５】図４に示すレーザダイナミックバランサによっ
て動的釣り合いを修正した部品の金属除去加工部を約５
０倍に拡大した断面図である。

【図６】図４に示すレーザダイナミックバランサによっ
て動的釣り合いを修正した部品の金属除去加工部を約２
００倍に拡大した断面図である。

【符号の説明】

１ 加工台 ２ 部品 ６ 可変速モータ（駆動装置） ７ 不平衡検出プローブ ８ 回転位相検出プローブ ９ 不平衡部位検出信号 １０ 回転位相検出信号 １７ レンズ（光学系） １９ 制御回路 ２５ エキシマパルスレーザ発振器（パルスレーザ発振
器） ２６ レーザ光 ２７ レーザビーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動的釣り合いを修正すべき部品を回転さ
   せ得る駆動装置を設けた加工台と、該加工台により回転
   する部品の不平衡部位を検出して不平衡部位検出信号を
   出力する不平衡検出プローブと、前記加工台により回転
   する部品の回転位相を検出して回転位相検出信号を出力
   する回転位相検出プローブと、可視光線領域あるいは紫
   外線領域に含まれる波長のレーザ光を所定のパルス幅で
   射出し得るパルスレーザ発振器と、該パルスレーザ発振
   器から射出されたレーザ光を収束させ且つレーザ光が収
   束したレーザビームを前記部品に向って照射させ得る光
   学系と、前記不平衡部位検出信号及び回転位相検出信号
   に基づいて部品の不平衡部位の位置とその大きさ、部品
   の回転速度を求め、所定の間隔で前記パルスレーザ発振
   器からレーザ光を射出させて前記部品の不平衡部位の金
   属を除去させ得る制御回路とを備えてなることを特徴と
   するレーザダイナミックバランサ。