WO2015132896A1 - 回転流体要素及び回転流体要素のアンバラス修正方法 - Google Patents

回転流体要素及び回転流体要素のアンバラス修正方法 Download PDF

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斉顕 清家
英夫 森
大志 中川
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三菱重工業株式会社
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    • G01M1/30Compensating imbalance
    • G01M1/34Compensating imbalance by removing material from the body to be tested, e.g. from the tread of tyres

Definitions

  • the present disclosure relates to a rotating fluid element including a plurality of blades extending in the centrifugal direction on the outer peripheral surface of the boss portion and disposed at intervals in the circumferential direction, and an unbalance correcting method for the rotating fluid element.
  • Patent Document 1 proposes an unbalance correction processing method using a rotating fluid element (turbine wheel, compressor wheel) of a supercharger as an example of a rotating fluid element.
  • a rotating fluid element turbine wheel, compressor wheel
  • a plurality of cutting removal portions having a certain angle in the circumferential direction are set between blades that are removal target portions of a rotating fluid element (turbine wheel, compressor wheel), and the rotating fluid element is unloaded.
  • An unbalance vector indicating the amount and direction of balance is measured and divided into divided vectors in a pair of cutting removal units located on both sides of the direction of the unbalance vector, and the unbalance amount corresponding to each divided vector corresponds to If the removal unit exceeds the maximum amount that can be removed by cutting, the division vector is subdivided into division vectors in a pair of cut removal units located on both sides of the orientation, and the subdivision is divided into an unbalance amount corresponding to each division vector. The corresponding cut-off portion is repeatedly removed until the corresponding cut-off portion is less than or equal to the maximum amount that can be cut off.
  • the unbalance correction processing method described in this Patent Document 1 is based on the measured unbalance vector, at one location on the radially outer side of the cutting removal portion of the rotating body corresponding to the unbalance vector, or a divided vector. One portion (a plurality of locations as a whole) is processed on each radially outer side of a plurality of cutting removal portions having different corresponding rotating bodies.
  • the correction of unbalance is generally cut and removed at the radially outer peripheral edge of the rotating fluid element.
  • the first corrected position may be corrected again.
  • a desired correction amount may not be obtained, and the correction accuracy is lowered.
  • the re-correction is excessive, there is a risk that the strength of the blade provided adjacent to the cutting removal portion (between the blades) of the rotating body is lowered.
  • At least some embodiments of the present invention provide a rotation in which the imbalance correction accuracy is high and the blade strength is not reduced even if the rotation fluid element is subjected to unbalance correction a plurality of times. It is an object of the present invention to provide a method for correcting imbalance of a fluid element and a rotating fluid element.
  • the rotating fluid element A plurality of blades extending in the centrifugal direction on the outer peripheral surface of the boss portion and arranged at intervals in the circumferential direction, and a cutting removal portion for reducing unbalance between the blades adjacent in the circumferential direction.
  • the cutting and removing part is A first cut and removed portion cut and removed at a radially outer peripheral portion between the blades; And one or more additional cutting removal portions cut and removed in a radially inner portion than the first cutting removal portion (74c1).
  • the cutting removal portion of the rotating fluid element includes a first cutting removal portion cut and removed at a radially outer peripheral portion between the blades, and an additional cutting cut and removed at a radially inner portion than the first cutting portion. Since the removal portion is included, the parts to be cut and removed to correct the imbalance are at different positions. For this reason, even if the imbalance correction is performed on the rotating fluid element a plurality of times, the imbalance correction accuracy can be increased and a rotating fluid element in which the blade strength is not reduced can be realized.
  • the first cutting removal part is provided in an annular region located on the outermost radial direction among a plurality of annular regions having different radii that are concentric with the rotation center of the rotating fluid element,
  • the additional cutting removal portion is provided in an annular region other than the annular region located on the outermost radial direction, Further, when there are a plurality of the additional cutting removal portions, each is configured to be provided in a different annular region.
  • the first cutting removal unit is provided in an annular region located on the outermost radial direction among a plurality of annular regions having different radii that are concentric with the rotation center of the rotating fluid element, and the additional cutting removal unit is Since it is provided in an annular region other than the annular region located on the outermost radial direction, the first cutting removal part and the additional cutting removal part are in different positions. For this reason, even if the imbalance correction is performed on the rotating fluid element a plurality of times, the imbalance correction accuracy can be increased and a rotating fluid element in which the blade strength is not reduced can be realized.
  • the first cutting and removing portion is provided in any one of a pair of phase regions located on one side in the radial direction and the other side in the radial direction with respect to the rotation center of the rotating fluid element and in mutually opposite phases,
  • the additional cutting removal unit is configured to be provided in a phase region opposite to the phase region in which the first cutting removal unit is provided.
  • the first cutting removal unit is provided in one of the pair of phase regions, and the additional cutting removal unit is provided in a phase region opposite to the phase region in which the first cutting removal unit is provided. Therefore, the first cutting removal part and the additional cutting removal part are in different positions. For this reason, even if the imbalance correction is performed on the rotating fluid element a plurality of times, the imbalance correction accuracy can be increased and a rotating fluid element in which the blade strength is not reduced can be realized.
  • the additional cutting / removing portion is configured to continuously extend radially inward from the first cutting / removing portion between the blades provided with the first cutting / removing portion.
  • the additional cutting removal portion is provided continuously extending radially inward from the first cutting removal portion between the blades provided with the first cutting removal portion, the unbalance amount is relatively small. If it is large, a large amount of unbalance can be removed at once by the second cutting operation. For this reason, the workability of the unbalance correction work can be improved.
  • the additional cutting / removing portion is configured to extend from the first cutting / removing portion in a direction orthogonal to the centripetal direction of the rotating fluid element in the blades where the first cutting / removing portion is provided. Is done.
  • the additional cutting removal portion is provided extending from the first cutting removal portion in a direction orthogonal to the centripetal direction of the rotating fluid element in the space between the blades provided with the first cutting removal portion,
  • the balance amount is relatively large, a large unbalance amount can be removed at a stretch by the second cutting operation. For this reason, the workability of the unbalance correction work can be improved.
  • a cutting removal section that includes a plurality of blades extending in the centrifugal direction on the outer peripheral surface of the boss portion and arranged at intervals in the circumferential direction, and reducing unbalance between the blades adjacent in the circumferential direction.
  • An unbalance correction method for a rotating fluid element of A first step of setting a region including a radially outer peripheral portion between the reciprocal blades adjacent in the circumferential direction of the rotating fluid element, and a reciprocal region including a region located radially inward of the region; , A second step of determining the amount and position of the unbalance of the rotating fluid element; Based on the amount and position of the unbalance of the rotating fluid element obtained in the second step, a region including the radially outer peripheral portion is selected from the plurality of regions, and the cutting position of the selected region is A third step for determining the cutting amount; Based on the cutting position and the cutting amount obtained in the third step, a first cutting removal portion is provided by performing the first cutting removal at the cutting position with the cutting amount obtained in the third step.
  • the fourth step A fifth step of determining the amount and position of the unbalance of the rotating fluid element that has undergone the first cutting removal; Based on the amount and position of the unbalance obtained in the fifth step, a region other than the selected region is selected from among the plurality of regions, and a cutting position and a cutting amount of the selected region are obtained. Based on the cutting position and cutting amount obtained in step 6 and step 6, a second cutting removal is performed at the cutting position with the cutting amount obtained in step 6 to provide an additional cutting removal unit. 7 steps.
  • the unbalance correcting method for the rotating fluid element when the unbalance remains in the rotating fluid element that has been removed by the first cutting, the amount and position of the second unbalance are obtained. Then, based on the determined amount and position of the second unbalance, any region other than the region selected in the first time is selected, and the cutting position and amount of the selected region are determined. Then, the second cutting removal is performed based on the obtained cutting position and cutting amount. For this reason, since the position where the first cutting removal is performed is different from the position where the second cutting removal is performed, a desired cutting amount is obtained at the time of correcting the unbalance remaining after the first cutting removal. It can be modified. Therefore, it is possible to improve the imbalance correction accuracy of the rotating fluid element that can increase the accuracy of the unbalance correction and does not reduce the strength of the blade.
  • From the fifth step to the seventh step It is configured to repeat until a predetermined unbalance amount is reached.
  • the accuracy of unbalance correction can be further increased by repeating the fifth step to the seventh step until a predetermined unbalance amount is reached.
  • the plurality of regions set in the first step are set as a plurality of annular regions having different radii that are concentric with the rotation center of the rotating fluid element
  • the region selected in the third step is an annular region located on the outermost radial direction among the plurality of annular regions
  • an annular region other than the annular region located on the outermost radial direction is selected based on the amount and position of the imbalance obtained in the fifth step. Configured.
  • the plurality of regions set in the first step are set as a plurality of annular regions having different radii that are concentric with the rotation center of the rotating fluid element
  • the region selected in the third step is a plurality of annular regions.
  • the region selected in the sixth step is the annular region located on the outermost radial direction, and the region selected in the sixth step has the largest diameter based on the amount and position of the second unbalance obtained in the fifth step.
  • An annular region other than the annular region located outside in the direction is selected. For this reason, since the second cutting removal is performed on the inner side in the radial direction of the rotating fluid element from the position where the first cutting removal is performed, both of the cutting removal positions can be different positions. For this reason, it is possible to process with a desired cutting amount at the time of correction processing of the unbalance remaining after the first cutting removal, and it is possible to improve the accuracy of the unbalance correction.
  • an allowable cutting amount that can be removed by cutting is set,
  • the region selected in the sixth step is configured to be any region that does not exceed the allowable cutting amount.
  • an allowable cutting amount that can be cut and removed is set for each of the plurality of regions, and the region selected in the sixth step is any region that does not exceed the allowable cutting amount. It can be determined whether or not the obtained cutting amount exceeds the allowable cutting amount. For this reason, it is possible to easily determine the region selection.
  • the cutting position obtained in the sixth step is configured to be a position on an imaginary line connecting the cutting position obtained in the third step and the rotation center of the rotating fluid element in the selected region.
  • the cutting position obtained in the sixth step is a position on the imaginary line connecting the cutting position obtained in the third step and the rotation center of the rotating fluid element in the selected region. Therefore, when the rotating fluid element rotates, the vector of the centrifugal force corresponding to the unbalanced mass remaining after the first cutting removal and the vector of the centrifugal force at the second cutting position are aligned. Can do. Therefore, unbalance can be effectively reduced, and the accuracy of unbalance correction can be increased.
  • a map in which a cutting amount with respect to an unbalance amount of the rotating fluid element is set for each of the plurality of regions is provided in advance,
  • the cutting amount obtained in the sixth step is configured to be obtained based on the map in accordance with the unbalance amount obtained in the fifth step.
  • a map in which the cutting amount with respect to the unbalance amount of the rotating fluid element is set for each of a plurality of regions is provided in advance, and the cutting amount obtained in the sixth step is equal to the unbalance amount obtained in the fifth step. Accordingly, since it is obtained based on the map, the cutting amount obtained in the sixth step is easily obtained via the map. For this reason, when calculating
  • the plurality of regions set in the first step are set as a pair of phase regions arranged on the one side in the radial direction and the other side in the radial direction with respect to the center of rotation of the rotating fluid element and in mutually opposite phase positions.
  • the region selected in the third step is any one of the phase regions including the radially outer peripheral portion of the pair of phase regions,
  • the region selected in the sixth step is configured to be a phase region opposite to the phase region selected in the third step.
  • one of the pair of phase regions including the radially outer peripheral portion is selected, and the region selected in the sixth step is Since the phase region is opposite to the phase region selected in the third step, the cutting position where the first cutting is removed and the position where the second cutting is removed are different positions. For this reason, it is possible to perform cutting with fine adjustment during the second correction process of the unbalance remaining at the first time, and the imbalance correction accuracy can be increased.
  • the cutting amount determined in the third step is determined in the second step so that an unbalance amount smaller than the unbalance amount determined in the second step is generated in the opposite phase region.
  • the amount of cutting is larger than the amount In the fourth step, based on the cutting amount obtained in the third step, the selected phase region is cut and removed, In the sixth step, the opposite phase region is cut and removed based on the amount and position of the unbalance obtained in the fifth step.
  • the selected phase region is cut and removed based on the large cutting amount
  • the phase on the opposite side is determined based on the unbalance amount and position obtained in the fifth step. Since the region is removed by cutting, it is possible to perform coarse correction in the first unbalance correction and perform high-precision correction in the second unbalance correction. For example, even when the cutting amount is less than or exceeds the desired cutting amount during the first correction processing, fine adjustment can be performed by the second correction. For this reason, the imbalance correction can be facilitated and the accuracy of the imbalance correction can be increased.
  • An element imbalance correction method can be provided.
  • FIG. 4A is a plan view of a rotating fluid element whose unbalance is corrected
  • FIG. 4B is a cross-sectional view corresponding to the arrow II in FIG.
  • FIG. 4A is a cross-sectional explanatory view of a turbocharger to which an unbalance correction method is applied
  • FIG. 4B is a compressor in which a plurality of unbalance corrections are made in the radial direction of the compressor wheel of the turbocharger. It is a side view of a wheel.
  • It is a block diagram of the imbalance correction apparatus of a rotating fluid element. It is a flowchart of the imbalance correction method of a rotating fluid element. It is a detailed flowchart of step 105 in the flowchart.
  • (A) is a cross-sectional explanatory view of a turbocharger to which another unbalance correction method is applied, and (b) is a diagram illustrating a plurality of other unbalance corrections in the radial direction of the compressor wheel of the turbocharger. It is a side view of the compressor wheel to which is applied.
  • (A) is a cross-sectional explanatory view of a turbocharger to which another unbalance correction method is applied, and (b) is a diagram illustrating a plurality of other unbalance corrections in the radial direction of the compressor wheel of the turbocharger.
  • FIGS. 1 to 10 a compressor wheel of a turbocharger will be described as an example of a rotating fluid element.
  • the rotating fluid element is not limited to the compressor wheel of the turbocharger, but may be a turbine wheel of the turbocharger provided on the opposite side of the compressor wheel. It should be noted that the materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples.
  • the turbocharger 70 to which the rotating fluid element is applied will be outlined. As shown in FIG. 2A (cross-sectional explanatory view), the turbocharger 70 rotates the turbine wheel 71 that is rotated by exhaust gas of the engine, and rotates integrally with the turbine wheel 71 to generate compressed air. And a rotating shaft 78 having one end coupled to the turbine wheel 71 and the other end coupled to the compressor wheel 72.
  • the turbocharger 70 is provided with a turbine housing (not shown) surrounding the turbine wheel 71, a compressor housing (not shown) surrounding the compressor wheel 72, and a bearing housing 79 that rotatably supports the rotating shaft 78. It has been.
  • the compressor wheel 72 is formed by being cast from, for example, aluminum or titanium and cut by a lathe or the like.
  • the compressor wheel 72 includes a disc-shaped back plate 73, a truncated cone-shaped boss portion 74 that protrudes in a direction orthogonal to one surface of the back plate 73, and is provided integrally with the back plate 73, and a boss portion 74 and a plurality of blades 75 provided integrally from the outer peripheral surface 74 a to the back plate 73.
  • the plurality of blades 75 extend to the outer peripheral surface 74a of the boss portion 74 of the compressor wheel 72 so as to be inclined in the centrifugal direction.
  • the outer peripheral surface 74a of the boss portion 74 is exposed between the blades 75 adjacent to each other in the circumferential direction of the compressor wheel 72 (hereinafter referred to as “blade space 76”).
  • the cross-sectional shape of the boss portion 74 between the blades 76 gradually widens as the radial dimension gradually widens from the top portion of the boss portion 74 opposite to the back plate 73 toward the bottom portion on the back plate 73 side. , It is formed so as to be connected to the back plate 73 at the widest portion.
  • the axial thickness of the boss portion 74 of the compressor wheel 72 is the thinnest at the radially outer end, gradually increases from the radially outer end to the radially inner side, and further increases in radial thickness. It is formed so as to become thinner as it progresses radially inward.
  • the axial direction and radial thickness of the boss part 74 are related to the cutting and removing part 74 where the boss part 74 between the blades 76 is removed in order to correct an unbalance of the compressor wheel 72 described later.
  • a through hole 74b penetrating from the top to the bottom of the boss 74.
  • a rotary shaft 78 is inserted through the through hole 74 b, a nut 80 is screwed into the rotary shaft 78 extending from the tip of the boss portion 74, and the compressor wheel 72 is integrally coupled to the rotary shaft 78.
  • the unbalance correction device 1 includes an area setting unit 3, an unbalance measurement unit 5, a cutting condition setting unit 7, a map 9, and a cutting work unit 11.
  • the region setting unit 3 has a function of setting the inter-blade 76 that is a removal target portion of the compressor wheel 72 (rotating fluid element) to a plurality of different regions.
  • FIG. 2B three annular regions A1, A2, and A3 having different radii that are concentric with the rotation center O of the compressor wheel 72 are set.
  • the region A1 has a radius r1 smaller than the radius r0 of the compressor wheel 72.
  • the width of the region A1 that is, the difference between the radius r0 and the radius r1
  • the widths of the region A2 and the region A3 have the same width as the width of the region A1. For this reason, when the hole is cut into the areas A1, A2, and A3 with the drill 12, the holes are less likely to enter the adjacent areas A1, A2, and A3.
  • an end mill is used instead of the drill 12 for the cutting work unit 11.
  • the unbalance measuring unit 5 has a function of obtaining the unbalance amount and position of the compressor wheel 72.
  • the unbalance measuring unit 5 detects the mark with an optical sensor (not shown) while rotating the compressor wheel 72 that is rotatably held and processed with the mark. Based on a detection signal from a detector (not shown), the amount and position of the unbalance of the compressor wheel 72 are measured. As a result, it is measured how many weights are unbalanced at the number of angles with the mark as the zero reference.
  • the cutting condition setting unit 7 selects one of the three regions A1, A2, and A3 set by the region setting unit 3 based on the unbalance amount and position of the compressor wheel 72 obtained by the unbalance measuring unit 5. It has a function of selecting a region and obtaining a cutting position and a cutting amount in the selected region.
  • the cutting condition setting unit 7 selects a region located on the outermost side of the compressor wheel 72, that is, the region A1. Based on the measured unbalance amount and position, the cutting amount and the cutting position are set in the region A1.
  • the cutting position P1 sets the intersection of the center line S in the width direction of the region A1 and the virtual line K passing through the rotation center O of the compressor wheel 72 and the measured unbalance position.
  • the cutting amount is set based on the distance from the rotation center O of the compressor wheel 72 to the cutting position P1 and the specific gravity of the material so that the measured unbalance amount can be cut off.
  • the cutting condition setting unit 7 is based on the unbalance amount and position obtained again by the unbalance measurement unit 5 when the unbalance amount and position of the compressor wheel 72 that has been cut and removed are remeasured. Then, one of the three regions A1, A2, A3 other than the selected region (A1) (A2, A3) is selected, and the cutting position and the cutting amount of the selected region are obtained.
  • the cutting condition setting unit 7 does not exceed the allowable cutting amount based on the map 9 in which the allowable cutting amount (see FIG. 6, Cn, Dn) that can be cut and removed is set in each of the plurality of regions when reselecting the region. Select one of the areas. For this reason, the possibility that the strength of the compressor wheel is lowered when the cutting amount is excessive is prevented.
  • the cutting condition setting unit 7 obtains the cutting position for correcting the unbalance after the amount and position of the unbalanced compressor wheel 72 that has been cut and removed are re-measured, the cutting condition setting unit 7 The intersection of the center line in the width direction and the virtual line passing through the rotation center O of the compressor wheel 72 and the measured unbalance position is set. However, when the intersection point is on the wing or near the wing to some extent in terms of strength, a point on the center line that can be cut off closest to the intersection is set.
  • the cutting condition setting unit 7 determines the unbalance amount of the compressor wheel 72 when the cutting amount for correcting the unbalance after the remeasurement of the unbalance amount and the position of the compressor wheel 72 that has been cut and removed is obtained.
  • the cutting amount relative to the balance amount is obtained based on the map 9 set for each of a plurality of regions. As shown in FIG. 6, the map 9 is provided for each of the areas A1, A2, and A3. In the map 9, for example, in the case of the area A1, when the measured unbalance amounts are U1, U2, and U3, the cutting amounts are set as C1, C2, and C3, and the maximum allowable cutting amount (Allowable cutting amount Cn (max)) is also set. If the measured unbalance amount does not exist in the map 9, the cutting condition setting unit 7 sets the two unbalance amounts on the map 9 defined before and after the measured unbalance amount. It calculates based on two corresponding cutting amounts.
  • the map 9 is set to have cutting amounts of D1, D2, and D3, and the maximum allowable amount.
  • a cutting amount (allowable cutting amount Dn (max)) is also set. It should be noted that D1> C1, D2> C2, D3> C3, and Dn> Cn.
  • the cutting work unit 11 is configured to machine a boss portion 74 between the blades 76 of the compressor wheel 72 into a circular shape using the drill 12.
  • a recess 74c having a drill tip shape is formed on the outer peripheral surface 74a of the boss portion 74 processed by the drill 12.
  • the region setting unit 3 sets the inter-blade 76 as a removal target portion of the compressor wheel 72 to a plurality of different regions A1, A2, and A3. (Step 100).
  • three annular regions A1, A2, and A3 having different radii that are concentric with the rotation center O of the compressor wheel 72 are set (see FIG. 2B).
  • the cutting condition setting unit 7 includes a region including a radially outer peripheral portion among the plurality of regions A1, A2, and A3. That is, a region A1 located on the outermost radial direction is selected, and a cutting position and a cutting amount of the selected region A1 are obtained.
  • the cutting work unit 11 performs the first cutting removal with the calculated cutting amount at the cutting position in the selected region A1 (step 104). Then, the number of deletions n is set to 1 (step 105). Then, the amount and position of the unbalanced compressor wheel 72 that has been cut and removed are obtained again by the unbalance measuring unit 5 (step 106). If the amount of imbalance obtained in step 106 is less than or equal to the threshold value, the process is terminated, and if not less than the threshold value, the process proceeds to step 108 (step 107). Based on the balance amount and position, any one of the plurality of areas A1, A2, A3 other than the already selected area A1 is selected (step 108a, see FIG. 5).
  • the additional region it is desirable to set the order of A2 and A3 so as to gradually go inward in the radial direction.
  • the allowable cutting amount in the selected region is larger than the cutting amount obtained in step 103.
  • A3 may be selected before A2.
  • the cutting condition setting unit 7 obtains the cutting position of the selected additional region (see step 108b, FIG. 5).
  • obtaining the cutting position an intersection between the center line in the width direction in the selected additional region and the virtual line passing through the rotation center O of the compressor wheel 72 and the measured unbalance position is set.
  • the intersection is determined to be located on the resectable center line closest to the intersection. That is, if the cutting removal part in the area A1 cannot be a point on the imaginary line K because it avoids the blade, the unbalanced vector before cutting and the remaining unbalanced vector may be different.
  • the unbalance can be effectively reduced, and the accuracy of the unbalance correction can be increased.
  • the cutting condition setting unit 7 obtains the cutting amount of the selected region A2 (see step 108c, FIG. 5).
  • the cutting amount is obtained, it is obtained based on the map 9 in accordance with the unbalance amount obtained in step 103. For this reason, the cutting amount can be easily obtained via the map 9. For this reason, when calculating
  • the cutting work unit 11 performs the second cutting removal with the cutting amount obtained in the sixth step at the cutting position in the additional region selected in step 108a (step 109).
  • the compressor wheel (rotation) whose unbalance is corrected by the two cutting removal portions 74c provided at different positions on the outer peripheral surface 74a of the boss portion 74, as shown in FIGS. Fluid element) 72 is completed.
  • step 111 If the amount of imbalance obtained in step 111 is less than or equal to the threshold value, the process ends, and if not less than the threshold value, the process proceeds to step 113 (step 112). In step 113, if the number of times of cutting exceeds the threshold value, the process ends. If it exceeds, the process returns to step 108 and the third unbalance adjustment is performed.
  • the compressor wheel 72 unbalance-corrected in step 109 is positioned in the substantially central portion of a pair of blades 76 adjacent to each other in the circumferential direction in the radially outermost region A1 (hereinafter referred to as “radial outer peripheral edge”).
  • the first cutting / removing portion 74c1 cut and removed in the portion Pa1), and in the additional region radially inward of the region A1 and in the radially inner portion Pa2 of the first cutting / removing portion 74c1.
  • the additional cutting removal part 74c2 thus provided is provided.
  • the first cutting / removing portion 74c1 and the additional cutting / removing portion 74c2 realize a compressor wheel 72 (rotating fluid element) that has been subjected to highly accurate imbalance correction without reducing the strength of the blade 75.
  • the region setting unit 3 uses a plurality of regions A1, A2, A3 based on the amount and position of the unbalance obtained in step 111.
  • One of the additional areas (A3) other than the already selected areas A1 and A2 is selected (step 108a, see FIG. 5).
  • the cutting condition setting unit 7 obtains the cutting position of the selected additional region (see step 108b, FIG. 5).
  • obtaining the cutting position an intersection between the center line in the width direction in the selected additional region and the virtual line passing through the rotation center O of the compressor wheel 72 and the measured unbalance position is set.
  • the intersection is determined to be located on the resectable center line closest to the intersection. That is, if the cutting removal part in the area A1 cannot be a point on the imaginary line K because it avoids the blade, the unbalanced vector before cutting and the remaining unbalanced vector may be different.
  • the unbalance can be effectively reduced, and the accuracy of the unbalance correction can be increased.
  • the cutting condition setting unit 7 obtains the cutting amount of the selected region A3 (step 108c, see FIG. 5).
  • the cutting amount is obtained, it is obtained based on the map 9 according to the unbalance amount obtained in step 108. For this reason, the cutting amount can be easily obtained via the map 9. For this reason, when calculating
  • the cutting position P1 obtained in the already selected region A1 and the compressor wheel 72 are determined.
  • the cutting position is determined so as to be positioned on an imaginary line K connecting the rotation center O. For this reason, as shown in FIGS. 7A and 7B, for a corresponding portion of the nut 80 arranged on the imaginary line connecting the first cutting position P1 and the rotation center O of the compressor wheel 72.
  • the cutting removal for correcting the imbalance can be performed. Therefore, the unbalance can be corrected even for a larger unbalance amount. Therefore, the imbalance correction accuracy can be further increased, and the yield of the turbocharger 70 as a product can be improved.
  • a plurality of annular regions A1, A2, and A3 having different radii that are concentric with the rotation center O of the compressor wheel 72 are set.
  • It may be set as a pair of phase regions B1 and B2 that are arranged at positions opposite to each other on one side in the radial direction and the other side in the radial direction with respect to the rotation center O.
  • the cutting amount obtained in step 102 is larger than the cutting amount obtained in step 101 so that an unbalance amount smaller than the unbalance amount obtained in step 101 occurs in the opposite phase region B1. The amount of cutting.
  • step 103 based on the cutting amount obtained in step 102, the cutting work unit 11 cuts and removes the selected phase region B1, and in step 106, the unbalance amount and position obtained in step 104. Based on the above, the phase region B1 on the opposite side is cut and removed, and an unbalance corrected compressor wheel (rotating fluid element) 72 is completed.
  • the unbalance-corrected compressor wheel 72 ′ is cut and removed at the radially outer peripheral edge Pa 1 in the substantially central portion of the pair of blades 76 adjacent in the circumferential direction in the phase region B 1.
  • 74c1 and an additional cutting removal portion 74c2 that is in the phase region B2 opposite to the phase region B1 and is in a phase opposite to that of the first cutting removal portion 74c1 and cut and removed at the radially inner portion Pa2.
  • the first cutting / removing part 74c1 and the additional cutting / removing part 74c2 realize a compressor wheel 72 ′ (rotating fluid element) that has been subjected to highly accurate imbalance correction without reducing the strength of the blade 75.
  • the cutting position P1 that is removed by the first cutting and the cutting position P2 that is removed by the second cutting are in different phase regions B1 and B2. For this reason, it is possible to perform fine adjustment during the second correction process of the unbalance remaining at the first time, and the accuracy of the unbalance correction can be increased.
  • the plurality of regions are set as a plurality of annular regions A1, A2, and A3 having different radii that are concentric with the rotation center O of the compressor wheel 72, and each region is cut and removed.
  • the case where it was made not to overlap each other was shown, as shown in FIG. 9, in the blade
  • the compressor wheel (rotating fluid element) 72 ′′ with the unbalance corrected may be completed by cutting into a long hole extending continuously.
  • the unbalance-corrected compressor wheel 72 ′′ includes a first cutting removal portion 74c1 that is cut and removed to a radially outer peripheral edge portion Pa1 between a pair of blades 76 that are adjacent to each other in the circumferential direction in the region A1.
  • An additional cutting removal portion 74c2 that is cut and removed from the one cutting removal portion 74c1 to the radially inner portion Pa2 extending from the region A1, the region A2, the region A3, and the region A4 is provided.
  • the first cutting / removing part 74c1 and the additional cutting / removing part 74c2 realize a compressor wheel 72 ′′ (rotating fluid element) that has been subjected to highly accurate imbalance correction without reducing the strength of the blades 75.
  • the first cutting removal part 74c1 and the additional cutting removal part 74c2 are connected to each other and formed in the shape of an elongated hole, so that the amount of unbalance correction can be increased. Therefore, the unbalance can be corrected even for a larger unbalance amount. Therefore, the imbalance correction accuracy can be further increased, and the yield of the turbocharger 70 as a product can be improved.
  • the plurality of regions are set as a plurality of annular regions A1, A2, and A3 having different radii that are concentric with the rotation center O of the compressor wheel 72, and each region is cut and removed.
  • the first cutting removal unit 74c1 is connected to the compressor in the blade space 76 provided with the first cutting removal unit 74c1 in the region A1.
  • An unbalance-corrected compressor wheel (rotating fluid element) 72 ′ ′′ may be produced by cutting into a long hole extending continuously in a direction orthogonal to the centripetal direction of the wheel 72.
  • the unbalance-corrected compressor wheel 72 ′ ′′ includes a first cutting removal portion 74c1 that is cut and removed in the radially outer peripheral edge portion Pa1 between the pair of blades 76 that are adjacent to each other in the circumferential direction in the region A1.
  • An elongated hole-shaped additional cutting removal portion 74c2 that is cut and removed from the first cutting removal portion 74c1 in a radially inner portion Pa2 continuously extending in a direction orthogonal to the centripetal direction of the compressor wheel 72 is provided.
  • the first cutting / removing part 74c1 and the additional cutting / removing part 74c2 realize a compressor wheel 72 ′ ′′ (rotating fluid element) that is highly accurate unbalance correction without reducing the strength of the blades 75. .
  • the radius r1 from the rotation center O of the radially outer peripheral edge portion Pa1 and the radius r2 from the rotation center O of the radially inner edge portion Pa2 have a relationship of radius r1> radius r2.
  • the first cutting removal part 74c1 and the additional cutting removal part 74c2 are connected to each other and formed in a straight line, so that the amount of unbalance correction can be increased. Therefore, the unbalance can be corrected even for a larger unbalance amount. Therefore, the imbalance correction accuracy can be further increased, and the yield of the turbocharger 70 as a product can be improved.

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Abstract

 回転流体要素に複数回のアンバランス修正をしても、アンバランスの修正精度が高く且つ翼の強度が低下していない回転流体要素及び回転流体要素のアンバランス修正方法を提供することを目的とし、回転流体要素は、ボス部の外周面に遠心方向に延びて円周方向に間隔を有して配設された複数の翼を備え、円周方向に隣接する翼間にアンバランスを低減するための切削除去部が設けられた回転流体要素において、前記切削除去部は、前記翼間の径方向外側周縁部位に切削除去された第1切削除去部と、前記第1切削部よりも径方向内側部位に切削除去された追加切削除去部と、を含むように構成される。

Description

回転流体要素及び回転流体要素のアンバラス修正方法
 本開示は、ボス部の外周面に遠心方向に延びて円周方向に間隔を有して配設された複数の翼を備える回転流体要素及びこの回転流体要素のアンバランス修正方法に係る。
 近年の回転流体要素は、技術の進歩によりますます精密・高速化しており、より高い性能と機能が要求されている。回転機械の運転において機器の性能を損なう最大の要因は、振動と、これに伴う騒音と考えられる。このため、振動や騒音を低減するために、回転流体要素のアンバランスを修正する必要がある。
 そこで、従来より、回転流体要素のアンバランスを修正する方法として、回転流体要素を回転軸に装着するためのナットに対して、回転流体要素のアンバランスの量に応じてナットの一部及び回転流体要素の側面の一部の少なくともいずれかを切削除去する修正が行われている。
 また、特許文献1には、回転流体要素として過給機の回転流体要素(タービンホイール、コンプレッサホイール)を例にしたアンバランス修正加工方法が提案されている。このアンバランス修正加工方法は、回転流体要素(タービンホイール、コンプレッサホイール)の除去対象部となる翼間に周方向に一定の角度を隔てた複数の切削除去部を設定し、回転流体要素のアンバランスの量と方位を示すアンバランスベクトルを計測し、アンバランスベクトルの方位の両側に位置する1対の切削除去部における分割ベクトルに分割し、各分割ベクトルに相当するアンバランス量が対応する切削除去部について切削除去できる最大量を超える場合に、分割ベクトルをその方位の両側に位置する1対の切削除去部における分割ベクトルに再分割し、再分割を各分割ベクトルに相当するアンバランス量が対応する切削除去部について切削除去できる最大量以下になるまで繰り返し、相当する切削除去部を切削除去する。
 この特許文献1に記載されたアンバランス修正加工方法は、計測されたアンバランスベクトルに基づいて、このアンバランスベクトルに対応する回転体の切削除去部の径方向外側に1箇所、若しくは分割ベクトルに対応する回転体の異なる複数の切削除去部の各径方向外側に1箇所ずつ(全体では複数箇所)加工する。
 ここで、アンバランスの量は質量と長さの積で表されるので、長さが大きいほど、アンバランスの修正量を大きくすることができる。このため、アンバランスの修正は、回転流体要素の径方向外側周縁部で切削除去されるのが、一般的である。
特開2013-15432号(図4参照)
 しかしながら、1回目のアンバランス修正後に残存するアンバランスを再修正する場合、残存するアンバランスの量と位置によっては、1回目に修正した箇所を再度修正する場合がある。この場合には、修正した箇所を再度修正するので、所望の修正量が得られない場合があり、修正精度が低下する。また、再度の修正が過大である場合には、回転体の切削除去部(翼間)に隣接して設けられた翼の強度が低下する虞が生じる。
 上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、回転流体要素に複数回のアンバランス修正をしても、アンバランスの修正精度が高く且つ翼の強度が低下していない回転流体要素及び回転流体要素のアンバランス修正方法を提供することを目的とする。
 本発明の幾つかの実施形態に係わる回転流体要素によれば、
 ボス部の外周面に遠心方向に延びて円周方向に間隔を有して配設された複数の翼を備え、円周方向に隣接する翼間にアンバランスを低減するための切削除去部が設けられた回転流体要素において、
 前記切削除去部は、
 前記翼間の径方向外側周縁部位に切削除去された第1切削除去部と、
 前記第1切削除去部(74c1)よりも径方向内側部位に切削除去された1つ以上の追加切削除去部と、を含むように構成される。
 この場合、回転流体要素の切削除去部は、翼間の径方向外側周縁部位に切削除去された第1切削除去部と、前記第1切削部よりも径方向内側部位に切削除去された追加切削除去部と、を含むので、アンバランスを修正するために切削除去される部位は互いに異なる位置にある。このため、回転流体要素に複数回のアンバランス修正を行っても、アンバランスの修正精度を高くすることができ、また翼の強度が低下していない回転流体要素を実現できる。
 幾つかの実施形態では、
 前記第1切削除去部は、前記回転流体要素の回転中心と同心円とする半径が異なる複数の環状の領域のうち最も径方向外側に位置する環状の領域内に設けられ、
 前記追加切削除去部は、前記最も径方向外側に位置する環状の領域以外の環状の領域内に設けられ、
 さらに、前記追加切削除去部が複数ある場合は、それぞれが異なる環状の領域に設けられているように構成される。
 この場合、第1切削除去部は、回転流体要素の回転中心と同心円とする半径が異なる複数の環状の領域のうち最も径方向外側に位置する環状の領域内に設けられ、追加切削除去部は、最も径方向外側に位置する環状の領域以外の環状の領域内に設けられるので、第1切削除去部と追加切削除去部は、互いに異なる位置にある。このため、回転流体要素に複数回のアンバランス修正を行っても、アンバランスの修正精度を高くすることができ、また翼の強度が低下していない回転流体要素を実現できる。
 幾つかの実施形態では、
 前記第1切削除去部は、前記回転流体要素の回転中心に対して径方向一方側及び径方向他方側であって互いに逆位相に位置する一対の位相領域のいずれかの領域内に設けられ、
 前記追加切削除去部は、前記第1切削除去部が設けられた位相領域と反対側の位相領域内に設けられているように構成される。
 この場合、第1切削除去部は、一対の位相領域のいずれかの領域内に設けられ、追加切削除去部は、第1切削除去部が設けられた位相領域と反対側の位相領域内に設けられるので、第1切削除去部と追加切削除去部は、互いに異なる位置にある。このため、回転流体要素に複数回のアンバランス修正を行っても、アンバランスの修正精度を高くすることができ、また翼の強度が低下していない回転流体要素を実現できる。
 幾つかの実施形態では、
 前記追加切削除去部は、前記第1切削除去部が設けられた翼間内において、該第1切削除去部から径方向内側に連続的に延びて設けられるように構成される。
 この場合、追加切削除去部は、第1切削除去部が設けられた翼間内において、該第1切削除去部から径方向内側に連続的に延びて設けられるので、アンバランス量が比較的に大きい場合、大きなアンバランスの量を2回目の切削作業で一気に除去することができる。このため、アンバランス修正作業の作業性を向上させることができる。
 幾つかの実施形態では、
 前記追加切削除去部は、前記第1切削除去部が設けられた翼間内において、該第1切削除去部から前記回転流体要素の求心方向に直交する方向に延びて設けられているように構成される。
 この場合、追加切削除去部は、第1切削除去部が設けられた翼間内において、該第1切削除去部から回転流体要素の求心方向に直交する方向に延びて設けられているので、アンバランス量が比較的に大きい場合、大きなアンバランスの量を2回目の切削作業で一気に除去することができる。このため、アンバランス修正作業の作業性を向上させることができる。
 本発明の幾つかの実施形態に係わる回転流体要素のアンバランス修正方法によれば、
 ボス部の外周面に遠心方向に延びて円周方向に間隔を有して配設された複数の翼を備え、円周方向に隣接する翼間にアンバランスを低減する切削除去部を設けるための回転流体要素のアンバランス修正方法であって、
 前記回転流体要素の周方向に隣接する復数の翼間に径方向外側周縁部位を含む領域と、該領域よりも径方向内側に位置する領域を含む復数の領域を設定する第1ステップと、
 前記回転流体要素のアンバランスの量と位置を求める第2ステップと、
 前記第2ステップで求められた前記回転流体要素のアンバランスの量と位置に基づいて、前記複数の領域のうち前記径方向外側周縁部位を含む領域を選択し、選択された領域の切削位置と切削量を求める第3ステップと、
 前記第3ステップで求められた前記切削位置及び前記切削量に基づいて、該切削位置において前記第3ステップで求められた切削量で第1回目の切削除去を行って第1切削除去部を設ける第4ステップと、
 前記第1回目の切削除去がされた回転流体要素のアンバランスの量と位置を求める第5ステップと、
 前記第5ステップで求められたアンバランスの量と位置に基づいて、前記複数の領域のうち前記選択された領域以外の領域を選択し、この選択された領域の切削位置と切削量を求める第6ステップと
 前記第6ステップで求められた切削位置及び切削量に基づいて、該切削位置において第6ステップで求められた切削量で第2回目の切削除去を行って追加切削除去部を設ける第7ステップと、を含むように構成される。
 この場合、上記回転流体要素のアンバランス修正方法によれば、第1回目の切削除去がされた回転流体要素にアンバランスが残存する場合には、第2回目のアンバランスの量と位置が求められ、求められた第2回目のアンバランスの量と位置に基づいて、第1回目で選択された領域以外のいずれかの領域が選択され、この選択された領域の切削位置と切削量が求められ、この求められた切削位置と切削量に基づいて第2回目の切削除去が行われる。このため、1回目の切削除去がされた位置と、2回目の切削除去がされた位置が異なる位置になるので、1回目の切削除去後に残存するアンバランスの修正加工時に、所望の切削量で修正加工することができる。よって、アンバランス修正の精度を上げることができ、且つ翼の強度を低下させない回転流体要素のアンバランス修正方法を実現できる。
 幾つかの実施形態では、
 前記第5ステップから前記第7ステップまでを、
 所定のアンバランス量以下になるまで繰り返すように構成される。
 この場合、前記第5ステップから前記第7ステップまでを、所定のアンバランス量以下になるまで繰り返すことで、アンバランス修正の精度をより上げることができる。
 幾つかの実施形態では、
 前記第1ステップで設定される複数の領域は、前記回転流体要素の回転中心と同心円とする半径が異なる複数の環状の領域として設定され、
 前記第3ステップで選択される領域は、前記複数の環状の領域のうち最も径方向外側に位置する環状の領域であり、
 前記第6ステップで選択される領域は、前記第5ステップで求められたアンバランスの量と位置に基づいて、前記最も径方向外側に位置する環状の領域以外の環状の領域が選択されるように構成される。
 この場合、第1ステップで設定される複数の領域は、回転流体要素の回転中心と同心円とする半径が異なる複数の環状の領域として設定され、第3ステップで選択される領域は、複数の環状の領域のうち最も径方向外側に位置する環状の領域であり、第6ステップで選択される領域は、第5ステップで求められた第2回目のアンバランスの量と位置に基づいて、最も径方向外側に位置する環状の領域以外の環状の領域が選択される。このため、1回目の切削除去がされる位置よりも回転流体要素の径方向内側で2回目の切削除去がされるので、両方の切削除去される位置を異なる位置にすることができる。このため、1回目の切削除去で残存するアンバランスの修正加工時に所望の切削量で加工することができ、アンバランス修正の精度を上げることができる。
 幾つかの実施形態では、
 前記複数の領域のそれぞれには、切削除去可能な許容切削量が設定され、
 前記第6ステップで選択される領域は、前記許容切削量を超えない領域のいずれかであるように構成される。
 この場合、複数の領域のそれぞれには、切削除去可能な許容切削量が設定され、第6ステップで選択される領域は、許容切削量を超えない領域のいずれかであるので、領域の選択に際して、求められた切削量が許容切削量を超えているか否かで判断することができる。このため、領域選択の判断を容易にすることができる。
 幾つかの実施形態では、
 前記第6ステップで求められる切削位置は、選択された領域内において前記第3ステップで求められた切削位置と前記回転流体要素の回転中心とを繋ぐ仮想線上の位置であるように構成される。
 この場合、第6ステップで求められる切削位置、即ち、2回目の切削位置は、選択された領域内において第3ステップで求められた切削位置と回転流体要素の回転中心とを繋ぐ仮想線上の位置であるので、回転流体要素の回転時に、1回目の切削除去で残存するアンバランスの質量に応じた遠心力のベクトルと、2回目の切削位置における遠心力のベクトルとを同一直線上にすることができる。よって、アンバランスを効果的に低減することができ、アンバランス修正の精度を上げることができる。
 また、幾つかの実施形態では、
 前記回転流体要素のアンバランスの量に対する切削量を前記複数の領域ごとに設定したマップを予め設け、
 前記第6ステップで求められる切削量は、前記第5ステップで求められたアンバランスの量に応じて前記マップに基づいて求められるように構成される。
 この場合、回転流体要素のアンバランスの量に対する切削量を複数の領域ごとに設定したマップが予め設けられ、第6ステップで求められる切削量は、第5ステップで求められたアンバランスの量に応じてマップに基づいて求められるので、第6ステップで求められる切削量はマップを介して容易に求められる。このため、第6ステップで切削量を求める際に、複雑な計算をする必要がない。よって、切削除去作業を容易化することができる回転流体要素のアンバランス修正方法を実現できる。
 幾つかの実施形態では、
 前記第1ステップで設定される複数の領域は、前記回転流体要素の回転中心に対して径方向一方側及び径方向他方側であって互いに逆位相の位置に配置される一対の位相領域として設定され、
 前記第3ステップで選択される領域は、前記一対の位相領域のうち前記径方向外側周縁部位を含む位相領域のいずれかであり、
 前記第6ステップで選択される領域は、前記第3ステップで選択された位相領域と反対側の位相領域であるように構成される。
 この場合には、最初の回転流体要素のアンバランスの量と位置に基づいて、一対の位相領域のうち径方向外側周縁部位を含むいずれかが選択され、第6ステップで選択される領域は、第3ステップで選択された位相領域と反対側の位相領域であるので、1回目の切削除去がされた切削位置と2回目の切削除去がされた位置とは別の位置になる。このため、1回目で残存するアンバランスの2回目の修正加工時に微調整可能に切削することができ、アンバランス修正精度を上げることができる。
 幾つかの実施形態では、
 前記第3ステップで求められる前記切削量は、前記第2ステップで求められるアンバランスの量よりも小さいアンバランスの量が前記反対側の位相領域に生じるように、前記第2ステップで求められる切削量よりも大きな切削量であり、
 前記第4ステップにおいて、前記第3ステップで求められた前記切削量に基づいて、選択された位相領域を切削除去し、
 前記第6ステップにおいて、前記第5ステップで求められるアンバランスの量と位置に基づいて、前記反対側の位相領域を切削除去するように構成される。
 この場合、第4ステップにおいて、大きい切削量に基づいて、選択された位相領域を切削除去し、第6ステップにおいて、第5ステップで求められるアンバランスの量と位置に基づいて、反対側の位相領域を切削除去するので、第1回目のアンバランスの修正において精度の粗い修正を行い、第2回目のアンバランスの修正において精度の高い修正を行うことができる。例えば、1回目の修正加工時に切削量が所望の切削量に満たない場合や超えた場合でも、第2回目の修正で微調整をすることができる。このため、アンバランスの修正を容易化するとともに、アンバランス修正の精度を上げることができる。
 本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、回転流体要素に複数回のアンバランス修正をしても、アンバランスの修正精度が高く且つ翼の強度が低下していない回転流体要素及び回転流体要素のアンバランス修正方法を提供することができる。
同図(a)は、アンバランス修正された回転流体要素の平面図であり、同図(b)は、同図(a)のI-I矢視に相当する断面図である。 同図(a)はアンバランス修正方法が適用された過給機の断面説明図であり、同図(b)は、過給機のコンプレッサホイールの径方向に複数のアンバランス修正がされたコンプレッサホイールの側面図である。 回転流体要素のアンバランス修正装置のブロック図である。 回転流体要素のアンバランス修正方法のフローチャートである。 フローチャートにおけるステップ105の詳細なフローチャートである。 領域毎に設定されアンバランス量に対する切削量を設定したマップである。 同図(a)は他のアンバランス修正方法が適用された過給機の断面説明図であり、同図(b)は、過給機のコンプレッサホイールの径方向に複数の他のアンバランス修正が適用されたコンプレッサホイールの側面図である。 同図(a)は他のアンバランス修正方法が適用された過給機の断面説明図であり、同図(b)は、過給機のコンプレッサホイールの径方向に複数の他のアンバランス修正がされたコンプレッサホイールの側面図である。 過給機のコンプレッサホイールに径方向に延びる切削が行われたコンプレッサホイールの側面図である。 過給機のコンプレッサホイールに求心方向に対して直交する方向に延びる切削が行われたコンプレッサホイールの側面図である。
 以下、添付図面に従って本発明の回転流体要素及び回転流体要素のアンバランス修正方法の実施形態について、図1~図10を参照しながら説明する。本実施形態は、回転流体要素としてターボ過給機のコンプレッサホイールを例にして説明する。回転流体要素は、ターボ過給機のコンプレッサホイールに限るものではなく、コンプレッサホイールと反対側に設けられたターボ過給機のタービンホイールでもよい。なお、この実施形態に記載されている構成部品の材質、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。
 先ず、本発明の回転流体要素及び回転流体要素のアンバランス修正方法を説明する前に、回転流体要素が適用されるターボ過給機70について概説する。ターボ過給機70は、図2(a)(断面説明図)に示すように、エンジンの排ガスにより回転駆動されるタービンホイール71と、タービンホイール71と一体的に回転することで圧縮空気をエンジンに供給するコンプレッサホイール72と、一端部がタービンホイール71に結合され他端部がコンプレッサホイール72に結合された回転軸78とを有してなる。
 ターボ過給機70には、タービンホイール71を囲むタービンハウジング(図示せず)と、コンプレッサホイール72を囲むコンプレッサハウジング(図示せず)と、回転軸78を回転自在に支持する軸受ハウジング79が設けられている。
 コンプレッサホイール72は、例えば、アルミニウムやチタン等から鋳造されるとともに、旋盤等によって切削加工されて形成される。コンプレッサホイール72は、円板状の背面板73と、背面板73の一方側の面から直交する方向に突出して背面板73に一体的に設けられた円錐台状のボス部74と、ボス部74の外周面74aから背面板73にかけて一体的に設けられた複数の翼75とを有してなる。
 複数の翼75は、図2(a)及び図2(b)(側面図)に示すように、コンプレッサホイール72のボス部74の外周面74aに遠心方向に傾斜するように延びている。コンプレッサホイール72の周方向に隣接する翼75間(以下、「翼間76」と記す。)には、ボス部74の外周面74aが露出している。翼間76のボス部74の断面形状は、ボス部74の背面板73の反対側である頂部から背面板73側の底部に進むに従って径方向の寸法が徐々に拡開して幅が広くなり、最も幅が広くなる箇所で背面板73に接続するように形成されている。このため、コンプレッサホイール72のボス部74の軸方向厚さは、径方向外側端部の部分が最も薄く、径方向外側端部から径方向内側に進むに従って暫時厚くなり、さらに径方向厚さは径方向内側に進むに従って薄くなるように形成されている。このボス部74の軸方向及び径方向厚さは、後述するコンプレッサホイール72のアンバランスを修正するために、翼間76のボス部74の切削除去される切削除去部74に関係する。
 コンプレッサホイール72の中央部にはボス部74の頂部から底部を貫く貫通孔74bが設けられている。この貫通孔74bに回転軸78が挿通され、ボス部74の先端部から延出する回転軸78にナット80が螺合されて、コンプレッサホイール72は回転軸78に一体的に結合されている。
 次に、本発明の回転流体要素のアンバランス修正方法が適用されるアンバランス修正装置について、図2(b)及び図3を参照しながら説明する。アンバランス修正装置1は、図3に示すように、領域設定部3とアンバランス計測部5と切削条件設定部7とマップ9と切削作業部11とを備えている。領域設定部3は、コンプレッサホイール72(回転流体要素)の除去対象部分となる翼間76を互いに異なる複数の領域に設定する機能を有している。本実施形態では、図2(b)に示すように、コンプレッサホイール72の回転中心Oと同心円とする半径が異なる3つの環状の領域A1、A2、A3を設定している。
 領域A1は、コンプレッサホイール72の半径r0よりも小さな半径r1を有している。領域A1の幅、即ち、半径r0と半径r1との差は、切削作業部11を構成するドリル12(図2(a)参照)の直径よりも大きい幅を有している。なお、領域A2及び領域A3の各幅も、領域A1の幅と同様の大きさの幅を有している。このため、ドリル12で領域A1、A2、A3に穴を切削する際に、穴が隣接する領域A1、A2、A3に侵入しにくくしている。なお、後述する図9及び図10の場合における切削作業部11は、ドリル12の代わりにエンドミルが使用される。
 アンバランス計測部5は、コンプレッサホイール72のアンバランスの量と位置を求める機能を有する。アンバランス計測部5は、例えば、回転可能に保持されてマークが加工されたコンプレッサホイール72を回転させながらマークを光センサ(図示せず)で検出し、このマークを基準として、2個の加速度検出器(図示せず)からの検出信号に基づいて、コンプレッサホイール72のアンバランスの量と位置を計測する。その結果、マークを0基準として、何度の角度にどのくらいの重量のアンバランスがあるかが計測される。
 切削条件設定部7は、アンバランス計測部5で求められたコンプレッサホイール72のアンバランスの量と位置に基づいて、領域設定部3で設定された3つの領域A1、A2、A3のいずれかの領域を選択し、選択された領域の切削位置と切削量を求める機能を有する。切削条件設定部7は、最初の領域選択時には、コンプレッサホイール72の最も外側に位置する領域、即ち、領域A1を選択する。そして、計測されたアンバランスの量と位置に基づいて、領域A1において、切削量と切削位置を設定する。切削位置P1は、領域A1の幅方向の中心線Sと、コンプレッサホイール72の回転中心O及び計測されたアンバランスの位置を通る仮想線Kとの交点を設定する。ただし、前記交点が翼上又は強度上問題がある程度に翼近傍となった場合は、前記交点に最も近い切除可能な前記中心線S上の点を設定する。一方、切削量は、計測されたアンバランスの量を切除できる量を、コンプレッサホイール72の回転中心Oから切除位置P1までの距離と材料の比重を基に設定する。
 また、切削条件設定部7は、切削除去されたコンプレッサホイール72のアンバランスの量と位置が再計測された場合には、アンバランス計測部5によって再度求められたアンバランスの量及び位置に基づいて、3つの領域A1、A2、A3のうち選択された領域(A1)以外のいずれかの領域(A2、A3)を選択し、この選択された領域の切削位置と切削量を求める。切削条件設定部7は、領域の再選択に際して、複数の領域のそれぞれに切削除去可能な許容切削量(図6参照、Cn、Dn)を設定したマップ9に基づいて、許容切削量を超えない領域のいずれかを選択する。このため、切削量が多すぎた場合に、コンプレッサホイールの強度が低下する虞を未然に防止している。
 また、切削条件設定部7は、切削除去されたコンプレッサホイール72のアンバランスの量と位置が再計測された後のアンバランス修正をするための切削位置を求める場合には、選択された領域内の幅方向の中心線と、コンプレッサホイール72の回転中心O及び計測されたアンバランスの位置を通る仮想線との交点を設定する。ただし、前記交点が翼上又は強度上問題がある程度に翼近傍となった場合は、前記交点に最も近い切除可能な前記中心線上の点を設定する。
 また、切削条件設定部7は、切削除去されたコンプレッサホイール72のアンバランスの量と位置が再計測された後のアンバランスを修正するための切削量を求める場合には、コンプレッサホイール72のアンバランスの量に対する切削量を複数の領域ごとに設定したマップ9に基づいて求める。マップ9は、図6に示すように、領域A1、A2、A3ごとに設けられている。マップ9は、例えば、領域A1の場合、計測されたアンバランスの量がU1、U2、U3のときには、切削量がC1、C2、C3であると設定されるとともに、許容される最大の切削量(許容切削量Cn(max))も設定されている。なお、計測されたアンバランスの量がマップ9に存在しない場合には、切削条件設定部7は、計測されたアンバランスの量の前後に規定されたマップ9上の2つのアンバランスの量に対応する2つの切削量に基づいて算出する。
 また、マップ9は、例えば、領域A2の場合、計測されたアンバランスの量がU1、U2、U3のときには、切削量がD1、D2、D3であると設定されるとともに、許容される最大の切削量(許容切削量Dn(max))も設定されている。なお、D1>C1、D2>C2、D3>C3、Dn>Cnなる関係がある。
 切削作業部11は、図2(a)に示すように、コンプレッサホイール72の翼間76のボス部74をドリル12により円形状に加工するものである。ドリル12により加工されたボス部74の外周面74aには、ドリル先端形状の凹部74cが形成される。
 次に、アンバランス修正装置1の作動とともに、本発明の回転流体要素のアンバランス修正方法及びこの修正方法によって修正された回転流体要素(コンプレッサホイール72)について、図1~図5を参照しながら説明する。図2(b)、図3、図4に示すように、先ず、領域設定部3により、コンプレッサホイール72の除去対象部分となる翼間76を互いに異なる複数の領域A1、A2、A3に設定する(ステップ100)。本実施形態では、コンプレッサホイール72の回転中心Oと同心円とする半径が異なる3個の環状の領域A1、A2、A3が設定される(図2(b)参照)。
 そして、アンバランス計測部5によって、コンプレッサホイール72のアンバランスの量と位置を求める(ステップ101)。ステップ101で求められたアンバランスの量が閾値以下であれば終了し、閾値以下でなければステップ103に移行する(ステップ102)。ステップ103では、ステップ101で求められたコンプレッサホイール72のアンバランスの量と位置に基づいて、切削条件設定部7は、複数の領域A1、A2、A3のうち径方向外側周縁部位を含む領域、即ち最も径方向外側に位置する領域A1を選択し、この選択された領域A1の切削位置と切削量を求める。
 そして、切削作業部11は、選択された領域A1の切削位置において、求められた切削量で第1回目の切削除去を行う(ステップ104)。そして、削除回数nを1とする(ステップ105)。そして、アンバランス計測部5によって、切削除去されたコンプレッサホイール72のアンバランスの量と位置を再び求める(ステップ106)。そして、ステップ106で求められたアンバランスの量が閾値以下であれば終了し、閾値以下でなければステップ108に移行する(ステップ107)そして、領域設定部3は、ステップ106で求められたアンバランスの量と位置に基づいて、複数の領域A1、A2、A3のうち既に選択された領域A1以外のいずれかの追加領域を選択する(ステップ108a、図5参照)。追加領域の選択に際しては、徐々に径方向内側に向かうようA2、A3の順とする事が望ましいが、選択される領域の許容切削量が、ステップ103で求められた切削量よりも大きいことを条件とし、条件を満たさない場合はA2より先にA3を選択してもよい。
 そして、切削条件設定部7は、この選択された追加領域の切削位置を求める(ステップ108b、図5参照)。切削位置を求めるに際しては、選択された追加領域内の幅方向の中心線と、コンプレッサホイール72の回転中心O及び計測されたアンバランスの位置を通る仮想線との交点を設定する。ただし、前記交点が翼上又は強度上問題がある程度に翼近傍となった場合は、前記交点に最も近い切除可能な前記中心線上に位置するように求める。即ち、領域A1の切削除去部が翼をよける為に仮想線K上の点と出来なかった場合、切削除去前のアンバランスベクトルと残存するアンバランスベクトルとが異なる可能性があるので、改めて切削位置を求めることで、アンバランスを効果的に低減することができ、アンバランス修正の精度を上げることができる。
 そして、切削条件設定部7は、この選択された領域A2の切削量を求める(ステップ108c、図5参照)。切削量を求めるに際しては、ステップ103で求められたアンバランスの量に応じてマップ9に基づいて求める。このため、切削量はマップ9を介して容易に求められる。このため、第6ステップで切削量を求める際に、複雑な計算をする必要がない。よって、切削除去作業を容易に行うことが可能な回転流体要素のアンバランス修正装置1及び回転流体要素のアンバランス修正方法を実現できる。
 そして、切削作業部11は、ステップ108aで選択された追加領域の切削位置において、第6ステップで求められた切削量で第2回目の切削除去を行う(ステップ109)。その結果、図1(a)及び図1(b)に示すように、ボス部74の外周面74aの異なる位置に設けられた2個の切削除去部74cによってアンバランス修正されたコンプレッサホイール(回転流体要素)72が出来上がる。
 そして、切削回数に1を加算して2とする(110)。そして、アンバランス計測部5によって、コンプレッサホイール72のアンバランスの量と位置を求める(ステップ111)。そして、ステップ111で求められたアンバランスの量が閾値以下であれば終了し、閾値以下でなければステップ113に移行する(ステップ112)。ステップ113では、切削回数が閾値を超えていれば終了し、超えていまければステップ108に戻って3回目のアンバランス調整が行われる。
 ステップ109でアンバランス修正されたコンプレッサホイール72は、径方向の最も外側の領域A1内であって円周方向に隣接する一対の翼間76の略中央部の位置(以下、「径方向外側周縁部位Pa1」と記す。)に切削除去された第1切削除去部74c1と、領域A1よりも径方向内側の追加領域内であって第1切削除去部74c1よりも径方向内側部位Pa2に切削除去された追加切削除去部74c2とが設けられている。これら第1切削除去部74c1及び追加切削除去部74c2によって、翼75の強度を低下させることなく、また精度の高いアンバランス修正がされたコンプレッサホイール72(回転流体要素)が実現されている。
 なお、ステップ108に戻って3回目のアンバランス調整が行われる場合には、領域設定部3は、ステップ111で求められたアンバランスの量と位置に基づいて、複数の領域A1、A2、A3のうち既に選択された領域A1、A2以外のいずれかの追加領域(A3)を選択する(ステップ108a、図5参照)。
 そして、切削条件設定部7は、この選択された追加領域の切削位置を求める(ステップ108b、図5参照)。切削位置を求めるに際しては、選択された追加領域内の幅方向の中心線と、コンプレッサホイール72の回転中心O及び計測されたアンバランスの位置を通る仮想線との交点を設定する。ただし、前記交点が翼上又は強度上問題がある程度に翼近傍となった場合は、前記交点に最も近い切除可能な前記中心線上に位置するように求める。即ち、領域A1の切削除去部が翼をよける為に仮想線K上の点と出来なかった場合、切削除去前のアンバランスベクトルと残存するアンバランスベクトルとが異なる可能性があるので、改めて切削位置を求めることで、アンバランスを効果的に低減することができ、アンバランス修正の精度を上げることができる。
 そして、切削条件設定部7は、この選択された領域A3の切削量を求める(ステップ108c、図5参照)。切削量を求めるに際しては、ステップ108で求められたアンバランスの量に応じてマップ9に基づいて求める。このため、切削量はマップ9を介して容易に求められる。このため、切削量を求める際に、複雑な計算をする必要がない。よって、切削除去作業を容易に行うことが可能な回転流体要素のアンバランス修正装置1及び回転流体要素のアンバランス修正方法を実現できる。
 このように、本発明の回転流体要素のアンバランス修正方法は、ステップ105bにおいて、2回目の切削位置を求めるに際しては、既に選択された領域A1内で求められた切削位置P1とコンプレッサホイール72の回転中心Oとを繋ぐ仮想線K上に位置するように、切削位置が求められる。このため、図7(a)及び図7(b)に示すように、1回目の切削位置P1とコンプレッサホイール72の回転中心Oとを繋ぐ仮想線上に配置されたナット80の対応する部分に対しても、アンバランスを修正するための切削除去を行うことができる。従って、より大きなアンバランスの量に対してもアンバランスの修正を行うことができる。よって、アンバランスの修正精度をより高めることができるとともに、製品となるターボ過給機70の歩留まりを改善することができる。
 また、前述した実施形態では、コンプレッサホイール72の回転中心Oと同心円とする半径が異なる複数の環状の領域A1、A2、A3を設定したが、図8(b)に示すように、コンプレッサホイール72の回転中心Oに対して径方向一方側及び径方向他方側であって互いに逆位相の位置に配置される一対の位相領域B1、B2として設定してもよい。この場合、ステップ102で求められる切削量は、ステップ101で求められるアンバランスの量よりも小さいアンバランスの量が反対側の位相領域B1に生じるように、ステップ101で求められる切削量よりも大きな切削量である。そして、ステップ103において、ステップ102で求められた切削量に基づいて、切削作業部11は、選択された位相領域B1を切削除去し、ステップ106において、ステップ104で求められるアンバランスの量と位置に基づいて、反対側の位相領域B1を切削除去して、アンバランス修正されたコンプレッサホイール(回転流体要素)72が出来上がる。
 アンバランス修正されたコンプレッサホイール72'は、位相領域B1内であって円周方向に隣接する一対の翼間76の略中央部の径方向外側周縁部位Pa1に切削除去された第1切削除去部74c1と、位相領域B1と反対側の位相領域B2内であって第1切削除去部74c1と逆位相の位置で且つ径方向内側部位Pa2に切削除去された追加切削除去部74c2とが設けられている。これら第1切削除去部74c1及び追加切削除去部74c2によって、翼75の強度を低下させることなく、また精度の高いアンバランス修正がされたコンプレッサホイール72'(回転流体要素)が実現される。
 このように、1回目の切削除去される切削位置P1と2回目の切削除去される切削位置P2は互いに異なる位相領域B1、B2内にある。このため、1回目で残存するアンバランスの2回目の修正加工時に微調整可能に切削することができ、アンバランス修正の精度を上げることができる。
 また、前述した実施形態では、複数の領域をコンプレッサホイール72の回転中心Oと同心円とする半径が異なる複数の環状の領域A1、A2、A3として設定し、領域毎に切削除去を行い、切削除去した部分同士は重ならないようにした場合を示したが、図9に示すように、第1切削除去部(74c1)が設けられた翼間76内において、第1切削除去部74c1から径方向内側に連続的に延びる長穴状に切削して、アンバランス修正されたコンプレッサホイール(回転流体要素)72''が出来上がるようにしてもよい。
 アンバランス修正されたコンプレッサホイール72''には、領域A1内であって円周方向に隣接する一対の翼間76の径方向外側周縁部位Pa1に切削除去した第1切削除去部74c1と、第1切削除去部74c1から領域A1、領域A2、領域A3、領域A4に亘る径方向内側部位Pa2に切削除去された追加切削除去部74c2とが設けられている。これら第1切削除去部74c1及び追加切削除去部74c2によって、翼75の強度を低下させることなく、また精度の高いアンバランス修正がされたコンプレッサホイール72''(回転流体要素)が実現される。
 このように、第1切削除去部74c1及び追加切削除去部74c2が互いに繋がって長穴状に形成されることで、アンバランスの修正量を増大させることができる。従って、より大きなアンバランスの量に対してもアンバランスの修正を行うことができる。よって、アンバランスの修正精度をより高めることができるとともに、製品となるターボ過給機70の歩留まりを改善することができる。
 また、前述した実施形態では、複数の領域をコンプレッサホイール72の回転中心Oと同心円とする半径が異なる複数の環状の領域A1、A2、A3として設定し、領域毎に切削除去を行い、切削除去した部分同士は重ならないようにした場合を示したが、図10に示すように、領域A1内の第1切削除去部74c1が設けられた翼間76内において、第1切削除去部74c1からコンプレッサホイール72の求心方向に直交する方向に連続的に延びる長穴状に切削して、アンバランス修正されたコンプレッサホイール(回転流体要素)72'''が出来上がるようにしてもよい。
 アンバランス修正されたコンプレッサホイール72'''には、領域A1内であって円周方向に隣接する一対の翼間76の径方向外側周縁部位Pa1に切削除去した第1切削除去部74c1と、この第1切削除去部74c1からコンプレッサホイール72の求心方向に直交する方向に連続的に延びる径方向内側部位Pa2において切削除去された長穴状の追加切削除去部74c2とが設けられている。これら第1切削除去部74c1及び追加切削除去部74c2によって、翼75の強度を低下させることなく、また精度の高いアンバランス修正がされたコンプレッサホイール72'''(回転流体要素)が実現される。なお、径方向外側周縁部位Pa1の回転中心Oからの半径r1と、径方向内側部位Pa2の回転中心Oからの半径r2とは、半径r1>半径r2の関係がある。
 このように、第1切削除去部74c1及び追加切削除去部74c2が互いに繋がって直線状に形成されることで、アンバランスの修正量を増大させることができる。従って、より大きなアンバランスの量に対してもアンバランスの修正を行うことができる。よって、アンバランスの修正精度をより高めることができるとともに、製品となるターボ過給機70の歩留まりを改善することができる。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。例えば、上述した各種実施形態を適宜組み合わせてもよい。
  1 アンバランス修正装置
  3 領域設定部
  5 アンバランス計測部
  7、23 切削条件設定部
  9 マップ
 11 切削作業部
 12 ドリル
 70 ターボ過給機
 71 タービンホイール
 72、72'、72''、72''' コンプレッサホイール(回転流体要素)
 73 背面板
 74 ボス部
 74a 外周面
 74b 貫通孔
 74c 切削除去部
 74c1 第1切削除去部
 74c2 追加切削除去部
 75 翼
 76 翼間
 78 回転軸
 79 軸受ハウジング
 80 ナット
 A1、A2、A3 領域
 B1、B2 位相領域
 K 仮想線
 O 回転中心
 P1、P2 切削位置
 Pa1 径方向外側周縁部位
 Pa2 径方向内側部位

Claims (12)

  1.  ボス部の外周面に遠心方向に延びて円周方向に間隔を有して配設された複数の翼を備え、翼間にアンバランスを低減するための切削除去部が設けられた回転流体要素において、
     前記切削除去部は、
     前記翼間の径方向外側部位に切削除去された第1切削除去部と、
     前記第1切削除去部よりも径方向内側部位に切削除去された1つ以上の追加切削除去部と、を含む
     ことを特徴とする回転流体要素。
  2.  前記第1切削除去部は、前記回転流体要素の回転中心と同心円とする半径が異なる複数の環状の領域のうち最も径方向外側に位置する環状の領域内に設けられ、
     前記追加切削除去部は、前記最も径方向外側に位置する環状の領域以外の環状の領域内に設けられ、
     さらに、前記追加切削除去部が複数ある場合は、それぞれが異なる環状の領域に設けられている
     ことを特徴とする請求項1に記載の回転流体要素。
  3.  前記第1切削除去部は、前記回転流体要素の回転中心に対して径方向一方側及び径方向他方側であって互いに逆位相に位置する一対の位相領域のいずれかの領域内に設けられ、
     前記追加切削除去部は、前記第1切削除去部が設けられた位相領域と反対側の位相領域内に設けられている
     ことを特徴とする請求項1に記載の回転流体要素。
  4.  前記追加切削除去部は、前記第1切削除去部が設けられた翼間内において、該第1切削除去部から径方向内側に連続的に延びて設けられている
     ことを特徴とする請求項1に記載の回転流体要素。
  5.  前記追加切削除去部は、前記第1切削除去部が設けられた翼間内において、該第1切削除去部から前記回転流体要素の求心方向に直交する方向に延びて設けられている
     ことを特徴とする請求項1に記載の回転流体要素。
  6.  ボス部の外周面に遠心方向に延びて円周方向に間隔を有して配設された複数の翼を備え、円周方向に隣接する翼間にアンバランスを低減する切削除去部を設けるための回転流体要素のアンバランス修正方法であって、
     前記回転流体要素の周方向に隣接する復数の翼間に径方向外側周縁部位を含む領域と、該領域よりも径方向内側に位置する領域を含む復数の領域を設定する第1ステップと、
     前記回転流体要素のアンバランスの量と位置を求める第2ステップと、
     前記第2ステップで求められた前記回転流体要素のアンバランスの量と位置に基づいて、前記複数の領域のうち前記径方向外側周縁部位を含む領域を選択し、選択された領域の切削位置と切削量を求める第3ステップと、
     前記第3ステップで求められた前記切削位置及び前記切削量に基づいて、該切削位置において前記第3ステップで求められた切削量で第1回目の切削除去を行って第1切削除去部を設ける第4ステップと、
     前記切削除去がされた回転流体要素のアンバランスの量と位置を求める第5ステップと、
     前記第5ステップで求められたアンバランスの量と位置に基づいて、前記複数の領域のうち前記選択された領域以外の追加領域を選択し、この選択された追加領域の切削位置と切削量を求める第6ステップと
     前記第6ステップで求められた切削位置及び切削量に基づいて、該切削位置において第6ステップで求められた切削量で追加の切削除去を行って追加削除去部を設ける第7ステップと、を含む
     ことを特徴とする回転流体要素のアンバランス修正方法。
  7.  前記第5ステップから前記第7ステップまでを、
     所定のアンバランス量以下になるまで繰り返す
     ことを特徴とした請求項6に記載のアンバランス修正方法。
  8.  前記第1ステップで設定される複数の領域は、前記回転流体要素の回転中心と同心円とする半径が異なる複数の環状の領域として設定され、
     前記第3ステップで選択される領域は、前記複数の環状の領域のうち最も径方向外側に位置する環状の領域であり、
     前記第6ステップで選択される領域は、前記第5ステップで求められたアンバランスの量と位置に基づいて、前記最も径方向外側に位置する環状の領域以外の環状の領域が選択される
     ことを特徴とする請求項6に記載の回転流体要素のアンバランス修正方法。
  9.  前記複数の領域のそれぞれには、切削除去可能な許容切削量が設定され、
     前記第6ステップで選択される領域は、前記許容切削量を超えない領域のいずれかである
     ことを特徴とする請求項8に記載の回転流体要素のアンバランス修正方法。
  10.  前記第6ステップで求められる切削位置は、選択された領域内において前記第3ステップで求められた切削位置と前記回転流体要素の回転中心とを繋ぐ仮想線上の位置である
     ことを特徴とする請求項9に記載の回転流体要素のアンバランス修正方法。
  11.  前記回転流体要素のアンバランスの量に対する切削量を前記複数の領域ごとに設定したマップを予め設け、
     前記第6ステップで求められる切削量は、前記第3ステップで求められたアンバランスの量に応じて前記マップに基づいて求められる
     ことを特徴とする請求項10に記載の回転流体要素のアンバランス修正方法。
  12.  前記第1ステップで設定される複数の領域は、前記回転流体要素の回転中心に対して径方向一方側及び径方向他方側であって互いに逆位相の位置に配置される一対の位相領域として設定され、
     前記第3ステップで選択される領域は、前記一対の位相領域のうち前記径方向外側周縁部位を含む位相領域のいずれかであり、
     前記第6ステップで選択される領域は、前記第3ステップで選択された位相領域と反対側の位相領域である
     ことを特徴とする請求項6に記載の回転流体要素のアンバランス修正方法。
     
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