JP2004136444A

JP2004136444A - 研削装置、圧縮機

Info

Publication number: JP2004136444A
Application number: JP2004025620A
Authority: JP
Inventors: Tsugio Honoki; 朴木　継雄; Takeshi Hashimoto; 橋本　武; Masatoshi Sakai; 酒井　正敏; Koji Yokota; 横田　浩二; Tomoaki Nakasuji; 中筋　智明
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】　ロータリ圧縮機のようなシリンダの内周面にベーン溝を加工する場合、スペースの制約があり高精度の加工が困難であった。
【解決手段】　砥石台金とシャフトを一体化して剛性を上げ、かつベアリング内輪を回転させるとともにベアリング間隙を大きくし、砥石台金のたわみを最小におさえて長期間高精度を維持できるようにした。
【選択図】　　　　図１

Description

　この発明は、例えばロータリ圧縮機のシリンダの内周面にベーン溝を加工するような内径面研削である場合の研削装置に関するものである。

　周辺のスペースに制約のある加工面の研削に関する技術としては、特許文献１のようなものが知られている。図１０、図１１に従来の研削装置の構成を示す。１００は部品であり短円柱に円形の貫通穴１が形成されたリング状をなし、その内周面に深みぞ２が形成されている。また、みぞ２の底には、加工のための円形のぬすみ３が形成されている。３０はホルダ本体であり、その後面に、砥石軸駆動装置を構成する電動モータがモータ軸５ａを介してプーリ６を駆動している。

　７はアームでありこれを上下に貫通する開口８が形成され、この開口８内に砥石車９がアーム７により回転支持されている。砥石車９は円板状をなし、その中心部にボス部９ａが形成されている。砥石車９の外周部両面に砥石部９ｂが設けられ、外周面にベルトみぞ１０が形成されている。アーム７の開口８の前後の壁部７ａに前後方向にのびる水平軸３１がわたし止められており、この軸３１に、砥石車９のボス部９ａがラジアル荷重と前後両方向のスラスト荷重を受ける２個の転がり軸受１２によって支持されている。砥石車９の上側の少なくともみぞ１０の部分と下側の約半分の部分がアーム７の開口８から上下に突出している。そして、モータのプーリ６と砥石車９のみぞ１０に動力伝達装置を構成するベルト１３がかけられ砥石車９がモータにより回転される。

　軸受支持部を砥石車の中心に寄せることができ、また、砥石軸にプーリなどの駆動部を別に設ける必要がない。このため、砥石車の周辺部がコンパクトになり、周辺のスペースに制約があっても加工面を研削できる。

実開平３−７９２５４号公報

　ロータリ圧縮機のシリンダ内においては偏心リングが高速回転し、かつ、この偏心リングにベーン溝に案内されたベーンが当接して偏心に応じてバネで抑えられながらベーン溝内を往復動している。ベーンには複数の向きに変動する力が加わる。このようなシリンダベーン溝加工においては、深溝２および対向側面２ａの表面粗さ、平面度、平行度、相互間隔（深溝幅）などに極端に高い加工精度が要求される。

　しかしながら、従来の構成では本体ホルダやこの本体ホルダに支持される砥石車の剛性を強くできず加工精度に限界があった。また、精度良く加工しようとした場合、加工に職人芸が要求されるとともに頻繁に砥石を交換しなければならず、圧縮機のように大量生産を要求される部品の加工には実用上役に立たなかった。よって加工精度上の制限から圧縮機の効率向上に制約があった。一方剛性を上げようとすると、装置が大きくなり部品の穴に入らなくなってしまうなどの問題があった。

　この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、圧縮機のシリンダのような穴の中に挿入できるとともに、高い加工精度を得ることができる研削装置を提供することを目的とする。又、この発明は砥石寿命が長く、大量生産に適した研削装置を得ようというものである。又、この発明はベーンの追随性が良く高効率の圧縮機を得ることを目的とする。

　本発明の研削装置は被加工物に挿入される研削ヘッドと、この研削ヘッドに収納され回転して外周部に設けられた研削部を前記被加工物に接触させて被加工物を研削する研削手段と、研削手段と一体に設けられ研削手段とともに回転する軸と、回転する軸を両側から支持する研削ヘッドに設けられ軸支持手段は前記回転する軸を外周側から支持する軸支持手段と、を備えたものである。

　本発明の圧縮機は、シリンダ内周面に設けられ偏心リングに当接して動くベーンを案内するベーン溝の加工を、本発明の研削装置を使用して行うものである。

　本発明に係る研削装置は、研削手段と軸の回転を、これらを収納する研削ヘッドにより強固に支持でき、被加工物を長期間高精度に加工できる。

　本発明に係る研削装置は、研削手段と軸を一体化でき回転体の剛性を上げることができる。

　本発明に係る圧縮機は、ベーンからの漏れ損失をおさえ高い性能を得ることができる。

実施の形態１．
　図１はこの発明の研削装置の部品加工中の断面図で、１００は加工中の圧縮機のシリンダである部品、１は円形の貫通穴、２はぬすみ３を設けた深溝、４は研削ヘッド本体、１４はシャフト一体形砥石台金である。図２〜４は研削装置全体を示し、６はプーリで電動モータ５によりプーリ軸２４を介して駆動されている。４ａ，４ｂは強固に一体化された研削ヘッドの片側ずつのヘッドで、内部の空間にベルト溝１０を有する砥石台金１４を収納し、かつ、ベルト１３で砥石が回転させられている。

　図５は研削装置の主要部断面図で、砥石台金１４は転がり軸受１２により支持され回転している。転がり軸受の内輪は砥石台金１４としまりばめによってに強固にはめ込まれ、ボルト１７、ナット１８でカラー１５を介して軸方向に両側から台金へ締付けられている。一方転がり軸受の外輪はそれぞれのヘッド４ａ，４ｂにベアリングストッパ１６により固定されている。２１は砥粒層である。

　図２において、２２はミスト入口でミスト用穴１９へ連通している。２３は静圧ポケット用水入口で、静圧ポケット２０に連通している。２５ａ，２５ｂは研削ヘッドキャップである。

　以上のような構成により、研削ヘッドは上下、左右方向に移動することができ砥粒層で溝壁を加工することができる。

　研削装置は研削ヘッド本体４の上部後面に、砥石軸駆動装置を構成する電動モータ５が直交する方向に固定され、研削ヘッド本体４を通して前方に出したモータ軸にプーリ６が取り付けられている。回転軸を構成するシャフト一体型砥石台金１４は研削ヘッド本体４の下部に直交する方向に設けられている。シャフト一体型砥石台金１４は２個の転がり軸受け１２によって支持され、シャフトの中空中心部を通した固定ボルト１７および固定ナット１８によって、転がり軸受け１２内輪と共に固定されている。転がり軸受け１２外輪はベアリングストッパ１６によってスラスト方向に拘束され、内輪を中心側から支持するカラ１５によって与圧を左右一定に保つことができる。また転がり軸受け１２は潤滑のため、ミスト用穴１９を介してオイルミストが供給されるようになっている。研削ヘッド本体４は、シャフト一体型砥石台金１４の前後スラスト荷重を受ける静圧ポケット２０が砥石台金の前後に設けられている。この砥石台金部分は円盤状になっており、先端外周部の両側に砥粒層２１が形成されている。そして、砥石台金の外周部にＶ字形のベルトみぞ１０が設けられている。このベルトみぞ１０とモータ５のプーリ６に動力を伝達するベルト１３が掛けられ、シャフト一体型砥石台金が回転駆動される。

　前記のように構成された研削装置が部品１００の深みぞ２の側面を研削加工する場合、研削ヘッド本体４のシャフト一体型台金１４の側面と深みぞ２側面が平行になるよう部品１００の円形の貫通穴１に挿入され、深みぞ２の側面が加工される。最初、砥石台金１４と深みぞ２の中心を合わせ、均等に除去加工する。次に研削ヘッド本体４を元の位置へ戻し、前もしくは後ろへ移動させ同様に加工することにより、深みぞ２の片側側面のみ加工され、みぞ幅を任意の寸法にすることができる。加工している時、特に片側片面の加工の場合、砥石台金１４は偏荷重を受け加工精度に大きく影響を与えるが、砥石台金シャフト一体型によって砥石台金のたわみ量を最小におさえられ、高精度に加工することができる。

　以上の如く砥石台金とシャフトを一体化し剛性を上げ砥石のたわみを抑えている。又、シャフトを受ける二つのベアリング位置の間隙を、砥石台金と一体のシャフトに内輪を保持させて、大きくしたので砥石のたわみを抑えている。又、ベアリングの内輪を回転させる機構により、内輪を用いて砥石を固定するので、外輪固定より振れが少なく高精度に組立できる。さらに例えば２６０００ｒｐｍのような高速回転の使用条件では内輪回転の方が外輪回転より精度が高く寿命が長い。

実施の形態２．
　図６、図７はこの発明の研削装置の別の構成の主要部断面図である。図６は砥石台金２６を平板形状とし、図５のカラー１５よりも大きい平板砥石用カラー２７により平板砥石台金２６を回転軸１１上に保持されている。軸受１２の内輪はボルト１７、ナット１８により平板砥石台金２６、平板砥石用カラー２７を介して軸１１に軸方向が固定される。図７は回転軸１１、砥石台金２８と、この砥石台金を固定するカラー２９で構成され、回転軸１１に焼ばめ等のしまりばめ加工により強固に連結した構成である。

　実施の形態１，２において静圧ポケットクーラントは、図８の組立断面図に示す経路で流れる。静圧ポケットの役割は静圧スラスト軸受として砥石を軸方向に拘束することである。図７の静圧ポケット用水入口２３からの水は、図８の如く加工用本体取付部のｅから、研削ヘッド本体４ａのｅを通り、又４ａと一体の研削ヘッド本体４ｂのｆに分流し、静圧ポケット２０の水出口からポケット内に給水され静圧軸受と同様水圧により砥石台金の振れを抑えている。一方水は加工用クーラント、すなわち、切削液を使っており、下に落ちて機内ヘッド（図示せず）から回収される。

　又図９のオイルミスト経路説明図に記すように、軸受１２のオイルミストはミスト入口２２から加工機本体取付部のａを通り研削ヘッド本体４ａから、一体の本体４ｂにも分流（ｂ）して、研削ヘッドキャップ２５ａ，２５ｂに設けたミスト用穴１９から軸受１２に供給される。研削ヘッド本体４ａと４ｂは図８，９に示す、多くのボルトにより砥石台金１４や、ベルトの回転する部分を除いて密着し、一体となり剛性を高めている。しかもカラー１５とボルト１７、ナット１８が軸受内輪を、ベアリングストッパ１６が外輪を強固に保持している。

　転がり軸受１２やベアリングストッパ１６は次のように組立分解できる。軸受は研削ヘッド本体４ａ，４ｂにボルト（図示なし）により固定されている研削ヘッドキャップ２５ａ，２５ｂを取り外し、固定用ボルト１７と固定用ナット１８を取り外し、転がり軸受１２を取り外す。また、交換の組立てはその逆となる。

　研削ヘッド本体４ａ，４ｂは、ボルト（図示なし）により一体構造をなしている。研削ヘッド本体４ａと研削ヘッド４ｂに分解することにより、ベアリングストッパー１６を組立（挿入）することができる。このベアリングストッパー１６はボルト（図示なし）により研削ヘッド本体４ａ，４ｂに固定されている。

　さらに研削ヘッド本体の４ａと４ｂの位置決めは位置決めピン（図示なし）にて位置合わせしながら組立てる。寸法精度は４ａと４ｂの合わせ面をゼロとして、例えばシャフト一体型砥石との隙間を約５μｍになるように加工されている。カラーの取り付け、予圧構造は、予圧を一定に保ち高精度の加工や組立の再現性が向上し量産性が高められる。この予圧は転がり軸受１２の外輪を固定して、内輪を研削ヘッド本体の内側方向に圧力移動させることにより予圧を発生させている。カラー１５の厚みにより予圧量を調整しているが、予圧により、外力（加工時の研削抵抗）によるベアリングの回転精度の悪化を抑制している。つまり、予圧無しで加工すると研削抵抗により砥石が揺らぎ、加工精度が劣化する。また、砥石の切れ味変化によっても変化し、大量生産には適用できない。

　図１の研削ヘッド本体の形状により、すなわち角部のＲ形状や、砥石台金の加工空出部全体を部品内径に合せたＲ形状をとることにより部品１００の円形の貫通穴１に挿入できる研削ヘッド本体４ａ、４ｂの直径を最大限に大きくでき、この直径が大きいほど、研削ヘッド本体４ａ，４ｂの曲げ剛性が大きくなり、加工時のたわみが少なく、より高精度な加工が可能となる。

　カラーはベアリングの内輪について、軸方向の位置を決めるリング状の部品であり、予圧の発生原理は内輪と外輪にズレを生じさせることにより、ラジアル方向のベアリングのガタをなくすことである。カラーの寸法を変えることにより予圧を変化させてベアリングに発生する予圧を調整できかつ一定に管理できる。すなわち研削ヘッドと砥石台金との間に転がり軸受のボールを介して、かつカラーの寸法により圧力を発生させるものである。さらに図５のような場合には、カラー１５の寸法調整により台金１４の組立を精度良く行うことができる。ボルト１７とナット１８とでシャフト一体型の砥石台金と軸受との位置を固定保持している。もしシャフトの加工寸法や軸受けの寸法精度や組立精度によって台金の位置が両側の静圧ポケットとの隙間においてアンバランスになる場合であっても、寸法の異なるカラーを準備し取り替えるなどの手段にて台金を研削ヘッドの中心、言い換えると研削ヘッド４ａ，４ｂの間に精度良く簡単に組み立てることができる。

　図１の深みぞ２の側面の加工は、先ず砥石を溝に通す。このとき両側面を砥石幅で同時に加工する。次に砥石を軸方向に動かし片側のみを加工して寸法精度を上げていく。
　このような砥石加工で加工精度が著しく向上する。例えば溝の形状精度である平面度や平行度は従来例に比し１／４となる。これにより圧縮機のベーンからの漏れ損失が低減し圧縮機の性能が向上する。さらに砥石の振れが低減し片当たりが減り、砥石寿命が延び高精度の加工を長く維持できるので、大量生産が可能となる。

　又研削ヘッド本体の位置を被加工物の位置に対し、あらかじめ計測しフィードバック制御を行うことが可能となり、溝幅を任意に制御でき、圧縮機のシリンダとベーンの寸法が正確にかつ厳しい精度で得られるので、ベーンの組立クリアランスの管理が軽減される。この結果組立時の相手合せを行うマッチング工程も不要となる。

　上記で述べたシャフト一体型砥石１４等の本発明によって高精度に加工できる例を述べる。図１１の、従来のシャフト分離型砥石９，１１による加工性と比較する。シャフト構造以外の工具条件（砥粒種類、電着条件、粒度等）および加工条件を同じにして、高精度に加工する為に不可欠な砥石寿命で比較した。この砥石寿命の判定には、最も砥石寿命に影響を受ける深みぞ２の平行度を用いた。その結果シャフト一体型砥石１４の研削装置を用いることにより、従来のシャフト分離型砥石９，１１よりも約２倍の砥石寿命が得られている。このことから、シャフト一体型砥石１４の研削装置は、高精度な加工を長く維持できることがわかり、産業上の利用において有益である。

　なお従来の分離形砥石の場合、判定条件である平行度目標値４μｍの到達までの除去体積は１０００ｍｍ3 にて２μｍから徐々に増えだし、そのまま増加を続け３６９７ｍｍ3
にて目標値４μｍに達している。一方本発明の砥石１４の場合４０００ｍｍ3 をすぎるまで２μｍレベルで維持され４５００ｍｍ3 から徐々に増えだし７０３０ｍｍ3 にて目標値４μｍに達している。

　以上のようにシリンダのベーン溝内に対し砥石側面を利用してベーン溝の内側面を高精度に加工する装置を、砥石台金とシャフトの剛性を上げ、かつカラーにより予圧を与え位置を固定し、かつベアリング間隙を大きくし、かつベアリング内輪を回転させ、かつオイルミスト潤滑を行なう、などにより砥石台金のたわみを最小におさえることで、ベアリングや砥粒他部品の交換頻度を少なくし、加工の再現性を向上させて実用化することができる。

　本発明の研削装置は、軸支持手段は内輪側が軸に、かつ外輪側が研削ヘッドに設けられた軸受けであり、前記内輪と研削手段との間に圧力印加手段を設けたものである。

　本発明の研削装置は、研削手段と軸とが締代を持って組み立てられたものである。本発明の研削装置は、軸を支持する軸支持手段と研削手段の間に所定の軸方向寸法を有し両側の軸支持手段間に一定の圧力を加える圧力印加手段を設けたものである。本発明の研削装置は、研削ヘッドに軸支持手段に油を供給する供給路を設けたものである。

　本発明の圧縮機は、シリンダ内周面に設けられ偏心リングに当接して動くベーンを案内するベーン溝の加工を、本発明の研削装置を使用して行うものである。本発明に係る研削装置は、簡単な構成で研削手段の振れを防止できる。本発明に係る研削装置は、長期間装置の性能を維持できる。

この発明の研削装置の部品加工中の断面図である。この発明の研削装置の部品加工中の右側面図である。この発明の研削装置の部品加工中の正面図である。この発明の研削装置の部品加工前の右側面図である。この発明の研削装置の主要部断面図である。この発明の別の実施の形態の例による研削装置の主要部断面図である。この発明のさらに別の実施の形態の例による研削装置の主要部断面図である。この発明の研削装置の組立説明図である。この発明の研削装置のオイルミスト経路説明図である。従来の研削装置の構造図である。従来の研削装置の主要部断面図である。

符号の説明

　１　円形の貫通穴、２　深溝、３　ぬすみ、４，４ａ，４ｂ　研削ヘッド本体、５　電動モータ、６　プーリ、７　ホルダアーム、８　ホルダアーム開口、９　砥石車、１０　ベルトみぞ、１１　回転軸、１２　転がり軸受、１３　ベルト、１４　シャフト一体型砥石台金、１５　カラー、１６　ベアリングストッパー、１７　固定用ボルト、１８　固定用ナット、１９　ミスト用穴、２０　静圧ポケット、２１　砥粒層、２２　ミスト入口、２３　静圧ポケット用水入口、２４　プーリ軸、２５ａ，２５ｂ　研削ヘッドキャップ、２６　平板砥石台金、２７　平板砥石用カラー、２８　焼バメ砥石台金、２９　焼バメ砥石用カラー、３０　ホルダ本体、３１　水平軸、１００　部品。

Claims

被加工物に挿入される片側づつのヘッドを一体化した研削ヘッドと、この研削ヘッドに収納され回転して外周部に設けられた研削部を前記被加工物に接触させて前記被加工物を研削する研削手段と、前記研削手段と一体に設けられ前記研削手段とともに回転する軸と、前記研削手段の軸方向両側にて外輪がそれぞれの前記ヘッドに固定され前記回転する軸を外周側から支持する前記研削ヘッドに設けられた転がり軸受と、を有する研削装置を使用して、シリンダ内周面に設けられ偏心リングに当接して動くベーンを案内するベーン溝の加工を行うことを特徴とする圧縮機。
前記ベーン溝は、片側側面加工により寸法精度の向上が行われることを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
円盤状の先端外周部の両側に砥粒層を形成し側部にて被加工物溝側面に接触し加工精度が向上する様に前記被加工物溝の側面を加工する砥石台金と、前記砥石台金を回転駆動するベルトが掛けられこのベルトを介して動力を伝達される前記砥石台金に設けられたベルト溝と、前記砥石台金と一体に回転する軸を前記砥石台金両側の外周側から研削ヘッドにて支持し回転させる転がり軸受けと、を備えたことを特徴とする研削装置。