JP2010019396A - 二軸回転機械の位置決め構造 - Google Patents

Abstract

【課題】二軸回転機械のような部材同士の位置決め固定を容易に行えるようにする。
【解決手段】図１に示す二軸ポンプはケーシング１の中に２本のロータ２ａ、２ｂが適正なクリアランスを保つために、両側に配置したサイドカバー３ａ，３ｂを取り付ける。ケーシング１端面にはテーパ穴を、サイドカバー３ａ，３ｂにはストレート穴を設け、両部材を組合せてストレートテーパピン１７ａ、１７ｂ，１７ａ’，１７ｂ’によりケーシング１とサイドカバー３ａ，３ｂの位置決め、固定することを特徴とする。
【選択図】図１５

Description

本発明は二軸式の容積式ポンプ、真空ポンプ、コンプレッサ等の二軸回転機械における機械部材同士の位置決め構造に関する。

従来、二軸ポンプ等の二軸回転機械の２つの部材の位置を決めをするには、２つの部材の対向する位置に２つの断面円形状に形成された位置決め用のピン穴を設け、円筒形状、略円筒形状のノックピンをそれぞれのピン穴に挿入し、２つの部材の位置決めを行う位置決め構造が広く採用されている。

一般的な位置決め構造としては、図９に示されているように位置決め用ピン穴とストレートピンとの間には一定の間隙Ｌ８，Ｌ９を設けた状態で使用されている。この間隙は、ピン穴加工時の穴径誤差や穴形成位置のずれを吸収可能なように十分な余裕を設けている。そのためにピン穴内でノックピンが径方向にがたついてしまい、２つの部材間の取り付け位置にずれを生じることがある。

ピン穴の挿入性を確保し、がたつきを抑えるためには、ノックピンを圧入されるピン穴の内周面に追従して柔軟に弾性変形しやすい形状にする必要がある。そうしたノックピンの形状としては、例えば特許文献１に記載の樹脂製又は木製の組立て家具用仮止め弾性ピンがある。該ノックピン本体は外周面に軸方向に延びる３つの突起を設けた形状であるが突起の先端部のみがピン穴内周面に当接されているために外力の作用に応じて突起が容易に弾性変形してしまい、高い位置決め精度の確保は困難である。

また、特許文献２には、ノックピンの外周にスパイラル溝を切り欠くように成形した３つの逃げ溝を設け、逃げ溝間の接触部がピン穴の内周面に当接し周方向に変形してノックピンが縮径され、ピン穴の中心線とノックピンの中心線を一致させるものが開示されている。しかし、ノックピンが金属材料ではスパイラル溝間の接触部を周方向に変形させて縮径させるためには、特殊専用機による加工が必要となり、一般的な加工方法ではない。

特許文献３に見られるラックとベット部材の位置決め固定では、ラックを正確に位置決めしてからベット部材側に加工したピン穴にストレートピンを差し込んで、ラック側の前記ピン穴と対応する位置に充填材を入れるためにあけられた大きな充填穴に充填材を流し込み固定する方法である。この方法では高精度の位置を決めることができるが、充填材を固化するまでの時間が必要である。
実願平０２−０８６５２６号（実開平０４−０４４５１１号）のマイクロフィルム 特開２００５−０４２７７２号公報 特開平０６−１８５５０８号公報

この他に、位置決め精度が高い現合ノックの方法がある。図１０のような二軸ポンプの２つの部材であるケーシング１とサイドカバー３ａ，３ｂの位置決めに治具を使用して位置を決めた後に現合テーパ穴加工をする方法である。ケーシング１内にケーシング１との隙間が少ない芯出しマンドレル治具９ａ，９ｂを挿入し、芯出しマンドレル治具９ａ，９ｂにサイドカバー３ａ，３ｂを挿入し、位置を決めた状態でケーシング１とサイドカバー３ａ，３ｂをボルト１４で固定する。この状態で２つの部材のノック位置部にキリ穴を共加工して形成した後、該キリ穴をテーパリーマ工具１５でテーパリーマ共加工する。共加工したテーパ穴に図１１のテーパピン１６を打ち込み、図１２のように隙間のない高精度の位置決めをする固定方法である。しかし、この方法では、治具のセット、共加工後に分解、洗浄と再組立の手間がかかる欠点がある。

一般的なストレ−トピンでの位置決めでは、各機械部品の公差範囲よりピン径は組立可能なスキマを設けなければならない。このスキマにより性能のバラツキ、ロータとケーシングとが接触する問題があった。特殊形状ピンの位置決めでは精度と入手性に問題があった。現合位置決め作業では芯出し治具を使って仮組して位置を決め、テーパピン穴共加工後に分解し、再度、最終使用部品での組立てという無駄な作業が発生するという問題がある。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点を除去し、着脱も容易で、正確に位置決め、再利用できる、二軸回転機械の位置決め構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、相互に位置決めすべき部材である二軸ポンプ等の二軸回転機械のケーシング１と該ケーシング１の両端面に対峙するサイドカバー３ａ，３ｂの一方のケーシング端面にテーパリーマ穴４ａ，４ｂを、他方のケーシング端面にテーパリーマ穴４ａ’，４ｂ’を加工し、両サイドカバー３ａ，３ｂにケーシング１に形成したテーパリーマ穴４ａ，４ｂ，４ａ’，４ｂ’と同じ位置にストレートリーマ穴７ａ，７ｂ，７ａ’，７ｂ’を設けて、部材同士を組み合わせて、各々のリーマ穴にストレートテーパピン１７ａ，１７ｂ，１７ａ’，１７ｂ’を挿入することを特徴とする二軸回転機械の位置決め構造にある。

また、本発明は、二軸回転機械の位置決め構造において、ケーシングは二つ割であることを特徴とする。

上記のようにケーシング側端面にテーパリーマ穴を加工し、サイドカバー側にストレートリーマ穴を加工して、この２つの部材のリーマ穴にストレートテーパピンを挿入して位置決めするので、ピン穴加工誤差や穴形成位置のずれがあった場合でも、サイドカバーのストレート穴がストレートテーパピンのストレート部と全周で面接触するからガタツキもなく安定した状態で、ストレートテーパピンのテーパ部先端がケーシングのテーパ穴に挿入され、テーパ穴の最終点までは挿入されないが、途中のテーパ穴のテーパサイドの片当たり面６で線接触（面接触）して止まる。このようにストレートテーパピン方式では、サイドカバー３ａ，３ｂのストレート穴を案内として真直ぐにピンが挿入され、テーパ部分で線接触して停止するので、ケーシング、サイドカバー、ストレートテーパピンは大きな打撃を与えない限り接触部が変形しないから、着脱も容易で、正確に位置決めができ再利用できる。また、ケーシングとサイドカバーの中心線の誤差Ｌ７により、ストレートテーパピンの後端部は寸法Ｌ６だけ上方に突出するが、この突出長さにより両中心線の誤差の大小も判断ができ、許容誤差範囲であるか否かの確認もできる（図１５、図１６参照）。

以下、本発明の実施形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る二軸ポンプの位置決め方法および構造を示す２軸方向の水平断面図、図２は図１のＡ−Ｂ矢視断面図、図３は図１の直角方向の断面図である。図４はケーシング、図５はサイドカバー３ｂ、図６はサイドカバー３ａ、図７はストレートテーパピン、図８は分割型ケーシング、図９はストレートピンの位置決め図（両側に隙間あり）、図１０は現合方式の芯出しマンドレル治具の仮組図、図１１はテーパピン、図１２はテーパピンの位置決め図（現合方式の共加工後）、図１３はテーパピンの位置決め図（ケーシングとサイドカバーの中心線が一致）、図１４はテーパピンの位置決め図（ケーシングとサイドカバーの中心線が不一致）、図１５はストレートテーパピンの位置決め図、図１６は２本のストレートテーパピンの位置決め図である。

図において、１は二軸ポンプのケーシング、２ａ、２ｂはロータ、３ａ，３ｂはサイドカバー、４ａ，４ｂ，４ａ’，４ｂ’はテーパリーマ穴、５は取り付けボルト用のねじ穴、６はテーパノックピン（テーパ穴）の片あたり面，７ａ，７ｂ，７ａ’，７ｂ’はストレート穴，８ａは取り付けボルト用穴、９ａ，９ｂは芯出しマンドレル治具、１０ａ，１０ｂはテーパピン穴、１１はモータ、１２はテーパ部、１３はストレート部、１４はボルト、１５はテーパリーマ工具、１６はテーパピン、１７、１７ａ、１７ｂ，１７ａ’，１７ｂ’はストレートテーパピン、１８ａ，１８ｂはテーパピンとサイドカバーのテーパ穴との接触点，１８ｃはテーパピンとケーシングのテーパ穴との接触点、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４、Ｌ１’，Ｌ２’，Ｌ３’，Ｌ４’はケーシングのＸ軸、Ｙ軸中心線とノックピンの中心線との距離、Ｌ５，Ｌ６はノックピンの突出量、Ｌ７はケーシングとサイドカバーの加工芯の誤差、Ｌ８，Ｌ９はノック穴とノックピンの隙間、Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１１’，Ｌ１２’，Ｌ１３’，Ｌ１４’はサイドカバーのＸ軸、Ｙ軸中心線とノックピンの中心線との距離を表す。

図１に示すように、本発明の二軸ポンプはケーシング１内に２本のロータ２ａ，２ｂに形成された螺旋状歯車が噛合った状態で適正なクリアランスを保つために、ケーシング両端面にサイドカバー３ａ，３ｂを対峙させ、ストレートテーパピン１７ａ，１７ｂ，１７ａ’，１７ｂ’で位置決めし、ボルト１４で取付け固定する。ケーシング１のテーパリーマ穴加工は、図４に示すようにケーシング１の右側端面に、ケーシングＹ軸中心線から距離Ｌ１，ケーシングＸ軸中心線から距離Ｌ３の位置、ケーシングＹ軸中心線から距離Ｌ２，ケーシングＸ軸中心線から距離Ｌ４の位置にそれぞれテーパリーマ穴４ａ，４ｂを加工し、また、取付けボルト用のねじ穴５も加工する。ケーシング１の左側端面にも同様に、ケーシングＹ軸中心線から距離Ｌ１’，ケーシングＸ軸中心線から距離Ｌ３’の位置、ケーシングＹ軸中心線から距離Ｌ２’，ケーシングＸ軸中心線から距離Ｌ４’の位置にそれぞれテーパリーマ穴４ａ’，４ｂ’を加工し、また、取付けボルト用のねじ穴５’も加工する。

サイドカバー３ａのストレートリーマ穴加工は、図６に示すようにサイドカバー３ａのＹ軸中心線から距離Ｌ１１，Ｘ軸中心線から距離Ｌ１３の位置、サイドカバー３ａのＹ軸中心線から距離Ｌ１２，Ｘ軸中心線から距離Ｌ１４の位置にそれぞれストレートリーマ穴７ａ，７ｂを加工し、また、取付けボルト用穴８ａも加工する。サイドカバー３ｂにも図５に示すように同様にストレートリーマ穴７ａ’、７ｂ’を加工し、取付けボルト用穴８ａ’も加工する。なお，本発明においては、位置決めノックピンの位置であるから、寸法Ｌ１＝Ｌ１１，Ｌ３＝Ｌ１３，Ｌ２＝Ｌ１２，Ｌ４＝Ｌ１４であり、ケーシングとサイドカバーとを重ね組み合わせると、各々のリーマ加工穴位置は重なり同一になる。

ストレートテーパピンは、図７に示すように先端側にケーシング１のテーパリーマ穴４ａ，４ｂ，４ａ’，４ｂ’と同じ勾配を有するテーパ部１２を形成し、該テーパ部１２に連続して後端側にサイドカバー３ａ，３ｂのストレートリーマ穴７ａ，７ｂ，７ａ’，７ｂ’と同一直径のストレート部１３を形成する。なお、ストレートテーパピンの後端側端面にねじ穴を形成すると、ストレートテーパピンを抜き出す際にボルトをねじ込み引き出せるから便利である。また、ストレートテーパピンのストレート部の長さは適宜選択できるが、サイドカバーのフランジ部の厚さと同じにするとケーシングとサイドカバーの中心線が一致するとストレートテーパピンの後端がサイドカバーのフランジ部から突出しないから、邪魔にならず、一見して正確に位置決めできたことが判断できる。また、ストレートテーパピンのストレート部に所定間隔でマーキングを施せば突出量の大小が判り、中心線のずれ誤差が判る。

図８には分割型ケーシングが図示されているが、ケーシングが２分割されている以外は、図４のケーシングと同じであるので説明は省略する。

本発明の位置決め方法を以下説明する。図１のように、両端面にテーパリーマ穴４ａ，４ｂ，４ａ’，４ｂ’が形成されたケーシング１内に２本のロータ２ａ，２ｂを配置し、ストレートリーマ穴７ａ，７ｂ，７ａ’，７ｂ’が形成されたサイドカバー３ａ，３ｂをケーシング１両端面に重ね組み合わせ、ストレートテーパピン１７ａ，１７ｂ，１７ａ’，１７ｂ’をサイドカバー３ａ，３ｂのストレートリーマ穴７ａ，７ｂ，７ａ’，７ｂ’に挿入する。

この時ケーシング１とサイドカバー３ａ，３ｂの中心線が一致するとストレートテーパピンの後端部はサイドカバー上部から突出しないが、図１５に示すように中心線間にずれ、誤差Ｌ７があって一致しない場合でも、サイドカバーのストレート穴がストレートテーパピンのストレート部分と全周にわたって面接触するから径方向へのガタツキもなく安定した状態で、ストレートテーパピンのテーパ部先端がテーパ穴に挿入でき、テーパ穴の最終点までは挿入されないが途中でテーパ穴のテーパサイドの片当たり面６で線接触（面接触）して止まる。このようにストレートテーパピン方式では、サイドカバー３ａ，３ｂのストレート穴を案内として真直ぐにピンが挿入され、テーパ部分で線接触（面接触）して停止するので、ケーシング、サイドカバー、ストレートテーパピンは大きな打撃を与えない限り接触部が変形しないから着脱も容易で、正確に位置決めができ再利用できる。また、ケーシングとサイドカバーの中心線の誤差Ｌ７によりストレートテーパピンの後端部は寸法L6だけ上方に突出するが、この突出長さＬ６により両中心線の誤差の大小も判断ができ、ストレート部に所定間隔のマーキングを施せば一見して位置決め精度の適否が判り、許容誤差範囲の確認もできる。

一方、テーパピン方式では、ケーシングとサイドカバーの２つの部材の中心線が一致すると、図１３に示すようにテーパピンの後端部がサイドカバーのフランジ部から突出しないが、通常、２部材の位置決め精度は共加工しない限り完全には一致しない。この場合は図１４のように、テーパピンはサイドカバー３ａ，３ｂのテーパ穴の接触点１８ａ，１８ｂとケーシング１のテーパ穴の接触点１８ｃと接触した状態となり、このままテーパピンを打ち込むと接触点が変形する。そのため一般には中心線がずれた状態では、再度テーパリーマ共加工をすることとなるが、本発明のストレートテーパピン方式ではこの必要はない。

図１６は２本のストレートテーパピンを用いた状態を示す。ピン穴間のピッチに誤差がある場合は、２本のストレートテーパピンはテーパ穴のテーパ部に接触したところで固定されることは上記のとおりである。図１５において、例えば、部材とピッチの総合誤差Ｌ７が０．０４ｍｍとした場合、テーパ部１２の勾配が１／５０のテーパならピンの突出長さＬ６は２ｍｍとなる。

このテーパピン部の勾配は運転中の振動による抜け防止と機械加工精度から通常１／２５〜１／５０となる。

二つ割り構造ケーシングの場合であっても同じ効果が得られる。なお、上記実施形態例では、二軸回転機械として二軸ポンプを例に説明したが、本発明は二軸ポンプに限らず二軸回転機械に適用できる。

以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお、直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造であっても、本発明の作用効果を奏する以上、本発明の技術範囲である。

二軸ポンプの２軸方向の水平断面図 図１のＡ−Ｂ矢視断面図 図１の直角方向の断面図 ケーシング単体図 サイドカバー３ｂ単体図 サイドカバー３ａ単体図 ストレートテーパピン 分割型ケーシング単体図 ストレートピンの位置決め図（両側に隙間あり） 現合方式の芯出しマンドレル治具の仮組図 テーパピン テーパピンの位置決め図（現合方式の共加工後） テーパピンの位置決め図（ケーシングとサイドカバーの中心線が一致） テーパピンの位置決め図（ケーシングとサイドカバーの中心線が不一致） ストレートテーパピンの位置決め図（中心線が不一致で偏芯Ｌ７あり） ２本のストレートテーパピンの位置決め図

符号の説明

１ 二軸ポンプのケーシング
２ａ、２ｂ ロータ
３ａ，３ｂ サイドカバー
４ａ，４ｂ，４ａ’，４ｂ’ テーパリーマ穴
５，５’ ボルト用のねじ穴
６ テーパノックピンの片あたり面
７ａ，７ｂ，７ａ’，７ｂ’ ストレートリーマ穴
８ａ、８ａ’ 取り付けボルト用穴
９ａ，９ｂ 芯出しマンドレル治具
１０ａ，１０ｂ テーパピン穴
１１ モータ
１２ テーパ部
１３ ストレート部
１４ ボルト
１５ テーパリーマ工具
１６ テーパピン
１７、１７ａ、１７ｂ，１７ａ’，１７ｂ’ ストレートテーパピン
１８ａ，１８ｂ テーパピンとケーシングの接触点
１８ｃ テーパピンとサイドカバーの接触点
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４、Ｌ１’，Ｌ２’，Ｌ３’，Ｌ４’ ケーシングの中心とノックピンの中心までの寸法
Ｌ５，Ｌ６ ノックピンの突出量
Ｌ７ ケーシングとサイドカバーの加工芯の誤差
Ｌ８，Ｌ９ ノック穴とノックピンの隙間
Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１１’，Ｌ１２’，Ｌ１３’，Ｌ１４’ サイドカバーの中心とノックピンの中心までの寸法

Claims (2)

1. 相互に位置決めすべき部材である二軸回転機械のケーシングと該ケーシングの両端面に対峙するサイドカバーの一方のケーシング端面にテーパリーマ穴を、他方のケーシング端面にテーパリーマ穴を加工し、両サイドカバーに前記ケーシングに形成したテーパリーマ穴と同じ位置にストレートリーマ穴を設けて、前記部材同士を組み合わせて、前記各々のリーマ穴にストレートテーパピンを挿入することを特徴とする二軸回転機械の位置決め構造。
2. 前記ケーシングは二つ割であることを特徴とする請求項１に記載の二軸回転機械の位置決め構造。

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