JP2698751B2 - スクロールラップの加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、スクロールラップの加
工装置に係り、特に、マシニングセンター等ＮＣ（数値
制御）マシンを用いて、例えばスクロール圧縮機の圧縮
室を構成する螺旋溝の如きインボリュート形状のスクロ
ールラップを高精度加工するのに好適なスクロールラッ
プの加工装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】まず、本発明を適用する被加工物の一例
としてスクロール圧縮機の圧縮室を構成するスクロール
部材を取上げ、その従来の加工方法について、図４ない
し図７を参照して説明する。ここに図４は、被加工物に
係る雌，雄スクロールの斜視図、図５は、図４のＡ矢視
平面図、図６および図７は、スクロール部材の従来の加
工方法を説明するための説明図である。 【０００３】図４，図５において、１は雄スクロール、
２は雌スクロールで、雄スクロール１の突起部３のスク
ロールラップ５と、雌スクロール２の窪み部４のスクロ
ールラップ６とは、ともに、そのラップで形成する螺旋
溝の断面でＵ字状で、螺旋はインボリュート形状のもの
である。雄スクロール１と雌スクロール２とは、それぞ
れのスクロールラップ５，６が互いに対向して組み合わ
さって、相対的に蠕動運動し、圧力媒体を圧縮する構造
である。 【０００４】従来、このようなインボリュート形状のス
クロールラップは、エンドミル工具を用い、縦形あるい
は横形のマシニングセンタのＸＹテーブル上に被加工物
を取り付けて、いわゆる「ＸＹ加工」により切削加工さ
れていた。この場合、図６，図７に示すように、例えば
雄スクロール１のスクロールラップ５を、直径Ｄのエン
ドミル７を用いて加工するとすると、エンドミル７の外
周とインボリュート形状のスクロールラップ５との接点
Ｐは、雄スクロール１の中心Ｏとエンドミル７の中心Ｑ
とを結ぶ線上には存在せず、ＯＱとＰＱのなす偏角θ
は、スクロールラップ５の加工箇所とともに逐一変化し
てゆく。 【０００５】例えば、図６に示すように、スクロールラ
ップ５の外壁を加工するとき、ＯＱとＰＱのなす偏角が
θであったものが、外壁の加工を終るときには、エンド
ミル７の中心はＱ´となり、エンドミル７の外周とスク
ロールラップ５との接点Ｐ´とのなす偏角θ´は、θに
くらべて大きく変化している。また、図７に示すよう
に、スクロールラップの内壁を加工する段階では、エン
ドミル７の中心Ｑ〃の位置では、エンドミル７の外周と
スクロールラップ内壁との接点Ｐ〃とのなす偏角θ〃は
θ´にくらべて変化しているのが明らかである。 【０００６】したがって、マシニングセンタのＸＹテー
ブル上で雄スクロール１を加工するには、所定のインボ
リュート形状とは異なったエンドミル中心Ｑの軌跡を描
かせなければならない。もちろん従来でも、このような
所望のインボリュート形状をＸＹ座標の多数の点群のＮ
Ｃデータとして与えれば、エンドミルの中心軌跡は、マ
シニングセンタのＮＣ制御系によって自動的に演算し、
加工することも可能になっている。 【０００７】〔発明が解決しようとする課題〕 しかし、このようなＸＹテーブル上のＸＹ座標系を用い
た加工では、ＮＣデータの入力点数が多いうえに、エン
ドミルの直径をＮＣ制御系にその値を入力することを前
提としている。そこで、エンドミルの直径が異なれば、
その都度ＮＣ制御系にその値を入力するが、その場合、
予め工具軌跡を演算してＸＹ座標の多数の点群のＮＣデ
ータとして入力しておく必要がある。特に、インボリュ
ート形状精度が厳しい場合には、このエンドミル直径の
読みとり精度を高めることが必須である。 【０００８】しかし、ここでは、エンドミルの直径をＮ
Ｃ制御系にその値を入力することを前提としている。そ
こで、エンドミルの直径が異なれば、その都度ＮＣ制御
系にその値を入力するが、予め工具軌跡を演算して入力
しておく必要がある。特に、インボリュート形状精度が
厳しい場合には、このエンドミル直径の読みとり精度を
高めることが必須である。 【０００９】また、この従来の方法では、エンドミル直
径を精度よく読みとっても、マシニングセンタの主軸に
対しエンドミルが偏心して取付けば、みかけ上より大き
な直径のエンドミルを用いたように加工され、スクロー
ルラップ５の形状、とくにその厚さＴが所定の値と異な
ってくるもので、工具寸法の補正が必要である。このよ
うな方法でスクロールラップの内，外壁を加工すること
になるから、実際にはスクロールラップの厚さＴは、エ
ンドミルの直径の読みとり誤差のほぼ２倍の誤差をきた
すことになる。 【００１０】以上、ＸＹテーブルをもったマシニングセ
ンタを用いた従来のスクロールラップの加工方法を述べ
たが、ＸＹテーブル上にロータリテーブルを載せて、ロ
ータリテーブルに被加工物をセットして加工する場合で
も、通常エンドミルの中心は、ロータリテーブルの回転
に対し、ＯＱ上を移動させているために、上記と同様の
誤差を生じ、精度の高いインボリュート形状を加工する
ことが難しかった。以上、雄スクロールを例にして、従
来技術の問題点を指摘したが、雌スクロールについても
全く同様の問題を抱えていた。 【００１１】そこで、移動テーブルの直進運動とロータ
リテーブルの回転運動とを比例関係で連動してＮＣ制御
しながらインボリュート形状を加工する、いわゆる「Ｒ
θ加工」が開発される機運になった。他の従来技術とし
て、特開昭５７−１５６１０号公報には、スクロール部
品をそのインボリュート曲線の基礎円の中心を回転中心
として回転させるとともに、加工工具を前記インボリュ
ート曲線の基礎円に接する直線上を移動させることによ
ってスクロール部品の加工を行うことが開示されてい
る。 【００１２】しかし、特開昭５７−１５６１０号公報に
開示されたスクロール加工装置は、回転する加工用テー
ブルとＸ方向に直進する移動テーブルとが機械的に結合
されているもので、スクロールラップの内壁面と外壁面
とを順次高精度に加工することについては、配慮されて
いなかった。本発明は、前述の従来技術の問題点を解決
するためになされたもので、本発明の目的は、被加工物
のインボリュート形状の内壁面と外壁面との一連の加工
を、移動テーブルとロータリテーブルの数値制御により
順次行うことにより、高精度なスクロールラップ加工を
実現するスクロールラップの加工装置を提供することに
ある。 【００１３】 【課題を解決するための手段】本発明に係るスクロール
ラップの加工装置は、被加工物を載置する回転自在なロ
ータリテーブル手段と、該ロータリテーブル手段の中心
軸にほぼ平行な軸心を持ち工具を装着した回転主軸手段
と、前記ロータリテーブル手段および前記回転主軸手段
の両者の回転軸心にほぼ直角にして前記両者の何れかに
相対的に直進運動する移動テーブル手段と、該移動テー
ブル手段の直進と前記ロータリテーブル手段の回転とを
数値制御により連動させる制御手段とを備え、該制御手
段の同期指令に基づいて前記移動テーブル手段の直進と
前記ロータリテーブル手段の回転とを連動させてインボ
リュート形状の内壁面と外壁面とを加工するときに、前
記工具の中心の前記被加工物上に形成するインボリュー
ト形状の基礎円の接線方向への移動を逆転させると共に
前記ロータリテーブル手段の回転方向を逆転させて前記
被加工物に前記インボリュート形状の内壁面と外壁面と
を順次加工することにより、前記該被加工物にインボリ
ュート形状のスクロールラップを形成することを特徴と
する。 【００１４】上記装置において、直進運動する移動テー
ブル上に回転自在に装備されたロータリテーブルに、イ
ンボリュート形状に加工すべき被加工物を、そのロータ
リテーブルの中心に固定し、そのロータリテーブル面に
ほぼ鉛直な回転主軸にエンドミルを装着し、このエンド
ミルの刃面を、被加工物のインボリュートの基礎円の接
線と直交するように被加工物の加工面に対接させ、前記
エンドミルの中心が、前記インボリュートの基礎円の接
線上を移動するように前記移動テーブルを直進させると
ともに、前記ロータリテーブルを、その回転角度が前記
移動テーブルの送り量と一定の比例関係で連動するよう
に回転させるものである。 【００１５】なお、本発明を開発した考え方は、被加工
物がインボリュート形状のスクロールラップであるとい
う特徴を生かして、インボリュート形状の加工面とエン
ドミル外周との接触角が常に一定となるようにＸＹテー
ブルとロータリテーブルを制御するものである。すなわ
ち、ＸテーブルあるいはＹテーブルのいずれか一方の送
り方向をインボリュートの基礎円の接線方向に一致さ
せ、その送りの速度をロータリテーブルの回転速度に完
全に比例するようにして、制御方法を単純にするととも
に加工精度を向上させている。 【００１６】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図３を
参照して説明する。図１は、本発明の一実施例に係るイ
ンボリュート形状加工方法における工具軌跡を示す説明
図、図２は、インボリュート形状加工の原理を示す説明
図、図３は、図１の加工を行う加工機の外観斜視図であ
る。 【００１７】図３に示す加工機は、一般的なマシニング
センタとほぼ同様の構成のもので、ベッド９上には、Ｎ
Ｃ制御可能な移動テーブルに係るＸ軸テーブル１０、お
よび移動テーブルに係るＹ軸テーブル１１が装備され、
さらにこの上に、これもＮＣ制御可能なロータリテーブ
ル１２が装備されている。このロータリテーブル１２上
に、ロータリテーブルと軸心を同じくして被加工物であ
る雄スクロール１がチャッキングされている。一方、ベ
ッド９と一体に固定されたコラム１３には、これもロー
タリテーブル１２の軸心方向にＮＣにて摺動可能な主軸
ヘッド１４が摺動し、この主軸ヘッド１４の摺動方向に
軸心方向をもつ回転可能な主軸１５があり、この主軸１
５には工具に係るエンドミル７がチャッキングされてい
る。 【００１８】これらの運動系、すなわちＸテーブル１０
およびＹテーブル１１の直進運動、ロータリテーブル１
２の回転運動、主軸ヘッド１４の直進運動、ならびに主
軸１５の回転運動は、いずれもＮＣ制御装置（図示せ
ず）により制御できるように構成されている。本実施例
は、このような構成のマシニングセンタのインボリュー
ト形状加工のＮＣ制御に関するもので、次に、このイン
ボリュート形状加工の原理を図２を参照して説明する。 【００１９】被加工物は、雄スクロール１のスクロール
部材に係るスクロールラップ５で、同一基礎円の位相を
ずらした２本のインボリュート曲線５ａ，５ｂで外壁，
内壁が形成されるものである。この場合、図２に示すよ
うに、２本のインボリュート曲線５ａ，５ｂは、ともに
中心がＯで、基礎円２０の半径はａ（図１参照）であ
る。この基礎円２０からの引いた任意の接線２１は、イ
ンボリュート曲線５ａ，５ｂと常に直交する。 【００２０】このことは、エンドミル７の中心をインボ
リュートの基礎円の接線上に移動させれば、エンドミル
とインボリュートの接点Ｐは、この基礎円の接線上にあ
り、従来技術のところで述べたような、エンドミルとイ
ンボリュート曲線との接点の偏角θあるいはθ〃（図
６，図７参照）がある値をもつことによる誤差を考慮し
た煩雑な補正を全く加える必要のないことを意味する。
すなわち、図１に示すように、前述のインボリュートの
基礎円２０への任意の切線２１を、マニシングセンタの
Ｘ軸すなわちＸテーブルの直進方向とし、このＸ軸上に
エンドミル７の中心Ｑがあるように設定し、被加工物で
ある雄スクロール１の回転角度と、エンドミル７のＸ軸
方向位置とが常に比例するようにＮＣ制御系に同期指令
を与えればよい。 【００２１】そこで、主軸１５に装着したエンドミル７
の刃面を、被加工物である雄スクロール１のインボリュ
ートの基礎円２０の接線２１と直交するように加工面で
あるインボリュート曲線５ａの外壁に対接させ、前記の
ように接線２１とＸ軸テーブル１０の直進方向とを一致
させる。そして、エンドミル７の中心Ｑが接線２１上を
内側方向に移動するようにＸ軸テーブル１０を直進させ
るとともに、ロータリテーブル１２を、ロータリテーブ
ルの回転角度がＸ軸テーブル１０の送り量と一定の比例
関係で連動して回転させることによってインボリュート
曲線５ａの外壁を加工する。 【００２２】外壁の加工が終ると、ロータリテーブル１
２を逆転させることにより雄スクロール１の回転を逆転
させて、回転角の位相を所定量だけずらせてインボリュ
ート曲線５ｂのスタート位置にエンドミル７を位置させ
る。なお、ここに位相をずらせる所定量は、インボリュ
ートの基礎円形とインボリュートラップの厚みＴとで一
義的に決まる量である。より詳しくは、エンドミル直径
とインボリュートラップの厚みＴととの和を基礎円２０
の半径ａで除した角度（ラジアン）である。次いで、ロ
ータリテーブル１２の逆転と同期して、接線２１上の外
側方向にエンドミル中心Ｑを移動させるように、Ｘ軸テ
ーブル１０を戻し方向に直進させてインボリュート曲線
５ｂの内壁加工を行う。 【００２３】換言すれば、エンドミル７の中心がインボ
リュートの基礎円２０の接線２１上を移動するように直
進するＸ軸テーブル１０は、スクロールラップ５の外壁
の加工時と内壁の加工時とで直進方向を逆転させて往，
復運動を行うとともに、ロータリテーブル１２は、前記
Ｘ軸テーブルの往，復運動に連動して正，逆に回転方向
を変えるように作動する。このようにすれば、インボリ
ュート曲線５ｂの内壁に対しても偏角θ〃（図７参照）
に起因する誤差補正が不要となる。 【００２４】そして、スクロールラップの外壁加工、エ
ンドミルの相対的位置変更、内壁加工の一連の工程を第
３図に示す同一加工機上で順次連続的に行うことができ
る。前述のインボリュート形状加工方法をとる場合で
も、エンドミル７取付時の偏心あるいはエンドミルのた
わみ誤差等の工具寸法誤差εがスクロールラップ５の厚
みＴに２εの誤差を生じさせる。そこで、インボリュー
ト形状のスクロールラップの厚み精度がさらに厳しく要
求される場合には、次に述べるような工具軌跡を辿らせ
るとよい。 【００２５】図１に示すように、エンドミル７の中心Ｑ
をインボリュートの基礎円２０の接線２１上に位置さ
せ、そのエンドミル７の刃面を、前記接線２１と直交す
るように加工面であるインボリュート曲線５ａの外壁に
対接させる。そしてＸ軸テーブル１０の直進方向を前記
基礎円２０の接線２１に一致させる。そして、エンドミ
ル７の中心Ｑが接線２１上を内側方向へ移動するように
Ｘ軸テーブル１０を直進させる（第１の直進という）と
ともに、ロータリテーブル１２を、ロータリテーブルの
回転角度がＸ軸テーブル１０の送り量と一定の比例関係
で連動して回転させることによってインボリュート曲線
５ａの外壁を加工する。 【００２６】外壁の加工が終ると、エンドミル７の中心
Ｑが、雄スクロール１の中心部で基礎円２０の直径２ａ
だけ、前記第１の直進方向に直交する方向に移動するよ
うにＹ軸テーブル１１を移動させる。次いで、ロータリ
テーブル１２の逆転と同期して、図１に示す基礎円２０
の接線２２上の外側方向にエンドミル中心Ｑを移動させ
るように、Ｘ軸テーブル１０を前記第１の直進方向と同
一方向に第２の直進を行わせてインボリュート曲線５ｂ
の内壁加工を行い、雄スクロール１の加工を終了する。 【００２７】このようにすれば、スクロールラップの外
壁加工、エンドミルの相対的位置変更、内壁加工の一連
の工程が第３図に示す同一加工機上で順次連続的に行わ
れ、エンドミルに加わる切削力負荷の方向も、外壁加
工、内壁加工ともに同一となることは明らかである。 ま
た、切削力負荷によるエンドミル７やスクロールラップ
５の弾性変形等によるスクロール形状の誤差を、主軸１
５を僅かに傾斜させることにより容易に補正でき、イン
ボリュート形状のスクロールラップ５の厚み精度を向上
させることができる。なお、前述の実施例では、被加工
物を雄スクロール１として、その加工例を説明したが、
雌スクロール２の加工も全く同様に実施できることは言
うまでもない。 【００２８】また、前述の実施例では、加工機としてマ
シニングセンタを用いる例を説明したが、同様の構成を
もつ専用機であっても、本発明の効果を妨げるものでは
ない。さらに、インボリュート形状の内壁を同様に加工
したのち、外壁を加工する加工手順をとっても全く同様
の効果が得られる。さらにまた、前述の実施例では、加
工機を縦形マシニングセンタとしているが、主軸中心を
水平とした横形マシニングセンタとしてもよい。この場
合には、切粉が除去しやすいという利点があり、加工面
の面粗さが良くなる。 【００２９】なお、スクロールラップの厚みＴが一定で
ない、２本のインボリュート曲線からなる場合には、基
礎円は２個存在することになるので、内，外壁の一方の
面加工から他方の面加工へ移行するときに、被加工物の
中心にて、２個の基礎円の差だけＹ方向に余分にシフト
して後半の工具軌跡を辿らせるようにすれば、その実施
化が可能である。 【００３０】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、被
加工物のインボリュート形状の内壁面と外壁面との一連
の加工を、移動テーブルとロータリテーブルの数値制御
により順次行うことにより、高精度なスクロールラップ
加工を実現するスクロールラップの加工装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例に係るインボリュート形状加
工装置における工具軌跡を示す説明図である。 【図２】インボリュート形状加工の原理を示す説明図で
ある。 【図３】本発明による加工装置の外観斜視図である。 【図４】被加工物に係る雌，雄スクロールの斜視図であ
る。 【図５】図４のＡ矢視平面図である。 【図６】スクロール部材の従来の加工方法を説明するた
めの説明図である。 【図７】スクロール部材の従来の加工方法を説明するた
めの説明図である。 【符号の説明】 １…雄スクロール、２…雌スクロール、５…スクロール
ラップ、５ａ，５ｂ…インボリュート曲線、７…エンド
ミル、１０…Ｘ軸テーブル、１１…Ｙ軸テーブル、１２
…ロータリテーブル、１５…主軸、２０…基礎円、２
１，２２…接線。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．被加工物を載置する回転自在なロータリテーブル手
   段と、該ロータリテーブル手段の中心軸にほぼ平行な軸
   心を持ち工具を装着した回転主軸手段と、前記ロータリ
   テーブル手段および前記回転主軸手段の両者の回転軸心
   にほぼ直角にして前記両者の何れかに相対的に直進運動
   する移動テーブル手段と、該移動テーブル手段の直進と
   前記ロータリテーブル手段の回転とを数値制御により連
   動させる制御手段とを備え、該制御手段の同期指令に基
   づいて前記移動テーブル手段の直進と前記ロータリテー
   ブル手段の回転とを連動させてインボリュート形状の内
   壁面と外壁面とを加工するときに、前記工具の中心の前
   記被加工物上に形成するインボリュート形状の基礎円の
   接線方向への移動を逆転させると共に前記ロータリテー
   ブル手段の回転方向を逆転させて前記被加工物に前記イ
   ンボリュート形状の内壁面と外壁面とを順次加工するこ
   とにより、前記該被加工物にインボリュート形状のスク
   ロールラップを形成することを特徴とするスクロールラ
   ップの加工装置。