JP3906806B2 - スクリュウ圧縮機およびそのロータの製造方法と製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケーシング内に軸方向にねじれたスクリュウ溝を形成してある雄ロータと雌ロータを有し、これら両ロータが各ロータに固定したタイミングギヤによって所望の微少間隙を保持しながら回転するスクリュウ圧縮機およびそのロータの製造方法と製造装置に係り、特に両ロータの回転中における圧縮空気の漏れが少なくて高い圧縮効率が得られるスクリュウ圧縮機およびそのロータの製造方法と製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スクリュウ圧縮機では、ケーシング内に雄ロータと雌ロータを収容するボアを形成してある。このボアは、断面円形状で互いに平行な雄ロータ側ボアと雌ロータ側ボアに分かれている。雄ロータ側ボアと雌ロータ側ボアにおける各々の中心と雄ロータと雌ロータのそれぞれの軸心は一致してあって、雄ロータと雌ロータは雄ロータと雌ロータの各歯は接触しない程度の微少間隙をもってタイミングギヤを介して回転し、その回転で空気を吸い込んで吐き出し、圧縮機として用いたり真空ポンプとして用いたりしている。
【０００３】
スクリュウ圧縮機における重要な問題は、雄ロータと雌ロータが回転しているときに雄ロータと雌ロータの間の間隙や雄ロータあるいは雌ロータとこれらを収容するボアの間の間隙で圧縮した空気が漏れて、所望の圧縮効率が得られないことである。
【０００４】
従来、この問題を解決するために各ロータの歯形を高精度に成形するようにしており、そのための加工法として総型歯形刃具によるフライス加工，ホブカッタによるホブ加工や高剛性ＮＣ旋盤による旋盤加工などが提案されている（下記文献参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１９７３３１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高い圧縮効率を得るために特に高精度な加工が要求される場合は、上記従来技術では充分とは云えず、砥石を備えた研削盤による研削加工で歯形成形を行っていた。
【０００７】
ロータの材質は高剛性のものを用いていることから砥石の磨耗が早く、あるいは容量が異なるスクリュウ圧縮機のロータを研削するためなどに砥石を交換した場合には精度維持のため新しい砥石での試し削りが必要であり、また、歯型形状を測定しては仕上げ研削加工を行っている。従って、多品種生産の場合には、人手と時間を要してしまう問題があった。
【０００８】
また、大容量スクリュウ圧縮機用のロータの研削加工に用いる砥石は大型で重量もかなり重いために、砥石交換時にクレーンを使用しなければならず、人手作業となり自動加工化の障害となっていた。
それゆえ本発明の目的は、圧縮した空気の漏れが少なくて高い圧縮効率が得られるスクリュウ圧縮機を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の目的は、高い圧縮効率が得られるスクリュウ圧縮機のロータを容易に製造することができる製造方法とその製造装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明スクリュウ圧縮機の特徴とするところは、ケーシング内に軸方向にねじれたスクリュウ溝を形成してある雄ロータと雌ロータを有し、これら両ロータが各ロータに固定したタイミングギヤによって所望の微少間隙を保持しながら回転するスクリュウ圧縮機において、該各ロータはそれらの各スクリュウ溝にそのねじれ方向に沿った微少深さの凹条と溝壁とを備え、溝壁がシールラインからの漏れを防止することにある。
【００１１】
上記目的を達成する本発明スクリュウ圧縮機の製造方法の特徴とするところは、工具としてボールエンドミルを備えたマシニングセンタによる切削加工で雄ロータあるいは雌ロータにおけるスクリュウ溝のねじれ方向に沿った微少深さの凹条と溝壁を形成をする仕上げ加工を行うことである。
【００１３】
各ロータの各スクリュウ溝は空気の吸込口から吐出口に向けて設けるものであるから、各ロータの各スクリュウ溝にそのねじれ方向に沿って形成した微少深さの凹条は圧縮した空気が漏れる間隙というよりも吐出口に向かう圧縮空気の通路となり、スクリュウ溝の表面に凹凸を設けて間隙が存在しているのに表面に高精度に表面を研削して間隙を狭くする場合よりも、逆に漏れは減少する。
【００１４】
このような凹条形成はマシニングセンタの工具としてボールエンドミルを用いて実行するので、工具取り替えは容易であるし、マシンニングセンタによる制御も容易で、作業者に多大な負担が掛からない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１乃至図３に示した一実施形態に基いて説明する。
【００１６】
図１は本発明になるスクリュウ圧縮機１を上から見た縦断面図、図２はそのスクリュウ圧縮機１を横から見た縦断面図、図３はスクリュウ圧縮機１における雄ロータ５と雌ロータ６の配置状況を示す斜視図である。
【００１７】
図１乃至図３において、ケーシング２は主ケーシング２ａと吐出側ケーシング２ｂおよびエンドカバー２ｃとからなり、主ケーシング２ａ内にボア３，４がある。ボア３，４は断面円形状で互いに平行であり、ボア３内に雄ロータ５、ボア４内に雌ロータ６を収容している。雄ロータ５の歯の数は4枚，雌ロータ６の歯の数は６枚で、雄ロータ側ボア３と雌ロータ側ボア４における各々の中心と雄ロータ５と雌ロータ６のそれぞれの軸心は一致している。そして雄ロータ５と雌ロータ６は、それらの各歯が接触しない程度の微少間隙をもってタイミングギヤ７，８を介して図３に示すように互いに逆方向に回転する。
【００１８】
雄ロータ５とタイミングギヤ７と雌ロータ６とタイミングギヤ８はそれぞれ焼き嵌めにより強固に結合してある。タイミングギヤ７は図示していないプルギヤと噛み合っており、このプルギヤによってタイミングギヤ７を介して雄ロータ５が回転し、雌ロータ６はタイミングギヤ７と噛み合っているタイミングギヤ８を介して回転する。
【００１９】
９，１０と１１，１２はそれぞれ主ケーシング２ａと吐出側ケーシング２ｂに各ロータ５，６を回転可能に保持するベアリングであり、１３，１４と１５，１６はそれぞれ主ケーシング２ａや吐出側ケーシング２ｂと各ロータ５，６の間に設けた軸封装置である。主ケーシング２ａとボア３，４は二重構造であり、内部空間は冷却媒体を吐出側ケーシング２ｂ側から供給するようになっている。
【００２０】
１７は空気の吸入口、１８は圧縮した空気の吐出口である。主ケーシング２ａとエンドカバー２ｃで構成する空間は油溜りとして潤滑油１９を封入してあり、雌ロータ６の端部に固定したスリンガ２０は雌ロータ６の回転に従って潤滑油を跳ね飛ばし、ベアリング９，１１に潤滑油を供給する。
【００２１】
雄ロータ５と雌ロータ６の各スクリュウ溝における全面にそのねじれ方向に沿った微少深さを持つ多数の凹条５ａ，６ａを設けてある。両ロータ５，６をエンドカバー２ｃ側から見た状態で示している図３では、簡略化のために多数の凹条５ａ，６ａのうちの1条づつを点線で示している。
【００２２】
次に、多数の凹条５ａ，６ａを雄ロータ５と雌ロータ６の各スクリュウ溝全面に形成する製造方法とその装置について説明する。
【００２３】
図４は、雄ロータ５と雌ロータ６の各スクリュウ溝全面に多数の凹条５ａ，６ａを形成する製造装置としてのマシニングセンタ３１とその制御部（制御盤）であるパソコン５１を示す概略図である。
マシニングセンタ３１には、基台３２上において水平なＸ，Ｙの各方向に移動し得るマシニングセンタ本体３３があり、マシニングセンタ本体３３は、油圧式ホルダ３４でボールエンドミル３５をＺ軸下方向に保持して、ボールエンドミル３５をＸ，Ｙ各軸方向及びＺ軸（上下）方向に移動させる。基台３２上には回転テーブル３６があり、その回転軸（回転Ａ軸）は水平でＸ軸方向を向いていて、回転中心には超硬センタ３７を取付けてある。回転テーブル３６の超硬センタ３７に対向させて芯押し台３８を設けてあり、超硬センタ３７と芯押し台３８の間で雄ロータ５（あるいは雌ロータ６）を両センタ支持する構造となっていて、支持した雄ロータ５（あるいは雌ロータ６）をＡ軸廻りで回転させる。パソコン５１はパソコン本体５２とモニタ画面５３とキーボード５４からなり、後述するソフトプログラムでマシニングセンタ３１を駆動制御する。マシニングセンタ３１とパソコン５１を繋ぐケーブルは図示を省略している。
【００２４】
次に、図５により、雄雌各ロータ５，６の製造工程について説明する。
先ず、ステップ（以下、「Ｓ」と略記する。）１００で従来公知の加工機械により雄ロータ５あるいは雌ロータ６の粗加工をする。なお、以下の説明は、雄ロータ５を製造することとして説明を進める。
【００２５】
Ｓ２００で、粗加工後の雄ロータ５の形状測定をする。
この測定は、図４に示したマシニングセンタ３１のホルダ３４にボールエンドミル３５に代えて、図６に示すようにタッチプローブ３９を装着して行う。
【００２６】
雄ロータ５の形状測定の詳細を図７，図８を引用しつつ説明する。
先ず、マシンニングセンタ３１のＸ軸に雄ロータ５の軸中心を正しくセットしてあるか、確認をする。即ち、Ｘ軸方向については例えば、タイミングギヤを嵌める円筒部５Ｂの端面位置にタッチプローブ３９を当接させて、マシンニングセンタ３１に内蔵のエンコーダでタッチプローブ３９の位置座標データを得る。
【００２７】
続いて、ベアリング９，１０を嵌める円筒部５Ａ，５Ｂの外周３箇所にタッチプローブ３９を当接させて、マシンニングセンタ３１に内蔵のエンコーダでタッチプローブ３９の位置座標データを得る。この時の３データを円に内接する三角形の角位置として円の中心位置を算出し、雄ロータ５の軸中心を得る。あるいは、タッチプローブ３９でＹ軸方向最外周位置において直径の位置座標データを得てＹ軸方向中心位置を算出し、Ｚ軸方向で最外周位置からにおいてＺ軸方向に半径距離垂下した位置を雄ロータ５の軸中心とする。そして、軸中心とマシンニングセンタ３１のＸ軸の中心を一致させる。
【００２８】
次に、Ａ軸方向に雄ロータ５を正しくセットするために、図７のＳ２０１で図８（ａ）のようにタッチプローブ３９により任意なＸ軸方向における歯位置で歯のＺ軸上の位置データＴａを測定する。なお、図８で実線は雄ロータ５の実際の輪郭を表し、点線は設計上の輪郭を示している。位置データＴａに対応した設計上の位置データはパソコン本体５２に予め分かっているから、両位置データの偏差Δｔａは即座に得られる。そして、Ｓ２０２で回転テーブル３６により雄ロータ５をＡ軸方向に回転させ向かい側の歯にタッチプローブ３９を当接させて、位置データＴｂを測定する。この時の設計上の位置データもパソコン本体５２は分かっているので、偏差Δｔｂを算出する。
【００２９】
次にＳ２０３で偏差Δｔａと偏差Δｔｂの大小関係を求めて、偏差Δｔａの方が大きいならＳ２０４に進み、小さければＳ２０５に進む。偏差Δｔａが偏差Δｔｂより小さい場合を図８（ｂ）で示している。
【００３０】
Ｓ２０４あるいはＳ２０５では、それぞれＡ軸を予め決めておいた微少角度だけマイナス方向あるいはプラス方向に回転させ、再び点Ｔａ，Ｔｂの位置データをＳ２０６，Ｓ２０７で計測し、微少角度回転後の新たな位置偏差Δｔａと偏差Δｔｂを得る。その後Ｓ２０８でそれらの差が取代許容値以内かどうか判断し、許容値以内であれば、その時のＡ軸位置を原点として決定して（Ｓ２０９）、終了とするが、許容値以外であればＳ２０３に戻って、許容値以内になるまで以上説明した処理を繰り返して終了とする。これで、雄ロータ５のセットが終了する。
【００３１】
次ぎに、図９に示す測定プロフィールＫについて説明する。
図６のように、雄ロータ５の任意の位置にタッチプローブ３９を当接させ、Ａ軸周りに雄ロータ５を微少角度づつ回転させてはタッチプローブ３９を当接させタッチプローブ３９に内蔵のエンコーダから算出した雄ロータ表面のＺ軸方向位置データを求めることを繰り返し、図１０のようなＸ軸方向での断面の形状を得る。そして、雄ロータ５をＸ軸方向に微少距離ずらしてタッチプローブ３９を当接させ、ここでも図１０のようなＸ軸方向での断面の形状を得る。このようなことを雄ロータ５のＸ軸方向全長に亘って実行し計測したＸＹＺの各位置データを総合すれば、図６に示す雄ロータ５の外形を描くことができる。実際には、雄ロータ５のＸ軸方向両端から任意距離間、例えば、１０ｍｍづつについて計測をして、計測をしない領域については画像処理で計測をした領域の形状をスクリュウ溝のねじれの方向に延長させて全外形を創作する。これがＳ２００での測定である。
【００３２】
そして、吸込側の始点Ｐｓから吐き出し側の終点Ｐｅに亘るＸ軸方向移動位置とＡ軸方向回転角に対し原点を基に立体的に示すと、図９の測定プロフィールＫを得ることができる。
【００３３】
なお、３次元測定器を用いれば、雄オスロータ５の外形をセンサでなぞって計測して、図９に示す吸込側の始点Ｐｓから吐き出し側の終点Ｐｅに亘るＸ軸方向移動位置とＡ軸方向回転角に対し原点を基に立体的に表す任意位置の測定プロフィールＫだけでなく雄ロータ５における全表面のプロフィールを容易に得ることができる。
【００３４】
Ｘ軸方向に微少距離移動させつつＡ軸方向に微少角度回転させたときのＸ軸方向全長に亘る設計上のＺ軸方向位置データを設計上のプロフィールとして、これをボールエンドミル３５によるスクリュウ溝のねじれ方向に沿った微少深さの凹条加工のための設計値とする。
【００３５】
Ｓ２００で測定を終了したら、Ｓ３００で仕上げ加工が必要かどうか判定をする。図５の粗加工Ｓ１００では仕上げ加工Ｓ５００を越える加工を施すことは無く、図１０に実線で示すように雄ロータ５の輪郭が持つデータは仕上げ加工後の点線で示す設計上の輪郭が持つデータより大きい。従って、両輪郭が持つデータの偏差から仕上げ加工が必要と判定され、Ｓ４００において仕上げ加工のための上記偏差に補正処理を施してからＳ５００で仕上げ加工を行う。
【００３６】
この仕上げ加工は、ボールエンドミル３５によるスクリュウ溝のねじれ方向に沿った微少深さの凹条加工をするものである。この凹条（図３の５ａあるいは６ａ）は、各スクリュウ溝の全面に各スクリュウ溝のねじれ方向に沿って並行して多数本設けている。
【００３７】
個々の凹条加工は、図４におけるマシンニングセンタ３１の仕上げ加工を行うボールエンドミル３５はＺ軸方向の位置は不変でＺ軸周りに回転しており、雄ロータ５を回転テーブル３６によりＡ軸を微少角度づつ回転させながらマシンニングセンタ本体３３をＸ軸方向に微少距離づつ移動させることにより、図９に示すように、吸込側の始点Ｐｓから吐き出し側の終点ＰｅにかけてのプロフィールＫをもつ凹条を形成できる。これを、雄ロータ５を計測して得た測定プロフィールＫと設計上のプロフィールＫが一致するように、雄ロータ５の全スクリュウ溝について、補正処理をしながら凹条の形成を実行する。
【００３８】
ここで、上記補正処理について説明する。
上記仕上げ加工では、ボールエンドミル３５は図１１に実線で示すようにＺ軸方向に真直ぐ伸びて最下端で加工をすることを予定して加工の設定をするようになっているが、雄ロータ５や雌ロータ６の加工面はスクリュウ溝であり、傾斜面に当接して切削をする。この場合、ボールエンドミル３５は、傾斜面で反力を受けて点線で示すように撓んでいる。図１０のように雄ロータ５や雌ロータ６のスクリュウ溝はインボリュート形状を持たせており、接触角αは一様でないことからボールエンドミル３５の撓み量は変動し、接触角αが小さければ撓み量は小さく、接触角αが大きければ撓み量は大きくなって、撓み量の違いが加工精度の差となる。具体的には、撓み量は大きいと切削不足となる。
【００３９】
そこで、その補正をして所望の仕上げ加工になるようにするのが、図５における補正処理Ｓ４００である。
次に、その補正処理Ｓ４００について説明する。
【００４０】
図１２において、ボールエンドミル３５は実線で示す傾斜面の任意の切削位置Ｇで雄ロータ５を切削をしているとする。ボールエンドミル３５のボール中心Ｈは、切削位置Ｇの法線ベクトルｎの延長上にある。マシンニングセンタ３１のＮＣデータ指令点Ｍは、ボールエンドミル３５の先端（最下端）であり、ボールエンドミル３５の軸線ベクトルｅの延長上にある。ここで、切削位置Ｇの位置データをＰｏ、ボールエンドミル３５の工具半径をｒとすると、ＮＣデータ指令点Ｍの位置データＴｎｃｏは、次式で表すことができる。
【００４１】
【数１】
切削位置Ｇの法線ベクトルｎについて逆方向の延長上の位置Ｆまでボールエンドミル３５で切削しようとする場合、両位置Ｆ，Ｇ間の距離をΔｄとすれば、位置Ｆの位置データＰａは次式で表すことができる。
【００４２】
【数２】
以上のことから、位置Ｆで切削するボールエンドミル３５のＮＣデータ指令点Ｌの位置データＴｎｃａは、次式で表すことができる。
【００４３】
【数３】
数３により歯形形状の設計値全てについてボールエンドミル３５のＮＣデータ指令点Ｌの位置データＴｎｃａを求めれば、図１２に点線で示す傾斜面まで切削が進むことになる。即ち、位置Ｇは図５に示す粗加工後の測定処理Ｓ２００で得た測定データとして、位置Ｆで切削するためにボールエンドミル３５のＮＣデータ指令点Ｌの位置データＴｎｃａを求めれば、仕上げ加工処理Ｓ５００に対する補正処理Ｓ４００をしたことになる。
【００４４】
そして、図５の仕上げ加工処理Ｓ５００が予定通り実行されたか測定処理Ｓ２００に戻ってタッチプローブ３９で確認する。判定処理Ｓ３００で加工不足と判断された場合は、再びＳ４００で補正処理を行うが、この場合はボールエンドミル３５の撓みが主たる原因となる。
【００４５】
図５の判定処理Ｓ３００で合格判定がでたら、噛合テストＳ６００で対をなす基準ロータ（雄ロータ５を加工しているときは雌の基準ロータ、雌ロータ６を加工しているときは雄の基準ロータ）との噛み合い具合を確認してから、表面処理Ｓ７００で適宜な表面処理を施して、雄ロータ５の仕上げ加工（製造）は終了する。
【００４６】
仕上げ加工Ｓ５００において複数のボールエンドミル３５を使い分ける場合には、上記補正処理Ｓ４００では各ボールエンドミルについてＮＣデータ指令点Ｌの位置データＴｎｃａを求める。また、雄雌各ロータ５，６の形状や材質、ボールエンドミル３５の材質や加工速度などによってＮＣデータ指令点Ｌの位置データＴｎｃａは変わるから、それらの諸データは図４に示したパソコン５１のモニタ画面５３を利用してキーボード５４からパソコン本体５２の記憶手段に格納しておき、数式1乃至数式３での補正に使用する。
【００４７】
ボールエンドミル３５の撓み量を予め把握できるなら、補正処理Ｓ４００では撓み量を見越して補正の算出をしても良い。
【００４８】
図１３は、雄雌各ロータ５，６の噛み合い状況を横断面で示しており、図１３（ａ）は雌ロータ６のスクリュウ溝に雄ロータ５の歯が噛み合った状況、図１３（ｂ）は雄ロータ５のスクリュウ溝に雌ロータ６の歯が噛み合った状況である。尚、図１３では歯形が分かり易いように、雄ロータ５の歯の枚数は４枚とした。
【００４９】
前述したようにスクリュウ溝はインボリュート形状をしていて、雄雌各ロータ５，６の噛み合い位置によっては、図１４（ａ）に示す凸面と凸面の組み合わせであったり、図１４（ｂ）に示す凹面と凸面の組み合わせになったりする。
【００５０】
図１３（ａ）における円Ａの個所は、図１４（ｂ）に示す凹面と凸面の組み合わせであるが、図１３（ａ）における円Ｂの個所及びは、図１３（ｂ）における円Ｃと円Ｄの個所は、図１４（ａ）に示す凸面と凸面の組み合わせとなっている。
【００５１】
本発明者らの検討によれば、雄雌各ロータ５，６の微少間隙Δが同じでも、図１４（ａ）に示す凸面と凸面の組み合わせは図１４（ｂ）に示す凹面と凸面の組み合わせよりも空気の漏れの大きいことが確かめられた。そして凹面や凸面の曲率を変えてみても、この傾向は同じであった。
【００５２】
この空気の漏れが多い図１３（ａ）における円Ｂの個所及びは図１３（ｂ）における円Ｃと円Ｄの個所は、雄ロータ６におけるスクリュウ溝の底の領域である。
【００５３】
この領域での空気の漏れを低減するためには、この領域では雄雌各ロータ５，６ともども凹条５ａ，６ａの幅を狭くし隣接する凹条５ａ同士のピッチ間隔Ｐを小さくし、流体抵抗を増加させるとよい。
【００５４】
そこで、狭幅の凹条５ａ，６ａの加工について説明する。
図１５は、ボールエンドミル３５により一例として雄ロータ５に凹条５ａの加工する状況を示している。
【００５５】
工具半径ｒのボールエンドミル３５によりピッチ間隔Ｐで隣接する凹条５ａ同士の溝壁高さｈの各凹条５ａを形成する場合、ボールエンドミル３５の工具半径ｒとピッチ間隔Ｐを小さくし凹条５ａを拠り多く設けると、隣接する凹条５ａ同士の溝壁高さ（溝深さ）ｈを維持して、流体抵抗を増加せしめ空気の漏れを少なくすることができる。
【００５６】
一例として、直径約１２０ｍｍの雌ロータ６の仕上げ加工にφ８のボールエンドミルだけを用いてその各スクリュウ溝に深さ（ｈ）０，００５ｍｍで１９４本の凹条６ａを設けたが、直径約１２０ｍｍの雄ロータ５の仕上げ加工においてはφ８，φ４，φ２の３本のボールエンドミルを用いて各スクリュウ溝に深さ（ｈ）０．００５ｍｍで２８７本の凹条５ａを設け、特に雄ロータ５の各スクリュウ溝の底部には細かいピッチＰで狭幅の凹条５ａを設けた。
【００５７】
このように、凸面と凸面の組み合わせにおいて片方のロータについてだけ空気の漏れを減らす凹条の加工を施しても良いが、両方のロータに施すことが良い。
【００５８】
次に、空気の漏れを低減する他の構成について説明する。
スクリュウ圧縮機は雄雌各ロータ５，６に軸方向にねじれたスクリュウ溝を形成してあり、これら両ロータ５，６が各ロータ５，６に固定したタイミングギヤによって所望の微少間隙を保持しながら回転するものであり、微少間隔の最小部は吸い込み側と吐き出し側を区分しており、この微少間隔の最小部は両ロータ５，６の回転に伴って吸い込み側から吐き出し側へ移動し、吐き出し側では容積が低下していくことによって空気を圧縮をしている。この場合の微少間隔最小部の移動経路をシールラインと呼び、シールラインＳＬの移動方向は空気を圧縮していく方向である。
【００５９】
シールラインＳＬの移動経路を図示すれば、図１６の通りである。
雌ロータ６では図１６（ａ）のシールラインＳＬのように、ａ−ｂ−Ｃ−Ｆ−ｄ−ｅの経路を取り、雄ロータ５側のシールラインＳＬは図１６（ｂ）のようにｆ−ｇ−Ｈ−Ｍ−ｉ−ｊの経路を取る。雌ロータ６と雄ロータ５に点線で示した加工経路はボールエンドミル３５の移動経路であるが、凹条５ａ，６ａはスクリュウ溝に沿って延びている。図１６ではシールラインＳＬを雌ロータ６と雄ロータ５の表面に示したが、これはシールラインＳＬと凹条５ａ，６ａの関係を説明するためであり、現実のシールラインＳＬでは雌ロータ６上の位置ａと雄ロータ５上の位置ｆが同一であり、以下、ｂとｇ，ＣとＨ，ＦとＭ，ｄとｉ、そしてｅとｊが同一位置である。
【００６０】
図１６で分かるように、シールラインＳＬは雌ロータ６と雄ロータ５においてボールエンドミル３５の移動経路（凹条５ａ，６ａ）と交差している。
【００６１】
図１７は雄ロータ５についてシールラインＳＬの（移動）方向とボールエンドミル３５の移動経路（凹条５ａ）における加工方向を拡大して表したものである。
【００６２】
図１７（ａ）はシールラインＳＬの（移動）方向とボールエンドミル３５の加工方向が平行しているが、図１７（ｂ）では交差している。図１７では空気の漏れ方向も示してあるが、図１７（ａ）ではシールラインＳＬ方向で示す空気の圧縮方向においては凹条５ａが延びているのでこの方向に空気の流体抵抗は小さいが直交する方向では凹条５ａの側壁が障害となり空気は漏れずらい。これに対し、図１７（ｂ）ではシールラインＳＬ方向で示す空気の圧縮方向においては凹条５ａの側壁が障害となって流体抵抗は増加するが、シールラインＳＬ方向と交差する方向では凹条５ａが延びておりこの方向では凹条５ａが空気の横漏れを許す経路となっていることが分かる。
そこで、このシールラインＳＬがボールエンドミル３５の加工方向、即ち、凹条５ａと交差する領域では空気の横漏れを防ぐことが望ましい。
【００６３】
ボールエンドミル３５の加工技術としては、図１８に示すダウンカットとアップカットがある。
ダウンカット加工は、図１８（ａ）において一例を雄ロータ５で示すように、加工物の表面から内部に向けて刃先を立ててボールエンドミル３５を回転するものであり、アップカット加工は、図１８（ｂ）において一例を雄ロータ５で示すように、加工物の内部から表面に向けて刃先を寝かして形でボールエンドミル３５を回転するものである。
【００６４】
加工後の形状はダウンカット加工の場合は木目にそって鉋をかけるように加工物を削ぐ形であるから表面は滑らかで綺麗であるが、アップカット加工ではカミソリでヒゲの逆剃りをするように加工物をむしり取る形となって表面は荒れる。アップカット加工によって凹条５ａを形成し表面が荒れた状況を図１９に概略的に示したが、凹条５ａにおける表面の荒れは空気にとって流体抵抗となり、漏れを抑える働きをする。即ち、アップカット加工によって形成し荒れた表面を持つ凹条５ａは、空気に対する流体抵抗を増加させる手段として機能している。
【００６５】
シールラインＳＬの移動経路は雄雌各ロータ５，６の形状によって決まり、従って、シールラインＳＬの移動経路が凹条５ａ，６ａと交差する領域も定まり、雄雌各ロータ５，６が回転しても変わらないから、凹条５ａ，６ａを設ける際、雌ロータ６について一実施形態を示した図２０において点線で囲った領域Ｒの加工はアップカット加工によって行うと良い。図２０において点線で囲った領域Ｒ以外の凹条６ａの加工はダウンカット加工を行うことで、流体抵抗の上昇を避ける。
【００６６】
マシンニングセンタ３１において、ダウンカット加工とアップカット加工の切り替えはボールエンドミル３５を回転方向はそのままとしてボールエンドミル３５と加工物の相対移動方向を逆にすれば済むことで簡単であるから、シールラインＳＬの移動経路が凹条６ａと交差する領域Ｒにおける流体抵抗を高めることに困難は伴わない。
【００６７】
以上の雄雌各ロータ５，６におけるスクリュウ溝曲面形状の組み合わせに基づく凹条５ａ，６ａの幅やピッチ間隔Ｐの変更及び雄雌各ロータ５，６の回転で形成されるシールラインＳＬと凹条５ａ，６ａの交差に基づく流体抵抗の付与調整は個別に実施してもよいが、併用すると空気の漏れを低減させることにおいて一層効果が発揮される。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明スクリュウ圧縮機によれば、圧縮した空気の漏れが僅かで高い圧縮性能が得られる。
【００６９】
また、本発明スクリュウ圧縮機の製造方法あるいはその製造装置によれば、圧縮した空気の漏れが僅かで高い圧縮性能が得られるスクリュウ圧縮機のロータを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態になるスクリュウ圧縮機を上から見た縦断面図である。
【図２】 図１に示したスクリュウ圧縮機を横から見た縦断面図である。
【図３】 図１に示したスクリュウ圧縮機における雄ロータと雌ロータの配置状況を示す斜視図である。
【図４】 雄雌各ロータの各スクリュウ溝に凹条を形成する製造装置としてのマシニングセンタとその制御部であるパソコンを示す概略図である。
【図５】 雄雌各ロータの製造工程を示す図である。
【図６】 図５の測定処理での雄ロータの形状測定状況を説明する図である。
【図７】 図５の測定処理での雄ロータの形状測定状況を説明する図である。
【図８】 図５の測定処理での雄ロータの形状測定状況を説明する図である。
【図９】 図６の測定で得た雄ロータの任意位置での測定プロフィールを示す図である。
【図１０】 雄ロータの粗加工後と仕上げ加工後の横断面形状を示す図である。
【図１１】 ボールエンドミルによる傾斜面の切削状況を説明する図である。
【図１２】 ボールエンドミルによる傾斜面での切削を正確に行うためのＮＣデータの製作について説明する図である。
【図１３】 雄雌各ロータの噛み合い状況を示す横断面図である。
【図１４】 雄雌各ロータにおける曲面の組み合わせ状況を示す図である。
【図１５】 ボールエンドミル３５により雄ロータに凹条の加工する状況を示す図である。
【図１６】 雄雌各ロータにおけるシールラインと凹条の状況を説明するための斜視図である。
【図１７】 雄雌各ロータにおけるシールラインと凹条と空気の漏れの関係を説明するための斜視図である。
【図１８】 マシンニングセンタによるボールエンドミルの加工技術を説明するための図である。
【図１９】 マシンニングセンタのボールエンドミルでアップカット加工を行った場合の状況を説明するための図である。
【図２０】 雌ロータについてボールエンドミルによるアップカット加工とダウンカット加工を行う領域を説明するための図である。
【符号の説明】
１…スクリュウ圧縮機
２…ケーシング
３，４…ボア
５…雄ロータ
５ａ…凹条
６…雌ロータ
６ａ…凹条
７、８…タイミングギヤ
３１…マシニングセンタ
３３…マシニングセンタ本体
３５…ボールエンドミル
３６…回転テーブル
３７…超硬センタ
３８…芯押し台
３９…タッチプローブ
５１…パソコン
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケーシング内に軸方向にねじれたスクリュウ溝を形成してある雄ロータと雌ロータを有し、これら両ロータが各ロータに固定したタイミングギヤによって所望の微少間隙を保持しながら回転するスクリュウ圧縮機およびそのロータの製造方法と製造装置に係り、特に両ロータの回転中における圧縮空気の漏れが少なくて高い圧縮効率が得られるスクリュウ圧縮機およびそのロータの製造方法と製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スクリュウ圧縮機では、ケーシング内に雄ロータと雌ロータを収容するボアを形成してある。このボアは、断面円形状で互いに平行な雄ロータ側ボアと雌ロータ側ボアに分かれている。雄ロータ側ボアと雌ロータ側ボアにおける各々の中心と雄ロータと雌ロータのそれぞれの軸心は一致してあって、雄ロータと雌ロータは雄ロータと雌ロータの各歯は接触しない程度の微少間隙をもってタイミングギヤを介して回転し、その回転で空気を吸い込んで吐き出し、圧縮機として用いたり真空ポンプとして用いたりしている。
【０００３】
スクリュウ圧縮機における重要な問題は、雄ロータと雌ロータが回転しているときに雄ロータと雌ロータの間の間隙や雄ロータあるいは雌ロータとこれらを収容するボアの間の間隙で圧縮した空気が漏れて、所望の圧縮効率が得られないことである。
【０００４】
従来、この問題を解決するために各ロータの歯形を高精度に成形するようにしており、そのための加工法として総型歯形刃具によるフライス加工，ホブカッタによるホブ加工や高剛性ＮＣ旋盤による旋盤加工などが提案されている（下記文献参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１９７３３１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高い圧縮効率を得るために特に高精度な加工が要求される場合は、上記従来技術では充分とは云えず、砥石を備えた研削盤による研削加工で歯形成形を行っていた。
【０００７】
ロータの材質は高剛性のものを用いていることから砥石の磨耗が早く、あるいは容量が異なるスクリュウ圧縮機のロータを研削するためなどに砥石を交換した場合には精度維持のため新しい砥石での試し削りが必要であり、また、歯型形状を測定しては仕上げ研削加工を行っている。従って、多品種生産の場合には、人手と時間を要してしまう問題があった。
【０００８】
また、大容量スクリュウ圧縮機用のロータの研削加工に用いる砥石は大型で重量もかなり重いために、砥石交換時にクレーンを使用しなければならず、人手作業となり自動加工化の障害となっていた。
それゆえ本発明の目的は、圧縮した空気の漏れが少なくて高い圧縮効率が得られるスクリュウ圧縮機を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の目的は、高い圧縮効率が得られるスクリュウ圧縮機のロータを容易に製造することができる製造方法とその製造装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明スクリュウ圧縮機の特徴とするところは、ケーシング内に軸方向にねじれたスクリュウ溝を形成してある雄ロータと雌ロータを有し、これら両ロータが各ロータに固定したタイミングギヤによって所望の微少間隙を保持しながら回転するスクリュウ圧縮機において、該各ロータはそれらの各スクリュウ溝にそのねじれ方向に沿った微少深さの凹条と溝壁とを備え、溝壁がシールラインからの漏れを防止することにある。
【００１１】
上記目的を達成する本発明スクリュウ圧縮機の製造方法の特徴とするところは、工具としてボールエンドミルを備えたマシニングセンタによる切削加工で雄ロータあるいは雌ロータにおけるスクリュウ溝のねじれ方向に沿った微少深さの凹条と溝壁を形成をする仕上げ加工を行うことである。
【００１３】
各ロータの各スクリュウ溝は空気の吸込口から吐出口に向けて設けるものであるから、各ロータの各スクリュウ溝にそのねじれ方向に沿って形成した微少深さの凹条は圧縮した空気が漏れる間隙というよりも吐出口に向かう圧縮空気の通路となり、スクリュウ溝の表面に凹凸を設けて間隙が存在しているのに表面に高精度に表面を研削して間隙を狭くする場合よりも、逆に漏れは減少する。
【００１４】
このような凹条形成はマシニングセンタの工具としてボールエンドミルを用いて実行するので、工具取り替えは容易であるし、マシンニングセンタによる制御も容易で、作業者に多大な負担が掛からない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１乃至図３に示した一実施形態に基いて説明する。
【００１６】
図１は本発明になるスクリュウ圧縮機１を上から見た縦断面図、図２はそのスクリュウ圧縮機１を横から見た縦断面図、図３はスクリュウ圧縮機１における雄ロータ５と雌ロータ６の配置状況を示す斜視図である。
【００１７】
図１乃至図３において、ケーシング２は主ケーシング２ａと吐出側ケーシング２ｂおよびエンドカバー２ｃとからなり、主ケーシング２ａ内にボア３，４がある。ボア３，４は断面円形状で互いに平行であり、ボア３内に雄ロータ５、ボア４内に雌ロータ６を収容している。雄ロータ５の歯の数は4枚，雌ロータ６の歯の数は６枚で、雄ロータ側ボア３と雌ロータ側ボア４における各々の中心と雄ロータ５と雌ロータ６のそれぞれの軸心は一致している。そして雄ロータ５と雌ロータ６は、それらの各歯が接触しない程度の微少間隙をもってタイミングギヤ７，８を介して図３に示すように互いに逆方向に回転する。
【００１８】
雄ロータ５とタイミングギヤ７と雌ロータ６とタイミングギヤ８はそれぞれ焼き嵌めにより強固に結合してある。タイミングギヤ７は図示していないプルギヤと噛み合っており、このプルギヤによってタイミングギヤ７を介して雄ロータ５が回転し、雌ロータ６はタイミングギヤ７と噛み合っているタイミングギヤ８を介して回転する。
【００１９】
９，１０と１１，１２はそれぞれ主ケーシング２ａと吐出側ケーシング２ｂに各ロータ５，６を回転可能に保持するベアリングであり、１３，１４と１５，１６はそれぞれ主ケーシング２ａや吐出側ケーシング２ｂと各ロータ５，６の間に設けた軸封装置である。主ケーシング２ａとボア３，４は二重構造であり、内部空間は冷却媒体を吐出側ケーシング２ｂ側から供給するようになっている。
【００２０】
１７は空気の吸入口、１８は圧縮した空気の吐出口である。主ケーシング２ａとエンドカバー２ｃで構成する空間は油溜りとして潤滑油１９を封入してあり、雌ロータ６の端部に固定したスリンガ２０は雌ロータ６の回転に従って潤滑油を跳ね飛ばし、ベアリング９，１１に潤滑油を供給する。
【００２１】
雄ロータ５と雌ロータ６の各スクリュウ溝における全面にそのねじれ方向に沿った微少深さを持つ多数の凹条５ａ，６ａを設けてある。両ロータ５，６をエンドカバー２ｃ側から見た状態で示している図３では、簡略化のために多数の凹条５ａ，６ａのうちの1条づつを点線で示している。
【００２２】
次に、多数の凹条５ａ，６ａを雄ロータ５と雌ロータ６の各スクリュウ溝全面に形成する製造方法とその装置について説明する。
【００２３】
図４は、雄ロータ５と雌ロータ６の各スクリュウ溝全面に多数の凹条５ａ，６ａを形成する製造装置としてのマシニングセンタ３１とその制御部（制御盤）であるパソコン５１を示す概略図である。
マシニングセンタ３１には、基台３２上において水平なＸ，Ｙの各方向に移動し得るマシニングセンタ本体３３があり、マシニングセンタ本体３３は、油圧式ホルダ３４でボールエンドミル３５をＺ軸下方向に保持して、ボールエンドミル３５をＸ，Ｙ各軸方向及びＺ軸（上下）方向に移動させる。基台３２上には回転テーブル３６があり、その回転軸（回転Ａ軸）は水平でＸ軸方向を向いていて、回転中心には超硬センタ３７を取付けてある。回転テーブル３６の超硬センタ３７に対向させて芯押し台３８を設けてあり、超硬センタ３７と芯押し台３８の間で雄ロータ５（あるいは雌ロータ６）を両センタ支持する構造となっていて、支持した雄ロータ５（あるいは雌ロータ６）をＡ軸廻りで回転させる。パソコン５１はパソコン本体５２とモニタ画面５３とキーボード５４からなり、後述するソフトプログラムでマシニングセンタ３１を駆動制御する。マシニングセンタ３１とパソコン５１を繋ぐケーブルは図示を省略している。
【００２４】
次に、図５により、雄雌各ロータ５，６の製造工程について説明する。
先ず、ステップ（以下、「Ｓ」と略記する。）１００で従来公知の加工機械により雄ロータ５あるいは雌ロータ６の粗加工をする。なお、以下の説明は、雄ロータ５を製造することとして説明を進める。
【００２５】
Ｓ２００で、粗加工後の雄ロータ５の形状測定をする。
この測定は、図４に示したマシニングセンタ３１のホルダ３４にボールエンドミル３５に代えて、図６に示すようにタッチプローブ３９を装着して行う。
【００２６】
雄ロータ５の形状測定の詳細を図７，図８を引用しつつ説明する。
先ず、マシンニングセンタ３１のＸ軸に雄ロータ５の軸中心を正しくセットしてあるか、確認をする。即ち、Ｘ軸方向については例えば、タイミングギヤを嵌める円筒部５Ｂの端面位置にタッチプローブ３９を当接させて、マシンニングセンタ３１に内蔵のエンコーダでタッチプローブ３９の位置座標データを得る。
【００２７】
続いて、ベアリング９，１０を嵌める円筒部５Ａ，５Ｂの外周３箇所にタッチプローブ３９を当接させて、マシンニングセンタ３１に内蔵のエンコーダでタッチプローブ３９の位置座標データを得る。この時の３データを円に内接する三角形の角位置として円の中心位置を算出し、雄ロータ５の軸中心を得る。あるいは、タッチプローブ３９でＹ軸方向最外周位置において直径の位置座標データを得てＹ軸方向中心位置を算出し、Ｚ軸方向で最外周位置からにおいてＺ軸方向に半径距離垂下した位置を雄ロータ５の軸中心とする。そして、軸中心とマシンニングセンタ３１のＸ軸の中心を一致させる。
【００２８】
次に、Ａ軸方向に雄ロータ５を正しくセットするために、図７のＳ２０１で図８（ａ）のようにタッチプローブ３９により任意なＸ軸方向における歯位置で歯のＺ軸上の位置データＴａを測定する。なお、図８で実線は雄ロータ５の実際の輪郭を表し、点線は設計上の輪郭を示している。位置データＴａに対応した設計上の位置データはパソコン本体５２に予め分かっているから、両位置データの偏差Δｔａは即座に得られる。そして、Ｓ２０２で回転テーブル３６により雄ロータ５をＡ軸方向に回転させ向かい側の歯にタッチプローブ３９を当接させて、位置データＴｂを測定する。この時の設計上の位置データもパソコン本体５２は分かっているので、偏差Δｔｂを算出する。
【００２９】
次にＳ２０３で偏差Δｔａと偏差Δｔｂの大小関係を求めて、偏差Δｔａの方が大きいならＳ２０４に進み、小さければＳ２０５に進む。偏差Δｔａが偏差Δｔｂより小さい場合を図８（ｂ）で示している。
【００３０】
Ｓ２０４あるいはＳ２０５では、それぞれＡ軸を予め決めておいた微少角度だけマイナス方向あるいはプラス方向に回転させ、再び点Ｔａ，Ｔｂの位置データをＳ２０６，Ｓ２０７で計測し、微少角度回転後の新たな位置偏差Δｔａと偏差Δｔｂを得る。その後Ｓ２０８でそれらの差が取代許容値以内かどうか判断し、許容値以内であれば、その時のＡ軸位置を原点として決定して（Ｓ２０９）、終了とするが、許容値以外であればＳ２０３に戻って、許容値以内になるまで以上説明した処理を繰り返して終了とする。これで、雄ロータ５のセットが終了する。
【００３１】
次ぎに、図９に示す測定プロフィールＫについて説明する。
図６のように、雄ロータ５の任意の位置にタッチプローブ３９を当接させ、Ａ軸周りに雄ロータ５を微少角度づつ回転させてはタッチプローブ３９を当接させタッチプローブ３９に内蔵のエンコーダから算出した雄ロータ表面のＺ軸方向位置データを求めることを繰り返し、図１０のようなＸ軸方向での断面の形状を得る。そして、雄ロータ５をＸ軸方向に微少距離ずらしてタッチプローブ３９を当接させ、ここでも図１０のようなＸ軸方向での断面の形状を得る。このようなことを雄ロータ５のＸ軸方向全長に亘って実行し計測したＸＹＺの各位置データを総合すれば、図６に示す雄ロータ５の外形を描くことができる。実際には、雄ロータ５のＸ軸方向両端から任意距離間、例えば、１０ｍｍづつについて計測をして、計測をしない領域については画像処理で計測をした領域の形状をスクリュウ溝のねじれの方向に延長させて全外形を創作する。これがＳ２００での測定である。
【００３２】
そして、吸込側の始点Ｐｓから吐き出し側の終点Ｐｅに亘るＸ軸方向移動位置とＡ軸方向回転角に対し原点を基に立体的に示すと、図９の測定プロフィールＫを得ることができる。
【００３３】
なお、３次元測定器を用いれば、雄オスロータ５の外形をセンサでなぞって計測して、図９に示す吸込側の始点Ｐｓから吐き出し側の終点Ｐｅに亘るＸ軸方向移動位置とＡ軸方向回転角に対し原点を基に立体的に表す任意位置の測定プロフィールＫだけでなく雄ロータ５における全表面のプロフィールを容易に得ることができる。
【００３４】
Ｘ軸方向に微少距離移動させつつＡ軸方向に微少角度回転させたときのＸ軸方向全長に亘る設計上のＺ軸方向位置データを設計上のプロフィールとして、これをボールエンドミル３５によるスクリュウ溝のねじれ方向に沿った微少深さの凹条加工のための設計値とする。
【００３５】
Ｓ２００で測定を終了したら、Ｓ３００で仕上げ加工が必要かどうか判定をする。図５の粗加工Ｓ１００では仕上げ加工Ｓ５００を越える加工を施すことは無く、図１０に実線で示すように雄ロータ５の輪郭が持つデータは仕上げ加工後の点線で示す設計上の輪郭が持つデータより大きい。従って、両輪郭が持つデータの偏差から仕上げ加工が必要と判定され、Ｓ４００において仕上げ加工のための上記偏差に補正処理を施してからＳ５００で仕上げ加工を行う。
【００３６】
この仕上げ加工は、ボールエンドミル３５によるスクリュウ溝のねじれ方向に沿った微少深さの凹条加工をするものである。この凹条（図３の５ａあるいは６ａ）は、各スクリュウ溝の全面に各スクリュウ溝のねじれ方向に沿って並行して多数本設けている。
【００３７】
個々の凹条加工は、図４におけるマシンニングセンタ３１の仕上げ加工を行うボールエンドミル３５はＺ軸方向の位置は不変でＺ軸周りに回転しており、雄ロータ５を回転テーブル３６によりＡ軸を微少角度づつ回転させながらマシンニングセンタ本体３３をＸ軸方向に微少距離づつ移動させることにより、図９に示すように、吸込側の始点Ｐｓから吐き出し側の終点ＰｅにかけてのプロフィールＫをもつ凹条を形成できる。これを、雄ロータ５を計測して得た測定プロフィールＫと設計上のプロフィールＫが一致するように、雄ロータ５の全スクリュウ溝について、補正処理をしながら凹条の形成を実行する。
【００３８】
ここで、上記補正処理について説明する。
上記仕上げ加工では、ボールエンドミル３５は図１１に実線で示すようにＺ軸方向に真直ぐ伸びて最下端で加工をすることを予定して加工の設定をするようになっているが、雄ロータ５や雌ロータ６の加工面はスクリュウ溝であり、傾斜面に当接して切削をする。この場合、ボールエンドミル３５は、傾斜面で反力を受けて点線で示すように撓んでいる。図１０のように雄ロータ５や雌ロータ６のスクリュウ溝はインボリュート形状を持たせており、接触角αは一様でないことからボールエンドミル３５の撓み量は変動し、接触角αが小さければ撓み量は小さく、接触角αが大きければ撓み量は大きくなって、撓み量の違いが加工精度の差となる。具体的には、撓み量は大きいと切削不足となる。
【００３９】
そこで、その補正をして所望の仕上げ加工になるようにするのが、図５における補正処理Ｓ４００である。
次に、その補正処理Ｓ４００について説明する。
【００４０】
図１２において、ボールエンドミル３５は実線で示す傾斜面の任意の切削位置Ｇで雄ロータ５を切削をしているとする。ボールエンドミル３５のボール中心Ｈは、切削位置Ｇの法線ベクトルｎの延長上にある。マシンニングセンタ３１のＮＣデータ指令点Ｍは、ボールエンドミル３５の先端（最下端）であり、ボールエンドミル３５の軸線ベクトルｅの延長上にある。ここで、切削位置Ｇの位置データをＰｏ、ボールエンドミル３５の工具半径をｒとすると、ＮＣデータ指令点Ｍの位置データＴｎｃｏは、次式で表すことができる。
【００４１】
【数１】
【００４２】
【数２】
【００４３】
【数３】
【００４４】
そして、図５の仕上げ加工処理Ｓ５００が予定通り実行されたか測定処理Ｓ２００に戻ってタッチプローブ３９で確認する。判定処理Ｓ３００で加工不足と判断された場合は、再びＳ４００で補正処理を行うが、この場合はボールエンドミル３５の撓みが主たる原因となる。
【００４５】
図５の判定処理Ｓ３００で合格判定がでたら、噛合テストＳ６００で対をなす基準ロータ（雄ロータ５を加工しているときは雌の基準ロータ、雌ロータ６を加工しているときは雄の基準ロータ）との噛み合い具合を確認してから、表面処理Ｓ７００で適宜な表面処理を施して、雄ロータ５の仕上げ加工（製造）は終了する。
【００４６】
仕上げ加工Ｓ５００において複数のボールエンドミル３５を使い分ける場合には、上記補正処理Ｓ４００では各ボールエンドミルについてＮＣデータ指令点Ｌの位置データＴｎｃａを求める。また、雄雌各ロータ５，６の形状や材質、ボールエンドミル３５の材質や加工速度などによってＮＣデータ指令点Ｌの位置データＴｎｃａは変わるから、それらの諸データは図４に示したパソコン５１のモニタ画面５３を利用してキーボード５４からパソコン本体５２の記憶手段に格納しておき、数式1乃至数式３での補正に使用する。
【００４７】
ボールエンドミル３５の撓み量を予め把握できるなら、補正処理Ｓ４００では撓み量を見越して補正の算出をしても良い。
【００４８】
図１３は、雄雌各ロータ５，６の噛み合い状況を横断面で示しており、図１３（ａ）は雌ロータ６のスクリュウ溝に雄ロータ５の歯が噛み合った状況、図１３（ｂ）は雄ロータ５のスクリュウ溝に雌ロータ６の歯が噛み合った状況である。尚、図１３では歯形が分かり易いように、雄ロータ５の歯の枚数は４枚とした。
【００４９】
前述したようにスクリュウ溝はインボリュート形状をしていて、雄雌各ロータ５，６の噛み合い位置によっては、図１４（ａ）に示す凸面と凸面の組み合わせであったり、図１４（ｂ）に示す凹面と凸面の組み合わせになったりする。
【００５０】
図１３（ａ）における円Ａの個所は、図１４（ｂ）に示す凹面と凸面の組み合わせであるが、図１３（ａ）における円Ｂの個所及びは、図１３（ｂ）における円Ｃと円Ｄの個所は、図１４（ａ）に示す凸面と凸面の組み合わせとなっている。
【００５１】
本発明者らの検討によれば、雄雌各ロータ５，６の微少間隙Δが同じでも、図１４（ａ）に示す凸面と凸面の組み合わせは図１４（ｂ）に示す凹面と凸面の組み合わせよりも空気の漏れの大きいことが確かめられた。そして凹面や凸面の曲率を変えてみても、この傾向は同じであった。
【００５２】
この空気の漏れが多い図１３（ａ）における円Ｂの個所及びは図１３（ｂ）における円Ｃと円Ｄの個所は、雄ロータ６におけるスクリュウ溝の底の領域である。
【００５３】
この領域での空気の漏れを低減するためには、この領域では雄雌各ロータ５，６ともども凹条５ａ，６ａの幅を狭くし隣接する凹条５ａ同士のピッチ間隔Ｐを小さくし、流体抵抗を増加させるとよい。
【００５４】
そこで、狭幅の凹条５ａ，６ａの加工について説明する。
図１５は、ボールエンドミル３５により一例として雄ロータ５に凹条５ａの加工する状況を示している。
【００５５】
工具半径ｒのボールエンドミル３５によりピッチ間隔Ｐで隣接する凹条５ａ同士の溝壁高さｈの各凹条５ａを形成する場合、ボールエンドミル３５の工具半径ｒとピッチ間隔Ｐを小さくし凹条５ａを拠り多く設けると、隣接する凹条５ａ同士の溝壁高さ（溝深さ）ｈを維持して、流体抵抗を増加せしめ空気の漏れを少なくすることができる。
【００５６】
一例として、直径約１２０ｍｍの雌ロータ６の仕上げ加工にφ８のボールエンドミルだけを用いてその各スクリュウ溝に深さ（ｈ）０，００５ｍｍで１９４本の凹条６ａを設けたが、直径約１２０ｍｍの雄ロータ５の仕上げ加工においてはφ８，φ４，φ２の３本のボールエンドミルを用いて各スクリュウ溝に深さ（ｈ）０．００５ｍｍで２８７本の凹条５ａを設け、特に雄ロータ５の各スクリュウ溝の底部には細かいピッチＰで狭幅の凹条５ａを設けた。
【００５７】
このように、凸面と凸面の組み合わせにおいて片方のロータについてだけ空気の漏れを減らす凹条の加工を施しても良いが、両方のロータに施すことが良い。
【００５８】
次に、空気の漏れを低減する他の構成について説明する。
スクリュウ圧縮機は雄雌各ロータ５，６に軸方向にねじれたスクリュウ溝を形成してあり、これら両ロータ５，６が各ロータ５，６に固定したタイミングギヤによって所望の微少間隙を保持しながら回転するものであり、微少間隔の最小部は吸い込み側と吐き出し側を区分しており、この微少間隔の最小部は両ロータ５，６の回転に伴って吸い込み側から吐き出し側へ移動し、吐き出し側では容積が低下していくことによって空気を圧縮をしている。この場合の微少間隔最小部の移動経路をシールラインと呼び、シールラインＳＬの移動方向は空気を圧縮していく方向である。
【００５９】
シールラインＳＬの移動経路を図示すれば、図１６の通りである。
雌ロータ６では図１６（ａ）のシールラインＳＬのように、ａ−ｂ−Ｃ−Ｆ−ｄ−ｅの経路を取り、雄ロータ５側のシールラインＳＬは図１６（ｂ）のようにｆ−ｇ−Ｈ−Ｍ−ｉ−ｊの経路を取る。雌ロータ６と雄ロータ５に点線で示した加工経路はボールエンドミル３５の移動経路であるが、凹条５ａ，６ａはスクリュウ溝に沿って延びている。図１６ではシールラインＳＬを雌ロータ６と雄ロータ５の表面に示したが、これはシールラインＳＬと凹条５ａ，６ａの関係を説明するためであり、現実のシールラインＳＬでは雌ロータ６上の位置ａと雄ロータ５上の位置ｆが同一であり、以下、ｂとｇ，ＣとＨ，ＦとＭ，ｄとｉ、そしてｅとｊが同一位置である。
【００６０】
図１６で分かるように、シールラインＳＬは雌ロータ６と雄ロータ５においてボールエンドミル３５の移動経路（凹条５ａ，６ａ）と交差している。
【００６１】
図１７は雄ロータ５についてシールラインＳＬの（移動）方向とボールエンドミル３５の移動経路（凹条５ａ）における加工方向を拡大して表したものである。
【００６２】
図１７（ａ）はシールラインＳＬの（移動）方向とボールエンドミル３５の加工方向が平行しているが、図１７（ｂ）では交差している。図１７では空気の漏れ方向も示してあるが、図１７（ａ）ではシールラインＳＬ方向で示す空気の圧縮方向においては凹条５ａが延びているのでこの方向に空気の流体抵抗は小さいが直交する方向では凹条５ａの側壁が障害となり空気は漏れずらい。これに対し、図１７（ｂ）ではシールラインＳＬ方向で示す空気の圧縮方向においては凹条５ａの側壁が障害となって流体抵抗は増加するが、シールラインＳＬ方向と交差する方向では凹条５ａが延びておりこの方向では凹条５ａが空気の横漏れを許す経路となっていることが分かる。
そこで、このシールラインＳＬがボールエンドミル３５の加工方向、即ち、凹条５ａと交差する領域では空気の横漏れを防ぐことが望ましい。
【００６３】
ボールエンドミル３５の加工技術としては、図１８に示すダウンカットとアップカットがある。
ダウンカット加工は、図１８（ａ）において一例を雄ロータ５で示すように、加工物の表面から内部に向けて刃先を立ててボールエンドミル３５を回転するものであり、アップカット加工は、図１８（ｂ）において一例を雄ロータ５で示すように、加工物の内部から表面に向けて刃先を寝かして形でボールエンドミル３５を回転するものである。
【００６４】
加工後の形状はダウンカット加工の場合は木目にそって鉋をかけるように加工物を削ぐ形であるから表面は滑らかで綺麗であるが、アップカット加工ではカミソリでヒゲの逆剃りをするように加工物をむしり取る形となって表面は荒れる。アップカット加工によって凹条５ａを形成し表面が荒れた状況を図１９に概略的に示したが、凹条５ａにおける表面の荒れは空気にとって流体抵抗となり、漏れを抑える働きをする。即ち、アップカット加工によって形成し荒れた表面を持つ凹条５ａは、空気に対する流体抵抗を増加させる手段として機能している。
【００６５】
シールラインＳＬの移動経路は雄雌各ロータ５，６の形状によって決まり、従って、シールラインＳＬの移動経路が凹条５ａ，６ａと交差する領域も定まり、雄雌各ロータ５，６が回転しても変わらないから、凹条５ａ，６ａを設ける際、雌ロータ６について一実施形態を示した図２０において点線で囲った領域Ｒの加工はアップカット加工によって行うと良い。図２０において点線で囲った領域Ｒ以外の凹条６ａの加工はダウンカット加工を行うことで、流体抵抗の上昇を避ける。
【００６６】
マシンニングセンタ３１において、ダウンカット加工とアップカット加工の切り替えはボールエンドミル３５を回転方向はそのままとしてボールエンドミル３５と加工物の相対移動方向を逆にすれば済むことで簡単であるから、シールラインＳＬの移動経路が凹条６ａと交差する領域Ｒにおける流体抵抗を高めることに困難は伴わない。
【００６７】
以上の雄雌各ロータ５，６におけるスクリュウ溝曲面形状の組み合わせに基づく凹条５ａ，６ａの幅やピッチ間隔Ｐの変更及び雄雌各ロータ５，６の回転で形成されるシールラインＳＬと凹条５ａ，６ａの交差に基づく流体抵抗の付与調整は個別に実施してもよいが、併用すると空気の漏れを低減させることにおいて一層効果が発揮される。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明スクリュウ圧縮機によれば、圧縮した空気の漏れが僅かで高い圧縮性能が得られる。
【００６９】
また、本発明スクリュウ圧縮機の製造方法あるいはその製造装置によれば、圧縮した空気の漏れが僅かで高い圧縮性能が得られるスクリュウ圧縮機のロータを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態になるスクリュウ圧縮機を上から見た縦断面図である。
【図２】 図１に示したスクリュウ圧縮機を横から見た縦断面図である。
【図３】 図１に示したスクリュウ圧縮機における雄ロータと雌ロータの配置状況を示す斜視図である。
【図４】 雄雌各ロータの各スクリュウ溝に凹条を形成する製造装置としてのマシニングセンタとその制御部であるパソコンを示す概略図である。
【図５】 雄雌各ロータの製造工程を示す図である。
【図６】 図５の測定処理での雄ロータの形状測定状況を説明する図である。
【図７】 図５の測定処理での雄ロータの形状測定状況を説明する図である。
【図８】 図５の測定処理での雄ロータの形状測定状況を説明する図である。
【図９】 図６の測定で得た雄ロータの任意位置での測定プロフィールを示す図である。
【図１０】 雄ロータの粗加工後と仕上げ加工後の横断面形状を示す図である。
【図１１】 ボールエンドミルによる傾斜面の切削状況を説明する図である。
【図１２】 ボールエンドミルによる傾斜面での切削を正確に行うためのＮＣデータの製作について説明する図である。
【図１３】 雄雌各ロータの噛み合い状況を示す横断面図である。
【図１４】 雄雌各ロータにおける曲面の組み合わせ状況を示す図である。
【図１５】 ボールエンドミル３５により雄ロータに凹条の加工する状況を示す図である。
【図１６】 雄雌各ロータにおけるシールラインと凹条の状況を説明するための斜視図である。
【図１７】 雄雌各ロータにおけるシールラインと凹条と空気の漏れの関係を説明するための斜視図である。
【図１８】 マシンニングセンタによるボールエンドミルの加工技術を説明するための図である。
【図１９】 マシンニングセンタのボールエンドミルでアップカット加工を行った場合の状況を説明するための図である。
【図２０】 雌ロータについてボールエンドミルによるアップカット加工とダウンカット加工を行う領域を説明するための図である。
【符号の説明】
１…スクリュウ圧縮機
２…ケーシング
３，４…ボア
５…雄ロータ
５ａ…凹条
６…雌ロータ
６ａ…凹条
７、８…タイミングギヤ
３１…マシニングセンタ
３３…マシニングセンタ本体
３５…ボールエンドミル
３６…回転テーブル
３７…超硬センタ
３８…芯押し台
３９…タッチプローブ
５１…パソコン
Claims (9)
- ケーシング内に軸方向にねじれたスクリュウ溝を形成してある雄ロータと雌ロータを有し、これら両ロータが各ロータに固定したタイミングギヤによって所望の微少間隙を保持しながら回転するスクリュウ圧縮機において、該各ロータのスクリュウ溝に、この圧縮機の吸込み側から吐き出し側までスクリュウ溝のねじれ方向に沿った微少深さの凹条と溝壁を多数形成し、該溝壁は両ロータの回転で形成される両ロータ間における微少間隔最小部の移動経路からの漏れを防止するものであることを特徴とするスクリュウ圧縮機。
- 上記請求項１に記載のスクリュウ圧縮機において、該凹条は各スクリュウ溝の全面に各スクリュウ溝のねじれ方向に沿って並行して設けてあることを特徴とするスクリュウ圧縮機。
- 上記請求項１に記載のスクリュウ圧縮機において、該両ロータの曲面が凸面と凸面の組み合わせになる個所においては該凹条における個々の幅と隣接する凹条同士のピッチ間隔を凸面と凹面の組み合わせになる個所よりも狭くしてあることを特徴とするスクリュウ圧縮機。
- 上記請求項１に記載のスクリュウ圧縮機において、該雄ロータにおけるスクリュウ溝の底部における該凹条は個々の幅と隣接する凹条同士のピッチ間隔を該底部以外における該凹条よりも狭くしてあることを特徴とするスクリュウ圧縮機。
- 上記請求項１に記載のスクリュウ圧縮機において、該両ロータの回転で形成される両ロータ間における微少間隔最小部の移動経路と該凹条が交差する領域の該凹条の表面を、ボールエンドミルによるアップカット加工で形成したことを特徴とするスクリュウ圧縮機。
- ケーシング内に軸方向にねじれたスクリュウ溝を形成してある雄ロータと雌ロータを有し、これら両ロータが各ロータに固定したタイミングギヤによって所望の微少間隙を保持しながら回転するスクリュウ圧縮機におけるロータの製造方法において、粗加工によりスクリュウ溝を製作した後に、工具としてボールエンドミルを備えたマシニングセンタを用いて切削加工し、この切削加工は雄ロータあるいは雌ロータにおけるスクリュウ溝のねじれ方向に沿った微少深さの凹条と溝壁とを多数形成する仕上げ加工であり、ボールエンドミルの径を２ないし８ｍｍとしたことを特徴とするスクリュウ圧縮機におけるロータの製造方法。
- ケーシング内に軸方向にねじれたスクリュウ溝を形成してある雄ロータと雌ロータを有し、これら両ロータが各ロータに固定したタイミングギヤによって所望の微少間隙を保持しながら回転するスクリュウ圧縮機におけるロータの製造方法において、粗加工によりスクリュウ溝を製作した後に、工具としてボールエンドミルを備えたマシニングセンタを用いて切削加工し、この切削加工は雄ロータあるいは雌ロータにおけるスクリュウ溝のねじれ方向に沿った微少深さの凹条と溝壁とを多数形成する仕上げ加工であり、該両ロータの曲面が凸面と凸面の組み合わせになる個所においては該凹条の形成を凸面と凹面の組み合わせになる個所に凹条を形成するボールエンドミルよりも工具半径が小さいものを用いることを特徴とするスクリュウ圧縮機におけるロータの製造方法。
- ケーシング内に軸方向にねじれたスクリュウ溝を形成してある雄ロータと雌ロータを有し、これら両ロータが各ロータに固定したタイミングギヤによって所望の微少間隙を保持しながら回転するスクリュウ圧縮機におけるロータの製造方法において、粗加工によりスクリュウ溝を製作した後に、工具としてボールエンドミルを備えたマシニングセンタを用いて切削加工し、この切削加工は雄ロータあるいは雌ロータにおけるスクリュウ溝のねじ れ方向に沿った微少深さの凹条と溝壁とを多数形成する仕上げ加工であり、該雄ロータにおけるスクリュウ溝の底部に形成する該凹条は底部以外における凹条を形成するボールエンドミルよりも工具半径が小さいもので形成することを特徴とするスクリュウ圧縮機におけるロータの製造方法。
- ケーシング内に軸方向にねじれたスクリュウ溝を形成してある雄ロータと雌ロータを有し、これら両ロータが各ロータに固定したタイミングギヤによって所望の微少間隙を保持しながら回転するスクリュウ圧縮機におけるロータの製造方法において、粗加工によりスクリュウ溝を製作した後に、工具としてボールエンドミルを備えたマシニングセンタを用いて切削加工し、この切削加工は雄ロータあるいは雌ロータにおけるスクリュウ溝のねじれ方向に沿った微少深さの凹条と溝壁とを多数形成する仕上げ加工であり、該両ロータの回転で形成される両ロータ間における微少間隔最小部の移動経路と該凹条が交差する領域ではボールエンドミルによりアップカット加工を行うことを特徴とするスクリュウ圧縮機におけるロータの製造方法。
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