JP6341761B2 - 溝仕上げ加工方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、筒状体の内周面から外方に向かって形成された溝の内側面の仕上げ加工を行う溝仕上げ加工方法及び装置に関するものである。

一般に、ロータリコンプレッサのシリンダには、その径方向に摺動可能となるようにベーン（羽）を取り付けるためのベーン取付溝が設けられている。シリンダに取付けられたベーンが、ロータ外周面に接触しながら径方向に摺動している。このベーン取付溝の内壁の表面精度が悪いとベーンに引掛かりが生じ、コンプレッサを損傷させる原因となる問題があり、高精度の表面仕上げが要求される。

そこで、このようなベーン取付溝の内側面の仕上げ加工方法として、例えば、特許文献１に示される径方向溝をもつ筒状ワークの加工方法及び装置では、砥石軸３２を駆動する加工装置本体１８の先端部に、固定部３６とアーム部３８と軸受部４０とを一体に有する支持部材３４を固定してその軸受部４０により上記砥石軸３２の先端を回転可能に支持し、この状態で上記支持部材３４及び砥石軸３２の双方を結合状態のまま上記筒状ワーク６６の内側に軸方向に挿入する。砥石軸３２を回転駆動しながら上記砥石軸３２を上記径方向溝７０内に挿入してその外周面を上記径方向溝７０の内側面に接触させ、かつこの接触状態のままワーク径方向に移動させて上記径方向溝７０の内側面を研削することが開示されている。これにより、筒状ワークの径方向溝の内側面を高精度で良好に加工することができるとされている。径方向溝の幅よりも細い径の砥石軸を用いて仕上げ加工する方法が知られている。

特開平８−１１２７４６号公報

しかしながら、特許文献１に示す従来の加工方法では、径方向溝の幅寸法よりも小さい直径を有し、かつ筒状ワークの軸寸法よりも大きな長さ寸法をもつ砥石軸を、筒状ワークの内側に挿入し、砥石軸の外面を径方向溝の内側面に接触させ、回転駆動させながら筒状ワークの径方向に移動させることにより、径方向溝の内側面を研削しているので、砥石軸が非常に小径かつ長尺なものとなるため、剛性が低下し、加工中に砥石軸が撓み、その結果、溝内側面の平坦性が劣化したり、端部にダレが生じたりするという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、筒状ワークの内周面から外方に向かって形成された溝の内側面の表面を高精度に加工することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る溝仕上げ加工方法は、筒状の内周面から外方に向かって形成された溝を持つ筒状ワークの前記溝の内側面を仕上げ加工する溝仕上げ加工方法であって、前記溝の幅よりも大きい径を持つバニシングシャフトを用い、前記バニシングシャフトをその軸を中心に回転させるとともに、前記バニシングシャフトを前記溝内で前記外方に向かって移動させることを特徴とするものである。

また、本発明に係る溝仕上げ加工装置は、筒状の内周面から外方に向かって形成された溝を持つ筒状ワークの前記溝の内側面を仕上げ加工する溝仕上げ加工装置であって、前記溝の幅よりも大きい径を持つバニシングシャフトと、前記バニシングシャフトをその軸を中心に回転させる手段と、前記バニシングシャフトを前記溝内で前記外方に向かって移動させる手段と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の溝仕上げ加工方法及び装置によれば、筒状ワークの溝の内側面を仕上げ加工する溝仕上げ加工方法において、溝の幅寸法よりも大きい径を有するバニシングシャフトを溝方向に通過させることで、バニシングシャフトが拘束され、バニシングシャフトが撓むことなく、溝の内側面の仕上げ加工を高精度に行うことができるという効果がある。

実施の形態１に係る溝仕上げ加工装置の略断面図である。 実施の形態１における筒状ワークの略斜視図である。 実施の形態１における筒状ワークの寸法関係を示す平面図である。 実施の形態１における筒状ワークを搭載するステージの略斜視図である。 実施の形態１における筒状ワークの加工前の溝仕上げ加工装置の要部を示す略斜視図である。 実施の形態１における筒状ワークを加工中の径方向溝とバニシングシャフトとの関係を示す略平面図である。 実施の形態１における筒状ワークを加工中のバニシングシャフトにかかる応力を示す図である。 実施の形態１における加工前の径方向溝の径方向位置と表面平坦性の関係を示す図である。 実施の形態１における加工後の径方向溝の径方向位置と表面平坦性の関係を示す図である。 実施の形態１におけるバニシングシャフト径と径方向溝幅との差と表面平坦性の劣化性の関係を示す図である。 実施の形態２に係る溝仕上げ加工装置の要部を示す平面図及び側面図である。 従来例における筒状ワークを加工中の砥石軸にかかる応力を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る溝仕上げ加工装置の概略断面図であり、図２は、筒状ワークの略斜視図であり、図３は、筒状ワークの寸法関係を示す平面図であり、図４は、ステージの略斜視図である。

まず、図１を用いて、実施の形態１に係る溝仕上げ加工装置の構成について説明する。溝仕上げ加工装置１００は、被加工対象である筒状ワークであるシリンダ１を載置するステージ２と、ステージ２を水平方向に移動させるスライドテーブル３と、スライドテーブル３を移動するためのボールねじ１０と、ボールねじ１０の回転により水平移動するスライドテーブル３を保持するガイド１１と、ボールねじ１０を駆動する駆動装置１２と、バニシングシャフト４を取り付けるシャフトホルダ５と、シャフトホルダ５を上下に移動させる昇降部６と、昇降部６を移動するためのボールねじ７と、ボールねじ７の回転により上下移動する昇降部６を保持するガイド８と、ボールねじ７を駆動する駆動装置９と、で構成されている。

ここでは、筒状ワークとしては、例えば、図２に示すように、シングルベーン式ロータリコンプレッサのシリンダ１である場合について説明する。シリンダ１は、中央に貫通穴２１をもつ短円筒状のボディ２０を有しており、内周面から外側に径方向に向かってベーン取付溝１３が形成され、その終端部には円穴部１４が設けられている。また、シリンダ１には、ロータリコンプレッサの組み立て時等に利用される基準穴１５が少なくとも一つ以上形成されている。ベーン取付溝１３は、ロータリコンプレッサの運転時にベーンが摺動するための空間であり、ベーン取付溝１３の内側面の表面が粗いと、ベーンがベーン取付溝１３内を往復運動する際に、ベーンに振れが生じたり、摩擦によって摺動の抵抗が増大したりするなど、シリンダ１を使用する上で好ましくないため、その表面は高精度に仕上げ加工を施しておく必要がある。

図３の平面図に、仕上げ加工を行うシリンダ１のベーン取付溝１３の仕上げ前の溝の幅Ｗと、溝の長さＬの寸法を記す。

図４に、シリンダ１を取り付けるステージ２の斜視図を示す。ステージ２は、シリンダ１の外径よりも大きな板状のボディ１９を有しており、シリンダ１の貫通穴２１の径と同じか、もしくは大きな円穴部１６が形成されている。また、ステージ２には、円穴部１６から外側に向かう切欠部１７が設けられており、この切欠部１７の幅は、ベーン取付溝１３の溝の幅Ｗよりも広く、その切欠部１７の長さは、ベーン取付溝１３の溝の長さＬよりも長く設定されている。また、ステージ２には、基準穴１５よりも径の小さな位置決めピン１８も取り付けられている。

シリンダ１には、ベーン取付溝１３の中心線１３ｃ上に基準穴１５が設けられている。シリンダ１は、この基準穴１５をステージ２の位置決めピン１８に差し込むことによって、ステージ２の設置面に対して水平方向の移動が拘束され、基準穴１５を中心として回転移動のみが可能な状態で保持されている。

シリンダ１が載置されたステージ２を移動させるスライドテーブル３は、駆動装置１２により、ボールねじ１０を回転駆動させることによって、ガイド１１に沿って、図１における紙面の左右方向に移動可能となっている。ステージ２は、スライドテーブル３に、ボルト等によって切欠部１７の長さ方向が移動方向と一致するように取り付けられる。

また、バニシングシャフト４は、シャフトホルダ５に取り付けられる。詳しくは後述するが、バニシングシャフト４の径は、ベーン取付溝１３の溝の幅Ｗよりも大きな径を有しており、シリンダ１よりも硬い材質のものを使用する。シャフトホルダ５は、昇降部６に取り付けられ、昇降部６は、駆動装置９により、ボールねじ７を回転駆動させることによって、ガイド８に沿って、図１における紙面の上下方向に移動可能となっている。

次に、実施の形態１に係る溝仕上げ加工装置１００を使用して、シリンダ１のベーン取付溝１３の内側面の仕上げ加工方法について説明する。
まず、駆動装置１２を駆動させることにより、シリンダ１が載置されたステージ２を固定した状態でスライドテーブル３を移動させて、シリンダ１の中心軸１ｃとバニシングシャフト４の中心軸４ｃがおおむね一致するところまで移動させる。その後、駆動装置９を駆動させることにより、バニシングシャフト４をシャフトホルダ５に取り付けた状態で昇降部６を移動させ、バニシングシャフト４の先端が、ステージ２の円穴部１６にかかるところまで降下させる（図５）。

その後、駆動装置１２を駆動させてシリンダ１を移動させながら、バニシングシャフト４をベーン取付溝１３に進入させることによって、ベーン取付溝１３の内側面の表面が押し均らされ平滑な面に仕上げられる。この時、図６に示すように、ベーン取付溝１３の中心線１３ｃとバニシングシャフト４の中心軸４ｃがずれていたとすると、バニシングシャフト４が、ベーン取付溝１３の一方の内側面に強く押しあてられることになるが、シリンダ１は、位置決めピン１８にて回転自在に載置されているため、ベーン取付溝１３の中心線１３ｃとバニシングシャフト４の中心軸４ｃが一致する方向に倣うように回転し、バニシングシャフト４の中心軸４ｃは、ベーン取付溝１３の中心線１３ｃ上を通ることになる。また、バニシングシャフト４の径Ｒは、ベーン取付溝１３の溝の幅Ｗよりも大きい（Ｗ＋ΔＷ）ので、図７に示すように、バニシング加工中に、バニシングシャフト４は、ベーン取付溝１３の内側面の両面からの応力を受けるため、バニシングシャフト４が撓むことなく加工することができ、シリンダ１の厚み方向における表面平坦性の劣化や端面のダレの発生を抑えることができる。図１２は、従来の仕上げ加工時において、砥石軸３２がベーン取付溝１３の内側面から受ける応力を示す。従来の砥石軸３２による仕上げ加工では、内側面の一方の面から応力を受けるので、加工中に砥石軸が撓み、その結果、溝内側面の平坦性が劣化したり、端部にダレが生じたりする。

本実施の形態の方法により、仕上げ加工されたベーン取付溝１３の表面平坦性は、図９に示すように、表面の凸部が押し均されて、選択的に除去された丸みを帯びた形状となる。比較のために、図８に、仕上げ加工前の表面平坦性を示す。これにより、ベーン取付溝１３の内側面の表面形状が上記のような形状となることにより、ベーン取付溝１３の中をベーンが往復運動する際に、ベーンが表面の凸部にひっかかることなく摺動させることができ、摩擦係数の低減につながる。また、仕上げ加工後の内側面の表面に凹部が残っていることによって、油溜りのような効果を期待することができ、さらに摩擦係数を低減する効果がある。

ここで、仕上げ加工に用いるバニシングシャフト４について詳しく述べる。上述したように、バニシングシャフト４の径Ｒは、少なくともベーン取付溝１３の溝の幅Ｗよりも大きな径Ｒ（＝Ｗ＋ΔＷ）であることが必要になるが、ΔＷの大きさにも適切な範囲がある。図１０は、バニシングシャフト４の径Ｒを変化させて仕上げ加工した場合の、加工前後のベーン取付溝１３の内側面の表面平坦性の劣化量を示している。図１０によると、バニシングシャフト４の径Ｒをベーン取付溝１３の溝の幅Ｗよりも３０μｍ（＝ΔＷ）以上に加えた値とすると、仕上げ加工時にバニシングシャフト４が、ベーン取付溝１３に進入する際に、貫通穴２１とベーン取付溝１３で形成されるエッジ部に大きな力が加わり、シリンダ１の外周側から内周側に向かってダレが生じ、表面平坦性が劣化する。このような理由から、バニシングシャフト４の径Ｒは、ベーン取付溝１３の溝の幅Ｗよりも大きく、かつ３０μｍを加えた値よりも小さく設定する（Ｒ≦Ｗ＋３０μｍ）とする。また、バニシングシャフト４の軸方向の表面粗さは、要求されるベーン取付溝１３の表面粗さよりも小さい粗さとする。例えば、仕上げ加工前の表面粗さが、Ｒｚ＝２．５μｍであった場合に、バニシングシャフト４の表面粗さがＲｚ＝０．５μｍのものを使用する。

ΔＷを決定する際に、例えば、ΔＷを３０μｍとした場合に、その約３０％、すなわちΔＷ×０．３＝９μｍが仕上げ加工後のベーン取付溝１３の溝の幅の増加となる。従って、要求される仕上がり加工後のベーン取付溝１３の溝幅を考慮して、仕上げ加工前のベーン取付溝１３の溝の幅Ｗ及びΔＷを決める必要がある。

このように、実施の形態１に係る溝仕上げ加工装置によれば、筒状ワークの溝の内側面の仕上げ加工において、筒状ワークが水平面で回転可能な状態で、筒状ワークの溝の幅寸法よりも大きい径を有するバニシングシャフトを溝方向に通過させることで、バニシングシャフトが拘束され、バニシングシャフトが撓むことなく、溝の内側面の仕上げ加工を高精度に行うことができるという効果がある。

なお、実施の形態１では、バニシングシャフト４をシリンダ１の厚み方向に昇降可能とし、シリンダ１が水平方向に移動可能な構成とする場合について述べたが、上記の構成に限定されるものではなく、シリンダ１側を固定し、バニシングシャフト４を水平方向および厚み方向に移動可能とするなど、相対的に同様の移動が可能ならばその構成は問わない。

また、実施の形態１では、シャフトホルダ５によってバニシングシャフト４を固定した状態で溝方向に移動させる構成する場合について説明したが、昇降部６に回転駆動可能な装置を取り付け、その回転軸にバニシングシャフト４を取り付ける構成としてもよく、このような構成にすることによって、仕上げ加工中にバニシングシャフト４を回転させることができるようになり、ベーン取付溝１３を擦る回数が増えるため、より短時間で仕上げ加工が可能となる。

実施の形態２．
図１１は、実施の形態２に係る溝仕上げ加工装置の要部を示す平面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。実施の形態１に係る溝仕上げ加工装置との相違点は、実施の形態１では、シリンダ１がステージ２上で回転可能に保持されているのに対して、実施の形態２では、シリンダ１がステージ２にベーン取付溝１３の溝の周辺部で押さえ板２２により応圧固定されるとともに、ステージ２がバニシングシャフトに対して直交する方向に移動可能となっている点である。その他の点については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

図１１に示すように、高さ調整ねじ２３によって、押さえ板２２の面とシリンダ１の面とが平行になるように調整し、締結用ボルト２４を締めることによって、ステージ２にシリンダ１をベーン取付溝１３の周辺部で応圧固定する構成としている。押さえ板２２により、シリンダ１をベーン取付溝１３の周辺部で応圧固定することによって、仕上げ加工中にシリンダ１が弾性変形することを抑制することができ、より大きな面粗さの改善効果を得ることができる。

ただし、このような構成とすると、仕上げ加工中にシリンダ１がバニシングシャフト４に倣って動くことができなくなる。そこで、ステージ２に凹状のガイド溝２５を設けておき、スライドテーブル３側に、スライドテーブル３が移動可能な方向に対して直交する方向にガイドレール２６を取り付ける。これにより、ステージ２は、仕上げ加工時にバニシングシャフト４もしくはシリンダ１が移動する方向に対して直交する方向に自在に移動することができるようになるため、バニシングシャフト４の中心軸４ｃとベーン取付溝１３の中心線１３ｃにずれがある場合においては、実施の形態１と同様に、シリンダ１は、バニシングシャフト４の中心軸４ｃとベーン取付溝１３の中心線１３ｃが倣いながら加工することができるようになる。ここで、シリンダ１を固定する方式は特に問わない。

このように、実施の形態２に係る溝仕上げ加工装置によれば、筒状ワークの溝の内側面の仕上げ加工において、筒状ワークがバニシングシャフトに対して直交する方向に移動可能な状態で、筒状ワークの溝の幅寸法よりも大きい径を有するバニシングシャフトを溝方向に通過させることで、バニシングシャフトが拘束され、バニシングシャフトが撓むことなく、溝の内側面の仕上げ加工を高精度に行うことができるという効果がある。

なお、上記本実施の形態では、バニシングシャフトの表面処理について特に触れなかったが、バニシングシャフトの表面にＤＬＣやＴｉ系のコーティングを施してもよい。バニシングシャフトの表面にこれらのコーティングを施すことによって、筒状ワークとバニシングシャフトの親和性を下げることができ、バニシングシャフトの耐摩耗性の向上や、筒状ワークとバニシングシャフトとの耐溶着性を向上させる効果が得られる。

また、上記実施の形態に加え、溝仕上げ加工装置に潤滑油の供給装置を取り付けてもよい。バニシングシャフトに潤滑油を供給しながら加工することによって、バニシングシャフトの耐摩耗性の向上や、筒状ワークとバニシングシャフトとの耐溶着性を向上させる効果が得られる。

また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

また、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。

１ シリンダ、２ ステージ、３ スライドテーブル、４ バニシングシャフト、５ シャフトホルダ、６ 昇降部、７ ボールねじ、８ ガイド、９ 駆動装置、１０ ボールねじ、１１ ガイド、１２ 駆動装置、１３ ベーン取付溝、１４ 円穴部、１５ 基準穴、１６ 円穴部、１７ 切欠部、１８ 位置決めピン、１９ ボディ、２０ ボディ、２１ 貫通穴、２２ 押さえ板、２３ 高さ調整ねじ、２４ 締結用ボルト、２５ ガイド溝、２６ ガイドレール、１００ 溝仕上げ加工装置。

Claims (12)

1. 筒状の内周面から外方に向かって形成された溝を持つ筒状ワークの前記溝の内側面を仕上げ加工する溝仕上げ加工方法であって、
   前記溝の幅よりも大きい径を持つバニシングシャフトを用い、前記バニシングシャフトをその軸を中心に回転させるとともに、前記バニシングシャフトを前記溝内で前記外方に向かって移動させることを特徴とする溝仕上げ加工方法。
2. 前記バニシングシャフトの径が、前記溝の幅に３０μｍを加えた値よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の溝仕上げ加工方法。
3. 前記筒状ワークは、前記溝の中心線上に設けられた基準点を中心に回転可能に保持されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溝仕上げ加工方法。
4. 前記筒状ワークは、前記溝の周囲で締め具にて応圧固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溝仕上げ加工方法。
5. 前記筒状ワークは、前記バニシングシャフトの移動方向に対して直交する方向に自在に移動可能に保持されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溝仕上げ加工方法。
6. 筒状の内周面から外方に向かって形成された溝を持つ筒状ワークの前記溝の内側面を仕上げ加工する溝仕上げ加工装置であって、
   前記溝の幅よりも大きい径を持つバニシングシャフトと、
   前記バニシングシャフトをその軸を中心に回転させる手段と、
   前記バニシングシャフトを前記溝内で前記外方に向かって移動させる手段と、
   を備えたことを特徴とする溝仕上げ加工装置。
7. 前記バニシングシャフトの径が、前記溝の幅に３０μｍを加えた値よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の溝仕上げ加工装置。
8. 前記筒状ワークを前記溝の中心線上に設けられた基準点を中心に回転可能に保持する手段を備えたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の溝仕上げ加工装置。
9. 前記筒状ワークを前記溝の周囲で応圧固定する締め具を備えたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の溝仕上げ加工方法。
10. 前記筒状ワークを前記バニシングシャフトの移動方向に対して直交する方向に自在に移動可能に保持する手段を備えたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の溝仕上げ加工装置。
11. 前記バニシングシャフトの表面に耐摩耗性あるいは耐溶着性に優れた膜がコーティングされていることを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の溝仕上げ加工装置。
12. 潤滑油の供給装置を備え、前記潤滑油を前記バニシングシャフトに供給することを特徴とする請求項６から請求項１１のいずれか１項に記載の溝仕上げ加工装置。