JPH01122348A - トロコイダル回転子の機械加工装置とその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、機械材料を非円形に回転させながら機械加工
する方法と装置に関する、とくにトロコイダル型回転子
を機械加工する方法と装置に関する。

〈従来の技術〉 ワンケル型あるいはエビトロコイダル型回転機のような
トロコイダル回転膨張室装置には、−ＩＩに、回転子が
遊星運動型の回転をするように取り付けられる空洞を形
成するハウジングがある。トロコイダル回転装置は内包
絡線タイプと外包絡線タイプのニゲループに区分される
。内包絡線タイプの配置では、ハウジング空洞の形状が
トロコイダル曲線であり、回転子の周辺形状がトロコイ
タル曲線の内包絡線である。外包絡線タイプの装置では
、回転子の形状がトロコイダル曲線の外包絡線である。

対面する回転子の周辺表面とハウシング空洞の間の可変
空間が、膨張エンジン、圧縮機、膨張機、メータなどの
動作室として機能する。この動作室は包絡曲線の表面上
にある隣接する周辺辺面の間の交線に沿った放射状に延
びる頂点シールによりシールされる。

この種技術に練達した人々にはよく理解されているよう
に、”内包絡線”および”外包絡線”という言葉は、ト
ロコイダル回転膨張室装置の作動部品の形状が作られる
方法に関係する。トロコイダル装置の典型的な形式は、
固定されたハウジング部品の中で回転子が遊星運動的回
転を行なうものである。既知の形式は、内部回転子がエ
ピトロコイドまたはハイポトロコイド曲線の形状である
か、あるいは内部回転子がこれらの曲線から得られる包
絡線の形状であるかのいずれかである。

”エピトロコイド”および”ハイポトロコイド゛の名称
は、ボナベラ合衆国特許第３．１１７，５６１号に記載
されているように、トロコイド装置の形状曲線が作られ
る方法に関している。

この種技術では、トロコイダル曲線を作る方法はよく知
られている０本発明は全ての形状のトロコイダル回転装
置に適用される。しかし図示の目的から、以下ではエビ
トロコイダル型の装置について記述する。

エビトロコイダル曲線を作る一つの方法は、まず基準円
を選び、基準円の直径よりも大きい直径をもつ運動円を
選ぶ、基準円は運動円の中に置かれ、運動円は基準円の
円周に沿って転がることができる。エピトロコイド曲線
の平行拡大曲線あるいは平行縮小曲線は、エピトロコイ
ド曲線を形成する点の軌跡から垂直等距離にある点の軌
跡である。前記曲線の間の距離は通常シール半径”ＳＲ
”と呼ばれる。トロコイド曲線あるいはエピトロコイド
曲線の平行拡大曲線あるいは平行縮小曲線は、通常それ
ぞれトロコイドまたはエピトロコイドとして引用される
。基準円の中心と運動円の中心の距離は、通常、エビト
ロコイダル装置の偏心度”ｅ″として引用される。エビ
トロコイダル曲線は、固定された基準円の円周の回りに
運動円か転がる時に、運動円に固定されその内側端が運
動円の中心にビンどめされた放射状に延びる線引腕の先
端によって描かれる点の軌跡として定義される。包絡線
は、運動円を制止させ、エピトロコイド曲線をもつ基準
円を運動円の内側円周の回りに回転させて描（ことが出
来る。内包絡線は運動するエピトロコイドにより作られ
る道筋の内側輪郭、外包絡線はこの外側輪郭である。典
型的な”内包絡線”エビトロコイダル装置では、回転子
は包結線形状を持ち、運動円が基準円の円周を回転する
関係を保って回転する。°°外包絡線”エビトロコイダ
ル装置では、基準円が運動円の周囲を回転する関係で回
転子が回転するようなエビトロコイダル曲線の形状によ
り定義される。

エピトロコイド・タイプのトロコイダル回転子を持つト
ロコイダル装置の技術ではよく知られているように、エ
ビトロコイダル形状は決まった数式によって定義される
。前述したように、エピトロコイドは、半径ｒを持つ運
動円を半径ｒの基準円の回りに周回させて作ることが出
来る。項Ｒは周回する円の中心から放射状に延びる線引
腕の先端までの距離と定義される。

エピトロコイドのこれらの基本的な量が４久られると、
係数には、Ｋ　＝　Ｒ／　ｅのように定義され、傾斜角
度φは次の関係式で導かれる。

Ｚｅ ｓｉｎφ＝−一一一一 ここではＺは包絡線の突出部あるいは頂端の数である。

さて、この技術の専門家は、ここである座標系でのエピ
トロコイドの各点を定義する方程式を導くことが出来る
。これらの方程式は機械材料から回転子を機械工作する
際に利用することが出来る。

トロコイダル回転子を機械加工する従来の技術での方法
と装置は高価でかつ複雑であった０回転子のエビトロコ
イダル形状は、高度の精度を持つ加工機械を必要とする
。従来の技術での一方法は、回転子を加工するのに数値
制御の垂直式フライス盤、たとえばバンカ・ラモ・モデ
ル３１００の三軸数値制御システムを備えたゴートン・
タテマスクク・タイプ２３０　　の垂直式フライス盤を
使用することである。フライス盤、機械刃物の横移動や
上下移動のコントロールは、ボールねじを駆動する油圧
式位置サーボ機構によって行なわれる０位置のフィード
・バック信号は、ボールねじのそれぞれに装着されたパ
ルス発生器から得られ、コントロール盤の加算カウンタ
に供給される。コントロール盤には一個の読み゛取りパ
ネルがあり、どの軸の数値も読み取れるように切替えら
れる。

〈発明が解決しようとする課題〉 これは連続移動の機械であると区別されるが、実際は円
弧および鏡象を機械加工出来る可能性を与えるオン・ラ
インのコンピュータ装置を備えたディジタルの一点一点
移動の装置である。加算式の位置フィード・バック・シ
ステムは、機械をその可動範囲の中ではどの点ででもゼ
ロ点にすることが出来、したがってセット・アップの工
程を効率的にすることが出来る。

プログラムはＡＰＴ　（Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ　
ＰｒｏｇｒａｍｍｅｄＴｏｏｌ）のようなコンピュータ
・ソフトウェアにより紙テープの形で準備される。　Ａ
ＰＴプログラムは加工される品物に対する数式を、ＡＰ
Ｔプログラムを持つコンピュータに入力されるようにす
る。するとプログラムはフライス盤の数値制御システム
で使用されろ紙テープを作る。この従来の技術の方法と
装置を使って回転子を製作するのは時間がかかりかつ高
価につく。

本発明は、典型例として上記に示された、もちろんそれ
が最も最近のものでもないが、ＣＮＣ機械加工法のこれ
らの弱点を克服しようとするものである。本発明はトロ
コイダル回転子を製作する効率的な、経済的な、そして
単純な方法と装置を提供する。

〈課題を解決するための手段〉 本発明はトロコイダル回転子を機械加工する方法と装置
に関する。トロコイダル回転子はあらかじめ決められた
トロコイダル形状を持ち、トロコイダル回転装置に使用
され、その装置では作動室は回転子とそのハウジングに
よって形成される。

回転装置はまた、液体あるいはガスを出し入れする専用
の入り口及び出口を備えている０回転子はまずあらかじ
め決められた幅と端部のある回転子材料を遊星運動させ
ることにより製作される。あらかじめ決められた形を持
つ切削刃が提供され、あらかじめ決められた、軸から半
径が一定の位置に設定される。切削刃は回転子材料の端
部のある個所にあてがわれ、端部を、あらかじめ決めら
れたトロコイダル形状に切削するために、回転子材料の
端部を横切ってい（。

さらに、回転子材料と切削刃は、軸方向に平行に向けら
れ、回転子材料の端部を加工するために、回転子材料と
切削刃のどちらかが軸方向に移動される。切削刃の形状
は螺旋状の縦溝型である。切削刃を端部のある個所にあ
てがうことにより、端部のその場所であらかじめ決めら
れた位置での切削がおこなわれ、回転子材料が回転する
にしたがって、端部のその部分から軸方向に、あらかじ
め決められた切削位置が連続的に行きつ戻りつする。提
案の実施例では、結果的として得られるトロコイダル形
状はエピトロコイドである。切削刃の形状は螺旋状の縦
溝型であり、その半径は回転子を利用する最終製品に使
用される頂端部シールの半径と同じである。

新しいと信する本発明の特徴は添付の特許請求に記述さ
れている１本発明の内容は、その目的や利点と共に、添
付の図面を参照しながらの以下の記述から最もよく理解
されよう。

いくつかの図で等しい番号数字は同じ部品を示している
。

〈作用〉 本発明は、非円形の形で回転する機械加工材料の端部な
あらかじめ決められた形状に切削する時に使用するなど
一般的な応用性をもっているが、トロコダル回転子、と
くにエピトロコイド形状をもつ回転子を機械加工する際
に最も有効に利用される。

一般に、加工材料はあらかじめ決められた軸の回りに非
円形の形で回転される。切削器は少なくとも一個の切削
部品を持ち、軸からあらかじめ決められた距離におかれ
る。加工材料の端部は、切削部品と相対関係で動かされ
、切削器が加工材料の幅を十分に横切るようにし、切削
部品が端部をあらかじめ決められた形状に切削する０回
転する加工材料と切削器は軸平行の形に配置される。加
工材料は軸方向に一定位置に固定され、切削器は切削の
ために加工材料と同軸的に軸方向に移動するようにする
か、または逆の関係もありうることが理解されよう、切
削部品は螺旋状の縦溝型であるのが望ましい、切削部品
が縦溝型であると、加工材料の回転にともない、端部を
横切って軸方向に連続的に行き来する切削点で端部とう
まくかみあわされることになる。

〈実施例〉 第１図に示される提案の実施例では、旋盤（１０）は同
心シャフト（１２）をもち、それに偏心シャフト（１４
）が取り付けられている。偏心シャフト（１４）には回
転子材料（１６）が装着されている。

第２図および第３図に示されるように、スリーブ・ベア
リング（１８）が偏心シャフト（１４）を取り囲み１回
転子材料（１６）はこの種技術ではよくしられている様
に偏心シャフト（１４）の回りに適当なタイミング・ギ
ヤにより駆動される０回転子材料（１６）の偏心シャフ
ト（１４）への取り付けは、トロコイダル装置での回転
子の取り付けに同じであり、したがって回転子材料（１
６）は回転子がトロコイダル装置の中で遊星運゛動する
のと同じ様式で遊星運動する。すなわち、回転子材料（
１６）の運動は、トロコイダル装置に使用される最終的
なトロコイダル回転子の運動と同じであることを理解さ
れたい、トロコイダル回転子の遊星運動を作る方法はこ
の種技術では良く知られている。

第１図に見られるように、回転子材料は最初は基本的に
必要な一般的なトロコイダルの形に作られる。しかし、
トロコイダル形への切削は円形の材料から始めても可能
であることを理解されたい、しかし必要な最終的なトロ
コイダル形になるべく近い鋳型でのトロコイダル形から
スタートするのがより効率が良いことは明らかである。

切削器（２０）は適当なホールダ（２１）に支えられ、
すくなくとも回転子材料（１６）の一部分（２２）と噛
み合わされる。ネジつきシャフト（２４）があり、切削
器（２０）が回転子材料（１６）の端部を横切って動（
ようにする、提案の実施例では切削器（２０）は回転子
材料（１６）の端部を横切って動（けれども、旋盤（１
０）が静止した切削器（２０）に対して移動することも
想像することが出来る。切削器（２０）は、旋盤（１０
）の中心軸からあらかじめ決まった距離の位置に固定さ
れ、軸方向にだけ動くことに注目することは大切である
。

第４図および第５図に見られるように、切削器（２Ｇ）
は望ましくはあらかじめ決められた曲率な持つ軸型（２
６）をしており、輸（２６）の上には螺旋状の縦溝型を
した切削刃（２８）がすくなくとも−個ある。螺旋状縦
溝の直径はシール半径の二倍であるのが望ましい。提案
の実施例に示されるように、切削器（２０）の輸（２６
）の上には複数の切削刃（２８）があってもよい、しか
し、複数の切削刃（２８）の目的は、切削刃（２８）の
一つが切れ味鈍くなった時に、輸（２６）が回転され新
しい切削刃（２８）が使用されるためであることを理解
されたい、しかしながら、加工動作時にはただ一つの切
削刃（２８）が使用され、輪は静止位置に固定される。

切削刃（２８）が螺旋状縦溝型であるために、そして提
案の実施例では回転子を切削する望ましい形状がエピト
ロコイド形状であるために、回転子端の部分（２２）で
の実際の切削位置は回転子材料（１６）が遊星運動する
に従い、点（３１）から点（３２）へ動き、最後に点（
３３）に動き、そして再び点（３１）に戻る。この理由
は第４図に示されている６回転子材料（１６）のある一
部分（３４）が切削刃（２８）に近ずくと、切削は点（
３１）でおこなわれる、突出部（３６）の頂点が切削刃
（２８）を通過すると、切削は切削は点（３２）でおこ
なわれる、最後に回転子材料の部分（３８）が切削刃（
２８）を通過すると、切削位置は点（３３）になる。こ
のように、切削刃（２８）を回転子材料（１６）の端部
の部分（２２）で噛み合わせることにより、その端部の
部分（２２）のある決められた位置で切削が行なわれ、
回転子材料が遊星運動するにともなって、この切削位置
は端部の部分（２２）を横切って軸方向に行きつ戻りつ
連続的に動く、第４図は回転子材料の遊星運動の結果、
回転子は、回転子材料と切削器の位置関係により違った
高さで、切削器と出会う様子を示している。

螺旋状縦溝形切削刃（２８）が、あるトロコイダル形の
傾き角の２倍に等しいかまたはそれ以上の含み角（４０
）を持つとき、回転子材料を外包絡線エビトロコイダル
形に切削する際に好結果が得られる１例えばあるエピト
ロコイドが傾き角３０度の時、切削刃（２８）を形成す
る螺旋状縦溝は第４図のように６０度で横切る。

〈発明の効果〉 本発明は、−前約な材料の端部を、トロコイダル回転子
以外のある決められた形に切削するためにも利用出来る
ことを評価出来る。この−前約な方法は、材料をあらか
じめ決まった軸の回りに非円形の回転をさせ、あらかじ
め決まった寸法をもつ切削器を用意し、切削のため切削
器を軸からあらかじめ決まった固定距離に置き、切削器
を材料の端部の少なくともある一部分と噛み合わせ、端
部なあらかじめ決められた形状に切削するために切削器
を材料の端部を横切って移動させるものである。さらに
、材料と切削器は軸方向に平行に配置され、切削器が材
料の端部を横切るようにするために、材料と切削器のい
ずれかが軸方向に移動するようになっている６また、切
削器はあらかじめ決められた螺旋形状をもっている。こ
の螺旋形状の結果、切削器が材料端部と噛み合う時、端
部のある決まった位置で切削がおこなわれ、切削位置は
、材料が回転すると共に、端部の一部分を横ぎって軸方
向に連続的に行きつ戻りつする。

本発明はここで記述した特定の装置の詳細に限られるも
のではなく、その他の修正や応用が考えられる。ここに
含まれる本発明の真の精神や範囲から離れることなく、
上記の装置にある一定の変更を加えることもできる。し
たがって、上記の内容は例証的なものであり、限定的な
ものを意図するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により製作され使用されている旋盤の透
視図ある。 第２図はトロコイダル回転子材料を旋盤に装着する様子
を示す旋盤の軸方向断面図である。 第３図は旋盤上の回転子材料の径方向の断面図である。 第４図は遊星運動する回転子材料に対する切削刃のあた
りを示す模式図である。 第５図は切削刃の側面図である。 ｌＯ・・・・・・旋盤、　　　　１２・・・・・・同心
シャフト、１４・・・・・・偏心シャフト、　　１６・
・・・・・回転子材料、１８・・・・・・スリーブ・ベ
アリング、２０・・・・・・切削器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）トロコイダル型回転子は、ある決まつたトロコイ
   ダル形状を持ち、作動室が回転子とそのハウジングから
   構成されるトロコイダル装置の中で使用され、回転装置
   には液体あるいは気体を通すための入り口・出口があり
   、前記回転子は、ある幅と端部を持つ回転子材料をある
   軸の回りに遊星運動させ、ある形状の切削刃を用意し、
   前記軸からある一定の固定距離に置いて、切削刃を前記
   回転子材料の端部の少なくともある一部分と噛み合わせ
   、回転子材料の端部を前記トロコイダル形状に切削する
   ために、切削刃を前記回転子材料の端部を横切らせて、
   切削加工されたトロコイダル型回転子。
2. （２）前記回転子材料と前記切削刃を軸方向に平行に配
   置し、回転子材料か切削刃のどちらかを軸方向に移動さ
   せて切削加工された、請求項１記載のトロコイダル型回
   転子。
3. （３）あらかじめ決められた前記切削刃の形状が、前記
   のあるトロコイダル形状のシール半径の２倍に等しい直
   径を持つ、請求項１記載のトロコイダル型回転子。
4. （４）あらかじめ決められた前記切削刃の形状が、螺旋
   状縦溝構造である、請求項１記載のトロコイダル型回転
   子。
5. （５）前記切削刃が回転子材料の前記端部の一部分と噛
   み合わさるとき、前記端部の前記一部分のその位置で切
   削が行われ、前記回転子材料が遊星運動するにつれて、
   その切削位置が前記端部を横切つて軸方向に連続的に行
   きつ戻りつして切削加工された、請求項１記載のトロコ
   イダル型回転子。
6. （６）前記あらかじめ決められたトロコイダル形状がエ
   ピトロコイドである、請求項１記載のトロコイダル型回
   転子。