JPH05195701A - スクリューロータ及びその製造方法 - Google Patents

スクリューロータ及びその製造方法

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JPH05195701A
JPH05195701A JP4300421A JP30042192A JPH05195701A JP H05195701 A JPH05195701 A JP H05195701A JP 4300421 A JP4300421 A JP 4300421A JP 30042192 A JP30042192 A JP 30042192A JP H05195701 A JPH05195701 A JP H05195701A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量化及び慣性モーメントの低減化を図るこ
とができるスクリューロータ及びその製造方法を提供す
る。 【構成】 回転軸2とスクリュー本体3とからなるスク
リューロータにおいて、スクリュー本体3は開口部5を
有した薄板4を積層して互いに接合することにより形成
し、スクリュー本体3の内部に積層した薄板4の開口部
5によって中空部7を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明はスクリューロータ及びそ
の製造方法に係り、特に互いに噛み合う雌雄一対のロー
タによって流体を圧縮、圧送又は膨脹させるスクリュー
流体機械のスクリューロータ及びその製造方法に関す
る。

【0002】

【従来の技術】スクリュー流体機械においては、雌雄一
対のスクリューロータがケーシング内で互いに噛み合う
ように回転駆動され、ロータの一端部の吸込側から他端
部の吐出側に向かって両スクリューロータ外面とケーシ
ング内面との間に形成された互いに独立した空所に、流
体を閉じ込めたまま軸方向に移送し、流体を圧縮又は圧
送するように構成されている。

【0003】しかして、自動車のスーパーチャージャや
航空機のコンプレッサ等に使用されるスクリューロータ
においては、軽量化及び慣性モーメントの低減の要請か
ら中空のスクリューロータが実開昭63−198401
号において、提案されている。

【0004】上記実開昭63−198401号に開示さ
れているスクリューロータは、引抜き、押出し加工ある
いは精密鋳造によって形成されている。

【0005】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記引
抜き、押出し加工によって製造されたスクリューロータ
は以下に列挙するような種々の問題点があった。すなわ
ち、大きなねじれ角のロータの製作が不可能である
均一なねじれ角を形成できず精度が良くない肉厚の
均一性が得られず、ダイナミックバランスが悪い製品と
なる ロータの内外側面の小さなRや鋭角部の形状が
出せない 薄肉のロータが製作できず、軽量化できな
い 展延性が必要であるためロータに使用する材質に
対する制約がある、という問題点があった。

【0006】一方、精密鋳造によって製造されたスクリ
ューロータにあっては、製造コストが高く、又、砂抜き
が難しく生産性が悪いため、量産性に適していないとい
う問題点があった。

【0007】本発明は前述した点に鑑みなされたもの
で、その目的とする処は、前述した従来のスクリューロ
ータ及び製造方法が有する種々の欠点を除去することが
できるとともに、軽量化及び慣性モーメントの低減化を
図ることができるスクリューロータ及びその製造方法を
提供することにある。

【0008】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため本発明に係るスクリューロータは、回転軸とスクリ
ュー本体とからなるスクリューロータにおいて、前記ス
クリュー本体は開口部を有した薄板を積層して互いに接
合することにより形成し、前記スクリュー本体内部に前
記積層した薄板の開口部によって中空部を形成したこと
を特徴とするものである。

【0009】また、本発明に係るスクリューロータの製
造方法は、回転軸とスクリュー本体とからなるスクリュ
ーロータの製造方法において、開口部を有した薄板を積
層し、この積層した薄板の開口部によって形成した中空
部に粉末加圧媒体を充填した後、HIP処理を施し前記
薄板を互いに拡散接合したことを特徴とするものであ
る。

【0010】

【作用】前述した構成からなる本発明のスクリューロー
タによれば、スクリュー本体を開口部を有した薄板を積
層して互いに接合することにより形成したため、スクリ
ュー本体内部に中空部を形成することができる。したが
って、スクリューロータを薄肉で製作可能であり、軽量
化及び慣性モーメントの低減化を図ることができる。

【0011】また、本発明のスクリューロータの製造方
法によれば、開口部を有した薄板を積層し、この積層し
た薄板の開口部によって形成した中空部に粉末加圧媒体
を充填した後、HIP処理を施すことによりスクリュー
ロータを製造できるため、スクリューロータの生産性が
良好で量産可能であり、又、生産コストが安価である。
しかも、大きなねじれ角を有したスクリューロータが製
造可能であり、又、スクリューロータの精度が良好とな
る。

【0012】

【実施例】以下、本発明に係るスクリューロータ及びそ
の製造方法の一実施例を図1乃至図9を参照して説明す
る。

【0013】図1乃至図4は本発明に係るスクリューロ
ータであって、2葉の突出部を有する薄板を積層した場
合の実施例を示す図であり、図1は平面図、図2はスク
リュー頂部の稜線II−II線に沿って切断した部分断面正
面図、図3は図1のIII −III 線断面図、図4は側面図
である。

【0014】スクリューロータ1はらせん状の外形を有
するスクリュー本体3と、このスクリュー本体3を支持
する回転軸2とからなる。スクリュー本体3は、図2に
示されるように多数の薄板4を積層して互いに接合する
ことにより形成されている。すなわち、スクリュー本体
3を構成する薄板4は、図3に示されるように略まゆ形
形状をしており、その内部に開口部5,5を有するとと
もに貫通孔6を有している。そして、前記薄板4を積層
する際には、薄板4を中心0の回りにわずかな角度ずつ
回転させて相隣接する薄板4,4間にわずかな位相差を
有するように積層していく。これによって、図1及び図
4に示されるようにスクリュー本体3におけるらせん状
のスクリュー外形が形成されるとともに、2つのらせん
状の中空部7が形成される。貫通孔6には前記回転軸2
が挿通され、薄板4と回転軸2とは互いに接合されてい
る。

【0015】また、前記スクリュー本体3の少なくとも
一側端における薄板4は開口部5,5を有さない中実材
にて形成されており、スクリュー本体3の前端面又は後
端面(又は両端面)は閉塞された面になっている。

【0016】次に、前述のような構成を有するスクリュ
ーロータの製造方法について図5乃至図9を参照して説
明する。まず、図5に示されるような開口部5,5及び
貫通孔6を有した薄板4Aを打抜き又はレーザ加工等に
よって所定枚数形成するとともに、図6に示されるよう
な開口部を有さないで貫通孔6のみを有した略中実材か
らなる薄板4Bを同様に打抜き又はレーザ加工等によっ
て所定枚数形成する。また、前記薄板4A,4Bの形成
と同時に又はその後に貫通孔6よりやや離間した位置に
対向して設けられた一対の位置決め用孔8,8を形成す
る。各薄板4A,4Bに形成された位置決め用孔8,8
の孔位置は、それぞれ異なっており、即ち、中心0を通
って鉛直に伸びる基準線Vより位置決め用孔8までの角
度θは、積層されるにつれて所定角度づつ増加していく
ように設定されている。この所定角度は全巻角を約積層
枚数で割算をすることによって得られた角度である。た
とえば、全巻角を250°とし、積層枚数を250枚と
すると、角度θは積層されるにつれて1°ずつ増加して
いく角度に設定されている。位置決め用孔は、一対でな
く一個の孔であってもよい。また、貫通孔6に設けられ
たキー溝等の位置決め手段であってもよい。

【0017】次に、図7に示されるような容器10を用
意する。この容器10には底板11に貫通孔12が形成
されるとともに、2本の位置決めピン13,13が立設
されている。なお、位置決めピン13,13は底板11
を貫通することはない。そして、前記のような構成の容
器10の貫通孔12に回転軸2を挿通する。当然のこと
ながら、位置決め用孔が一個のときは位置決め用ピンは
1本となる。

【0018】次に、図8に示されるように所定枚数の開
口部を有さない薄板4B(図6参照)を積層し、そし
て、所定枚数の開口部5,5を有した薄板4A(図5参
照)を積層する。これら薄板4B,4Aを積層する際に
は、位置決め孔8,8を位置決めピン13,13に挿通
することにより、積層される各薄板4B,4Aの位置決
めが行われる。そして、最後に図9に示されるように図
6に示す薄板4Bに小径の充填用孔9を形成した薄板4
Cを所定枚数積層する。これによって、スクリュー本体
3におけるらせん状のスクリューの外形が形成されると
ともに、2つのらせん状の中空部7,7が形成される。

【0019】次に、図9に示されるように上蓋16を被
せ、上蓋16に形成された開口16a及び薄板4Cに形
成された充填用孔9,9からセラミックパウダ15を中
空部7,7に充填するとともに容器10とスクリュー本
体3の外周間の空間部に充填する。

【0020】このセラミックパウダはHIP(熱間等方
加圧)処理で焼結しないような材質のものが選択され
る。例えばアルミナ、炭化珪素等が適している。なお、
このセラミックパウダはHIP処理を行うための粉末加
圧媒体を構成する。

【0021】次に、図9に示されるように上蓋16の開
口16aにプラグ19を挿入してシール溶接を行うとと
もに、上蓋16と容器10との接触部及び上蓋16と回
転軸2の接触部のシール溶接又はロー付けを行う。な
お、上蓋16の開口16aをシールする前に酸化防止と
材料劣化の防止のため真空引きを行い、空気をできるだ
け抜くようにしてもよい。

【0022】次に、上述のように密封した容器10をH
IP処理装置内に入れ、HIP処理を行う。ここでHI
P処理とは、加熱炉を内蔵した圧力容器内において、ア
ルゴンなどのガスを圧力媒体として高圧(数百〜200
0kgf/cm2)、高温(数百〜2000℃)の相乗効果を
利用した処理方法である。この際、HIP処理の温度、
圧力、処理時間は薄板の材料等に従って適宜選定され
る。HIP処理によって、積層された薄板4相互は互い
に拡散接合されるとともに、薄板4と回転軸2とが同様
に拡散接合される。このHIP処理による拡散接合によ
って、接合部は完全に密着するとともに緻密な組織が形
成される。

【0023】HIP処理が終了した後、容器10と上蓋
16とを機械加工等にて除去する。その後、薄板4Cの
充填用孔9から中空部7,7内のセラミックパウダを抜
き出す。そして、最後に、機械加工によってスクリュー
本体3の最終外形加工を施す。

【0024】以上の工程を経て、薄板からなる中空のス
クリューロータが形成される。なお、中空部7からセラ
ミックパウダを抜き出した後、プラグ等により充填用孔
9を密封してもよい。また、本実施例においては、スク
リューロータの端部に壁体を形成したが、積層した薄板
層の中間部に薄板4Bを介装することによりスクリュー
ロータの中間部に壁体を形成しても良い。中間部に薄板
4Bを介装しスクリューロータの中間部に壁体を形成し
た場合には、最後に中空部から粉末加圧媒体を抜き出す
際の作業が容易になる。

【0025】スクリューロータは一軸方向に加圧を行っ
て拡散接合する簡易拡散接合法によっても製造できる
が、簡易拡散接合法では加圧方向に直角な方向しか接合
できないため、積層した薄板を互いに簡易拡散接合法で
接合した後に、別途、軸を接合しなければならない。こ
れに対して、HIP処理によってスクリューロータを製
作すれば、HIP処理は等方加圧であるため、多方向の
接合面を一度に接合でき、したがって、積層した薄板と
軸とを同時に接合することができる。

【0026】また、簡易拡散接合法によりスクリューロ
ータを製作する場合には、一軸方向の加圧であるため、
薄板間に隙間が生じ易く、この隙間部が接合不良になる
という欠点がある。これに対して、HIP処理によって
スクリューロータを製作する場合には、等方加圧される
ため、薄板間に隙間ができにくく、全体が均一に接合さ
れる。

【0027】さらに、簡易拡散接合法によりスクリュー
ロータを製作する場合には、一品ずつ加圧して接合しな
ければならないが、HIP処理によれば、多数の被処理
物(スクリューロータ)を炉に入れて同時に処理できる
ため、量産性に優れている。また、HIP処理によれ
ば、接合面に対し均一に高圧が加えられるため、インサ
ート材を使用しなくても信頼性の高いスクリューロータ
を製造できる。

【0028】図10は回転軸2の外周に多数の凹部2a
を形成した実施例を示す。このように予め回転軸2の外
周に凹部2aを形成しておくことにより、HIP処理に
よって、薄板4の内周面が凹部2a内に入り込み、薄板
4と回転軸2との接合強度が増加する。なお、凹部2a
は一個であってもよい。

【0029】図11は位置決めピンを使用しないで薄板
の積層及び位置決めを行う例を示す図である。即ち、複
数(2又は3)に分割された分割片からなる治具(ジ
グ)21は、その内周面がスクリューロータの外形に対
応した形状に形成されている。したがって、図11に示
すように薄板4A,4Bを積層していくだけで治具21
によってスクリューロータの外形が形成できる。そし
て、薄板の積層後に、治具21を取り外し、スクリュー
本体を容器内に入れて、セラミックパウダをスクリュー
本体の中空部及び容器とスクリュー本体との間に充填し
てHIP処理を施し、スクリューロータを製造すること
もできる。

【0030】また、図12は3葉の突出部を有する薄板
を積層して形成したスクリューロータを示し、図12
(a)は平面図、図12(b)は図12(a)のXII
(b)−XII (b)線断面図である。製造方法は前述の
実施例と全く同様である。

【0031】図13に示されるように、積層した薄板を
互いにシール手段によりシールした後、HIP処理を施
し前記薄板を互いに及び薄板と軸とを互いに拡散接合す
ることができる。シール手段としては金属メッキ、溶
射、CVD(chemical vapordeposition)、PVD(ph
ysical vapor deposition)等の金属コーティング、溶
接等が適している。メッキとしてはいわゆるカニゼンメ
ッキ等のニッケルメッキ、溶融アルミ浸漬等がある。外
面には溶射し内面をメッキしてもよい。また、積層した
薄板の外周面を図13に示すようにシール手段によりシ
ールし、中空部にセラミックパウダを充填して密封した
後、HIP処理を施し薄板を互いに及び薄板と軸とを互
いに拡散接合することもできる。

【0032】なお、図1乃至図13に示した実施例にお
いては、雄ロータに本発明を適用したが、雌ロータに適
用することも可能である。

【0033】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、以
下に列挙するような種々な効果が得られる。 スクリューロータを薄肉で製作可能であり、軽量化及
び慣性モーメントの低減化を図ることができる。 スクリューロータの生産性が良く、量産可能であり、
又、生産コストが安価である。 スクリューロータの精度が良好であり、又、大きなね
じれ角が自由に得られる。 回転軸とスクリュー本体とが一体になった一体型の製
品として製作可能である。 スクリューロータに使用する材質に制約がない。 シール手段によりシールし粉末加圧媒体を使用しない
場合には、粉末加圧媒体の抜き出しが不要となる。ま
た、ロータ内側への変形が回避され、製品の精度が更に
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明に係るスクリューロータの一実施例を示
す平面図である。

【図2】本発明に係るスクリューロータの一実施例を示
す部分断面正面図である。部分断面は図1のスクリュー
頂部の稜線II−II線に沿って切断した断面である。

【図3】図1のIII−III線断面図である。

【図4】本発明に係るスクリューロータの一実施例を示
す側面図である。

【図5】本発明に係るスクリューロータの一実施例にお
ける薄板を示す側面図である。

【図6】本発明に係るスクリューロータの一実施例にお
ける薄板を示す側面図である。

【図7】本発明に係るスクリューロータの製造方法の一
実施例を示す説明図である。

【図8】本発明に係るスクリューロータの製造方法の一
実施例を示す説明図である。

【図9】本発明に係るスクリューロータの製造方法の一
実施例を示す説明図である。

【図10】本発明に係るスクリューロータの製造方法の
他の実施例を示す説明図である。

【図11】本発明に係るスクリューロータの製造方法の
他の実施例を示す説明図である。

【図12】本発明に係るスクリューロータの他の実施例
を示す図であり、図12(a)は平面図、図12(b)
は図12(a)のXII(b)−XII(b)線断面図である。

【図13】本発明に係るスクリューロータの製造方法の
さらに他の実施例を示す説明図である。

【符号の説明】

1 スクリューロータ 2 回転軸 3 スクリュー本体 4 薄板 5 開口部 7 中空部 8 位置決め用孔 10 容器 13 位置決めピン 15 セラミックパウダ 16 上蓋 21 治具

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転軸とスクリュー本体とからなるスク
    リューロータにおいて、前記スクリュー本体は開口部を
    有した薄板を積層して互いに接合することにより形成
    し、前記スクリュー本体内部に前記積層した薄板の開口
    部によって中空部を形成したことを特徴とするスクリュ
    ーロータ。
  2. 【請求項2】 前記薄板を積層した薄板層の中間部又は
    少なくとも一側端に開口部を有さない薄板を設け、前記
    中空部に壁体を形成したことを特徴とする請求項1記載
    のスクリューロータ。
  3. 【請求項3】 回転軸とスクリュー本体とからなるスク
    リューロータの製造方法において、開口部を有した薄板
    を積層し、この積層した薄板の開口部によって形成した
    中空部に粉末加圧媒体を充填した後、HIP処理を施し
    前記薄板を互いに拡散接合したことを特徴とするスクリ
    ューロータの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記積層した薄板の外側面を粉末加圧媒
    体で覆いHIP処理を施したことを特徴とする請求項3
    記載のスクリューロータの製造方法。
  5. 【請求項5】 回転軸とスクリュー本体とからなるスク
    リューロータの製造方法において、開口部を有した薄板
    を積層し、この積層した薄板を互いにシール手段により
    シールした後、HIP処理を施し前記薄板を互いに拡散
    接合したことを特徴とするスクリューロータの製造方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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