JPH06506640A - 漏刻ねじの切削方法 - 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】 漏刻ねしの切削方法 ねし溝の変化輪郭を有するホブを用いて、ギヤホブ機械にホブ及びねしブランク をセントすることにより、二重包みウオームギヤとも呼ばれる漏刻ねしのねし溝 を切削することが公知である。ホブ及びブランクは、ギヤトレインにより同期的 に回動され、ホブは、溝を前進的に形成するためにブランク内に移動される。

この方法は、非接触のままであるねじの一部を除去することなしにホブがねしに あるいはねじから移動し得ないので、米国特許３．１８０，５６５号又は３，６ ３２，２３９号に開示されたようなねしに関して不可能である。

米国特許３，９３２，０７７号は、形状の輪郭を描き得る回転するミーリングカ ッタを用いることにより、基本的な問題を除去する方法を開示する。しかしなが ら、機械加工時間を短縮するためには、異なる手段により溝の金属の大半を除去 し且つ仕上げ工程のようにミーリングカンタを使用する必要がある、ということ が理解された。

溝の荒形成の１つの望ましい方法は、ゲートロータの歯と同様の拡張可能な工具 を用い且つそれを溝内に前進的に拡張することである。

米国特許２，６０３，４１２号は、そのような方法、特にその図８及び９を開示 する。

残念ながら、そのように記載された方法及び装置は、商業的に受容可能な製品に 要する溝の深さを実現することが不可能である。

商業的に受容され得る、すなわち所定コンプレッサ寸法に関して充分な大きさの ガス流れ及び受容可能なコンプレッサ価格を実現するだめには、過去２０年間に 製造された総ての単一スクリュウコンプレノサは、ねし直径の少なくとも２０％ の溝深さを達成する。

また、より正確には、コンプレツサの寸法を最小化し且つ適度の寸法にゲートロ ータを保持するためには、総ての機械は、ねし軸と８０に等しいゲートロータの 軸との間の所定寸法を有して製造され、ゲートロータのロータ直径は、　１００ と１０５の間である。

その結果は、歯の半径方向内部のゲートロータのコアが、８０引く５０、すなわ ち３０の半径（ねじの半径）を有する、ということである。

そのように歯のように工具を成長させるためには、工具は、３０の半径から最大 半径５２−５３まで拡大されねばならない。このことは、工具が、最大で６０に 等しい直径を有するシャフトから２２又は２３に等しい拡大を実施せねばならな い、ということを意味する。

このことは、工具が、最大シャフト直径の約３８％を成長されねばならない、と いうことを意味する。

もし、安全空間が工具ホルダ（シャフト）及びねじの間に残されねばならず且つ 新品であるときのみならず再割のために所定長さを喪失した後においても工具が 使用可能である、という事実が説明されるならば、新品状態の工具シャフト内部 に完全に隠される時や完全に出される時に工具に要求される全移動可能量は、シ ャフト直径の約４５％に少なくとも等しい、ということが理解される。

この観点において、前記米国特許２，６０３．４１２号に記載された従来技術は 、最大成長が約２５％であり且つ対応する溝深さを有して製造されるコンプレツ サが商品価値を有しないであろうことから、無用である。

上記特許に示された実施例において拡張量を増加させようと試みる際に、それは 、シャフト内の工具を実施することを減少させる結果を有し、これにより、振動 やガタが導かれる。大きな結果として、それは、工具を外方に押圧する部分及び 工具の間の面領域を減少させる。他のシステムは、考えられ得るのだが、それら は総て、上記特許から明白である同じ障害に突き当たる。シャフト内部に形成さ れた垂直ロンドは、ランクを介して工具内部に形成された別のランクを押圧する 。拡張量の増加は、ランク及びロンドの幅における減少を伴う。３０％の拡張に わたる、垂直ロンドに残されたランクの幅は、金属内部に工具を押圧するために 、工具に形成される相当な軸力に耐え得るようになる。実際上、該幅は、拡張が ４５％になる前にゼロになる。

本発明に従い、第１のシャフトにねしブランクをセットするステップと、第１シ ヤフトを横切る第２のシャフトの内部に工具をセットするステップと、該工具の 位置決めのために該第２シャフト内部に拡張手段をセットするステップと、該２ つのシャフトを同期的に回動さゼるステップと、該第２シヤフトに収縮される工 具により漏刻ねしブランクを刻設し始めるステップと、少なくとも工具がブラン ク内部に係合するときに工具を第２シヤフトにロックするステップと、工具がブ ランク内部に係合するときに工具を外方に送るために拡張手段を作動させるステ ップと、工具がブランクから非保合状態になるときに工具を部分的にアンロック するステップと、ねじへの工具の完全な貫通が達成されるまでの、ロック、アン ロック、及び拡張の連続的工程により工具を拡張させるステップ、とを含む、漏 刻ねしを刻設する方法が提供される。

また本発明に従い、ねじブランク用の第１のシャフトと、該第１シヤフトを横切 る第２のシャフトと、それらの間に所定速度比を具えてｔｆｉ２つのシャフトを 同期的に回動させる手段と、該第２シヤフトの軸線を横切る該第２シャフト内部 のチャネルと、該チャネルの内部にスライド係合する工具と、該チャネル内部の 該工具を移動させる移動手段と、該工具を該第２シヤフトに確実且つ選択的にロ ックするロック手段と、該第２シヤフトの角度位置を検出し且つ該ロック手段の アンロック時に該移動手段を作動させる手段、とを有するねし切り機が捉供され る。

本発明は、工具がねじ内部に終始係合することはなく、回動中のみに先述の負荷 が生じる、ということを有することに基づ（、従って、工具を外方に拡張させる ために工具が非保合状態にある間の時間を利用することが可能であり、機械加工 標準が一般的に許容する約５０から１００ミクロンの値である送り量だけそれを 拡張することが可能であり、それが切削を開始する際にそのシャフトに剛性連結 される工具を有することが可能である。

このように、切削システム全体の剛性のために切削中のガタや振動が除去される のみならず、工具及びその駆動システムの間に必要な領域が相当減少され得る。

このことは、相当量の成長を与える可能性を許容するのみならず、それはまた、 可動面が切削スラストの負荷を支持しなければならないならば出現するであろう 疲労を除去する。また、それは、工具自体の一部ではないが、取着され且っ１の 工具から次のものに移動され得るので、工具自体の製造を相当簡素化するような 、例えばラックを用いることを、それは本記載中に現出するように、可能にする 。

本発明の好適実施例において、工具が切削される際に工具ホルダに工具を一体的 に取着する機構は、工具がねじから離れる際にのみ部分的に緩和される。

工具がねじから離れる際に、もし拡張機構が内部引っ張りを伴うことなしに為さ れるならば、拡張機構の遊びは、ロック機構が１の位置から次に適用される際の 工具の位置の不正確性を導き、これらの不正確性は、送り量よりも大きくなり得 るので、工具は、何も切削できず、時には、製造標準の許容するものよりも数倍 厚い切粉を作出し、このことは、工具トの過大な負荷、工具の加速された疲労及 び画一的な破損を引き起こす、ということが確実に理解される。

本発明は、非制限例として与えられる添付図面及び以下の記載を読解により良好 に理解されよう。

図１は、１つのゲートロータと協働する、本発明によって製造されたねじの要部 断面側ｉｔｂで”不ろ・図２及び３は、切削プロセスを示し、図２は、図３のｍ −ｍ’に沿う要部断面図であり、回３は、図２のｎ−ｎ’に沿う要部断面図であ る。

回４は、本発明に係る工具シャフトの断面図である。

図５及び６は、図４のｒＶ−ＩＶ’に沿う断面図である。

図７は、工具の斜視図である。

図８及び９は、図７の■−■′及びＩＸ−ＩＸ’に沿う断面図である。

図１０は、本発明に係る方法の図解図である。

図１１は、図４の好適変更例を示す要部断面図である。

図１２は、異なるゲートロータ形状に対する本発明の適用を示す閲である。

図１３は、本発明に従って機械加工され得るねじの断面図である。

図１４は、本発明において使用される異なる機構を示す図である。

図１５．１６、及び１７は、変更例に関する、図５．６、及び９と同様の図であ る。

図１８は、変更例の工具通路の要部横断面図である。

図１９は、図１８の実施例に関する、図７と同様の回である。

図１は、３のような歯を具えたゲートロータ２と噛み合う、本発明に従って製造 されるねしくスクリュウ）ｌの要部正面断面図である。ねし及びそれと噛み合う ゲートロータのそのような組立体は、ねしが回転し、次いでゲートロータが回転 する際に、ゲートロータの歯の１面の近傍の各ねじ溝の容積の変化を用いるエキ スパンダ又はコンプレツサを実現するのに役立つ。

この特別な例において、ねじは、６つの溝を有し、ゲートロータは、１１個の歯 を有するが、本発明は、他の組み合わせにも適用され得る。

ねじは幾何学的軸線４の周りを回転し、ゲートロータは、軸線５の周りを回転す る。

典型的な機械において、もしねし直径が１００であれば（ユニフトが何であれ） 、軸４及び５の間の距離は、約８０であり、ゲートロータ直径は、１００から１ ０５、従って、６に示された歯の最大穿孔深さは、２０から２２．５である。ゲ ートロータのコア、すなわち破線７によって示された、歯の無い単純な部分は、 ８０−５０　＝　３０の半径、すなわち６０に等しい直径を有する。

図２及び３は、拡張可能な工具８によるねじの機械加工の工程を図解的に示す。

図２及び３に示されるように、ねじブランク１ａは、第１のシャフト９に組み立 てられ、他方、工具８は、第２のシャツ目Ｏにセットされる。

シャフト９及び１０は、ギヤトレインのような、図示しない外部手段により同期 的に回転せしめられ、１１歯を有するゲートロータと協働する６溝を具えたねじ の場合に、ねじシャフト９は、６巻きのシャツ目０に対してｌ１巻きを形成する 。

溝形成方法の開始時に、工具８は、普通の線で示されたシャフト１０内に完全に 収縮される。以下に更に詳細に記載される方法により、工具は、僅かな増加量だ け前進的にねじ内に拡張され、点線８ａで示されたその最大拡張に工具８か到達 するまで溝内にその通路を削成する。次いで、工具は、別のねじの溝形成を可能 にするためにシャフト１０内に収縮される。

工具の配置される領域においてシャツ）１０は、図１の円７の直径よりも小さい 、すなわちねし直径が１００ならば６０よりも小さい直径を有しなければならな い、ということが、図１及び３の間の比較から明らかである。

穿孔深さ２０から２２．５が達成されねばならないので、このことは、工具が２ ２．５だけ、すなわち６０であるシャフト１０の直径の３８％以上、拡大せねば ならない、ということを意味する。

ブランク１ａ及びシャツ目Ｏの間に安全のために遊びが必要であるので、工具は 、研削により再割されるその切削縁部１１を時々有する必要があり、従って、同 量だけシャフトから突出し続けねばならないのだが所定長さだけ減少されるので 、必要な拡張ストロークの合計は、シャフト１０の直径の３８％ではなく、少な くとも４５％である。

このことは、工具がシャフトの略半分である、ということを意味する。

米国特許２，６０３，４１２号に記載されたようなシステムは、そのような移動 量の実現に無能であり、工具を外方に移動させるロッド支持ランクは、単純に消 失する。

別の問題は、工具は、半分にされ、その通路が形成される精度及びそのような通 路内の工具の嵌合の精度が何のようであれ、シャフト内のその保合は、その長さ の半分であり、クリアランスは、免責不能であり、これは、通路自体の悪化を意 味しない、工具寿命に容認し得ない工具のガタや振動を導く。

本発明は、この問題を除去する。

図１０は、工具がねし切り係合を開始し且つそれぞれねじから離れる、２つの角 度位置１２及び１３を示ず。換言すると、円形矢印１４で示された角度範囲にお いて、工具は、切削負荷下にあるが、角度範囲１５において、工具は、ブランク の外にあり、切削負荷から解放される。

本発明は、それらの２つの異なる状態の存在を利用する。本発明に従い、少なく とも角度範囲１４に沿ってシャフトに工具を剛性取着するロック手段が設けられ る。ロック手段は、工具が角度範囲１５にある時間の少なくとも一部の間におい て解除される。ロック手段が解除される時、工具は、工具を外方に拡張させるに 必要な送り量を具える。

ねじが２００ミリメートルの直径を有する、典型的な値のように、典型的な切粉 の厚さ又は送りは、５０から１００ミクロン、すなわち０．０５から０．１０ミ リメートルであろう。

工具が同一溝に戻る前に６溝の各々を自動的に訪れる、１１歯のゲートロータと 協働する６溝を具えるねじの場合、工具シャフトの各回転において工具に５０／ ６から１００／　６ミクロンの送りを付与することが可能であるし、あるいは、 シャフト１０の６回転毎に５０から１００ミクロンの送りを付与することが可能 である。

増大した拡張以外の、本実施例の驚異的な結果は、それが工具を送る機構から負 荷を完全に除去する、ということである。送りが生じるとき、工具は、確かにね じ外方になり、工具を押圧する軸方向負荷は、無い。これに対して、工具がブラ ンクに係合するとき、その通路内部の工具を拒絶するための実質的スラスト及び 切削縁部上の高負荷が存在する。しかしながら、工具は、ロック手段によりシャ フトにロックされ、このスラストは、損傷又は疲労の危険無く軽量に形成され得 る送り機構により感知されない。このことは、送り機構が工具に独立して形成さ れ且つそれに取着され得るようにし、これにより廉価な工具の使用が導かれる。

本発明の機能は、図５及び６がその収縮され最大拡大位置（図６）にある工具を 示す図４のＩｌ−ｒＶ’に沿う部分断面図である、本発明に係る長手方向断面の シャフト１０である図４に関して更に詳細に記載されよう。

図４に示されたように、シャツ目０は、軸受け１６及び１７によって支持され且 つギヤ１８によって回転駆動され、それは、図示しないギヤトレインによってブ ランク１ａを支持するシャフト９に連結される。

工具８は、例えばＥＤＭ　（放電加工）によってシャフト１０に形成された通路 １９に摺動自在に取着される。

工具８（図７）は、切削縁部１１と、ねしの傾斜に公知形式で適合するために、 その長さの少なくとも一部に沿うベヘル２０、とを有し、それはブランク内で湾 曲する。図８及び９は、図７の■−■′及びＩＸ−ＩＸ’に沿う断面をそれぞれ 示す。

ランク２３は、工具８の側面５にボルト２１．２２により取着される。

図４に示されたように、工具は、シャツ１−１０と共に回転するが伝統的なディ ファレンシャル機構によりシャツ目０に対して角度的に移動され得る、２４．２ ５．２６のような一連のギヤにより移動され得る。

電気モータ２８のような外部手段は、ディファレンシャル機構２７を駆動する。

従って、シャフトの回転時に、工具は、一方向すなわちその逆方向にモータ２８ を回転させることにより収縮又は拡張され得る。

ピストン２９は、シャツ目０の他端に取着される。図５及び６に破線で示された 、ピストン２９の端部は、工具の上端に接触する。

ピストン２９の他端は、電気モータ３２のような外部手段によって駆動される伝 統的なディファレンシャル機構３１により回転され得る、ねし３０、好ましくは ポールスクリュウと接触する。２７及び３１のような機構の例は、図１４に示さ れる。

モータ３２が一方向に駆動されるとき、それは、工具８に対してピストン２９を 押圧するねし３０を回転させ、これにより、工具８は、シャツ目０に確実に取着 される。モータ３２が他方向に回転されるとき、ねし３０は、他方向に回転され 、ピストン２９をアンロック状態にする。

伝統的なディファレンシャル機構３１を介して、これらの動きは、正にシャフト 回転時に起き得る。

シャフト１０は、近接スイッチ３４の内側を通過する少なくとも１つのフィンガ ３３を支持し、これにより、シャフト回転時にシャフト１０の角度位置が何であ るかを正確に知ることが可能である。光学ディスク等のような他の手段は、本発 明を変更することなくシャフトの角度位置を計測するために用いられ得る。

この角度位置は、適切な工程を実現するために一方向又は逆方向にモータ２８及 び３２を駆動するために、工作機械の制？ｉｌシステムに用いられる。

さて、例として図１０を参照すると、ブランクと係合しないのに相当する、工具 が角度部分１５の内部にある時の、シャフト１０の６回転毎に、モータ３２は、 ピストン２９上の負荷を除去するために駆動される。次いで、モータ２８は、要 素２７．２６．２５．２４、及び２３を含む機構を介して所望量だけ工具を外方 に押圧するために駆動される。次いで、モータ３２は、逆方向に駆動され、他方 、工具は、それがねじ内部の切削を開始する前に工具を再度ロックするために角 度部分１５内にある。

同し工程は、工具が最終深さ穿孔に到達するまで、繰り返される。

溝形成が終了するとき、モータ３２は、ピストン２９をアンロックし、モータ２ ８は、工具がシャフト内部に完全に収縮されるまで駆動される。

図１１は、本発明の好適実施例を示す。ピストン２９及びねじ３ｏの間には、ば ね３５がセットされ、それは、ねじ３０の圧力が解放されるときに常に所定圧力 下にあるようにされる。

このように、工具８がシャツ目０に確実にロックされていないときでさえ、工具 ８及びピストン２９の間には、摩擦がある。これは、工具がアンロック状態にさ れ且つ余分な切削送り及び多分工具破損に導き得る非制御」量だけの工具の外方 移動を阻止するときに、モータ２８及びランク２３の間のシャフト及びギヤのチ ェーンの全弾性引張力が解放されるのを阻止する。

図１２は、シャフト１０の軸線に垂直な移動を有しない工具に本発明を適用する ことができることを示す。図１３は、ねしを形成するために同一工具を用いるこ とができることを示し、該ねじの外径は、円筒状ではな（、例えば、消耗してい るが同一比率の歯長を保持する部分か、又はゲートロータ直径に対応する溝穿孔 を保持する部分である。

閲１４は、」−記参照番号２７又は３１を有する伝統的な機構の１つの実現例を 示す。ディファレンシャル２７の場合に関して記載が為されるが、ディファレン シャル３Ｉに関しても妥当し得る。

シャフト３６は、ギヤ２６を駆動し、通常、シャフト１０と共に回転する。

ギヤ３７及び３８は、シャフト３６にロックされる。ギヤ３８は、ギヤ４１に直 接噛み合う。他方、ギヤ３７は、逆転ギヤ３９を介してギヤ４０を駆動する。ギ ヤ３９及び４０は、ギヤ３７及び４１と同し数の歯を有し、且つギヤ３８と同し 数の歯を有する。

それ故、ギヤ４０及び４１は、逆方向ではあるが同し回転速度で回転する。それ らは、共に回転するためにサンギヤ（太陽歯車）４２及び４３を介して各々連結 され、従って、それらは、反対方向に同一速度で回転し、且つ共通のＴ状シャフ ト４６上を任意に回動可能である垂直なプラネットギヤ（遊星歯車）４４と共働 し得る。Ｔシャフト４６のから回り時に、シャフト３６は、シャフト１０と同じ 速度で回転する。

Ｔ状シャフト４６がモータ２８により駆動される時に、これは、シャフト１０に 対してシャフト３６を回転させ、これにより、必要なディファレンシャルな動き が創成される。

図１５及び１６は、図５の変更例を示す。ビニオン２４及びピストン２９は、工 具の切削縁部１１に向かって移動される。ラック２３は、ベベル２０を有するそ れに対向する側面に配置されるが、今（図１７）は、ベベル２０によって狭く形 成される工具の面５１に向かって移動される。

これは、溝の側壁に接触することなく工具により切削される溝にランクが突出す るのを可能にする。ねしが傾斜（従って、溝の他方の側壁及び工具の間の接触を 阻止するためのへベル２０）を有するような結果を実現するために、溝壁の最小 角度を示す破線４７の外側にラック２３が配置される、ということが必要である 。もしその条件が充足されるならば、ラックは、損傷なく突出し得る。この変更 例は、シャフト直径の５０％以上の量だけ工具がシャフトから外方に拡大するの を可能にする。

図１８及び１９の実施例において、工具８ａは、所定回転位置にあり、これによ り、その２つの対向する側面は、図１７の線４７のそれと同し傾斜を有する。傾 斜は、必ずしも等しくない。工具用の通路１９ａは、工具８ａの位置決めのため に適した断面形状を有する。ランク２３ａは、工具８ａの１つの縁部に沿ってい る。

この実施例は、次の利点を有する。

それは、工具を相当補強する。

それは、ラックへのアクセスを容易化する。

しかしながら、特に、ピストン１９ａは、通路１９ａの面４８及び４９によって 形成される角度に工具を押圧し、その通路の工具の遊びが何のようでも、切削中 に工具が同一位置に常に取着されることを保証する。

もしねしによるロック＠横が異なる手段、例えば液圧手段により押圧されるピス トン２９により移動されるならば；又は、もし工具が本記載に示された矩形状と は異なる形状を有し、それが例えば単純を領域において（すなわちねし内部に係 合しない部分）、円筒状を有するが、例えばキーにより角度的に回転が阻止され るならば；あるいは、もし垂直に示されたシャフト９及びＩＯが単に横断的、す なわち９０°　とは異なる角度であり、又はロック手段は、ピストン２９上の圧 力を解放するがこの圧力をゼロまで下降させないことにより、摩擦を創成するた めに用いられ、ばね３５の必要性が除去されるならば；本発明の範囲は、変更さ れない、ということが明白である。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成５年１０月３日

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．第１のシャフトにねじプランクをセットするステップと、第１シャフトを横 切る第２のシャフトの内部に工具をセットするステップと、該工具の位置決めの ために該第２シャフト内部に拡張手段をセットするステップと、該２つのシャフ トを同期的に回動させるステップと、該第２シャフトに収縮される工具により漏 刻ねじプランクを刻設し始めるステップと、少なくとも工具がプランク内部に係 合するときに工具を第２シャフトにロックするステップと、工具がプランク内部 に係合するときに工具を外方に送るために拡張手段を作動させるステップと、工 具がプランクから非係合状態になるときに工具を外方に送るために拡張手段を作 動させるステップと、少なくとも拡張手段の作動時に工具を部分的にアンロック するステップと、ねじへの工具の完全な貫通が達成されるまでの、ロック、アン ロック、及び拡張の連続的工程により工具を拡張させるステップ、とを含む、漏 刻ねじを刻設する方法。
2. ２．上記工具が上記プランクから非係合状態になると、部分的にアンロック状態 になる、請求項工に係る方法。
3. ３．ねじプランク用の第１のシャフトと、該第１シャフトを横切る第２のシャフ トと、それらの間に所定速度比を具えて該２つのシャフトを同期的に回動させる 手段と、該第２シャフトの軸線を横切る該第２シャフト内部のチャネルと、該チ ャネルの内部にスライド係合する工具と、該チャネル内部の該工具を移動させる 移動手段と、該工具を該第２シャフトに確実且つ選択的にロックするロック手段 と、該第２シャフトの角度位置を検出し且つ該ロック手段のアンロック時に該移 動手段を作動させる手段、とを有するねじ切り機。
4. ４．上記工具に対する摩擦手段を有する、請求項３に係るねじ切り機。
5. ５．上記工具は、ねじプランクに形成されるべき溝の壁の先端角度線と略等しい 傾斜を有する少なくとも１つの側面を有する、請求項３に係るねじ切り機。
6. ６．上記ロック手段は、上記工具を、所定角度の所定断面のチャネルに選択的に 強制する、請求項３に係るねじ切り機。