JPH10512511A - スクリュー型コンプレッサのためのロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、ウォーム・コンプレッサ（１６）のロータ（１０）の製造方法と、同方法により製造されたロータ（１０）に関する。簡単な製法で複雑な形態をもったロータ（１０）を製造するため、ロータ（１０）の矯正領域（correctionregions）となるネガティブ・モールド・ブランクを製造するのに素材をネガティブ・モールドから押し抜く方法を提供している。

Description

【発明の詳細な説明】 スクリュー型コンプレッサのためのロータの製造方法 この発明は、スクリュー型コンプレッサのためのロータの製造方法と、同方法 により製造されたロータに関する。 スクリュー型コンプレッサのためのロータの製造には、研削工程に加えて、所 定の素材をネガティブ・モールドに充填して形成するマスター・モールド工法が 用いられている。ここにいう「マスター・モールド工法」または「マスター成型 法」とは、先ず、第１モールドが粘着性のある粗素材(loose material)によって 形成される（第１次成型）。マスター・モールド工法の典型は、マスター・モー ルドを素材の充填により形成する注型成形(casting process)である。ロータ製 造に最適とされているマスター成形工法は、ＤＥ４０ ３５ ５３４ Ａ１に開 示されている。同工法によれば、スクリュー型コンプレッサ用ロータは、繊維強 化合成樹脂材のディスクをネガティブ・モールドのキャビティに積み上げ、その 上で加熱と加圧により相互に結合して形成される。 ネガティブ・モールドは、製造予定のロータの形状に対応するマスター・ロー タの外周が画されるようにしたマスター・モールド工法によっても形成される。 マスター・モールド工法を二回使用するためスクリュー型コンプレッサに挿入 されるロータの形状はマスター・ロータによって決まる。マスター・ロータは通 常研削により形成されるが、使用の工具は、例えば、歯の三次元的カーブを出す 立て削り機（slotting machine）または研削盤(grinding machine)にあっては、 工具をあてがうため切除部(cut-out portions)が必要となる。今までのところ、 根元部を形成するためには、角を取った凹部（rounded deepened portions）は、これら工具をロータ軸と同心の円筒面(cylindrical outer surfa ces)で作業させる上で有用なものである。これらの凹部は、工具による歯元面(t ooth flanks)の作業をする上で必要である。 このような角を取った凹部をもったロータが、第２ロータと共にスクリュー型 コンプレッサに挿入されるとき、第２ロータは両者の螺合中第１ロータの凹部に 係合するエッジが形成された歯先(tips)が必要となる。他方、ロータ同士のシー リングが不十分になる。しかし、第２ロータのエッジによって直径が大きくなり 、そのハウジングの直径も当然大きくなる。ハウジングの直径が大きくなり、ま た、エッジの角が丸くなるにつれロータ同士の螺合部分におけるシーリング性が 低下してくる。両ロータのローリング運動中ローラの歯が相互に突き合わせにな る前に、いわゆるブローホールがその間に発生する。これにより、圧縮気体は低 圧部に逆流することになる。 このように、製造条件によってもたらされるロータの幾何学的形状(geometry) （以下「形態」という）により、必然的に逆流損失が起こり、それが従来のスク リュー型コンプレッサの低効率の原因となっていた。 本発明は、簡単な方法により複雑な形態のロータを製造することを目的として いる。 本発明によれば上記目的は、請求項１、４、５によって達成される。 高効率のスクリュー型コンプレッサを提供するためには、ロータの動き(flow) と気密性に関しロータを最適化する(optimize)必要がある。最適形態のロータは 大量生産ベースのときに可能となる。この目的を達成するため、ロータの改善し た形態をいかに設計するかにかかっている一方、このようなロータの大量生産を 可能とする製 造方法の案出にもかかっている。この点で、ロータの製造方法とその結果形成さ れるロータは、本発明の根底をなす設計概念の二つの異なった局面である。 マスター・モールドにより形成されるロータは、マスター・モールドの形態に より決定される形状を有する。マスター・モールドの有する形態は、マスター・ モールドにより製造されるロータに再生される。従って、ネガティブ・モールド の形態を変えることによりロータの形態を変えることができる。たとえば、もし 、ロータが不都合な動きをしていることが発見されたり、その矯正のためどの程 度ロータの形態を変更しなければならないかが判明できれば、変更はネガティブ ・モールドの形態を変えることにより行うことができる。ネガティブ・モールド の形態を矯正することによりロータはそれ以前の工程で製造されたものに比べて 形態的に矯正されたものとなる。 ロータの動きと気密性特性は、１次ロータの螺旋状歯の歯元部分の形状により 決定される。１次ロータに螺合する２次ロータは、その歯先に対応する円筒面を もつ必要がある。１次ロータの新規な形態によれば、径は小さくてすみ、歯先上 の角をとる必要はなくなる。これにより、先ず、２次ロータのハウジングは、両 ロータを噛み合わせ状態のまま囲むことができ、第２に、ロータの螺合回転中歯 の噛み合いになったときブローホールが確実に閉じられる。従って、１次ロータ ，２次ロータの新規な形態により、ハウジングとロータにより画定されるブロー ホールは時間的にも空間的にも減少する。この両面の減少により気体の逆流によ るロスは減少する。マスター・モールド成型工法によるロータの製造方法により 、複雑な形態（幾何学的形態）を高精密にかつ比較的ロー・コストで再生するこ とが可能となる。 第２の利点は、２次ロータの歯先とハウジングの間の気密効果にある。歯先の 円筒状外面は、従来の丸型エッジに比べより効果的な気密効果を奏することがで きる。 この発明の方法によれば、スクリュー型コンプレッサに使用されるロータの形 態はネガティブ・モールド形成の段階で既に改善される。これにより、先ず、螺 旋状歯の形状を再生したマスター・ロータは、マスター・ロータ・ブランクから 材料を除外することにより形成される。しかし、このマスター・ロータは、最終 ロータが予定する形態がまだ形成されてはいないが、これから矯正（correction ）される箇所をもっている。 対応の矯正(correction)はマスター・ロータ自体に行われる。この発明の方法 によれば、矯正はネガティブ・モールドのブランクから押し抜くことにより行わ れる。そのためネガティブ・モールドには矯正部となる凹部が形成される。この ようにして矯正されたネガティブ・モールドにロータ用の素材が充填されると、 ネガティブ・ロータの前記凹部に相当する凸部が形成される。この凸部によって ロータの性状は所定の形態に応じて改良される。 好ましくは、ネガティブ・モールドのブランクは内面に丸削り加工を施してお く。これにより、ポジティブ・ロータの製造においてロータの全長にわたって連 続した円筒面が形成される。この円筒面の連続性によって１次ロータと２次ロー タ間の液密性が保証される。 その他の本発明の実施態様は添付図面から明らかになろう。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の方法により形成されたロータと、それに付属する第２ロータ と共にロータ・ペアとしてコンプレッサ・ハウジングに組み込まれた状態の断面 図。 図２は、従来技術によるロータ・ペアを示す図１相当図。 図３は、図２のロータ・ペアの図２中III-III 線に沿った一部破断の平面図。 図４a)乃至４c)は、図２のロータ・ペアの種々の位置関係を示す詳細図。 図５a)乃至５c)は、図４a)乃至４c)の各配列の断面図。 図６a)乃至６c)は、図１のロータ・ペアの種々の位置関係を示す詳細図。 図７は、図１に示すロータ及びハウジングにより画定されたブロー・ホールを 示す説明図。 図８は、図２に示すロータ及びハウジングにより画定されたブロー・ホールを 示す説明図。 図９は、係合状態の他の局面にある図１のロータ・ペアの断面図。 図１０は、図９の拡大図。 図１１は、図１の２個のロータの一つを形成するためのマスター・ロータの説 明図。 図１２は、図１１によるマスター・ロータから取り去って幾何学形状のキャビ ティをもったネガティブ・モールドの説明図。 図１３は、図１２のネガティブ・ロータの内側の丸削り加工により仕上げられ たネガティブ・モールドの説明図。 図１４は、図１２のネガティブ・モールドを使って形成したロータの説明図。 発明の詳細な説明 図１は、本発明により形成されたロータ１０を有するスクリュー型コンプレッ サ１６を示す。ロータ１０は、１次ロータとして共通ハウジング１４に、２次ロ ータとしてのもう一つのロータ１２とともに収納されている。２個のロータ１０ 、１２はハウジング１４内で相互に噛み合い、その結果空気は軸方向に流通しつ つ圧縮される。 １次ロータ１０は、その外周に長さ方向に約２４０度の角度で螺旋状にかつ等間 隔に形成された５枚の歯１８を有している。１次ロータ１０に噛み合う２次ロー タ１２は、その外周に長さ方向に約１８０度の角度で螺旋状に形成された６枚の 歯２０を有している。 ハウジング１４内部では２個のロータ１０、１２は夫々ハウジング部位２２、 ２４に囲まれて、１次ロータ１０の歯１８の側面(flank)（以下、歯面という） ３４、３６と２次ロータ１２の歯２０の歯面が夫々前記ハウジング部位２２、２ ４と相まって変位空間(displac-ement chambers)２６ａ乃至２６ｈを形成してい る。コンプレッサ１６の圧力出口の前の領域で１次ロータ１０の歯１８の歯面３ ４、３６と、２次ロータ１２の歯２０の歯面により両ロータ間に排気室２８が形 成され、入口の前に吸入室３０が画定される。 図示コンプレッサ１６の効率は、変位空間２６ａ乃至２６ｈ、排気室２８、吸 入室３０の気密性に依存する。これは、歯１８、２０の噛み合いがコンプレッサ １６の効率を左右するのである。 気密性と空気の流れを説明するために、従来例によるスクリュー型コンプレッ サ１１６図２乃至５及び図８に基づいて説明する。従来例のコンプレッサ１１６ は、本発明によるロータ１０を有するスクリュー型コンプレッサ１６とはロータ 設計の細部において異なる。説明の便宜上、コンプレッサ１６の部分に相当する 部分は、図１の符号に１００を加算したもので示す。 図３は変位空間１２６ａ乃至１２６ｈを示す。これらは、１次ロータ１１０、 ２次ロータ１１２の各歯１１８、１２０の歯面１３４、１３６とハウジング部位 １２２、１２４とにより画定され、螺旋状をなし、その一部はロータ１１０、１ １２全長より長くなっている。稼働中ロータ１１０、１１２は反対方向に回転し 、各変位空間の容量は一定することはない。他方、歯面１３４、１３６は周期的 に変 化しつつ次々と変位空間１２６ａ乃至１２６ｈ、排気室１２８、吸入室１３０を 画定していく。各連続した時間毎に二つの変位空間は共同して一つの排気室を形 成し、圧縮気体の排出後は二つの排気室は再び開き、吸入室を形成する。その後 、歯面は二個の別々の変位空間を画定する。 たとえば、もし、図２における２個のロータ１１０、１１２が図中矢印Ａ、Ｂ が示す回転方向にほんの少しの回動すると変位空間１２６ａ乃至１２６ｈはあい まって排気室を形成する。同時に、現在の排気室１２８は狭められ内部の気体は 高圧のもとに排出される。同時に、コンプレッサ１１６の吸入側に至る吸入室１ ３０の容量が増大して、その結果圧縮予定の気体が吸入される。 図２に示す１次ロータ１１０は研削により作成されたものである。従って、各 歯元部分に丸みを帯びた(rounded)の凹部１３２ができる。この凹部１３２は、 適当な道具により歯面１３４、１３６を工作する上で必要である。１次ロータ１ １０、２次ロータ１１２が気密性を損なうことなく、かつ、相互に噛み合ってと もに回転できるためには、第２ロータ１１２はその歯１２０夫々に、各１次ロー タ１１０の凹部１３２に係合する丸型のエッジ１３８を設ける必要がある。 １次ロータ１１０の凹部１３２は回転円周(rolling circle)１４０の内側に所 在する。従って、２次ロータ１１２のエッジ１３８は２次ロータ１１２の回転円 周１４２の外側にある。 図４ａ乃至４ｃは、２個のロータ１１０、１１２の噛み合い状態における係合 部分（図２中ＩＶ部分）を示し、図５ａ乃至５ｃは気密性と空気の流れ状態を示 す。 ２個のロータ１１０、１１２の回転中ピーク・ライン(peak line)１４４を有 した１次ロータ１１０の歯１１８は（歯面１３４、１３６ を画定する）、第１のハウジング部位１２２の円筒面に沿って動く。同様に、２ 次ロータ１１２の歯１２０のエッジ１３８は第２のハウジング部位１２４の第２ の円筒状表面１４８に沿って動く。各円筒面１４６、１４８によるエッジ１３８ 及びピーク・ライン１４４が気密材(sealing members)となる。これにより、変 位空間１２６ｄ、１２６ｈと排気室１２８は隔離される（図４ａ、５ａ）。しか し、ロータがさらに回転すると、図４ｂに示す状態になり、そこでは１次ロータ １１０の歯１１８のピーク・ライン１４４は円筒面１４６との間の気密機能は果 たさない。この回動位置をとることで圧縮気体は排気室１２８から変位空間１２ ６に逆流することになる。この逆流は図５ｂ中矢印で示されている。ロータ１１ ０、１１２が図４ｃに示す位置になり、２次ロータ１１２の歯１２０が１次ロー タ１１０の歯１１８に当接したとき初めて変位空間により形成される新しい排気 室１２８が気密性となる。 この従来技術に対しこの発明による１次ロータ１（図１）は、図２の符号１３ ２が示すような凹部の代わりにその回転円周４０上に第１の円筒面５０を有して いる。同様に２次ロータ１２は、その回転円周４２上に第１の円筒面５２を有し ている。 本発明によるロータを使用した場合の気体の流れと気密性は図６ａ乃至６ｃに 示す。ロータ１０、１２とハウジング１４による気密効果を得るために、１次ロ ータ１０の歯１８はハウジング１４の円筒面５４と相まって第２の気密材となる 。２次ロータ１２は、従来技術の２次ロータ１１２に比べ回転状態には殆ど変わ りはないが、径は小さくなっているため、円筒面４６、５４によって確定される ハウジング・エッジ５６は、従来技術の場合（図６ｂ）のエッジ１５８の場合に 比べると、２個のロータ１０、１２の歯１８、２０の噛み合い点により近くなっ ている。これによりブローホールの大きさは 小さくなっている。 さらに、２次ロータ１２の歯２０は１次ロータ１０の歯１８に遅滞なく係合さ れるが、これは、２次ロータ２０が図６ｃに示すような歯先のエッジに形成され る凹部(rounded portion)を有しないからである。したがって、噛み合い過程中 の各断面図にわずかに開くブローホールも従来技術に比べて早期に閉じることに なる。 ブローホールの大きさは図７と８を見れば一目瞭然である。図７は、本発明に よるロータのブローホール９２を示している。図８は、従来技術によるロータの 場合のブローホール１９２を示している。 ブローホールの大きさは、逆流ロスに対し決定的要因であるから、このように 比較的にみると、本発明のロータの形態がスクリュー型コンプレッサの効率がか なり向上していることが明らかとなろう。 図９、１０は回転位置がさらに進んだ場合を示している。明らかに、２個のロ ータが噛み合っている間でさえ、第１、第２の円筒面５０，５２は、安定して気 密性を保持する。両円筒面５０、５２は、回転中も両者間に形成される空隙が一 定の幅が維持できるように継続して位置する。連続した円筒状外表面５０は、歯 面３６と相まって鋭利なエッジを思わす螺旋状ライン５６を画定する。これによ り流れのロスは減少する。 図１１乃至１４は、図１に示すロータのためのネガティブ・モールドを形成す る方法及びこのようなネガティブ・モールドを用いたロータの形成を図示するも のである。 図１１は、１次ロータに相当するマスター・ロータ２００を示す。同ロータ２ ００は５枚の螺旋歯２１８を有している。歯面２３４、２３６は、同歯面により 形成されるピーク・ライン２４４とマスター・ロータ２００の回転円周２４０の 間の部分において１次ロータ１０と従来技術の１次ロータ１１０の歯の外周と同 じ外周を有して いる。マスター・ロータ２００は、従来技術の１次ロータ１１０の場合と同様、 マスター・ロータ・ブランクから切削により形成され、回転円周２４０の下方に 円形(rounded)の凹部２３２を回転円周２４０の下方に有する。 このようにして形成されたマスター・ロータは先ずモールド・ボックス内に置 かれ、モールド・ボックスとマスター・ロータの間のキャビティは適当なモール ド材(mold material)により充填され、次いで硬化(cured)される。同材の硬化状 態において、モールド材がネガティブ・モールド・ブランク２６０を形成する。 モールド材の硬化後マスター・モールド・ブランク２６０から取り出され、そ の結果キャビティ２６２が残る。キャビティ２６２の外周２６４は、その形態が １次ロータの歯の形態と相補的である螺旋凹部２６６を内包する。螺旋状突出部 ２６８が螺旋凹部２６６間に形成される。 さらに、ネガティブ・モールド・ブランク２６０が旋盤に掛けられ、突出部２ ６８の先端エッジ２７０が削除される。これにより螺旋状の連続した円筒面２８ ２を有したネガティブ・モールド２８０を得る。 図１３に示すネガティブ・モールドに適当なロータ材を充填・硬化することに より図１４の１次ロータ２９０が形成される。その形態は図１の１次ロータ１０ のそれに等しい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マスター・モールド工法を使用したスクリュー型コンプレッサのためのロー タの製造方法であって、次の工程ａ）乃至ｅ）からなることを特徴とした方法。 ａ）螺旋状ロータ歯をもったマスター・ロータを、マスター・ロータ・ブラン クから押し抜くことにより形成し、 ｂ）マスター・ロータの形状にならってネガティブ・モールド・ブランクを形 成し、 ｃ）矯正部を作る凹部を形成するため前記ネガティブ・モールド・ブランクか ら素材を除くことにより、ネガティブ・モールドを形成し、 ｄ）前記ネガティブ・モールドに粗素材を充填し硬化することによりネガティ ブ・モールドの外周部を形成し、 ｅ）ロータをモールドから分離する。 ２．マスター・ロータの形成中に歯元部にできる凹部が、同凹部の形成時にネガ ティブ・モールド・ブランクにできる突出部を削除することにより矯正されるこ とを特徴とした請求項１に記載の方法。 ３．ネガティブ・モールド・ブランクの外周の矯正が同ブランクの内部丸削り処 理により行われることを特徴とした請求項２に記載の方法。 ４．スクリュー型コンプレッサに組み込まれる、複数の螺旋状歯を有したロータ 用ネガティブ・モールドを製造する方法であって、次の工程ａ）乃至ｃ）からな ることを特徴とした方法。 ａ）螺旋状ロータ歯をもったマスター・ロータを、マスター・ロ ータ・ブランクから押し抜くことにより形成し、 ｂ）前記マスター・ロータの形状にならうことによりネガティブ・モールド・ ブランクを形成し、 ｃ）矯正部を作る凹部を形成するため前記ネガティブ・モールド・ブランクか ら素材を除く。 ５．マスター・モールド工法によるスクリュー部を本体とし複数の螺旋状歯を有 した、スクリュー型コンプレッサ用ロータを製造する方法であって、歯の歯元部 に円筒面（５０）が連続し、少なくとも一つの歯面（３４、３６）と相まって少 なくとも一つの螺旋状ライン（５６）を形成することを特徴とした、スクリュー 型コンプレッサ用ロータを製造する方法。 ６．前記連続した円筒面（５０）が、ロータ（１０）の回転円周（４０）上にあ ることを特徴とした請求項５に記載の方法。 ７．前記歯（１８）が、断面で見た場合、螺旋状ピーク・ライン（４４）に沿っ た相互に接触した二つの凸の歯面を有することを特徴とした請求項５または６に 記載の方法。