JPS63102864A - 一軸偏心ロ−タの研削加工法 - 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） 本発明は貰粘性体の移送等に用いられる一軸偏心ロータ
の研削加工法に関するものである。

（従来の技術） 一軸偏心ねしポンプは、第１図に示されるように中心軸
（２軸）からｅだけ偏心した中心軸に垂直な直径りの円
板がその中心軸まわりに等速円運動を行いながら中心軸
方向に等速移動した形状のロータを備えたものである。

そしてこのようなロータは従来は金属製のものであった
ので、円筒状の金属素材を中心軸のまわりに回転させな
がら先端の尖ったバイトを同期的に進退動させつつ各円
形断面を順次切削する方法により製造されていた、とこ
ろが最近では高温度流体や腐食性流体を移送するために
ロータをセラミック化したいとの要請が高まり、本発明
者等も従来と同一の方法でセラミック質の素材をダイヤ
モンド工具によって切削してみたが、セラミック質の素
材は硬度が大きいので工具先端の摩耗が大きく、正確な
形状に切削することは不可能であった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記したような従来の問題点を解決して、セラ
ミック質の素材から上記したとおりの形状のロータを正
確に製作することができる−軸偏心ロータの研削加工法
を提供するために完成されたものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等は上記の目的達成のために、まずセラミック
素材の加工手段として先端が丸く摩耗の少ないラウンド
型の砥石車を採用した。ところがこの砥石車は第１図の
（イ）や（ロ）の状態で研削するときには問題はないが
、（ハ）の状態においては砥石車の丸い先端断面中心Ｇ
を、研削しようとするＺｌ　断面上に置いたままで研削
を行うと研削点Ｂの付近の素材との間に干渉を生じて素
材を余分に研削してしまうことが判明した０本発明はこ
のような研究段階を経て完成されたものであり、セラミ
ック質の素材の外周面を砥石車により研削して、中心軸
に垂直でかつ偏心した円板が中心軸まわりに等速円運動
を行いながら中心軸方向に等速移動した形状のロータを
製造するにあたり、砥石車としてその先端部の断面形状
が丸いラウンド砥石を用いるとともに、中心軸に垂直な
円形断面上の各点について各点におけるロータの曲面に
法線方向から接することのできる砥石車の位置を予め計
算しておき、その計算値に従って砥石車を中心軸方向及
び少な（ともこれに垂直な一軸方向に移動させつつ順次
研削を行うことを特徴とするものである。

以下に本発明を第１図〜第４図を参照しつつ詳細に説明
する。

く４軸制御の場合〉 第２図及び第３図に示されるように、本発明においては
円筒形のセラミック質の素材をその中心軸（以下Ｚ軸と
称する）のまわりに回転させつつ、Ｚ軸と平行な回転軸
（１）のまわりに高速回転する砥石車（２）により順次
研削加工を行うのであり、この砥石車としては先端部（
３）の断面形状が丸いラウンド砥石が用いられる。以下
の説明は砥石車（２）の先端部（３）の断面が半径ｒの
円である場合について行うものとするが、砥石車（２）
の先端部（３）の断面が楕円その他の曲面形状であって
も数式により定義し易い形状であれば差支えない。

いま、第３図のようにＺ−Ｚｌの断面上の研削点Ｂを研
削している場合を考えると、砥石車（２）の先端部（３
）の先端断面中心ＧをＺｌ断面上に置いたままでは素材
を余分に研削してしまうことは前述のとおりである。そ
こで本発明においては、研削点Ｂを通ってロータの外形
面に接する接線Ｅを定義し、研削点Ｂを通ってこの接ｖ
ＡＥに垂直な直線Ｆを引き、この直線Ｆ上に研削点Ｂか
らの距離がｒの点Ｇ１を求めて砥石車（２）の先端部（
３）の先端断面中心Ｇが点Ｇ１に一致するように砥石車
（２）をＺ軸方向及びＸ７両軸方向に移動させなからｚ
１断面の研削を行う。点Ｇ、は素材が回転し研削点Ｂが
２１断面上を移動するにつれて刻々と変化することとな
るので、予め点ＧＩの位置を全周にわたり計算しておき
、その計算値に従うでカム又は数値制御方式により砥石
車（２）を移動させる。計算を行わせる各点間のビフチ
Ｐは、要求される加工精度りによって決定されるが、一
般的には砥石車（２）の研削半径をＲとしたとき、ｈ　
−Ｐ　”／８Ｒの関係が成立するのでこれから逆算した
値を用いて決定すればよい。このような砥石車（２）の
位置補正（以下、工具補正という）の結果、砥石車（２
）はＺ１断面上の各研削点Ｂに正しく接しながら研削を
行うこととなり、砥石車（２）と素材との干渉は防止さ
れる。なお研削点Ｂにおけるロータの外形面はＺ軸方向
のみならずＸ軸、Ｙ軸方向にも傾斜するので、砥石車（
２）はｘＳｙＳｚの３軸方向に移動されることとなる。

また素材のＺ軸のまわりの回転につれて偏心中心のＸＹ
座標は変化するので、この偏心量の補正を上記した工具
補正に重畳させる必要がある、更にｚ１断面の研削終了
後にこれに隣接するＺ２断面へ研削する断面を移動する
際には、位相のずれが生ずるのでこれを補正する分だけ
素材をＺ軸のまわりに回転させる必要がありこの位相補
正をも重畳させる必要がある。

このように工具補正と、偏心量補正と、位相補正とを重
畳させた計算値に従って砥石車（２）をＸ、Ｙ、Ｚの３
軸方向に移動させるとともに、素材を２軸のまわりに回
転させる制御を行えばこのようなロータを正しく研削加
工することができることとなり、Ｚ軸まわりの回転を１
軸（Ｃ軸）と考えて以上の方法を４軸制御と称する。

なお、以上の説明では砥石車（２）をＹ軸方向に移動さ
せつつ各Ｚ！断面を順次研削加工するものとして説明し
たが、旋盤によりねじ切りを行う場合のように砥石車（
２）のＸ軸およびＹ軸方向の位置を固定しておき、セラ
ミック質の素材をＣ軸のまわりに回転させつつ砥石車（
２）をＹ軸方向に移動させつつ研削加工する方法を取る
こともできる。　　。

以下に工具補正の補正ベクトルＩＫの算出方法の概略を
説明する。第４図に示すようにロータの基準線から研削
点ＢまでのＸＹ千面におけるふれ角度をθ、ロータの形
状ベクトルを＋ｒ（Ｚ、θ）とする。砥石車（２）とロ
ータとが研削点Ｂで接するためには、その法線ベクトル
上に砥石車（２）の先端断面中心Ｇを動かせばよい。研
削点Ｂおけるθ方向における接線ベクトルはａ１ｒ／ａ
θで表わされ、またＹ軸方向の位置をＺとするとその接
線ベクトルは９＋ｒ／９Ｚで表わされる。故に任意点に
おける法線ベクトルは各接線ベクトルの外積＋ｎ　＝９
＋ｒ／ａθｘ　ａｉｒ／　ａ　Ｚで決定される。実際に
は砥石車の曲率半径の長さＰだけ補正するため、補正ベ
クトルＩＫは、１Ｋ＝ｐＨｏＩ　　で求めることができ
る。

〈３軸制御の場合〉 上記の４軸制御の場合には、砥石車（２）をＸ、Ｙ、Ｚ
の３軸方向に移動させる必要があるため、研削盤の構造
及び制御機構が極めて複雑化することとなる。そこで砥
石車（２）の移動方向をＸ、Ｚの２軸方向にのみ限定し
て第１図及び第３図の紙面と垂直なＹ軸方向には移動さ
せないようにしたのが以下に記す３軸制御である。

３軸制御の場合には、第５図に示されるように砥石車（
２）の回転軸ｆｌｌはＹ＝ＯのＸ軸上に固定される。こ
のためロータ上の研削点Ｂ＋　を研削したい場合に４軸
制御では砥石車（２）の回転軸（１１を点０１に位置さ
せて研削加工を行っていたのに対し、３軸制御の場合に
は回転軸（１）を第４図の点０２に位置させて研削点Ｂ
ｔの研削を行うようにする。この点０□は、ロータの偏
心中心ｅを中心とし、半径がＤ／２＋Ｈの円とＸ軸との
交点として計算により求められる。ここでＤはロータの
直径、Ｒは砥石車（２）の回転軸＋１１から研削点Ｂま
での半径であるが、Ｒの値は、工具補正等によって砥石
車（２）の先端部（３）と素材との接触点が常に変動す
るのでこれに応じて変動する値である。このようにして
３軸制御のために回転軸（１）を位置させるべきＸ軸上
の点０２を全周にわたって計算し、各点ｏ２について前
述したような工具補正、偏心補正、位相補正を重畳させ
、その計算値に基いて砥石車（２）をＸ、２両軸方向に
のみ移動させつつ研削加工を行えば、４軸制御と同様に
完全な研削加工が行えることとなる。

以下に３軸制御の場合の補正ベクトルの算出方法を簡単
に説明する。砥石車（２）とロータとの相対位置は、第
６図の状態からスタートして第７図、第８図、第９図、
第１０図の４つのパターンを描きながら変化するのであ
るが、素材の基準線とＸ軸との間の角度をφとし、ロー
タの中心と砥石車（２）の回転軸（１）とを結ぶ直線と
基準線との間の角度をθとすると、第７図と第８図の状
態ではφ−θ＋α、第９図と第１０図ではφ−θ−αの
関係が成立するので、まずこれを利用して角度φに対す
るθとＲ（砥石車の研削半径であり、常に変動する）と
の関係を求める。この関係をｆ（θ）　　＝ｇ（Ｒ１−
）、ｈ（Ｒ）　＝ｋ（θ）と置き、φ＝φ。の場合を考
えると、 ｆ（θ）　　−ｇ（Ｒ，φ）１→。＝Ｆ（θ、Ｒ）＝Ｏ
ｈ（Ｒ）　−ｋ（θ）　　　　　＝Ｇ（θ、Ｒ）−〇の
非線形連立方程式となるので、これをニュートンーラフ
ラン法等により解いてＲとθとを求める。そして素材の
中心と砥石車（２）の回転軸＋１１との間のＸ軸上の距
離Ｓの座標値がＸとなり、砥石車（２）のＹ軸方向の補
正量ΔＺはロータの法線ベクトルにおけるＺ成分に相当
するため、印可ｎ（θ、Ｚ）であるから ΔＺ　＝　Ｉｎｓ　−（９＋ｒ／θθｘ　ａｉｒ／　Ｅ
３Ｚ　）　ｚとなり、このときのＳとΔＺを求めれば補
正ベクトルが得られることとなる。

（発明の効果） 本発明は以上の説明からも明らかなように、セラミック
質の素材の外周面を摩耗の極めて小さいラウンド砥石に
よりその周囲の素材を余分に削り取ることなく正確に研
削加工して一軸偏心ねじポンプのロータを製造すること
ができるものであり、これによって耐熱性、耐薬品性等
に優れたセラミック製のロータを工業的に製造すること
を可能としたものである。またこのような加工はマイク
ロコンピュータによって予め砥石軸の位置を計算してお
き、その計算値に基づきＮＧ研削盤等によって行うこと
ができるので、加工精度を１０４額以上まで高めること
ができるとともに、砥石車の摩耗をも計算値に折り込む
ことができるので、極めて高精度の加工が行えるもので
ある。よって本発明は従来のこの種技術の問題点を解決
したものとして、産業の発展に寄与するところは極めて
大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はロータと砥石車との関係を示す正面図、第２図
はその斜視図、第３図は工具補正を説明する要部を拡大
した正面図、第４図は４軸制御の補正ベクトルの求め方
を説明するための側面図、第５図は３軸制御の概念を説
明する側面図、第６図〜第１０図は３軸制御におけるロ
ータと砥石車の相対位置の変化を示す側面図である。 （２）：砥石車、Ｂ：研削点、Ｇ：砥石車の先端断面中
心。 特許出願人　　日本碍子株式会社 代　　理　　人　　　　名　　嶋　　明　　部間　　　
　　　　　　　綿　　貫　　達　　離開　　　　　　　
　　　山　　本　　文　　夫第１図 第２図 第３図 第　４　図　　　　　　　　　Ｘ軸 第５図 × 第６図　　　　　第７図 第８図　　　　　第９図 第１Ｏ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミック質の素材の外周面を砥石車により研削して、
   中心軸に垂直でかつ偏心した円板が中心軸まわりに等速
   円運動を行いながら中心軸方向に等速移動した形状のロ
   ータを製造するにあたり、砥石車としてその先端部の断
   面形状が丸いラウンド砥石を用いるとともに、中心軸に
   垂直な円形断面上の各点について各点におけるロータの
   曲面に法線方向から接することのできる砥石車の位置を
   予め計算しておき、その計算値に従って砥石車を中心軸
   方向及び少なくともこれに垂直な一軸方向に移動させつ
   つ順次研削を行うことを特徴とする一軸偏心ロータの研
   削加工法。