(57)【要約】【課題】より低コストで高精度加工、加工の高速化を図り、エンドミルの長寿命化を実現することができるスクロール部材の加工方法を得ること。【解決手段】スクロール圧縮機におけるスクロール部材を、外周切れ刃の数が１０枚〜１６枚の多刃エンドミル１１を使用してエンドミル加工するようにしたものである。【選択図】図４
2010162628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクロール圧縮機におけるスクロール部材を、外周切れ刃の数が１０枚〜１６枚の多刃エンドミルを使用してエンドミル加工することを特徴とするスクロール部材の加工方法。
【請求項２】
前記多刃エンドミルは、直径が８ｍｍ〜１５ｍｍ、底面中央に直径が４ｍｍ〜８ｍｍの浅穴を有し、捩れ角が４０°〜５０°であることを特徴とする請求項１記載のスクロール部材の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール圧縮機におけるスクロール部材をエンドミルを使用してエンドミル加工するスクロール部材の加工方法、特により低コストで高精度化、高速化を図り、エンドミルの長寿命化を実現させるようにしたスクロール部材の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール圧縮機におけるスクロール部材の加工に使用するエンドミルは、切削工具の一種であり、一般的によく知られているドリルに似た工具である。
図１２は、一般的に使用されているエンドミルの底面図と側面図を示したものである。図１２に示すように、エンドミル２１は、軸体である本体の外周に切れ刃である外周刃２２を、本体の底面に切れ刃である底刃２３を有しており、エンドミル自体の回転運動と上下左右の送り運動により加工材を削り取っていく。
１本のエンドミルで肩削り、外周削り、溝削りをはじめ、曲面削り、穴加工も可能な多機能工具であり、スクロール部材の加工にも用いられる。
このエンドミル加工において、更なる高精度化を実現する手段の１つとして、切れ刃の数の増加がある。切れ刃の数が増加すると、加工材に作用する切れ刃の数が増え、１枚当たりの切削幅が小さくなり、より細かく削り取っていくような加工になり、加工面が良好になる。
【０００３】
しかし、切れ刃の数を増加させると、エンドミルの隣り合う切れ刃同士の間隔が狭くなり、切り屑が排出される空間であるチップポケットが少なくなり、切り屑の排出性が悪くなり、加工中に切り屑が詰まったりして加工面の著しい悪化やエンドミルの破損に到ってしまう場合がある。そのため、やみくもに切れ刃の数を増加させれば良いというわではなく、切り屑の排出性を考慮して切れ刃の数を決定しなくてはならない。
以上の理由により、一般の市販品では荒加工から仕上げ加工までを汎用的に網羅する切れ刃の数が２〜８枚のエンドミルが主流である。
【０００４】
スクロール部材の一般的なエンドミル加工において、エンドミルの冷却や切り屑排出性の向上のために、クーラント（冷却水、油）が供給されている。
スクロール部材のエンドミル加工は、深溝加工であり、スクロール部材がクーラントの侵入に対して障壁となり、切削点にクーラントが十分に供給されにくい加工である。
そして、エンドミルの刃先にクーラントの供給不足が起こると、切削による刃先の摩擦熱を抑制することができず、構成刃先の生成、欠落による刃先のチッピングや通常摩耗が大幅に増加し、また切り屑の排出性が悪化して加工面の精度の悪化やエンドミルの破損に繋がってしまう。
つまり、スクロール部材のエンドミル加工においては、この摩擦熱などの加工熱の抑制と切り屑の排出性の向上が重要になってくる。
そこで、このような要求を満足させるための従来の技術として、エンドミルにクーラントの導通穴を開けて、エンドミルの中からクーラントを強制潤滑させることによって、よりエンドミル切削点への良好なクーラント供給を可能にし、スクロール部材における切削精度の確保とエンドミルの長寿命化を目的としたものがある（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９２３２号公報（第１頁、図１）
【特許文献２】特開平７−２４６５号公報（第１頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来技術は、エンドミルにクーラントの導通穴を開け、エンドミルの中からクーラントを強制潤滑させることによって、よりエンドミル切削点への良好なクーラント供給を可能にし、スクロール部材における切削精度の確保とエンドミルの長寿命化を目指しているが、エンドミルに導通穴を開けることで、エンドミル自体の剛性が弱くなり、また、設備側のスピンドル系にもクーラント用の穴を開けなくてはならず、設備の仕様を変更しなくてはいけないため、コスト高になる等といった問題点があった。
また、このスクロール部材の高精度加工面を実現するために、荒加工、中仕上げ加工、仕上げ加工のように従来より加工の工程数を増やしている。そのため、使用する工具の数が増え、工具費が高くなる。この高精度加工面を有するスクロール部材である揺動スクロールと固定スクロールにかかる工具費は、スクロール圧縮機にかかる全体の工具費の約５０％を占めている。また、工程数の増加により加工時間も大幅に増加してしまう。
【０００７】
このように、スクロール圧縮機のスクロール部材の加工においては、多大な工具費と加工時間をいかに抑制できるかが課題とされてきた。
また、近年圧縮機の性能向上として、いかに要素部品の加工精度を上げ、圧縮ガスの漏れなどのロスを無くすかということが注目されるようになってきており、スクロール圧縮機においても一番重要な部分であるスクロール部材の更なる加工精度の向上が求められているのが現状である。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、より低コストで高精度加工、加工の高速化を図り、エンドミルの長寿命化を実現することができるスクロール部材の加工方法を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るスクロール部材の加工方法は、スクロール圧縮機におけるスクロール部材を、外周切れ刃の数が１０枚〜１６枚の多刃エンドミルを使用してエンドミル加工するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るスクロール部材の加工方法においては、スクロール圧縮機におけるスクロール部材を、外周切れ刃の数が１０枚〜１６枚の多刃エンドミルを使用してエンドミル加工するようにしたので、スクロール圧縮機におけるスクロール部材の加工における加工面精度の向上が実現でき、圧縮室からの圧縮ガスの漏れや摺動摩擦の減少に繋がり、圧縮機の性能を改善することができると共にエンドミルの刃先のチッピングや摩耗が抑制されるため、エンドミルの寿命が伸び、さらに加工スピードの高速化が可能になるため、スクロール圧縮機のスクロール部材にかかっていた多大な加工時間を減少させることができ、生産性の大幅な改善を行うことができるという効果がある。
また、エンドミルを多刃エンドミルに変えるというだけで、設備の仕様変更や新しい装置を導入するというものではないため、より低コストで効果を生み出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態のスクロール部材の加工方法が実施されるスクロール圧縮機の構造を示す断面図。
【図２】同スクロール部材の加工方法による加工の様子を示す斜視図。
【図３】同スクロール部材の加工方法による加工の様子を示す断面図。
【図４】同スクロール部材の加工方法に使用される多刃エンドミルの底面図と側面図。
【図５】多刃エンドミルの加工テスト結果を示すグラフ。
【図６】回転数、送り速度一定での６枚刃と１２枚刃のエンドミルの１回転における被削材の理想加工断面形状を示す説明図。
【図７】回転数一定での、６枚刃と１２枚刃（送り２倍）エンドミルの１回転における被削材の理想加工断面形状を示す説明図。
【図８】エンドミルの刃径に対する価格の関係を示すグラフ。
【図９】エンドミルの刃径と寿命に至る加工数の関係の一例を示すグラフ。
【図１０】エンドミルの刃径と加工数１当たりのコストの関係を示すグラフ。
【図１１】エンドミルの捩れ角と切削抵抗の分力の関係を示す説明図。
【図１２】一般のエンドミルの底面図と側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態．
図１は本発明の実施の形態のスクロール部材の加工方法が実施されるスクロール圧縮機の構造を示す断面図、図２は同スクロール部材の加工方法による加工の様子を示す斜視図、図３は同スクロール部材の加工方法による加工の様子を示す断面図、図４は同スクロール部材の加工方法に使用される多刃エンドミルの底面図と側面図、図５は多刃エンドミルの加工テスト結果を示すグラフ、図６は回転数、送り速度一定での６枚刃と１２枚刃のエンドミルの１回転における被削材の理想加工断面形状を示す説明図、図７は回転数一定での、６枚刃と１２枚刃（送り２倍）エンドミルの１回転における被削材の理想加工断面形状を示す説明図、図８はエンドミルの刃径に対する価格の関係を示すグラフ、図９はエンドミルの刃径と寿命の関係を示すグラフ、図１０はエンドミルの刃径と加工数１当たりのコストの関係を示すグラフ、図１１はエンドミルの捩れ角と切削抵抗の分力の関係を示す説明図である。
【００１３】
まず、本発明の実施の形態のスクロール部材の加工方法が実施されるスクロール圧縮機について説明する。
スクロール圧縮機は、冷凍・空調機器などに用いられる装置であり、図１に示すように、密閉容器１内に固定子２ａと回転子２ｂからなるモータ２及びモーター２により駆動される圧縮機構部を内蔵し、底部には圧縮機構摺動部を潤滑及びシールするための冷凍機油３が貯留されている。
このスクロール圧縮機は、低圧の吸入ガスが吸入管４から固定スクロール５及び揺動スクロール６の板状渦巻歯で形成される圧縮室７に入る。モーター２に連結されたクランクシャフト８により駆動される揺動スクロール６は偏心旋回運動を行うとともに圧縮室７の容積を減少させる。この圧縮工程により吸入ガスは高圧となり、固定スクロール５の吐出ポート９より吐出され、密閉容器１内を高圧雰囲気で満たし、やがて吐出管１０から圧縮機外に放出される。
【００１４】
かかるスクロール圧縮機にとって圧縮室７での圧縮ガスの漏れや摺動摩擦は、圧縮機の性能や信頼性の低下へ直結するため、その圧縮室７を構成している揺動スクロール６と固定スクロール５のスクロール部材には、非常に高い寸法精度と加工面形状が必要とされている。
また、図２、図３に示すように、エンドミル１１の冷却や切り屑排出性の向上のためにクーラント（冷却水、油）１２が供給され、深溝加工を行うものであり、スクロール部材である例えば揺動スクロール６はクーラント１２の侵入に対して障壁となり、切削点にクーラント１２が十分に供給されにくい加工となるものである。また、スクロール部材である固定スクロール５も同様に、切削点にクーラント１２が十分に供給されにくい加工となる。
【００１５】
次に、本発明の実施の形態のスクロール部材の加工方法に使用されるエンドミルの構成について図４に基づいて説明する。
このエンドミルは、図４（ａ）に示すように、外周切れ刃の数が１２枚、刃の直径が１１mmである多刃エンドミル１１である。 
また、図４（ａ）からも分かるように、多刃エンドミル１１の底面は、中央に直径５mm、深さ１mmの浅穴が開けてあり、浅穴の部分は切れ刃が無い。
通常、小径のエンドミルの底面に多くの切れ刃を形成しようとした場合、隣同士の刃の間隔が狭くなり、また中央部に近づくに従ってさらに刃の間隔が狭くなるため、その分幅の薄い砥石が必要となり、従来の砥石の大きさではうまく形成できない。
しかし、この浅穴を開けることにより、従来の大きさの砥石でも刃径１１mmという小径においても１２枚もの外周切れ刃を形成することができることとなった。
このように、１２枚刃の多刃エンドミル１１は、刃の直径が１１ｍｍ、底面中央に直径５mm、深さ１mmの穴が開けてあり、捩れ角θ1が４６°、外周切れ刃のすくい角θ2が４°、２番逃げ角θ3が６°、底面切れ刃のすくい角θ4が１．５°、２番逃げ角θ5が７°に設定されている（図４の（ａ）、（ｂ）を参照）。
【００１６】
図５のグラフは、１２枚刃の多刃エンドミル１１の加工テストを行った結果を示す。
被削材は、鋳鉄品であるＦＣ２５０の揺動スクロール６であり、回転数３０００rpm、送り速度２２００mm/min、切り込み（軸方向）１９．２mm、切り込み（軸と直角方向）０．１５mm、1個当たりの切削長はスクロール部材の内外溝面の合計１０００mmであり、それの２０００個分の加工を行った。
ここで、横軸は加工数、縦軸はいかに加工面が凸凹しているかという評価項目である真直度の値である。
また、比較のために、従来の６枚刃のエンドミルにおける加工テストの結果も記載してある。この６枚刃エンドミルは、刃の直径１１mm、捩れ角４５°と本発明の１２枚刃のエンドミルと切れ刃の数以外は、ほぼ同じ仕様である。
【００１７】
図５から分かるように、加工初品において１２枚刃は真直度４μm、６枚刃は７μmであり、多刃エンドミル１１である１２枚刃は、６枚刃よりおよそ４０%もの加工精度の向上を示している。
また、エンドミルの寿命を真直度１０μmに達した時点だとすれば、６枚刃では加工数２０００個までだが、１２枚刃では加工数４０００個まで加工が可能であり、エンドミルの寿命が多刃にすることで２倍に向上していることが分かる。
これは、切れ刃の数が多くなると、1刃当たりの切削量が減少するからである。つまり、１刃にかかる切削抵抗や発生する加工熱が減少するので、構成刃先の生成、欠落による刃先のチッピングや通常摩耗が抑制され、工具の長寿命化が可能になる。
【００１８】
図６は回転数、送り速度一定での６枚刃と１２枚刃のエンドミルの１回転における被削材の理想加工断面を示している。
このように、切れ刃の数が多くなると、切れ刃の当たる回数が増加し、図６に示すように、切れ刃の当たる回数が多ければ多いほど加工面の凸凹が小さくなり加工面形状が良好になる。
また、図７に示すように、１２枚刃のエンドミルにおいて回転数を一定にして送りを２倍に上げても理論的には６枚刃と同じ加工面形状を得られる。つまり、刃数が増えた分、送りを上げることが出来る。
【００１９】
本発明のスクロール部材の加工方法は、スクロール部材の加工に、従来のエンドミルより切れ刃の数を増加させた多刃エンドミル１１を使用してエンドミル加工を行うことである。
前述したように、切れ刃の数を増加させ過ぎると、チップポケットが減少し、切り屑の排出性の悪化が懸念される。
しかし、スクロール部材の仕上げ加工においては、多刃エンドミル１１の切り取り幅が０．５mm以下と小さいため、小さな切り屑しか発生せず、切り屑の排出性をあまり考慮しなくても良いため、エンドミルの切れ刃を１２枚の多刃にすることが可能である。
【００２０】
図８は、エンドミルの刃径と価格の関係を示すグラフである。この図８のグラフに示すように、エンドミルの値段は、刃の径が大きくなるにつれ、素材も大きなものが必要とされ、また加工費も多くかかるため、値段は２次曲線的に高くなる。
また、刃の径が小さくなるにつれ、素材費、加工費ともに安価ですむのだが、刃の径が一定以下に小さくなると、それ以下では低需要であるため、値段はあまり下がらない。
【００２１】
図９は、エンドミルの刃径と寿命に至る加工数の関係の一例を示すグラフである。この図９のグラフに示すように、一般に刃の径が大きくなるにつれて、エンドミルの剛性が高くなり、また切れ刃の数も増加できるので２次曲線的に寿命は増加する。
しかし、逆に径が５mm以下くらいになると、刃の数は制限され、寿命も横ばいになる。
図１０は、図８のエンドミルの値段を図９の寿命で除した、つまり加工数１個あたりにかかるツールコストであり、刃径が１１mm前後でこのコストは最も安くなっており、本発明はこの範囲においての更なるコスト低減を目指している。
【００２２】
また、図１１に示すようにエンドミルの捩れ角が大きくなると、切削抵抗の分力の１つである送り分力が低減し、その分だけ送り速度を上げられるなど、より高能率な加工ができるが、大きくなりすぎると軸方向の分力が強く働くようになり、薄肉加工物の切削では、加工物を上方に持ち上げる力が働くので、びびり振動を誘発することやホルダからエンドミルが抜けやすくなってしまう。
そのため、本発明ではより高能率化を目指すと共に、精度・信頼性を両立できる捩れ角４０°〜５０°を狙いとする。
【００２３】
上記実施の形態１に使用される多刃エンドミル１１は、刃の直径が１１ｍｍ、底面中央に直径５mm、深さ１mmの穴が開けてあり、外周切れ刃の数が１２枚、捩れ角θ1が４６°、外周切れ刃のすくい角θ2が４°、２番逃げ角θ3が６°、底面切れ刃のすくい角θ4が１．５°、２番逃げ角θ5が７°に設定されているが、多刃エンドミル１１について、刃の直径が８ｍｍ〜１５ｍｍで、底面中央に直径が４〜８ｍｍの浅穴を有し、外周切れ刃の数が１０枚〜１６枚で、捩れ角θ1が４０°〜５０°であって、外周切れ刃のすくい角θ2が２°〜１０°で、２番逃げ角θ3が６°〜８°で、底面切れ刃のすくい角θ4を１°〜４°で、２番逃げ角θ5が６°〜８°の範囲にあるものも、上記１２枚刃の多刃エンドミル１１と略同様の効果を有する。
【符号の説明】
【００２４】
１  密閉容器、２  モーター、３  冷凍機油、４  吸入管、５  固定スクロール、６  揺動スクロール、７  圧縮室、８  クランクシャフト、９  吐出ポート、１０  吐出管、１１  多刃エンドミル。
【図１】
2010162628.tif 000003
【図２】
2010162628.tif 000004
【図３】
2010162628.tif 000005
【図４】
2010162628.tif 000006
【図５】
2010162628.tif 000007
【図６】
2010162628.tif 000008
【図７】
2010162628.tif 000009
【図８】
2010162628.tif 000010
【図９】
2010162628.tif 000011
【図１０】
2010162628.tif 000012
【図１１】
2010162628.tif 000013
【図１２】
2010162628.tif 000014