(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さと高さとを有し、インボリュート曲線よりなるラップが鏡板面より直立するスクロールラップをエンドミルで加工する加工法において、
前記ラップの外側面では該外側面の曲率半径とエンドミル半径とエンドミル送り速度とにより決まるエンドミル移動方向の面粗さが一定となるように、該外側面の曲率半径の減少に応じて該エンドミルの送り速度を減少させて加工し、
前記ラップの内側面では該内側面の曲率半径と該エンドミル半径とエンドミル送り速度とにより決まる該内側面と該エンドミルとの最大接触長さに反比例するように該内側面の曲率半径の減少に応じて該エンドミルの送り速度を減少させて加工することを特徴とするスクロールラップの加工法。
【請求項２】
エンドミルをスクロールラップの底面に非接触にして、該エンドミルの外周刃を用いて該スクロールラップの外側面もしくは内側面を加工することを特徴とする請求項１記載のスクロールラップの加工法。
【請求項３】
エンドミルをスクロールラップの外側面及び内側面に非接触にして、該エンドミルの底面刃を用いて該スクロールラップの底面を加工することを特徴とする請求項１記載のスクロールラップの加工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用ルームエアコン、真空ポンプ、カーエアコンおよび空気圧縮機などに使用されるスクロール圧縮機の圧縮室を形成する旋回スクロールおよび固定スクロールのラップ内外側面と底面とを加工するスクロールラップの加工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インボリュート曲線形状のスクロールラップをエンドミルで仕上げ加工する加工法に関しては、特開平４−２８４５０９号公報、特開平７−１６４２３１号公報などに記載される方法があり、これらはエンドミルの送り速度をインボリュート曲線の曲率半径に応じて制御するものである。これを図１１により、旋回スクロールのラップをエンドミルで仕上げ加工する場合について説明する。
【０００３】
まず、特開平４−２８４５０９号公報記載の加工法について説明する。図１１（ａ）は、エンドミル１２によるスクロールラップの外側面１１ａの加工法を示す。エンドミル１２は外側面１１ａを形成するように移動して加工するが、この時のエンドミルの送り速度は、エンドミル１２と外側面１１ａとの接触点で一定値Ｆとなるように制御する。この一定値Ｆを得るために、ＮＣ工作機械（図示せず）が、エンドミル１２の中心の送り速度を曲率半径Ｒに応じて変化させるものである。
【０００４】
次に、特開平７−１６４２３１号公報記載の加工法について説明する。
図１１（ｂ）は、エンドミル１２による内側面１１ｂの加工法を示している。内側面１１ｂの加工では、エンドミル１２の切削弧長Ｓが内側面１１ｂの曲率半径により顕著に変化する。曲率半径Ｒが小さい方が切削弧長Ｓは長く、切削弧長Ｓが長いほどエンドミル１２に作用する切削抵抗は増大する。特に、内側面１１ｂの曲率半径Ｒが小さくなる中心部分で切削弧長Ｓの増大が顕著となり、切削抵抗の増大も顕著である。この切削抵抗の増大は、加工精度を劣化させる原因となる。そこで、切削抵抗の増大を防止するため、切削弧長Ｓの増大に応じてエンドミル１２の送り速度を減少させるように変化させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のスクロールラップの加工法では、エンドミルの送り速度の制御方法に関し、以下の点に関して配慮されていなかった。
【０００６】
その第１点は、切削点におけるエンドミル送り速度を一定にして加工すると、ラップの曲率半径の減少にともなって加工面の面粗さが変化する点である。特に、外側面の曲率半径の小さい部分で面粗さの悪化が顕著となる現象であった。
【０００７】
次に、曲率半径とエンドミル半径とによって決まる切削弧長に対応してエンドミル送り速度を制御する方法では、エンドミルが接触している長さを判定するのにエンドミルの送り量が考慮されていなかった。切込み量が非常に小さい仕上げ加工では、エンドミルの送り量もエンドミルが接触している長さに影響を与える。特に、エンドミルが接触する長さが増大する内側面の中心部分の加工でエンドミル送り量の影響が顕著となる現象があった。このため、内側面の中心部分で切削抵抗が増大して、曲線形状の精度が悪化していた。
【０００８】
第２点は、エンドミルは通例、側面と底面に切れ刃を有し、側面単独の加工も、側面と底面の同時加工も可能であり、スクロールラップの仕上げ加工にあたって、試行錯誤的に行われていた。
【０００９】
上述するように、エンドミルの送り速度の制御法と加工法とに関し、試行錯誤的に加工実験を繰り返す非効率的な作業であった。
【００１０】
本発明の目的は、スクロール圧縮機の圧縮室を形成する旋回スクロールおよび固定スクロールのラップ内外側面と底面とを高精度、かつ効率的に仕上げ加工を行うことが可能なスクロールラップの加工法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、厚さと高さとを有し、インボリュート曲線よりなるラップが鏡板面より直立するスクロールラップをエンドミルで加工する加工法において、前記ラップの外側面では該外側面の曲率半径とエンドミル半径とエンドミル送り速度とにより決まるエンドミル移動方向の面粗さが一定となるように、該外側面の曲率半径の減少に応じて該エンドミルの送り速度を減少させて加工し、前記ラップの内側面では該内側面の曲率半径と該エンドミル半径とエンドミル送り速度とにより決まる該内側面と該エンドミルとの最大接触長さに反比例するように該内側面の曲率半径の減少に応じて該エンドミルの送り速度を減少させて加工する、ことによって達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図によって説明する。
本発明に係る加工法の実施例を旋回スクロールを対象として図１ないし図１０によって説明する。対となる固定スクロールを加工対象とする場合でも、スクロールラップの渦巻き方向が反対となるのみで、加工法は同様である。
【００１４】
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）はエンドミルの移動経路を示す説明図、図２はインボリュート曲線を示す図、図３（ａ）（ｂ）は円筒外面の面粗さ形成を示す図、図４は円筒内面の面粗さの形成を示す図、図５は面粗さの変化を示す図、図６は、円筒外面の最大接触長さを示す図、図７は、円筒内面の最大接触長さを示す図、図８は、最大接触長さの変化を示す図、図９（ａ）（ｂ）は、エンドミルの送り速度の例を示す図、図１０（ａ）（ｂ）は、エンドミルのスクロールラップの内外側面もしくは底面の加工状況を示す図である。
【００１５】
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）において、１は旋回スクロール、１ａはラップ、１ｂは外側面、１ｃは内側面、１ｄは底面、１ｆは外側面加工開始点、１ｇは外側面加工終了点、１ｈは内側面加工開始点、１ｉは内側面加工終了点、１ｊは底面加工開始点、１ｋは底面加工終了点、２は側面加工用エンドミル、３は底面加工用エンドミルである。
【００１６】
また、図３、図６、図７において４は円筒面、図１０（ａ）（ｂ）において、２ａは外周刃、２ｂは底面刃、３ａは外周刃、３ｂは底面刃である。
まず、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）により、エンドミルの軌跡を説明する。
（ａ）に示す旋回スクロール１のラップ１ａにおいて、側面加工用エンドミルを外側面１ｂの外側面加工開始点１ｆから中心方向に向って、外側面加工終了点１ｇまで移動させる。
【００１７】
次に、（ｂ）に示す側面加工用エンドミル２を中心部分で折り返し、内側面加工開始点１ｈから外周方向に向って内線加工終了点１ｉまで移動させる。
続いて、（ｃ）に示す底面加工用エンドミル３の中心を底面１ｄの加工開始点１ｊより底面加工終了点まで移動させる。底面加工用エンドミル３の直径はラップ１ａの溝幅より小さいものであって、外側面１ｂ、内側面１ｃに接触することはない。
【００１８】
以上のエンドミル２および３の一連の移動によって外側面１ｂ、内側面１ｃおよび底面１ｄの仕上げを行う。
なお、上記の実施例では、外側面１ｂ、内側面１ｃおよび底面１ｄの順で加工しているが、この順序の組み合わせはこの他であってもよい。また、側面加工用エンドミル２と底面加工用エンドミル３を別個に示しているが、同一のエンドミルであることを妨げない。
【００１９】
ここで、図２ないし図９により、外側面１ｂおよび内側面１ｃの加工におけるエンドミルの送り速度の決定方法を説明する。
図２は、スクロールラップ１ａを規定しているインボリュート曲線を示す。図において、インボリュート曲線上の点(Ｘ，Ｙ)は、Ａを基礎円半径、θを伸開角、αを位相角とすると、以下の数式１で表される。
【００２０】
【数１】
0003697360.tif 000002
【００２１】
曲率半径Ｒは伸開角θにおいて、以下の数式２で表される。
【００２２】
【数２】
0003697360.tif 000003
【００２３】
数式２に示されるように、インボリュート曲線の曲率半径Ｒは伸開角θに比例して変化する。このように曲率半径Ｒが変化する条件における加工精度の変化のうち、面粗さの変化について、図３ないし図５により説明する。
【００２４】
図３（ａ）（ｂ）は、外側面における面粗さの形成を示している。
加工する側面エンドミル２に２枚刃エンドミルの例をとると、(ａ)で示す断面形状となる。このエンドミル２は２枚の切れ刃Ａ（１）、Ａ（２）があり、自転しながら移動することで切削加工する。自転によって、切れ刃Ａ（２）の位置まで切れ刃Ａ（１）が回転する間に、エンドミル２が移動する距離を一刃の送りと称しＦで示す。なお、エンドミル２の送り速度は、この一刃の送りＦと刃数とエンドミル２の回転数の積で求まる。
【００２５】
なお、以下、エンドミル２の表示を単に円で示す。
(ｂ)では、曲率半径Ｒの円筒面４の外周を加工するように、半径Ｗの側面エンドミル２が移動している。側面エンドミル２の中心をＰ点から一刃の送りＦだけ加工した後の側面エンドミル２の中心をＱ点とする。一刃の送りＦは弧ＢＣの長さに等しく設定する。ここで、３つの円すなわち円１、円２、円３で囲まれた部分が曲率半径Ｒの円筒面４を半径Ｗの側面エンドミル２で加工した後の削り残し部分で、この削り残し部分の最大高さＴが曲率半径Ｒの円筒面４における理論的な面粗さとなる。スクロールラップ１ａ（図１参照）はインボリュート曲線で、連続的に曲率半径が変化する曲線であるが、実用上は側面エンドミル２の一刃の送りＦは微少であるため、ある一刃の送りＦの一区間に着目する限り、円弧で近似可能である。なお、Ｕは取り代（削り代）である。
【００２６】
理論面粗さＴは線分ＤＥの長さであり、線分ＨＥから線分ＧＨとＤＧの長さを差し引いた値であるから、以下に導く数式３により決定される。
一方、図４に示す配置で、曲率半径Ｒの円筒４の内面を加工する場合の理論面粗さＴを算出すると、以下の数式４を得る。
ここで、数式３および数式４において、側面エンドミル２の半径Ｗを４ｍｍ、一刃の送りＦを０．３ｍｍとして、曲率半径Ｒが２ｍｍないし５０ｍｍの範囲で理論面粗さを求めて線図にすると図５のようになる。
【００２７】
図において、外側面では、曲率半径Ｒの減少に対応して理論面粗さＴは増加する。例えば、曲率半径５０ｍｍの位置の理論面粗さ３．０μｍに対し、曲率半径
【００２８】
【数３】
0003697360.tif 000004
【００２９】
【数４】
0003697360.tif 000005
【００３０】
２ｍｍの位置の理論面粗さは８．５μｍと２．８倍に大きくなる。一方、内側面１ｃでは、曲率半径Ｒの減少に対して理論面粗さＴは減少する。例えば、曲率半径５０ｍｍの位置の理論面粗さ２．６μｍに対し、曲率半径５ｍｍの位置の面粗さは０．６μｍと２３％に減少し良好になる。
【００３１】
このように、一刃の送りＦを一定にして加工するとスクロールラップ１ａの外側面１ｂでは、曲率半径Ｒの小さい中心の一部分で理論面粗さＴが極端に大きくなる問題を生じる結果となる。
【００３２】
そこで、外側面１ｂの中心部における面粗さの悪化を防止するために、数式３において理論面粗さＴを期待する値で一定値とすればよく、この時の一刃の送りＦは数式３をＦについて解き、以下の数式５になる。
【００３３】
【数５】
0003697360.tif 000006
【００３４】
上記数式５によって、曲率半径Ｒに対応するエンドミルの一刃の送りＦを定めれば、外側面１ｂの面粗さを一定に保つことが可能となる。
【００３５】
次に、エンドミルの最大接触長さが変化する現象を、図６、図７により説明する。
【００３６】
まず、外側面１ｂについて、図３の配置と同様の配置の図６で説明する。
図において、弧ＤＣＩは側面エンドミル２の断面において一刃が接触する最大接触長さで、これをＳで表す。
【００３７】
最大接触長さＳは∠ＤＱＩの大きさをβとすると、
【００３８】
【数６】
0003697360.tif 000007
【００３９】
∠ＯＱＤをγとし、∠ＯＱＩをδとすると、βはγとδの和であるから、
【００４０】
【数７】
0003697360.tif 000008
【００４１】
となる。そこで、内側面１ｃの加工における最大接触長さＳは、数式７を数式６に代入すれば決定できる。
【００４２】
また、図４と同様の図７の配置で、内側面１ｃにおける最大接触長さＳは、上記の数式７を求めたと同様の手法で、∠ＤＱＩの大きさをβとすると、
【００４３】
【数８】
0003697360.tif 000009
【００４４】
【数９】
0003697360.tif 000010
【００４５】
となる。そこで、内側面１ｃの加工における最大接触長さＳは、数式９よりβを求め、数式８に代入すれば決定できる。
【００４６】
ここで、前述の数式６、数式７、数式８、数式９を用い、側面エンドミル２の半径Ｗが４ｍｍ、一刃の送りＦを０．３ｍｍとして、曲率半径Ｒが２ないし５０ｍｍの範囲で最大接触長さＳを求め、線図にすると図８のようになる。
【００４７】
上記の図８の実施例より、外側面１ｂでは曲率半径Ｒの変化に対して最大接触長さＳの変化は比較的小さいが、一方、内側面１ｃでは曲率半径Ｒの小さい中心部分で最大接触長さＳは極端に大きくなる現象を示す。この内側面１ｃの中心部分における最大接触長さＳの急激な増加は、切削抵抗の急激な増加をまねき、エンドミル２の変形を助長して加工精度、特に形状の精度を劣化させる。
【００４８】
この現象を回避するために、内側面１ｃの加工では、最外周部を加工する一刃の送りＦをＦ（ｍａｘ）とし、この時の最大接触長さＳ（ｍｉｎ）として、次の数式１０により曲率半径Ｒの変化に応じて送りＦを求める。
【００４９】
【数１０】
0003697360.tif 000011
【００５０】
上記数式１０より、最大接触長さＳの増加に応じてエンドミル２の一刃の送りＦを適正に減少させることができ、曲率半径Ｒの小さい中心部分で切削抵抗が増大して精度が劣化する現象を防止できる。
【００５１】
上述した、数式５より外側面１ｂにおけるエンドミル２の一刃の送りＦの変化方法を、数式１０より内側面１ｃにおけるエンドミル２の一刃の送りＦの変化方法を求め、線図にするとそれぞれ図９（ａ）、（ｂ）のようになる。例とした条件は、側面エンドミル２の半径Ｗは４ｍｍ、曲率半径Ｒの最大部での一刃の送りＦは０．３ｍｍ、曲率半径Ｒは２ないし５０ｍｍの範囲である。
【００５２】
図９（ａ）（ｂ）の減速パターンにそって加工装置(図示せず)の送り速度指示値を変化させることで、適正なエンドミルの送り速度制御が可能となる。
【００５３】
続いて、エンドミル２のスクロールラップ１ａの内外側面１ｂ、１ｃもしくは底面１ｄの加工状況を図１０により説明する。
【００５４】
外側面１ｂおよび内側面１ｃの仕上げ加工にあたっては、（ａ）に示すように、側面エンドミル２の外周刃２ａのみを接触させ、底面刃２ｃは接触させない（すなわち非接触）。前述した外側面１ｂおよび内側面１ｃの仕上げに最適な一刃の送りは、底面１ｄの加工を考慮していない。
【００５５】
よって、前述した手法によって外側面１ｂおよび内側面１ｃを仕上げるにあたっては、底面１ｄの仕上げに最適な条件の選定とならない。そこで、底面１ｄの仕上げは別工程とするのが得策である。この場合、側面エンドミル２の底面刃２ｃが接触していることは弊害をもたらし、振動発生の要因となるのみで、有為な状況をもたらさない。よって、底面刃２ｃは接触さずに、外側面１ｂおよび内側面１ｃを仕上げる。
【００５６】
底面１ｄは（ｂ）に示すように底面エンドミル３の側面刃３ａは接触させずに、底面刃３ｂのみを用いて仕上げる。底面１ｄの仕上げに最適な条件設定が可能となる。
【００５７】
上述するように、外側面１ｂ、内側面１ｃ、底面１ｄを個別に仕上げることで、それぞれに特有の最適な条件で加工が可能となる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、曲率半径が変化するスクロールラップの加工において、加工部位に最適なエンドミルの送り速度を曲率半径に応じて決定し、良好な加工精度を得ることができる。
また、エンドミルの送り速度を最適にできるので加工時間を短縮でき、このためスクロール圧縮機の生産コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスクロールラップの加工法に係るエンドミルの移動経路を示す説明図である。
【図２】インボリュート曲線を示す説明図である。
【図３】円筒外面の面粗さ形成を示す説明図である。
【図４】円筒内面の面粗さ形成を示す説明図である。
【図５】面粗さの変化を示す線図である。
【図６】円筒外面の最大接触長さを示す説明図である。
【図７】円筒内面の最大接触長さを示す説明図である。
【図８】最大接触長さの変化を示す線図である。
【図９】エンドミルの送り速度の例を示す線図である。
【図１０】エンドミルの接触を示す説明図である。
【図１１】従来のスクロールラップの加工法のエンドミルの移動経路を示す説明図である。
【符号の説明】
１  …旋回スクロール
１ａ…スクロールラップ
１ｂ…外側面
１ｃ…内側面
１ｄ…底面
１ｆ…外側面加工開始点
１ｇ…外側面加工終了点
１ｈ…内側面加工開始点
１ｉ…外側面加工終了点
１ｊ…底面加工開始点
１ｋ…底面加工終了点
２  …側面加工エンドミル
２ａ…外周刃
２ｂ…底面刃
３  …底面加工エンドミル
３ａ…外周刃
３ｂ…底面刃
４  …円筒
Ｆ  …一刃の送り
Ｒ  …曲率半径
Ｔ  …理論面粗さ
Ｕ  …取り代
Ｗ  …エンドミルの半径
【図１】
0003697360.tif 000012
【図２】
0003697360.tif 000013
【図３】
0003697360.tif 000014
【図４】
0003697360.tif 000015
【図５】
0003697360.tif 000016
【図６】
0003697360.tif 000017
【図７】
0003697360.tif 000018
【図８】
0003697360.tif 000019
【図９】
0003697360.tif 000020
【図１０】
0003697360.tif 000021
【図１１】
0003697360.tif 000022