(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタルシャフトの周囲に複数枚の合成樹脂製歯形条を被覆・形成したスクリュロータの成形方法において、該スクリュロータの正規の歯形断面の外周上の任意の一点から同ロータ軸の回転中心までの半径方向距離Ｒから、当該スクリュロータのメタルシャフトの半径Ｒｓ  を減じた値Ｒｄ  に対応する、当該熱硬化性樹脂歯形の成形時における収縮量をΔとしたとき、
Δ＝ακ・Ｒｄ  ／（１−ακ）
α；歯形補正係数＝Ａ・ｃｏｓ  θ
ただし、Ａ；正規歯形の形状に関連して定めた係数
θ；ロータの正規歯形外周上の任意の一点と同ロータ軸の回転中心とを結ぶ半径方向直線と、前記一点における当該正規歯形曲線に対する法線とのなす角、
ただし、θ≧９０°の場合は、すべてθ＝９０°とする。
κ；樹脂の収縮率
とし、前記スクリュロータの成形型の歯形形状を、前記ロータ軸の回転中心と同ロータの正規の歯形断面の外周上の前記任意の一点とを結ぶ直線の延長線上で前記の一点に収縮量Δを加えて歯形内側面を求め、これを連続、繰り返し形成したことを特徴とする樹脂ロータの成形型補正方法。
【請求項２】
メタルシャフトの周囲に複数枚の合成樹脂製歯形条を被覆・形成したスクリュロータであって、該スクリュロータの正規の歯形断面の外周上の任意の一点から同ロータ軸の回転中心までの半径方向距離Ｒから、当該スクリュロータのメタルシャフトの半径Ｒｓ  を減じた値Ｒｄ  に対応する、当該熱硬化性樹脂歯形の成形時における収縮量をΔとしたとき、
Δ＝ακ・Ｒｄ  ／（１−ακ）
α；歯形補正係数＝Ａ・ｃｏｓ  θ
ただし、Ａ；正規歯形の形状に関連して定めた係数
θ；ロータの正規歯形外周上の任意の一点と同ロータ軸の回転中心とを結ぶ半径方向直線と、前記一点における当該正規歯形曲線に対する法線とのなす角、
ただし、θ≧９０°の場合は、すべてθ＝９０°とする。
κ；樹脂の収縮率
とし、前記スクリュロータの成形型の歯形形状を、前記ロータ軸の回転中心と同ロータの正規の歯形断面の外周上の前記任意の一点とを結ぶ直線の延長線上で前記の一点に収縮量Δを加えて歯形内側面を求め、これを連続、繰り返し形成してなる樹脂ロータの補正成形型を用いて成形したことを特徴とする樹脂ロータ。
【０００１】
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュ圧縮機またはスクリュ真空ポンプ、スクリュ膨張機などのスクリュ流体機械に使用する樹脂スクリュロータの成形型の補正方法と、この方法を用いて形成した樹脂製ロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スクリュ流体機械（以下、説明の便宜上、スクリュ圧縮機を例にして記載する。）に組み付けたスクリュロータを、その加工性の向上や重量軽減のために、メタルシャフトの周囲に合成樹脂製のロータ歯形を被覆・形成したものが提案されている。
この種型式の合成樹脂ロータを成形する場合には、使用する樹脂の成形時における収縮量を考慮し、その成形型をあらかじめ大きめに補正して製作することが行なわれている。この補正操作は、所望の歯形形状を備えた樹脂ロータが得られるまでは何回でも、成形型の修正ゃ作り直しが必要であった。
【０００３】
メタルシャフトの周囲に合成樹脂を被覆・成形した樹脂ロータについて、たとえば、特開平４−２０３３８３号公報には、金属インサートに樹脂を被覆して成形する複合ロータにおいて、前記樹脂ロータの歯形外径と金属インサートの外径との（放射方向）比を各個所で略、一定に、かつ、急激な形状変化がないようにして形成し、ロータ成形後の金属と樹脂との接合部に生じがちな残留応力及び熱収縮を均一にするようにした技術が開示されており、これによって、素材内部の応力集中を防ぎ、外形の寸法精度を向上させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、樹脂部材の形状が、スクリュ圧縮機のロータ歯部のように肉厚の変化がある場合、成形時における樹脂の収縮量はそれに応じて不均一であり、精度の高い所望の歯形形状を得ることが難しい。
上述のように、金属インサートの外径と樹脂ロータの歯形外径との比を各個所で略、一定にしようとすれば、金属インサートの外形を複雑に加工しておかねばならない。
また、成形型と金属インサートの外形との位相を合わせた上で加工するという操作が必要となる。
樹脂の収縮を均一なものと見込んで寸法を決めると、歯部の肉厚変化に伴い各部の冷却速度が異なるため、収縮量が比例せず、歯形形状が所望の曲線にならないといった問題がある。
すなわち、収縮量≠型の長さ（収縮前の樹脂の長さ）×樹脂の収縮率という問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、メタルシャフトの周囲に合成樹脂のロータ歯形を形成したスクリュロータにおいて、上述問題点を解消し、ロータ成形時において樹脂材料の冷却速度の差異により生じる収縮量を見込んであらかじめ成形型の歯形形状を補正し、成形・型出し後、所望の歯形形状となるようにした熱硬化性樹脂ロータの成形型補正方法と、この補正方法により補正した成形型を用い、形成した樹脂ロータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下に述べるとおりの各構成要件を具備する。
（１）  メタルシャフトの周囲に複数枚の合成樹脂製歯形条を被覆・形成したスクリュロータの成形方法において、該スクリュロータの正規の歯形断面の外周上の任意の一点から同ロータ軸の回転中心までの半径方向距離Ｒから、当該スクリュロータのメタルシャフトの半径Ｒｓ  を減じた値Ｒｄ  に対応する、当該熱硬化性樹脂歯形の成形時における収縮量をΔとしたとき、
Δ＝ακ・Ｒｄ  ／（１−ακ）
α；歯形補正係数＝Ａ・ｃｏｓ  θ
ただし、Ａ；正規歯形の形状に関連して定めた係数
θ；ロータの正規歯形外周上の任意の一点と同ロータ軸の回転中心とを結ぶ半径方向直線と、前記一点における
当該正規歯形曲線に対する法線とのなす角、
ただし、θ≧９０°の場合は、すべてθ＝９０°と
する。
κ；樹脂の収縮率
とし、前記スクリュロータの成形型の歯形形状を、前記ロータ軸の回転中心と同ロータの正規の歯形断面の外周上の前記任意の一点とを結ぶ直線の延長線上で前記の一点に収縮量Δを加えて歯形内側面を求め、これを連続、繰り返し形成したことを特徴とする樹脂ロータの成形型補正方法。
【０００７】
（２）  メタルシャフトの周囲に複数枚の合成樹脂製歯形条を被覆・形成したスクリュロータであって、該スクリュロータの正規の歯形断面の外周上の任意の一点から同ロータ軸の回転中心までの半径方向距離Ｒから、当該スクリュロータのメタルシャフトの半径Ｒｓ  を減じた値Ｒｄ  に対応する、当該熱硬化性樹脂歯形の成形時における収縮量をΔとしたとき、
Δ＝ακ・Ｒｄ  ／（１−ακ）
α；歯形補正係数＝Ａ・ｃｏｓ  θ
ただし、Ａ；正規歯形の形状に関連して定めた係数
θ；ロータの正規歯形外周上の任意の一点と同ロータ軸の回転中心とを結ぶ半径方向直線と、前記一点における当該正規歯形曲線に対する法線とのなす角、
ただし、θ≧９０°の場合は、すべてθ＝９０°とする。
κ；樹脂の収縮率
とし、前記スクリュロータの成形型の歯形形状を、前記ロータ軸の回転中心と同ロータの正規の歯形断面の外周上の前記任意の一点とを結ぶ直線の延長線上で前記の一点に収縮量Δを加えて歯形内側面を求め、これを連続、繰り返し形成してなる樹脂ロータの補正成形型を用いて成形したことを特徴とする樹脂ロータ。
【０００８】
【作用】
収縮量Δを求める式に、回転中心から放射方向に測った、ロータの正規の歯形（与えられた歯形形状）の断面外周上の任意の一点までの距離Ｒからメタルシャフトの半径Ｒｓ  を減じた値Ｒｄ  を代入して求めた収縮量Δを、前記任意の点を基準にして放射方向に加えた点を連続して求め前記歯形の外側に補正歯形を形成し、この補正歯形を備えた成形型に樹脂を充填・加熱、加圧して成形した熱硬化性樹脂ロータ歯形は、成形後、型出して冷却すると収縮し、所望の歯形形状を備えた樹脂ロータとなって取り出される。
なお、収縮量Δを求める式は、近似式であって、簡単に所望の歯形形状が得られるところに特徴がある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明樹脂製ロータの歯形補正方法の実施形態について図面に沿って説明するが、本実施形態を構成する各要件の中には、本出願当時の業界における通常の技術レベルの範囲内で当業者により各種の変形が可能なものを含むから、格別の理由を示すことなく、本実施形態が開示する特定構成のみに基づいて、本発明の要旨を限定して解することは許されない。
【００１０】
【実施例】
図１は、本発明樹脂ロータの歯形補正方法を説明するための、おすロータ歯形の一実施形態を示す一部断面図で、メタルシャフト１の周りに熱硬化性樹脂ロータ２を形成し、その外形（常温において設計上与えられる形状、通常、正規歯形）の輪郭線を歯形３とする。前記メタルシャフト１は、通常断面が円形であって、長手軸方向にも相似形の断面を有するが、本件発明は、前記シャフトが断面が円形に限られることはない。図中、ロータの回転中心を０とし、歯形３の外周上の任意の一点をａとすると、図中、
Ｏ〜ａ（放射方向）＝Ｒａ
Ｏ〜ａ線とメタルシャフト１の外径との交点をｐとすれば、
Ｏ〜ｐ＝Ｒｓ（メタルシャフトの半径）
ｐ  〜ａ＝Ｒｄａ（樹脂ロータ歯形の放射方向厚さ）
したがって、Ｒａ  ＝Ｒｓ＋Ｒｄａ
【００１１】
歯形３の歯形外周上の任意の一点ａにおける法線ａ〜１４と線Ｏ〜ａの延長線ａ〜４とが挾む角をθａ  （ただし、θａ  ≧９０°の場合は、すべてθａ  ＝９０°として計算する。以下、同様）とし、
歯形３の形状に関連して定まる係数をＡ（係数Ａは、実験結果から定まる値で通常、０．４  〜０．８  ）とし、
熱硬化性樹脂の収縮率をκとしたとき、
樹脂ロータの加熱・成形時から常温まで冷却するときの歯形３の外周上の点ａにおける放射線上の収縮量（通常、熱硬化性樹脂は成形・冷却の過程で収縮する）をΔａ  とすると
Δａ  ＝ακ・Ｒｄａ／（１−ακ）
α；歯形補正係数＝Ａ・ｃｏｓ  θａ
線ａ〜４上に、点ｈを採って、Δａ  ＝ａ〜ｈとする。
点ｈの位置が、歯形外周上の点ａに対応する、樹脂の収縮量Δａ  を補正した歯形の成形型内側面上の点である。
【００１２】
同様に、歯形３の外周上の他の任意の一点をｂとすれば、図中、
Ｏ〜ｂ（放射方向）＝Ｒｂ
Ｏ〜ｂ線とメタルシャフト１の外径との交点をｐとすれば、
Ｏ〜ｐ＝Ｒｓ（メタルシャフトの半径＝ここでは、説明を簡単にするため、一定とする。）
ｐ〜ｂ＝Ｒｄｂ（樹脂ロータ歯形の放射方向厚さ）
したがって、Ｒｂ  ＝Ｒｓ＋Ｒｄｂ
【００１３】
歯形３の歯形外周上の任意の一点ｂにおける法線ｂ〜１５と線Ｏ〜ｂの延長線ａ〜５とが挾む角をθｂ  とし、
樹脂ロータの加熱・成形時から常温まで冷却するときの熱硬化性樹脂歯形の点ｂにおける放射線上の収縮量をΔｂ  とすると
Δｂ  ＝ακ・Ｒｄｂ／（１−ακ）
α；歯形補正係数＝Ａ・ｃｏｓ  θｂ
線ｂ〜５上に、点ｊを採って、Δｂ  ＝ｂ〜ｊとする。
点ｊの位置が、歯形外周上の点ｂに対応する、樹脂の収縮量Δｂ  を補正した歯形の成形型内側面上の点である。
【００１４】
Ｏを原点とする極座標において、径Ｏ〜ａを点Ｏを中心にして回動させると、ロータ歯形３の外周上の点ａが歯形曲線に対応して移動し、これに伴いＲｄａの値が変動し（それにつれて、Ｒｓ  が変動する場合も含まれる）、角θａ  も変化し、これにより、点ｈの位置も変動して、その結果、正規の歯形曲線の外側に、収縮量を考慮した補正歯形曲線、すなわち、成形型の歯形形状を描くことができる。一般に、熱硬化性合成樹脂は、該樹脂が硬化する加熱温度から常温まで冷却する間に収縮する性質があるので、収縮量Δを考慮してあらかじめ成形型を放射方向に大きめに補正しておけば、この型により成形したロータ歯形は、常温に冷却したときに、所望の歯形形状が得られる。
【００１５】
歯形形状に関連して定めた前記係数Ａは例えば、次の要領により求められる。正規の歯形形状を有する成形型を用い、他の条件を同一にして樹脂ロータを成形し、その樹脂ロータの歯形曲線の外周上の任意の一点におけるＲｄ  、角θ及びΔの値を、それぞれ測定し、それらの値を、Ａ＝α／ｃｏｓ  θ、Δ＝ακ・Ｒｄ  ／（１−ακ）に代入、算出することにより求められる。
なお、前記Ａには測定による誤差が含まれるので、歯形外周上の測定点をできるだけ多く採り、これを平均化して求めることが好ましい。
【００１６】
上記係数Ａは、おすロータ歯形と、めすロータ歯形とで異なる。
係数Ａは、実験結果から定めた数値で、通常、０．４〜０．８の範囲である。
おすロータの場合、前記数値のうちの、低い（小さい）方の数値が得られる。
係数Ａは、一つの歯形形状に対して、同一値を採る。
係数Ａは、歯形が相似形であれば、ロータ径が異なっても同じ値となる。
歯形形状とＡ値との関係を実験によって一度決めておけば、Ａは、相似する歯形のすべてに、概ね共通して適用可能であるので、樹脂ロータ成形の際、収縮量の算出が容易である。
【００１７】
図２は、図１に示すおすロータ歯形と一対になる、めすロータ歯形の一実施形態を示す一部断面図で、メタルシャフト６の周りに熱硬化性樹脂ロータ７を形成し、その外形（常温において設計上与えられる形状）の輪郭線を歯形８とする。前記メタルシャフト６は通常断面が円形であって、長手軸方向にも相似形の断面を有するが、本件発明は前記シャフトが断面が円形に限られることはない。
図中、ロータの回転中心を０とし歯形８の外周上の任意の一点をｃとすると、
Ｏ〜ｃ（放射方向）＝Ｒｃ
Ｏ〜ｃ線とメタルシャフト６の外径との交点をｑとすれば、
Ｏ〜ｑ＝Ｒｔ  （メタルシャフトの半径）
ｑ〜ｃ＝Ｒｄｃ（樹脂ロータ歯形の放射方向厚さ）
したがって、Ｒｃ  ＝Ｒｔ  ＋Ｒｄｃ
【００１８】
歯形８の歯形外周上の任意の一点ｃにおける法線ｃ〜１９と線Ｏ〜ｃの延長線ａ〜９とが挾む角をθｃ  （ただし、θｃ  ≧９０°の場合は、すべてθｃ  ＝９０°として計算する。以下、同様）とし、
歯形８の形状に関連して定まる係数をＡとし、
熱硬化性樹脂の収縮率をκとしたとき、
樹脂ロータの加熱・成形時から常温にまで冷却するときの歯形８の外周上の任意の一点ｃにおける放射線上の収縮量をΔｃ  とすると
Δｃ  ＝ακ・Ｒｄｃ／（１−ακ）
α；歯形補正係数＝Ａ・ｃｏｓ  θｃ
線ｃ〜９上に、点ｋを採って、Δｃ  ＝ｃ〜ｋとする。
点ｋの位置が、歯形外周上の点ｃに対応する、樹脂の収縮量Δｃ  を補正した成形型内面上の点である。
【００１９】
別途、歯形８の外周上の任意の一点をｄとして、前記の点ｃと同様な手法を施すことができる。
歯形８の歯形外周上の一点ｄにおける法線ｄ−２０と線Ｏ−ｄの延長線とが挾む角をθｄ  としたとき、θｄ  は９０°を超えるので、この場合、θｄ  ＝９０°とする。これによって、ｃｏｓ  θｄ  ＝０となって、収縮量Δｄ  が０となる。
【００２０】
Ｏを原点とする極座標において、径Ｏ〜ｃを点Ｏを中心にして回動させると、ロータ歯形８の外周上の点ｃが歯形曲線に対応して移動し、これに伴いＲｄｃの値が変動し（それにつれて、Ｒｔ  が変動する場合も含まれる）、角θｃ  も変化し、これにより、点ｋの位置も変動して、その結果、正規の歯形曲線の外側に、樹脂の収縮量を考慮した補正歯形形状、すなわち、成形型の歯形曲線を描くことができる。
当該補正歯形曲線を内側面に持つ成形型によりロータを形成すれば、成形後、所望の歯形形状を備えた樹脂ロータが得られる。
【００２１】
上記係数Ａは、実験によって得られた結果から定めた数値で、通常、０．４  〜
０．８  の範囲であるが、めすロータの場合はそのうちの高い方の数値が得られる。上述した補正方法を適用した成形型により成形した、おす・めす樹脂ロータを組み込んだスクリュ圧縮機は、稼働して定常状態に達したときには、歯形相互の噛み合い隙間が所定の通りとなり、設計どおりの特性を備えた高性能な圧縮機を提供することができる。
【００２２】
本件発明の他の実施例として、常温において設計上与えられた歯形形状が、同歯形を有する合成樹脂ロータを組付けた圧縮機を稼働させて定常状態を維持したときに、前記設計上与えられた歯形が熱膨脹して正規の歯形形状となり、相手方のめすロータ歯形面との間で、所定の隙間を保持するよう理想的に噛み合う合成樹脂製ロータ歯形を挙げることができる。
上記熱膨張分を考慮した歯形形状の設定方法については、さきに本出願人が技術開示をした、登録第１９８９２２２号実用新案（実願平２−１５０８号公報）の考案を参照されたい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明方法は、以上述べたとおりの構成、作用を備えるから、
▲１▼  収縮量を考慮した成形型を用いて成形された熱硬化性樹脂ロータの歯形形状は、常温時において所望の歯形形状に仕上がると共に、この型で量産したスクリュロータを組み込んだ圧縮機本体は、バラツキのない高性能のスクリュ圧縮機とすることができる。
▲２▼  また、一度、歯形補正係数を策定した場合、外径の異なる相似形の歯形についても同様な補正方法を適用した型を使用して樹脂ロータを製作することができる。
等、従来技術には、期待することができない格別の作用、効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明樹脂製ロータの歯形補正方法を適用するためのスクリュロータのうちの、おすロータ歯形断面の一実施例の一部を示す。
【図２】本発明歯形補正方法を適用するためのめすロータ歯形断面の一実施例の一部を示す。
【符号の説明】
１，６  軸（メタルシャフト）
２，７  樹脂製ロータ
３，８  歯形
【図１】
0003561091.tif 000002
【図２】
0003561091.tif 000003