(57)【要約】内壁表面に硬化層（１６）が形成された流体チャンバ（１４）を有する機械ハウジングの製造方法において、前記硬化層（１６）は、それ自体は非電気伝導性であるが添加物により電気伝導性を有する材料から構成されるとともに、前記硬化層（１６）の表面は放電加工されることを特徴とする機械ハウジングの製造方法。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁表面に硬化層（１６）が形成された流体チャンバ（１４）を有する機械ハウジングの製造方法において、
前記硬化層（１６）は、それ自体は非電気伝導性であるが添加物により電気伝導性を有する材料から構成されるとともに、前記硬化層（１６）の表面は放電加工されることを特徴とする機械ハウジングの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、
電気伝導性を有する炭化珪素が前記硬化層（１６）に用いられることを特徴とする製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の製造方法において、
前記硬化層（１６）は予備形成されたシェル（１８，２０，２８）として形成され、前記ハウジング（１０）の対応するキャビティに接着固定されたのち、前記放電加工されることを特徴とする製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の製造方法において、
前記硬化層（１６）は電気伝導性接着剤により固定されることを特徴とする製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法において、
前記硬化層（１６）は、前記放電加工中、屈曲クランプ（２６）に接触することを特徴とする製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法において、
前記硬化層（１６）の加工はワイヤ放電加工により行われることを特徴とする製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法において、
前記硬化層（１６）の加工は形彫り放電加工により行われることを特徴とする製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の製造方法において、
前記機械ハウジングは、それぞれが前記流体チャンバ（１４）の一部を形成する２つの半割りシェル（１２）からなり、前記放電加工は前記半割りシェルが結合されたのち行われることを特徴とする製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の製造方法において、
前記硬化層（１６）は、前記半割りシェル（１２）の一つにそれぞれ挿入される２つのシェル（１８，２０）から形成されることを特徴とする製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の製造方法において、
前記硬化層は、その内部が断面円形の少なくとも２つのチャンバ（３２，３４）に分割されたシェル（２８）により形成され、前記チャンバの内部が前記シェルと同じ材料で構成された横断部（３０）により分割され、前記放電加工後に前記チャンバ（３２，３４）の内部表面が機械仕上げされたのち、前記横断部（３０）を除去することを特徴とする製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の製造方法において、
前記２つのチャンバ（３２，３４）は同時に機械仕上げされることを特徴とする製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の製造方法において、
前記横断部（３０）は破断部（４０）にて判断することにより前記シェルから離脱されることを特徴とする製造方法。
【請求項１３】
請求項１０または１１に記載の製造方法において、
前記横断部（３０）は前記放電加工により前記シェルから離脱されることを特徴とする製造方法。
【請求項１４】
内壁表面に炭化珪素からなる硬化層（１６）が形成された流体チャンバ（１４）を有するハウジングを備えた機械において、前記炭化珪素は、放電加工を行うために必要とされる電気伝導性を付与する添加剤を含むことを特徴とする機械。
【請求項１５】
請求項１４に記載の機械において、
前記硬化層（１６）は８８〜９６％の炭化珪素と、４〜１２％の導電性炭化珪素を含むことを特徴とする機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部壁表面に硬化層を有する流体チャンバを有する機械ハウジングの製造方法およびこれを用いて製造されたハウジングを有する機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプや内燃機関のように、ピストン、インペラ、スクリュースピンドルまたはその他の挿入物が内部で動作する流体チャンバを有する機械において、当該流体チャンバの内壁は挿入物と摩擦接触することから実質的に磨耗することがある。したがって、流体チャンバの内壁表面にたとえば炭化珪素に代表される耐磨耗セラミック製の殻を接着してなる硬化層を形成することが行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
挿入物の幾何学的形状に流体チャンバの輪郭を正確に合致させるために、チャンバの壁面を磨き仕上げする必要がある。しかしながら、従来のものは炭化珪素層であるため、前記仕上げ工程は人手がかかりコスト高となる。
【０００４】
本発明の目的は、より簡単に製造できる機械およびそのような機械ハウジングの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は独立請求項に記載された特徴により達成され、さらなる発明の有利性は従属請求項から理解される。
【０００６】
機械ハウジングの製造方法は、前記硬化層が、それ自体は非電気伝導性であるが添加物により電気伝導性を有する材料から構成されるとともに、前記硬化層の表面は放電加工機（ＥＤＭ）により機械加工されることを特徴とする。
【０００７】
前記硬化層を電気伝導性にすることにより放電加工が可能となり、その結果、高精度かつ殆どが自動化工程で電気浸食による所望の形状を形成することができる。
【０００８】
放電加工としてはワイヤー放電加工や形彫り放電可能のような従来公知の浸食工程の全てを用いることができ、その結果、本発明に係る構造物にこれらの公知な効果が奏される。特に、浸食ワイヤーや浸食電極の自動交換のための方法や装置は知られているので、たくさんの製造中の加工品に対しても工程の自動化を達成することができる。さらに、浸食工程は柔軟性があることから流体チャンバの幾何学的形状について何らの制限もない。
【０００９】
電気伝導性硬化層を構成する好ましい材料は、たとえばドイツ国ビリッヒ所在のシャンクインゲニエウルテヒニック社（Schunk Ingenieurtechnik）が提供する伝導性炭化珪素である。
【００１０】
本発明に係る機械は、硬化層が伝導性炭化珪素からなることを特徴とする。
【００１１】
放電加工の目的のため、伝導性硬化層は電気的に接続されなければならない。これはたとえば、分割シェルで構成された硬化層を、電気伝導性接着剤を用いて機械ハウジングの空間へ接着することにより達成することができる。そして、電気伝導性接触は、金属製機械ハウジングの外部に設けられた電気接点または電気端子を介して達成される。また選択的に、硬化層は、機械ハウジングにクランプ保持される電気伝導性屈曲クランプによっても接続される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態を以下の図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１において、機械ハウジング１０はたとえばスクリュースピンドルポンプまたはスクリュースピンドルコンプレッサのハウジングを備える。
【００１４】
ハウジング１０の２つの相補的な半割りシェル１２は、金属鋳造により形成されたのち、完全なハウジングに接合されボルトにより互いに結合される。図１及び図２には２つの半割りシェルのうちの一つのみを示す。ハウジング１０の内部に流体チャンバ１４が形成され、この流体チャンバは長手方向全体にわたって同じ断面となるように形成されている。図２及び図３により明確に示すように、流体チャンバ１４の断面は、中央の円形の径が他の２つの円形の径より大きい、３つの互いにオーバーラップする円形に形成されている。完成したスクリュースピンドルポンプにおいて、この流体チャンバは、互いに噛み合うとともに外周の長さが断面の３つの円形にそれぞれ対応した３つの平行なスクリュースピンドルを収容する。
【００１５】
図３の断面図に示すように、流体チャンバ１４の内壁は硬化層１６を有する。この硬化層はたとえば、電気伝導性を有する炭化珪素（たとえば、固有抵抗が約０．００１Ω・ｍである、ドイツ国ビリッヒ所在のシャンク社製ＣａｒＳＩＫ−ＮＴ）からなる２つの相補的なシェル１８，２０により形成され、たとえば電気伝導性接着剤により半割りシェル１２の切り抜かれたキャビティに接着されている。
【００１６】
シェル１８の上部及びシェル２０の硬化層１６は厚く形成されている。この厚さは当初接着された状態のシェルの厚さに相当する。例示するように、硬化層１６の厚さは、ワイヤ２２を用いたワイヤ放電加工（ＥＤＭ）により最終的には所望の厚さまで減少し、同時に所望の正確な形状が硬化層の内部表面に形成される。この機械加工工程は、硬化層を機械的に研削する従来工程に置き換わる。放電加工（浸食）を用いることにより、精度が改善され、その結果、機械の能率が改善される。
【００１７】
長手方向全体にわたって断面形状が同じ流体チャンバ１２の本例においては、ワイヤ２２を用いたワイヤ放電加工が便利であり、図１に示すようにハウジング全体にわたって、張力をかけた状態でワイヤー２２を保持する。ワイヤー２２の端部は保持されるとともに、３つのオーバーラップする円形の流体チャンバ１２の所望の断面形状を得るために、正確な円弧を描くように公知の放電加工機により案内される。またはこれに代えて、原則として任意の断面形状である他の形状がたとえば公知のコンピュータ制御による工作機械（ＣＮＣ）により形成される。
【００１８】
放電加工中に、異なる円弧の間にある変わり目のエッジ２４は、一方において破壊のおそれを低減するように、また他方において機械の動作中における漏れ量を最小とするような大きさに丸く形成されている。
【００１９】
本例において、硬化層１６（２つのシェル１８，２０）は９２％の炭化珪素と、放電加工に必要とされる伝導性を層全体に付与する８％の伝導性炭化珪素からなる。
【００２０】
２つの半割りシェル１２が結合されたのち硬化層を浸食することで、シェル１８,２０の間の変わり目が極めて円滑になる。
【００２１】
他の実施形態として、筒状シェルとして一体の硬化層を形成することもでき、半割りシェルを結合してこれを挟んだのち、当該筒状シェルを浸食する。
【００２２】
ワイヤー放電加工において、幾つかのハウジング１０を、放電加工機の加工台上に二次元方向の交差部に対して鉛直方向の軸に沿って配置し、順次浸食することが好ましい。一つのハウジングの浸食工程が終了したらワイヤー２２は自動切断され、浸食装置が次のハウジングに移動して新しいワイヤーをセットし、これにより新しいハウジングに対しても浸食工程を自動的に継続することができる。こうのようにして合理的な大量生産が可能となる。
【００２３】
これに代えて、たとえば形彫り放電加工のような他の浸食工程を、長手方向に変化する断面及び／又は円形に湾曲する表面領域の断面を有する流体チャンバの硬化層を加工するために用いることができる。
【００２４】
硬化層１６の接着に非電気伝導性接着剤を用いる場合は、図１及び図３に示す屈曲クランプ２６により硬化層１６の放電加工に必要とされる電気的接触を確保することができる。そして、屈曲クランプは、当該屈曲クランプが事前に配置される硬化層１６の表面を加工するための浸食工程中に１度再配置される。これに代えて、ハウジングの端部において硬化層１６の端面のみに接続するように設ける。
【００２５】
図４〜図６を参照して他の方法を説明する。
【００２６】
図４は、炭化珪素からなり図示しないハウジングに挿入されるシェル２８のみを示す図である。このシェル２８の形状は図３に示す２つのシェル１８，２０の形状に対応するが、あとで劉端チャンバとなる内部に横断部３０が残されていて、この横断部は流体チャンバを４つの分割されたチャンバ３２，３４，３６，３８に分割する点が相違する。チャンバ３２，３４は円形の断面を有し、これによりチャンバ３６，３８の断面は、互いに、大きな円形断面の流体チャンバの中央部分を構成する。
【００２７】
図４は、チャンバ３２〜３８の表面が既に放電加工されている状態を示す。選択的に、シェルの外壁に隣接する部分において、横断部３０のウェブは、同じ放電加工によりまたは別の放電加工により形成された凹部によって弱くされている。そして、横断部３０は、あとで横断部３０の除去を容易にする破断部４０のみを介してシェル２８の周壁に接続されている。
【００２８】
浸食工程後に、機械工具４２（図５）が、好ましくは同時に円形チャンバ３２，３４に挿入され、これらのチャンバの内部表面がホーニングやラッピングその他の研磨により機械仕上げされる。これによりチャンバ内の表面粗度がさらに小さくなるといった効果がある。スクリュースピンドルポンプやスクリュースピンドルコンプレッサにおいて、これらのチャンバ３２，３４は、吸引流体圧により反対方向に離間される２つの外側スピンドル用のベアリングとなり、その結果、特に高い摩擦力がこれらベアリングに生じる。したがって、これらチャンバを機械仕上げすることで、さらに磨耗を抑制することができる。
【００２９】
工具４２により２つのチャンバ３２，３４を同時に仕上げ加工すると、横断部３０に作用する力が互いに相殺され、その結果、チャンバ３２，３４の壁を構成する部材に折り曲げ力が作用することなく、横断部の鉛直ウェブに圧縮力が作用するだけとなる。したがって、横断部３０は比較的薄い壁で構成することができ、または点線で示される破断部４０により弱くすることができる。しかし、選択的に破断部は機械仕上げ工程後にのみ形成してもよい。
【００３０】
機械仕上げ工程が終了すると、横断部３０は機械的衝撃を加えることにより除去され、または放電加工により切除され、その結果、分割されていないチャンバ１４を有する完成したシェルを得ることができる。必要であれば、破断部にある可能な限りの突起を他の仕上げ工程により除去してもよい。
【００３１】
図４に示すシェル２８を製造するために、放電加工機は、製造中の加工品のクランプを途中で交換する必要がないように、チャンバ３２〜３８に浸食ワイヤを順次自動挿入することが好ましい。これにより放電加工中の高次元精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明が適用された機械ハウジングを示す破断斜視図である。
【図２】図１の半割りハウジングの１つを示す正面図である。
【図３】本発明方法の途中の状態を示す図１のハウジングの概略断面図である。
【図４】他の実施形態に係る炭化珪素シェルの異なる工程を示す図である。
【図５】他の実施形態に係る炭化珪素シェルの異なる工程を示す図である。
【図６】他の実施形態に係る炭化珪素シェルの異なる工程を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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