(57)【要約】【課題】スクロール状工作物の鏡板部の表面粗さを小さくする。【解決手段】スクロール状工作物３０の回転によって工具１６を鏡板部３１に対して周方向に相対移動させている間、工具１６の基端側が先端側よりも相対移動方向の上流側に位置するように、スクロール状工作物３０を所定の傾斜角度αだけ傾斜させる。【選択図】図９
2018158420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状の鏡板部と、該鏡板部から立設してその壁面にインボリュート曲線部が形成されたスクロール状壁とを有するスクロール状工作物を加工するための加工方法であって、
前記インボリュート曲線部の壁面と工具との接触点における該壁面の法線方向が常に一定の第１方向を向くように、前記スクロール状工作物を前記インボリュート曲線部の基礎円の中心点を中心に回転させながら、該工具を該スクロール状工作物に対して該第１方向に相対移動させて該壁面を加工する工程と、
前記スクロール状工作物の回転によって前記工具を前記鏡板部に対して周方向に相対移動させている間、該工具の基端側が先端側よりも相対移動方向の上流側に位置するように、該鏡板部に対して該工具を相対的に傾けながら該鏡板部を加工する工程とを備えたことを特徴とするスクロール状工作物の加工方法。
【請求項２】
円板状の鏡板部と、該鏡板部から立設して壁面にインボリュート曲線部が形成されたスクロール状壁とを有するスクロール状工作物を加工するための加工装置であって、
前記スクロール状工作物を前記インボリュート曲線部の基礎円の中心点を中心に回転させる回転駆動部と、
前記スクロール状工作物と工具を、前記インボリュート曲線部の基礎円の直径と略平行な第１方向に相対移動させる第１駆動部と、
前記鏡板部に対する前記工具の軸方向の角度を相対的に変更する角度変更部と、
前記インボリュート曲線部の壁面と前記工具との接触点における該壁面の法線方向が常に一定の第１方向を向くように、前記スクロール状工作物を前記インボリュート曲線部の基礎円の中心点を中心に回転させながら、該工具を該スクロール状工作物に対して該第１方向に相対移動させて該壁面を加工する一方、該スクロール状工作物の回転によって該工具を前記鏡板部に対して周方向に相対移動させている間、該工具の基端側が先端側よりも相対移動方向の上流側に位置するように、該鏡板部に対して該工具を相対的に傾けながら該鏡板部を加工するように、前記回転駆動部、前記第１駆動部、及び前記角度変更部を動作させる制御部とを備えたことを特徴とするスクロール状工作物の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール状工作物の加工方法及び加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、工具と工作物との相対移動、及び工作物の回転を適切に制御することで、スクロール状工作物の壁面を加工する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、スクロール状工作物の鏡板部から立設したインボリュート曲線部の内壁面又は外壁面に対し、インボリュート曲線の基礎円の中心からその径方向と合致するＹ軸方向に基礎円の半径分だけ工具の中心位置をずらした状態で、この工具をＹ軸方向と直交するＸ軸方向に当て、このＸ軸方向に工具とスクロール状工作物とを相対移動させながらスクロール状工作物を基礎円の中心回りに回転させることにより、壁面の加工を行うようにした方法が開示されている。
【０００４】
なお、インボリュート曲線部の壁面を加工する際には、工具の底刃を鏡板部に押し当てることで、鏡板部の加工も同時に行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−５１９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、スクロール状工作物は、スクロール圧縮機等の圧縮機構に用いられるものであり、２つのスクロール状壁が噛み合わされ、スクロール状壁同士が転がり摺動する一方、スクロール状壁の先端部と鏡板部とが滑り摺動する。そのため、スクロール圧縮機の動作抵抗を低減するためには、鏡板部の表面粗さを小さくするのが好ましい。
【０００７】
例えば、工具としてのエンドミルの底刃に、エンドミルの１回転当たりの送り量よりも長いフラット部を設け、エンドミルの先端部を鏡板部に押し当てながら切削することで、鏡板部の表面粗さを小さくすることが考えられる。
【０００８】
しかしながら、エンドミルの底刃にフラット部を設けた場合には、その分だけ、鏡板部との接触面積が増え、その結果、アキシャル方向の切削抵抗が増加することから、寸法精度や平面度等の高精度加工を行い難くなるおそれがある。
【０００９】
また、エンドミルの底刃の摩耗が進行した場合には、フラット部がさらに長くなってしまい、切削抵抗のさらなる増大や切り粉の再噛み込みによって、工具寿命が短くなるおそれがある。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スクロール状工作物の鏡板部の表面粗さを小さくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、円板状の鏡板部と、該鏡板部から立設してその壁面にインボリュート曲線部が形成されたスクロール状壁とを有するスクロール状工作物を加工するための加工方法を対象とし、次のような解決手段を講じた。
【００１２】
すなわち、第１の発明は、前記インボリュート曲線部の壁面と工具との接触点における該壁面の法線方向が常に一定の第１方向を向くように、前記スクロール状工作物を前記インボリュート曲線部の基礎円の中心点を中心に回転させながら、該工具を該スクロール状工作物に対して該第１方向に相対移動させて該壁面を加工する工程と、
前記スクロール状工作物の回転によって前記工具を前記鏡板部に対して周方向に相対移動させている間、該工具の基端側が先端側よりも相対移動方向の上流側に位置するように、該鏡板部に対して該工具を相対的に傾けながら該鏡板部を加工する工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
第１の発明では、インボリュート曲線部の壁面と工具との接触点における壁面の法線方向が常に一定の第１方向を向くようにスクロール状工作物を回転させるので、スクロール状工作物に対する工具の相対運動がさほど複雑とならず、円滑な動きで加工を進めることができる。
【００１４】
また、工具の基端側が先端側よりも相対移動方向の上流側に位置するように工具を相対的に傾けながら鏡板部を加工している。つまり、工具における相対移動方向の下流側の底刃が鏡板部から離れた姿勢となり、工具における相対移動方向の上流側の底刃のみによって鏡板部の切削加工が行われることとなる。
【００１５】
これにより、工具の底刃全体を鏡板部に押し当てて鏡板部を切削加工する場合に比べて、切削抵抗を低減することができ、鏡板部の表面粗さを小さくすることができる。
【００１６】
第２の発明は、円板状の鏡板部と、該鏡板部から立設して壁面にインボリュート曲線部が形成されたスクロール状壁とを有するスクロール状工作物を加工するための加工装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。
【００１７】
すなわち、第２の発明は、前記スクロール状工作物を前記インボリュート曲線部の基礎円の中心点を中心に回転させる回転駆動部と、
前記スクロール状工作物と工具を、前記インボリュート曲線部の基礎円の直径と略平行な第１方向に相対移動させる第１駆動部と、
前記鏡板部に対する前記工具の軸方向の角度を相対的に変更する角度変更部と、
前記インボリュート曲線部の壁面と前記工具との接触点における該壁面の法線方向が常に一定の第１方向を向くように、前記スクロール状工作物を前記インボリュート曲線部の基礎円の中心点を中心に回転させながら、該工具を該スクロール状工作物に対して該第１方向に相対移動させて該壁面を加工する一方、該スクロール状工作物の回転によって該工具を前記鏡板部に対して周方向に相対移動させている間、該工具の基端側が先端側よりも相対移動方向の上流側に位置するように、該鏡板部に対して該工具を相対的に傾けながら該鏡板部を加工するように、前記回転駆動部、前記第１駆動部、及び前記角度変更部を動作させる制御部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
第２の発明では、インボリュート曲線部の壁面と工具との接触点における壁面の法線方向が常に一定の第１方向を向くようにスクロール状工作物を回転させるので、スクロール状工作物に対する工具の相対運動がさほど複雑とならず、円滑な動きで加工を進めることができる。
【００１９】
また、工具の基端側が先端側よりも相対移動方向の上流側に位置するように工具を相対的に傾けながら鏡板部を加工している。つまり、工具における相対移動方向の下流側の底刃が鏡板部から離れた姿勢となり、工具における相対移動方向の上流側の底刃のみによって鏡板部の切削加工が行われることとなる。
【００２０】
これにより、工具の底刃全体を鏡板部に押し当てて鏡板部を切削加工する場合に比べて、切削抵抗を低減することができ、鏡板部の表面粗さを小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、工具の基端側が先端側よりも相対移動方向の上流側に位置するように工具を傾けながら鏡板部を加工することで、切削抵抗を低減して鏡板部の表面粗さを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る加工装置の構成を示す斜視図である。
【図２】ＮＣ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】スクロール状工作物におけるインボリュート曲線部の内壁面を加工する様子を示す正面図である。
【図４】スクロール状工作物におけるインボリュート曲線部の内壁面を加工する様子を示す正面図である。
【図５】スクロール状工作物におけるインボリュート曲線部の内壁面を加工する様子を示す正面図である。
【図６】スクロール状工作物における中心部を加工する様子を示す正面図である。
【図７】スクロール状工作物におけるインボリュート曲線部の外壁面を加工する様子を示す正面図である。
【図８】スクロール状工作物におけるインボリュート曲線部の外壁面を加工する様子を示す正面図である。
【図９】鏡板部を工具で加工するための加工方法を説明するための側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２４】
〈加工装置の構成〉
図１に示すように、加工装置１のベッド１０上には、Ｙ軸コラム１２が立設されている。Ｙ軸コラム１２には、上下方向であるＹ軸方向に沿って移動可能に工具台１４が装着されている。
【００２５】
工具台１４は、工具１６（本実施形態では、エンドミル）を着脱可能に把持するチャック（図示省略）を備え、Ｙ軸コラム１２内に設けられたボールねじ機構（図示省略）及びＹ軸モータ１３（図２参照）によって昇降駆動されるようになっている。
【００２６】
ベッド１０上には、工具１６の中心軸と平行なＺ軸方向に延びるレール１８が設置されている。レール１８には、レール１８に沿ってスライド可能なＺ軸テーブル２０が装着されている。Ｚ軸テーブル２０は、Ｚ軸モータ２２及びボールねじ機構（図示省略）によってＺ軸方向にスライド駆動されるようになっている。
【００２７】
Ｚ軸テーブル２０上には、Ｚ軸方向とＹ軸方向とに直交するＸ軸方向にスライド可能にＸ軸テーブル２４が装着されている。Ｘ軸テーブル２４は、第１駆動部としてのＸ軸モータ２５（図２参照）及びボールねじ機構（図示省略）によってＸ軸方向にスライド駆動されるようになっている。
【００２８】
Ｘ軸テーブル２４上には、Ｘ軸と平行なＡ軸を中心に回転可能なＡ軸テーブル４０が装着されている。Ａ軸テーブル４０は、Ａ軸モータ４２（角度変更部）によってＡ軸回りに回転駆動されるようになっている。
【００２９】
Ａ軸テーブル４０上には、主軸台２６が立設されている。主軸台２６は、Ｚ軸と平行なＣ軸回りに回転可能に主軸（図示省略）を支持している。主軸は、Ｃ軸モータ２８（回転駆動部）によってＣ軸回りに回転駆動されるとともに、チャック（図示省略）を介してスクロール状工作物３０を着脱可能に把持するように構成されている。
【００３０】
加工装置１は、図２に示すようなＮＣ制御装置５０を備えている。ＮＣ制御装置５０は、Ｚ軸モータ２２を作動させることにより、工具１６に対するスクロール状工作物３０の位置決めを行う。
【００３１】
ＮＣ制御装置５０は、Ｘ軸モータ２５、Ｙ軸モータ１３、Ｃ軸モータ２８、及びＡ軸モータ４２の作動制御により、スクロール状工作物３０の壁面加工を実行させるものである。
【００３２】
ＮＣ制御装置５０は、このような加工制御に関与する機能として、データ読取部５２と、補間データ演算部５４と、パルス分配部５６とを備えている。
【００３３】
データ読取部５２は、外部から入力されるＮＣデータ（スクロール状壁３２の加工形状や送り速度等）を読み取り、記憶するものである。
【００３４】
補間データ演算部５４は、データ読取部５２で読み取られたデータに基づいて、スクロール状壁３２を加工するための補間データを演算し、出力するものである。
【００３５】
パルス分配部５６は、補間データからＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｃ軸、及びＢ軸の各軸にパルスを分配し、Ｘ軸モータ２５、Ｙ軸モータ１３、Ｚ軸モータ２２、Ｃ軸モータ２８、及びＡ軸モータ４２に出力するものである。
【００３６】
図３に示すように、スクロール状工作物３０は、円形状の鏡板部３１と、鏡板部３１の前側面（図３では手前側面）から前方に突出するスクロール状壁３２とを有する。スクロール状壁３２は、中心部３４と、インボリュート曲線部３５とを有する。
【００３７】
中心部３４は、スクロール状壁３２の内壁面と外壁面との境界点を挟む所定領域に形成されており、円弧、直線等、インボリュート曲線以外の形状に形成されている。
【００３８】
インボリュート曲線部３５は、中心部３４を挾む外壁面３５ａ及び内壁面３５ｂを有する。外壁面３５ａ及び内壁面３５ｂは、本実施形態による加工の前の状態で、およそ互いに同一の円を基礎円とするインボリュート曲線状に形成されている。従って、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、基礎円の半径方向と合致する方向に設定されている。
【００３９】
〈スクロール状壁の加工方法〉
以下、加工装置１により実行されるスクロール状壁３２の加工方法について、図３〜図８を用いて説明する。
【００４０】
まず、インボリュート曲線部３５の壁面を円弧補間する。例えば、壁面の形状を同じピッチ角度（インボリュート曲線の伸開角）で分割し、その分割した各インボリュート曲線について近似円弧を割り当てるようにすればよい。
【００４１】
実際の加工においては、図３に示すように、工具１６の中心をインボリュート曲線の基礎円ＢＣの中心に対してＹ軸方向に沿って負の向き（下方）に基礎円半径ｒとほぼ等しい分だけ相対的にずらし、このＹ軸位置で工具１６をインボリュート曲線部３５の内壁面３５ｂの径方向外側部に対して図３の右側から左側に向かって接触させる。このとき、Ｘ軸、Ｃ軸の動きにより、スクロール状壁の最外端を加工しながら所定の位置に接触させることも可能である。この状態で、工具１６と内壁面３５ｂとの接触点Ｐ１におけるこの内壁面３５ｂの法線方向は、Ｘ軸方向（第１方向）と合致している。
【００４２】
次に、この状態から、法線方向が常にＸ軸方向に向くように、スクロール状工作物３０をＣ軸を中心に図３で反時計回り方向に回転させながら、補間した各円弧に工具１６が沿うように、工具１６をスクロール状工作物３０に対してＸ軸方向及びＹ軸方向に相対移動させる。すなわち、Ｘ軸モータ２５、Ｙ軸モータ１３、及びＣ軸モータ２８を同時に作動させる。
【００４３】
このような制御により、工具１６は、Ｙ軸方向に微小振幅で振動しながら、巨視的に見てＸ軸方向にほぼ直線移動することになる（図４及び図５参照）。
【００４４】
このような加工が進むうち、工具１６がインボリュート曲線部３５の内壁面３５ｂから中心部３４に差し掛かり、さらに、図６に示すように中心部３４を加工する領域では、上述したように補間演算されたデータに基づき、両者の接触点における中心部３４壁面の法線方向を常にＸ軸方向に保つようにして中心部３４を続けて加工するようにしてもよいし、この中心部３４については別途加工するようにしてもよい。
【００４５】
上述したように中心部３４の加工を進めた場合、この中心部３４の終点に達した時点では、工具１６は基礎円中心に対してＹ軸方向に上述したものと逆向き（すなわち正の向き）にほぼ基礎円半径ｒ分だけずれた位置に自動的に位置することとなる。
【００４６】
この状態から、図３〜図５において説明したのと同様に、インボリュート曲線部３５と工具１６との接触点Ｐ１における法線方向をＸ軸方向に維持するようにして、スクロール状工作物３０をＣ軸を中心に図６で時計回り方向に回転させながら工具１６をスクロール状工作物３０に対してＸ軸方向及びＹ軸方向に相対移動させる。
【００４７】
これにより、図７及び図８に示すように、インボリュート曲線部３５の外壁面３５ａをその径方向内側部分から径方向外側部分に向かって連続加工することができる。
【００４８】
〈鏡板部の加工方法〉
ところで、スクロール状壁３２を工具１６で加工する際には、工具１６の先端部によって鏡板部３１の加工も同時に行われる。このとき、工具１６の底刃全体を鏡板部３１に押し当てて鏡板部３１を切削加工すると、切削抵抗が増加して鏡板部３１の表面粗さが大きくなってしまう。
【００４９】
そこで、本実施形態では、スクロール状工作物３０の回転によって工具１６を鏡板部３１に対して周方向に相対移動させている間に、Ａ軸テーブル４０をＡ軸回りに回転駆動させることで、スクロール状工作物３０の鏡板部３１を工具１６に対して所定角度傾斜させるようにしている。
【００５０】
具体的に、鏡板部３１を加工する間、図９に示すように、工具１６の基端側が先端側よりも相対移動方向の上流側（図９で上側）に位置するように、スクロール状工作物３０を工具１６に対して所定の傾斜角度αだけ傾斜させる。
【００５１】
これにより、工具１６における相対移動方向の下流側（図９で下側）の底刃が鏡板部３１から離れた姿勢となり、工具１６における相対移動方向の上流側（図９で上側）の底刃のみによって鏡板部３１の切削加工が行われることとなる。
【００５２】
なお、図９では、工具１６による鏡板部３１の切削位置を接触点Ｐ２で示している（図３，図４，図７にも接触点Ｐ２を記載している）。
【００５３】
このような構成とすれば、工具１６の底刃全体を鏡板部３１に押し当てて鏡板部３１を切削加工する場合に比べて、切削抵抗を低減することができ、鏡板部３１の表面粗さを小さくすることができる。
【００５４】
《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００５５】
本実施形態では、Ａ軸テーブル４０上に主軸台２６を設け、主軸台２６をＡ軸回りに回転駆動することで、スクロール状工作物３０の鏡板部３１を工具１６に対して所定の傾斜角度αだけ傾斜させるようにしたが、この形態に限定するものではない。
【００５６】
例えば、ベッド１０上に、Ｘ軸と平行なＡ軸方向に延びるＡ軸を中心に回転可能なＡ軸テーブル４０を設け、Ａ軸テーブル４０上にＹ軸コラム１２を立設させた構成であっても良い。この場合には、スクロール状工作物３０の鏡板部３１に対して工具１６を所定の傾斜角度αだけ傾斜させることとなる。
【００５７】
また、本実施形態では、スクロール状工作物３０をＸ軸方向に移動させ、工具１６をＹ軸方向に移動させるものを示したが、工具１６をＸ軸方向に移動させても良いし、スクロール状工作物３０をＹ軸方向に移動させるようにしてもよい。
【００５８】
また、本実施形態では、インボリュート曲線部３５の壁面と工具１６との接触点Ｐ１における壁面の法線方向が常に一定のＸ軸方向を向くように設定するとともに、Ｘ軸と平行なＡ軸回りにＡ軸テーブル４０を回転駆動することで、主軸台２６の角度変更を行い、スクロール状工作物３０を傾斜させながら鏡板部３１を加工するようにしたが、この形態に限定するものではない。
【００５９】
例えば、インボリュート曲線部３５の壁面と工具１６との接触点Ｐ１における壁面の法線方向が常に一定のＹ軸方向を向くように設定するとともに、Ｙ軸と平行なＢ軸回りに回転駆動するＢ軸テーブルを設けておき、Ｂ軸テーブルを回転駆動することで、主軸台２６の角度変更を行い、スクロール状工作物３０を傾斜させながら鏡板部３１を加工するようにしてもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、インボリュート曲線部３５の壁面の加工点を壁面の右側、鏡板部３１の底面の加工点を上流側として説明したが、この形態に限定するものではなく、例えば、壁面の加工点を左側、底面の加工点を下流側としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上説明したように、本発明は、スクロール状工作物の鏡板部の表面粗さを小さくすることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。
【符号の説明】
【００６２】
１    加工装置
１６    工具
２５    Ｘ軸モータ（第１駆動部）
２８    Ｃ軸モータ（回転駆動部）
３０    スクロール状工作物
３１    鏡板部
３２    スクロール状壁
３５    インボリュート曲線部
４２    Ａ軸モータ（角度変更部）
５０    ＮＣ制御装置（制御部）
ＢＣ    基礎円
Ｐ１    接触点
【図１】
2018158420.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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