(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互補完的に噛み合うねじ山を有する第１ロータ及び第２ロータを、総形工具を用いて機械加工する方法であって、
第１ワークピースの長手方向軸回りで前記第１ワークピースを回転させる工程と、
前記第１ワークピースが回転している間に、前記第１ワークピースの長手方向軸に沿って前記総形工具の１又は複数のパスを生じることで材料を除去して、前記第１ロータのねじ山の各螺旋部のフランクを形成し、前記第１ワークピースと前記総形工具の相対位置と相対運動を集合的に規定する複数のパラメータの少なくとも１つの値が、各パス中にて変化して前記ねじ山のリードを変化させる工程と、
第２ワークピースについて上記の工程を繰り返して、前記第２ロータを作製する工程と、
を含んでおり、
前記第１ロータと前記第２ロータのねじ山の相互補完的な形状を維持するために、前記複数のパスの１又は複数のパス中にて、前記複数のパラメータの少なくとも１つに調整がなされ、
各パス中になされる調整は、全体的調整分布に基づいてなされ、
各全体的調整分布は、
前記複数のパラメータの少なくとも１つに如何なる調整がなされることなく、第１ロータと第２ロータとを機械加工することで作製されるであろう形状の噛み合わされた第１ロータと第２ロータの仮想的な対を互いに反対方向に回転させることで、組み合わされたそれらロータの長手方向軸に沿った複数の場所にて隙間分布を計算する工程と、
前記複数の場所の各々にて、場所固有調整セットを導出する工程であって、各場所固有調整セットは、その場所における隙間分布を、所定の値の範囲内に維持する１又は複数の調整パラメータを含んでいる工程と、
複数の場所固有調整セットに基づいて、各パラメータへの調整を照合する工程と、
がなされることによって予め決定されている、方法。
【請求項２】
前記調整は、前記第１又は第２ワークピースの回転速度に対する１又は複数の調整を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記調整は、前記総形工具のスピンドル角度に対する１又は複数の調整を含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記調整は、前記第１又は第２ワークピースと前記総形工具の間の中心間距離に対する１又は複数の調整を含む、請求項１乃至３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
前記調整は、前記総形工具のアプローチ角に対する１又は複数の調整を含む、請求項１乃至４の何れかに記載の方法。
【請求項６】
前記調整は、前記総形工具の回転軸に沿った方向における前記総形工具の軸方向位置に対する１又は複数の調整を含む、請求項１乃至５の何れかに記載の方法。
【請求項７】
照合された調整は、前記複数の場所の間の点にて補間された調整を含む、請求項１乃至６の何れかに記載の方法。
【請求項８】
各場所固有調整セットは、
各パラメータの随意的な調整が個々に、その場所で前記隙間分布に与えるであろう影響を決定する工程と、  
複数の調整の組合せと、前記隙間分布を所定の値の範囲内に維持するであろうそれら調整の大きさとを決定する工程と、
がなされることによって導出される、請求項１乃至７の何れかに記載の方法。
【請求項９】
前記複数の場所は、互いに噛み合った第１及び第２ロータの一部に沿って、ほぼ一定の間隔で分布している、請求項１乃至８の何れかに記載の方法。
【請求項１０】
前記全体的調整分布は、請求項１に記載の方法を用いて、如何なる調整がなされることなく、第１ロータと第２ロータとを機械加工することで作製されるであろう形状の仮想ロータのコンピュータモデルを用いることで計算される、請求項１乃至９の何れかに記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の場所固有調整セットは、前記コンピュータモデルを操作することによって計算される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
総形工具を用いてワークピースを機械加工することで、不等リードねじを有するロータを作製する方法において、
前記ワークピースの長手方向軸回りで前記ワークピースを回転させる工程と、
前記ワークピースが回転している間に、前記ワークピースの長手方向軸に沿って前記総形工具の少なくとも１つのパスを生じることで材料を除去する工程であって、各パスは、前記ロータのねじ山の少なくとも１つの螺旋部の少なくとも１つのフランクを形成し、前記ワークピースと前記総形工具の相対位置と相対運動を集合的に規定する複数のパラメータの少なくとも１つの値が、各パス中にて変化して、前記少なくとも１つのパスで作製される前記ねじ山のリードを変化させる工程と、
を含んでおり、
各パス中に、全体的調整分布に基づいて前記複数のパラメータの少なくとも１つに調整がなされ、
各全体的調整分布は、
前記複数のパラメータの少なくとも１つに如何なる調整がなされることなく、第１ロータと第２ロータとを機械加工することで作製されるであろう形状の噛み合わされた第１ロータと第２ロータの仮想的な対を互いに反対方向に回転させることで、組み合わされたそれらロータの長手方向軸に沿った複数の場所にて隙間分布を計算する工程と、
前記複数の場所の各々にて、場所固有調整セットを導出する工程であって、各場所固有調整セットは、その場所における隙間分布を、所定の値の範囲内に維持する１又は複数の調整パラメータを含んでいる工程と、
複数の場所固有調整セットに基づいて、各パラメータへの調整を照合する工程と、
がなされることによって予め決定されている、
方法。
【請求項１３】
前記総形工具は砥石車である、請求項１乃至１２の何れかに記載の方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れかに記載の方法を機械加工装置に実行させるように構成されたコンピュータ読取可能な命令を備えるコンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のコンピュータプログラムを保持するコンピュータ読取可能な媒体。
【請求項１６】
総形工具を用いてワークピースを機械加工することで、不等リードねじを有するロータを作製するコンピュータ制御された装置において、
コンピュータ読取可能な命令を格納するメモリと、
前記メモリに格納された命令を読み出し、実行するように構成されたプロセッサと、
を備えており、
前記コンピュータ読取可能な命令は、請求項１乃至１３の何れかに記載の方法を実行するように前記コンピュータ制御された装置を制御するように構成された命令を含む、コンピュータ制御された装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不等リード（variable-lead）ねじ山を有するロータを機械加工する方法に関する。本発明には特に、不等リードスクリューポンプで使用されるような不等リードねじヘリカルロータの機械加工の用途があるが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
典型的な不等リードスクリューポンプは、ケーシング内に入れられた２つのロータを有している。各ロータは、不等リードのねじ山を有しており、当該ねじ山は、他方のロータのねじ山と噛み合わされる。圧縮性流体を押し出すために、ロータは、互いに反対方向に回転させられて、これにより、流体のポケット（pockets）が、ロータのねじ山の間に捕らえられて、ポンプの入口端から出口端までロータの長さに沿って力を受ける。ねじ山のリードは、出口端に向かってロータに沿って減少する。これにより、流体は、徐々に圧縮されて、その後、ポンプから放出される。このように、ポンプは、コンプレッサとして機能する。
【０００３】
不等リードスクリューポンプのロータのねじ山は、中心シリンダを取り巻く１又は複数の螺旋の形態を取る。１条のねじ山の場合、ねじ山全体は、１本の螺旋部で形成される。この場合、ねじ山のリード（ロータが完全に３６０°で１回転する間に、ねじによって進められる軸方向の長さ）は、そのピッチ（ねじ山の隣接する２つのターンの頂部間の軸方向の長さ）と同じであろう。２条又は３条以上のねじ山の場合、ねじ山は、２本又は３本以上の螺旋部で形成され、ねじ山のリードは、そのピッチの倍数になるであろう。
【０００４】
不等リードスクリューポンプのロータは、旋削（turning）のように、１つの工具の複数のパスがなされることで、従来製造されている。１又は複数の機械加工パラメータが、各パスの最中で変更されて、作られるねじ山のリードが変化する。このような方法は、比較的遅いレートで材料を除去する傾向があって、小面がある（faceted）又は表面に凹凸があるロータを製造することがある。加えて、ＣＮＣマシーンをプログラミングして、必要とされる、工具の複数の複雑なパスを生じることは、コンピュータ的に複雑であって、誤りがち又は時間を食い過ぎることがあり得る。
【０００５】
工具の各パス中に１又は複数の機械加工パラメータを変化させることは不等リードのねじ山を作製するために必要であるが、この副作用は（特に、総形工具（formed tool）を用いる場合）、結果として得られるねじ山の断面形状が、若干ずれ得ることである。このことは、次に、このような２つのロータが噛み合う精度を減少させてしまう。
【０００６】
本発明の目的の１つは、上記の不利益の少なくとも１つを緩和又は取り除く、及び／又は、相互補完的に噛み合うねじ山を有する第１ロータと第２ロータを機械加工する方法の改善又は代替方法をもたらし、及び／又は、不等ロードを有するロータを機械加工する方法の改善又は代替方法をもたらすことである。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、相互補完的に噛み合うねじ山を有する第１ロータと第２ロータを、総形工具を用いて機械加工する方法が提供される。当該方法は、ワークピースの長手方向軸回りにワークピースを回転させる工程と、ワークピースが回転している間に、ワークピースの長手方向軸に沿って総形工具の１又は複数のパスを生じて、材料を除去することで、第１ロータの各螺旋部のフランクを形成する工程であって、ワークピースと総形工具の相対位置及び相対運動を集合的に規定する複数のパラメータの少なくとも１つの値は、ねじ山のリードを変化させるように、各パス中に変化する工程と、上記の工程を第２のワークピースに繰り返して、第２ロータを形成する工程とを含んでおり、これらロータのねじ山の相互補完的形状を維持するために、１又は複数のパス中にて、複数のパラメータの少なくとも１つが調整される。
【０００８】
ロータを機械加工するのに総形工具を使用するので、上記の方法は、従来の機械加工の手段と比較して、迅速である（故に、廉価である）点で有利な、ロータを機械加工する方法をもたらす。加えて、上記の方法は、表面仕上げが優れたロータを機械加工することを可能とし、ＣＮＣ機械を用いて簡単に実施できる点で有利である。更に、上記の方法でもたらされるロータの対では、噛み合わされた場合にて、ロータ間の隙間の精度が増している。
【０００９】
総形工具は、ワークピースに特定の形状を与えるために形作られた工具であって、形作られる形状を工具の動きが規定するような単純な工具ではない。
【００１０】
ロータのねじ山が１条である場合、対向するフランクは、総形工具の１又は複数のパスによって同時に形成されてよい。或いは、各フランクは、総形工具の１又は複数のパスによって別々に形成されてよい。
【００１１】
ロータのねじ山が複数条である場合、隣接する螺旋部の対向するフランクは、総形工具の１又は複数のパスによって同時に形成されてよい。或いは、各螺旋部の各フランクは、総形工具の１又は複数のパスによって別々に形成されてよい。
【００１２】
上記の調整は、ワークピースの回転速度、及び／又は、総形工具のスピンドル角、及び／又は、ワークピースと総形工具間の中心間距離（centre distance）、及び／又は、総形工具のアプローチ角、及び／又は、その回転軸に沿った向きにおける総形工具の軸方向の位置に対する１又は複数の調整を含んでよい。ワークピースに対する工具の相対位置又は角度は、工具及びワークピースの一方又は両方を動かすことで調整できることは、理解できるであろう。
【００１３】
本発明の第１の態様の実施形態では、各パス中になされる調整は、全体的調整分布（global adjustment distribution）に基づいてなされる。各調整分布は、以下の工程によって予め決定されている：噛み合わされた第１及び第２ロータの仮想の対を互いに反対方向に回転させることで作成されるであろう隙間分布を、噛み合わされたモータの長手方向軸に沿った複数の場所にて、理論的に計算する工程。第１及び第２ロータの形状は、如何なる調整もされることなく、本発明の第１の態様の方法を用いてそれらを機械加工することで作成されるものである。；複数の場所の各々について、場所固有調整セット（location-specific adjustment set）を得る工程。各場所固有調整セットは、その場所にて隙間分布を、所定の範囲内の値に維持するであろう１又は複数のパラメータ調整を含んでいる。；場所固有調整セットに基づいて各パラメータにする調整を照合する工程。
【００１４】
上記の実施形態では、照合された調整は、上記の複数の場所間の点にて補間された調整を含んでよい。
【００１５】
上記の実施形態では、各場所固有調整セットは、次の工程によって得られてよい：各パラメータの随意的な調整が個々に、その場所における隙間分布に与えるであろう影響を決定する工程。；調整の組合せと、隙間分布を所定範囲の値内に維持するであろう、それら調整に係る必要な大きさとを決定する工程。場所固有調整セットの導出は、人の判断で、或いは、 適切な数学的な又はコンピュータで実施可能なアルゴリズムを用いて実行されてよい。
【００１６】
上記の実施形態では、複数の場所は、互いに噛み合うロータの部分に沿って等間隔で又は不規則に分布してよい。
【００１７】
上記の実施形態では、全体的調整分布は、仮想ロータのコンピュータモデルを用いて計算されてよい。その形状は、本発明の第１の態様の方法を用いて機械加工することで作製されるものであるが、如何なる調整もなされない。この場合、場所固有調整セットは、コンピュータモデルを処理することで計算されてよい。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、総形工具を用いてワークピースを機械加工することで、不等リードねじを有するロータを作製する方法がもたらされる。当該方法は、ワークピースの長手方向軸回りにワークピースを回転させる工程と、ワークピースが回転している間に、ワークピースの長手方向軸に沿って、総形工具の少なくとも１つのパスを生じて材料を除去する工程とを含んでいる。各パスは、ロータのねじ山の少なくとも１つの螺旋部の少なくとも１つのフランクを形成する。ワークピースと総形工具の相対位置及び相対運動を集合的に規定する複数のパラメータの少なくとも１つの値は、少なくとも１つのパスで作製されるねじ山のリードを変化させるように、各パス中に変化する。
【００１９】
ロータを機械加工するのに総形工具を使用するので、且つ、ロータのねじ山の各フランクは、工具の１つのパスで形成されるので、上記の方法は、従来の機械加工の手段と比較して、迅速である（故に、廉価である）点で有利な、ロータを機械加工する方法をもたらす。加えて、上記の方法は、表面仕上げが優れたロータを機械加工することを可能とし、ＣＮＣ機械を用いて簡単に実施できる点で有利である。
【００２０】
ロータのねじ山が１条である場合、螺旋部の両方のフランクは、総形工具の１つのパスによって同時に形成されてよい。或いは、各フランクは、総形工具の別々のパスによって個々に形成されてよい。
【００２１】
ロータのねじ山が複数条である場合、隣接する螺旋部の対向するフランクは、総形工具の１つのパスによって同時に形成されてよい。或いは、各螺旋部の各フランクは、総形工具の別々のパスによって個々に形成されてよい。
【００２２】
工具の軸方向の送り量のパラメータは、１又は複数のパス中にて変化してよい。
【００２３】
その他のパラメータは、各パス中にて、個々に又は別のパラメータと組み合わされて変化してよい。別のパラメータには、例えば、ワークピースに対する工具のスピンドル（ヘッド）角、ワークピース及び／又は工具の回転速度、総形工具のアプローチ角、及び、ワークピースと総形工具間の中心間距離などがある。
【００２４】
本発明の如何なる適切な態様において、総形工具は、砥石車（grinding wheel）であってよい。
【００２５】
本発明の第３の態様によれば、本発明の第１又は第２の態様による方法を機械加工装置に実行させるように構成された、コンピュータ読取可能な命令を備えるコンピュータプログラムがもたらされる。
【００２６】
コンピュータプログラムの使用によって、必要とされるモデリング又は計算を実行する、時間効率のよい方法がもたらされ、及び／又は、機械加工プロセスの速度又は精度が改善される。
【００２７】
本発明の第４の態様によれば、本発明の第３の態様によるコンピュータプログラムが保持されているコンピュータ読取可能な媒体がもたらされる。
【００２８】
コンピュータ読取可能な媒体にコンピュータプログラムを保持することで、装置におけるプログラムを実施可能な１又は複数の部分に、優れた速さ及び／又はデータ保全性でプログラムを送ることができる。
【００２９】
本発明の第５の態様によれば、総形工具を用いてワークピースを機械加工することで、不等リードねじを有するロータを作製する、コンピュータ制御された装置がもたらされる。当該装置は、プロセッサ読取可能な指示を格納するメモリと、メモリに格納された指示を読み取り実行するプロセッサとを備えており、プロセッサ読取可能な指示は、本発明の第１又は第２の態様による方法を実行させるように装置を制御するように構成された指示を含んでいる。
【００３０】
コンピュータ制御を用いることで、機械加工プロセスの精度及び／又は速度が改善する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明の特定の実施形態は、例示を目的としてのみ、添付の図面を参照して説明される。
【図１】図１は、本発明に基づいて製造された不等リードスクリューポンプの模式的な平面図である。
【図２】図２ａ乃至図２ｅは、本発明に係る複数の機械加工パラメータを示す図である。
【図３】図３は、ロータと、異なる２つのスピンドル角での切削工具とを図示する平面図である。
【図４】図４は、パラメータの全体的調整分布を計算する手順のフローチャートである。
【図４ａ】図４ａは、パラメータの全体的調整分布を計算する手順のフローチャートである。
【図５】図５は、例示的なコンピュータ生成された仮のロータ形状である。
【図６】図６は、例示的なコンピュータ生成された砥石車形状である。
【図７】図７は、説明的なロータ形状比較図である。
【図８】図８は、隙間分布の計算に使用されるシミュレーションにおけるある工程の例示的に示す。
【図９】図９は、ワークピースの回転の変化によって生じる、ロータ形状への影響を示す図である。
【図１０】図１０は、スピンドル角の変化によって生じる、ロータ形状への影響を示す図である。
【図１１】図１１は、中心間距離の変化によって生じる、ロータ形状への影響を示す図である。
【図１２】図１２は、アプローチ角の変化によって生じる、ロータ形状への影響を示す図である。
【図１３】図１３は、軸方向移動の変化によって生じる、ロータ形状への影響を示す図である。
【図１４】図１４は、ロータ形状に起こり得る、ある所望の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
添付の図中の図１を参照すると、ポンプは、２つのロータ２を有しており、それらは、ケーシング４内にて互いに反対方向に回転するように配置されている。各ロータは、不等リードのねじ山６を有しており、当該ねじ山６は、中心シリンダ８回りで同軸状に配置された１又は複数の螺旋部で構成されている。２つのロータのねじ山６は、噛み合わされている（しかしながら、必ずしも、それらロータは、ねじ山を介して伝動可能に係合される必要はない）。２つのロータは、通常、互いに鏡像関係にあるが、このことは、必須要件ではなく、幾つかのポンプでは、２つのロータは、かなり異なっている。ケーシング４と、ロータ２のねじ山６の最も外側の表面１０との間の隙間は、非常に狭く（例えば、約１００μｍ）、それらの間からの流体の漏れは、ほとんど防止されている。一方のロータ２のねじ山の最も外側の表面１０と、他方のロータの中心シリンダ８の表面との間の隙間と、２つのロータのねじ山のフランク１２の間の隙間も同様である。繰り返すが、これによって、ポンプを通る流体の漏れが低減される。約１００μｍの狭い隙間が好ましいが、問題の表面は、接触すべきではない。ポンプを駆動するために、２つのロータ２は、それらの長手方向軸回りで互いに反対方向に回転させられる。これにより、入口端（図１の視点では、左側）にて、ロータ２のねじ山６のコイルの間に流体のポケットが捕らえられる。ロータ２が回転し続けると、流体のポケットは、それらに沿って運ばれる。流体のポケットがロータ２に沿って移動すると、ねじ山６のリード、つまり、ねじ山のフランク１２の間の空間は減少する。これにより、流体は、徐々に圧縮されて、出口端（図１の視点では、右側）にて、ロータから解放される。
【００３３】
本発明のこの実施形態の方法を用いて（不等リードスクリューポンプで使用可能な種類のような）不等リードのロータを機械加工するために、不等リードの螺旋溝が、総形工具を用いて円筒状のワークピースに機械加工される。この実施形態では、総形工具は、砥石車であり、ロータのねじ山は、（不等リードロータでは常套的である）１条のねじ山である。ワークピースをその長手方向軸回りで回転開始させた後、砥石車の最初の一連のパスが、ワークピースの長さに沿ってなされる。これにより、ロータのねじ山の螺旋部の一方のフランクを規定する螺旋溝が作製される。砥石車の２番目の一連のパスが、その後なされて、溝が広げられ、螺旋部の他方のフランクが規定される。ねじ山は、それで完成する。
【００３４】
図２は、ワークピースと総形工具の相対位置と相対運動を集合的に規定する複数のパラメータを説明している。しかしながら、その他の実施形態では、ワークピースと砥石車の相対位置及び／又は相対運動を規定するのに寄与するその他のパラメータが考慮されてよい。これらのパラメータは、不等リードを有していないが、調整の特質を説明するのに十分であるワークピースについて示されている。図２ａは、切削工具の軸方向の移動を、即ち、砥石車の移動の速度（及び向き）は、その回転軸に平行な向きであることを示している。図２ｂは、ワークピースの長手方向軸から工具の中心点までのラジアル距離である、中心間距離を示している。図２ｃは、工具のスピンドル角（ヘッド角としても知られている）を図示している。当該スピンドル角は、ワークピースの長手方向軸と工具の中心点とに交わる最も短い線に垂直な平面に、工具の長手方向の軸と、ワークピースの長手方向の軸とが投射される場合に、それらがなす角度である。図２ｄは、工具のアプローチ角を示す。当該アプローチ角は、ワークピースの長手方向軸と工具の中心点とを含む平面への工具の回転軸の投影となす、ワークの長手方向軸の角度である。図２ｅは、ワークの回転、その長手方向軸回りの角速度を図示している。
【００３５】
これらのパラメータは、工具及びワークピースの一方又は両方を動かすことで変化することは明らかであろう。
【００３６】
各パスを通じて、上記の機械加工パラメータの少なくとも１つの値は変化する必要がある。これによって、作製される螺旋溝のリード、故に、最終的にはねじ山のリードが、ロータの長さに沿って変化することが確かにされる。この実施形態では、工具の各パス中にて、ワークの回転が増加する。これによって、工具の軸方向の移動に対してワークピースの回転が増加して、ねじ山のリードが減少する。これは、図３に示されている。ロータ２に沿った工具１６の各パスは、左から右へと起こっている。不等リードは、その代わりに、１又は複数のその他の機械加工パラメータを変化させることで、例えば、各パスの間、工具の軸方向の動きを低下させることでもたらされてよい。また、図３に図示されているように、この実施形態では、スピンドル角１４は、工具１６の各パス中にて、減少している。これは、幾つかの実施形態では好ましい。何故ならば、リードの減少で起こる隣接するターン間の空間の減少に対応するために、ねじ山６のフランクをより急峻にするからである。
【００３７】
２つのロータが機械加工されて、相互補完的に噛み合うねじ山を有する場合、上記の方法は、なおさら、各ロータを作製するのに使用されてよい。しかしながら、機械加工プロセス中におけるワークピースと砥石車の相対位置及び相対運動を集合的に規定する１又は複数のパラメータに対する１又は複数の調整が、繰り返しなされることが必要とされる。スピンドル角とワークの回転とは（この実施形態では）、工具がロータに沿って通って行く際に変更されるので、ロータの形状（つまり、回転軸に垂直な平面における断面形状）は、それらの長さに沿って若干変化する。これらの変化によって、ロータが噛み合わされた場合に、ロータ間の隙間が不具合な領域が生じることがある。例えば、ロータの長さに沿った幾つかの平面内にて（及び／又は、幾つかの回転位置にて）、ロータ間に非常に大きなギャップがあり、過度の流体の漏れが生じることがある。或いは、ロータは、隙間が非常に小さくなるほどに、又は、ロータがぶつかるほどに、何れかに非常に近接することがある。それ故に、調整が必要とされて、機械加工パラメータを調整することでロータの一方又は両方の形状が変更される。これによって、不等リードによってそれらになされる変化が補償されて、ロータ間の隙間は、許容レベルで維持される。
【００３８】
図４は、上記の方法によって１対のロータを作製するのに使用される全体的調整分布を計算する手順を示すフローチャートである。全体的調整分布は、全ての点にて許容可能な隙間の値を示すようなロータを作製するためになされる必要がある調整を規定する。これは、ロータが互いに噛み合うと、全ての点での隙間のギャップが最適値に可能な限り近いままであり続けるように、ロータ対の一方又は両方についてパラメータを操作することで計算される。
【００３９】
手順のステージ１は、雄ロータ（第１ロータ）と雌ロータ（第２ロータ）について、仮ロータ形状、つまり、回転軸に垂直な平面における断面形状を決定する。この実施形態では、仮ロータ形状は、Ｎ個のデカルト座標の組として、コンピュータでモデル化される。例示の仮ロータ形状は、図５に示されており、図５では、ロータの中央シリンダ８と、ねじ山６と、ねじ山の最も外側にある表面１０と、２つのフランク１２とが示されている。仮ロータ形状は、組み合わされると、互いに反対方法に回転している間、最適な隙間を示す。当該最適な隙間は、本実施形態では、１００μｍである。
【００４０】
仮ロータ形状に加えて、この実施形態では、仮パラメータ変動分布も定義される。仮パラメータ変動分布は、先に議論したパラメータの初期値を設定し、更に、ねじ山のリードにおける所望の変動を生じるのに必要なパラメータの変動を設定する。しかしながら、ロータのねじ山の相互補完的な特性を維持する如何なる調整も含んでいない。例えば、例示の（単純化された）仮パラメータ変動分布は、スピンドル角の初期値、中心間距離の初期値、及びワークの回転の初期値が夫々、１．５°、３００ｍｍ、及び１ＲＰＭであり、中心間距離は、常に一定であるべきであり、ワークピースに沿った総形工具の１００ｍｍの移動毎に、総形工具のスピンドル角は、１°増加し、ワークの回転速度は、０．２ＲＰＭ減少すべきである、と定めてよい。
【００４１】
図４を参照すると、プロセスのステージ２は、仮パラメータ変動分布で設定されている初期状態下で砥石車がワークピースに適用されると仮定した場合に、仮ロータ形状を有するロータを作製するであろう砥石車の形状（車の外周の形状）を計算する（この計算に適切な１つの方法は、Ｎ Ｓｔｏｓｉｃによって１９９８年に、 Vol 212 Part C of Proc. Inst. Mech. Engで公開された「On gearing of helical screw compressor rotors」にて開示されている）。この実施形態では、砥石車の形状はまた、一組のデカルト座標としてコンピュータでモデル化される。例示の砥石車形状は、図６に示されている。図４は、最もリードが短いロータの端にて、砥石車の形状が計算されると述べているが、対向する端、又は、これらの端の間の軸上の点が、計算のベースポイントとして使用されてよいことは同様に確かである。工具のパスは、この軸上の点から開始してもしなくともよく、計算シーケンスとしては、同じ方向に進んでも進まなくともよい。
【００４２】
ある実施形態では、次のパラメータが、切削工具の形状を計算するのに使用される：ロータのねじ山のリード、ねじ山の条数、ロータの外径、切削工具の直径、中心間距離、要求されているねじ山の形状。
【００４３】
上述したように、上記のデータのみを用いてロータが機械加工される場合には、リードを変化させるのに必要なパラメータ（例えば、本実施形態では、スピンドル角とワークの回転）の変動によって起こるロータ形状の僅かな変化に起因して、ロータ間の隙間が好ましくない領域が存在し得る。それ故に、ロータ間の隙間が許容できる範囲内であることを補償して確実にするために、仮パラメータ変動分布を調整することで、ロータの形状の変更がなされる必要がある。
【００４４】
プロセスのステージ３では、パスの開始点からＸｍｍの場所にて、ロータの形状に与える総形工具のスピンドル角の変化の効果が、決定される。これは、仮パラメータ変動分布に従う砥石車によって、パスの開始点からＸｍｍにて作られるであろうロータ形状を計算することで決定される。図７は、仮形状と、パスの開始点からロータに沿った点で作られた形状との例示的な比較である。これらの形状は、互いに重ね合わされており、差異が強調されている。この例では、ロータに沿ったこの点で作られた形状におけるねじ山のフランクは、仮形状のねじ山のフランクよりも、急角度である。
【００４５】
上記のロータ形状が作成された後、ステージ４では、ロータを互いに反対に回転させることで生じるであろう隙間分布が計算される。隙間分布は、ロータが一回転動く間に生じる隙間の値の周期的パターンである（例えば、隙間分布は、ロータの角度位置に対して隙間をプロットすることで表示されてよい）。この実施形態では、隙間分布は、形状のコンピュータモデルを用いて計算される。コンピュータシミュレーションが実行され、噛み合わせ位置にて形状モデルを互いに反対方向に回転させて、各回転位置にて、２つのロータにおける最も近接するデカルト座標点間の距離を記録する。回転が完了すると、隙間分布がもたらされる。図８は、このようなシミュレーションにおける、あるステップを示す例示の図である。２つのロータの最も近接したデカルト座標点は、「接触点」と付されている。しかしながら、それらの点の間に隙間（即ち、ギャップ）があってよく、或いは、２つのモータは重なっていてもよい（衝突を示しており、それらの点にて、「最も近い点」は、他のロータへと最も遠くに突き通る点となる）ことを理解すべきである。図示した例では、接触点にて、ロータＡは、ロータの仮形状における対応する点から３００μｍだけ外側にあり、接触点にて、ロータＢは、ロータの仮形状における対応する点から２２５μｍだけ内側にある。隙間の値は、それ故に、最適な１００μｍよりも小さい７５μｍとなり、実際の隙間の値は、２５μｍとなる。
【００４６】
ステージ５では、考慮した各パラメータの調整の形状（及び隙間分布）が計算される。この実施形態では、各計算は、パラメータへの随意的な変更の効果を生じさせるために、形状のコンピュータモデルに必要な変更をすることで実行される。例えば、図９は、ワークの回転における随意的な（arbitrary）変化が生じる、一方のロータの形状への効果の説明図であり、図１０は、砥石車のスピンドル角における随意的な変化が生じる、そのロータの形状への効果の説明図である。両方の図において、形状の外形線に垂直な線は、形状の形の変化の向きと相対的な大きさを示している（これらの線は、形状のトレース自体とは対応していない）。更に、その他の変数の調整の形状に与え得る効果を示す説明図は、図１１乃至１３に示されており、それらは、中心間距離と、アプローチ角と、軸方向の移動とにおける随意的な変化で生じる効果を示している。
【００４７】
考慮された全てのパラメータに対する調整の効果が、両方のロータについて計算されると、場所固有調整セットが、ステージ６にてコンパイルされる（compiled）。場所固有調整セットは、仮パラメータ変動分布に与えられると、その軸方向位置にてロータ間の隙間分布を許容可能な範囲内に留まらせるであろうパラメータの調整の組である。この例示の実施形態では、許容可能な範囲は、１００±１０μｍである。例えば、許容可能な範囲内にロータＡとロータＢ間の分布を維持するのに必要なロータＡの形状の変化が、図１４に示されている場合、左のフランク（即ち、図１４の左側に示されたフランク）との関係で、これは、図９及び図１０に夫々示されたワークの回転とスピンドル角への調整を成すことで得られるであろう。右のフランクに関連して、これは、図１０に示すスピンドル角の調整と、図９に示したものとは反対方向にワークの回転の調整とを行うことで得られるであろう（各フランクについてワークの回転を異なるように変化させることが不可能であり、別々の調整がなされる必要がある点では、両方のフランクは、同時に機械加工されないと仮定する。）。このケースでは、形状を適切に調節するのに必要である調整の大きさは、図示した大きさと同じように見える。しかしながら、他の実施形態では、調整の大きさは、それらの個々の随意的な変化の大きさと異なっていてもよい。同様に、この例では、この場所固有調整セットは、この点におけるロータの一方に対する調整のみを含んでいる。しかしながら、その他の状況では、（同じパラメータ又は異なるパラメータへの）調整が、両方のロータに与えられてよい。纏めると、この例では、２つのワークピースに沿ったＸｍｍの場所における特異的調整セットは、ワークの回転の調整と、ロータＡについてのスピンドル角の調整とを含んでいるが、ロータＢについての調整を含んでいない。
【００４８】
ワークピースに沿ったＸｍｍの位置についての場所固有調整セットが計算（及び記録）された後、ステージ３乃至６のプロセスが、ワークピースの軸方向の長さに沿ったその他の場所にて繰り返される。図４に例示の実施形態では、プロセスは、Ｘｍｍの間隔で繰り返される。このプロセスは、ロータの遠位端に達するまで続けられて、そのステージで、場所固有調整セットのグループが、集められる。各々は、ステージ３乃至６が実行されたワークピースに沿った各点についてのものである。この実施形態では、不変な増分が選択されているので、場所は、ロータの長さに沿って、等間隔に分布している（最終場所が、総形工具のパスが始まる端に対してロータの遠位端に正確に位置するように、Ｘの値は計算されている）。
【００４９】
全ての場所固有調整セットが計算されると、各パラメータについて、計算された場所間で必要とされる調整が、パラメータ調整セットに基づいて、そのパラメータの調整から補間される。そして、全てのパラメータについての全ての調整が照合されて（collated）、全体的調整分布が作成される。そして、全体的調整分布は、各ロータの製造中に要求される調整へと分けられる。加えて、個々のパス又はパスの組にてねじ山の２又は３以上のフランクが機械加工される実施形態では、全体的調整分布は、その後、各フランクに適用可能である全体的調整分布の部分へと分けられる。
【００５０】
明確にすると、全体的調整分布は、各パラメータについてのプロットの集合であってよく、各プロットは、ロータに沿った距離に対する調整の大きさを含んでいる。例えば、あるロータについての例示的な（簡単化された）全体的調整分布は、工具がワークピースに沿って２７０ｍｍに達するまで、ワークピースに沿って工具が１００ｍｍ移動する毎に、スピンドル角が、０．１°減少し、その後、０．２°増加すべきこと、そして、パスを通じて工具が１００ｍｍ移動する毎に、中心間距離が１ｍｍ増加すべきことを指示する。
【００５１】
ロータを機械加工するために、研削機によって続いてなされる動きは、各ロータについて、仮パラメータ変動分布の上に全体的調整分布を重ねることで決定される。例えば、仮パラメータ変動分布は、ロータ上のある点で中心間距離が３００ｍｍであることを指示し、全体的調整分布は、その点にて、２ｍｍの減少が必要とされると指示する場合、その点で研削機がもたらす中心間距離は、２９８ｍｍとなるだろう。
【００５２】
より詳細に解説すると、上述した仮パラメータ変動分布に基づいてロータが機械加工され、要求される調整が、上記の例示の全体的調整分布で設定される場合、研削機が従うべき動作は、以下のようになるであろう。
ａ）１．５°で開始し、ワークピースに沿って工具が２７０ｍｍ移動するまで、ワークピースに沿って工具が１００ｍｍ移動する毎に、スピンドル角は、０．９°ずつ増加し、その後、さらに１００ｍｍ移動する毎に、１．２°ずつ増加する。
ｂ）３００ｍｍで開始し、中心間距離は、工具が１００ｍｍ移動する毎に、１ｍｍずつ減少する。
ｃ）１ＲＰＭで開始し、ワークピースの回転速度は、ワークピースに沿って工具が１００ｍｍ移動する毎に０．２ＲＰＭずつ減少する。
【００５３】
上述したように、この実施例では、パラメータ調整は、モータの対について同時に計算される。相補的な形状のロータを作製する場合に研削機が従うべき動作の対応する組は、以下のようになるであろう。
ａ）２．５°で開始し、ワークピースに沿って工具が１８０ｍｍ通過するまで、ワークピースに沿って工具が１００ｍｍ移動する毎に、スピンドル角は、０．７５°ずつ増加し、その後、さらに１００ｍｍ移動する毎に、０．９°ずつ増加する。
ｂ）３００ｍｍで開始し、中心間距離は、工具が１００ｍｍ移動する毎に、０．５ｍｍずつ減少する。
ｃ）１．５ＲＰＭで開始し、ワークピースの回転速度は、ワークピースに沿って工具が１００ｍｍ移動する毎に０．３ＲＰＭずつ減少する。
【００５４】
この例が示すように、各ロータの機械加工に適用される調整は、大きさが異なっていてよく、及び／又は、軸方向の異なる位置で起こってよい。更なる例では、異なるパラメータが、各ロータの機械加工について調節されてよく、又は、ロータの一方を機械加工するためのパラメータのみが、常に調節されてよい。
【００５５】
上記の設計に対する多数の変更が、添付の特許請求の範囲で規定される本発明の範囲から逸脱することなくなされてよい。例えば、説明した実施例では、多くの計算と導出が、コンピュータモデルを操作することで実行されるが、それらの１又は複数は、代わりに完全に数値的に又はグラフィカルに実行されてよい 。或いは、計算と導出、又は方法全体は、コンピュータプログラムを実行することで実施されてよい。コンピュータプログラムは、有形のキャリア媒体（例えば、ディスク）又は無形のキャリア媒体（例えば、通信信号）であってよいコンピュータ読取可能な媒体に保持されてよく、及び／又は、適切な装置を用いて実施されてよい。当該装置は、機械加工装置に接続された又はその一部を構成するプログラム可能なコンピュータを含んでよい。
【００５６】
加えて、総形工具は、砥石車ではなく、ミリングカッタや放電加工工具のようなその他の任意の種類の総形工具であってよい。更に、上記の実施形態における計算は、１回に、ある場所における形状をモデル化することで繰り返し実行されたが、その他の実施形態では、ロータ全体が、最初にモデル化されて、その後、必要とされる全ての計算が（同時に又は１回に１つの場所にて）実行されてよい。
【００５７】
記載及び説明された実施形態は、例示的なものであって、特徴を限定するものではないと考えられるべきであり、好ましい実施形態のみが示されて、記載されており、請求の範囲に規定されている本発明の範囲内に入る全ての変化と変更が保護されることが望まれることは理解されるべきである。記載中の「望ましい」、「好ましくは」、「好ましい」、又は「より好ましい」のような言葉の使用は、説明された特徴が望ましいであろう旨を示唆している一方で、それにも拘わらず、それは必須ではなく、このような特徴を欠く実施形態が、添付の請求の範囲に規定されている本発明の範囲内に入るものとして考えられてよい。請求の範囲に関連して、「１つ」、「少なくとも１つ」又は「少なくとも一部」のような言葉が、特徴に前置きするのに使用されている場合、請求の範囲に反対のことが具体的に述べられていない限り、１つのそのような特徴のみに請求の範囲を限定する意図はない。「少なくとも一部」及び／又は「一部」なる言葉が使用される場合、反対のことが具体的に述べられていない限り、その事項は、一部及び／又は全ての事項を含み得る。
【００５８】
本明細書に示されたような選択的及び／又は好ましい特徴は、個別に又は互いに組み合わされて使用されてよく、添付の請求の範囲に示されているような組合せが適切で特別であろう。本発明の各態様について、本明細書に示された選択的及び／又は好ましい特徴はまた、本発明の各態様についても適切に適用可能である。
【００５９】
疑念を避けると、本明細書の工具の動きへの言及は、工具とワークピース間の相対的な動きの任意の形態を対象とすることを意図している。例えば、工具のパスは、実際には、軸方向に固定された工具に沿ってワークピースを動かすことでもたらされてよく、スピンドル角の変化は、工具とワークピースの両方の軸の角度を変化させることで生じてよい。
【図１】
0006408485.tif 000002
【図２ａ】
0006408485.tif 000003
【図２ｂ】
0006408485.tif 000004
【図２ｃ】
0006408485.tif 000005
【図２ｄ】
0006408485.tif 000006
【図２ｅ】
0006408485.tif 000007
【図３】
0006408485.tif 000008
【図４】
0006408485.tif 000009
【図４ａ】
0006408485.tif 000010
【図５】
0006408485.tif 000011
【図６】
0006408485.tif 000012
【図７】
0006408485.tif 000013
【図８】
0006408485.tif 000014
【図９】
0006408485.tif 000015
【図１０】
0006408485.tif 000016
【図１１】
0006408485.tif 000017
【図１２】
0006408485.tif 000018
【図１３】
0006408485.tif 000019
【図１４】
0006408485.tif 000020