(57)【要約】【課題】スクリュー圧縮機における表面に樹脂が被覆されたスクリューロータを精度よく加工する。【解決手段】スクリュー圧縮機のスクリューロータを製造する際に、一対のスクリューロータ１、２のうち加工対象となる被加工スクリューロータ２と対になるスクリューロータ１と同一形状の加工用ロータ３０を用意し、被加工ロータ２の表面を樹脂層で被覆し、表面を樹脂層で被覆された被加工ロータ２と加工用ロータ３０とが互いに噛み合った状態で回転させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状の歯が形成された一対のスクリューロータ（１、２）をハウジング（７）内で互いに噛み合うように回転させ、外部から吸入した気体を圧縮して吐出するスクリュー圧縮機におけるスクリューロータを製造するスクリューロータ製造装置であって、
前記一対のスクリューロータ（１、２）のうち加工対象となる被加工スクリューロータ（２）と対になるスクリューロータ（１）と同一形状の加工用ロータ（３０）と、
表面を樹脂層で被覆された前記被加工ロータ（２）および前記加工用ロータ（３０）を互いに噛み合った状態で回転させるロータ回転駆動手段とを備えることを特徴とするスクリューロータ製造装置。
【請求項２】
前記加工用ロータ（３０）は、前記螺旋状の歯から構成される溝の数が前記被加工スクリューロータ（２）と異なっていることを特徴とする請求項２に記載のスクリューロータ製造装置。
【請求項３】
前記加工用ロータ（３０）は、直径が前記被加工スクリューロータ（２）と異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載のスクリューロータ製造装置。
【請求項４】
前記加工用ロータ（３０）の表面にはダイヤモンド砥粒（３０ｄ）が電着されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のスクリューロータ製造装置。
【請求項５】
前記被加工スクリューロータ（２）または前記加工用ロータ（３０）の少なくとも一方にクーラントを噴射する筒状の噴射ノズル（４０）を備え、
前記噴射ノズル（４０）にはクーラントを噴射するための複数の噴射口（４０ａ）が径方向断面において放射状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のスクリューロータ製造装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載のスクリューロータ製造装置を用いるスクリューロータの製造方法であって、
前記被加工スクリューロータ（２）の表面を樹脂層で被覆する工程と、
前記被加工スクリューロータ（２）と前記加工用ロータ（３０）とを互いに噛み合うように回転させ、前記被加工スクリューロータ（２）の樹脂層を加工する工程を備えることを特徴とするスクリューロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から気体を取り込み圧縮して吐出するスクリュー圧縮機のロータ製造方法及び製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
螺旋状の歯が形成された一対のスクリューロータをハウジング内で作動させ、外部から吸入した気体を圧縮して吐出するスクリュー圧縮機において、圧縮効率はスクリューロータ形状の最終仕上げの加工精度により大きく影響される。
【０００３】
従来より、歯車の加工方法として、円盤状の回転工具（ホイール砥石）を用いて歯面を切削加工する加工方法（特許文献１参照）や、砥石歯車を外歯車として用いる外歯車式ホーニング加工方法（特許文献２参照）、砥石歯車を内歯車として用いる内歯車式ホーニング加工方法（特許文献３、４参照）が知られている。
【特許文献１】特開２００１−１９８７２９号公報
【特許文献２】特開２００４−１３６４２６号公報
【特許文献３】特開２００２−３２６１２３号公報
【特許文献４】特開２００４−１４１９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、スクリュー圧縮機の用途を家庭用から車両用まで幅広く広げるために、スクリュー圧縮機の小型化・低騒音が検討されており、歯丈が高く高リードのスクリューロータが必要になってきている。このような歯丈が高く高リードのスクリューロータを加工する場合、特許文献１に記載のホイール砥石による加工方法では加工できない干渉部が発生するという問題がある。
【０００５】
また、スクリュー圧縮機の高性能化として、圧縮効率の向上（形状精度とシール性の確保）とトラブル防止（ゴミ等によるロック防止）のために、ロータ表面にエポキシ系樹脂やフッ素樹脂をコーティングし、樹脂部分を後から加工することが検討されている。
【０００６】
樹脂コーティングされたスクリューロータを加工する場合、特許文献２〜４に記載のホーニング加工は、研削ではなく磨き加工であるため、削れ易い部位は加工量が大きくなるのに対し、削れ難い部位は加工量が小さくなる。このため、精度よく加工することができないという問題がある。さらに、砥石とロータとの間に砥石粒子を供給しながらホーニング加工を行なう場合には、砥石粒子が樹脂に食い込んで完全には除去が困難となる。この結果、樹脂に残留した砥石粒子によりスクリューロータの磨耗が早くなり、スクリューロータの耐久性に不具合が生じることがある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、スクリュー圧縮機における表面に樹脂が被覆されたスクリューロータを精度よく加工することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、螺旋状の歯が形成された一対のスクリューロータ（１、２）をハウジング（７）内で互いに噛み合うように回転させ、外部から吸入した気体を圧縮して吐出するスクリュー圧縮機におけるスクリューロータを製造するスクリューロータ製造装置において、一対のスクリューロータ（１、２）のうち加工対象となる被加工スクリューロータ（２）と対になるスクリューロータ（１）と同一形状の加工用ロータ（３０）と、表面を樹脂層で被覆された被加工ロータ（２）および加工用ロータ（３０）を互いに噛み合った状態で回転させるロータ回転駆動手段とを備えることを第１の特徴としている。
【０００９】
これにより、被加工ロータ（２）の表面の樹脂層に加工用ロータ（３０）の形状を転写できる。また、相手方ロータ（１）と同一形状の加工用ロータ（３０）を用いることで、歯丈が高く高リードのロータ２を加工する場合にも加工できない干渉部が発生しない。このため、表面を樹脂で被覆されたロータ（２）の表面を精度よく加工することができる。
【００１０】
本発明は、加工用ロータ（３０）は、螺旋状の歯から構成される溝の数が被加工スクリューロータ（２）と異なっていることを第２の特徴としている。これにより、加工用ロータ（３０）と被加工ロータ（２）との接触部位が常にずれ、特定部位を削りすぎることを防止でき、加工精度を向上させることができる。
【００１１】
本発明は、加工用ロータ（３０）は、直径が被加工スクリューロータ（２）と異なっていることを第３の特徴としている。これによっても、加工用ロータ（３０）と被加工ロータ（２）との接触部位が常にずれ、特定部位を削りすぎることを防止でき、加工精度を向上させることができる。
【００１２】
本発明の各特徴において、加工用ロータ（３０）の表面にはダイヤモンド砥粒（３０ｄ）が電着されているように構成することができる。また、被加工ロータ（２）の表面に被覆される樹脂層は、エポキシ樹脂あるいはフッ素樹脂のいずれかから構成することができる。
【００１３】
本発明は、被加工スクリューロータ（２）または加工用ロータ（３０）の少なくとも一方にクーラントを噴射する円筒形の噴射ノズル（４０）を備え、噴射ノズル（４０）には複数の噴射口（４０ａ）が径方向断面において放射状に形成されていることを第４の特徴としている。これにより、加工用ロータ（３０）の凹凸状の表面に均一にクーラントを噴射することができ、加工に伴う発熱を効果的に抑制することができる。
【００１４】
本発明は、上記各特徴を有するスクリューロータ製造装置を用いるスクリューロータの製造方法において、被加工スクリューロータ（２）の表面を樹脂層で被覆する工程と、被加工スクリューロータ（２）と加工用ロータ（３０）とを互いに噛み合うように回転させ、被加工スクリューロータ（２）の樹脂層を加工する工程を備えることを第５の特徴としている。
【００１５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る気体圧縮機を図１〜図６に基づいて説明する。本実施形態の気体圧縮機は、水素を圧送するように構成されており、例えば水素エンジンや燃料電池に水素を供給する水素供給装置として用いることができる。図１は本実施形態の気体圧縮機の断面図、図２は図１のロータの軸方向端面の形状を示す図、図３はロータの斜視図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の気体圧縮機はスクリュー圧縮機であり、ねじ状のオスロータ１およびメスロータ２と、駆動源の回転力によりロータ１、２を回転駆動する回転伝達機構３と、一対のロータ１、２および回転伝達機構３を収納するケーシング４と、駆動源の回転力を受ける入力軸５等から構成されている。なお、図１において一対のロータ１、２は紙面奥側と手前側に並んで配置されている。
【００１８】
オスロータ１およびメスロータ２は、電動式モータ１００等の駆動源から回転力を得た回転伝達機構３により回転駆動される。本実施形態では、オスロータ１が駆動側、メスロータ２が従動側になっており、それぞれ回転軸１ａ、２ａを中心として回転する。
【００１９】
図１、図２に示すように、オスロータ１およびメスロータ２は、互いに噛合するように螺旋状の突起部が形成された雄ねじ状に形成されている。また、オスロータ１およびメスロータ２は、回転軸１ａ、２ａと、この回転軸１ａ、２ａの外周側に配置されて一体化されたねじ形状のロータボディ１ｚ、２ｚとから構成されている。また、オスロータ１およびメスロータ２は、表面にエポキシ樹脂またはフッ素樹脂等の樹脂がコーティングされており、表面が樹脂層で被覆されている。
【００２０】
回転軸１ａ、２ａは、後述する軸受１１、１２に保持されるように構成されている。ねじ形状のロータボディ１ｚ、２ｚは、オスロータ１の歯先１ｙとメスロータ２の歯元２ｘが噛み合い、オスロータ１の歯元１ｘとメスロータ２の歯先２ｙが噛み合うように構成されている。
【００２１】
図２、図３に示すように、オスロータ１には、歯元１ｘにより構成される溝が３本設けられ、メスロータ２には、歯元２ｘにより構成される溝が４本設けられている。また、オスロータ１が大径ロータ、メスロータ２が小径ロータとなっており、オスロータ１の外径の方がメスロータ２の外径より大きくなっている。
【００２２】
図１に戻り、ケーシング４は、モータ１００側から順に、潤滑ボックス６、ロータハウジング７およびカバー８から構成されている。なお、ロータハウジング７およびカバー８は、本発明のハウジング部材に相当する。
【００２３】
潤滑ボックス６、ロータハウジング７およびカバー８は、ボルト（図示せず）等の締結手段によって強固に結合されている。ロータ１、２と回転伝達機構３はそれぞれ離隔した状態でケーシング４内に収納されており、一対のロータ１、２はロータハウジング７内に収納され、回転伝達機構３は循環ボックス６内に収納されている。
【００２４】
潤滑ボックス６内には、回転伝達機構３と、回転伝達機構３に供給される潤滑油とが収納された潤滑油空間９が形成されている。潤滑油としては、例えばエンジンオイルと同程度の粘度を有するオイルを用いることができる。回転伝達機構３を構成する歯車等には、潤滑油空間９内の潤滑油がはねかけられることにより潤滑が行われる。
【００２５】
潤滑ボックス６には、モータ１００から回転力を受ける入力軸５が設けられている。潤滑ボックス６には、モータ１００側に第１軸受１１が設けられ、潤滑油空間９側に第２軸受１２が設けられており、入力軸５はこれらの軸受１１、１２を介して潤滑ボックス６に支持されている。また、潤滑ボックス６に形成された入力軸５が挿入される挿通穴の内部には、潤滑油がケーシング４外に流出するのを阻止するための第１オイルシール１３が装着されている。
【００２６】
ロータハウジング７内には一対のロータ１、２が収納されたロータ室１０が形成されている。ロータハウジング７には、ロータ室１０内に気体を吸入するための吸入口７ａと、ロータ室１０外に気体を吐出するための吐出口７ｂが形成されている。吸入口７ａはロータハウジング７の軸方向端部のうちカバー８側に設けられており、吐出口７ｂはロータハウジング７の軸方向端部のうち潤滑ボックス６側に設けられている。
【００２７】
また、ロータ１、２の外周先端とロータ室１０の内壁との間は、微小な隙間が形成されたシール構造となっている。ロータ１、２とロータ室１０内壁との間には、吸入口７ａから吸入された気体を圧縮するための圧縮室１０ａが形成されている。
【００２８】
上述のように、ロータ１、２は回転伝達機構３により回転駆動される。回転伝達機構３は、入力軸５の回転をオスロータ回転軸１ａとメスロータ回転軸２ａに伝達するとともに、一対のロータ１、２を同期回転させるように構成されている。回転伝達機構３は、モータ１００によって駆動される入力軸５の回転をオスロータ回転軸１ａに伝える第１、第２ギヤ１４、１５と、これらのギヤ１４、１５からオスロータ回転軸１ａに伝えられた回転をメスロータ回転軸２ａに伝える第３、第４ギヤ１６、１７等から構成される。なお、第３、第４ギヤ１６、１７は、一対のロータ１、２を同期回転させるためのタイミングギヤである。
【００２９】
オスロータ回転軸１ａとメスロータ回転軸２ａは、一端側が第３、第４軸受１８、１９を介してロータハウジング７に回転可能に支持され、他端側が第５、第６軸受２０、２１を介してカバー８に回転可能に支持されている。
【００３０】
また、ロータハウジング７に形成されたロータ回転軸１ａ、２ａが挿入される挿通穴には、第３、第４軸受１８、１９に供給される潤滑油がロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第２、第３オイルシール２２、２３が装着されている。さらに、カバー８に形成されたロータ回転軸１ａ、２ａが挿入される挿通穴にも、第５、第６軸受２０、２１に封入されているグリースがロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第４、第５オイルシール２４、２５が装着されている。
【００３１】
次に、本実施形態のスクリュー圧縮機の作動について説明する。
【００３２】
一対のロータ１、２が、回転伝達機構３により同期回転されると、ロータケーシング７のカバー８側に設けられた吸入口７ａから気体が圧縮室１０ａに吸い込まれる。このとき、圧縮室１０ａは、一対のロータ１、２の回転とともに、カバー８側から潤滑油空間９側に移動しながらその体積が縮小していくため、圧縮室１０ａ内の気体は次第に加圧圧縮されながら潤滑油空間９側に移動していく。
【００３３】
そして、一対のロータ１、２の回転角が所定の角度に達すると、圧縮室１０ａがロータケーシング７の潤滑油空間９側に設けられた吐出口７ｂに到達し、それまで密閉されていた圧縮室１０ａが吐出口７ｂにて開放された状態となるので、圧縮室１０ａ内の圧縮された気体が吐出口７ｂから吐出される。
【００３４】
次に、本実施形態のスクリュー圧縮機のロータ１、２の製造方法について説明する。オスロータ１およびメスロータ２は、同様の手順により加工されるので、本実施形態ではメスロータ２の製造方法についてのみ説明する。図４は本実施形態のロータ製造装置の主要部分を示す平面図である。
【００３５】
図４に示すように、本実施形態のロータ製造装置では、被加工ロータとしてのメスロータ２を加工用ロータ３０を用いて加工するように構成されている。なお、図４では図示を省略しているが、後述のクーラント噴射機構を含め、メスロータ２と加工用ロータ３０はケース内に収納されている。
【００３６】
加工用ロータ３０は、メスロータ２と対になる相手側のオスロータ１と同一形状に構成されている。加工用ロータ３０は、電着および加工を容易に行なうことができる材料が望ましく、例えば鉄やアルミニウムを用いることができる。加工用ロータ３０は、例えばＮＣ加工によりオスロータ１と同一形状に精度よく加工すればよい。
【００３７】
加工用ロータ３０は回転軸３０ａの一端側は固定治具３１に回転可能に固定される。回転軸３０ａの他端側は旋盤主軸３２に連結され、図示しない主軸モータにより加工用ロータ３０が回転駆動される。メスロータ２は、回転軸２ａの両端が固定治具３３に回転可能に固定されている。加工用ロータ３０の回転はギア３４、１７を介してメスロータ２に伝えられ、メスロータ２が加工用ロータ３０と同期回転する。なお、主軸モータ、旋盤主軸３２、ギア３４、１７が本発明のロータ回転駆動手段に相当している。
【００３８】
図５（ａ）は加工用ロータ３０の軸方向端面形状を示す図であり、図５（ｂ）は加工用ロータ３０の表面の拡大断面図である。図５（ａ）に示すように、加工用ロータ３０の表面には砥石層３０ｂが形成されている。図５（ｂ）に示すように、砥石層３０ｂはメッキ層３０ｃと砥粒３０ｄから構成されている。本実施形態では、加工用ロータ３０にダイヤモンド電着を施すことで砥石層３０ｂが形成されるように構成されており、メッキ層３０ｃはニッケルから構成され、砥粒３０ｄはダイヤモンド砥粒から構成されている。
【００３９】
加工用ロータ３０の表面に砥粒３０ｄを載せた状態で、メッキ処理によってニッケルメッキを施し、このメッキ層３０ｃ中に砥粒３０ｄを保持することによって、砥粒３０ｄが加工用ロータ３０の表面に電着される。本実施形態では、メッキ層３０ｃの厚みを薄くして、砥粒３０ｄの露出分を多くしている。
【００４０】
一方、メスロータ２は、軽合金を用いてダイキャストあるいは精密鋳造等により製造することができる。軽合金としては、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金等を用いることができる。そして、メスロータ２の表面には樹脂コーティングが行なわれる。樹脂としては、エポキシ樹脂あるいはフッ素樹脂を用いることができる。樹脂コーティングは、例えば粉体塗装により行なうことができ、樹脂の粉体が飛散している容器内に充分に加熱されたメスロータ２を容器内に入れることで、メスロータ２の表面を樹脂層で被覆することができる。本実施形態では、メスロータ２の表面に付着させる樹脂の厚みを１ｍｍ程度としている。
【００４１】
図４に戻り、加工用ロータ３０と樹脂コーティングしたメスロータ２を固定治具３１、３３に固定し、これらを回転させる。本実施形態では、ロータ２、３０の回転速度を３１５ｒｐｍとし、加工時間を１．５分間としている。これにより、メスロータ２の樹脂コーティングされた表面が加工用ロータ３０により切削され、加工用ロータ３０の形状が転写される。
【００４２】
このとき、加工用ロータ３０とメスロータ２は溝数が異なるため回転差が生じる。また、加工用ロータ３０とメスロータ２はロータ径が異なることによっても回転差が生じる。加工用ロータ３０とメスロータ２の回転差により、互いの接触部位が絶えずずれることになる。このため、メスロータ２における特定部位を削りすぎることがない。
【００４３】
図６（ａ）はロータ製造装置のクーラント噴射機構を示す正面図であり、図６（ｂ）は断面図である。図６（ａ）（ｂ）に示すように、ロータ製造装置には、加工用ロータ３０に向かってクーラントを噴射する噴射ノズル４０が設けられている。本実施形態ではクーラントとして水溶性の切削油を用いている。
【００４４】
噴射ノズル４０は円筒形からなる筒状に構成されており、内部に高圧のクーラントが供給されるとともに、クーラントを噴射させる複数の噴射口４０ａが設けられている。図６（ａ）に示すように、噴射口４０ａはスリット状に形成されている。また、図６（ｂ）に示すように、噴射口４０ａは径方向断面において放射状に形成されている。このため、噴射ノズル４０から噴射されるクーラントが、加工用ロータ３０の凹凸形状の表面に均一に当たることとなる。加工用ロータ３０によりメスロータ２を切削加工する際に、噴射ノズル４０から加工用ロータ３０にクーラントを噴射することで、メスロータ２の加工に伴う加工用ロータ３０の発熱および目詰まりを防止することができる。
【００４５】
オスロータ１を加工する場合には、メスロータ２と同一形状に作成した加工用ロータを用い、上述したメスロータ２の製造方法と同様の手順で加工を行なえばよい。
【００４６】
以上のように、被加工ロータ２と対になる相手方ロータ１と同一形状の加工用ロータ３０を用い、樹脂コーティングされた被加工ロータ１と加工用ロータ３０とを互いに噛み合うように回転させることで、被加工ロータ２の表面の樹脂層に加工用ロータ３０の形状を転写できる。また、相手方ロータ１と同一形状の加工用ロータ３０を用いることで、歯丈が高く高リードのロータ２を加工する場合にも加工できない干渉部が発生しない。
【００４７】
このため、樹脂コーティングされたロータ２の表面を精度よく加工することができる。このように加工されたスクリューロータ１、２を用いることで、スクリュー圧縮機のシール性を向上させることができ、高精度が要求される水素供給装置として好適に用いることができる。また、被加工ロータ２と対になる相手方ロータ１と同一形状の加工用ロータ３０を用いることで、被加工ロータ２の表面を短時間で加工でき、スクリューロータの生産性を向上させることができる。
【００４８】
また、ロータ１、２の直径が異なっていることで、加工用ロータ３０と加工されるロータ２との接触部位が常にずれ、特定部位を削りすぎることがない。さらにロータ１、２の溝数が異なることによっても、加工用ロータ３０と加工されるロータ２との接触部位が常にずれ、特定部位を削りすぎることがない。
【００４９】
また、クーラントを放射状に噴射する噴射ノズル４０を設けることで、凹凸状の加工用ロータ３０に均一にクーラントを噴射することができ、加工時の発熱を効果的に抑制することができる。
【００５０】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、加工用ロータ３０の表面にダイヤモンド電着させて砥石層３０ｂを形成したが、これに限らず、加工用ロータ３０は被加工ロータ２の表面の樹脂を加工できるものであればよい。例えば、砥石層３０ｂの砥粒３０ｄはダイヤモンド砥粒に限らずボラゾン等を用いてもよく、メッキ層３０ｃもニッケルに限らず、他の金属を用いてもよい。また、加工用ロータ３０の表面に電着以外の手段によって砥粒を固着してもよい。さらに、加工用ロータ３０は、表面に砥粒を固着する構成に限らず、加工用ロータ３０全体を砥石から構成してもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、スクリュー圧縮機を水素供給装置として構成したが、これに限らず、他の気体を圧送する用途にも適用できる。例えばスクリュー圧縮機で空気を圧送するように構成し、エアコン用のコンプレッサとして用いることもできる。
【００５２】
また、上記実施形態では、噴射ノズル４０から加工用ロータ３０に向かってクーラントを噴射するように構成したが、これに限らず、被加工ロータ２および加工用ロータ３０の少なくとも一方に向かって、噴射ノズル４０からクーラントを噴射すればよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、スクリュー圧縮機の一対のロータ１、２それぞれの表面が樹脂で被覆される構成について説明したが、これに限らず、一対のロータ１、２のいずれか一方の表面のみに樹脂を被覆するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】上記実施形態のスクリュー圧縮機の断面図である。
【図２】図１のロータの軸方向端面の形状を示す図である。
【図３】図１のロータの斜視図である。
【図４】ロータ製造装置の平面図である。
【図５】（ａ）は加工用ロータの軸方向端面の形状を示す図であり、（ｂ）は加工用ロータの表面の拡大断面図である。
【図６】（ａ）はロータ製造装置のクーラント噴射機構を示す正面図であり、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…オスロータ、２…メスロータ、７…ロータハウジング、８…カバー、３０…加工用ロータ、３０ｂ…砥石層、３０ｄ…ダイヤモンド砥粒、４０…噴射ノズル。
【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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