(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃具を回転させる刃具回転軸と、ワークを回転させるワーク回転軸とを備え、前記ワークに対する切り込み量に応じて前記刃具を回転しつつ前記ワークに向かって移動させると共に、前記ワークを回転しつつ前記ワーク軸の回転軸芯に沿って移動させて所望のねじれ形状の歯形に加工するスクリュロータのスクリュ歯形加工方法において、
所望の歯形が得られるように整形した単一の刃具を備えた前記刃具回転軸を前記ワークに形成される歯形のねじれ角に応じて傾斜させると共に、前記刃具の回転中心の移動方向を、前記ワークの回転軸芯に対して直交方向と成し、かつ、前記ワークの回転軸芯を該刃具の回転中心の移動方向の延長線と重ならない位置に配置して、軸直角断面形状がロータの回転軸芯を通る線から内周側にえぐり込んだクインビー曲線を持つ歯形を形成することを特徴とするスパイラキシャルスクリュ流体機械用スクリュロータのスクリュ歯形加工方法。
【請求項２】
前記刃具の回転中心の移動方向の延長線を前記ワークの回転軸芯の下方に配置することを特徴とする請求項１記載のスパイラキシャルスクリュ流体機械用スクリュロータのスクリュ歯形加工方法。
【請求項３】
前記刃具の回転中心の進行方向延長線が、前記ワークの回転軸芯と重ならないよう前記刃具の回転中心の進行方向を傾斜したことを特徴とする請求項１又は２記載のスパイラキシャルスクリュ流体機械用スクリュロータのスクリュ歯形加工方法。
【請求項４】
前記刃具が、前記ワークに所望の歯形を形成し得る形状に整形したカッタブレードを、カッタボディの外周に配置したシングルカッタである請求項１〜３いずれか１項に記載のスパイラキシャルスクリュ流体機械用スクリュロータのスクリュ歯形加工方法。
【請求項５】
前記刃具が、前記ワークに所望の歯形を形成し得る形状に整形した砥石である請求項１〜３いずれか１項に記載のスパイラキシャルスクリュ流体機械用スクリュロータのスクリュ歯形加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュ圧縮機やスクリュポンプなどのスクリュ流体機械に用いるスクリュロータのスクリュ歯形加工方法および加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクリュ圧縮機やスクリュポンプなどのスクリュ流体機械に用いられている雄雌一対のスクリュロータのスクリュ歯形の加工は、図１４に示すように所望の歯形が得られるように整形したカッタブレード１ａをカッタボディ１ｂの外周に配置した一条切りのカッタ１（以下「シングルカッタ」という）や、所望の歯形が得られるように整形した砥石などによりワークを切削あるいは研削することにより行っている。
【０００３】
近年、スクリュ圧縮機やスクリュポンプの性能を向上させるため、スクリュ歯形の形状について多くの研究・開発が成されており、前記スクリュ歯形の形状も複雑な曲線を組合せたものなど多種にわたっている。そのため、スクリュ歯形の加工方法も高度な技術が必要になるとともに、加工装置についても多機能な加工機の要求が高まってきている。
【０００４】
例えば、図１２に示す軸直角断面形状がクインビー曲線とアルキメデス曲線からなるスパイラキシャルスクリュ流体機械に使われているロータは、所定のねじれ角α’で連続して形成された歯溝を有すると共に、この歯溝を画成する歯の側面がθ’傾斜した形状を有するため、軸直角断面において図１３に示すような形状を有し、その歯形の一部を構成しているクインビー曲線部分（図中ａの曲線部）が回転軸芯７を通る線Ｘから内周側に大きくえぐり込んだ特殊な形状をしている（特開平１１−２７０４７９号公報）。
そのため、この歯形の加工は通常のスクリュロータの加工に用いている汎用の加工装置では加工できず、カッタ１の回転軸３を歯溝のねじれ角α’に応じて垂直方向に角度α傾けると共に、歯溝の側面に形成された傾斜角θ’に応じて水平方向に傾斜角θ傾けて加工する特殊な構造をした専用の加工装置が必要になる。
【０００５】
このスパイラキシャルスクリュロータの歯形を加工する方法として、１例をあげて説明する。
図１１はスパイラキシャルスクリュロータを加工するためのフライス盤６０の概略外観図である。このフライス盤６０は、所望のスクリュ歯形が得られるように成形したシングルカッタ１を回転させるカッタ回転軸３と、装着したワーク６を回転させるワーク回転軸９を備えている。
シングルカッタ１は図１４に示すように、カッタボディ１ｂの外周にカッタブレード１ａを複数個取り付けたもので、このシングルカッタ１を回転させることによりワーク６を切削加工するものである。
【０００６】
図９に基づきシングルカッタ１とワーク６の加工状態を詳しく説明する。
まず、シングルカッタ１の回転中心Ｏｃ’を線５５に沿って切り込み量に応じた分だけワーク６側に移動させ送る。次にシングルカッタ１をカッタ回転軸３の軸芯５４を中心として回転させる。このときワーク６を、ワークの回転軸芯７を中心に回転させながら図中左側から右側へと移動させる。ワーク６の移動と回転の速度は、所望するスクリュ歯形のリード角や加工時の切削スピードなどから決められる。
このようにして所望のスクリュ歯形の溝部分が加工できる。
特に、スパイラキシャルスクリュロータ１５のスクリュ歯形を加工する場合には、ワーク６であるロータの回転軸芯７を通る線Ｘから内周側に大きくえぐり込んだクインビー曲線部を有する軸直角断面形状の歯形に加工しなければならないため、図９の平面図に示すようにシングルカッタ１の回転軸５３を水平方向に傾斜角θ傾けて、シングルカッタ１の回転中心Ｏｃ’の移動方向５５をワーク６の回転軸芯７の直角方向に対し角度θ傾けた切り込み角度を設けなければならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、クインビー曲線を有する軸直角断面形状の歯形を加工する場合には、シングルカッタ１に切り込み角度θをつける必要があるが、汎用のフライス盤等の加工装置には、このような切り込み角度をつけるための構成が備わっていないため、スパイラキシャルスクリュロータ１５のように複雑な歯形を形成する場合には、汎用のフライス盤等の加工装置を使用することができず、カッタ回転軸３の切り込み角を調整するための特殊な構造を備えた特殊な加工装置を使用する必要があった。
その結果、特殊な構造をした高価な専用のフライス盤を導入しなければならずそのための設備費用や、現在所有している汎用のフライス盤に前述の特殊な構造を組み込むための多額の改造費用が発生したり、通常のスクリュロータを加工するための汎用のフライス盤の他にこの専用のフライス盤を所有するという無駄が発生することになる。
【０００８】
また、カッタブレード１の切り込み角を正確に調整するための余分な作業が必要となったり、加工装置の剛性の低下により加工精度が低下するなどの不具合が起こる要因にもなっている。
さらに、通常のスクリュロータを含め、全てのスクリュロータをこの専用のフライス盤を使って加工するようにした場合、設備投資分を回収しなければならず通常のスクリュロータでありながら高価なものとなってしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、特殊な構造を備えた高価な専用の加工装置を導入したり汎用の加工装置に特殊な改造等を行うことなしに、安価な汎用の加工装置で前記スパイラキシャルスクリュ流体機械のロータの歯形を加工することのできる加工方法を提供する。
【００１０】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のスパイラキシャルスクリュ流体機械用スクリュロータのスクリュ歯形加工方法は、刃具（カッタ１）を回転させる刃具回転軸（カッタ回転軸３）と、ワーク６を回転させるワーク回転軸９とを備え、前記ワーク６に対する切り込み量に応じて前記刃具１を回転しつつ前記ワーク６に向かって移動させると共に、前記ワーク６を回転しつつ前記ワークの回転軸芯７に沿って移動させて所望のねじれ形状の歯形に加工するスクリュロータのスクリュ歯形加工方法において、
所望の歯形が得られるように整形した単一の刃具１を備えた前記刃具回転軸３を前記ワーク６に形成される歯形のねじれ角α’に応じた傾斜角αで傾斜させると共に、前記刃具１の回転中心Ｏｃの移動方向５を、前記ワーク６の回転軸芯７に対して直交方向と成し、かつ、前記ワーク６の回転軸芯７を該刃具１の回転中心Ｏｃの移動方向５の延長線と重ならない位置に配置して、軸直角断面形状がロータの回転軸芯を通る線から内周側にえぐり込んだクインビー曲線を持つ歯形を形成することを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
前述の方法を実現するための加工装置には、前記ワーク６の回転軸芯７と、前記刃具１の回転中心Ｏｃの移動方向５の延長線との相対的な位置を調整可能な例えばスペーサ２や台座８，８’等の調整手段を設けることもできる。具体的には、装着したワーク６を回転させるとともに移動させるワークコンベア１１を例えば台座８上に載置して持ち上げる等して、前記刃具１の回転中心Ｏｃの移動方向５の延長線を、前記ワーク６の回転軸芯７の下方に配置しても良く（請求項２）、前記刃具１の回転中心Ｏｃの進行方向延長線５が前記ワーク６の回転軸芯７と重ならないよう、前記刃具１の回転中心Ｏｃの移動方向５を傾斜させる（請求項３）。この方法によれば、図１３に示すスクリュロータの軸直角断面において、回転軸芯７を通る線Ｘからえぐり込んだクインビー曲線ａを持つスパイラキシャルスクリュ流体機械に用いるロータのスクリュ歯形を特殊な構造をした高価な専用の加工装置を用いることなく、また汎用の加工装置に特殊な構造を組み込むことなく汎用の加工装置に僅かな変更を加えるだけでこれを使用して加工することができるので、専用の加工装置を導入するための高額な導入費用や、加工装置に特殊な構造を施すための設備費用がかからず、また加工精度の低下もせずに済む。また、通常のスクリュロータの加工も従来通り行うことができる。
【００１２】
また、前記刃具１を前記ワーク６に所望の歯形を形成し得る形状に整形したカッタブレード１ａをカッタボディ１ｂの外周に配置したシングルカッタ１としてもよく（請求項４）、また、前記刃具１を前記ワーク６に所望の歯形を形成し得る形状に整形した砥石としてもよい（請求項５）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態について図１乃至図３に基づき説明する。
図１は、本発明の加工方法によりスパイラキシャルスクリュロータ１５を加工する際のシングルカッタ１とワーク６の位置関係を示した図である。
図１において、カッタ回転軸３の軸芯４は、所定のねじれ角を有する歯溝の形成方向に対応してワーク６の回転軸芯７に対して角度α傾斜されており、このカッタ回転軸３にシングルカッタ１をスペーサ２とともに取り付けている。シングルカッタ１のカッタ回転中心Ｏｃは、カッタ回転軸３にスペーサ２を設けているため、スペーサ２を設けることなく取り付けた場合のカッタ回転中心Ｏｃ’に対して図１中右方向にＬだけオフセットしている。従って、カッタの回転中心Ｏｃの移動方向５の延長線は、ワーク６の回転軸芯７の下方に所定距離（Lsinα・cosα）ずれた位置を通過する。
【００１４】
スクリュロータの歯形の加工手順は次のとおりである。
図２において、まず、カッタ回転軸４に沿って右方向にオフセットしたシングルカッタ１を切り込み量に応じた分、ワーク６の回転軸芯７に対して直交方向にワーク６側に移動する。その後、シングルカッタ１をカッタ回転軸３により回転させる。そのときワーク６は、ワーク軸の回転軸芯７上であってシングルカッタ１よりも左側の加工開始位置で待機している。
次に、ワーク６をその回転軸芯７を中心として回転させながら回転軸芯７に沿って図中左側から右側へ移動させる。
ワーク６が加工終了位置まできたら、シングルカッタ１をワーク６から一旦離し、ワーク６をワーク軸７に沿って加工開始位置まで左側に戻す。
【００１５】
次にまた、シングルカッタ１をワーク６の回転軸芯７に対して直交方向に切り込み量に応じた分ワーク６側に送り、その後シングルカッタ１をカッタ回転軸３により回転させる。
次に、ワーク６をその回転軸芯７を中心として回転させながら前記回転軸芯７に沿って図中左側から右側へ移動させる。
ワーク６が加工終了位置まできたら、シングルカッタ１をワーク６から一旦離し、ワーク６をワーク軸７に沿って加工開始位置まで左側に戻す。
以上の動作を所望の歯形が得られるまで繰り返し行うことで、スクリュ歯形の溝部を加工している。
【００１６】
カッタ回転中心Ｏｃをオフセットしたことで、シングルカッタ１を切り込み量に応じてワーク６側に移動させていっても、カッタ回転中心Ｏｃの移動方向５の延長線上にワーク６の回転軸芯７が配置されていないので、図１３に示したクインビー曲線ａのようにロータ外径の中心線から内周側に大きくえぐり込んだ形状の加工を、カッタ１の回転軸３を水平方向に傾斜させることなく行うことができ、その結果カッタ１の回転軸３を水平方向に傾斜させるための特別な構成を追加した特殊な構造の高価な専用フライス盤を用いずに汎用のフライス盤で行うことができる。
【００１７】
次に、第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、図６において、フライス盤１０のワークコンベア１１の下に台座８を挟むことで、ワークの回転軸芯７の高さをカッタの回転中心Ｏｃの移動方向５の延長線よりも図中上方に配置したものである。これにより、シングルカッタ１の回転中心Ｏｃの移動方向５の延長線が図４に示すようにワーク回転軸芯７の下方にくるようにできる。
このフライス盤１０でのスクリュ歯形の加工は、高さ方向におけるワーク６の位置、すなわちワークの回転軸芯７の高さを変えることによりカッタの回転中心Ｏｃの移動方向５の延長線とワークの回転軸芯７の配置位置に高低差を付けたことの他には第１の実施の形態と同様なため説明を省略する。
【００１８】
これにより第１の実施の形態と同様に、シングルカッタ１を切り込み量に応じてワーク６側に送っても、カッタ回転中心Ｏｃがワーク６の回転軸芯７に向かわないので、図１３に示したクインビー曲線ａのようにロータ６の回転中心７を通る線Ｘ（図１３参照）から内周側に大きくえぐり込んだ形状のクインビー曲線部ａを有する軸直角断面形状を成す歯形の加工を、特殊な構造をした高価な専用のフライス盤を用いずに、安価な汎用のフライス盤で行うことができる。
【００１９】
次に、第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態は、図７において、フライス盤１０’のカッタコンベア１２の下に、これを傾斜させる台座８’を設け、カッタの回転中心Ｏｃの移動方向の延長線を傾斜させ、その上方に、ワーク６の回転軸芯７が配置されるよう構成したものである。
この場合の加工は、カッタ回転中心Ｏｃがワークの回転軸芯７の下方に向かって進むようカッタ送り軸５に傾斜をつけたことの他には第１の実施の形態と同様なため説明を省略する。
【００２０】
これにより、シングルカッタ１の回転中心Ｏｃをワーク６側に移動させていっても、カッタ回転中心Ｏｃの移動方向５の延長線がワーク回転軸芯７と重ならない位置にあるため、図１３に示したクインビー曲線ａのようにロータの回転軸芯７を通る線Ｘに対して大きくえぐり込んだ形状の軸直角断面形状を有する歯形の加工を、カッタの回転軸３の軸芯４を水平方向に傾斜させることなく行うことができ、この角度を調整するための特殊な構造を備えた高価な専用フライス盤を用いずに汎用のフライス盤で行うことができる。
なお、以上の実施形態にあっては、シングルカッタ１の回転中心Ｏｃが水平方向に移動するものとして説明したが、これを垂直方向に移動する構成としても良い。この場合、カッタ回転軸３の傾斜角αは、カッタ回転軸３を水平方向に傾斜させることにより与えられる。
また、本実施形態では、台座８’をカッタ送り軸５の進行方向がワーク軸７の下方に向けて進むよう傾斜させたが、台座８’の傾斜をカッタ送り軸５の進行方向がワーク軸７の上方に向けて進むようにしてもよい。
【００２１】
その他の実施の形態として、第１乃至第３の実施の形態に対し、所望の歯形が得られるように整形したカッタブレード１ａをカッタボディ１ｂの外周に配置したシングルカッタ１を所望の歯形が得られるように整形した砥石に置き換え、フライス盤を研削盤に置き換えてもよい。
その場合の加工についても、第１乃至第３の実施の形態での加工に対しシングルカッタ１を砥石に置き換えた他は第１の実施の形態と同様なため、説明を省略する。
【００２２】
なお、前述した実施の形態ではフライス盤および研削盤を使った加工について記載したが、フライス盤や研削盤だけでなく本発明の要旨を変更しない範囲において他の加工装置においても変更可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所望の歯形が得られるように整形したカッタブレードをカッタボディの外周に配置したシングルカッタを回転させるカッタ回転軸と、ワークを回転させるワーク回転軸とを備え、前記ワークに対する切り込み量に応じて前記シングルカッタを回転しつつ前記ワークに向かって移動させると共に、前記ワークを回転しつつ前記ワークの回転軸芯に沿って移動させてスクリュロータを所望のねじれ形状のスクリュ歯形に加工する際、前記刃具回転軸を前記ワークに形成される歯形のねじれ角に応じて傾斜させると共に、前記刃具の回転中心の移動方向を、前記ワークの回転軸芯に対して直交方向と成し、かつ、前記ワークの回転軸芯を該刃具の回転中心の移動方向の延長線と重ならない位置に配置したので、軸直角断面形状においてワークの回転軸芯を通る線から内側にえぐり込んだクインビー曲線を持つスパイラキシャルスクリュ流体機械に用いるスクリュロータのスクリュ歯形を、特殊な構造をした高価な専用のフライス盤を用いることなく、安価な汎用のフライス盤で加工することができる。そのため、高価な専用のフライス盤を導入するための導入費用や汎用のフライス盤に特殊な構造を施すための設備費用がかからず、また加工精度の低下もせずに済む。
また、スパイラキシャルスクリュロータのような特殊なスクリュ歯形の加工だけでなく、通常のスクリュ歯形の加工も汎用のフライス盤で従来通り行うことができ、また、スクリュロータのスクリュ歯形が１条ネジ、２条ネジ、その他の多条ネジであっても、本発明の加工方法および加工装置により加工が可能である。また、所望の歯形が得られるように整形したカッタブレードをカッタボディの外周に配置したシングルカッタではなく、所望の歯形が得られるように整形した砥石を回転させて研削加工する場合などにも適用できるので、高価な研削盤にさらに特殊な構造を施さなくてよく、汎用の研削盤で加工することができる。そのため、汎用の研削盤に特殊な構造を施すための設備費用がかからず、また加工精度の低下もせずに済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を施したフライス盤のシングルカッタとワークをシングルカッタ側から見た正面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態を施したフライス盤のシングルカッタとワークの平面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態を施したフライス盤のシングルカッタとワークの側面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態を施したフライス盤のシングルカッタとワークをシングルカッタ側から見た正面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態を施したフライス盤のシングルカッタとワークの平面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態を施したフライス盤の概略図。
【図７】本発明の第３の実施の形態を施したフライス盤の概略図。
【図８】従来のフライス盤のシングルカッタとワークをシングルカッタ側から見た正面図。
【図９】従来のフライス盤のシングルカッタとワークの平面図。
【図１０】従来のフライス盤のシングルカッタとワークの側面図。
【図１１】従来のフライス盤の概略図。
【図１２】スパイラキシャルスクリュロータの外観図。
【図１３】スパイラキシャルスクリュロータの歯形の軸直角断面形状を示した図。
【図１４】シングルカッタを示す正面図および平面図。
【符号の説明】
１    シングルカッタ（刃具）
１ａ  カッタブレード
１ｂ  カッタボディ
２    スペーサ
３    カッタ（刃具）回転軸
４    軸芯〔カッタ（刃具）回転軸の〕
５    カッタ（刃具）回転中心Ｏｃの移動方向を示す線
６    ワーク
７    ワークの回転軸芯
８、８’  台座
９    ワーク回転軸
１０    本発明の第２の実施の形態を施したフライス盤
１０’  本発明の第３の実施の形態を施したフライス盤
１１    ワークコンベア
１２    カッタコンベア
１５    スパイラキシャルスクリュロータ
１６    スパイラキシャルスクリュ歯形の参考例
５０    従来の加工装置（フライス盤）
５３    従来のカッタ回転軸
５４    軸芯（従来のカッタ回転軸の）
５５    カッタ（刃具）回転中心Ｏｃ’の移動方向を示す線（従来）
Ｏｃ    カッタ回転中心
θ    カッタ回転軸の傾き角度（水平方向）
θ’  ロータ歯溝側面の傾斜角
α    カッタ回転軸の傾き角度（垂直方向）
α’  ロータ歯溝のねじれ角
Ｘ    線（ワークの回転軸芯を通る線）
【図１】
0004033686.tif 000002
【図２】
0004033686.tif 000003
【図３】
0004033686.tif 000004
【図４】
0004033686.tif 000005
【図５】
0004033686.tif 000006
【図６】
0004033686.tif 000007
【図７】
0004033686.tif 000008
【図８】
0004033686.tif 000009
【図９】
0004033686.tif 000010
【図１０】
0004033686.tif 000011
【図１１】
0004033686.tif 000012
【図１２】
0004033686.tif 000013
【図１３】
0004033686.tif 000014
【図１４】
0004033686.tif 000015