JP4659847B2

JP4659847B2 - スクリューロータの加工方法及び加工装置並びにスクリュー圧縮機の製造方法

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Publication number: JP4659847B2
Application number: JP2008050136A
Authority: JP
Inventors: 智明中筋; 優作宮本; 泰典松本; 鉄治川上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2028-02-29
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Description

この発明は、スクリュー圧縮機に組み込まれているスクリューロータの加工方法及び加
工装置に関し、特に歯溝加工が高精度でかつ高能率に可能となるスクリューロータの加工
方法及び加工装置、ならびにスクリュー圧縮機の製造方法に関する。

シングルスクリュー圧縮機に組み込まれるスクリューロータの歯溝加工は、従来、第１の回転軸上に被削材をセットし、第１の回転軸と垂直な第２の回転軸に工具をセットし、これら２軸を同期的に回転させ、さらに、加工の進行とともに第２の回転軸にセットされている工具の回転半径を微少量ずつ増加させることで、スクリューロータの歯溝形状を形成する方法が知られている（例えば特許文献1を参照）。

ところが、上記特許文献1で使用される仕上げ工具は総形工具であり、切削点以外での干渉を防ぐため特殊形状をしている。また、総形工具を用いたシェービング加工であるため、溝底の切削抵抗が非常に大きくなり、このため微小切削をせざるを得ないことから加工時間短縮及び工具寿命改善の障害となっていた。
一方、上述した問題を解決するため、市販の５軸のＮＣ加工機をベースマシンとして使い、エンドミル工具での荒加工の高能率化と直行２軸の円弧運動を付加することによって、工具の回転半径を増加させ、汎用の設備でのスクリューロータの加工を実現したものが別途提案されている（例えば特許文献２を参照）。

特表平６−５０６６４０国際公開番号WO２００４/０８９５６９

しかしながら、上記特許文献１のものは、スクリューロータの歯溝加工のうち、歯溝側面の仕上げ加工において、特殊形状の工具でシェービング加工を行うため、特殊形状の工具を製品形状に合わせて製作する必要がある。また、特殊形状であるため、工具切れ刃位置の座標設定において誤差が発生しやすく、ダミー加工での補正や調整ジグが必要になる。また、被削材と工具が同期して移動するシェービング加工であるため、被削材と工具との相対速度が切削速度となり、高速化が望めず、加工能率が上げられないという問題点があった。
また、特許文献２のような加工法では、専用設備が必要であり、加工装置の加工中止により、スクリューロータの生産ができないという問題があった。
この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、スクリューロータの歯溝加工において、特に歯溝側面加工の加工能率を向上させる方法、加工装置、加工工具、並びにスクリュー圧縮機の製造方法を提供することにある。

この発明のスクリューロータの加工方法は、ワークの回転及び工具の旋回の少なくとも２軸を同時に制御してスクリュー歯溝を形成するスクリューロータの加工方法において、第１のエンドミルを上記工具として上記スクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて所望深さまで掘り込む第１の工程と、上記第１のエンドミルより小さい径の第２のエンドミルを上記工具として上記スクリュー歯溝側面の荒加工を行う第２の工程と、先端部にアール形状を有する第３のエンドミルを上記工具として上記スクリュー歯溝底面の荒加工を行う第３の工程と、深さ方向において上記スクリュー歯溝の深さより短い切れ刃部と上記切れ刃部の径より小さい径を有する首部とを具備する第４のエンドミルを上記工具として上記スクリュー歯溝の側面の仕上げ加工を行う第４の工程と、スクリュー歯溝の底面に対応する形状を有するシェービングバイトを上記工具として上記スクリュー歯溝の底面の仕上げ加工を行う第５の工程とを備え、上記第４のエンドミルの首部の上記切れ刃部からの凹み量を、上記第４のエンドミルとスクリューロータとの干渉量として以下の式から求めるようにしたことを特徴とするものである。

但し、δaは最大溝深さ位置での歯底位置における歯溝側面リード角
δbは溝底から切れ歯長さ分上方における歯溝側面リード角
δcは外形表面位置における歯溝側面リード角

また、この発明のスクリューロータの加工装置は、ワーク回転軸と、工具旋回軸と、
上記ワーク回転軸及び上記工具旋回軸の少なくとも２軸を同時に制御する制御手段と、
上記工具旋回軸に設置され、スクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて所望深さ
まで掘り込む第１のエンドミルと、上記工具旋回軸に設置され、上記スクリュー歯溝の側面の荒加工を行う上記第１のエンドミルより小さい径を有する第２のエンドミルと、
上記工具旋回軸に設置され、上記スクリュー歯溝底面の荒加工を行う先端部にアール形状
を有する第３のエンドミルと、上記工具旋回軸に設置され、上記スクリュー歯溝の側面の仕上げ加工を行う切れ刃部の径より小さい径を有する首部を具備する第４のエンドミル、
上記スクリュー歯溝の底面の仕上げ加工を行う上記底面に対応する形状を有するシェービ
ングバイトとを備え、上記第４のエンドミルの首部の上記切れ刃部からの凹み量を、上記第４のエンドミルとスクリューロータとの干渉量として以下の式から求めるようにしたことを特徴とするものである。

但し、δaは最大溝深さ位置での歯底位置における歯溝側面リード角
δbは溝底から切れ歯長さ分上方における歯溝側面リード角
δcは外形表面位置における歯溝側面リード角

また、この発明のスクリュー圧縮機の製造方法は、ワークの回転及び工具の旋回の少なくとも２軸を同時に制御して、第１のエンドミルを上記工具としてスクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて所望深さまで掘り込み、
上記第１のエンドミルより小さい径の第２のエンドミルを上記工具として上記スクリュー
歯溝側面の荒加工を行い、
先端部にアール形状を有する第３のエンドミルを上記工具として上記スクリュー歯溝底面
の荒加工を行い、
深さ方向において上記スクリュー歯溝の深さより短い切れ刃部と、上記切れ刃部の径より小さい径を有する首部とを具備する第４のエンドミルを上記工具として上記スクリュー歯溝の側面の仕上げ加工を行い、
上記第４のエンドミルの首部の上記切れ刃部からの凹み量を、上記第４のエンドミルとスクリューロータとの干渉量として以下の式から求めるようにしたものにおいて、

但し、δaは最大溝深さ位置での歯底位置における歯溝側面リード角
δbは溝底から切れ歯長さ分上方における歯溝側面リード角
δcは外形表面位置における歯溝側面リード角

スクリュー歯溝の底面に対応する形状を有するシェービングバイトを上記工具として上記
スクリュー歯溝の底面の仕上げ加工を行うことにより複数の上記スクリュー歯溝を加工し
てスクリューロータを形成する第１の工程と、
上記スクリューロータの複数のスクリューロータ歯溝を２つのゲートロータの複数の歯に
それぞれ互いに軸直角となるように上記ゲートロータを上記スクリューロータの左右に配
置する第２の工程と、
上記スクリューロータと上記ゲートロータの外周部をケースで覆う工程と、
上記スクリューロータの回転とともに連れ回りする上記ゲートロータにより上記スクリュ
ーロータ歯溝が閉じられ冷媒ガスを閉じ込める第３の工程とを備えたことを特徴とするものである。

本発明では、歯溝側面の仕上げ加工に回転工具を使用するため、回転数を通常のエンドミル加工と同等まで高めることができ、特殊形状のシェービングバイトを使用しなくてもよくなるので、加工の高能率化が図られる。また、回転対象工具であるため、特殊形状のシェービングバイトに比べ刃先位置の測定が容易となり歯溝幅精度が向上する。特殊形状のシェービングバイトに比べ、工具の加工が簡単である等の効果を有する。

実施の形態１．
まず、はじめにシングルスクリュー圧縮機の圧縮原理について図１に基づき説明する。
シングルスクリュー圧縮機は、複数の歯溝２を有するスクリューロータ１と、複数の歯４を有するゲートロータ３a、３bが互いに軸直角の位置に左右対称に配置されている。図１ではスクリューロータ１が６個の歯溝２を有し、ゲートロータ３ａ、３ｂが１１個の歯４を有する場合を図示している。スクリューロータ１の外周部にはケーシング（図示せず）が覆っており、スクリューロータ１の歯溝２、ゲートロータ３ａ、３ｂの歯４、ケーシングの内径で密閉空間が形成されている。スクリューロータ１のある位置で歯溝２に冷媒ガスが吸入され、スクリューロータ１の回転とともに連れ回りするゲートロータ３ａ、３ｂで、歯溝２が閉じられ冷媒ガスが閉じ込められる。

さらにスクリューロータ１が回転するとスクリューロータ１の歯溝２、ゲートロータ３ａ、３ｂの歯４、及びケーシングによって形成された密閉空間の歯溝容積が縮小され冷媒ガスが圧縮される。さらにスクリューロータ１が回転し、所定の歯溝容積になったところで、開口部から圧縮された冷媒ガスが噴出される。このサイクルを各歯溝において繰り返すことで圧縮が連続的に行われる。なお、図１のC-C’断面を図２に示しており、スクリューロータ１の歯溝２にゲートロータ３aの歯４が噛み合っている様子を示している（ケーシングは図示せず）。

次にこのスクリューロータ１を加工する加工装置について、図３の装置構成図に基づき説明する。加工装置は被加工物であるスクリューロータ１を回転させるＣ軸主軸５と、上記Ｃ軸と直行方向に工具６を移動させるＸ軸（上下方向）移動ステージ７、上記Ｘ軸に平行なＺ軸移動ステージ８、上記Ｘ軸、Ｚ軸の両軸に直行するＹ軸移動ステージ（図示せず）、工具６がＢ軸を中心として図の矢印方向に回転させられるＢ軸回転テーブル９の５軸駆動が可能なNC装置である。ベッド１０上にはＣ軸主軸５が取付けられたＣ軸主軸台１１と、Ｚ軸移動ステージ８と、移動式の心押し台１２と、振れ止め１３ａ、１３ｂが設置されている。

スクリューロータ１はシャフト１４を介してＣ軸チャック１５でＣ軸主軸５に固定されているが、より高精度な加工を行う場合には、加工時の負荷による変形を抑えるため、心押し台１２と振れ止め１３ａ、１３ｂでシャフト１４を支えるようにされる。Ｚ軸移動ステージ８上には、Ｘ軸移動ステージ７、Ｙ軸移動ステージ（図示せず）、Ｂ軸回転テーブル９が搭載されており、Ｂ軸回転テーブル９上には工具６を回転させるスピンドル１６が搭載されており、その先端にはホルダー１７を介して工具６が取付けられている。

次に図４に基づいて上記加工装置における加工原理を説明する。スクリューロータ１の歯溝２の加工は、圧縮原理で説明したゲートロータ３の歯４を工具６に置き換えて加工を行う。すなわちスクリューロータ１を上記Ｃ軸主軸５で回転させ、スクリューロータ１の回転と同期させて工具６をＢ軸テーブル９で回転させる。図１、図２に示すようなスクリューロータ１を得るには、スクリューロータ１のＣ軸での回転と工具６の円運動との回転比率を例えば６：１１で同期するようにする。また、工具６の回転中心２０とスクリューロータ１の回転中心２１との距離２２は、スクリュー圧縮機の芯間距離１８（図２参照）に相当し、工具６の回転半径２３は、ゲートロータ半径１９に相当する。

図４に示すように、歯溝２を掘り込むときは、図４（ａ）の状態から工具６の回転中心２０を変更せずに工具６の回転半径２３を逐次変更して、最終半径がゲートロータ半径１９（図２参照）と同じになるように、Ｂ軸テーブル９の中心位置（Ｂ軸）をＸ軸移動ステージ７とＺ軸移動ステージ８で円弧軌道２４ａ、２４ｂ上を移動するよう駆動制御する（図４（ｂ）を参照）。スクリューロータ１の中心線からのずれは、加工装置のＹ軸で補正制御すればよい。

次に、図５、図６を参照して、上記加工装置を用いてスクリューロータ１の歯溝２を加工する工程についてその使用工具と共に説明する。スクリューロータ１の加工母材は中実または中空の円柱状とする。まず第１のエンドミル２５を工具として旋回させ、歯溝２の荒加工を行う。この荒加工工程Ａでは、要求される歯溝形状に対応させて第１のエンドミル２５での溝削りにより、歯溝２の両側を同時に加工し、歯溝深さ方向に一定値の切込みを与えて、要求深さまで掘り込む（図６（ａ））。このとき、要求される歯溝形状に可能な限り近い工具径を使用する方が後工程の加工時間が短くなる。また、図７に示すような先端が細くなったテーパエンドミル２９を用いるとより要求形状に近くなり、さらに時間短縮が可能となる。加工母材を中空とした場合、これに回転軸を挿入してもよい。

次に、荒加工用の第１のエンドミル２５の径より小さい汎用の第２のエンドミル５５で歯溝２の側面荒加工を行う(図６（ｂ）)。この歯溝側面荒加工工程Ｂでは、歯溝２の片側ずつ加工し溝幅を広げ、加工精度を向上させる。溝深さ方向と溝幅方向の２方向に別個に切込みを与えて、複数回の駆動で加工を行う。図２に示すように、スクリューロータ１の歯溝２はゲートロータ３の歯側面３０とで冷媒ガスをシールするため、ゲートロータ３の歯側面３０の形状とスクリューロータ１の歯溝２の側面形状が同じであることが理想的である。

図８は所定の歯溝深さaにおける歯溝側面の回転半径３１と歯側面の回転半径３２の関係を示しており、図において、３３はスクリューロータ１の回転中心、３４はゲートロータ３の回転中心である。また、図９は歯溝深さによるリード角の変化を示すもので、３７a、３７bはスクリューロータ１の外形表面上におけるリードを、３８a、３８bは歯溝底部におけるリードを示している。圧縮原理から図８、図９に示すように、溝深さ位置によってその溝深さ位置での歯溝回転半径３１とその溝深さ位置での歯回転半径３２が異なることから、溝深さによって歯溝２のリード角が異なる。すなわち、スクリューロータ１の外形表面上では、歯溝回転半径３１が大きく歯回転半径３２が小さいため、外径表面でのリード角３５が大きくなり、反対に歯溝２の底では歯溝回転半径３１が小さく歯回転半径３２が大きくなるため、歯溝底でのリード角３６が小さくなる。

図１０はエンドミル加工における歯溝側面の誤差を説明する図であり、図に示すように、外径表面６０でのリード３７と歯溝底部４１でのリード３８との交点Ｘから、エンドミル３９の外周までの距離が最大形状誤差となり、工具径が小さいほど歯溝側面の形状誤差が小さくなる。図１１は図１０のD―D'線断面から見た歯溝側面の形状誤差を示しており、４０は歯溝側面、４１は歯溝底面である。なお、同一形状の歯溝に対して、工具径による最大誤差量の比較の一例を図１２に示しており、工具径が小さいほど歯溝側面の形状誤差が小さくなることが分かる。

次に図６に戻って、先端がアール（R）形状をした第３のボールエンドミル２６にて歯溝底面の荒加工を行う（図６（ｃ））。この加工工程Ｃでは歯溝中心位置を１パス〜数パス加工する。溝底半径はゲートロータ半径に等しいため、エンドミル径に対して曲率半径の大きい楕円のボールエンドミルを使用すると、底面仕上げ加工の加工負荷が低減でき加工精度が向上する。

続いて特殊形状の第４のエンドミル２７で歯溝側面の仕上げ加工Ｄを行う（図６（ｄ））。第４のエンドミル２７の形状の一例を図１３に示す。第４のエンドミル２７は、切れ刃部４２、首部４３、シャンク部４４から構成され、第１のエンドミルに比べ歯溝深さより短い切れ刃部４２と切れ刃部４２の径より小さい径を有する首部４３を設けているところに特徴がある。ここで凹み量dを切れ刃部４２の径と首部４３の径の差の１／２とする。従来の凹み量dを有さないエンドミルでは歯溝側面に幾何学的な形状誤差が発生する。具体的な数値で計算した結果を図１４、図１５に示す。図１４はφ６の円筒形状をした従来のエンドミルでの歯溝側面形状誤差を示すグラフであり、横軸は図８に示す回転角度γであり、スクリューロータの回転軸に直行する位置を０度とした回転角度である。縦軸は目標形状からのずれを表す形状誤差である。５種類の線及び点はスクリューロータ溝底からの距離の違いを表しており、４０．７は最も深い位置であるため１点のみとなっている。また、歯溝の幅が存在するため、回転角度１０度あたりで最大値となっている。

図１５は同じくφ６の円筒形状をした従来のエンドミルでの最深位置の歯溝側面形状誤差を示すグラフであり、図１１を定量的に示したものであり、図１４の回転角度１０°付近の形状誤差が最大となる点をプロットしたものである。横軸はスクリューロータ溝底からの距離とし、縦軸は目標形状からのずれを表す形状誤差である。φ６ｍｍのエンドミルで深さ４０．７mmの側面加工を行った場合の幾何学的な誤差量で最大９０μm存在することが分かる。さらにアスペクト比６．７の深溝加工であるため、加工負荷などの外乱による加工誤差が加わり、高精度な加工は望めない。

これに対し、この発明の第４のエンドミル２７で加工する場合について説明する。図１６は第４のエンドミル加工における歯溝側面加工時のリードと工具位置の関係を示す図で、図１７は図１６のＥ−Ｅ´線断面図で軸切り込み位置を説明するものである。すなわち、上記第４のエンドミル２７の切れ刃部４２に相当する長さで歯溝深さ方向に加工を分割し、上記切れ歯部４２の外周円筒部が、上記切れ刃部の上部４７の位置で加工される溝深さにおいてスクリューロータに創生される切れ歯部上部リード４５と、切れ歯部の下部４８の位置で加工される溝深さにおいてスクリューロータに創生される切れ歯部下部リード４６との両リードに接するように、上記第４のエンドミル２７の旋回中心を移動させるカッターパスとする。

図１８はこの発明の第４の特殊形状のエンドミル２７での最深位置の歯溝側面形状誤差を示すグラフで、図１５に対応するものである。切れ刃部４２の直径がφ６ｍｍで切れ刃部の長さを１０ｍｍとし、１０ｍｍずつ溝深さ方向に切り込んだ場合の最深部の歯溝位置での側面形状誤差を示している。この場合は歯溝側面の形状誤差が８μmと従来の１０分の１以下になっているのが分かる。また、図１９は首部４３の凹み量ｄ（図１３参照）を試算するための外形表面での干渉量を示すグラフであり、例えば、図中プロット１０は首部４３の直径を切れ刃部４２と同じ直径であるφ６とし、溝底から０〜１０mmを加工しているときの外径表面と首部４３との干渉量を表している。図１９に示すように溝底から０〜１０mmを加工中で最も溝深さの深い回転角度１０°付近において、最も干渉量が大きく工具食込み量が０．２５ｍｍある。このことから首部４３の凹み量ｄは０．２５mm以上必要であることが分かる。すなわち、φ６mmの切れ刃部で首部４３の直径は凹み量ｄは製品仕様及び加工工具仕様から計算することができる。

また、スクリューロータ圧縮機の製品仕様である芯間距離１８と歯溝幅５４とスクリューロータとゲートロータの回転比率からスクリューロータの歯溝側面の各点のリード角は次式で求められる。

さらに、切れ刃部４２の工具径と切れ刃長さ、ゲートロータ半径１９とスクリューロータ直径５３と芯間距離１８から決定される最大歯溝深さ、および上記計算式で計算される最大溝深さ位置での歯底位置での歯溝側面リード角δaと溝底から切れ刃長さ分上方での歯溝側面リード角δbと外形表面位置での歯溝側面リード角δcから次式で外形表面位置での工具とスクリューロータの干渉量が計算できる。

次にシェービングバイト２８で歯溝の底面仕上げ加工Ｅを行う（図６（ｅ））。シェービングバイト２８はスクリュー歯溝の底面に対応させた形状を有する総形工具とし、これまでと同じくスクリューロータの回転と工具の回転によりスクリュー歯溝の底面を往復で加工する。機種毎に異なるスクリューロータ歯溝底面の形状に合わせたシェービングバイト２８は従来の加工法で使用されている工具を流用してもよく、取付方法のみ本加工装置に合うように変更してあればよい。また、本装置では往復駆動が可能であるため、図２０に示すように非対称の先端部を有するものであってもよい。このように要求される加工精度を満足させるための工程となっており、歯溝底面仕上げ加工工程を除き、回転工具での加工が可能となったため加工効率の向上が図れる。

以上説明したように、この発明の実施の形態１によれば、歯溝側面の仕上げ加工に回転工具を使用するため、工具とワークの相対速度が切削速度となる。例えばシェービングバイトで歯溝側面仕上げ加工をする場合と比較して、切削速度が速くなり加工の高能率化が図られる。また、回転対象工具であるため、シェービングバイトで歯溝側面仕上げ加工をする場合に比べ刃先位置の測定が容易となり溝幅精度が向上する。更に、本発明において第４のエンドミルを用いる工程は、シェービングバイトで歯溝側面仕上げ加工をする場合に比べ、工具の加工も簡単となる。なお、この実施の形態では、スクリューロータの中心線と、歯溝側面と歯側面でシールされる冷媒ガスのシール線とが一致しているが、スクリューロータの中心線とシール線がずれた場合は、シール線位置を基準とすれば良い。

実施の形態２．
実施の形態１では、歯溝側面仕上げ加工工程に第４のエンドミル２７を用いたものについて説明したが、実施の形態２では第１のエンドミル２５より小さい径の第６のエンドミル５０を工具として用いる。第１のエンドミル２５を工具としてスクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて所望深さまで掘り込む第１の工程、第１のエンドミルより小さい径の第２のエンドミルを工具としてスクリュー歯溝側面の荒加工を行う第２の工程、先端部にアール（Ｒ）形状を有する第３のエンドミルを工具としてスクリュー歯溝底面の加工を行う第３の工程は実施の形態１と同様であるので重複を避けるため説明は省略する。

第６のエンドミル５０を用いた場合を図２１、図２２に示す。図２１は仕上げ加工でのリードと工具位置を説明する図、図２２はスクリュー歯溝側面の仕上げ加工での軸切込み位置を説明する図である。すなわち、歯溝深さ方向に加工を分割し、第６のエンドミル５０の先端部５２でのリード５１と外径表面６０でのリード３７の両方に接するように工具中心位置を移動させるカッターパスとする。従来のエンドミルでは、上記図１４、図１５で説明したように歯溝側面に幾何学的な形状誤差が発生するが、上述のように加工方法を採用すればこれを飛躍的に改善することができる。

図２３は上記カッターパスを採用したときの第６のエンドミル５０での最深位置の歯溝側面形状誤差を示すグラフであり、エンドミル先端５２でのリードを利用した時の状態を示している。第６のエンドミル５０の直径がφ６ｍｍで、２２．７ｍｍ、６ｍｍ、４ｍｍ、４ｍｍ、４ｍｍと５段階に溝深さ方向に切り込んだ場合で、最深部の歯溝位置での側面形状誤差を示している。この場合は歯溝側面の形状誤差が４０μmと図１５に示す従来のものの２分の１以下になっているのが判る。但し、切り込みのつなぎ目の部分は実施の形態１に比べ段差が大きくなるため、これを解消するため、切込み回数を細かくすればよい。なお、スクリューロータ１の中心線からのずれは、Ｙ軸で補正すれば良い。

本発明では、歯溝側面の仕上げ加工に回転工具を使用するため、回転数を通常のエンドミル加工と同等まで高めることができ、シェービングバイトで歯溝側面仕上げ加工を行う場合と比較して、加工の高能率化が図られる。また、回転工具であるため、刃先位置の測定が容易となり溝幅精度が向上する。

また、上記実施の形態１及び２の加工方法で加工されたスクリューロータ１は、図１８、図２３に示されるごとく、表面が４０μｍ以下の滑らかな凸部を形成することとなり、その表面粗さが小さくなるため、スクリューロータ１の複数のスクリューロータ歯溝２を２つのゲートロータ３a、３bの複数の歯４にそれぞれ互いに軸直角となるようにゲートロータをスクリューロータの左右に精度よく配置できる。スクリューロータとゲートロータの外周部をケースで覆い、スクリューロータの回転とともに連れ回りするゲートロータによりスクリューロータ歯溝２が閉じられ冷媒ガスを閉じ込めれば、性能のよいスクリュー圧縮機を製造することができる。特にスクリュー圧縮機の初期なじみがよく、初期の摺動摩擦抵抗が低くなる等スクリュー圧縮機の作動特性を向上できる。

なお、上記実施の形態１および２において同時に制御するのは、ワークの回転軸と工具の旋回軸でもよく、ワークの回転軸２軸、工具の旋回軸を２軸用いてもよい。少なくともいずれかの２軸を同時に制御してスクリュー歯溝を形成すればよい。

シングルスクリュー圧縮機の圧縮原理を示す斜視図、図1のC-C'線断面図、スクリューロータ加工機の装置構成図、スクリューロータ加工時の軸移動を示す説明図、スクリューロータの加工工程を示すフローチャート、スクリューロータの加工工程を示すモデル図、荒加工用テーパエンドミルの正面図、歯溝深さによる歯溝側面の回転半径と歯側面の回転半径の関係を示す図、歯溝深さによるリード角変化を示す図、エンドミル加工における歯溝側面の誤差説明図、エンドミル加工における歯溝側面の形状誤差を示す模式図、工具径と歯溝側面の形状誤差量の関係を示す一例、この発明の実施の形態１による歯溝側面仕上げ加工用のエンドミルの一例を示す正面図、従来のエンドミルにおける歯溝側面の形状誤差を示すグラフ、従来のエンドミルにおける最深位置の歯溝側面形状誤差を示すグラフ、この発明によるエンドミル加工における歯溝側面加工時のリードと工具位置の関係を示す説明図、この発明の実施の形態１によるエンドミル加工における歯溝側面加工時の軸切込み位置を示す説明図、この発明の実施の形態１のエンドミルでの最深位置の歯溝側面形状誤差を示すグラフ、この発明の実施の形態１のエンドミルにおける首部の凹み量を試算するための外径表面での干渉量を示すグラフ、非対称シェービングバイトの例を示す正面図、この発明の実施の形態２のエンドミル仕上げ加工におけるリードと工具位置を説明する図、実施の形態２のエンドミル仕上げ加工における軸切込み位置を説明する図、実施の形態２のエンドミル仕上げ加工における最深位置の歯溝側面形状誤差を示すグラフである。

符号の説明

１スクリューロータ、２歯溝、３a、３b ゲートロータ、
４歯、５Ｃ軸主軸、６工具、７ X軸移動ステージ、
８Ｚ軸移動ステージ、９Ｂ軸回転テーブル、１０ベッド、
１１Ｃ軸主軸台、１２心押し台、１３ａ、１３ｂ振れ止め、
１４シャフト、１５Ｃ軸チャック、１６スピンドル、
１７ホルダー、１８芯間距離、１９ゲートロータ半径、
２０工具の回転中心、２１スクリューロータの回転中心、
２２工具の回転中心とスクリューロータの回転中心との距離、
２３工具の回転半径、２４ａ、２４ｂ円弧軌道、
２５第１のエンドミル、２６第３のエンドミル、２７第４のエンドミル、
２８シェービングバイト、２９テーパエンドミル、
３０歯側面、３１ある溝深さ位置での歯溝側面の回転半径、
３２ある溝深さ位置での歯側面の回転半径、３３スクリューロータの回転中心、
３４ゲートロータの回転中心、３５外径表面でのリード角、
３６歯溝底でのリード角、３７ａ、３７ｂ外径表面でのリード、
３８ａ、３８ｂ歯溝底でのリード、３９エンドミル、
４０歯溝側面、４１歯溝底面、４２切れ刃部、
４３首部、４４シャンク部、４５切れ刃部上部でのリード、
４６切れ刃部下部でのリード、４７切れ刃部上部、
４８切れ刃部下部、４９非対称シェービングバイト、
５０第６のエンドミル、５１エンドミル先端でのリード、
５２エンドミル先端、５３スクリューロータ直径、
５４歯溝幅、５５第２のエンドミル。

Claims

ワークの回転及び工具の旋回の少なくとも２軸を同時に制御してスクリュー歯溝を形成
するスクリューロータの加工方法において、第１のエンドミルを上記工具として上記スク
リュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて所望深さまで掘り込む第１の工程と、上記
第１のエンドミルより小さい径の第２のエンドミルを上記工具として上記スクリュー歯溝
側面の荒加工を行う第２の工程と、先端部にアール形状を有する第３のエンドミルを上記
工具として上記スクリュー歯溝底面の荒加工を行う第３の工程と、深さ方向において上記
スクリュー歯溝の深さより短い切れ刃部と上記切れ刃部の径より小さい径を有する首部と
を具備する第４のエンドミルを上記工具として上記スクリュー歯溝の側面の仕上げ加工を
行う第４の工程と、スクリュー歯溝の底面に対応する形状を有するシェービングバイトを
上記工具として上記スクリュー歯溝の底面の仕上げ加工を行う第５の工程とを備え、上記第４のエンドミルの首部の上記切れ刃部からの凹み量を、上記第４のエンドミルとスクリューロータとの干渉量として以下の式から求めるようにしたことを特徴とするスクリューロータの加工方法。

但し、δaは最大溝深さ位置での歯底位置における歯溝側面リード角
δbは溝底から切れ歯長さ分上方における歯溝側面リード角
δcは外形表面位置における歯溝側面リード角
第４の工程において、第４のエンドミルの切れ刃部の長さ分深さ方向に加工を分割し、
上記切れ歯部の外周円筒部が、上記切れ刃部の上部の位置で加工される溝深さにおいてスクリューロータに創生される切れ歯部上部リードと、切れ歯部の下部の位置で加工される溝深さにおいてスクリューロータに創生される切れ歯部下部リードとの両リードに接するように工具の旋回軸中心を移動させるカッターパスとすることを特徴とする請求項1に記載のスクリューロータの加工方法。
ワーク回転軸と、
工具旋回軸と、
上記ワーク回転軸及び上記工具旋回軸の少なくとも２軸を同時に制御する制御手段と、
上記工具旋回軸に設置され、スクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて所望深さ
まで掘り込む第１のエンドミルと、
上記工具旋回軸に設置され、上記スクリュー歯溝の側面の荒加工を行う上記第１のエンド
ミルより小さい径を有する第２のエンドミルと、
上記工具旋回軸に設置され、上記スクリュー歯溝底面の荒加工を行う先端部にアール形状
を有する第３のエンドミルと、
上記工具旋回軸に設置され、上記スクリュー歯溝の側面の仕上げ加工を行う切れ刃部の径より小さい径を有する首部を具備する第４のエンドミルと、
上記スクリュー歯溝の底面の仕上げ加工を行う上記底面に対応する形状を有するシェービ
ングバイトとを備え、上記第４のエンドミルの首部の上記切れ刃部からの凹み量を、上記第４のエンドミルとスクリューロータとの干渉量として以下の式から求めるようにしたことを特徴とするスクリューロータの加工装置。

但し、δaは最大溝深さ位置での歯底位置における歯溝側面リード角
δbは溝底から切れ歯長さ分上方における歯溝側面リード角
δcは外形表面位置における歯溝側面リード角
ワークの回転及び工具の旋回の少なくとも２軸を同時に制御して、第１のエンドミルを上記工具としてスクリュー歯溝の深さ方向に一定の切込みを与えて所望深さまで掘り込み、上記第１のエンドミルより小さい径の第２のエンドミルを上記工具として上記スクリュー歯溝側面の荒加工を行い、先端部にアール形状を有する第３のエンドミルを上記工具として上記スクリュー歯溝底面の荒加工を行い、深さ方向において上記スクリュー歯溝の深さより短い切れ刃部と、上記切れ刃部の径より小さい径を有する首部とを具備する第４のエンドミルを上記工具として上記スクリュー歯溝の側面の仕上げ加工を行い、上記第４のエンドミルの首部の上記切れ刃部からの凹み量を、上記第４のエンドミルとスクリューロータとの干渉量として以下の式から求めるようにしたものにおいて、

但し、δaは最大溝深さ位置での歯底位置における歯溝側面リード角
δbは溝底から切れ歯長さ分上方における歯溝側面リード角
δcは外形表面位置における歯溝側面リード角

スクリュー歯溝の底面に対応する形状を有するシェービングバイトを上記工具として上記
スクリュー歯溝の底面の仕上げ加工を行うことにより複数の上記スクリュー歯溝を加工し
てスクリューロータを形成する第１の工程と、
上記スクリューロータの複数のスクリューロータ歯溝を２つのゲートロータの複数の歯に
それぞれ互いに軸直角となるように上記ゲートロータを上記スクリューロータの左右に配
置する第２の工程と、
上記スクリューロータと上記ゲートロータの外周部をケースで覆う工程と、
上記スクリューロータの回転とともに連れ回りする上記ゲートロータにより上記スクリュ
ーロータ歯溝が閉じられ冷媒ガスを閉じ込める第３の工程とを備えたスクリュー圧縮機の製造方法。