JPH08284856A - ロータ及びその成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量で、慣性モーメントが小さく、低コスト
のロータを提供する。 【構成】 相手側ロータとの噛合い部７と、円筒又はそ
の一部に外接する形状をなす底部９とを有するロータ本
体３と、底部９に嵌入してスポット溶接されるロータシ
ャフト５とを備えると共に、噛合い部７と底部９とを板
材で一体に形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、スクリュー
型コンプレッサに用いられるロータ及びその成形方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平５−１９５７０１号公報に「スク
リューロータ及びその製造方法」が記載されている。図
９はこの製造方法で作られた雄型のスクリューロータ２
０１を示している。

【０００３】スクリュー型エアコンプレッサは車両のス
ーパチャージャに用いられており、高速で回転するもの
であるから、スクリューロータの慣性モーメントが大き
いと車両が加速する際のレスポンスが悪い。又、エンジ
ンとスーパチャージャとは電磁クラッチなどで断続され
るが、エンジンと連結する際の滑りを防止するには、ス
クリューロータの慣性モーメントが大きいほどこの電磁
クラッチを大型にしなければならない。更に、慣性モー
メントが大きいと、急速な加速や減速をする際にロータ
２０１が相手側の雌型ロータと接触し、各ロータ表面の
コーティングが剥がれる恐れがある。

【０００４】又、ロータはロータシャフトとロータ本体
とで構成されるが、一般にロータシャフトは中実の鋼製
であり、ロータ本体は軽量化のためにアルミ製である。
ロータ本体が中実のアルミ製の場合はロ−タは重く、そ
れだけロ−タの慣性モ−メントを大きくする。又、ロー
タ本体がアルミ製の場合熱膨張により相手側ロータとの
接触が生じ易い。

【０００５】この慣性モーメントの問題は、雌型スクリ
ューロータより歯厚が厚く重い上に、歯数が少なく回転
数の大きい雄型スクリューロータ２０１で特に大きい。

【０００６】そこで、図９のスクリューロータ２０１で
は、噛合い部２０３を中空にして軽量化し慣性モーメン
トを低減することにより、加速時のレスポンスを改善
し、クラッチを小型化し、急な加減速の際のロータ同志
の接触を防止している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スクリューロ
ータ２０１は薄板２０５、２０７をスクリュウ状に捩じ
って積層した構造になっており、積層後の薄板２０５、
２０７は、中空穴２０９にセラミックパウダを充填し、
加熱炉を内蔵した圧力容器内で高温、高圧を加えること
によって一体に接合される。

【０００８】このように、積層と一体化の作業工数が大
きいからコストが高いと共に、接合された噛合い部２０
３の表面には薄板２０５、２０７の捩じれによる凹凸が
あるからこれを滑らかにしなければならないが、歯型状
の表面を滑らかに加工するのは難しく、表面に厚いコー
ティングを施さないと所望の歯面形状が得られず、それ
だけコスト高になる。更に、プレス加工時に各薄板２０
５、２０７の全縁周に生じるばりを取り除かないと、ス
クリューロータ２０１の軸方向長さが均一にならず、ば
り取り作業によってコストが更に高くなる。

【０００９】そこで、この発明は、軽量で慣性モーメン
トが小さく、低コストのロータ及びこのロータを成形す
る方法の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１のロータは、相
手側ロータとの噛合い部と、円筒又はその一部に外接す
る形状をなす底部とを有するロータ本体と、この底部に
嵌入して固定されるロ−タシャフトとを備え、前記噛合
い部と底部とが板材で一体に形成されたことを特徴とす
る。

【００１１】請求項２のロータは、ロータシャフトを中
空にした請求項１のロータである。

【００１２】請求項３のロータは、ロータ本体の底部が
ロータシャフトにスポット溶接された請求項２のロータ
である。

【００１３】請求項４のロータは、ロータ本体の底部が
他の部分より肉厚に形成された請求項１、２又は３のロ
ータである。

【００１４】請求項５のロータの成形方法は、請求項
１、２、３又は４のロータを成形する方法であって、雌
型の内部に配置したパイプ状の原材料を内側から加圧し
膨張させてロータ本体を成形することを特徴とする。

【００１５】請求項６のロータの成形方法は、請求項
１、２、３又は４のロータを成形する方法であって、雌
型の内部に配置したパイプ状の原材料を内側から加圧し
膨張させてそれぞれロータ本体とロータシャフトとを成
形し、これらを一体化することを特徴とする。

【００１６】

【作用】請求項１ないし４のロータは、相手側ロータと
の噛合い部と、ロータシャフトを嵌入して固定する底部
とを板材で一体に形成したから、図９の従来例と異なっ
て、板のばり取り、板の積層、板の接合、表面加工、な
どが不要であり、材料費や加工費などの面でコストが大
幅に低減されると共に、極めて軽量で慣性モーメントが
小さく、熱による膨張も少ない。

【００１７】従って、このロータを用いたコンプレッサ
を過給機にした車両は加速時のレスポンスが大幅に改善
され、エンジンとの断続を行うクラッチを小型にするこ
とができる。又、ロータの慣性モーメントが小さく急速
な加減速の際もロータ間での接触が防止されると共に、
熱膨張によるロータ間の接触も生じないから、各ロータ
表面のコーティングを薄くするか、又は廃止することも
できる。

【００１８】請求項２のロータは、請求項１のロータに
おいて、ロータシャフトを中空にしたものであり、ロー
タの慣性モーメントが更に小さくなる。

【００１９】請求項３のロータは、請求項２のロータの
ロータ本体とロータシャフトの両方が中空であるのを利
用して、これらをスポット溶接で一体にしたものであ
り、ロータ本体とロータシャフトとを低コストで強固に
一体化することができる。

【００２０】請求項４のロータは、請求項１、２又は３
のロータにおいて、ロータ本体の底部を他の部分より肉
厚に形成したものであり、底部の強度が上がり、ロータ
シャフトとの接合部が強固になるから、ロータはそれだ
け大きなトルクを負担できる。

【００２１】請求項５のロータの成形方法は、請求項
１、２、３又は４のロータを成形する方法であって、雌
型の内部に配置したパイプ状の原材料を内側から加圧し
膨張させてロータ本体を成形するものであり、従来例と
較べて、極めて生産性が高く低コストな方法である。
又、原材料に長いパイプを用い、成形されたものを必要
な長さに切断することにより、一度に多数のロ−タ本体
を加工することが可能であり、この場合、生産性は更に
高まり、コストは更に下がる。

【００２２】またこの方法によれば請求項４のロータ本
体をパイプ状の原材料の塑性変形により、容易に得るこ
とができる。

【００２３】請求項６のロータの成形方法は、請求項
１、２、３又は４のロータを成形する方法であって、雌
型の内部に配置したパイプ状の原材料を内側から加圧し
膨張させてそれぞれロータ本体とロータシャフトとを成
形し、これらを一体化するものであり、従来例と較べ
て、極めて生産性が高く低コストであると共に、請求項
５と同様に、ロータ本体とロータシャフトの原材料にそ
れぞれ長いパイプを用い、成形されたものを必要な長さ
に切断して一体化することにより、一度に多数のロ−タ
を加工することが可能であり、この場合、生産性は更に
高まり、コストは更に下がる。またロータ本体の成形に
おいては、請求項５と同様に請求項４のロータ本体を容
易に得ることができる。

【００２４】又、請求項１ないし４のロータ及び請求項
５、６の方法で成形されたロータにおいて、前者はロー
タ本体が中空であり、後者はロータ本体とロータシャフ
トの両者が中空であるから、ロータ本体とロータシャフ
トとの接合に、種々の方法を用いることができる。例え
ば、スポット溶接、それ以外の溶接、ロー付などが好適
である。あるいは、ロータ本体の慣性モーメントが充分
小さいから、ロータシャフトをロータ本体に圧入するだ
けでもよく、圧入後にこれらを接着してもよい。圧入や
接着は、ロータシャフトが中実の場合特に有利である。

【００２５】

【実施例】図１ないし図８により、本発明の一実施例を
説明する。図１、２、３に示すように、この実施例はス
クリュー型エアコンプレッサに用いられる雄型のスクリ
ューロータ１である。このスクリュー型エアコンプレッ
サは車両のスーパーチャージャに用いられている。又、
図４、５、６、７、８は請求項６の方法による、このス
クリューロータ１の成形工程を示す。

【００２６】なお、左右の方向は図１、３での左右の方
向であり、符号を与えていない部材等は図示されていな
い。

【００２７】スーパーチャージャは、入力プーリ、増速
ギヤ組、タイミングギヤ組、スクリュー型エアコンプレ
ッサなどから構成されている。

【００２８】スクリュー型エアコンプレッサは、雄型の
スクリューロータ１と雌型のスクリューロータ（相手側
ロータ）とを備えている。雄型のスクリューロータ１
は、図１、２、３のように、中空のロータ本体３とロー
タシャフト５とから構成されており、ロータ本体３は雌
型スクリューロータとの噛合い部７、底部９、左右の側
板部材１１、１３などから構成されている。

【００２９】噛合い部７と底部９とは、後述のように、
板材で一体に成形されており、図２に示すように、底部
９の板厚をａ、噛合い部７の歯元部１５及び歯先部１７
の板厚をそれぞれｂ、ｃとすると、ａ＞ｂ＞ｃであり、
このように、底部９の板厚ａは噛合い部７の板厚ｂ、ｃ
より厚く形成されていると共に、噛合い部７の板厚は歯
元部１５から歯先部１７へ行くに従って徐々に薄くなる
ように形成されている。なお、板厚は一番薄い部分（板
厚ｃ）が２ｍｍ〜３ｍｍになるようにされている。

【００３０】又、ロータシャフト５はシャフト本体１９
と左右の栓部材２１、２１などから構成されている。

【００３１】雄型スクリューロータ１と雌型スクリュー
ロータは、各シャフトの左右の端部でベアリングによっ
て、それぞれコンプレッサケーシングに支承されてい
る。又、各シャフトの左右の端部とコンプレッサケーシ
ングとの間にはシールが配置され、エア洩れを防止して
いる。

【００３２】入力プーリはベルトを介してクランクシャ
フト側のプーリに連結されている。このクランクシャフ
ト側プーリは電磁クラッチを内蔵しており、エンジンと
スーパーチャージャとの断続を行う。この電磁クラッチ
を連結すると、エンジンの駆動力は入力プーリから増速
ギヤ組に入力して増速され、タイミングギヤ組を介して
スクリュー型エアコンプレッサを駆動する。このとき、
タイミングギヤ組の同期機能によって各スクリューロー
タは互いに接触しないように噛み合う。

【００３３】駆動されたエアコンプレッサは吸入孔から
吸入した吸気を各スクリューロータ間で軸方向に圧送し
て吐出孔から吐き出し、加圧された吸気は吸気管を介し
てエンジンに供給される。

【００３４】次に、図４、５、６、７、８によって、ス
クリューロータ１のロータ本体３とロータシャフト５の
製造工程を説明する。

【００３５】これらの原材料には、いずれも適度なプレ
ス性（延性）を持った薄板のパイプが用いられる。

【００３６】ロータ本体３の場合、図４のように、ロー
タ本体３の表面形状を持った分割型の金型２３（雌型）
を用意し、その内部に原材料のパイプ２５（板材）を入
れ、パイプ２５の内部から高圧の流体で圧力を掛ける。
内側から加圧されたパイプ２５は、矢印のように膨張し
て金型２３に押圧され、噛合い部７と底部９とが成形さ
れる。

【００３７】このとき、底部９の延び率は噛合い部７よ
り小さく、噛合い部７の延び率は歯元部１５から歯先部
１７に行く程大きくなり、上記のように、板厚は底部９
から歯先部１７に行く程徐々に薄くなる。又、図２のよ
うに、底部９はロータシャフト５のような円筒状のもの
に外接する形状に成形される。

【００３８】金型２３から取り出されたパイプ２５の成
形品は、図５のように、必要な長さにカットされ、中間
部品２７になる。

【００３９】なお、図４の工程で、長い金型を用意して
長いパイプを成形し、図５の工程で、これを複数個に切
断すれば、一度の工程で多数個の中間部品２７を成形す
ることができる。

【００４０】ロータシャフト５は、図６のように、大径
部２９とその両端側に設けられた小径部３１、３１とを
有し、これらは、ロータ本体３の中間部品２７と同様
に、雌型に入れたパイプ状の原材料を内側から加圧して
成形される。

【００４１】図６の矢印３３が示すように、ロータシャ
フト５は中間部品２７の内周に嵌入される。その後、左
右の小径部３１の外周には、矢印３５が示すように、側
板部材１１、１３がそれぞれ圧入される。

【００４２】その後、図１に示すように、又図７の矢印
４１が示すように、中間部品２７の底部９とロータシャ
フト５とがスポット溶接される。このように、ロータシ
ャフト５が中空であり、スポット溶接機の電極がロ−タ
シャフト５の中に入るから、スポット溶接が可能であ
る。その後、図７の矢印４３が示すように、中間部品２
７に側板部材１１、１３がロー付又は溶接される。

【００４３】左右の開口部３７には、矢印３９が示すよ
うに、栓部材２１がそれぞれ圧入されて閉塞される。

【００４４】中間部品２７とロータシャフト５とのスポ
ット溶接個所はロータシャフト５とロータ本体３の間の
トルクを負担する。これに対して、中間部品２７と側板
部材１１、１３との接合個所は、側板部材１１、１３が
ロータシャフト５に圧入されているだけであるから、大
きなトルクは掛からない。又、スクリュー型エアコンプ
レッサの吸入側と吐出側との間のエア洩れは側板部材１
１、１３によって防止される。

【００４５】最後に、図８のように、ロータ本体３の表
面にコーティングが施されて、スクリューロータ１が完
成する。

【００４６】なお、このコーティングは、図４の工程と
図５の工程の間で行ってもよい。

【００４７】このように、スクリューロータ１は、雌型
スクリューロータとの噛合い部７と、ロータシャフト５
を嵌入して固定する底部９とを板材で一体に成形したか
ら、図９の従来例と異なって、板のばり取り、板の積
層、板の接合、ロータ本体の表面加工などが不要であ
り、材料費や加工費などの面でコストが大幅に低減され
る。

【００４８】又、スクリューロータ１は、ロータ本体３
とロータシャフト５が共に薄板の中空構造であるから、
極めて軽量であり、慣性モーメントが極めて小さい。従
って、スクリューロータ１を用いたエアコンプレッサ
（スーパーチャージャ）を装備した車両は加速時のレス
ポンスが大幅に改善されると共に、エンジンとの断続を
行う電磁クラッチを小型にすることができる。

【００４９】このように、ロータの慣性モーメントが小
さく急速な加減速の際もロータ間の接触が防止されると
共に、熱膨張によるロ−タ間の接触も生じないから、各
ロータ表面のコーティングを薄くするか、又は廃止する
こともできる。

【００５０】又、ロータ本体３の底部９とロータシャフ
ト５とをスポット溶接で一体化したから、これらの接合
は強固であり、接合は低コストである。

【００５１】更に、ロータ本体３の底部９を噛合い部７
より肉厚に成形し、底部９の強度を上げたから、ロータ
シャフト５との接合が強固になり、スクリューロータ１
はそれだけ大きなトルクを負担できる。

【００５２】又、ロータ本体３は板材で作られている
が、ヘリカルギヤのような捩じれた形状であるから、充
分な剛性が得られる。

【００５３】上記のように、請求項５、６のロ−タの成
形方法によれば、極めて生産性が高く、低コストにロー
タ本体やロータを製造できる上に、原材料に長いパイプ
を用い、成形したものを必要な長さに切断することによ
り、一度に多数のロータ本体やロータを製造することが
可能であり、生産性は更に高まり、コストは更に下が
る。また、ロータ本体３またはロータシャフト５は適度
なプレス性（延性）を持っており、特にロータ本体にお
いては高圧の流体圧力を掛けたときの原材料の塑性変形
により底部９の肉厚を他の部分より厚く成形することが
容易にできる。

【００５４】以上、スクリュー型エアコンプレッサの雄
型スクリューロータ１を例に説明したが、本発明は雌型
のスクリューロータに適用してもよい。更に、スクリュ
ー型コンプレッサに限らず、例えば、ルーツ型コンプレ
ッサのロ−タに適用することもできる。

【００５５】又、ロータシャフトが中実でも、ロータ本
体が中空構造であるから、慣性モーメントの低減効果は
大きい。

【００５６】更に、ロータ本体とロータシャフトとの接
合は、スポット溶接以外に種々の方法を用いることがで
きる。例えば、スポット溶接以外の溶接やロー付でもよ
く、あるいは、ロータシャフトをロータ本体に圧入する
だけでもよく、圧入後にこれらを接着してもよい。この
ような、圧入や接着による接合方法はロータ本体の慣性
モーメントが充分小さいことによって始めて可能になる
方法であり、又、ロータシャフトが中実でスポット溶接
ができない場合に特に有用である。

【００５７】

【発明の効果】請求項１ないし４のロータは、相手側ロ
ータとの噛合い部と、ロータシャフトが嵌入されて固定
される底部とを板材で一体に成形した。

【００５８】従って、図９の従来例と異なり、材料費や
加工費などの面でコストが大幅に低減されると共に、極
めて軽量で慣性モーメントが小さい。

【００５９】又、このロータを用いたコンプレッサを過
給機にした車両は加速時のレスポンスが大幅に改善さ
れ、エンジンとの断続を行うクラッチを小型にすること
ができる。更に、ロータの慣性モーメントが小さく急速
な加減速の際もロータ間の接触が防止されると共に、熱
膨張によるロータ間の接触も生じないから、各ロータ表
面のコーティングを薄くするか、又は廃止することもで
きる。

【００６０】請求項２のロータは、請求項１のロータに
おいて、ロータシャフトを中空にすることにより、ロー
タの慣性モーメントが更に小さくなった。

【００６１】請求項３のロータは、請求項２のロータの
ロータ本体とロータシャフトの両方が中空であるのを利
用して、これらをスポット溶接することにより、ロータ
本体とロータシャフトとを低コストで強固に一体化する
ことができる。

【００６２】請求項４のロータは、請求項１、２又は３
のロータにおいて、ロータ本体の底部を他の部分より肉
厚に成形することにより、底部の強度が上がり、ロータ
シャフトとの接合部が強固になり、ロータはそれだけ大
きなトルクを負担できる。

【００６３】請求項５のロータの成形方法は、雌型の内
部に配置したパイプ状の原材料を内側から加圧し膨張さ
せて請求項１、２、３又は４のロータを成形する方法で
あり、極めて生産性が高く低コストな方法である。又、
一度に多数のロータ本体を製造することにより、生産性
は更に高まり、コストは更に下がる。

【００６４】請求項６のロータの成形方法は、雌型の内
部に配置したパイプ状の原材料を内側から加圧し膨張さ
せてそれぞれロータ本体とロータシャフトとを成形し、
これらを一体化して請求項１又は２のロータを成形する
方法であり、極めて生産性が高く低コストな方法であ
る。又、一度に多数のロ−タを製造することにより、生
産性は更に高まり、コストは更に下がる。

【００６５】請求項５、６の成形方法によれば請求項４
のロータ本体の肉厚を底部において他の部分より厚く形
成することを容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】噛み合い部の歯筋方向に切断した図２のＢ−Ｂ
断面図である。

【図４】本発明の方法によるロータ本体の成形工程を示
す断面図である。

【図５】図４の工程で成形された部材の切断工程を示す
正面図である。

【図６】本発明の方法によって成形されたロータの組立
工程を示す断面図である。

【図７】図６の工程で組み立てられたロータの断面図で
ある。

【図８】組立後にコーティングを施されるロータを示す
正面図である。

【図９】従来例の部分断面図である。

【符号の説明】

１ ロータ（雄型スクリューロータ） ３ ロータ本体 ５ ロータシャフト ７ 噛合い部 ９ 底部 ２３ 金型（雌型） ２５ パイプ（板材）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相手側ロータとの噛合い部と、円筒又は
   その一部に外接する形状をなす底部とを有するロータ本
   体と、この底部に嵌入して固定されるロータシャフトと
   を備え、前記噛合い部と底部とが板材で一体に形成され
   たことを特徴とするロータ。
2. 【請求項２】 ロータシャフトが、中空である請求項１
   のロータ。
3. 【請求項３】 ロータ本体の底部がロータシャフトにス
   ポット溶接された請求項２のロータ。
4. 【請求項４】 ロータ本体の底部が他の部分より肉厚に
   形成された請求項１、２又は３のロータ。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３又は４のロータを成形
   する方法であって、雌型の内部に配置したパイプ状の原
   材料を内側から加圧し膨張させてロータ本体を成形する
   ことを特徴とするロータの成形方法。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３又は４のロータを成形
   する方法であって、雌型の内部に配置したパイプ状の原
   材料を内側から加圧し膨張させてそれぞれロータ本体と
   ロータシャフトとを成形し、これらを一体化することを
   特徴とするロータの成形方法。