JPH01199705A - 圧力波式過給機用セラミックロータの機械加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧力波式過給機用セラミックロータの機械加工
方法に関し、より詳しくは、圧力波式過給機用ローター
の端面及び内径を機械加工して、所定の寸法精度および
動的バランスを得る方法に関する。

（従来の技術］ 圧力波式過給機用セラミックロータは、内燃機関、例え
ばディーゼルエンジン等の出力向上あるいは燃料消費率
の向上を目的に開発されてきている。

圧力波式過給機用セラミックロータの構造は、第７図に
示すように、該圧力波式過給機用セラミックロータ１　
（以下、ロータという）を回転するための回転軸（図示
していないが）が装着される内周面（ｌｅＮｉ内周面（
１ｃ）に形成される回転軸を固定するためのスリンｌ−
（ｌｄ）、外周面（１ａ）及び端面（ｌｂ、１ｃ）を有
し、該内周面（１ｅ）と該外周面（１ａ）との間には排
気ガスの圧力が空気に伝達され高圧空気となってエンジ
ンルームに過給するためのセル（１ｇ）が形成され、該
セル（Ｉｇ）が前記外周面（ｌａ）に接する部分は外壁
（１ｆ）が形成されている。

このようなロータは、前記第７図のセルに対応する所定
の貫通孔を有する押出成形ダイスにより、窒化珪素等高
温強度に優れたセラミック原料を押出し、ハニカム状の
成形体を得たのち焼成し、次いで研削砥石加工等の手段
により所定寸法および所定動的バランスとなるように機
械加工される。

即ち、この機械加工は内径に対する端面の直角度と、内
径に対する外径の同軸度とに高い精度が要求されるため
、これらの加工におけるロータの保持には、ロータの端
面と外径の振れを最小に抑えることが必要であった。

従来この機械加工方法は、まずロータの外周部の外径及
び両端面の一部の加工を行い、次いで端面とスリットの
加工、最後にもう片方の端面と内周部の内径とを加工す
ることが行われていた。更に、従来の機械加工方法につ
いて言及すると、外径及び両端面の一部の加工は第８図
に示すように、センタ軸３を有する両センター治具２に
ロータ１を固定し、次いで円筒研削盤（図示せず）を用
いてロータの外周部の外径１ａを研削砥石４で研削加工
した後、両端面の一部１ｂ、ｌｃを研削加工していた。

即ち、外径１ａの中心軸がセンタ軸３と同軸にし、次い
で両端面の一部１ｂ、ｌｃがセンタ軸３と垂直な面を形
成するように機械加工を施す方法である。

端面とスリットの加工方法は、ロータの外壁が約２ｍｍ
程度の薄さであるため、機械加工装置のチャック方式で
一般的に用いられているスクロールチャックにて直接ロ
ータをチャックすると、ロータの外壁が破損する恐れが
ある。そこで、第９図に示すように、ロータ１の外周部
の一端を円筒状の金型５にワックスにて接着した後、ダ
イヤルゲージ７を用いて外径、端面の振れを最小にする
ようにスクロールチャック６にて金型５を機械加工装置
にチャックし、前記工程で一部機械加工された端面部１
ｂの残り端面を研削用砥石８で加工し、スリン１−１ｄ
をスリット研削用砥石９にて研削加工していた。また、
他端面１ｃと内周面の内径１ｅの加工は、前記と同様の
方式でチャックし端面１ｃと内径１ｅの研削を円筒研削
盤にて行っていた。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記従来の加工方法にあっては、端面と
スリット及びもう片方の端面と内径の加工の際に、ロー
タを金型に接着する必要があり、しかも芯出しを行わな
ければならず、この作業に長時間を費やし、芯出しにお
いては熟練が必要であった。また、内径に対する両端面
の直角度を最小にする為、端面とスリット及びもう片方
の端面と内径の加工を一度に行わなければならない。更
には、金型とスクロールチャックのチャッキング部が短
く、また片持ちであり、チャッキング部から研削部まで
の距離が長い為、研削圧によりロータが加工中に動き、
精度良く加工するのが困難であった。またそのため、重
研削ができず研削速度を上げることができないなどの問
題点があった。

さらに、ロータの外周部を加工するため外周部に機械加
工傷が導入されること、また焼成工程中で局部的な焼成
変形が生した場合には外周を加工することによって外周
壁の厚みが不均一となり、機械的強度が劣化することが
あった。

さらに、ロータの外周部の加工によって生じた厚みの不
均一はロータの動的バランスを悪くする欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は上記従来における問題を解消するため、種々
検討を行った結果、油圧を用いた製品保持のための治具
（ハイドロリックチャックを応用した治具）を用いるこ
とを解決手段とすることにした。即ち、圧力波式過給機
用セラミックロータの端面や内径などの機械加工のチャ
ッキングにお、いて、ハイドロリック式チャックを用い
ることにより、従来の金型を用いることなく該ロータの
外周部全体を保持し且つ高精度で強固に簡単にチャッキ
ングできることから、高精度で迅速に加工できることを
見出し本発明に到達した。

即ち、本発明によれば、圧力波式過給機用セラミックロ
ータの一端面をハイドロリンク式チャックの内底面に押
圧し、油圧による締付は手段によって前記セラミックロ
ータの外周面を把持し、次いで該セラミックロータの他
端面および内径部分を機械加工することを特徴とする圧
力波式過給機用セラミックロータの機械加工方法が提供
される。

また、セラミックロータをハイドロリック式チャックに
て保持する前に、予め該ロータの外周部にロータの中心
軸と実質的に同軸の金属円筒を装着することにより、ロ
ータの外周部を機械加工することなく、寸法精度に優れ
た端面及び内周部を機械加工で得ることができる。

〔実施例〕

本発明の圧力波式過給機用セラミックロータの機械加工
方法の詳細を図面を参照して、詳細な説明をする。

第１図は本発明の加工方法に用いる治具（ハイドロリッ
クチャックを応用した治具）を示すもので、（ａ）は縦
断面図、［有１）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

１１はハイドロリック式チャック本体を示しており、１
２は機械主軸につながる面板であり、１３は保持部材、
１４は作動油を充填した圧力室、１５は作動ネジであり
、圧力室１４は保持部材１３とハイドロリック式チャッ
ク本体１１の内周表面部１８との間に形成される。第１
図（ａ）の図中、圧力室１４の左側はシールを兼ねたピ
ストン１９、鋼球２０を介して作動ネジ１５により封鎖
している。また、１６は金属円筒、１７は端面係止部を
示す。

機械加工が施されるセラミックロータ１がハイドロリッ
ク式チャック本体にチャックされる方法を説明すると、
後で説明する金属円筒１６に装着されたセラミックロー
タ１の一端面１ｂを端面係止部１７に押し当てながら、
作動ネジ１５を回転させることにより圧力室１４内の作
動油の油圧を上昇させ、保持部材１３を内側に収縮させ
る。この収縮により金属円筒１６外周が円筒研削盤（図
示せず）にチャックされる。保持部材１３による金属円
筒１６の締付は力が弱い場合には、ボルト２７によって
ストッパー２６をチャック１１に取付けて金属円筒１６
の移動を防止することができる。

本発明に用いられるハイドロリック式チャックは、特公
昭３Ｂ−２４２９０号公報、実公昭５８−２１６０５号
公報等に開示されている油圧方式のチャックが好適であ
るが、締付は手段としては、ネジによる手動式、シリン
ダにてピストンロンドを押す自動式等の手段も用いられ
る。

チャックされたセラミソクローク１は、第１図に示され
るように端面１ｃが研削砥石で研削される。他端面１ｂ
の加工は、セラミックロータ１をハイドロリック式チャ
ック本体１１から外し、端面１ｃと同様の順序で研削さ
れるが、次に説明するセラミックロータ１の内周部を加
工後に行ってもよい。

次に、セラミックロータ１の内周部の加工について第２
図を参照して説明する。

セラミックロータ１を内面研削盤（図示せず）にチャッ
クする方法は前記端面加工で説明した方法と同様に行い
、次いで第２図（ａ）に示すようにスリット加工用の研
削砥石９にてスリンＩ−１ｄを形成する。

次に、セラミックロータｌの内周部１ｅの加工は、第２
図（ｂ）に示すように前記スリットの加工と同様にして
、内面研削盤を用い研削を行う。内径加工は、粗加工を
した後仕上げ加工を行ってもよい。

なお、第２図（ｂ）はスリットｌｄを加工した後、セラ
ミックロータｌをハイドロリック式チャック本体１１か
ら外して反転してチャックし、内径加工を施しているが
、内径加工を先に施し、反転せずに前記内径加工後、引
続きスリット加工を施してもよい。

セラミックロータを機械加工機にチャックする場合、第
５図、第６図で説明するように割コレットを用いて行う
方法もあるが、第１図に示したように金属円筒を介した
ほうがより好ましい。

セラミックロータに金属円筒を装着する方法について、
第３図及び第４図を参照して説明する。

まず最初に、セラミックロータ１を該セラミックロータ
ｌの全長より短くかつロータｌの外径より大きい内径を
有する金属円筒１６の内部に挿入し、該セラミックロー
タｌの両端部を金属円筒１６から露出させておく。金属
円筒１６には、ロータ１を固定するため複数の止めネジ
２２が設けられている。金属円筒１６は、炭素鋼、炭素
工具鋼、合金工具鋼等が用いられる。

次に金属円筒１６が装着されたロータ１を、第４図に示
すように、該金属円筒１６の外周部が■ブロック状治具
２３上に接するように装着する。

ロータ１の外周面の両端部にインデックスダイヤルゲー
ジ２４を当接し、金属円筒を回転する。両端部のインデ
ックスダイヤルゲージの数値が最小になるように、即ち
各々のダイヤルゲージの振れが最小になるよう、前記止
めネジ２２を以て、金属円筒１６をロータ１に固定する
ようにする。このような操作により、金属円筒１６の中
心軸とロータ１の実質的な中心軸とが一致することにな
る。

金属円筒が装着されるセラミックロータは、その外周部
が従来のように焼結されたセラミック体に機械加工が施
されて所定の外径寸法を有するものにも適用されるが、
圧力波式過給機用セラミックロータの場合、外周壁の肉
厚が均一であることまた外周壁に加工傷等の欠陥を生じ
させないことが、ロータの動的バランスを小さくかつ欠
陥を少なくする上で重要である。即ち、ロータは動的バ
ランスが一端面につき２０ｇｃｍ以下が要求されるから
であり、一方機械的強度が要求される。このためには、
セラミックロータの外周面は焼結されたままが好ましい
。焼結されたままであると、機械加工傷に基づく強度欠
陥要因が小さくなる。

また、成形工程で外周が歪んだり、焼成工程中で局部的
に焼成歪みが生じても、外周壁は押出成形された均一の
肉厚を有しているので、外周加工を施したロータに較ベ
バルク強度が向上する。

さらに、スピンテストの結果では外周が焼成面のままの
ほうが加工を受けたロータより、破壊周速が１５％以上
向上する利点がある。

焼結されたままのセラミックロータの外径は一般的に寸
法精度はよ°くないが、前記の金属円筒を用いることに
より金属円筒とセラミックロータとの実質上の中心軸を
容易且つ正確に同一とすることができるので、第１図で
説明した端面および内周部の加工が精度よ（なされるの
である。ここで、実質上の中心軸とはセラミックロータ
の外周面の両端部に当接したインデックスダイヤルゲー
ジの振れが最小となる値を以て決めた仮想の軸のことで
ある。

次に、本発明の別の実施例について第５図を参照して説
明する。

第５図の実施例は、前記第１図の実施例とはセラミック
ロータ１の端面１ｂが予め段付き状に加工されているこ
と、ロータ外周部が予め研削加工されていること、該セ
ラミックロータ１とハイドロリック式チャック本体１１
の保持部材１３との間に割コレット２５が挿入されてい
ることが異なる。

セラミックロータｌをハイドロリック式チャック本体１
１にチャックする方法は、セラミックロータ１を割コレ
ット２５内に挿入し、ロータｌの片端面一部の加工部１
ｂを端面係止部１７に押し当てながら、作動ネジ１５を
回転させることにより圧力室１４内の作動油の油圧を上
昇させ、保持部材１３を内側に収縮させる。この収縮に
より割コレット２５を内側に変形させ、ロータ１を外周
全体でチャッキングするものである。割コレット２５の
軸方向への動きはストッパー２６により防止される。ス
トッパー２６はネジ２７によってチャック本体１１に固
定される。

割コレットはロータの外径とハイドロリック式チャック
本体の収容部内径の差に相当する部分を相補うもので、
外径寸法の異なるロータをチャックする場合、割コレッ
トの内径を製品の外径寸法と適合するものと交換するだ
けで、チャックができ、チャック本体を交換する必要が
なくなるからである。尚、割コレットをセラミックス製
とした場合には、鉄などの金属と比較して、セラミック
スは耐摩耗によりチャック精度の低下が少ない点で好ま
しい。

ロータｌの端面ｔｂと外周部１ａの加工方法は、第８図
に示す従来の方法とほぼ同様な方法による。

外周部１ａを所定寸法にする場合には、外径寸法は割コ
レット２５の内径寸法に研削する。

端面加工は、最初に第５図に示すように端面１ｃを研削
加工した後、第６図に示すようにロータを反転させてハ
イドロリック式チャック本体にチャックし、段付き状の
一部加工された端面１ｂを研削して外径と直角な平面に
加工する。

次に、スリン）ｌｄおよび内周部１ｃの内径加工は第２
図の実施例と同様な方法で行えばよい。

災施貰 以下、本発明の方法について、具体的な実施結果を説明
する。

まず、外径１１４ｍｍ、内径３９ｍｍ、長さ１０９ｍｍ
、外周壁の肉厚が２．０　ｗａと３．０　＋ｎｍの窒化
珪素セラミックロータを成形焼成して得た。外周壁の肉
厚が３］０鴫のロータを外周加工し肉厚を調べたところ
１．１〜２．２　ｍｍの範囲のばらつきが認められた。

ロータ１個当たりの加工時間について、従来の加工方法
と、本発明の加工方法を比較した。°その結果を第１表
に示す。

また、ロータの加工精度および加工したロータの動的バ
ランス量とコールドスピンテストによる破壊回転数につ
いても、同様に従来の加工方法と本発明の加工方法を比
較した。なお、コールドスピンテストは、特別なシャフ
トをロータの内周部に挿入してバランス調整し動的バラ
ンスを一端側で３ｇ−ｃｍ以下にして行った。その結果
を第２表に示す。

注）Ａ：金属円筒を使用し、ロータは焼結のままＢ：金
属円筒を未使用でロータは、従来の加工方法と同様に外
径加工をした。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明に係る圧力波式過給機用セ
ラミックロータの機械加工方法によれば、■　ロータ等
円筒型セラミックス製品の外周全体でチャフキングする
ため、強固に保持でき、そのため加工面の振れが低減で
き、高精度、高能率で加工できる。

■　チャッキング面積が広いため製品との接触圧が小さ
（、肉厚の薄いロータ等円筒型セラミックス製品でも金
型を用いずに高精度にチャッキングできる。

■　チャックに時間を要せずまた簡単であり、製品の芯
出しを行う必要がなく熟練を要しない。

■　高精度にチャッキングできるため、端面と内径の加
工を一度に行う必要がなく、それぞれの加工工程を別々
の機械で加工することができる。

■　焼結のままのセラミックロータにも適用できロータ
の性能が向上する。

といった効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の方法の実施を説明するための断
面図、第１図〜）は第１図（ａ）のＡ−Ａ面の断面図、
第２図（ａ）　（ｂｌは第１図の実施例の機械加工方法
を説明するための断面図、第３図は本発明の実施例であ
る金属円筒を用いた斜視図、第４図［ａｌは第３図の実
施例による金属円筒をセラミックロータに固定する方法
を説明するための側面図、第４図（ｂ）は第４図（ａｌ
の正面図、第５図（ａ）は本発明の方法の別の実施を説
明するための断面図、第５図（ｂｌは第５図＋８）のＡ
−Ａ面の断面図、第６図は第５図の実施例の機械加工方
法を説明するための断面図、第７図は圧力波式過給器用
セラミックロータの断面構造を示す一部切り欠き斜視図
、第８図、第９図はそれぞれ従来の方法を説明するため
の断面図である。 １：圧力波式過給器用セラミックロータ、１ａ：外周面
、ｌｂ、ｌｃ：端面、１ｄニス゛」リット、ｌｅ：内周
面、１ｆ：外壁、１ｇ：セル、２：両センター治具、３
：センタ軸、４：回転砥石、５：金型、６：スクロール
チャック、７：ダイヤルゲージ、８：研削用砥石、９：
研削用砥石、１１：ハイドロリック式チャック本体、１
２：面板、１３：保持部材、１４：圧力室、１５：作動
ネジ、１６：金属円筒、１７：端面係止部、１８：内周
表面部、１９：ピストン、２０：ｔｊ４球、２２：止め
ネジ、２３：ｖブロック状治具、２４：インデックスダ
イヤルゲージ、２５：割コレット、２６：ストッパー、
２７：ボルト。 以上 第１図（ａ） ８１図（１）） 第２図（ａ） 第２図（ｂ　） 第３図 第５図（ａ） 第５図（ｔ）） ｌｂ　　　　ｌ’１ 第６図 第７図 第９図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧力波式過給機用セラミックロータの一端面をハ
   イドロリック式チャックの内底面に押圧し、油圧による
   締付け手段によって前記セラミックロータの外周面を把
   持し、次いで該セラミックロータの他端面および内径部
   分を機械加工することを特徴とする圧力波式過給機用セ
   ラミックロータの機械加工方法。
2. （２）圧力波式過給機用セラミックロータの外周部には
   、該セラミックロータ中心軸と実質的に同軸の金属円筒
   が装着されている特許請求の範囲第１項記載の圧力波式
   過給機用セラミックロータの機械加工方法。
3. （３）圧力波式過給機用セラミックロータを金属円筒の
   内部に挿入して、該セラミックロータの外周面の両端部
   が露出するようにし、次いで該金属円筒の外周部をＶブ
   ロック状治具上に載置する一方、該両端部の外周部にイ
   ンデックスダイヤルゲージを当接し、金属円筒を回転し
   インデックスダイヤルゲージの数値が最小になるように
   金属円筒に設けられた止めネジを以て前記セラミックロ
   ータの外周部と金属円筒とを固定する特許請求の範囲第
   ２項記載の圧力波式過給機用セラミックロータの機械加
   工方法。
4. （４）圧力波式過給機用セラミックロータの外周面が焼
   結体のままである特許請求の範囲第２項あるいは第３項
   記載の圧力波式過給機用セラミックロータの機械加工方
   法。
5. （５）ハイドロリック式チャックの収容部の内側に圧力
   波式過給機用セラミックロータの外径と該収容部内径の
   差に相当する割コレットを挿入する、特許請求の範囲第
   １項記載の圧力波式過給機用セラミックロータの機械加
   工方法。
6. （６）割コレットがセラミックスである特許請求の範囲
   第５項記載の圧力波式過給機用セラミックロータの機械
   加工方法。