JPH07178494A - スクロール部材の成形金型及び加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ラップ部を含む鏡板中央部を成形するための第
一パンチ１と、ラップ部の外側に位置する鏡板部を成形
するための第二パンチ２と、鏡板部の半径方向変位を拘
束するダイ３とが分割されている鍛造用成形金型を用い
ることを特徴とするスクロール部材の鍛造加工装置。 【効果】ラップ部の巻始めから巻終りまでが実質均一で
あり、また、ラップ高さｈとラップ部の板厚ｔとの比率
（ｈ／ｔ）が大きいスクロール部材を製造することがで
きる。また、第二パンチによって被加工材を均等に加圧
するすることができ、第二パンチの一部が異常に摩耗す
ることがなくなり、金型寿命を延ばすことができる。ま
た、ラップ部及び鏡板部のそれぞれに要求される物理的
及び機械的特性を満足する材料を採用することができる
ため、信頼性の高いスクロール圧縮機を製造することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスクロール圧縮機に係
り、特にスクロール部材の鍛造用成形金型及び加工方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】スクロール部材のような渦巻状のラップ
部を有する機械要素を鍛造加工するために用いられる成
形金型には、特開昭６１−２３２０２０号公報に開示の
ように、渦巻状のコアをダイから分割し、コアを複数に
分割することにより渦巻状焼結部品を高精度に量産成形
できるようにしたものや、特開平２−６１００１号公報
に開示のように、ダイに補強部材を挿入することにより
金型の剛性を高め、高精度の成形体を製造するものや、
特開平４−３６５８０１号公報に開示のように、渦巻状
のコアを複数のロッドにより支持し、ロッドの変形を固
定ブロックにより防ぎ、高精度の成形体を製造するもの
等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】渦巻状の彫型部を有す
る成形金型を用いて、円板状の被加工材から渦巻状のラ
ップ部を有するスクロール部材を鍛造加工する場合、ラ
ップ部の渦巻中央部と比較して、ラップ部の巻始め部及
び巻終り部ではラップ高さが低くなる。このため、均一
なラップ高さのスクロール部材を得るためには、切削加
工等によってラップ高さを修正しなければならず、修正
作業はラップ高さの高低差が大きいほど時間がかかり生
産性が悪い。このようなラップ高さの不均一およびラッ
プ部及び鏡板部に要求される物理的及び機械的特性が異
なることに対し、上記従来のスクロール部材の加工方法
ではこの要求に対処することができない。

【０００４】本発明の目的は、鍛造加工によりラップ部
の高さが実質均一なスクロール部材を得るための成形金
型を提供し、また、この成形金型を用いたスクロール部
材の加工方法及び加工装置を提供することにある。さら
に、この加工方法によりラップ部及び鏡板部に要求され
る物理的及び機械的特性をそれぞれ満足するスクロール
部材を成形し、これを使用することにより信頼性の高い
スクロール圧縮機を製造することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、円板状の鏡
板部と、鏡板部の一方の平面上に突出した渦巻状のラッ
プ部と、鏡板部の他方の平面上に突出したボス部とを備
えたスクロール部材を成形する成形金型において、ラッ
プ部を含む鏡板中央部を成形するための渦巻状の彫型部
を有する第一パンチと、ラップ部の外側に位置する鏡板
部を成形するための第二パンチと、鏡板部の半径方向変
位を拘束するダイとが分割されていることにより達成さ
れる。

【０００６】さらに上記目的は、上記の成形金型を用い
たスクロール部材の鍛造加工装置において、第一パンチ
もしくは第二パンチを移動させるための油圧シリンダを
有し、油圧シリンダがクロスへッドに設置されているこ
とにより達成される。

【０００７】さらに上記目的は、上記の成形金型を用い
たスクロール部材の加工方法において、被加工材をダイ
に挿入し、第二パンチを被加工材の表面に当接させた
後、ダイと第二パンチとの間に挟まれた被加工材が所定
の厚さとなるように第二パンチで被加工材を加圧して被
加工材をその中央部に塑性流動させ、次に第一パンチで
被加工材を加圧してラップ部及び鏡板部を成形すること
により達成される。

【０００８】また、上記の成形金型を用いたスクロール
部材の加工方法において、ダイに被加工材を挿入し、ま
た、第一パンチの渦巻状の彫型部に別工程で成形した渦
巻状部品を挿入し、第一パンチ及び第二パンチを被加工
材の表面に当接させた後、被加工材が所定の厚さになる
ように第一パンチで被加工材を加圧してラップ部を含む
鏡板中央部の被加工材を圧縮成形し、次に、第二パンチ
と被加工材との当接面が第一パンチと被加工材との当接
面と同一平面をなすまで第二パンチを移動してラップ部
の外側に位置する鏡板部を成形することによっても達成
される。

【０００９】また、上記のスクロール部材の加工方法に
おいて、成形金型から抜き取った成形品に所定の熱処理
を施し、切削加工工程を加えてもよい。

【００１０】さらに上記目的は、スクロール圧縮機にお
いて、上記加工方法によって成形されたスクロール部材
を搭載することによって達成される。

【００１１】

【作用】本発明によれば、スクロール部材のラップ部を
含む鏡板中央部を成形するための第一パンチとラップ部
の外側に位置する鏡板部を成形するための第二パンチと
が分割されているため、これらのパンチによる鍛造加工
手順を工夫することにより、ラップ部を形成する被加工
材の塑性流動を改善することができるので、ラップ部の
巻始めから巻終りまでが実質均一の高さのスクロール部
材を成形することができる。さらに、パンチが分割され
ているので、成形品を成形金型から抜き取る作業が簡単
になる。また、第二パンチが円筒状であるため、被加工
材を均等に加圧することができ、第二パンチの一部が異
常に摩耗するようなことがなくなり、金型寿命を延ばす
ことができる。また、第二パンチの剛性に偏りがなくな
るため、鏡板部の板厚を非常に均一に成形することがで
きる。さらに、ラップ高さｈとラップ部の板厚ｔとの比
率（ｈ／ｔ）、即ちアスペクト比の大きな渦巻状部品を
第一パンチの渦巻状彫型部に挿入してスクロール部材を
成形することができる。また、この渦巻状部品と鏡板部
に相当する被加工材とを異なる材料にすることができる
ため、ラップ部及び鏡板部のそれぞれに要求される物理
的及び機械的特性を満足する材料を採用することができ
る。

【００１２】

【実施例】第一の実施例を図１〜図９を用いて説明す
る。図１は、本発明による旋回スクロールの鍛造用成形
金型の構造を示す断面図である。図２は、図１に示した
鍛造用成形金型のＡ−Ａ部の断面図である。図３は、本
発明で対象としている旋回スクロールの形状を示す斜視
図である。図２、図３を参照しながら図１に示す鍛造用
成形金型の説明を行う。

【００１３】図１に示す成形金型は、ラップ部１１を含
む鏡板中央部１２ａを成形するための渦巻状の彫型部を
有する円柱状の第一パンチ１、前記ラップ部１１の外側
に位置する鏡板部１２ｂを成形するための円筒状の第二
パンチ２、及び鏡板部１２の半径方向の変位を拘束する
ダイ３、及びダイ３を所定の温度に加熱するヒータ９か
ら成る。

【００１４】図１と図４〜図９を用いて旋回スクロール
の鍛造加工方法を示す。ヒータ９により所定の温度に加
熱したダイ３に、所定の温度に加熱した図４に示すよう
な円板状のアルミニウム合金、例えばＡｌ−Ｓｉ系溶製
材の被加工材１０を挿入する。次に、第二パンチ２を固
定板５、結合ロッド６およびクロスへッド７を介してラ
ム（図示せず）によって移動し、図５に示すように被加
工材１０に当接させる。この際、第一パンチ１は油圧シ
リンダ４により固定板５に当接させておく。この状態
で、図６に示すようにクロスヘッド７を下方に移動して
被加工材１０が所定の厚さとなるように第二パンチ２に
より被加工材１０を加圧してラップ部１１の外側に位置
する鏡板部１２ｂを成形する。これに伴って、被加工材
１０が塑性流動して、図７に示すような凸部２１及び凸
部２３が形成される。

【００１５】ラップ部１１の外側に位置する鏡板部１２
ｂが所定の板厚まで成形された後、図８に示すように、
油圧シリンダ４によって、第一パンチ１と被加工材１０
との当接面が第二パンチ２の被加工材１０との当接面と
同一平面をなすまで第一パンチ１を移動して、凸部２１
に圧力を加え、ラップ部１１を含む鏡板中央部１２ａ及
びボス部１３を成形する。以上の工程により、旋回スク
ロールの鍛造加工が完了する。

【００１６】次に、クロスヘッド７を上方に移動し、成
形品をダイ３から抜き取る。次に油圧シリンダ４によっ
て第二パンチ２を下方に移動して、ラップ部１１を第一
パンチ１から抜き取ることによって、図９に示したよう
な成形品を得る。その後、成形品を７７８Ｋに加熱して
４時間保持して溶体化処理を行い、引続き４４３Ｋに加
熱して１０時間保持しＴ６処理を行う。上記の熱処理を
施した成形品をエンドミル等によって所定の寸法に切削
加工し旋回スクロールの成形が完了する。なお、本実施
例ではＡｌ−Ｓｉ系溶製材を被加工材としたが、これら
の粉末材または鉄系の金属に対しても本発明が適用され
る。

【００１７】本実施例によれば、第二パンチ２によって
被加工材１０の中央部を盛り上げ、凸部２１を生成さ
せ、閉塞状態で凸部２１の被加工材を塑性流動させてラ
ップ部１１を形成するため、ラップ部１１の外側に位置
する鏡板部１２ｂに存在する被加工材がラップ部１１に
塑性流動してくることはない。したがって、ラップ部１
１の渦巻中央部に被加工材が過剰に流れ込むことがなく
なり、図３に示したようにラップ部１１の巻始め１１ａ
から巻終り１１ｂまで実質均一なラップ高さを得ること
ができる。したがって、ラップ部の高さを揃えるための
切削加工にかかる時間を大幅に減少させることができ、
旋回スクロールを効率よく製造することができる。ま
た、第二パンチ２が円筒状であるため、第二パンチ２に
よって被加工材１０を均等に加圧することができ、第二
パンチ２の一部が異常に摩耗するようなことがなくな
り、金型寿命を延ばすことができる。

【００１８】また、第二パンチ２の剛性に偏りがなくな
るため、鏡板部１２の板厚を非常に均一に成形すること
ができる。さらに、本発明による鍛造用成形金型を用い
ることにより、旋回スクロールの成形品を成形金型から
抜き取る作業が簡単になり、スクロール部材を効率よく
製造することができる。

【００１９】第二の実施例を図１０から図１４を用いて
説明する。第一の実施例は、ラップ部１１、鏡板部１２
及びボス部１３を有する旋回スクロールを、円板状のア
ルミニウム合金の被加工材１０を鍛造加工することによ
って一体成形し、これを切削加工により所定の形状に仕
上げるものであったが、本実施例によれば、別工程で成
形したラップ部を用いて旋回スクロールを成形すること
ができる。本実施例では、図１０の断面図に示す構造の
鍛造用成形金型を使用する。第一の実施例の図１に示す
金型に比べ、油圧シリンダ４が第２パンチ２、クロスヘ
ッド７が第１パンチ１を加圧することが異なる。

【００２０】本鍛造加工法では、図１１に示すような溝
部３１を有するＡｌ−１１％Ｓｉ溶製材の渦巻状部品３
０を溝部３１が第一パンチ１の先端から出るように第一
パンチ１に挿入する。この渦巻状部品は板材の曲げ加工
等の加工方法によってあらかじめ準備したものである。
また、ダイ３にＡｌ−２５％Ｓｉ粉末材４０を充填し、
これをヒータ９により所定の温度に加熱する。この状態
で、第一パンチ１及び第二パンチ２をクロスへッド７及
び油圧シリンダ４によって下方に移動し、図１２に示す
ように粉末材４０に当接させる。この状態で、図１３に
示すようにクロスヘッド７を下方に移動することによ
り、粉末材４０が所定の厚さになるように第一パンチ１
で粉末材４０を加圧し、ラップ部近傍の鏡板部の粉末材
４０を圧縮成形する。

【００２１】次に、図１４に示すように第二パンチ２と
被加工材４０との当接面が第一パンチ１の被加工材４０
との当接面と同一平面をなすまで油圧シリンダ４により
第二パンチ２を下方に移動してラップ部の外側に位置す
る鏡板部及びボス部１３を成形する。

【００２２】以上の工程により、旋回スクロールの鍛造
加工が完了する。次に、クロスヘッド７を上方に移動
し、成形品をダイ３から抜き取る。次に油圧シリンダ４
によって第二パンチ２を下方に移動し、ラップ部を第一
パンチ１から抜き取ることによって、図９に示したよう
な成形品を得る。その後、本成形品を７６３Ｋに加熱し
て１時間保持して溶体化処理を行い、引続き４３３Ｋに
加熱して５時間保持しＴ６処理を行う。以上のような熱
処理を施した成形品をエンドミル等によって所定の寸法
に切削加工することによって旋回スクロールの成形が完
了する。なお、本実施例ではダイ３に粉末を充填する例
で説明したが、あらかじめ粉末を密度比率70％以下に圧
縮成形したものを被加工材として用いてもよい。

【００２３】本実施例によれば、第一の実施例のように
被加工材１０を第一パンチ１により後方押出し加工して
ラップ部１１を成形しなくても、旋回スクロールを製造
することができる。また、渦巻状部品３０を別工程で成
形しておくことにより、ラップ部の仕上加工をしなくと
も精度の高いラップ部を有する旋回スクロールを効率よ
く製造することができる。また、アスペクト比の大きな
渦巻状部品３０を使用することにより、鍛造加工では得
にくい高アスペクト比のラップ部を有する旋回スクロー
ルを成形することが可能となる。また、渦巻状部品３０
を鉄系材料とし、被加工材４０の材料をアルミニウム合
金または鉄系の粉末材とするなど、両者を異なる材料に
することもできるため、ラップ部及び鏡板部のそれぞれ
に要求される物理的及び機械的特性を満足する材料を採
用することができる。

【００２４】第三の実施例を図１５を用いて説明する。
図１５は、スクロール圧縮機５５の部分断面図である。
スクロール圧縮機５５は中間圧室５３で生じる圧力によ
って旋回スクロール５０を支持する構造になっている。
また、旋回スクロール５０の自転防止にはオルダムリン
グ５２を用いている。第一及び第二の実施例に示した製
造方法によって成形されたアルミニウム合金製の旋回ス
クロール５０は、鋳鉄製の固定スクロール５１と組み合
わされた状態でモータ（図示せず）と主軸５４によって
回転駆動され、所定の圧縮動作を行う。なお、本実施例
では鋳鉄製の固定スクロールを用いたが、アルミニウム
合金等の非鉄金属製の固定スクロールに対しても本発明
が適用される。

【００２５】本実施例によれば、旋回スクロール５０が
アルミニウム合金製であるため、その重量が軽く、スク
ロール圧縮機の高速運転が可能となり、急速冷房及び急
速暖房が可能となる。また、第二の実施例により製造し
た旋回スクロールを用いることにより、ラップ部が高い
旋回スクロール５０を用いることができるため、出力が
大きなスクロール圧縮機を製造することができる。さら
に、ラップ部及び鏡板部のそれぞれに要求される物理的
及び機械的特性を満足する材料を採用した旋回スクロー
ルを使用することにより、信頼性の高いスクロール圧縮
機を製造することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、ラップ部の巻始めから
巻終りまでが実質均一なラップ高さのスクロール部材を
得ることができる。また、この効果によってラップ高さ
を揃えるための切削加工にかかる時間を大幅に減少させ
ることができ、スクロール部材を効率よく製造すること
ができる。また、第二パンチによって被加工材を均等に
加圧することができ、第二パンチの一部が異常に摩耗す
ることがなくなり、金型寿命を延ばすことができる。ま
た、第二パンチの剛性に偏りがなくなるため、鏡板部の
板厚を均一に成形することができる。さらに、本発明に
よる鍛造用成形金型を用いることにより、成形品を成形
金型から抜き取る作業が簡単になり、スクロール部材を
効率よく製造することができる。

【００２７】また、本発明によれば、渦巻状部品を別工
程で成形しておくことにより、ラップ部の仕上加工をし
なくとも高精度のラップ部を有する旋回スクロールを効
率よく製造することができる。さらに、アスペクト比の
大きな渦巻状部品を使用することにより、鍛造加工では
得にくい高アスペクト比のラップ部を有するスクロール
部材を成形することが可能となる。また、渦巻状部品と
被加工材とを異なる材料にすることができるため、ラッ
プ部及び鏡板部のそれぞれに要求される物理的及び機械
的特性を満足する旋回スクロールを製造することがで
き、該旋回スクロールを搭載することにより信頼性の高
いスクロール圧縮機を製造することができる。さらに、
前記の高アスペクト比のスクロール部材を用いることに
より、出力が大きなスクロール圧縮機を製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例における鍛造用成形金型
の構造を示す断面図である。

【図２】図１に示した鍛造用成形金型のＡ−Ａ部の断面
図である。

【図３】第一の実施例の旋回スクロールの斜視図であ
る。

【図４】第一の実施例の被加工材の形状を示す斜視図で
ある。

【図５】本発明の第一の実施例を説明する断面図であ
る。

【図６】本発明の第一の実施例を説明する断面図であ
る。

【図７】図６の加工状態の被加工材の形状を示す斜視図
である。

【図８】本発明の第一の実施例を説明する断面図であ
る。

【図９】本発明の旋回スクロールの加工方法によって得
られる成形品の斜視図である。

【図１０】本発明の第二の実施例における鍛造用成形金
型の構造を示す断面図である。

【図１１】本発明の第二の実施例を説明するラップ部の
斜視図である。

【図１２】本発明の第二の実施例を説明する断面図であ
る。

【図１３】本発明の第二の実施例を説明する断面図であ
る。

【図１４】本発明の第二の実施例を説明する断面図であ
る。

【図１５】本発明の第三の実施例の旋回スクロールを搭
載したスクロール圧縮機の部分断面図である。

【符号の説明】

１…第一パンチ、２…第二パンチ、３…ダイ、４…油圧
シリンダ、５…固定板、６…結合ロッド、７…クロスヘ
ッド、８…クロスヘッド、９…ヒータ、１０…溶製材ア
ルミニウム合金の被加工材、１１…ラップ部、１１ａ…
ラップ部の巻始め、１１ｂ…ラップ部の巻終り、１２…
鏡板部、１３…ボス部、２１…被加工材の加工段階で生
じる凸部、２３…被加工材の加工段階で生じる凸部、３
０…別工程による旋回スクロールのラップ部、３１…別
工程による旋回スクロールのラップ部の溝部、４０…粉
末材アルミニウム合金の被加工材、５０…旋回スクロー
ル、５１…固定スクロール、５２…オルダムリング、５
３…中間圧室、５４…主軸、５５…スクロール圧縮機。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円板状の鏡板部と該鏡板部の一方の平面上
   に突出した渦巻状のラップ部と前記鏡板部の他方の平面
   上に突出したボス部とを備えたスクロール部材の成形金
   型において、ラップ部を含む鏡板中央部を成形するため
   の渦巻状の彫型部を有する第一パンチと、ラップ部の外
   側に位置する鏡板部を成形するための第二パンチと、鏡
   板部の半径方向変位を拘束するダイとが分割されている
   ことを特徴とするスクロール部材の成形金型。
2. 【請求項２】請求項１に記載の成形金型を用いたスクロ
   ール部材の鍛造加工装置において、第一パンチもしくは
   第二パンチを移動させるための油圧シリンダを有し、該
   油圧シリンダがクロスへッドに設置されていることを特
   徴とする鍛造加工装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の成形金型を用いたスクロ
   ール部材の加工方法において、被加工材をダイに挿入
   し、第二パンチを被加工材の表面に当接させた後、ダイ
   と第二パンチとの間に挟まれた被加工材が所定の厚さと
   なるように前記第二パンチで被加工材を加圧して被加工
   材をその中央部に塑性流動させ、次に第一パンチで被加
   工材を加圧してラップ部及び鏡板部を成形することを特
   徴とするスクロール部材の加工方法。
4. 【請求項４】請求項１に記載の成形金型を用いたスクロ
   ール部材の加工方法において、ダイに被加工材を挿入
   し、また、第一パンチの渦巻状の彫型部に別工程で成形
   した渦巻状部品を挿入し、第一パンチ及び第二パンチを
   被加工材の表面に当接させた後、被加工材が所定の厚さ
   になるように第一パンチで被加工材を加圧してラップ部
   を含む鏡板中央部の被加工材を圧縮成形し、次に、第二
   パンチと被加工材との当接面が第一パンチと被加工材と
   の当接面と同一平面をなすまで第二パンチを移動してラ
   ップ部の外側に位置する鏡板部を成形することを特徴と
   するスクロール部材の加工方法。
5. 【請求項５】請求項３及び請求項４に記載のスクロール
   部材の加工方法において、成形金型から抜き取った成形
   品に所定の熱処理を施し、切削加工することを特徴とす
   るスクロール部材の加工方法。
6. 【請求項６】スクロール圧縮機において、請求項５に記
   載の加工方法によって成形されたスクロール部材を搭載
   したスクロール圧縮機。