JPH0367776B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はローターの製造方法、詳しくは自動車
積載の空調用ロータリー式圧縮機のローターやブ
レーキ制御用のロータリー式真空ポンプのロータ
ー等の製造方法に関するものである。

〔従来技術〕

近年、自動車に積載される機器は燃料消費や性
能向上の見地から小型化と軽量化が求められてい
る。このためこれらの機器に使用される部品につ
いても軽量化が求められている。自動車積載の空
調用ロータリー式圧縮機のローターやブレーキ制
御用のロータリー式真空ポンプのローターには、
従来は鉄系の焼結合金が多く使用されていた。近
年は軽量化の目的でアルミニウムを使用すること
が検討されている。

従来、自動車積載の空調用ロータリー式圧縮機
のローター５１は例えば第５図に示すように、ベ
ーンが収納される溝部５２と、該溝部５２の底
に、応力集中係数を低下させる目的と、溝部の仕
上げ加工時の工具の逃げ部を形成し加工を容易に
する目的、及びベーンに背圧をかけてシール性を
向上させる目的で形成された円筒部５３と、鋼製
シヤフトが圧入される軸穴部５４とを有する。

ローター５１の溝底の円筒部５３には、シヤフ
トの圧入によつて引つ張り応力がかかつた状態と
なり、さらに圧縮機の運転時には、ローターから
飛び出した状態のベーンに気体の圧力が負荷とし
て使用するため、ベーン溝底部である円筒部５３
には、矢印で示すような引つ張りの繰返し応力が
作用する。またこのような用途の圧縮機において
は、通常は気体状態の冷媒を圧縮するが、冷媒が
液化した状態で運転される場合もあり、その場合
には、非常に大きな衝撃応力がベーンを介してロ
ーターの溝底の円筒部５３に作用する。また、圧
縮機を小型化するためには、ベーンの溝底円筒部
５３を出来るだけローターの軸穴部５４に近づけ
る必要があり、そうすることによつて溝底円筒部
５３にかかる応力は更に高いものとなる。

このため、ローター用のアルミニウム合金とし
ては、高強度で靭性の高い材質が必要である。と
ころが、ローター５１は、溝部５２を出入りする
ベーンと摺動し、さらに両端面では、サイドプレ
ートと摺動する。このため耐磨耗性と耐焼付性の
高い材料であることが必要である。

耐磨耗性や耐焼付性を考慮すると、Siを10％以
上含有した高ケイ素アルミニウム合金が適切であ
るが、鋳造方法によれば素材状態の形状を形成す
ることは容易であるが、ローターの溝底部にかか
る繰り返し応力や、液圧縮時の衝撃的な応力に耐
えることができない。このような材質で上記のよ
うな負荷応力に耐えるためには、鋳造欠陥がなく
且鍛造により鋳造組織を破壊した熱処理型の材質
とすることが不可欠である。

そのため、このようなローターを製造する方法
としては、従来は熱間押出方式が採用されてい
た。

従来の熱間押出方式では、第６図に示すような
ローター製造工程が使用された。

先ず、第６図ａに示すように、300℃〜400℃に
加熱されたコンテナ５５の中に、350℃〜450℃に
加熱されたアルミニウム合金のビレツト５６が挿
入され、ステム５７によつてダイス５８の方向に
加圧する。

ダイス５８に、ローター５１の素材の外輪郭に
相当するダイス穴５９が設けられており、ビレツ
ト５６はそのダイス穴５９を通過することによつ
て、押出材６０はローター素材の外輪郭形状を与
えられる。

第６図ｂに示すように、ステム５７が所定のス
トロークまで達して、押出を完了する。

その後、第６図ｃに示すように、コンテナ５５
及びステム５７がダイス５８から離れる方向に後
退しつつ、ビレツト５６の残部をコンテナ５５の
中より取り出す。

次いで、第６図ｄに示すように、ビレツト５６
の残部を、ダイス５８に近い部分において、丸鋸
６１で切断する。

最後に、第６図ｅに示すように、押出材６０の
先端を引つ張ることによつてダイス５８から引き
外す。

このような押出方法によれば、長尺の押出素材
が得られる利点がある。

しかし、次の様な問題点を有している。

押出素材が捩じれやすく、又曲がりや反りを
生ずるため、寸法精度が悪くなり仕上加工時の
歩留が低くなる。

ダイスにかかる応力が高く、寿命が短い。特
にベーンが収納される溝部の部分でこわれやす
い。

ダイスと押出材の間では潤滑効果が殆ど期待
できないため、押出材にカジリやムシレを生じ
る。仕上げ加工時の加工基準となる外周部にカ
ジリやムシレがあると、加工軸が偏心し、ベー
ンを収納する溝部との位置精度が確保出来な
い。また溝底部に発生したカジリ傷やムシレ
は、使用時に応力が負荷される時に切り欠きと
して作用し、耐久性を低下させる。

押出時に、800〜2500Tonの大きな加圧力が
必要であるため、設備が大型となり高額なもの
となる。

ダイスと押出材の摺動する部分が多いため、
非常に低速でなければ押出材にクラツクが発生
する。このため高額の設備でありながら生産性
が極めて低く、得られるローター素材のコスト
は非常に高いものとなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記のような従来の熱間押出方法に
よる寸法精度や、表面傷、加工歩留、ダイス寿命
の欠点を改善し、ベーン収納部の溝底部にかかる
繰返し応力や、液圧縮時の衝撃的な応力に耐えさ
せるため、少なくともベーン収納部の溝底部近傍
の組織を鍛造による塑性流動によつて強化した状
態のアルミニウム合金製ローター素材を、低コス
トで製造する方法を提供することを課題としてい
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の課題を、複数のベーン収納部
を有するアルミニウム合金製ローターの製造方法
において、ダイス穴の軸方向に垂直な断面をコン
テナ内の軸方向に垂直な断面に対し減少させるか
あるいは同じとし、互いに同軸上に配置されたダ
イスとコンテナを有する金型構造を用い、ブラン
クをコンテナ中に挿入し、該ブランクを前記ロー
ター素材の外輪郭形状を有しているダイスの穴の
中に加圧パンチによつて押し込み、ダイプレート
によりバツクアツプされる前記ダイス穴内のブラ
ンクを前記ダイプレート内のノツクアウトパンチ
によつてコンテナを通してノツクアウトして取り
出すことを特徴とするアルミニウム合金製ロータ
ーの製造方法により解決した。

〔作用〕

本発明により、ブランクをコンテナ中に挿入
し、ダイプレートによりバツクアツプされたダイ
スの穴の中に加圧パンチによつて押し込み、前記
ダイス穴内に前記ブランクを充満し、前記ダイプ
レート内のノツクアウトパンチによつて前記ブラ
ンクをコンテナを通してノツクアウトして取り出
す。その際、ダイス穴の軸方向に垂直な断面をコ
ンテナ内の軸方向に垂直な断面に対して減少させ
るかあるいは同じとしているコンテナの内部から
同軸上のダイスの穴の中に加圧されることによ
り、ローター素材のベーン収納部の溝部近傍の組
織を塑性流動させて強化することができた。

〔実施例〕

本発明の詳細を図に示す実施例に基づいて説明
する。

第１図に示すような、外径Ｄ＝50.2mm、溝底部
である円筒部３を配置した円周径D1＝14.33mm、
円筒部３の内径ｄ＝4.5mm、ベーン溝２の巾ｔ＝
2.7mm、ベーン溝２の開口端部の円周方向の角度
間隔θ＝72°である、車両積載の空調用ロータリ
ー式圧縮機のローター素材１の製造の例について
説明する。

第２図及び第３図において、ダイス５には、ロ
ーター素材１の外周部に相当するダイス内円周部
６と、ベーン収納溝２に相当するフイン部７と、
ベーン溝底部３に相当する小円筒部８とが形成さ
れる。ダイス５は第２図及び第３図に示すように
第１図に示すローター素材１と同一の穴寸法にな
るように作成する。

第４図は、熱間鍛造方法によつてローター素材
を製造する金型構造を示すものであり、９はコン
テナであり、５は前記のダイスであり、それぞれ
図示しないヒーターによつて300℃〜400℃に加熱
保持されている。ダイス穴の軸方向に垂直な断面
をコンテナ内の軸方向に垂直な断面に対して減少
させるか実質的に同じとするが、ダイス５の穴部
の軸方向に垂直な断面に対するコンテナ９内の軸
方向に垂直な断面の比は１：１〜１：２となるこ
とが望ましい。１：１以下では、鍛造を完了した
ローター素材をコンテナを通してノツクアウトす
ることが多い。１：２以上では、大きな加圧力が
必要となり、ダイスへの負荷応力が大きくなり、
ダイスの寿命が短くなり、また潤滑切れを起こし
易い。

前記ダイス５は、第４図に示すように、少なく
ともコンテナ９と同軸上に配置する。

一例として、コンテナ９の内径寸法は50.3mmと
し、ダイス５の穴部の軸方向に垂直な断面積とコ
ンテナ９の軸方向に垂直な断面積の比を１：1.1
とした。

アルミニウム合金としては、一例として、ホツ
トトツプ式の連続鋳造方法によつて製造された11
重量％（以下全て％は重量％を示す）Si、５％
Cu、0.6％Mg、0.3％Fe、0.8％Mn、残部が実質
的にAlよりなる材料を直径50mm、高さ45mmの鍛
造素材即ちブランクとした。このブランクを、一
例として、430℃に加熱し、コンテナ温度430℃、
ダイス温度400℃の条件で第４図に示す工程のよ
うに熱間鍛造した、鍛造時の最高圧力は15Tonで
あつた。

１０はダイプレートであり、ダイス５のフイン
部７とその先端の小円筒部８とそれぞれ完全に接
触する構造としている。

ダイプレート１０の中央には、ノツクアウトパ
ンチ１１が設けられており、鍛造の完了したロー
ター素材１を図の上方向にノツクアウトするよう
になつている。また上部には、加圧パンチ１２
が、図示しないプラテンに取り付けられている。

製造工程は第４図ａ，ｂ，ｃに示す順で実施さ
れる。

第４図ａでは、図示しない外部の連続式予熱炉
で350℃〜450℃に加熱されたアルミニウム合金製
ブランク１３が、コンテナ９の中に自動挿入され
た後、加圧パンチ１２によつて鍛造が開始された
状態を示している。なお、コンテナ９及びダイス
５は、鍛造の前に黒鉛を主成分とする潤滑材を適
量スプレーして表面に薄い潤滑剤の被膜を設けて
ある。アルミニウム合金のブランク１３には、無
潤滑でも良いが、同一の潤滑被膜を設けた場合の
方が焼付難くなり好ましい。

第４図ｂでは加圧パンチ１２が所定のストロー
ク移動を完了した状態を示している。この状態
で、アルミニウム合金製のブランク１３はダイス
５内においてほぼ密閉状態となり、所定の寸法に
仕上がる。また鍛造時には、アルミニウム合金の
ブランク１３の寸法バラツキを考慮した対策が必
要である。油圧ブレスを使用する場合には、最高
荷重を設定して、ダイス５の破壊を防止すること
が望ましい。また機械的プレスの場合には、図示
のような突き当て方法でストロークを一定にする
ことが望ましい。

第４図ｃでは加圧パンチ１２による加圧により
ブランク１３を所定形状とした後、加圧パンチ１
２を所定のストローク移動させコンテナ９から離
し、次にノツクアウトパンチ１１によつて、鍛造
完了したブランク１３即ちローター素材１をコン
テナ９より取り出す。

前述の熱間押出方法では、押出材を通過させな
ければならないため、このようなダイプレートで
フイン部と及びその先端の小円筒部をバツクアツ
プすることが出来ない。そのためフイン部がダイ
ス内周部とつながる部分に大きな曲げ応力及び剪
断応力が押出時にかかり、ダイス寿命は著しく短
いものとなつてしまう。然るに、本発明では、ダ
イプレート１０によるバツクアツプがあるため、
フイン部への曲げ応力及び剪断応力を著しく軽減
できダイス寿命を長くすることができる。

また、鍛造完了時にはダイス内にブランクがほ
ぼ密閉した状態となるので、曲がりや捩じれ、反
りのない高い寸法精度のローター素材となる。

又、潤滑の効果を発揮させることができるた
め、コンテナやダイスとブランクの摺動によつて
も傷やムシレが発生することを押さえることがで
きる。

この方法で1000個を鋳造しローターの完成加工
を実施したが、加工不良の発生は皆無であつた。

比較のため、従来の熱間押出方法でコンテナ内
径210mmの押出機で、最高加圧力2000Tonで同一
断面形状に押し出し、500個を完成加工したが、
加工不良率は20％であつた。またベーン溝底部の
傷は、ダイス潤滑効果のある押出初期の先端部を
除き連続的に発生していた。

上記の実施例では、連続鋳造したアルミニウム
合金のブランクを使用したが、高ケイ素を含有す
るアルミニウム合金粉末（17％Si−４％Cu−１
％Mg−５％Fe−残部Al）を熱間で圧縮成形して
作つたブランクであつてもローター素材を製造で
きることを確認した。

何れの場合も、得られたローター素材のベーン
溝低部近傍の組織には、鍛造によつて塑性流動し
た部分が認められ強度や靭性が向上している。

本発明の実施例では、加圧パンチを上部に設
け、ダイスを下部に配置したが、上下を逆にして
も良く、また横型の構造としても良い。

〔効果〕

本発明により、製造設備の面では従来の熱間押
出方法で使用されるような大型の設備を必要とせ
ず小型の設備ですむ利点がある。また潤滑効果に
より、傷やムシレが発生しにくいので、高速で製
造できる利点がある。

本発明の方法によれば、従来の熱間押出方法に
よる製造に比較して、小型の設備で製造でき、寸
法精度や表面状況の優れたローター素材を製造す
ることが明確である。また前述の熱間押出方法で
は、押出材を通過させなければならないため、本
発明で可能なダイプレートでダイスのフイン部と
及びその先端の小円筒部をバツクアツプすること
が出来ない。そのためフイン部がダイス内周部と
つながる部分に大きな曲げ応力及び剪断応力が押
出時にかかり、ダイス寿命は著しく短いものとな
つていたが、本発明では、ダイプレートによるバ
ツクアツプがあるため、フイン部への曲げ応力を
著しく軽減でき、ダイス寿命を長くすることがで
きる。

本発明のローター製造方法によりローター素材
のベーン収納部の溝部近傍の組織を塑性流動させ
ることで強化することができ、捩じれや曲がり、
反りの発生がなく、且つカジリ傷やムシレのない
ローター素材をダイス寿命が長く、小型の設備で
安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により製造する自動車積載の空
調用ロータリー式圧縮機のローターの一例を示す
平面図、第２図はダイスの平面図、第３図はダイ
スの側面図、第４図ａ〜ｃは本発明に係る製造方
法の過程を順次示す図、第５図は従来の自動車積
載の空調用ロータリー式圧縮機のローターの一例
の斜視図、第６図ａ〜ｅは従来の熱間押出方法の
製造過程を順次説明する断面図である。 １……ローター、２……ベーン溝、３……溝端
部、５……ダイス、９……コンテナ、１０……ダ
イプレート、１１……ノツクアウトパンチ、１２
……加圧パンチ、１３……ブランク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数のベーン収納部を有するアルミニウム合
   金製ローターの製造方法において、ダイス穴の軸
   方向に垂直な断面をコンテナ内の軸方向に垂直な
   断面に対し減少させるかあるいは実質的に同じと
   し、互いに同軸上に配置されたダイスとコンテナ
   を有する金型構造を用い、アルミニウム合金のブ
   ランクをコンテナ内に挿入し、該ブランクを前記
   ローター素材の外輪郭形状を有しているダイスの
   穴の中に加圧パンチによつて押し込み、ダイプレ
   ートによりバツクアツプされる前記ダイス穴内に
   前記ブランクを充満し、前記ダイス穴内のブラン
   クを前記ダイプレート内のノツクアウトパンチに
   よつてコンテナを通してノツクアウトして取り出
   すことを特徴とするアルミニウム合金製ローター
   の製造方法。