JPH04136491A - スクロールとその加工装置及びその方法 - 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、固定スクロールと駆動要素により回転駆動さ
れる旋回スクロールによって圧縮動作を行うスクロール
圧縮機に係り、特にスクロールとその製造方法及びその
装置に関する。

〔従来の技術〕

鋳造による鋳鉄で成形されている。また、特公昭６１−
２３２０２０号公報に記載のように粉末冶金法による鉄
系焼結体で成形されている。

一方、固定及び旋回スクロールの塑性加工法として、特
ｒ昭５９−１３５４１号公報に記載の冷間鍛造法及び特
公昭６４−５４８０６号公報に記載の熱間鍛造法が用い
られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

固定及び旋回スクロールのラップ高さＨと肉厚ｔとの比
（以後、アスペクト比と略す）が大きいので、従来技術
の鋳造では抜き勾配を設ける必要があり、型抜き後の成
形精度が悪い。そのため、鋳造後の機械加工代が大きく
なり、加工時間が長いことなどの理由から製造コストが
高価になる問題があった。また、ラップの肉厚ｔが薄い
ので、鋳造欠陥が生じ易い。

粉末冶金法では、焼結後の部品に数％の気孔が残存する
ので強度が低下する欠点があった。さらに、焼結時には
十数異収縮するので、寸法精度が悪く、機械加工代が大
きくなる問題があった。

冷間鍛造法では、素材の変形抵抗が大きいので一回の鍛
造比が大きくできない。そのため、アスペクト比が大き
なスクロールを成形する場合、鍛造加工を数回に分け、
その間に焼なましを行う必要があった。また、加工力が
大きくなるので、金型が変形して寸法精度が悪くなるこ
とや、鍛造プレスが大形になる問題があった。

熱間鍛造法では、素材の加熱・冷却等の寸法変化で寸法
精度が悪くなるので、機械加工代が太きくなる問題があ
った。また、アルミ合金の線膨張率を低下させるために
Ｓｉを多量に添加した素材を用いて鍛造加工を行う場合
、変形抵抗が大きいので加工力が大きくなり、金型が変
形して寸法精度が悪くなる問題があった。さらに、ラッ
プの中央部と外周部では、鍛造加工過程での塑性流動状
態が異なるので、中央部のラップ高さが外周部より低く
なる。そのため、伸び特性の悪い素材では。

ラップ高さが急変する箇所で割れが生じる問題があった
。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決した
スクロール鍛造品とその製造方法及びその装置を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、鍛造加工法において被加工材に押付ける金
型のスクロール鏡板の外周部に対向する部分に軸方向の
逃げ（軸方向の段付部）を設けることにより達成される
。

また、上記金型に設けられた渦巻状の彫型部をスクロー
ルラップを成形するランドと逃げ角を設けた逃げ部から
構成することにより、スクロール部品の高寸法精度が達
成できる。

本発明は円板状の鏡板部分とこの鏡板部分上に突出した
渦巻状のラップ部分とを備えたスクロールにおいて、ラ
ップの高さが実質的に均一でかつ少なくともこのラツプ
部分表面は全面鍛造面が露出していることを特徴とする
。

また本発明はラップ部分の高さが実質的に均一であり、
かつ少なくともこのラップ部分が鍛造品であって、Ｓｉ
：１０−４２重量％、Ｆｅ、Ｎｉから選ばれる少なくと
も１種：１〜１０重量％、Ｃｕ、Ｍｇから選ばれる少な
くとも１種：１〜１０重量％、残部ＡｌからなるＡｆ１
合金製であることを特徴とする。

更に本発明は銀板部分とラップ部分とが一体に成形され
た鍛造品であり、かつラップ部分の高さが実質的に均一
であることを特徴とする。

いずれにせよ鏡板部分をラップ部分と一体の鍛造とする
に際し、ラップ高さを実質均一とするには型の周辺域に
逃げを設けておくことが必須であり、従って鏡板周辺に
はこの逃げの部分が突出されるが、各種装置にこのスク
ロールを組み込むにはこの突出部が邪魔となるので切削
することになり、従って鍛造品の鏡板周辺に切削痕がで
きる。

ラップ部分が実質的均一とは、鏡板とラップ部分の総厚
さ約１５ｍｍの場合には±０．５ｍ＋の高低差以内の均
一度のものをいう。

本発明のスクロールの加工装置は、スクロール鏡板の外
周部に対向する部位に所定寸法の段付を設けた金型を備
えたことを特徴とする。この段付部の形状は、最外周の
スクロールラップにおける塑性流動量に対応した体積量
とすることが望ましい。

また本発明の加工装置は、スクロールのラップを成形す
る金型の渦巻状彫型部にランドと所定の逃げ角を備えた
逃げ部を設けたことを特徴とする。

更に本発明の加工装置は、被加工材の外周に拘束型を備
え、拘束型の内周面に半径方向の逃げを設けたことを特
徴とする。尚、逃げ部は鏡面部の外周に沿って徐々に容
積が変化していることが好ましい。

本発明のスクロールの加工方法は、被加工材としてＳｉ
が１０〜４２重量％、Ｆｅ、Ｎｉの一種以上が１〜１０
重景％、Ｃｕ、Ｍｇの一種以上が１〜１０重量％、残部
がＡｌから成るアルミニウム粉末合金とすることが好ま
しい。

〔作用〕

スクロール鏡板の外周部に対向する部分に軸方向の逃げ
（軸方向の段付部）を設けた金型を用いた鍛造加工する
ことにより、ラップ外周部に塑性流動する余分の被加工
材を鏡板の外周部に塑性流動させることができるので、
ラップ高さが全域にわたって均一に成形することができ
る。

また、金型の渦巻状の彫型部にランドと逃げ部を設ける
ことにより、鍛造加工時に生じる金型と被加工材との摩
擦係数を低減できるので、塑性流動性の悪いＡｌ−高Ｓ
ｉ合金の被加工材を成形することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は本発明の実施例に係るスクロール圧縮機用スク
ロールの鍛造装置とその鍛造方法の説明図である。

図のように鍛造装置は、被加工材１を支持して鍛造荷重
の反力を分担する下型２と、スクロールラップ１３を成
形する渦巻形状の彫型部４を設けた上型３と、上型３の
変形を拘束するために渦巻状彫型に嵌入され、彫型に連
通した空気抜き孔６を設けた上型拘束部材５と、上型３
を支持するホルダー８と、被加工材の半径方向変形を拘
束する拘束型９と、ボス１０から構成されてい゛る。

スクロールの鍛造は１次のようにして行う。すなわち、
第１図の左側に示すように、所定の温度に加熱された被
加工材１を下型２及び拘束型９に挿入する。この状態で
第１図の右側に示すように渦巻彫型部４を設けた上型３
を鍛造プレスラム（図示省略）によって被加工材１に押
し付ける。

上型３の下降に伴い、スクロールの鏡板部１１とボス部
１２が成形されると共に、上型３の彫型内に被加工材１
が塑性流動してスクロールのラップ部１３が形成される
。７は突起である。

鏡板部１１及びラップ部１３の成形が完了した後、上型
３を後退させ（図示上側）、次にノックアウトポンチ（
図示省略）により下型２を介してスクロール成形品を拘
束型９から突出して取り出す。

次に本実施例の作用について説明する。

円板状の被加工材１に上型３を押し付けて第２図に示す
ような渦巻状のスクロールラップ１３を成形した場合、
ラップ中央部１３ａとラップ外周部１３ｂでは塑性流動
状態が異なる。すなわち、ラップ中央部１３ａでは鏡板
部１１の肉厚方向からのみ塑性流動が生じ、ラップ外周
部１３ｂでは鏡板部１１の半径及び肉厚方向から塑性流
動が生じる。このようにラップ中央部１３ａと外周部１
３ｂで塑性流動量が異なるので、成形されたラップ高さ
Ｈは第３図に示すように外周部に比べ中央部が低くなる
。また、ラップ高さＨが急変する箇所において大きな引
張応力が生じ、伸び特性の悪いＡｌ−高Ｓｉ合金材では
割れが発生する。第３図に示したようなラツプ高さの分
布は、スクロールを塑性流動状態が異なる３つのパーツ
に分割して、体積一定の関係（鍛造により減少した鏡板
部の体積と盛り上がったラツプの体積が等しい）を用い
ることにより推定することができる。

そこで、ラップ中央部１３ａと外周部１３ｂに生じる塑
性流動量を同じにするため、第４図４こ示すようにスク
ロール鏡体１１の外周部に対向する上型３の部分に軸方
向の逃げ３ａ　（＃方向の段付部）を設けた。このよう
にしてラップ外周部１３ｂに塑性流動する余分の被加工
材を鏡板部１１の外周部に塑性流動させることにより、
ラップの高さを均一に成形することができる。

また、渦巻形状になっている上型３の彫型部４は、鍛造
加工時にスクロールラップ１３を成形するランド４ａと
逃げ角αを設けた逃げ部４ｂから構成した。このように
ランド４ａによりラップの高寸法精度を確保し、逃げ部
４ｂを設けることにより加工時の被加工材１との摩擦抵
抗を低減した。

これにより、塑性流動性が悪いＡｌ−高Ｓｉ合金の被加
工材の成形性を著しく向上することができ、かつ加工力
を低減することができる。

さらに、第１図に示したように拘束型９の内周面に半径
方向の逃げ９ａを設け、該部に被加工材１を塑性流動さ
せ、上型３を後退させる時の抵抗になるようにした。こ
れにより、スクロール成形品の上型３への食い付きを防
止し、ノックアウトポンチで容易に排呂できるようにし
た。

なお、本実施例の上型３の彫型部４の渦巻形状には、ス
クロールラップの設計形状に対して、ラツプ各部におけ
る加工後の冷却時の熱収縮量に対応したオフセット量を
連続的に設けている。また、第１図に示したように上型
３の彫型部４に、渦巻状の凸部７を備えた上型拘束部材
５を嵌入させて、加工時に発生する上型３の巻径方向変
形を拘束している。

こうして鍛造成型されたスクロールの平面図を第５図に
、断面図を第６図に示す。逃げ部３ａとして鏡板外周に
突出部が形成されるが、これは切削除去しても差し支え
ない。

一方、鍛造加工する被加工材としてアルミニウム粉末合
金を用いる。該合金は急冷凝固させた粉末を圧縮成形後
、熱間押出及び熱間鍛造によりプリフォームとしたもの
である。

本発明に用いるアルミニウム粉末合金は、熱膨張率を低
下させる元素としてＳｉを１０〜４２重量％含有してお
り、Ｓｉ粒を保持するマトリックスの強度、硬さを増大
するために第二の遷移元素としてＦｅ、Ｎｉの一種以上
を１〜１０重量％添加し、第三の遷移元素としてＣｕ、
Ｍｇの一種以上を１〜１０重量％添加している。これら
の元素を添加することにより、高温で安定な金属間化合
物が微細に分散し、高温強度が向上する。

Ｓｉが１０重量％未満であるとＡｌ地金に高硬度の耐摩
耗性を付与する機能が消失する。逆に４２重量％を越え
るとＡｌにＳｉを含有させる限界を超える。

Ｆｅ、Ｎｉが計１重量％未満であると高温強度が落ち、
また線膨張係数を下げる効果が得られなくなる。一方、
１０重量％を超えると硬くなり、Ａｌ本来の加工性が阻
害される。またＣｕ、Ｍｇが計１重量％未満であると、
高温強度が落ち、１０重量％を超えると硬くなるばかり
か、製品使用過程にて自硬変形が生じる危険性がある。

すなわち、これら元素の添加量は、１ｗｔ％以下ではそ
の効果が少なく、１０ｗｔ％を越えても効果が増大する
ことは期待できず、逆に鍛造加工性に悪影響を与える。

本実施例によれば、上型の外周部に軸方向の逃げを設け
てラップ外周部に塑性流動する余分の被加工材を鏡板部
の外周部に塑性流動させているので、ラップ中央部と外
周部で高さを均一に成形することができる。これにより
、ラップ高さが急変する箇所が生じないので、伸び特性
の悪いへ〇−高Ｓｉ合金材でも割れが発生しないで成形
することができる。また、上型の彫型部にランドと逃げ
部を設けているので、寸法精度の高いスクロール部材を
得ることができると共に、塑性流動性の悪いＡｌ−高Ｓ
ｉ合金の被加工材を成形することができる。さらに、ア
ルミニウム粉末合金を素材に用いているので、鍛造加工
後の高温強度が高く。

経時変化がほとんどない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、固定及び旋回スクロールを一回の鍛造
加工で、ラップ高さが全域にわたって均一に、かつ高い
寸法精度に成形できる。従って。

鍛造加工後の機械加工が短縮、又は省略され、製造コス
トも下がる。

さらに本発明によれば、高温強度が高く、長時間の加熱
にもスクロール部材に経時変化が生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のスクロール部材の加工装置
の縦断面図、第２図はスクロール部材のラップの説明の
ための平面図、第３図はスクロールラップの高さ分布の
説明のための特性図、第４図は本発明の一実施例の上型
の縦断面図、第５図は本発明のスクロールの一実施例を
示す平面図、第６図は同じく縦断面図である。 １・・・被加工材（スクロール）、２・・・下型、３・
・・上型、３ａ、３ａ　　・・・逃げ部、４・・・彫型
部、４ａ。 ４ｂ・・・逃げ部、５・・・上型拘束部材、６・・・空
気抜き孔、７・・・突起、８・・・ホルダー、９・・・
拘束型、１０・・・ボス、１１・・・鏡板部、１２・・
・ボス部、１３・・・スＹ　１　図 （成形削　　（へ形稜） ７　公か 第 Ｚ 図 不 図 Ａ悪角崖 θ （°） 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円板状の鏡板部分と該鏡板部分上に突出した渦巻状
   のラツプ部分とを備えたスクロールにおいて、前記ラツ
   プの高さが実質均一でかつ少なくとも該ラツプ部分表面
   は全面鍛造面が露出していることを特徴とするスクロー
   ル。 ２、円板状の鏡板部分と該鏡板部分上に突出した渦巻状
   のラツプ部分とを備えたスクロールにおいて、前記ラツ
   プの高さが実質均一でかつ少なくとも該ラツプ部分は鍛
   造品であり、Ｓｉ：１０〜４２重量％、Ｆｅ，Ｎｉから
   選ばれる少なくとも１種：１〜１０重量％、Ｃｕ，Ｍｇ
   から選ばれる少なくとも１種：１〜１０重量％、残部Ａ
   ｌからなるＡｌ合金製であることを特徴とするスクロー
   ル。 ３、円板状の鏡板部分と該鏡板部分上に突出した渦巻状
   のラツプ部分とを備えたスクロールにおいて、前記鏡板
   部分とラツプ部分とは一体に成形された鍛造品であり、
   かつ前記ラツプ部分の高さが実質的に均一であることを
   特徴とするスクロール。 ４、請求項１乃至３のいずれか記載において、前記鏡板
   部分をラツプ部分と一体の鍛造品とし、該鏡板部分の外
   周に切削痕のあることを特徴とするスクロール。 ５、固定スクロールと駆動要素により回転駆動される旋
   回スクロールとによつて圧縮動作を行なうスクロール圧
   縮機用スクロールの鍛造加工装置において、スクロール
   鏡板の外周部に対向する部位に所定寸法の段付を設けた
   金型を備えたことを特徴とするスクロールの加工装置。 ６、請求項５の記載において、前記段付部の形状は、最
   外周のスクロールラツプにおける塑性流動量に対応した
   体積量としたスクロールの加工装置。 ７、固定スクロールと駆動要素により回転駆動される旋
   回スクロールとによつて圧縮動作を行うスクロール圧縮
   機用スクロールの鍛造加工装置において、スクロールの
   ラツプを成形する金型の渦巻状彫型部にランドと所定の
   逃げ角を備えた逃げ部を設けたことを特徴とするスクロ
   ールの加工装置。 ８、固定スクロールと駆動要素により回転駆動される旋
   回スクロールとによつて圧縮動作を行なうスクロール圧
   縮機用スクロールの鍛造加工装置において、被加工材の
   外周に拘束型を備え、該拘束型の内周面に半径方向の逃
   げを設けたことを特徴とするスクロールの加工装置。 ９、請求項５乃至８のいずれかに記載の加工装置を用い
   たスクロール圧縮機用スクロールの鍛造加工方法におい
   て、Ｓｉが１０〜４２重量％、Ｆｅ，Ｎｉの一種以上が
   １〜１０重量％、Ｃｕ，Ｍｇの一種以上が１〜１０重量
   ％、残部がＡｌから成るアルミニウム粉末合金を被加工
   材として用いて成形することを特徴とするスクロールの
   加工方法。 １０、請求項８の記載において、前記逃げ部は鏡面部の
   外周に沿つて徐々に容積が変化していることを特徴とす
   るスクロールの加工装置。