JP2002192294A - 球冠状シューの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高品質かつ高精度の球冠状シューを得る。 【解決手段】シリコンを１０重量％以上含有するアルジ
ル合金から成る球冠状シュー７６を製造するにあたり、
鋳造工程でシュー７６の形状に近い形状のシュー素材１
６０を一方向凝固鋳造法により鋳造する。鋳造工程後、
成形工程でシュー素材１６０をプレス加工により成形品
１６２に成形する。シュー素材１６０は、成形品１６２
よりも直径が小さく、高さが高い。プレス加工に使用す
る鍛造金型２５０は、第一型２５４と第二型２５６とを
備える。第一型２５４の型面２６６は、成形品１６２の
球面部２７０側を成形し、第二型２５６の型面２６８
は、成形品１６２の平面部２７２側を成形する。第一型
２５４が第二型２５６に接近して型締めされれば、シュ
ー素材１６０が塑性変形してその高さが減少し、その結
果生じた余剰材料分だけシュー素材１６０の直径が大き
くなる。シュー素材１６０の高さから成形品１６２の高
さへの高さ減少率は、２０％以下が望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、斜板式圧縮機の斜
板とピストンとの間に配設される球冠状シューの製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】斜板式圧縮機は斜板の回転をピストンの
往復運動に変換して、気体の圧縮を行うものであり、そ
のために斜板とピストンとの間にシューが配設される。
このシューは、ピストンと係合する側がほぼ球面とさ
れ、斜板と係合する側がほぼ平面とされるため、一般に
半球シューと称されているが、必ずしも厳密に球面や平
面とされるわけではなく、摺動性能の向上等を目的とし
て球面や平面から僅かに外れた形状とされることが多
い。また、固定容量型圧縮機用のものは半球より大きく
され、可変容量型圧縮機用のものは半球より小さくされ
るのが普通である。後者においては、斜板の両側に配設
される一対のシューの両球面部がほぼ一球面上に位置す
ることが必要であるため、半球より斜板の厚さのほぼ半
分だけ小さくされるのである。また、固定容量型圧縮機
においては、そのような制限がないため、シューの平面
部が摩耗した場合でも、摺動面の面積が減少しないよう
にする等の理由で、半球よりやや大きくされることが多
いのである。したがって、これらは厳密には半球シュー
とは言えないのであり、本明細書においては両タイプの
シューを総称して球冠状シューと称することとする。

【０００３】また、シューを質量低減等の目的でアルミ
ニウムを主体とする材料（アルミニウムまたはアルミニ
ウム合金）から成るものとすることが、実開昭５７−４
２１８０号公報等により提案されている。なお、シュー
形成材料としては、シリコン含有率の高いアルミニウム
合金とすることが、シューの質量軽減と強度増強との両
方の点で望ましい。従来においては、球冠状シューの製
造方法として、棒状素材を必要な長さに切断してシュー
素材を製造した後、あるいは、圧延板を打ち抜いてシュ
ー素材を製造した後、それらシュー素材を塑性変形させ
て成形品としての球冠状シューを成形していた。棒状素
材としては、例えば、アルミニウム合金の溶湯を連続鋳
造して得られるビレットを押し出して丸棒としたものが
使用される。その丸棒を剪断機等の切断装置により所望
の長さに切断して複数個のシュー素材を得、これらシュ
ー素材を塑性変形させて球冠状シューを得るのである。
特開平１−１６２５３４号公報にはさらに別の方法が記
載されている。アルミニウム合金の溶湯を連続鋳造して
得た棒状素材を所望の長さに切断し、それら切断素材を
球状に成形してシュー素材を得、その球状のシュー素材
をさらに塑性変形させて成形品としてのシューを得ると
いうものである。あるいはまた、特開平１１−１０２７
６号公報に記載のシュー製造方法もある。鋳造により製
造された素材を圧延して圧延板を得、その圧延板を打ち
抜いてシュー素材とし、そのシュー素材を塑性変形させ
て成形品に成形するのである。

【０００４】しかしながら、シリコン含有率の高いアル
ミニウム合金は、材料の展延性が小さく、塑性変形量が
大きいと割れる可能性が高い。このような材料でシュー
を成形する場合に、上述のような棒状素材や圧延板を製
造すること自体が困難であり、その上、成形品成形時の
塑性変形量が大きくなってシュー素材が割れてしまう問
題が生じる。また、棒状素材の切断面や、圧延板の打抜
面（打抜き方向に平行な側面であり、シュー球面部の平
面部に連なる円筒部とされることが多い）の寸法精度が
十分に得られない問題もある。寸法精度の高いシュー素
材が得られなければ、成形品としての球冠状シューの寸
法精度に与える影響も大きい。さらに、棒状素材の切断
や球状のシュー素材の表面加工等の工程が必要となり、
また、製造工程において切り屑が発生する等の材料の無
駄が生じるなどして、製造コストが上昇する問題もあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効
果】本発明は、以上の事情を背景とし、高精度，高品質
の球冠状シューを効率良く製造することを課題としてな
されたものであり、本発明によって、下記各態様の球冠
状シューの製造方法が得られる。各態様は請求項と同様
に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の
項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまで
も本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記
載の技術的特徴およびそれらの組合わせが以下の各項に
記載のものに限定されると解釈されるべきではない。ま
た、一つの項に複数の事項が記載されている場合、それ
ら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけ
ではない。一部の事項のみを選択して採用することも可
能なのである。

【０００６】（１）アルミニウムを主体とする材料によ
り、ほぼ平面と凸曲面とを備えて、製品たる球冠状シュ
ーに近い形状のシュー素材を鋳造する鋳造工程と、その
鋳造工程において鋳造されたシュー素材を、プレス加工
によりほぼ平面とほぼ凸球面とを有してほぼ球冠状をな
す成形品に成形する成形工程とを含む球冠状シューの製
造方法（請求項１）。鋳造工程において製品たる球冠状
シューに近い形状のシュー素材を鋳造すれば、後の成形
工程におけるシュー素材の塑性変形量が小さくて済み、
素材の割れ等の発生を回避することが容易となる。した
がって、シリコン含有率の高いアルミニウム等、塑性変
形量を少なくしたい材料からなる球冠状シューを製造す
る場合に特に好適である。 （２）前記鋳造工程がダイカスト工程である(1) 項に記
載の球冠状シューの製造方法（請求項２）。ダイカスト
は、シュー素材を製品に近い形状に精度良く製造するこ
とが容易であり、また、材料の歩留まりが高い。 （３）前記鋳造工程を、前記シュー素材の前記凸曲面を
成形する凹部を有する第一型と、前記平面を成形する面
を有する第二型とを備えた金型装置により実施し、第一
型と第二型との合わせ面の少なくとも一方に形成した湯
道およびゲートから前記凹部へ溶湯を注入する(2) 項に
記載の球冠状シューの製造方法。 （４）前記鋳造工程が、シュー素材の前記平面の側から
前記凸曲面の側へ凝固を進行させる一方向凝固鋳造工程
である(1) 項に記載の球冠状シューの製造方法（請求項
３）。一方向凝固鋳造とは、一般に、上部に開口を有す
る鋳型内に金属の溶湯を充填した後、その鋳型の下部を
冷却手段により冷却し、鋳型内の溶湯を一方向（上方）
に凝固させる方法を言う。ただし、シュー素材のよう
に、小形のものを鋳造する場合には、溶湯は必ずしも上
部開口から注入される必要はない。この一方向凝固鋳造
によれば、シュー素材内部に巣やミクロシュリンケージ
等の欠陥や、酸化物等の巻き込みが発生し難いため、高
品質かつ高強度で耐久性に優れたシューを製造すること
ができる。また、シュー素材を製品に近い形状に製造す
ることが容易であり、寸法精度の高いものを製造でき
る。さらに、使用された溶湯の大半がシュー素材となる
ため、材料の歩留まりが高い。 （５）前記一方向凝固鋳造工程を、前記シュー素材の前
記凸曲面を成形する凹部とその凹部の最も深い部分に開
口したゲートとを有する第一型と、内部に冷却手段を備
えるとともにシュー素材の前記平面を成形する面を有す
る第二型とを使用して実施する(4) 項に記載の球冠状シ
ューの製造方法。 （６）前記鋳造工程と前記成形工程との間に、無用な部
分を除去する無用部除去工程を含む(1) 項ないし(5) 項
のいずれかに記載の球冠状シューの製造方法。鋳造によ
り製造されたシュー素材の一部にゲートの痕跡がある程
度残ることは避けられない。また、鋳造では、金属の溶
湯が凝固する時に僅かに収縮するため、最後に凝固する
部分の材料内部に気泡が発生し易い。この気泡が発生し
た素材から成形された球冠状シューは強度が低下して耐
久性不足の一因となり易いため、最後に凝固する部分の
近傍に製品としては無用な凸部が形成されることがあ
る。これらゲート痕，無用な凸部等、無用な部分を除去
した後に、成形工程を実施すれば製品の表面に無用なく
ぼみが残ったり、内部に気泡が残ったりすることを良好
に回避することができる。 （７）前記鋳造工程が、前記凸曲面が凸球面に近い形状
を有し、前記成形品より高くかつ細いシュー素材を鋳造
する工程である(1) 項ないし(6) 項のいずれかに記載の
球冠状シューの製造方法（請求項４）。シュー素材の平
面側の直径を成形品としての球冠状シューの平面側の直
径より大きくすることも可能である。しかし、この場合
には、金型の合わせ面（パーティング面）の間にばりが
生じ易い。それに対し、シュー素材の太さを成形品の太
さよりやや細くしておき、代わりに高さをやや過大とし
ておくことにより、成形時に高さを減少させ、その結果
生じた余剰材料をシュー素材の太さを増大させるために
利用すれば、ばりの発生を良好に回避しつつ、正確に所
望の形状，寸法を有するシュー素材を得ることができ
る。 （８）前記成形工程における前記シュー素材の高さから
前記成形品の高さへの高さ減少率が２０％以下である
(7) 項に記載の球冠状シューの製造方法。高さ減少率は
１２％以下であることが望ましく、８％以下であること
がさらに望ましい。 （９）前記鋳造工程が、縦断面形状が概して等脚台形の
両肩部を丸めた形状を有し、前記成形品より低くかつ細
いシュー素材を鋳造する工程である(1) 項ないし(6) 項
のいずれかに記載の球冠状シューの製造方法（請求項
５）。本態様においては、成形時に、等脚台形の両肩部
に相当する部分の直径が減少させられ、その結果生じた
余剰材料が肩部の両側へ流れ、シュー素材の中央部を軸
方向に膨出させるとともに、等脚台形の脚部を外周側へ
膨出させるため、ばりの発生を良好に回避しつつ、正確
に所望の形状，寸法を有するシュー素材を得ることがで
きる。 （１０）前記成形工程における前記シュー素材の高さか
ら前記成形品の高さへの高さ増加率が２０％以下である
(9) 項に記載の球冠状シューの製造方法。高さ増加率は
１２％以下であることが望ましく、８％以下であること
がさらに望ましい。 （１１）前記成形品の表面あらさを改善する表面あらさ
改善工程を含む(1) 項ないし(10)項のいずれかに記載の
球冠状シューの製造方法。表面あらさ改善工程として
は、バレル加工工程が好適である。 （１２）前記成形品の平面側の部分を機械加工する機械
加工工程を含む(1) 項ないし(11)項のいずれかに記載の
球冠状シューの製造方法。機械加工工程を実施すれば、
製品としての球冠状シューの寸法精度を向上させること
ができ、かつ、その機械加工を平面側に施すことは球面
側に施すより容易であるため、安価に目的を達し得る。 （１３）前記成形工程後の中間製品の表面の少なくとも
一部を覆う被覆工程を含む(1) 項ないし(12)項のいずれ
かに記載の球冠状シューの製造方法。表面あらさ改善工
程や機械加工工程が実施される場合にはそれら工程後の
中間製品に被覆工程が実施され、それら工程が行われな
い場合には中間製品たる成形品に被覆工程が実施され
る。被覆工程の実施により、球冠状シューの摺動性や耐
摩耗性を向上させることができる。 （１４）前記アルミニウムを主体とする材料として、シ
リコンを１０重量％以上含有するアルジル合金を使用す
る(1) 項ないし(13)項のいずれかに記載の球冠状シュー
の製造方法。球冠状シューの材料として、シリコンを１
０重量％以上含有するアルジル合金を使用すれば、シュ
ーの質量軽減と、シューの強度増強とを共に達成するこ
とができ、耐久性に優れた球冠状シューを得ることがで
きる。また、前述のように、シリコンの含有率の高いシ
ュー素材は成形が困難なのであるが、本発明に従えばそ
の問題も解消し得る。 （１５）前記球冠状シューが半球より高さが低いもので
ある(1) 項ないし(14)項のいずれかに記載の球冠状シュ
ーの製造方法。この方法で製造された球冠状シューは、
可変容量型斜板式圧縮機用シューとして好適である。 （１６）前記球冠状シューが半球より高さが高いもので
ある(1) 項ないし(14)項のいずれかに記載の球冠状シュ
ーの製造方法。この方法で製造された球冠状シューは、
固定容量型斜板式圧縮機用シューとして好適である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態である
車両用エアコンディショナに用いられる斜板式圧縮機用
の球冠状シューを例に取り、図面に基づいて詳細に説明
する。図１に本実施形態における斜板式圧縮機を示す。
図１において、１０はシリンダブロックであり、シリン
ダブロック１０の中心軸線周りの一円周上には、軸方向
に延びる複数のシリンダボア１２が形成されている。シ
リンダボア１２の各々には、片頭ピストン１４（以下、
ピストン１４と略称する）が往復運動可能に配設されて
いる。シリンダブロック１０の軸方向の一端面（図１の
左側の端面であり、前端面と称する）には、フロントハ
ウジング１６が取り付けられ、他方の端面（図１の右側
の端面であり、後端面と称する）には、リヤハウジング
１８がバルブプレート２０を介して取り付けられてい
る。フロントハウジング１６，リヤハウジング１８，シ
リンダブロック１０等により斜板式圧縮機のハウジング
が構成されている。リヤハウジング１８とバルブプレー
ト２０との間には、吸入室２２，吐出室２４が形成さ
れ、それぞれ、吸入ポート２６，供給ポート２８を経
て、図示しない冷凍回路に接続される。バルブプレート
２０には、吸入孔３２，吸入バルブ３４，吐出孔３６，
吐出バルブ３８等が設けられている。

【０００８】上記ハウジング内には、回転軸５０が、シ
リンダブロック１０の中心軸線を回転軸線として回転可
能に設けられている。回転軸５０は、その両端部におい
てそれぞれフロントハウジング１６，シリンダブロック
１０にベアリングを介して回転可能に支持されている。
シリンダブロック１０の中心部には、支持穴５６が形成
されており、その支持穴５６において上記ベアリングを
介して支持されているのである。回転軸５０のフロント
ハウジング１６側の端部は、図示しない駆動源としての
車両エンジンに、電磁クラッチ等のクラッチ装置を介し
て連結されている。したがって、車両エンジンの作動時
に、クラッチ装置によって回転軸５０が車両エンジンに
接続されれば、回転軸５０が自身の軸線まわりに回転さ
せられる。

【０００９】回転軸５０には、斜板６０が軸方向に相対
移動可能かつ傾動可能に取り付けられている。斜板６０
には、中心線を通る貫通穴６１が形成され、この貫通穴
６１を回転軸５０が貫通している。貫通穴６１は、両端
開口側ほど図１における上下方向に内のり寸法が漸増さ
せられ、それら両端部の横断面形状が長穴をなしてい
る。回転軸５０にはまた、回転板６２が固定され、スラ
ストベアリング６４を介してフロントハウジング１６に
受けられている。斜板６０は、ヒンジ機構６６により、
回転軸５０と一体的に回転させられるとともに、軸方向
の移動を伴う傾動を許される。ヒンジ機構６６は、回転
板６２に固定的に設けられた支持アーム６７と、斜板６
０に固定的に設けられ、支持アーム６７のガイド穴６８
にスライド可能に嵌合されたガイドピン６９と、斜板６
０の貫通穴６１と、回転軸５０の外周面とを含むもので
ある。

【００１０】前記ピストン１４は、斜板６０の外周部を
跨ぐ状態で係合させられる係合部７０と、係合部７０と
一体に設けられ、シリンダボア１２に嵌合される頭部７
２とを備えている。本実施形態における頭部７２は、中
空頭部とされて軽量化が図られている。頭部７２，シリ
ンダボア１２およびバルブプレート２０が共同して圧縮
室を形成している。また、係合部７０は一対の球冠状の
シュー７６を介して斜板６０の外周部と係合させられて
いる。シュー７６については後に詳しく説明する。

【００１１】斜板６０の回転運動は、シュー７６を介し
てピストン１４の往復直線運動に変換される。ピストン
１４が上死点から下死点へ移動する吸入行程において、
吸入室２２内の冷媒ガスが吸入孔３２，吸入バルブ３４
を経てシリンダボア１２内の圧縮室に吸入される。ピス
トン１４が下死点から上死点へ移動する圧縮行程におい
て、シリンダボア１２内の圧縮室の冷媒ガスが圧縮さ
れ、吐出穴３６，吐出バルブ３８を経て吐出室２４に吐
出される。冷媒ガスの圧縮に伴ってピストン１４には、
軸方向の圧縮反力が作用する。圧縮反力は、ピストン１
４，斜板６０，回転板６２およびスラストベアリング６
４を介してフロントハウジング１６に受けられる。

【００１２】シリンダブロック１０を貫通して給気通路
８０が設けられている。この給気通路８０により、吐出
室２４と、フロントハウジング１６とシリンダブロック
１０との間に形成された斜板室８６とが接続されてい
る。給気通路８０の途中には、電磁制御弁９０が設けら
れている。この電磁制御弁９０のソレノイド９２への電
流供給が、コンピュータを主体とする制御装置（図示省
略）により、冷房負荷等の情報に応じて制御される。

【００１３】回転軸５０の内部には、排出通路１００が
設けられている。排出通路１００は、一端において前記
支持穴５６に開口させられるとともに、他端において斜
板室８６に開口させられている。支持穴５６は排出ポー
ト１０４を経て吸入室２２に連通させられている。

【００１４】本斜板式圧縮機は可変容量型であり、高圧
側である吐出室２４と低圧側である吸入室２２との圧力
差を利用して斜板室８６内の圧力が制御されることによ
り、ピストン１４の前後に作用するシリンダボア１２内
の圧縮室の圧力と斜板室８６の圧力との差が調節され、
斜板６０の傾斜角度が変更されてピストン１４のストロ
ークが変更され、圧縮機の吐出容量が調節される。具体
的には、電磁制御弁９０の励磁，消磁の制御により、斜
板室８６が吐出室２４に連通させられたり、遮断された
りすることによって、斜板室８６の圧力が制御される。

【００１５】シリンダブロック１０およびピストン１４
は、金属の一種であるアルミニウム合金製のものとさ
れ、ピストン１４の外周面には、フッ素樹脂のコーティ
ングが施されている。フッ素樹脂でコーティングすれ
ば、同種金属との直接接触を回避して焼付きを防止しつ
つシリンダボア１２との嵌合隙間を可及的に小さくする
ことができる。ただし、シリンダブロック１０やピスト
ン１４の材料、コーティング層の材料等は、上述の材料
に限らず、他の材料であってもよい。

【００１６】ピストン１４の係合部７０は、概してＵ字
形をなし、頭部７２の中心軸線と直交する方向に互いに
平行に延びる一対のアーム部１２０，１２２と、これら
アーム部１２０，１２２の基端同士を連結する連結部１
２４とを備えている。アーム部１２０，１２２の互いに
対向する側面には、それぞれ凹球面１２８が形成されて
いる。これら２つの凹球面１２８は同一球面上に位置し
ている。

【００１７】前記一対のシュー７６は、図２に示すよう
に、外表面の一方が概して凸球面をなす球面部１３２
と、他方が概して平面をなす平面部１３８とを有する球
冠状である。平面部１３８は、厳密には僅かに中高の曲
面（例えば、曲率半径がきわめて大きい凸球面）とされ
るとともに、外周部がテーパ値のきわめて大きいテーパ
面とされている。また、球面部１３２の平面部１３８に
近い側の部分が円筒面とされている。これら、中高の曲
面，テーパ面，円筒面および凸球面等の境界には比較的
曲率半径の小さい丸みが付けられている。一対のシュー
７６は、球面部１３２においてピストン１４の凹球面１
２８に摺動可能に保持され、平面部１３８において斜板
６０の外周部の両側面である両摺動面１４０，１４２に
接触し、斜板６０の外周部を両側から挟持する。一対の
シュー７６はその状態で球面部１３２の凸球面が同一球
面上に位置するように設計されている。つまり、本実施
形態におけるシュー７６は、斜板６０の厚さのほぼ半分
だけ小さい球冠状をなしているのである。シュー７６
は、アルミニウムを主成分とし、シリコンを１０重量％
以上含有するアルジル合金から成る。シュー７６の表面
にはコーティング層が形成されており、それによってシ
ューの耐久性向上あるいはピストン１４または斜板６０
との摺動性向上が図られている。

【００１８】上記構成のシュー７６は次の工程を含む製
造方法で製造される。まず、鋳造工程において製品とし
てのシュー７６に近い形状のシュー素材１６０が鋳造さ
れ、成形工程においてシュー素材１６０がプレス加工
（冷間鍛造）によりほぼ球冠状をなす成形品１６２に成
形されるのである。以下、これら鋳造工程および成形工
程についてそれぞれ説明する。

【００１９】鋳造工程では、一方向凝固鋳造法によりシ
ュー素材１６０が鋳造される。一方向凝固鋳造法は、一
般に、溶湯が充填された金型の下部を冷却手段により冷
却することで、金属の溶湯の凝固を下部から上部へ一方
向に進行させる方法である。本一方向凝固鋳造工程に使
用される金型装置の主要部である鋳造金型１８０を図３
および図４に概略的に示す。本鋳造金型１８０は、図３
に示すように、互いに接近，離間させられることにより
開閉される固定型１８２，第一可動型１８４および第二
可動型１８６を備えている。固定型１８２は、図示しな
い保持板に保持され、固定盤（図示省略）に着脱可能に
取り付けられている。第二可動型１８６も図示しない保
持板に保持され、可動盤（図示省略）に着脱可能に取り
付けられている。上記可動盤は、駆動装置たる図示しな
い昇降装置により上記固定盤に対して接近，離間させら
れる。第一可動型１８４は、パーティング面（合わせ
面）１９０，１９２が固定型１８２，第二可動型１８６
の各パーティング面（合わせ面）１９４，１９６に対向
する状態で配置され、図示しないスライドに保持されて
いる。上記スライドと可動盤とは、伝達装置により連結
され、第二可動型１８６が固定型１８２に対して接近，
離間させられれば、第一可動型１８４も固定型１８２に
対して接近，離間させられる。あるいは、第一可動型１
８４と第二可動型１８６とが、それぞれ専用の駆動装置
により固定型１８２に対して接近，離間させられるよう
にしてもよい。

【００２０】第一可動型１８４，第二可動型１８６の各
パーティング面１９２，１９６の互いに対応する位置に
キャビティ面２００，２０２がそれぞれ形成され、これ
らキャビティ面２００，２０２によりシュー素材１６０
の外形に対応する形状のキャビティ２０４が画定され
る。第一可動型１８４のキャビティ面２００に囲まれた
部分は凹部をなし、シュー素材１６０の外形の、主とし
て凸球面をなす球面部２０６側を成形する。また、第二
可動型１８６のキャビティ面２０２は、シュー素材１６
０の外形の、主としてほぼ平面をなす平面部２０８側を
成形する。本実施形態においては、パーティング面１９
６とキャビティ面２０２とが同一平面とされている。キ
ャビティ２０４は、図４に示すように、第一可動型１８
４および第二可動型１８６のパーティング面１９２，１
９６に平行な方向に複数個並んで設けられ、１回の溶湯
の注入で、複数個のシュー素材１６０が一挙に鋳造され
る。各キャビティ２０４の上端部（固定型１８２側）
は、湯道２１２を経て、注湯口を有するスリーブ２１４
の内部空間に連通させられている。湯道２１２は、スリ
ーブ２１４の内部空間に連通する１本の湯道から複数に
分岐させられて、各キャビティ２０４の上端部に連通さ
せられている。固定型１８２のパーティング面１９４に
は、横断面形状がほぼ半円形をなす溝が形成され、パー
ティング面１９０，１９４が互いに合わされた状態で、
上記溝がパーティング面１９０により覆われて湯道２１
２が形成される。湯道２１２の各キャビティ２０４側の
端部にはゲート２１８が形成され、第一可動型１８４の
キャビティ面２００に囲まれた凹部の最も深い部分に開
口している。スリーブ２１４は概して円筒状をなし、固
定型１８２に保持されている。スリーブ２１４内には、
プランジャ２２０の先端に設けられたプランジャ２２０
より大径のプランジャチップ２２２が摺動可能に嵌合さ
れている。プランジャ２２０は、プランジャ駆動装置に
よりスリーブ２１４内を移動させられる。プランジャ駆
動装置としては、流体圧シリンダの一種である油圧シリ
ンダとすることができる。これらスリーブ２１４，プラ
ンジャ２２０，プランジャチップ２２２，上記プランジ
ャ駆動装置が、上記注湯口から注がれた金属（本実施形
態の場合アルミニウムを主成分とし、シリコンを１０重
量％以上含有するアルジル合金）の溶湯をキャビティ２
０４に向かって射出する射出装置を構成している。

【００２１】第二可動型１８６は、内部に冷却手段を備
える。冷却手段は、図３に示すように、パーティング面
１９６に平行に延びる複数個の冷却通路２３０を備え、
図示しない冷却水供給装置に接続されている。これら冷
却通路２３０内を冷却水が通ることによって第二可動型
１８６のキャビティ面２０２およびその近傍部を冷却す
る。また、第一可動型１８４は加熱手段を備えている。
図示の加熱手段は、第一可動型１８４の内部の、一方向
に並ぶ複数のキャビティ２０４の間に、パーティング面
１９０，１９２に平行に延びる状態で棒状の電熱ヒータ
２３６が配設されたものである。電熱ヒータ２３６は、
加熱器の一種であり、キャビティ２０４を画定する第一
可動型１８４の側壁の温度低下を防止する。ただし、電
熱ヒータ２３６は省略することも可能である。

【００２２】一方向凝固鋳造工程においては、固定型１
８２，第一可動型１８４および第二可動型１８６が型締
めされて各パーティング面１９０，１９２，１９４，１
９６が密着させられた状態で、スリーブ２１４の注湯口
からアルジル合金の溶湯が注入され、プランジャチップ
２２２がキャビティ２０４に向かって前進させられ、溶
湯を湯道２１２およびゲート２１８を通ってキャビティ
２０４内に押し込む。。溶湯がキャビティ２０４に充満
した後もプランジャチップ２２２が駆動され続け、キャ
ビティ２０４内の溶湯が十分な圧力下で凝固させられ
る。キャビティ２０４内の溶湯は、冷却通路２３０内を
通る冷却水によって平面部２０８側から冷却される一
方、キャビティ２０４の側方からの冷却は、電熱ヒータ
２３６による加熱によって抑制されるため、平面部２０
８側から球面部２０６側に向かって一方向に凝固させら
れる。

【００２３】この一方向凝固鋳造法によれば、巣やミク
ロシュリンケージ等の鋳造時の欠陥が、溶湯の凝固とと
もに上方に押しやられながら進行し、シュー素材１６０
の平面部２０８から最も遠い側（球面部２０６の頂部）
が最後に凝固する部分となるため、シュー素材１６０内
部に上記欠陥が残ることが良好に回避される。したがっ
て、シュー素材１６０が高品質かつ耐久性に優れたもの
となる。なお、鋳造時にキャビティ２０４内に閉じ込め
られた空気を外部に排出するために、第一可動型１８４
に排気路を設けることが望ましい場合もある。

【００２４】シュー素材１６０が凝固した後、第二可動
型１８６および第一可動型１８４が固定型１８２から離
間させられることにより鋳造金型１８０が開かれる。そ
れと並行して、まず、第一可動型１８４内部に配設され
た図示を省略する押出部材により、シュー素材１６０が
キャビティ面２００に囲まれた凹部から押し出されるこ
とにより、ゲート２１８内において凝固した材料が切断
され、続いて、固定型１８２内に設けられた図示しない
押出部材により、湯道２１２内で凝固した材料が、固定
型１８２から押し出される。湯道２１２とプランジャチ
ップ２２２との間に形成されるビスケットは、湯道２１
２内で凝固した材料とつながった状態（これらを、製品
部としてのシュー素材１６０との対比において方案部と
総称することとする）で固定型１８２から離間させられ
る。

【００２５】複数のシュー素材１６０の各球面部２０６
の中央部（凸球面の頂部）には、図５に二点鎖線で示す
ように、ゲート２１８内で凝固した材料の一部または全
部である突起２４０が残る。この無用部としての突起２
４０は、鋳造工程の後の無用部除去工程において図示し
ない切削工具あるいは研削工具により除去される。鋳造
では、金属の溶湯が凝固するときに僅かに収縮し、最後
に凝固する部分ではその収縮により体積が減少した部分
に溶湯が補給されないため材料内部に巣が発生するので
あるが、本実施形態における一方向凝固鋳造法において
は、最後に凝固するのは上記突起２４０あるいは湯道２
１２内の部分であり、突起２４０が除去されれば、内部
に巣の発生した部分はシュー素材１６０から確実に除去
されることになり、品質の良いシュー素材１６０が得ら
れる。このことを一層確実にするために、第一可動型１
８４内のみならず、固定型１８２内にも加熱手段を設け
ることも可能である。また、第一可動型１８４内の加熱
手段を省略し、固定型１８２内にのみ加熱手段を設ける
ことも可能である。

【００２６】以上のようにして製造されるシュー素材１
６０は、成形品１６２よりも細く（直径が小さく）、高
さが高いものとされ、成形工程において高さが減少させ
られ、直径が増大させられる。成形工程において使用さ
れる成形装置の主要部である鍛造金型２５０を図６およ
び図７に示す。鍛造金型２５０は、互いに接近，離間さ
せられることにより開閉される第一型２５４と第二型２
５６とを備え、本実施形態の場合いずれか一方が固定型
（図示の例では第二型２５６が固定型）とされ、他方
（図示の例では第一型２５４）が可動型とされる。図示
しない駆動装置としての昇降装置の駆動により、第一型
２５４が第二型２５６に対して接近，離間させられるの
である。本実施形態においては、第一型２５４の接近，
離間方向は垂直方向である。

【００２７】第一型２５４および第二型２５６は、互い
に対向する側の面であるパーティング面（合わせ面）２
６０，２６２において互いに当接可能である。各パーテ
ィング面２６０，２６２の互いに対応する位置に型面２
６６，２６８がそれぞれ形成されており、これら型面２
６６，２６８により成形品１６２の外形に対応する形状
のキャビティが画定される。第一型２５４の型面２６６
により囲まれる部分は凹部をなし、成形品１６２の外形
の、主としてほぼ凸球面を有する球面部２７０側を成形
する。型面２６８は、成形品１６２の外形の、主として
ほぼ平面をなす平面部２７２側を成形する。第二型２５
６の型面２６８は、浅い円形のくぼみの底面の外周部が
テーパ面２７４とされたものである。

【００２８】成形工程では、まず、第一型２５４と第二
型２５６とが開かれた状態で、第二型２５６の型面２６
８上に無用部除去工程を経たシュー素材１６０が載置さ
れる。そのとき、型面２６８の外周部に設けられたテー
パ面２７４によってシュー素材１６０が第二型２５６の
型面２６８の中央に位置決めされる。そして、前記昇降
装置の駆動により、第一型２５４が第二型２５６に接近
させられ、やがてシュー素材１６０の球面部２０６の最
も突出した部分と第一型２５４の型面２６６とが当接し
て、シュー素材１６０の球面部２０６側から塑性変形を
開始させる。図７に示すように、第一型２５４および第
二型２５６の各パーティング面２６０，２６２同士が合
わせられた状態では、シュー素材１６０の高さが減少さ
せられ、その結果生じた余剰材料分だけシュー素材１６
０の直径が大きく（太く）される。シュー素材１６０の
高さから成形品１６２の高さへの高さ減少率は、２０％
以下が望ましく、本実施形態では８％以下とされてい
る。

【００２９】上記のようにして成形されたほぼ球冠状を
なす成形品１６２は、平面部２７２に機械加工が施され
て高さが正確な寸法に仕上げられるとともに、中央が僅
かに突出した曲面（例えば、曲率半径がきわめて大きい
凸球面）とされ、かつ、外周部にテーパ値が非常に大き
いテーパ面が形成される。また、成形品１６２の外表面
全体にバレル加工が施されて表面粗さが改善される。こ
れが表面粗さ改善工程である。その後、被覆工程におい
て、上記機械加工工程および表面粗さ改善工程を経た成
形品１６２（中間製品２８０と称する）の外表面にコー
ティング層が形成される。コーティング層としては、例
えば、図８に示すように、Ｎｉ−Ｐ等の硬質メッキ層２
８２の上に、Ｎｉ−Ｂ，Ｎｉ−Ｐ−Ｂ−Ｗ等の硬質メッ
キ層２８４を形成し、さらに、その硬質メッキ層２８４
の上に、固体潤滑剤を含有するポリアミドイミド，エポ
キシ樹脂，ポリエーテルエーテルケトン，フェノール樹
脂等の合成樹脂層２８６を形成することが望ましい。図
８には、それら硬質メッキ層２８２，２８４，合成樹脂
層２８６の厚みが、理解を容易にするために誇大に示さ
れている。硬質メッキ層２８２，２８４は、化学メッキ
法により形成される。合成樹脂層２８６は、液状の塗布
材料を、タンブラー処理またはスプレー処理で中間製品
２８０の外表面に均一に付着させることが望ましい。タ
ンブラー処理は、複数個の中間製品２８０をタンブラー
内に収容し、そのタンブラーを回転させつつ、コーティ
ング材料をタンブラーの外側からスプレーしてコーティ
ング材料を均一に付着させる方法であり、スプレー処理
は、複数個の中間製品２８０を並べ、コーティング材料
をスプレーして均一に付着させる方法である。なお、必
要に応じて、タンブラー処理またはスプレー処理の前に
中間製品２８０にサンドブラスト処理と化成処理との少
なくとも一方を行ってもよい。あるいは、中間製品２８
０の外側に硬質メッキ層のみ形成したり、固体潤滑剤を
含有する硬質メッキ層を中間製品２８０に直接または別
の硬質メッキ層を介して形成してもよいし、その他種々
の材料でコーティング層を形成することができる。上記
タンブラー処理またはスプレー処理の後、塗布されたコ
ーティング材料が硬化させられてコーティング層が形成
され、図２に示す製品としてのシュー７６が完成する。

【００３０】本実施形態においては、第一可動型１８４
が第一型を構成し、第二可動型１８６が第二型を構成し
ている。本実施形態によれば、シュー７６を、アルミニ
ウムを主体とし、シリコンを１０重量％以上含有するア
ルジル合金で形成することにより、質量軽減と強度増強
との両方を満たすシュー７６が得られる。本実施形態の
ようにシリコン含有率の高いアルミニウム合金は、材料
の展延性が小さく、塑性変形量が大きいと割れるなどし
て従来成形が困難であったが、本発明に係る球冠状シュ
ーの製造方法によれば、シュー素材１６０の塑性変形量
が少なくて済み、シュー７６を容易に製造できる。ま
た、シュー素材１６０を一方向凝固鋳造法により製造す
るため、材料内部に巣やミクロシュリンケージ等の欠陥
が少ない高品質でかつ寸法精度に優れたシュー７６を製
造できる。さらに、材料や工程の無駄を極力抑えること
ができ、製造コストを低減できる。また、このようなシ
ュー７６を複数個一挙に製造することによっても、製造
コストが低減される。

【００３１】シュー７６の製造方法の別の実施形態とし
て、図９に示す形状のシュー素材３００を鋳造工程（一
方向凝固鋳造工程）において鋳造してもよい。本シュー
素材３００は、縦断面形状が等脚台形の両肩部３０２を
丸めた形状を有し、成形品３１０（二点鎖線で図示）よ
り低くかつ細い。この形状のシュー素材３００が、成形
工程において、前記実施形態の鍛造金型２５０と同様の
装置を使用して、プレス加工（冷間鍛造）によりほぼ球
冠状をなす成形品３１０に成形される。具体的には、シ
ュー素材３００の上記等脚台形の両肩部３０２に相当す
る部分の直径が減少させられ、その結果生じた余剰材料
が肩部３０２の両側（図９の上下方向）へ流れ、シュー
素材３００の中央部を軸方向に膨出させるとともに、等
脚台形の脚部を外周側へ膨出させることにより、球冠状
をなす成形品３１０に成形するのである。シュー素材３
００の高さから成形品３１０の高さへの高さ増加率は、
２０％以下であることが望ましく、本実施形態では８％
以下とされる。なお、シュー素材の縦断面形状を等脚台
形の脚部をそれぞれ外向きに少し凸の曲線とすることも
可能であり、その場合でも縦断面形状は「概して等脚台
形」であるものとする。

【００３２】シュー素材１６０をダイカストにより製造
してもよい。その一実施形態を図１０および図１１に基
づいて説明する。図１０および図１１には、鋳造工程と
してのダイカスト工程において使用される金型装置の主
要部である鋳造金型４００が示されている。鋳造金型４
００は、図１０に示すように、互いに接近，離間させら
れることにより開閉される第一型４０４と第二型４０６
とを備え、本実施形態の場合いずれか一方（例えば第二
型４０６）が固定型とされ、他方（例えば第一型４０
４）が可動型とされる。したがって、図示しない駆動装
置としての昇降装置の駆動により、第一型４０４が第二
型４０６に対して接近，離間させられる。本実施形態に
おいては、第一型４０４の接近，離間方向は垂直方向で
ある。

【００３３】第一型４０４および第二型４０６は、互い
に対向する側の面であるパーティング面４１０，４１２
において合わされる。各パーティング面４１０，４１２
の互いに対応する位置にキャビティ面４１４，４１６が
それぞれ形成され、これらキャビティ面４１４，４１６
によりシュー素材１６０の外形に対応する形状のキャビ
ティ４２０が画定される。キャビティ面４１４は、シュ
ー素材１６０の外形の、主として平面部２０８側を形成
し、キャビティ面４１６は、シュー素材１６０の外形
の、主として球面部２０６側を形成する。本実施形態で
は、キャビティ面４１４はパーティング面４１０と同一
平面上に位置している。キャビティ４２０は、図１１に
示すように、第一型４０４および第二型４０６のパーテ
ィング面４１０，４１２に平行な方向に複数個で並んで
設けられ、１回の溶湯の注入で、複数個のシュー素材１
６０が一挙に鋳造される。各キャビティ４２０の上端部
（第一型４０４側）は、湯道４３０を経て、注湯口を有
するスリーブ４３４の内部空間に連通させられている。
湯道４３０は、スリーブ４３４の内部空間に連通する１
本の湯道から複数に分岐させられて、各キャビティ４２
０の上端部に連通させられている。第二型４０６のパー
ティング面４１２には、横断面形状が半円形をなす溝が
形成され、パーティング面４１０，４１２が互いに合わ
された状態でパーティング面４１０，４１２に平行に延
びる湯道４３０が形成される。湯道４３０の各キャビテ
ィ４２０側の端部には、他の部分よりも横断面積が小さ
いゲート４３８が形成されている。スリーブ４３４は概
して円筒状をなし、第二型４０６に保持されている。ス
リーブ４３４には、プランジャ４４０の先端に設けられ
たプランジャ４４０より大径のプランジャチップ４４２
が摺動可能に嵌合されている。プランジャ４４０は、プ
ランジャ駆動装置によりスリーブ４３４内を移動させら
れる。プランジャ駆動装置としては、流体圧シリンダの
一種である油圧シリンダが好適である。これらスリーブ
４３４，プランジャ４４０，プランジャチップ４４２，
上記プランジャ駆動装置が、注湯口から注がれた金属
（本実施形態の場合アルミニウムを主成分とし、シリコ
ンを１０重量％以上含有するアルジル合金）の溶湯をキ
ャビティ４２０に射出する射出装置を構成している。

【００３４】本実施形態における鋳造工程においては、
第一，第二型４０４，４０６が型締めされてパーティン
グ面４１０，４１２同士が密着させられた状態で、スリ
ーブ４３４の注湯口からアルジル合金の溶湯が注入さ
れ、プランジャチップ４４２がキャビティ４２０に向か
って前進させられ、溶湯が湯道４３０および狭いゲート
４３８を通ってキャビティ４２０内に注入される。溶湯
がキャビティ４２０に充満した後もプランジャチップ４
４２が駆動され続け、キャビティ４２０内の溶湯が十分
な圧力下で凝固させられる。

【００３５】キャビティ４２０への溶湯充填完了後、設
定時間の間シュー素材１６０の固化が待たれ、第一型４
０４が第二型４０６から離間させられる。そして、シュ
ー素材１６０が取り出されるのであるが、湯道４３０，
ビスケット等の方案部も、製品部たるシュー素材１６０
につながった状態で第二型４０６に保持されている。し
たがって、型開き後に図示を省略する押出装置が作動さ
せられ、キャビティ面４１６により画定される凹部から
押し出される。その後、個々のシュー素材１６０に切り
離され、成形工程，機械加工工程，表面粗さ改善工程お
よび被覆工程を経ることは、前記図１〜図８に示す実施
形態と同じであるため、ここでは説明を省略する。本実
施形態においても、シリコンを１０重量％以上含有する
アルジル合金からなるシュー７６を、容易にかつ精度良
く製造することができる。

【００３６】本発明を、斜板との係合部の両側に頭部を
有する両頭ピストンを備える斜板式圧縮機を含む、固定
容量型斜板式圧縮機に適用することも可能である。固定
容量型斜板式圧縮機の球冠状シューは、一般的に、シュ
ーの平面部が摩耗した場合でも摺動面の面積が減少しな
いようにする等の理由で半球より高さの高いものとされ
る。

【００３７】また、本発明に係るシュー素材を、上記鋳
造法以外の方法、例えば、キャビティ内の空気を真空装
置で吸引除去する真空法や、キャビティ内の空気を酸素
に置換し、溶湯のキャビティへの流入時に溶湯と酸素と
を反応させてキャビティ内の気体を消滅させるポアフリ
ーダイカスト法や、本出願人による特願平１１−１６９
５６４号に記載のダイカスト法のように、キャビティ内
の空気を真空装置で吸引除去した後、キャビティ内の空
気を酸素に置換する方法等の種々の鋳造法により鋳造す
ることも可能である。

【００３８】以上、本発明のいくつかの実施形態を詳細
に説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明は、前記
〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効
果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識
に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である製造方法により製造
された球冠状シューを備える斜板式圧縮機を示す正面断
面図である。

【図２】上記球冠状シューの正面図である。

【図３】上記球冠状シューの製造方法の鋳造工程を示す
正面断面図である。

【図４】上記鋳造工程を示す平面図である。

【図５】上記球冠状シューの製造方法の無用部除去工程
を説明するための正面図である。

【図６】上記球冠状シューの製造方法の成形工程の成形
前の状態を示す正面断面図である。

【図７】上記球冠状シューの製造方法の成形工程の成形
後の状態を示す正面断面図である。

【図８】上記球冠状シューの製造方法の被覆工程を経た
球冠状シューを示す正面断面図である。

【図９】本発明の別の実施形態である製造方法に使用さ
れるシュー素材を示す正面図である。

【図１０】本発明のさらに別の実施形態である製造方法
の鋳造工程を示す正面断面図である。

【図１１】上記鋳造工程を示す平面図である。

【符号の説明】

７６：シュー １３２：球面部 １３８：平面部
１６０：シュー素材 １６２：成形品 １８０：鋳造金型 １８２：固定
型 １８４：第一可動型 １８６：第二可動型
１９０，１９２，１９４，１９６：パーティング面
２００，２０２：キャビティ面 ２０４：キャビティ
２３０：冷却通路 ２４０：突起 ２５０：鍛
造金型 ２６６，２６８：型面 ２８０：中間製品
３００：シュー素材 ３１０：成形品 ４０
０：鋳造金型 ４０４：第一型 ４０６：第二型 ４１０，４１
２：パーティング面 ４１４，４１６：キャビティ面 ４２０：キャビティ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨士田 義夫 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 平井 秀敏 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 平野 俊彦 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 3H076 AA06 BB00 CC33 4E087 AA08 BA04 BA20 BA24 CA11 DB04 HA62

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウムを主体とする材料により、
   ほぼ平面と凸曲面とを備えて、製品たる球冠状シューに
   近い形状のシュー素材を鋳造する鋳造工程と、 その鋳造工程において鋳造されたシュー素材を、プレス
   加工によりほぼ平面とほぼ凸球面とを有してほぼ球冠状
   をなす成形品に成形する成形工程とを含む球冠状シュー
   の製造方法。
2. 【請求項２】 前記鋳造工程がダイカスト工程である請
   求項１に記載の球冠状シューの製造方法。
3. 【請求項３】 前記鋳造工程が、シュー素材の前記平面
   の側から前記凸曲面の側へ凝固を進行させる一方向凝固
   鋳造工程である請求項１に記載の球冠状シューの製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記鋳造工程が、前記凸曲面が凸球面に
   近い形状を有し、前記成形品より高くかつ細いシュー素
   材を鋳造する工程である請求項１ないし３のいずれかに
   記載の球冠状シューの製造方法。
5. 【請求項５】 前記鋳造工程が、縦断面形状が概して等
   脚台形の両肩部を丸めた形状を有し、前記成形品より低
   くかつ細いシュー素材を鋳造する工程である請求項１な
   いし３のいずれかに記載の球冠状シューの製造方法。