JP2003191042A - 段部付押出し溝を有する閉塞鍛造金型、該閉塞鍛造金型を用いた閉塞鍛造方法、及び該閉塞鍛造方法により成形された成形品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度且つ低背圧荷重での鍛造を可能とする
押出し溝に段部を有する閉塞（背圧付加）鍛造金型を提
供する。 【解決手段】 本発明は、被加工素材１５を収容する一
対の金型１１，１２０を備え、該一対の金型の内の少な
くとも一方の金型１２０には一部分に段部１２０ａを有
する背面側へ開放した押出し溝１３０が画成され、該押
出し溝１３０に前記背面側から背圧板１４０を挿入して
前記被加工素材１５の押出し方向とは逆方向に背圧力１
７を付与できるようになっている段部付押出し溝を有す
る閉塞鍛造金型１００において、前記押出し溝１３０の
前記段部１２０ａが形成された部分の背面側を、有底形
状（１２０ｂ）としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、押出し溝に段を有
する閉塞（背圧付加）鍛造に関し、特に、スクロール圧
縮機用のスクロールの渦巻き状ラップ部に段付き部が存
在する場合に使用するスクロール鍛造金型と該金型を用
いて鍛造する方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスクロール圧縮機用のスクロール
の閉塞（背圧付加）鍛造法を、図７乃至図１０を用いて
説明する。図７は一般的なスクロールの外観形状を示す
概要図、図８は従来のスクロール閉塞鍛造法に使用する
鍛造金型であって、鍛造前の状態を示す概要図、図９は
従来の鍛造金型を用いてスクロール鍛造した場合の鍛造
初期における素材流動の様子を示す概要図、そして、図
１０は従来の鍛造金型を用いてスクロール鍛造した場合
の鍛造終了時におけるラップ中央部の押出し量不足を示
す概要図である。

【０００３】図７に示すように、エアコンのスクロール
圧縮機の部品であるスクロール１は、円板状の端板２
と、この端板２の一方の側面に突設された渦巻き状のラ
ップ部３と、端板２の他方の側面に突設された環状のフ
ランジ部４とを備えている。渦巻き状のラップ部３に
は、その突設方向の中央付近に段付き部５が設けられて
いる。

【０００４】次に、一般的なスクロールを成形する方法
を説明する。スクロールの鍛造成形手法として、従来、
背圧力を付加した閉塞鍛造法が多く用いられてきた。図
８に示すように、従来のスクロールの閉塞（背圧付加）
鍛造は、上金型１１及び下金型１２からなるスクロール
鍛造金型１０に、所定の材料の被加工素材１５を挿入し
て行われる。上金型１１及び下金型１２は、スクロール
形状の成形品を鍛造し得るような所定の空間を有する金
型であるが、スクロール１のラップ部３（図７参照）に
対応する下金型１２のラップ溝１３は、外向きに開放さ
れている。そして、このラップ溝１３全周に渡って、背
圧板１４が挿入配置されている。

【０００５】このような金型１０において、所定の成形
荷重１６を付加しながら上金型１１を下降させると、被
加工素材１５が下金型１２のラップ溝１３へ押出され
て、スクロール形状に成形されるが、この時、背圧板１
４によって被加工素材１５の押出し方向とは逆の方向に
背圧力１７が付与され、全体的なラップ部３の押出し量
を揃えながら成形することができる。ただし、この場
合、背圧力１７は、成形加重１６より小さい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ラップ
部３の中央部分に段付き部５が配設されたスクロール１
を、図８に示す従来の中央段部１２ａ付の鍛造金型を使
用した背圧付加法で鍛造すると、図９に示すように、ラ
ップ溝１３の中央段部１２ａが存在する部分に押出され
た被加工素材１５の流動は、成形初期において背圧板１
４によって阻害される。その後、背圧板１４が中央段部
１２ａより下方に移動すると、段付き部５に相当する部
分の被加工素材１５は、下金型１２の中央段部１２ａか
ら素材流動に対して大きな流動抵抗を受ける。結果的
に、ラップ部３の段付き部５の押出し量は、その他の段
なし部分に比べて少なくなる。すなわち、段付き部５の
ある部分のラップ部３が十分に押し出されずに、図１０
に示すような空隙１８が背圧板１４と被加工素材１５と
の間に画成されてしまい、成形不良を生じるという問題
点があった。

【０００７】鍛造成形後には、全体のラップ部３の高さ
を揃えるために切削を施しているが、ラップ部３の高さ
精度が悪いほど切削代を多くとる必要がある。従って、
切削時間が長く、かつ材料歩留まりが悪くなるために、
コストアップにつながってしまうということが知られて
いた。

【０００８】また、段付き部５の押出し量を段のない部
分と同等にするためには、背圧力１７の増加が効果的で
あるが、ラップ部３全体の高さ精度を±０．５ｍｍ以下
とするための背圧力１７は、段なしスクロールの場合に
比べて２倍以上になってしまう。このように背圧力１７
が高ければ、金型１０の寿命の低下を招き、製品のコス
トアップに繋がってしまうことも知られていた。一方、
金型１０の寿命向上を目的として低背圧力成形すれば、
ラップ部３の高さ精度が悪くなり、上述したように、切
削代が多くなって素材歩留まりの低下と切削コスト増大
によるコストアップに繋がってしまう。

【０００９】従って、本発明は、上述した従来の技術の
問題を解決するためになされたもので、高精度且つ低背
圧荷重での鍛造を可能とする押出し溝に段部を有する閉
塞（背圧付加）鍛造金型を提供することを主な目的とす
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に記載の本発明は、被加工素材を収容する
一対の金型を備え、該一対の金型の内の少なくとも一方
の金型には一部分に段部を有する背面側へ開放した押出
し溝が画成され、該押出し溝に前記背面側から背圧板を
挿入して前記被加工素材の押出し方向とは逆方向に背圧
力を付与できるようになっている段部付押出し溝を有す
る閉塞鍛造金型において、前記押出し溝の前記段部が形
成された部分の背面側を、有底形状としたことを特徴と
する。

【００１１】このような構成により、押出し溝の段部が
形成された部分における被加工素材の素材流動は、成形
初期において背圧板によって阻害されることがなく、段
部の無い押出し溝の他の部分に比べて優先的に押し出さ
れ、その後、被加工素材が段部より下の押出し溝へ押し
出され始めると、段部から素材流動に対して大きな抵抗
を受けるために、素材流動速度は急激に低下するが、段
部に接触する以前の優先的な押出しによって、より低荷
重な背圧力での高精度鍛造が可能となる。

【００１２】本発明の金型が適用されるものとしては、
スクロール圧縮機の部品であるスクロールを鍛造する際
の金型が好適であり、そのために、前記一対の金型は、
上金型及び下金型からなるスクロール鍛造金型であり、
前記押出し溝は、ラップ溝である。

【００１３】本発明の別の局面によると、閉塞鍛造方法
は、（ｉ）請求項１または２記載の閉塞鍛造金型を準備
し、（ｉｉ）前記一対の金型の間に前記被加工素材を挿
入し、（ｉｉｉ）前記背圧板により前記背圧力を作用さ
せながら、前記一対の金型の内の他方の金型の背面側か
ら成形荷重を付加して該他方の金型を前記一方の金型に
向かって摺動させて前記被加工素材を加工して成形品を
形成し、（ｉｖ）所定時間経過後に前記他方の金型を前
記一方の金型から取り外し、そして、（ｖ）前記成形品
を前記一方の金型から取出す工程からなることを特徴と
する。

【００１４】このような構成により、上述した段部付押
出し溝を有する閉塞鍛造金型の場合と同様の作用効果が
得られ、より低荷重で且つ低背圧力の鍛造が可能とな
る。

【００１５】また、該閉塞鍛造方法を使用して段付き押
出し部を有する成形品、特に、スクロール圧縮用のラッ
プ部付スクロールを成形すると、低荷重で高精度の製品
が形成され、信頼性の高い成形品が得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適な実施の形態
を、添付図面を参照しながら説明するが、図中、同一符
号は、同一又は対応部分を示すものとする。図１は、本
発明に係る閉塞鍛造金型の断面概略図であって、鍛造前
の状態を示している。

【００１７】図１に示す本発明に係るスクロール鍛造金
型１００は、従来のスクロール鍛造用のスクロール鍛造
金型１０（図８参照）とは、下金型１２０のラップ溝１
３０の中央付近おける中央段部１２０ａが形成された部
分の背面側の背圧板１４０を排除し、所謂「ドン突き形
状」とした点が異なるだけで、他の部分は同一であるの
で、同一部分についての詳細は省略する。

【００１８】この「ドン突き形状」を詳述するに、下金
型１２０の中央段部１２０ａが形成された部分の背圧板
１４０を挿入する背面側には、底部１２０ｂが形成され
ており、閉塞された有底形状になっている。そのため、
この底部１２０ａが存在する部分には、背圧板１４０が
存在せず、鍛造中に背圧力が付加されないようになって
いる。

【００１９】次に、図２及び図３を用いて、鍛造中にお
ける被加工素材１５の素材流動の様子を説明する。図２
は、図１に示す閉塞鍛造金型を用いてスクロール鍛造を
実施する場合の鍛造初期における素材流動を示す概要図
であり、そして、図３は、図１に示す閉塞鍛造金型を用
いてスクロール鍛造を実施する場合の鍛造終了時におけ
る素材充填状況を示す概要である。

【００２０】本発明に係るスクロール鍛造金型１００を
用いた場合、図２に示すように、所定の成形荷重１６を
付加しながら上金型１１を下降させると、被加工素材１
５が下金型１２０のラップ溝１３０へ押出されるが、こ
の時、ラップ溝１３０の中央部の中央段部１２０ａ付近
の被加工素材１５の素材流動は、成形初期において背圧
板１４０に阻害されることが無く、段部の無い他の部分
に比べて優先的に押出される。換言すれば、底部１２０
ｂを有しない他の部分のラップ溝１３０では、背圧板１
４０によって被加工素材１５の押出し方向とは逆の方向
に背圧力１７が付与されているため、被加工素材１５の
押出し量が制限される。

【００２１】その後、被加工素材１５が中央段部１２０
ａより下のラップ溝１３０へ押し出され始めると、中央
段部１２０ａから被加工素材１５の素材流動に対して大
きな抵抗を受けるために、素材流動速度は急激に低下す
るが、中央段部１２０ａに接触する以前の優先的な押出
しによって、底部１２０ｂを有する部分と、他の部分と
における被加工素材１５の押出し量がほぼ均一になる
（図３参照）。

【００２２】次に、従来のスクロール鍛造金型１０と本
発明に係るスクロール鍛造金型１００を用い、同程度の
背圧力を用いてスクロール鍛造する場合における、鍛造
された成形品のラップ部の中央の段付き部（図７参照）
と、それ以外の段なし部（背圧付加部）との、ラップ高
さ及び上金型下降量の関係を、各々図４及び図５に示
す。図４は、従来のスクロール鍛造金型１０を用いた場
合のグラフであり、図５は、本発明に係るスクロール鍛
造金型１００を用いた場合のグラフである。

【００２３】まず、図４を参照するに、従来のスクロー
ル鍛造金型１０を用いて鍛造する場合、鍛造初期は、ラ
ップ部の中央部のみ背圧板と金型との隙間に被加工素材
が若干流動するため、ラップ部の中央部のラップ高さ
は、段なし部分に比べて僅かに高いが、鍛造後半にラッ
プ部の中央部の素材流動速度が急激に低下し、鍛造終了
時には、ラップ部の中央段付き部の被加工素材は、段な
し部分に比べて押出し量が少なく、成形品のラップ高さ
精度が悪いことが分かる。

【００２４】一方、図５を参照するに、本発明に係るス
クロール鍛造金型１００を用いてスクロール鍛造する場
合、鍛造初期にラップ部の中央部の段付き部の被加工素
材がその他の背圧付加部に比べて優先的に押し出され
る。ラップ部の中央部の段付き部の素材流動速度は、被
加工素材が中央段部に接触した後に若干低下するが、鍛
造初期の優先的な押出しによってラップ部の中央部の段
付き部とその他背圧付加部のラップ高さは、終始逆転す
ることがない。又、ラップ部の中央部の段付き部のラッ
プ高さが鍛造終了間際までその他背圧付加部より高くて
も、ラップ部の中央部の段付き部に対応する下金型は、
鍛造後のラップ高さ精度が理論上±０．１ｍｍとなるよ
うに予め計算された溝深さにおいてドン突き形状にして
あるため、ラップ部の中央部の段付き部の被加工素材
は、下金型に充填され、最適な高さを得ることができる
ようになっているのが分かる。

【００２５】さらに、図６に本発明のスクロール鍛造金
型１００と従来のスクロール鍛造金型１０とを用いてス
クロール鍛造した場合の背圧力とラップ高さ精度との関
係を示す。この図より、ラップ高さ精度を±０．５ｍｍ
以下にできる背圧力は、本発明のスクロール鍛造金型１
００の場合、約１５トン以上であり、従来のスクロール
鍛造金型１０の場合、約２７トン以上であり、本発明の
金型で鍛造することによって、より低背圧荷重で高精度
な鍛造が可能となることが分かる。

【００２６】以上のようなスクロール鍛造金型１００を
用いた閉塞鍛造方法を簡単に説明する。まず、図１に示
すようなスクロール鍛造金型１００を準備し、このスク
ロール鍛造金型１００を構成する上金型１１と下金型１
２０との間に被加工素材１５を挿入する。次に、ラップ
溝１３０に挿入された背圧板１４０により背圧力１７を
作用させながら、成形荷重１６を付加して上金型１１を
下金型に向かって摺動させて、被加工素材１５を所定の
形状、この実施形態においてはスクロール形状に加工し
て成形品を形成する（図３参照）。それから、所定時間
経過後に上金型１１を下金型１２０から取り外し、最後
に、成形品を下金型１２０から取出すことにより行われ
る。

【００２７】このようにして、本発明に係るスクロール
鍛造金型１００を用いて段付きスクロールの閉塞鍛造を
行うと、成形初期の段部素材流動を改善でき、被加工素
材１５が中央段部１２０ａから抵抗を受ける前に、段な
し部分に比べて素材をより多く押し出すことが可能とな
る。従って、本発明の閉塞鍛造方法を用いれば、より低
荷重・高精度鍛造が可能となる。

【００２８】また、段付きスクロールの閉塞鍛造を行う
場合、従来の背圧付加法では、ラップ高さ精度を±０．
５ｍｍ以下とできる背圧力は、２７トン以上であるが、
本発明の閉塞鍛造方法では、約１５トンである。従っ
て、本発明により低荷重・高精度鍛造が可能であること
が証明出来た。

【００２９】以上、本発明を、スクロール圧縮機の部品
であるスクロールを鍛造する場合について説明したが、
本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、例
えば、スクロール鍛造以外の押出し溝内に段部を有する
総ての閉塞（背圧付加）鍛造方法についても、同様に適
用することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、段部付押出し溝を有する閉塞
鍛造金型における、押出し溝の段部が形成された部分の
背面側を、有底形状としたことにより、押出し溝の段部
が形成された部分における被加工素材の素材流動が、成
形初期において背圧板によって阻害されることがなく、
段部の無い押出し溝の他の部分に比べて優先的に押し出
され、その後、被加工素材が段部より下の押出し溝へ押
し出され始めると、段部から素材流動に対して大きな抵
抗を受けるために、素材流動速度は急激に低下するが、
段部に接触する以前の優先的な押出しによって、より低
荷重な背圧力での高精度鍛造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る閉塞鍛造金型の断面概略であっ
て、鍛造前の状態を示す概要図である。

【図２】 図１に示す閉塞鍛造金型を用いてスクロール
鍛造を実施する場合の鍛造初期における素材流動を示す
概要図である。

【図３】 図１に示す閉塞鍛造金型を用いてスクロール
鍛造を実施する場合の鍛造終了時における素材充填状況
を示す概要である。

【図４】 従来の鍛造金型を用いてスクロール鍛造する
場合における、鍛造された成形品のラップ部の中央部の
段付き部とそれ以外の段なし部（背圧付加部）との、ラ
ップ高さ及び上金型下降量の関係を示すグラフである。

【図５】 本発明に係る鍛造金型を用いてスクロール鍛
造する場合における、鍛造された成形品のラップ部の中
央部の段付き部とそれ以外の段なし部（背圧付加部）と
の、ラップ高さ及び上金型下降量の関係を示すグラフで
ある。

【図６】 本発明に係る鍛造金型と従来の鍛造金型とを
用いてスクロール鍛造した場合の背圧力とラップ高さ精
度との関係を示すグラフである。

【図７】 一般的なスクロールの外観形状を示す概要図
である。

【図８】 従来のスクロール閉塞鍛造法に使用する鍛造
金型であって、鍛造前の状態を示す概要図である。

【図９】 従来の鍛造金型を用いてスクロール鍛造した
場合の鍛造初期における素材流動の様子を示す概要図で
ある。

【図１０】 従来の鍛造金型を用いてスクロール鍛造し
た場合の鍛造終了時におけるラップ中央部の押出し量不
足を示す概要図である。

【符号の説明】

１…スクロール、２…端板、３…ラップ部、４…フラン
ジ部、５…段付き部、１０…スクロール鍛造金型、１１
…上金型、１２…下金型、１２ａ…中央段部、１３…ラ
ップ溝、１４…背圧板、１５…被加工素材、１６…成形
荷重、１７…背圧力、１８…空隙、１００…スクロール
鍛造金型、１２０…下金型、１２０ａ…中央段部、１２
０ｂ…底部、１３０…ラップ溝、１４０…背圧板。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工素材を収容する一対の金型を備
   え、該一対の金型の内の少なくとも一方の金型には一部
   分に段部を有する背面側へ開放した押出し溝が画成さ
   れ、該押出し溝に前記背面側から背圧板を挿入して前記
   被加工素材の押出し方向とは逆方向に背圧力を付与でき
   るようになっている段部付押出し溝を有する閉塞鍛造金
   型において、 前記押出し溝の前記段部が形成された部分の背面側を、
   有底形状としたことを特徴とする閉塞鍛造金型。
2. 【請求項２】 前記一対の金型は、上金型及び下金型か
   らなるスクロール鍛造金型であり、 前記押出し溝は、ラップ溝である請求項１記載の閉塞鍛
   造金型。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の閉塞鍛造金型を
   準備し、 前記一対の金型の間に前記被加工素材を挿入し、 前記背圧板により前記背圧力を作用させながら、前記一
   対の金型の内の他方の金型の背面側から成形荷重を付加
   して該他方の金型を前記一方の金型に向かって摺動させ
   て前記被加工素材を加工して成形品を形成し、 所定時間経過後に前記他方の金型を前記一方の金型から
   取り外し、そして、 前記成形品を前記一方の金型から取出す工程からなる閉
   塞鍛造方法。
4. 【請求項４】 請求項３の閉塞鍛造方法により成形され
   た段付き押出し部を有する成形品。
5. 【請求項５】 スクロール圧縮用のラップ部付スクロー
   ルである請求項４に記載の成形品。