JP2020131217A

JP2020131217A - スクロール部材用鍛造品

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Publication number: JP2020131217A
Application number: JP2019025459A
Authority: JP
Inventors: 一民宮下; Kazumi Miyashita
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2020-08-31
Anticipated expiration: 2039-02-15
Also published as: JP7215923B2; JP2023009092A

Abstract

【課題】十分な強度を確保しつつ、軽量化を図ることができるスクロール部材用鍛造品を提供する。【解決手段】本発明は、ベースプレート部１１と、ベースプレート部１１の一面に一体に突出された渦巻形状の羽根部１２と、ベースプレート部１１の一面に突設され、かつ羽根部１２の外周を囲うように配置されたハウジング部１３とを備えたアルミニウム合金製のスクロール部材用鍛造品を対象とする。ハウジング部１３における外周面付近を構成する結晶粒が、内周面付近を構成する結晶粒よりも微細化されて、ハウジング部１３の外周面付近に微細粒領域Ｒ２が形成されている。【選択図】図２

Description

この発明は、例えば自動車用エアコンディショナーのコンプレッサーとして好適に用いられるスクロール部材用鍛造品およびその関連技術に関する。

近年、ハイブリッド車、電気自動車（ＥＶ）等、自動車の電動化に伴い、自動車用エアコンディショナー（エアコン）のコンプレッサーとしてスクロール型コンプレッサーが多く用いられている。スクロール型コンプレッサーを構成するスクロール部材は、冷媒の圧縮に伴い発生する圧力に耐えるための強度、高い回転数に対応するための耐久性および耐摩耗性、さらに燃費向上のための軽量化が求められており、これらの理由から比強度が高いアルミニウムの鍛造品が多く用いられている。

下記特許文献１等に示すようにスクロール部材としての例えば固定スクロールは、ベースプレート部と、そのベースプレート部の一面に突設された渦巻形状の羽根部と、ベースプレート部の一面に突設され、かつ羽根部の外周に沿って配置された外周壁としてのハウジング部とを備えた鍛造品によって構成されている。

スクロール部材としての鍛造品を製作するための鍛造装置としては下記特許文献２等に示すものが周知である。

このような鍛造装置の一般的なものは図６に示すように、下金型（ダイス）８１と、下金型８１の上方に設けられた上金型（パンチ）８２とを備えている。

下金型８１の成形凹部の底部には、スクロール部材の羽根根部を成形するための渦巻状の羽根部成形溝８４と、その羽根部成形溝８４の外周に設けられ、かつハウジング部を成形するためのハウジング部成形凹部８５とが形成されている。

この鍛造装置によりスクロール部材を製造する場合図６（ａ）に示すように、下金型８１に対し上金型８２を上昇させた状態で、下金型８１上に鍛造素材（ワーク）Ｗを設置する。

その状態から同図（ｂ）に示すように、上金型８２を降下させてワークＷを加圧する。これにより加圧されたワークＷとしての金属材料（メタル）が塑性流動して、下金型８１の羽根部成形溝８４内およびハウジング部成形凹部８５に流入していく。

そして上金型８２の打込が完了すると同図（ｃ）に示すように、金属材料が羽根部成形溝８４およびハウジング部成形凹部８５の全域に充填されて羽根部１２およびハウジング部１３が成形されるとともに、下金型８１の羽根部成形溝８４およびハウジング部成形凹部８５の上側と、上金型８２との間に充填された金属材料によってベースプレート部１１が成形される。

こうしてスクロール部材１としての鍛造品が製造されるものである。なお参考までにこのようなスクロール部材１は例えば、そのハウジング部１３のほぼ全域が図７に示すように金属材料が塑性流動して成形された鍛造組織領域Ｒ１によって構成されている。

特開２０１６−２３６１２号特開平６−１１４４８９号

ところで上記従来のスクロール部材１において、軽量化を図るためには、ハウジング部１３の厚みを薄くするのが好ましい。その一方、スクロール部材１を実際に使用する場合には、ハウジング部１３に孔を空けてボルトによる締付処理を行う必要があるため、ハウジング部１３には所定の強度が必要である。

しかしながら、従来のスクロール部材１は、ハウジング部１３が塑性流動による鍛造組織領域Ｒ１によって構成されているため、ハウジング部１３の厚みを薄くしようとすると、ハウジング部１３に所定の強度を確保することができず、軽量化を図ることが困難であるという課題があった。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、十分な強度を確保しつつ、軽量化を図ることができるスクロール部材用鍛造品およびその関連技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、以下の手段を提供するものである。

［１］ベースプレート部と、前記ベースプレート部の一面に一体に突出された渦巻形状の羽根部と、前記ベースプレート部の一面に突設され、かつ前記羽根部の外周を囲うように配置されたハウジング部とを備えたアルミニウム合金製のスクロール部材用鍛造品であって、
前記ハウジング部における外周面付近を構成する結晶粒が、内周面付近を構成する結晶粒よりも微細化されて、前記ハウジング部の外周面付近に微細粒領域が形成されていることを特徴とするスクロール部材用鍛造品。

［２］前記ハウジング部における前記微細粒領域の平均結晶粒径が、内周面付近の平均結晶粒径に対し１／２以下に調整されている前項１に記載のスクロール部材用鍛造品。

［３］ベースプレート部と、前記ベースプレート部の一面に一体に突出された渦巻形状の羽根部と、前記ベースプレート部の一面に突設され、かつ前記羽根部の外周を囲うように配置されたハウジング部とを備えたアルミニウム合金製のスクロール部材用鍛造品を製造するための方法であって、
型鍛造によって前記ハウジング部の原形部としてのハウジング原形部を成形する第１工程と、
しごき用ダイによって前記ハウジング原形部の外周面をしごき加工して前記ハウジング部を成形する第２工程と、
型鍛造によって前記ベースプレート部および前記羽根部を成形する第３工程とを含むことを特徴とするスクロール部材用鍛造品の製造方法。

［４］前記第１工程に続いて、前記第２工程および前記第３工程を並行して行うようにした前項３に記載のスクロール部材用鍛造品の製造方法。

［５］前記第２工程のしごき加工におけるしごき率が３０％以上に設定されている前項３または４に記載のスクロール部材用鍛造品の製造方法。

［６］ベースプレート部と、前記ベースプレート部の一面に一体に突出された渦巻形状の羽根部と、前記ベースプレート部の一面に突設され、かつ前記羽根部の外周を囲うように配置されたハウジング部とを備えたアルミニウム合金製のスクロール部材用鍛造品を製造するための装置であって、
前記ハウジング部の原形部としてのハウジング原形部を鍛造加工し、かつ前記ベースプレート部および前記羽根部を鍛造加工する鍛造金型と、
前記ハウジング原形部の外周面をしごき加工して前記ハウジング部を成形するしごき用ダイとを備えることを特徴とするスクロール部材用鍛造品の製造装置。

［７］プレス加工用の第１および第２金型と、両金型の外周に設けられ、かつ両金型の軸心に沿って摺動自在なアウターダイとを備え、
前記第１金型のプレス成形面に、前記羽根部を成形するための羽根部成形部が形成され、
前記アウターダイにおける前記第２金型側の内周面が、前記ハウジング原形部の外周面を成形するための鍛造用ダイとして構成されるとともに、その鍛造用ダイ、前記第１および第２金型によって前記鍛造金型が構成され、
前記アウターダイにおける第１金型側の内周面が、前記ハウジング原形部の外周面をしごき加工するための前記しごき用ダイとして構成され、
前記第１金型の前記羽根部成形部の外側に前記アウターダイの前記鍛造用ダイを対応させた状態で、前記第１および第２金型のプレス加工により両金型間の金属素材を加圧して塑性流動させて、その金属素材を構成する金属材料を前記羽根部成形部の外側と前記鍛造用ダイとの間に充填させることにより、前記ハウジング原形部を成形するとともに、
前記アウターダイを前記第１金型に対し前記第２金型側に摺動させて、前記しごき用ダイによって前記ハウジング原形部の外周面をしごき加工して、前記ハウジング部を成形するようにしたことを特徴とする前項６に記載のスクロール部材用鍛造品の製造装置。

発明［１］［２］のスクロール部材用鍛造品によれば、ハウジング部の外周面付近の領域が、内周面付近の領域よりも結晶粒が微細化された微細粒領域に形成されているため、ハウジング部の強度を十分に向上させることができ、所望の強度を確保しつつ、ハウジング部の薄肉化による軽量化を図ることができる。

発明［３］〜［５］によれば、上記発明のスクロール部材用鍛造品を確実に製造できる製造方法を提供することができる。

発明［６］［７］によれば、上記発明のスクロール部材用鍛造品を確実に製造できる製造装置を提供することができる。

図１はこの発明の実施形態であるスクロール部材を示す断面図である。図２は実施形態のスクロール部材におけるハウジング部の金属組織を説明するための断面図であって、図（ａ）は成形後の断面図、図（ｂ）は成形途中での断面図である。図３Ａは実施形態のスクロール部材を製造するための製造装置における成形開始直前の状態を示す模式断面図である。図３Ｂは実施形態の製造装置における成形開始直後の状態を示す模式断面図である。図３Ｃは実施形態の製造装置における成形途中の状態を示す模式断面図である。図３Ｄは実施形態の製造装置における成形完了直後の状態を示す模式断面図である。図４Ａはこの発明の変形例であるスクロール部材の製造装置における成形開始直前の状態を示す模式断面図である。図４Ｂは変形例の製造装置における成形開始直後の状態を示す模式断面図である。図４Ｃは変形例の製造装置における成形途中の状態を示す模式断面図である。図４Ｄは実施形態の製造装置における成形完了直後の状態を示す模式断面図である。図５Ａはこの発明のスクロール部材を製造する手順の第１の例を示すフローチャートである。図５Ｂはこの発明のスクロール部材を製造する手順の第２の例を示すフローチャートである。図５Ｃはこの発明のスクロール部材を製造する手順の第３の例を示すフローチャートである。図５Ｄはこの発明のスクロール部材を製造する際の鍛造加工の第１の例を示すフローチャートである。図５Ｅはこの発明のスクロール部材を製造する際の鍛造加工の第２の例を示すフローチャートである。図６は従来のスクロール部材を製造するための製造装置を示す模式断面図であって、図（ａ）は成形開始直前の状態の模式断面図、図（ｂ）は成形途中の状態の模式断面図、図（ｃ）は成形完了直後の状態の模式断面図である。図７は従来のスクロール部材におけるハウジング部の金属組成を説明するための断面図である。

図１はこの発明の実施形態であるスクロール部材１としての固定スクロールを示す断面図である。同図に示すようにこのスクロール部材１は、ベースプレート部１１と、ベースプレート部１１の一面である正面に突設された渦巻状の羽根部１２と、ベースプレート部１１の正面における外周部に突設され、かつ羽根部１２の外周を囲うように配置された外周壁としてのハウジング部１３とを備えた一体成形品によって構成されている。

なお発明の名称として用いられているスクロール部材用鍛造品は、主として鍛造によって構成されるスクロール部材と実質的に同義であり、本実施形態においてスクロール部材に相当する用語である。

本実施形態のスクロール部材１は、図２（ａ）に示すようにハウジング部１３の外周縁部からベースプレート部１１の外周縁部にかけての領域（外周面付近）が、微細粒領域Ｒ２に形成されるとともに、ハウジング部１３における微細粒領域Ｒ２より内側の領域（内周面付近）が塑性流動による鍛造組織領域Ｒ１に形成されている。

本実施形態において微細粒領域Ｒ２は、後に詳述するしごき加工によって形成された領域であり、塑性流動のみによる鍛造組織領域Ｒ１等の他の領域に比べて、微細化された結晶粒が緻密に配置された結晶組織によって構成されている。このため本実施形態のスクロール部材１におけるハウジング部１３は、強度を十分に向上させることができる。従ってハウジング部１３の肉厚を薄く形成したとしても、スクロール部材１として必要な強度を十分に確保することができるとともに、軽量化を図ることができる。

ここで本実施形態においては、微細粒領域Ｒ２の平均結晶粒径を３０μｍ以下に設定するのが良く、より好ましくは１０μｍ以下に設定するのが良い。換言すると、微細粒領域Ｒ２の平均結晶粒径を、鍛造組織領域Ｒ１の平均結晶粒径に対し、１／２以下に設定するのが良く、より好ましくは１／１０以下に設定するのが良い。すなわち微細粒領域Ｒ２の平均結晶粒径が上記の特定値に調整されることによって、ハウジング部１３の薄肉化による軽量化を図りつつ、所望の強度を確実に確保することができる。

なお本実施形態において平均結晶粒径の測定方法は、Ｈｅｙｗｏｏｄ円相当径によるものである。

参考までに塑性流動のみによる鍛造組織領域Ｒ１の平均結晶粒径は３０μｍ超〜５００μｍ程度である。

図３Ａ〜図３Ｄはこの発明の実施形態のスクロール部材１を製造するための製造装置を示す断面図である。これらの図に示すようにこの製造装置は、ケーシング２０と、第１金型としての下金型（ダイス）２１と、第２金型としての上金型（パンチ）２５と、両金型２１，２５の外周に配置されるアウターダイ３とを備えている。

ケーシング２０は、上方が開口されており、そのケーシング２０の底面に下金型２１が固定されている。

下金型２１の上面側のプレス成形面（上金型との対向面）には、スクロール部材１の羽根部１２を成形するための螺旋状の羽根部成形溝２３を有する羽根部成形部２２が設けられている。羽根部成形部２２の外周面は、スクロール部材１におけるハウジング部１３の内周面を成形する成形面として機能し、羽根部成形部２２の上面は、スクロール部材１におけるベースプレート部１１の一面（正面）を成形するための成形面として機能する。

下金型２１の外周に沿って配置されるアウターダイ３は、略筒状に形成されており、下金型２１に対し軸心を一致した状態でケーシング２０内に配置されている。アウターダイ３は、昇降自在に設けられている。さらにアウターダイ３は、圧力発生装置３７によって所定の荷重で上昇できるように構成されるとともに、アウタースライド３８によってプレート３９を介して下方に降下できるように構成されている。

アウターダイ３は、その内周面における軸心方向の中間部には、上方に向かうに従って内径が次第に大きくなるテーパ部３３が設けられている。そしてアウターダイ３の内周面における下金型（第１金型）２１側、詳細にはテーパ部３３の下端位置よりも下側（テーパ部３３を含まない小径部）がしごき用ダイ３１として構成されている。

本実施形態においては、このしごき用ダイ３１におけるテーパ部３３の下端と近接する位置が、しごき加工用のランド部３２して機能する。なお本実施形態においては、テーパ部３３が、しごき用ダイ３１のアプローチ部として捉えることも可能である。

またアウターダイ３の内周面における上金型（第２金型）２５側、詳細にはテーパ部３３の下端位置から上側（テーパ部３３を含む大径部）が鍛造用ダイ３５として構成されている。鍛造用ダイ３５は、後述するように成形途中のスクロール部材１におけるハウジング原形部１４の外周面を成形する成形部として機能するとともに、スクロール部材１におけるベースプレート部１１の外周面を成形する成形部として機能するものである。

上金型２５は、下金型２１およびアウターダイ３に対し軸心を一致した状態でインナースライド２６を介して昇降自在に支持されている。さらに上金型２５は、所定の荷重を伴って降下してアウターダイ３内に打ち込むことができるように構成されている。

以上のように構成された本実施形態の製造装置においてスクロール部材１を製造する場合には図３Ａに示すように、上金型２５およびアウターダイ３を下金型２１に対し上昇させた状態で、アウターダイ３内における下金型２１の羽根部成形部２２上に、アルミニウム（その合金も含む）製の鍛造素材Ｗを設置する。

その状態で図３Ｂに示すように、アウターダイ３をその鍛造用ダイ３５が下金型２１における羽根部成形部２２に対応する位置まで降下させ、さらに上金型２５を降下させてアウターダイ３内に打ち込んで鍛造素材Ｗを加圧する。

この加圧によって図３Ｃに示すように鍛造素材Ｗを構成する金属材料（メタル）の所要部分が塑性流動し、流動した金属材料が下金型２１の羽根部成形溝２３の一部に流入する。さらに金属材料が下金型２１の羽根部成形部２２の外周面とアウターダイ３の鍛造用ダイ３５との間に充填されて、その充填された金属材料によって、スクロール部材１のハウジング部１３におけるしごき加工前の原形部としてのハウジング原形部１４が成形される（第１工程）。

続いて図３Ｄに示すように、上金型２５を降下させつつ、アウターダイ３を圧力発生装置３７によって所定の圧力で上昇させる。これによりアウターダイ３のしごき用ダイ３１のランド部３２がハウジング原形部１４の外周面に沿って上昇して、ハウジング原形部１４の外周面がしごき加工されて、ハウジング部１３が成形される（第２工程）。さらにそのハウジング部１３の成形（第２工程）とほぼ並行して、金属材料が下金型２１の羽根部成形溝２３内全域に充填されて、羽根部１２が成形されるとともに、上金型２５の降下が停止されて、金属材料が上金型２５の下面（プレス成形面）と、下金型２１の羽根部成形部２２の上面と、アウターダイ３の内周面との間に充填されて、ベースプレート部１１が成形される（第３工程）。

こうして本実施形態の鍛造品としてのスクロール部材１が製造される。このスクロール部材１においては、既述した通り、ハウジング部１３の外周面にしごき加工が施されているため、図２（ａ）に示すようにハウジング部１３の外周縁部の領域が、しごき加工による微細粒領域Ｒ２に形成されている。この微細粒領域Ｒ２は、塑性流動のみよる鍛造組織領域Ｒ１等の他の領域に比べて、微細な結晶粒が緻密に配置された結晶組織によって構成されているため、耐摩耗性等の強度を十分に向上させることができる。従って本実施形態のスクロール部材１においては、ハウジング部１３の薄肉化によって軽量化を図りつつ、十分な強度を確保することができる。

ここで本実施形態において、第２工程でのしごき加工時のしごき率を、３０％以上に設定するのが良く、より好ましくは５０％以上に設定するのが良い。すなわちしごき率を上記の特定の範囲に設定する場合には、しごき加工による微細粒化を確実に図ることができ、ハウジング部１３の薄肉化による軽量化をより確実に図りつつ、所望の強度をより確実に得ることができる。

なお上記実施形態においては、スクロール部材の羽根部を鍛造で成形するに際して、背圧鍛造を採用するようにしても良い。

また上記実施形態においては、第１〜第３工程を１台のプレス装置（製造装置）によって行う場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明においては、第１〜第３工程をそれぞれ別々のプレス装置（金型装置）によって行うようにしても良いし、第１および第３工程の鍛造加工を１台のプレス装置（金型装置）によって行って、第２工程のしごき加工を他のプレス装置によって行うようにしても良い。

図４Ａ〜図４Ｄは本発明に関連したスクロール部材１を製造するための変形例の製造装置を示す断面図である。これらの図に示すようにこの変形例の製造装置が、上記図３Ａ〜図３Ｄに示す実施形態の製造装置と大きく相違する点は、図３Ａ〜図３Ｄの実施形態の製造装置は、前方押出により羽根部１２を成形する装置であるのに対し、この変形例の製造装置は、後方押出により羽根部１２を成形する装置である。

すなわちこの変形例の製造装置は、上金型４１と、下金型４５と、両金型４１，４５の外周に配置されるアウターダイ５とを備えている。なお上記実施形態では、下金型２１が第１金型、上金型２５が第２金型として構成されているが、この変形例においては、上金型４１が第１金型、下金型４５が第２金型として構成されている。本発明においては、上金型および下金型のうち、羽根部成形部を有する金型が第１金型として構成され、残りの金型が第２金型として構成されるものである。

上金型４１は、下金型４５に対し軸心を一致させた状態で、インナースライド４４を介して昇降自在に支持されるとともに、所定の荷重を伴って降下して下金型４５上の鍛造素材（ワーク）Ｗに打ち込むことができるように構成されている。

上金型４１の下面側のプレス成形面（下金型との対向面）には、スクロール部材１の羽根部１２を成形するための螺旋状の羽根部成形溝４３を有する羽根部成形部４２が設けられている。羽根部成形部４２の外周面は、スクロール部材１におけるハウジング部１３の内周面を成形する成形面として機能し、羽根部成形部４２の下面は、スクロール部材１におけるベースプレート部１１の一面（正面）を成形するための成形面として機能する。

上金型４１の外周に沿って配置されるアウターダイ５は、略筒状に形成されており、両金型４１，４５に対し軸心を一致した状態に配置されている。アウターダイ５は、アウタースライド５８を介して昇降自在にかつ所定の荷重で降下できるように構成されている。

アウターダイ５は、その内周面における軸心方向の中間部に下方に向かうに従って内径が次第に大きくなるテーパ部５３が設けられている。そしてアウターダイ５の内周面における上金型（第１金型）４１側、詳細にはテーパ部５３の上端位置よりも上側（テーパ部３３を含まない小径部）がしごき用ダイ５１として構成されている。

この変形例では、しごき用ダイ５１におけるテーパ部５３と近接する位置が、しごき加工用のランド部５２として機能する。なおこの変形例においては、テーパ部５３が、しごき用ダイ５１のアプローチ部として捉えることも可能である。

またアウターダイ５の内周面における下金型（第２金型）側、詳細にはテーパ部５３の上端位置から下側（テーパ部５３を含む大径部）が鍛造用ダイ５５として構成されている。鍛造用ダイ５５は、後述するように成形途中のスクロール部材１におけるハウジング原形部１４の外周面を成形する成形部として機能するとともに、スクロール部材１におけるベースプレート部１１の外周面を成形する成形部として機能するものである。

この変形例の製造装置においてスクロール部材１を製造する場合には図４Ａに示すように、上金型４１およびアウターダイ５を上昇させた状態で、下金型４５上に鍛造素材Ｗを設置する。

その状態で図４Ｂに示すように、まずアウターダイ５を降下させて鍛造素材Ｗの外周に、アウターダイ５の鍛造用ダイ５５を対応させて配置した後、図４Ｃに示すように上金型４１を降下させて鍛造素材Ｗを加圧する。

この加圧によって鍛造素材Ｗを構成する金属材料（メタル）の所要部分が塑性流動し、流動した金属材料が上金型４１の羽根部成形溝４３の一部に流入する。さらに金属材料が上金型４１の羽根部成形部４２の外周面とアウターダイ５の鍛造用ダイ５５との間に充填されて、ハウジング原形部１４が成形される（第１工程）。

続いて図４Ｄに示すように、上金型４１に対しアウターダイ５を所定の荷重で降下させる。これによりアウターダイ５のしごき用ダイ５１のランド部５２がハウジング原形部１４の外周面に沿って降下して、ハウジング原形部１４の外周面がしごき加工されて、ハウジング部１３が成形される（第２工程）。さらにそれと並行して、金属材料が上金型４１の羽根部成形溝４３内全域に充填されて、羽根部１２が成形されるとともに、金属材料が下金型４５の上面と、上金型４１の羽根部成形部４２の下面と、アウターダイ５の内周面との間に充填されてベースプレート部１１が成形される（第３工程）。

こうして製造されたスクロール部材１においても上記実施形態のスクロール部材１と同様、ハウジング部１３の外周付近にしごき加工による高強度の微細粒領域Ｒ２が形成されるため、ハウジング部１３の薄肉化によって軽量化を図りつつ、十分な強度を確保することができる。

ところで上記実施形態および変形例で説明した第１〜第３工程は、しごき加工を含むものの、本発明においてはこれらの第１〜第３工程によるものを広義の鍛造加工として捉えている。図５Ａはその鍛造加工を含むスクロール製品の一連の製造手順の第１の例を示すフローチャートである。

同図に示すように連続鋳造工程において、成分調整された例えばアルミニウム合金溶湯を連続鋳造する。この例では電動スクロールを想定し、例えば直径６０〜９０ｍｍ程度の寸法で鋳造される。

得られた鋳造材は、鋳造時に晶出物の偏析等を均質にするため均質化処理を施すが、均質化処理においては加熱温度を４５０℃〜５２０℃とし、処理時間を０．５時間（ｈｒ）〜６ｈｒとするのが良い。

得られた均質化処理材はピーリング工程を得てピーリング品を得る。鋳造品の鋳造肌を除去する目的で、均質化処理材にピーリングを施す。

ピーリングを施した連続鋳造材を所定の長さ又は所定の重量に切断し、鍛造素材とする。

得られた鍛造素材は鍛造工程を施し鍛造品（スクロール部材）を得る。鍛造工程においては金型温度を１００℃〜３００℃とし、素材温度を３００℃〜５００℃とするのが良い。

得られた鍛造材（スクロール部材）は均質化処理時または鍛造時に固溶していた元素が析出・粒成長するため、再固溶させ過飽和固溶体を得るために溶体化処理を施す。溶体化温度においては加熱温度を４６０℃〜５２５℃とし、溶体化処理時間を０．５ｈｒ〜８ｈｒとするのが良い。

溶体化処理を施した後、過飽和固溶状態を保持するために焼き入れ処理を施すが、焼き入れ処理においては、１０℃〜８０℃の水で急冷するのが良い。

得られた過飽和固溶体は強度を向上させるため人工時効処理を施すが、人工時効処理においては加熱処理温度を１５０℃〜２２０℃とし、処理時間を１ｈｒ〜１８ｈｒとするのが良い。

得られた人工時効処理品は、所定の形状に機械加工にて切削され、半製品形状となる。

得られた半製品形状品は、所定の表面加工を施すが、本事例では例えばショットピーニングを施す。ショットピーニング工程においては、半製品の表面近傍に塑性加工を加え疲労強度を向上させる。砥粒サイズは１ｍｍ以下程度が良く、砥粒種はＳＵＳ３０４、アルミナ等、ピーニング圧力は１ＭＰａ以下とするのが良い。

図５Ｂは本発明に関連した鍛造加工を含む一連の製造手順の第２の例を示すフローチャートである。同図に示すように、連続鋳造工程では、成分調整された例えばアルミニウム合金溶湯を連続鋳造し押出用ビレットを得る。本事例では例えば直径１５０〜３１０ｍｍ程度の寸法で鋳造される。

得られた押出用ビレットは、鋳造時に晶出物の偏析等を均質にするため均質化処理を施すが、均質化処理においては加熱温度を４５０℃〜５２０℃とし、処理時間を０．５時間（ｈｒ）〜６ｈｒとするのが良い。

均質化処理を施した押出用ビレットを所定の長さ又は所定の重量に切断する。切断長さは押出機のコンテナ長さに依存するが、本事例では例えば１０００ｍｍ〜１６００ｍｍ程度とするのが良い。

得られた均質化処理済み押出用ビレットは、必要に応じて所定の直径となるよう面削を行う。間接押出機の場合、鋳造肌の巻き込みを抑制する必要があるため、面削を行う必要があり、直接押出機では鋳造破断の巻き込みは起こらないため通常必要ないが、押出用素材の直径が大きすぎる場合や曲がりが大きい場合等、必要に応じて面削を行う。面削を行う場合、鋳造時の直径に対し１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の面削とするのが良い。

得られた面削済み押出用ビレットは熱間押出工程を得て押出材を得る。押出時は、押出用ビレットは３００℃〜４５０℃とし、押出機コンテナ温度は３００℃〜４００℃、押比は５〜２０、押出製品速度は０．５ｍ／ｍｉｎ〜６ｍ／ｍｉｎとするのが良い。

得られた押出材は、押出後の曲がり矯正のためストレッチ処理を施す。ストレッチの荷重は特に指定しないが、１ｔｏｎ〜３０ｔｏｎ程度とするのが良い。

得られた矯正済み押出材を所定の長さまたは所定の重量に切断し、鍛造素材とした。

得られた鍛造素材は鍛造工程を施し、鍛造品（すくロール部材）を得る。鍛造工程においては金型温度を１００℃〜３００℃とし、素材温度を３００℃〜５００℃とするのが良い。

得られた鍛造材は均質化処理時または鍛造時に固溶していた元素が析出・粒成長するため、再固溶させ過飽和固溶体を得るために溶体化処理を施す。溶体化温度においては加熱温度を４６０℃〜５２５℃とし、溶体化処理時間を０．５ｈｒ〜８ｈｒとするのが良い。

溶体化処理を施したのち、過飽和固溶状態を保持するために焼き入れ処理を施すが、焼き入れ処理においては、１０℃〜８０℃の水で急冷するのが良い。

得られた半製品形状品は、所定の表面加工を施すが、本事例では例えばショットピーニングを施す。ショットピーニング工程においては、半製品の表面近傍に塑性加工を加え疲労強度を向上させる。砥粒サイズは１ｍｍ以下程度が良く、砥粒種はＳＵＳ３０４、アルミナ等、ピーニグ圧力は１ＭＰａ以下とするのが良い。

図５Ｃは本発明に関連した鍛造加工を含む一連の製造手順の第３の例を示すフローチャートである。同図に示すように、連続鋳造工程では、成分調整された例えばアルミニウム合金溶湯を連続鋳造する。本事例では電動スクロールを想定し、例えば直径６０〜９０ｍｍ程度の寸法で鋳造される。

均質化処理を施した連続鋳造材を所定の長さ又は所定の重量に切断し、鍛造素材とした。

図５Ｄは本発明に関連した鍛造加工の第１の例を説明するためのフローチャートである。同図に示すように、上記のように得られた鍛造素材を一定温度に加熱し鍛造前加熱を施す。素材温度は３００℃〜５００℃とするのが良い。

鍛造時の焼き付き防止や鍛造荷重の低減を目的とし、鍛造金型へ潤滑剤の塗布を行う。潤滑剤の種類は特に問わないが、ラード等の動物性油脂やなたね油等の植物性等が挙げられる。潤滑塗布量は特に問わないが、２ｇ〜３０ｇ程度とするのが良い。

鍛造金型への潤滑剤の塗布が完了次第、加熱済み鍛造素材を鍛造金型内に投入し鍛造プレスを実施する。鍛造金型温度は１００℃〜３００℃とするのが良い。

鍛造プレス完了後、ノックにより鍛造品の取り出しを行い、鍛造品（スクロール部材）を得る。

図５Ｄは本発明に関連した鍛造加工の第１の例を説明するためのフローチャートである。同図に示すように、得られた鍛造素材を一定温度に加熱し鍛造前加熱を施す。素材温度は３００℃〜５００℃とするのが良い。

鍛造金型への潤滑剤の塗布が完了次第、加熱済み鍛造素材を鍛造金型内に投入し一次成形として鍛造プレスを実施する。鍛造金型温度は１００℃〜３００℃とするのが良い。

得られた一次成形品を再度鍛造金型へ装填し、鍛造プレスを実施する。鍛造金型温度は１００℃〜３００℃とするのが良い。素材加熱は一次鍛造ままでもよく、再度加熱を施しても良い。再度加熱を施す場合、加熱温度は３００℃〜５００℃とするのが良い。

このように鍛造加工を１次成形と２次成形とに分けて行う場合、上記第１〜第３工程のうち、いずれか１つ以上の工程を１次成形で行って残りの工程を２次成形で行う方法、１次成形で予備成形を行って、上記第１〜第３工程を２次成形で行う方法、上記第１〜第３工程を１次成形で行って、２次成形で仕上げ成形を行う方法等を採用することができる。

この発明のスクロール部材用鍛造品は、スクロール型コンプレッサーのスクロール部品として好適に用いることができる。

１：スクロール部材
１１：ベースプレート部
１２：羽根部
１３：ハウジング部
１４：ハウジング原形部
２１：下金型（第１金型）
２２：羽根部成形部
２３：羽根部成形溝
２５：上金型（第２金型）
２６：インナースライド
３：アウターダイ
３１：しごき用ダイ
３５：鍛造用ダイ
４１：上金型（第１金型）
４２：羽根部成形部
４５：下金型（第２金型）
５：アウターダイ
５１：しごき用ダイ
５５：鍛造用ダイ
Ｒ２：微細粒領域
Ｗ：鍛造素材

Claims

ベースプレート部と、前記ベースプレート部の一面に一体に突出された渦巻形状の羽根部と、前記ベースプレート部の一面に突設され、かつ前記羽根部の外周を囲うように配置されたハウジング部とを備えたアルミニウム合金製のスクロール部材用鍛造品であって、
前記ハウジング部における外周面付近を構成する結晶粒が、内周面付近を構成する結晶粒よりも微細化されて、前記ハウジング部の外周面付近に微細粒領域が形成されていることを特徴とするスクロール部材用鍛造品。
前記ハウジング部における前記微細粒領域の平均結晶粒径が、内周面付近の平均結晶粒径に対し１／２以下に調整されている請求項１に記載のスクロール部材用鍛造品。
ベースプレート部と、前記ベースプレート部の一面に一体に突出された渦巻形状の羽根部と、前記ベースプレート部の一面に突設され、かつ前記羽根部の外周を囲うように配置されたハウジング部とを備えたアルミニウム合金製のスクロール部材用鍛造品を製造するための方法であって、
型鍛造によって前記ハウジング部の原形部としてのハウジング原形部を成形する第１工程と、
しごき用ダイによって前記ハウジング原形部の外周面をしごき加工して前記ハウジング部を成形する第２工程と、
型鍛造によって前記ベースプレート部および前記羽根部を成形する第３工程とを含むことを特徴とするスクロール部材用鍛造品の製造方法。
前記第１工程に続いて、前記第２工程および前記第３工程を並行して行うようにした請求項３に記載のスクロール部材用鍛造品の製造方法。
前記第２工程のしごき加工におけるしごき率が３０％以上に設定されている請求項３または４に記載のスクロール部材用鍛造品の製造方法。
ベースプレート部と、前記ベースプレート部の一面に一体に突出された渦巻形状の羽根部と、前記ベースプレート部の一面に突設され、かつ前記羽根部の外周を囲うように配置されたハウジング部とを備えたアルミニウム合金製のスクロール部材用鍛造品を製造するための装置であって、
前記ハウジング部の原形部としてのハウジング原形部を鍛造加工し、かつ前記ベースプレート部および前記羽根部を鍛造加工する鍛造金型と、
前記ハウジング原形部の外周面をしごき加工して前記ハウジング部を成形するしごき用ダイとを備えることを特徴とするスクロール部材用鍛造品の製造装置。
プレス加工用の第１および第２金型と、両金型の外周に設けられ、かつ両金型の軸心に沿って摺動自在なアウターダイとを備え、
前記第１金型のプレス成形面に、前記羽根部を成形するための羽根部成形部が形成され、
前記アウターダイにおける前記第２金型側の内周面が、前記ハウジング原形部の外周面を成形するための鍛造用ダイとして構成されるとともに、その鍛造用ダイ、前記第１および第２金型によって前記鍛造金型が構成され、
前記アウターダイにおける第１金型側の内周面が、前記ハウジング原形部の外周面をしごき加工するための前記しごき用ダイとして構成され、
前記第１金型の前記羽根部成形部の外側に前記アウターダイの前記鍛造用ダイを対応させた状態で、前記第１および第２金型のプレス加工により両金型間の金属素材を加圧して塑性流動させて、その金属素材を構成する金属材料を前記羽根部成形部の外側と前記鍛造用ダイとの間に充填させることにより、前記ハウジング原形部を成形するとともに、
前記アウターダイを前記第１金型に対し前記第２金型側に摺動させて、前記しごき用ダイによって前記ハウジング原形部の外周面をしごき加工して、前記ハウジング部を成形するようにしたことを特徴とする請求項６に記載のスクロール部材用鍛造品の製造装置。