JPH03165948A - アルミニウム合金製ローターの製造方法 - 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
ーターやプレー十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、ヘーンが収納され
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
威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℃形威された円筒部５３と、
鋼製シャフトが圧入される軸六部５４とを有する。

ローター５１の溝底の円筒部５３には、シャフトの圧入
によって引っ張り応力がかかった状態となり、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ヘー
ンに気体の圧力が負荷として作用するため、ベーン溝底
部である円筒部５３には、矢印で示すような引っ張りの
繰返し応力が作用する。またこのよ・ラな用途の圧縮機
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かヘ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
よって溝底円筒部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、ザイドプレ１・と摺動ずる。このため耐
摩耗性と耐焼付性の高い４４料であることが必要である
。

耐摩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
な拐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
、槌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
製造工程が使用ざれた。

先ず、第６図（ａ）に示すように、３００゜Ｃ〜４００
゜Ｃに加熱されたコンテナ５５の中に、３５０゜Ｃ〜４
５０゜Ｃに加熱されたアルミニウム合金のビレット５６
が挿入され、ステム５７によってダイス５８の方向に加
圧する。

ダイス５８に、ローター５ｌ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、ビレッ１・５６はその
ダイス穴５９を通過することによって、押出｛Ａ６０は
ローター素１Ａの外輪郭形状を写えられる。

第６図（ｂ）に示すように、ステム５７が所定のス１一
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、
ビレット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、ビレット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
を引っ張ることによってダイス５８から引き外す。

二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。

■　ダイスと押出月の間では潤滑効果が殆ど期待てきな
いため、押出材にカジリやムシレを生しる。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祠にクランクが発生ずる。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ば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ー已るため、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
って強化した状態のアルミニウム合金製ローター素４Ａ
を、低コス１−て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
ス穴の軸方向に重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しとし、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って押し込の、ダイプレートにより
ハソクアソプされる前記ダイス穴内のブランクを前記ダ
イプレート内のノソクアウトパンチによってコンテナを
通してノックアウｌ−　Ｌて取り出すことを特徴とずる
アル≧ニウム合企製「１−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ｌ一によりハンクアップされたダイスの穴の中に加
圧パンチによって押し込み、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Ｉ・内のノソクアウ１・
パンチによって前記ブランクをコンテナを通してノソク
アウ１・シて取り出す。

４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し
としているコンテナの内部から同軸」一のダイスの穴の
中に加圧されることにより、ローター素材のヘーン収納
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　＝　５　０．　２　ｍｍ
、溝底部である円筒部３を配置した円周径Ｄ　Ｉ　＝１
４．３３ｍｍ，円筒部３の内径ｄ　＝　４．　５　ｍａ
ｎ，ベーン溝２の巾Ｌ−２．　７　ｍｍ、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
積載の空調用ロタリー式圧縮機のローター素ＪｊＡ’　
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に相当するフィン部７ど、ヘーン溝底部３に相当
ずる小円筒部８とが形威される。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！４’　１
と同一の穴寸法になるように作威する。

９ 第４図は、熱間鍛造方法によっ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
よって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。Ｉ：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ッ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５　０．　３　ｍ
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１：１．１１０ とした。

アルミニウム合金としては、一例として、ホットトソプ
式の連続鋳造方法によって製造された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＾ｌよ
りなる材料を直径５０１ｍ、高さ４５ｍの鍛造素材即ち
ブランクとした。このブランクを、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であった。

１０はダイプレートであり、ダイス５のフィン部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、ノソクアウトパンチ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
の上方向にノックアウトするようになっている。また上
部には、加圧バンチ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１１ れる。

第４図ａでは、図示しない外部の連続式予熱炉で３　５
　０　゛ｃ〜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によっ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
鉛を主或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では加圧バンチ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、アル旦ニウム
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ξ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。油圧プ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１２ 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では加圧バンチ１２による加圧によりブランク
ｌ３を所定形状とした後、加圧バンチ１２を所定のスト
ローク移動させコンテナ９から離し、次にノックアウト
バンチ１１によって、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ィン部と及び
その先端の小円筒部をバンクアンプすることが出来ない
。そのためフィ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ってしまう。然るに、本発明で
は、ダイプレート１０によるバックアソプがあるため、
フィ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、曲がりや捩しれ、反ｌ３ 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っ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１，０００個を鋳造しローターの完或加工を
実施したが、加工不良の発生は皆無であった。

比較のため、従来の熱間押出方法でコンテナ内径２１０
■の押出機で、最高加圧力２０００Ｔｏｎで同一断面形
状に押し出し、５００個を完戒加工したが、加工不良率
は２０％であった。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ξ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
一残部＾７！）を熱間で圧縮或形して作ったブランクで
あっ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１４ 溝底部近傍のｌｌＪＩ織には、鍛造によって塑性流動し
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
のフィン部と及びその先端の小円筒部を八ンクアンプす
ることが出来ない。そのためフィ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１５ 出時にかかり、ダイス寿命は著しく短いものとなってい
たが、本発明では、ダイプレートによるバンクアンプが
あるため、フィ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遣方法によりローター素材のベーン
収納部の溝部近傍の＆Ｉｌ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。 １６ ｌ・・・ローター ３・・・溝端部 ９・・・コンテナ １１・・・ノンクアウ １２・・・加圧バンチ ２・・・ベーン溝 ５・・・ダイス １０・・・ダイプレート トパンチ １３・・・ブランク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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って押し込み、ダイプレートによ
   りバックアッ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
   内のノックアウトパンチによってコンテナを通してノッ
   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。