鍛造用金型およびそれを用いた段部を有する製品の製造方法
【課題】 所定高さの段部を同時に成形することができるとともに、成形金型の寿命低下や割れ、破損等を防止することができる、鍛造用金型およびそれを用いた段部を有する製品の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 鍛造素材３３Ｓを塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型６１において、段部成形型６９は、鍛造素材３３Ｓが塑性流動する方向Ｘに対して交差する方向に延出する延出部６９Ａを備え、該延出部６９Ａには、素材流動を受ける上流面６９Ｂ側に形成されたコーナ上流部６９Ｃと、該コーナ上流部６９Ｃに接続され、略素材流動方向Ｘに形成された頂面６９Ｄと、コーナ上流部６９Ｃの下流側に反対面６９Ｆを形成するコーナ下流部６９Ｅとが形成され、コーナ上流６９Ｃ部は、素材流動を頂面６９Ｄ側へと受流す素材流動受流し領域（１６９Ｃ）を備えることを特徴とする。
【解決手段】 鍛造素材３３Ｓを塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型６１において、段部成形型６９は、鍛造素材３３Ｓが塑性流動する方向Ｘに対して交差する方向に延出する延出部６９Ａを備え、該延出部６９Ａには、素材流動を受ける上流面６９Ｂ側に形成されたコーナ上流部６９Ｃと、該コーナ上流部６９Ｃに接続され、略素材流動方向Ｘに形成された頂面６９Ｄと、コーナ上流部６９Ｃの下流側に反対面６９Ｆを形成するコーナ下流部６９Ｅとが形成され、コーナ上流６９Ｃ部は、素材流動を頂面６９Ｄ側へと受流す素材流動受流し領域（１６９Ｃ）を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塑性流動される鍛造素材の流動方向に対して交差する方向に段部を持つような製品を鍛造成形するための鍛造用金型およびそれを用いた段部を有する製品の製造方法に関するものであり、例えば、スクロール流体機械に用いるスクロール部材を鍛造成形する鍛造用金型およびそれを用いたスクロール部材の製造方法等に適用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、安定した品質と高強度が要求されるアルミニウム合金製の製品を製造する方法として、鍛造成形が知られている。例えば、スクロール流体機械に適用されるスクロール部材は、渦巻き状ラップの根元部に高圧による大きな繰り返し応力が作用するため、この応力により渦巻き状ラップが破損しないよう高い強度が求められる。そこで、軽量化ならびに高強度化を狙いとしたアルミニウム合金製のスクロール部材においては、その対応策の１つとして、鍛造成形化が進められている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、上記のようなスクロール部材において、渦巻き状ラップの先端面とボトム面とに各々段部を設け、渦巻き状ラップの外周側においてラップ高さが内周側のラップ高さよりも高くされ、これによって、周方向およびラップ高さ方向に圧縮ができる三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機構を構成し、高性能化を図ったスクロール流体機械が提案されている。（例えば、特許文献２参照）
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２８５７７４号公報
【特許文献２】特公昭６０−１７９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したような、渦巻き状ラップのラップボトム面に段部が設けられたスクロール部材を鍛造成形する場合、成形金型の一部に段部を成形するための段部成形型が設けられることとなる。この段部成形型は、鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に、段部の高さ相当分だけ延出する延出部を備えた構成となるのが通常である。
しかし、成形金型内に、隣接する成形型面に対する延出部が存在すると、延出部により成形金型内での鍛造素材の塑性流動が阻害されるおそれが生じる。つまり、鍛造素材の流動方向に対して交差する方向に延出部があると、延出部をのり越えて鍛造素材が流動されることとなるので、延出部が高くなるほど素材流動に対しての抵抗が大きくなる。このため、延出部に素材流動による大きな応力が負荷され、これが段部成形型の寿命低下や割れ、破損の原因となる問題がある。
【０００６】
そこで、上記のようなトラブルを回避するため、段部を本来必要とする高さよりも低くした状態で鍛造成形した後、別途切削加工することにより、製品として本来必要とされる段部高さに加工することが行われている。しかし、この場合、鍛造成形後に切削加工する素材取り代が多くなり、加工工数が増えるとともに、鍛造素材として使用する材料の量が増大することとなる。そして、これが製品の製造コストを上昇させる要因となっている。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、塑性流動される鍛造素材の流動方向に対して交差する方向に段部を持つような製品を鍛造成形する場合でも、所定高さの段部を同時に成形することができるとともに、成形金型の寿命低下や割れ、破損等を防止することができる、鍛造用金型およびそれを用いた段部を有する製品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の鍛造用金型およびそれを用いた段部を有する製品の製造方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる鍛造用金型は、鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、該延出部には、素材流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、略素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、前記コーナ上流部は、素材流動を頂面側へと受流す素材流動受流し領域を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によると、段部成形型の延出部において、素材流動を受ける上流面側のコーナ上流部に、素材流動を頂面側へと受流す素材流動受流し領域が形成されているので、鍛造素材が延出部をのり越えて下流側へと流動する際の流動抵抗が減少されることとなる。このため、延出部に作用する素材流動による応力を低減することができる。従って、成形時の素材流動による応力が原因となる成形金型の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとときに、段部を有する製品において、本来必要とされる高さの段部を鍛造にて同時に成形することが可能となる。
【００１０】
さらに、本発明の鍛造用金型は、上記の鍛造用金型において、前記素材流動受流し領域は、滑らかな曲面により形成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明によると、素材流動受流し領域が、滑らかな曲面により形成されているので、この曲面に沿って鍛造素材がスムーズに流動することとなり、延出部における鍛造素材の流動抵抗を減少させることができる。従って、延出部に作用する素材流動による応力を軽減することができる。
【００１２】
また、本発明にかかる鍛造用金型は、鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、該延出部には、素材流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、略素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、前記頂面は、素材流動方向と反対向きの反素材流動方向へと第１分力を発生させる第１分力発生領域を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明によると、段部成形型の延出部において、コーナ上流部に接続され、略素材流動方向に形成された頂面に、反素材流動方向へと第１分力を発生させる第１分力発生領域が形成されているので、この領域によって、延出部の頂面に向け鍛造素材を介して作用する成形パンチの圧縮力に基づく反素材流動方向への第１分力が発生され、これが素材流動により延出部に加わる応力に対し、反力として作用することとなる。このため、延出部に作用する素材流動による応力を軽減することができる。従って、成形時の素材流動による応力が原因となる成形金型の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、段部を持つ製品において、本来必要とされる高さの段部を鍛造にて同時に成形することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明の鍛造用金型は、上記の鍛造用金型において、前記第１分力発生領域は、前記素材流動方向に沿って素材流動流路が漸増形成される第１傾斜面で形成されることを特徴とする。
【００１５】
本発明によると、第１分力発生領域が、素材流動方向に沿って素材流動流路を漸増形成する第１傾斜面により形成されているので、この第１傾斜面により反素材流動方向への第１分力が発生され、これが素材流動により延出部に加わる応力に対し、反力として作用することとなる。従って、この反力によって、延出部に作用する素材流動による応力を軽減することができる。
【００１６】
また、本発明にかかる鍛造用金型は、鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、該延出部には、素材流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、略素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、前記コーナ下流部は、素材流動方向と反対向きの反素材流動方向へと第２分力を発生させる第２分力発生領域を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明によると、段部成形型の延出部において、コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部に、反素材流動方向へと第２分力を発生させる第２分力発生領域が形成されているので、この領域により、延出部の頂面に向け鍛造素材を介して作用する成形パンチの圧縮力に基づく反素材流動方向への第２分力が発生され、これが素材流動により延出部に加わる応力に対し、反力として作用することとなる。このため、延出部に作用する素材流動による応力を軽減することができる。従って、成形時の素材流動による応力が原因となる成形金型の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、段部を有する製品において、本来必要とされる高さの段部を鍛造にて同時成形することが可能となる。
【００１８】
さらに、本発明の鍛造用金型は、上記の鍛造用金型において、前記第２分力発生領域は、反対面の下流側に向け素材流動流路が漸減形成される第２傾斜面で形成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明によると、第２分力発生領域が、反対面の下流側に向け素材流動流路を漸減形成する第２傾斜面により形成されているので、この第２傾斜面により反素材流動方向への第２分力が発生され、これが素材流動により延出部に加わる応力に対し、反力として作用することとなる。従って、この反力によって、延出部に作用する素材流動による応力を軽減することができる。
【００２０】
さらに、本発明の鍛造用金型は、上述のいずれかの鍛造用金型において、前記延出部は、前記段部成形型に隣接する成形型面に対して、前記製品の段部高さに相当する延出方向高さを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、延出部に隣接する成形型面に対する延出方向高さを、製品の段部高さ相当としているので、鍛造成形後に段部を切削加工する際の素材取り代を最小限とすることができる。これにより、鍛造素材の材料使用量を減少することができるとともに、鍛造成形後の加工工数を低減することができる。従って、最終製品の製造コストを低減することができる。
【００２２】
また、本発明にかかる段部を有する製品の製造方法は、上述のいずれかの鍛造用金型を用い、鍛造成形により段部を有する製品を製造する方法であって、前記素材セット空間に供給された前記鍛造素材に対して前記成形パンチにより圧縮力を付与し、前記段部成形型の前記延出部により、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向の段部を成形することを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、鍛造成形時に段部成形型の延出部に作用する鍛造素材の流動による応力を、上述のとおり低減することによって、成形金型の寿命低下や割れ、破損を防止しつつ、延出部により鍛造素材の流動方向に対して交差する方向の段部を鍛造にて同時成形することが可能となる。従って、鍛造成形後の段部の後加工工数を低減し、段部を有する製品の生産性を向上させることができる。
【００２４】
さらに、本発明の段部を有する製品の製造方法は、上記の段部を有する製品の製造方法において、段部を有する前記製品が、スクロール流体機械に適用されるスクロール部材であり、前記段部が、その渦巻き状ラップのラップボトム面に形成されるラップ高さ方向の段部であることを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、端板の一面に渦巻き状ラップが立設されるとともに、そのラップボトム面にラップ高さ方向の段部が形成される構成のスクロール部材を、ラップボトム面に形成される所定高さ段部を含めて、上述のとおり鍛造成形により同時成形することが可能となる。従って、ラップボトム面に段部を有するスクロール部材の生産効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の鍛造用金型によれば、段部を成形する段部成形型の延出部に負荷される鍛造素材の塑性流動による応力を低減することができるため、成形時の素材流動による応力が原因となる成形金型の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、段部を有する製品において、本来必要とされる高さの段部を鍛造により同時に成形することが可能となる。
また、本発明の段部を有する製品の製造方法によれば、成形金型の寿命低下や割れ、破損を防止しつつ、製品の段部を鍛造にて同時成形することが可能となるため、鍛造成形後の段部の後加工工数を低減し、段部を有する製品の生産性を向上させることができる。
特に、ラップボトム面に段部を有するスクロール部材の製造に適用することにより、スクロール部材の生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
以下、本発明の一実施形態について、図１ないし図７を用いて説明する。
まず、図１ないし図４を参照して、段部を有する製品の一例であるスクロール部材およびそれを用いたスクロール流体機械を説明する。図１には、スクロール流体機械１の縦断面図が示されている。
スクロール流体機械１は、フロントハウジング５とリアハウジング７とから構成され、これらをボルト９により一体的に締め付け固定したハウジング３を有する。
【００２８】
フロントハウジング５の内部には、クランク軸１１がメイン軸受１３およびサブ軸受１５を介して軸線Ｌ回りに回転自在に支持されている。クランク軸１１の一端側（図において左側）は小径軸部１１Ａとされ、この小径軸部１１Ａは、フロントハウジング５を貫通して図の左側に突出されている。小径軸部１１Ａの突出部には、電磁クラッチ１７が装着され、フロントハウジング５の一端側の小径ボス部５Ａの外周に軸受１９を介して回転自在に設けられているプーリー２１との間で動力が断続されるようになっている。プーリー２１には、図示されていないエンジン等の駆動源からＶベルト等を介して動力が伝達されることとなる。なお、メイン軸受１３とサブ軸受１５との間には、メカニカルシール（リップシール）２３が設置されており、これによってハウジング３内と大気との間を気密にシールしている。
【００２９】
クランク軸１１の他端側（図において右側）には、大径軸部１１Ｂが設けられ、さらにこの大径軸部１１Ｂには、クランク軸１１の軸線Ｌより所定寸法だけ偏心した状態で偏心ピン１１Ｃが一体に設けられる。このクランク軸１１の大径軸部１１Ｂおよび小径軸部１１Ａが、それぞれメイン軸受１３およびサブ軸受１５を介してフロントハウジング５に回転自在に支持される。そして、偏心ピン１１Ｃには、ドライブブッシュ２５、ドライブ軸受２７を介して後述する旋回スクロール部材３３が連結され、クランク軸１１が回転されることにより、旋回スクロール部材３３が旋回駆動されるようになっている。
【００３０】
ドライブブッシュ２５には、旋回スクロール部材３３が旋回駆動されることにより生じるアンバランス荷重を除去するためのバランスウェイト２５Ａが設けられ、旋回スクロール部材３３の旋回駆動と共に旋回されるようになっている。
ハウジング３の内部には、スクロール圧縮機構２９を構成する一対の固定スクロール部材３１と旋回スクロール部材３３が組み込まれる。固定スクロール部材３１は、端板３１Ａと該端板３１Ａから立設された渦巻き状ラップ３１Ｂとから構成され、一方、旋回スクロール部材３３は、端板３３Ａと該端板３３Ａから立設された渦巻き状ラップ３３Ｂとから構成される。
【００３１】
固定スクロール部材３１および旋回スクロール部材３３は、図２に示すように、それぞれ渦巻き状ラップ３１Ｂ，３３Ｂの先端面３１Ｃ，３３Ｃとボトム面３１Ｄ，３３Ｄの渦巻き方向に沿う所定位置に、それぞれ段部３１Ｅ，３１Ｆおよび３３Ｅ，３３Ｆを備えている。この段部３１Ｅ，３１Ｆおよび３３Ｅ，３３Ｆを境に、ラップ先端面３１Ｃ，３３Ｃにおいては、外周側の先端面３１Ｇ，３３Ｇが高く、内周側の先端面３１Ｈ，３３Ｈが低くされている。また、ボトム面３１Ｄ，３３Ｄにおいては、外周側のボトム面３１Ｉ，３３Ｉが低く、内周側のボトム面３１Ｊ，３３Ｊが高くされている。これによって、渦巻き状ラップ３１Ｂ，３３Ｂは、その外周側におけるラップ高さが内周側のラップ高さよりも高くされる。
【００３２】
上記の固定スクロール部材３１と旋回スクロール部材３３は、図１に示されるように、各々の中心を旋回半径分だけ離すとともに、渦巻き状ラップ３１Ｂ，３３Ｂ同士が１８０度位相をずらせて噛み合わせた状態で組み込まれる。これによって、両スクロール部材３１，３３間には、端板３１Ａ，３３Ａと渦巻き状ラップ３１Ｂ，３３Ｂとにより限界された一対の圧縮室３５がスクロール中心に対して対称に形成されることとなる。圧縮室３５は、その軸線Ｌ方向高さが渦巻き状ラップ３１Ｂ，３３Ｂの外周側において内周側の高さよりも高くされ、周方向およびラップ高さ方向に圧縮ができる三次元圧縮が可能な圧縮機構が構成される。
【００３３】
固定スクロール部材３１は、リアハウジング７の内面にボルト３７を介して固定設置される。旋回スクロール部材３３は、端板３３Ａの背面に設けられているボス部に、上述のとおりクランク軸１１の一端側に設けられている偏心ピン１１Ｃが、ドライブブッシュ２５および軸受２７を介して嵌め込まれることによりクランク軸１１に連結される。
また、旋回スクロール部材３３は、フロントハウジング５に形成されているスラスト受け面５Ｂに端板３３Ａの背面が支持されており、このスラスト受け面５Ｂと旋回スクロール部材３３の背面との間に介装される自転阻止用ピンリング機構３９により、旋回スクロール部材３３は自転を阻止されながら固定スクロール部材３１に対して公転旋回駆動されるよう構成される。
【００３４】
自転阻止用ピンリング機構３９を設置するため、旋回スクロール部材３３の端板３３Ａの背面およびスラスト受け面５Ｂの一方にピン３９Ａを立てるピン穴、他方にリング３９Ｂを嵌合するリング穴が設けられる。本実施形態では、スラスト受け面５Ｂにピン３９Ａを立てるピン穴５Ｃが設けられ、旋回スクロール部材３３にリング３９Ｂを嵌めるリング穴３３Ｋが設けられている。
これらのピン穴５Ｃおよびリング穴３３Ｋは、図３に示されるように、周方向に複数箇所、一般的には３ないし４箇所（本実施形態では４箇所）設けられる。
【００３５】
上記のように、旋回スクロール部材３３には、その端板３３Ａの一端面に渦巻き状ラップ３３Ｂが設けられ、他端面に自転阻止用ピンリング機構３９のリング３９Ｂが嵌合されるリング穴３３Ｋが設けられることとなる。また、渦巻き状ラップ３３Ｂには、ラップエンド部３３Ｌや段部３３Ｅ，３３Ｆ等のような軸線Ｌ方向高さが変化するラップ高さ変化部３３Ｍ（３３Ｌ，３３Ｅ，３３Ｆ）が形成されることとなる。
図３には、リング穴３３Ｋとラップ高さ変化部３３Ｍ（３３Ｌ，３３Ｅ，３３Ｆ）の平面上の配置関係が示されている。図から明らかなように、リング穴３３Ｋは、ラップ高さ変化部３３Ｍが軸線Ｌ方向に見て端板３３Ａの他端面上に投影された位置を避けて配置される。具体的には、リング穴３３Ｋは、ラップ高さ変化部３３Ｍの位置に対して、周方向に少なくとも３０度以上、本実施形態では４５度ずれた位置に配置されている。
【００３６】
なお、上記のピンリング機構３９に代え、公知の如くオルダムリング機構を採用してもよく、この場合、図４に示されるように、フロントハウジング５のスラスト受け面５Ｂと旋回スクロール部材３３の背面である他端面とに、互いに直交するキー溝３３Ｑが設けられ、このキー溝３３Ｑに、図示省略のオルダムリング側のキーが嵌合されることとなる。
キー溝３３Ｑは、旋回スクロール部材３３側では、図４に示されるように、スクロール中心を挟んで対称位置に一対設けられる。そして、このキー溝３３Ｑは、渦巻き状ラップ３３Ｂのラップ高さ変化部３３Ｍの位置に対して軸線方向に見て端面上に投影された位置を避けて配置される。具体的には、キー溝３３Ｑは、ラップ高さ変化部３３Ｍの位置に対して、周方向に少なくとも３０度以上、本実施形態では周方向に９０度ずれた位置に配置されている。
【００３７】
また、図１に示されるように、固定スクロール部材３１の端板３１Ａには、その中央部に圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出ポート３１Ｃが開口されており、該吐出ポート３１Ｃには、端板３１Ａにリテーナ４１を介して取り付けられる吐出リード弁４３が設けられる。さらに、端板３１Ａの背面には、リアハウジング７の内面に密接されるようＯリング等のシール部材４５が設置され、このシール部材４５により端板３１Ａとリアハウジング７との間にハウジング３の内部空間から区画された吐出チャンバー４７が形成される。また、これによって、吐出チャンバー４７を除くハウジング３の内部空間が、吸入チャンバー４９として機能するよう構成される。
【００３８】
吸入チャンバー４９には、フロントハウジング５に設けられている吸入口（図示せず）を介して冷凍サイクルから戻ってくる冷媒ガスが吸入され、この吸入チャンバー４９を経て固定スクロール部材３１と旋回スクロール部材３３間に形成される圧縮室３５に冷媒ガスが吸い込まれるようになる。なお、フロントハウジング５とリアハウジング７との間の接合面には、Ｏリング等のシール部材５１が設置され、ハウジング３内の吸入チャンバー４７を大気から気密にシールしている。
【００３９】
上記のスクロール流体機械は、以下のように動作する。
外部駆動源からプーリー２１に伝達された回転駆動力を、電磁クラッチ１７を介してクランク軸１１に伝達し、クランク軸１１を回転すると、クランク軸１１の偏心ピン１１Ｃにドライブブッシュ２５および軸受２７を介して連結されている旋回スクロール部材３３が、ピンリング機構３９または図示省略のオルダムリング機構により自転を阻止されながら、固定スクロール部材３１に対して公転旋回駆動される。
【００４０】
この旋回スクロール部材３３の公転旋回駆動により、半径方向最外方に形成される圧縮室３５内に、吸入チャンバー４９内の冷媒ガスが吸い込まれる。圧縮室３５は、所定の旋回角位置で吸入締め切りされた後、その容積が周方向およびラップ高さ方向に減少されながら中心側へと移動される。この間に冷媒ガスは圧縮され、当該圧縮室３５が吐出ポート３１Ｃに連通する位置に達すると、吐出リード弁４３が押し開かれて圧縮されたガスは吐出チャンバー４７内に吐き出され、この圧縮冷媒ガスは、吐出チャンバー４７を経て機外へと吐出される。
【００４１】
つぎに、図５ないし図７を用いて、上記スクロール部材を鍛造成形する鍛造用金型６１およびそれを用いたスクロール部材の製造方法について、旋回スクロール部材３３の製造を例に説明する。図５には、旋回スクロール部材３３を成形する鍛造用金型６１の概略構成が示されている。
鍛造用金型６１は、旋回スクロール部材３３の鍛造素材（例えば、Ａ４０３）３３Ｓが投入セットされる素材セット空間６３と、素材セット空間６３内に進入され、鍛造素材３３Ｓに対して圧縮力を付与する成形パンチ６５と、渦巻き状ラップ３３Ｂを成形するための成形金型６７とを備えている。
【００４２】
成形金型６７は、旋回スクロール部材３３のラップボトム面３３Ｄに段部３３Ｆ（図２（Ｂ）を参照）を成形する段部成形型６９を有しており、この段部成形型６９は、鍛造素材３３Ｓが塑性流動する方向Ｘに対して交差する方向に延出する凸形状の延出部６９Ａを備えている。延出部６９Ａは、段部成形型６９に隣接する成形型面に対して、段部３３Ｆの高さに相当する延出方向高さＴを有している。
【００４３】
また、図６に示されるように、延出部６９Ａは、素材流動を受ける上流面６９Ｂ側に形成されたコーナ上流部６９Ｃと、該コーナ上流部６９Ｃに接続され、略素材流動方向Ｘに形成された頂面６９Ｄと、コーナ上流部６９Ｃの下流側に反対面６９Ｆを形成するコーナ下流部６９Ｅとから形成される。
コーナ上流部６９Ｃは、素材流動を頂面６９Ｄ側へと受流す素材流動受流し領域（１６９Ｃ）を構成するため、滑らかな曲面１６９Ｃにより形成される。
また、頂面６９Ｄは、素材流動方向Ｘと反対向きの反素材流動方向へと第１分力Ｖ１を発生させる第１分力発生領域（１６９Ｄ）を構成するため、素材流動方向Ｘに沿って素材流動流路を漸増形成する第１傾斜面１６９Ｄを備えている。
さらに、コーナ下流部６９Ｅは、素材流動方向Ｘと反対向きの反素材流動方向へと第２分力Ｖ２を発生させる第２分力発生領域（１６９Ｅ）を構成するため、反対面の下流側に向け素材流動流路を漸減形成する第２傾斜面１６９Ｅを備えている。
【００４４】
なお、上記の曲面１６９Ｃ、第１傾斜面１６９Ｄおよび第２傾斜面１６９Ｅは、後述するように、鍛造成形後の素材取り代があまり大きくならない程度の寸法に設定するのが望ましく、例えば曲面１６９Ｃの曲率は、通常ラップ流入部に設けられる１ミリから延出方向高さＴの中間（半分）、第１傾斜面１６９Ｄおよび第２傾斜面１６９Ｅの傾斜高さは、延出方向高さＴ未満とされる。
【００４５】
つづいて、旋回スクロール部材３３の鍛造成形方法について、図５の成形工程図を参照して説明する。
まず、旋回スクロール部材３３を成形するため、鍛造素材３３Ｓが素材セット空間６３内に投入セットされる（図５（Ａ）参照）。この鍛造素材３３Ｓに対して、成形パンチ６５を素材セット空間６３内に進入させ、圧縮力を付与して行く（図５（Ｂ）参照）。これによって鍛造素材３３Ｓが塑性流動され、渦巻き状ラップ３３Ｂを成形する成形金型６７内に流動することにより、目的とする製品、すなわち旋回スクロール部材３３が鍛造成形されることとなる（図５（Ｃ）参照）。
なお、鍛造時における成形パンチ６５の圧縮加工速度（クランク機構を有する機械プレスのため）は、一般に下死点上０〜１５ｍｍの範囲において、平均加工速度１０〜１５０ｍｍ／ｓｅｃ程度とされる。
【００４６】
ここで、鍛造素材３３Ｓの塑性流動は、図３、図４に示されるように、スクロール中心と渦巻き状ラップ３３Ｂのラップエンド部３３Ｌとを結ぶ中心線Ｙ−Ｙに対して、ラップエンド部３３Ｌ側のラップ体積が大きいため、ラップエンド部３３Ｌ側に向う流れＸ（図５参照）が支配的となる。このＸ方向への素材流動により、素材流動方向Ｘに対して交差する方向に延出している段部成形型６９の延出部６９Ａ、すなわちラップボトム面３３Ｄの段部３３Ｆ（図２（Ｂ）参照）を成形する延出部６９Ａに対して素材流動方向Ｘの応力Ｚが負荷されることとなる。
【００４７】
しかして、本実施形態によれば、図６に示されるように、延出部６９Ａを形成するコーナ上流部６９Ｃに、素材流動を頂面６９Ｄ側へと受流す素材流動受流し領域（１６９Ｃ）を構成する、滑らかな曲面１６９Ｃが形成されているので、鍛造素材３３Ｓが延出部６９Ａをのり越えて下流側へと流動する際の流動抵抗が減少されることとなる。つまり、素材流動受流し領域（１６９Ｃ）が、滑らかな曲面１６９Ｃにより構成されているので、この曲面１６９Ｃに沿って鍛造素材３３Ｓがスムーズに流動することとなり、延出部６９Ａによる素材流動に対する抵抗を減少させることができる。このため、延出部６９Ａに作用する素材流動による応力Ｚを軽減することができる。
従って、成形時の素材流動による応力Ｚが原因となる段部成形金型６９の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、図２（Ｂ）に示されるように、ラップボトム面３３Ｄに段部３３Ｆを有する旋回スクロール部材３３について、その段部３３Ｆを鍛造にて同時に成形することが可能となる。
【００４８】
また、コーナ上流部６９Ｃに接続されて延出部６９Ａを形成する頂面６９Ｄに、素材流動方向Ｘと反対向きの反素材流動方向へと第１分力Ｖ１（図６参照）を発生させる第１分力発生領域（１６９Ｄ）を構成する、素材流動方向Ｘに沿って素材流動流路を漸増形成する第１傾斜面１６９Ｄを備えているので、この領域（１６９Ｄ）にて、延出部６９Ａの頂面６９Ｄに向け鍛造素材３３Ｓを介して作用する成形パンチ６５の圧縮力に基づく反素材流動方向への第１分力Ｖ１が発生され、これが素材流動により延出部６９Ａに負荷される応力Ｚに対し、反力として作用することとなる。このため、延出部６９Ａに作用する素材流動による応力Ｚを軽減することができる。従って、これによっても、成形時の素材流動による応力Ｚが原因となる段部成形金型６９の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、上記の段部３３Ｆを鍛造にて同時成形することが可能となる。
【００４９】
さらに、頂面６９Ｄに接続されて延出部６９Ａを形成するコーナ下流部６９Ｅに、素材流動方向と反対向きの反素材流動方向へと第２分力Ｖ２を発生させる第２分力発生領域（１６９Ｅ）を構成する、反対面６９Ｆの下流側に向け素材流動流路が漸減形成される第２傾斜面１６９Ｅを備えているので、この領域（１６９Ｅ）により、延出部６９Ａの頂面６９Ｄに向け鍛造素材３３Ｓを介して作用する成形パンチ６５の圧縮力に基づく反素材流動方向への第２分力Ｖ２が発生され、これが素材流動により延出部６９Ａに加わる応力Ｚに対し、反力として作用することとなる。このため、延出部６９Ａに作用する素材流動による応力Ｚを軽減することができる。従って、これによっても、成形時の素材流動による応力Ｚが原因となる段部成形金型６９の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、上記の段部３３Ｆを鍛造にて同時成形することが可能となる。
【００５０】
また、延出部６９Ａは、段部成形型６９に隣接する成形型面に対し、上記段部３３Ｆの高さに相当する延出方向高さＴを有しているので、鍛造成形後において、渦巻き状ラップ３３Ｂを切削加工して仕上げる際の素材取り代を最小限とすることができる。すなわち、鍛造成形された旋回スクロール部材３３を最終製品とするには、図７（Ａ）に太い実線７１で示された鍛造成形品のラップ側面およびボトム面を、エンドミル等によって破線７３で示されるように切削加工する必要がある。この際、一回の工具移動で切削加工できる程度の素材取り代となるように鍛造成形することが望まれる。このためには、延出部６９Ａの延出方向高さＴを、上記の如く段部３３Ｆの高さ相当とすることが不可欠であり、これによって、ラップ側面およびボトム面における素材取り代を略均一化でき、一回の工具移動で破線７３のように切削加工することが可能となる。
なお、図７中の細い実線７５は、鍛造成形時に渦巻き状ラップ３３Ｂ部へと流動される鍛造素材３３Ｓの流動マークを示している。
【００５１】
ちなみに、鍛造素材３３Ｓの流動による応力が原因となる段部成形型６９の寿命低下や割れ、破損が懸念される場合、段部３３Ｆを本来必要とする高さに対して、図７（Ｂ）に実線７１Ａで示すように、段部高さを低くして鍛造成形した後、図７（Ｂ）に破線７３Ａで示すように、ボトム面の素材取り代を多くして所定高さの段部３３Ｆとなるよう切削加工する必要がある。このため、一回の工具移動による切削加工が困難となり、加工工数が増加するとともに、鍛造素材３３Ｓの材料使用量増加は避けられない。
しかしながら、本実施形態によれば、上述のとおり、鍛造成形後に段部を切削加工する際の素材取り代を最小限とすることができるため、鍛造素材の材料使用量を減少することができるとともに、鍛造成形後の加工工数を低減することができる。
【００５２】
なお、旋回スクロール部材３３の端板３３Ａ背面に、自転阻止機構用のリング穴３３Ｋやキー溝３３Ｑとなる凹部を鍛造により同時成形すると、図５（Ｄ）に示すように、凹部３３Ｎの位置によっては、鍛造素材３３Ｓが流動するための流路が狭くなり、段部成形型６９の延出部６９Ａに作用する応力が大きくなるおそれがあるが、図３および図４に示すように、リング穴３３Ｋやキー溝３３Ｑをラップ高さ変化部３３Ｍ(３３Ｌ，３３Ｅ，３３Ｆ）が軸線方向に見て端板３３Ａの他端面に投影された位置から避けた位置、すなわちラップ高さ変化部３３Ｍの配置位置から周方向にずれた位置に配置することによって、図５（Ｃ）のように、鍛造素材３３Ｓが流動する流路を確保することができる。このことによっても、段部成形型６９に負荷される素材流動による応力を軽減することができる。
【００５３】
以上説明の本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態の鍛造用金型６１によれば、段部を成形する段部成形型６９の延出部６９Ａに負荷される鍛造素材３３Ｓの塑性流動による応力を低減することができるため、成形時の素材流動による応力が原因となる段部成形型６９の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、段部３３Ｆを有する旋回スクロール部材３３について、その段部３３Ｆを鍛造により同時成形することが可能となる。
【００５４】
また、隣接する成形型面に対する延出部６９Ａの延出方向高さＴを、旋回スクロール部材３３の段部３３Ｆ高さ相当としているため、鍛造成形後に段部を切削加工して仕上げる際の素材取り代を最小限とすることができる。従って、鍛造素材３３Ｓの材料使用量を減少することができるとともに、鍛造成形後の加工工数を低減することができ、最終製品である旋回スクロール部材３３の製造コストを低減することができる。
さらに、段部成形型６９の寿命低下や割れ、破損を防止しつつ、旋回スクロール部材３３の段部３３Ｆを鍛造にて同時成形することが可能となるため、鍛造成形後の切削加工工数を低減し、段部３３Ｆを有する旋回スクロール部材３３の生産効率を向上させることができる。
【００５５】
なお、上記の実施形態では、旋回スクロール部材３３の製造を例に説明したが、固定スクロール部材３１の製造にも同様に適用することができる。また、スクロール部材以外にも、成形面に素材流動方向に交差する方向に段部を有する製品の鍛造成形に広く適用することができる。
また、上記実施形態では、段部成形型６９の延出部６９Ａに、素材流動受流し領域を構成する滑らかな曲面１６９Ｃ、第１分力発生領域を構成する第１傾斜面１６９Ｄ、および第２分力発生領域を構成する第２傾斜面１６９Ｅの３つを全て備えた実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、上記の曲面１６９Ｃ、第１傾斜面１６９Ｄ、および第２傾斜面１６９Ｅの少なくともいずれか１つを備えているものであればよい。ただし、これらの２つ以上を組み合わせて適用することにより、上記の応力低減効果を増大することができるので、実用化に際しては、上記の２つ以上を組み合わせて用いることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態に係る鍛造用金型で製造するスクロール部材を用いたスクロール流体機械の縦断面図である。
【図２】図１に示されたスクロール流体機械用の固定スクロール部材（Ａ）と旋回スクロール部材（Ｂ）の外観斜視図である。
【図３】図２に示された旋回スクロール部材の平面図である。
【図４】図２に示された旋回スクロール部材とは別構成の旋回スクロール部材の平面図である。
【図５】図２に示された旋回スクロール部材を鍛造成形する方法の工程図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る鍛造用金型における段部成形型の部分拡大図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る鍛造用金型による鍛造後の加工状態（Ａ）と従来の鍛造後の加工状態（Ｂ）の比較図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ スクロール流体機械
３３ 旋回スクロール部材
３３Ｆ 段部
３３Ｓ 鍛造素材
６１ 鍛造用金型
６３ 素材セット空間
６５ 成形パンチ
６７ 成形金型
６９ 段部成形型
６９Ａ 延出部
６９Ｂ 上流面
６９Ｃ コーナ上流部
６９Ｄ 頂面
６９Ｅ コーナ下流部
６９Ｆ 反対面
１６９Ｃ 滑らかな曲面（素材流動受流し領域）
１６９Ｄ 第１傾斜面（第１分力発生領域）
１６９Ｅ 第２傾斜面（第２分力発生領域）
Ｔ 延出部の延出方向高さ
Ｖ１ 第１分力
Ｖ２ 第２分力
Ｘ 鍛造素材流動方向
Ｚ 素材流動による応力
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塑性流動される鍛造素材の流動方向に対して交差する方向に段部を持つような製品を鍛造成形するための鍛造用金型およびそれを用いた段部を有する製品の製造方法に関するものであり、例えば、スクロール流体機械に用いるスクロール部材を鍛造成形する鍛造用金型およびそれを用いたスクロール部材の製造方法等に適用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、安定した品質と高強度が要求されるアルミニウム合金製の製品を製造する方法として、鍛造成形が知られている。例えば、スクロール流体機械に適用されるスクロール部材は、渦巻き状ラップの根元部に高圧による大きな繰り返し応力が作用するため、この応力により渦巻き状ラップが破損しないよう高い強度が求められる。そこで、軽量化ならびに高強度化を狙いとしたアルミニウム合金製のスクロール部材においては、その対応策の１つとして、鍛造成形化が進められている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、上記のようなスクロール部材において、渦巻き状ラップの先端面とボトム面とに各々段部を設け、渦巻き状ラップの外周側においてラップ高さが内周側のラップ高さよりも高くされ、これによって、周方向およびラップ高さ方向に圧縮ができる三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機構を構成し、高性能化を図ったスクロール流体機械が提案されている。（例えば、特許文献２参照）
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２８５７７４号公報
【特許文献２】特公昭６０−１７９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したような、渦巻き状ラップのラップボトム面に段部が設けられたスクロール部材を鍛造成形する場合、成形金型の一部に段部を成形するための段部成形型が設けられることとなる。この段部成形型は、鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に、段部の高さ相当分だけ延出する延出部を備えた構成となるのが通常である。
しかし、成形金型内に、隣接する成形型面に対する延出部が存在すると、延出部により成形金型内での鍛造素材の塑性流動が阻害されるおそれが生じる。つまり、鍛造素材の流動方向に対して交差する方向に延出部があると、延出部をのり越えて鍛造素材が流動されることとなるので、延出部が高くなるほど素材流動に対しての抵抗が大きくなる。このため、延出部に素材流動による大きな応力が負荷され、これが段部成形型の寿命低下や割れ、破損の原因となる問題がある。
【０００６】
そこで、上記のようなトラブルを回避するため、段部を本来必要とする高さよりも低くした状態で鍛造成形した後、別途切削加工することにより、製品として本来必要とされる段部高さに加工することが行われている。しかし、この場合、鍛造成形後に切削加工する素材取り代が多くなり、加工工数が増えるとともに、鍛造素材として使用する材料の量が増大することとなる。そして、これが製品の製造コストを上昇させる要因となっている。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、塑性流動される鍛造素材の流動方向に対して交差する方向に段部を持つような製品を鍛造成形する場合でも、所定高さの段部を同時に成形することができるとともに、成形金型の寿命低下や割れ、破損等を防止することができる、鍛造用金型およびそれを用いた段部を有する製品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の鍛造用金型およびそれを用いた段部を有する製品の製造方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる鍛造用金型は、鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、該延出部には、素材流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、略素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、前記コーナ上流部は、素材流動を頂面側へと受流す素材流動受流し領域を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によると、段部成形型の延出部において、素材流動を受ける上流面側のコーナ上流部に、素材流動を頂面側へと受流す素材流動受流し領域が形成されているので、鍛造素材が延出部をのり越えて下流側へと流動する際の流動抵抗が減少されることとなる。このため、延出部に作用する素材流動による応力を低減することができる。従って、成形時の素材流動による応力が原因となる成形金型の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとときに、段部を有する製品において、本来必要とされる高さの段部を鍛造にて同時に成形することが可能となる。
【００１０】
さらに、本発明の鍛造用金型は、上記の鍛造用金型において、前記素材流動受流し領域は、滑らかな曲面により形成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明によると、素材流動受流し領域が、滑らかな曲面により形成されているので、この曲面に沿って鍛造素材がスムーズに流動することとなり、延出部における鍛造素材の流動抵抗を減少させることができる。従って、延出部に作用する素材流動による応力を軽減することができる。
【００１２】
また、本発明にかかる鍛造用金型は、鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、該延出部には、素材流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、略素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、前記頂面は、素材流動方向と反対向きの反素材流動方向へと第１分力を発生させる第１分力発生領域を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明によると、段部成形型の延出部において、コーナ上流部に接続され、略素材流動方向に形成された頂面に、反素材流動方向へと第１分力を発生させる第１分力発生領域が形成されているので、この領域によって、延出部の頂面に向け鍛造素材を介して作用する成形パンチの圧縮力に基づく反素材流動方向への第１分力が発生され、これが素材流動により延出部に加わる応力に対し、反力として作用することとなる。このため、延出部に作用する素材流動による応力を軽減することができる。従って、成形時の素材流動による応力が原因となる成形金型の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、段部を持つ製品において、本来必要とされる高さの段部を鍛造にて同時に成形することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明の鍛造用金型は、上記の鍛造用金型において、前記第１分力発生領域は、前記素材流動方向に沿って素材流動流路が漸増形成される第１傾斜面で形成されることを特徴とする。
【００１５】
本発明によると、第１分力発生領域が、素材流動方向に沿って素材流動流路を漸増形成する第１傾斜面により形成されているので、この第１傾斜面により反素材流動方向への第１分力が発生され、これが素材流動により延出部に加わる応力に対し、反力として作用することとなる。従って、この反力によって、延出部に作用する素材流動による応力を軽減することができる。
【００１６】
また、本発明にかかる鍛造用金型は、鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、該延出部には、素材流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、略素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、前記コーナ下流部は、素材流動方向と反対向きの反素材流動方向へと第２分力を発生させる第２分力発生領域を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明によると、段部成形型の延出部において、コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部に、反素材流動方向へと第２分力を発生させる第２分力発生領域が形成されているので、この領域により、延出部の頂面に向け鍛造素材を介して作用する成形パンチの圧縮力に基づく反素材流動方向への第２分力が発生され、これが素材流動により延出部に加わる応力に対し、反力として作用することとなる。このため、延出部に作用する素材流動による応力を軽減することができる。従って、成形時の素材流動による応力が原因となる成形金型の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、段部を有する製品において、本来必要とされる高さの段部を鍛造にて同時成形することが可能となる。
【００１８】
さらに、本発明の鍛造用金型は、上記の鍛造用金型において、前記第２分力発生領域は、反対面の下流側に向け素材流動流路が漸減形成される第２傾斜面で形成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明によると、第２分力発生領域が、反対面の下流側に向け素材流動流路を漸減形成する第２傾斜面により形成されているので、この第２傾斜面により反素材流動方向への第２分力が発生され、これが素材流動により延出部に加わる応力に対し、反力として作用することとなる。従って、この反力によって、延出部に作用する素材流動による応力を軽減することができる。
【００２０】
さらに、本発明の鍛造用金型は、上述のいずれかの鍛造用金型において、前記延出部は、前記段部成形型に隣接する成形型面に対して、前記製品の段部高さに相当する延出方向高さを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、延出部に隣接する成形型面に対する延出方向高さを、製品の段部高さ相当としているので、鍛造成形後に段部を切削加工する際の素材取り代を最小限とすることができる。これにより、鍛造素材の材料使用量を減少することができるとともに、鍛造成形後の加工工数を低減することができる。従って、最終製品の製造コストを低減することができる。
【００２２】
また、本発明にかかる段部を有する製品の製造方法は、上述のいずれかの鍛造用金型を用い、鍛造成形により段部を有する製品を製造する方法であって、前記素材セット空間に供給された前記鍛造素材に対して前記成形パンチにより圧縮力を付与し、前記段部成形型の前記延出部により、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向の段部を成形することを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、鍛造成形時に段部成形型の延出部に作用する鍛造素材の流動による応力を、上述のとおり低減することによって、成形金型の寿命低下や割れ、破損を防止しつつ、延出部により鍛造素材の流動方向に対して交差する方向の段部を鍛造にて同時成形することが可能となる。従って、鍛造成形後の段部の後加工工数を低減し、段部を有する製品の生産性を向上させることができる。
【００２４】
さらに、本発明の段部を有する製品の製造方法は、上記の段部を有する製品の製造方法において、段部を有する前記製品が、スクロール流体機械に適用されるスクロール部材であり、前記段部が、その渦巻き状ラップのラップボトム面に形成されるラップ高さ方向の段部であることを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、端板の一面に渦巻き状ラップが立設されるとともに、そのラップボトム面にラップ高さ方向の段部が形成される構成のスクロール部材を、ラップボトム面に形成される所定高さ段部を含めて、上述のとおり鍛造成形により同時成形することが可能となる。従って、ラップボトム面に段部を有するスクロール部材の生産効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の鍛造用金型によれば、段部を成形する段部成形型の延出部に負荷される鍛造素材の塑性流動による応力を低減することができるため、成形時の素材流動による応力が原因となる成形金型の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、段部を有する製品において、本来必要とされる高さの段部を鍛造により同時に成形することが可能となる。
また、本発明の段部を有する製品の製造方法によれば、成形金型の寿命低下や割れ、破損を防止しつつ、製品の段部を鍛造にて同時成形することが可能となるため、鍛造成形後の段部の後加工工数を低減し、段部を有する製品の生産性を向上させることができる。
特に、ラップボトム面に段部を有するスクロール部材の製造に適用することにより、スクロール部材の生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
以下、本発明の一実施形態について、図１ないし図７を用いて説明する。
まず、図１ないし図４を参照して、段部を有する製品の一例であるスクロール部材およびそれを用いたスクロール流体機械を説明する。図１には、スクロール流体機械１の縦断面図が示されている。
スクロール流体機械１は、フロントハウジング５とリアハウジング７とから構成され、これらをボルト９により一体的に締め付け固定したハウジング３を有する。
【００２８】
フロントハウジング５の内部には、クランク軸１１がメイン軸受１３およびサブ軸受１５を介して軸線Ｌ回りに回転自在に支持されている。クランク軸１１の一端側（図において左側）は小径軸部１１Ａとされ、この小径軸部１１Ａは、フロントハウジング５を貫通して図の左側に突出されている。小径軸部１１Ａの突出部には、電磁クラッチ１７が装着され、フロントハウジング５の一端側の小径ボス部５Ａの外周に軸受１９を介して回転自在に設けられているプーリー２１との間で動力が断続されるようになっている。プーリー２１には、図示されていないエンジン等の駆動源からＶベルト等を介して動力が伝達されることとなる。なお、メイン軸受１３とサブ軸受１５との間には、メカニカルシール（リップシール）２３が設置されており、これによってハウジング３内と大気との間を気密にシールしている。
【００２９】
クランク軸１１の他端側（図において右側）には、大径軸部１１Ｂが設けられ、さらにこの大径軸部１１Ｂには、クランク軸１１の軸線Ｌより所定寸法だけ偏心した状態で偏心ピン１１Ｃが一体に設けられる。このクランク軸１１の大径軸部１１Ｂおよび小径軸部１１Ａが、それぞれメイン軸受１３およびサブ軸受１５を介してフロントハウジング５に回転自在に支持される。そして、偏心ピン１１Ｃには、ドライブブッシュ２５、ドライブ軸受２７を介して後述する旋回スクロール部材３３が連結され、クランク軸１１が回転されることにより、旋回スクロール部材３３が旋回駆動されるようになっている。
【００３０】
ドライブブッシュ２５には、旋回スクロール部材３３が旋回駆動されることにより生じるアンバランス荷重を除去するためのバランスウェイト２５Ａが設けられ、旋回スクロール部材３３の旋回駆動と共に旋回されるようになっている。
ハウジング３の内部には、スクロール圧縮機構２９を構成する一対の固定スクロール部材３１と旋回スクロール部材３３が組み込まれる。固定スクロール部材３１は、端板３１Ａと該端板３１Ａから立設された渦巻き状ラップ３１Ｂとから構成され、一方、旋回スクロール部材３３は、端板３３Ａと該端板３３Ａから立設された渦巻き状ラップ３３Ｂとから構成される。
【００３１】
固定スクロール部材３１および旋回スクロール部材３３は、図２に示すように、それぞれ渦巻き状ラップ３１Ｂ，３３Ｂの先端面３１Ｃ，３３Ｃとボトム面３１Ｄ，３３Ｄの渦巻き方向に沿う所定位置に、それぞれ段部３１Ｅ，３１Ｆおよび３３Ｅ，３３Ｆを備えている。この段部３１Ｅ，３１Ｆおよび３３Ｅ，３３Ｆを境に、ラップ先端面３１Ｃ，３３Ｃにおいては、外周側の先端面３１Ｇ，３３Ｇが高く、内周側の先端面３１Ｈ，３３Ｈが低くされている。また、ボトム面３１Ｄ，３３Ｄにおいては、外周側のボトム面３１Ｉ，３３Ｉが低く、内周側のボトム面３１Ｊ，３３Ｊが高くされている。これによって、渦巻き状ラップ３１Ｂ，３３Ｂは、その外周側におけるラップ高さが内周側のラップ高さよりも高くされる。
【００３２】
上記の固定スクロール部材３１と旋回スクロール部材３３は、図１に示されるように、各々の中心を旋回半径分だけ離すとともに、渦巻き状ラップ３１Ｂ，３３Ｂ同士が１８０度位相をずらせて噛み合わせた状態で組み込まれる。これによって、両スクロール部材３１，３３間には、端板３１Ａ，３３Ａと渦巻き状ラップ３１Ｂ，３３Ｂとにより限界された一対の圧縮室３５がスクロール中心に対して対称に形成されることとなる。圧縮室３５は、その軸線Ｌ方向高さが渦巻き状ラップ３１Ｂ，３３Ｂの外周側において内周側の高さよりも高くされ、周方向およびラップ高さ方向に圧縮ができる三次元圧縮が可能な圧縮機構が構成される。
【００３３】
固定スクロール部材３１は、リアハウジング７の内面にボルト３７を介して固定設置される。旋回スクロール部材３３は、端板３３Ａの背面に設けられているボス部に、上述のとおりクランク軸１１の一端側に設けられている偏心ピン１１Ｃが、ドライブブッシュ２５および軸受２７を介して嵌め込まれることによりクランク軸１１に連結される。
また、旋回スクロール部材３３は、フロントハウジング５に形成されているスラスト受け面５Ｂに端板３３Ａの背面が支持されており、このスラスト受け面５Ｂと旋回スクロール部材３３の背面との間に介装される自転阻止用ピンリング機構３９により、旋回スクロール部材３３は自転を阻止されながら固定スクロール部材３１に対して公転旋回駆動されるよう構成される。
【００３４】
自転阻止用ピンリング機構３９を設置するため、旋回スクロール部材３３の端板３３Ａの背面およびスラスト受け面５Ｂの一方にピン３９Ａを立てるピン穴、他方にリング３９Ｂを嵌合するリング穴が設けられる。本実施形態では、スラスト受け面５Ｂにピン３９Ａを立てるピン穴５Ｃが設けられ、旋回スクロール部材３３にリング３９Ｂを嵌めるリング穴３３Ｋが設けられている。
これらのピン穴５Ｃおよびリング穴３３Ｋは、図３に示されるように、周方向に複数箇所、一般的には３ないし４箇所（本実施形態では４箇所）設けられる。
【００３５】
上記のように、旋回スクロール部材３３には、その端板３３Ａの一端面に渦巻き状ラップ３３Ｂが設けられ、他端面に自転阻止用ピンリング機構３９のリング３９Ｂが嵌合されるリング穴３３Ｋが設けられることとなる。また、渦巻き状ラップ３３Ｂには、ラップエンド部３３Ｌや段部３３Ｅ，３３Ｆ等のような軸線Ｌ方向高さが変化するラップ高さ変化部３３Ｍ（３３Ｌ，３３Ｅ，３３Ｆ）が形成されることとなる。
図３には、リング穴３３Ｋとラップ高さ変化部３３Ｍ（３３Ｌ，３３Ｅ，３３Ｆ）の平面上の配置関係が示されている。図から明らかなように、リング穴３３Ｋは、ラップ高さ変化部３３Ｍが軸線Ｌ方向に見て端板３３Ａの他端面上に投影された位置を避けて配置される。具体的には、リング穴３３Ｋは、ラップ高さ変化部３３Ｍの位置に対して、周方向に少なくとも３０度以上、本実施形態では４５度ずれた位置に配置されている。
【００３６】
なお、上記のピンリング機構３９に代え、公知の如くオルダムリング機構を採用してもよく、この場合、図４に示されるように、フロントハウジング５のスラスト受け面５Ｂと旋回スクロール部材３３の背面である他端面とに、互いに直交するキー溝３３Ｑが設けられ、このキー溝３３Ｑに、図示省略のオルダムリング側のキーが嵌合されることとなる。
キー溝３３Ｑは、旋回スクロール部材３３側では、図４に示されるように、スクロール中心を挟んで対称位置に一対設けられる。そして、このキー溝３３Ｑは、渦巻き状ラップ３３Ｂのラップ高さ変化部３３Ｍの位置に対して軸線方向に見て端面上に投影された位置を避けて配置される。具体的には、キー溝３３Ｑは、ラップ高さ変化部３３Ｍの位置に対して、周方向に少なくとも３０度以上、本実施形態では周方向に９０度ずれた位置に配置されている。
【００３７】
また、図１に示されるように、固定スクロール部材３１の端板３１Ａには、その中央部に圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出ポート３１Ｃが開口されており、該吐出ポート３１Ｃには、端板３１Ａにリテーナ４１を介して取り付けられる吐出リード弁４３が設けられる。さらに、端板３１Ａの背面には、リアハウジング７の内面に密接されるようＯリング等のシール部材４５が設置され、このシール部材４５により端板３１Ａとリアハウジング７との間にハウジング３の内部空間から区画された吐出チャンバー４７が形成される。また、これによって、吐出チャンバー４７を除くハウジング３の内部空間が、吸入チャンバー４９として機能するよう構成される。
【００３８】
吸入チャンバー４９には、フロントハウジング５に設けられている吸入口（図示せず）を介して冷凍サイクルから戻ってくる冷媒ガスが吸入され、この吸入チャンバー４９を経て固定スクロール部材３１と旋回スクロール部材３３間に形成される圧縮室３５に冷媒ガスが吸い込まれるようになる。なお、フロントハウジング５とリアハウジング７との間の接合面には、Ｏリング等のシール部材５１が設置され、ハウジング３内の吸入チャンバー４７を大気から気密にシールしている。
【００３９】
上記のスクロール流体機械は、以下のように動作する。
外部駆動源からプーリー２１に伝達された回転駆動力を、電磁クラッチ１７を介してクランク軸１１に伝達し、クランク軸１１を回転すると、クランク軸１１の偏心ピン１１Ｃにドライブブッシュ２５および軸受２７を介して連結されている旋回スクロール部材３３が、ピンリング機構３９または図示省略のオルダムリング機構により自転を阻止されながら、固定スクロール部材３１に対して公転旋回駆動される。
【００４０】
この旋回スクロール部材３３の公転旋回駆動により、半径方向最外方に形成される圧縮室３５内に、吸入チャンバー４９内の冷媒ガスが吸い込まれる。圧縮室３５は、所定の旋回角位置で吸入締め切りされた後、その容積が周方向およびラップ高さ方向に減少されながら中心側へと移動される。この間に冷媒ガスは圧縮され、当該圧縮室３５が吐出ポート３１Ｃに連通する位置に達すると、吐出リード弁４３が押し開かれて圧縮されたガスは吐出チャンバー４７内に吐き出され、この圧縮冷媒ガスは、吐出チャンバー４７を経て機外へと吐出される。
【００４１】
つぎに、図５ないし図７を用いて、上記スクロール部材を鍛造成形する鍛造用金型６１およびそれを用いたスクロール部材の製造方法について、旋回スクロール部材３３の製造を例に説明する。図５には、旋回スクロール部材３３を成形する鍛造用金型６１の概略構成が示されている。
鍛造用金型６１は、旋回スクロール部材３３の鍛造素材（例えば、Ａ４０３）３３Ｓが投入セットされる素材セット空間６３と、素材セット空間６３内に進入され、鍛造素材３３Ｓに対して圧縮力を付与する成形パンチ６５と、渦巻き状ラップ３３Ｂを成形するための成形金型６７とを備えている。
【００４２】
成形金型６７は、旋回スクロール部材３３のラップボトム面３３Ｄに段部３３Ｆ（図２（Ｂ）を参照）を成形する段部成形型６９を有しており、この段部成形型６９は、鍛造素材３３Ｓが塑性流動する方向Ｘに対して交差する方向に延出する凸形状の延出部６９Ａを備えている。延出部６９Ａは、段部成形型６９に隣接する成形型面に対して、段部３３Ｆの高さに相当する延出方向高さＴを有している。
【００４３】
また、図６に示されるように、延出部６９Ａは、素材流動を受ける上流面６９Ｂ側に形成されたコーナ上流部６９Ｃと、該コーナ上流部６９Ｃに接続され、略素材流動方向Ｘに形成された頂面６９Ｄと、コーナ上流部６９Ｃの下流側に反対面６９Ｆを形成するコーナ下流部６９Ｅとから形成される。
コーナ上流部６９Ｃは、素材流動を頂面６９Ｄ側へと受流す素材流動受流し領域（１６９Ｃ）を構成するため、滑らかな曲面１６９Ｃにより形成される。
また、頂面６９Ｄは、素材流動方向Ｘと反対向きの反素材流動方向へと第１分力Ｖ１を発生させる第１分力発生領域（１６９Ｄ）を構成するため、素材流動方向Ｘに沿って素材流動流路を漸増形成する第１傾斜面１６９Ｄを備えている。
さらに、コーナ下流部６９Ｅは、素材流動方向Ｘと反対向きの反素材流動方向へと第２分力Ｖ２を発生させる第２分力発生領域（１６９Ｅ）を構成するため、反対面の下流側に向け素材流動流路を漸減形成する第２傾斜面１６９Ｅを備えている。
【００４４】
なお、上記の曲面１６９Ｃ、第１傾斜面１６９Ｄおよび第２傾斜面１６９Ｅは、後述するように、鍛造成形後の素材取り代があまり大きくならない程度の寸法に設定するのが望ましく、例えば曲面１６９Ｃの曲率は、通常ラップ流入部に設けられる１ミリから延出方向高さＴの中間（半分）、第１傾斜面１６９Ｄおよび第２傾斜面１６９Ｅの傾斜高さは、延出方向高さＴ未満とされる。
【００４５】
つづいて、旋回スクロール部材３３の鍛造成形方法について、図５の成形工程図を参照して説明する。
まず、旋回スクロール部材３３を成形するため、鍛造素材３３Ｓが素材セット空間６３内に投入セットされる（図５（Ａ）参照）。この鍛造素材３３Ｓに対して、成形パンチ６５を素材セット空間６３内に進入させ、圧縮力を付与して行く（図５（Ｂ）参照）。これによって鍛造素材３３Ｓが塑性流動され、渦巻き状ラップ３３Ｂを成形する成形金型６７内に流動することにより、目的とする製品、すなわち旋回スクロール部材３３が鍛造成形されることとなる（図５（Ｃ）参照）。
なお、鍛造時における成形パンチ６５の圧縮加工速度（クランク機構を有する機械プレスのため）は、一般に下死点上０〜１５ｍｍの範囲において、平均加工速度１０〜１５０ｍｍ／ｓｅｃ程度とされる。
【００４６】
ここで、鍛造素材３３Ｓの塑性流動は、図３、図４に示されるように、スクロール中心と渦巻き状ラップ３３Ｂのラップエンド部３３Ｌとを結ぶ中心線Ｙ−Ｙに対して、ラップエンド部３３Ｌ側のラップ体積が大きいため、ラップエンド部３３Ｌ側に向う流れＸ（図５参照）が支配的となる。このＸ方向への素材流動により、素材流動方向Ｘに対して交差する方向に延出している段部成形型６９の延出部６９Ａ、すなわちラップボトム面３３Ｄの段部３３Ｆ（図２（Ｂ）参照）を成形する延出部６９Ａに対して素材流動方向Ｘの応力Ｚが負荷されることとなる。
【００４７】
しかして、本実施形態によれば、図６に示されるように、延出部６９Ａを形成するコーナ上流部６９Ｃに、素材流動を頂面６９Ｄ側へと受流す素材流動受流し領域（１６９Ｃ）を構成する、滑らかな曲面１６９Ｃが形成されているので、鍛造素材３３Ｓが延出部６９Ａをのり越えて下流側へと流動する際の流動抵抗が減少されることとなる。つまり、素材流動受流し領域（１６９Ｃ）が、滑らかな曲面１６９Ｃにより構成されているので、この曲面１６９Ｃに沿って鍛造素材３３Ｓがスムーズに流動することとなり、延出部６９Ａによる素材流動に対する抵抗を減少させることができる。このため、延出部６９Ａに作用する素材流動による応力Ｚを軽減することができる。
従って、成形時の素材流動による応力Ｚが原因となる段部成形金型６９の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、図２（Ｂ）に示されるように、ラップボトム面３３Ｄに段部３３Ｆを有する旋回スクロール部材３３について、その段部３３Ｆを鍛造にて同時に成形することが可能となる。
【００４８】
また、コーナ上流部６９Ｃに接続されて延出部６９Ａを形成する頂面６９Ｄに、素材流動方向Ｘと反対向きの反素材流動方向へと第１分力Ｖ１（図６参照）を発生させる第１分力発生領域（１６９Ｄ）を構成する、素材流動方向Ｘに沿って素材流動流路を漸増形成する第１傾斜面１６９Ｄを備えているので、この領域（１６９Ｄ）にて、延出部６９Ａの頂面６９Ｄに向け鍛造素材３３Ｓを介して作用する成形パンチ６５の圧縮力に基づく反素材流動方向への第１分力Ｖ１が発生され、これが素材流動により延出部６９Ａに負荷される応力Ｚに対し、反力として作用することとなる。このため、延出部６９Ａに作用する素材流動による応力Ｚを軽減することができる。従って、これによっても、成形時の素材流動による応力Ｚが原因となる段部成形金型６９の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、上記の段部３３Ｆを鍛造にて同時成形することが可能となる。
【００４９】
さらに、頂面６９Ｄに接続されて延出部６９Ａを形成するコーナ下流部６９Ｅに、素材流動方向と反対向きの反素材流動方向へと第２分力Ｖ２を発生させる第２分力発生領域（１６９Ｅ）を構成する、反対面６９Ｆの下流側に向け素材流動流路が漸減形成される第２傾斜面１６９Ｅを備えているので、この領域（１６９Ｅ）により、延出部６９Ａの頂面６９Ｄに向け鍛造素材３３Ｓを介して作用する成形パンチ６５の圧縮力に基づく反素材流動方向への第２分力Ｖ２が発生され、これが素材流動により延出部６９Ａに加わる応力Ｚに対し、反力として作用することとなる。このため、延出部６９Ａに作用する素材流動による応力Ｚを軽減することができる。従って、これによっても、成形時の素材流動による応力Ｚが原因となる段部成形金型６９の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、上記の段部３３Ｆを鍛造にて同時成形することが可能となる。
【００５０】
また、延出部６９Ａは、段部成形型６９に隣接する成形型面に対し、上記段部３３Ｆの高さに相当する延出方向高さＴを有しているので、鍛造成形後において、渦巻き状ラップ３３Ｂを切削加工して仕上げる際の素材取り代を最小限とすることができる。すなわち、鍛造成形された旋回スクロール部材３３を最終製品とするには、図７（Ａ）に太い実線７１で示された鍛造成形品のラップ側面およびボトム面を、エンドミル等によって破線７３で示されるように切削加工する必要がある。この際、一回の工具移動で切削加工できる程度の素材取り代となるように鍛造成形することが望まれる。このためには、延出部６９Ａの延出方向高さＴを、上記の如く段部３３Ｆの高さ相当とすることが不可欠であり、これによって、ラップ側面およびボトム面における素材取り代を略均一化でき、一回の工具移動で破線７３のように切削加工することが可能となる。
なお、図７中の細い実線７５は、鍛造成形時に渦巻き状ラップ３３Ｂ部へと流動される鍛造素材３３Ｓの流動マークを示している。
【００５１】
ちなみに、鍛造素材３３Ｓの流動による応力が原因となる段部成形型６９の寿命低下や割れ、破損が懸念される場合、段部３３Ｆを本来必要とする高さに対して、図７（Ｂ）に実線７１Ａで示すように、段部高さを低くして鍛造成形した後、図７（Ｂ）に破線７３Ａで示すように、ボトム面の素材取り代を多くして所定高さの段部３３Ｆとなるよう切削加工する必要がある。このため、一回の工具移動による切削加工が困難となり、加工工数が増加するとともに、鍛造素材３３Ｓの材料使用量増加は避けられない。
しかしながら、本実施形態によれば、上述のとおり、鍛造成形後に段部を切削加工する際の素材取り代を最小限とすることができるため、鍛造素材の材料使用量を減少することができるとともに、鍛造成形後の加工工数を低減することができる。
【００５２】
なお、旋回スクロール部材３３の端板３３Ａ背面に、自転阻止機構用のリング穴３３Ｋやキー溝３３Ｑとなる凹部を鍛造により同時成形すると、図５（Ｄ）に示すように、凹部３３Ｎの位置によっては、鍛造素材３３Ｓが流動するための流路が狭くなり、段部成形型６９の延出部６９Ａに作用する応力が大きくなるおそれがあるが、図３および図４に示すように、リング穴３３Ｋやキー溝３３Ｑをラップ高さ変化部３３Ｍ(３３Ｌ，３３Ｅ，３３Ｆ）が軸線方向に見て端板３３Ａの他端面に投影された位置から避けた位置、すなわちラップ高さ変化部３３Ｍの配置位置から周方向にずれた位置に配置することによって、図５（Ｃ）のように、鍛造素材３３Ｓが流動する流路を確保することができる。このことによっても、段部成形型６９に負荷される素材流動による応力を軽減することができる。
【００５３】
以上説明の本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態の鍛造用金型６１によれば、段部を成形する段部成形型６９の延出部６９Ａに負荷される鍛造素材３３Ｓの塑性流動による応力を低減することができるため、成形時の素材流動による応力が原因となる段部成形型６９の寿命低下や割れ、破損等の発生を防止することができるとともに、段部３３Ｆを有する旋回スクロール部材３３について、その段部３３Ｆを鍛造により同時成形することが可能となる。
【００５４】
また、隣接する成形型面に対する延出部６９Ａの延出方向高さＴを、旋回スクロール部材３３の段部３３Ｆ高さ相当としているため、鍛造成形後に段部を切削加工して仕上げる際の素材取り代を最小限とすることができる。従って、鍛造素材３３Ｓの材料使用量を減少することができるとともに、鍛造成形後の加工工数を低減することができ、最終製品である旋回スクロール部材３３の製造コストを低減することができる。
さらに、段部成形型６９の寿命低下や割れ、破損を防止しつつ、旋回スクロール部材３３の段部３３Ｆを鍛造にて同時成形することが可能となるため、鍛造成形後の切削加工工数を低減し、段部３３Ｆを有する旋回スクロール部材３３の生産効率を向上させることができる。
【００５５】
なお、上記の実施形態では、旋回スクロール部材３３の製造を例に説明したが、固定スクロール部材３１の製造にも同様に適用することができる。また、スクロール部材以外にも、成形面に素材流動方向に交差する方向に段部を有する製品の鍛造成形に広く適用することができる。
また、上記実施形態では、段部成形型６９の延出部６９Ａに、素材流動受流し領域を構成する滑らかな曲面１６９Ｃ、第１分力発生領域を構成する第１傾斜面１６９Ｄ、および第２分力発生領域を構成する第２傾斜面１６９Ｅの３つを全て備えた実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、上記の曲面１６９Ｃ、第１傾斜面１６９Ｄ、および第２傾斜面１６９Ｅの少なくともいずれか１つを備えているものであればよい。ただし、これらの２つ以上を組み合わせて適用することにより、上記の応力低減効果を増大することができるので、実用化に際しては、上記の２つ以上を組み合わせて用いることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態に係る鍛造用金型で製造するスクロール部材を用いたスクロール流体機械の縦断面図である。
【図２】図１に示されたスクロール流体機械用の固定スクロール部材（Ａ）と旋回スクロール部材（Ｂ）の外観斜視図である。
【図３】図２に示された旋回スクロール部材の平面図である。
【図４】図２に示された旋回スクロール部材とは別構成の旋回スクロール部材の平面図である。
【図５】図２に示された旋回スクロール部材を鍛造成形する方法の工程図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る鍛造用金型における段部成形型の部分拡大図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る鍛造用金型による鍛造後の加工状態（Ａ）と従来の鍛造後の加工状態（Ｂ）の比較図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ スクロール流体機械
３３ 旋回スクロール部材
３３Ｆ 段部
３３Ｓ 鍛造素材
６１ 鍛造用金型
６３ 素材セット空間
６５ 成形パンチ
６７ 成形金型
６９ 段部成形型
６９Ａ 延出部
６９Ｂ 上流面
６９Ｃ コーナ上流部
６９Ｄ 頂面
６９Ｅ コーナ下流部
６９Ｆ 反対面
１６９Ｃ 滑らかな曲面（素材流動受流し領域）
１６９Ｄ 第１傾斜面（第１分力発生領域）
１６９Ｅ 第２傾斜面（第２分力発生領域）
Ｔ 延出部の延出方向高さ
Ｖ１ 第１分力
Ｖ２ 第２分力
Ｘ 鍛造素材流動方向
Ｚ 素材流動による応力
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、
前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、
該延出部には、素材流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、略素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、
前記コーナ上流部は、素材流動を頂面側へと受流す素材流動受流し領域を備えることを特徴とする鍛造用金型。
【請求項２】
前記素材流動受流し領域は、滑らかな曲面により形成されることを特徴とする請求項１に記載の鍛造用金型。
【請求項３】
鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、
前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、
該延出部には、素材流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、略素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、
前記頂面は、素材流動方向と反対向きの反素材流動方向へと第１分力を発生させる第１分力発生領域を備えることを特徴とする鍛造用金型。
【請求項４】
前記第１分力発生領域は、前記素材流動方向に沿って素材流動流路が漸増形成される第１傾斜面で形成されることを特徴とする請求項３に記載の鍛造用金型。
【請求項５】
鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、
前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、
該延出部には、素材流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、略素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、
前記コーナ下流部は、素材流動方向と反対向きの反素材流動方向へと第２分力を発生させる第２分力発生領域を備えることを特徴とする鍛造用金型。
【請求項６】
前記第２分力発生領域は、反対面の下流側に向け素材流動流路が漸減形成される第２傾斜面で形成されることを特徴とする請求項５に記載の鍛造用金型。
【請求項７】
前記延出部は、前記段部成形型に隣接する成形型面に対して、前記製品の段部高さに相当する延出方向高さを有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の鍛造用金型。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の鍛造用金型を用い、鍛造成形により段部を有する製品を製造する方法であって、
前記素材セット空間に供給された前記鍛造素材に対して前記成形パンチにより圧縮力を付与し、前記段部成形型の前記延出部により、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向の段部を成形することを特徴とする段部を有する製品の製造方法。
【請求項９】
段部を有する前記製品が、スクロール流体機械に適用されるスクロール部材であり、前記段部が、その渦巻き状ラップのラップボトム面に形成されるラップ高さ方向の段部であることを特徴とする請求項８に記載の段部を有する製品の製造方法。
【請求項１】
鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、
前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、
該延出部には、素材流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、略素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、
前記コーナ上流部は、素材流動を頂面側へと受流す素材流動受流し領域を備えることを特徴とする鍛造用金型。
【請求項２】
前記素材流動受流し領域は、滑らかな曲面により形成されることを特徴とする請求項１に記載の鍛造用金型。
【請求項３】
鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、
前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、
該延出部には、素材流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、略素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、
前記頂面は、素材流動方向と反対向きの反素材流動方向へと第１分力を発生させる第１分力発生領域を備えることを特徴とする鍛造用金型。
【請求項４】
前記第１分力発生領域は、前記素材流動方向に沿って素材流動流路が漸増形成される第１傾斜面で形成されることを特徴とする請求項３に記載の鍛造用金型。
【請求項５】
鍛造素材がセットされるとともに、前記鍛造素材に圧縮力を与える成形パンチが進入される素材セット空間と、段部を成形する段部成形型を有する成形金型とを備え、前記素材セット空間にセットされた鍛造素材を塑性流動させて段部を有する製品を鍛造成形する鍛造用金型において、
前記段部成形型は、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向に延出する延出部を備え、
該延出部には、素材流動を受ける上流面側に形成されたコーナ上流部と、該コーナ上流部に接続され、略素材流動方向に形成された頂面と、前記コーナ上流部の下流側に反対面を形成するコーナ下流部とが形成され、
前記コーナ下流部は、素材流動方向と反対向きの反素材流動方向へと第２分力を発生させる第２分力発生領域を備えることを特徴とする鍛造用金型。
【請求項６】
前記第２分力発生領域は、反対面の下流側に向け素材流動流路が漸減形成される第２傾斜面で形成されることを特徴とする請求項５に記載の鍛造用金型。
【請求項７】
前記延出部は、前記段部成形型に隣接する成形型面に対して、前記製品の段部高さに相当する延出方向高さを有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の鍛造用金型。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の鍛造用金型を用い、鍛造成形により段部を有する製品を製造する方法であって、
前記素材セット空間に供給された前記鍛造素材に対して前記成形パンチにより圧縮力を付与し、前記段部成形型の前記延出部により、前記鍛造素材が塑性流動する方向に対して交差する方向の段部を成形することを特徴とする段部を有する製品の製造方法。
【請求項９】
段部を有する前記製品が、スクロール流体機械に適用されるスクロール部材であり、前記段部が、その渦巻き状ラップのラップボトム面に形成されるラップ高さ方向の段部であることを特徴とする請求項８に記載の段部を有する製品の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−７９０（Ｐ２００８−７９０Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７２５８５（Ｐ２００６−１７２５８５）
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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