(57)【要約】【課題】成形時の充填不良、空気の巻込み、あるいは湯境の発生を防止することできる半溶融あるいは半凝固成形法および成形装置を提供する。【解決手段】半溶融あるいは半凝固成形法は、平板部分５２と、平板部分５２の一方の表面から突出した突出部分５１とを有する成形品５０を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するための半溶融あるいは半凝固成形法である。この成形法では、成形型２の内部に形成された成形品５０の鋳造空間であるキャビティ１３に、平板部分５２における突出部分５１が突出した一方の表面とは反対側の他方の表面から、平板部分５２の板厚方向に、半溶融あるいは半凝固金属を充填する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板部分（５２）と、前記平板部分（５２）の一方の表面から突出した突出部分（５１）とを有する成形品（５０）を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するための半溶融あるいは半凝固成形法であって、
成形型（２）の内部に形成された前記成形品（５０）の鋳造空間であるキャビティ（１３）に、前記平板部分（５２）における前記突出部分（５１）が突出した一方の表面とは反対側の他方の表面から、前記平板部分（５２）の板厚方向に、半溶融あるいは半凝固金属を充填する、
ことを特徴とした半溶融あるいは半凝固成形法。
【請求項２】
前記キャビティ（１３）に前記半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー（５４）の流路断面の縦横比は、１：３未満である、
請求項１に記載の半溶融あるいは半凝固成形法。
【請求項３】
前記キャビティ（１３）に前記半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー（５４）と前記キャビティ（１３）との間に、前記成形型（２）とは別のインサートまたはスライド型（５）を、前記ランナー（５４）の延びる方向と異なる方向から挿入し、その後、前記成形型（２）に半溶融あるいは半凝固金属を充填する、
請求項１または２に記載の半溶融あるいは半凝固成形法。
【請求項４】
前記成形品（５０）は、前記平板部分である鏡板（５２）と、前記突出部分である渦巻き状の部分（５１）とを有するスクロール部材（５０）であり、
前記スクロール部材（５０）は、前記鏡板（５２）における前記渦巻き状の部分（５１）が突出した一方の表面と反対側の他方の表面に突出した柱状のボス（５３）をさらに有しており、
前記キャビティ（１３）に前記半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー（５４）を通して、前記スクロール部材（５０）の成形型（２）のキャビティ（１３）へ、前記ボス（５３）の部分から半溶融あるいは半凝固金属を充填する、
請求項１から３のいずれかに記載の半溶融あるいは半凝固成形法。
【請求項５】
平板部分（５２）と、前記平板部分（５２）の一方の表面から突出した突出部分（５１）とを有する成形品（５０）を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するための半溶融あるいは半凝固成形装置であって、
内部に前記成形品（５０）の鋳造空間であるキャビティ（１３）が形成された成形型（２）と、
前記平板部分（５２）における前記突出部分（５１）が突出した一方の表面とは反対側の他方の表面から前記平板部分（５２）の板厚方向に半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー（５４）を形成するために、前記キャビティ（１３）と前記ランナー（５４）との間に配置される、前記成形型（２）とは別のインサートまたはスライド型（５）とを備えており、
前記インサートまたはスライド型（５）は、前記ランナー（５４）の延びる方向と異なる方向から挿入される、
半溶融あるいは半凝固成形装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半溶融あるいは半凝固成形法および成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクロール圧縮機の固定スクロールまたは可動スクロール等、渦巻き状の部分を有するスクロール部材を半溶融あるいは半凝固成形法により型成形している。例えば、特許文献１記載のスクロール鋳造装置を用いてスクロール部材の鋳造が行われている。
【０００３】
このようなスクロール鋳造装置では、成形型内部の鋳造空間であるキャビティに溶融金属を充填、すなわち給湯する場合に、スクロール部材の平板部分である鏡板の周縁から充填している（図１４参照）。
【特許文献１】特開平８−１５５６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、鋳鉄の半溶融あるいは半凝固金属を充填する半溶融あるいは半凝固成形法において、半溶融あるいは半凝固金属を鏡板の周縁から充填する、いわゆる横入れをした場合、スクロール部材の渦巻き状の部分のスクロール形状に関して充填に必要な湯口の断面積を確保することにより、湯口形状が幅広となり、このため断面長（または、湯口断面の周長）が大きくなる。その結果、成形時に充填される半溶融あるいは半凝固金属が冷却され易くなるので、スクロール部材の成形不良、たとえば、歯厚の薄い渦巻き先端部の充填不良、空気の巻き込み、湯境の発生等の不具合が生じやすくなる。
【０００５】
本発明の課題は、成形時の充填不良、空気の巻込み、あるいは湯境の発生を防止することできる半溶融あるいは半凝固成形法および成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明の半溶融あるいは半凝固成形法は、平板部分と、平板部分の一方の表面から突出した突出部分とを有する成形品を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するための半溶融あるいは半凝固成形法である。この成形法では、成形型の内部に形成された成形品の鋳造空間であるキャビティに、平板部分における突出部分が突出した一方の表面とは反対側の他方の表面から、平板部分の板厚方向に、半溶融あるいは半凝固金属を充填する。
【０００７】
ここでは、平板部分における突出部分が突出した一方の表面とは反対側の他方の表面から、平板部分の板厚方向に、半溶融あるいは半凝固金属をキャビティに充填するので、キャビティ全体に半溶融あるいは半凝固金属を円滑に充填することが可能である。その結果、充填不良、空気の巻込み、あるいは湯境の発生を防止することが可能である。
【０００８】
第２発明の半溶融あるいは半凝固成形法は、第１発明の成形法であって、キャビティに半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナーの流路断面の縦横比は、１：３未満である。
【０００９】
ここでは、ランナーの流路断面の縦横比が１：３未満であるので、ランナーの流路断面の断面長が小さくなる。これにより、ランナーの部分における半溶融あるいは半凝固金属の冷却を抑えることが可能になり、溶湯の流動性が良くなる。このため、湯が冷えにくく、充填不良の発生を抑えることができるので、歩留まりが向上する。
【００１０】
第３発明の半溶融あるいは半凝固成形法は、第１発明または第２発明の成形法であって、キャビティに半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナーとキャビティとの間に、成形型とは別のインサートまたはスライド型を、ランナーの延びる方向と異なる方向から挿入し、その後、成形型に半溶融あるいは半凝固金属を充填する。
【００１１】
ここでは、ランナーとキャビティとの間に、成形型とは別のインサートまたはスライド型をランナーの延びる方向と異なる方向から挿入し、その後、成形型に半溶融あるいは半凝固金属を充填するので、ランナーをキャビティの中心まで延ばすことができるうえ、ランナーの途中にスケールトラップ構造を設けることができ、脱炭層や酸化スケールの巻き込みを効果的に、防止できる。しかも、成型後は、インサートまたはスライド型を、ランナーと干渉しないで成形型から容易に離脱することが可能である。
【００１２】
第４発明の半溶融あるいは半凝固成形法は、第１発明から第３発明のいずれかの成形法であって、成形品は、平板部分である鏡板と、突出部分である渦巻き状の部分とを有するスクロール部材である。スクロール部材は、鏡板における渦巻き状の部分が突出した一方の表面と反対側の他方の表面に突出した柱状のボスをさらに有している。キャビティに半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナーを通して、スクロール部材の成形型のキャビティへ、ボスの部分から半溶融あるいは半凝固金属を充填する。
【００１３】
ここでは、スクロール部材のボスの部分から半溶融あるいは半凝固金属を充填するので、キャビティ全体に半溶融あるいは半凝固金属を円滑に充填することが可能であり、充填不良をより効果的に防止できる。
【００１４】
第５発明の半溶融あるいは半凝固成形装置は、平板部分と、平板部分の一方の表面から突出した突出部分とを有する成形品を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するための半溶融あるいは半凝固成形装置である。この成形装置は、その内部に成形品の鋳造空間であるキャビティが形成された成形型と、インサートまたはスライド型とを備えている。インサートまたはスライド型は、平板部分における突出部分が突出した一方の表面とは反対側の他方の表面から平板部分の板厚方向に半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナーを形成するために、キャビティとランナーとの間に配置される。インサートまたはスライド型は、成形型とは別の部材である。インサートまたはスライド型は、ランナーの延びる方向と異なる方向から挿入される。
【００１５】
ここでは、成形装置が、平板部分における突出部分が突出した一方の表面とは反対側の他方の表面から平板部分の板厚方向に半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナーを形成するために、キャビティとランナーとの間に配置される、成形型とは別のインサートまたはスライド型を備えており、インサートまたはスライド型がランナーの延びる方向と異なる方向から挿入されるので、ランナーをキャビティの中心まで延ばすことができ、脱炭層や酸化スケールの巻き込みを効果的に防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
第１発明によれば、キャビティ全体に半溶融あるいは半凝固金属を円滑に充填することができる。その結果、充填不良、空気の巻込み、あるいは湯境の発生を防止することができる。
【００１７】
第２発明によれば、ランナーの部分における半溶融あるいは半凝固金属の冷却を抑えることにより、溶湯の流動性が良くなる。このため、湯が冷えにくく充填不良の発生を抑えることができ、歩留まりが向上する。
【００１８】
第３発明によれば、ランナーをキャビティの中心まで延ばすことができ、スケールトラップ構造を設けることができるので、脱炭層や酸化スケールの巻き込みを効果的に防止できる。しかも、成型後は、インサートまたはスライド型を、ランナーと干渉しないで成形型から容易に離脱することができる。
【００１９】
第４発明によれば、キャビティ全体に半溶融あるいは半凝固金属を円滑に充填することが可能であり、充填不良をより効果的に防止できる。
【００２０】
第５発明によれば、ランナーをキャビティの中心まで延ばすことができ、スケールトラップ構造を設けることができるので、脱炭層や酸化スクロールの巻き込みを効果的に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
つぎに本発明の半溶融あるいは半凝固成形法および成形装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２２】
＜半溶融あるいは半凝固成形装置１の構成＞
図１に示される半溶融あるいは半凝固成形装置１（以下、成形装置１という）は、スクロール圧縮機の可動スクロール、すなわち、渦巻き状の部分５１、渦巻き状の部分５１の根元側に形成された板状の鏡板５２、および鏡板５２における渦巻き状の部分５１の反対側に形成された円柱状のボス５３を有するスクロール部材５０を成形するための成形装置である。
【００２３】
成形装置１は、スクロール部材用成形型２（以下、成形型２という）と、渦巻き用押出ピン３と、インサートまたはスライド型５と、材料充填機構６と、押出ピン駆動機構７と、ベースフレーム８とを備えている。
【００２４】
この成形装置１では、材料充填機構６によって鉄系の半溶融あるいは半凝固金属材料である半溶融・半凝固金属材料Ｃを成形型２内部に圧力をかけて充填することにより、スクロール部材５０を型成形することが可能である。
【００２５】
スクロール部材５０を成形した後には、成形型２を構成する一方の可動型１１は、ベースフレーム８に沿って、図示しない駆動手段によって他方の固定型１２から引き離される（図１１参照）。その後、渦巻き用押出ピン３および追加押出ピン９が可動型１１内部に押出ピン駆動機構７によって押し込まれることにより、可動型１１内部からスクロール部材５０を取り出すことができる（図１２参照）。
【００２６】
以下、成形型２、渦巻き用押出ピン３、およびインサートまたはスライド型５について、別項目でさらに詳細に説明する。
【００２７】
＜スクロール部材用成形型２、およびインサートまたはスライド型５の構成＞
成形型２は、図１に示されるように、ベースフレーム８に沿って往復移動する可動型１１と、ベースフレーム８上に固定された固定型１２とを有している。
【００２８】
また、成形装置１は、可動型１１と固定型１２とが結合したときに形成されるスクロール部材５０の形状をした鋳造空間、すなわちキャビティ１３に半溶融あるいは半凝固金属材料を充填するための流路であるランナー５４を形成するために、インサートまたはスライド型５をさらに備えている。
【００２９】
インサートまたはスライド型５は、キャビティ１３とランナー５４との間に配置され、成形型２の可動型１１および固定型１２とは別の部材であり、固定型１２に着脱自在に取り付けられる。
【００３０】
インサートまたはスライド型５は、平板部分である鏡板５２における突出部分である渦巻き状の部分５１が突出した第１表面５２ａとは反対側の第２表面５２ｂから鏡板５２の板厚方向に半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー５４を形成するために、キャビティ１３とランナー５４との間に配置される。
【００３１】
例えば、スライド型５の場合、ランナー５４の延びる方向と異なる方向、本実施形態では、ランナー５４の延びる方向と直交する図１の紙面垂直方向に沿って往復移動可能であり、これにより、固定型１２内部に挿入および離脱される。また、インサート５の場合には、固定型１２に対して、ランナー５４の延びる方向と直交する図１の紙面垂直方向に沿って挿入するか、または図１の左方向から挿入するかいずれでもよい。
【００３２】
また、ランナー５４の屈曲部には、脱炭層や酸化スケールを除去するために、スケールトラップを設けることができる。例えば、図１に示されるように、スケールトラップＳは、材料残部５５から線状または円弧状に突出して設けられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、スケールトラップの位置および形状を種々変更してもよい。
【００３３】
可動型１１は、図１に示されるように、スクロール部材５０を形成するためのキャビティ１３のうち、渦巻き状の部分５１を形成するための渦巻き状溝１３ａと、鏡板５２を形成するための平板状溝１３ｂとを有している。
【００３４】
固定型１２は、図１に示されるように、スクロール部材５０を形成するためのキャビティ１３のうち、円柱状のボス５３を形成するための円柱状溝１３ｃを有している。さらに固定型１２は、ランナー５４を形成するためのランナー溝１３ｄを有している。
【００３５】
可動型１１は、可動プラテン２１に固定されており、可動プラテン２１とともにベースフレーム８上を往復移動する。固定型１２は、固定プラテン２２に固定されており、ステージ８上で静止している。
【００３６】
＜渦巻き用押出ピン３の構成＞
図１に示される渦巻き用押出ピン３は、可動型１１に形成された貫通孔１５を通って、キャビティ１３の渦巻き状溝１３ａの先端に出没できるように押出ピン駆動機構７に取り付けられている。
【００３７】
渦巻き用押出ピン３は、スクロール部材５０の成形後にスクロール部材５０の渦巻き状の部分５１の先端５１ａを押して、スクロール部材５０を可動型１１から押し出すことが可能である。
【００３８】
＜半溶融あるいは半凝固成形法の概要＞
本実施形態における半溶融あるいは半凝固成形法では、成形型２の内部に形成された成形品であるスクロール部材５０の鋳造空間であるキャビティ１３に、鏡板５２における渦巻き状の部分５１が突出した第１表面５２ａとは反対側の第２表面５２ｂから鏡板５２の板厚方向に半溶融あるいは半凝固金属を充填する。このため、鏡板５２の周縁でなく渦巻き状の部分５１が形成されていない裏側の表面、すなわち第２表面５２ｂから給湯するので、キャビティ１３全体に半溶融あるいは半凝固金属を円滑に充填することが可能であり、その結果、充填不良、空気の巻込み、あるいは湯境の発生を防止することが可能である。
【００３９】
また、本実施形態において成形されるスクロール部材５０は、可動スクロールであり、鏡板５２における渦巻き状の部分５１が突出した第１表面５２ａと反対側の第２表面５２ｂに突出した柱状のボス５３を有している。したがって、キャビティ１３に半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー５４を通して、スクロール部材５０の成形型２のキャビティ１３へ、鏡板５２の中心に位置するボス５３の部分から半溶融あるいは半凝固金属を充填する。
【００４０】
このように、スクロール部材５０のボス５３から充填するので、キャビティ１３全体（とくに鏡板５２を形成する平板状溝１３ｂ全体）に半溶融あるいは半凝固金属を円滑に充填することが可能である。
【００４１】
なお、成形後のランナー５４の一端は、ボス５３とつながっており、一方、その他端は、材料充填機構６側の材料残部５５につながっている。したがって、成形後のスクロール部材５０は、図１３に示されるように成形型２から取り出された後に、ランナー５４および材料残部５５が切除される。
【００４２】
なお、材料充填機構６から出た直後の半溶融・半凝固金属材料Ｃ表面の脱炭層や酸化スケールを除去するため、材料充填機構６は、ボス５３の真後ろに配置せずにランナー５４の分だけ離間して配置されている。これにより、半溶融・半凝固金属材料Ｃ表面から除去されたスケールは、主に材料残部５５やランナー５４の途中に構成したスケールトラップ（図示しない）にたまるので、スクロール部材５０への不純物の混入が少なくなる。
【００４３】
また、図１〜３に示されるように、キャビティ１３に半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー５４の流路断面の縦横比（図３に示されるランナー５４の流路断面の縦の長さｔ１と横の長さｔ２の比）は、ｔ１：ｔ２＝１：３未満（具体的には、例えばｔ１：ｔ２＝１：２．９９〜１：１）である。なお、ランナー５４の流路断面における縦の長さｔ１と横の長さｔ２については、説明の便宜上、縦横を定義しているだけであり、半溶融あるいは半凝固金属の充填において縦横を入れ替えてもとくに影響はない。
【００４４】
ランナー５４の流路断面の縦横比が１：３未満であるので、ランナー５４の流路断面は、平たくなく、例えば、ある程度正方形か円形に近い断面形状になっている。これにより、ランナー５４の流路断面の断面長（または、湯口断面の周長）が小さくなることによって、ランナー５４の部分における半溶融あるいは半凝固金属の冷却を抑えることにより、溶湯の流動性が良くなる。
【００４５】
なお、流路断面積をＡ、断面長（または、湯口断面の周長）をＬとした場合、等価水力直径＝４Ａ／Ｌの関係がある。ここで、等価水力直径とは、ある流路の断面と等価な円管の直径のことである。
【００４６】
例えば、ランナー５４の流路断面の縦横比が１：３未満の具体例として、ランナー５４の流路断面が３０×３０ｍｍの正方形断面（縦横比は１：１）の場合には、等価水力直径Ｄ１は、Ｄ１＝（４Ａ／Ｌ）＝（４×３０×３０）／（４×３０）＝３０ｍｍとなり、直径３０ｍｍの円形断面の流路と等価の流路を確保できる。
【００４７】
一方、後述する比較例（図１６参照）に示されるようなランナー１５４の流路断面の縦横比が１：１０〜１：７の具体例として、ランナー１５４の流路断面が１０×９０ｍｍの偏平な矩形断面（縦横比は１：９）の場合には、上記の３０×３０ｍｍの正方形断面と同じ断面積（９００ｍｍ2）であるにもかかわらず、等価水力直径Ｄ２は、Ｄ２＝（４Ａ／Ｌ）＝（４×１０×９０）／（２×（１０＋９０））＝１８ｍｍとなり、流路が非常に狭くなる。
【００４８】
ランナー５４の流路断面の縦横比は、１：３未満であればよく、代表的には設計容易な図３に示される矩形断面のランナー５４が形成される。また、縦横比が１：３未満であれば種々の断面形状を採用することができ、本発明の変形例として、図４のような半円ドーム型断面、図５のような円形断面、あるいは図示しないが楕円形断面などを採用してもよい。この場合も、ランナー５４の流路断面の断面長を短くできるので、湯が冷えにくく、歩留まりが向上する。
【００４９】
また、本実施形態では、ランナー５４とキャビティ１３との間に、成形型２とは別のインサートまたはスライド型５を、ランナー５４の延びる方向と異なる方向から挿入し、その後、成形型２に半溶融あるいは半凝固金属を充填する。このように成形型２とは別のインサートまたはスライド型５を固定型１２に挿入することにより、ランナー５４をキャビティ１３（とくに鏡板５２の部分）の中心まで延ばすことができ、充填不良、空気の巻込み、あるいは湯境の発生を効果的に防止できる。
【００５０】
＜半溶融あるいは半凝固成形法の手順＞
つぎに、実施形態の成形装置１を用いた半溶融あるいは半凝固成形法について、図６〜１３を参照しながら説明する。
【００５１】
まず、図６に示される初期状態から、図７に示されるように、ベースフレーム８に沿って可動型１１を移動させて、可動型１１と固定型１２と連結させてキャビティ１３を形成する（型締め過程）。
【００５２】
ついで、図８に示されるように、材料充填機構６に半溶融・半凝固金属材料Ｃを投入する（材料注入過程）。
【００５３】
ついで、図９に示されるように、材料充填機構６のプランジャー６ａを油圧または空気圧によって移動させて半溶融・半凝固金属材料Ｃを成形型２内部に圧力をかけて充填する（充填過程）。このとき、充填される途中の半溶融・半凝固金属Ｍは、ランナー溝１３ｄを通ってキャビティ１３に充填される。ランナー溝１３ｄは上記のように正方形に近い矩形の流路断面なので、半溶融・半凝固金属Ｍはランナー溝１３ｄ内部で冷えにくい状態で、キャビティ１３まで到達することが可能である。
【００５４】
ついで、図１０に示されるように、半溶融・半凝固金属Ｍがキャビティ１３の全体に充填が完了し、その後、半溶融・半凝固金属Ｍが冷却して固化したとき、キャビティ１３内部には成形後のスクロール部材５０が成形される（充填完了）。成形後のスクロール部材５０は、ランナー溝１３ｄ内部に形成されたランナー５４および材料残部５５につながっている。
【００５５】
ついで、図１１に示されるように、ベースフレーム８に沿って可動型１１を移動させて、可動型１１を固定型１２から離して、成形型２を開く（型開き過程）。このとき、インサートまたはスライド型５は、スクロール部材５０とランナー５４との間に挟まった状態になっている。
【００５６】
ついで、図１２に示されるように、インサートまたはスライド型５としてインサートを用いる場合は、押出ピン駆動機構７を駆動させて渦巻き用押出ピン３を可動型１１の渦巻き状溝１３ａ内部に突出させることにより、渦巻き用押出ピン３はスクロール部材５０の渦巻き状の部分５１を押す。また、追加押出ピン９も、押出ピン駆動機構７の駆動により、可動型１１から突出して材料残部５５を押す。これにより、可動型１１から、成形されたスクロール部材５０、ランナー５４、材料残部５５、およびインサート５の一体になったものを可動型１１内部から押し出すことが可能である（押出し過程）。また、押出しと同時に、プランジャー６ａは、初期位置に戻される。
【００５７】
一方、インサートまたはスライド型５としてスライド型を用いる場合は、押出ピン駆動機構７を駆動させる前に、スライド型５を可動型１１などに設けられたスライド型駆動機構（図示せず）などを用いて、図１２の紙面垂直方向に沿って、スライド型５を２分割して互いに離れる方向へ移動させてスライド型５を開く。この後、押出ピン駆動機構７を駆動させて、成形されたスクロール部材５０、ランナー５４、および材料残部５５の一体になったものだけを可動型１１内部から押し出すことが可能である。
【００５８】
ついで、図１３に示されるように、成形されたスクロール部材５０、ランナー５４、材料残部５５、およびインサート５の一体になったものを、成形型２内部から取り出す（成形品取出し過程）。このとき、渦巻き用押出ピン３および追加押出ピン９は、図６の初期状態まで戻される。
【００５９】
成形されたスクロール部材５０は、ランナー５４とボス５３との境界部分で切断され、ランナー５４および材料残部５５から分離される。それとともに、スクロール部材５０とランナー５４との間に挟まっているインサート５も分離される。
【００６０】
スクロール部材５０の最後の仕上げは、エンドミル、軸付き砥石、エアロラップ等によって表面仕上げを施すことにより、スクロール部材５０の完成品に要求される寸法および表面粗さに仕上げることができる。
【００６１】
＜比較例＞
ここで、比較例として、図１４に示されるように、従来より用いられる上記の特許文献１に記載のスクロール鋳造装置１０１では、成形型１０２内部の鋳造空間であるキャビティ１１３に溶融金属を充填、すなわち給湯する場合に、スクロール部材１５０の平板部分である鏡板１５２の周縁から充填している（図１４参照）。
【００６２】
この比較例のスクロール鋳造装置１０１における鋳鉄の半溶融あるいは半凝固金属を充填する成形法では、給湯を鏡板１５２の周縁から充填する、いわゆる横入れをする。
【００６３】
なお、この比較例のスクロール鋳造装置１０１も、図１の成形装置１と同様に、渦巻き用押出ピン３と、材料充填機構６およびベースフレーム８も備えている。
【００６４】
この比較例の場合、スクロール部材１５０の渦巻き状の部分１５１のスクロール形状に関して、充填に必要な湯口の断面積を確保すると、図１５〜１６に示されるように、ランナー１５４の流路断面の湯口形状は、幅広となる。なお、１５５は、材料充填機構６側の材料残部１５５である。このため、ランナー１５４の流路断面の断面長（または、湯口断面の周長）が大きくなる。いいかえれば、図１６に示されるように、ランナー１５４の流路断面の縦横比は、ｔ３：ｔ４＝１：１０〜１：７になる。
【００６５】
その結果、このような断面長が大きい平坦なランナー１５４の内部では、成形時に充填される半溶融あるいは半凝固金属が冷却され易くなる。このため、スクロール部材１５０の成形不良、たとえば、図１７に示されるように、歯厚の薄い渦巻き状の部分１５１の先端部の充填不良が生じるおそれがある。
【００６６】
しかも、図１７に示されるように、溶融金属がキャビティ１１３内部（とくに鏡板５２の部分）への充填が不十分なことにより、キャビティ１１３内部における部分Ｄにおいて空気の巻き込みが生じるおそれがある。また、溶融金属が、鏡板５２の部分において、２方向から巻き込むことによって溶融金属の流れの先端部分Ｅが重なり合うことによる継ぎ目、すなわち、湯境が発生しやすくなり、不良品が生じるおそれがある。
【００６７】
しかも、ランナー１５４の形状も幅広になるため、成形後のスクロール部材１５０からランナー１５４を切断した後には、旋盤による仕上げ加工ができないので、さらに円板状の鏡板１５２の外周に沿ってエンドミル等の切削工具を用いた機械加工が必要となり、製造コストが高くなる。
【００６８】
＜特徴＞
（１）
本実施形態では、成形型２の内部に形成された成形品であるスクロール部材５０の鋳造空間であるキャビティ１３に、鏡板５２における渦巻き状の部分５１が突出した第１表面５２ａとは反対側の第２表面５２ｂから鏡板５２の板厚方向に半溶融・半凝固金属を充填する。このため、鏡板５２の周縁でなく渦巻き状の部分５１が形成されていない裏側の表面、すなわち第２表面５２ｂから給湯するので、キャビティ１３全体に半溶融・半凝固金属を円滑に充填することが可能であり、その結果、充填不良、空気の巻込み、あるいは湯境の発生を防止することが可能である。
【００６９】
（２）
また、本実施形態では、キャビティ１３に半溶融・半凝固金属を充填するための流路であるランナー５４の流路断面の縦横比は、ｔ１：ｔ２＝１：３未満である。したがって、ランナー５４の流路断面は、平たくなく、ある程度正方形か円形に近い断面形状になっている。これにより、ランナー５４の流路断面の断面長（または、湯口断面の周長）が小さくなることによって、ランナー５４の部分における半溶融・半凝固金属の冷却を抑えることにより、溶湯の流動性が良くなる。このため、湯が冷えにくく充填不良を抑えることができ、歩留まりが向上する。
【００７０】
また、ランナー５４の断面形状が、平たくなく、ある程度正方形か円形に近い形状になるため、成形後のスクロール部材５０からランナー５４を切断した後に、その切断部分を旋盤によって仕上げ加工することが可能になり、製造コストを抑えることが可能である。
【００７１】
（３）
本実施形態では、キャビティ１３に半溶融・半凝固金属を充填するための流路であるランナー５４とキャビティ１３との間に、成形型２とは別のインサートまたはスライド型５を、ランナー５４の延びる方向と異なる方向から挿入し、その後、成形型２に半溶融・半凝固金属を充填する。
【００７２】
したがって、成形型２とは別のインサートまたはスライド型５を固定型１２に挿入するので、ランナー５４をキャビティ１３（とくに鏡板５２の部分）の中心まで延ばすことができ、脱炭層や酸化スケールの発生を効果的に防止できる。しかも、成型後は、インサートまたはスライド型５を、ランナー５４と干渉しないで成形型２から容易に離脱することができる。
【００７３】
しかも、インサート金型またはスライド型５を用いてボス５３側から給湯することにより、湯口の断面長を短くすることが可能となる。
【００７４】
（４）
本実施形態では、成形されるスクロール部材５０は、可動スクロールであり、鏡板５２における渦巻き状の部分５１が突出した第１表面５２ａと反対側の第２表面５２ｂに突出した柱状のボス５３を有している。したがって、本実施形態の成形法では、ランナー５４を通して、スクロール部材５０の成形型２のキャビティ１３へ、ボス５３の部分から半溶融・半凝固金属を充填する。このように、スクロール部材５０のボス５３から充填するので、キャビティ１３全体（とくに鏡板５２を形成する平板状溝１３ｂ全体）に半溶融・半凝固金属を円滑に充填することが可能であり、充填不良をより効果的に防止でき、高品質のスクロール部材５０を製造することが可能である。
【００７５】
（５）
上記のように本実施形態では、さらに、ランナー５４の部分における半溶融・半凝固金属の冷却を抑えることにより、溶湯の流動性が良くなり、しかも、キャビティ１３への充填方向を見た場合に、スクロール部材５０の渦巻き状の部分５１の中心部の裏面側から径外方向へ充填することができる。
【００７６】
これらの理由により、スクロール部材５０の渦巻き状の部分５１の先端部の充填不良を無くすことができる。また、空気の巻き込みを無くすこともでき、さらに、湯境の発生も防止することができる。
【００７７】
しかも、成形後のスクロール部材５０からランナー５４および材料残部５５を切除した後は、スクロール部材５０を旋盤による仕上げ加工で容易に製品形状にすることができるため、素材コストを抑えることも可能である。
【００７８】
＜変形例＞
（Ａ）
なお、本実施形態では、スクロール部材５０の一例として、渦巻き状の部分５１、鏡板５２およびボス５３を有する可動スクロールを例に挙げて説明しているが、成形装置１のキャビティ１３の形状を適宜変更して固定スクロールまたはその他の鋳造製品を成形してもよい。
【００７９】
（Ｂ）
なお、本実施形態では、材料充填機構６から出た直後の半溶融・半凝固金属材料Ｃ表面のスケールを除去するため、材料充填機構６が、ボス５３の真後ろに配置せずにランナー５４の分だけ離間して配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８０】
変形例として、ランナー５４を省略してボス５３の真後ろからボス５３へ半凝固金属材料等を直接充填させるようにしてもよい。例えば、半凝固成形もしくは、真空や窒素雰囲気で加熱する半溶融成形の場合、酸化スケールがほとんど発生しないため、成形品への混入防止処置をとる必要がない。そのため、材料残部５５のようなスケールトラップが不要となり、ランナー５４なしで成形できる。その結果、ランナー５４が不要になることにより、スクロール部材５０の歩留まりが向上する。また、金型構成の簡略化も可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、半溶融あるいは半凝固成形法および成形装置に適用することが可能である。
また、固定スクロールやロータリーのフロントヘッドの成形にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施形態に係わる半溶融あるいは半凝固成形装置の構成図。
【図２】図１の成形されたスクロール部材、ランナーおよび半溶融・半凝固金属材料残部の平面図。
【図３】図２のランナーのIII−III線断面図。
【図４】本発明の実施形態の変形例であるランナーの半円形断面の断面図。
【図５】本発明の実施形態の他の変形例であるランナーの円形断面の断面図。
【図６】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、初期状態の図。
【図７】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、型締め過程の図。
【図８】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、材料注入過程の図。
【図９】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、充填過程の図。
【図１０】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、充填完了の状態の図。
【図１１】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、型開き過程の図。
【図１２】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、押出し過程の図。
【図１３】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、成形品取出し過程の図。
【図１４】比較例のスクロール鋳造装置の構成図。
【図１５】図１４の成形されたスクロール部材、ランナーおよび半溶融・半凝固金属材料残部の平面図。
【図１６】図１５のランナーのXV−XV線断面図。
【図１７】図１４のスクロール鋳造装置で成形された充填不良の状態のスクロール部材、ランナーおよび半溶融・半凝固金属材料残部の斜視図。
【符号の説明】
【００８３】
１  半溶融あるいは半凝固成形装置（成形装置）
２  スクロール部材用成形型（成形型）
３  渦巻き用押出ピン
５  インサートまたはスライド型
６  材料充填機構
７  押出ピン駆動機構
８  ベースフレーム
９  追加押出ピン
１１  可動型
１２  固定型
１３  キャビティ
５０  スクロール部材
５１  渦巻き状の部分
５２  鏡板
５２ａ  第１表面
５２ｂ  第２表面
５３  ボス
５４  ランナー
５５  材料残部
【図１】
2010005673.tif 000003
【図２】
2010005673.tif 000004
【図３】
2010005673.tif 000005
【図４】
2010005673.tif 000006
【図５】
2010005673.tif 000007
【図６】
2010005673.tif 000008
【図７】
2010005673.tif 000009
【図８】
2010005673.tif 000010
【図９】
2010005673.tif 000011
【図１０】
2010005673.tif 000012
【図１１】
2010005673.tif 000013
【図１２】
2010005673.tif 000014
【図１３】
2010005673.tif 000015
【図１４】
2010005673.tif 000016
【図１５】
2010005673.tif 000017
【図１６】
2010005673.tif 000018
【図１７】
2010005673.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月30日(2009.10.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板部分（５２）と、前記平板部分（５２）の一方の表面から突出した突出部分（５１）とを有する成形品（５０）を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するための半溶融あるいは半凝固成形法であって、
成形型（２）の内部に形成された前記成形品（５０）の鋳造空間であるキャビティ（１３）に前記半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー（５４）と前記キャビティ（１３）との間に、前記成形型（２）とは別のインサートまたはスライド型（５）を、前記ランナー（５４）の延びる方向と異なる方向から挿入し、その後、
前記キャビティ（１３）に、前記平板部分（５２）における前記突出部分（５１）が突出した一方の表面とは反対側の他方の表面から、前記平板部分（５２）の板厚方向に、半溶融あるいは半凝固金属を充填する、
ことを特徴とした半溶融あるいは半凝固成形法。
【請求項２】
前記キャビティ（１３）に前記半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー（５４）の流路断面の縦横比は、１：３未満である、
請求項１に記載の半溶融あるいは半凝固成形法。
【請求項３】
前記成形品（５０）は、前記平板部分である鏡板（５２）と、前記突出部分である渦巻き状の部分（５１）とを有するスクロール部材（５０）であり、
前記スクロール部材（５０）は、前記鏡板（５２）における前記渦巻き状の部分（５１）が突出した一方の表面と反対側の他方の表面に突出した柱状のボス（５３）をさらに有しており、
前記キャビティ（１３）に前記半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー（５４）を通して、前記スクロール部材（５０）の成形型（２）のキャビティ（１３）へ、前記ボス（５３）の部分から半溶融あるいは半凝固金属を充填する、
請求項１または２に記載の半溶融あるいは半凝固成形法。
【請求項４】
平板部分（５２）と、前記平板部分（５２）の一方の表面から突出した突出部分（５１）とを有する成形品（５０）を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するための半溶融あるいは半凝固成形装置であって、
内部に前記成形品（５０）の鋳造空間であるキャビティ（１３）が形成された成形型（２）と、
前記平板部分（５２）における前記突出部分（５１）が突出した一方の表面とは反対側の他方の表面から前記平板部分（５２）の板厚方向に半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー（５４）を形成するために、前記キャビティ（１３）と前記ランナー（５４）との間に配置される、前記成形型（２）とは別のインサートまたはスライド型（５）とを備えており、
前記インサートまたはスライド型（５）は、前記ランナー（５４）の延びる方向と異なる方向から挿入される、
半溶融あるいは半凝固成形装置（１）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半溶融あるいは半凝固成形法および成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクロール圧縮機の固定スクロールまたは可動スクロール等、渦巻き状の部分を有するスクロール部材を半溶融あるいは半凝固成形法により型成形している。例えば、特許文献１記載のスクロール鋳造装置を用いてスクロール部材の鋳造が行われている。
【０００３】
このようなスクロール鋳造装置では、成形型内部の鋳造空間であるキャビティに溶融金属を充填、すなわち給湯する場合に、スクロール部材の平板部分である鏡板の周縁から充填している（図１４参照）。
【特許文献１】特開平８−１５５６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、鋳鉄の半溶融あるいは半凝固金属を充填する半溶融あるいは半凝固成形法において、半溶融あるいは半凝固金属を鏡板の周縁から充填する、いわゆる横入れをした場合、スクロール部材の渦巻き状の部分のスクロール形状に関して充填に必要な湯口の断面積を確保することにより、湯口形状が幅広となり、このため断面長（または、湯口断面の周長）が大きくなる。その結果、成形時に充填される半溶融あるいは半凝固金属が冷却され易くなるので、スクロール部材の成形不良、たとえば、歯厚の薄い渦巻き先端部の充填不良、空気の巻き込み、湯境の発生等の不具合が生じやすくなる。
【０００５】
本発明の課題は、成形時の充填不良、空気の巻込み、あるいは湯境の発生を防止することできる半溶融あるいは半凝固成形法および成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明の半溶融あるいは半凝固成形法は、平板部分と、平板部分の一方の表面から突出した突出部分とを有する成形品を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するための半溶融あるいは半凝固成形法である。この成形法では、成形型の内部に形成された成形品の鋳造空間であるキャビティに半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナーとキャビティとの間に、成形型とは別のインサートまたはスライド型を、ランナーの延びる方向と異なる方向から挿入する。その後、キャビティに、平板部分における突出部分が突出した一方の表面とは反対側の他方の表面から、平板部分の板厚方向に、半溶融あるいは半凝固金属を充填する。
【０００７】
ここでは、平板部分における突出部分が突出した一方の表面とは反対側の他方の表面から、平板部分の板厚方向に、半溶融あるいは半凝固金属をキャビティに充填するので、キャビティ全体に半溶融あるいは半凝固金属を円滑に充填することが可能である。その結果、充填不良、空気の巻込み、あるいは湯境の発生を防止することが可能である。
【０００８】
しかも、ランナーとキャビティとの間に、成形型とは別のインサートまたはスライド型をランナーの延びる方向と異なる方向から挿入し、その後、成形型に半溶融あるいは半凝固金属を充填するので、ランナーをキャビティの中心まで延ばすことができるうえ、ランナーの途中にスケールトラップ構造を設けることができ、脱炭層や酸化スケールの巻き込みを効果的に、防止できる。しかも、成型後は、インサートまたはスライド型を、ランナーと干渉しないで成形型から容易に離脱することが可能である。
【０００９】
第２発明の半溶融あるいは半凝固成形法は、第１発明の成形法であって、キャビティに半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナーの流路断面の縦横比は、１：３未満である。
【００１０】
ここでは、ランナーの流路断面の縦横比が１：３未満であるので、ランナーの流路断面の断面長が小さくなる。これにより、ランナーの部分における半溶融あるいは半凝固金属の冷却を抑えることが可能になり、溶湯の流動性が良くなる。このため、湯が冷えにくく、充填不良の発生を抑えることができるので、歩留まりが向上する。
【００１１】
第３発明の半溶融あるいは半凝固成形法は、第１発明または第２発明の成形法であって、成形品は、平板部分である鏡板と、突出部分である渦巻き状の部分とを有するスクロール部材である。スクロール部材は、鏡板における渦巻き状の部分が突出した一方の表面と反対側の他方の表面に突出した柱状のボスをさらに有している。キャビティに半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナーを通して、スクロール部材の成形型のキャビティへ、ボスの部分から半溶融あるいは半凝固金属を充填する。
【００１２】
ここでは、スクロール部材のボスの部分から半溶融あるいは半凝固金属を充填するので、キャビティ全体に半溶融あるいは半凝固金属を円滑に充填することが可能であり、充填不良をより効果的に防止できる。
【００１３】
第４発明の半溶融あるいは半凝固成形装置は、平板部分と、平板部分の一方の表面から突出した突出部分とを有する成形品を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するための半溶融あるいは半凝固成形装置である。この成形装置は、その内部に成形品の鋳造空間であるキャビティが形成された成形型と、インサートまたはスライド型とを備えている。インサートまたはスライド型は、平板部分における突出部分が突出した一方の表面とは反対側の他方の表面から平板部分の板厚方向に半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナーを形成するために、キャビティとランナーとの間に配置される。インサートまたはスライド型は、成形型とは別の部材である。インサートまたはスライド型は、ランナーの延びる方向と異なる方向から挿入される。
【００１４】
ここでは、成形装置が、平板部分における突出部分が突出した一方の表面とは反対側の他方の表面から平板部分の板厚方向に半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナーを形成するために、キャビティとランナーとの間に配置される、成形型とは別のインサートまたはスライド型を備えており、インサートまたはスライド型がランナーの延びる方向と異なる方向から挿入されるので、ランナーをキャビティの中心まで延ばすことができ、脱炭層や酸化スケールの巻き込みを効果的に防止できる。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明によれば、キャビティ全体に半溶融あるいは半凝固金属を円滑に充填することができる。その結果、充填不良、空気の巻込み、あるいは湯境の発生を防止することができる。
【００１６】
しかも、ランナーをキャビティの中心まで延ばすことができ、スケールトラップ構造を設けることができるので、脱炭層や酸化スケールの巻き込みを効果的に防止できる。しかも、成型後は、インサートまたはスライド型を、ランナーと干渉しないで成形型から容易に離脱することができる。
【００１７】
第２発明によれば、ランナーの部分における半溶融あるいは半凝固金属の冷却を抑えることにより、溶湯の流動性が良くなる。このため、湯が冷えにくく充填不良の発生を抑えることができ、歩留まりが向上する。
【００１８】
第３発明によれば、キャビティ全体に半溶融あるいは半凝固金属を円滑に充填することが可能であり、充填不良をより効果的に防止できる。
【００１９】
第４発明によれば、ランナーをキャビティの中心まで延ばすことができ、スケールトラップ構造を設けることができるので、脱炭層や酸化スクロールの巻き込みを効果的に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
つぎに本発明の半溶融あるいは半凝固成形法および成形装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２１】
＜半溶融あるいは半凝固成形装置１の構成＞
図１に示される半溶融あるいは半凝固成形装置１（以下、成形装置１という）は、スクロール圧縮機の可動スクロール、すなわち、渦巻き状の部分５１、渦巻き状の部分５１の根元側に形成された板状の鏡板５２、および鏡板５２における渦巻き状の部分５１の反対側に形成された円柱状のボス５３を有するスクロール部材５０を成形するための成形装置である。
【００２２】
成形装置１は、スクロール部材用成形型２（以下、成形型２という）と、渦巻き用押出ピン３と、インサートまたはスライド型５と、材料充填機構６と、押出ピン駆動機構７と、ベースフレーム８とを備えている。
【００２３】
この成形装置１では、材料充填機構６によって鉄系の半溶融あるいは半凝固金属材料である半溶融・半凝固金属材料Ｃを成形型２内部に圧力をかけて充填することにより、スクロール部材５０を型成形することが可能である。
【００２４】
スクロール部材５０を成形した後には、成形型２を構成する一方の可動型１１は、ベースフレーム８に沿って、図示しない駆動手段によって他方の固定型１２から引き離される（図１１参照）。その後、渦巻き用押出ピン３および追加押出ピン９が可動型１１内部に押出ピン駆動機構７によって押し込まれることにより、可動型１１内部からスクロール部材５０を取り出すことができる（図１２参照）。
【００２５】
以下、成形型２、渦巻き用押出ピン３、およびインサートまたはスライド型５について、別項目でさらに詳細に説明する。
【００２６】
＜スクロール部材用成形型２、およびインサートまたはスライド型５の構成＞
成形型２は、図１に示されるように、ベースフレーム８に沿って往復移動する可動型１１と、ベースフレーム８上に固定された固定型１２とを有している。
【００２７】
また、成形装置１は、可動型１１と固定型１２とが結合したときに形成されるスクロール部材５０の形状をした鋳造空間、すなわちキャビティ１３に半溶融あるいは半凝固金属材料を充填するための流路であるランナー５４を形成するために、インサートまたはスライド型５をさらに備えている。
【００２８】
インサートまたはスライド型５は、キャビティ１３とランナー５４との間に配置され、成形型２の可動型１１および固定型１２とは別の部材であり、固定型１２に着脱自在に取り付けられる。
【００２９】
インサートまたはスライド型５は、平板部分である鏡板５２における突出部分である渦巻き状の部分５１が突出した第１表面５２ａとは反対側の第２表面５２ｂから鏡板５２の板厚方向に半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー５４を形成するために、キャビティ１３とランナー５４との間に配置される。
【００３０】
例えば、スライド型５の場合、ランナー５４の延びる方向と異なる方向、本実施形態では、ランナー５４の延びる方向と直交する図１の紙面垂直方向に沿って往復移動可能であり、これにより、固定型１２内部に挿入および離脱される。また、インサート５の場合には、固定型１２に対して、ランナー５４の延びる方向と直交する図１の紙面垂直方向に沿って挿入するか、または図１の左方向から挿入するかいずれでもよい。
【００３１】
また、ランナー５４の屈曲部には、脱炭層や酸化スケールを除去するために、スケールトラップを設けることができる。例えば、図１に示されるように、スケールトラップＳは、材料残部５５から線状または円弧状に突出して設けられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、スケールトラップの位置および形状を種々変更してもよい。
【００３２】
可動型１１は、図１に示されるように、スクロール部材５０を形成するためのキャビティ１３のうち、渦巻き状の部分５１を形成するための渦巻き状溝１３ａと、鏡板５２を形成するための平板状溝１３ｂとを有している。
【００３３】
固定型１２は、図１に示されるように、スクロール部材５０を形成するためのキャビティ１３のうち、円柱状のボス５３を形成するための円柱状溝１３ｃを有している。さらに固定型１２は、ランナー５４を形成するためのランナー溝１３ｄを有している。
【００３４】
可動型１１は、可動プラテン２１に固定されており、可動プラテン２１とともにベースフレーム８上を往復移動する。固定型１２は、固定プラテン２２に固定されており、ステージ８上で静止している。
【００３５】
＜渦巻き用押出ピン３の構成＞
図１に示される渦巻き用押出ピン３は、可動型１１に形成された貫通孔１５を通って、キャビティ１３の渦巻き状溝１３ａの先端に出没できるように押出ピン駆動機構７に取り付けられている。
【００３６】
渦巻き用押出ピン３は、スクロール部材５０の成形後にスクロール部材５０の渦巻き状の部分５１の先端５１ａを押して、スクロール部材５０を可動型１１から押し出すことが可能である。
【００３７】
＜半溶融あるいは半凝固成形法の概要＞
本実施形態における半溶融あるいは半凝固成形法では、成形型２の内部に形成された成形品であるスクロール部材５０の鋳造空間であるキャビティ１３に、鏡板５２における渦巻き状の部分５１が突出した第１表面５２ａとは反対側の第２表面５２ｂから鏡板５２の板厚方向に半溶融あるいは半凝固金属を充填する。このため、鏡板５２の周縁でなく渦巻き状の部分５１が形成されていない裏側の表面、すなわち第２表面５２ｂから給湯するので、キャビティ１３全体に半溶融あるいは半凝固金属を円滑に充填することが可能であり、その結果、充填不良、空気の巻込み、あるいは湯境の発生を防止することが可能である。
【００３８】
また、本実施形態において成形されるスクロール部材５０は、可動スクロールであり、鏡板５２における渦巻き状の部分５１が突出した第１表面５２ａと反対側の第２表面５２ｂに突出した柱状のボス５３を有している。したがって、キャビティ１３に半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー５４を通して、スクロール部材５０の成形型２のキャビティ１３へ、鏡板５２の中心に位置するボス５３の部分から半溶融あるいは半凝固金属を充填する。
【００３９】
このように、スクロール部材５０のボス５３から充填するので、キャビティ１３全体（とくに鏡板５２を形成する平板状溝１３ｂ全体）に半溶融あるいは半凝固金属を円滑に充填することが可能である。
【００４０】
なお、成形後のランナー５４の一端は、ボス５３とつながっており、一方、その他端は、材料充填機構６側の材料残部５５につながっている。したがって、成形後のスクロール部材５０は、図１３に示されるように成形型２から取り出された後に、ランナー５４および材料残部５５が切除される。
【００４１】
なお、材料充填機構６から出た直後の半溶融・半凝固金属材料Ｃ表面の脱炭層や酸化スケールを除去するため、材料充填機構６は、ボス５３の真後ろに配置せずにランナー５４の分だけ離間して配置されている。これにより、半溶融・半凝固金属材料Ｃ表面から除去されたスケールは、主に材料残部５５やランナー５４の途中に構成したスケールトラップ（図示しない）にたまるので、スクロール部材５０への不純物の混入が少なくなる。
【００４２】
また、図１〜３に示されるように、キャビティ１３に半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー５４の流路断面の縦横比（図３に示されるランナー５４の流路断面の縦の長さｔ１と横の長さｔ２の比）は、ｔ１：ｔ２＝１：３未満（具体的には、例えばｔ１：ｔ２＝１：２．９９〜１：１）である。なお、ランナー５４の流路断面における縦の長さｔ１と横の長さｔ２については、説明の便宜上、縦横を定義しているだけであり、半溶融あるいは半凝固金属の充填において縦横を入れ替えてもとくに影響はない。
【００４３】
ランナー５４の流路断面の縦横比が１：３未満であるので、ランナー５４の流路断面は、平たくなく、例えば、ある程度正方形か円形に近い断面形状になっている。これにより、ランナー５４の流路断面の断面長（または、湯口断面の周長）が小さくなることによって、ランナー５４の部分における半溶融あるいは半凝固金属の冷却を抑えることにより、溶湯の流動性が良くなる。
【００４４】
なお、流路断面積をＡ、断面長（または、湯口断面の周長）をＬとした場合、等価水力直径＝４Ａ／Ｌの関係がある。ここで、等価水力直径とは、ある流路の断面と等価な円管の直径のことである。
【００４５】
例えば、ランナー５４の流路断面の縦横比が１：３未満の具体例として、ランナー５４の流路断面が３０×３０ｍｍの正方形断面（縦横比は１：１）の場合には、等価水力直径Ｄ１は、Ｄ１＝（４Ａ／Ｌ）＝（４×３０×３０）／（４×３０）＝３０ｍｍとなり、直径３０ｍｍの円形断面の流路と等価の流路を確保できる。
【００４６】
一方、後述する比較例（図１６参照）に示されるようなランナー１５４の流路断面の縦横比が１：１０〜１：７の具体例として、ランナー１５４の流路断面が１０×９０ｍｍの偏平な矩形断面（縦横比は１：９）の場合には、上記の３０×３０ｍｍの正方形断面と同じ断面積（９００ｍｍ2）であるにもかかわらず、等価水力直径Ｄ２は、Ｄ２＝（４Ａ／Ｌ）＝（４×１０×９０）／（２×（１０＋９０））＝１８ｍｍとなり、流路が非常に狭くなる。
【００４７】
ランナー５４の流路断面の縦横比は、１：３未満であればよく、代表的には設計容易な図３に示される矩形断面のランナー５４が形成される。また、縦横比が１：３未満であれば種々の断面形状を採用することができ、本発明の変形例として、図４のような半円ドーム型断面、図５のような円形断面、あるいは図示しないが楕円形断面などを採用してもよい。この場合も、ランナー５４の流路断面の断面長を短くできるので、湯が冷えにくく、歩留まりが向上する。
【００４８】
また、本実施形態では、ランナー５４とキャビティ１３との間に、成形型２とは別のインサートまたはスライド型５を、ランナー５４の延びる方向と異なる方向から挿入し、その後、成形型２に半溶融あるいは半凝固金属を充填する。このように成形型２とは別のインサートまたはスライド型５を固定型１２に挿入することにより、ランナー５４をキャビティ１３（とくに鏡板５２の部分）の中心まで延ばすことができ、充填不良、空気の巻込み、あるいは湯境の発生を効果的に防止できる。
【００４９】
＜半溶融あるいは半凝固成形法の手順＞
つぎに、実施形態の成形装置１を用いた半溶融あるいは半凝固成形法について、図６〜１３を参照しながら説明する。
【００５０】
まず、図６に示される初期状態から、図７に示されるように、ベースフレーム８に沿って可動型１１を移動させて、可動型１１と固定型１２と連結させてキャビティ１３を形成する（型締め過程）。
【００５１】
ついで、図８に示されるように、材料充填機構６に半溶融・半凝固金属材料Ｃを投入する（材料注入過程）。
【００５２】
ついで、図９に示されるように、材料充填機構６のプランジャー６ａを油圧または空気圧によって移動させて半溶融・半凝固金属材料Ｃを成形型２内部に圧力をかけて充填する（充填過程）。このとき、充填される途中の半溶融・半凝固金属Ｍは、ランナー溝１３ｄを通ってキャビティ１３に充填される。ランナー溝１３ｄは上記のように正方形に近い矩形の流路断面なので、半溶融・半凝固金属Ｍはランナー溝１３ｄ内部で冷えにくい状態で、キャビティ１３まで到達することが可能である。
【００５３】
ついで、図１０に示されるように、半溶融・半凝固金属Ｍがキャビティ１３の全体に充填が完了し、その後、半溶融・半凝固金属Ｍが冷却して固化したとき、キャビティ１３内部には成形後のスクロール部材５０が成形される（充填完了）。成形後のスクロール部材５０は、ランナー溝１３ｄ内部に形成されたランナー５４および材料残部５５につながっている。
【００５４】
ついで、図１１に示されるように、ベースフレーム８に沿って可動型１１を移動させて、可動型１１を固定型１２から離して、成形型２を開く（型開き過程）。このとき、インサートまたはスライド型５は、スクロール部材５０とランナー５４との間に挟まった状態になっている。
【００５５】
ついで、図１２に示されるように、インサートまたはスライド型５としてインサートを用いる場合は、押出ピン駆動機構７を駆動させて渦巻き用押出ピン３を可動型１１の渦巻き状溝１３ａ内部に突出させることにより、渦巻き用押出ピン３はスクロール部材５０の渦巻き状の部分５１を押す。また、追加押出ピン９も、押出ピン駆動機構７の駆動により、可動型１１から突出して材料残部５５を押す。これにより、可動型１１から、成形されたスクロール部材５０、ランナー５４、材料残部５５、およびインサート５の一体になったものを可動型１１内部から押し出すことが可能である（押出し過程）。また、押出しと同時に、プランジャー６ａは、初期位置に戻される。
【００５６】
一方、インサートまたはスライド型５としてスライド型を用いる場合は、押出ピン駆動機構７を駆動させる前に、スライド型５を可動型１１などに設けられたスライド型駆動機構（図示せず）などを用いて、図１２の紙面垂直方向に沿って、スライド型５を２分割して互いに離れる方向へ移動させてスライド型５を開く。この後、押出ピン駆動機構７を駆動させて、成形されたスクロール部材５０、ランナー５４、および材料残部５５の一体になったものだけを可動型１１内部から押し出すことが可能である。
【００５７】
ついで、図１３に示されるように、成形されたスクロール部材５０、ランナー５４、材料残部５５、およびインサート５の一体になったものを、成形型２内部から取り出す（成形品取出し過程）。このとき、渦巻き用押出ピン３および追加押出ピン９は、図６の初期状態まで戻される。
【００５８】
成形されたスクロール部材５０は、ランナー５４とボス５３との境界部分で切断され、ランナー５４および材料残部５５から分離される。それとともに、スクロール部材５０とランナー５４との間に挟まっているインサート５も分離される。
【００５９】
スクロール部材５０の最後の仕上げは、エンドミル、軸付き砥石、エアロラップ等によって表面仕上げを施すことにより、スクロール部材５０の完成品に要求される寸法および表面粗さに仕上げることができる。
【００６０】
＜比較例＞
ここで、比較例として、図１４に示されるように、従来より用いられる上記の特許文献１に記載のスクロール鋳造装置１０１では、成形型１０２内部の鋳造空間であるキャビティ１１３に溶融金属を充填、すなわち給湯する場合に、スクロール部材１５０の平板部分である鏡板１５２の周縁から充填している（図１４参照）。
【００６１】
この比較例のスクロール鋳造装置１０１における鋳鉄の半溶融あるいは半凝固金属を充填する成形法では、給湯を鏡板１５２の周縁から充填する、いわゆる横入れをする。
【００６２】
なお、この比較例のスクロール鋳造装置１０１も、図１の成形装置１と同様に、渦巻き用押出ピン３と、材料充填機構６およびベースフレーム８も備えている。
【００６３】
この比較例の場合、スクロール部材１５０の渦巻き状の部分１５１のスクロール形状に関して、充填に必要な湯口の断面積を確保すると、図１５〜１６に示されるように、ランナー１５４の流路断面の湯口形状は、幅広となる。なお、１５５は、材料充填機構６側の材料残部１５５である。このため、ランナー１５４の流路断面の断面長（または、湯口断面の周長）が大きくなる。いいかえれば、図１６に示されるように、ランナー１５４の流路断面の縦横比は、ｔ３：ｔ４＝１：１０〜１：７になる。
【００６４】
その結果、このような断面長が大きい平坦なランナー１５４の内部では、成形時に充填される半溶融あるいは半凝固金属が冷却され易くなる。このため、スクロール部材１５０の成形不良、たとえば、図１７に示されるように、歯厚の薄い渦巻き状の部分１５１の先端部の充填不良が生じるおそれがある。
【００６５】
しかも、図１７に示されるように、溶融金属がキャビティ１１３内部（とくに鏡板５２の部分）への充填が不十分なことにより、キャビティ１１３内部における部分Ｄにおいて空気の巻き込みが生じるおそれがある。また、溶融金属が、鏡板５２の部分において、２方向から巻き込むことによって溶融金属の流れの先端部分Ｅが重なり合うことによる継ぎ目、すなわち、湯境が発生しやすくなり、不良品が生じるおそれがある。
【００６６】
しかも、ランナー１５４の形状も幅広になるため、成形後のスクロール部材１５０からランナー１５４を切断した後には、旋盤による仕上げ加工ができないので、さらに円板状の鏡板１５２の外周に沿ってエンドミル等の切削工具を用いた機械加工が必要となり、製造コストが高くなる。
【００６７】
＜特徴＞
（１）
本実施形態では、成形型２の内部に形成された成形品であるスクロール部材５０の鋳造空間であるキャビティ１３に、鏡板５２における渦巻き状の部分５１が突出した第１表面５２ａとは反対側の第２表面５２ｂから鏡板５２の板厚方向に半溶融・半凝固金属を充填する。このため、鏡板５２の周縁でなく渦巻き状の部分５１が形成されていない裏側の表面、すなわち第２表面５２ｂから給湯するので、キャビティ１３全体に半溶融・半凝固金属を円滑に充填することが可能であり、その結果、充填不良、空気の巻込み、あるいは湯境の発生を防止することが可能である。
【００６８】
（２）
また、本実施形態では、キャビティ１３に半溶融・半凝固金属を充填するための流路であるランナー５４の流路断面の縦横比は、ｔ１：ｔ２＝１：３未満である。したがって、ランナー５４の流路断面は、平たくなく、ある程度正方形か円形に近い断面形状になっている。これにより、ランナー５４の流路断面の断面長（または、湯口断面の周長）が小さくなることによって、ランナー５４の部分における半溶融・半凝固金属の冷却を抑えることにより、溶湯の流動性が良くなる。このため、湯が冷えにくく充填不良を抑えることができ、歩留まりが向上する。
【００６９】
また、ランナー５４の断面形状が、平たくなく、ある程度正方形か円形に近い形状になるため、成形後のスクロール部材５０からランナー５４を切断した後に、その切断部分を旋盤によって仕上げ加工することが可能になり、製造コストを抑えることが可能である。
【００７０】
（３）
本実施形態では、キャビティ１３に半溶融・半凝固金属を充填するための流路であるランナー５４とキャビティ１３との間に、成形型２とは別のインサートまたはスライド型５を、ランナー５４の延びる方向と異なる方向から挿入し、その後、成形型２に半溶融・半凝固金属を充填する。
【００７１】
したがって、成形型２とは別のインサートまたはスライド型５を固定型１２に挿入するので、ランナー５４をキャビティ１３（とくに鏡板５２の部分）の中心まで延ばすことができ、脱炭層や酸化スケールの発生を効果的に防止できる。しかも、成型後は、インサートまたはスライド型５を、ランナー５４と干渉しないで成形型２から容易に離脱することができる。
【００７２】
しかも、インサート金型またはスライド型５を用いてボス５３側から給湯することにより、湯口の断面長を短くすることが可能となる。
【００７３】
（４）
本実施形態では、成形されるスクロール部材５０は、可動スクロールであり、鏡板５２における渦巻き状の部分５１が突出した第１表面５２ａと反対側の第２表面５２ｂに突出した柱状のボス５３を有している。したがって、本実施形態の成形法では、ランナー５４を通して、スクロール部材５０の成形型２のキャビティ１３へ、ボス５３の部分から半溶融・半凝固金属を充填する。このように、スクロール部材５０のボス５３から充填するので、キャビティ１３全体（とくに鏡板５２を形成する平板状溝１３ｂ全体）に半溶融・半凝固金属を円滑に充填することが可能であり、充填不良をより効果的に防止でき、高品質のスクロール部材５０を製造することが可能である。
【００７４】
（５）
上記のように本実施形態では、さらに、ランナー５４の部分における半溶融・半凝固金属の冷却を抑えることにより、溶湯の流動性が良くなり、しかも、キャビティ１３への充填方向を見た場合に、スクロール部材５０の渦巻き状の部分５１の中心部の裏面側から径外方向へ充填することができる。
【００７５】
これらの理由により、スクロール部材５０の渦巻き状の部分５１の先端部の充填不良を無くすことができる。また、空気の巻き込みを無くすこともでき、さらに、湯境の発生も防止することができる。
【００７６】
しかも、成形後のスクロール部材５０からランナー５４および材料残部５５を切除した後は、スクロール部材５０を旋盤による仕上げ加工で容易に製品形状にすることができるため、素材コストを抑えることも可能である。
【００７７】
＜変形例＞
なお、本実施形態では、スクロール部材５０の一例として、渦巻き状の部分５１、鏡板５２およびボス５３を有する可動スクロールを例に挙げて説明しているが、成形装置１のキャビティ１３の形状を適宜変更して固定スクロールまたはその他の鋳造製品を成形してもよい。
【００７８】
＜参考例＞
なお、本実施形態では、材料充填機構６から出た直後の半溶融・半凝固金属材料Ｃ表面のスケールを除去するため、材料充填機構６が、ボス５３の真後ろに配置せずにランナー５４の分だけ離間して配置されているが、ランナー５４を省略してボス５３の真後ろからボス５３へ半凝固金属材料等を直接充填させるようにしてもよい。例えば、半凝固成形もしくは、真空や窒素雰囲気で加熱する半溶融成形の場合、酸化スケールがほとんど発生しないため、成形品への混入防止処置をとる必要がない。そのため、材料残部５５のようなスケールトラップが不要となり、ランナー５４なしで成形できる。その結果、ランナー５４が不要になることにより、スクロール部材５０の歩留まりが向上する。また、金型構成の簡略化も可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、半溶融あるいは半凝固成形法および成形装置に適用することが可能である。
また、固定スクロールやロータリーのフロントヘッドの成形にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施形態に係わる半溶融あるいは半凝固成形装置の構成図。
【図２】図１の成形されたスクロール部材、ランナーおよび半溶融・半凝固金属材料残部の平面図。
【図３】図２のランナーのIII−III線断面図。
【図４】本発明の実施形態の変形例であるランナーの半円形断面の断面図。
【図５】本発明の実施形態の他の変形例であるランナーの円形断面の断面図。
【図６】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、初期状態の図。
【図７】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、型締め過程の図。
【図８】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、材料注入過程の図。
【図９】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、充填過程の図。
【図１０】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、充填完了の状態の図。
【図１１】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、型開き過程の図。
【図１２】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、押出し過程の図。
【図１３】図１の成形装置を用いた半溶融あるいは半凝固成形方法の工程図であって、成形品取出し過程の図。
【図１４】比較例のスクロール鋳造装置の構成図。
【図１５】図１４の成形されたスクロール部材、ランナーおよび半溶融・半凝固金属材料残部の平面図。
【図１６】図１５のランナーのXV−XV線断面図。
【図１７】図１４のスクロール鋳造装置で成形された充填不良の状態のスクロール部材、ランナーおよび半溶融・半凝固金属材料残部の斜視図。
【符号の説明】
【００８１】
１  半溶融あるいは半凝固成形装置（成形装置）
２  スクロール部材用成形型（成形型）
３  渦巻き用押出ピン
５  インサートまたはスライド型
６  材料充填機構
７  押出ピン駆動機構
８  ベースフレーム
９  追加押出ピン
１１  可動型
１２  固定型
１３  キャビティ
５０  スクロール部材
５１  渦巻き状の部分
５２  鏡板
５２ａ  第１表面
５２ｂ  第２表面
５３  ボス
５４  ランナー
５５  材料残部