(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属素材を熱間鍛造する金型と、前記金型に潤滑剤を塗布するための潤滑剤噴霧装置と、を含む熱間鍛造装置を用いて金属素材を熱間鍛造する熱間鍛造方法であって、
前記金型は、下型及び上型を備えており、
前記下型は、キャビティを形成するための凹部を備えた母型を有し、
前記凹部は、素形材のフランジ部を成形する第一凹部と、前記第一凹部よりもさらに深く凹設され前記フランジ部に立設する渦巻壁部を成形する第二凹部とを有し、
前記第一凹部の底面の外周に亘って前記金属素材の表面変質層を集約するための凹溝が形成されており、
前記第一凹部の底面は、表面粗さＲｚ２０μｍ〜４０μｍに粗面化されているとともに、前記第一凹部の側壁と前記上型の外周に形成された窪みとで構成されたバリ形成用溝を有し、
前記潤滑剤噴霧装置は、
前記潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段と、
不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記金型に向けて前記不活性ガス及び前記潤滑剤の混合物を噴霧する噴霧ノズルと、
前記金型に対して前記噴霧ノズルを前進又は後進させる噴霧ノズル移動手段と、
管路を介して前記不活性ガス供給手段に連結されており、前記下型と前記上型の間の空間及び前記金型の少なくとも一方に向けて不活性ガスを噴射する不活性ガス噴射手段と、を有し、
前記噴霧ノズルは、前記下型に向けて噴霧するための下型用噴霧ノズル及び前記上型に向けて噴霧するための上型用噴霧ノズルを備えており、
前記上型用噴霧ノズル及び前記下型用噴霧ノズルの各混合部で混合された前記混合物を、前記上型及び前記下型にそれぞれ噴霧する噴霧工程と、
前記下型に金属素材を配置する金属素材配置工程と、
前記下型に対して前記上型を押圧する鍛造工程と、
前記鍛造工程によって成形された素形材において、前記凹溝によって成形された凸部及び前記バリ形成用溝によって成形されたバリを切削する切削工程と、を含み、
前記噴霧工程では、前記下型と前記上型とが離間した際に、前記噴霧ノズル移動手段が前記噴霧ノズルを前記下型と前記上型の間に移動させ、前記下型用噴霧ノズル及び前記上型用噴霧ノズルからそれぞれ前記下型及び前記上型に対して潤滑剤と不活性ガスの混合物を噴射し、
前記噴霧工程が終わった後から前記鍛造工程を経て前記上型が上昇し終えるまで前記不活性ガス噴射手段によって不活性ガスを噴射して、前記下型の周りを継続的に不活性雰囲気にすることを特徴とする熱間鍛造方法。
【請求項２】
金属素材を熱間鍛造する金型と、前記金型に潤滑剤を塗布するための潤滑剤噴霧装置と、を含む熱間鍛造装置を用いて金属素材を熱間鍛造する熱間鍛造方法であって、
前記金型は、下型及び上型を備えており、
前記下型は、キャビティを形成するための凹部を備えた母型を有し、
前記凹部は、素形材のフランジ部を成形する第一凹部と、前記第一凹部よりもさらに深く凹設され前記フランジに立設するスカートを成形する第二凹部とを有し、
前記第一凹部の底面の外周に亘って前記金属素材の表面変質層を集約するための凹溝が形成されており、
前記第一凹部の底面は、表面粗さＲｚ２０μｍ〜４０μｍに粗面化されているとともに、前記第一凹部の側壁と前記上型の外周に形成された窪みとで構成されたバリ形成用溝を有し、
前記潤滑剤噴霧装置は、
前記潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段と、
不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記金型に向けて前記不活性ガス及び前記潤滑剤の混合物を噴霧する噴霧ノズルと、
前記金型に対して前記噴霧ノズルを前進又は後進させる噴霧ノズル移動手段と、
管路を介して前記不活性ガス供給手段に連結されており、前記下型と前記上型の間の空間及び前記金型の少なくとも一方に向けて不活性ガスを噴射する不活性ガス噴射手段と、を有し、
前記噴霧ノズルは、前記下型に向けて噴霧するための下型用噴霧ノズル及び前記上型に向けて噴霧するための上型用噴霧ノズルを備えており、
前記上型用噴霧ノズル及び前記下型用噴霧ノズルの各混合部で混合された前記混合物を、前記上型及び前記下型にそれぞれ噴霧する噴霧工程と、
前記下型に金属素材を配置する金属素材配置工程と、
前記下型に対して前記上型を押圧する鍛造工程と、
前記鍛造工程によって成形された素形材において、前記凹溝によって成形された凸部及び前記バリ形成用溝によって成形されたバリを切削する切削工程と、を含み、
前記噴霧工程では、前記下型と前記上型とが離間した際に、前記噴霧ノズル移動手段が前記噴霧ノズルを前記下型と前記上型の間に移動させ、前記下型用噴霧ノズル及び前記上型用噴霧ノズルからそれぞれ前記下型及び前記上型に対して潤滑剤と不活性ガスの混合物を噴射し、
前記噴霧工程が終わった後から前記鍛造工程を経て前記上型が上昇し終えるまで前記不活性ガス噴射手段によって不活性ガスを噴射して、前記下型の周りを継続的に不活性雰囲気にすることを特徴とする熱間鍛造方法。
【請求項３】
前記母型の外周の側壁にヒーター挿入用穴が形成されているとともに、前記ヒーター挿入用穴の先端は、前記母型の前記第二凹部の側方に位置していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱間鍛造方法。
【請求項４】
前記下型は、前記母型に焼き嵌めされるリングを有しており、前記リングは、前記母型の上端の外周に形成された段部に配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の熱間鍛造方法。
【請求項５】
前記第二凹部の底面に、空気を排気する管状のエアベントを複数設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の熱間鍛造方法。
【請求項６】
前記潤滑剤供給手段は、一定量の前記潤滑剤を前記噴霧ノズルに供給する定量供給装置を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の熱間鍛造方法。
【請求項７】
前記噴霧ノズル移動手段は、エアシリンダと、アームとを有し、管路を介して前記不活性ガス供給手段と連結されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の熱間鍛造方法。
【請求項８】
前記不活性ガスは、窒素ガスであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の熱間鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間鍛造で用いる金型に潤滑剤を塗布する熱間鍛造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属素材を塑性加工させる方法として熱間鍛造方法が知られている。熱間鍛造方法は、例えば、特許文献１に示すように、下型の上に金属素材を配置した後、油圧プレスなどで下型に対して上型を押圧することで成形する。熱間鍛造を行う際には、下型及び上型を３００℃〜４００℃に予め加熱するとともに、アルミニウム合金等の金属素材も４００℃〜５００℃に予め加熱する。熱間鍛造によれば、複雑な形状の製品であっても、１回の鍛造行程で成形することができる。
【０００３】
熱間鍛造では、下型及び上型を高温に加熱するため、金属素材が金型に焼き付いてしまい、金型から製品を離型させるのが困難になったり、製品が損傷したりする場合がある。そのため、機械油と黒鉛等を混合させた潤滑剤を金型に予め塗布し、金型から製品をスムーズに離型させるようにしている。また、金型が高温であるため、水性の潤滑剤では水分が蒸発してしまい金型に潤滑成分が付着しない可能性がある。したがって、熱間鍛造では油性の潤滑剤が使用されるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８４６７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の熱間鍛造では、金型の温度が機械油の引火点（１５０℃〜２５０℃）を超えているため、潤滑剤が金型に塗布された際に、発火現象を起こすという問題があった。また、潤滑剤が燃えてしまうと、潤滑性が無くなるため、鍛造品の離型が困難になるという問題があった。また、潤滑剤が燃えてしまうと、金型に塗布された黒鉛成分が均等に伸びず、成形性の低下や金型への黒鉛成分の堆積等が発生するため、製品の欠陥を招来し、ひいては金型の寿命が短くなるという問題があった。さらに、発火現象が起こると、鍛造装置周辺に飛び火する可能性があった。
【０００６】
このような観点から、本発明は、潤滑剤の発火を防止することができる熱間鍛造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決する本発明は、金属素材を熱間鍛造する金型と、前記金型に潤滑剤を塗布するための潤滑剤噴霧装置と、を含む熱間鍛造装置を用いて金属素材を熱間鍛造する熱間鍛造方法であって、前記金型は、下型及び上型を備えており、前記下型は、キャビティを形成するための凹部を備えた母型を有し、前記凹部は、素形材のフランジ部を成形する第一凹部と、前記第一凹部よりもさらに深く凹設され前記フランジ部に立設する渦巻壁部を成形する第二凹部とを有し、前記第一凹部の底面の外周に亘って前記金属素材の表面変質層を集約するための凹溝が形成されており、前記第一凹部の底面は、表面粗さＲｚ２０μｍ〜４０μｍに粗面化されているとともに、前記第一凹部の側壁と前記上型の外周に形成された窪みとで構成されたバリ形成用溝を有し、前記潤滑剤噴霧装置は、前記潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記金型に向けて前記不活性ガス及び前記潤滑剤の混合物を噴霧する噴霧ノズルと、前記金型に対して前記噴霧ノズルを前進又は後進させる噴霧ノズル移動手段と、管路を介して前記不活性ガス供給手段に連結されており、前記下型と前記上型の間の空間及び前記金型の少なくとも一方に向けて不活性ガスを噴射する不活性ガス噴射手段と、を有し、前記噴霧ノズルは、前記下型に向けて噴霧するための下型用噴霧ノズル及び前記上型に向けて噴霧するための上型用噴霧ノズルを備えており、前記上型用噴霧ノズル及び前記下型用噴霧ノズルの各混合部で混合された前記混合物を、前記上型及び前記下型にそれぞれ噴霧する噴霧工程と、前記下型に金属素材を配置する金属素材配置工程と、前記下型に対して前記上型を押圧する鍛造工程と、前記鍛造工程によって成形された素形材において、前記凹溝によって成形された凸部及び前記バリ形成用溝によって成形されたバリを切削する切削工程と、を含み、前記噴霧工程では、前記下型と前記上型とが離間した際に、前記噴霧ノズル移動手段が前記噴霧ノズルを前記下型と前記上型の間に移動させ、前記下型用噴霧ノズル及び前記上型用噴霧ノズルからそれぞれ前記下型及び前記上型に対して潤滑剤と不活性ガスの混合物を噴射し、前記噴霧工程が終わった後から前記鍛造工程を経て前記上型が上昇し終えるまで前記不活性ガス噴射手段によって不活性ガスを噴射して、前記下型の周りを継続的に不活性雰囲気にすることを特徴とする。
また、本願発明は、金属素材を熱間鍛造する金型と、前記金型に潤滑剤を塗布するための潤滑剤噴霧装置と、を含む熱間鍛造装置を用いて金属素材を熱間鍛造する熱間鍛造方法であって、前記金型は、下型及び上型を備えており、前記下型は、キャビティを形成するための凹部を備えた母型を有し、前記凹部は、素形材のフランジ部を成形する第一凹部と、前記第一凹部よりもさらに深く凹設され前記フランジに立設するスカートを成形する第二凹部とを有し、前記第一凹部の底面の外周に亘って前記金属素材の表面変質層を集約するための凹溝が形成されており、前記第一凹部の底面は、表面粗さＲｚ２０μｍ〜４０μｍに粗面化されているとともに、前記第一凹部の側壁と前記上型の外周に形成された窪みとで構成されたバリ形成用溝を有し、前記潤滑剤噴霧装置は、前記潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記金型に向けて前記不活性ガス及び前記潤滑剤の混合物を噴霧する噴霧ノズルと、前記金型に対して前記噴霧ノズルを前進又は後進させる噴霧ノズル移動手段と、管路を介して前記不活性ガス供給手段に連結されており、前記下型と前記上型の間の空間及び前記金型の少なくとも一方に向けて不活性ガスを噴射する不活性ガス噴射手段と、を有し、前記噴霧ノズルは、前記下型に向けて噴霧するための下型用噴霧ノズル及び前記上型に向けて噴霧するための上型用噴霧ノズルを備えており、前記上型用噴霧ノズル及び前記下型用噴霧ノズルの各混合部で混合された前記混合物を、前記上型及び前記下型にそれぞれ噴霧する噴霧工程と、前記下型に金属素材を配置する金属素材配置工程と、前記下型に対して前記上型を押圧する鍛造工程と、前記鍛造工程によって成形された素形材において、前記凹溝によって成形された凸部及び前記バリ形成用溝によって成形されたバリを切削する切削工程と、を含み、前記噴霧工程では、前記下型と前記上型とが離間した際に、前記噴霧ノズル移動手段が前記噴霧ノズルを前記下型と前記上型の間に移動させ、前記下型用噴霧ノズル及び前記上型用噴霧ノズルからそれぞれ前記下型及び前記上型に対して潤滑剤と不活性ガスの混合物を噴射し、前記噴霧工程が終わった後から前記鍛造工程を経て前記上型が上昇し終えるまで前記不活性ガス噴射手段によって不活性ガスを噴射して、前記下型の周りを継続的に不活性雰囲気にすることを特徴とする。
【０００８】
かかる方法によれば、潤滑剤と不活性ガスの混合物を金型に塗布するため、金型に潤滑剤を塗布するとともに金型周りを不活性ガス雰囲気にすることができる。これにより、潤滑剤の発火を防止することができる。また、噴霧行程が終わった後も、金型周りを不活性ガス雰囲気にすることができるため、潤滑剤に起因する発火を防ぐことができる。また、機械油が発火することを防止できるため、燃焼した黒鉛成分の堆積等を抑制できる。これにより、製品の欠陥の発生を抑制するとともに金型の寿命を長くすることができる。また、凹溝に金属素材の表面変質層を逃がすことができるため、素形材の内部に表面変質層が混在し難い。また、凹部の底面を粗面化させてメタルの流動を抑えることで、底面の隅々までメタルを行きわたらせることができる。表面粗さがＲｚ２０μｍ未満であると、メタルの流動速度が速くなるため、隅部にメタルが行きわたらずにパイピング等の欠陥が生じる可能性がある。また、表面粗さがＲｚ４０μｍより大きいと、メタルの流動速度が遅くなり、鍛造工程に要する時間が長くなる。
【００１０】
また、前記母型の外周の側壁にヒーター挿入用穴が形成されていることが好ましい。かかる製造方法によれば、母型にヒーターを容易に設置することができる。
【００１１】
また、前記下型は、前記母型に焼き嵌めされるリングを有していることが好ましい。かかる製造方法によれば、鍛造工程の際に下型の内側から外側へ作用する力に対抗することができるため、凹部のひび割れを防ぐことができる。
【００１２】
また、前記凹部の底面に、空気を排気するエアベントを設けたことが好ましい。かかる製造方法によれば、キャビティ内の空気が効率よく外部に排気され、キャビティの隅々までメタルを行きわたらせることができる。
【００１３】
また、前記潤滑剤供給手段は、一定量の前記潤滑剤を前記噴霧ノズルに供給する定量供給装置を備えていることが好ましい。かかる製造方法によれば、一定量の潤滑剤が金型に塗布されるため、安定した鍛造作業を行うことができる。
【００１４】
また、前記噴霧ノズル移動手段は、エアシリンダと、アームとを有し、管路を介して前記不活性ガス供給手段と連結されていることが好ましい。
【００１６】
また、前記不活性ガスは、窒素ガスであることが好ましい。かかる構成によれば、比較的安価にかつ容易に材料を調達することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る熱間鍛造方法によれば、潤滑剤の発火を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係る鍛造装置を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る下型を示した分解斜視図である。
【図３】本実施形態に係る下型を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】図３の（ｂ）の要部拡大断面図である。
【図５】本実施形態に係る下型及び上型を示す断面図である。
【図６】本実施形態に係る定量供給装置を示す断面図である。
【図７】本実施形態に係る噴霧ノズル周りを示す概略断面図である。
【図８】本実施形態に係る作業工程を示すフローである。
【図９】本実施形態に係る作業工程を示す断面図であって、（ａ）は金属素材配置工程、（ｂ）は鍛造工程を示す。
【図１０】本実施形態に係る素形材（アルミニウム合金製スクロール素形材）を示す図であって、（ａ）は下側から見た斜視図、（ｂ）は上側から見た斜視図である。
【図１１】本実施形態に係る素形材（アルミニウム合金製ピストン素形材）を示す図であって、（ａ）は下側から見た斜視図、（ｂ）は、上側から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る鍛造装置１は、金型２と、金型２に向けて潤滑剤Ｊを噴霧する潤滑剤噴霧装置３とを有する。本実施形態では、この鍛造装置１を用いてアルミニウム合金製スクロールの素形材を成形する場合を例に説明する。スクロールは、例えば車両用エアーコンディショナーのコンプレッサーに用いられる部品である。まずは、金型２について説明する。
【００２２】
金型（熱間鍛造用金型）２は、図１に示すように、下型４と上型５とを備えている。上型５は、下型４に対して昇降可能に形成されるとともに所定の押圧力で下型４を押圧することができるように形成されている。
【００２３】
下型４は、図２に示すように、母型６と、母型６に焼き嵌めされるリング７とを有する。母型６は、工具鋼からなり、大径部８と、大径部８と同心で形成された中径部９と、中径部９と同心で形成された小径部１０とを備えている。中径部９の側壁９ａには、図示しないヒーターを挿入するためのヒーター挿入用穴１１が形成されている。ヒーター挿入用穴１１の設置数は特に制限されないが、本実施形態では二箇所に形成している。
【００２４】
大径部８及び中径部９は、略円柱状を呈する。小径部１０は、リング状を呈する。中径部９の上面９ｂと、小径部１０の側壁１０ａとで段部１２が形成されている。段部１２は、小径部１０の外周の全長に亘って形成されている。中径部９と小径部１０の内部には、素形材を成形するための凹部１３が形成されている。
【００２５】
リング７は、リング状を呈する部材であって、母型６と同じ材料で形成されている。リング７は、リング７を加熱した後に、母型６の段部１２に挿入される部材である。熱収縮によってリング７が熱収縮することにより、小径部１０の外側から内側に向けて力を作用させることができる。
【００２６】
リング７の内径は、常温時においては小径部１０の外径よりも若干小さく形成されている。焼き嵌めを行う際の加熱温度や締め代については、特に制限されないが、本実施形態では、リング７を５００℃で３０分加熱して熱膨張させた後、小径部１０に嵌めている。また、本実施形態では、締め代を０．２％に設定している。常温時のリング７の内径を内径Ｄ’とし、常温時の小径部１０の外径を外径Ｄとすると、締め代＝{（Ｄ−Ｄ’）／Ｄ}×１００（％）で求められる。
【００２７】
図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、凹部１３は、素形材（アルミニウム合金製スクロール）のフランジ部を成形する第一凹部１４と、第一凹部１４よりもさらに深く凹設され素形材の渦巻壁部を成形する第二凹部１５とを有する。第一凹部１４は、小径部１０の上面から所定の深さで略円柱状を呈するように凹設されている。第一凹部１４には、底面１４ａと側壁１４ｂとが形成されている。
【００２８】
第二凹部１５は、第一凹部１４の底面１４ａから下方に所定の幅で渦巻き状に凹設されている。第二凹部１５の底面１５ａには、大径部８の下面８ａに連通するエアベント１６が形成されている。エアベント１６の個数は特に制限されないが、本実施形態では１０個形成している。
【００２９】
図４に示すように、第一凹部１４の底面１４ａの外周の全長に亘って凹溝１７が形成されている。凹溝１７は、本実施形態では断面半円弧状を呈する。凹溝１７は、後記する金属素材の表面変質層を逃がす部位である。また、鍛造工程の際に、金属素材のメタルフローを凹溝１７で止めることができるため、いわゆるピン止め効果を奏することができる。凹溝１７の形状や深さについては特に制限されるものではない。
【００３０】
第一凹部１４の底面１４ａ（凹溝１７の底面も含む）は、本実施形態では表面粗さＲｚ２０μｍ〜４０μｍ、に粗面化されている。表面粗さとは、荒さ曲線の基準長さ毎の山頂の高い方から５点、谷底かの低い方から５点を選び、その平均高さで求められる。底面１４ａを粗面化させてメタルの流動を抑えることで、底面１４ａや凹溝１７の隅々までメタルを行きわたらせることができる。表面粗さがＲｚ２０μｍ未満であると、メタルの流動速度が速くなるため、隅部にメタルが行きわたらずにパイピング等の欠陥が生じる可能性がある。また、表面粗さがＲｚ４０μｍより大きいと、メタルの流動速度が遅くなり、鍛造工程に要する時間が長くなる。なお、第一凹部１４の側壁１４ｂ、第二凹部１５の底面１５ａ及び側壁１５ｂを粗面化させてもよい。表面粗さは、Ｒｚ２５μｍ〜３５μｍに設定するのがより好ましい。
【００３１】
上型５は、図５に示すように、基部２１と、基部２１から下方に突出したポンチ部２２とを有する。上型５は、工具鋼で形成されている。ポンチ部２２は、下型４の第一凹部１４に嵌る部位である。基部２１の側壁２８には、ヒーター挿入用穴２９，２９が形成されている。
【００３２】
ポンチ部２２の外径は、下型４の第一凹部１４の外径と略同等に形成されている。ポンチ部２２の下面２２ａには、素形材の筒状部を成形する凹部２３が凹設されている。ポンチ部２２の外周には、内側に凹んだ窪み２４が形成されている。ポンチ部２２の窪み２４と下型４の第一凹部１４の側壁１４ｂとでバリ形成用溝２６が形成される。バリ形成用溝２６は、所定の幅で第一凹部１４の全周に亘って形成されている。なお、下型４の凹部１３と上型５の凹部２３とで形成された空間をキャビティ２７とも言う。
【００３３】
本実施形態では、金型２を前記したように形成したが、形状や材料はこれに限定されるものではない。リング７の高さは、本実施形態では、第一凹部１４の深さよりも大きく設定したが、下型４の大きさや焼き嵌めの締め代等を考慮して適宜設定すればよい。また、凹溝１７は、本実施形態では、第一凹部１４の全周に亘って形成したが、断続的に設けてもよい。
【００３４】
次に、潤滑剤噴霧装置３について説明する。潤滑剤噴霧装置３は、図１に示すように、不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段３１と、潤滑剤Ｊを供給する潤滑剤供給手段３２と、潤滑剤Ｊを噴霧する噴霧ノズル３３と、噴霧ノズル３３を移動させる噴霧ノズル移動手段３４と、不活性ガス噴射手段３５とを主に備えている。
【００３５】
不活性ガス供給手段３１は、エアコンプレッサー及び窒素ガス発生装置等を備えており、圧縮した窒素ガスを各装置に圧送可能に形成されている。不活性ガスは、本実施形態では窒素ガスを用いるが、二酸化炭素、アルゴン等の不活性ガスの単体又はこれらの混合ガスであってもよい。窒素を用いると、調達も容易であるし、比較的安価に供給することができる
【００３６】
潤滑剤供給手段３２は、本実施形態では、潤滑剤タンク３６と、定量供給装置３７とを有する。潤滑剤タンク３６は、潤滑剤Ｊを貯留するタンクである。潤滑剤Ｊは、本実施形態では、黒鉛と機械油を混合して生成している。潤滑剤Ｊの種類は特に制限されるものではなく、溶媒である機械油、灯油、鉱物油等に対して、黒鉛、水ガラス、ステアリン酸、亜鉛等を溶解させたものであればよい。
【００３７】
潤滑剤タンク３６と不活性ガス供給手段３１とは管路Ｄ１を介して連結されている。管路Ｄ１の端部は、潤滑剤タンク３６の中空部に臨んでいる。潤滑剤タンク３６と定量供給装置３７とは管路Ｄ２を介して連結されている。管路Ｄ２の潤滑剤タンク３６側の端部は潤滑剤Ｊの液中に臨んでいる。
【００３８】
管路Ｄ１から潤滑剤タンク３６の中空部に送気された不活性ガス（以下、単に「ガス」ともいう）は、潤滑剤Ｊの液面を押圧し、管路Ｄ２に潤滑剤Ｊを供給する。管路Ｄ１には電磁弁Ｆ１が配置されており、所定量のガスが潤滑剤タンク３６内に供給されるように形成されている。電磁弁Ｆ１は、図示しない制御装置に接続されている。電磁弁Ｆ１は、本実施形態では、管路Ｄ２内に潤滑剤Ｊが常に満たされるように構成されている。
【００３９】
定量供給装置３７は、一定量の潤滑剤Ｊを噴霧ノズル３３に供給する装置である。図６に示すように、定量供給装置３７は、本実施形態では、上型用噴霧ノズルに定量の潤滑剤Ｊを供給する上型用定量供給装置４１と、下型用噴霧ノズルに定量の潤滑剤Ｊを供給する下型用定量供給装置４２とを備えている。
【００４０】
上型用定量供給装置４１は、本体４３の中に形成された油室４４と、ピストン４６を備えた空気室４５と、空気室４５内を移動するピストン４６と、ピストン４６の移動を調節するストッパピン５０とを主に備えている。
【００４１】
油室４４は、所定量の潤滑剤Ｊが貯留される空間である。油室４４は、管路Ｄ２を介して潤滑剤タンク３６（図１参照）に連結されている。管路Ｄ２には、これを開閉するための電磁弁Ｆ２が配置されている。電磁弁Ｆ２は、図示しない制御装置に接続されており、制御装置からの制御信号に基づいて、管路Ｄ２を潤滑剤Ｊが流通可能な開状態と、潤滑剤Ｊの流通を遮断する閉状態とに切り替える。電磁弁Ｆ２が潤滑剤Ｊを１回に供給する量は、本実施形態では、後記する１回の噴霧工程で上型５に対して塗布する量に設定されている。また、電磁弁Ｆ２は、油室４４内の潤滑剤Ｊがピストン４６で押し出された後に開弁して新たな潤滑剤Ｊを油室４４内に供給するように構成されている。
【００４２】
管路Ｄ２には油室４４への流入のみを許容するチェックバルブ４７を設けており、潤滑剤Ｊの逆流を防止している。油室４４におけるピストン４６と対向する壁には、上型用噴霧ノズル５１（図７参照）に通ずる管路Ｄ３が連通している。
【００４３】
空気室４５は、ピストン４６の大径部によって第一気体室４５ａと第二気体室４５ｂとに隔てられている。第一気体室４５ａは、管路Ｄ４を介して不活性ガス供給手段３１に連結されている。管路Ｄ４には、電磁弁Ｆ３が配置されている。電磁弁Ｆ３は、図示しない制御装置に接続されており、制御装置からの制御信号に基づいて、管路Ｄ４をガスが流通可能な開状態と、ガスの流通を遮断する閉状態とに切り替える。電磁弁Ｆ３のガスの供給量は、本実施形態では、後記する１回の噴霧工程で上型５に対して供給する潤滑量Ｊの量と同等に設定されている。また、電磁弁Ｆ３は、上型５に対して潤滑剤Ｊ（潤滑剤Ｊと不活性ガスの混合物）を噴霧するときに開弁し、第一気体室４５ａへガスを供給するように構成されている。
【００４４】
第二気体室４５ｂには、外部と連通する連通孔４９が形成されている。ピストン４６が移動した際に、第二気体室４５ｂ内の空気が連通孔４９を介して排出される。
【００４５】
ピストン４６は、Ｔ字状を呈し、管路Ｄ４から供給されるガスによって、油室４４及び空気室４５内を移動する。ピストン４６の一端側は、油室４４に臨んでいる。
【００４６】
ストッパピン５０は、周囲にネジ溝を備えており、本体４３に螺合されている。ストッパピン５０の先端は、ピストン４６が後進した際に、ピストン４６の他端側に当接する。ストッパピン５０の位置を調節することで、ピストン４６の移動量を調節することができる。
【００４７】
次に、上型用定量供給装置４１の作用について説明する。管路Ｄ１から潤滑剤タンク３６内に供給されるガスで潤滑剤Ｊの圧力で液面が押されており、管路Ｄ２内は、潤滑剤Ｊで充満している。
【００４８】
電磁弁Ｆ２を開弁すると、油室４４内に所定量の潤滑剤Ｊが供給される。そして、第一気体室４５ａに管路Ｄ４からガスが供給されることで、ピストン４６が油室４４方向に移動し、油室４４内の潤滑剤Ｊが管路Ｄ３（上型用噴霧ノズル５１）に押し出される。
【００４９】
油室４４に、管路Ｄ２から新たな潤滑剤Ｊが供給されると、ピストン４６がストッパピン５０に当接する位置まで後進する。そして、第一気体室４５ａに管路Ｄ４からガスが供給されることで、ピストン４６が移動し、再度油室４４内の潤滑剤Ｊが管路Ｄ３（上型用噴霧ノズル５１）に押し出される。以上の動作を繰り返すことで一定量の潤滑剤Ｊを上型用噴霧ノズル５１へ供給することができる。
【００５０】
下型用定量供給装置４２は、一定量の潤滑剤Ｊを下型用噴霧ノズル５２へ供給する装置である。下型用定量供給装置４２は、上型用定量供給装置４１と略同等の構成であるため、同じ部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。なお、下型用定量供給装置４２と不活性ガス供給手段３１とを連結する流路を管路Ｄ６とし、下型用定量供給装置４２と下型用噴霧ノズル５２を連結する流路を管路Ｄ５とする。また、管路Ｄ２の下型用定量供給装置４２に臨む部位に設けられた電磁弁を電磁弁Ｆ４とし、管路Ｄ６に設けられた電磁弁を電磁弁Ｆ５とする。
【００５１】
噴霧ノズル３３は、図７に示すように、上型用噴霧ノズル５１と下型用噴霧ノズル５２とを有している。上型用噴霧ノズル５１は、保持部５３と、基体部５４と、ノズル５５とを有している。上型用噴霧ノズル５１は、上型５に対して潤滑剤Ｊと不活性ガスの混合物を噴霧する。
【００５２】
保持部５３は、噴霧ノズル移動手段３４に保持される部位である。保持部５３の基端側は、潤滑剤Ｊを搬送する管路Ｄ３を介して定量供給装置３７に連結されている。また、保持部５３の基端側は、ガス（不活性ガス）を搬送する管路Ｄ７を介して不活性ガス供給手段３１（図１参照）に連結されている。管路Ｄ７には、電磁弁Ｆ７が配置されている。
【００５３】
電磁弁Ｆ７は、図示しない制御装置に接続されており、制御装置からの制御信号に基づいて、管路Ｄ７をガスが流通可能な開状態と、ガスの流通を遮断する閉状態とに切り替える。電磁弁Ｆ７のガスの一回の供給量は、本実施形態では、後記する１回の噴霧工程で上型５に対して供給する量に設定されている。また、電磁弁Ｆ７は、後記する噴霧工程のときに上型用噴霧ノズル５１へガスを供給するように構成されている。なお、管路Ｄ３及び管路Ｄ７は、少なくとも保持部５３付近では可撓性部材で形成されている。
【００５４】
基体部５４は、保持部５３とノズル５５の間に形成される部位であって、内部に混合部５６が形成されている。混合部５６には、管路Ｄ３及び管路Ｄ７が連結されている。混合部５６では管路Ｄ３から供給された潤滑剤Ｊと管路Ｄ７から供給されたガス（不活性ガス）とが混合される。混合部５６で混合された混合物は、ノズル５５を介して外部に噴霧される。
【００５５】
下型用噴霧ノズル５２は、下型４に対して潤滑剤Ｊと不活性ガスの混合物を噴霧する。下型用噴霧ノズル５２は、上型用噴霧ノズル５１と噴霧方向を除いて略同等であるため詳細な説明は省略する。なお、下型用噴霧ノズル５２の保持部５３の基端側は、潤滑剤Ｊを搬送する管路Ｄ５を介して定量供給装置３７に連結されている。また、下型用噴霧ノズル５２の保持部５３の基端側は、ガスを搬送する管路Ｄ８（図１参照）を介して不活性ガス供給手段３１に連結されている。管路Ｄ８には、電磁弁Ｆ８が配置されている。電磁弁Ｆ８は、図示しない制御装置に接続されており、制御装置からの制御信号に基づいて、管路Ｄ８をガスが流通可能な開状態と、ガスの流通を遮断する閉状態とに切り替える。
【００５６】
噴霧ノズル移動手段３４は、図７に示すように、エアシリンダ６１と、アーム６２とを有する。エアシリンダ６１は、管路Ｄ９（図１参照）を介して不活性ガス供給手段３１と連結されている。管路Ｄ９には、電磁弁Ｆ９が配置されている。電磁弁Ｆ９は、図示しない制御装置に接続されており、制御装置からの制御信号に基づいて、管路Ｄ９をガスが流通可能な開状態と、ガスの流通を遮断する閉状態とに切り替える。
【００５７】
アーム６２は、上型用噴霧ノズル５１及び下型用噴霧ノズル５２の保持部５３，５３とエアシリンダ６１とを連結している。アーム６２は、管路Ｄ９から供給されるガスによって、エアシリンダ６１に対して相対的に移動可能に形成されている。アーム６２（噴霧ノズル３３）は、下型４及び上型５が離間しているときに、噴霧ノズル３３が下型４と上型５の間に位置するように前進し、噴霧工程を行った後、上型５の昇降に干渉しない位置まで後進するように構成されている。
【００５８】
不活性ガス噴射手段３５は、図１に示すように、上型用不活性ガス噴射手段７１及び下型用不活性ガス噴射手段７２を有する。
【００５９】
上型用不活性ガス噴射手段７１は、上型５に対して不活性ガスを噴射する装置である。上型用不活性ガス噴射手段７１は、基部７３と、基部７３に接続された供給管７４と、供給管７４の先端に形成された噴射部７５とを有する。
【００６０】
基部７３は、管路Ｄ１０を介して不活性ガス供給手段３１に連結されている。管路Ｄ１０には、電磁弁Ｆ１０が配置されている。電磁弁Ｆ１０は、図示しない制御装置に接続されており、制御装置からの制御信号に基づいて、電磁弁Ｆ１０をガスが流通可能な開状態と、ガスの流通を遮断する閉状態とに切り替える。上型用不活性ガス噴射手段７１の１回の噴射量は、本実施形態では、上型５のポンチ部２２周りが不活性ガス雰囲気になる程度に設定されている。また、上型用不活性ガス噴射手段７１は、後記する噴霧工程が終わった後から、上型５が上型用不活性ガス噴射手段７１の噴射部７５を通過するまで噴射するように構成されている。
【００６１】
下型用不活性ガス噴射手段７２は、下型４に対して不活性ガスを噴射する装置である。下型用不活性ガス噴射手段７２は、基部７３と、基部７３に接続された供給管７４と、供給管７４の先端に形成された噴射部７５とを有する。
【００６２】
基部７３は、管路Ｄ１１を介して不活性ガス供給手段３１に連結されている。管路Ｄ１１には、電磁弁Ｆ１１に配置されている。電磁弁Ｆ１１は、図示しない制御装置に接続されており、制御装置からの制御信号に基づいて、電磁弁Ｆ１１をガスが流通可能な開状態と、ガスの流通を遮断する閉状態とに切り替える。下型用不活性ガス噴射手段７２は、後記する噴霧工程が終わった後から、鍛造工程を経て上型５が上昇し終えるまで連続的に噴射して、下型４の周りが不活性雰囲気になるように構成されている。
【００６３】
潤滑剤噴霧装置３は、前記したように構成したが、これに限定されるものではない。各装置への潤滑剤Ｊ及びガスの供給量、タイミング等は適宜設定可能である。また、本実施形態では、不活性ガス噴射手段３５によって不活性ガスを金型２に対して噴射するように形成したが、これに限定されるものではなく、金型２の下型４と上型５の間の空間及び金型２のいずれか一方に向けて不活性ガスを噴射するように構成すればよい。
【００６４】
また、例えば上型用不活性ガス噴射手段７１を上型５の昇降に追従して移動するように構成してもよい。これにより、上型５の動作中に上型５に対して不活性ガスを噴射し続けることができる。
【００６５】
次に、前記した鍛造装置１の鍛造工程について説明する。鍛造工程は、本実施形態では図示しない制御装置によって実行される。図８は、本実施形態に係る作業工程を示すフローである。当初、鍛造装置１の上型５は、下型４に対して上昇しているものとする。また、下型４及び上型５は図示しないヒーターによって３００℃〜４００℃に予め加熱されている。
【００６６】
まず、ステップＳ１において、噴霧ノズル移動手段３４によって噴霧ノズル３３を前進させて下型４と上型５の間に配置させる。
【００６７】
次に、ステップＳ２において、噴霧ノズル３３によって潤滑剤Ｊと不活性ガスの混合物を上型５及び下型４に噴霧する（噴霧工程）。より詳しく説明すると、電磁弁Ｆ７，Ｆ８を開弁して不活性ガスを上型用噴霧ノズル５１及び下型用噴霧ノズル５２へ供給しつつ、電磁弁Ｆ３，Ｆ５を開弁して定量供給装置３７から上型用噴霧ノズル５１及び下型用噴霧ノズル５２へ潤滑剤Ｊを供給する。上型用噴霧ノズル５１及び下型用噴霧ノズル５２の各混合部５６で混合された混合物は、上型５及び下型４にそれぞれ噴霧される。
【００６８】
次に、ステップＳ３において、噴霧ノズル移動手段３４によって噴霧ノズル３３を後進させて金型２から退避させる。
【００６９】
次に、ステップＳ４において、図９の（ａ）に示すように、下型４の凹部１３に金属素材Ｋを配置する（金属素材配置工程）。金属素材Ｋは、４００℃〜５００℃に予め加熱されている。金属素材Ｋは、本実施形態ではアルミニウム合金を用いる。金属素材Ｋの表面には、金属素材Ｋの鋳造時の鋳型による冷却や、皮膜の巻き込み等によって、金属素材Ｋの内部と金属組織等が異なる表面変質層Ｋ１が形成されている。ここで、金属素材の表面変質層とは、具体的には例えばＤＣ鋳造ビレットにおけるシェル層、チル層、１，２層あるいは偏析層と呼ばれ、金属素材の内部とは金属組織等が異なる層のことを意味する。
【００７０】
次に、ステップＳ５において、不活性ガス噴射手段３５によって下型４及び上型５に対して不活性ガスを噴射する。上型用不活性ガス噴射手段７１は、金属素材配置工程後からステップＳ６で上型５が下降して上型５が噴射部７５を通過するまで噴射を継続する。一方、下型用不活性ガス噴射手段７２は、金属素材配置工程後からステップＳ８において上型５が上昇し終えるまで継続する。
【００７１】
次に、ステップＳ６において、下型４に対して上型５を下降させる。
【００７２】
次に、ステップＳ７において、図９の（ｂ）に示すように、下型４に対して上型５を押圧して鍛造を行う（鍛造工程）。上型５で金属素材Ｋを押圧すると、キャビティ２７に沿って金属素材Ｋが流れ込み成形される。この際、表面変質層Ｋ１は、第一凹部１４の底面１４ａの外周に形成された凹溝１７に流れ込む。
【００７３】
次に、ステップＳ８において、下型４に対して上型５を上昇させる。
【００７４】
次に、ステップＳ９において、下型４から素形材を離型させる。
【００７５】
次に、ステップＳ１０において、素形材のバリ等を切削する（切削工程）。
ここで、図１０は、本実施形態に係る素形材（アルミニウム合金製スクロール素形材）を示す図であって、（ａ）は下側から見た斜視図、（ｂ）は上側から見た斜視図である。
【００７６】
図１０の（ａ）及び（ｂ）に示すように、下型４から離型させた素形材９１は、フランジ部９２と、フランジ部９２に立設された渦巻壁部９３と、フランジ部９２に対して渦巻壁部９３とは反対側に立設された外壁部９４及び筒状部９５を有する。外壁部９４は、フランジ部９２の外縁に立設され、筒状部９５は、フランジ部９２の中央に立設されている。
【００７７】
図１０の（ａ）に示すように、渦巻壁部９３の先端には、複数の突起部９７が形成されている。突起部９７は、下型４のエアベント１６に金属素材Ｋが入り込むことによって形成される部位である。また、フランジ部９２の外周には、凸部９６がリング状に形成されている。凸部９６は、下型４の凹溝１７に表面変質層Ｋ１が入り込むことによって形成される部位である。
【００７８】
一方、図１０の（ｂ）に示すように、外壁部９４には、バリ９８が形成されている。バリ９８は、前記した金型２のバリ形成用溝２６に金属素材Ｋが入り込むことによって形成される部位である。
【００７９】
切削工程では、素形材９１の凸部９６、突起部９７及びバリ９８を切削し、アルミニウム合金製スクロールを完成させる。
【００８０】
以上説明した鍛造装置１によれば、下型４にリング７を設けているため、リング７の収縮作用によって下型４の外側から内側への力を作用させることができる。これにより、鍛造工程の際に下型４の内側から外側へ作用する力に対抗することができるため、凹部１３のひび割れを防ぐことができる。したがって、下型４の寿命を長くすることができる。
【００８１】
また、凹部１３の第一凹部１４の底面１４ａの外周に亘って凹溝１７を設けたため、この凹溝１７に金属素材Ｋの表面変質層Ｋ１を逃がすことができる。これにより、熱間鍛造によって成形された素形材９１の表面に、表面変質層Ｋ１で成形される部分を凸部９６（バリ）として突出させることができる。言い換えると、素形材９１の表面に、表面変質層Ｋ１で成形された部分を集約させるこができる。よって、表面変質層Ｋ１が素形材９１の内部に巻き込まれないため、素形材９１の内部に表面変質層が混在し難い。また、凸部９６を切除することで、均一な性質からなるアルミニウム合金製スクロールを成形することができる。また、鍛造工程の際に、金属素材Ｋのメタルフローを凹溝１７で止めることができるため、いわゆるピン止め効果を奏することができる。
【００８２】
また、下型４には、ヒーター挿入用穴１１が、上型５には、ヒーター挿入用穴２９がそれぞれ形成されているため、このヒーター挿入用穴１１，２９にヒーターを挿入することで、ヒーターを容易に設置することができる。
【００８３】
また、下型４の第一凹部１４の側壁１４ｂと上型５のポンチ部２２の外周に形成された窪み２４とで構成されたバリ形成用溝２６によって余剰部分を予め成形することで、製品の隅部に欠肉等の欠陥が発生するのを防ぐことができる。
【００８４】
また、下型４の第二凹部１５の底面１５ａにエアベント１６が形成されているため、キャビティ２７内の空気が効率よく外部に排気され、キャビティ２７の隅々までメタルを行きわたらせることができる。
【００８５】
また、下型４の第一凹部１４の底面１４ａや凹溝１７は、表面粗さＲｚ２０μｍ〜４０μｍに粗面化されているため、底面１４ａや凹溝１７周りのメタルの流動速度を抑えることができる。これにより、底面１４ａや凹溝１７の隅々までメタルをより行きわたらせることができ、パイピング等の欠陥を防ぐことができる。
【００８６】
また、本実施形態に係る潤滑剤噴霧装置３によれば、潤滑剤Ｊと不活性ガスの混合物を金型２に塗布するため、素形材９１を離型させやすくなるとともに金型２の周りを不活性ガス雰囲気にすることができる。これにより、潤滑剤Ｊに起因する発火を防止することができる。
【００８７】
また、噴霧ノズル３３とは別に不活性ガス噴射手段３５を備えているため、噴霧ノズル３３が後進した後も、金型２の周りを不活性ガス雰囲気にすることができる。これにより、潤滑剤Ｊに起因する発火をより防ぐことができる。また、潤滑剤Ｊが発火すると金型２に、燃焼した黒鉛成分が堆積し、素形材９１の欠陥の原因になったり金型２の寿命が短くなったりするという問題がある。しかし、本実施形態によれば、黒鉛成分の堆積を防ぐことができるため、素形材９１の欠陥の発生を少なくすることができるとともに金型２の寿命を長くすることができる。なお、本実施形態に係る鍛造装置１を用いて鍛造を行ったところ、不活性ガスを噴霧あるいは噴射しない場合と比較して素形材の不良率の改善が見られた。
【００８８】
また、潤滑剤供給手段３２は、定量供給装置３７を備えているため、一定量の潤滑剤Ｊを金型２に噴霧することができ、安定した鍛造作業を行うことができる。
【００８９】
また、噴霧ノズル３３は、上型用噴霧ノズル５１及び下型用噴霧ノズル５２を備えているため、下型４及び上型５に対して同時に潤滑剤Ｊを噴霧することができ、鍛造作業を迅速に行うことができる。
【００９０】
また、噴霧ノズル移動手段３４によれは、金型２の下型４と上型５とが離間した際に、噴霧ノズル３３を下型４と上型５の間に配置できるため、下型４の凹部１３の内部及び上型５のポンチ部２２に均一に潤滑剤Ｊと不活性ガスの混合物を噴霧することができる。
【００９１】
また、不活性ガスに、窒素ガスを用いることで、比較的安価にかつ材料を容易に調達することができる。
【００９２】
本発明は、前記した実施形態に限定されずに発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、本実施形態では、アルミニウム合金製スクロールを作成したが、他の製品を成形してもよい。
【００９３】
例えば、図１１に示すように、アルミニウム合金製ピストンを成形してもよい。このアルミニウム合金製ピストンを成形する金型は、キャビティの形状を除いて前記した実施形態と略同等であるため詳細な説明は省略する。
【００９４】
素形材１２０は、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、フランジ部１２１と、フランジ部１２１から立設されたスカート１２２とを有する。スカート１２２の先端には、複数の突起部１２３が成形されている。突起部１２３は、下型のエアベント（図５参照）によって成形される部位である。フランジ部１２１の外周縁には、凸部１２４が成形されている。凸部１２４は、下型の凹溝（図４参照）によって成形される部位である。
【００９５】
また、図１１の（ｂ）に示すように、フランジ部１２１の外周縁には、バリ１２５が成形されている。バリ１２５は、バリ形成用溝２６（図５参照）によって成形される部位である。切削工程では、素形材１２０の突起部１２３、凸部１２４及びバリ１２５を切削し、アルミニウム製ピストンを完成させる。
【００９６】
また、不活性ガス噴射手段３５によって不活性ガスを噴射するタイミングは、前記したタイミングに限定されるものではない。例えば、上型５が下降するとき、鍛造工程を行っているとき、又は、上型５が上昇するときのいずれかのときに噴射してもよい。金属素材は、本実施形態では、アルミニウム合金を用いたが他の金属であってもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１      鍛造装置
２      金型
３      潤滑剤噴霧装置
４      下型
５      上型
６      母型
７      リング
１１    ヒーター挿入用穴
１２    段部
１３    凹部
１４    第一凹部
１５    第二凹部
１６    エアベント
１７    凹溝
２４    窪み
２６    バリ形成用溝
２７    キャビティ
３１    不活性ガス供給装置
３２    潤滑剤供給装置
３３    噴霧ノズル
３４    噴霧ノズル移動手段
３５    不活性ガス噴射手段
３７    定量供給装置
４１    上型用定量供給装置
４２    下型用定量供給装置
５１    上型用噴霧ノズル
５２    下型用噴霧ノズル
Ｋ      金属素材
Ｋ１    表面変質層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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