(57)【要約】【課題】スクロール部材をチクソダイキャスティングにより成形する場合に柱状部における空気の巻き込み部の発生を低減することが可能な半溶融あるいは半凝固成形法を提供する。【解決手段】この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スクロール部材５０の鋳造空間であるキャビティ１３に、ランナー５４を通して柱状部から半溶融あるいは半凝固金属を充填する。しかも、ランナー５４が柱状部に交差する角度である交差角θ１を９７°≦θ１≦１３５°にする、および／または、柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４が柱状部に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にすることを特徴としている。【選択図】図３
2011050999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の鏡板（５２）と、前記鏡板（５２）と、前記鏡板（５２）の一方の表面から突出した渦巻状の部分（５１）と、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部とを有するスクロール部材（５０）を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するために、
成形型（２）の内部に形成された前記スクロール部材（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）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、前記柱状部の部分から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であって、
前記ランナー（５４）が前記柱状部に交差する角度である交差角θ１を９７°≦θ１≦１３５°にする、および／または、前記柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対する前記ランナー（５４）が前記柱状部に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にする、
ことを特徴とする、半溶融あるいは半凝固成形法。
【請求項２】
前記柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対する前記ランナー（５４）の長さＬの比Ｌ／√Ｓを、３≦Ｌ／√Ｓ≦５．６にする、
請求項１に記載の半溶融あるいは半凝固成形法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール部材の半溶融あるいは半凝固成形法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、チクソダイキャスティングとよばれる半溶融成形法において、素材となる円柱状のビレットの表面には、ビレットが空気中にさらされることなどにより、スケール（酸化皮膜など）が形成される。そのため、ビレットを半溶融状態まで加熱し、その半溶融金属を金型に押し出し用いて所定形状の製品を成形するときには、これらのスケールが金型のキャビティのうち製品部分に流入し、内部欠陥を形成するおそれがある。
【０００３】
この内部欠陥により、製品における鋳巣の発生や、強度の低下が生じるおそれがあるため、金型の製品部分へのスケールの流入を防止する必要がある。
【０００４】
そこで、特許文献１（特許３６８６４１２号公報）記載の成形装置では、ビレットの表面付近のスケールを除去するため、金型内のビレットが最初に接触する部分に金型とは別のゲート部品を取り付けられている。このゲート部品は、狭口の貫通孔を有しており、この貫通孔を半溶融金属が流れる際に、ビレット表面付近のスケールを除去している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１記載の成形装置では、成形後の製品とゲート部品とがつながった状態で固まってしまうので、１回の成形作業ごとにゲート部品を金型に挿入する必要があり、サイクルタイムの増加による生産効率の低下が生じる問題がある。
【０００６】
また、ゲート部品の設置箇所は、高熱の半溶融金属が流入する位置であり、成形条件上、温度、圧力共に最も過酷な場所となる。そのため、ゲート部品の損傷が激しく、部品寿命が短くなるおそれがある。
【０００７】
また、ゲート部品を成形作業ごとに必要となるため、ゲート部品の数量の確保が必要となる。また、複数回の使用を考えると製品からゲート部品を取り外す作業も必要になる。そのため、工数、部品費用の増加となる。
【０００８】
そこで、ゲート部品を用いずに、スケール除去をする別の方法として、本件出願人は、金型の製品部へ半溶融金属が流れる経路（いわゆるランナー）の途中にＬ字に折れ曲がる部位にスケールを捕集する部分（いわゆるスケールトラップ）を設ける方法を提案している（例えば、特願２００８−１６９５９９）。
【０００９】
例えば、スクロール部材をチクソダイキャスティングにより製造する場合、金型のキャビティの製品部分のうち、鏡板を挟んで螺旋状のラップとは反対側のボス部分からランナーを通して半溶融金属を注入する。
【００１０】
しかし、半溶融金属が流れる経路の途中にスケールトラップを設けた場合、半溶融金属が流れるランナーは、金型のボス部分の側方につながる形になるので、ランナーからボス部分へ半溶融金属が流入するときに、流路の急な角度変化によってボス部分に空気が巻き込まれる部分（いわゆる巻き込み部）が発生するおそれがある。
【００１１】
しかも、このような半溶融金属が流れる経路の途中にスケールトラップを設けた場合でも、スケールを完全に除去することは困難である。
【００１２】
本発明の課題は、スクロール部材をチクソダイキャスティングにより成形する場合にボス部分における空気の巻き込み部の発生を低減することが可能な半溶融あるいは半凝固成形法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１発明の半溶融あるいは半凝固成形法は、スクロール部材を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するための成形法である。スクロール部材は、平板状の鏡板と、鏡板の一方の表面から突出した渦巻状の部分と、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部を有する。この成形法では、成形型の内部に形成されたスクロール部材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を通して、スクロール部材の成形型のキャビティへ、柱状部から半溶融あるいは半凝固金属を充填する。しかも、この成形法は、ランナーが柱状部に交差する角度である交差角θ１を９７°≦θ１≦１３５°にする、および／または、柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナーが柱状部に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にする。
【００１４】
ここでは、ランナーが柱状部に交差する角度である交差角θ１を９７°≦θ１≦１３５°にする、および／または、柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナーが柱状部に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にすることにより、スクロール部材内部に空気が巻き込まれる巻き込み部の発生を大幅に低減することが可能である。
【００１５】
第２発明の半溶融あるいは半凝固成形法は、第１発明の半溶融あるいは半凝固成形法であって、柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナーの長さＬの比Ｌ／√Ｓを、３≦Ｌ／√Ｓ≦５．６にする。
【００１６】
ここでは、柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナーの長さＬの比Ｌ／√Ｓを、３≦Ｌ／√Ｓ≦５．６にすることにより、スクロール部材の製品部分へのスケールの流入を抑制することが可能である。
【発明の効果】
【００１７】
第１発明によれば、スクロール部材内部に空気が巻き込まれる巻き込み部の発生を大幅に低減することができる。その結果、スクロール部材のチクソキャスティングにおける製品歩留まりが向上する。
【００１８】
第２発明によれば、スクロール部材の製品部分へのスケールの流入を抑制することができる。その結果、製品歩留まりのさらなる向上が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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法を実施するための装置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側面図。
【図４】比較例として図１のスクロール部材の成形途中のキャビティ内部の状態を示す断面図。
【図５】比較例として図４の成形途中に形成される空気の巻き込み部を示す拡大断面図。
【図６】本発明の実施形態に係わる半溶融あるいは半凝固成形法によって成形途中に形成される空気の巻き込み部が抑制された状態を示す拡大断面図。
【図７】ランナーと柱状部との交差角から９０度除した角度と巻き込み量比との関係を示すグラフ。
【図８】ボスの断面積の平方根に対するランナーが柱状部に交差する面取り部分の曲率半径の比との関係を示すグラフ。
【図９】巻き込み量比と不良率比との関係を示すグラフ。
【図１０】柱状部の断面積の平方根に対するランナーの長さの比との関係を示すグラフ。
【図１１】流入比と不良率比との関係を示すグラフ。
【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、初期状態の図。
【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、型締め過程の図。
【図１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
つぎに本発明の半溶融あるいは半凝固成形法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を行うための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の反対側に突出した柱状部であるボス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１７参照）。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１８参照）。
【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ＳＴ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ＳＴ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、突出した柱状部であるボス５３を形成するための柱状溝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に突出した柱状部であるボス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の中心に位置する柱状部のボス５３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の柱状部であるボス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、柱状部であるボス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】
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、柱状部であるボス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の途中に設けられたスケールトラップＳＴ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、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。
＜巻き込み部の低減について＞
ここで、半溶融・半凝固金属材料Ｃが流れる経路の途中にスケールトラップＳＴ（図１参照）を設けた場合、図４〜５に示されるように、スクロール部材５０をチクソダイキャスティングにより製造する場合には、ランナー５４が形成されるランナー溝１３ｄを流れてきた半溶融・半凝固金属材料Ｃが金型の製品部分のうちの柱状部であるボス５３を形成するための円柱状溝１３ｃに流入するときに流路の角度が急に変化するので、柱状部であるボス５３の内部に空気が巻き込まれる部分、すなわち巻き込み部Ａが発生するおそれがある。このような巻き込み部Ａの発生は、スクロール部材５０の製品不良の原因になる。
【００４３】
そこで、本実施形態では、巻き込み部Ａの発生を低減するために、図３に示されるように、ランナー５４が柱状部のボス５３に交差する角度である交差角θ１を９７°≦θ１≦１３５°にする、および／または、柱状部であるボス５３の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４が柱状部であるボス５３に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にする。この条件に設定することにより、巻き込み部Ａの発生を大幅に低減することが可能である。
【００４４】
具体的には、図７に示されるグラフより、ランナー５４と柱状部であるボス５３との交差角θ１が直角（９０°）から進む角が７°〜４５°の範囲（すなわち、９７°≦θ１≦１３５°の範囲）であれば、巻き込み量の判定値である巻き込み量比ｒａは、交差角θ１が直角（図７のグラフの角度０°）の場合の基準値１と比較して、０．５以下まで低減する。
【００４５】
ここで、巻き込み量比ｒａとは、交差角θ１が直角（図７のグラフの角度０°）の場合に形成される巻き込み部Ａを取り巻く舌部ＴＰ（図５参照）の断面積に対しての交差角θ１を変化させた場合の舌部ＴＰの断面積との比のことである。
【００４６】
更に詳しく言えば、舌部ＴＰの断面積は、柱状部であるボス５３の縦断面で見た場合の舌部ＴＰの縦断面の断面積のことである。舌部ＴＰの断面積の求め方としては、例えば、コンピュータシミュレーションによって、半溶融・半凝固金属材料Ｃが円柱状溝１３ｃ内部において空気を閉じた領域が発生した時点からスタートして、１／１００秒ごとに成長していく舌部ＴＰの縦断面積を足し合わせていくことによって、舌部ＴＰの断面積に相当する面積量が求められる。
【００４７】
ここで、交差角θ１が大きくなるにつれてスクロール部材５０を成形するときのランナー５４の長さが大きくなる関係にあるが、ランナー５４の長さがあまり大きくなると材料の無駄が多くなるとともに金型寸法も大きくなるなど実施上好ましくない。これらの実施上の制約を考慮した場合、交差角θ１は実施上の最大値は１０５°（図７のグラフの角度１５°）が好ましく、したがって、交差角θ１の実施上より好ましい範囲は９７°≦θ１≦１０５°の範囲となる。
一方、図８に示されるグラフより、柱状部であるボス５３の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４が柱状部であるボス５３に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にすれば、巻き込み量比ｒａが直角（図８のグラフの角度０°）の場合の基準値１と比較して、０．５以下まで低減することがわかる。
【００４８】
ここで、図８のグラフにおける柱状部のボス５３断面積Ｓは、スクロール部材５０のうち最終的に切削仕上げ加工をした後に製品として用いられる製品部分ＰＳ（図３参照）として用いられる部分の端部の面積すなわち、端面積が採用されている。
つぎに、図９に示されるグラフより、図７〜８の巻き込み量比ｒａが０．５以下まで低減すれば、不良品発生の判定値である不良率比ｒｂも、０．６以下程度の値まで低減することが可能であることがわかる。
【００４９】
ここで、不良率比ｒｂとは、交差角θ１が直角（図７のグラフの角度０°）の場合の不良品発生割合に対してのそれぞれ交差角θ１を変化させた場合の不良品発生割合との比のことである。
【００５０】
以上より、交差角θ１を９７°≦θ１≦１３５°にする、および／または、柱状部であるボス５３の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４が柱状部であるボス５３に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にする。この条件に設定することにより、巻き込み部Ａの発生を大幅に低減することが可能であり、不良品発生割合も低減することが可能である。
【００５１】
なお、鏡板５２と柱状部であるボス５３との間の角部５８の丸み（アール）と、柱状部であるボス５３とランナー５４との間の外側の角部５９の丸み（アール）については、設計事項であり、適宜選定すればよく、巻き込み部Ａの発生不良にとくに関係しない。
＜スケール流入の抑制について＞
ただし、上記のように半溶融・半凝固金属材料Ｃが流れるランナー５４に対応するランナー溝１３ｃの途中にスケールトラップＳＴを設けた場合でも、スケールを完全に除去することは困難である。
【００５２】
そこで、本実施形態では、スクロール部材５０のうち最終的に切削仕上げ加工をした後に製品として用いられる製品部分ＰＳへのスケールの流入を抑制するために、図３に示される柱状部のボス５３断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４の長さＬの比Ｌ／√Ｓを、３≦Ｌ／√Ｓ≦５．６にする。この条件に設定することにより、スクロール部材５０の製品部分ＰＳへのスケールの流入を大幅に抑制することが可能である。
【００５３】
具体的には、図１０に示されるグラフより、柱状部のボス５３断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４の長さＬの比Ｌ／√Ｓを、３≦Ｌ／√Ｓ≦５．６にすれば、スケール流入の判定値である流入比ｒｃがＬ／√Ｓ＝２の場合の基準値１と比較して急激に低減する。また、図１１に示されるグラフより、流入比ｒｃの低下に伴って不良率比ｒｂも低減する。
【００５４】
ここで、流入比ｒｃとは、Ｌ／√Ｓ＝２の場合の製品部分ＰＳへのスケール流入量に対してのそれぞれＬを変化（すなわち、Ｌ／√Ｓを変化）したときの流入量の比のことである。
【００５５】
なお、図１０のグラフにおける経路長とは、ランナー５４の長さＬのことであり、測定上、図３のような製品部分ＰＳに到達するまでの経路長が採用されている。
【００５６】
ここで、Ｌ／√Ｓが大きくなるにつれてスクロール部材５０を成形するときのランナー５４の長さが大きくなる関係にあるが、ランナー５４の長さがあまり大きくなると材料の無駄が多くなるとともに金型寸法も大きくなるなど実施上好ましくない。これらの実施上の制約を考慮した場合、Ｌ／√Ｓは実施上の最大値は３．２８が好ましく、したがって、Ｌ／√Ｓの実施上より好ましい範囲は３≦Ｌ／√Ｓ≦３．２８の範囲となる。
【００５７】
＜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１２〜１９を参照しながら説明する。
【００５８】
まず、図１２に示される初期状態から、図１３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）。
【００５９】
ついで、図１４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）。
【００６０】
ついで、図１５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。
【００６１】
ついで、図１６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。
【００６２】
ついで、図１７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。
【００６３】
ついで、図１８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。
【００６４】
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１８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。
【００６５】
最後に、図１９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１２の初期状態まで戻される。
【００６６】
成形されたスクロール部材５０は、ランナー５４と柱状部であるボス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。
【００６７】
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。
【００６８】
＜特徴＞
（１）
本実施形態では、ランナー５４が柱状部であるボス５３に交差する角度である交差角θ１を９７°≦θ１≦１３５°にする、および／または、柱状部のボス５３断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４が柱状部であるボス５３に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にしている。
【００６９】
これにより、スクロール部材５０内部に空気が巻き込まれる巻き込み部Ａの発生を大幅に低減することが可能である。その結果、スクロール部材のチクソキャスティングにおける製品歩留まりが向上する。また、チクソキャスティング後の切削仕上げ加工の手間も大幅に低減することが可能である。
（２）
また、本実施形態では、柱状部のボス５３断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４の長さＬの比Ｌ／√Ｓを、３≦Ｌ／√Ｓ≦５．６にしている。これにより、スクロール部材５０の製品部分ＰＳへのスケールの流入を抑制することができる。その結果、スクロール部材５０の製品歩留まりをさらなる向上することが可能になる。
（３）
また、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。
（４）
しかも、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に突出した柱状部のボス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、柱状部であるボス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の柱状部であるボス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。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、鏡板を挟んで渦巻き状の部分と反対側の表面に突出した柱状部をもつ形状のスクロール部材を鋳造するために、ランナーを介して半溶融あるいは半凝固金属で鋳造する半溶融あるいは半凝固成形法に適用することが可能である。したがって、突出した柱状部をもつ形状のスクロール部材であれば、固定スクロールも本発明の成形法によって成形可能である。また、成形後、柱状部を除去する場合においても、本発明の成形法が適用可能である。
【符号の説明】
【００７１】
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（柱状部）
５４  ランナー
５５  材料残部
Ａ  巻き込み部
ＰＳ  製品部分
Ｒ  ボス（柱状部）とランナーとの交差部分における曲率半径
Ｓ  ボス（柱状部）の断面積
ＳＴ  スケールトラップ
ＴＰ  舌部
θ１  ボスとランナーとの交差部分における交差角
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７２】
【特許文献１】特許３６８６４１２号公報
【図１】
2011050999.tif 000003
【図２】
2011050999.tif 000004
【図３】
2011050999.tif 000005
【図４】
2011050999.tif 000006
【図５】
2011050999.tif 000007
【図６】
2011050999.tif 000008
【図７】
2011050999.tif 000009
【図８】
2011050999.tif 000010
【図９】
2011050999.tif 000011
【図１０】
2011050999.tif 000012
【図１１】
2011050999.tif 000013
【図１２】
2011050999.tif 000014
【図１３】
2011050999.tif 000015
【図１４】
2011050999.tif 000016
【図１５】
2011050999.tif 000017
【図１６】
2011050999.tif 000018
【図１７】
2011050999.tif 000019
【図１８】
2011050999.tif 000020
【図１９】
2011050999.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月14日(2010.12.14)
【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】
平板状の鏡板（５２）と、前記鏡板（５２）と、前記鏡板（５２）の一方の表面から突出した渦巻状の部分（５１）と、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部とを有するスクロール部材（５０）を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するために、
成形型（２）の内部に形成された前記スクロール部材（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）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、前記柱状部の部分から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であって、
前記ランナー（５４）が前記柱状部に交差する角度である交差角θ１を９７°≦θ１≦１３５°にする、
ことを特徴とする、半溶融あるいは半凝固成形法。
【請求項２】
前記柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対する前記ランナー（５４）が前記柱状部に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にする、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】
平板状の鏡板（５２）と、前記鏡板（５２）と、前記鏡板（５２）の一方の表面から突出した渦巻状の部分（５１）と、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部とを有するスクロール部材（５０）を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するために、
成形型（２）の内部に形成された前記スクロール部材（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）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、前記柱状部の部分から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であって、
前記柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対する前記ランナー（５４）が前記柱状部に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にする、
ことを特徴とする、半溶融あるいは半凝固成形法。
【請求項４】
前記ランナー（５４）は、その一端が前記柱状部につながっており、その他端が前記半溶融あるいは半凝固金属を充填する材料充填機構（６）側の材料残部（５５）につながっており、
前記ランナー（５４）の長さＬは、前記柱状部とつながる部分から前記材料残部（５５）までの流路の中心線の長さであり、
前記柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対する前記ランナー（５４）の長さＬの比Ｌ／√Ｓを、３≦Ｌ／√Ｓ≦５．６にする、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半溶融あるいは半凝固成形法。
【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、スクロール部材の半溶融あるいは半凝固成形法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、チクソダイキャスティングとよばれる半溶融成形法において、素材となる円柱状のビレットの表面には、ビレットが空気中にさらされることなどにより、スケール（酸化皮膜など）が形成される。そのため、ビレットを半溶融状態まで加熱し、その半溶融金属を金型に押し出し用いて所定形状の製品を成形するときには、これらのスケールが金型のキャビティのうち製品部分に流入し、内部欠陥を形成するおそれがある。
【０００３】
この内部欠陥により、製品における鋳巣の発生や、強度の低下が生じるおそれがあるため、金型の製品部分へのスケールの流入を防止する必要がある。
【０００４】
そこで、特許文献１（特許３６８６４１２号公報）記載の成形装置では、ビレットの表面付近のスケールを除去するため、金型内のビレットが最初に接触する部分に金型とは別のゲート部品を取り付けられている。このゲート部品は、狭口の貫通孔を有しており、この貫通孔を半溶融金属が流れる際に、ビレット表面付近のスケールを除去している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１記載の成形装置では、成形後の製品とゲート部品とがつながった状態で固まってしまうので、１回の成形作業ごとにゲート部品を金型に挿入する必要があり、サイクルタイムの増加による生産効率の低下が生じる問題がある。
【０００６】
また、ゲート部品の設置箇所は、高熱の半溶融金属が流入する位置であり、成形条件上、温度、圧力共に最も過酷な場所となる。そのため、ゲート部品の損傷が激しく、部品寿命が短くなるおそれがある。
【０００７】
また、ゲート部品を成形作業ごとに必要となるため、ゲート部品の数量の確保が必要となる。また、複数回の使用を考えると製品からゲート部品を取り外す作業も必要になる。そのため、工数、部品費用の増加となる。
【０００８】
そこで、ゲート部品を用いずに、スケール除去をする別の方法として、本件出願人は、金型の製品部へ半溶融金属が流れる経路（いわゆるランナー）の途中にＬ字に折れ曲がる部位にスケールを捕集する部分（いわゆるスケールトラップ）を設ける方法を提案している（例えば、特願２００８−１６９５９９）。
【０００９】
例えば、スクロール部材をチクソダイキャスティングにより製造する場合、金型のキャビティの製品部分のうち、鏡板を挟んで螺旋状のラップとは反対側のボス部分からランナーを通して半溶融金属を注入する。
【００１０】
しかし、半溶融金属が流れる経路の途中にスケールトラップを設けた場合、半溶融金属が流れるランナーは、金型のボス部分の側方につながる形になるので、ランナーからボス部分へ半溶融金属が流入するときに、流路の急な角度変化によってボス部分に空気が巻き込まれる部分（いわゆる巻き込み部）が発生するおそれがある。
【００１１】
しかも、このような半溶融金属が流れる経路の途中にスケールトラップを設けた場合でも、スケールを完全に除去することは困難である。
【００１２】
本発明の課題は、スクロール部材をチクソダイキャスティングにより成形する場合にボス部分における空気の巻き込み部の発生を低減することが可能な半溶融あるいは半凝固成形法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１発明の半溶融あるいは半凝固成形法は、スクロール部材を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するための成形法である。スクロール部材は、平板状の鏡板と、鏡板の一方の表面から突出した渦巻状の部分と、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部を有する。この成形法では、成形型の内部に形成されたスクロール部材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を通して、スクロール部材の成形型のキャビティへ、柱状部から半溶融あるいは半凝固金属を充填する。しかも、この成形法は、ランナーが柱状部に交差する角度である交差角θ１を９７°≦θ１≦１３５°にする。
【００１４】
ここでは、ランナーが柱状部に交差する角度である交差角θ１を９７°≦θ１≦１３５°にすることにより、スクロール部材内部に空気が巻き込まれる巻き込み部の発生を大幅に低減することが可能である。
【００１５】
第２発明の半溶融あるいは半凝固成形法は、第１発明の半溶融あるいは半凝固成形法であって、柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナーが柱状部に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にする。
【００１６】
ここでは、ランナーが柱状部に交差する角度である交差角θ１を９７°≦θ１≦１３５°にする、及び、柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナーが柱状部に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にすることにより、スクロール部材内部に空気が巻き込まれる巻き込み部の発生を大幅に低減することが可能である。
【００１７】
第３発明の半溶融あるいは半凝固成形法は、スクロール部材を半溶融あるいは半凝固金属で鋳造するための成形法である。スクロール部材は、平板状の鏡板と、鏡板の一方の表面から突出した渦巻状の部分と、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部を有する。この成形法では、成形型の内部に形成されたスクロール部材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を通して、スクロール部材の成形型のキャビティへ、柱状部から半溶融あるいは半凝固金属を充填する。しかも、この成形法は、柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナーが柱状部に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にする。
【００１８】
ここでは、柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナーが柱状部に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にすることにより、スクロール部材内部に空気が巻き込まれる巻き込み部の発生を大幅に低減することが可能である。
【００１９】
第４発明の半溶融あるいは半凝固成形法は、第１〜第３発明のいずれかの半溶融あるいは半凝固成形法であって、ランナーは、その一端が柱状部につながっており、その他端が半溶融あるいは半凝固金属を充填する材料充填機構側の材料残部につながっており、ランナーの長さＬは、柱状部とつながる部分から材料残部までの流路の中心線の長さであり、柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナーの長さＬの比Ｌ／√Ｓを、３≦Ｌ／√Ｓ≦５．６にする。
【００２０】
ここでは、柱状部の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナーの長さＬの比Ｌ／√Ｓを、３≦Ｌ／√Ｓ≦５．６にすることにより、スクロール部材の製品部分へのスケールの流入を抑制することが可能である。
【発明の効果】
【００２１】
第１〜第３発明によれば、スクロール部材内部に空気が巻き込まれる巻き込み部の発生を大幅に低減することができる。その結果、スクロール部材のチクソキャスティングにおける製品歩留まりが向上する。
【００２２】
第４発明によれば、スクロール部材の製品部分へのスケールの流入を抑制することができる。その結果、製品歩留まりのさらなる向上が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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法を実施するための装置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側面図。
【図４】比較例として図１のスクロール部材の成形途中のキャビティ内部の状態を示す断面図。
【図５】比較例として図４の成形途中に形成される空気の巻き込み部を示す拡大断面図。
【図６】本発明の実施形態に係わる半溶融あるいは半凝固成形法によって成形途中に形成される空気の巻き込み部が抑制された状態を示す拡大断面図。
【図７】ランナーと柱状部との交差角から９０度除した角度と巻き込み量比との関係を示すグラフ。
【図８】ボスの断面積の平方根に対するランナーが柱状部に交差する面取り部分の曲率半径の比との関係を示すグラフ。
【図９】巻き込み量比と不良率比との関係を示すグラフ。
【図１０】柱状部の断面積の平方根に対するランナーの長さの比との関係を示すグラフ。
【図１１】流入比と不良率比との関係を示すグラフ。
【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、初期状態の図。
【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、型締め過程の図。
【図１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
つぎに本発明の半溶融あるいは半凝固成形法の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２５】
＜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を行うための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の反対側に突出した柱状部であるボス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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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１７参照）。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１８参照）。
【００２９】
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。
【００３０】
＜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。
【００３１】
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。
【００３２】
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とは別の部材である。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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ＳＴ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ＳＴ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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、突出した柱状部であるボス５３を形成するための柱状溝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。
【００３８】
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。
【００３９】
＜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。
【００４０】
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。
【００４１】
＜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。
【００４２】
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に突出した柱状部であるボス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の中心に位置する柱状部のボス５３から半溶融あるいは半凝固金属を充填する。
【００４３】
このように、スクロール部材５０の柱状部であるボス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。
【００４４】
なお、成形後のランナー５４の一端は、柱状部であるボス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。
【００４５】
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、柱状部であるボス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の途中に設けられたスケールトラップＳＴ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。
【００４６】
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。
【００４７】
＜巻き込み部の低減について＞
ここで、半溶融・半凝固金属材料Ｃが流れる経路の途中にスケールトラップＳＴ（図１参照）を設けた場合、図４〜５に示されるように、スクロール部材５０をチクソダイキャスティングにより製造する場合には、ランナー５４が形成されるランナー溝１３ｄを流れてきた半溶融・半凝固金属材料Ｃが金型の製品部分のうちの柱状部であるボス５３を形成するための円柱状溝１３ｃに流入するときに流路の角度が急に変化するので、柱状部であるボス５３の内部に空気が巻き込まれる部分、すなわち巻き込み部Ａが発生するおそれがある。このような巻き込み部Ａの発生は、スクロール部材５０の製品不良の原因になる。
【００４８】
そこで、本実施形態では、巻き込み部Ａの発生を低減するために、図３に示されるように、ランナー５４が柱状部のボス５３に交差する角度である交差角θ１を９７°≦θ１≦１３５°にする、および／または、柱状部であるボス５３の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４が柱状部であるボス５３に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にする。この条件に設定することにより、巻き込み部Ａの発生を大幅に低減することが可能である。
【００４９】
具体的には、図７に示されるグラフより、ランナー５４と柱状部であるボス５３との交差角θ１が直角（９０°）から進む角が７°〜４５°の範囲（すなわち、９７°≦θ１≦１３５°の範囲）であれば、巻き込み量の判定値である巻き込み量比ｒａは、交差角θ１が直角（図７のグラフの角度０°）の場合の基準値１と比較して、０．５以下まで低減する。
【００５０】
ここで、巻き込み量比ｒａとは、交差角θ１が直角（図７のグラフの角度０°）の場合に形成される巻き込み部Ａを取り巻く舌部ＴＰ（図５参照）の断面積に対しての交差角θ１を変化させた場合の舌部ＴＰの断面積との比のことである。
【００５１】
更に詳しく言えば、舌部ＴＰの断面積は、柱状部であるボス５３の縦断面で見た場合の舌部ＴＰの縦断面の断面積のことである。舌部ＴＰの断面積の求め方としては、例えば、コンピュータシミュレーションによって、半溶融・半凝固金属材料Ｃが円柱状溝１３ｃ内部において空気を閉じた領域が発生した時点からスタートして、１／１００秒ごとに成長していく舌部ＴＰの縦断面積を足し合わせていくことによって、舌部ＴＰの断面積に相当する面積量が求められる。
【００５２】
ここで、交差角θ１が大きくなるにつれてスクロール部材５０を成形するときのランナー５４の長さが大きくなる関係にあるが、ランナー５４の長さがあまり大きくなると材料の無駄が多くなるとともに金型寸法も大きくなるなど実施上好ましくない。これらの実施上の制約を考慮した場合、交差角θ１は実施上の最大値は１０５°（図７のグラフの角度１５°）が好ましく、したがって、交差角θ１の実施上より好ましい範囲は９７°≦θ１≦１０５°の範囲となる。
【００５３】
一方、図８に示されるグラフより、柱状部であるボス５３の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４が柱状部であるボス５３に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にすれば、巻き込み量比ｒａが直角（図８のグラフの角度０°）の場合の基準値１と比較して、０．５以下まで低減することがわかる。
【００５４】
ここで、図８のグラフにおける柱状部のボス５３断面積Ｓは、スクロール部材５０のうち最終的に切削仕上げ加工をした後に製品として用いられる製品部分ＰＳ（図３参照）として用いられる部分の端部の面積すなわち、端面積が採用されている。
【００５５】
つぎに、図９に示されるグラフより、図７〜８の巻き込み量比ｒａが０．５以下まで低減すれば、不良品発生の判定値である不良率比ｒｂも、０．６以下程度の値まで低減することが可能であることがわかる。
【００５６】
ここで、不良率比ｒｂとは、交差角θ１が直角（図７のグラフの角度０°）の場合の不良品発生割合に対してのそれぞれ交差角θ１を変化させた場合の不良品発生割合との比のことである。
【００５７】
以上より、交差角θ１を９７°≦θ１≦１３５°にする、および／または、柱状部であるボス５３の断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４が柱状部であるボス５３に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にする。この条件に設定することにより、巻き込み部Ａの発生を大幅に低減することが可能であり、不良品発生割合も低減することが可能である。
【００５８】
なお、鏡板５２と柱状部であるボス５３との間の角部５８の丸み（アール）と、柱状部であるボス５３とランナー５４との間の外側の角部５９の丸み（アール）については、設計事項であり、適宜選定すればよく、巻き込み部Ａの発生不良にとくに関係しない。
【００５９】
＜スケール流入の抑制について＞
ただし、上記のように半溶融・半凝固金属材料Ｃが流れるランナー５４に対応するランナー溝１３ｃの途中にスケールトラップＳＴを設けた場合でも、スケールを完全に除去することは困難である。
【００６０】
そこで、本実施形態では、スクロール部材５０のうち最終的に切削仕上げ加工をした後に製品として用いられる製品部分ＰＳへのスケールの流入を抑制するために、図３に示される柱状部のボス５３断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４の長さＬの比Ｌ／√Ｓを、３≦Ｌ／√Ｓ≦５．６にする。この条件に設定することにより、スクロール部材５０の製品部分ＰＳへのスケールの流入を大幅に抑制することが可能である。
【００６１】
具体的には、図１０に示されるグラフより、柱状部のボス５３断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４の長さＬの比Ｌ／√Ｓを、３≦Ｌ／√Ｓ≦５．６にすれば、スケール流入の判定値である流入比ｒｃがＬ／√Ｓ＝２の場合の基準値１と比較して急激に低減する。また、図１１に示されるグラフより、流入比ｒｃの低下に伴って不良率比ｒｂも低減する。
【００６２】
ここで、流入比ｒｃとは、Ｌ／√Ｓ＝２の場合の製品部分ＰＳへのスケール流入量に対してのそれぞれＬを変化（すなわち、Ｌ／√Ｓを変化）したときの流入量の比のことである。
【００６３】
なお、図１０のグラフにおける経路長とは、ランナー５４の長さＬのことであり、測定上、図３のような製品部分ＰＳに到達するまでの経路長が採用されている。
【００６４】
ここで、Ｌ／√Ｓが大きくなるにつれてスクロール部材５０を成形するときのランナー５４の長さが大きくなる関係にあるが、ランナー５４の長さがあまり大きくなると材料の無駄が多くなるとともに金型寸法も大きくなるなど実施上好ましくない。これらの実施上の制約を考慮した場合、Ｌ／√Ｓは実施上の最大値は３．２８が好ましく、したがって、Ｌ／√Ｓの実施上より好ましい範囲は３≦Ｌ／√Ｓ≦３．２８の範囲となる。
【００６５】
＜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１２〜１９を参照しながら説明する。
【００６６】
まず、図１２に示される初期状態から、図１３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）。
【００６７】
ついで、図１４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）。
【００６８】
ついで、図１５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。
【００６９】
ついで、図１６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。
【００７０】
ついで、図１７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。
【００７１】
ついで、図１８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。
【００７２】
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１８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。
【００７３】
最後に、図１９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１２の初期状態まで戻される。
【００７４】
成形されたスクロール部材５０は、ランナー５４と柱状部であるボス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。
【００７５】
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。
【００７６】
＜特徴＞
（１）
本実施形態では、ランナー５４が柱状部であるボス５３に交差する角度である交差角θ１を９７°≦θ１≦１３５°にする、および／または、柱状部のボス５３断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４が柱状部であるボス５３に交差する面取り部分の曲率半径Ｒの比Ｒ／√Ｓを、０．１２≦Ｒ／√Ｓ≦０．９６にしている。
【００７７】
これにより、スクロール部材５０内部に空気が巻き込まれる巻き込み部Ａの発生を大幅に低減することが可能である。その結果、スクロール部材のチクソキャスティングにおける製品歩留まりが向上する。また、チクソキャスティング後の切削仕上げ加工の手間も大幅に低減することが可能である。
【００７８】
（２）
また、本実施形態では、柱状部のボス５３断面積Ｓの平方根√Ｓに対するランナー５４の長さＬの比Ｌ／√Ｓを、３≦Ｌ／√Ｓ≦５．６にしている。これにより、スクロール部材５０の製品部分ＰＳへのスケールの流入を抑制することができる。その結果、スクロール部材５０の製品歩留まりをさらなる向上することが可能になる。
【００７９】
（３）
また、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。
【００８０】
（４）
しかも、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に突出した柱状部のボス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、柱状部であるボス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の柱状部であるボス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。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、鏡板を挟んで渦巻き状の部分と反対側の表面に突出した柱状部をもつ形状のスクロール部材を鋳造するために、ランナーを介して半溶融あるいは半凝固金属で鋳造する半溶融あるいは半凝固成形法に適用することが可能である。したがって、突出した柱状部をもつ形状のスクロール部材であれば、固定スクロールも本発明の成形法によって成形可能である。また、成形後、柱状部を除去する場合においても、本発明の成形法が適用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
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（柱状部）
５４  ランナー
５５  材料残部
Ａ  巻き込み部
ＰＳ  製品部分
Ｒ  ボス（柱状部）とランナーとの交差部分における曲率半径
Ｓ  ボス（柱状部）の断面積
ＳＴ  スケールトラップ
ＴＰ  舌部
θ１  ボスとランナーとの交差部分における交差角
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８３】
【特許文献１】特許３６８６４１２号公報
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2011050999.tif 000022