(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの軸方向に該ロータを貫通するベーン溝を設けるロータの製造方法において、上記ロータを成形する金型にロータの素材を収納し、上記ベーン溝と実質的に同断面形状の加圧パンチを用い、鍛造にて上記素材にベーン溝の一部を成形し、ベーン溝の残りの肉部を上記加圧パンチで打ち抜くようにしたことを特徴とするロータの製造方法。
【請求項２】
上記素材がアルミニウム合金であり、該素材を加熱してから上記金型の収納部に収納することを特徴とする請求項１に記載のロータの製造方法。
【請求項３】
アルミニウム合金製ロータの軸方向に該ロータを貫通するベーン溝を設けたロータの製造装置において、上記ロータの素材を予め収納しかつ成形する金型と、上記ベーン溝と実質的に同断面形状の加圧パンチとを設けて成り、鍛造にて上記素材にベーン溝の一部を成形し、加圧パンチが打ち抜ける肉厚となったときに、ベーン溝の残りの肉部を加圧パンチで打ち抜くようにしたことを特徴とするロータの製造装置。
【請求項４】
上記金型の収納部に上記素材を固定する固定部材を設けたことを特徴とする請求項３に記載のロータの製造装置。
【請求項５】
上記加圧パンチの外側に、加圧パンチの位置ずれ防止用のガイド部を設けるとともに、該ガイド部に嵌合するガイド溝を上記金型に設けたことを特徴とする請求項３に記載のロータの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリ式のコンプレッサー若しくはポンプ等のロータの製造方法とその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンプレッサの小型化と効率の向上を図るために、ロータリ式のコンプレッサーが市場に出回っている。ロータリ式コンプレッサーは、シリンダ孔に偏心して取付けられたロータに複数のベーン溝が形成され、各ベーン溝に配設された板状のベーンが、ロータの回転による遠心力及びオイル圧でシリンダ内壁に押し上げられ、この内壁に沿ってベーンの先端が摺動することにより、ベーンがベーン溝から突出、収納を交互に繰り返して、ガスの吸入圧縮を行う機構になっている。
【０００３】
図９は、従来行われているコンプレッサーのロータを鍛造により成形するための金型（ダイス）５１を示す。金型５１は、内部に図示しないアルミニウム合金製の素材（ブランク）を成形する成形孔５２を設け、この成形孔５２の内壁面５４から羽根状の複数のベーン溝成形部５５を成形孔５２の内方側に突出させている。このような金型５１により、素材は金型５１の上部に載置された後、図示しない加圧パンチにより成形孔５２の形状に成形される。
図１０は、金型５１で成形された後にできあがったロータの前駆体５６を示す。図に示すように、成形後のロータ前駆体５６は、製品部分となるロータ部５７の他に、廃棄する部分となる余肉部５８が含まれている。ロータ前駆体５６は、余肉部５８が切断されかつ軸孔６０を穿設することにより完成したロータ５９となる。なお、図中の符号６１はベーン溝を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、アルミニウム合金製のロータは鍛造により製造されているが、鍛造によると、余肉部が生じそれが材料費が嵩む原因となり、製造コストが高くなっていた。また、ロータを製造するにあたり、鍛造工程と切削工程が含まれると、これらが異なる工程であるので、手間がかかっている。さらに、鍛造品では製品の角６２が丸くなり、先端が尖った形状に成形することは困難である。
余肉をなくすためには、ロータのベーン溝及び軸孔をプレス抜きして成形する方法が考えられる。しかしながら、ロータのベーン溝等を打ち抜くには、ロータの軸方向長さが、製品の種類によって異なるが例えば４０ｍｍ程度もあり、従来のプレス抜きの技術では打ち抜くことができなかった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、ロータリコンプレッサー等のロータを製造するにあたって、鍛造のように余肉を生じさせることなく、製造工程を少なくするロータの製造方法とその製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のロータの製造方法は、シリンダ孔に偏心して配設されるロータの軸方向に該ロータを貫通するベーン溝を設けたロータの製造方法において、上記ロータを成形する金型に上記ロータの素材を収納し、上記ベーン溝と実質的に同断面形状の加圧パンチを用い、鍛造にて上記素材にベーン溝の一部を成形し、ベーン溝の残りの肉部を加圧パンチが打ち抜ける肉厚となったときに、該加圧パンチで肉部を打ち抜くようにした。
【０００６】
また、上記目的を達成するために本発明のロータの製造装置は、シリンダ孔に偏心して配設されるアルミニウム合金製ロータの軸方向に該ロータを貫通するベーン溝を設けたロータの製造装置において、上記ロータの素材を予め収納しかつ成形する金型と、上記ベーン溝と実質的に同断面形状の加圧パンチとを設けて成り、鍛造にて上記素材にベーン溝の一部を成形し、ベーン溝の残りの肉部を加圧パンチが打ち抜ける肉厚となったときに、該加圧パンチで肉部を打ち抜くようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるロータの製造方法とその製造装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、プレス装置１を示し、図中の左側（Ａ）はプレス装置１の非作動状態の上死点を示し、右側（Ｂ）は加圧状態の下死点を示す。図に示すように、プレス装置１は、主として上部に配設した加圧機構２、下部に配設した金型部３及び加圧ストリッパー４とからなる。
加圧機構２は中央部に、加圧パンチ５とこれを把持するベーン把持部６を備えている。加圧パンチ５は、図２に示すように、ロータの軸孔を成形する円柱形の軸孔パンチ５ａと、ベーン溝を成形する羽根状のベーンパンチ５ｂとからなり、ベーンパンチ５ｂは、図３の水平方向断面に示すように、軸孔パンチ５ａの周りに５片が等間隔で配設されている。ベーンパンチ５ｂは、仮想線で示す成形すべきロータ７の外周部より外側に突出する長さであり、その先端部に断面が円形のガイドレール５ｃが形成されている。このガイドレール５ｃの作用については後述する。
【０００８】
図１に示すようにプレス装置１の基台８上には、金型部３が配設されている。金型部３は、素材１２を収納する上金型９、その下部に配設された下金型１０及び上下金型９，１０を支持するダイホルダー１１からなり、上金型９は中央部に円柱状のコンテナ９ａが貫通して設けられ、ここにロータの素材１２が収納される。図４に上金型９の水平方向断面を示す。上金型９は、断面が円形であり、コンテナ９ａの周部には加圧パンチ５を降下させたときに、そのガイドレール５ｃが対応する位置にガイド溝９ｂが形成されており、ガイド溝９ｂに上述したベーンパンチ５ｂの各ガイドレール５ｃが嵌合する。
【０００９】
図５は、下金型１０の水平方向断面を示す。下金型１０には、加圧パンチ５に対応する位置に、軸孔パンチ５ａ及びベーンパンチ５ｂの挿入用の貫通孔１０ａ，１０ｂが形成されている。貫通孔１０ａ，１０ｂの形状は、軸孔パンチ５ａ及びベーンパンチ５ｂの断面形状にほぼ等しい。
加圧パンチ５の下端部までの長さは、加圧機構２が下死点の位置になった状態で、上金型９のコンテナ９ａを貫通し、貫通孔１０ａ，１０ｂの下端から突出する長さにしてある。
【００１０】
図１に示すように、加圧機構２にはシリンダ状の筒部１４内を上下動する押圧部材１５が設けられ、押圧部材１５はプレス装置１の非作動状態では、図１の（Ａ）に示すように下方位置にある。押圧部材１５の下部には加圧ストリッパー４が配設され、加圧ストリッパー４は、基台８に固定されているガイドロッド１７に案内されて上下動することができる。プレス装置１の非作動状態では、加圧ストリッパー４は上方に付勢されている。
図２に示すように、加圧ストリッパー４には加圧パンチ５に対応させて素材１２の保持部１６が設けられている。
【００１１】
保持部１６は、上金型９のコンテナ９ａ内に挿入できるように加圧ストリッパー４の基準面よりも下方に突出し、素材１２の上面に当接させて押圧力を加えることにより、素材１２をコンテナ９ａに固定できる。保持部１６には、軸孔パンチ５ａ及びベーンパンチ５ｂが貫通するパンチ孔１６ａ，１６ｂが穿設されている。パンチ孔１６ａ，１６ｂの形状は、精度向上のため、軸孔パンチ５ａ及びベーンパンチ５ｂとのギャップをできる限り小さくすることが好ましい。
なお、加圧機構２の加圧方法は、油圧等の公知手段を用いることができるので説明は省略する。
【００１２】
次に、プレス装置１の動作について説明する。
上金型９のコンテナ９ａ内に素材１２を収納した後、プレス装置１の非作動状態（図１の（Ａ）参照）から、加圧機構２を下降させる。この際、押圧部材１５は、例えば筒部内に導入された加圧流体などによって、下方に付勢されている。押圧部材１５が加圧ストリッパー４に当接すると、押圧部材１５の下方への付勢力を加圧ストリッパー４の上方への付勢力より大きく設定してあるので、加圧ストリッパー４が押圧部材１５に押圧されて、ガイドロッド１７を下方に摺動し、その保持部１６が素材１２の上面に当接する。この時点で加圧ストリッパー４は最下端位置であり、押圧部材１５に押圧されても、素材１２への押圧力が増すだけである。
【００１３】
押圧部材１５の下方への付勢力は、加圧機構２の加圧力よりも小さくしているので、加圧機構２がさらに加圧すると、図１の（Ｂ）に示すように、押圧部材１５は加圧ストリッパー４を押圧したまま、加圧機構２の筒部１４を上方に摺動する。すなわち、押圧部材１５の高さ位置はそのまま維持され、加圧機構２のみ下降する。さらに、加圧機構２が下降すると、加圧パンチ５の下端部が素材１２に当接して、打抜加工をする。
図６は、アルミニウム合金製の素材１２を示す。本実施の形態では、円柱形の素材１２の寸法は、高さＨ３６ｍｍ、直径Ｄ４４．５ｍｍである。他方、図２に示す上金型９のコンテナ９ａの内径は４５．２ｍｍである。また、アルミニウム合金の化学成分はアルミニウムの他に内割りで、１５．８重量％Ｓｉ−０．２１重量％Ｆｅ−４．２重量％Ｃｕ−０．０２重量％Ｍｎ−０．５重量％Ｍｇ−０．０１重量％Ｚｎ−０．０３重量％Ｔｉが含まれ、各成分誤差は±０．０５重量％の範囲内としている。
【００１４】
打抜作業にあたって、初めにアルミニウム合金製の素材１２を４００〜４７０℃に加熱して素材を柔らかくする。加熱温度は素材１２の組成にしたがって変化する。加熱方法は問わない。そして、上金型９及び下金型１０に黒鉛の潤滑剤をスプレーし、素材１２をコンテナ９ａに位置決めすることなく、ランダムに投入する。素材１２の直径とコンテナ９ａの孔径との差が少ないため、芯出ししなくても、誤差の範囲内に収まるからである。
素材１２は初めに、加圧パンチ５で鍛造される。図７に示すように、軸孔１８ａ及びベーン溝１８ｂが素材１２の高さの２／３程度まで成形できたら鍛造を終了し、残りの肉部の１／３は加圧パンチ５で一気に打ち抜く。すなわち、鍛造を行ってベーン溝及び軸孔を所定長さだけ形成し、残りの肉部がプレス抜きで打ち抜ける厚さになったときにプレス抜きを行って、図８に示すようなロータ１８が成形される。残りの肉部は、下部のダイホルダー１１に落下する。
【００１５】
ロータ１８は加圧ストリッパー４によって固定されているので、作業終了の後、加圧パンチ５にロータ１８が付着しても、加圧パンチ５を上昇させることにより離脱する。ロータ１８を取出すときは、加圧機構２及び加圧ストリッパー４を上昇させてコンテナ９ａから取出す。
完成したロータ１８の寸法は、図８に示す高さｈが３９．５ｍｍであり、素材１２よりも３．５ｍｍ長くなり、直径ｄは４５ｍｍであり、素材よりも０．５ｍｍ大きくなっている。なお、ロータ１８の直径ｄが金型の内径より０．２ｍｍだけ少ないのは、熱収縮するからである。
【００１６】
以上説明したように、本実施の形態では、素材１２の打抜工程では、素材１２を加圧ストリッパー４の保持部１６で固定する。また、図３、図４に示すようにベーンパンチ５ｂの外側部にガイドレール５ｃを設け、ガイドレール５ｃを上金型９のガイド溝９ｂに嵌合させるとともに、加圧ストリッパー４のパンチ孔１６ａ，１６ｂと加圧パンチ５とのギャップをできるだけ小さくしているので、軸孔パンチ５ａ及びベーンパンチ５ｂが曲がったりずれたりすることなく、精度のよい打抜加工ができる。なお、通常の鍛造では角部が丸くなる傾向にあり、鋭角を有する細かな形状の成形が困難であるが、本方法によれば鍛造よりも細かな成形が可能である。
【００１７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく本発明の技術的思想に基いて種々の変形及び変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、アルミニウム合金製の素材を４００〜４７０℃に加熱して打ち抜き加工を行ったが、素材が柔らかい材質であれば、加熱処理を省略することができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明のアルミニウム合金製ロータの製造方法とその製造装置によれば、素材を打ち抜いて成形されたロータに余肉部が生ぜず、これを切削する手間を省くことができる。また、余肉部が生じないことから材料費を節約することができる。加圧パンチにガイドレールを設け、金型にガイド溝を設けることにより、打抜作業中にパンチの曲がりを防止することができ、精度の良いロータを成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるアルミニウム合金製ロータの製造方法を実施するためのプレス装置の断面図である。
【図２】図１のプレス装置のパンチ部及び金型部の拡大断面図である。
【図３】図２におけるＸ−Ｘ線方向の断面図である。
【図４】図２におけるＹ−Ｙ線方向の断面図である。
【図５】図２におけるＺ−Ｚ線方向の断面図である。
【図６】図１のプレス装置で加工される素材の斜視図である。
【図７】図１のプレス装置で鍛造された状態にある素材の斜視図である。
【図８】図１のプレス装置でベーン溝が打ち抜かれたロータの完成品の斜視図である。
【図９】従来の鍛造方法において、ロータを成形する場合に用いられる金型の斜視図である。
【図１０】図９の金型で鍛造したロータの前駆体の斜視図である。
【符号の説明】
１  プレス装置
２  加圧機構
４  加圧ストリッパー
５  加圧パンチ
５ａ  軸孔パンチ
５ｂ  ベーンパンチ
５ｃ  ガイドレール
７  ロータ
９  上金型
９ａ  コンテナ
９ｂ  ガイド溝
１０  下金型
１２  素材
１５  押圧部材
１６  保持部
【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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