JPH01113589A - ベーン型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷媒ガス等の気体を圧縮するベーン型圧縮機
に関し、特に車両積載空調用として摺動部品の材料と表
面処理の改善により軽量化されたベーン型圧縮機に関す
るものである。

（従来技術と問題点） ベーン型圧縮機は、通常円筒型又は楕円型の内筒形状を
有するシリンダブロックの両側にサイドプレートが固定
されて圧縮機本体が構成されており、この圧縮機本体内
にローターを配置し、このローターには放射方面に向け
て複数個のベーン溝を設け、ベーンを出没自在に挿入し
、このベーンを前記シリンダブロックの内周面に押しつ
けながら前記ローターを回転させることによりベーンで
仕切られた圧縮室の気体を圧縮するようになっている。

このベーン型圧縮機は、車両に積載されて空調を行なう
目的で多用されている。近年前輪駆動の乗用車が多くな
り、ボンネット内部にはエンジンや変速機とともに多く
の機器が集合しているため。

重量が車体前部に集中するためエンジンや変速機と共に
ボンネット内部に設置される圧縮機も燃費向上の見地か
ら軽量化が強く求められている。

ベーン型圧縮機は、すでにケーシングやベーンはアルミ
ニウム合金が使用されており、更に軽量化を進めるため
には、摺動部分を持つ部品（シリンダブロック、ロータ
ー、サイドプレート）についてまでもプラスチックやア
ルミニウムのような軽量材質で部品を構成しなければな
らない。これらの部品は使用温度が高く摺動条件も苛酷
なためプラスチック材よりもアルミニウム合金が適する
と考えられる。

先ず、従来のベーン型圧縮機の主要部品の構成について
説明する。

シリンダブロックは、摺動特性や機械加工性が良好なこ
とがら片状黒鉛鋳鉄が一般的に用いられている。

ローターは、軸と一体の鋼材や、鉄系の焼結合金のロー
ターを鋼製軸に圧入したものが多く用いられている。

サイドプレートは、ローターやベーンと摺動する面の耐
焼付性が求められることから、保油性の良好な材料であ
る片状黒鉛鋳鉄や鉄系の焼結合金が多く用いられている
。

以上のように、摺動上からの材料組合せや、ローターと
シャフトの結合については配慮されたものとなっている
。しかし、次のような問題点を有している。

ベーンは、シリンダブロックの内周面に押しつける力と
して潤滑油の圧力の他に遠心力が作用するため軽量であ
ることが必要で、しかもローター溝の加工方法の制約で
溝の寸法を小さくできないことから、どうしても材質を
軽量なものとせざるを得ない。このため、耐摩耗性に優
れいる高Ｓｉアルミニウム合金が現在一般的に用いられ
ている。

然し、熱膨張係数が鉄系のシリンダブロックやローター
材に比べて大きいために、ベーンとサイドプレートの間
のクリアランスと、ベーンとローター溝巾のクリアラン
スを大きく設定する必要があり、このため運転初期の温
度が低い状態では圧縮機の性能が低くなっている。しか
もクリアランスを確保するため各部品は厳しい寸法精度
で製造管理することが必要で、さらに寸法毎にランク分
けして各部品を選択嵌合して圧縮機を組み立てているの
が実状である。

ベーン型圧縮機における上記の問題点の改良や、軽量化
を目的としてベーン以外の摺動面を持つ部品（シリンダ
ブロックやローター、サイドプレート）をアルミニウム
合金とした構造とすることは容易に考えられるところで
ある。しかし、摺動上の問題とローターと鋼製シャフト
との結合が困難であり、結合強度も不十分であったため
、これらの部品のアルミニウム合金化は軽量化効果が大
きいにもかかわらず実現されていなかった。

先ず、主要部品のアルミニウム合金化に伴う摺動上の問
題について説明する。

シリンダブロックとベーンの間では、焼付やベーンの摩
耗が問題となっている。特に、低速高負荷のような温度
が上昇する使用条件下では、摺動面間の油膜が薄く切れ
易くなるために、ベーン及びシリンダブロック内周面に
著しい摩耗を発生する。シリンダブロックやベーンを耐
騰耗性に優れたＡ３９０合金のような高Ｓｉアルミニウ
ム合金としても摩耗の問題点は解決されない。

ローターとベーン間では、ローターの溝面とこれに摺動
するベーンの側面との間の焼付が問題となっている。ベ
ーンはローターの溝の中を往復動するが、この部分は潤
滑効果が不十分なため摩耗と焼付が生ずる。ローターの
材質を高Ｓｉアルミニウム合金とすることで、焼付の傾
向は緩和されるが、始動時には潤滑油の皮膜が摺動面に
存在しないために、始動の繰り返しにより摺動面に発生
する傷が大きくなり、やがて焼付を発生してしまう。

サイドプレートとローターの間、及びサイドプレートと
ベーンの間では、何れも焼付が問題であり、特にサイド
プレートとローターとの間では、大きなスラスト方向の
力が負荷されるため、焼付が発生し易い。

次に、アルミニウム合金製ローターとシャフトの結合構
造上の問題について説明する。

ローターをアルミニウム合金とすると、鋼製シャフトと
の結合も大きな問題であった。従来は、このような円筒
形状の部材をシャフトに結合する方法としては、焼きば
め、冷しばめ、圧入が一般的に実施されている。これら
の結合方法には、結合時の問題と使用時の問題がある。

先ず、結合時の問題は次のようである。

焼きばめでは、締め代は一般的には１／１００〜３／１
０００である。アルミニウム合金の熱膨張係数はＡ３９
０合金のような場合では約１８×ｌＯ−＠／℃であるか
ら、計算上の焼きばめ温度は６０〜１７０℃となる。し
かし実際の作業ではこれより１００〜１５０℃高い温度
とするのが通常である。このような温度で加熱保持され
ることにより、アルミニウム合金は硬度や強度の低下を
きたすほか、シャフトの挿入時にシャフトとローターの
軸方向接触距離が長いため、接触により焼付を生じ易い
という問題点がある。

冷しぼめは、シャフトを冷却して収縮させてローターに
挿入する方法であるが、上記の締め代を確保するために
は一２００℃以下の温度に保持する必要がある。シャフ
トは質量が小さいため容易に温度が上昇し挿入時のクリ
アランスを確保しにくく焼付を生じやすい。

圧入では、シャフトとローターの軸方向接触距離が長く
、クリアランスも無いために容易に焼付を生じてしまう
。

一度焼付を生じたローターの内周面は損傷がひどく再生
不能である。

次に、アルミニウム合金製ローターと鋼製シャフト結合
体の使用時の問題点について述べる。

ローターとシャフトの雰囲気温度範囲は、−４０〜１５
０℃程度であり、場合によっては２００℃に近い温度に
達することもある。従って前述の焼きばめや、圧入の締
め代では、シャフトに比ベアルミニウム合金製ローター
の熱膨張係数が大きいため、大きな負荷トルクに耐えき
れない。この対策として締め代を増加することが考えら
れるが、締め代の増加はローターに発生する周方向の引
張応力を増大させ、はめ合い時や、使用時にローターの
薄肉部や端部に応力集中によりクラックを生じてしまう
ために対策としては採用できない。

（発明の目的） 本発明は、上記のようなベーン型圧縮機の摺動面を有す
る部品をアルミニウム合金化するに当り発生する問題点
を解消し、軽量なベーン型圧縮機を提供する目的でなさ
れたものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明はベーン型圧縮機の摺動面を有する部品をアルミ
ニウム合金化するに当り発生する問題点を解消するため
次のような構成とした。

先ず第１の発明として、摺動上の問題を解決するために
次のような材料と表面処理の組合せを主要部品について
行なった。

シリンダブロックの材質はシリンダブロックを耐摩耗性
に優れた過共晶Ｓｉアルミニウム合金とした。特に好ま
しくは５Ｌ１４〜２５重量％、Ｃｕ３〜８重量２゜Ｍｇ
０．１〜２．０重量％を必須の成分とし、残部が実質的
にＡＱによりなる化学組成を有し、Ｔ６もしくはＴ７処
理をして使用する。

ローターは、サイドプレート及びベーン側面との摺動特
性と、軸との結合強度、及びベーンを収容する溝底の強
度並びに製造面（熱間押出性、セレーション部の結合性
）の要求特性を満足するためＳＬを多く含有するアルミ
ニウム合金とした。

特に好ましくは、Ｓｉ：１０〜１８重量％、　Ｃｕ：２
〜８重量対、Ｍｇ：０．１〜２．０重量％を必須の成分
とし、残部が実質的にＡＱによりなる化学組成を有し且
つ基地中のＳｉ粒子の大きさが平均粒径で３μｍ以上で
ある組織を有しＴ６もしくはＴ７処理をしシリンダブロ
ック及びベーンとの熱膨張係数の差が３Ｘ１０−’／℃
以下のものを使用する。

サイドプレートはアルミニウム合金からなり、且つ少な
くともローターとベーンとが摺動接触する内側面に鉄製
の薄板を張設しローター及びベーンはこの鉄製の薄板と
摺接する。

ベーンは、本体をシリンダブロック及びローターと熱膨
張係数の差が３Ｘ１０−’／’Ｃ以下のアルミニウム合
金とし、更にシリンダブロックと摺動する頂面を厚さ１
〜２０μｍの金属チタンと金属クロムのうちの１種又は
合せたものと窒化チタンと窒化クロムのうちの１種又は
合せ光ものとの均一微細な混合相、又は金属チタン、金
属アルミニウム及び窒化バナジウムのうちの１種又は合
せたものとの均一微細な混合相でなる硬質のイオンプレ
ーティング膜を有し、且つ前記ローターの溝部壁面と摺
動する側面に前記ベーンの頂面に設けたと同様な硬質の
イオンプレーティング皮膜を設けた。

次に第２の発明として、アルミニウム合金製ローターと
シャフトの結合構造上の問題を解決するため、次の構成
とした。前記組成と熱膨張係数を有するアルミニウム合
金製ローターは、該ローターのボアの内周面に３段以上
の順次内径の異なる複数個のはめ合い部が設けられてい
て、少なくとも両端部に位置するはめあい部が鋼製シャ
フトと圧入により締まりばめの状態で結合され、中間に
位置する残るはめあい部は、鋼製シャフトの外周面に形
成されたセレーションの凹部に喰いこみ且つ締まりばめ
の状態で該鋼製シャフトに結合されている構造とした。

（作用） 先ず、摺動上の対策として、 ■シリンダブロックとベーン間ニ シリンダブロックは耐摩耗性に優れた過共晶Ｓｉアルミ
；ラム合金とする。特に好ましくは５Ｌ１４〜２５重量
％、Ｃｕ３〜８重量％１Ｍｇ０．１〜２．０重量％を必
須の成分とし、残部が実質的にＡＱによりなる化学組成
を有し、Ｔ６又はＴ７処理をして使用することで、ベー
ン頂面に設けられたイオンプレーティング皮膜と優れた
摺動上の相性が得られる他に、シリンダブロックの剛性
、強度が確保される。

過共晶Ｓｉアルミニウム合金はアルミニウム合金の基地
中に硬い初晶シリコン粒子が分散することにより優れた
耐摩耗性や耐焼付性を発揮するが、Ｓｉが１４重量％未
満ではアルミニウム合金基地中に分散する硬質の初晶Ｓ
ｉ粒子が少なく耐摩耗性や耐焼付性が不充分である。他
方、Ｓｉが２５重量％を超える場合は、初晶Ｓｉ粒子が
粗大な形状となり強度や靭性を低下させる。又シリンダ
ブロックは金型鋳造で製造し、機械加工により仕上げら
れるがＳｉが２５重量％を超える場合は鋳造時の溶湯温
度を高くする必要があり、金型の寿命が短くなるほか内
部の巣等の欠陥を生じ易くなる。又機械加工性や工具寿
命が著しく低下する。このようなことから。

ＳＬは１４〜２５重量ごの範囲とした。

ＣｕとＭｇは熱処理（溶体化後時効硬化処理）によりア
ルミニウム合金の基地の硬さと強度を確保する目的で不
可欠の元素である。

Ｃｕは３重量％未満では熱処理による時効硬化でも満足
すべき強度が得られず、他方８重量％を超えると材料の
脆化と耐蝕性が悪くなる。従って３〜８重量％とした。

Ｍｇは０．１重量２未満では熱処理による時効硬化でも
満足すべき強度が得られず、他方２．０重量％を超える
と材料が脆化する他、鋳造性も低下する。従って０．２
〜２．０重量％とじた。上記組成のアルミニウム合金を
Ｔ６又はＴ７の熱処理を行゛って用いる。

硬度は、１（１８７５以上が必要で特に好ましくは８０
〜９０の範囲である。尚、潤滑油が不足する際の摺動特
性の向上及び機械加工性を目的としてｐｂを０．５〜３
．０重量％の範囲で含有させても良い。

このシリンダブロックの内周面と摺動接触するベーンの
頂面ば、厚さ１〜２０μｍの硬質イオンプレーティング
膜を設けることで、両部材間の摩耗と焼付は実用上問題
ないレベルとなった。硬質イオンプレーティング膜の厚
さが１μｍ未満では長期間での摩耗に耐えず、又下地の
アルミニウム合金の硬度が低い場合には負荷される荷重
によって陥没が起こる。他方２０μｍを超える場合は密
着性が悪くなり、下地から剥離し易くなる。

硬質イオンプレーティング膜としては、チタンとクロム
のうちの１種又は合せたものと窒素とからなる皮膜が望
ましい。クロムと窒素とからなるイオンプレーティング
膜はＨｍＶ１５００〜２２００程度の硬度が得られる。

特に好ましくは皮膜がクロムと窒化クロムとの混在した
組織を有し、且つ硬度が１１ｍＶ１５００〜２０００の
領域にあることである。チタンと窒素とからなるイオン
プレーティング膜はＨｍＶ２０００〜２８００程度の硬
度が得られる。硬度の低い例ではＴｉＮのみである。チ
タン、クロムの各々の粉末を混合し、圧縮成形焼結を行
ったブロックを蒸発源としてクロムとチタンを別個に設
けて蒸発源を切替ることにより複合層としても良い。ク
ロムとチタンを比較するとクロムはチタンよりも蒸発速
度が速いために処理時間が短くて済む利点がある。こ、
の他に蒸発源としてチタン合金例えばＴｉ−４Ａ　Ｑ−
６Ｖを使用しても良い、この場合には皮膜中にＡＱやＶ
も存在する。尚、イオンプレーティングでは、密着性を
良くするためにベーン素材の表面には窒素を含まないイ
オンプレーティング膜を設けその上に窒素を含むイオン
プレーティング膜を形成しても良い。又、下地にクロム
と窒素とからなるイオンプレーティング膜を設けその上
にチタンと窒素とからなるイオンプレーティング膜を設
けても良い。その場合には最初はクロムのブロックをい
れた水冷銅ルツボからクロムを蒸発させ所定時間後に水
冷銅ルツボからのチタン蒸発に切替ることにより行う。

■ローターとサイドプレートの間： ローター材は、シリンダブロック及びベーンとの熱膨張
係数の差をおさえたものとすることが必要である。ロー
ター材の熱膨張係数が大きいと運転中の温度上昇により
ローターは膨張してサイドプレートに強く接触し焼付を
生じるためサイドプレートとのクリアランスを大きく設
定しなければならず、コンプレッサーとしての圧縮効率
が低下する。ローター材の熱膨張係数が小さいと運転中
の温度上昇によりサイドプレートとクリアランスが広が
るため圧縮効率が低下する。これらのことからローター
材とシリンダブロック材及びベーン材の熱膨張係数の差
は３Ｘ１０−’／℃以下とした。

更にローター材は、繰り返し受ける応力や液圧縮状態で
の衝撃的な応力に対し安全なものでなければならない。

このため高強度と靭性が必要であるため、鋳造組織を破
壊するような材料の流れを与える製造方法が好ましい。

このためには、熱間押出が最適である。熱間押出による
製造では、ベーンの出入りする溝部形状を熱間押出時に
、ダイスでこれに近い形状とすることが出来るため、後
の加工が楽となる経済的な利点もある。

ローターに使用する合金は以上の要求と摺動上の要求か
らＳｉ：１’Ｏ〜１８重量％、Ｃｕ：２〜８重量％、Ｍ
ｇ＝０．１〜２．０重量％を必須の成分とし、残部が実
質的にｉｌこよりなる化学組成を有し、且つ基地中のＳ
ｉ粒子の大きさが３μｍ以上である組織を有しＴ６又゛
はＴ７処理をして、サイドプレート内側面に張設された
鉄製の薄板との組み合わせで優れた耐摩耗性や耐焼付性
を発揮する。

Ｓｉが１０％未満では、熱膨張係数が大きくなる他、ア
ルミニウム合金基地中に分散する硬質Ｓｉ粒子が少なく
耐摩耗性や耐焼付性が不十分である。

他方、Ｓｉが１８％より多くなると、初晶Ｓｉ粒子が粗
大となり強度や靭性を低下させる。又ローターは熱間押
出後、機械加工して製造されるが、Ｓｉが多くなると、
押出加工時に高い押出圧力が必要となり又押出速度も遅
くすることが必要であり、従って生産性も悪く、又金型
の寿命が短くなるほか、機械加工性も低下する。又シャ
フトの外周面に設けられたセレーションに喰い込ませる
ことが困難となる。

ＣｕとＭｇは熱処理（溶体化後時効硬化処理）によりア
ルミニウム合金の基地の硬さと強度を確保する目的で不
可欠の元素である。

Ｍｇは０．２重量％未満では熱処理による時効硬化でも
満足すべき強度が得られず、他方２重量％を超えると材
料が脆化するほか熱間での押出性を低下させる。従って
０．１〜２重量％とじた。この他にＮｉ、　Ｍｎ、　Ｆ
ｅ等の遷移金属を含有させると材料の硬度や高温強度が
上昇する。これらの量は、単独又は併せて０．５〜３重
量％が良好である。０．５重量％未満では効果が少なく
、３重量％を超えると粗大な化合物としてＡＱの基地中
に析出し、押出加工性を阻害するばかりでなく得られる
ローターの靭性を低下させてしまう。尚、熱間押出した
上記組成のアルミニウム合金をＴ６又はＴ７の熱処理を
行なってローターとして使用するが、硬度はＨＲ８７５
以上、特に好ましくは８０〜１００の範囲として使用す
るのが良い。合金基地中の共晶Ｓｉや初晶Ｓｉの粒子の
大きさが３μｍ以上でないと、ベーンやサイドプレート
によって、ローターの溝部や両端部が摩耗したり焼付を
発生する。このため共晶ＳＬのみしか合金基地中に存在
する化学組成域では、いわゆるＤＣ鋳造により大きなビ
レットを製造しこれを熱間押出したものとする必要があ
る。冷却速度の速いホットトップ式の連続鋳造での小さ
な径の棒材では共晶Ｓｉは２μｍ以下と小さくローター
の摩耗や焼付を引き起し易い。この他ｐｂを機械加工性
の向上や、潤滑油が不足する使用条件下での摺動特性を
向上させる目的で０．５〜３．０重量％の範囲で含有さ
せても良い。

サイドプレートはＡＣ８ＡやＡＤＣ１２のような低廉な
鋳造合金で構成し、且つ少なくともローターとベーンと
が摺動接触する面が鉄製の薄板となるように、サイドプ
レートの内側面に鉄製の薄板を張設することで焼付や摩
耗の問題を解決した。

サイドプレートの内側面に張設する鉄製の薄板は、みが
き帯鋼より打ち抜き、又はレーザービーム等での切断に
よって製作する。材質は耐摩耗性や耐焼付性の見地から
、炭素を０．４％以上含有する材質が望ましい。

尚、薄鉄板表面にめっきやテフロン系樹脂のコーティン
グ、ポリアミドイミド樹脂をバインダーとする固体潤滑
剤や硬質粉末のコーティングを行なうと摺動時の初期な
じみ性を良くし耐摩耗性や耐焼付性を向上させる効果が
ある。

■ローター溝部とベーン側面間 ローターを上記の組成及び基地組織とし、且つローター
の溝部壁面と摺動するベーンの側面にイオンプレーティ
ング皮膜を１〜２０μｍ設けることにより従来の摺動上
の問題を解決した。皮膜の組成、その作用及び硬度は前
記ベーンの頂面に施したものと同様である。

■サイドプレートとベーン端面： サイドプレートのローターとベーンとが摺動接触する面
が鉄製の薄板となるように、サイドプレートの内側面に
鉄製の薄板を張設することと、ベーンの本体をシリンダ
ブロック及びローターと熱膨張係数の差が３Ｘ１０−’
／’Ｃ以下のアルミニウム合金とすることにより、ベー
ンの端面との間の摺動上の問題は解決した。ベーンをシ
リンダブロック及びローターと熱膨張係数の差が３ｘｌ
Ｏ−’／’Ｃ以下のアルミニウム合金とすることで、ベ
ーンが熱膨張によりサイドプレートとの間に設けたクリ
アランスを保持できることから、熱膨張による変形でベ
ーンが高い面圧でサイドプレートと接触することを無く
した。又アルミニウム合金とすることでベーンの重量を
軽減しベーンが慣性でサイドプレートと接触しても、大
きな面圧がベーンとサイドプレートの間に発生すること
はなく、更にサイドプレートの摺動面に設けた鉄製の薄
板により焼付や摩耗を発生することはない。ベーン用の
アルミニウム合金としては、強度、熱膨張係数及び熱間
押出性や表面処理を考慮して選定されるが。

ローター材とほぼ同一の組成の材料とすることが望まし
い。

次に構造上の対策の作用について説明する。

アルミニウム合金製ローターは、内周面に３段以上の順
次内径の異なるはめ合い部が設けられていて、はめ合い
部の両端部側では圧入によるしまりばめの状態で結合さ
れているため、端部に応力集中を引き起す切り欠きかな
いことからローターの破壊にたいする信頼性を高いもの
とすることができた。又シャフトの外周面も切り欠きを
付けないですむことから疲労強度にたいする安全率も高
いものとなった。又シャフトとローターの間にクリアラ
ンスが無いため切り粉を介在することがなく、従来この
間に存在した切り粉が使用時に飛出して摩耗や焼付、シ
ール性のトラブルを引き起していたがそめ問題も解決さ
れた。残る内側のはめ合い部では錆性シャフトの外周面
にセレーションが設けられており、シャフトの外周面の
セレーションの凹部に前記ローターが喰い込み且つしま
りばめの状態で結合されている構造とすることで広い温
度範囲にての使用に際しても充分な結合力を持たせるこ
とが出来る。

尚、セレーションのモジュールは０．１〜０．２５が好
ましい。０．１より小さいと大きなトルクに耐えられな
い。又、０．２５を超えると圧入する時に大きな荷重を
必要とし、ローターの変形や場合によっては割れを生じ
る。シャフトのセレーション部は、ローターの軸方向の
寸法により、１個所から２箇所とするが、２箇所の方が
圧入が容易である。セレーションは、インボリュウトセ
レーションよりも三角刃セレーションの方が、シャフト
へのダイスによるセレーション形成が容易であり、又圧
入によってローターの内面に喰込ませることが容易であ
る。シャフトへのセレーション加工は内周面にセレーシ
ョン形状をつけたダイスにシャフトを貫通させることで
行なわれるが、転造によってセレーションをシャフト外
周面に付けてもよい。

（発明の実施例） 実施例−１ 先ず、ベーン型圧縮機の構造について第１図、第２図を
用いて説明する。図中にて、楕円形の内周面を有するシ
リンダブロックｌの前後開部に鉄製の薄板２ｃ、２ｄを
張設した一対のサイドプレート２ａ、２ｂが固定されて
圧縮機本体が構成されている。

この圧縮機本体３内には５円筒状のローター４が配置さ
れており、このローター４の鋼製シャフト５が結合され
ている。この鋼製シャフト５は前記のサイドプレート２
ａ、２ｂの軸受部６ａ、６ｂに支持され、且つ端部から
駆動力を受は入れるようになっている。前記ローター４
には放射方向に向けて５箇所にベーンを収納するベーン
溝７が設けられ、それぞれのベーン溝にはベーン８が出
没自在に挿入されている。圧縮機本体３内には、シリン
ダブロックｌ、鉄製薄板２ｃ、２ｄが張設されているサ
イドプレート２ａ、　２ｂ、ローター４及びベーンで囲
まれて成る圧縮室９が設けられている。

圧縮機本体３の周囲は、一方のサイドプレート２ａに密
着固定されたヘッドブロック１０と、ヘッドブロックｌ
Ｏに密着固定されたケース１１とに囲まれている。この
ケース１１には吐出口１２は、圧縮機本体３とケース１
１に囲まれてなる高圧室１４に通じ、吸入口１３はカバ
ー１５により高圧１４から区切られた低圧室１６に通じ
ている。

上記高圧室１４はシリンダブロック１に設けられた吐出
弁１７が開くと、吐出孔１８を介して圧縮室９からの気
体が流入し、一方、低圧室１６はサイドプレート２ａ、
２ｂに形成された吸入孔１９を介して圧縮室９へ気体を
送り込むようになっている。

又、高圧室１４の下部はオイル溜まりとなっており、こ
のオイル溜まりに溜められた潤滑油は。

高圧室１４の圧力により、サイドプレート２ａ、２ｂの
縦方向に形成された供給孔２０ａ、２０ｂ、軸受部６ａ
、６ｂ及びサイドプレート２ａ、２ｂの内面に形成され
た供給溝２１を介してベーン８をシリンダブロック１の
内周面に押しつけるとともに、ベーン溝７とベーン８と
の間の潤滑、サイドプレート２ａ、２ｂと該サイドプレ
ートと対向するローター４の端面の間の潤滑、軸受部の
潤滑を行なう。

ローター４が回転して１つのベーン８が吸入孔１日を通
過する間に、該１つのベーン８と先行するベーン８との
間に構成された圧縮室９内に低圧室１６から気体が吸入
され、この気体は１つのベーン８が吸入孔１９を通過す
ると、該圧縮室９内に閉じ込められ、該圧縮室９の容積
が小さくなるに従って圧縮され、先行するベーン８が吐
出孔１８を通過すると吐出弁１７が開いて高圧室１４に
吐出される。尚ベーンのチャタリングを防止するため背
圧室２２は供給溝２１より隔離されて独立した空間とな
る。

シリンダブロックとして、Ｔ６処理を行なった金型鋳造
アルミニウム合金材を用意し、機械加工して所定の形状
とした。その分析値と硬度測定結果及び熱膨張係数（Ｒ
７−３００℃）の測定結果を第１表に示す。

第１表 ローター材として、ベーン溝部を押出ダイスで設けた熱
間押出材を準備した。尚、供試材ＢはＤＣ錫造により直
径３２０ｍｍのビレットとしこれを熱間押出した。これ
ら押出素材を切断後Ｔ６の熱処理を行ない所定形状にし
た後鋼製シャフトと結合させローター外径、溝部、ロー
タ一端面の仕上げ加工を行なった。これらの材質の成分
、熱膨張係数。

及び基地中の共晶Ｓｉの平均粒径を分析した結果を第２
表に示す。

尚、平均粒径は画像解析装置を用いて円相光径として求
めたものである。

第２表　″ ベーン材としての供試材Ｃは急冷合金粉末を圧縮成形し
てビレットとし、熱間押出したものである。その素材を
切断後熱処理（Ｔ６処理）シ１機械加工及び表面処理を
行なった。その分析値、硬度測定結果、熱膨張係数（Ｒ
７−３００℃）測定結果を第３表に示す。

第３表 ベーンは押出素材を切断しＴ６の熱処理材役所定形状に
加工したものをイオンプレーティング工程へ向けた。

硬質イオンプレーティングはベーンを治具にセットしそ
の状態で表面を超音波洗浄後、脱脂処理し反応性イオン
プレーティング装置の真空容器内に取付ける。容器内を
１０−’　Ｔｏｒｒ程度の高真空にした後、内臓するヒ
ーターでベーンを２００〜３００℃に加熱しアルゴンガ
スを導入して０．２Ｔｏｒｒ程度としてスパッタリング
を行いベーン表面の洗浄化を完全なものとする。次に容
器内に窒素ガスを導入しＴｉやＣｒ等の蒸発速度に応じ
た所定の窒素ガス分圧になるよう流量弁を調整する。蒸
発材料としてＴｉ。

Ｔｉ合金のブロック、Ｃｒ、　Ｃｒ合金のブロック又は
Ｔｉ粉末とＣｒ粉末の混合圧粉体をあらかじめ真空容器
内に複数設けられている水冷銅ルツボの中にセットして
おき、ホローカソード型の電子銃により前述の材料を蒸
発させる。各々のベーンの、ローターと摺動する側面と
シリンダブロックと摺動する頂面に以下に説明する４種
類の皮膜を設けた。

金属チタンと窒化チタンとの均一微細な混合相でなる皮
膜をイオンプレーティングにより設はラップ仕上げとし
た。

前記皮膜のイオンプレーティングは、水冷銅ルツボ内に
チタンブロックをセットしそれを電子ビームで照射蒸発
させることにより行った。得られた窒化チタンの厚さは
２〜４μｍで硬度はＨｍＶで２３００〜２７００であっ
た。

金属クロムと窒化クロムとの均一微細な混合相でなる皮
膜をイオンプレーティングにより設はラップ仕上げとし
た。水冷銅ルツボ内にクロムブロックをセットし電子ビ
ームで照射し蒸発させることにより行った。得られた皮
膜の厚さは、５〜１０ｐｍで、硬度はＨｍＶで１５００
〜１８００であった。

金属チタンと金属クロム、及び窒化チタンとちっかクロ
ムとの均一微細な混合相でなる皮膜をイオンプレーティ
ングにより設はラップ仕上げとした。前記水冷銅ルツボ
の中にＴｉ粉末とＣｕ粉末の混合圧粉体（５０：５０）
をセットしておき、電子ビームで照射し蒸発せることに
より行った。得られた皮膜の厚さは２〜３μｍで硬度は
ＨｍＶで１５００〜２３００であった・ 金属Ｔｉ、金属ＡＱ、金属Ｖと窒素とからなる皮膜をイ
オンプレーティングにより設はラップ仕上げとした。前
記水冷銅ルツボ内にＴｉ−６Ａ　Ｑ　−４Ｖ合金のブロ
ックをセットし、電子ビームで照射し蒸発させることに
より行った。得られた皮膜の厚さは２〜３μｍで硬度は
ｌ（ｍＶで２６００〜２７００であった。皮膜を蛍光Ｘ
線分析をした結果Ｔｉの他にＡＱとＶが含まれることを
確認した。

サイドプレートはＡＣｇＡ材でＴ６処理後所定寸法に機
械加工した。サイドプレートの内側面には。

板厚０．３１のみがき帯鋼を打ち抜いて張設した。

尚、冷媒の回路、潤滑油の回路、ボルト穴部分等は、サ
イドプレートと同一形状となるように打ち抜いた。試験
に供した薄板はＳＵＰ６ＭとＳＫＺＭ材である。

上記のようにして製造されたシリンダブロック。

サイドプレート、ローターと鋼製シャフトとの結合体及
びベーンにて、前記ベーン型圧縮機を組み立てた。尚、
比較のために、表面処理を施さない組合せを含めて第４
表に示す組合せにてコンプレッサーを構成し耐久テスト
を行なった。耐久テストの条件は回転数５５Ｏｒ、９６
ｍで連続運転し、吐出圧力を２８ｋｇ　／　ｃｍ”　Ｇ
、吸入圧力を４ｋｇ／ｃｍ２Ｇの過負荷状態として、ト
ルク変化及びオイルの汚れを監視し、異常時に止めて、
コンプレッサーを分解し各部品の摺動面の目視評価を行
なった。尚、トルク及びオイルの汚れに異常の無いもの
については。

２５０時間運転後停止し、同様の分解調査を行なった。

第５表に、各組合せで耐久テストした結果を示す。

比較例では、オイルの汚れににより４〜１１時間の運転
で停止している。これに対し、本発明の実施の組合せで
は２５０時間運転後開放しての調査結果では１Ｍ耗は進
行しているものの、はぼ従来の鉄系材料で各部品を構成
したコンプレッサーでの摩耗と比較して同等であった。

（以下余白１次頁へ続く） 第４表 （以下余白、次頁へ続く） 第５表 実施例−２ 実施例−１で用いたＢ材にて、第３図、第４図に示すよ
うな外径がφ６２ｍｍで、ベーンを収容する３、６ｍｍ
の溝部中と溝底がφ６ｍｍとなった５箇所のスリットを
持つ形状に熱間押出を行なってローターの押出素材を得
た。この素材を長さ５５ｍｍに切断してＴ７の熱処理後
第４図に示すような内周に４段の順次内径の異なるはめ
合い部２３．２４．２５．２６及び逃げ部２７．２８．
２９を機械加工で設けた。はめ合い部２３．２４．２５
．２６は、内径がそれぞれ１８ｍｍ、１７　、５ｍｍ、
１６．８ｍｍ、１６．３＋＋＋ｍでフラット部の長さは
それぞれ１３．５ｍｍ、７４　、５ｍｍ、７．５ｍｍ、
１３．５＋ａｍとした。

シャフト５は３０Ｍ４２Ｑ材を機械加工してスプライン
部３０とセレーション部３１．３２はダイスを用いて塑
性加工により形成した。その後焼き入れ焼き戻しの熱処
理を行ない、セレーション部以外の外周面には研磨仕上
げを施した。尚、第５図に示すように、はめ合い部は動
力伝達側（スプライン側）の径寸法を大きくし、ロータ
ーの両端部側のはめ合い部２３、は該当するシャフトの
はめ合い部３３．３４に対して１／１０００〜２．５／
　１０００のしめ代とした。

又、塑性加工で形成されたセレーション部３１は歯数９
０でモジュール約０．２とした。セレーション部３２で
は歯数８６でモジュール約０．２とした。

シャフト５とアルミニウム合金製ローター４の結合は室
温での圧入により行なった。圧入試験は５０個について
実施したが、かじりや焼付等の圧入時のトラブルは皆無
であった。次に結合により−　　。

体化した状態でローター４の両端面、外周、スリット部
等の仕上げ加工を実施した。

セレーション部分の結合状況は、シャフト５に設けられ
たセレーションの歯の間の凹部にローター材４が喰いこ
んだ状態となっている。この部分にも、しまりばめの状
態で周方向の応力がかかっている。完成品のトルクを測
定した結果３０ｋｇ−ｍ異常のトルクに耐えることが確
認できた。次に完成品を１５０°Ｃで２００時間保持し
その後コンプッサーに組み込み液圧縮状態での試験を６
０回繰り返した後分解してローター４とシャフト５との
結合状況に異常は無かった。またローター４の応力集中
するスリット底の部分にも割れは発生していなかっ　′
た。

（発明の効果） 以上のように、シリンダブロック、ベーン及びローター
が、それぞれの間の熱膨張係数の差が３ｘｔｏ−’／’
Ｃ以下のアルミニウム合金からなることにより、ベーン
とサイドプレートの間のクリアランス又ベーンとロータ
ー溝巾のクリアランスを大きくする必要がなくなり圧縮
性能が改善される。

サイドプレートが、その本体をアルミニウム合金とし、
ローターやベーンと摺動接触する内側面に鉄製の薄板を
張設することによりサイドプレートとローター間及びサ
イドプレートとベーン間の焼付が解消される。

シリンダブロックがその材質を過共晶Ｓｉアルミニウム
合金とする′ことと、ベーンが、前記シリンダブロック
の内筒部内周面と摺接する先端部に硬質のイオンプレー
ティング膜を設けることにより互いに相性が良く始動時
の潤滑油の皮膜が摺動面に存在しない場合でも焼付や摩
耗が解消される。又。

ベーンの側面に先端部に施したと同様な硬質イオンプレ
ーティング膜を設けるよりローター溝壁面との摩耗が解
消される。よって軽量で耐久性の優れたベーン型圧縮機
とすることができる。

又、ローターの内周面に３段以上の順次内径の異なるは
め合い部を設け、はめ合い部の両端部側を圧入によるし
まりばめの状態で結合し、残るはめ合い部では鋼製シャ
フトの外周面に設けたセレーションの凹部にローターが
喰い込み、且つしまりばめの状態で結合されている構造
とすることでシャフトとローター間に焼付の発生がなく
なり、又、ローターの薄肉部や端部にクラックの発生が
なくなることにより圧入作業が容易になり又広い温度範
囲でのコンプレッサーの使用に耐えることができる。本
実施例では、圧入作業を容易とするため４段のものにつ
いて行なったが３段でも行なえる。

尚シリンダブロックの内周部の形状が楕円形のものにつ
いて説明してきたが、シリンダブロックの内周部が円筒
型のコンプレッサーについても同じ結果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例のベーン型圧縮機の断面図、第２
図は第１図の矢視Ａ−Ａより見た断面図、第３図はロー
ターの側面図、第４図はローターの横断面図、第５図は
シャフトの正面図、第６図は別の実施例のベーン型圧縮
機の断面図である。 図中： １・・・シリンダブロック、２ａ、２ｂ・・・サイドプ
レート、２ｃ、２ｄ・・・鉄製薄板、４・・・ローター
、５・・・シャフト、７・・・　ベーン溝、８・・・ベ
ーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．回転自在なシャフトに固定されたローター、ロータ
   ーに設けた複数個の溝に夫々出没自在に収容されたベー
   ン、ローターの両端面及びベーンの両端面と摺接するサ
   イドプレート、ベーンの頂面が内円筒部内周面と摺接し
   且つローターの外周面の一部と内円筒部内周面とを近接
   するようにその内円筒部内にローターを配したシリンダ
   ブロックとを有し、サイドプレートをシリンダブロック
   に固定し内円筒部内にベーンで仕切られた圧縮室を作る
   ベーン型圧縮機において、下記（１）〜（４）の要件を
   備えたことを特徴とするベーン型圧縮機。（１）前記ベ
   ーン、前記シリンダブロック及び前記ローターが、夫々
   の間の熱膨張係数の差が３×１０＾−＾６／℃以下のア
   ルミニウム合金で成ること、 （２）前記サイドプレートが、その本体をアルミニウム
   合金とし、ローター両端面及びベーン両端面に摺接する
   内側面に鉄製の薄板が張設されていること、 （３）前記シリンダブロックの内筒部内周面に摺接する
   前記ベーンの頂面に硬質のイオンプレーティング皮膜が
   形成されていること、 （４）前記ローターの溝部壁面と摺接する前記ベーンの
   側面に硬質イオンプレーティング皮膜が形成されている
   こと。 ２．回転自在なシャフトに固定されたローター、ロータ
   ーに設けた複数個の溝に夫々出没自在に収容されたベー
   ン、ローターの両端面及びベーンの両端面と摺接するサ
   イドプレート、ベーンの頂面が内円筒部内周面と摺接し
   且つローターの外周面の一部と内円筒部内周面とを近接
   するようにその内円筒部内にローターを配したシリンダ
   ブロックとを有し、サイドプレートをシリンダブロック
   に固定し内円筒部内にベーンで仕切られた圧縮室を作る
   ベーン型圧縮機において、前記ローターのボアの内周面
   には３段以上に順次内径の異なる複数個のはめあい部が
   形成されていて、少なくとも両端部に位置するはめあい
   部が鋼製シャフトと圧入により締まりばめの状態で結合
   され、中間に位置する残るはめあい部は鋼製シャフトの
   外周面に形成されたセレーシヨンの凹部に喰い込み且つ
   締まりばめの状態で該鋼製シャフトに結合されている構
   造とされていることを特徴とするベーン型圧縮機。 ３．硬質イオンプレーティング皮膜がチタンとクロムの
   うちの１種又は合せたものと窒素とからなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載のベーン型
   圧縮機。 ４．硬質イオンプレーティング皮膜がチタン、アルミニ
   ウム、及びバナジウムと窒素とからなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第２項記載のベーン型圧縮
   機。 ５．前記シリンダブロックが過共晶Ｓｉアルミニウム合
   金からなり、前記ローターがＳｉを１０〜１８重量％含
   有するアルミニウム合金からなることを特徴とする特許
   請求の範囲１項又は第２項記載のベーン型圧縮機。