JPS60211038A - アルミニウム合金製ロ−タリ−コンプレツサ用ロ−タ− - 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） この発明はカークーラー用等に用いられるロータリーコ
ンプレッサのＤ−ターに関する。

（従来の技術） カークーラー用などに広く用いられているロータリーコ
ンプレッサは、その−例として第１図及び第２図にスラ
イディングベーン式のものを示すように、シャフト（１
）に固着された円柱状のローター（２）をシリンダ（３
）の円筒状の室内に偏心状に配設すると共に、シリンダ
空間内を仕切る複数本のベーン（４）を、その先端がシ
リンダ内周面と摺接する状態でローター（２）周面に進
退自在に嵌込んで成り、ローター（２）の時計方向（第
１図において）への回転に伴いベーン（４）による仕切
空間容量が＊続的に変化することを利用して、吸入口（
５）から吸入した低温低圧ガス（８）を高温高圧ガスに
圧縮し、排出口（６）から排出する構成となされている
。このため、ベーン（４）による仕切空間内にガスを封
じ込むため、ローター（２）の厚さ及びベーン（４）の
幅は両サイドプレート（７）（７）間の距離とほぼ等し
く設定されており、シャフト（１）の回転時にはロータ
ー（２）及びベーン（４）の両側端面がサイドプレート
（７）（７）の内壁面と気密状態を保持しつつ摺動する
ものとなされている。従って、ローター（２）の性質と
して、ガス圧縮時に加わる荷重に対する耐荷重性を備え
るのは勿論のこと、サイドプート（７）との摺動に対す
る高痕な耐摩耗性が要求される。これは図示したスライ
ディングベーン式ロータリーコンプレッサに限らず、ロ
ーリングピストン式その他のロータリーコンプレッサに
おいても同様であり、特にローリングピストン式のもの
あるいは一部のスライディングベーン式のものにおいて
は、ローターの側端面のみならず局面がシリンダ内周面
と摺接することから一層耐摩耗性に対する要求が強い。

そこで、かかる０−ター（２）の材料としては従来、機
械的強度、耐摩耗性の良好なりロムモリブデン強じん鋼
等が一般に用いられており、またシリンダ、サイドプレ
ートにはねずみ鋳鉄が、ベーンにはＡｌ１−８ｉ系合金
が用いられている。

（従来技術の問題点） しかしながら、上記鋼製のローターは重量が重いため、
カークーラー用として用いられる場合には自動車部品の
軽量化特にクーラー用部品の中で最重量物であるコンプ
レッサの軽量化という一般要求を妨げる大きな要因とな
っていた。

しかも、重量が重いため回転トルクが大きく、軸受、ク
ラッチ等に過大な負荷がかかるため耐久性の点でも問題
があった。

勿論、軽量化を達成するためには、ローターの材料とし
て従来既知のアルミニウム合金鋳物やダイカスト品を用
いることは容易に想到されるところであるが、これらは
逆に耐摩耗性、機械的強度の点で問題が生じるものであ
った。

（発明の目的） この発明は、上記のような問題点を解決することを目的
とするものである。即ち、ローターの材料としてアルミ
ニウム合金を用いて軽量化を図ると共にアルミニウム合
金の成分とその合金組織による材質改善により、それ自
体できわめて優れた耐摩耗性を有し、かつ強度にも優れ
ていて耐荷重性が良く、しかも延性、切削加工性の改善
によって製造を簡易とするアルミニウム合金製ロータリ
ーコンプレッサ用０−ターを提供することを目的とする
ものである。

（発明の構成） この発明は、ローターの材質として、過共晶領域に８１
を含有する高シリコンアルミニウム合金であって、しか
もそのアルミニウムマトリックス中の初晶Ｓｉ粒子及び
共晶Ｓｉ粒子の粒径と分布状態を特定の範囲に制御した
ものを用いることを概要とするものであり、更に具体的
には、Ｓｌを１６〜３０ｗｔ％、Ｃｕを０．３〜７、Ｑ
ｗｔ％含み、あるいは更にＭｇを０．３〜２．０ｗ１％
を含み、残部が実質的にアルミニウムであるアルミニウ
ム合金であって、該合金のアルミニウムマトリックス中
に、粒径４０〜８０μｍの初晶Ｓ１粒子が全初晶Ｓ１粒
子面積の６０％以上の面積を占めて均一に分布し、かつ
粒径１０μｍ以下の共晶Ｓｉ粒子が全共晶Ｓｉ粒子面積
中の６０％以上の面積を占めて均一に分布している材料
をもって形成されているアルミニウム合金１０−ターを
提供するものである。

（構成の具体的な説明と作用） この発明のローターに用いられる上記のようなアルミニ
ウム合金は、一般的には既知の鋳造法によって鋳造され
る鋳婉を、更に熱間にて押出すことにより組織を特定の
範囲に制御して製造されるものである。

先ず、この発明に用いる合金の各成分の範囲限定につい
て、その理由を説明すれば次のとおりである。

主要な添加元素であるＳｉは、いうまでもなく合金の耐
摩耗性を向上するのに有効なものである。従って、一般
的にはＳｉの含有量が増えるに従って耐摩耗性が向上せ
られるが、この発明に用いるＡｌ１−８ｉ系合金は、過
共晶領域にＳｉを多層に含んで、アルミニウムマトリッ
クス中に比較的多くの初晶Ｓ１粒子を分散せしめるもの
とすることが必要である。従って、Ｓｉの含有量は少な
くとも１６ｗｔ％以上であることを要し、１６Ｗ【％未
満では、ローターに必要な耐摩耗性をその材料自体によ
って得ることができない。３ｉの含有量は、合金材料の
製造条件を特殊な範囲に選ぶことによって、相当多くの
量にまで増大しうるが、３０ｗｔ％をこえて含有せしめ
るときは、鋳造が著しく困難なものとなるため、それ未
満が許容範囲であり、最も好適　−には１８〜２０ｗｔ
％程度含有せしめるのが良い。

Ｃｕ及びＭｇは、合金の強度の向上に寄与づるものであ
り、Ｑ、３ｗｔ％未満では、ローターに所要の機械的強
度を付与することができない。

しかしＣｕが７ｗｔ％をこえるときは、耐食性が著しく
悪くなる。またＭｇが２ｗｔ％をこえる場合は、上記の
効果を格別増大せず、むしろ粗大な晶出物を生成して機
械的性質を劣化する。実験結果から得られた最も好適な
Ｃｕの含有量は、概ね３〜５ｗｔ％程度であり、またＭ
Ｏの含有量は０．４５〜０．６５ｗｔ％程度である。

その他の任意的添加元素として、好ましくは例えばＳ「
および（または）Ｐが添加されつる。

これらの元素はいずれも鋳造時に初晶Ｓｉ粒子を微細化
する微細化剤として作用するものである点で均等物であ
り、いずれか少なくとも一方を含有すれば足るが、それ
ぞれ０．００５ｗｔ％未満では上記効果に乏しく、０．
１ｗｔ％をこえても格別効果の増大を望めない。

更に他の任意的添加元素として用いうるちのとしてＮｉ
、Ｆｅ、Ｍｎを挙げることができる。

これらの元素は、いずれも合金の耐熱性の向上に有効に
寄与するものであり、この作用の面からいずれも均等物
であって、少なくとも１種または２種以上を含有すれば
足りるが、各成分がＱ、５ｗｔ％未満では上記の効果の
実現性に乏しく、逆に３ｗｔ％をこえると切削性が著し
く悪くなる欠点を派生する。

上記のような成分範囲をもつこの発明に係る合金材料は
、その組織を特定範囲に制御するために、鋳造後押出し
工程とを経て蝦造されるものである。即ち、先ず、上記
のアルミニウム合金を従来の常法に従う溶解鋳造により
アルミニウム合金鋳塊に製作する。この鋳造工程によっ
て得られる鋳塊に含まれる初晶Ｓ１粒子は、上記Ｓ「お
よび（または）Ｐの添加によりある程度微細化したもの
となしうるが、それでもなおその粒径は、１００μｍに
も達するものを含んで全体として未だ相当に大きいもの
である。また、共晶Ｓｉ粒子も、粒径３０μｍ程度のも
のを含む全体としてかなり大きいものであり、かつその
形態も針状を呈するものである。

そこで、これらの比較的粗大な初晶及び共晶３ｉ粒子を
含む鋳塊を更に３５０〜４２０℃程度の熱間にて押出し
加工する。そして、この熱間押出しにより、合金中に含
む粗大な初晶Ｓｉ粒子の一部を破壊し、そのほとんどす
べての粒径が１０〜８０μｍの範囲で、かつ４０μｍ以
上の粒子が全初晶Ｓ１粒子面積に対し６０％以上の面積
比を占める範囲に微細化し、かつその分布を均一化せし
めると共に、共晶Ｓ１粒子も、剣状結晶を長さ方向に分
断して形状を粒状化し、またこれをほとんどすべてが粒
径１５μｍ以下の範囲で、かつ１０μｍ以下の粒子が全
共晶Ｓｉ粒子面積に対し６０％以上の面積比を占める範
囲に微細化せしめたものとする。上記に、はとんどすべ
てというのは、極めて稀に上記粒径範囲を逸脱するもの
を含むことを許容する趣旨であるが、好ましい製造条件
が採用される場合には、上記粒径範囲を逸脱するような
初晶３ｉ粒子及び共晶８１粒子は実際上全く含まないも
のとすることができる。

このような好ましい製造条件は、殊に押出し条件として
、ビレット温度＝３５０〜４２０℃、ラム速度：　０．
０３〜０．２ｓ　／ｓｉｎ　、押出：１０〜４０に設定
することであり、さらに好ましくは押出ダイスにベアリ
ング長さ５〜１５ｍのものを用いること等が挙げられる
。

ところで、合金組織中における初晶Ｓｉ粒子の粒径が上
記のように４０〜８０μｍの範囲において６０％以上の
面積比を占めることが限定されるのは、４０μｍ未満の
ものを多く含む場合には所期する優れた耐摩耗性が得ら
れず、逆に８０μｍをこえる粗大なものを多く含む場合
には、その分布が不均一かつ粗いものとなって耐摩耗性
のばらつきを大きくし、かつ切削性を低下させることに
なるためである。また、共晶３ｉ粒子が粒径１５μｍ以
下でかつ１０μｍ以下のものを面積比６０％以上含むこ
とに限定されるのは、初晶Ｓ１粒子の粒径を上記のよう
な範囲にコントロールすることによって必然的に上記範
囲に微細化されることになるためであり、あえてその効
果を挙げるとすれば、少なくとも共晶Ｓｉ粒子が１５μ
ｍをこえる粗大なものとして多く残存するときは、少な
（とも切削性に欠陥が派生してくるものと予想され、従
ってその反面効果として、切削性向上の効果を挙げるこ
とができる。

尚、ローター材として本発明材を用いる一方、ベーン材
として高速度工具鋼を用いることもできる。

（発明の効果） この発明によるローターは、前記のような成分と組織に
なる高シリコンアルミニウム合金材料をもって形成され
たものであることにより、それ自身が材質的に極めて優
れた耐摩耗性を有すると共に機械的弾痕にも極めて優れ
ており、ローターに必要な耐摩耗性、耐荷重性を充分に
保有しつつその軽量化、ひいてはコンプレッサ全体とし
ての軽量化を図ることができる。さらにはローターの軽
量化により回転トルクが小さくなり、軸受、クラッチ等
にかかる負荷を軽減でき、これらの耐久性を格段に向上
し得る。

（実施例） 以下、この発明の実施例を示す。

第１表 上記第１表に示す組成のアルミニウム基合金について、
本発明材では、該合金を先ず溶解半連続鋳造によって直
径１２０悶のビレットに製し、次いでこのビレットを押
出温度４１５℃、押出しラム速度Ｑ、ｉｍ／１ｎの条件
で直径３０訓の丸棒に押出したものにＴＢ熱処理を施し
てローター材の供試片とした。

本発明材における供試片においては、それに含む初晶３
ｉ粒子はすべてが１０〜８０μｍの粒径範囲に属し、し
かも４０〜８０μｍの範囲のものが明らかに全初晶Ｓｉ
粒子面積に対し６０％以上の面積比を占めているもので
あった。

かつ共晶Ｓ１粒子も微細化され、そのすべてが少なくと
も１５μｍ以下の粒径範囲で、全共晶Ｓ：粉粒子面積中
０％以上の面積比を１０μｍ以下のもので占めているも
のであった。

一方、比較材Ｎ０１５は、耐摩耗性に優れたアルミニウ
ム合金として既知のＡＣ８Ａ合金であり、その市販物を
供試片とした。

上記の各種アルミニウム合金材につき、本発明材と同様
の組成で鋳造したままのビレットとも比較して、それら
の耐摩耗性及び切削性を調べたところ、結果は下記第２
表に示すとおりであった。

第２表 （注１）：耐摩耗性試験は、回転円板による入超式耐摩
耗試験機を用いて、摩 擦距離：ａｏｏｍ、摩擦速度：２ ｍ／ｓｉｎ　、相手材：ＦＣ−３０ （Ｊｌｓ）の試験条件で実施した。

（注２）　：切削工具寿命は、前すくい角：０度、模す
くい角＝１０痕、前逃げ 角＝７度、横逃げ角ニア度、前切 刃角＝８麿、横切刃角：０度、ノ ーズ半径：０度、の諸元を有する 超硬バイトを使用し、切込み深さ ０．１＃１ｌ１１．送り速度０．０５ｓｑ回転数：５０
０ｒｌ）ＩＩＩ、ｒｌｌＪ滑剤：石油の切削条件で、切
削距離：２゜ ０ＴＩＬの切削を行ったのち、バイト の逃げ而の摩耗幅を測定した。

−Ｅ表の耐摩耗性の試験結果から分るように、この発明
に係るローター材は、同じ合金成分をもちながらも、ア
ルミニウムマトリックス中のＳｉ晶の粒径や分布状態の
異なる鋳造したままの材料に較べて、明らかに優れた耐
摩耗性を保有しつつ、そのばらつきの減少の効果が認め
られるものであり、また比較材に較べて顕著に耐摩耗性
に優れたものであった。

一方、切削工具寿命の比較においても、本発明材は、鋳
造したままのものに較べて顕著な改善効果があられれ、
比較材に較べても僅かに劣るが略同等ないしそれ以上の
優れた切削性を示すものであった。

また、本発明材は、いずれも引張強度において４０Ｋｆ
Ｊ／−以上の値を示し、比較材の引張強度３３に９／−
よりも優れており、伸びも３％以上の値を示して比較材
の伸び０．５％よりもはるかに優れているものであった
。また熱膨張係数は１８．３Ｘ　１０ｃｔｓ／’Ｃ（２
０℃〜１００℃）以下の値を示し、堅さくＨＢ）も概ね
１４０の値を示すものであった。

従って、本発明材を用いて第１図及び第２図に示すスラ
イディングベーン式やその他の形式のロータリーコンプ
レッサにお１ノるローターを製作した場合には、ロータ
ーとして要求される充分な耐荷重性、耐摩耗性を有しか
つ重量も従来品の約１／３程度の軽量なものに製作する
ことができ、また切削性、鍛造性等に優れていることか
ら容易に製作し得られるものであった。

さらに熱膨張も問題とならないものであった。

【図面の簡単な説明】

図面はスライディングベーン式ロータリーコンプレッサ
の一例を示すもので、第１図は要部の側面断面図、第２
図は同じく正面断面図である。 （１）・・・シャフト、（２）・・・ローター、（３）
・・・シリンダ、（４）・・・ベーン、（５）・・・吸
入口、（６）・・・排出口、（７）・・・サイドプレー
ト、（８）・・・ガス。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　Ｓｉを１６〜３０ｗｔ％、ＣＬＩを０．３〜７
   ．０ｗｔ％含み、残部が実質的にアルミニウムであるア
   ルミニウム合金であって、該合金のアルミニウムマトリ
   ックス中に、粒径４０〜８０μｍの初晶Ｓｉ粒子が全初
   晶３ｉ粒子面積の６０％以上の面積を占めて均一に分布
   し、かつ粒径１０μ′Ｉｎ以下の共晶Ｓ１粒子が全共晶
   Ｓｉ粒子面積中の６０％以上の面積を占めて均一に分布
   している材料をもって形成されていることを特徴とする
   アルミニウム合金製ロータリーコンプレッサ用ローター
   。 （２＞　Ｓｉを１６〜３０ｗｔ％、ＣＬＩを０．３〜７
   、Ｑｗｔ％、及びＭｇを０．３〜２．ｏｗｔ％含み、残
   部が実質的にアルミニウムであるアルミニウム合金であ
   って、該合金のアルミニウムマトリックス中に、粒径４
   ０〜８０μｍの初晶Ｓｉ粒子が全初晶３ｉ粒子面積の６
   ０％以上の面積を占めて均一に分布し、かっ粒径１０μ
   ｍ以下の共晶３ｉ粒子が全共晶３ｉ粒子面積中の６０％
   以上の面積を占めて均一に分布している材料をもって形
   成されていることを特徴とするアルミニウム合金製ロー
   タリーコンプレッサ用ローター。