JPH01143752A - 圧縮機用鋳物及びその製造方法 - 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） 本発明は圧縮機用鋳物の製造に係り、より詳細には、渦
巻形状の比較的高いリブを有する圧縮機用鋳物をアルミ
ニウム合金の低圧鋳造で一体的に製造する技術に関する
。 （従来の技術及び解決しようとする問題点）従来より、
第１図に示すような中心部に渦巻形状の比較的高いリブ
を有する圧縮機用部品は、高い強度が必要とされるため
、アルミニウム合金鋳物はあまり採用されず、鋳鉄等が
採用されている。 しかし、近年、軽量化、小型化等の要望が強まるにつれ
て、アルミニウム合金で一体的に鋳造する試みがなされ
るようになってきた。 しかし乍ら、この種の形状の鋳物に試みられている低圧
鋳造法では、渦巻状の比較的高いリブ部に溶湯が均一に
まわらず、不廻り、湯境い等の表面欠陥が現われるばか
りでなく、型温が高いほどシュリンケージ欠陥が増加し
、大きく増大して鋳物の疲労強度を害するという問題が
あった。このため、圧縮機用部品をアルミニウム合金で
一体的に鋳造する技術の改善が望まれていた。 本発明は、か）る事情に鑑みてなされたものであって、
鋳造欠陥がなく所要の機械的性質を備えた圧縮機用アル
ミニウム合金鋳物を提供し、またその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。 （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため１本発明者は、中心部に渦巻状
の比較的高いリブを有する圧縮機用部品をアルミニウム
合金にて低圧鋳造する際の特に湯廻り性について研究を
重ねたところ、従来の低圧鋳造法の場合、一般に３５０
℃以上の型温か採用されているが、鋳物の湯廻り性を改
善するには金型温度を高くするほど良好とされる一般的
常識とは逆に、金型、特にリブ周辺部の上型の温度が特
定の温度を超えると湯廻り不良が頻発する現象が生ずる
ことを究明した。 そこで、その対応策について更に種々実験研究を重ねた
結果、特定のアルミニウム合金系を用いて上型及び下型
の型温をコントロールするならば、指向性凝固によって
結晶粒サイズ及び分布を制御でき、機械的性質の確保と
共に不廻り、湯境い等の表面欠陥或いはシュリンケージ
欠陥の少ない健全な圧縮機用部品が得られることを見い
出し、ここに本発明をなしたものである。 すなわち、本発明に係る圧縮機用部品は、中心部に渦巻
状の比較的高いリブを有する圧縮機用部品のアルミニウ
ム合金鋳物において、該アルミニウム合金がＡｌ１−８
１−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系又はＡ　Ｑ　−
Ｓｉ　−Ｃｕ　−Ｎｉ−Ｍｇ系であって。 結晶粒サイズが１０〜５０μ璽で且つリブ先端から根元
に向って大きくなる分布を有し、鋳造欠陥の大きさを５
００μ麗以下に規制したことを特徴とするものである。 また、その製造方法は、中心部に渦巻状の比較的高いリ
ブを有する圧縮機用鋳物をＡΩ−８１−Ｍｇ系、Ａｌ−
Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系、又はＡｌＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｎｉ
−系アルミニウム合金の低圧鋳造にて製造するに際し、
金型温度゛を、リブ周辺に対応する上型中心部を２００
〜３５０℃、下型を２５０〜４００℃に制御して鋳造す
ることを特徴とするものである。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 アルミニウム合金製圧縮機用鋳物は、第１図の断面図で
も示されるとおり、リブは軸対称とはなっておらず、当
然、リブを形成する上型の部分も熱容量的↓こアンバラ
ンスになっている。したがって、溶湯の持込む熱を吸収
する金型は各部分において温度差を生じることになる。 しかも、一方では、断面上、高さ及び厚さの全く同じ形
状のリブを有しているため、このような各々のリブ形状
の中に均一に且つ同じタイミングで溶湯を下方から上方
に向けて充填することは非常に困難である。 すなわち、溶湯が下方から充填されていく際。 溶湯がリブ形状の部分に差し掛かると、温度の高いリブ
形状部から先に充填され、温度の低い部分が取り残され
る、所謂選択的渦流れを生ずることになる。 このため、渦巻状の比較的高いリブを有する圧縮機用鋳
物の場合は、形状的要因から、一般鋳物と異なり、不廻
り、湯境い改善のために型温を上げすぎることはできな
いことが判明した。 因みに、本発明者は、種々実験の結果、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍ
ｇ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系及びＡｌ−５ｉ−Ｃｕ
−Ｎｉ−Ｍｇ系合金では、通常の低圧鋳造法による金型
温度３５０〜５５０℃を採用した場合、上型温度が３５
０℃を超えると選択的湯流れを生じ始めることを確認し
た。 本発明法においては、このような知見に基づき、圧縮機
用鋳物の低圧鋳造に際して、上型及び下型の型温を温度
制御することとしたものであって、以下の態様により低
圧鋳造を実施する。 選択的湯流れ防止の面からすると、型温は低いほど良い
のであるが、上型中心部、すなわちリブ周辺に対応する
上型温度が２００℃未満では、溶湯の充填中に局部的な
凝固が始まり、別の不廻り、湯境い等の表面欠陥が生じ
るので、好ましくない。 また、３５０℃を超えると前述の如く選択内湯流れが生
じ、これに起因する湯廻り不良が発生するので好ましく
ない。 したがって、上型中心部の温度は２００〜３５０℃の範
囲にコントロールする必要がある。 一方、圧縮機用鋳物は、その使用用途かちリブ部及び下
部に繰り返し荷重がかかるため、引張強さで約３６　ｋ
ｇｆ／ａｍ”以上ノ強度並びニ１０．Ｏｋｇｆ／＠■２
で２　Ｘ　１０’サイクル程度の疲労強度が必要である
。これらを満足するためには、指向性凝固を促進し、内
部欠陥を最小限に抑制する必要がある。したがって、対
応する下型温度は、この指向性凝固を阻害するような温
度であってはならない。 指向性凝固を害さない温度とすれば、上型温度と同じか
、或いはそれよりも高く設定すればよいが、高すぎると
凝固時間を引き伸ばし、シュリンケージ欠陥が生じ、鋳
物の機械的性質を阻害する。また、凝固時間が長くなる
、すなわち、凝固速度が遅くなると、結晶粒サイズ（Ｄ
、Ａ、Ｓ、Ｉ［）が太きくなる。結晶粒サイズは機械的
性質に大きく影響することはよく知られているところで
あり、圧縮機用鋳物の場合、結晶粒サイズは５０μｍ以
下に制御しなければならない、なお、Ｄ、Ａ、Ｓ、１１
はデンドライト・アーム・スペーシング■の略語で、デ
ンドライト（第１枝）の側面から枝状に張り出したデン
ドライト（デンドライト・アーム・第２枝）のアーム間
の間隔を称するものである。 これらの理由から、下型温度の上限は４００℃に止める
必要がある。しかし、低すぎると溶湯がリブ形状部に充
填する前に凝固し始め、不廻り、湯境いの原因となるの
で、下型温度の下限は２５０℃に止める必要がある。 したがって、下型の温度は２５０〜４００℃の範囲にコ
ントロールする必要がある。 なお、低圧鋳造の他の条件、例えば、上型及び下型の型
温制御方式としては、型内に冷却機構（例、冷媒貫流用
冷却穴）及び測温手段（例、熱電対）を設けて型温制御
部に接続させればよく、また、溶湯温度、充填速度等は
適宜法めることができ、特に制限はされない。 次に、上記低圧鋳造法により得られる圧縮機用鋳物につ
いて説明する。 圧縮機用鋳物の形状としては、第１図に示した形状寸法
に限らず、渦巻の数、リブの高さ及び厚さ等々は種々の
変形が可能であるが、要はリブの高さｈが厚さｔの約５
倍以上の如く比較的高い形状の場合に効果的である。 材質としては、圧縮機用部品に要求される機械的性質（
引張強さ、疲労強度など）、鋳造性等々を考慮して、Ａ
ｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−８Ｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系又はＡ　
Ｑ　−Ｓｉ　−Ｃｕ　−Ｎｉ　−Ｍｇ系の鋳造用アルミ
ニウム合金を選定すればよい。その組成としては、Ａｌ
−Ｓｉ−Ｍｇ系ではＪ　Ｉ　５ＡＣ４Ｃ１ＡＣ４ＣＨな
ど、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系ではＪＩＳＡＣ８
Ｂ、ＡＣ８Ｃなど、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系で
はＪ　Ｉ　５ＡＣ８Ａなどを挙げることができる。 このような組成のアルミニウム合金を上記低圧鋳造法で
鋳造することにより、指向性凝固が進められ、結晶粒サ
イズが５０μｍ以下でリブ先端から根元に向って大きく
なる分布のものが得られる。 なお、５０μ園を超えると圧縮機用部品に要求される機
械的性質が不充分となり、好ましくなく、また結晶粒サ
イズが１０μｍ未満になるような冷却速度を与える金型
温度では鋳物全体の指向性凝固が図れないので好ましく
ない。更には、指向性凝固により不廻り、湯境い等の内
部欠陥の極めて少ない鋳物が得られる。 一方、疲労強度にはシュリンケージ等の鋳物内部の不連
続点の大きさや数が大きく影響するので、このような鋳
造欠陥は少なくとも５００μ園以下の大きさまで抑制さ
れねばならない。上型及び下型の温度差が大きすぎると
シュリンケージ等が発生しやすくなるが、前述の型温の
範囲で上型及び下型を適宜温度制御することにより、鋳
造欠陥の大きさを上記の如く抑制することが可能である
。 次に本発明の実施例を示す。 （実施例） 第２図は本発明法の実施に用いる低圧鋳造装置及び金型
関係の一例を示したものである。 本実施例における金型は、高さ約４０■醜、幅約７■の
比較的高い渦巻状リブ１を中心部に有する形状の圧縮機
用鋳物を鋳造するべく設計された金型であって、リブ部
を形成する上型２の部分の間に約１０鵬腸φの冷却穴３
が複数個設けられ、これに空気や水或いはその混合冷媒
を貫流させることにより、第１図に示す斜線部（リブを
形成する上型部分）を冷却するようになっている。上型
２のリブ形成部の上方には、測温用の熱電対を挿入する
熱電対用穴４が１個又は複数個設けられ、その他、リブ
部上端の適当な箇所に複数個のガス抜き機構５が設けら
れている。 型温は冷媒の貫通量、貫通時期及び時間によって制御で
きるようになっており、型の設定温度は前記り、Ａ、Ｓ
、Ｉ［のサイズを確認しながら、最適温度を選択すれば
よい。 一方、下型６は、中央部に湯ロアを有し、ストーク８の
上部に設置されており、製品部Ｗは、湯ロアをストーク
８を介して下方に準備される溶湯（図示せず）に通じて
いる。また第２図に示すように、湯口部の周囲の下型６
には冷却穴９が設けられており、上型冷却と同様に空気
や水或いはその混合冷媒が貫流するようになっており、
これにて下型温度は上型温度と同様に制御される。なお
、下型６にも必要に応じ測温用熱電対を設けることは云
うまでもない。 準備される溶湯としては、例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系
の４ＣＨ合金及びＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系のＡＣ８Ｃ
合金を常法によって溶解し、溶湯処理（脱ガスなど）を
施した後、ストーク下部に６７０〜７４０℃に保持する
。保持温度は合金の種類によって適当に選択される。 そして、低圧鋳造の常法により、溶湯をストーク８と湯
ロアを介して製品部Ｗに押し上げ、リブ部に平均的に充
填していくようにする。この際、湯の充填（上昇）速度
は選択的渦流れを助長しない速度とすることが必要であ
る。 最後に、湯口部の途中まで凝固が進んだ後、未凝固溶湯
をストーク８を介して元の湯溜め（図示せず）に戻し、
１サイクルが終了する。 本実施例においては、上述の金型及び装置を使用し、Ａ
ｍ−８１−Ｍｇ系０）ＡＣ４ＣＨ合金とＡｆｌ−Ｓｉ−
Ｃｕ−Ｍｇ系のＡＣ８Ｇ合金ニツいて、第１表に示す条
件にてそれぞれ鋳造数５０回の低圧鋳造試験を行った。 試験後、得られた鋳物製品の鋳造欠陥を調べると共に、
一部（Ａ　Ｃ８Ｃのもの）について鋳物製品の円板部か
ら試験片を切り出し、Ｔ６処理を施して機械的性質を調
べた。それらの結果を第１表及び第２表に示す。 本発明例はいずれも高歩留りで安定して高い強度を示し
、必要強度（引張強さ：　３６　ｋｇｆ／＋＋＋ｍ”以
上、疲労強度：　１０　、　Ｏｋｇｆ／ｎ＋ｍ”で２　
Ｘ　１０’サイクル以上）を満足していた。結晶粒サイ
ズは１５〜４０μ腸でリブ先端から根元に向って大きく
なっている分布であった。また、ミクロ欠陥も指向性凝
固により大幅に減少し、５００μ論を超すものは認めら
れなかった。 一方、比較例においては、金型温度が高すぎる例ではシ
ュリンケージや湯境い、不廻りなどが多発し、また金型
温度が低すぎる例では不廻りが多発し、いずれも歩留り
が極めて低く、かつ機械的性質が劣っている。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、渦巻状の比較的
高いリブを有する圧縮機用アルミニウム合金鋳物を低圧
鋳造で製造するに際し、特定成分系のアルミニウム合金
を用いると共に上型中心部と下型の各型温を制御するの
で、指向性凝固が促進され、鋳造欠陥が極めて少なく、
結晶粒サイズがコントロールされ且つ所望の機械的性質
を有する高品質の圧縮機用鋳物を高歩留りで安定して得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は圧縮機用鋳物を示す図で、（ａ
）は平面図、（ｂ）は側面図、 第２図は本発明の実施に用いる低圧鋳造用装置及び金型
関係の一例を示す説明断面図である。 １・・・渦巻状リブ、２・・・上型、３・・・上型用冷
却穴、４・・・熱電対用穴、５・・・ガス抜き機構、６
・・・下型、７・・・湯口、８・・・ストーク、９・・
・下型用冷却穴、Ｗ・・・製品部。 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）中心部に渦巻状の比較的高いリブを有する圧縮機
   用部品のアルミニウム合金鋳物において、該アルミニウ
   ム合金がＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ
   系又はＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系であって、結晶
   粒サイズが１０〜５０μｍで且つリブ先端から根元に向
   って大きくなる分布を有し、鋳造欠陥の大きさを５００
   μｍ以下に規制したことを特徴とする圧縮機用鋳物。
2. （２）中心部に渦巻状の比較的高いリブを有する圧縮機
   用鋳物をＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ
   系又はＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系アルミニウム合
   金の低圧鋳造にて製造するに際し、金型温度を、リブ周
   辺に対応する上型中心部を２００〜３５０℃、下型を２
   ５０〜４００℃に制御して鋳造することを特徴とする圧
   縮機用鋳物の製造方法。
3. （３）前記下型温度を上型中心部温度と等しいかより高
   く設定する特許請求の範囲第２項記載の方法。