JPH02169888A

JPH02169888A - スルーベーン型回転式圧縮機用ベーン

Info

Publication number: JPH02169888A
Application number: JP32276888A
Authority: JP
Inventors: Shuji Yokozeki; 横関　修史; Tatsuo Fujita; 藤田　達生; Fumio Kiyota; 清田　文夫
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1988-12-21
Filing date: 1988-12-21
Publication date: 1990-06-29

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スルーベーン型
回転式圧縮機用ベーンに関し、特に車両搭載用として、
効率良く騒音及び振動を軽減することができるスルーベ
ーン型回転式圧縮機用ベーンに関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕現在、
スルーベーン型回転式圧縮機は、他のベーン型や斜板型
圧縮機に比べて部品点数が少ないので、小型軽量化に有
利であり、空調の目的で種々の車両等に多用されている
。

スルーベーン型回転式圧縮機は、第１図に示すように、
鉄製のカムリング１と、その中心に対し偏心して配設さ
れた鉄製のローター２と、このローター２の複数のスリ
ブ）２ａ内に摺動自在に組み込まれたアルミニウム合金
製の複数のベーン３とにより構成されている。ベーン３
は両端が常時カムリング内周面１ａと摺接するようにな
っており、かつ、ローター２はその外周面がカムリング
内周面１ａの一部と摺接するるようになっている。従っ
て、ローター２が外部駆動力、例えば自動車エンジン（
図示せず）の駆動力を受けて回転し始めれば、カムリン
グ内周面１ａｓローター２の外周面、及び隣り合うベー
ン３で囲まれた各作動空間Ａは膨張と収縮を繰り返し、
その膨張と収縮に応じて冷媒を吸入口４より吸い込み、
圧縮後、吐出口５より吐出するようになっている。

第２図にこのような圧縮機に用いるベーン３を例示する
。各ベーン３は、中央部を幅狭としたコ字状となってお
り、この中央幅狭部３ａを組み合わせてベーン３の相互
の作動に対する干渉を防ぐようになっている。

このベーン３は、スリット２ａを貫通し、ベーン長手方
向がカムリング１の内面１ａにより常に拘束されている
。

このような作用をするベーン母材に、従来は、過共晶Ｓ
ｉアルミニウム合金を用いるのが一般的であった。この
過共晶Ｓｉアルミニウム合金は熱膨張係数が大きく、熱
負荷を受けた際の永久歪が起きやすい。このため、運転
時に圧縮室の温度が上昇すると、ベーンが大きく熱膨張
するとともに、永久歪（永久伸び）を起こし、過大な力
がカムリングとの摺接部にかかり、カムリングとベーン
両先端との間に著しい焼付や摩耗を生じるという問題が
あった。

これを未然に防ぐためには、カムリングとベーンとの間
に熱膨張及び永久伸びを考慮したクリアランスを設けな
ければならない。しかし、これは騒音や振動を軽減する
際の妨げとなり、またスルーベーン型回転式圧縮機の圧
縮効率が他のベーン型圧縮機に比べて劣っている原因と
なっていた。

従って本発明の目的は、スルーベーン型回転式圧縮機の
圧縮効率の向上と騒音及び振動の軽減のために、カムリ
ングとベーンの間のクリアランスを現行のものより小さ
くしても、焼付や摩耗の生じないベーンを提供すること
である。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、カムリン
グとベーンとの間のクリアランスを現行のものより小さ
くしても焼付や摩耗を生・じないようにするには、現行
のベーン材よりも熱膨張係数及び永久歪が小さ（、しか
も十分な硬度を有するアルミニウム合金製母材を使用す
ればよいことを発見し、本発明に想到した。

すなわち、本発明のスルーベーン型回転式圧縮機用ベー
ンは、熱膨張係数が１９Ｘ１０−’／ｌ（室温〜２００
　℃）以下で、硬度がＩＩＲＢで８０以上あり、熱履歴
（２００℃×　１００Ｈｒ）後の永久歪が０．０１％以
下のアルミニウム合金製母材からなることを特徴とする
特に、本発明のベーンは、母材を、Ｓｉが１４〜２２重
量％と、Ｆ　ｅ　％　Ｍｎ　ｓ　Ｎ　１、Ｃｒ　ｚ　Ｃ
ｏの遷移元素のうち少なくとも１種を合わせて５〜１０
重潰％含有するアルミニウム合金としているので、熱Ｈ
産後の硬度の低下の少ないものとなっている。

さらに、ベーン母材に対する時効処理条件を２００℃以
上で３時間以上とすることにより、永久歪を０．０１％
以下と低く抑えておくことができる。

以下本発明の詳細な説明する。

スルーベーン型圧縮機の圧縮率の向上、騒音及び振動の
軽減をはかるためには、カムリングとベーンの間のクリ
アランスを現状以上に小さくすることが必要である。ま
たベーンは慣性重量の面から当然軽くならなければなら
ない。従って、このような条件を満たすためには、熱膨
張係数が小さいとともに熱負荷を受けた際の永久歪も小
さい、軽量のアルミニウム合金により、ベーンを作製す
る必要がある。

具体的には、熱膨張係数が室温から２００　℃までで１
９　Ｘ　１０−”　／　ｔ：以下で、かつ熱履歴後の永
久歪が０．０１％以下であることが必要である。熱膨張
係数が１９Ｘ１０−’／ｌを超えるか、あるいは永久歪
が０゜０１％を超えると、ベーンとカムリングとの摺接
面に過大な力が加わり、焼付や摩耗の原因となる。

本発明者は、合金成分及び時効処理条件を限定すること
により上記必須条件を満たすことができることを発見し
た。

具体的に、本発明の目的を達成し得るアルミニウム合金
の組成及び限定理由は次の通りである。

Ｓｉ：１４〜２２重量％アルミニウム合金の高硬度化に有効で、また下記遷移元
素との複合作用により熱膨張係数を減少させる。しかし
、１４重量％未満の添加では、十分な効果が得られず、
また２２重量％を超えると母材の靭性を悪化させるので
、その範囲は１４〜２２重量％とする必要がある。好ま
しい範囲は１６〜２０重量％である。

Ｆｅ、　Ｍｎ、　Ｎｉ、Ｃｒ、　Ｃｏの遷移元素の少な
くとも１種：５〜１０重量％これらの遷移元素は、アルミニウム合金の高硬度化に有
効であり、少なくとも１種を含有する。

しかし、遷移元素の添加量の総量が５重量％未満では、
十分な効果が得られず、また１０重量％を超えると熱間
押出しが困難となり、生産性が低下するので、その範囲
は５〜１０重量％とする必要がある。好ましくは合計で
５〜８重量％である。上記遷移元素の中で、特にＮ１が
好ましい。

本発明のアルミニウム合金はさらにＣｕ及びＭｇを含有
する。Ｃｕ及びＭｇはともに時効硬化性を付与して硬度
を上昇させ、機械的強度及び耐摩耗性に寄与する。本発
明の目的には、Ｃｕを３〜５重量％、Ｍｇを０．５〜１
，５　重量％とするのが好ましい。

本発明のアルミニウム合金は、永久歪の低下を防止する
ために、適当な溶体化処理の後に２００〜２４０℃で３
〜１０時間の時効処理をする。

熱負荷を受けた際の母材の永久歪を抑制するためには、
実際の運転時の最高使用温度（２００℃）を想定し、製
品の製作過程の中で予め熱負荷を与えることが有効であ
り、溶体化処理後の時効処理の温度を前記の最高使用温
度以上とすることが適当である。具体的には２００　℃
未満であると永久歪を抑制することができず、２４０　
℃を超えると短時間に硬度の低下が起こるため、工業的
に必要な硬度（ＨＲＢ　８０以上）の管理が難しくなる
。また時効処理時間としては、上記温度範囲において３
〜１０時間が適当である。なお溶体化処理自身は公知の
条件で行ってよく、例えば４８０〜５００℃で３〜４時
間行うことができる。

熱負荷を与えた際のベーン母材の硬度は、強度及び耐摩
耗性の面からＨＲＢで８０以上である必要がある。熱負
荷により・硬度は低下する傾向があるが、熱負荷後でも
ＨＲＢ　８０以上を維持していなければならない。

〔作　用〕

アルミニウム合金に３１とともにＦｅ、　Ｍｎ、　Ｎｉ
等の遷移元素を添加することにより、熱膨張係数を減少
させるとともに、熱負荷後の母材の硬度の低下を防ぐこ
とができ、さらに、これに適当な条件で時効処理を施す
ことによって永久歪を小さく抑制することができる。

本発明のベーンは、このようなアルミニウム合金を用い
ているので、熱膨張係数及び永久歪みが小さく、かつ十
分な硬度を有する。このようなベーンを用いることによ
り、カムリングとベーンの間のクリアランスを小さくし
ても、焼付や摩耗が生じないスルーベーン型回転式圧縮
機とすることができる。

〔実施例〕

本発明を以下の具体的実施例によりさらに詳細に説明す
る。

実施例１〜３及び比較例１〜４第１表に示す６種類の組成のアルミニウム合金にＴ７処
理を施した後試験片を作成し、硬度及び永久歪の２００
℃での熱履歴試験を行った。Ｔ７処理の条件は第２表に
示す。

なお実施例１〜３及び比較例１〜３に用いたアルミニウ
ム合金は、エアアトマイズ法により得た急冷凝固粉末を
冷間静水圧プレスで圧縮成形し、これを熱間押出し成形
したものである。また比較例４に用いたアルミニウム合
金は、従来よりスルーベーン型回転式圧縮機用ベーンと
して使用されている材料を、金型鋳造法により製作した
ものである。

なお実施例１と比較例３は、同一組成で、時効処理のみ
変えたものである。

各試験片の熱膨張係数及び硬度を測定し、次いでスルー
ベーン型圧縮機の最高使用温度である２００℃に保持さ
れた電気炉に入れ、所定の時間毎に取り出し、空冷後寸
法及び硬度を測定した。加熱前後の寸法変化より永久歪
を次式により算出した。

各試験片の加熱試験前の硬度及び室温から２００℃まで
の熱膨張係数を第１表に合わせて示す。

さらに上記加熱による永久歪の変化を第３図に、硬度の
変化を第４図にそれぞれ示す。

第 ■ 表第表Ｓｉ量が１４重量％以上で、かつ前記の遷移元素を５重
量％以上含有している実施例１〜３の試験片は、過共晶
Ｓ１アルミニウム合金からなる比較例４の試験片に比べ
て、熱膨張係数が小さ（、硬度が高く、熱永久歪が小さ
い。これに対して、比較例１の試験片は、Ｓｉが１４重
量％未満であるので、熱膨張係数が大きい。また比較例
２の試験片は、遷移元素が少ないために、熱負荷による
硬度の低下が大きく、さらに比較例３の試験片は、組成
的には実施例１の試験片と同じであるが、時効処理温度
が低いので、永久歪が大きい。

実施例４及び比較例５第３表に示す各組成のアルミニウム合金製ベーンに対し
、第１図に示す構造の実機において耐久試験を行った。

構成部品の材質は、カムリング１がＦｅ１２、ローター
２がＳＣＭ４１５の表面焼入れ品、サイドブロック（図
示せず）が過共晶Ｓ１アルミニウム合金Ａ３９０　（Ｔ
６）である。ベーン母材としては前記遷移元素添加の効
果をｔｊｌ！　Ｋｎするために、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎ１の各
遷移元素を添加したものを実施例４のベーン母材とし、
無添加のものを比較例５のベーン母材とした。ベーン母
材は、ともに急冷アルミニウム粉末を冷間静水圧プレス
によりビレット成形し熱間押出しした後、第４表に示す
各条件でＴ７処理を施したものである。

なお、ベーンとカムリング間のクリアランスは、熱膨張
係数を考慮して現行の場合に対して、それぞれ実施例４
で１５％、比較例５で１０％小さくした。

第３表に各ベーン母材の組成、耐久試験前の便度及び室
温から２００　℃までの熱膨張係数を示し、第４表に、
各ベーン母材に施したＴ７処理条件を示す。

第表耐久試験は、冷媒ガスが不足した状態を想定し行った。

冷媒ガスが減少するに伴って、潤計油の摺動部への供給
も極めてすくなくなるので、上記条件は摺動条件として
は苛酷な状態である。圧縮機に各ベーンを組み付け、正
規の冷媒ガス量の３０％を注入し、回転数２０００ｒ、
　ｐ、　ｍ、　、吐出圧力８ｋｇ／ＣイＧ、吸入圧力０
．５ｋｇ／ｃイＧで２０時間運転後、回転数を５０００
ｒ、　ｐ、　ｍ、に上昇させ運転した。運転時は、トル
ク変動及び温度を監視し、異常時に止めて分解し、ベー
ンの目視評価を行い、異常のないものについては、試験
開始から７０時間後に運転を止め、同様の評価を行った
。分解調査結果を第５表に示す。なお、第５図に表中の
ａ部、ｂ部、Ｃ部の位置をそれぞれ示す。

比較例５では回転数２００Ｏｒ、ｐｏｍ、時で既に焼付
が発生し、分解調査の結果、ベーンの両Ｒ面（８部）に
は強い力で押しつけられたことによる塑性変形が認めら
れた。これは運転時の温度上昇によりベーンに永久伸び
が発生し、カムリングと極めて高い面圧で接触し、摺動
したためと判断された。−方、前記遷移元素を添加し、
２２０℃で６時間の時効処理を施した実施例４では、運
転時での異常は認められず、分解調査の結果でもベーン
に損傷は認められなかった。

〔発明の効果〕

以上に詳述した通り、本発明のスルーベーン型回転式圧
縮機用ベーンは、硬度が）ＩＲＢで８０以上と高く、熱
膨張係数が小さく、熱負荷による永久歪が小さく、かつ
熱履歴後の硬度の低下がほとんどないために、カムリン
グとベーンの間のクリアランスを小さくすることが可能
である。

従って、本発明のベーンを用いることにより、圧縮効率
が向上し、さらに、騒音及び振動の軽減されたスルーベ
ーン型回転式圧縮機とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のベーンを使用したスルーベーン型回転
式圧縮機を概略的に示す断面図であり、第２図は２枚の
ベーンを組合せた状態を示す斜視図であり、第３図は熱履歴の際のベーン材料の永久歪の経時変化を
示すグラフであり、第４図は熱履歴の際のベーン材料の硬度の経時変化を示
すグラフであり、第５図はベーン各部を示す斜視図である。１・・・カムリング２・・・ローター２ａ・・・スリット３・・・ベーン３ａ・・・ベーン中央幅狭部４・・・吸入口５・・・吐出口

Claims

【特許請求の範囲】

（１）熱膨張係数が１９×１０＾−＾６／℃（室温〜２
００℃）以下で、硬度がロックウェル硬度Ｂ（ＨＲＢ）
で８０以上であり、熱履歴（２００℃×１００Ｈｒ）後
の永久歪が０．０１％以下のアルミニウム合金製母材か
らなることを特徴とするスルーベーン型回転式圧縮機用
ベーン。
（２）請求項１に記載のスルーベーン型回転式圧縮機用
ベーンにおいて、前記母材は、Ｓｉが１４〜２２重量％
と、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏの遷移元素のうち少
なくとも１種を合計５〜１０重量％含有するアルミニウ
ム合金からなり、２００℃以上で３時間以上の時効処理
を施されたものであることを特徴とするベーン。