JPH02238191A - ベーンロータリ型コンプレッサ用ロータ - 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） 本発明は容易かつ安価に製作できるベーンロータリ型コ
ンプレッサ用ロータに関する６（従来の技術） 例えば、車両用エアコンに装備される、この種コンプレ
ッサのロータと軸とは、−Ｍに圧入によって固定されて
いるか、近時では車両の燃費性能の改善策としてコンプ
レッサの軽量化が指摘されこのために上記ロータを軽量
なアルミニウム合金で構成し、該ロータに鋼鉄製の軸を
圧入するようにしている。

しかし、この場合にはロータ部材であるアルミニウム合
金の熱膨張係数が、軸部材である鋼鉄のそれよりも大き
いため、コンプレッサの駆動時にそれらの圧入部ですべ
りが発生し、トルクの確実な伝達が損なわれるという問
題がある。

そこで、上記問題を解決するために、例えば圧入代を大
きくしたり圧入長さを長くする等の方法が考えられるが
、この場合には圧入時にカジリが発生したり、圧入部で
ロータが破断する憤れがあって、採用できない。

また、例えば特開昭５９−６８５８６号公報のように、
ローレット溝を形成した軸をアルミニウム合金製のロー
タに圧入する際、ロータの側面を軸方向に加圧して該側
面を陥没形成し，かつ該陥没部の容積に相当するロータ
材をローレット溝に食い込ませて、両者を固定する方法
では、ローレット溝を軸の円周方向に形成しているため
、軸トルクに対するすべり限界値が低く，軸のすべり発
生の不安があるばかりか、その圧大装置が大型化すると
いう問題がある。

出願人はこのような点に鑑み、ロータと軸を強力に固定
する方法を種々開発し、それらを既に出願している。例
えば実開昭６３−５７３８０号公報では、軸周面にロー
レット溝を形成するとともに、該軸を圧人するロータの
軸穴周面に圧入バリ補集用の環状溝を設け、圧大時に発
生する圧人バノを上記環状溝に補集させて、圧大割れを
防止するようにしており、また実願昭６２−９７９６５
号では、ロータをアルミニウム合金粉末で押出成型し、
軸とロータとの接合強度を強化している。

（発明が解決しようとする課題） この既に出願した方法では、例えば前者の場合、機能お
よび強度的には十分であるが、軸穴や軸の寸法公差が厳
し《、それらの加工に高精密性を要して、コスト高にな
り、また後者の場合は歩留まりの面で若干の問題がある
。

本発明はこのような問題を解決し、ロータを容易かつ安
価に製作できるとともに、ロータと軸との固定強度を強
化できるようにした、ベーンロータリ型コンプレッサ用
ロータを提供することを目的とする提供することを目的
とする。

（課題を解決するための手段） このため、本発明のベーンロータリ型コンプレッサ用ロ
ータは、軸にアルミニウム合金製のロタを装着したベー
ンロータリ型コンプレッサ用ロータにおいて、ロータを
装着する軸周面の中間部に小径部を設け、該小径部にロ
ーレット溝を形成することで、ロータの軸回りのすべり
を防止するとともに、ロータの熱膨張による軸方向への
移動を防止し、また溶湯鍛造法により軸とロータを一体
化することで、緻密で機械的性質に優れ、しかも耐焼付
性および耐摩耗性に優れたロータを提供するようにした
ことを特徴としている。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第１
図乃至第８図において、１および２はコンプレッサの外
郭を形成するフロントケーシングとりャケーシングで、
これらの間にはフロントサイドブロック３とリャサイド
ブロック４が離間して配設され、この間にカバー５とシ
リングーブロック６が配設されている． 上記フロントサイドブロック３とリャサイドブロック４
の中心部には、ベアリング７．７が装着され、これらの
ベアリング７．７間に、炭素鋼、クロム鋼等の鉄系材料
からなる軸８が回転可能に支持されている。

上記軸８の略中間部には小径部８ａが設けられ、該部８
ａの周面にローレット溝９が形成されている。ローレッ
ド溝９は軸周面に平行に形成する、いわゆる平目や，軸
周面を格子模様状に形成する、いわゆるアヤ目の何れで
もよく、この実施例では、後述するロータの溶湯鍛造の
加工性を考慮して、前記平目加工を採用している． そして、上記小径部８ａを中心とする軸周面に．ＡＩ−
Ｓｉ系のアルミニウム合金からなるロータ１０が装着さ
れている。上記ロータ１ｏは第３図に示すように略円筒
形に構成され、その内部にべ−ン（図示略）を摺動可能
に収容する複数のベーンスロットｌ１が放射状に配設さ
れ、これが口−タｌＯの周面と側端面に開口している。

上記ベーンスロット１１の内端部には、該スロットｌ１
より若干幅広のベーンスロットインナー１１ａが形成さ
れ、該インナー１１ａは高圧の冷媒ガス通路（図示略）
に連通していて、ペーンの起動時、その内端部に背圧を
作用可能にしている図中、１２はロータ１０の側端面に
形成した凹状の油溜、ｌ３はロータ１ｏの周面とシリン
ダーブロック６の内周面とで区画されたボンブ室である
。

上記ロータ１０はＡＩ−Ｓｉの共晶点であるｌｌ、７％
以上のけい素（Ｓｉ）を含む、熱膨張が小さく高温強度
が大で、軽量で耐摩耗性に優れる、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系
合金で構成され，実施例ではその機械的性質が縦弾性係
数８８００Ｋｇ／ｍｍ２、引張強さ４１Ｋｇ／ｍｍ２、
硬度Ｈ＊Ｂ８７のものを用いており、該合金を溶湯鍛造
法（Ｆｏ−ｒｇｉｎｇ　Ｃａｓｔ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　）
によってロータｌＯを成型し、かつその際軸１０を同時
に鋳ぐるんで、体に構成している． 上記ロータ１０の成型には、公知の直接押込溶湯鍛造法
もしくは間接押込溶湯鍛造法が採用され、それらの一例
を第５図乃至第８図で示しているこのうち、第５図乃至
第７図は、直接押込溶湯鍛造法による成型工程と使用金
型の一例を示し、同図において１４は上下動可能な雄型
のパンチでロータ１０の外径と略同径の円筒体で構成さ
れ、その下端面に複数のベーンスロット成型片ｌ５と油
溜成型片１６を突設している。

これら成型片１５．１６の抑圧面形状は、第６図のよう
に対応するベーンスロット１１とベーンスロットインナ
ー１１ａの空断面形状、および油溜ｌ２の空断面形状と
略同形に形成され、かつそれらの長さは、ベーンスロッ
ト１１の軸方向長さ、つまりロータ１０の長さと、およ
び油溜ｌ２の深さと略同長に形成されている． また、パンチｌ４の下端面中央には軸８の端部を挿入可
能な凹孔ｌ７が開口され、更にバンチｌ４の中高部に大
径部１８が形成されている。

一方、パンチｌ４の下方には有底筒状の金型１９が設け
られ、該金型ｌ９の内部に、前記アルミニウム合金の溶
湯２０を収容可能な成型室２ｌが設けられている。上記
成型室２１の内径はロータｌＯの外径と略同径で、前記
パンチｌ４と緊密に嵌合可能に形成され、その底面には
前記油溜成型片ｌ６と同様な油溜成型片２２が第７図に
示すように突設されていて、それらの中央に、軸８を挿
入可能な通孔２３が形成されている。

図中、２４は成型室２１の開口上部に形成した係合口で
、前記大径部ｌ８と緊密に嵌合可能に形成されている。

第８図は間接押込溶湯鍛造法による成型工程と使用金型
の一例を示し、同図において２５は上下動可能に構成さ
れた直杆状のパンチで、その下方には上下動可能な上金
型２６と、下金型２７が設けられている。

上記上金型２６の下面には筒状のパンチガイド２６ａが
突設され、該ガイド２６ａ内にパンチ２５を挿入可能な
ガイド孔２８が貫通形成されている．上記パンチガイド
２６ａの両側には、複数の成型室２９が配設され、かつ
それらの下端は上金型２６の下面に開口していて、これ
ら各室２９内の上面に、前記ベーンスロット成型片ｌ５
および油溜成・型片１６と同様な、ペーンスロット成型
片３０と油溜成型片（図示略）が突設され、それらの中
央に軸８の上端部を挿入可能な凹孔３ｌが形成されてい
る。

一方、下金型２７は上金型２６の下面と緊密に係合可能
な上面２７ａを備え、該上面２７ａの中央に、前記溶湯
２０を収容可能な略すり鉢状の湯溜３２が設けられてい
る．上記渇溜３２の上部にはパンチガイド２６ａの下端
部が突出して配置され、当該部を溶湯２０内に没入可能
にしており、また湯溜３２の上端部は前記成型室２９の
下端部に開口していて、該室２９への湯道な可及的に短
くし、溶渇２０の低速で連続的な移動を可能にさせてい
る． 上記成型室２９に相対する下金型２７の下面には、軸８
の直立状態を保持可能な係合孔３３が設けられ、該孔３
３の開口部周辺に前記油溜成型片ｌ６と同様な油溜成型
片（図示略）が突設されている。

図中、３４は上記係合孔３３に連通するビン挿通孔で、
下金型２７の下方から押上ビン（図示略）を挿入可能に
している。

この他、図中３５．３５はロータ１０の端面を研削する
ために設けた逃げ用の段差部である。

（作　用） このような溶湯鍛造法によってロータｌＯを成型する場
合、予め軸８を機械加工して置く必要があり、その場合
の機械加工は、軸８の各部を所定寸法に仕上げるととも
に、ロータｌＯを装着する軸周面に所定長さ、実施例で
はロータ１０の長さ以下の小径部８ａを形成し、当該部
８ａ周面に軸方向に沿ってローレット溝９を形成すれば
よい。

この場合、軸８は前述のようにロータｌＯと一体に鋳ぐ
るみされるから、従来の圧入法のように厳しい寸法公差
や加工精度を要求されることはなく、したがって、それ
だけ軸８の加工が容易になり加工コストの低減を図れる
。

こうして加工した軸８を用いて、例えば第５図乃至第７
図に示す直接押込溶湯鍛造法によって、実際にロータ１
０を成型する場合、その準備作業としてバンチｌ４およ
び金型１９を清掃し、それらを所定温度に予熱するとと
もに、その周面に例えば黒鉛系の塗型剤を塗布する。

一方、上記作業と前後して金型ｌ９の成型室２ｌ内に前
記加工した軸８を搬入し、その際一方の環状溝３５を成
型室２ｌの底面位置に合致させて、第５図（ａ）に示す
ように軸８の格上半部を成型室２ｌ内に直立状態で保持
させる。

このような状況の下で、所定の鋳込温度に加熱した過共
晶Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金の溶湯２０を成型室２
１内に定量注湯し、この注湯直後にパンチ１４を下降さ
せて、これを成型室２ｌ内に押入れる． このようにすると，パンチ１４の下端部に突設したベー
ンスロット成型片１５が溶湯２０内に没入し、次いでパ
ンチ１４が同様に溶湯２０内に没入して、液相領域であ
る溶湯２０を押上げ、同時にこの溶湯２０を液相と固相
の半溶融領域になる前に加圧圧縮し、成型室２ｌ内の溶
湯２０をロータ１０の長さ分押し縮めたところで、パン
チｌ４の下降を停止する。

実施例では溶湯２０を５００〜１５００Ｋｇ／ｃｍ２で
加圧し、この加圧圧縮作用を溶湯２０が完全に凝固し終
るまで行ない、この加圧圧縮過程でベーンスロット成型
片１５および油溜成型片１６．２２により、ペーンスロ
ット１１および同インナー１１ａと，、油溜ｌ２を成型
する。

したがって、溶湯２０は前記圧力によって、強制的に金
型ｌ９の内周面やベーンスロット成型片ｌ５および油溜
成型片１６．２２の表面に押し付けられ、一方、溶湯内
部ではこれがローレッド溝９に押し付けられて、凝固す
る。

それゆえ、溶湯２０が凝固する際、溶湯２０とそれらの
接触面との間に凝固収縮によるエアギャップが発生せず
，熱伝達も良好になって、凝固時間が短縮するとともに
，急冷が促されることで凝固組織も微細化され、機械的
性質が向上すると同時に鋳肌も非常に平滑になって、寸
法精度が向上する。

この場合、凝固過程で上記のように急冷が促されると、
拡散が不十分になってデンドライト（ｄｅｎｄｒｉｔｅ
）組織が偏析し易くなり、機械的性質を低下させる懸念
があるが、前述のように溶湯２０が完全に凝固を終了す
るまで加圧圧縮作用が行なわれるから，上記偏析の発生
が抑制され、略等方的組織を形成する。

したがって、圧延や鍛造品のように一方向に加工したも
のでは、上記デンドライトが鍛伸方向に伸びて、いわゆ
る繊維組織を呈し、機械的性質に方向性が生ずるが、土
記溶湯鍛造においてはそのような問題はない。

また、上記加圧で溶湯２０がローレット溝９に押し付け
られて凝固するから、ローレッド溝９に対する密着性が
向上し、両者の緊密な結合状態が得られる．この場合、
過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金は溶湯の流動性が非常に良好で
あるから、上記加圧と相俟ってローレッド溝９に対する
溶湯２０の回り込みが良く、上記結合に有効に作用する
。

しかも、上記加圧によって収縮巣等の鋳造欠陥の発生が
防止されるとともに，溶湯２０の内外部の品質の差が通
常の鋳造品に比べて小さく、高密度化と均質化が助長さ
れるばかりか、上記加圧によってガス溶解度が増大する
ため、溶湯中の残留ガスによるブローホールやビンホー
ル等の発生を抑制する６ このように上記溶湯鍛造法によって、ロータｌＯと軸８
を一体に鋳ぐるむ場合は、溶湯２０を定量注渇すること
で所期の成型品が得られるから、粉末アルミニウム合金
を押出し成型する場合に比べて，歩留まりが良く、しか
もロータ１０の成型と並行して、ベーンスロットｌ１や
同インナーｌｌａおよび油溜ｌ２を成型し得るから、こ
の種の成型を合理的に行なえる。

こうして溶湯２０の凝固が完全に終了すると、前記加圧
圧縮作用を解除し、パンチｌ４を上動させるとともに、
例えば押上ビン（図示略）を介して、軸８と一体のロー
タｌＯを成型室２ｌがら取り出す。

一方、第８図に示す間接押込溶湯鍛造法によってロータ
１０を成型する場合は、例えば同図（ａ）に示すように
下金型２７に形成した係合孔３３３３に前記加工した軸
８．８を挿入し、それらを直立状態で収容したところで
、上金型２６と下金型２７を型締めする。この場合の軸
８の位置決めは、前述と同様である。

このような状況の下で、所定の鋳込温度に加熱した過共
晶Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金の溶湯２０を湯溜３２
内に定量注湯し、この注湯直後にパンチ２５を下降させ
て、これをガイド孔２８を介し湯溜３２内に押入れる． このようにすると、湯溜３２内に収容した液相である溶
湯２０が、パンチ２５に押し退けられて第８図（ｂ）の
ように成型室２９．２９内に低速で連続して押し込まれ
、かつ該室２９．２９内で加圧圧縮作用を受けて、該室
２９内周面および該室２９に面する下金型２７の上面２
７ａ、並びに成型室２９に収容したベーンスロット成型
片３０等に押し付けられる。

上記圧力は前述と同様で、この加圧圧縮作用は前述と同
様に溶湯２０が完全に凝固し終えるまで行なわれ、これ
によって前述と同様な品質が得られる。

こうして溶湯２０の凝固が完全に終了すると、前記加圧
圧縮作用を解除し、パンチ２５を上動させるとともに上
金型２６を上動させ、更に押上ビン（図示略）を介し軸
８を突き上げて、該軸８と一体のロータ１０を成型室２
９から取り出す。

このように上記間接押込溶湯鍛造法は、一回の成型工程
で複数のロータ１０を成型できるから、前述の直接押込
溶湯鍛造法に比べて、成型の量産化を図れる． こうして成型室２１または２９から取り出されたロー汐
１０は、この後鋳バリを除去し、或は切断して周面を研
削された後、一連の成型を完了する。この場合、ロータ
ｌＯの端面の研削に際しては、ローレッド溝９が完全に
ロータ１０内に鋳込まれ、ロータｌＯの端面に表出して
いないから、研削屑が上記満９内に食込み、これがコン
プレッサの組み立て後に脱落して、異物となる心配がな
い。

この゜ようにして製作したロータ１０は、前述のように
過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金で構成されているから、熱膨張
が小さく（例えば１８〜２５％Ｓｉの熱膨張係数は、３
０〜３００℃間で１８．３〜２２．３ＸＩＯ−’）　、
高温強度が大で、軽量で耐摩耗性に優れている。

したがって、該ロータｌＯに形成したベーンスロット１
１内をベーン（図示略）が高速で摺動し、当該部が高温
になっても、上記スロットｌ１の幅が略一様に保たれ、
ベーンとの摩擦を抑制するから、上記発熱によるベーン
の焼付きが防止されまた耐摩耗性と高温強度の向上によ
って、べ一ンおよびベーンスロット１１の摩耗が軽減さ
れるまた、ロータｌＯは軸８と一体に鋳ぐるみされ、か
つこれらはローレッド溝９を介して、結合部における接
触面積を増大させているから、軸トルクに対するすべり
限界値が高く，上記軸８に対するロータ１０の軸回りの
すべりを強力に阻止する更に、ロータ１０と軸８とは小
径部８ａを介して結合されているから、コンプレッサの
駆動時にロータ１０が軸８と同軸方向へ熱膨張しても、
軸８に比べ小径部８ａ周辺のロータ１０の熱膨張係数の
方が大きいため、小径部８ａは常にロータｌＯによって
締付け状態に置かれ、しかも上記ロータ１０部が小径部
８ａの段部に係合することで、軸方向への移動を阻止す
る。

（発明の効果） 本発明のベーンロータリ型コンプレッサ用ロータは以上
のように、軸にアルミニウム合金製のロータを装着した
ベーンロータリ型コンプレッサ用ロータにおいて、ロー
タを装着する軸周面の中間部に小径部を設け、該小径部
にローレット溝を形成したから、軸トルクに対するロー
タの軸回りの高いすべり限界値が得られ、ロータの軸回
りのすべりを防止できるとともに、ロータの熱膨張によ
る軸方向への移動を防止することができる。

また，本発明では溶湯鍛造法により軸とロータを一体化
したから、緻密で機械的性質に優れ、しかも耐焼付性お
よび耐摩耗性に優れたロータを提供することができ、従
来の圧大法に比べて軸の加工精度を緩和できることで、
これを容易かつ安価に製作できるとともに、従来の粉末
アルニニウム合金の押出し成型法に比べて、歩留まりを
向上できる等の効果がある

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したベーンロータリ型コンプレッ
サの一例を示す断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿
う拡大断面図、第３図は本発明の一実施例を示す斜視図
、第４図は本発明に適用した軸の一例を示す正面図、第
５図は本発明に適用した直接押込溶湯鍛造法による成型
工程を示す断面図で、同図（ａ）は加圧前の状況を示し
、同図（ｂ）は加圧後の状況を示している、第６図は上
記溶湯鍛造法に適用したパンチの底面図、第７図は上記
溶湯鍛造法に適用した金型の平面図、第８図は本発明に
適用可能な間接押込溶湯鍛造法による成型工程を示す断
面図で、同図（ａ）は加圧前の状況を示し、同図（ｂ）
は加圧後の状況を示している。 ８・・・軸、８ａ・・・小径部 ９・・・ローレット溝、１０・・・ロータ図 （ｂノ 第６図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　軸にアルミニウム合金製のロータを装着したベーンロ
   ータリ型コンプレッサ用ロータにおいて、ロータを装着
   する軸周面の中間部に小径部を設け、該小径部にローレ
   ット溝を形成するとともに、該軸とロータを溶湯鍛造法
   により一体化したことを特徴とするベーンロータリ型コ
   ンプレッサ用ロータ。