JP2003021066A

JP2003021066A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2003021066A
Application number: JP2001209903A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Murase; 正和村瀬; Tatsuya Koide; 達也小出; Hisaya Yokomachi; 尚也横町; Takeshi Yamada; 健史山田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2003-01-24

Abstract

(57)【要約】【課題】高温条件下でより高い耐久性を発揮可能な圧縮
機を提供する。【解決手段】吐出室３１及びクランク室５を形成するフ
ロントハウジング２及びリアハウジング３を有し、吸入
室３０内の二酸化炭素からなる冷媒ガスを圧縮して吐出
室３１及びクランク室５に介在させる圧縮機において、
フロントハウジング２及びリアハウジング３はＳｉを９
質量％以上含むアルミニウム合金からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧縮機に関する。こ
の圧縮機は二酸化炭素等を冷媒ガスとする場合に好適で
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、ハウジングによって吸入室、吐出
室及びクランク室が形成され、吸入室内の冷媒ガスをピ
ストン等により圧縮して吐出室及びクランク室に介在す
る圧縮機が知られている。

【０００３】特に近年にあっては、Ｒ１３４ａ等のフロ
ン系の冷媒ガスに代わり、二酸化炭素を冷媒ガスとする
ことも検討されている。そのための圧縮機も同様の構成
を有しているが、そのハウジングは、二酸化炭素からな
る冷媒ガスが所望の冷房能力等を得るためにフロン系の
ものよりも高温かつ高圧状態に圧縮されることから、軽
量化を実現しつつ、より高温及び高圧に耐え得るべく、
ＡＣ４Ｃ（ＪＩＳ５２０２）のアルミニウム合金からな
るものとして検討されている。

【０００４】このＡＣ４Ｃは、規格上、Ｓｉが６．５〜
７．５質量％、Ｃｕが０．２０質量％以下、Ｍｇが０．
２〜０．４質量％、Ｚｎが０．３質量％以下、Ｆｅが
０．５質量％以下、Ｍｎが０．６質量％以下、Ｎｉが
０．０５質量％以下、Ｔｉが０．２０質量％以下、Ｐｂ
が０．０５質量％以下、Ｓｎが０．０５質量％以下及び
Ａｌが残部の組成を有している。

【０００５】また、ＡＣ４Ｃは、文献上、砂型又は金型
により鋳造され、引張試験による引張強さが１７０〜２
７０Ｎ／ｍｍ²、引張試験による耐力が８０〜１９０Ｎ
／ｍｍ²、引張試験による伸びが２〜１０％、ブリネル
硬さが６０〜９０、擬弾性係数が７２．６ｋＮ／ｍ
ｍ²、導電率が３９〜４１％ＩＡＣＳ、熱伝導率が１５
１〜１５９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、２０〜１００°Ｃにおける
熱膨張係数が２１．５×１０^-6／Ｋ、比重が２．６８、
凝固温度範囲が液相で６１０°Ｃ、固相で５５５°Ｃで
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、Ｒ１３４ａは
圧縮により最高１５０°Ｃになるだけであるのに対し、
例えば二酸化炭素は圧縮により最高２００°Ｃにもな
る。このため、従来検討されていたＡＣ４Ｃからなるハ
ウジングではクリープによって耐久性が損なわれるおそ
れがある。

【０００７】すなわち、二酸化炭素等、フロン系の冷媒
ガスよりも高温かつ高圧状態に圧縮する冷媒ガスを採用
する圧縮機においては、ハウジングが従来検討されてい
たＡＣ４Ｃ以上の高温条件下でのより高い耐久性を有す
ることが望まれる。

【０００８】本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされ
たものであって、高温条件下でより高い耐久性を発揮可
能な圧縮機を提供することを解決すべき課題としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
解決のため、Ｓｉ等の含有量を種々変更したアルミニウ
ム合金により試験片を構成し、これらを評価する研究を
行うことにより、本発明を完成させるに至った。

【００１０】すなわち、本発明の圧縮機は、吐出室及び
クランク室の少なくとも一方を形成するハウジングを有
し、吸入室内の冷媒ガスをフロン系である場合よりも高
温かつ高圧状態に圧縮して該吐出室又は該クランク室に
介在させる圧縮機において、前記ハウジングはＳｉを９
質量％以上含むアルミニウム合金からなることを特徴と
する。

【００１１】発明者らの試験結果によれば、Ｓｉを９質
量％以上含むアルミニウム合金からなるハウジングが優
れた引張強さ及び硬度を発揮する。特に、本発明に係る
ハウジングは、ＡＣ４Ｃからなるハウジングに対し、高
温に長時間放置された後の高温下での引張強さと、高温
に長時間放置された後の硬度とが優れる。また、Ｓｉを
９質量％以上含むアルミニウム合金からなるハウジング
は、常温及び高温下における引張試験による伸びがＡＣ
４Ｃからなるハウジングよりも極めて少ない。

【００１２】したがって、本発明の圧縮機は、高温条件
下でより高い耐久性を発揮できる。

【００１３】本発明の圧縮機は、吐出室及びクランク室
の少なくとも一方を形成するハウジングを有し、吸入室
内の冷媒ガスをフロン系である場合よりも高温かつ高圧
状態に圧縮して吐出室又はクランク室に介在させるもの
である。ここで、吐出室は圧縮後の冷媒ガスを貯留する
部屋であり、この吐出室は外部冷凍回路の凝縮器と接続
される。クランク室は圧縮機の動的な機構を収容する部
屋であり、圧縮機が斜板式圧縮機である場合には駆動軸
と同期回転する斜板等を収容する部屋である。クランク
室にも圧縮後の冷媒ガスが供給され得る。ハウジングは
これら吐出室及びクランク室の少なくとも一方を形成す
ることから、ハウジングに高温条件下での高い耐久性が
要求される。ピストンを往復動させるボアをシリンダブ
ロックに形成した圧縮機では、ピストンとボアとの界面
に別の特性も必要とされることから、本発明のハウジン
グはそのシリンダブロックを含まない。なお、ハウジン
グには他に吸入室も形成され得る。吸入室は圧縮前の冷
媒ガスを貯留する部屋であり、この吸入室は外部冷凍回
路の蒸発器と接続される。

【００１４】アルミニウム合金はＳｉを１６質量％以下
含むことが実用上好ましい。発明者らの試験結果によれ
ば、Ｓｉを１６質量％を超えて含むアルミニウム合金
は、共晶組成以上のＳｉ含有量をもつアルジル合金とし
て、マトリックス中に多くの初晶シリコンが析出しやす
いことから、ハウジングへの切削加工性が悪化するとと
もに、ハウジングに必要な靭性及び疲労強度が低下して
しまうからである。また、Ｓｉを１６質量％を超えて含
むアルミニウム合金は溶融温度が高すぎ、鋳造欠陥を生
じ易くなるとともに、製造コストの高騰化を生じてしま
うからである。

【００１５】特に、アルミニウム合金はＳｉを１２質量
％以下含むことが好ましい。Ｓｉを１２質量％以下含む
アルミニウム合金であれば上記不具合を生じないからで
ある。また、Ｓｉを１２質量％以下含むアルミニウム合
金であれば、ハウジングに必要な好適な靭性を付与でき
るからである。

【００１６】アルミニウム合金はＦｅを０．５〜０．７
質量％含むことが好ましい。発明者らの試験結果によれ
ば、Ｆｅを０．５〜０．７質量％含むアルミニウム合金
からなるハウジングであれば、実用的な離型性を発揮す
る。

【００１７】アルミニウム合金はＣｕを４〜５質量％含
み、ハウジングはこのアルミニウム合金を熱処理したも
のであることが好ましい。発明者らの試験結果によれ
ば、アルミニウム合金中のＣｕは熱処理により好適な強
度を付与するからである。Ｃｕを４〜５質量％含むアル
ミニウム合金からなるハウジングであれば、熱処理によ
り好適な強度を有する。

【００１８】同様に、アルミニウム合金はＭｇを０．７
〜０．９質量％含み、ハウジングはこのアルミニウム合
金を熱処理したものであることが好ましい。発明者らの
試験結果によれば、アルミニウム合金中のＭｇも熱処理
により好適な強度を付与するからである。Ｍｇを０．７
〜０．９質量％含むアルミニウム合金からなるハウジン
グであれば、熱処理により好適な強度を有する。

【００１９】これらの熱処理としては、二酸化炭素等の
冷媒ガスが圧縮されてなる最高温度以上でハウジングの
ブランクを一定時間以上保持する手段を採用することが
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】（試験）Ｓｉ等の含有量を種々異
ならせたアルミニウム合金により試験片を構成し、それ
らの評価を行なう。

【００２１】Ｓｉが９．５〜１１．０質量％、Ｃｕが４
〜５質量％、Ｍｇが０．７〜０．９質量％、Ｚｎが０．
３質量％以下、Ｆｅが０．５〜０．７質量％、Ｍｎが
０．２〜０．３質量％及びＡｌが実質残部の組成を有す
る溶湯を用意する。この溶湯をダイカストにより鋳造
し、切削により複数のブランクを得る。各ブランクの寸
法は、直径×標点距離×平行部長さ＝１４ｍｍ×５０ｍ
ｍ×６０ｍｍ、肩部がＲ１５ｍｍ以上である。この際、
これらブランクは実用的な離型性を発揮する。また、こ
れらブランクは、切削加工性に問題を生じず、鋳造欠陥
を生じ難く、製造コストの高騰化を生じない。

【００２２】各ブランクを２００°Ｃで５時間保持し、
その後室温まで徐冷することにより実施例１の試験片を
得る。

【００２３】また、各ブランクを２２０°Ｃで５時間保
持し、その後室温まで徐冷することにより実施例２の試
験片を得る。

【００２４】他方、ＡＣ４Ｃの組成を有する溶湯をダイ
カストにより鋳造し、切削により複数の同様のブランク
を得る。各ブランクに対し、１６０°Ｃで６時間保持す
るＴ６の熱処理を行い、比較例の試験片を得る。

【００２５】（評価１）上記実施例１、２及び比較例の
試験片を２００°Ｃで０時間、１００時間又は３００時
間放置し、常温（２５°Ｃ）及び高温（２００°Ｃ）の
条件下でこれらに対して引張り速度１ｍｍ／分の引張試
験を行い、引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）を測定した。結果を
図１に示す。図１において、（Ａ）図が常温での引張強
さを示し、（Ｂ）図が高温での引張強さを示す。

【００２６】図１より、実施例１、２の試験片は、優れ
た引張強さを発揮することがわかる。特に、実施例１、
２の試験片は、比較例の試験片に対し、高温に長時間放
置された後の高温下での引張強さが約７０％も優れるこ
とがわかる。

【００２７】また、実施例１、２及び比較例の試験片に
おいて、引張試験を室温で行った場合と高温で行った場
合とで比較すると、高温で行った場合は室温で行った場
合よりも１０〜２０％程度引張強さが低下することがわ
かる。また、実施例１、２の試験片の引張強さは、高温
に放置する時間が１００時間で約３０％低下し、高温に
放置する時間が３００時間で約５０％低下することがわ
かる。

【００２８】（評価２）上記実施例１、２及び比較例の
試験片を２００°Ｃで０時間、１００時間又は３００時
間放置し、常温（２５°Ｃ）及び高温（２００°Ｃ）の
条件下でこれらに対して同様の引張試験を行い、破断ま
での伸び（％）を測定した。結果を図２に示す。図２に
おいて、（Ａ）図が常温での伸びを示し、（Ｂ）図が高
温での伸びを示す。

【００２９】図２より、実施例１、２の試験片は、常温
及び高温下における引張試験による伸びが比較例の試験
片よりも極めて少ないことがわかる。

【００３０】（評価３）上記実施例１、２及び比較例の
試験片を２００°Ｃで０時間、１００時間又は３００時
間放置した後の硬度（Ｈｖ）を測定した。結果を図３に
示す。

【００３１】図３より、実施例１、２の試験片は優れた
硬度を発揮することがわかる。特に、実施例１、２の試
験片は、比較例の試験片に対し、高温に長時間放置され
た後の硬度が優れることがわかる。

【００３２】（実施形態）図４に示すように、上記実施
例１、２の試験片と同様にしてフロントハウジング２及
びリアハウジング３を製造する。フロントハウジング２
及びリアハウジング３の最も薄い肉厚は８ｍｍである。
この際、これらフロントハウジング２及びリアハウジン
グ３は実用的な離型性を発揮した。また、これらフロン
トハウジング２及びリアハウジング３は、切削加工性に
問題を生じず、鋳造欠陥を生じ難く、製造コストの高騰
化を生じなかった。

【００３３】そして、二酸化炭素を冷媒ガスとする圧縮
機を組み付ける。この圧縮機では、図４に示すように、
シリンダブロック１の後端側に弁板４等を介し、シリン
ダブロック１の外周がリアハウジング３により覆われて
いる。リアハウジング３の前端側にはガスケット２ａ等
を介してフロントハウジング３が接合されている。シリ
ンダブロック１とフロントハウジング２とによって形成
されるクランク室５内には駆動軸６が収容され、駆動軸
６は軸受７ａ、７ｂ、７ｃ及び軸封装置７ｄを介して回
転可能に支持されている。そして、シリンダブロック１
には駆動軸６を取り囲む位置に複数個のシリンダボア１
ａが穿設されており、各シリンダボア１ａにはピストン
８がそれぞれ嵌挿されている。

【００３４】クランク室５内において、駆動軸６にはロ
ータ９がフロントハウジング２との間に軸受７ｅを介し
て駆動軸６と同期回転可能に支持され、ロータ１０の後
方には駆動軸６を嵌挿させた斜板１１が装備されてい
る。

【００３５】斜板１１の前面には一対のブラケット１
５、１５（一方のみ図示）が駆動軸６を間に介在させつ
つ斜板１１の上死点位置を跨いで突設されており、各ブ
ラケット１５、１５にはガイドピン１６、１６の一端が
固着され、各ガイドピン１６、１６の他端には球部１６
ａ、１６ａが固着されている。また、ロータ１０の上部
には一対の支持アーム１７、１７（一方のみ図示）が各
ガイドピン１６、１６と対向するように突出している。
各支持アーム１７、１７の各先端部にはガイド孔１７
ａ、１７ａが直線状に貫設されている。これらガイド孔
１７ａ、１７ａ内にはそれぞれガイドピン１６、１６の
球部１６ａ、１６ａが回動かつ摺動可能に挿入されてい
る。

【００３６】また、斜板１１の外周部には、対をなす半
球状のシュー１２、１２が当接されており、これらシュ
ー１２、１２の外周面はピストン９の球支承面と係合さ
れている。こうして、斜板１１にシュー１２、１２を介
して係留される複数のピストン９は各シリンダボア１ａ
内を往復動可能に収納されている。

【００３７】リアハウジング３内は、吸入室３０及び吐
出室３１に区画されている。弁板４には各シリンダボア
１ａに対応して吸入ポート及び吐出ポートが開口形成さ
れており、弁板４とピストン８との間に形成される圧縮
室が吸入ポート及び吐出ポートを介して吸入室３０及び
吐出室３１に連通される。また、吸入室３０とクランク
室５との間には固定絞りを有する抽気通路１ｂが形成さ
れている。そして、リアハウジング３には、クランク室
５の圧力を調整する図示しない制御弁３５が装備されて
いる。圧縮機の外部には凝縮器３２、膨張弁３３及び蒸
発器３４からなる外部冷凍回路が設けられ、吐出室３１
はその凝縮器３２と接続され、吸入室３０はその蒸発器
３４と接続される。

【００３８】以上のように構成された圧縮機では、駆動
軸６の駆動に伴って斜板１１が回転すると、シュー１
２、１２を介して各ピストン８がシリンダボア１ａ内で
往復動し、これにより吸入室３０から圧縮室内に二酸化
炭素からなる冷媒ガスが吸入され、冷媒ガスは圧縮され
た後、吐出室３１へ吐出される。そして、制御弁３５が
吐出室３１内の冷媒ガスをクランク室５に供給すること
によりクランク室５内の圧力が調整され、吐出室３１へ
吐出される冷媒ガスの吐出容量が制御される。

【００３９】この間、フロントハウジング２及びリアハ
ウジング３は、上記実施例１、２の試験片と同一のもの
であるため、必要な靭性及び疲労強度を有するととも
に、好適な強度を発揮する。このため、この圧縮機で
は、冷媒ガスが圧縮により最高２００°Ｃにもなるが、
２００°Ｃの発生頻度が１００時間程度である限り、フ
ロントハウジング２及びリアハウジング３が引張強さ１
４０Ｎ／ｍｍ²以上を維持できた。

【００４０】したがって、この圧縮機は高温条件下でよ
り高い耐久性を発揮できる。また、この圧縮機は、フロ
ントハウジング２及びリアハウジング３がアルミニウム
合金であるため極めて軽量であるとともに、それらの最
も薄い肉厚が８ｍｍであるため小型化を実現している。

【図面の簡単な説明】

【図１】試験の評価１に係り、実施例１、２及び比較例
の引張試験の引張強さを示すグラフである。

【図２】試験の評価２に係り、実施例１、２及び比較例
の引張試験の破断までの伸びを示すグラフである。

【図３】試験の評価３に係り、実施例１、２及び比較例
の硬度を示すグラフである。

【図４】実施形態の圧縮機の断面図である。

【符号の説明】

３１…吐出室５…クランク室２、３…ハウジング（２…フロントハウジング、３…リ
アハウジング）３０…吸入室

フロントページの続き (72)発明者横町尚也愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者山田健史愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内Ｆターム(参考） 3H003 AA03 AB07 AC03 AD01 CD02 CD04 3H076 AA06 BB26 BB38 CC20 CC46

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吐出室及びクランク室の少なくとも一方を
形成するハウジングを有し、吸入室内の冷媒ガスをフロ
ン系である場合よりも高温かつ高圧状態に圧縮して該吐
出室又は該クランク室に介在させる圧縮機において、前記ハウジングはＳｉを９質量％以上含むアルミニウム
合金からなることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】アルミニウム合金はＳｉを１６質量％以下
含むことを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
【請求項３】アルミニウム合金はＳｉを１２質量％以下
含むことを特徴とする請求項２記載の圧縮機。
【請求項４】アルミニウム合金はＦｅを０．５〜０．７
質量％含むことを特徴とする請求項１、２又は３記載の
圧縮機。
【請求項５】アルミニウム合金はＣｕを４〜５質量％含
み、ハウジングは該アルミニウム合金を熱処理したもの
であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の
圧縮機。
【請求項６】アルミニウム合金はＭｇを０．７〜０．９
質量％含み、ハウジングは該アルミニウム合金を熱処理
したものであることを特徴とする請求項１、２、３、４
又は５記載の圧縮機。