JPH02283889A - 気体圧縮機 - 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、ベーンロータリ型気体圧縮機、特に自動車
の空調用ベーンロータリ型フロンガス圧縮機に関する。

（従来の技術） 自動車の空調用ベーンロータリ型フロンガス圧縮機は、
最近、軽量化を目的として、主要部品にアルミニウム合
金が用いられている。

しかも、構成各部における隙間を考慮してアルミニウム
合金を高シリコンアルミニウム合金にしたり、更に構成
各部の温度差を考慮して、主要部品毎にシリコン含有率
を変えたり、常温隙間を変えたり、或いは一部の主要部
品のみを鉄系合金のままにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、シリコン含有率の高率化は、材料の機穢的強度
の劣化、対向面への擦傷を招く初晶８１粒の粗大化、製
造の困難を招く材料の被切削性の悪化・鋳造温度の高温
化、高価格化等の諸問題がある。従って、シリコン含有
率の高率化にも限度がある。

単なるシリコン含有率の高率化や常温隙間の変更も、圧
縮機の運転状態が多様であるので、その全てに対応する
ことは困難な上、高温運転では効果がない、従って、運
転中の隙間から気体の漏洩。

延いては、その再圧縮による温度の上昇が遺られない、
それが更に温度上昇の因となるという問題がある。

隙間問題のために、一部の主要部品のみを鉄系合金にす
ると軽量化が殺がれると共に、一部の主要部品がシリン
ダ、又はフロントサイドブロック・リアサイドブロック
の場合にはボルト締め等で一体結合されているので熱応
力、即ち歪が多く残留し、一部の主要部品がベーンの場
合には、更に遠心力の増大による動力損失、高速度時の
ベーンの跳躍による諸障害が圧縮機の大型化を阻む。

〔課題を解決するための手段〕

この発明によるベーンロータリ型気体圧縮機は、主要構
成要素であるシリンダ、フロントサイドブロック、リア
サイドブロック、ロータ及びベーンの全てが軽量、且つ
熱膨張係数の小さいＡｌ−Ｓｉ系合金で形成され、その
各要素のＡｌ−Ｓｉ系合金に含有されるＳｉの成分範囲
及び熱膨張係数αの範囲が次のようなものである。

フロントサイドブロック： Ａｌ−（９．５〜１８．０％）Ｓｉ； α＝１８．０〜２０．５　Ｘ　１０−６／”Ｃシリンダ
：Ａｌ−（１６，０〜２０．０％）Ｓｉ；α＝１７．０
〜１８．５　ｘ　１０−’／”Ｃリアサイドブロック： Ａｌ−（１８，０〜２５．０％）Ｓｉ；α＝１５．５〜
１７．５　Ｘ　１０−’／’Ｃロータ：　　Ａｌ−（９
．０〜１４．０％）Ｓｉ；α＝１９．０〜２０．５　Ｘ
　１０−’／’Ｃベーン：Ａｌ−（９．０〜２１．０％
）Ｓｉ；α＝１７．０〜２０．５　Ｘ　１０−’／”Ｃ
αの測定温度範囲＝２０〜１００℃ 更に、必要に応じて、Ａｌ−Ｓｉ系合金同士が直接相対
して滑動する面、即ちベーン先端面−シリンダ内周面、
ベーン前後面−ロータのベーン溝内壁面、ベーンサイド
面−フロントサイドブロック及びリアサイドブロック端
面、ロータ外周面−シリンダ内周面、ロータサイド面−
フロントサイドブロック及びリアサイドブロック端面の
５箇所には、少なくとも滑動対向面の一方に樹脂コーテ
ィング、電気メッキ等が施されている。

そうして、ロータは、上記の成分範囲のＡｌ−Ｓｉ系合
金で形成した大径円筒部の中心孔に焼入れした鋼製の小
径の軸が圧入等の方法で嵌合・締結されて構成されてい
る。

〔作　　用〕

ベーンロータリ型気体圧縮機は、主要構成要素であるシ
リンダ、フロントサイドブロック、リアサイドブロック
、ロータ及びベーンの全てが軽量、且つ熱膨張係数の小
さいＡｌ−Ｓｉ系合金で形成しているので、軽量化され
ると共にベーンに働く遠心力が減少される。

そうして、シリンダ、フロントサイドブロック、リアサ
イドブロックのＡｌ−Ｓｉ系合金に含有されるＳｉの成
分及び熱膨張係数の各範囲が上記のようであるので、フ
ロントサイドブロック、シリンダ及びリアサイドブロッ
クの熱変形が小さく、且つ王者間で均一で、一体的に結
合された王者において発生する熱応力が小さくなる。

更にロータ及びベーンにおけるＳｉの成分及び熱膨張係
数の各範囲が上記のようであるので、高温下での各部隙
間の広がりが防止され、熱的安定性が付与される。

更に、必要に応じて、Ａｌ−Ｓｉ系合金同士が直接相対
して滑動する面、即ちベーン先端面−シリンダ内周面、
ベーン前後面−ロータのベーン溝内壁面、ベーンサイド
面−フロントサイドブロック及びリアサイドブロック端
面、ロータ外周面−シリンダ内周面、ロータサイド面−
フロントサイドブロック及びリアサイドブロック端面の
５箇所には、少なくとも滑動対向面の一方に樹脂コーテ
ィング、電気メッキ等が施されているので、Ａｌ−Ｓｉ
系合金同士の直接接触が遺けられ、凝着、延いては摩耗
・焼付きが生じない。

そうして、ロータは、上記の成分範囲のＡｌ−Ｓｉ系合
金で形成した大径円筒部の中心孔に焼入れした鋼製の小
径の軸を圧入等の方法で嵌合・締結されているので、Ａ
ｌ−Ｓｉ系合金の作用をすると共を乙回転トルクを十分
に伝達する。

〔実　施　例〕

この発明の詳細な説明する。

一実施例のベーンロータリ型気体圧縮機において、その
主要構成要素であるシリンダ、フロントサイドブロック
、リアサイドブロック、ロータ及びベーンの全ては、次
のようなＳｉの成分及び熱膨張係数αのＡｌ−Ｓｉ系合
金で形成されている。

フロントサイドブロック： Ａｌ−（１４，０％）Ｓｔ； α＝　１９．０　Ｘ　１０−６／’Ｃ シリンダ：Ａｌ−（２０，０％）Ｓｉ；α＝　１７．　
ＯＸ　１０−６／’Ｃ リアサイドブロック： Ａｌ−（２３，０％）Ｓｉ； α＝　１６．　ＯＸ　１０−６／’Ｃ ロータ：Ａｌ−（１１，０％）Ｓｉ； α＝　２０．　ＯＸ　１０−６／”Ｃ ベーン：Ａｌ−（１１，０％）Ｓｉ； α＝　２０．　ＯＸ　１０−’／’Ｃ αの測定温度範囲：２０〜１００℃ 上記のような条件の主要構成要素であるシリンダ、フロ
ントサイドブロック、リアサイドブロック、ロータ及び
ベーンの各要素間の隙間と温度との関係は、第１図に示
されている。

図中各点は、運転状態（高温状態）における各部の温度
を示し、シリンダと両側サイドブロックとがボルト締め
で一体化されているので、締着された両者の寸法は、両
者の指示点を結ぶ破線の中点で示されている。このこと
は、第３図においても同様である。

ロータのシリンダ（フロント側）最小内径及びシリンダ
（リア側）最小内径に対する外径隙間（寸法差）は、従
来、常温では共に５０μｍであるのに対し、高温でも前
者に対しては３８μ亀、後者に対しては５５μ田であり
、余り拡大せず、安定している。

ロータのサイド隙間についても同様である。

又、ベーンのサイド隙間も従来常温では１００μｍであ
るのに対し、高温でも略等しい９８μｍである。

従って、初期隙間を可能な限り短縮することにより、常
温・高温における各隙間を従来品より小さくし得る。

更に、フロントサイドブロック・シリンダ間及びリアサ
イドブロック・シリンダ間の寸法差（締着された両者の
非締着の場合における高温時の寸法差）が非常に小さく
　（リアサイドブロック・シリンダ間で７μｍ）、ボル
ト等で結合された王者における熱応力の発生も非常に小
さいものとなる。

従って、上記のようなＡｌ−Ｓｉ系合金の組合せによれ
ば、高温においても吐出温度の上昇もなく。

高性能で長期的に安定した品質のベーンロータリ型気体
圧縮機が構成される。

上記の実施例の数値は、適切な一例であり、その数値は
下記に述べるように適宜の範囲をとることが許される。

Ａｌ−Ｓｉ合金の成分範囲の設定に当っては、次のよう
な事項が考慮される。

（１）ＪＩＳ規格品では合金成分に２％程度の幅のばら
つきがある。

（２）ＪＩＳ合金、又は類似の合金等の使用可能な合金
が夫々何種類かずつ存在する。

（３）圧縮機の容量によって最適成分が若干異なつてく
る、つまり、大容量はど各部品の寸法も大きく、その分
、熱膨張は小さい方がよい。

（４）ノーマルタイプと容量制御タイプというように設
計により構成・材料が異なる。

（５）運転条件は多岐に亘り、合金成分にはその夫々に
応じた最適値がある。

（６）製造方法、コスト及び強度・耐摩耗性等に制約が
ある。

第２図には、Ａｌ−Ｓｉ系合金におけるＳｉ含有量と熱
膨張係数との関係を示し、熱膨張係数は、略Ｓｉ含有量
に逆比例する（通常、Ｓｉ以外にも５％未満程度のＣｕ
及び１．５％未満程度のＭｇが含育されているが余り影
響しない）、なお、第２図には、代表的な鋳造用Ａｌ−
Ｓｉ合金の成分範囲及び熱膨張係数の代表値も示されて
いる。

そこで、フロントサイドブロック・シリンダ・リアサイ
ドブロック用の材料としては、これらの鋳造用Ａｌ−３
ｔ合金を想定している。

第３図には、熱膨張係数αが１５．０Ｘ１０−’〜２１
．　ＯＸ　１０−’／’Ｃの範囲の各構成部品について
、上記のことを考慮してαの１．０ＸＩＯ−’／℃毎の
温度と寸法との変化関係が示されている。

第２図及び第３図から考察すると、発生する熱応力がで
きるだけ小さい実用のＡｌ−５ｉ系合金としては、フロ
ントサイドブロック、リアサイドブロック及びシリンダ
に関しては、次のようなものが望ましい。

フロントサイドブロック： Ａｌ−（９．５〜１８．０％）Ｓｉ； α＝１８．０〜２０．５　ｘ　１０−６７℃シリンダ：
Ａｌ−（１５，Ｑ〜２０．０％）Ｓｉ；α＝１７．０〜
１８．５　ｘ　１０−６／℃リアサイドブロック： Ａｌ−（１８，０〜２５．０％）Ｓｉ；α＝１５．５〜
１７．５　Ｘ　１０−’／’Ｃ次に、上記のように選定
した材料のフロントサイドブロック、リアサイドブロッ
ク及びシリンダに対応して、高温度においても隙間が広
がらないようにロータ及びベーンに用いる合金の成分範
囲を選定しなければならない。

ロータ用の合金としては、熱膨張係数がフロントサイド
ブロック、シリンダ及びリアサイドブロックより大きい
ということの他、特に高い強度と靭性とが要求される。

その様な条件で、且つ常温における隙間（５０μｍ）が
高温でも広がらないような範囲を定めると、第３図に示
すようになる。

即ち、 Ａｌ−（９．０〜１４．０％）Ｓｉ； α＝１９．０〜２０．５　ｘ　１０−６／’Ｃの共晶組
成でＡＤＣ１２と類似した組成の連続鋳造Ａｌ−Ｓｉ系
合金、又は押出しＡｌ−Ｓｉ系合金である。

ベーン用の合金としては、基本的にはロータ用合金と同
様で、上記のように共晶組成のものが望ましいが、実際
には、メッキ等の処理が必要であり、その剥離強度を高
めるために、下地としてのＡｌ−Ｓｉ系合金の硬度が出
来るだけ高いことが要求される。

又、設計上、特に容量制御タイプのようにフロントサイ
ドブロックとベーンサイドとの間に制御プレートが入り
、その隙間が加わってしまう構造のものに対しては、初
期のベーンサイド隙間をその分だけ小さくしたいという
要望もあるため、熱膨張が小さい高シリコンアルミニウ
ム合金の使用を認め、使用する合金の成分範囲をロータ
より広く設定した。

第３図において、高温時の隙間を先ず２０μ環（程度）
と設定し、更に常温時の隙間が最低でも１０μｍ以上あ
るという条件を加えて次の範囲とする。

Ａｌ−（９．０〜２１．０％）Ｓｉ　；α＝１７．０〜
２０．５　ｘ　１０−’／℃以上のことよりＡｌ−Ｓｉ
系合金の使用に伴う最大の難点をも言える熱的な不安定
性を解消することができるが、更に好ましくは、次に述
べる事項をも加え行なうことにより、長期間の使用に耐
え得る耐久性を具備させることが可能である。

Ａｌ−Ｓｉ系合金とＡｌ−Ｓｉ系合金とかに接摺対して
滑動する面には、少なくとも、一方の面にＡｌ．−Ｓｉ
系合金同士の直接の接触を避け、凝着・焼付きを防止す
ることを目的としてメッキ乃至樹脂コーティングを施す
。

具体的には、ベーンの先端及び前・後面に、或いは更に
フロント側・リア側のサイド面にも、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ
Ｃ等のセラミック微粒子、又はｈ（大方晶）−ＢＮ等の
自己潤滑剤を複合分散したＮ１−Ｐ系合金、又は鉄系合
金の電解分散メッキ層を電着する。

又、ロータの外周部には、テフロン（商Ｓ）等の樹脂コ
ーティングを施す、この樹脂コーティングは、ロータの
加工、研暦仕上げ、脱脂及び凹凸付加用の下地処理とし
てのサンドブラスト処理を順次行った後、固体潤滑剤と
結合樹脂とを溶剤で溶かしたものをスプレーによって吹
付は撒布し、加熱によって硬化して得られる。コーティ
ングの厚さは１０〜１５μＩにする。

前記の固体潤滑剤ととしては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフ
ルオロエチレン、テフロン（商標））、又はＰＴＦＥと
ＭｏＳ２との混合物を用い、結合樹脂としでは、エポキ
シ、ポリアミドイミド等の高知、且つ耐熱性の熱硬化性
樹脂を用いる。加熱硬化は、最高強度を得るためには２
３０℃・３０ｍ１ｎ程度で行なうのがよいが、Ａｌ−Ｓ
ｉ系合金のＴ６処理（焼入れ・焼戻し）ａ度が精々１８
０℃（焼入れ温度５００℃・焼戻し温度１８０℃以下）
であることを考慮すれば、実際には１８０℃・３０ｍ１
ｎが適当である。

上記のコーティングを施すことにより、その膜厚分だけ
ロータの外径寸法を小さくすることが可能であるので、
その分Ａｌ−Ｓｉ系合金同士が焼付く確率を減じること
が可能である。或いは、ロータの寸法な膜厚の半分だけ
小さくするのに止め、被膜の残り半分で初期の隙間を短
縮させることも可能であり、そうすることによりガスの
漏洩を減少し、吐出温度の低減や性能の向上を図ること
が出来る。

更に、ベーンのサイド面及びロータのサイド面が滑動す
るフロントサイドブロックの端面及びリアサイドブロッ
クの端面にも上記と同様の樹脂コーティング層を吹き付
け、その後、焼付は成形するこ七も好ましい。

なお、ベーンの両側サイド面にも電解分散メッキ層を電
着した場合には、ロータの全周面（外周面及び同側面）
に樹脂コーティングを施すことによりフロントサイドブ
ロック及びリアサイドブロック・＼の樹脂コーティング
を省くことが出来、逆にフロントサイドブロックの端面
及びリアサイドブロックの端面に上記と同様の樹脂コー
ティング層を吹き付け、その後、焼付は成形した場合に
は、ベーンの同側サイド面へのメッキ及びロータの両側
面への樹脂コーティングを省くことが出来るが、何れに
しても効果は同じであり、その選択は経済性によって決
められる。

以上の様なメッキや樹脂コーティングを施すことによっ
て、全滑動面は対向する少なくとも一方が被覆されるた
め、耐久性が向上する。

ロータの全体をＡｌ−５ｉ系合金で形成すると、ロータ
軸の先端部が過剰負荷時の捩じりトルクに耐えられない
ので、ロータ軸だけは焼入れにより強化した鋼で形成し
、このロータ軸なＡｌ−５ｉ系合金製の大径円筒体部材
の中心孔に圧入等により嵌合締結した後、大径円筒体部
材にベーン溝を形成するのである。但し、設計強度的に
ベーン溝底部から軸までの厚みは余り採ることが出来な
いので、実際には、締結長さの約半分を単純圧入とし、
残り半分をスプライン結合として、回転トルクは主にス
プライン結合により伝達するようにする。

〔発明の効果］ この発明のベーンロータリ型気体圧縮機よれば。

ベーンロータリ型気体圧縮機の軽量化を目的として、主
要部品に適宜のＡｌ−Ｓｉ系合金を用いることに伴う種
々の問題、特に高温における圧縮機各部の隙間の増大及
び熱応力の増大による吐出温度の上昇、圧縮機の性能・
耐久性の低下というような熱的不安定性に起因した問題
、並びにＡｌ−５ｉ系合金同士の焼付きというような問
題を一挙に解決し得る。

かくして、この発明によれば、ベーンロータリ型気体圧
縮機は、軽量化のために主要部品に適宜のＡｌ−５ｉ系
合金を用いても、鉄系合金製のベーンロータリ型圧縮機
に比し何ら遜色がなく、そのまま大幅に軽量化される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例におけるベーンロータリ型
気体圧縮機のシリンダ、フロントサイドブロック、リア
サイドブロック、ロータ及びベーンの各要素間の隙間と
温度との関係を示すグラフ、第２図は、Ａｌ−Ｓｉ系合
金におけるＳｉ含有量と熱膨張係数との関係を示すグラ
フ、 第３図は、この発明の実施例におけるベーンロータリ型
気体圧縮機の熱膨張係数αが１５．０Ｘ１０６〜２１．
ＯＸ　１０−６／’Ｃの範囲の各構成部品の１．　ＯＸ
　１０−’／’Ｃ毎の温度と寸法との変化関係を示すグ
ラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　シリンダ、フロントサイドブロック、リアサイ
   ドブロック、ロータ及びベーンを軽量、且つ熱膨張係数
   の小さいＡｌ−Ｓｉ系合金で形成し、その各要素のＡｌ
   −Ｓｉ系合金に含有されるＳｉの成分範囲が次のような
   ものであるベーンロータリ型気体圧縮機 　フロントサイドブロック： Ａｌ−（９．５〜１８．０％）Ｓｉ シリンダ：Ａｌ−（１６．０〜２０．０％）Ｓｉ　リア
   サイドブロック： Ａｌ−（１８．０〜２５．０％）Ｓｉ ロータ：Ａｌ−（９．０〜１４．０％）Ｓｉベーン：Ａ
   ｌ−（９．０〜２１．０％）Ｓｉ（２）　Ａｌ−Ｓｉ系
   合金同士が直接相対して滑動する面、即ちベーン先端面
   −シリンダ内周面、ベーン前後面−ロータのベーン溝内
   壁面、ベーンサイド面−フロントサイドブロック及びリ
   アサイドブロック端面、ロータ外周面−シリンダ内周面
   、ロータサイド面−フロントサイドブロック及びリアサ
   イドブロック端面の５箇所には、少なくとも滑動対向面
   の一方に樹脂コーティング、又は電気メッキが施されて
   いる請求項第１項に記載のベーンロータリ型気体圧縮機 （３）　ロータがＡｌ−Ｓｉ系合金で形成した大径円筒
   部の中心孔に焼入れした鋼製の小径の軸が圧入等の方法
   で嵌合・締結されて構成されている請求項第１項、又は
   第２項に記載のベーンロータリ型気体圧縮機