JPH0417724B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は例えばカーエアコンのロータリーコン
プレツサー等に用いて軽量化を達成できるアルミ
ニウム合金ローターの押出し法による製造方法に
関する。 〔従来の技術〕 従来、ロータリーコンプレツサー等におけるロ
ーターは、鉄鋼系材料を機械加工、鍛造または焼
結することにより作製されている。鉄鋼系材料製
のローターは強度、耐摩耗性に優れたものである
が、軽量化の観点からは劣つている。ローターの
軽量化は、性能を向上するだけではなく、例えば
カーエアコン用コンプレツサーのローターでは低
燃費、省エネルギーにも役立つものである。この
ために、鉄鋼系材料を用いて焼結法によりロータ
ー内部を一部中空として作製し軽量化が図られた
が、素材が鉄系のものである以上、その軽量化に
は限度があつた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記のような現状であるため、ローターの軽量
化が待望されており、軽いアルミニウム合金製の
ローターが検討されている。しかしながら、これ
を実現するには次の三つの問題点がある。 材料とするアルミニウム合金は強度と耐摩耗
性を合せ持つものでなければならない。 製造コストの観点から、ローターのベーン溝
やシヤフト穴等は押出しにより成形したい。 しかしながらのように強度、耐摩耗性を兼
備したアルミニウム合金の押出しは、ダイス強
度の点から困難である。 本発明はこのような問題点を解決した軽量で強
度、耐摩耗性に優れたアルミニウム合金製ロータ
ーの押出し成形による製造を可能とする方法の提
供を目的とするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、アルミニウム合金製ローターを押出
成形するにあたり、ローター用アルミニウム合金
としてSi10〜25重量％、Cu0.5〜５重量％及び
Mg0.2〜1.5重量％、もしくは更にFe，Ni及び
Mnのうちの１種又は２種以上を合計量で0.2〜10
重量％含有するアルミニウム合金からなり且つ
100℃／秒以上の冷却速度で急冷凝固して得た粒
径350μｍ以下の合金粉末を原料として製造され
た冷間静圧成形体を用い、該冷間静圧成形体のビ
レツト前方に易押出性のアルミニウム合金を当て
板として当てて押出すことにより、先頭部が上記
の易押出性アルミニウム合金からなり、これに続
く部分が当該ローター用アルミニウム合金の表面
を易押出性アルミニウム合金が薄く覆つた部分、
残りの部分が当該ローター用アルミニウム合金の
みからなるローター形状の押出材を得ることを特
徴とするアルミニウム合金製ローターの製造方法
である。 ローターの軽量化のためには、ローターにアル
ミニウム合金を用いればよい。しかし、ローター
以外の部品、例えばシリンダーやサイドプレート
が鉄系材料の場合には、アルミニウム合金の熱膨
張率が問題となる。純アルミは鉄の約２倍の熱膨
張率であり、コンプレツサーは170〜180℃の温度
に上昇することがあるため、クリアランスをでき
るだけ小さくして効率の良いコンプレツサーとす
るためには、ローターに用いるアルミニウム合金
はできるだけ低熱膨張率で鉄に近いものほど好ま
しい。 ところで耐摩耗性を確保しつつ熱膨張率を下げ
るためには、Alに一般にSiが添加される。とこ
ろが、多量のSiを添加したアルミニウム合金は押
出性が悪く、すぐにクラツクが入り易いし、又、
塑性流動性が悪いために、押出開始時の初圧が著
しく大きくなるという傾向がある。また一般的に
熱膨張率が低く特性的にローターとして好ましい
組成のアルミニウム合金となる程この傾向が著し
い。こうした初圧が高くなるのは直接押出方式だ
けではなく間接押出方式でも同様である。丸棒等
の単純な形状の場合には初圧が高くても押し詰り
さえしなければ問題とならないが、本発明のよう
にベーン溝付押出形状のようなものを成形する場
合には、ベーン溝部のダイスが片持ち梁となつて
おり、初圧が高いと強度的に持たなくなる。 この初圧を下げる手段としては、温度を上げて
材料の塑性流動を容易にすればよいが、他方高温
で押出すということはダイス強度を下げることに
もなり、有効ではないし、押出材の特性から考え
ても、あまり高い温度は望ましくない。 またオールアルミ化コンプレツサーの場合に
は、Al−Alの摺動による焼付を防止することが
必須であり、この目的のために各種コーテイング
を施すことやセラミツク粒子分散合金化等の対策
も考えられているが、最も有効な手段は各部品に
用いられるアルミニウム合金のSi量やFe，Ni等
の遷移金属量を多くすることである。しかしSiや
遷移金属量が増加するとやはり押出性が悪くなつ
てしまうのである。 そこで本発明者らはこの初圧を下げるのに適
し、かつ特性的にも好ましい方法を鋭意研究した
結果、当該アルミニウム合金ビレツトの前方に、
潤滑効果を持たせる例えばJIS−5052合金やJIS−
6063合金のような易押出性の当て板を当てて押出
し成形を行うという本発明の方法に到達したので
ある。また本発明の方法は直接押出方式及び間接
押出方式のいずれにおいても有効であると判明し
た。 本発明において押出しによりベーン溝及び／又
はシヤフト穴を有するローター形状に成形するの
に用いられるアルミニウム合金としては、Al主
成分としSi10〜25重量％、Cu0.5〜５重量％及び
Mg0.2〜1.5重量％を含有してなるアルミニウム
合金が挙げられる。またAlを主成分としSi10〜
25重量％、Cu0.5〜５重量％、Mg0.2〜1.5重量％
に加えFe，Ni，Mnのうちの１種又は２種以上を
合計量0.2〜10重量％含有するものであるアルミ
ニウム合金も好ましいものである。 さらに本発明の方法は後記するように従来困難
であつた押出し成形を可能とするものであるが、
やはりアルミニウム合金ビレツトの組織が粗大で
偏析していると押出し困難で割れる恐れがあるた
め、できるだけ均一微細な組織のものがよい。こ
の観点から、Siその他の含有元素量が高い合金で
あつても、急冷凝固粉末を原料としたアルミニウ
ム合金が均一微細組織となつており好ましく、
100℃／秒以上の冷却速度で急冷凝固させた粒径
350μｍ以下のアルミニウム合金粉末を原料とし、
これを例えばCIP（冷間静圧成形）後押出した合
金は特に好ましい。 次に本発明のアルミニウム合金のローター形状
押出法を図を参照して具体的に説明する。第１図
は本発明の方法を工程順に示した概略図であつ
て、まず上記したような本発明に好適なアルミニ
ウム合金ビレツト１の押出し方向前方側に押出性
の良好なアルミニウム合金２を当て板として当て
ておき（第１図Ａ段階）、これをプレスコンテナ
３にセツトして（第１図Ｂ段階）プレスシステム
４にて押出す（第１図Ｃ段階）。５はダイスであ
る。このように当て板を当てることによりビレツ
ト前方に潤滑効果を持たせて押出すので、第２図
ａに示すようなベーン溝のある形状または第２図
ｂに示すようなベーン溝及びシヤフト穴のある形
状のローターを押出し成形することができる。押
出し材の先頭部は図では省略したが当て板のAl
合金２で構成され、これに続く部分は当て板の
Al合金２がローター６の表面をうすい層で覆つ
ており、次に当て板のAl合金層がなくなつてAl
合金１のみからなるような押出材がつくられる
（第１図Ｃ段階参照）。このときの押出圧力の変化
は第３図のｂに示すとおりで初圧の急上昇はな
く、容易に押出せる。押出材の当て板Al合金か
らなる先頭部の除去やまた当て板合金のうすい層
は仕上げ加工工程で簡単に除去できる。 本発明の方法に用いることのできる当て板とし
ては、例えばJISの1000番系の純アルミニウム合
金、同3000番系のAl−Mn合金、同5000番系のAl
−Mg合金、同6000番系のAl−Mg−Si系合金等
の易押出性のAl系合金が適している。 このような当て板の使用は初圧を下げ、また高
温押出しを要しないという効果を奏するに加え、
特にローター材料となるアルミニウム合金が鋳造
ビレツトのような緻密ビレツトではなくて粉末合
金のCIP成形体のようなものの場合には、押出頭
部がダイスの裏逃部にひつかかり押詰りの原因と
なることを防止できると共に、頭部の不良部を減
少させ歩留りを向上させる効果を奏する。 〔実施例〕 実施例１、比較例１ 表１の左欄に示すイ〜ホの各種合金のビレツト
（155mmφ×600mmφ）を450℃に加熱した後、ダイ
ス加熱温度を350℃とし、表１に示すような当て
板無し又は当て板有りの条件下で、第２図ａに示
す形状（70mmφ）に、1500tonプレスで間接押出
しした。当て板としては易押出性のJIS−5052合
金（Al−0.2％Si−2.6％Mg−0.25％Cr、155mmφ
×20mmφ）を用いた。 当て板無しで行つた場合（比較例１）では、
JIS−6062合金ニ、JIS−5052合金ホ以外は、すべ
てダイスのベーン溝部が根元より破損してしまつ
た（表１の結果の欄に×印で示す）。このときの
イ〜ハの場合の押出圧力変化は第３図ａに示すと
おりで、初圧が1400〜1500tonと非常に高かつた。 上記のようにそのままでは押出成形できなかつ
たイ〜ハについて、本発明によりJIS−5052合金
の当て板有りで押出した場合（実施例１）では押
出圧力変化は第３図ｂに示すとおりで、初圧が定
常圧と殆んど同レベルに下がり、ダイスは破損せ
ず、又100プツシユの後でも疲労破壊しなかつた
（表１の結果の欄に〇印で示す）。なお実施例１で
得られた押出材は、その押出材頭部300mmが当て
板材からなるが、これを除くと、外周表面に厚さ
0.2mm以下で当て板材が覆つているので、仕上加
工時にこの当て板材は十分に取り除くことができ
た。

【表】 実施例２、比較例２ 実施例１におけるイ，ハ，ホの合金の中空ビレ
ツト（外径225mm、内径95mm、長さ300mm）を450
℃に加熱した後、第２図ｂに示す形状（外径70
mm、内径20mm）に、2500ton複動プレスを用いて
表２の条件で直接押出した。ダイス加熱温度は
350℃、当て板材質は実施例１と同様にJIS−5052
合金を用いた。 結果を実施例１の場合と同様に表２に〇×で示
す。ホのJIS−5052合金以外は当て板無しではダ
イスが破損したが、本発明により当て板有りで行
つたところイ，ハのいずれも初圧が下がり、ダイ
スの破損なく、正常な形状の押出材が得られた。
なおこの例では直接押出のためコンテナとビレツ
トの間に摩擦抵抗があり、見掛け上の初圧も上昇
している。

〔発明の効果〕

以上の説明と実施例の結果から明らかなよう
に、本発明は難押出性のアルミニウム合金のビレ
ツト頭部の前方に、易押出性のアルミニウム合金
の当て板を当てて押出すことにより、合金がフロ
ーし始める初圧を下げることができるので、ダイ
スの破損なく押出成形が可能となり、ベーン溝や
シヤフト穴の付いた高合金元素のアルミニウム合
金製ローターを作製することができる。 また本発明によるアルミニウム合金製ローター
は、軽量で耐摩耗性、強度、耐焼付性に優れてお
り、カーエアコン等のロータリーコンプレツサー
等に用いれば軽量化、低燃費化、省エネルギー化
を達成できるに加え、押出成形法で作製されるの
でコスト面でも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様の工程を順に示した
概略説明図である。第２図ａ及び第２図ｂはいず
れも本発明に係わるアルミニウム合金製ローター
でベーン溝付きのもの及びベーン溝とシヤフト穴
付きのものの上面図である。第３図ａ及び第３図
ｂは押出し成形における押出圧力の変化を示す概
略図であつて、第３図ａは当て板なしの場合、第
３図ｂは本発明により当て板を用いて行つた場合
のものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アルミニウム合金製ローターを押出成形する
   にあたり、ローター用アルミニウム合金として
   Si10〜25重量％、Cu0.5〜５重量％及びMg0.2〜
   1.5重量％、もしくは更にFe，Ni及びMnのうち
   の１種又は２種以上を合計量で0.2〜10重量％含
   有するアルミニウム合金からなり且つ100℃／秒
   以上の冷却速度で急冷凝固して得た粒径350μｍ
   以下の合金粉末を原料として製造された冷間静圧
   成形体を用い、該冷間静圧成形体のビレツト前方
   に易押出性のアルミニウム合金を当て板として当
   てて押出すことにより、先頭部が上記易押出性ア
   ルミニウム合金からなり、これに続く部分が当該
   ローター用アルミニウム合金の表面を易押出性ア
   ルミニウム合金が薄く覆つた部分、残りの部分が
   当該ローター用アルミニウム合金のみからなるロ
   ーター形状の押出材を得ることを特徴とするアル
   ミニウム合金製ローターの製造方法。