JPS60215733A - アルミニウム合金製ベ−ン - 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、ロータリーコンプレッサ、ベーンポンプ等
に用いられるベーンに関する。

（従来技術） 例えばカークーラー用などに広く用いられているロータ
リーコンプレッサは、その−例として第１図及び第２図
にスライディングベーン式のものを示すように、シャフ
ト（１）に固着された円柱状のローター（２）をシリン
ダ（３）の円筒状の室内に偏心状に配設すると共に、シ
リンダ空間内を仕切る複数本のベーン（４１を、その先
端がシリンダ内周面と摺接する状態でローター（２）局
面に進退自在に嵌込んで成り、ローター（２）の時計方
向（第１図において）への回転に伴いベーン（４）によ
る仕切空間容量が連続的に変化するーことを利用して、
吸入口（５）から吸入した低温低圧ガス（８）を高温高
圧ガスに圧縮し、排出口（６）から排出する構成となさ
れている。このため、ベーン（４）による仕切空間内に
ガスを封じ込むため、ローター（２）の厚さ及びベーン
（４）の幅は両サイドプレート（７）＜７）間の距離と
ほぼ等しく設定されている。従って、シャフト（１）の
回転時にはベーン（４）はその先端部がシリンダ（３）
の内周面と摺動するのみならず、その両側端面もサイド
プレート（７）（７）の内壁面と気密状態を保持しつつ
摺動することがらベーン（４）の性質として、ガス圧縮
時に加わる荷重に対する耐荷重性を備えるのは勿論のこ
と、シリンダ（３）、サイドプート（７）との摺動摩擦
に対する高度な耐摩耗性が要求される。これは図示した
スライディングベーン式ロータリーコンプレッサに限ら
ず、ベーン先端部とローター周面とが摺接するローリン
グピストン式やその伯のロータリーコンプレッサ若しく
はベーンポンプ等においても同様である。

加えて、特に、カークーラー用などに用いられるコンプ
レッサ等においては、クーラー用部品の中で最重量物で
あるコンプレッサの軽量化の要求が強いため、この要求
を実現し得るようにベーンをできるだけ軽量に設計する
ことが望まれる。

そこで従来、ベーンの材質として一般にアルミニウム合
金の金型鋳物、あるいはダイカスト品が多く用いられて
いる。即ち、強度、鋳造性、耐圧性に優れたへρ−８＋
−ＣＬＩ系合金鋳物や、強度、耐摩耗性に優れた八ρ−
３ｉ　−ｃｕ　−Ｍｇ系アルミニウム合金鋳物等が多く
用いられていた。

（従来技術の問題点） しかしながら、従来の斯るアルミニウムー合金製ベーン
は、アルミニウム合金鋳物あるいはダイカスト品である
ために、概してアルミニウムマトリックス中に粗大な初
晶及び共晶３ｉ粒子が分散し、強度、耐摩耗性のばらつ
きが大きいという欠点があった請求だ、もとよりベーン
として充分満足すべき機械的強度、耐摩耗性を保有する
ものではなかったため、板厚を厚くして強度を確保せざ
るを得す、さらには潤滑オイルの供給不良等の悪条件下
においてはシリンダ、サイドプレート等との摺動摩擦に
よる摩耗量が増大し、耐久性が著しく損われるというよ
うな問題点もあった。

（発明の目的） この発明は、上記のような問題点を解決することを目的
とするものである。即ち、アルミニウム合金の成分とそ
の合金組織による材質改善により、それ自体できわめて
優れた耐摩耗性を有し、かつ強度にも優れていて耐荷重
性が良く、しかも延性、切削加工性の改善によって製造
を簡易とするアルミニウム合金製ベーンを提供すること
を目的とするものである。

（発明の構成） この発明は、ベーンの材質として、過共晶領域にＳｉを
含有する高シリコンアルミニウム合金であって、しかも
そのアルミニウムマトリックス中の初晶３ｉ粒子及び共
晶３ｉ粒子の粒径と分布状態を特定の範囲に制御したも
のを用いることを概要とするものであり、更に具体的に
は、３ｉを１６〜３０ｗｔ％、ＣＬＩを０．３〜７゜Ｑ
ｗｔ％含み、あるいは更にＭ（＋を０．３〜２゜□ｗｔ
％を含み、残部が実質的にアルミニウムであるアルミニ
ウム合金であって、該合金のアルミニウムマトリックス
中に、粒径４０〜８０μａの初晶３ｉ粒子が全初晶Ｓｉ
粒子面積の６０％以上の面積を占めて均一に分布し、か
つ粒径１０μｍ以下の共晶Ｓｉ粒子が全共晶３ｉ粒子面
積中の６０％以上の面積を占めて均一に分布している材
料をもって形成されているアルミニウム合金製ベーンを
提供するものである。

（構成の具体的な説明と作用） この発明のベーンに用いられる上記のようなアルミニウ
ム合金は、一般的には既知の鋳造法によって鋳造される
鋳塊を、更に熱間にて押出すことにより組織を特定の範
囲に制御して製造されるものである。

先ず、この発明に用いる合金の各成分の範囲限定につい
て、その理由を説明ずれば次のとおりである。

主要な添加元素であるＳ：は、いうまでもなく合金の耐
摩耗性を向上するのに有効なものである。従って、一般
的にはＳｌの含有量が増えるに従って耐摩耗性が向上せ
られるが、この発明に用いるＡｌ１−８ｉ系合金は、過
共晶領域に８１を多量に含んで、アルミニウムマトリッ
クス中に比較的多くの初晶Ｓｉ粒子を分散せしめるもの
とすることが必要である。従って、３ｉの含有量は少な
くとも１６ｗｔ％以上であることを要し、１５ｗｔ％未
満では、ベーンに必要な耐摩耗性をその材料自体によっ
て得ることができない。Ｓｔの含有量は、合金材料の製
造条件を特殊な範囲に選ぶことによって、相当多くの量
にまで増大しうるが、３０ｗｔ％をこえて含有せしめる
ときは、鋳造が著しく困難なものとなるため、それ未満
が許容範囲であり、最も好適には１８〜２ｏｗｔ％程度
含有せしめるのが良い。

Ｃ（Ｉ及びＭｇは、合金の強度の向上に寄与するもので
あり、０．３ｗｔ％未満では、ベーンに所要の機械的強
度を付与することができない。

しかしＣｕが７ｗｔ％をこえるときは、耐食性が著しく
悪くなる。またＭｙが２ｗｔ％をこえる場合は、上記の
効果を格別増大せず、むしろ粗大な晶出物を生成して機
械的性質を劣化する。実験結果から得られた最も好適な
Ｃｕの含有量は、概ね３〜５ｗｔ％程度であり、またＭ
ｇの含有量は０，４５〜０．６５ｗｔ％程度である。

その他の任意的添加元素として、好ましべは例えば３ｒ
および（または）Ｐが添加されうる。

これらの元素はいずれも鋳造時に初晶Ｓ１粒子を微細化
する微細化剤として作用するものである点で均等物であ
り、いずれか少なくとも一方を含有すれば足るが、それ
ぞれ０．００５ｗｔ％未満では上記効果に乏しく、０，
１ｗｔ％をこえでも格別効果の増大を望めない。

更に他の任意的添加元素として用いうるものとしてＮ　
ｉ　ｓ　Ｆ　ｅ　ｓ　Ｍｎを挙げることができる。

これらの元素は、いずれも合金の耐熱性の向上に有効に
寄与するものであり、この作用の面からいずれも均等物
であって、少なくとも１種または２種以上を含有すれば
足りるが、各成分がＱ、５ｗｔ％未満では上記の効果の
実現性に乏しく、逆に３ｗｔ％をこえると切削性が著し
く悪くなる欠点を派生する。

上記のような成分範囲をもつこの発明に係る合金材料は
、その組織を特定範囲に制御するために、鋳造後押出し
工程とを経て製造されるものである。即ち、先ず、上記
のアルミニウム合金を従来の常法に従う溶解鋳造により
アルミニウム合金鋳塊に製作する。この鋳造工程によっ
て得られる鋳塊に含まれる初晶Ｓ１粒子は、上記Ｓｒお
よび（または）Ｐの添加によりある程度微細化したもの
とをしうるが、それでもなおその粒径は、１００μｍに
も達するものを含んで全体として未だ相当に大きいもの
である。また、共晶３ｉ粒子も、粒径３０μ肌程度のも
のを含む全体としてかなり大きいものであり、かつその
形態も針状を呈するものである。

そこで、これらの比較的粗大な初晶及び共晶Ｓｉ粒子を
含む鋳塊を更に３５０〜４２０℃程度の熱間にて押出し
加工する。そして、この熱間押出しにより、合金中に含
む粗大な初晶Ｓ１粒子の一部を破壊し、そのほとんどす
べての粒径が１０〜８０μｍの範囲で、かつ４０μｍ以
上の粒子が全初晶Ｓ１粒子面積に対し６０％以上の面積
比を占める範囲に微細化し、かつその分布を均一化せし
めると共に、共晶Ｓｉ粒子も、針状結晶を長さ方向に分
断して形状を粒状化し、またこれをほとんどすべてが粒
径１５μｍ以下の範囲で、かつ１０μｍ以下の粒子が全
共晶８１粒子面積に対し６０％以上の面積比を占める範
囲に微細化せしめたものとする。上記−に、はとんどす
べてというのは、極めて稀に上記粒径範囲を逸脱するも
のを含むことを許容する趣旨であるが、好ましい製造条
件が採用される場合には、上記粒径範囲を逸脱するよう
な初晶Ｓｉ粒子及び共晶３ｉ粒子は実際上全く含まない
ものとすることができる。

このような好ましい製造条件は、殊に押出し条件として
、ビレット温度：３５０〜４２０℃、ラム速度：　０．
０３〜０．２１１１　／ｌ１ｌｉｎ　、押出：１０〜４
０に設定することであり、さらに好ましくは押出ダイス
にベアリング長さ５〜１５ｍｍのものを用いること等が
挙げられる。

ところで、合金組織中における初晶Ｓｉ粒子の粒径が上
記のように４０〜８０μｍの範囲において６０％以上の
面積比を占めることが限定されるのは、４０μｍ未満の
ものを多く含む場合には所期する優れた耐摩耗性が得ら
れず、逆に８０μｍをこえる粗大なものを多く含む場合
には、・その分布が不均一かつ粗いものとなっＩ耐摩耗
性のばらつきを大きくし、かつ切削性を低下させること
になるためである。また、共晶Ｓ１粒子が粒径１５μｍ
以下でかつ１０μｍ以下のものを面積比６０％以上含む
ことに限定されるのは、初晶Ｓ：粒子の粒径を上記のよ
うな範囲にコントロールすること′によって必然的に上
記範囲に微細化されることになるためであり、あえてそ
の効果を挙げるとすれば、少なくとも共晶Ｓｉ粒子が１
５μｍをこえる粗大なものとして多く残存するときは、
少なくとも切削性に欠陥が派生してくるものと予想され
、従ってその反面効果として、切削性向上の効果を挙げ
ることができる。

（発明の効果） この発明によるベーンは、前記のような成分と組織にな
る高シリコンアルミニウム合金材料をもって形成された
ものであることにより、それ自身が材質的に極めて優れ
た耐摩耗性を有すると共に機械的強度にも極めて優れた
ものであるから、ベーンとして要求される充分な強度、
耐荷重性、耐摩耗性を保有するのはもとよ一す、従来品
のように板厚を厚くする必要がないためさらに軽量なも
のとなし得る。しかも潤滑オイルの供給不良等の悪条件
下においてもベーンの摩耗量が抑制され、ベーンひいて
はコンプレッサ、ポンプ等の耐久性を−著しく向上し得
るものである。

（実施例） 以下、この発明の実施例を示す。

第１表 上記第１表に示す組成のアルミニウム基合金について、
本発明材では、該合金を先ず溶解半ｚＩＩ＋跳拮紮り一
上。Ｔ吉才墨１９　（’１　ｍｍのビレットに製し、次
いでこのビレットを押出温度４１５℃、押出しラム速度
０．１ｍ／ｍｉｎの条件で直径３０ｍの丸棒に押出した
ものにＴ６熱処理を施してベーン材の供試片とした。

本発明材における供試片においては、それに含む初晶３
ｉ粒子はずべてが１０〜８０μｍの粒径範囲に属し、し
かも４０〜８０μｍの範囲のものが明らかに全初晶３ｉ
粒子面積に対し６０％以上の面積比を占めているもので
あった。

かつ共晶Ｓ１粒子も微細化され、そのすべてが少なくと
も１５μｍ以下の粒径範囲で、全共晶３ｉ粒子面積中６
０％以上の面積比を１０μｍ以下のもので占めているも
のであった。

一方、比較材Ｎ０９５は、耐摩耗性に優れたアルミニウ
ム合金として既知のＡＣ８Ａ合金であり、その市販物を
供試片とした。

上記の各種アルミニウム合金材につき、本発明材と同様
の組成で鋳造したままのビレットとも比較して、それら
の耐摩耗性及び切削性を調べたところ、結果は下記第２
表に示すとおりであった。

第２表 （注１）：耐摩耗性試験は、回転円板による大越式耐摩
耗試験機を用いて、摩 環路１１１１：６００ｍ、摩擦速度＝２７ｙＬ／ｍｉｎ
、相手材：　ＦＣ＝３０（ＪＩＳ）の試験条件で実施し
た。

（注２）：切削工具寿命は、前すくい角二〇度、横すく
い角：１０度、前逃げ 角＝７度、横逃げ角＝７度、前切 刃角：８度、横切刃角：０度、ノ ーズ半径：０度、の諸元を有する 超硬バイトを使用し、切込み深さ二 ０．１ｍ１送り速度０．０５ｍ。

回転数：５００ｒｐｍ、潤滑剤二石 油の切削条件で、切削距離：２０ ０ｍの切削を行ったのち、バイト の逃げ面の摩耗幅を測定した。

上表の耐摩耗性の試験結果から分るように、この発明に
係るベーン材は、同じ合金成分をもちながらも、アルミ
ニウムマトリックス中のＳｉ晶の粒径や分布状態の異な
る鋳造したままの材料に較べて、明らかに優れた耐摩耗
性を保有しつつ、そのばらつきの減少の効果が認められ
るものであり、また比較材に較べて顕著に耐摩耗性に優
れたものであった。

一方、切削工具寿命の比較においても、本発明材は、鋳
造したままのものに較べて顕著な改善効果があられれ、
比較材に較べても僅かに劣るが略同等ないしそれ１以上
の優れた切削性を示すものであった。

従って、本発明材を用いて第１図及び第２図に示すスラ
イディングベーン式その他のロータリーコンプレッサや
ベーンポンプ等におけるベーンを製作した場合には、ベ
ーンとして要求される充分な耐荷重性、耐摩耗性を有し
かつ軽量なものに製作することができるものであった。

また、切削性、鍛造性等に優れていることから、加工精
度の高いベーンを容易に得られるものであった。

【図面の簡単な説明】

図面はスライディングベーン式ロータリーコンプレッサ
の一例を示すもので、第１図は要部の側゛面断面図、第
２図は同じく正面断面図である。 （１）・・・シャフト、（２）・・・ローター、（３）
・・・シリンダ、（４）・・・ベーン、（５）・・・吸
入口、（６）・・・排出口、（７）・・・サイドプレー
ト、（８）・・・ガス。 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　Ｓｉを１６〜３０ｗｔ％、Ｃｕを０．３〜７．
   ０ｗｔ％含み、残部が実質的にアルミニウムであるアル
   ミニウム合金であって、該合金のアルミニウムマトリッ
   クス中に、粒径４０〜８０μ而の初晶Ｓｉ粒子が全初晶
   ３ｉ粒子面積の６０％以上の面積を占めて均一に分布し
   、かつ粒径１０μ而以下の共晶３ｉ粒子が全共晶３ｉ粒
   子面積中の６０％以上の面積を占めて均一に分布してい
   る材料をもって形成されていることを特徴とするアルミ
   ニウム合金製ベーン。
2. （２）　Ｓｉを１６〜３Ｑｗｔ％、Ｃｕを０．３〜’７
   ．、Ｑｗｔ％、及びＭｇを０．３〜２．Ｑｗｔ％含み、
   残部が実質的にアルミニウムであるアルミニウム合金で
   あって、該合金のアルミニウムマトリックス中に、粒径
   ４０〜８０μｍの初晶Ｓ：粒子が全初晶３ｉ粒子面積の
   ６０％以上の面積を占めて均一に分布し、かつ粒径１０
   μｍ以下の共晶Ｓ；粒子が全共晶３ｉ粒子面積中の６０
   ％以上の面積を占めて均一に分布している材料をもって
   形成されていることを特徴とするアルミニウム合金製ベ
   ーン。