JPS63230978A

JPS63230978A - ベ−ン型圧縮機

Info

Publication number: JPS63230978A
Application number: JP6397487A
Authority: JP
Inventors: Fumio Kiyota; 清田　文夫; Tatsuo Fujita; 藤田　達生; Shuji Yokozeki; 横関　修史; Katsumi Takiguchi; 勝美滝口; Manabu Shinada; 品田　学
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1987-03-20
Filing date: 1987-03-20
Publication date: 1988-09-27

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】（発明の技術分野）本発明は、冷媒ガス等の気体を圧縮するベーン型圧縮機
に関し、特に車両積載空調用として、摺動部品の材料と
表面処理の改善により著しく軽量化し、且つローターと
シャフトとの結合を強固としたベーン型圧縮機に関する
ものである。

（従来技術と問題点）ベーン型圧縮機は、通常円筒型若しくは楕円型の内筒形
状を有するシリンダブロックの両側にサイドプレートが
固定されて圧縮機本体が構成されており、この圧縮機本
体内にローターを配置し、このローターには放射方向に
向けて複数個のベーン溝を設け、ベーンを出没自在に挿
入し、このベーンを前期シリンダブロックの内周面に押
しつけながら前期ローターを回転させることによりベー
ンで仕切られた圧縮室の気体を圧縮するようになってい
る。

このベーン型圧縮機は、車両に積載されて空調を行なう
目的で多用されている。しかし、近年前輪駆動の乗用車
が多くなり、ボンネット内部にはエンジンや変速機とと
もに多くの機器が集合している。このため、重量が車体
前部に集中することからエンジンや変速機と共にボンネ
ット内部に設置される圧縮機も燃費向上の見地から軽量
化が強く求められている。

ベーン型圧縮機は、すでにケーシングやベーンはアルミ
ニウム合金が使用されており、更に軽量化を進めるため
には、摺動部分を持つ部品（シリンダブロック、ロータ
ー、サイドプレート）についてまでもプラスチックやア
ルミニウムのような軽量材質で部品を構成しなければな
らない。これらの部品は使用温度が高く摺動条件も苛酷
なためプラスチック材よりもアルミニウム合金が適する
と考えられる。

まず、従来のベーン型圧縮機の主要部品の構成について
説明する。

シリンダブロックは、摺動特性や機械加工性が良好なこ
とから片状黒鉛鋳鉄が一般的に用いられており、ロータ
ーは、シャフトと一体の鋼材や、鉄系の焼結合金のロー
ターを鋼製シャフトに圧入したものが多く用いられてい
る。サイドプレートは、ローターやベーンと摺動する面
の耐焼付性が求められることから、保油性の良好な材料
である片状黒鉛鋳鉄や鉄系の焼結合金が多く用いられて
いる。このように、摺動上から６材料組合せや、ロータ
ーとシャフトの結合については配慮されたものとなって
いる。しかし、っぎのような問題点を有している。

ベーンは、シリンダブロックの内周面に押しつける力と
して潤滑油の圧力のほかに遠心力が作用するため軽量で
あることが必要で、しかもローター溝の加工方法の制約
で溝の寸法を小さく出来ないことから、どうしても材質
を軽量なものとせざるをえない。このため、耐摩耗性に
すぐれている高Ｓｉアルミニウム合金が、現在一般的に
用いられている。しかし、前述の鉄系材料からなるシリ
ンダブロックやローター材に比べて、高Ｓｉのアルミニ
ウム合金の熱膨張係数は５〜９　Ｘ　１０−”／℃も大
きいことから、ベーンとサイドプレートの間のクリアラ
ンスと、ベーンとローター溝巾のクリアランスを太き（
設定する必要があり、このため運転初期の温度が低い状
態では圧縮機の性能が低くなっている。しかもクリアラ
ンスを確保する選択かん合して圧縮機を組立てているの
が実情である。

ベーン型圧縮機における上記の問題点の改良や、軽量化
を目的としてベーン以外の摺動面をもつ部品（シリンダ
ブロックやローター、サイドプレート）をアルミニウム
合金とした構造とすることは容易に考えられる所である
。しかし、摺動上の問題とローターと鋼製シャフトとの
結合が困難であり、結合強度も不十分であったために、
これらの部品のアルミニウム合金化は軽量化効果が大き
いにもかかわらず実現されていなかった。

これらの主要部品を従来アルミニウム合金化できなかっ
た摺動上の問題についてまず説明する。

シリンダブロックとベーンの間では、焼付やべ−ンの摩
耗が問題となっている。特に、低速高負荷のような温度
が上昇する使用条件下では、摺動面間の油膜が薄く切れ
やすくなるために、ベーン及びシリンダブロック内周面
に著しい摩耗を発生する。

シリンダブロックやベーンを耐摩耗性に優れたＡ３９０
合金のような高Ｓｉアルミニウム合金としても、この摩
耗の問題点は解決されない。

ローターとベーン間では、ローターの溝面とこれに摺動
するベーンの側面との間の焼付が問題となっている。ベ
ーンはローターの溝の中を往復動するが、この部分は潤
滑効果が不十分なため摩耗や焼付が生じる。ローターの
材質を高Ｓｉアルミニウム合金とすることで、焼付の傾
向は緩和されるが、始動時には潤滑油膜が摺動面に存在
しない事が多く、このため、始動の繰り返しをすると摺
動面に発生する傷が大きくなりやがて焼付を発生してし
まう。

サイドプレートとローターの間、及びサイドプレートと
ベーンの間では、何れも焼付が問題であり、特にサイド
プレートとローターとの間では、大きなスラスト方向の
力が負荷されるため、焼付が発生しやすい。

つぎに、もう一つのアルミニウム合金化を妨げていたロ
ーターとシャフトとの結合構造上の問題について説明す
る。

ローターをアルミニウム合金とすると、鋼製シャフトと
の結合も大きな問題となる。従来は、このような円筒形
状の部材をシャフトに結合する方法としては、焼きばめ
、冷しぼめ、圧入が一般的に実施されている。これらの
結合方法では、結合工程での問題と使用時の問題がある
。

先ず結合工程での問題は次のようである。

焼きばめでは、締め代は一般的に１／１０００〜３／１
０００である。アルミニウム合金の熱膨張係数はＡ３９
０合金のような場合では約１．８×１０−’／”Ｃであ
るから、計算上の焼きばめ温度は６０〜１７０℃となる
。しかし実際の作業ではこれより１００〜１５０℃高い
温度とするのが通常である。このような温度で加熱保持
されることにより、アルミニウム合金は硬度や強度の低
下をきたすほか、シャフトの挿入時にシャフトとロータ
ーの軸方向接触距離が長いため、接触によりガジリを生
じやすいという問題点がある。冷しぼめは、シャフトを
冷却して収縮させてローターに挿入する方法であるが、
上記の締め代を確保するためには一２００℃以下の温度
に保持する必要がある。

シャフトは質量が小さいため容易に温度が上昇し挿入時
のクリアランスを確保しにくく焼付を生じやすい。圧入
では、シャフトとローターの軸方向接触距離が長く、ク
リアランスも無いために容易にガジリを生じてしまう、
一度ガシリを生じたローターの内周面は損傷がひどく再
生不能である。

つぎに、アルミニウム合金製ローターと鋼製シャフト結
合体の使用時の問題点について述べる。

ローターとシャフトの雰囲気温度範囲は、−４０〜１５
０℃程度であり、場合によっては２００℃に近い温度に
達することもある。従って、前述の焼きばめや、圧入の
締め代では、シャフトに比ベアルミニウム合金製ロータ
ーの熱膨張係数が太きいため、大きな負荷トルクに耐え
きれない。この対策をして締め代を増加することが考え
られるが、締め代の増加はローターに発生する周方向の
引張り応力を増大させ、はめ合い時や、使用時にロータ
ーの薄肉部や端部に応力集中によりクランクを生じてし
まうために対策としては採用出来ない。

スプラインやセレーション締結では、大きなトルクの伝
達が可能であるが、ローターの外部の軸までスプライン
やセレーションが設けられているとその溝底に曲げとね
じりの応力が集中し軸の疲労強度が低下する。ローター
の両端部にスプラインやセレーションが設けられている
とローターも応力集中によりその箇所から破壊しやすく
なる。

またローターと軸との間にクリアランスがどうしても存
在するために、そこに切り粉が人込みやすく使用時に切
り粉が摺動面に出てきて摩耗傷をつけ、焼付きを発生さ
せたり、シール性を阻害する等の問題を生じる。また、
圧入時に焼付のトラブルを生じやすい問題もあった。

（発明の目的）本発明は、上記のようなベーン型圧縮機の摺動面を有す
る部品のアルミニウム合金化に伴う問題点を解消し、軽
量なベーン型圧縮機を提供する目的でなされたものであ
る。

（発明の構成）本発明はベーン型圧縮機の摺動面を有する部品のアルミ
ニウム合金化に伴う問題点を解消するため、次にような
構成とした。

まず、摺動上の問題を解決するために、次のような材料
と表面処理の組合せを主要部品について行なった。

シリンダブロックを耐摩耗性に優れた過共晶Ｓｉアルミ
ニウム合金とした。特に好ましくはＳｉ　二１４〜２５
％、Ｃｕ　：３〜８％、Ｍｇ：０．１〜２．０％を必須
の成分とし、残部が実質的にＡＩによりなる化学組成を
有し、Ｔ６もしくはＴ７処理をして使用する。

ローターは、サイドプレート及びベーン側面との摺動特
性と、軸との結合強度、及びベーンを収容する溝底の強
度ならびに製造面（熱間押出性、セレーション部の結合
性）の要求特性を満足するためＳｉを多く含有するアル
ミニウム合金とした。

特に好ましくは、Ｓｉ：１０〜１８％、Ｃｕ：２〜８％
、Ｍｇ：０．１〜２．０％を必須の成分とし、残部が実
質的にＡＩによりなる化学組成を有し、且つ基地中のＳ
ｉ粒子の大きさが平均粒径で３μｍ以上である組織を有
しＴ６もしくはＴ７処理をしシリンダブロック及びベー
ンとの熱膨張係数の差が３　ｘ　１０−”／℃以下のも
のを使用する。

サイドプレートはアルミニウム合金から成り、シリンダ
ブロックとの間に鉄製の薄板をはさみ、ローター及びベ
ーンはこの鉄製の薄板と摺接する。

ベーンは、本体をシリンダブロック及びローターと熱膨
張係数の差が３　Ｘ　１０−ｂ／”Ｃ以下のアルミニウ
ム合金とし、さらにシリンダブロックと摺動する頂部、
ローターの溝部と摺動する側面にそれぞれ鉄もしくはニ
ッケルを主体とするめっき層を２〜１００μｍ設けたも
のとする。

次に、アルミニウム合金製ローターと鋼製シャフトの結
合構造上の問題解決のため、次の構造とした。前記組成
と熱膨張係数を有するアルミニウム合金製ローターは、
内周面に３段以上の順次内径の異なるはめ合い部が設け
られていて、前記シャフトが鋼製であり、はめ合い部の
両端部側では圧入によるしまりばねの状態で結合され、
残るはめ合い部では鋼製シャフトの外周面にセレーショ
ンが設けられており、シャフトの外周面のセレーション
の凹部に前記ローターが喰込み且つしまりばめの状態で
結合されている構造とした。

（作用）まず、摺動上の対策として ■シリンダブロックとベーン間シリンダブロックは耐摩耗性に優れた過共晶Ｓｉアルミ
ニウム合金とする。特に好ましくはＳｉ　：１４〜２５
％、Ｃｕ：３〜８％、Ｍｇ：０．１〜２．０％を必須の
成分とし、残部が実質的にＡＩによりなる化学組成を有
し、Ｔ６もしくはＴ７処理をして使用することで、ベー
ン頂部に設けられた鉄もしくはニッケルを主体とするめ
っき層と優れた摺動上の相性が得られる他に、シリンダ
ブロックの剛性、強度が確保される。

過共晶Ｓｉアルミニウム合金はアルミニウム合金の基地
中に硬い初晶シリコン粒子が分散することにより優れた
耐摩耗性や対焼付性を発揮するが、Ｓｉが１４％未満で
は、アルミニウム合金基地中に分散する硬質の初晶シリ
コン粒子が少なく耐摩耗性や耐焼付性が不十分である。

他方、Ｓｉが２５％より多くなると、初晶シリコン粒子
が粗大な形状となり強度や靭性を低下させる。またシリ
ンダブロックは、金型鋳造で製造し、機械加工により仕
上げられるが、Ｓｉが２５％より多くなると、鋳造時の
溶湯温度を高（する必要があり、金型の寿命が短（なる
ほか内部に巣等の欠陥を生じやすくなる。また、機械加
工性や工具寿命が著しく低下する。このようなことから
、Ｓｉは１４〜２５％の範囲とした。

ＣｕとＭｇは熱処理（溶体化後時効処理）によりアルミ
ニウム合金の基地の硬さと強度を確保する目的で不可欠
の元素である。

Ｃｕは３％未満では熱処理による時効硬化でも満足すべ
き強度が得られず、他方８％を超えると材料の脆化と耐
食性が悪くなる。従って、３〜８％とした。

Ｍｇは０．１％未満では熱処理による時効硬化でも満足
すべき強度が得られず、他方２．０％を超えると材料が
脆化するほか、鋳造性も低下する。従って０．２〜２．
０％とした。上記組成のアルミニウム合金をＴ−６もし
くはＴ−７の熱処理を行なって用いる。硬度は、Ｈｌ、
１ｌ１７５以上が必要で特に好ましくは８０〜９０の範
囲である。尚、潤滑油が不足する際の摺動特性の向上及
び機械加工性を目的としてｐｂを０．５〜３．０％の範
囲で含有させても良い。

このシリンダブロックの内周面と摺動接触するベーンの
頂部およびローターの溝部と摺接するベーンの側面には
、厚さ２〜１）００ｕの鉄もしくはニッケルを主体とす
るめっき層を設けることで、両部材間の摩耗と焼付は実
用上問題の無いレベルとなった。厚さが２μｍより薄い
と長期間での摩耗に耐えず、また下地のアルミニウム合
金の硬度が低い場合には負荷される荷重によって陥没が
起こる。他方１００μｍを超えると密着性が悪くなり、
下地から剥離しやすくなる。ベーンに設けるめっきでは
、鉄を主体とするめっきでは電解めっきのみであるが、
ニッケルを主体とする場合では無電解めっきと電解めっ
きのどちらの手段によっても良いが、電解めっきの方が
無電解めっきに比べ密着性の優れたものとでき、めっき
浴の管理も容易である。めっき層としては鉄もしくはニ
ッケルを主体とする理由は、高Ｓｉアルミニウム合金と
組合せての摺動特性が、硬質クロムめっきのような他の
表面処理との組合せの場合よりも優れていることによる
。即ち、潤滑油の皮膜が存在しにくい摺動条件下で、上
記内容のアルミニウム合金製ローターやベーンとの耐焼
付性が硬質クロムめっきよりすぐれ、さらに硬質クロム
めっきの場合よりも相手のアルミニウム合金を摩耗させ
ないことによる。この他に、熱膨張係数がクロムめっき
よりも大きくて、ベーンの下地のアルミニウム合金との
熱膨張係数の差が小さいことから、密着性が硬質クロム
めっきに比べて良好である。

また、毒性の少ないめっき液を用いることが出来るので
、作業環境や排水処理の面でもクロムめっきに比べ優れ
ている。めっき層と成分として、鉄やニッケルの他に、
他の金属元素を含有させても良い。ニッケルめっきの場
合はコバルトを含有させることで密着性が良好となる。

また、燐を含む組成としても良く、めっき後の硬化熱処
理により高硬度のめっき層が得られるが密着性が低下す
る傾向にある。また、硬化熱処理時の熱履歴によって、
下地のアルミニウム合金の強度や硬度が低下するので、
下地のアルミニウム合金は耐熱性の優れた材質とする必
要がある。下地のアルミニウム合金の材質の影響を受け
ないのは、純鉄若しくは純ニッケルのめっきである。め
っき層の厚さは、２μｍより薄いと長期間での摩耗に耐
えず、また下地のアルミニウム合金の硬度が低い場合に
負荷される荷重によって陥没が起こる。他方１００μｍ
を超えると密着性が悪くなり、下地から剥離しやすくな
る。鉄めっきの硬度はＨ□４５０〜５５０の範囲であり
、ニッケルめっきの硬度はＨ□３５０〜５００である。

ニッケルー燐のめっきで硬化熱処理をしたものの硬度は
Ｈ□７００〜１０００の範囲である。なお、鉄を主体と
するめっきでは、空気中での放置で錆を発生しやすいこ
とから、鉄めっきの上に錫を１〜５μｍの厚さで施すこ
とは、防錆の効果と摺動時の初期なじめ性を良くし耐摩
耗性や耐焼付性を向上させる効果がある。

■ローターとサイドプレートの間ローター材は、シリンダブロック及びベーンとの熱膨張
係数の差をおさえたものとすることが必要である。ロー
ター材の熱膨張係数が大きいと運転中の温度上昇により
ローターは膨張してサイドプレートに強く接触し焼付を
生じるためサイドプレートとのクリアランスを大きく設
定しなければならず、コンプレ°ツサーとしての圧縮効
率が低下する。ローター材の熱膨張係数が小さいと運転
中の温度上昇によりサイドプレートとのクリアランスが
広がるため圧縮効率が低下する。これらのことからロー
ター材とシリンダブロック材及びベーン材との熱膨張係
数の差は３　Ｘ　１０−ｂ／’ｅ以下とした。

更にローター材は、繰り返し受ける応力や、液圧縮状態
での衝撃的な応力に対し安全なものでなければならない
。このため高強度と靭性が必要である。高強度と靭性を
具備するためには鋳造組織を破壊するような材料の流れ
を与える製造方法が好ましい。このためには、熱間押出
が最適である。

熱間押出による製造では、ベーンの出入りする溝部形状
を熱間押出時に、ダイスでこれに近い形状とすることが
出来るため、後の加工が楽となる経済的な利点もある。

ローターに使用する合金は以上の要求と摺動上の要求か
らＳｉ：１０〜１８％、Ｃｕ：２〜．８％、Ｍｇ：０．
１〜２．０％を必須の成分とし、残部が実質的にＡＩに
よりなる化学組成を有し、且つ基地中のＳｉ粒子の大き
さが３μｍ以上である組織を有しＴ６もしくはＴ７処理
をして、サイドプレート表面を覆う鉄製の薄板との組合
せで優れた耐摩耗性や対焼付性を発揮する。Ｓｉが１０
％未満では、熱膨張係数が大きくなる他、アルミニウム
合金基地中に分散する硬質のシリコン粒子が少なく耐摩
耗性や耐焼付性が不十分である。他方、Ｓｉが１８％よ
り多くなると、初晶シリコン粒子が粗大形状となり強度
や靭性を低下させる。またローターは熱間押出後、機械
加工して製造されるが、Ｓｉが多くなると、押出加工時
に高い押出圧力が必要となりまた押出速度も遅くするこ
とが必要であり、生産性や金型の寿命が短くなるほか、
機械加工性も低下する。またシャフトの外周面に設けら
れたセレーションに食込ませることが困難となる。

Ｃｕは３％未満では熱処理による時効硬化でも満足すべ
き強度が得られず、他方８％を超えると′材料の脆化と
耐食性が悪くなる。従って、３〜８％とした。

Ｍｇは０．２％未満では熱処理による時効硬化でも満足
すべき強度が得られず、他方２％を超えると材料が脆化
するほか熱間での押出性を低下させる。従って０．１〜
２％とした。なお、熱間押出した上記組成のアルミニウ
ム合金をＴ−６もしくはＴ−７の熱処理を行ってロータ
ーとして使用するが、硬度はＨ□７５以上特に好ましく
は８０〜１００の範囲として使用するのが良い０合金基
地中の共晶Ｓｉや初晶Ｓｉの粒子の大きさが３μｍ以上
でないと、ベーンに施されためっき層によって、ロータ
ーの溝部が摩耗したり焼付を発生する。

このため共晶Ｓｉのみしか合金基地中に存在しない化学
組成域では、いわゆるＤＣ鋳造により大きなビレットを
製造しこれを熱間押出したものとする必要がある。冷却
速度の速いホットトップ式の連続鋳造での小さな径の棒
材では共晶Ｓｉは２μｍ以下と小さくローターの摩耗や
焼付を引き起こしやすい、この他ｐｂを機械加工性の向
上や、潤滑油が不足する使用条件下での摺動特性を向上
させる目的で０．５〜３．０％の範囲で含有させても良
い。

サイドプレートは、ＡＣ８ＡやＡＤＣ１２のような低廉
な鋳造合金で構成し、且つ少なくともローターとベーン
とが摺動接触する面が鉄製の薄板となるように、サイド
プレートとシリンダブロックとの間に鉄製の薄板を挟み
込むものとすることで、焼付や摩耗の問題を解決した。

サイドプレートとシリンダブロックとの間に挟み込む鉄
製の薄板は、みがき帯鋼より打抜き、またはレーザービ
ームなどでの切断によって製作する。材質は、耐摩□耗
性や耐焼付性の見地から、炭素を０．４％以上含有する
材質が望ましい。

なお、薄板の表面にめっきやテフロン系樹脂のイコーティテング、ポリアミドイミド樹脂をノ逮ンダー卜
する固体潤滑剤や硬質粉末のコーティテングを行うと摺
動時の初期なじみ性を良くし摩耗や耐焼付性を向上させ
る効果がある。

■ローター溝部とベーン側面間ローターを上記の組成及び基地組織とし、且つローター
の溝部と摺動するベーンの側面に鉄もし（はニッケルを
主体とするめっき層を２〜１００μｍ以上設けることに
より従来の摺動上の問題を解決した。めっき層の厚さは
、２μｍより薄いと長時間での摩耗に耐えず、また下地
のアルミニウム合金の硬度が低い場合には負荷される荷
重によって陥没が起こる。他方１００μｍを超えると密
着性が悪くなり、下地から剥離しやすくなる。それぞれ
のめっき層の内容、硬度は前述のとおりである。

■サイドプレートとベーン端面サイドプレートのローターとベーンとが摺動接触する面
が鉄製の薄板となるように、サイドプレートとシリンダ
ブロックとの間に鉄製の薄板を挟み込むことと、ベーン
の本体をシリンダブロック及びローターと熱膨張係数の
差が３　Ｘ　１０−”／’ｅ以下のアルミニウム合金と
することにより、ベーンの端面との間の摺動上の問題は
解決した。ベーンをシリンダブロック及びローターと熱
膨張係数の差が３　Ｘ　１０−’／’Ｉｌｌ：以下のア
ルミニウム合金とすることで、ベーンが熱膨張係数より
サイドプレートとの間に設けたクリアランスを保持でき
ることから、熱膨張による変形でベーンが高い面圧でサ
イドプレートと接触することをなくした。またアルミニ
ウム合金とすることでベーンは軽量となり、慣性でサイ
ドプレートと接触しても、大きな面圧がベーンとサイド
プレートの間に発生することはなく、更にサイドプレー
トの摺動面に設けた。

鉄製の薄板により、焼付や摩耗を発生することはない。

ベーン用のアルミニウム合金としては、強度、熱膨張係
数及び熱間押出性や表面処理のしやすから選定されるが
、ローター材とほぼ同一の組成の材質とする事が望まし
い。

次に構造上の対策の作用について説明する。

アルミニウム合金製ローターは、内周面に３段以上の順
次内径の異なるはめ合い部が設けられていて、はめ合い
部の両端部側では圧入によるしまりばねの状態で結合さ
れているため、端部に応力集中を引き起こす切り欠きか
ないことからローターの破壊にたいする信頼性を高いも
のとできた。

またシャフトの外周面も切り欠きを付けないですむごと
から疲労強度にたいする安全率も高いものとなった。ま
たシャフトとローターの間にクリアランスが無いため切
り粉を介在することがなく、従来この間に存在した切り
粉が使用時に飛出して摩耗や焼付、シール製のトラブル
を引き起こしていたがその問題も解決された。残る内側
のはめ合い部では鋼製シャフトの外周面にセレーション
が設けられており、シャフトの外周面のセレーションの
凹部に前記ローターが喰込み且つしまりばめの状態で結
合されている構造とすることで広い温度範囲にての使用
に際しても充分な結合力を持たせることが出来る。

なおセレーションのモジュールは０．１〜０．２５が好
ましい。０．１より小さいと、大きなトルクに耐えられ
ない。また、０．２５を越えると圧入する時に大きな荷
重を必要とし、ローターの変形や場合によっては割れを
生じる。シャフトのセレーション部は、ローターの軸方
向の寸法により、１箇所から２箇所とするが、２箇所の
方が圧入が容易である。セレーションは、インポリエー
トセレーションよりも三角刃セレーションの方が、シャ
フトへのダイスに゛よるセレーション形成が容易であり
、また圧入によってローターの内面に喰込ませ　　。

る事が容易である。シャフトへのセレーション加工は内
周面にセレーション形成をつけたダイスにシャフトを貫
通させることで行われるが、転造によってセレーション
をシャフト外周面に付けてもよい。

（発明の実施例）実施例−１先ず、ベーン型圧縮機の構造について第１図、第２図を
もちいて説明する。図中にて、楕円形の内周面を存する
シリンダブロック１前後量部に、一対のサイドプレー）
２ａ、２ｂが、鉄製の薄板２Ｃ１２ｄを挟んで固定され
て圧縮機本体が構成配置されており、このローター４に
鋼製シャフト５が結合されている。この鋼製シャフト５
は、前記のサイドプレート２ａｓ２ｂの軸受部６ａ１６
ｂに支持され、かつ端部から駆動力を受入れるようにな
っている。

前記ローター４には、放射方向にむけて５箇所にベーン
を収納するベーン溝７が設けられ、それぞれのベーン溝
にはベーン８が出没自在に挿入されている。

圧縮機本体３内には、シリンダブロック１、サイドプレ
ートｚａ％　２ｂ％薄板２ｃ、２ｄ、ローター４及びベ
ーン８で囲まれて成る圧縮室９が設けられている。

圧縮機本体３の周囲は、一方のサイドプレート２ａに密
着固定されたヘッドブロック１０と、ヘッドブロック１
０に密着固定されたむケース１）とに囲まれている。こ
のケース１）には吐出口１２と吸入口１３とが形成され
、吐出口１２は、圧縮機本体３とケース１）に囲まれて
なる高圧室１４に通じ、吸入口１３はカバー１５により
高圧室１４から区切られた低圧室１６に通じている。

上記高圧室１４は、シリンダブロック１に設けられた吐
出弁１７が開くと、吐出孔１８を介して圧縮室９からの
気体が流入し、一方、低圧室１６はサイドプレート２ａ
１２ｂに形成された吸入孔１９を介して圧縮室１９へ気
体を送り込むようになっている。

また、高圧室１４の下部はオイル溜まりとなっており、
このオイル溜まりに溜められた潤滑油は、高圧室１４の
圧力により、サイドプレート２ａｓ２ｂの縦方向に形成
された供給孔２０ａ、２０ｂ、軸受部６ａ、６ｂおよび
サイドプレート２ａ、２ｂの内面に形成された供給溝２
１を介してベーン８をシリンダブロック１の内周面に押
しつけるとトモニ、ベーン溝７とベーン８との間の潤滑
、サイドプレート２８％　２　ｂと該サイドプレートと
対向するローター４の端面の間の潤滑、軸受部の潤滑を
行なう。

ローター４が回転して１つのベーン８が吸入孔１９を通
過する間に、該１つのベーン８と先行するベーン８との
間に構成された圧縮室９内に低圧室１６から気体が吸入
され、この気体は１つのベーン８が吸入孔１９を通過す
ると、該圧縮室９内に閉じ込められ、該圧縮室９の容積
が小さくなるに従って圧縮され、先行するベーン８が吐
出孔１８を通過すると吐出弁１７が開いて高圧室１７に
吐出される。

なおベーン８が吐出孔１８を通過すると寺には、ベーン
のチャタリングを防止するため背圧室２２は供給溝２１
より隔離されて独立した空間となる。

シリンダブロックとして、Ｔ６処理を行なった金型鋳造
アルミニウム合金材を２種類用意し、機械加工して所定
の形状とした。その分析値と硬度測定結果及び熱膨張率
（ＲＴ−３００℃）の測定結果を第１表に示す。

第１表Ａ　　Ｉ４．５４．５０．８０．５０．２　−　　ＢＡ
Ｌ、　８１．５２０．４Ｂ　　１７．０４．２０．８０
．５０．２１．７　ＢＡＬ、　８５．５１８．９０−タ
ー材として、ベーン溝部を押出ダイスでもうけた熱間押
出材の３種類を準備した。なお、供試材Ｃ，ＤはＤＣ鋳
造により直径３２０ｍのビレットとしこれを熱間押出し
た。供試材Ｅはホットトップ式連続鋳造材で同様に熱間
押出してロー　　。

ターとした。これら押出素材を切断後Ｔ６の熱処理を行
い所定形状にしたあと鋼製シャフトと結合させローター
外径、溝部、ロータ一端面の仕上げ加工を行った。これ
らの材質の成分、熱膨張率、及び基地中の共晶Ｓｉまた
は初晶Ｓｉの平均粒径を分析した結果を第２表に示す。

なお、平均粒径は画像解析装置をもちいて円相５径とし
て求めたものである。

Ｓ　唸　　　　　　日瓢：哨−■ Ｖ５ｅＪコ　　Ｕ）リローｃ＝　学旭漏０口頭ベーン材として、熱間押出して次の２材質の矩形断面を
有する素材を準備した。これらの素材を切断後熱処理・
（Ｔ６処理）し、機械加工及び表面処理を行なった。そ
れぞれの分析値、硬度測定結果、熱膨張率（Ｒ７−３０
０℃）測定結果を第３表に示す。

供試材Ｇは、エアアトマイズにより得た急冷凝固された
粉末を冷間静水圧プレスで圧縮成形しこれを熱間押出し
たものである。供試材Ｈはホットトップ式連続鋳造材を
熱間押出したものである。

第３表Ｇ　　１６．０３．００．５８．５−−　−−　　ＢＡ
Ｌ、　９８．０１８．２Ｈ１６，５４，１０，９０，３
−−−−ＢＡＬ、　８５，２１９．８ベーンは押出素材
を切断しＴ６の熱処理材後所定形状に加工したものをめ
っき工程に向けた。めっき工程では脱脂処理後にジンケ
ート処理した後それぞれのめっき浴で電解めっきを行っ
た。鉄（Ｐｅ）めっきでは硫酸第一鉄を主成分とするめ
っき浴中で浴温度６０℃で行なった。ニッケル（Ｎｉ）
ｌｅつきは硫酸ニッケルを主成分とするワット浴中て浴
温度５５℃で行なった。ニッケルー燐（Ｎｉ−Ｐ）ｇつ
きは硫酸ニッケルと塩化ニッケルを主成分とするナイホ
ロイ浴中で浴温度６０℃で行いベーキシグ処理後３７５
℃でＩＨｒの硬化処理を行った。

それぞれのめっき層はシリンダブロックと摺接する頂面
およびローターと摺接する側面について１ｊい、それぞ
れ６０〜８０μｍの厚さにつけた。屍つき後砥石による
ラップ加工をおこない所定寸杉とした。最終的なめっき
層の厚さはそれぞれ３０〜４０μｍとした。硬度は鉄め
っき層ではＨ□χ４８０〜５１０で、ニッケルめっき層
ではＨ□７３７０〜４００、ニッケルー燐めつき層では
ＨＭで８００〜８５０であった。

サイドプレートは、ＡＣＢＡ材でＴ６処理後、所定寸法
に機械加工した。サイドプレートとシ１」ンダブロック
との間には、板厚０．３鰭のみがき臂鋼を打ち抜いて使
用した。なお、冷媒の回路、潤滑油の回路、ボルト穴部
分等は、サイドプレートと同一形状となるよう打ち抜い
た。試験に供した薄板はＳＵＰ６Ｍ材とＳＫＺＭ材であ
る。

、　　　上記のようにして製造されたシリンダブロック
、サイドプレート、ローターと鋼製シャフトとの結合体
、ベーンにて、前記ベーン型圧縮機を組立てた。なお比
較のために、表面処理を施さない組合せを含めて、第４
表に示す組合せにてコンプレッサーを構成し耐久テスト
を行なった。

、　　　耐久テ不トの条件は回転数５５０ｒ、ｐ、ｍ、
で連続、　　運転し、吐出圧力を２８　ｋｇ／ｃｍ”　
Ｇ、吸入圧力を４ｋｇ／ｃｍ”　Ｇの過負荷状態として
、トルク変化及−びオイルの汚れを監視し、異常時に止
めて、コン−プレッサーを分解し各部品の摺動面の目視
評価を、　　行なった。なお、トルクおよびオイルの汚
れに異常の無いものについては、２５０時間運転後停止
し、同様の分解調査を行なった。

第５表に、各組合せで耐久テストした結果を示；　　す
。

比較例では、オイルの汚れにより１〜１４時間の運転で
停止している。これに対して、本発明の実施の組合わせ
では、２５０時間運転後間放しての調査結果では、摩耗
は進行しているものの、はぼ従来の鉄系材料で各部品を
構成したコンプレッサーでの摩耗と比較して同等であっ
た。

実施例−２実施例−１で用いたＤ材にて、第３図、第４図に示すよ
うな外径がφ６２輪で、ベーンを収容する３、　６　ｔ
ｍの溝部幅と溝底がφ６鶴となった５箇所のスリットを
持つ形状に熱間押出を行って押出素材を得た。この素材
を長さ５５態に切断してＴ７の熱処理後第４図に示すよ
うな内周に４段の順次内径の異なるはめ合い部２３．２
４．２５．２６および逃げ部２７．２８．２９を機械加
工で設けた。はめ合い部２３．２４．２５．２６は、内
篭がそれぞれ１８１）Ｓ１７．５ｍ重、１６．８−■、
１６．３龍でフラット部の長さはそれぞれ１３．５龍、
７．５鴫、７．５鶴、１３．５ｍ−とした。

シャフト５はＳ０Ｍ４２０材を機械加工してスプライン
部３０とセレーション部３１．３２はダイスを用いて塑
性加工にようり形成した。その後焼き入れ焼き戻しの熱
処理を行い、セレーション部以外の外周面には研磨仕上
げを施した。尚、第５図に示すように、はめ合い部は、
動力伝達側（スプライン側）の径寸法を大きくし、ロー
ターの両端部側のはめ合い部２３．２６は、該当するシ
ャフトのはめ合い部３３．３４に対して１／１０００〜
２．５／１．０００のしめ代とした。また塑性加工ぞ形
成されたセレーション部３１は歯数９０でモジュール約
０．２とした。セレーション部３２では歯数８６でモジ
ュール約０．２とした。　　−シャフト５とアルミニウ
ム合金製ローター４の結合は室温での圧入により行った
。圧入試験は５０個について実施したが、かじりや焼付
等の圧入時のトラブルは皆無であった。次に結合により
一体化した状態でローター４の両端面、外周、スリット
部等の仕上げ加工を実施した。

セレーション部分の結合状況は、シャフト５に設けられ
たセレーションの歯の間の凹部にロータ□−材４が喰込
んだ状態となっている。この部分にも、しまりばめの状
態で周方向の応力がかかっている。完成品のトルクを測
定した結果３０ｋｇ−Ｍ以上のトルクに耐えることが確
認出来た。次に完成品を１５０℃で２００時間保持しそ
の後コンプレッサーに組み込み液圧縮状態での試験を６
０回繰り返した後分解してローター４とシャフト５との
結合状態を調査したが、ローター４とシャフト５との結
合状況に異常は無かった。またローター４の応力集中す
るスリット底の部分にも割れは発生していなかった。

実施例−３０−ター用アルミニウム合金とベーン側面のめっきとの
最適摺動組合せを見出す目的でピン−ディスク型の摩耗
試験機を用いて、鉄めっき層とニッケルめっき層に対す
るアルミニウム合金の摩耗試験を行った。ドラム材はＡ
ＣＢＡ材としてＴ６処理後実施例−１にて行ったと同様
の方法で各めっき層を外周側に設けた。ピン材は実施例
−１のローター材のＣ，Ｄ、Ｅ材の他にホットトップ式
の連続鋳造法でビレットを製造し熱間押出したＨ−Ｃ材
、Ｈ−Ｄ材も比較のため試験に供した。ピン材はいずれ
もＴ６処理を行った。Ｈ−Ｃ材とＨ−り材についての成
分分析値と硬度及び画像解析装置によるＳｉ粒径の測定
結果を第６表に示す。

第６表供試材　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
熱膨張　共晶Ｓｉの記号　Ｓｉ　　　Ｃｕ　　Ｍｇ　　
Ｆｅ　　Ｍｅ　　Ｐｂ　　Ａｌ、　　Ｈ＋ｕ　　　率　
　平均粒径Ｈ−Ｃ１０，？　　３．８　０．４　０．２
　０．５−ＢＡＬ、　　８４．５　２０．３　１．５ｍ
ｍＨ−Ｄ　１）．３３．６０．５　Ｇ、５０．５−ＢＡ
Ｌ、　９Ｇ、３　１９．９　１．８．ｕｎ摩耗試験条件
は周速５′″／ｓｅｃで荷重は５０ｋｇ／　ａｍ　”と
し、９０℃のコンプレッサーオイル（スニ’／　５　Ｇ
　Ｓ）を３００　ｃＣ／ｗｉｎ　ノ定量を摺動面ニかけ
なかも５００Ｋｍを走行させた。試験数はいずれもｎ−
５である。試験後のピンの摩耗量を測定した結果を第７
表に示す。また基地中のＳｉ粒子の平均粒径（円相光径
）とピンの摩耗量の関係として第６図と第７図に示した
。Ｓｉ粒径の小さいホットトップ式の連続鋳造材から得
たＨ−Ｃ材及びＨ−Ｄ材の摩耗量は、いずれのめっき層
を相手としても摩耗量が多い傾向にある。これに対し、
はぼ同一組成であるＣ材、Ｄ材の摩耗量はいずれも少な
い。また比較的大きなＳｉ粒子を基地中に分散した組織
を有するＥ材の摩耗量は最も少なくまたバラツキも少な
い。

゛第７表（発明の効果）以上のように、シリンダブロック、ベーン及びローター
が、夫々の間の熱膨張係数の差が３×１０−ｂ／”Ｃ以
下のアルミニウム合金からなり、且つサイドプレートの
内側面のローターやベーンと摺接する面に鉄製の薄板を
挟み、シリンダブロックの内筒部内周面に摺接するベー
ンの先端部及びローターの溝部と摺接するベーンの側面
に鉄もしくはニッケルを主体とするめっき層を設けるこ
とにより軽量で耐久性の優れたベーン型圧縮機とするこ
とができる。ベーンへのめっきについては、電解めっき
について説明をして来たが、無電解のニッケルー燐めつ
きやニッケルめっきでも同じ結果が得られた。またニッ
ケルや鉄をベースとし平均粒径が３μｍ以下の微細なセ
ラミック粉末（ＳｉｓＮ４．５ｉＣ）をベース中に分散
させためっき層でも同等の結果が得られた。しかし、こ
れらの表面処理はめっき浴の劣化が速いことと管理が煩
雑でありコストも高いものとなるため電解法によるめっ
きが優れている。

またローターの内周面には３段以上の順次内径の異なる
はめ合い部を設け、はめ合い部の両端部側を圧入による
しまりばめの状態で結合し、残るはめ合い部では鋼製シ
ャフトの外周面に設けたセレーションの凹部にロークー
が喰込み、且つしまりばめの状態で結合されている構造
とすることで圧入作業を容易なものとし、広い温度範囲
でのコンプレッサーの使用に耐えることができる。なお
、本、実施例では、圧入作業を容易とするため４段のも
のについて行ったが３段でも行える。

なお、シリンダブロックの内周部の形状が楕円形の圧縮
機について説明して来たが、シリンダブロックの内周部
が円筒型の圧縮機についても同じ結果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例のベーン型圧縮機の断面図、第２
図は第１図の矢視Ａ−Ａより見た断面図、第３図はロー
ターの側面図、第４図はローターの横断面図、第５図は
シャフトの正面図、第６図とベーン型圧縮機の断面図で
ある。図中：１・・・シリンダブロック２ａ、２ｂ・・・サイドプレート２Ｃ１２ｄ・・・鉄製薄板、　４・・・ローター　−５
・・・シャフト、　７・・・ベーン溝、８・・・ベーン代理人　弁理士　　桑　　原　　　英　　明第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転自在なシャフトに固定されたローター、ロー
ターに設けた複数個の溝に夫々出没自在に収容されたベ
ーン、ローターの両側面及びベーンの両端面と摺接する
サイドプレート、ベーンの先端が内円筒部内周面と摺接
し且つローターの外周面の一部と内筒部内周面とを近接
するようにその内筒部内にローターを配したシリンダブ
ロックとを有し、サイドプレートをシリンダブロックに
固定し内筒部内にベーンで仕切られた圧縮室を作るベー
ン型圧縮機において、シリンダブロック、ベーン及びロ
ーターとが夫々の間の熱膨張係数の差が３×１０＾−＾
６／℃以下のアルミニウム合金からなり、且つ前記サイ
ドプレートがアルミニウム合金からなりサイドプレート
とシリンダブロックとの間に鉄製の薄板をはさみ込み、
シリンダブロックの内筒部内周面に摺接するベーンの先
端部及び前記ローターの溝部と摺接するベーンの側面に
は鉄もしくはニッケルを主体とするめっき層を設けてい
ることを特徴とするベーン型圧縮機。
（２）前記ローターの内周面には３段以上の順次内径の
異なるはめ合い部が設けられていて、はめ合い部の両端
部側では圧入によるしまりばめの状態で結合され、残る
はめ合い部では鋼製シャフトの外周面にセレーションが
設けられており、シャフトの外周面のセレーションの凹
部に前記ローターが喰込み且つしまりばめの状態で結合
されている構造と３段の順次内径の異なるはめ合い部が
設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項記載のベーン型圧縮機。
（３）前記シリンダブロックが過共晶Ｓｉアルミニウム
合金からなり、前記ローターがＳｉを多く含有（１０〜
１８％）するアルミニウム合金からなり、前記サイドプ
レート及び前記ベーンをアルミニウム合金としたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のベーン型圧縮機
。