JPS63278825A

JPS63278825A - インペラ用樹脂組成物

Info

Publication number: JPS63278825A
Application number: JP62113424A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Sagawa; 佐川　孝俊
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1987-05-12
Filing date: 1987-05-12
Publication date: 1988-11-16

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）この発明はインペラ用樹脂組成物、特に遠心圧縮機等の
インペラ用に用いられる繊維強化樹脂組成物に関するも
のである。

（従来の技術）従来、内燃機関用ターボチャージャに用いられるインペ
ラ、遠心圧縮機のインペラには重量の軽減およびこれに
よる出力向上、燃費効率の向上等により繊維強化樹脂製
インペラが用いられている。

このようなインペラとしては例えば特公昭５２−４８６
８４号公報、および特開昭５７−１１９１０５号公報に
記載されているものがあるが、これらのインペラを構成
する樹脂材料は、主として炭素繊維を樹脂の補強材とし
て用いることを特徴とするもので、マトリックス樹脂の
検討はなされておらず、特公昭５２−４８６８４号公報
には炭素繊維等で補強された強化プラスチックが用いら
れると記載されているに過ぎない。また、特開昭５７−
１１９１０５号公報には、種々の耐熱性のある熱可塑性
樹脂又は熱硬化性樹脂が列挙され、これ等の樹脂をマ）
　ＩＪクス樹脂として用いた炭素繊維強化樹脂がインペ
ラに用いられることが記載されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、遠心圧縮機インペラの使用条件は一５０
℃から２００℃（常用使用時最高温度として１３０℃〜
１５０℃）、最大回転数が１３×１０’　　ｒｐｍにな
り、しかも最大回転時に発生する最大応力は、現行品（
アルミニウム合金製、外径約６０ｍｍ）で約２０ｋｇ／
ｎｕｎ’になる。

かかる回転時の最大応力は、インペラに比重の小さい樹
脂を用いることにより、約１／２に低下させることがで
きる。この様な現行の使用条件から、耐熱性５０強度１
弾性率、耐久疲労性をあわせて考慮すると、特開昭５７
−１１９１０５号公報に開示されている熱可塑性樹脂、
又は熱硬化性樹脂がそのままインペラに使用できるわけ
ではない。

これに関連して、例えば、ポリエーテルスルフォン、ポ
リエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ
アミドイミドの様な、ガラス転移温度の高い樹脂の炭素
繊維強化樹脂は高価であるとともに３５０℃以上の高い
成形温度、２００℃以上の金型温度が必要となるなど、
成形上の難しさがある。

なかでも、炭素繊維で強化したポリエーテルスルフォン
やポリエーテルイミドは、ガラス転移温度（Ｔ９）がそ
れぞれ２２５℃、２１７℃と非常に高く、成形品として
の耐熱性は非常に優れているが、成形時の溶融粘度が高
く、成形が難しい。

また、非品性であるため、疲労強度からみると、他の結
晶性樹脂に比べ若干劣る。また、酸素繊維で強化したポ
リフェニレンスルフィドは、高い弾性率を有し、かつ、
ガラス転移温度が８５℃と比較的高いが、１００℃以上
では、強度、弾性率が急激に低下する。さらに、成形時
には、比較的高い成形温度を必要とし、成形品の強度を
出す為にアニール処理が必要であり、成形が難しい。

また、一般的に適用が可能と考えられる炭素繊維で強化
されたポリアミド樹脂（ナイロン６６樹脂）は、常温で
の機械的強度は著しく高いが、ポリアミド樹脂（例えば
ナイロン６６樹脂）のガラス転移温度が５０℃と低いた
め、これ以上の高温領域になると、しだいに強度、弾性
率が低下する。

また、吸湿による寸法変化や成形後のソリが発生しやす
いことなどから、寸法精度が要求される遠心圧縮機のイ
ンペラに用いることは難しいという問題があった。

（問題点を解決するための手段）この発明は、この様な従来の問題点に着目し、ポリアミ
ド樹脂と、ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）とのブレ
ンドからなるマトリクス樹脂を強化繊維で補強した樹脂
組成物を用いてインペラを作成することにより、上記問
題点を解決したものである。

この発明にふいて、マ）　ＩＪクス樹脂を構成するポリ
アミド樹脂（Ａ）と、ポリエーテルイミド樹脂（Ｂ）と
のブレンド重量比は（Ａ）／　（Ａ）　＋（Ｂ）＝０．２５〜０．５５であ
り、強化繊維（Ｃ）のブレンド重量比は（Ｃ）／　（Ａ）＋　（Ｂ）＋　（Ｃ）＝０．２５〜０
．４である。

この発明において使用されるポリアミド樹脂（Ａ）とし
てはナイロン６６樹脂が好ましい。また、上記強化繊維
としては、炭素繊維、ガラス繊維、その他の有機質（全
芳香族ポリアミド繊維）、無機質の繊維等がチョツプド
ストランドにして単独で、あるいは２種以上を組み合わ
せて用いられる。

（実施例）以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明の樹脂組成物により成形したインペ
ラの斜視図である。図示する様に遠心圧縮機のインペラ
は、複雑な形状をなしており、しかも、精密な寸法精度
を必要とする。このインペラ１は、第２図に示す様に、
スリーブ２とワッシャ３とにより挟まれ、ナツト４でシ
ャフト部５に固定されている。インペラはこの発明の樹
脂組成物を用い、押出成形、射出成形等の良く知られて
いる方法で製造することができる。例えば、第３図に示
す金型を用いて、インペラを成形することができる。即
ち、インペラ形状を彫り込んだ組立式金型６に、摺動可
能なピン７を取りつけ、このピン７にインサート用金属
製円筒８を装着固定し、しかる後、上金型９を密着固定
し、入方向からゲー）１０を通して、成形材料を射出、
あるいは押し出し、インペラ形状の空間（キャビティ部
）１１に充填し、成形する。

次に、この発明を実施例、および比較例により説明する
。

実施例１ナイロン６６樹脂（２０２０Ｂ　　宇部興産■製）、ポ
リエーテルイミド樹脂　（商品名「ウルテム＃１０００
ＪエンジニアリングプラスチックスＧ１製）および炭素
繊維チョツプドファイバー（ＨＴＡ−Ｃ３Ｅ　　東邦ベ
スロン側製）を、それぞれナイロン６６樹脂３５重量％
、ポリエーテルイミド３５重量％、炭素繊維３０重量％
の割合で配合したペレット状の樹脂組成物を調製した。

この組成物を用い、シリンダ一温度３２０℃、金型温度
１３０℃射出圧力１０００　ｋｇ／　Ｃｍ”の成形条件
で、第３図に示す様な構造の金型に射出し、インペラ形
状物を得た。得られた形状物をパリ取り、バランスチェ
ックなどの機械加工を行い、第２図に示す様な構造でシ
ャフトに固定し、空気加熱装置付きく温度範囲０〜６０
０℃）の高速回転強度試験機（回転数０〜２５ｘｌＯ’
　　ｒｐｍ）に設置し、回転数が１３Ｘ１０’　　ｒｐ
ｍの場合の、第１表に示す各温度におけるバースト試験
を行った。また、１３ｘｌＯ’　　ｒｐｍで連続耐久２
００Ｈｒに耐えるか否かを判定する簡便法によれば、常
温での瞬間バースト回転数が２０Ｘ１０’ｒｐｍ以上を
満足する必要があるため、この実験も合わせて行った。

得られた結果を第１表に示す。

次に、上記樹脂組成物のナイロン６６樹脂とポリエーテ
ルイミド樹脂との配合割合を重量比で２５ニア５．５０
：５０．７５：２５と変えてＡＳＴＭＩ号ダンベル片を
作成し、２３℃、１００℃、１５０℃、２００℃におけ
る引張強度、および引張弾性率を測定して、温度依存性
を評価し、測定結果をそれぞれ第４図および第５図に示
す。更に、それぞれの配合割合の時の疲労限界を島原サ
ーボバルサＥＡ２型引張疲労試験機を用い、加振周波数
４０Ｈｚで、室温（２３℃）、および１５０℃の温度下
で測定した。この結果を第６図に示す。この場合、疲労
限界は繰り返し回数１゛０７時点での応力を示した。

比較例１ナイロン６６樹脂（Ａ）（２０２０Ｂ）とポリエーテル
イミド樹脂（Ｂ）　（商品名［ウルテム＃１０００Ｊ）
とのブレンド重量比（Ａ）／　（Ａ）＋（Ｂ）を０とし
、炭素繊維（ＨＴＡ−Ｃ３Ｅ）３０重量％の割合で配合
し、ペレット状の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成
物を用い、シリンダ一温度３５０℃、金型温度１３０℃
、射出圧力１２００　ｋｇ／　Ｃｍ２の成形条件でＡＳ
ＴＭＩ号ダンベル成形用金型に射出して、ダンベル試験
片を得た。また、ナイロン６６樹脂（Ａ）とポリエーテ
ルイミド樹脂（Ｂ）とのブレンド重量比を（Ａ）／　（
Ａ）＋　（Ｂ）　−１，０とし炭素繊維３０重量％の割
合で配合し、ペレット状の樹脂組成物を調製した。この
組成物を用い、シリンダ温度２９０℃、金型温度１１０
℃および射出圧カフ　００　ｋｇ／ｃｍ２の成形条件で
ＡＳＴＭＩ号ダンベル試験片成形用金型に射出してダン
ベル試験片を得た。それぞれ得られた比較用試験片を実
施例１に記載すると同様にして各温度で試験を行い、引
張強度、引張弾性率および疲労限界を測定し評価した。

これらの結果を、第４図、第５図、第６図に示す。これ
らの結果から、ナイロン６６樹脂（Ａ）とポリエーテル
イミド樹脂（Ｂ）とのブレンド重量比を（Ａ）／　（Ａ
）＋　（Ｂ）＝０．２５〜０．５５とするのが好ましい
ことがわかる。

実施例２ナイロン６６樹脂（２０２０Ｂ）とポリエーテルイミド
樹脂　（商品名ウルテム＃１０’ＯＯ）との配合割合を
１：１とし炭素繊維（ＨＴＡ−Ｃ３Ｅ）をその含有率（Ｃ）／　（Ａ）＋　（Ｂ）＋　（ｃ）＝４０％の割合
に変えて配合した樹脂組成物を調製し、ＡＳＴＭ１号ダ
ンベル試験片を作成し、各組成物の２３℃、１００℃、
１５０℃、２００℃における引張強度、および引張弾性
率を測定した。これらの結果を第７図および第８図に示
す。

比較例２炭素繊維（ＨＴＡ−Ｃ３Ｅ）含有率を５％。

２０％および４５％とした以外は、実施例２に記載する
と同様にして樹脂組成物を調製し、ＡＳＴＭＩ号ダンベ
ル試験片を作成し、この組成物の引張強度および引張弾
性率を測定した。これらの結果を第７図および第８図に
示す。但し、４５％では、成形不可能であった。

実施例３ナイロン６６樹脂（２０２０Ｂ）、ポリエーテルイミド
樹脂（商品名ウルテム＃１０００）炭素繊維チョツプド
ファイバー（ＨＴＡ−Ｃ３Ｅ）およびガラス繊維チョッ
フドファイバー（シランカップリング剤で表面処理済み
　３ｍｍ長　旭ファイバーグラス社製）をそれぞれナイ
ロン６６樹脂３０重量％、ポリエーテルイミド樹脂３０
重量％、炭素繊維３０重量％、およびガラス繊維１０重
量％の割合で配合してペレット状の樹脂組成物を調製し
た。この組成物を用い、実施例１に記載すると同様にし
て射出成形してインペラ形状物を得た。

このインペラ形状物につき、実施例１に記載すると同様
にしてバースト試験を行い、得られた結果を第１表に示
す。

次に、上記樹脂組成物の２３℃、１００℃。

１５０℃、２００℃における引張強度、および引張弾性
率を測定した。これらの結果を第７図、第８図に示す。

第７図、第８図より強化繊維含有率（重量％）が２５〜
４０％すなわち、強化繊維（Ｃ）のブレンド重量比を（
Ｃ）／　（Ａ）＋　（Ｂ）＋　（Ｃ）＝０．２５〜０．
４とするのが良いことがわかる。なお、強化繊維含有率
が４５％を越えると、成形が不可能であった。

比較例３ナイロン６６樹脂（２０２０Ｂ）および炭素繊維チョツ
プドファイバー（ＨＴＡ−Ｃ３Ｅ）を、それぞれ７０重
量％、および３０重量％の割合で配合してペレット状の
樹脂組成物を調製した。この組成物を用い、シリンダ温
度２９０℃、金型温度１１０℃および射出圧カフ　００　
ｋｇ／ｃｍ”の成形条件で、第３図に示す構造の金型に
射出して、インペラ形状物を得た。しかる後、このイン
ペラ形状物について実施例１に記載すると同様にしてバ
ースト試験を行った。得られた結果を第１表に示す。

比較例４ナイロン６６樹脂（２０２０Ｂ）を６０重量％、および
炭素繊維チョツプドファイバー（ＨＴＡ−Ｃ３Ｅ）を４
０重量％の割合で配合してペレット状の樹脂組成物を調
製した。この組成物を用い、比較例３に記載した成形条
件で射出成形を行って、インペラ形状物を得た。しかる
後、このインペラ形状物について実施例１に記載するの
と同様にしてバースト試験を行った。得られた結果を第
１表に示す。

第１表の結果より、実施例において成形したインペラは
比較例のものにくらべて耐熱性が高く、しかも、１００
℃、および１５０℃においても強度、および弾性率の低
下が少ないため、高速回転時における最大応力８　ｋｇ
／ｍｍ２〜１　（ｌ　ｋｇ／＋ｎｍ２に耐える。しかも
、１３Ｘ１０’　　ｒｐｍで連続２００時間耐久に耐え
る為の簡便法である瞬間バースト回転数２０　Ｘ　１０
’　　ｒ　ｐｍを満足する室温での強度の向上が、はか
られている為、バーストが無いと考えられる。

（発明の効果）以上説明してきた様に、この発明の樹脂組成物は規定量
のポリエーテルイミド樹脂とポリアミド樹脂のブレンド
よりなるマトリックス樹脂が規定量の強化繊維により補
強されていることにより、この樹脂組成物を用いると、
室温での強度および弾性率が高く、さらに耐熱性が高く
、１５０℃以上の高温領域においても強度および弾性率
の低下が少ないために高速回転時のバーストのないイン
ペラを得ることができる。

更に、インペラの軽量化により、エンジンの負荷変動に
対する追従性が改善され、また、製品表面の精度（４μ
以下）が、アルミニウム合金製のもの（１０〜２０μ）
に比較して極めて向上する為に、高速回転時の吸入空気
の翼表面からの剥離現象を低減することができ、吸入圧
縮効率が上がるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】第１図は、この発明の樹脂組成物から構成された１例の
インペラの斜視図、第２図は、シャフト部に取付けた第１図に示すインペラ
の断面図、第３図は、インペラ成形金型の断面図、第４図は、実施
例１および比較例１の炭素繊維含有率を３０重量％とし
、ナイロン６６樹脂、およびポリエーテルイミド樹脂の
配合量を変えて調製した樹脂組成物の２３℃、１００℃
、１５０℃および２００℃における引張強度を示す曲線
図、第５図は、第４図の場合と同じ樹脂組成物の２３℃
、１００℃、１５０℃および２００℃における引張弾性
率を示す曲線図、第６図は第４図の場合と同じ樹脂組成物の２３℃および
１５０℃における疲労限界を示す曲線図、第７図は実施
例２，３および比較例２における樹脂組成物（樹脂配合
比率：ナイロン６６／ポリエーテルイミド＝１／ｌ）の
２３℃、　１００℃。１５０℃および２００℃における強化繊維含有率と引張
強度との関係を示す曲線図、第８図は、第７図の場合と同様の強化繊維含有率と引張
弾性率との関゛係を示す曲線図である。１・・・インペラ　　　　　２・・・スリーブ３・・・
ワッシャ　　　　４・・・ナツト５・・・シャフト　　
　　６・・・下金型７・・・ピン訃・・インサート用金属製円筒９・・・上金型　　　　１０・・・ゲート１１・・・イ
ンペラ形状の空間（キャビティ）Ａ・・・成形材料入口第３図Ａ第４図第５図第７図確化蝿趨、１＊牟Ｃ！量２ノ第８図種化ＭＫ距者肩牢（！量％）

Claims

【特許請求の範囲】

１、ポリアミド樹脂（Ａ）とポリエーテルイミド樹脂（
Ｂ）とのブレンドよりなるマトリクス樹脂が、強化繊維
（Ｃ）で補強され、樹脂（Ａ）と（Ｂ）のブレンド重量
比が（Ａ）／（Ａ）＋（Ｂ）＝０．２５〜０．５５で、
且つ強化繊維（Ｃ）のブレンド重量比が（Ｃ）／（Ａ）
＋（Ｂ）＋（Ｃ）＝０．２５〜０．４であることを特徴
とするインペラ用樹脂組成物。