ダイカスト製コンプレッサ羽根車
【課題】 従来の鋳造形成されたコンプレッサ羽根車よりも結晶粒径を微細化して高強度化を可能とし、安価に大量生産できるダイカスト製コンプレッサ羽根車を提供する。
【解決手段】 Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇを含むアルミニウム合金でなるダイカスト製コンプレッサ羽根車であって、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体は、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなり、前記羽根部は平均結晶粒径が１０μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の深さ５ｍｍ以内の表層は平均結晶粒径が１５μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の中心部は平均結晶粒径が２０μｍ以下で形成されている、ダイカスト製コンプレッサ羽根車である。
【解決手段】 Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇを含むアルミニウム合金でなるダイカスト製コンプレッサ羽根車であって、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体は、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなり、前記羽根部は平均結晶粒径が１０μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の深さ５ｍｍ以内の表層は平均結晶粒径が１５μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の中心部は平均結晶粒径が２０μｍ以下で形成されている、ダイカスト製コンプレッサ羽根車である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関からの排気ガスを利用し圧縮空気を送る過給機の吸気側に使用されるダイカスト製コンプレッサ羽根車に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車や船舶等の内燃機関に組み込まれる過給機は、内燃機関からの排気ガスによって排気側のタービン羽根車を回転させることにより、あるいはクランクシャフト等の回転機構により、タービン羽根車と同軸上にある吸気側のコンプレッサ羽根車を回転させて外気を吸引して圧縮し、この圧縮空気を内燃機関に供給することにより内燃機関の出力を向上させるものである。
【０００３】
近年、内燃機関の燃焼効率をさらに向上させる目的で、タービン羽根車およびコンプレッサ羽根車をより高速回転させるための種々の検討がなされている。この過給機に使用されるコンプレッサ羽根車は、使用温度環境が１００〜１５０℃程度であることから従来よりアルミニウム合金が多用されているが、高速回転させるにあたり、アルミニウム製コンプレッサ羽根車のさらなる高強度化が望まれている。
【０００４】
一般に、コンプレッサ羽根車は、回転中心軸であるハブ軸から半径方向に延在するハブ・ディスク部のハブ面に、流体力学的曲面を有する複数の羽根部がハブ軸の周囲に放射状に配設された複雑な形状を有している。また、羽根部が長羽根と短羽根とで構成された羽根車や、羽根部に囲まれた空間が、ハブ軸から半径方向外方に向ってアンダーカットとなる複雑な形状の羽根車もある。
【０００５】
このようにコンプレッサ羽根車は複雑な形状を有しており、特に羽根部を簡易に形成することは容易ではない。それ故に、従来から各種のコンプレッサ羽根車の製造方法が提案されている。例えば、鍛造成形された羽根車素材から羽根形状を削り出す製造方法（特許文献１）、鋳造可能な形状の羽根車素材を一旦形成した後に羽根部を曲げて矯正する製造方法（特許文献２）、羽根車の羽根部とハブ部とを一体にした消失性模型を用いて形成した耐火物鋳型に鋳造するロストワックス鋳造法（特許文献３）、ゴム模型を用いて石膏鋳型に鋳造するプラスターモールド法（特許文献４）などが提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−４８７６９号公報
【特許文献２】特開昭５７−１７１００４号公報
【特許文献３】ＷＯ２００５−１１６４５４号公報
【特許文献４】特開２００５−２０６９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１〜４のいずれの場合においても、コンプレッサ羽根車の製造工程は長く複雑なものとなる。
具体的には、特許文献１の鍛造素材から削り出す場合には、例えば、まず鋼塊を鋳造し、これを鍛伸または圧延して鍛造素材を得る。次いで、得られた鍛造素材を鍛造して羽根車素材を得る。この後に、得られた羽根車素材から羽根形状を削り出すことにより、最終的にコンプレッサ羽根車を得るといった製造工程となる。
【０００８】
また、特許文献２の鋳造後に羽根部を曲げ矯正する場合には、例えば、まず羽根部の形状を型抜き可能な形状とした羽根車素材の形状模型を作製する。次いで、作製した形状模型を用いて鋳型を作製する。そして、作製した鋳型に溶湯を鋳造して羽根車素材を得る。この後に、得られた羽根車素材の羽根部をプレス等を用いて曲げ矯正することにより、最終的にコンプレッサ羽根車を得るといった製造工程となる。
【０００９】
また、特許文献３のロストワックス鋳造法の場合には、例えば、まずワックス等の消失性材料を用いてコンプレッサ羽根車の形状模型を作製する。次いで、作製した形状模型の周りに耐火物をコーティングした後にワックス等を消失させて鋳型を作製する。この後に、作製した鋳型に溶湯を鋳造することにより、コンプレッサ羽根車を得るといった製造工程となる。
【００１０】
また、特許文献４のプラスターモールド法の場合には、例えば、まずゴム等の大変形可能な弾性材料を用いてコンプレッサ羽根車の形状模型を作製する。次いで、作製した形状模型の周りに石膏（プラスター）をコーティングした後に形状模型を引き抜いて鋳型を作製する。この後に、作製した鋳型に溶湯を鋳造することにより、コンプレッサ羽根車を得るといった製造工程となる。
【００１１】
よって、コンプレッサ羽根車を供給する上では、上述したような長く複雑な製造工程によるのではなく、生産効率や材料歩留がよく、従来よりも安価に量産可能な新規な製造方法によることが望まれている。また、これとともに、上述したようにコンプレッサ羽根車をさらに高速回転させるにおいて課題とされる軽量化や高強度化が望まれている。
【００１２】
羽根車の高強度化に関しては、上述の特許文献１のように、鋳塊の大きな結晶粒が鍛造により微細化された鍛造素材を用いて形成した羽根車は、微細な結晶粒を有することによって機械的強度が向上される。故に、結晶粒が微細である点において、上述した鋳造方法によって得た他の羽根車よりも、鍛造素材から削り出して得た羽根車は優れている。
【００１３】
本発明の目的は、上述の問題を解決し、従来の鋳造形成されたコンプレッサ羽根車よりも結晶粒径を微細化して高強度化を可能とし、安価に大量生産することが可能なダイカスト製コンプレッサ羽根車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、コンプレッサ羽根車に対して、ダイカスト法を適用した製造が可能であること、また、アルミニウム製羽根車であってもダイカスト製羽根車とすることにより結晶粒が微細化されて高強度化が可能であることを見出し本発明に到達した。
【００１５】
すなわち、本発明は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇを含むアルミニウム合金でなるダイカスト製コンプレッサ羽根車であって、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体は、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなり、前記羽根部は平均結晶粒径が１０μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の深さ５ｍｍ以内の表層は平均結晶粒径が１５μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の中心部は平均結晶粒径が２０μｍ以下で形成されている、ダイカスト製コンプレッサ羽根車である。
【００１６】
本発明においては、質量％で、Ｓｉ：８．６〜９．４％、Ｃｕ：１．０〜２．５％、Ｍｇ：０．３〜０．７％、残部がＡｌおよび不可避的不純物を含む、アルミニウム合金を使用し、ダイカスト製コンプレッサ羽根車を得ることができる。
【００１７】
また、本発明においては、質量％で、Ｓｉ：１．５％以上４．０％未満、Ｃｕ：２．５〜５．０％、Ｍｇ：０．３〜０．７％、残部がＡｌおよび不可避的不純物を含む、アルミニウム合金を使用し、ダイカスト製コンプレッサ羽根車を得ることができる。
【００１８】
また、前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｔｉ：０．０５〜０．３％、Ｂ：０．０６％以下を含むことができる。
また、前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｓｒ：０．００５〜０．０８％を含むことができる。
【００１９】
また、前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｆｅ：０．２％以下を含むことが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、ダイカスト法によるので、上述した特許文献１〜４で提案されるような従来の製造方法によるよりも、格段に安価に大量生産することが可能となる。また、羽根車の羽根部や表層には緻密で均一な結晶粒を有する凝固組織が形成されるため、従来のプラスターモールド法等による大きな結晶粒を有する羽根車よりも高強度のアルミニウム製のコンプレッサ羽根車を得ることができ、更なる高速回転に対応可能となる。それ故に本発明は、工業上極めて有効な技術となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
上述した通り、本発明の重要な特徴は、ダイカスト形成されて結晶粒が微細化された羽根車形状を有する成形体を用いてコンプレッサ羽根車を得たことである。
具体的には、ダイカスト形成された成形体は、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなる。また、ダイカスト形成された成形体は、隣接する一対の長羽根の間に形成される各ブレード空間には前記ハブ軸部から半径方向外方に向かってアンダーカットを有していてもよい。
【００２２】
また、上述の羽根車形状を有する成形体は、ダイカスト形成されて結晶粒が微細化されており、具体的には、前記羽根部は平均結晶粒径が１０μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の深さ５ｍｍ以内の表層は平均結晶粒径が１５μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の中心部は平均結晶粒径が２０μｍ以下で形成されている。
【００２３】
本発明における平均結晶粒径とは、切断法（ＪＩＳ−Ｈ０５０１）を適用して測定されるＤＡＳ２（二次デンドライトアームスペーシング）に基づいて求められる平均的な結晶粒径、もしくは、明確なＤＡＳ２が観察に難い場合にはＤＡＳ２に対応するかのように観察された隣接する結晶粒間の距離に基づいて求められる平均的な結晶粒径を意味する。
【００２４】
上述したダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体は、薄肉で熱容量の小さい羽根部では、急冷された緻密で均一な急冷組織が形成される。また、塊状で熱容量の大きいハブ・ディスク部やハブ軸部では、その深さ５ｍｍ以内の表層には、特に深さ２ｍｍ以内の表層では顕著であるが、急冷された緻密で均一な結晶粒を有する凝固組織が形成され、中心部近傍には表層よりも大きい結晶粒を有する凝固組織が形成される。
【００２５】
このように、羽根車形状をダイカスト形成することにより、羽根車形状を有する成形体において、表面側の凝固速度が格段に高められて急冷され、中心部に向かって凝固速度が次第に低減されて、これにより、成形体の凝固組織において、表面側から中心部に向かって連続的に、微細で均一な結晶粒から、より平均粒径の大きい結晶粒へと変化しながら凝固組織が形成される。
【００２６】
これは、ダイカスト形成においては、鋳型として金型を使用するため、プラスターモールド法等で使用する耐火物等よりも冷却能力が格段に高く、薄肉の羽根部や、ディスク部やハブ軸部の表面層では、金型に接触した溶湯が急冷されるからである。
また、ダイカスト形成においては、溶湯を高圧力で金型のキャビティに注入するため、金型表面に対する溶湯の密着性が向上することにより、溶湯の冷却速度が上がる利点もある。
【００２７】
上述したように微細で緻密な結晶粒を有する急冷組織を形成することにより、羽根車形状を有する成形体の鋳造組織の硬度や強度を高めることができ、羽根車形状の中心部に向かって表層よりも大きい結晶粒を有する鋳造組織を形成することにより、靭性を持たせることができる。
【００２８】
これに加えて、本発明においては、上述した凝固組織を有する形成体に対し、さらにＴ６処理（ＪＩＳ−Ｈ０００１）等の熱処理を施すことにより、緻密な結晶組織の母相が維持されながら溶体化や時効硬化による素材の改質による機械特性の改善効果が付加されることによって、特にハブ軸部やハブ・ディスク部の中心部に近い個所に対してはさらに有効に作用し、より一層の羽根車の高強度化が期待される。
【００２９】
例えばＴ６処理における溶体化処理は、その保持時間を幾つか変えて各々の引張強さや伸びを測定し、好適な保持温度と保持時間を決定する等の手段を採用することができる。例えば、少なくとも７％以上の伸びを確保しようとすると、次工程で施す時効処理による伸びの低下分を勘案し、伸びが８％を超える条件を目安とすることが好ましい。このような条件としては、例えば、ダイカストによって形成される結晶粒径との関係において好適条件は変わるものの、保持温度５００〜５４０℃、保持時間２〜１２ｈの範囲内で組み合せることが好ましく、より好ましい保持温度は５２５±１０℃、保持時間は２〜８ｈの範囲である。
【００３０】
また、例えばＴ６処理における時効処理は、先に決定した条件で溶体化処理を施した後、時効処理における保持時間を幾つか変えて各々の引張強さや伸びを測定する等の手段を採用することができる。そして、常温において、例えば、引張強さが４００ＭＰａ以上となり、伸びが少なくとも７％以上となる条件を選定すればよい。このような条件としては、例えば、保持温度１５０〜２００℃、保持時間２〜３６ｈの範囲内で組み合せることが好ましく、より好ましい保持温度は１６０±１０℃、保持時間は２〜２４ｈの範囲である。また、時効処理は溶体化処理に比べ保持時間が長いため、生産性向上を図るために短時間で処理することが好ましい。この場合、例えば１９０±１０°と処理温度を上げて保持時間２〜１２ｈの時効処理を行うことにより、生産性向上が期待できる。
【００３１】
また、本発明においては、上述した凝固組織を有する形成体に対し、ＨＩＰ処理（熱間静水圧加圧処理）を施すことも好ましく、鋳造時に生じる内部欠陥を微小化できる。なお、さらに上述のＴ６処理等の熱処理を施す場合には、ＨＩＰ処理の後に施すことができる。
なお、上述したＴ６処理条件やＨＩＰ処理条件は、使用するアルミニウム合金の化学成分や成形体の寸法形状などに応じ、適宜調整することが望ましい。
【００３２】
上述したダイカスト形成された羽根車に対し、例えば、羽根車のハブ軸部外周に対して切削等の機械加工を施すことや、羽根車自体に対して化成処理や陽極酸化処理、メッキや塗装等の表面処理を施すこともできる。ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体は、結晶粒径が従来よりも微細化かつ均一化されるため、常温での機械加工性や、表面の被膜形成性が改善される点で有利である。
【００３３】
ダイカストでは鋳型として金型を用いるので、ダイカスト製コンプレッサ羽根車の鋳肌は、鋳型として耐火物を用いる場合よりも表面粗さの小さい鋳肌となる。これにより、羽根車表面の空力抵抗が低減し、羽根車の空力学的特性向上に寄与できる。
【００３４】
上述した本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、アルミニウム合金を使用し、上述の羽根車形状を有する成形体をダイカスト形成することによって得ることができる。よって、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、高強度な表層および羽根部と、高強度かつ適度な靭性をあわせ持つハブ軸部およびハブ・ディスク部を有することとなり、さらに常温での機械加工性をも有し、空力学的特性向上に寄与できる、優れたコンプレッサ羽根車となる。
【００３５】
本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車に好適なアルミニウム合金は、構造用材料の中でもマグネシウム合金に次いで密度が小さく軽量化には好適である。また、アルミニウム合金は、マグネシウム合金よりも原料や溶湯の取り扱いが容易である利点もある。
本発明において好適なアルミニウム合金は、湯流れ等の鋳造性が良好であり、コンプレッサ羽根車に所望される引張強さ、耐力、伸びといった機械的特性を有する、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、残部Ａｌおよび不可避的不純物を含むアルミニウム合金である。
【００３６】
Ｓｉ含有量の多いアルミニウム合金において、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車に望ましくは、Ｓｉ：８．６〜９．４％、Ｃｕ：１．０〜２．５％、Ｍｇ：０．３〜０．７％、残部がＡｌおよび不可避的不純物を含む、アルミニウム合金である。
【００３７】
また、Ｓｉ含有量の少ないアルミニウム合金において、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車に望ましくは、Ｓｉ：１．５％以上４．０％未満、Ｃｕ：２．５〜５．０％、Ｍｇ：０．３〜０．７％、残部がＡｌおよび不可避的不純物を含む、アルミニウム合金である。
【００３８】
以下、上述した添加元素であるＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、さらには添加することが望ましいＴｉやＢ、Ｓｒ、ＭｎやＦｅについての好適な化学成分範囲、および、含有されやすい不可避的不純物について、Ｓｉ含有量の多い合金およびＳｉ含有量の少ない合金を挙げて説明する。なお、各元素の化学成分値は、特別に記載のない限り質量％で示す。
【００３９】
Ｓｉ（珪素）は、湯流れ等の鋳造性向上や機械強度向上のために有効となる添加元素である。
アルミニウム合金において良好な鋳造性を得たい場合には、多量のＳｉを含有させることが好適であり、Ｓｉを８．６〜９．４％の範囲で含有させることが望ましい。但し、Ｓｉが８．６％未満では所望する鋳造性が得られないことがあり、Ｓｉが９．４％を超えると伸びが低下して脆化しやすくなる。
【００４０】
また、アルミニウム合金において良好な伸びを得たい場合には、少量のＳｉを含有させることが好適であり、Ｓｉを１．５％以上４．０％未満の範囲で含有させることが望ましい。このようにＳｉ含有量を減らした場合には鋳造性が低下してしまうものの、鋳造時間つまり鋳型へ溶湯を充填する時間が短いダイカストを適用することにより鋳造品位や鋳造性の劣化を防止できる。
また、伸びを確保した上でさらに強度を高めたい場合には、後述するＣｕおよびＭｇとの関係において、Ｓｉを２．５〜３．５％の範囲で含有させることが望ましい。
【００４１】
Ｃｕ（銅）は、Ａｌ（アルミニウム）母相中に固溶することで機械強度を向上させる固溶強化の効果、および、鋳造後に実施する熱処理（Ｔ６処理：ＪＩＳ−Ｈ０００１）において析出強化の効果を発揮させるための重要な添加元素である。これは後述するＭｇも同様である。
【００４２】
上述のＳｉ含有量が多いアルミニウム合金においては、Ｃｕを１．０〜２．５％の範囲で含有させることが望ましく、伸びを阻害することなく十分な引張強さを発揮させることができる。但し、Ｃｕが１．０％未満ではＡｌ母相中への固溶量が不足して十分な引張強さが得られないことがあり、Ｃｕが２．５％を超えるとＣｕＡｌ2等の金属間化合物が粒界に多量に析出することにより、Ｓｉによる影響もあって、伸びを低下させることがある。
【００４３】
また、上述のＳｉ含有量が少ないアルミニウム合金においては、Ｓｉ低減による機械強度の低下を補償するために、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅの含有量との関係を考慮しながらＣｕ含有量を２．５〜５．０％の範囲で最適化することが望ましい。すなわち、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅの含有量が多い場合にはＣｕを２．５〜３．５％含有させ、少ない場合にはＣｕを３．５〜５．０％含有させるなど、必要に応じて適宜選択することが望ましい。但し、Ｃｕが２．５％未満ではＡｌ母相中への固溶量が不足し、Ｃｕが５．０％を超えるとＣｕＡｌ2等の金属間化合物が粒界に多量に析出して伸びを低下させることがある。
【００４４】
Ｍｇ（マグネシウム）は、上述したＣｕと同様に、固溶強化および析出強化の効果を発揮させるための添加元素である。上述したＳｉおよびＣｕとの関係においてＭｇを０．３〜０．７％の範囲で含有させて、伸びを阻害することなく十分な引張強さを発揮させることが望ましい。但し、Ｍｇが０．３％未満ではＡｌ母相中への固溶量が少なすぎてＭｇ2Ｓｉの析出量が不足するので十分な引張強さが得られず、Ｍｇが０．７％を超えると伸びを低下させることがある。
【００４５】
また、Ｍｇ含有量に対し、まずＳｉ含有量を調整し、次いでＣｕ含有量を調整することが、鋳造性や機械特性の変化を確認しやすく望ましい。より望ましくは、Ｍｇを０．４〜０．６％含有とした上でＳｉおよびＣｕの含有量を最適化することである。
【００４６】
上述のアルミニウム合金においては、鋳造時の凝固組織の微細化つまり結晶粒を微細化させるために、さらにＴｉ（チタニウム）を０．０５〜０．３％の範囲で含有させることができる。但し、Ｔｉが０．０５％未満では結晶粒を微細化させる効果が小さく、０．３％を超えると伸びを低下させることがある。
【００４７】
また、上述のＴｉの効果をより促進させるＢをＴｉ含有量の２０％程度含有させることも望ましく、例えばＴｉ含有量０．０５〜０．３％に対してＢを０．０６％以下の範囲で含有させることができる。この場合、Ｂを０．０６％を超えて含有させてもさらなる効果の向上は期待できない。
【００４８】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金では、共晶Ｓｉが生成され、これが針状や繊維状に成長すると伸びを損ねることとなる。そこで、上述のアルミニウム合金においては、共晶Ｓｉの球状化を促進させるためにＳｒ（ストロンチウム）を０．００５〜０．０８％の範囲で含有させることが望ましい。これにより共晶Ｓｉの針状や繊維状への成長が抑制され、伸びの低下が防止される。但し、Ｓｒが０．００５％未満では共晶Ｓｉを球状化させる効果が期待できず、Ｓｒが０．０８％を超えるとピンホールやヒケといった鋳造不良を発生させることがある。なお、Ｓｒと同様の効果は、Ｓｂ（アンチモン）やＮａ（ナトリウム）といった元素によっても得られる。
【００４９】
アルミニウム合金の溶湯は、Ｆｅ基合金でなる金型の表面との親和性が良く、ダイカストにおいて金型への焼き付きを生じる可能性があることが知られる。そこで、上述のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金においては、溶湯の金型への焼き付きの防止を期待し、適量のＭｎ（マンガン）やＦｅ（鉄）を含有させて溶湯と金型表面との親和性を低下させることが望ましい。この場合、Ｍｎを０．３〜０．８％の範囲で含有させ、Ｆｅを０．２％以下の含有に抑えることが望ましく、Ｍｎのみを含有させても良い。但し、Ｍｎが０．３％未満では焼き付き防止効果が期待できず、Ｍｎが０．８％を超えると脆化しやすくなる。また、ＦｅはＭｎに比べると脆化への影響が大きく、できる限り０．２％以下の含有に抑えることが望ましい。
【００５０】
次に、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車の形状について具体例を挙げ、図面に基づいて説明する。
図１は、自動車用ターボチャージャの吸気側に使用されるコンプレッサ羽根車１（以下、羽根車１という）の模式図である。羽根車１は、ハブ軸部２と、このハブ軸部２から半径方向に延在するハブ面３を有するハブ・ディスク部４と、ハブ面３に配設された交互に隣接する複数の長羽根５と短羽根６とを有する羽根部とからなり、合計１２枚の長羽根５と短羽根６を有する。本発明におけるダイカスト形成された成形体は、図１に示す羽根車１に対応する羽根車形状を有することができる。
【００５１】
図２は、羽根車１の羽根部簡略図であり、明確化のため２枚の長羽根５と１枚の短羽根６のみを記載している。また、図２の斜線部は、ハブ面３と、ひとつの短羽根６を含む隣接する２枚の長羽根５のブレード面７とで囲まれたブレード空間８に対応する。長羽根５と短羽根６のブレード面７は、いずれも複雑な流体力学的曲面形状を表裏に有している。また、この羽根車１は、羽根車１の隣接する一対の長羽根５の間に形成される各ブレード空間８には、ハブ軸部２から半径方向外方に向かってアンダーカットを有している。
【００５２】
本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、合計８〜１４枚の長羽根と短羽根とを有する羽根部とすることができる。また、羽根車の各部を、外径７〜３０ｍｍのハブ軸部と、外径３０〜１２０ｍｍで最外周部肉厚２〜５ｍｍのハブ・ディスク部と、羽根部は、先端付近肉厚０．２〜２ｍｍ、中央付近肉厚１〜５ｍｍ、ハブ面近傍の付け根付近肉厚１．５〜８ｍｍといった寸法形状に形成することができる。これは、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体においても、加工代などの余肉に対応するだけの寸法形状の差分を有するものも同様である。また、このような羽根車の場合、薄肉である羽根部に対しハブ軸部およびハブ・ディスク部は塊状となり、羽根車に対する羽根部全体の容積を１０〜３０％に形成してよい。
【００５３】
上述した本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、例えば、以下の製造方法によって製造できる。
具体的には、まず、ハブ軸部と、このハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなる、コンプレッサ羽根車の形状に対応するキャビティを有する金型を準備する。次いで、このキャビティ内に溶融材料を１秒以下の充填時間で供給するダイカスト法により、コンプレッサ羽根車の形状に対応する羽根車形状を有する成形体を形成する。望ましくは、上述した溶融材料の充填に引き続き、充填されたキャビティ内の溶融材料に対して２０ＭＰａ以上の圧力を１秒以上加え、その加圧状態を維持するダイカスト法である。そして、湯道やバリ等を除去して清浄した成形体に対して必要に応じて仕上げ加工や熱処理などを施すことにより、コンプレッサ羽根車が製造される。
【００５４】
以下、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車を製造するにおいて、コンプレッサ羽根車の形状に対応する羽根車形状を有する成形体を形成するためのダイカスト形成条件につき、詳細に説明する。
金型のキャビティに注入する材料の注入温度は、好ましくは液相線温度以上とすることであり、すなわち溶融材料を使用することである。これは、キャビティに到達する前に、注入する材料が凝固してしまうことが防止されるからである。また、注入する材料の温度は、材料の成分を確保でき、鋳造時の材料の飛散やガスの巻き込み等に起因する不具合を生じない限り、幾ら高温であっても構わない。
【００５５】
また、金型のキャビティに対する材料の注入は、好ましくは１秒以下の充填時間で供給することである。また、充填時間は、キャビティに十分にかつ円滑に材料を供給でき、鋳造時の材料の飛散やガスの巻き込み等に起因する不具合を生じない限り、幾ら短時間でも構わない。
【００５６】
コンプレッサ羽根車の羽根部は、優れた空力学的特性を得るため、ハブ面を有するハブ・ディスク部に比べ、通常は極めて薄肉に設計される。このため、羽根部に対応して画成された金型の羽根部キャビティは、極めて狭隘な深い溝状の空間となる。よって、上述した充填時間で材料を供給することは、金型の羽根部キャビティに対して、速やかに、かつ十分に材料が供給されることとなり、エアーベント等による排気手段を適正に実施することによって羽根部キャビティにおける材料の不廻りやガスの巻き込み等の鋳造欠陥の発生が防止される。これにより、鋳造形成された成形体における羽根部の健全性がより高まることとなる。
【００５７】
また、金型のキャビティに対して材料を注入した後は、好ましくは２０ＭＰａ以上の圧力を１秒以上加え、その加圧状態を維持することである。この操作は、材料の注入後、可能な限り速やかに行うことが好ましい。また、上述の加圧状態を１秒以上継続させた後には圧力を下げてもよい。より好ましくは、材料が完全に凝固し、羽根車が確実に形成されるまで、その加圧状態を維持することである。鋳造後に金型のキャビティを加圧状態で維持するとき、例えばハブ軸部の軸線方向等の凝固収縮しやすい個所に対して局所加圧することも好ましく、これにより溶湯が部分的に補給され、引け等の鋳造欠陥の発生を防止できる。
【００５８】
また、金型のキャビティは、予め０．０５ＭＰａ以下に減圧しておくことが好ましい。ダイカスト形成においては、キャビティに材料を高速で注入するため、キャビティ内の溶湯の湯廻り状態など材料の充填状態によっては空気やガス等の気体を巻き込みやすい。そこで、予め０．０５ＭＰａ以下に減圧しておき、このような不具合を低減させる。より好ましくは０．０１ＭＰａ以下、さらに０．００５ＭＰａ以下に減圧しておくことである。また、ダイカストに用いる溶融材料の酸化防止のため、予めキャビティ内にアルゴン等の不活性ガス、アルゴンと水素との混合ガス、窒素等を充満させて酸素を遮断し、成形体への酸化物の巻き込みを防止することも好ましい。
【００５９】
この後、金型のキャビティ内で材料を凝固させて羽根車形状を有する成形体を得る。得られた羽根車形状を有する成形体は、まず薄肉で熱容量の小さい羽根部が凝固形成され、同時に、金型と直接に接触するハブ・ディスク部の最外径部やハブ面、ハブ軸部の端部といった羽根車の表層が凝固形成される。そして、次第にハブ・ディスク部の内部に向かって凝固が進行し、最終的に中心部が凝固形成される。このため、最終凝固部となるハブ・ディスク部の中央辺りには、引け巣等の鋳造欠陥が生じやすい。よって、材料を注入した後に、上述したように加圧状態を維持することにより、もしくは、キャビティを画成する金型の一部や加圧用に設けたピンを押し込むなどの手段により部分加圧することにより、成形体の健全性がより高まることとなる。
【００６０】
次に、図１に示す羽根車１に対応する羽根車形状を有する成形体を製造可能とする金型のキャビティについて、一例を挙げて図面に基いて説明する。
図３に金型装置の一例を示す。金型は、羽根車の軸線方向９に開閉自在な可動金型２２と固定金型２１、および羽根車の軸線方向９に対して半径方向に移動可能なスライド金型２３とスライド支持具２４とから構成されている。図４は、可動金型２２の要部矢視図であり、明確化のためスライド金型２３とスライド支持具２４とをそれぞれ１個のみ記載している。図５は、スライド金型２３の模式図である。
【００６１】
スライド金型２３は、短羽根形状の有底溝部３３（点線で記載）と、短羽根に隣接する２枚の長羽根５で画成される空間に対応する形状体とを有している。すなわち、図２の斜線部で示すブレード空間８に相当する形状を形成するように、羽根車１のハブ面３に相当するハブキャビティ３１と、長羽根５に相当するブレードキャビティ３２、および短羽根６に相当する有底溝部３３を有している。
【００６２】
上述した短羽根形状の有底溝部３３を有するスライド金型２３を用いることにより、短羽根６の基部すなわちハブ面３との付け根部にはパーティングライン（型割線）が形成されることはない。また、同様に、隣接する一対の長羽根５とともにブレード空間８を画成するハブ面３には、パーティングライン（型割線）が形成されることはない。このため、ハブ面３およびブレード面７において流体抵抗を低減することができ、コンプレッサ羽根車の空力学的特性の向上に寄与できる。
【００６３】
また、図４に示すように、可動金型２２において、軸線方向９に対するスライド金型２３の半径方向への可動範囲内の底面にリング状の支持板２５を設置し、スライド金型２３を支持する。この支持板２５は、成形体の軸線方向９への移動が可能になっており、固定金型２１と可動金型２２の型開き後にスライド金型２３と離間する側に移動させ、型締めの際には元の位置に戻す構造になっている。すなわち、固定金型２１と可動金型２２の型開き後に、スライド金型２３はスライド支持具２４のみで支持される。
【００６４】
上述したスライド金型２３を、羽根車１のブレード空間８の個数分だけ図３に示すように固定金型２２に環状に配設し、それぞれのスライド金型２３と可動金型２２および固定金型２１を型締めして密接させる。これにより、実質的に羽根車１と同一の形状の金型によるキャビティを形成することができる。そして、このキャビティに、材料を注入して成形体１０を成形する。
【００６５】
次に、スライド金型２３を軸線方向９の半径方向外方に移動させ、冷却凝固して成形された羽根車形状を有する成形体１０を離型する。具体的には、成形体１０を鋳造成形後、まず可動金型２２を固定金型２１と離間する側に移動させて型開きし、次いで支持板２５をスライド金型２３と離間する側に移動させ、スライド金型２３をスライド支持具２４のみで支持させる。そして、図４に示すように、スライド支持具２４を可動金型２２に設けた溝２６に沿って軸線方向９の半径方向外方に引き出す。このとき、スライド金型２３を、スライド支持具２４に設けた回転軸２７に連結させておくことにより、スライド金型２３は回転軸２７を中心に自然に回動し、成形体１０の長羽根５および短羽根６の表面形状に沿って抵抗少なく離型される。
【００６６】
離型後、羽根車形状を有する成形体１０から不要な湯道や湯口、バリなどを除去し、さらには化成処理や陽極酸化処理、セラミックコーティング、あるいはメッキや塗装等の表面処理を行ってもよい。また、例えば、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）や、サンドブラスト、ケミカルピーリングといった処理を行ってもよい。
【００６７】
以上、一例として上述したダイカスト法を適用した製造方法によれば、たとえ、複数の羽根部が交互に隣接する長羽根と短羽根からなる複雑な形状を有するコンプレッサ羽根車であっても、羽根車の形状に対応する金型のキャビティが画成可能であって、鋳造成形後に羽根車形状を有する成形体を金型から離型可能であれば、形状精度が良好で緻密な結晶粒による鋳造組織を有する成形体を用いて、高強度であって、更なる高速回転に対応可能な本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車を得ることができる。
【００６８】
そして、格別の機械加工や鋳造後の形状調整を施すこともなく、羽根車を模した消失性模型を形成することもないため、生産効率や製造コストの点でも格段に改善され、従来よりも廉価なコンプレッサ羽根車の提供が可能となる。
【実施例】
【００６９】
本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車の一例として、図１に示す形状を有する羽根車を、Ｓｉなどの含有量の異なる２種類のアルミニウム合金を羽根車の材料として使用し、一例として上述した製造方法によって製造した。
使用したアルミニウム合金のひとつは、化学成分が、質量％で、Ｓｉ含有量が８．９２％と多く、Ｃｕ：１．９６％、Ｍｇ：０．５３％を含み、さらにはＴｉ：０．１３％、Ｓｒ：０．０２６％、Ｍｎ：０．６３％、Ｆｅ：０．１９％を含み、残部Ａｌおよび不可避的不純物を含むアルミニウム合金（以下、合金Ａという）である。
【００７０】
また、使用したアルミニウム合金のもうひとつは、化学成分が、質量％で、Ｓｉ含有量が３．９０％と少なく、Ｃｕ：１．６０％、Ｍｇ：０．５１％を含み、さらにはＴｉ：０．２０％、Ｓｒ：０．０５８％、Ｍｎ：０．０３％、Ｆｅ：０．１６％を含み、残部Ａｌおよび不可避的不純物を含むアルミニウム合金（以下、合金Ｂという）である。
【００７１】
羽根車の製造方法は同様であるので、以下、上述の合金Ａを例に挙げて説明する。
まず、上述の合金Ａからなる溶湯を準備し、この溶湯を、図３に示す金型装置を配設したダイカスト成形機に供給し、図５に示す複数のスライド金型２３等により画成した金型のキャビティ内に注入後、加圧維持して羽根車の成形体を凝固させた。このとき、溶湯注入前のキャビティ内は僅かに大気が残存する雰囲気であって、その真空度はおよそ０．００５ＭＰａであった。また、キャビティへの溶湯注入は、金型温度を１６０℃、溶湯温度を７２５℃、溶湯の射出速度を最大１．５ｍ／ｓ、鋳造圧力を９０ＭＰａに調整し、溶湯充填後は鋳造圧力を保持しながら加圧状態を維持した。
【００７２】
この後、溶湯が凝固するまで十分に冷却し、図３に示す可動金型２２を固定金型２１と離間させた後、図６に示す構造としたスライド金型２３を、図７に示す手順により成形体１０から離型させ、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体１０を得た。
【００７３】
図６は、スライド金型２３とスライド支持具２４との接合構造を示す側面図であり、スライド金型２３は、その回転軸２７にベアリング２８を介して固定ピン２９を差込んでスライド支持具２４と連結させた。また、スライド支持具２４の底部にガイドピン３０を設け、スライド支持具２４を図４に示す可動金型２２に設けた溝２６に沿って軸線方向９の半径方向外方に引き出す案内とした。
【００７４】
図７は、成形体１０からスライド金型２３を軸線方向９に対する半径方向外方に移動させつつ回動させて離型させる具体的な動作手順を示す模式図であり、図７（ａ）〜（ｄ）は、スライド金型２３が成形体１０から離型していく状態を示している。なお、図７においては、離型動作を説明する便宜上、スライド金型２３のキャビティ部分にハッチングを施している。成形体１０を離型するためにスライド支持具２４を移動させると、スライド金型２３は、成形体１０の長羽根５および短羽根６の表面形状に沿って移動しながら回転軸２７を中心に自然に回動し、最終的に図７（ｄ）のように羽根車形状を有する成形体１０から離型した。
【００７５】
そして、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体１０から不要な湯口や湯道および微細なバリを除去し、長羽根と短羽根を有し、ハブ軸部の外径１３ｍｍ、ハブ・ディスク部は、外径６９ｍｍ、最外周部肉厚２．５ｍｍ、羽根の肉厚は、羽根先端付近０．５ｍｍ、羽根中央付近１．２ｍｍ、ハブ面近傍の羽根付け根２．２ｍｍ、羽根車に対する羽根部全体の容積１３％の形状を有する、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車を得た。
【００７６】
このようにして得た本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、それ自体が従来にない機械的強度に優れたコンプレッサ羽根車となる。
これに加え、さらに得られた上述の成形体もしくは羽根車に対し、例えば、温度５２５℃、８時間の溶体化処理後に、温度１６３℃、１６時間の時効処理を行うＴ６処理（ＪＩＳ−Ｈ０００１）を施すことにより、もしくはＨＩＰ処理を施した後に前記Ｔ６処理を施すことにより、羽根車は、より一層の高強度を備えたコンプレッサ羽根車となることが期待される。
【００７７】
上述のようにして得ることができた、羽根車形状を有する合金Ａからなる成形体（以下、羽根車Ａという）と合金Ｂからなる成形体（以下、羽根車Ｂという）につき、それぞれの鋳造組織を観察した。なお、羽根車Ａおよび羽根車Ｂには、ＨＩＰ処理や熱処理を施しておらず、すなわち、羽根車Ａおよび羽根車Ｂは、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体と同じ鋳造組織を有するものである。
【００７８】
そして、羽根車Ａと羽根車Ｂにつき、観察時に、それぞれの羽根部と、ハブ軸部およびハブ・ディスク部の深さ５ｍｍ以内の表層と、ハブ軸部およびハブ・ディスク部の中心部とを写真撮影し、撮影した写真を用い、それぞれの鋳造組織における平均結晶粒径を測定した。
【００７９】
羽根車Ａと羽根車Ｂの鋳造組織を対象とした平均結晶粒径の測定は、切断法（ＪＩＳ−Ｈ０５０１）を適用して行った。具体的には、光学顕微鏡により倍率４００倍で供試片断面の鋳造組織を観察撮影し、図８に線描で模式的に示すように、まず、撮影した写真上において番号１〜６で示す縦横斜め６本の既知の長さの線分によって区切り、各線分によって完全に切られる結晶粒数を数えた。次いで、番号１〜６で示す線分のそれぞれの長さＬ１〜Ｌ６の合計値である線分全長：Ｌｔ（μｍ）、数えた結晶数の合計値である総結晶粒数：Ｎｔ、撮影した写真の倍率換算値：Ｓを用い、式（１）：Ｄａ＝Ｌｔ／Ｎｔ／Ｓ×１０００によって定まる値を平均結晶粒径：Ｄａ（μｍ）として求めた。
【００８０】
（羽根車Ａの鋳造組織）
羽根車Ａの鋳造組織の一例として、図９〜図１１に倍率４００倍の撮影写真を示す。図９は、ハブ・ディスク部のハブ軸部の軸線方向にほぼ垂直な断面であって、ハブ・ディスク部の最外径部を形成する平面とハブ軸部の軸線方向とが交差する羽根車の中心部付近の鋳造組織である。図１０は、ハブ・ディスク部のハブ軸部の軸線方向にほぼ垂直な断面であって、最外径部から内側に２０ｍｍ、表面から深さ４ｍｍ付近の鋳造組織である。図１１は、羽根部であって、長羽根におけるハブ軸部の軸線方向にほぼ垂直な断面であり、羽根先端から１０ｍｍ、肉厚１．２ｍｍ付近の鋳造組織である。なお、ハブ軸部は、ハブ・ディスク部との明確な差異が認められなかったため、これを略す。
【００８１】
羽根車Ａにおける鋳造組織は、羽根部が最も微細化されており、次いでハブ・ディスク部の表層、ハブ・ディスク部の中心部の順であって、羽根車の中心部に向かって結晶粒径が大きく形成されていた。図９〜図１１に対応する平均結晶粒径：Ｄａ（μｍ）を表１に示す。
羽根車Ａにおいては、羽根部は平均結晶粒径が１０μｍ以下の４．０μｍで形成され、ハブ・ディスク部の表面から深さ４ｍｍ付近は平均結晶粒径が１５μｍ以下の６．５μｍで形成され、ハブ・ディスク部の中心部付近は平均結晶粒径が２０μｍ以下の１１．７μｍで形成されていた。また、図示は略すが、ハブ・ディスク部の表面から深さ５ｍｍ付近の結晶粒分布についても、上述の深さ４ｍｍ付近の結晶粒分布との明確な差異は認められなかった。
【００８２】
【表１】
【００８３】
（羽根車Ｂの鋳造組織）
次に、羽根車Ｂの鋳造組織の一例として、図１２〜図１４に倍率４００倍の撮影写真を示す。図１２はハブ・ディスク部の中心部付近、図１３はハブ・ディスク部の表面から深さ４ｍｍ付近、図１４は羽根部の鋳造組織であって、それぞれ図９〜図１１に示す羽根車の個所に対応する。なお、ハブ軸部は、羽根車Ａの場合と同様に、ハブ・ディスク部との明確な差異が認められなかったため、これを略す。
【００８４】
羽根車Ｂにおける鋳造組織は、羽根車Ａの場合と同様に、羽根部が最も微細化されており、次いでハブ・ディスク部の表層、ハブ・ディスク部の中心部の順であって、羽根車の中心部に向かって結晶粒径が大きく形成されていた。図１２〜図１４に対応する平均結晶粒径：Ｄａ（μｍ）を上述の表１に示す。
羽根車Ｂにおいては、羽根部は平均結晶粒径が１０μｍ以下の４．４μｍで形成され、ハブ・ディスク部の表面から深さ４ｍｍ付近は平均結晶粒径が１５μｍ以下の７．１μｍで形成され、ハブ・ディスク部の中心部付近は平均結晶粒径が２０μｍ以下の１１．３μｍで形成されていた。また、図示は略すが、ハブ・ディスク部の表面から深さ５ｍｍ付近の結晶粒分布についても、上述の深さ４ｍｍ付近の結晶粒分布との明確な差異は認められなかった。
【００８５】
（鍛造素材を用いる従来のコンプレッサ羽根車）
鍛造素材を用いて削り出しにより形成された従来のコンプレッサ羽根車（以下、羽根車Ｃという）を入手し、上述した羽根車Ａおよび羽根車Ｂと同様に鋳造組織を観察撮影し、目視により鋳造組織形態を羽根車Ａおよび羽根車Ｂと比較した。なお、羽根車Ｃは、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）規定のアルミニウム鍛造合金Ａ２６１８でなり、質量％で、Ｃｕ：２．５１％、Ｎｉ：１．１１％、Ｍｇ：１．５９％、Ｓｉ：０．２０％、Ｔｉ：０．０５％、Ｆｅ：１．０３％、Ｚｎ：０．０３％、残部Ａｌおよび不可避的不純物を含み、Ｔ６処理されたものである。
【００８６】
従来の羽根車Ｃの鍛造組織の一例として、図１５〜図１７に倍率４００倍の撮影写真を示す。図１５はハブ・ディスク部の中心部付近、図１６はハブ・ディスク部の表面から深さ４ｍｍ付近、図１７は羽根部の鍛造組織であって、それぞれ図９〜図１１また図１２〜図１４に示す羽根車Ａまた羽根車Ｂのそれぞれの個所に対応する。
従来の羽根車Ｃにおける鍛造組織は、結晶粒の形状が羽根車Ａや羽根車Ｂほどには明確ではないが、図１５に示すハブ・ディスク部の中心部は、羽根車Ａや羽根車Ｂよりも微細に見える結晶粒分布を有する組織が確認された。また、図１６に示すハブ・ディスク部の表面から深さ４ｍｍ付近は、羽根車Ａや羽根車Ｂと同等程度に微細に見える結晶粒分布を有する組織が確認された。これは、図示は略すが、深さ５ｍｍ付近でも同様であった。また、図１７に示す羽根部は、羽根車Ａや羽根車Ｂよりも粗大に見える結晶粒分布を有する組織が確認され、特に羽根車Ｂ（図１４）の鋳造組織と比べると、明らかに粗大に見える結晶粒分布を有することが確認された。
【００８７】
以上より、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車を製造するにおいて、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体である羽根車Ａおよび羽根車Ｂは、羽根部は平均結晶粒径が１０μｍ以下で形成され、ハブ・ディスク部やハブ軸部の深さ５ｍｍ以内の表層は平均結晶粒径が１５μｍ以下で形成され、ハブ・ディスク部やハブ軸部の中心部は平均結晶粒径が２０μｍ以下で形成されている鋳造組織を有することが確認できた。そして、特に、羽根部や羽根車の表層においては、平均結晶粒径が５〜１０μｍの微細な結晶粒による均一で緻密な急冷された鋳造組織が形成されていることが確認できた。
【００８８】
従って、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体を用いて得た、本発明のダイカスト製コンプレサ羽根車は、ダイカスト形成することにより、羽根部や羽根車の表層の結晶粒が従来の羽根車よりも微細化され、かつ、羽根車の中心部に向かって結晶粒が次第に大きくなるような鋳造組織を有することとなって、従来の鍛造素材を用いて形成された羽根車が有する機械的特性と同等か、もしくはこれを超えることも期待される、優れた性能を有するコンプレッサ羽根車となることが確認できた。
【００８９】
また、上述した鋳造組織を有する本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車に対し、さらに、上述したＴ６処理（ＪＩＳ−Ｈ０００１）を施すことにより、もしくはＨＩＰ処理を施した後に前記Ｔ６処理を施すことにより、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、より一層の高強度を備えたコンプレッサ羽根車となることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、例えば自動車や船舶等の内燃機関に組み込まれる過給機の吸気側に使用されるコンプレッサ羽根車として利用できる。また、過給機に限らず、コンプレッサ羽根車と類似の形状を有して回転する風車や水車などの各種の羽根車としても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】コンプレッサ羽根車の一例を示す模式図である。
【図２】羽根部の一例における簡略図である。
【図３】金型装置の一例を示す全体図である。
【図４】可動金型の一例を示す要部矢視図である。
【図５】スライド金型の一例を示す模式図である。
【図６】スライド金型とスライド支持具との接合構造の一例を示す側面図である。
【図７】スライド金型の離型動作の一例を示す模式図である。
【図８】切断法（ＪＩＳ−Ｈ０５０１）を適用した平均結晶粒径の測定の概要を示す模式図である。
【図９】羽根車Ａの中心部の断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１０】羽根車Ａのハブ・ディスク部の断面の表面から深さ４ｍｍ付近の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１１】羽根車Ａの羽根部の断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１２】羽根車Ｂの中心部の断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１３】羽根車Ｂのハブ・ディスク部の断面の表面から深さ４ｍｍ付近の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１４】羽根車Ｂの羽根部の断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１５】羽根車Ｃの中心部の断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１６】羽根車Ｃのハブ・ディスク部の断面の表面から深さ４ｍｍ付近の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１７】羽根車Ｃの羽根部の断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１．コンプレッサ羽根車、２．ハブ軸部、３．ハブ面、４．ディスク部、５．長羽根、６．短羽根、７．ブレード面、８．ブレード空間、９．軸線方向、１０．成形体、２１．固定金型、２２．可動金型、２３．スライド金型、２４．スライド支持具、２５．支持板、２６．溝、２７．回転軸、２８．ベアリング、２９．固定ピン、３０．ガイドピン、３１．ハブキャビティ、３２．ブレードキャビティ、３３．有底溝部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関からの排気ガスを利用し圧縮空気を送る過給機の吸気側に使用されるダイカスト製コンプレッサ羽根車に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車や船舶等の内燃機関に組み込まれる過給機は、内燃機関からの排気ガスによって排気側のタービン羽根車を回転させることにより、あるいはクランクシャフト等の回転機構により、タービン羽根車と同軸上にある吸気側のコンプレッサ羽根車を回転させて外気を吸引して圧縮し、この圧縮空気を内燃機関に供給することにより内燃機関の出力を向上させるものである。
【０００３】
近年、内燃機関の燃焼効率をさらに向上させる目的で、タービン羽根車およびコンプレッサ羽根車をより高速回転させるための種々の検討がなされている。この過給機に使用されるコンプレッサ羽根車は、使用温度環境が１００〜１５０℃程度であることから従来よりアルミニウム合金が多用されているが、高速回転させるにあたり、アルミニウム製コンプレッサ羽根車のさらなる高強度化が望まれている。
【０００４】
一般に、コンプレッサ羽根車は、回転中心軸であるハブ軸から半径方向に延在するハブ・ディスク部のハブ面に、流体力学的曲面を有する複数の羽根部がハブ軸の周囲に放射状に配設された複雑な形状を有している。また、羽根部が長羽根と短羽根とで構成された羽根車や、羽根部に囲まれた空間が、ハブ軸から半径方向外方に向ってアンダーカットとなる複雑な形状の羽根車もある。
【０００５】
このようにコンプレッサ羽根車は複雑な形状を有しており、特に羽根部を簡易に形成することは容易ではない。それ故に、従来から各種のコンプレッサ羽根車の製造方法が提案されている。例えば、鍛造成形された羽根車素材から羽根形状を削り出す製造方法（特許文献１）、鋳造可能な形状の羽根車素材を一旦形成した後に羽根部を曲げて矯正する製造方法（特許文献２）、羽根車の羽根部とハブ部とを一体にした消失性模型を用いて形成した耐火物鋳型に鋳造するロストワックス鋳造法（特許文献３）、ゴム模型を用いて石膏鋳型に鋳造するプラスターモールド法（特許文献４）などが提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−４８７６９号公報
【特許文献２】特開昭５７−１７１００４号公報
【特許文献３】ＷＯ２００５−１１６４５４号公報
【特許文献４】特開２００５−２０６９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１〜４のいずれの場合においても、コンプレッサ羽根車の製造工程は長く複雑なものとなる。
具体的には、特許文献１の鍛造素材から削り出す場合には、例えば、まず鋼塊を鋳造し、これを鍛伸または圧延して鍛造素材を得る。次いで、得られた鍛造素材を鍛造して羽根車素材を得る。この後に、得られた羽根車素材から羽根形状を削り出すことにより、最終的にコンプレッサ羽根車を得るといった製造工程となる。
【０００８】
また、特許文献２の鋳造後に羽根部を曲げ矯正する場合には、例えば、まず羽根部の形状を型抜き可能な形状とした羽根車素材の形状模型を作製する。次いで、作製した形状模型を用いて鋳型を作製する。そして、作製した鋳型に溶湯を鋳造して羽根車素材を得る。この後に、得られた羽根車素材の羽根部をプレス等を用いて曲げ矯正することにより、最終的にコンプレッサ羽根車を得るといった製造工程となる。
【０００９】
また、特許文献３のロストワックス鋳造法の場合には、例えば、まずワックス等の消失性材料を用いてコンプレッサ羽根車の形状模型を作製する。次いで、作製した形状模型の周りに耐火物をコーティングした後にワックス等を消失させて鋳型を作製する。この後に、作製した鋳型に溶湯を鋳造することにより、コンプレッサ羽根車を得るといった製造工程となる。
【００１０】
また、特許文献４のプラスターモールド法の場合には、例えば、まずゴム等の大変形可能な弾性材料を用いてコンプレッサ羽根車の形状模型を作製する。次いで、作製した形状模型の周りに石膏（プラスター）をコーティングした後に形状模型を引き抜いて鋳型を作製する。この後に、作製した鋳型に溶湯を鋳造することにより、コンプレッサ羽根車を得るといった製造工程となる。
【００１１】
よって、コンプレッサ羽根車を供給する上では、上述したような長く複雑な製造工程によるのではなく、生産効率や材料歩留がよく、従来よりも安価に量産可能な新規な製造方法によることが望まれている。また、これとともに、上述したようにコンプレッサ羽根車をさらに高速回転させるにおいて課題とされる軽量化や高強度化が望まれている。
【００１２】
羽根車の高強度化に関しては、上述の特許文献１のように、鋳塊の大きな結晶粒が鍛造により微細化された鍛造素材を用いて形成した羽根車は、微細な結晶粒を有することによって機械的強度が向上される。故に、結晶粒が微細である点において、上述した鋳造方法によって得た他の羽根車よりも、鍛造素材から削り出して得た羽根車は優れている。
【００１３】
本発明の目的は、上述の問題を解決し、従来の鋳造形成されたコンプレッサ羽根車よりも結晶粒径を微細化して高強度化を可能とし、安価に大量生産することが可能なダイカスト製コンプレッサ羽根車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、コンプレッサ羽根車に対して、ダイカスト法を適用した製造が可能であること、また、アルミニウム製羽根車であってもダイカスト製羽根車とすることにより結晶粒が微細化されて高強度化が可能であることを見出し本発明に到達した。
【００１５】
すなわち、本発明は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇを含むアルミニウム合金でなるダイカスト製コンプレッサ羽根車であって、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体は、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなり、前記羽根部は平均結晶粒径が１０μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の深さ５ｍｍ以内の表層は平均結晶粒径が１５μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の中心部は平均結晶粒径が２０μｍ以下で形成されている、ダイカスト製コンプレッサ羽根車である。
【００１６】
本発明においては、質量％で、Ｓｉ：８．６〜９．４％、Ｃｕ：１．０〜２．５％、Ｍｇ：０．３〜０．７％、残部がＡｌおよび不可避的不純物を含む、アルミニウム合金を使用し、ダイカスト製コンプレッサ羽根車を得ることができる。
【００１７】
また、本発明においては、質量％で、Ｓｉ：１．５％以上４．０％未満、Ｃｕ：２．５〜５．０％、Ｍｇ：０．３〜０．７％、残部がＡｌおよび不可避的不純物を含む、アルミニウム合金を使用し、ダイカスト製コンプレッサ羽根車を得ることができる。
【００１８】
また、前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｔｉ：０．０５〜０．３％、Ｂ：０．０６％以下を含むことができる。
また、前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｓｒ：０．００５〜０．０８％を含むことができる。
【００１９】
また、前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｆｅ：０．２％以下を含むことが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、ダイカスト法によるので、上述した特許文献１〜４で提案されるような従来の製造方法によるよりも、格段に安価に大量生産することが可能となる。また、羽根車の羽根部や表層には緻密で均一な結晶粒を有する凝固組織が形成されるため、従来のプラスターモールド法等による大きな結晶粒を有する羽根車よりも高強度のアルミニウム製のコンプレッサ羽根車を得ることができ、更なる高速回転に対応可能となる。それ故に本発明は、工業上極めて有効な技術となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
上述した通り、本発明の重要な特徴は、ダイカスト形成されて結晶粒が微細化された羽根車形状を有する成形体を用いてコンプレッサ羽根車を得たことである。
具体的には、ダイカスト形成された成形体は、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなる。また、ダイカスト形成された成形体は、隣接する一対の長羽根の間に形成される各ブレード空間には前記ハブ軸部から半径方向外方に向かってアンダーカットを有していてもよい。
【００２２】
また、上述の羽根車形状を有する成形体は、ダイカスト形成されて結晶粒が微細化されており、具体的には、前記羽根部は平均結晶粒径が１０μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の深さ５ｍｍ以内の表層は平均結晶粒径が１５μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の中心部は平均結晶粒径が２０μｍ以下で形成されている。
【００２３】
本発明における平均結晶粒径とは、切断法（ＪＩＳ−Ｈ０５０１）を適用して測定されるＤＡＳ２（二次デンドライトアームスペーシング）に基づいて求められる平均的な結晶粒径、もしくは、明確なＤＡＳ２が観察に難い場合にはＤＡＳ２に対応するかのように観察された隣接する結晶粒間の距離に基づいて求められる平均的な結晶粒径を意味する。
【００２４】
上述したダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体は、薄肉で熱容量の小さい羽根部では、急冷された緻密で均一な急冷組織が形成される。また、塊状で熱容量の大きいハブ・ディスク部やハブ軸部では、その深さ５ｍｍ以内の表層には、特に深さ２ｍｍ以内の表層では顕著であるが、急冷された緻密で均一な結晶粒を有する凝固組織が形成され、中心部近傍には表層よりも大きい結晶粒を有する凝固組織が形成される。
【００２５】
このように、羽根車形状をダイカスト形成することにより、羽根車形状を有する成形体において、表面側の凝固速度が格段に高められて急冷され、中心部に向かって凝固速度が次第に低減されて、これにより、成形体の凝固組織において、表面側から中心部に向かって連続的に、微細で均一な結晶粒から、より平均粒径の大きい結晶粒へと変化しながら凝固組織が形成される。
【００２６】
これは、ダイカスト形成においては、鋳型として金型を使用するため、プラスターモールド法等で使用する耐火物等よりも冷却能力が格段に高く、薄肉の羽根部や、ディスク部やハブ軸部の表面層では、金型に接触した溶湯が急冷されるからである。
また、ダイカスト形成においては、溶湯を高圧力で金型のキャビティに注入するため、金型表面に対する溶湯の密着性が向上することにより、溶湯の冷却速度が上がる利点もある。
【００２７】
上述したように微細で緻密な結晶粒を有する急冷組織を形成することにより、羽根車形状を有する成形体の鋳造組織の硬度や強度を高めることができ、羽根車形状の中心部に向かって表層よりも大きい結晶粒を有する鋳造組織を形成することにより、靭性を持たせることができる。
【００２８】
これに加えて、本発明においては、上述した凝固組織を有する形成体に対し、さらにＴ６処理（ＪＩＳ−Ｈ０００１）等の熱処理を施すことにより、緻密な結晶組織の母相が維持されながら溶体化や時効硬化による素材の改質による機械特性の改善効果が付加されることによって、特にハブ軸部やハブ・ディスク部の中心部に近い個所に対してはさらに有効に作用し、より一層の羽根車の高強度化が期待される。
【００２９】
例えばＴ６処理における溶体化処理は、その保持時間を幾つか変えて各々の引張強さや伸びを測定し、好適な保持温度と保持時間を決定する等の手段を採用することができる。例えば、少なくとも７％以上の伸びを確保しようとすると、次工程で施す時効処理による伸びの低下分を勘案し、伸びが８％を超える条件を目安とすることが好ましい。このような条件としては、例えば、ダイカストによって形成される結晶粒径との関係において好適条件は変わるものの、保持温度５００〜５４０℃、保持時間２〜１２ｈの範囲内で組み合せることが好ましく、より好ましい保持温度は５２５±１０℃、保持時間は２〜８ｈの範囲である。
【００３０】
また、例えばＴ６処理における時効処理は、先に決定した条件で溶体化処理を施した後、時効処理における保持時間を幾つか変えて各々の引張強さや伸びを測定する等の手段を採用することができる。そして、常温において、例えば、引張強さが４００ＭＰａ以上となり、伸びが少なくとも７％以上となる条件を選定すればよい。このような条件としては、例えば、保持温度１５０〜２００℃、保持時間２〜３６ｈの範囲内で組み合せることが好ましく、より好ましい保持温度は１６０±１０℃、保持時間は２〜２４ｈの範囲である。また、時効処理は溶体化処理に比べ保持時間が長いため、生産性向上を図るために短時間で処理することが好ましい。この場合、例えば１９０±１０°と処理温度を上げて保持時間２〜１２ｈの時効処理を行うことにより、生産性向上が期待できる。
【００３１】
また、本発明においては、上述した凝固組織を有する形成体に対し、ＨＩＰ処理（熱間静水圧加圧処理）を施すことも好ましく、鋳造時に生じる内部欠陥を微小化できる。なお、さらに上述のＴ６処理等の熱処理を施す場合には、ＨＩＰ処理の後に施すことができる。
なお、上述したＴ６処理条件やＨＩＰ処理条件は、使用するアルミニウム合金の化学成分や成形体の寸法形状などに応じ、適宜調整することが望ましい。
【００３２】
上述したダイカスト形成された羽根車に対し、例えば、羽根車のハブ軸部外周に対して切削等の機械加工を施すことや、羽根車自体に対して化成処理や陽極酸化処理、メッキや塗装等の表面処理を施すこともできる。ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体は、結晶粒径が従来よりも微細化かつ均一化されるため、常温での機械加工性や、表面の被膜形成性が改善される点で有利である。
【００３３】
ダイカストでは鋳型として金型を用いるので、ダイカスト製コンプレッサ羽根車の鋳肌は、鋳型として耐火物を用いる場合よりも表面粗さの小さい鋳肌となる。これにより、羽根車表面の空力抵抗が低減し、羽根車の空力学的特性向上に寄与できる。
【００３４】
上述した本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、アルミニウム合金を使用し、上述の羽根車形状を有する成形体をダイカスト形成することによって得ることができる。よって、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、高強度な表層および羽根部と、高強度かつ適度な靭性をあわせ持つハブ軸部およびハブ・ディスク部を有することとなり、さらに常温での機械加工性をも有し、空力学的特性向上に寄与できる、優れたコンプレッサ羽根車となる。
【００３５】
本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車に好適なアルミニウム合金は、構造用材料の中でもマグネシウム合金に次いで密度が小さく軽量化には好適である。また、アルミニウム合金は、マグネシウム合金よりも原料や溶湯の取り扱いが容易である利点もある。
本発明において好適なアルミニウム合金は、湯流れ等の鋳造性が良好であり、コンプレッサ羽根車に所望される引張強さ、耐力、伸びといった機械的特性を有する、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、残部Ａｌおよび不可避的不純物を含むアルミニウム合金である。
【００３６】
Ｓｉ含有量の多いアルミニウム合金において、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車に望ましくは、Ｓｉ：８．６〜９．４％、Ｃｕ：１．０〜２．５％、Ｍｇ：０．３〜０．７％、残部がＡｌおよび不可避的不純物を含む、アルミニウム合金である。
【００３７】
また、Ｓｉ含有量の少ないアルミニウム合金において、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車に望ましくは、Ｓｉ：１．５％以上４．０％未満、Ｃｕ：２．５〜５．０％、Ｍｇ：０．３〜０．７％、残部がＡｌおよび不可避的不純物を含む、アルミニウム合金である。
【００３８】
以下、上述した添加元素であるＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、さらには添加することが望ましいＴｉやＢ、Ｓｒ、ＭｎやＦｅについての好適な化学成分範囲、および、含有されやすい不可避的不純物について、Ｓｉ含有量の多い合金およびＳｉ含有量の少ない合金を挙げて説明する。なお、各元素の化学成分値は、特別に記載のない限り質量％で示す。
【００３９】
Ｓｉ（珪素）は、湯流れ等の鋳造性向上や機械強度向上のために有効となる添加元素である。
アルミニウム合金において良好な鋳造性を得たい場合には、多量のＳｉを含有させることが好適であり、Ｓｉを８．６〜９．４％の範囲で含有させることが望ましい。但し、Ｓｉが８．６％未満では所望する鋳造性が得られないことがあり、Ｓｉが９．４％を超えると伸びが低下して脆化しやすくなる。
【００４０】
また、アルミニウム合金において良好な伸びを得たい場合には、少量のＳｉを含有させることが好適であり、Ｓｉを１．５％以上４．０％未満の範囲で含有させることが望ましい。このようにＳｉ含有量を減らした場合には鋳造性が低下してしまうものの、鋳造時間つまり鋳型へ溶湯を充填する時間が短いダイカストを適用することにより鋳造品位や鋳造性の劣化を防止できる。
また、伸びを確保した上でさらに強度を高めたい場合には、後述するＣｕおよびＭｇとの関係において、Ｓｉを２．５〜３．５％の範囲で含有させることが望ましい。
【００４１】
Ｃｕ（銅）は、Ａｌ（アルミニウム）母相中に固溶することで機械強度を向上させる固溶強化の効果、および、鋳造後に実施する熱処理（Ｔ６処理：ＪＩＳ−Ｈ０００１）において析出強化の効果を発揮させるための重要な添加元素である。これは後述するＭｇも同様である。
【００４２】
上述のＳｉ含有量が多いアルミニウム合金においては、Ｃｕを１．０〜２．５％の範囲で含有させることが望ましく、伸びを阻害することなく十分な引張強さを発揮させることができる。但し、Ｃｕが１．０％未満ではＡｌ母相中への固溶量が不足して十分な引張強さが得られないことがあり、Ｃｕが２．５％を超えるとＣｕＡｌ2等の金属間化合物が粒界に多量に析出することにより、Ｓｉによる影響もあって、伸びを低下させることがある。
【００４３】
また、上述のＳｉ含有量が少ないアルミニウム合金においては、Ｓｉ低減による機械強度の低下を補償するために、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅの含有量との関係を考慮しながらＣｕ含有量を２．５〜５．０％の範囲で最適化することが望ましい。すなわち、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅの含有量が多い場合にはＣｕを２．５〜３．５％含有させ、少ない場合にはＣｕを３．５〜５．０％含有させるなど、必要に応じて適宜選択することが望ましい。但し、Ｃｕが２．５％未満ではＡｌ母相中への固溶量が不足し、Ｃｕが５．０％を超えるとＣｕＡｌ2等の金属間化合物が粒界に多量に析出して伸びを低下させることがある。
【００４４】
Ｍｇ（マグネシウム）は、上述したＣｕと同様に、固溶強化および析出強化の効果を発揮させるための添加元素である。上述したＳｉおよびＣｕとの関係においてＭｇを０．３〜０．７％の範囲で含有させて、伸びを阻害することなく十分な引張強さを発揮させることが望ましい。但し、Ｍｇが０．３％未満ではＡｌ母相中への固溶量が少なすぎてＭｇ2Ｓｉの析出量が不足するので十分な引張強さが得られず、Ｍｇが０．７％を超えると伸びを低下させることがある。
【００４５】
また、Ｍｇ含有量に対し、まずＳｉ含有量を調整し、次いでＣｕ含有量を調整することが、鋳造性や機械特性の変化を確認しやすく望ましい。より望ましくは、Ｍｇを０．４〜０．６％含有とした上でＳｉおよびＣｕの含有量を最適化することである。
【００４６】
上述のアルミニウム合金においては、鋳造時の凝固組織の微細化つまり結晶粒を微細化させるために、さらにＴｉ（チタニウム）を０．０５〜０．３％の範囲で含有させることができる。但し、Ｔｉが０．０５％未満では結晶粒を微細化させる効果が小さく、０．３％を超えると伸びを低下させることがある。
【００４７】
また、上述のＴｉの効果をより促進させるＢをＴｉ含有量の２０％程度含有させることも望ましく、例えばＴｉ含有量０．０５〜０．３％に対してＢを０．０６％以下の範囲で含有させることができる。この場合、Ｂを０．０６％を超えて含有させてもさらなる効果の向上は期待できない。
【００４８】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金では、共晶Ｓｉが生成され、これが針状や繊維状に成長すると伸びを損ねることとなる。そこで、上述のアルミニウム合金においては、共晶Ｓｉの球状化を促進させるためにＳｒ（ストロンチウム）を０．００５〜０．０８％の範囲で含有させることが望ましい。これにより共晶Ｓｉの針状や繊維状への成長が抑制され、伸びの低下が防止される。但し、Ｓｒが０．００５％未満では共晶Ｓｉを球状化させる効果が期待できず、Ｓｒが０．０８％を超えるとピンホールやヒケといった鋳造不良を発生させることがある。なお、Ｓｒと同様の効果は、Ｓｂ（アンチモン）やＮａ（ナトリウム）といった元素によっても得られる。
【００４９】
アルミニウム合金の溶湯は、Ｆｅ基合金でなる金型の表面との親和性が良く、ダイカストにおいて金型への焼き付きを生じる可能性があることが知られる。そこで、上述のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金においては、溶湯の金型への焼き付きの防止を期待し、適量のＭｎ（マンガン）やＦｅ（鉄）を含有させて溶湯と金型表面との親和性を低下させることが望ましい。この場合、Ｍｎを０．３〜０．８％の範囲で含有させ、Ｆｅを０．２％以下の含有に抑えることが望ましく、Ｍｎのみを含有させても良い。但し、Ｍｎが０．３％未満では焼き付き防止効果が期待できず、Ｍｎが０．８％を超えると脆化しやすくなる。また、ＦｅはＭｎに比べると脆化への影響が大きく、できる限り０．２％以下の含有に抑えることが望ましい。
【００５０】
次に、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車の形状について具体例を挙げ、図面に基づいて説明する。
図１は、自動車用ターボチャージャの吸気側に使用されるコンプレッサ羽根車１（以下、羽根車１という）の模式図である。羽根車１は、ハブ軸部２と、このハブ軸部２から半径方向に延在するハブ面３を有するハブ・ディスク部４と、ハブ面３に配設された交互に隣接する複数の長羽根５と短羽根６とを有する羽根部とからなり、合計１２枚の長羽根５と短羽根６を有する。本発明におけるダイカスト形成された成形体は、図１に示す羽根車１に対応する羽根車形状を有することができる。
【００５１】
図２は、羽根車１の羽根部簡略図であり、明確化のため２枚の長羽根５と１枚の短羽根６のみを記載している。また、図２の斜線部は、ハブ面３と、ひとつの短羽根６を含む隣接する２枚の長羽根５のブレード面７とで囲まれたブレード空間８に対応する。長羽根５と短羽根６のブレード面７は、いずれも複雑な流体力学的曲面形状を表裏に有している。また、この羽根車１は、羽根車１の隣接する一対の長羽根５の間に形成される各ブレード空間８には、ハブ軸部２から半径方向外方に向かってアンダーカットを有している。
【００５２】
本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、合計８〜１４枚の長羽根と短羽根とを有する羽根部とすることができる。また、羽根車の各部を、外径７〜３０ｍｍのハブ軸部と、外径３０〜１２０ｍｍで最外周部肉厚２〜５ｍｍのハブ・ディスク部と、羽根部は、先端付近肉厚０．２〜２ｍｍ、中央付近肉厚１〜５ｍｍ、ハブ面近傍の付け根付近肉厚１．５〜８ｍｍといった寸法形状に形成することができる。これは、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体においても、加工代などの余肉に対応するだけの寸法形状の差分を有するものも同様である。また、このような羽根車の場合、薄肉である羽根部に対しハブ軸部およびハブ・ディスク部は塊状となり、羽根車に対する羽根部全体の容積を１０〜３０％に形成してよい。
【００５３】
上述した本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、例えば、以下の製造方法によって製造できる。
具体的には、まず、ハブ軸部と、このハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなる、コンプレッサ羽根車の形状に対応するキャビティを有する金型を準備する。次いで、このキャビティ内に溶融材料を１秒以下の充填時間で供給するダイカスト法により、コンプレッサ羽根車の形状に対応する羽根車形状を有する成形体を形成する。望ましくは、上述した溶融材料の充填に引き続き、充填されたキャビティ内の溶融材料に対して２０ＭＰａ以上の圧力を１秒以上加え、その加圧状態を維持するダイカスト法である。そして、湯道やバリ等を除去して清浄した成形体に対して必要に応じて仕上げ加工や熱処理などを施すことにより、コンプレッサ羽根車が製造される。
【００５４】
以下、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車を製造するにおいて、コンプレッサ羽根車の形状に対応する羽根車形状を有する成形体を形成するためのダイカスト形成条件につき、詳細に説明する。
金型のキャビティに注入する材料の注入温度は、好ましくは液相線温度以上とすることであり、すなわち溶融材料を使用することである。これは、キャビティに到達する前に、注入する材料が凝固してしまうことが防止されるからである。また、注入する材料の温度は、材料の成分を確保でき、鋳造時の材料の飛散やガスの巻き込み等に起因する不具合を生じない限り、幾ら高温であっても構わない。
【００５５】
また、金型のキャビティに対する材料の注入は、好ましくは１秒以下の充填時間で供給することである。また、充填時間は、キャビティに十分にかつ円滑に材料を供給でき、鋳造時の材料の飛散やガスの巻き込み等に起因する不具合を生じない限り、幾ら短時間でも構わない。
【００５６】
コンプレッサ羽根車の羽根部は、優れた空力学的特性を得るため、ハブ面を有するハブ・ディスク部に比べ、通常は極めて薄肉に設計される。このため、羽根部に対応して画成された金型の羽根部キャビティは、極めて狭隘な深い溝状の空間となる。よって、上述した充填時間で材料を供給することは、金型の羽根部キャビティに対して、速やかに、かつ十分に材料が供給されることとなり、エアーベント等による排気手段を適正に実施することによって羽根部キャビティにおける材料の不廻りやガスの巻き込み等の鋳造欠陥の発生が防止される。これにより、鋳造形成された成形体における羽根部の健全性がより高まることとなる。
【００５７】
また、金型のキャビティに対して材料を注入した後は、好ましくは２０ＭＰａ以上の圧力を１秒以上加え、その加圧状態を維持することである。この操作は、材料の注入後、可能な限り速やかに行うことが好ましい。また、上述の加圧状態を１秒以上継続させた後には圧力を下げてもよい。より好ましくは、材料が完全に凝固し、羽根車が確実に形成されるまで、その加圧状態を維持することである。鋳造後に金型のキャビティを加圧状態で維持するとき、例えばハブ軸部の軸線方向等の凝固収縮しやすい個所に対して局所加圧することも好ましく、これにより溶湯が部分的に補給され、引け等の鋳造欠陥の発生を防止できる。
【００５８】
また、金型のキャビティは、予め０．０５ＭＰａ以下に減圧しておくことが好ましい。ダイカスト形成においては、キャビティに材料を高速で注入するため、キャビティ内の溶湯の湯廻り状態など材料の充填状態によっては空気やガス等の気体を巻き込みやすい。そこで、予め０．０５ＭＰａ以下に減圧しておき、このような不具合を低減させる。より好ましくは０．０１ＭＰａ以下、さらに０．００５ＭＰａ以下に減圧しておくことである。また、ダイカストに用いる溶融材料の酸化防止のため、予めキャビティ内にアルゴン等の不活性ガス、アルゴンと水素との混合ガス、窒素等を充満させて酸素を遮断し、成形体への酸化物の巻き込みを防止することも好ましい。
【００５９】
この後、金型のキャビティ内で材料を凝固させて羽根車形状を有する成形体を得る。得られた羽根車形状を有する成形体は、まず薄肉で熱容量の小さい羽根部が凝固形成され、同時に、金型と直接に接触するハブ・ディスク部の最外径部やハブ面、ハブ軸部の端部といった羽根車の表層が凝固形成される。そして、次第にハブ・ディスク部の内部に向かって凝固が進行し、最終的に中心部が凝固形成される。このため、最終凝固部となるハブ・ディスク部の中央辺りには、引け巣等の鋳造欠陥が生じやすい。よって、材料を注入した後に、上述したように加圧状態を維持することにより、もしくは、キャビティを画成する金型の一部や加圧用に設けたピンを押し込むなどの手段により部分加圧することにより、成形体の健全性がより高まることとなる。
【００６０】
次に、図１に示す羽根車１に対応する羽根車形状を有する成形体を製造可能とする金型のキャビティについて、一例を挙げて図面に基いて説明する。
図３に金型装置の一例を示す。金型は、羽根車の軸線方向９に開閉自在な可動金型２２と固定金型２１、および羽根車の軸線方向９に対して半径方向に移動可能なスライド金型２３とスライド支持具２４とから構成されている。図４は、可動金型２２の要部矢視図であり、明確化のためスライド金型２３とスライド支持具２４とをそれぞれ１個のみ記載している。図５は、スライド金型２３の模式図である。
【００６１】
スライド金型２３は、短羽根形状の有底溝部３３（点線で記載）と、短羽根に隣接する２枚の長羽根５で画成される空間に対応する形状体とを有している。すなわち、図２の斜線部で示すブレード空間８に相当する形状を形成するように、羽根車１のハブ面３に相当するハブキャビティ３１と、長羽根５に相当するブレードキャビティ３２、および短羽根６に相当する有底溝部３３を有している。
【００６２】
上述した短羽根形状の有底溝部３３を有するスライド金型２３を用いることにより、短羽根６の基部すなわちハブ面３との付け根部にはパーティングライン（型割線）が形成されることはない。また、同様に、隣接する一対の長羽根５とともにブレード空間８を画成するハブ面３には、パーティングライン（型割線）が形成されることはない。このため、ハブ面３およびブレード面７において流体抵抗を低減することができ、コンプレッサ羽根車の空力学的特性の向上に寄与できる。
【００６３】
また、図４に示すように、可動金型２２において、軸線方向９に対するスライド金型２３の半径方向への可動範囲内の底面にリング状の支持板２５を設置し、スライド金型２３を支持する。この支持板２５は、成形体の軸線方向９への移動が可能になっており、固定金型２１と可動金型２２の型開き後にスライド金型２３と離間する側に移動させ、型締めの際には元の位置に戻す構造になっている。すなわち、固定金型２１と可動金型２２の型開き後に、スライド金型２３はスライド支持具２４のみで支持される。
【００６４】
上述したスライド金型２３を、羽根車１のブレード空間８の個数分だけ図３に示すように固定金型２２に環状に配設し、それぞれのスライド金型２３と可動金型２２および固定金型２１を型締めして密接させる。これにより、実質的に羽根車１と同一の形状の金型によるキャビティを形成することができる。そして、このキャビティに、材料を注入して成形体１０を成形する。
【００６５】
次に、スライド金型２３を軸線方向９の半径方向外方に移動させ、冷却凝固して成形された羽根車形状を有する成形体１０を離型する。具体的には、成形体１０を鋳造成形後、まず可動金型２２を固定金型２１と離間する側に移動させて型開きし、次いで支持板２５をスライド金型２３と離間する側に移動させ、スライド金型２３をスライド支持具２４のみで支持させる。そして、図４に示すように、スライド支持具２４を可動金型２２に設けた溝２６に沿って軸線方向９の半径方向外方に引き出す。このとき、スライド金型２３を、スライド支持具２４に設けた回転軸２７に連結させておくことにより、スライド金型２３は回転軸２７を中心に自然に回動し、成形体１０の長羽根５および短羽根６の表面形状に沿って抵抗少なく離型される。
【００６６】
離型後、羽根車形状を有する成形体１０から不要な湯道や湯口、バリなどを除去し、さらには化成処理や陽極酸化処理、セラミックコーティング、あるいはメッキや塗装等の表面処理を行ってもよい。また、例えば、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）や、サンドブラスト、ケミカルピーリングといった処理を行ってもよい。
【００６７】
以上、一例として上述したダイカスト法を適用した製造方法によれば、たとえ、複数の羽根部が交互に隣接する長羽根と短羽根からなる複雑な形状を有するコンプレッサ羽根車であっても、羽根車の形状に対応する金型のキャビティが画成可能であって、鋳造成形後に羽根車形状を有する成形体を金型から離型可能であれば、形状精度が良好で緻密な結晶粒による鋳造組織を有する成形体を用いて、高強度であって、更なる高速回転に対応可能な本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車を得ることができる。
【００６８】
そして、格別の機械加工や鋳造後の形状調整を施すこともなく、羽根車を模した消失性模型を形成することもないため、生産効率や製造コストの点でも格段に改善され、従来よりも廉価なコンプレッサ羽根車の提供が可能となる。
【実施例】
【００６９】
本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車の一例として、図１に示す形状を有する羽根車を、Ｓｉなどの含有量の異なる２種類のアルミニウム合金を羽根車の材料として使用し、一例として上述した製造方法によって製造した。
使用したアルミニウム合金のひとつは、化学成分が、質量％で、Ｓｉ含有量が８．９２％と多く、Ｃｕ：１．９６％、Ｍｇ：０．５３％を含み、さらにはＴｉ：０．１３％、Ｓｒ：０．０２６％、Ｍｎ：０．６３％、Ｆｅ：０．１９％を含み、残部Ａｌおよび不可避的不純物を含むアルミニウム合金（以下、合金Ａという）である。
【００７０】
また、使用したアルミニウム合金のもうひとつは、化学成分が、質量％で、Ｓｉ含有量が３．９０％と少なく、Ｃｕ：１．６０％、Ｍｇ：０．５１％を含み、さらにはＴｉ：０．２０％、Ｓｒ：０．０５８％、Ｍｎ：０．０３％、Ｆｅ：０．１６％を含み、残部Ａｌおよび不可避的不純物を含むアルミニウム合金（以下、合金Ｂという）である。
【００７１】
羽根車の製造方法は同様であるので、以下、上述の合金Ａを例に挙げて説明する。
まず、上述の合金Ａからなる溶湯を準備し、この溶湯を、図３に示す金型装置を配設したダイカスト成形機に供給し、図５に示す複数のスライド金型２３等により画成した金型のキャビティ内に注入後、加圧維持して羽根車の成形体を凝固させた。このとき、溶湯注入前のキャビティ内は僅かに大気が残存する雰囲気であって、その真空度はおよそ０．００５ＭＰａであった。また、キャビティへの溶湯注入は、金型温度を１６０℃、溶湯温度を７２５℃、溶湯の射出速度を最大１．５ｍ／ｓ、鋳造圧力を９０ＭＰａに調整し、溶湯充填後は鋳造圧力を保持しながら加圧状態を維持した。
【００７２】
この後、溶湯が凝固するまで十分に冷却し、図３に示す可動金型２２を固定金型２１と離間させた後、図６に示す構造としたスライド金型２３を、図７に示す手順により成形体１０から離型させ、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体１０を得た。
【００７３】
図６は、スライド金型２３とスライド支持具２４との接合構造を示す側面図であり、スライド金型２３は、その回転軸２７にベアリング２８を介して固定ピン２９を差込んでスライド支持具２４と連結させた。また、スライド支持具２４の底部にガイドピン３０を設け、スライド支持具２４を図４に示す可動金型２２に設けた溝２６に沿って軸線方向９の半径方向外方に引き出す案内とした。
【００７４】
図７は、成形体１０からスライド金型２３を軸線方向９に対する半径方向外方に移動させつつ回動させて離型させる具体的な動作手順を示す模式図であり、図７（ａ）〜（ｄ）は、スライド金型２３が成形体１０から離型していく状態を示している。なお、図７においては、離型動作を説明する便宜上、スライド金型２３のキャビティ部分にハッチングを施している。成形体１０を離型するためにスライド支持具２４を移動させると、スライド金型２３は、成形体１０の長羽根５および短羽根６の表面形状に沿って移動しながら回転軸２７を中心に自然に回動し、最終的に図７（ｄ）のように羽根車形状を有する成形体１０から離型した。
【００７５】
そして、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体１０から不要な湯口や湯道および微細なバリを除去し、長羽根と短羽根を有し、ハブ軸部の外径１３ｍｍ、ハブ・ディスク部は、外径６９ｍｍ、最外周部肉厚２．５ｍｍ、羽根の肉厚は、羽根先端付近０．５ｍｍ、羽根中央付近１．２ｍｍ、ハブ面近傍の羽根付け根２．２ｍｍ、羽根車に対する羽根部全体の容積１３％の形状を有する、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車を得た。
【００７６】
このようにして得た本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、それ自体が従来にない機械的強度に優れたコンプレッサ羽根車となる。
これに加え、さらに得られた上述の成形体もしくは羽根車に対し、例えば、温度５２５℃、８時間の溶体化処理後に、温度１６３℃、１６時間の時効処理を行うＴ６処理（ＪＩＳ−Ｈ０００１）を施すことにより、もしくはＨＩＰ処理を施した後に前記Ｔ６処理を施すことにより、羽根車は、より一層の高強度を備えたコンプレッサ羽根車となることが期待される。
【００７７】
上述のようにして得ることができた、羽根車形状を有する合金Ａからなる成形体（以下、羽根車Ａという）と合金Ｂからなる成形体（以下、羽根車Ｂという）につき、それぞれの鋳造組織を観察した。なお、羽根車Ａおよび羽根車Ｂには、ＨＩＰ処理や熱処理を施しておらず、すなわち、羽根車Ａおよび羽根車Ｂは、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体と同じ鋳造組織を有するものである。
【００７８】
そして、羽根車Ａと羽根車Ｂにつき、観察時に、それぞれの羽根部と、ハブ軸部およびハブ・ディスク部の深さ５ｍｍ以内の表層と、ハブ軸部およびハブ・ディスク部の中心部とを写真撮影し、撮影した写真を用い、それぞれの鋳造組織における平均結晶粒径を測定した。
【００７９】
羽根車Ａと羽根車Ｂの鋳造組織を対象とした平均結晶粒径の測定は、切断法（ＪＩＳ−Ｈ０５０１）を適用して行った。具体的には、光学顕微鏡により倍率４００倍で供試片断面の鋳造組織を観察撮影し、図８に線描で模式的に示すように、まず、撮影した写真上において番号１〜６で示す縦横斜め６本の既知の長さの線分によって区切り、各線分によって完全に切られる結晶粒数を数えた。次いで、番号１〜６で示す線分のそれぞれの長さＬ１〜Ｌ６の合計値である線分全長：Ｌｔ（μｍ）、数えた結晶数の合計値である総結晶粒数：Ｎｔ、撮影した写真の倍率換算値：Ｓを用い、式（１）：Ｄａ＝Ｌｔ／Ｎｔ／Ｓ×１０００によって定まる値を平均結晶粒径：Ｄａ（μｍ）として求めた。
【００８０】
（羽根車Ａの鋳造組織）
羽根車Ａの鋳造組織の一例として、図９〜図１１に倍率４００倍の撮影写真を示す。図９は、ハブ・ディスク部のハブ軸部の軸線方向にほぼ垂直な断面であって、ハブ・ディスク部の最外径部を形成する平面とハブ軸部の軸線方向とが交差する羽根車の中心部付近の鋳造組織である。図１０は、ハブ・ディスク部のハブ軸部の軸線方向にほぼ垂直な断面であって、最外径部から内側に２０ｍｍ、表面から深さ４ｍｍ付近の鋳造組織である。図１１は、羽根部であって、長羽根におけるハブ軸部の軸線方向にほぼ垂直な断面であり、羽根先端から１０ｍｍ、肉厚１．２ｍｍ付近の鋳造組織である。なお、ハブ軸部は、ハブ・ディスク部との明確な差異が認められなかったため、これを略す。
【００８１】
羽根車Ａにおける鋳造組織は、羽根部が最も微細化されており、次いでハブ・ディスク部の表層、ハブ・ディスク部の中心部の順であって、羽根車の中心部に向かって結晶粒径が大きく形成されていた。図９〜図１１に対応する平均結晶粒径：Ｄａ（μｍ）を表１に示す。
羽根車Ａにおいては、羽根部は平均結晶粒径が１０μｍ以下の４．０μｍで形成され、ハブ・ディスク部の表面から深さ４ｍｍ付近は平均結晶粒径が１５μｍ以下の６．５μｍで形成され、ハブ・ディスク部の中心部付近は平均結晶粒径が２０μｍ以下の１１．７μｍで形成されていた。また、図示は略すが、ハブ・ディスク部の表面から深さ５ｍｍ付近の結晶粒分布についても、上述の深さ４ｍｍ付近の結晶粒分布との明確な差異は認められなかった。
【００８２】
【表１】
【００８３】
（羽根車Ｂの鋳造組織）
次に、羽根車Ｂの鋳造組織の一例として、図１２〜図１４に倍率４００倍の撮影写真を示す。図１２はハブ・ディスク部の中心部付近、図１３はハブ・ディスク部の表面から深さ４ｍｍ付近、図１４は羽根部の鋳造組織であって、それぞれ図９〜図１１に示す羽根車の個所に対応する。なお、ハブ軸部は、羽根車Ａの場合と同様に、ハブ・ディスク部との明確な差異が認められなかったため、これを略す。
【００８４】
羽根車Ｂにおける鋳造組織は、羽根車Ａの場合と同様に、羽根部が最も微細化されており、次いでハブ・ディスク部の表層、ハブ・ディスク部の中心部の順であって、羽根車の中心部に向かって結晶粒径が大きく形成されていた。図１２〜図１４に対応する平均結晶粒径：Ｄａ（μｍ）を上述の表１に示す。
羽根車Ｂにおいては、羽根部は平均結晶粒径が１０μｍ以下の４．４μｍで形成され、ハブ・ディスク部の表面から深さ４ｍｍ付近は平均結晶粒径が１５μｍ以下の７．１μｍで形成され、ハブ・ディスク部の中心部付近は平均結晶粒径が２０μｍ以下の１１．３μｍで形成されていた。また、図示は略すが、ハブ・ディスク部の表面から深さ５ｍｍ付近の結晶粒分布についても、上述の深さ４ｍｍ付近の結晶粒分布との明確な差異は認められなかった。
【００８５】
（鍛造素材を用いる従来のコンプレッサ羽根車）
鍛造素材を用いて削り出しにより形成された従来のコンプレッサ羽根車（以下、羽根車Ｃという）を入手し、上述した羽根車Ａおよび羽根車Ｂと同様に鋳造組織を観察撮影し、目視により鋳造組織形態を羽根車Ａおよび羽根車Ｂと比較した。なお、羽根車Ｃは、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）規定のアルミニウム鍛造合金Ａ２６１８でなり、質量％で、Ｃｕ：２．５１％、Ｎｉ：１．１１％、Ｍｇ：１．５９％、Ｓｉ：０．２０％、Ｔｉ：０．０５％、Ｆｅ：１．０３％、Ｚｎ：０．０３％、残部Ａｌおよび不可避的不純物を含み、Ｔ６処理されたものである。
【００８６】
従来の羽根車Ｃの鍛造組織の一例として、図１５〜図１７に倍率４００倍の撮影写真を示す。図１５はハブ・ディスク部の中心部付近、図１６はハブ・ディスク部の表面から深さ４ｍｍ付近、図１７は羽根部の鍛造組織であって、それぞれ図９〜図１１また図１２〜図１４に示す羽根車Ａまた羽根車Ｂのそれぞれの個所に対応する。
従来の羽根車Ｃにおける鍛造組織は、結晶粒の形状が羽根車Ａや羽根車Ｂほどには明確ではないが、図１５に示すハブ・ディスク部の中心部は、羽根車Ａや羽根車Ｂよりも微細に見える結晶粒分布を有する組織が確認された。また、図１６に示すハブ・ディスク部の表面から深さ４ｍｍ付近は、羽根車Ａや羽根車Ｂと同等程度に微細に見える結晶粒分布を有する組織が確認された。これは、図示は略すが、深さ５ｍｍ付近でも同様であった。また、図１７に示す羽根部は、羽根車Ａや羽根車Ｂよりも粗大に見える結晶粒分布を有する組織が確認され、特に羽根車Ｂ（図１４）の鋳造組織と比べると、明らかに粗大に見える結晶粒分布を有することが確認された。
【００８７】
以上より、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車を製造するにおいて、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体である羽根車Ａおよび羽根車Ｂは、羽根部は平均結晶粒径が１０μｍ以下で形成され、ハブ・ディスク部やハブ軸部の深さ５ｍｍ以内の表層は平均結晶粒径が１５μｍ以下で形成され、ハブ・ディスク部やハブ軸部の中心部は平均結晶粒径が２０μｍ以下で形成されている鋳造組織を有することが確認できた。そして、特に、羽根部や羽根車の表層においては、平均結晶粒径が５〜１０μｍの微細な結晶粒による均一で緻密な急冷された鋳造組織が形成されていることが確認できた。
【００８８】
従って、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体を用いて得た、本発明のダイカスト製コンプレサ羽根車は、ダイカスト形成することにより、羽根部や羽根車の表層の結晶粒が従来の羽根車よりも微細化され、かつ、羽根車の中心部に向かって結晶粒が次第に大きくなるような鋳造組織を有することとなって、従来の鍛造素材を用いて形成された羽根車が有する機械的特性と同等か、もしくはこれを超えることも期待される、優れた性能を有するコンプレッサ羽根車となることが確認できた。
【００８９】
また、上述した鋳造組織を有する本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車に対し、さらに、上述したＴ６処理（ＪＩＳ−Ｈ０００１）を施すことにより、もしくはＨＩＰ処理を施した後に前記Ｔ６処理を施すことにより、本発明のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、より一層の高強度を備えたコンプレッサ羽根車となることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、例えば自動車や船舶等の内燃機関に組み込まれる過給機の吸気側に使用されるコンプレッサ羽根車として利用できる。また、過給機に限らず、コンプレッサ羽根車と類似の形状を有して回転する風車や水車などの各種の羽根車としても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】コンプレッサ羽根車の一例を示す模式図である。
【図２】羽根部の一例における簡略図である。
【図３】金型装置の一例を示す全体図である。
【図４】可動金型の一例を示す要部矢視図である。
【図５】スライド金型の一例を示す模式図である。
【図６】スライド金型とスライド支持具との接合構造の一例を示す側面図である。
【図７】スライド金型の離型動作の一例を示す模式図である。
【図８】切断法（ＪＩＳ−Ｈ０５０１）を適用した平均結晶粒径の測定の概要を示す模式図である。
【図９】羽根車Ａの中心部の断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１０】羽根車Ａのハブ・ディスク部の断面の表面から深さ４ｍｍ付近の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１１】羽根車Ａの羽根部の断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１２】羽根車Ｂの中心部の断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１３】羽根車Ｂのハブ・ディスク部の断面の表面から深さ４ｍｍ付近の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１４】羽根車Ｂの羽根部の断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１５】羽根車Ｃの中心部の断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１６】羽根車Ｃのハブ・ディスク部の断面の表面から深さ４ｍｍ付近の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１７】羽根車Ｃの羽根部の断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１．コンプレッサ羽根車、２．ハブ軸部、３．ハブ面、４．ディスク部、５．長羽根、６．短羽根、７．ブレード面、８．ブレード空間、９．軸線方向、１０．成形体、２１．固定金型、２２．可動金型、２３．スライド金型、２４．スライド支持具、２５．支持板、２６．溝、２７．回転軸、２８．ベアリング、２９．固定ピン、３０．ガイドピン、３１．ハブキャビティ、３２．ブレードキャビティ、３３．有底溝部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇを含むアルミニウム合金でなるダイカスト製コンプレッサ羽根車であって、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体は、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなり、前記羽根部は平均結晶粒径が１０μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の深さ５ｍｍ以内の表層は平均結晶粒径が１５μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の中心部は平均結晶粒径が２０μｍ以下で形成されていることを特徴とするダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項２】
前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｓｉ：８．６〜９．４％、Ｃｕ：１．０〜２．５％、Ｍｇ：０．３〜０．７％、残部がＡｌおよび不可避的不純物を含むことを特徴とする請求項１に記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項３】
前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｓｉ：１．５％以上４．０％未満、Ｃｕ：２．５〜５．０％、Ｍｇ：０．３〜０．７％、残部がＡｌおよび不可避的不純物を含むことを特徴とする請求項１に記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項４】
前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｔｉ：０．０５〜０．３％、Ｂ：０．０６％以下を含むことを特徴とする請求項２または３に記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項５】
前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｓｒ：０．００５〜０．０８％を含むことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項６】
前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｆｅ：０．２％以下を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項１】
Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇを含むアルミニウム合金でなるダイカスト製コンプレッサ羽根車であって、ダイカスト形成された羽根車形状を有する成形体は、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなり、前記羽根部は平均結晶粒径が１０μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の深さ５ｍｍ以内の表層は平均結晶粒径が１５μｍ以下で形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の中心部は平均結晶粒径が２０μｍ以下で形成されていることを特徴とするダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項２】
前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｓｉ：８．６〜９．４％、Ｃｕ：１．０〜２．５％、Ｍｇ：０．３〜０．７％、残部がＡｌおよび不可避的不純物を含むことを特徴とする請求項１に記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項３】
前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｓｉ：１．５％以上４．０％未満、Ｃｕ：２．５〜５．０％、Ｍｇ：０．３〜０．７％、残部がＡｌおよび不可避的不純物を含むことを特徴とする請求項１に記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項４】
前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｔｉ：０．０５〜０．３％、Ｂ：０．０６％以下を含むことを特徴とする請求項２または３に記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項５】
前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｓｒ：０．００５〜０．０８％を含むことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項６】
前記アルミニウム合金は、質量％で、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｆｅ：０．２％以下を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−５３７４３（Ｐ２０１０−５３７４３Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１８４２２（Ｐ２００８−２１８４２２）
【出願日】平成２０年８月２７日（２００８．８．２７）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【出願人】（３０５０２２５９８）株式会社日立メタルプレシジョン (69)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２７日（２００８．８．２７）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【出願人】（３０５０２２５９８）株式会社日立メタルプレシジョン (69)
【Ｆターム（参考）】
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