JP3018720B2 - 複合素材回転体及びその製造方法 - Google Patents
複合素材回転体及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、異種の素材で成形され
るロータ等の複合素材回転体及びその製造方法に関する
ものである。
るロータ等の複合素材回転体及びその製造方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近来にあっては、車両に搭載する圧縮機
（過給機）や送風機を軽量化するために、鉄鋼製の部品
に代えて比重の小さい非鉄金属製の部品、特に成形性等
に優れ且つ実績のあるアルミニウム（アルミ合金）製の
部品を使用するようになってきている。たとえばスーパ
ーチャージャを製造するに際して、そのケーシング及び
ロータ歯部（回転作動部）をアルミ製とし、強度の必要
な軸部を鉄鋼材にて製造することが考えられる。通常こ
の種の回転作動部を軸部に締結するには、キイ，スプラ
イン，ネジによる摩擦力の利用、圧入、焼き嵌め、冷や
し嵌め、溶接、溶着等の単独或いはこれらの組み合わせ
で行うのが一般的である。
（過給機）や送風機を軽量化するために、鉄鋼製の部品
に代えて比重の小さい非鉄金属製の部品、特に成形性等
に優れ且つ実績のあるアルミニウム（アルミ合金）製の
部品を使用するようになってきている。たとえばスーパ
ーチャージャを製造するに際して、そのケーシング及び
ロータ歯部（回転作動部）をアルミ製とし、強度の必要
な軸部を鉄鋼材にて製造することが考えられる。通常こ
の種の回転作動部を軸部に締結するには、キイ，スプラ
イン，ネジによる摩擦力の利用、圧入、焼き嵌め、冷や
し嵌め、溶接、溶着等の単独或いはこれらの組み合わせ
で行うのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら鉄系材と
アルミニウムとは熱膨張係数が大きく異なるので、車両
のエンジンルームなどの高温下で使用する場合、その締
結力を確保するために部品寸法の公差範囲を狭いものと
せざるを得ない。この厳しい寸法精度を出すことは、一
般の汎用機械の加工精度では困難であり、また検査を加
工工程毎に行う必要がある。
アルミニウムとは熱膨張係数が大きく異なるので、車両
のエンジンルームなどの高温下で使用する場合、その締
結力を確保するために部品寸法の公差範囲を狭いものと
せざるを得ない。この厳しい寸法精度を出すことは、一
般の汎用機械の加工精度では困難であり、また検査を加
工工程毎に行う必要がある。
【０００４】例えば焼き嵌めで製造する場合は、まず図
８に示すように、孔開け加工した回転作動部品１の軸孔
２の内径Ｄを計測し、他方この内径寸法Ｄに見合うしめ
代Δｄを加味して軸部材３の外径ｄを仕上げる（ｄ＝Ｄ
＋Δｄ）。そして回転作動部品１は加熱し、軸部材３は
液体窒素等で冷却しておき、図９に示すように、両部材
１，３を治具やプレス機を用いて嵌め合わせ、回転作動
部を所定の形状に仕上げ加工することになる。従って製
造工程数が多くなると共に、工程毎の加工精度検査が必
要であり、結果として寸法不良品や焼き嵌め不良品が多
く出てしまう。このため、量産を行うことは工程の煩雑
さ及びコスト面からみて極めて困難であった。
８に示すように、孔開け加工した回転作動部品１の軸孔
２の内径Ｄを計測し、他方この内径寸法Ｄに見合うしめ
代Δｄを加味して軸部材３の外径ｄを仕上げる（ｄ＝Ｄ
＋Δｄ）。そして回転作動部品１は加熱し、軸部材３は
液体窒素等で冷却しておき、図９に示すように、両部材
１，３を治具やプレス機を用いて嵌め合わせ、回転作動
部を所定の形状に仕上げ加工することになる。従って製
造工程数が多くなると共に、工程毎の加工精度検査が必
要であり、結果として寸法不良品や焼き嵌め不良品が多
く出てしまう。このため、量産を行うことは工程の煩雑
さ及びコスト面からみて極めて困難であった。
【０００５】また寸法精度を高めても、長期間の使用に
より熱膨張差に起因する締結力の低下が予想され、耐久
性及び信頼性に懸念があった。
より熱膨張差に起因する締結力の低下が予想され、耐久
性及び信頼性に懸念があった。
【０００６】そこで本発明は、上記事情に鑑み、製造工
程数及びコストを削減でき、しかも高温下における締結
強度を確保できる複合素材回転体及びその製造方法を提
供すべく創案されたものである。
程数及びコストを削減でき、しかも高温下における締結
強度を確保できる複合素材回転体及びその製造方法を提
供すべく創案されたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、鉄系材にて成
形された軸部と、この軸部の外周面に形成され表面がア
ルミニウムであって径方向内方にゆくに従って鉄系成分
が増加するアルミニウム及び鉄系材の合金で成る傾斜成
分層と、アルミニウムにて鋳造され傾斜成分層と金属結
合して軸部に嵌合された回転作動部とを備えたものであ
る。
形された軸部と、この軸部の外周面に形成され表面がア
ルミニウムであって径方向内方にゆくに従って鉄系成分
が増加するアルミニウム及び鉄系材の合金で成る傾斜成
分層と、アルミニウムにて鋳造され傾斜成分層と金属結
合して軸部に嵌合された回転作動部とを備えたものであ
る。
【０００８】また本発明は、上記構成を製造するための
方法であって、回転作動部の形状となる鋳物部品を鋳造
するための鋳型を成型しておき、鉄系材にて成形した軸
部材を溶融アルミニウム中に浸漬させて、その外周面
に、表面がアルミニウムであって径方向内方にゆくに従
って鉄系成分が増加するアルミニウム及び鉄系材の合金
で成る傾斜成分層を生成させ、この軸部材を鋳型にセッ
トした後、アルミニウムの溶湯を注入して軸部材の傾斜
成分層と金属結合させて一体的に鋳造するものである。
方法であって、回転作動部の形状となる鋳物部品を鋳造
するための鋳型を成型しておき、鉄系材にて成形した軸
部材を溶融アルミニウム中に浸漬させて、その外周面
に、表面がアルミニウムであって径方向内方にゆくに従
って鉄系成分が増加するアルミニウム及び鉄系材の合金
で成る傾斜成分層を生成させ、この軸部材を鋳型にセッ
トした後、アルミニウムの溶湯を注入して軸部材の傾斜
成分層と金属結合させて一体的に鋳造するものである。
【０００９】
【作用】上記構成によって、軸部と回転作動部とは、回
転作動部が傾斜成分層に金属結合されることで強く締結
される。また上記方法によって、軸部材と回転作動部と
が強固に締結された複合回転体が、少ない工程数で製造
される。
転作動部が傾斜成分層に金属結合されることで強く締結
される。また上記方法によって、軸部材と回転作動部と
が強固に締結された複合回転体が、少ない工程数で製造
される。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に従って説
明する。
明する。
【００１１】まず図１によって、本発明に係わる複合素
材回転体の一実施例を説明する。この回転体は、スーパ
ーチャージャのロータ（雌）として形成されたものであ
り、鉄系材たる鉄鋼材（例えばＳ45Ｃ炭素鋼）にて成形
された軸部１１と、この軸部１１の外周面に形成された
傾斜成分層１２と、アルミニウムにて鋳造されて軸部１
１に嵌合された回転作動部たるロータ歯部１３とにより
構成されている。
材回転体の一実施例を説明する。この回転体は、スーパ
ーチャージャのロータ（雌）として形成されたものであ
り、鉄系材たる鉄鋼材（例えばＳ45Ｃ炭素鋼）にて成形
された軸部１１と、この軸部１１の外周面に形成された
傾斜成分層１２と、アルミニウムにて鋳造されて軸部１
１に嵌合された回転作動部たるロータ歯部１３とにより
構成されている。
【００１２】傾斜成分層１２は、表面がアルミニウムで
あって、径方向内方にゆくに従って軸部１１と同じ成分
である鉄鋼成分が増加するアルミニウム及び鉄鋼の合金
で成り、その全体層厚は最大で200 μｍ程度である。
あって、径方向内方にゆくに従って軸部１１と同じ成分
である鉄鋼成分が増加するアルミニウム及び鉄鋼の合金
で成り、その全体層厚は最大で200 μｍ程度である。
【００１３】ロータ歯部１３は、雄ロータと噛み合う公
知のねじ形状を呈し、その軸孔内壁に相当する部分にお
いて、傾斜成分層１２の表面と金属結合されている。
知のねじ形状を呈し、その軸孔内壁に相当する部分にお
いて、傾斜成分層１２の表面と金属結合されている。
【００１４】次に本発明に係わる複合素材回転体の製造
方法の一実施例を、上記構成の製造工程を以て説明する
（図７参照）。
方法の一実施例を、上記構成の製造工程を以て説明する
（図７参照）。
【００１５】まず鉄鋼の丸棒を切削加工して、所定の外
径の軸部材を成形する（ST 1）。この軸部材を、アルミ
ニウムに浸漬したときに酸化アルミニウムの薄膜ができ
ないように、すなわちアルミニウムとの反応が妨げられ
ないように前処理をする（ST2）。例えば塩化アンモニ
ウム溶液で処理した後、溶融浴に浸すようにする。
径の軸部材を成形する（ST 1）。この軸部材を、アルミ
ニウムに浸漬したときに酸化アルミニウムの薄膜ができ
ないように、すなわちアルミニウムとの反応が妨げられ
ないように前処理をする（ST2）。例えば塩化アンモニ
ウム溶液で処理した後、溶融浴に浸すようにする。
【００１６】次に図２に示すように、前処理した軸部材
２１を、少なくともロータ歯部を取り付ける部分を含め
て溶融アルミニウム２２中に浸漬する（ST 3）。この浸
漬の時間は、溶融アルミニウム２２と鉄鋼とが反応して
アルミ−鉄合金が生成し、且つ表面に溶融アルミが付着
するような時間とする（ST 4）。この浸漬により、表面
がアルミ単層で、径方向内方にゆくに従って鉄鋼成分が
増加する合金層で成る傾斜成分層１２が生成される（ST
5）。
２１を、少なくともロータ歯部を取り付ける部分を含め
て溶融アルミニウム２２中に浸漬する（ST 3）。この浸
漬の時間は、溶融アルミニウム２２と鉄鋼とが反応して
アルミ−鉄合金が生成し、且つ表面に溶融アルミが付着
するような時間とする（ST 4）。この浸漬により、表面
がアルミ単層で、径方向内方にゆくに従って鉄鋼成分が
増加する合金層で成る傾斜成分層１２が生成される（ST
5）。
【００１７】この様子を図３及び図４の写真で示す。こ
の写真は本発明者らがこのステップ（ST 5）の実際を確
認すべく軸部材２１の浸漬を行い、その断面を撮影した
ものであり、図３はレンズ倍率200 で、図４はレンズ倍
率800 でそれぞれ撮影したものである。これらの写真に
示されているように、軸部材２１の表面にはその内方に
浸透するように合金層（例えばＦｅＡｌ3 ，Ｆｅ2 Ａｌ
5 ）が生成されており、これを覆うようにアルミ単層
（アルミ溶融層、Ａｌ）が形成されている。このように
形成された軸部材２１は、不活性ガス雰囲気炉の中に入
れて例えば700 ℃程度に余熱すると共に、酸化被膜の生
成を抑制する（ST 6）。
の写真は本発明者らがこのステップ（ST 5）の実際を確
認すべく軸部材２１の浸漬を行い、その断面を撮影した
ものであり、図３はレンズ倍率200 で、図４はレンズ倍
率800 でそれぞれ撮影したものである。これらの写真に
示されているように、軸部材２１の表面にはその内方に
浸透するように合金層（例えばＦｅＡｌ3 ，Ｆｅ2 Ａｌ
5 ）が生成されており、これを覆うようにアルミ単層
（アルミ溶融層、Ａｌ）が形成されている。このように
形成された軸部材２１は、不活性ガス雰囲気炉の中に入
れて例えば700 ℃程度に余熱すると共に、酸化被膜の生
成を抑制する（ST 6）。
【００１８】他方で、精密鋳造用の鋳型を用意する。こ
の鋳型は、雌ロータのニアネット形状のアルミ鋳物を成
形できるものとして作製しておく（ST 7）。そして図５
に示すように、この鋳型２３に、傾斜成分層１２を有す
る余熱された軸部材２１をセットし、アルミ溶湯を注入
する（ST 8）。この注入に際しては、鋳型２３内にアル
ミ溶湯がゆきわたるように減圧或いは加圧を掛ける。こ
れで注入されたアルミと傾斜成分層１２のアルミ単層と
が融着し、軸部材２１と金属結合により一体的に鋳造さ
れる。なおこの鋳造過程で、回転作動部の容量が軸部材
２１よりも充分大きい熱容量のものであれば、アルミ溶
湯が軸部材２１の表面を溶かし込むことができるので、
軸部材２１を溶湯温度程度に余熱することを省略し、常
温で鋳込ませるようにしてもよい。
の鋳型は、雌ロータのニアネット形状のアルミ鋳物を成
形できるものとして作製しておく（ST 7）。そして図５
に示すように、この鋳型２３に、傾斜成分層１２を有す
る余熱された軸部材２１をセットし、アルミ溶湯を注入
する（ST 8）。この注入に際しては、鋳型２３内にアル
ミ溶湯がゆきわたるように減圧或いは加圧を掛ける。こ
れで注入されたアルミと傾斜成分層１２のアルミ単層と
が融着し、軸部材２１と金属結合により一体的に鋳造さ
れる。なおこの鋳造過程で、回転作動部の容量が軸部材
２１よりも充分大きい熱容量のものであれば、アルミ溶
湯が軸部材２１の表面を溶かし込むことができるので、
軸部材２１を溶湯温度程度に余熱することを省略し、常
温で鋳込ませるようにしてもよい。
【００１９】この鋳造による金属結合の様子を、図６の
断面写真（レンズ倍率400 ）で示す。この写真によれ
ば、鋳込まれたアルミ（溶湯アルミ）と軸部材２１の表
面側に形成されているアルミ単層とが互いに溶け合うよ
うに結合し、その下方の合金層及び鉄鋼材に至るまで一
体的に成形できていることがわかる。
断面写真（レンズ倍率400 ）で示す。この写真によれ
ば、鋳込まれたアルミ（溶湯アルミ）と軸部材２１の表
面側に形成されているアルミ単層とが互いに溶け合うよ
うに結合し、その下方の合金層及び鉄鋼材に至るまで一
体的に成形できていることがわかる。
【００２０】その後、アルミ溶湯が充分冷却されたな
ら、鋳型２３を開いて成形されたアルミ鋳物を取り出し
（ST 9）、機械加工により所定の形状のロータとして仕
上げる（ST10）。
ら、鋳型２３を開いて成形されたアルミ鋳物を取り出し
（ST 9）、機械加工により所定の形状のロータとして仕
上げる（ST10）。
【００２１】このように、鉄鋼材にて成形した軸部材２
１を溶融アルミニウム２２中に浸して傾斜成分層１２を
生成させ、これを鋳型２３にセットしてアルミ溶湯を注
入することにより互いに金属結合させるようにしたの
で、軸部材２１及びアルミ鋳物が傾斜成分層１２を介し
て一体的に成形され、鉄鋼製軸部１１とアルミ鋳物のロ
ータ歯部１３とが強固に締結された異種素材のロータが
製造される。すなわち、高温下でも締結力が低下するこ
とがなく、耐久性及び信頼性の向上が達成される。
１を溶融アルミニウム２２中に浸して傾斜成分層１２を
生成させ、これを鋳型２３にセットしてアルミ溶湯を注
入することにより互いに金属結合させるようにしたの
で、軸部材２１及びアルミ鋳物が傾斜成分層１２を介し
て一体的に成形され、鉄鋼製軸部１１とアルミ鋳物のロ
ータ歯部１３とが強固に締結された異種素材のロータが
製造される。すなわち、高温下でも締結力が低下するこ
とがなく、耐久性及び信頼性の向上が達成される。
【００２２】この締結強度を確認するために、本発明者
らは上記工程で製造したロータを押出し試験に供した。
その結果、軸部１１を歯部１３から抜き出す際の反力
は、焼き嵌めで製造したロータに比べて10倍以上とな
り、極めて強固に結合されていることが実証された。
らは上記工程で製造したロータを押出し試験に供した。
その結果、軸部１１を歯部１３から抜き出す際の反力
は、焼き嵌めで製造したロータに比べて10倍以上とな
り、極めて強固に結合されていることが実証された。
【００２３】そして本発明の製造工程においては、従来
の工程のように軸部及びロータ歯部の嵌合に関わる煩雑
な加工・検査は一切必要なく、大幅な工数削減が達成さ
れる。すなわち量産が可能で極めて実際的な製造方法と
することができる。
の工程のように軸部及びロータ歯部の嵌合に関わる煩雑
な加工・検査は一切必要なく、大幅な工数削減が達成さ
れる。すなわち量産が可能で極めて実際的な製造方法と
することができる。
【００２４】なお図中では省略したが、穴や溝、スプラ
インなどを施して軸部材の外周表面積を増加させてか
ら、溶融アルミニウムに浸漬するようにしてもよい。ま
た精密鋳造に際しては、必ずしもニヤネット形状に鋳造
する必要はなく、単調な円柱状に鋳造してから、所定形
状に削り出すようにしてもよい。
インなどを施して軸部材の外周表面積を増加させてか
ら、溶融アルミニウムに浸漬するようにしてもよい。ま
た精密鋳造に際しては、必ずしもニヤネット形状に鋳造
する必要はなく、単調な円柱状に鋳造してから、所定形
状に削り出すようにしてもよい。
【００２５】また本実施例ではスーパーチャージャのロ
ータを示したが、本発明はこれに限るものではなく、他
の圧縮機、送風機、冷凍機等に組み込まれる回転体に広
く適用されるものである。
ータを示したが、本発明はこれに限るものではなく、他
の圧縮機、送風機、冷凍機等に組み込まれる回転体に広
く適用されるものである。
【００２６】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００２７】(1) 請求項１記載の構成によれば、軸部と
回転作動部とが強固に結合され、高温下での締結強度を
確保できる。
回転作動部とが強固に結合され、高温下での締結強度を
確保できる。
【００２８】(2) 請求項２記載の方法によれば、鋳造を
行うだけで軸部材と回転作動部とが適正に結合されるの
で、工数及びコスト削減が達成される。
行うだけで軸部材と回転作動部とが適正に結合されるの
で、工数及びコスト削減が達成される。
【図１】本発明に係わる複合素材回転体の一実施例を示
した部分破断側面図である。
した部分破断側面図である。
【図２】本発明に係わる複合素材回転体の製造方法の一
実施例を説明するための側面図である。
実施例を説明するための側面図である。
【図３】図２の工程で生成された傾斜成分層の断面を示
す拡大断面図である。
す拡大断面図である。
【図４】図２の工程で生成された傾斜成分層の他の断面
を示す拡大断面図である。
を示す拡大断面図である。
【図５】図２の次の工程を説明するための斜視図であ
る。
る。
【図６】図５の工程により形成されたアルミ鋳物と鉄鋼
材との結合状態を示した拡大断面図である。
材との結合状態を示した拡大断面図である。
【図７】本発明の製造方法を説明するためのフローチャ
ートである。
ートである。
【図８】従来の回転体の製造方法を説明するための側面
図であり、（Ａ）は回転作動部品、（Ｂ）は軸部材を示
した図である。
図であり、（Ａ）は回転作動部品、（Ｂ）は軸部材を示
した図である。
【図９】従来の回転体を示した側面図である。
１１ 軸部 １２ 傾斜成分層 １３ ロータ歯部（回転作動部） ２１ 軸部材 ２２ 溶融アルミニウム ２３ 鋳型
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−361865（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−162590（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−107854（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−14527（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−51420（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−14494（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−142187（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22D 19/00 B22D 19/04 C23C 26/00 F04C 18/16
Claims (2)
- 【請求項１】 鉄系材にて成形された軸部と、該軸部の
外周面に形成され表面がアルミニウムであって径方向内
方にゆくに従って鉄系成分が増加するアルミニウム及び
鉄系材の合金で成る傾斜成分層と、アルミニウムにて鋳
造され上記傾斜成分層と金属結合して上記軸部に嵌合さ
れた回転作動部とを備えたことを特徴とする複合素材回
転体。 - 【請求項２】 回転作動部の形状となる鋳物部品を鋳造
するための鋳型を成型しておき、鉄系材にて成形した軸
部材を溶融アルミニウム中に浸漬させて、その外周面
に、表面がアルミニウムであって径方向内方にゆくに従
って鉄系成分が増加するアルミニウム及び鉄系材の合金
で成る傾斜成分層を生成させ、この軸部材を上記鋳型に
セットした後、アルミニウムの溶湯を注入して上記軸部
材の傾斜成分層と金属結合させて一体的に鋳造すること
を特徴とする複合素材回転体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4063738A JP3018720B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 複合素材回転体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4063738A JP3018720B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 複合素材回転体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH079111A JPH079111A (ja) | 1995-01-13 |
| JP3018720B2 true JP3018720B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=13238058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4063738A Expired - Fee Related JP3018720B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 複合素材回転体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3018720B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BR0111664A (pt) | 2000-05-29 | 2005-04-26 | Honda Motor Co Ltd | Tambor de freio e método para a fabricação do mesmo |
| DE10039006A1 (de) * | 2000-08-10 | 2002-02-21 | Leybold Vakuum Gmbh | Zweiwellenvakuumpumpe |
| GB2462275A (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-03 | Cummins Turbo Tech Ltd | A method of connection a turbine shaft to a rotor |
-
1992
- 1992-03-19 JP JP4063738A patent/JP3018720B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH079111A (ja) | 1995-01-13 |
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