JPH04277321A - 軸部材と環状部材との結合方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、軸部材と環状部材と
を組み立てて一体とする機械構造部品（例えば、機械式
過給機のロータ）において、軸部材と環状部材とを強固
に結合する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軸部材と環状部材とを結合した構造の機
械構造部品は従来から多用されており、それらの機械構
造部品における両者の結合方法としても次のようなもの
が良く知られている。

【０００３】（１）　　環状部材に軸部材を挿入して、
両者を溶接あるいはろう付により結合する方法。

【０００４】（２）　　環状部材に軸部材を圧入あるい
は焼嵌め、冷やし嵌め等により締め代を持たせてタイト
に結合する方法。

【０００５】（３）　　環状部材に軸部材を挿入して、
キーあるいはノックピン等により結合する方法。

【０００６】ところで、上記各方法には次のような問題
点が存する。

【０００７】上記（１）の方法の場合、結合に高温の加
熱（即ち、熔接、ろう付等）を必要とするため、部材に
熱的変化を生じ易く、材質によっては大きな特性低下を
生ずる場合がある。また、十分な結合力が得られない場
合が生ずる。

【０００８】また、上記（２）の方法の場合、比較的強
固な結合が得られるが、初期に設定した締め代が一時的
にせよ消失あるいは減少した場合に、両部材の相対移動
（即ち、ズレ）を拘束することが難しい場合が生ずる。 ここで、「締め代が消失あるいは減少する場合」とは、
例えば当該構造部品を使用中に、環状部材と軸部材との
間に温度差が生じる場合（例えば、環状部材の方が高温
になった場合）あるいは両部材の温度が同じでも各々の
材質の熱膨張係数に相違がある場合（例えば、環状部材
の方が熱膨張係数大の場合）などのように、両部材間に
熱膨張差が生じる場合が考えられる。なお、相嵌合され
る両部材の熱膨張差を可及的に小さくする方法として、
例えば、鋼部材をオーステンパー処理して熱膨張係数を
上げ、相手部材との間の熱膨張差を小さく抑えるように
したものは既に提案されている（例えば、特開昭６１ー
２５２９１２号公報参照）。このような熱処理によって
も、前述したような問題点を十分解消し得るものとはな
らない。

【０００９】さらに、上記（３）の方法の場合、前記（
２）の方法の場合とは逆に、両部材の相対移動に対する
拘束力は強いが、両部材の密着による摩擦力が期待でき
ず、強固な結合が得られない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記した如く、従来か
ら行なわれていた方法では、軸部材と環状部材との結合
強度を十分に高めることが難しく、特に熱影響を受け易
い個所において使用される過給機のロータの場合、未だ
理想的な結合方法が得られていなかった。

【００１１】本願発明は、上記の点に鑑みてなされたも
ので、軸部材と環状部材との結合強度を可及的に向上さ
せ、両部材間に熱膨張差が生じた場合であっても、両者
の結合度が低下しないようにすることを課題としており
、鋼材からなる軸部材と軽合金材からなる環状部材との
結合に好適な方法である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願発明では、上記課題
を解決するための手段として、鋼材からなる軸部材に軽
合金材からなる環状部材を嵌合結合する方法において、
予め前記軸部材における環状部材嵌合部位を通常の鋼材
よりも熱膨張係数が大となる組織となし、該環状部材嵌
合部位外周に環状溝を形成し、その状態の軸部材に対し
て環状部材を嵌合した後、該環状部材に対して局部的加
圧力を作用させることにより環状部材を部分的に塑性変
形させて前記環状溝に環状部材の一部を侵入させるよう
にしている。

【００１３】ここで、前記軸部材としては、高い強度お
よび剛性が要求される場合が多いところから、鋼材が好
適であるが、環状部材としてアルミニウムあるいはアル
ミニウム合金を用いる場合には、両者の熱膨張係数の差
をなるべく小さくするために、熱膨張係数がなるべく大
であるもの（例えば、オーステナイト系ステンレス鋼）
が望ましい。

【００１４】一方、前記環状部材は、回転運動するもの
が多いため、周速が大となる環状部材には、自身の遠心
力による引張応力が作用する。このような場合、環状部
材は軽く且つ高強度であることが要求される。また、環
状部材自身の一部に塑性加工を加えて、これを塑性流動
させることにより軸部材との結合を行うためには、環状
部材は、良好な変形能を有している必要がある。以上の
ことを勘案すると、環状部材としては、アルミニウム、
マグネシウム、チタン等の軽金属あるいはこれらの軽合
金が望ましい。なお、軸部材として鋼材を用い、環状部
材としてアルミニウム系のものを用いる場合には、両者
の熱膨張差を小さくするために、環状部材としては、熱
膨張係数がなるべく小であるもの（例えば、高珪素含有
アルミニウム合金）が望ましい。

【００１５】次に、軸部材外周に形成される環状溝の形
状は、必要により両部材の軸方向、回転方向あるいはこ
れらの両方向の相対移動を拘束するように形成される。 その形成方法は、切削加工、塑性加工あるいはこれらの
併用のいずれでも良い。なお、環状溝は、軸部材全周に
亙って連続していなくともよく、周方向に間欠的に形成
する場合もある。

【００１６】さらに、軸部材と環状部材との嵌合方法と
しては、焼嵌め、冷やし嵌め、圧入あるいはこれらを併
用した方法が採用されるが、両部材を密着させ、その摩
擦力によって結合力を得るためには締め代が必要である
。該締め代は、必要に応じて設定されるが、軸径の０．
０５〜１％が適当である。

【００１７】

【作用】本願発明では、上記手段によって次のような作
用が得られる。

【００１８】即ち、環状部材の塑性変形により環状部材
の一部が軸部材外周に形成された環状溝に侵入した状態
での結合が得られるところから、熱膨張差等に関係なく
強固な結合となる。

【００１９】

【発明の効果】本願発明によれば、鋼材からなる軸部材
に軽合金材からなる環状部材を嵌合結合する方法におい
て、予め前記軸部材における環状部材嵌合部位を通常の
鋼材よりも熱膨張係数が大となる組織となし、該環状部
材嵌合部位外周に環状溝を形成し、その状態の軸部材に
対して環状部材を嵌合した後、該環状部材に対して局部
的加圧力を作用させることにより環状部材を部分的に塑
性変形させて前記環状溝に環状部材の一部を侵入させる
ようにしたので、環状部材の一部が軸部材外周に形成さ
れた環状溝に侵入した状態での結合が得られることとな
り、熱膨張差を有する二部材（軸部材と環状部材）の結
合強度を大幅に向上できるという優れた効果がある。

【００２０】

【実施例】以下、添付の図面を参照して、本願発明の好
適な実施例を説明する。

【００２１】本実施例においては、図４に示すように、
軸部材１に対して環状部材２を嵌合結合することにより
得られる結合体（本実施例の場合、過給機用ロータ）に
ついて説明する。

【００２２】本実施例における軸部材１としては、オー
ステンパー熱処理鋼を直径３０ｍｍ、長さ３００ｍｍの
丸棒に加工したものが使用された。オーステンパー熱処
理鋼は、鋼材に対して所定の熱処理条件のもとに熱処理
を施すことにより得られるものであり、金属組織中に残
留オーステナイトを生成せしめることにより、熱膨張係
数を通常鋼より大きくしたものである。軸部材としては
、前述したようにオーステナイト系ステンレス鋼が好適
であるが、本実施例では、更に望ましいものとして、オ
ーステンパー熱処理鋼を使用している。その理由は、残
留オーステナイトが、後述する溝成形加工時における加
工誘起変態によってマルテンサイト化して硬くなるため
、溝部の強度がより高くなることによる。

【００２３】前記オーステンパー熱処理鋼は、以下の条
件により製作された。

【００２４】■　　化学組成 Ｃ：０．８５重量％、Ｓｉ：１．７５重量％、Ｍｎ：１
．２５重量％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物■　　熱
処理条件（オーステンパー処理）９００℃加熱後→４０
０℃×１．５Ｈｒ恒温保持→空冷■　　組織、硬さ、熱
膨張係数 組織：ベイナイト面積率６０％、残留オーステナイト面
積率４０％ 硬さ：Ｈｖ３２０ 熱膨張係数：１７／（１０６・ｄｅｇ）本実施例におけ
る環状部材２としては、珪素（Ｓｉ）を含有するアルミ
ニウム合金が用いられ、外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍ、
長さ１２０ｍｍのロータを製作した。

【００２５】具体的には、以下の条件により製作した。

【００２６】■　　化学組成 Ｓｉ：１１．５重量％、Ｍｇ：１．０重量％、Ｃｕ：４
．５重量％、残部：Ａｌおよび不可避不純物 ■　　熱処理条件（Ｔ６） ４８０℃×１Ｈｒ→ＷＱ（溶体化）、１７０℃×６Ｈｒ
→ＡＣ（時効） ■　　硬さ、熱膨張係数 硬さ：Ｈｖ１０５ 熱膨張係数：１９／（１０６・ｄｅｇ）上記の如くして
得られた軸部材１において環状部材２が嵌合される部位
外周に環状溝３が形成される（図２および図３参照）。

【００２７】該環状溝３は、切削加工により略三角形状
の２本の溝３ａ，３ａを形成した後、該溝３ａ，３ａ間
の山部分を転造加工してピッチ１ｍｍの平目ローレット
３ｂ，３ｂ・・を形成することにより得られた。

【００２８】上記の如くして用意された軸部材１に対し
て環状部材２を嵌合せしめるのであるが、それに先立っ
て環状部材２の内径を軸部材１の外径より４０μｍ小さ
く仕上げ、図１Ａに示すように、環状部材２に対して軸
部材１を圧入する。なお、本実施例の場合、環状部材２
の軸方向端面における外周側部分に、環状の肉盛部２ａ
が予め形成されている。

【００２９】軸部材１と環状部材２との嵌合が完了する
と、環状部材２の軸方向両端面を適宜な治具４で拘束し
且つ環状部材２における肉盛部２ａに当接されるパンチ
５をセットする。

【００３０】しかる後、前記パンチ５に対して２４ｔの
加圧力を作用させて、環状部材２の外周部を部分的に塑
性変形させると、軸部材１の環状溝３に環状部材２の一
部２ｂが侵入する（図１Ｂ参照）。

【００３１】かくして得られた結合体においては、環状
部材２の一部が軸部材１外周に形成された環状溝３に侵
入した状態での結合が得られることとなり、熱膨張差を
有する二部材（軸部材１と環状部材２）の結合強度を大
幅に向上できるのである。

【００３２】さて、本願発明方法の効果を確認するため
に次のような試験を行った。

【００３３】即ち、環状部材２の両端側に塑性結合を施
したものおよび一端側にのみに塑性結合を施したものを
それぞれ実施例１，２とし、塑性結合を施こさなかった
ものを従来例として、温間時での使用に耐えるべく１５
０℃における結合強度を試験した。

【００３４】その結果は表１に示す通りであった。これ
によれば、実施例１の場合、従来例に比べて約２．４〜
３倍の結合強度が得られ、実施例２の場合、従来例に比
べて約１．７〜２倍の結合強度が得られていることがわ
かる。

【００３５】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本願発明の実施例にかかる軸部材と環状部材
との結合方法における圧入時の状態を示す部分断面図で
ある。

【図１Ｂ】本願発明の実施例にかかる軸部材と環状部材
との結合方法により得られた結合体の部分断面図である
。

【図２】本願発明の実施例における軸部材外周に形成さ
れる環状溝の形状を示す部分平面図である。

【図３】本願発明の実施例における軸部材外周部の断面
図である。

【図４】本願発明の実施例にかかる軸部材と環状部材と
の結合方法により得られる結合体の斜視図である。

【符号の説明】

１は軸部材、２は環状部材、２ｂは環状部材の一部、３
は環状溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　鋼材からなる軸部材に軽合金材からな
   る環状部材を嵌合結合する方法であって、予め前記軸部
   材における環状部材嵌合部位が通常の鋼材よりも熱膨張
   係数が大となる組織とされ、該環状部材嵌合部位外周に
   環状溝を形成し、その状態の軸部材に対して環状部材を
   嵌合した後、該環状部材に対して局部的加圧力を作用さ
   せることにより環状部材を部分的に塑性変形させて前記
   環状溝に環状部材の一部を侵入させることを特徴とする
   軸部材と環状部材との結合方法。