JPH0560203A - シヤフトを嵌合部材に圧入してなる機械要素及びその製造方法 - Google Patents

シヤフトを嵌合部材に圧入してなる機械要素及びその製造方法

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JPH0560203A
JPH0560203A JP3271568A JP27156891A JPH0560203A JP H0560203 A JPH0560203 A JP H0560203A JP 3271568 A JP3271568 A JP 3271568A JP 27156891 A JP27156891 A JP 27156891A JP H0560203 A JPH0560203 A JP H0560203A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】シャフトの外周に形成した隆起部に焼結合金製
カムピースを圧入嵌合して一体に組立てるカムシャフト
において、圧入時におけるカムピースの割れを防止する
とともに切粉の発生を少なくし、嵌合部材とシャフトの
接合強度も向上させる。 【構成】焼結合金製中空嵌合部材１に低炭素鋼製インナ
ーピース２を内嵌し、そのインナ−ピ−スの軸孔20に、
大径部と小径部を設け、シャフト３の隆起部４をインナ
ーピース２よりも硬く、その外径Ｄ1 を小径部の内径よ
りも大きく、かつインナーピース２の外径よりも小さ
く、好ましくは大径部の内径よりも小さくし、前記隆起
部４を前記軸孔20に圧入してそれを変形させることによ
り嵌着する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は別体として製作した焼結
合金製の嵌合部材をシャフトに圧入嵌合してなる機械要
素及びその製造方法の改良に関するものであり、さらに
詳しく述べると、比較的高いトルク負荷がかかる内燃機
関用カムシャフト、圧縮機用クランク軸等の軸孔が嵌合
部材の中心に対して偏心する機械要素、及び歯車軸、ポ
ンプ用ロータ軸等の軸孔が嵌合部材の中心と一致する機
械要素に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】焼結合金製のカムピース等の嵌合部材を
鋼製のシャフトに拡散結合させてカムシャフト等の機械
要素を組立てる方法は、比較的規模の大きな炉を必要と
するため、製造コストを低減することが困難であった。
そこで、炉を必要としない切削嵌合により嵌合部材とシ
ャフトを一体に組立ててカムシャフトを製造する方法が
特開昭６３−２９７７０７号によって提案された。その
カムシャフトは、転造などの圧縮加工によりシャフトの
周面に隆起部を形成し、カムピースの内周壁に設けた突
出部によってシャフトの隆起部を切削してそこに溝を形
成するようにカムピースをシャフトに圧入することによ
り、カムピースとシャフトとを一体化したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記製造方法には次の
ような問題があった。 １、カムピ−ス等の嵌合部材によりシャフト隆起部が切
削可能であるためには、相対的に耐摩耗性等を考慮して
カムピースを硬質に、シャフトを軟質にしなければなら
ない。しかし、軟質な中空シャフトを切削すると強度が
低下するから、中空シャフトは厚肉となり、シャフトの
軽量化が制限される。 ２、カムピース等の嵌合部材が耐摩耗性等に実績のある
液相焼結材の場合、シャフト組付前の焼結によりカムピ
−スが５〜７％程度収縮するため、焼結後、カムピース
軸孔を後加工しないと内径精度を維持することができな
い。しかし、この加工にはかなりの工数を要していた。 ３、シャフト隆起部をカムピース等の嵌合部材で切削す
るときに生ずる切粉の処置にもかなりの工数を必要であ
った。 ４、嵌合部材が焼結合金材のみからなる場合、嵌合部材
が高強度のものでないと、切削嵌合する組立時に割れる
ことが多く、たとえ組立時に割れなくても、使用中に高
トルク負荷がかかると割れることが多かった。しかし、
高強度の焼結合金製嵌合部材は材料費と加工費が非常に
高くなる。
【０００４】本発明はこれらの問題を解決するためにな
されたものであり、その目的とするところは、シャフト
の周面に隆起部を形成し、その隆起部と嵌合部材を圧力
ばめして嵌合部材とシャフトを一体に組立てた機械要素
であって、軽量化のため、シャフトを薄肉パイプとする
ことが可能であり、又、嵌合部材が液相焼結材であって
も、内径精度を維持するための加工は不要であり、嵌合
部材とシャフトの嵌合時に切粉が発生せず、たとえ発生
してもわずかであり、嵌合部材はシャフトへの圧入時
も、使用中の高トルク負荷時にも割れるおそれのなもの
を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明が採用した手段は、シャフトの嵌合領域の周
面に隆起部を形成し、焼結合金製の中空嵌合部材をその
内周面にシャフトより軟質又は同質の鋼製環状インナー
ピースを有する複合中空嵌合部材に形成し、そのインナ
ーピースの軸孔に大径部と小径部を設け、その小径部の
内径をシャフト隆起部の外径より小さくしたことにあ
る。
【０００６】
【作用】焼結合金製嵌合部材の内周面には低炭素鋼製イ
ンナーピースの外周面を焼結により拡散結合し複合中空
嵌合部材を形成することができる。この拡散結合は炭素
濃度差が大きいため高い信頼性を有する。嵌合部材が液
相焼結材であっても、焼結によってインナーピースの軸
孔が変形することはない。したがって、焼結後に、仕上
加工を施して軸孔内径精度を維持する必要はない。複合
中空嵌合部材を軸方向にシャフト隆起部に圧入すると、
インナーピース小径部は隆起部よりも小さくて軟かいか
ら、塑性変形して隆起部に密着嵌合するが、隆起部によ
ってたとえ切削されたとしても従来工法に比し切粉の発
生量は少ない。シャフト隆起部は低炭素鋼よりも硬質で
あり、嵌合部材によって切削されることはないから、嵌
合による強度低下はなく、シャフトを薄肉パイプとして
軽量化を図ることも可能である。複合中空嵌合部材の形
成方法としては拡散結合の他、ロー付、溶接等の複合化
結合方法がある。
【０００７】
【実施例】本発明の機械要素を図面に示す実施例に基づ
いて説明する。図１及び図２に示すように、嵌合部材の
カムピース１はカムプロフィ−ルを規定し、インナーピ
ース２は丸味のある１０角形の軸孔20を有する。軸孔20
の頂角部はシャフト隆起部外径Ｄ1 より大きい内径Ｄ3
の大径部21であり、その間の弦面は内径Ｄ2 の小径部22
である。カムピース１は液相焼結材であり、その内周面
は液相焼結により収縮して低炭鋼製のインナーピース２
の外周面に拡散結合する。低炭鋼製インナーピース２は
非焼結材であるから、この焼結の前後において軸孔20の
形状も内径精度も不変である。
【０００８】中空シャフト３の嵌合領域周面にロ−レッ
ト工具による膨出加工を施してシャフト外径Ｄ0 より外
径の大きな隆起部４を形成する。隆起部４はイナンーピ
ース２よりも硬く調質する。隆起部４の外径Ｄ1 はイン
ナーピース２の外径Ｄ4 よりも小さく、好ましくは軸孔
大径部21の内径Ｄ3 よりも小さく、かつ軸孔小径部22の
内径Ｄ2 よりは大きくする。これによって、図２におい
て矢印で示すように、軸孔20を隆起部４に圧入したと
き、小径部22は隆起部４によって切削されることなく、
塑性変形して隆起部４に嵌合密着する。このとき、隆起
部４も切削されることはないから、嵌合によってシャフ
ト３の強度低下は生じない。たとえ、隆起部４によって
切削されたとしても、従来工法に比し、切粉の発生量は
少ない。なお、隆起部４は切削加工により形成すること
もできる。
【０００９】このようにして組立てるカムシャフトは、
焼結合金製のカムピースを焼結によってシャフトに嵌合
するための大きな炉設備を必要とせず、シャフトの熱処
理による強度低下も生じない。又、カムピースをシャフ
トに圧入するときの応力も、使用中のトルクによる応力
も、焼結材のカムピース１ではなく、インナーピース２
に作用するので、シャフト圧入時又は高トルク負荷時に
カムピース１が割れるおそれはない。特に、インナーピ
ースとシャフトを同質にした場合は相互塑性変形による
嵌合となり、相互結合による接合強度が高くなる。
【００１０】実施例の軸孔は１０角形であるが、軸孔は
１０角形に限る必要はなく、その他の多角形でも内歯状
でもよい。図３に圧縮機用クランク軸の嵌合部材である
クランク１を示す。クランク１は焼結合金製の中空厚肉
円板であり、中空孔は偏心位置にある。中空孔に低炭素
鋼製インナーピース２を拡散結合により内嵌する。イン
ナーピース２の軸孔２０は前実施例と同じく１０角形で
あり、大径部２１の内径Ｄ３、小径部２２の内径Ｄ２の
シャフト隆起部に対する関係寸法も前実施例と同じであ
る。
【００１１】図４に歯車軸の嵌合部材である歯車１を示
す。歯車１は焼結合金製であり、その中心と中空孔は同
心である。中空孔に低炭素鋼製インナーピース２を拡散
結合により内嵌する。インナーピース２の軸孔２０は１
０角形であり、その大径部２１の内径Ｄ３、小径部２２
の内径Ｄ２のシャフト隆起部に対する関係寸法は前実施
例と同じである。
【００１２】図３及び図４の嵌合部材をシャフトに圧入
して塑性変形によってシャフト隆起部に嵌着させ、機械
要素としてのクランク軸及び歯車軸を組立てる。この嵌
合工程は図２に示す状態と実質的に同じである。図５は
シャフト周面にローレット加工によって形成した３種類
の隆起部に正６角形軸孔を持つ嵌合部材を嵌着したとき
の挿入荷重及び接合強度の試験結果をまとめたグラフで
ある。シャフトはＳＡＥ１０５０相当の鋼材であり、３
種類の隆起部は軸方向に連続して延長する平目ローレッ
ト、らせん方向に不連続に延長する綾目ローレット、周
方向に連続延長する環状ローレットである。嵌合部材は
材質がＦｅ−８％Ｃｒ合金製カムピースであり、軸孔は
正６角形、軸方向幅は１１ｍｍである。嵌合部材とシャ
フトの嵌合代は最大０．８ｍｍである。このグラフは、
軸方向に延長する平目ローレットの隆起部の場合、挿入
荷重は小さくてすむが、十分に大きな接合強度すなわち
負荷トルクは得られないことを、又、らせん方向に延長
する綾目ローレットと周方向の環状ローレットの接合強
度すなわち負荷トルクは同程度の十分な大きさである
が、挿入荷重は綾目ローレットの隆起部の方が小さいこ
とを示す。
【００１３】図６は綾目ローレットのシャフト周面隆起
部に、大径部内径の等しいすなわち同径外接円を持つ各
種の正多角形軸孔の嵌合部材を嵌着し、そのときの接合
強度の試験結果をまとめたグラフである。シャフトはＳ
ＡＥ１０５０相当の鋼材、嵌合部材はＦｅ−８％Ｃｒ合
金製カムピースである。嵌合部材の軸方向幅は１１ｍ
ｍ、軸孔は正６角形、正８角形、正１０角形、正１２角
形である。このグラフは、８角形ないし１０角形の軸孔
の接合強度すなわち負荷トルクが、６角形及び１２角形
の軸孔のものよりも大きいことを示す。
【００１４】図７は綾目ローレットのシャフト周面隆起
部に、１０角形の軸孔のインナーピースを有する嵌合部
材と、インナーピースを持たない１０角形軸孔の嵌合部
材を嵌着し、その時の接合強度の試験結果をまとめたも
のである。シャフト、嵌合部材の材質、形状寸法等はイ
ンナーピース部分を除き、図６のものと同じである。こ
のグラフはインナーピースを有するものの接合強度がイ
ンナーピースの無いものの接合強度より大きいことを示
す。
【００１５】
【発明の効果】上記のとおり、本発明の機械要素は、従
来の相対的に硬質な焼結合金製嵌合部材の内周に設けた
突出部によって軟質なシャフト隆起部を切削嵌合する方
式とは異なり、相対的に軟質又は同質なインナーピース
を塑性変形及び又は切削により硬質なシャフト隆起部に
嵌合密着する圧力ばめ方式であるから、次のような優れ
た効果を奏する。 １、シャフトを薄肉パイプ状として軽量化することが可
能である。 ２、嵌合部材が収縮の大きな液相焼結材であっても、焼
結後の内径の仕上加工は不要である。 ３、圧入嵌合時の切粉発生が従来より少なく、切粉の処
理も容易であり、その結果、組立工程の自動化が容易で
ある。 ４、嵌合部材の圧入時又は使用中の高トルク負荷時の嵌
合部材割れを防止することができる。 ５．嵌合部材とシャフトの接合強度が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例のカムピースの正面図及び
側断面図、
【図２】 図１のカムピースをシャフトに嵌合する工程
を示すカムシャフトの要部側面図、
【図３】 別の実施例の図１に相当する図、
【図４】 さらに別の実施例の図１に相当する図、
【図５】 シャフト周面隆起部形状と接合強度及び挿入
荷重の関係を示すグラフ、
【図６】 嵌合部材の正多角形軸孔の角数と接合強度の
関係を示すグラフ、
【図７】 インナーピースの有無と接合強度の関係を示
すグラフ、
【符号の説明】
１：嵌合部材（カムピース、クランク、歯車）、２：イ
ンナーピース、３：シャフト、４：隆起部、20：軸孔、
21：大径部、22：小径部、Ｄ0 ：シャフト外径、Ｄ1 ：
隆起部外径、Ｄ2 ：小径部内径、Ｄ3 ：大径部内径、Ｄ
4 ：インナーピース外径、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｂ 4/00 Ｅ 7127−3Ｊ Ｆ１６Ｈ 55/17 Ａ 8012−3Ｊ (72)発明者 秋元 謙 栃木県下都賀郡野木町野木1111番地 日本 ピストンリング株式会社栃木工場内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シャフトの嵌合領域の周面に隆起部を形成
    し、焼結合金製の中空嵌合部材をその内周面に前記隆起
    部よりも軟質又は同質の鋼製環状のインナーピースを有
    する複合中空嵌合部材に形成し、前記インナ−ピ−スの
    軸孔には大径部と小径部を設け、前記小径部の内径を前
    記隆起部の外径よりも小さく形成し、前記隆起部を前記
    軸孔に圧入して塑性変形及び又は切削することにより前
    記複合中空嵌合部材を前記シャフトに嵌着したことを特
    徴としてなるシャフトを嵌合部材に圧入してなる機械要
    素。
  2. 【請求項２】軸孔は複合中空嵌合部材の中心に対して偏
    心位置にあることを特徴としてなる請求項１に記載のシ
    ャフトを嵌合部材に圧入してなる機械要素。
  3. 【請求項３】複合中空嵌合部材はカムピースであり、機
    械要素はカムシャフトであることを特徴としてなる請求
    項２に記載のシャフトを嵌合部材に圧入してなる機械要
    素。
  4. 【請求項４】軸孔は複合中空嵌合部材の中心に対して同
    心位置にあることを特徴としてなる請求項１に記載のシ
    ャフトを嵌合部材に圧入してなる機械要素。
  5. 【請求項５】シャフトの嵌合領域の周面に隆起部を形成
    する工程と、焼結合金製の中空嵌合部材をその内周面に
    前記隆起部よりも軟質又は同質の鋼製環状のインナーピ
    ースを有する複合中空嵌合部材に形成する工程と、前記
    インナーピースの軸孔に前記隆起部の外径よりも内径の
    小さい小径部を形成する工程と、前記軸孔に前記隆起部
    を圧入して塑性変形及び又は切削することにより前記複
    合中空嵌合部材を前記シャフトに嵌着する工程とからな
    るシャフトを嵌合部材に圧入してなる機械要素の製造方
    法。
JP27156891A 1991-06-07 1991-10-19 シャフトを嵌合部材に圧入してなる機械要素及びその製造方法 Expired - Fee Related JP3163505B2 (ja)

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Cited By (6)

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