JPS63299829A - 外周に銅合金層を有する支持軸の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は、例えばラジアルピストン式液圧回転機のビン
トルバルブ、ジャーナル軸受の支持ビン、遊星歯車減速
装置の遊星歯車用軸等の支持軸に用いて好適な外周に銅
合金層を有する支持軸の製造方法に関する。

（従来の技術） 一般に、ラジアルピストン式液圧回転機のピ゛ントルバ
ルブ、ジャーナル軸受の支持ビン、遊星歯車減速装置の
遊星歯車用軸等の支持軸にあっては、該支持軸の外周を
相手方の回転部材が摺動回転するものであるから、該支
持軸と相手方の回転部材とがメタル接触して焼付き、カ
ジリ現象等が発生するのを防止する必要がある。このた
め、支持軸の外周に自己潤滑性があり、かっ摺動性の良
好な銅合金を材料とする銅合金層を、例えば鋳着、溶射
、圧入等の手段で固着して設け、相手方の回転部材との
間に摺動面を形成している。

このように、外周に銅合金層を有する支持軸として、ラ
ジアルピストン式液圧回転機のビントルバルブがあり、
以下このビントルバルブを例に挙げ述べる。

第６図は従来技術によるラジアルピストン式液圧回転機
を示し、同図において、１はケーシングで、該ケーシン
グ１は一方の蓋体となるリヤケーシング２と、他方の蓋
体となるフロントケーシング３と、該リヤケーシング２
とフロントケーシング３との間に位置して該フロントケ
ーシング３と一体に形成されたカム面形成部４とから構
成され、該カム面形成部４の内周面は偏心カム面５とな
っている。

６は前記リヤケーシング２と一体的に形成されたビント
ルバルブで、該ビントルバルブ６はケーシング１内に突
出した円柱体として形成され、該ビントルバルブ６には
給排通路７．８が穿設され、外周に開口している。９は
ケーシングｌ内に収容されたロータを示し、該ロータ９
の軸穴９Ａはビントルバルブ６の外周に後述の銅合金層
１７を介して回転自在に嵌合され、該ビントルバルブ６
を回転軸として回転するとき、偏心カム面５に対して偏
心回転するようになっている。

１０．１０．・・・はロータ９の半径方向に所定間隔て
形成された複数のシリンダで、該各シリンダｌＯは該ロ
ータ９が回転するとき各給排通路７．８と間歇的に連通
ずるようになっている。

１１．１１．・・・は該各シリンダＩＯ内に摺動可能に
設けられたピストン、１２．　１２．ｉ各ピストン１１
を偏心カム面５に摺動案内するシューな示し、該各シュ
ー１２は一対のガイドリング１３．１３によって偏心カ
ム面５から浮き上るのを規制されている。

また、１４はフロントケーシング３に軸受１５を介して
回転自在に軸支された入出力軸で、該入出力軸１４はビ
ントルハルプロと同軸に設けられ、かつロータ９とはス
プライン継手又はキー原子等の継手１６を介して連結さ
れている。

さらに、１７は給排通路７，８の開口部を除いてビント
ルバルブ６の外周全体にわたって固着して設けられた銅
合金層で、該銅合金層１７としては例えば黄銅、錫青銅
、リン青銅、鉛青銅、銅鉛合金等の銅合金が、鋳着、溶
射、圧入等の手段で固着されている。

このように構成される液圧回転機を油圧ポンプとして使
用するには、入出力軸１４を回転駆動すると、廠手１６
を介してロータ９がビントルバルブ６を回転軸として回
転する。この結果、ピストン１１はシュー１２を介して
偏心カム面５に案内されつつシリンダ１０内を往復動し
、該ピストン１１がシリンダｌ心から退出する間は吸込
行程となり、また該ピストン１１がシリンダ１０内に進
入する間は吐出行程となり、この吸込行程と吐出行程を
繰返す間に給排通路７，８を介してポンプ作用が行なわ
れる。

一方、ロータ９はビントルバルブ６の外周を摺動しなが
ら回転するとき、この摺動回転を円滑ならしめるために
、銅合金層１７が全周に亘り設けられ、ビントルバルブ
６とロータ９の軸穴９Ａとの間での焼付き、カジリ現象
等を防止している。

（発明が解決しようとする問題点） このように、ビントルバルブ６の外周には自己潤滑性を
有する銅合金層１７が固着されているが、この部分は高
液圧が作用するのみならず１回転摺動によるせん断力、
熱衝撃等の高負荷にさらされる。このため、ビントルバ
ルブ６の母材となる鉄系金属に銅合金ブツシュを圧入手
段で固着する方法は、高液圧な液圧回転機としては長期
間の使用は不可能である。

このため、従来技術においては、銅合金を鋳着手段によ
って固着する方法が採用されている。この鋳着手段は、
母材を予め加熱すると共に、銅合金を溶融し、該母材の
外周に銅合金を一体的に鋳ぐるむように固着するもので
ある。

が ところ＼、このような鋳着手段を用いて銅合金層１７を
形成するには、次のような幾多の問題点がある。

第１に、ビントルバルブ６の周囲に溶融した銅合金を流
し込むことができるように、又溶融した銅合金が冷却、
固化するまで流れないように、ビントルバルブ６の周囲
に位置してリヤケーシング２に環状壁を溶接等により設
置する必要がある。

第２に、銅合金が固まるとき、ビントルバルブ６の外周
近傍で引は巣等の欠陥が生じないように大きな押し湯が
必要となり、第１魚目で述べた環状壁とあわせて、余分
な材料費、加工費が必要となる。

第３に、銅合金が固化するとき、ビントルバルブ６の外
周面に材料欠陥が生じないように、最終凝固部を当該外
周面から離れた場所にもってくるため、強制空冷ないし
強制水冷が必要となる。この結果、母材の硬度が上昇し
、該母材の機械加工が困難となり、非削性向上のための
熱処理が必要となる。また、加熱、冷却の繰返しにより
、母材に生じる酸化スケールの除去も問題となる。

本発明はこのような従来技術による問題点に鑑みなされ
たもので、ビントルバルブ、支持ビン等の支持軸の周囲
に銅合金層からなる摺動面部を形融 成するに際して、母材と銅合金を拡散補合させることに
より、極めて簡便な工程で製造しつるようにした外周に
銅合金層を有する支持軸の製造方法を提供することを目
的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本発明は、鉄系金属から
なる母材と線膨張係数がほぼ等しいか又は小さい材質か
らなるカップに銅合金な鋳ぐるむ鋳ぐるみ工程と、前記
カップに鋳ぐるまれた銅合金を軸方向に穴あけ加工する
ことによって銅合金カラーを形成する銅合金カラー形成
工程と、前記銅合金カラーを前記母材からなる支持軸に
圧入する圧入工程と、前記支持軸に銅合金カラーを圧入
した状態で、銅合金の軟化温度まで加熱し、母材と銅合
金とを拡散結合させる拡散結合工程と、母材と銅合金と
を拡散結合させた後に、カップの全部と銅合金の一部を
除去加工することにより、支持軸外周に銅合金層を形成
する銅合金層形成工程とから構成したことにある。

（作用） 予め、カップに銅合金を流し込んで銅合金を鋳ぐるみ、
この銅合金を軸方向に穴あけ加工することによって銅合
金カラーを形成する０次に、銅合金カラーを支持軸に圧
入して、これらを銅合金の軟化温度まて加熱する。この
際、鉄系金属からなる母材に比較し、銅合金の線膨張係
数の方が高いため、支持軸と銅合金カラーとの間の締代
は減少するが、外周側にあるカップによって銅合金の膨
張が阻止され、母材と銅合金カラーとの間の接触面圧が
上昇する。この結果、母材と銅合金カラーとの間で拡散
融合が生じ１強固に結合される。その後、カップの全部
と銅合金カラーの一部を切削加工すれば、銅合金層を形
成することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第７図を参照しつ
つ詳細に述べる。

第１図ないし第５図は本発明の第１の実施例を示し、同
図において、２１は母材で、該母材ヤ ２１はり〜ケーシング部２１Ａとビントルバルブ部２１
Ｂとから形成されている。そして、この母材２１は例え
ば鋳鉄、炭素鋼、合金鋼等が用いられる。

また、２２は有底筒状のカップで、該カップ２２はプレ
ス成形等の手段で予め成形されており、該カップ２２は
母材２１と比較して線膨張係数が等しいか、又は小さい
材料が用いられる。ここで、カップ２２の材質としては
、母材２１と線膨張係数が等しい材質として、該母材２
１と同材質のもの１例えば鋳鉄、炭素鋼１合金鋼等が使
用され、一方該母材２１よりも線膨張係数の小さい材料
としてはセラミック材のカップが使用される。なお、セ
ラミック材のカップにあっても、予め成形しておけばよ
い。

さらに、２３はカップ２２内に流し込まれ、後述の銅合
金カラー２４として加工される銅合金で、該銅合金２３
としては１例えば黄銅、錨青銅、りん青銅、鉛青銅、銅
鉛合金等が用いられる。

次に、本実施例の製造方法について順次説明すミック加
工等の手段で成形されたカップ２２内に溶融した銅合金
２３を流し込み、該カップ２２と銅合金２３とを鋳ぐる
んでいる状態を示している。この状態が鋳ぐるみ行程で
ある。

次に、第２図は前述のようにしてカップ２２に鋳ぐるま
れた銅合金２３を、その冷却後軸方向に穴あけ加工する
ことによって薄肉筒状の銅合金カラー２４を形成した状
態を示しており、この状態が銅合金カラー形成工程であ
る。なお、銅合金カラー２４を形成するに際して、カッ
プ２２の底部にも穴あけ加工が施こされるものである。

次に、第３図は第２図に示すように加工された銅合金カ
ラー２４をカップ２２と一緒に、母材２１のビントルバ
ルブ部２１Ｂの外周に圧入した状態を示し、この状態が
圧入行程である。

次に、第３図の状態で組立てられた組立体を加熱炉に入
れ、銅合金の軟化温度、例えば７００〜９００℃まで加
熱する。この際、母材２１に比較して銅合金カラー２４
の線膨張係数の方が大きいため、ビントルバルブ部２１
Ｂと銅合金カラー２４との間の締代は減少するが、外側
のカップ２２の線膨張係数は母材２１と等しいか、又は
小さいため、外側のカップ２２によって銅合金カラー２
４の相対的な膨張は阻止され、実質上ビントルバルブ部
２１Ｂと銅合金カラー２４との接触面圧は上昇する。こ
の結果、高血圧、高温条件下で一定時間加熱炉内に保持
することにより、ビントルバルブ部２１Ｂと銅合金カラ
ー２４との間に拡散融合部２５として拡散融合が生じ、
冷却後には強固な結合が得られ、第４図の状態となる。

なお、カップ２２が母材２１と同材質である場合は、該
カップ２２と銅合金カラー２４との間にも拡散融合部２
６が生じる（第２図参照）。これが拡散結合行程である
。

さらに、拡散融合によって母材２１と銅合金カラー２４
とが結合したｈら、第５図に示すように外側のカップ２
２の全部と銅合金カラー２４の外面側の一部を切削加工
し、これらを除去することにより、銅合金層２７が得ら
れる。なお、カップ２２がセラミック材の場合には、ハ
ンマ等て砕けばよい。これが最終的な銅合金層形成行程
である。

かくして、本実施例によれば、有底状カップ２２内に銅
合金２３を鋳ぐるんだ後に、銅合金カラー２４を形成し
、次に、母材２１のビントルバルブ部２１Ｂに該銅合金
カラー２４を圧入し、加熱炉内で母材２１と銅合金カラ
ー２４とを加熱することにより、両者を強固に拡散結合
することができ、しかもカップ２２は銅合金２３の膨張
を相対的に阻止するために、最小限の肉厚のものを。

プレス成形等の手段で大量生産てきるから、従来技術に
よる鋳着方式に比較して設備費、材料費、加工費等を著
るしく低減することができる。

次に、第６図、第７図は本発明の第２、第３の実施例を
示す。なお、第１の実施例と同一構成要素には同一符号
を付し、その説明を省略する。

まず、第６図は第２の実施例にして、鋳ぐるみ行程にお
いて、カップ２２内に黒鉛棒３１をその軸線方向に挿入
し、銅合金２３を流し込むようにしたことにある。

このように黒鉛棒３１を用いることによって、カップ２
２内の容積を減少することができ、銅合金２３の歩留を
高めることができる。

一方、第７図は第３の実施例にして、カップ４１を有底
円環状に形成し、該カップ４１内に銅合金２３を流し込
むようにしたことにある。

このような形状のカップ４１を用いることによっても、
銅合金２３の歩留りを高めることができる。

なお、実施例では、本発明の支持軸としてビントルバル
ブを例示したが、ジャーナル軸受の支持ビン等、円筒部
外周に銅合金層を備えた支持軸には広く適用できるもの
である。

（発明の効果） 本発明に係る外周に銅合金層を有する支持軸の製造方法
は以上詳細に述べた如くであって、鉄系金属の母材と線
膨張係数が等しいか、又は小さな材質からなるカップに
銅合金を鋳ぐるんた後、該銅合金を加工して銅合金カラ
ーを形成し、該銅合金カラーを支持軸に圧入した後、こ
れらを銅合金の軟化温度まで加熱して母材と銅合金とを
拡散結合させ、さらにカップの全部と銅合金カラーの一
部を加工して銅合金層を形成する構成としたから、下記
各項の効果を奏する。

■、カップとして母材と線膨張係数が等しいが、又は小
さな材質を使用することにより、加熱時に母材と銅合金
カラーとの接触面圧を高めることかでき、拡散結合によ
って母材と銅合金カラーることかでき、また鋳く゛るみ
工程、銅合金カラー形成工程は別個の場所で実行するこ
とができるから、従来技術の鋳着方法に比較して銅合金
を軟化温度まて加熱できる炉が１個あればよく、また押
し湯等が不要であるから、設備費、材料費、加工費等を
最小限とすることができる。

■、強制空冷又は水冷却を必要とせず、自然冷却てよい
ため、母材硬度上昇による非削性向上のための熱処理が
不要となる。

■、加熱は１回でよいから、酸化スケールの発生が少な
く、また還元炉で加熱すれば酸化スケールは皆無となり
、酸化スケール除去作業が不要となる。

■、主な行程は加熱炉内での拡散結合行程であるから、
Ｍ着方式に比較して製造行程が簡略化でき、自動化も可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の第１の実施例に係り、第
１図はカップに銅合金を鋳ぐるんでいる状態を示す縦断
面図、第２図は銅合金カラーとして加工された状態を示
す縦断面図、第３図は銅合金カラーをビントルバルブ部
の外周に圧入した状態を示す縦断面図、第４図は銅合金
カラーを拡散結合させた状態を示す縦断面図、第５図は
カップと銅合金カラーの一部を加工し、ビントルバルブ
部の外周に銅合金層を形成した状態を示す縦断面図、第
６図は本発明の第２の実施例にして、カップに黒鉛棒を
挿入して銅合金な鋳ぐるんだ状態を示す縦断面図、第７
図は本発明の第３の実施例にして円環状カップに銅合金
を鋳ぐるんだ状態を示す縦断面図、第８図は従来技術に
よるラジアルピストン式液圧回転機を示す縦断面図であ
る。 ２１・・・母材、２１Ｂ・・・ビントルバルブ部、２２
．４１・・・カップ、２３・・・銅合金、２４・・・銅
合金カラー、２５．２６・・・拡散融合部、２７−・・
銅合金層。 特許出願人　　日立建機株式会社 代理人　弁理士　　広　瀬　和　産 量　　　　　　　中　　村　　直　　樹第１図 第３図 第４図 第５図 ２１　　　　　　　　　　　２１Ａ 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 鉄系金属からなる母材と線膨張係数がほぼ等しいか又は
   小さい材質からなるカップに銅合金を鋳ぐるむ鋳ぐるみ
   工程と、 前記カップに鋳ぐるまれた銅合金を軸方向に穴あけ加工
   することによって銅合金カラーを形成する銅合金カラー
   形成工程と、 前記銅合金カラーを前記母材からなる支持軸に圧入する
   圧入工程と、 前記支持軸に銅合金カラーを圧入した状態で、銅合金の
   軟化温度まで加熱し、母材と銅合金とを拡散結合させる
   拡散結合工程と、 母材と銅合金とを拡散結合させた後に、カップの全部と
   銅合金の一部を除去加工することにより、支持軸外周に
   銅合金層を形成する銅合金層形成工程と、 から構成してなる外周に銅合金層を有する支持軸の製造
   方法。