(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系金属製の環状被鋳ぐるみ材を溶融したアルミニウム又はアルミニウム合金に浸漬した後に該溶融アルミニウム又はアルミニウム合金から取出すことにより該環状被鋳ぐるみ材の表面をアルミナイジング処理し、
該アルミナイジング処理の施された該環状被鋳ぐるみ材を鋳型内に保持し、
該鋳型内にアルミニウム合金溶湯を充填して該環状被鋳ぐるみ材の内周面側と外周面側とが該アルミニウム合金に鋳ぐるまれ該環状被鋳ぐるみ材と該アルミニウム合金とが相互に接合して一体のプーリを成形するプーリの製造方法において、
該環状被鋳ぐるみ材には該内周面側と該外周面側とを連通する連通孔が形成されており、該アルミニウム合金を該鋳型内に充填する際に、該内周面側のアルミニウム合金と該外周面側のアルミニウム合金とを該連通孔を通じて一体に成形し、該環状被鋳ぐるみ材の該外周面側の一体成形されたアルミニウム合金の一部を切削加工により除去して該環状被鋳ぐるみ材の外周面の連通孔を除く一部を露出させて該プーリのベルト掛け部を構成することを特徴とするプーリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はプーリの製造方法に関し、特に鉄系金属からなる環状被鋳ぐるみ材とアルミニウム合金とを一体化したプーリの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より種々の部品や部材を構成するに際して、複数の素材を組合せて一体化し、各々の素材の特性を引出して単一素材では得られない複合的な優れた特性を発揮させることが行われていた。例えば鉄系金属からなる環状被鋳ぐるみ材をアルミニウム合金によって鋳ぐるみ、環状被鋳ぐるみ材とアルミニウム合金を一体化する鋳造が行われていた。
【０００３】
鋳ぐるみによる従来のプーリの製造方法については、環状被鋳ぐるみ材を溶融したアルミニウム又はアルミニウム合金の中に浸漬させて被鋳ぐるみ材の表面とアルミニウムとを拡散反応させたいわゆるアルミナイジング処理を施し、環状被鋳ぐるみ材を鋳型内に保持させ、溶融したアルミニウム合金を鋳型内に充填させてアルミニウム合金と環状被鋳ぐるみ材を融着結合させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、鉄系の環状被鋳ぐるみ材をプーリの外周面とし、環状被鋳ぐるみ材の内周面側にアルミニウム合金を充填して環状被鋳ぐるみ材の内周面とアルミニウム合金とを一体化してプーリを製造する場合には、鉄系金属と比較してアルミニウム合金の熱収縮率が高いために、鋳ぐるみ後の冷却により、環状被鋳ぐるみ材の内周面からアルミニウム合金が離れようとする現象が生じ、結果的に環状被鋳ぐるみ材からアルミニウム合金が剥離してしまうことがあった。
【０００５】
また、環状被鋳ぐるみ材を鉄系材料で構成してベルト掛け部とし、軽量化の目的から環状被鋳ぐるみ材の内周面側でアルミニウム合金と一体化させるのが好ましいが、上述したように熱収縮率の差による分離の問題の他に、ベルト掛け部におけるベルトとの摺働による摩擦熱によって環状被鋳ぐるみ部材が高熱になるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、鉄系金属からなる環状被鋳ぐるみ材とアルミニウム合金との一体成形によるプーリにおいて、アルミニウム合金が環状被鋳ぐるみ材から剥離することがないプーリの製造方法、及び発生した熱の放散が効率よく行われるプーリの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、鉄系金属製の環状被鋳ぐるみ材を溶融したアルミニウム又はアルミニウム合金に浸漬した後に該溶融アルミニウム又はアルミニウム合金から取出すことにより該環状被鋳ぐるみ材の表面をアルミナイジング処理し、該アルミナイジング処理の施された該環状被鋳ぐるみ材を鋳型内に保持し、該鋳型内にアルミニウム合金溶湯を充填して該環状被鋳ぐるみ材の内周面側と外周面側とが該アルミニウム合金に鋳ぐるまれ該環状被鋳ぐるみ材と該アルミニウム合金とが相互に接合して一体のプーリを成形するプーリの製造方法において、該環状被鋳ぐるみ材には該内周面側と該外周面側とを連通する連通孔が形成されており、該アルミニウム合金を該鋳型内に充填する際に、該内周面側のアルミニウム合金と該外周面側のアルミニウム合金とを該連通孔を通じて一体に成形し、該環状被鋳ぐるみ材の該外周面側の一体成形されたアルミニウム合金の一部を切削加工により除去して該環状被鋳ぐるみ材の外周面の連通孔を除く一部を露出させて該プーリのベルト掛け部を構成するプーリの製造方法を提供している。
【０００８】
鋳ぐるみ工程後においては、外周面側のアルミニウム合金と内周面側のアルミニウム合金とは連通孔内のアルミニウム合金によって互いに一体化している。従って外周面側のアルミニウム合金と連通孔内のアルミニウム合金とによって、内周面側のアルミニウム合金の半径方向内方への収縮を阻止することができ、アルミニウム合金が環状被鋳ぐるみ材から剥離するのを阻止できる。また鋳造後に、該環状被鋳ぐるみ材の該外周面側の一体成形されたアルミニウム合金の一部を切削加工により除去して該環状被鋳ぐるみ材の外周面の連通孔を除く一部を露出させているので、プーリ使用時はベルトは耐久性と耐熱性の高い鉄系金属と接触するのでプーリの強度と耐熱性を確保でき、またベルトはアルミニウム合金とも接触するので上述した連通孔による内周面側と外周面側のアルミニウム合金の一体性と相まって熱放熱が効率的に行われる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態によるプーリの製造方法について図１に基づき説明する。プーリ１０は、中心孔１０ａが形成され、また外周面に環状溝１０ｂが形成されている。そして、プーリ１０は、鉄系金属の環状被鋳ぐるみ材１と、アルミニウム合金３とが結合した複合材によって構成される。
【００１０】
環状被鋳ぐるみ材１は、断面略Ｙ字状をなし、断面でみたときＹ字形の頭のＶ部分の溝側（内側）が環状被鋳ぐるみ材１の外周面１ａとなり、Ｖ部分外側面と足のＩ部分が内周面１ｂとなる。また、頭のＶ部分には外周面１ａ側と内周面１ｂ側とを連通する連通孔１ｃが形成されている。
【００１１】
環状被鋳ぐるみ材１は図示せぬ鋳型内に保持される前に予めアルミナイジング処理が施される。このアルミナイジング処理は７４０℃に保持された溶融アルミニウムとケイ素の合金（アルミニウム合金）の中に、図示せぬ保持具によって保持された環状被鋳ぐるみ材１を１２０秒間浸漬することによって行われ、その後環状被鋳ぐるみ材１は溶融アルミニウム合金から取出される。このアルミナイジング処理を行うことによって、鉄系金属である環状被鋳ぐるみ材の表面に鉄とアルミニウムとの拡散層が形成されるので、アルミナイジング処理をしない場合と比較して後に環状被鋳ぐるみ材１をアルミニウム合金で鋳ぐるんだとき、環状被鋳ぐるみ材１とアルミニウム合金との結合力を高めることができる。
【００１２】
アルミナイジング処理の施された環状被鋳ぐるみ材１は、図示せぬ金型にセットされ、重力鋳造法によって例えばJIS-AC4Cのようなアルミニウム合金３が金型内に充填されて、環状被鋳ぐるみ材１の内周面１ｂ側に大部分のアルミニウム合金溶湯が供給されて、内周面１ｂと一体化すると共に、環状被鋳ぐるみ材１のＶ部分の外側傾斜面に沿って、及び連通孔１ｃを通じて、外周面１ａ側にもアルミニウム溶湯が行き渡る。即ち環状被鋳ぐるみ材１の内周面１ｂと外周面１ａがアルミニウム合金にて被包され、内周面１ｂ側のアルミニウム合金と外周面１ｂ側のアルミニウム合金３とが一体に成形され、環状被鋳ぐるみ材１とアルミニウム合金３が融着結合し、鋳ぐるみ品たるプーリが鋳造される。
【００１３】
その後鋳造された鋳ぐるみ品が冷却される際に、アルミニウム合金３の熱収縮により、アルミニウム合金３はプーリの半径方向内方に収縮しようとする力が発生する。しかし、アルミニウム合金３Ａは、環状被鋳ぐるみ材１の内周面側と外周面側とで一体化しているので、環状被鋳ぐるみ材１の外周面１ａにおいて、最大半径部分１ａ’に対向しているアルミニウム合金３Ａ部分の存在により、アルミニウム合金３の半径方向内方への収縮が阻止され、アルミニウム合金３が環状被鋳ぐるみ材１から剥離するのが阻止される。
【００１４】
また、環状被鋳ぐるみ材１の内周面１ｂであってＶ部分傾斜面に対向するアルミニウム合金部分３Ｂは、発生した収縮力により、内周面１ｂのＶ部分からもっとも離間しやすい構造であるが、上述したように、外周面１ａ側にもアルミニウム合金が包皮されており、特に外周面１ａのＶ部分傾斜面に対向するアルミニウム合金部分３Ｃは連通孔１ｃ内のアルミニウム合金部分３Ｄによって合金部分３Ｂと一体化しているので、合金部分３Ｂの半径方向内方の収縮は、合金部分３Ｃ、３Ｄによって阻止することができる。
【００１５】
以上のように第１の実施の形態によるプーリの製造方法によれば、鋳ぐるみ工程後の製品冷却時において、環状被鋳ぐるみ材１からのアルミニウム合金３の剥離が生じないため、従来必要であった厳密な製品検査、剥離の生じた不良鋳ぐるみ品の回収作業及び不良鋳ぐるみ品鋳造に使用した材料再生作業等が不要となり、鋳ぐるみ品鋳造のための動力燃料の消費も大幅に低減することができる。また工程数の削減による労力も大幅に減じることが可能となる。それらにより総合的に安価な鋳ぐるみによるプーリを製造することが可能になる。
【００１６】
次に本発明の第２の実施の形態によるプーリ１０’の製造方法について図２に基づき説明する。
【００１７】
環状被鋳ぐるみ材１のアルミナイジング処理工程と、環状被鋳ぐるみ材１の鋳ぐるみ工程は第１の実施の形態と同様であるが、第２の実施の形態では更に熱処理工程、切削加工の工程を実行している点で第１の実施の形態とは異なる。
【００１８】
第１の実施の形態に基づいて鋳造された鋳ぐるみ品について、アルミニウム合金の残留応力を除去する目的から熱処理がなされる。この熱処理は鋳ぐるみ品を１８０℃で５時間加熱することによって行われる。熱処理後、環状被鋳ぐるみ材１の最外周部と、その外側に位置するアルミニウム合金を除去すると共に、環状被鋳ぐるみ材１の外周面１ａ側に位置するアルミニウム合金のうち、Ｖ字溝の先端付近のアルミニウム合金部分を切削加工により除去し、環状被鋳ぐるみ材１の外周面の少なくとも一部を露出させて露出部分１ｄを形成する。この露出部分１ｄはプーリのベルト掛け部を構成する。なお、この切削加工においては、Ｖ字溝の谷底部分にあるアルミニウム合金部分３Ｃ’は除去されずに残存しており、依然としてアルミニウム合金部分３Ｄを介してアルミニウム合金部分３Ｂと一体化している。
【００１９】
第２の実施の形態では、切削加工工程において、Ｖ字溝の先端付近のアルミニウム合金部分を除去するので、第１の実施の形態のように最先端部分のアルミニウム合金部分３Ａが存在せず、従って環状被鋳ぐるみ材１の内周面１ｂ側に位置するアルミニウム合金部分３Ｂの半径方向内方への収縮による剥離の傾向は第１の実施の形態と比較すると大きくなる。そこで熱処理を施して、アルミニウム合金の残留応力を除去し、可能な限り剥離を生じないようにしている。また上述したように、外周面１ａ側のアルミニウム合金部分３Ｃ’の存在により、合金部分３Ｂが内周面１ｂから剥離するのが阻止できる。
【００２０】
第２の実施の形態によれば、露出部分１ｄには図示せぬベルトが掛けられる。ベルト掛け部分１ｄは動力伝達のために強い力が付加されると共に、回転動作時のベルトとの摩擦による温度上昇も著しい。ここでベルト掛け部は露出部分１ｄであり、露出部分１ｄは過酷な条件に耐え得る鉄系金属であるので、耐久性がありかつ耐熱性のあるプーリが提供できる。
【００２１】
また、プーリは鉄とアルミニウム合金との複合物であるので、全体を鉄で形成した場合と比較して遙かに軽量となり、加えて不必要であるアルミニウム合金部分を切削加工により除去したため、プーリ全体として更に軽量化を図ることが可能となり、高い動力伝達効率を得ることができる。
【００２２】
更にベルトと接する部分のみ環状被鋳ぐるみ材１が露出しており、他の外周面側には未だアルミニウム合金部分３Ｃ’が環状被鋳ぐるみ材１を鋳ぐるんでおり、このアルミニウム合金部分３Ｃ’は連通孔１ｃ内のアルミニウム合金部分３Ｄを介して内周面１ｂ側のアルミニウム合金部分３Ｂと一体となっているので、上述した剥離を防止する効果の他に、ベルトとの摩擦により発生した熱を効率的に内周面１ｂ側のアルミニウム合金部分３Ｂに伝導させて放熱を助長することができる。アルミニウム合金は鉄系金属に比べて熱伝導性がよいので、プーリ全体としての温度上昇を効率よくに抑えることができ、周辺部分が高温になることもなく、それによってプーリを含む機器全体の製品寿命を向上させることができる。
【００２３】
図３は第２の実施の形態に基づいて製造されたプーリであって、環状被鋳ぐるみ材１とアルミニウム合金３との界面付近を示す倍率２００倍の金属組織顕微鏡写真であり、図４は、従来の製造方法に基づいて製造されたプーリの環状被鋳ぐるみ材とアルミニウム合金との界面付近を示す倍率２００倍の金属組織顕微鏡写真である。
【００２４】
図４に示されるように、アルミナイジング処理によって鉄系金属からなる環状被鋳ぐるみ材１のアルミニウム合金部分３Ｂとの界面付近にはすじ状の拡散結合反応層１Ｘが形成され、この反応層１Ｘによってアルミニウム合金と鉄系金属との結合が図られるのであるが、従来法ではアルミニウム合金の収縮を何ら阻止していないので、結合後にアルミニウム合金部分３Ｂが反応層１Ｘから剥離して、隙間Ｇ（黒色部分）が発生しているのが認められる。一方図３に示されるように第２の実施の形態によれば、反応層１Ｘとアルミニウム合金部分３Ｂ間の隙間は認められず、アルミニウム合金の収縮に起因する問題が解決されていることが判明した。なお、図３、図４においてアルミニウム合金３Ｂ内の黒色の線状部分は合金中の晶出物及び析出物である。
【００２５】
本発明によるプーリの成形方法は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、環状被鋳ぐるみ材の断面の形状は実施例記載の略Ｙ字形状に限定されず、略Ｖ字形状、略長方形形状、その他の形状であってもよい。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載のプーリの製造方法によれば、外周面側のアルミニウム合金と内周面側のアルミニウム合金とは貫通孔内のアルミニウム合金によって一体となるので、熱収縮率の相違により環状被鋳ぐるみ材を鋳型内で鋳ぐるんだ後に冷却する際に生じていた、環状被鋳ぐるみ材からのアルミニウム合金の剥離を回避することができる。それによって不良鋳ぐるみ品の検出、回収等の行程にかかる労力を削減することができ、総合的に安価なプーリの製造が可能となる。
【００２７】
更にプーリの一部のベルトと接する部分を被包しているアルミニウム合金のみを除去し鉄系金属からなる環状被鋳ぐるみ材の一部を露出させてベルトと接するようにしたことによって、強度及び耐熱性のあるプーリとすることができ、またプーリの軽量化を図ることができる。更にプーリの軽量化に伴い回転の際の動力の伝導効率を非常に高くすることが可能となる。また環状被鋳ぐるみ材の外周面側に残存するアルミニウム合金部分は、環状被鋳ぐるみ材の内周面側に位置するアルミニウム合金部分と貫通孔内のアルミニウム合金の存在により一体であるので、環状被鋳ぐるみ材の外周面のベルトと接する部分で発生した熱が残留アルミニウム合金部分を介して内周面に伝達されアルミニウム自体が有する良好な熱伝導性と相まって効率よく熱放出を行うことができる。またこのことによってプーリ周辺の温度上昇を防ぐことができるため、プーリを組込んだ機器全体の製品寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態によるプーリの製造方法により得られたプーリを示す断面図。
【図２】  本発明の第２の実施の形態によるプーリの製造方法により得られたプーリを示す断面図。
【図３】  本発明の第２の実施の形態によるプーリの製造方法に基づいて製造されたプーリの環状被鋳ぐるみ材とアルミニウム合金との界面付近を示す金属組織顕微鏡写真。
【図４】  従来のプーリの製造方法に基づいて製造されたプーリの環状被鋳ぐるみ材とアルミニウム合金との界面付近を示す金属組織顕微鏡写真。
【符号の説明】
１    環状被鋳ぐるみ材
１ａ  外周面
１ｂ  内周面
１ｃ  連通孔
３    アルミニウム合金
１０、１０’  プーリ
【図１】
0003733726.tif 000002
【図２】
0003733726.tif 000003
【図３】
0003733726.tif 000004
【図４】
0003733726.tif 000005