JPS6015690B2 - 無潤滑ギヤカップリング - Google Patents

無潤滑ギヤカップリング

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JPS6015690B2
JPS6015690B2 JP50107951A JP10795175A JPS6015690B2 JP S6015690 B2 JPS6015690 B2 JP S6015690B2 JP 50107951 A JP50107951 A JP 50107951A JP 10795175 A JP10795175 A JP 10795175A JP S6015690 B2 JPS6015690 B2 JP S6015690B2
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JP
Japan
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silicon
gear
wear
amount
weight
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JP50107951A
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JPS5232448A (en
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国義 杉本
博 亀田
正 根本
康司 大内
建雄 玉村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔利用の利用分野〕 この発明は主として一般産業用の使われる軽量でしかも
運転保守の容易な動力の伝達継手、具体的にはギャカッ
プリングに関する。
〔発明の背景〕
動力源から複数の回転軸を介して遠方へ力を伝達する場
合に、鞠問の偏芯や煩斜などを吸収して無理なく力を伝
達するために継手が使用されてい‐る。
比較的大きな力を伝達するための継手としては代表的な
ものにギャカップリングがあり、このギャにはかなり過
酷な条件が要求されている。すなわち、通常の歯車機構
の有する機能の外に、鞄間の偏芯や額斜を吸収するため
の機能が付加されるので、機械的な強鋤性と耐摩耗性な
らびに小さな慣性力を有することが望まれる。また、長
期間の使用で潤滑剤の劣化による潤滑剤ぎれが起きるこ
ともあり、このような無潤滑状態でも安定した性能を維
持するギャカップリングが望まれている。これまでに実
用化されているギヤカツプリングには鋼材同志の歯を組
合わせたものがあるが、強鋤性という点で満足しても、
無潤滑状態の摩耗性ならびに低慣性の点で問題がある。
また、本発明者らの研究によれば鋼材と銅合金材との組
合せでは動力の伝達能力が低く、価格の点でも好ましく
ない。低慣性という観点から、プラスチックギャも採用
されているが、プラスチックでは機械的強度や寸法精度
ならびに使用温度が低いという制約等があって、軽負荷
の伝達用にのみしか実用化されない。本発明者らは、通
常のアルミニウム合金製のギャは耐熱性の点でプラスチ
ックより優れているが、機械的強度と耐摩耗性とくに無
潤滑状態における耐摩耗性に問題があり、プラスチック
ギャと同程度の軽負荷にのみしか使用することができな
いことも確認した。〔発明の目的〕 本発明は低慣性があり、大きな動力を伝達しうる、しか
も無潤滑状態で安定して運転することのできるギヤカツ
プリングを提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明のギャカップリングは、外筒及び内筒の一方の歯
車の構成材料がシリコン結晶の微細均一分布した高シリ
コン含有アルミニウム合金であることを特徴としている
。
一般にアルミニウム合金中のシリコン含有量を高めてい
くと耐摩耗性が向上することは認められている。
しかし、本願の発明者らは耐摩耗性特性を厳密に検討し
た結果、環境条件やシリコン結晶の形状さらに使用条件
などによって、耐摩耗性が変化することを究明した。例
えば、本発明の議題である無潤滑状態でも安定して使用
できるようにするには、単にアルミニウム合金中のシリ
コン含有量を高めただけでは達成されず、むしろシリコ
ン結晶の形状や分布がより多く関係する。すなわち、通
常の鋳造条件下では板状ないし針状の共晶・組織におけ
るシリコン結晶ならびに塊状の初晶シリコン結晶が成長
し、無潤滑状態における摩耗量を増大せしめる。しかし
、主として、共晶組織におけるシリコン結晶の大きさを
5山m以下の球状体にして、しかも均一に分布させると
、シリコン結晶が固体潤滑剤の役目をし無潤滑状態にお
ける高荷重、低速度の摺動摩耗量が極端に小さくなる。
もちろん高速度になると摩耗量が増大し、長寿命の動力
の伝達継手材としては不適当になるが、一般産業用の継
手に要求される程度の速度範囲では耐摩耗性は十分であ
る。いったん摩耗屑が発生した場合に、シリコン結晶が
大きいと、シリコン結晶粒による研削効果によって、摩
耗量の増大が観察されたが、シリコン結晶粒を丸味を帯
びた小粒子とし、基地のアルミニウム相を適当な硬度範
囲にすることによって、摩耗量を少なくするこができる
。
無潤滑状態における耐摩耗性から判断して、初晶シリコ
ンが増えることはかならずしも摩耗量を減らすことには
ならない、本発明においては好し〈は面積率で20%以
下で平均粒径が20〃m以下にすべきである。
なお、初晶シリコン量が増えると級性が上がり、硬度が
高まるので、継手材としてこの点からも制限を受ける。
したがって、鋳造時の冷却を水冷方式にするならば、シ
リコン含有量が15重量%のものまで、本発明に使うこ
とができる。ギャカツプリングに要求される性質には耐
摩耗性の外に轍性と接触面における初期なじみ性があげ
られる。
なじみ性を数値で表現することは困難.であるが、強度
は引張強度で35k9/側2以上、伸び率8%以上と規
定することができる。アルミニウムとシリコンの2元系
合金で強度は20k9/肌2程度であるので、これに銅
、マグネシウムからなる析出強化元素を添加する。
添加成分量が多くなり過ぎると伸び率が低下する額向が
あるので、銅の添加量の範囲は0.5〜4重量%、マグ
ネシウムは0.05〜0.母重量%の範囲とする。伸び
率は合金成分や内部応力の外に合金中のシリコン結晶の
形状に関係する。共晶組織におけるシリコン結晶の平均
粒径が5仏m以下であり、加工等に内部残留応力が除去
されているならば、本発明の材料は8%以上の伸び率を
示す。本発明の材料の製造方法は、所定の成分組成をも
った溶湯を急速に冷却するかまたはストロンチウムやナ
トリウムなどの接種剤を添加する方法で共晶組織におけ
るシリコン晶や初晶シリコン晶が微細になった銭塊を作
る。
冷却方法は一方向からできるだけ急速に冷却するのがの
ぞましく、連続鋳造法、水冷金型鋳造法が適している。
冷却速度も鰭塊のもっとも冷却速度の遅い部分における
凝固直後のもので5℃/秒以上とすればよい。つぎに鋳
造組織における共晶系のシリコン結晶を改質するために
、鍛造、圧延などの塑性加工手段によって、少くとも3
0%以上の塑性変形を鏡魂に加える。この過程によって
、アルミニウムシリコン合金は無潤滑状態における耐摩
耗性が著しく向上するとともに伸び率も向上し、さらに
これに続く熱処理によって強度が高まる。熱処理はL,
T5,〜などのアルミニウムの熱処理に一般に規定され
たもので行なう。相手材はまったく同質のもので摩耗量
が多くて不適当である。
本発明においては、相手材に鉄合金を用いることによっ
て無潤滑状態での効果を確認した。なお、内筒と外筒の
一方に表面処理を施したり、硬度差を設けることによっ
て摩耗量は更に低減させうる。実施例 1 第1図に示すギヤカップリングを組み、各種の材質のギ
ャの特性を比較した。
第1図において、軸6の回転運動は外歯車3をもつ内筒
4および内歯車1をもつ外筒2を介して軸7に伝達され
る。外歯車3と内歯車1とは常に同じ歯面&層で噛合い
、そのままの状態で軸6の回転連動によって同一方向に
回転する。外筒2と内筒4とは潤滑剤のシール機能を有
する弾性リング5によって連結される。外歯車の直径は
98側である。伝達トルク400kg−mで60餌時間
の連続運転を行ない、運転後の歯面の状態からギャカッ
プリング材としての材料の適否を判断した。内筒をS4
$材で作り、外筒の材料を変えて各種の潤滑条件下の測
定結果を示す。
表の数字は各条件下での摩耗量の順位を示すものであり
、1がもっとも少なく以下4まで順次増加する。表 潤滑条件によって、摩耗量に明かな差が生じたが、本発
明のアルミニウムシリコン合金は各種の条件下で平均し
て優れた成績を示し、特に無潤滑状態で他の材料よりも
すぐれた成績を示している。
なお、ADC12は成分的には本発明と近似しているが
、シリコン結晶が本発明の5仏m以下のものに比べると
格段に大きく、共晶組織のシリコン晶は平均長さが15
〜20〃mであった。鉛青銅鋳物は無潤滑条件下でも雰
囲気温度を10000以上に上げると摩耗量が減少する
が、一般的ギャカツプリングの使用条件下では本願発明
のものの方が優れていた。比較例内筒および外筒を共に
アルミニウムシリコン合金で作った場合について示す。
内筒は9.5%Si−1.5%Cu−0.3Mg−残A
その連続鋳造材を35000の温度で後方押出しで平均
60%の塑性変形を加えつつ成形した。ついで、T4熱
処理を施したところ硬度はHv120となった。一方、
外筒は12%Si‐2.5%Cu−0.4%Mg−残A
その連続鋳造材を450℃で熱間鍛造し、ついでT6熱
処理した素材に切削加工を加え、所定の形状に加工した
、外筒材の引張強度は42kg/側2、伸び率17%、
硬度Hv160であった。このギャカップリングは、二
硫化モリブデン固体潤滑剤を塗布すれば、実施例1と同
様の伝達トルクで50畑時間の連続運転をしても十分に
実用できることが判明した。
実施例 2 シリコンの含有量を変えたアルミニウム合金で外筒を作
り、S35C材の内筒と組合せて連続運転を行なった。
11.5%シリコンの共晶合金の摩耗量を基準にした比
摩耗量を第2図に示す。図において、連続線はグリース
塗布した場合のデータであり、鎖線は無潤滑のデータ、
1点鎖線は参考として行なった鋳造のままの粗大シリコ
ン結晶を含む材料の群潤滑におけるデータである。シリ
コン含有量が6重量%以上において、比摩耗量は小さく
なる。
なお、15重量%を越すと、比摩耗量は小さいが、相手
村とのなじみみ性が悪く、局部的なあたりが生じるので
好ましくない。シリコン結晶が粗大であると、単に比摩
耗量が大きいだけではなく、籾性が乏しく、破壊強度が
小さく、歯材としての信頼性にも欠けるようになる。以
上詳述したように、本発明のギャカツプリングは微細均
一分布したシリコン結晶を含有するアルミニウム合金を
構造材としているので、無潤滑状態でも十分な耐摩耗性
を発揮し、しかも低慣性であるので力の損失が少ない。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例で用いた動力伝達継手の1種であるギャ
カツプリングの断面図である。 第2図はアルミニウムーシリコン合金中のシリコン含有
率と比摩耗量との関係図である。1…内歯車、2…外筒
、3・・・外歯車、4…内筒、5…弾性リング、6…軸
。 オー図 矛2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 外歯車を有する一対の内筒と、前記一対の内筒の前
    記外歯車と噛合う内歯車を有し該内外歯車の噛合いによ
    つて前記内筒と同一方向に回転する外筒と、前記一対の
    内筒の夫々に嵌合された軸とを有するギヤカツプリング
    において、前記一対の内歯車及び前記外歯車の一方がシ
    リコン6〜15重量%、マグネシウム0.05〜0.6
    重量%、銅0.5〜4重量%、残部が実質的にアルミニ
    ウムからなり、初晶シリコンの面積率が20%以下で且
    つその平均粒径が20μm以下、共晶組織のシリコン結
    晶が球状で平均粒径が5μm以下の合金によつて形成さ
    れ、他方が鉄合金によつて形成され且つ無潤滑状態で使
    用されることを特徴とする無潤滑ギヤカツプリング。
JP50107951A 1975-09-08 1975-09-08 無潤滑ギヤカップリング Expired JPS6015690B2 (ja)

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JPS5232448A JPS5232448A (en) 1977-03-11
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JPS5320242B2 (ja) * 1973-10-22 1978-06-26

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