JP2006528327A - 鑞接もしくは半田結合部を有する軸受ユニット - Google Patents

Abstract

軸受ユニットのような構造ユニットが、鑞接あるいは半田結合部（１４，１５，２２）を有する結合手段（１１，１８，２４，２８）によって互に結合された二つの金属手段部分（９，１０；１７，１９）を有している。結合手段は、また、少なくとも一つのさらなる結合部、例えば、溶接結合部（１６，２７）、ねじ結合部（３０）、接着あるいは塑性形成結合部を有している。

Description

本発明は、互に相対移動可能に支え合う二つの軸受手段を有し、二つの軸受手段のうち少なくとも一方が結合手段を介して結合された二つの金属手段部分を有する軸受ユニットに関する。

このような軸受手段は例えば、ＵＳ−Ａ−４４１９８１６で広く知られている。二つの金属手段部分、例えば、転動体軸受のリングの一方をなす二つのリング半体をもつ軸受手段は、軸受内で予圧あるいは遊びをもつように特殊な方法で互に結合されている。上記の先行技術文献によると、この二つのリングは互に溶接、例えば、レーザ溶接によって結合されている。
発見できず

互に溶接された、上記先行技術における軸受ユニットは、溶接プロセスで非常に高い温度となることによるいくつかの問題をかかえている。高い温度は歪や品質の低下という逆効果につながる。

したがって、本発明は、これらの逆効果をなくすことのできる軸受ユニットを提供することを目的とする。この目的は結合手段が鑞接そして／又は半田結合部を有することにより達成される。

鑞接とは、フラックス材を用いあるいは用いないで、部材の接合面を溶融せずに密着するようにして溶加材を含めて材料を結合させる方法であり、溶加材と対応部材との間で金属接合部を形成する。鑞接において、溶加材の溶融温度は４５０℃以上であるが、部材の溶融温度よりは低い。

高温鑞接（High Temperature Brazing ; HTB）は、ＨＴＢでは、フラックス材が用いられないという差があるが、鑞接に類似している。高温鑞接では、フラックス材の活動（表面の酸素の低減／除去）は雰囲気の圧力を減じたり、真空とすることにより達成される。通常、高温鑞接は８００℃以上の温度で行われる。

半田結合は、溶加材が溶融温度が４５０℃以下の鑞接である。

鑞接そして高温鑞接は、用いられる加熱技術によって特徴づけられる。概ね、これらの技術は、火炎、例えば、酸素／アセチレンバーナや酸素／プロパンバーナのようなガスバーナの火炎による加熱を用いる。さらには、これらの技術は、電力による加熱、抵抗過熱、放射赤外線による加熱、誘導加熱、そしてアーク鑞接を用いる。

又、光ビーム（レーザではない）、電子ビーム加熱のようなレーザビームによる高パワービーム加熱も可能である。他の加熱技術としては塩浴加熱あるいはどぶ漬け鑞接がある。

鑞接／高温鑞接は上記の種々の過熱方法の一つで行えるが、もし数少ない部材を結合する必要のあるときには、手作業による管材の火炎鑞接のような一つづつ行う技術で、酸素／ガスのバーナが用いられる。

一連のそして多量の生産には、生産される製品に特別に適合する設備が導入される。これらの例としては、次のごとくである。
−熱ずぶ漬け設備そして熱塩浴鑞接設備
−搬送システムを有する火炎加熱設備
−保護大気／真空を用いたあるいは用いない、一つづつあるいは流れ生産される製品の 覗き加熱のラインのためのレーザあるいはアーク加熱設備
−真空チェンバ内での電子ビーム加熱設備
−真空チェンバを用いたあるいは用いない、流れ生産システム付の誘導加熱設備

もっと一般的に用いられ、種々の異なる大きさそして寸法の製品を扱えるプロセスとしては、次のごとくである。
−電気加熱のガス火炎ヒータを用いたコンベアあるいはチェーンベルト炉
これらの炉は保護あるいは低圧雰囲気で用いられる。
−保護あるいは低圧雰囲気で用いるバッチ炉
−電気加熱を用いた真空炉

特殊な技術としてはアーク鑞接プロセスそしてレーザビーム鑞接である。ときには、これらの技術がハイブリッド鑞接技術と組み合される。アーク溶接で、アークとして、ＭＩＧ／ＭＡＧ（ＧＭＡＷ）溶接技術で用いられる金属ガスアークがノズルを通して供給される溶加材を溶融するのに用いられることがしばしばある。このような方法は、典型的な「目視でのライン（line of sight）」のプロセスである。

近代的な（真空）炉を用いるときには、きわめて複雑なプロセスも用いられる。かかるプロセスでは、鑞接と焼入れ焼戻しのような後続の熱処理も行われることがある。

概ね、鑞接／高温鑞接には、製品の温度は要求されるオーステナイト化温度とされ、そして所定時間後、製品は真空チェンバから引出されて炉の油焼入槽へもたらされるようにするか、あるいは、真空炉が、製品の焼入れのために、多くの場合、高圧低温窒素ガスを用いるガス焼入設備を備えているようにしてもよい。

加熱技術そしてプロセスの選択は、次の要素により決まる。
−結合される技術
−用いられる鑞接材（溶加材）
−製品の形と寸法
−部品の数
−実施可能な技術
−経済性
−環境問題

鑞接あるいは半田結合プロセスは、溶接プロセスに比して比較的低い温度で行われる。その結果として、軸受での歪の程度はきわめて小さくなり、同時に、軸受鋼材料の品質が維持される。

本発明は多くの異なる方法で実施できる。例えば、鑞接や半田結合、さらにはこれに溶接をも伴う結合、ねじ結合、塑性変形結合、あるいは例えばクランプやクリップリング結合によって、特定の軸受ユニットを広い適用範囲とすることが可能となる。例えば、二つのリング手段部分の一方の軌道に接触する二列の転動要素を有する転受ユニットに適用でき、ここで各リング手段部分が鑞接結合によって補助リング部分に結合され、この補助リング部分同士が溶接結合によって互に結合されている。

リング手段部分は、ころがり接触に特に好適な鋼製のものとすることができる。これと対称に、補助リング部分は、所望の溶接プロセス、例えば、レーサ溶接プロセスを実施できるようにする形式の鋼から選ばれるよにすることができる。このようにして、例えば、リング手段部分と補リング部分は内輪手段を形成するようになる。同時に、特定の軸受の遊びあるいは予圧が得られる。本発明は、ころがり要素軸受そして面軸受を含め、すべての種類の軸受に適用可能である。

第二の形式では、本発明は、互に相対移動可能な少なくとも二つの軸受手段と、結合手段によって上記二つの軸受手段の少なくとも一つに結合されている補助ユニットとを有する軸受組立体にも関している。例えば、車輪用軸受ユニットのような特定の軸受ユニットのための追加支持部材としての補助要素に適用できる。又、ブレーキドラム、ブレーキディスク、冷却を目的と羽根等が、このようにして軸受ユニットに組み込まれる。

前出の軸受ユニットの大きな利点は、さらに、溶接技術を用いる能力にも関係する。溶接技術の適用は、通常、低炭素鋼に限られる。しかしながら、軸受ユニットの分解では、高炭素鋼が用いられる。かかる高炭素鋼での溶接プロセスは、軸受ユニットの機能性にとって不利となる、きびしい溶接不完全性につながる。予め十分に注意したときだけ、高炭素鋼の溶接に関する問題が軽減できる。しかし、大抵の場合、取扱い上の問題そして熱の入力に起因してこのような注意がなされていない。

例としては次の形式の鋼について説明する。きわめて広く用いられる軸受鋼としてＳＡＥ５２１００あるいはＤＩＮ１００Ｃｒ６があり、これらは１重量％の炭素そして１．５重量％のクロムを含んでいる。又、例えば、ＳＡＥ１０７０そしてＳＡＥ１０５５のような誘導焼入鋼もある。高度な需要には、材料番号１．３５０３，１．３５０１，１．３５２０，１．３５３６， １．３５４３， １．３５４９， １．３５５１そして１．３５５３といった得珠な鋼が開発されている。これに加え、軸受のためのステンレス鋼にはＡＩＳＩ４４０ＣとＤが含まれる。高速度鋼Ｍ５０が航空機用軸受に用いられる。これらの種類の鋼は、通常、高炭素量であると共にカーバイド生成物である合金要素をも有している。これらの形式の鋼における炭素は高硬度をもたらす。Ｃｒ，Ｍｏ等の合金要素は焼入れ深さを改善する。通常、上記形式の鋼についての溶接は可能でない。

又、本発明は、軸受ユニットに塑性形式されたあるいは形成される補助要素の鑞接あるいは半田結合をも含む。例えば、かかる塑性形式されたあるいは形式される補助要素は転動要素軸受のリングに鑞接あるいは半田結合される。しかる後、この軸受は、例えば、ステアリングナックルのようなサスペンション部材へ、塑性形成されたあるいは形成される要素によって取付けられる。

このように軸受ユニットに結合された補助要素は軸受ユニットをその支持部材へ結合するほかの機能をももつことができる。例えば、補助要素は、ディスクブレーキあるいはドラムブレーキの取付部材を取付ける中間フランジとして機能する。又、センサハウジング、ブレーキアダプタ等の部材もこのようにして結合される。

以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態を説明する。

図１ａそして図１ｂに示される軸受ユニットは、本発明の特定の実施形態を示す一例である。しかしながら、本発明は、このような軸受ユニットには限定されず、異なる種類のころ軸受あるいは異なる形式の他の軸受ユニットが本発明に含まれるということに留意しなければならない。

図１ａそして図１ｂに示される軸受ユニットは、円錐状の軌道３ないし６を形成する外側軸受手段１と内側軸受手段２とを有している。円錐状の一対の軌道３，５の間には一列つをなす円錐状のころがり要素７が配され、円錐状の一対の軌道４，６の間には一列をなす円錐状のころがり要素８が配されている。これらの要素７，８は保持器（図示せず）によって互に離間されている。

外側軸受手段は本発明による結合手段１１で互に結合された外輪部材９，１０を有している。結合手段１１は二つの中間リング部材１２，１３を有し、両部材は鑞接あるいは半田結合部１４，１５を介して対応する外側軸受手段９，１０に結合されている。次に、中間リング部材１２，１３は溶接部１６によって互に結合されている。外輪部材９，１０自体に溶接が用いられていないのは、これらがころがり軸受に特に好適な高炭素鋼で作られるからである。これに対して、中間リング部材１２，１３は溶接に特に好適な低炭素鋼の部材でよいからである。中間リング部材１２，１３は、鑞接あるいは半円結合部１４，１５によって、外輪部材９，１０に結合され、これは、これらの高炭素鋼の外輪部材９，１０を高温下に置かずに、高強度そして高剛性の結合を得られるということを意味している。

内輪軸受手段２は、円錐状の二つの内側軌道のうちの一方の軌道５をもつ支持リング１７を有している。他方の内側軌道６は、図１ａに示されるように、支持リング１７の円筒面２０と結合リング１８の対応円筒面２１の上に配された一つのリング材の軸受リング１９に形成されている。このために、軸受リング１９の位置付けを目的とした滑動を可能とするように結合リング１８の当初の形を全長にわたり円筒としておく。

鑞接あるいは半田結合部によって、結合リング１８は支持リング１７に結合される。次に、冷間圧延成形によってビード２３が形成される。ビード２３の形成過程において、軸受リング１９が最終位置にもたらされ、（当接部４２に対して）軸受ユニット内での予圧あるいは所定の遊びが得られる。

図１ｂでは、結合手段２４は、鑞接あるいは半田結合部２２によって支持リング１７に結合された結合スリーブ２５を有している。半径外方に延びる延長リング２６が溶接部２７によって結合スリーブ２５に結合されている。上記延長リング２６を設ける際に、既述の場合と同様に、軸受ユニット内で、必要とされる予圧あるいは遊びを得ることができる。3

これらの実施形態においても、鑞接が特殊材料（高炭素鋼あるいは低炭素鋼）の選択を許容し、これは対応部材を溶接したり鍛造したりするのに好適となる。ここでも、高炭素鋼の軸受リング１９は溶接されることを必要としない。

図２に見られる変形例は図１の形態に大いに類似している。ここでは、スリーブ２５を有する結合手段２８が示されており、該スリーブ２５の上に、ねじ結合部３０によってリング２９が結合されている。ねじ結合部も必要な予圧や遊びを得るようにして用いられることができる。

図３は、結合手段３６によって図１の支持リング１７にブレーキドラム３１が結合されている形態を示している。このためには、鑞接結合部３２によって、Ｔ字断面をもつ補助要素３３が支持リング１７に結合されている。最後に、溶接部３４によって、ブレーキドラムの部分３５が補助要素３３に結合される。

図１ａは、鑞接あるいは半田結合部２２によって支持リング１７に結合された取付フランジ４４を示している。該フランジ４４は、鋳物材、例えば、オースフォーミングされたダクタイル鋳鉄（Ausformed ductile irom,ADI）で作ることができる。

図１ｂは、鑞接あるいは半田結合部２２によって取りつけられた、さらなる取付フランジ４５を示している。

図１ａ，１ｂそして図２においては、リング部材１７，１９は、鑞接／半田結合そして他の結合、例えば溶接結合の両方によって互に結合されているが、上記リング部材を互に鑞接／半田結合のみで結合することも可能である。

図４の形態では、外輪部材９，１０は、鑞接あるいは半田結合部１４によって互に結合されている。

本発明による、鑞接、半田結合された軸受ユニットを示している。 本発明による、鑞接、半田結合された軸受ユニットを示している。 ねじ結合した軸受ユニットを示している。 本発明による、ブレーキドラムが結合された軸受組立体を示している。 さらに他の実施形態を示している。

Claims (20)

1. 互に相対移動可能に支え合う少なくとも二つの軸受手段（１，２）を有し、二つの軸受手段（１，２）のうちの少なくとも一方が結合手段（１１；１８；２４；２８）を介して互に結合された二つの金属手段部分、（９，１０；１７，１９）を有する軸受ユニットにおいて、結合手段（１１；１８；２４；２８）は鑞接そして/又は半田結合部（１４，１５；２２）を有していることを特徴とする軸受ユニット。
2. 結合手段（１１；１８；２４；２８）もさらに少なくとも一つの結合部、例えば、溶接結合部（１６；２７）；ねじ結合部（３０）、接着もしくは塑性変形結合部（２３）を有していることとする請求項１に記載の軸受ユニット。
3. 軸受手段が互に相対回転可能に支持し合うリング手段（１，２）として形成され、上記リング手段（１，２）の少なくとも一方は、鑞接そして／又は半田結合部（１４，１５；２２）を有する結合手段（１１；１８；２４；２８）を介して結合されているリング手段部分（９，１０；１７，１９）を有していることとする請求項１又は請求項２に記載の軸受ユニット。
4. 少なくとも二例のころがり要素（７，８）が両リング手段部分（９，１０）の対応軌道（３，４）にそれぞれ接触するように設けられ、各リング手段部分（９，１０）が鑞接結合（１４，１５）によって中間リング部分（１２，１３）に結合され、該中間リング部分（１２，１３）は溶接結合部（１６）によって、互に結合されていることとする請求項３に記載の軸受ユニット。
5. 少なくとも二列のころがり要素（７，８）が両リング手段部分（１７，１９）の対応軌道（５，６）に接触して設けられ、リング手段部分（１７）の一方は当接部（４２）を有すると共に鑞接結合部（２２）により中間リング部分（２５）に結合されており、該中間リング部分（２５）は他のリング手段部分（１９）の一方の軸方向端部に位置するフランジ（２３，２６，２９）を有し、該リング手段部分（１９）の他方の軸方向端部が上記当接部（４２）に当接していることとする請求項３又は請求項４に記載の軸受ユニット。
6. フランジ（２９）がねじ結合部（３０）によって中間リング部分（２３）に結合されていることとする請求項５に記載の軸受ユニット。
7. フランジ（２６）が溶接結合部（２７）により中間リング部分（２５）に結合されていることとする請求項５に記載の軸受ユニット。
8. フランジ（２３）は中間リング部分（２５）の塑性変形によって形成されていることとする請求項５に記載の軸受ユニット。
9. リング手段部分（９，１０）と中間リング部分（１２，１３）は相俟って内輪手段（２）そして／又は外輪手段（１）を形成していることとする請求項３ないし請求項８のうちの一つに記載の軸受ユニット。
10. 結合手段(１１；１８；２４；２８）は鑞接結合部（２２）の層を覆う同心の面を有していることとする請求項１ないし請求項９のうちの一つに記載の軸受ユニット。
11. 軸受手段は互に相対滑動可能に支え合っていることとする請求項１又は請求項２に記載の軸受ユニット。
12. 結合手段（１１；１８；２４；２８）は比較的高グレードの材料、例えば、低炭素高強度鋼材料、ステンレス鋼、あるいは銅合金、ニッケル合金等の非鉄材料であることとする請求項１ないし請求項１１のうちの一つに記載の軸受ユニット。
13. 結合手段（１１；１８；１４；２８）は軽重量材料、例えば、アルミニウム、チタン、マグネシウムあるいはこれらについての合金であることとする請求項１ないし請求項１１のうちの一つに記載の軸受ユニット。
14. 軸受手段（１，２）そして／又は結合手段（１１；１８；２４；２８）の少なくとも一方がセラミック部材を有することとする請求項１ないし請求項１３のうちの一つに記載の
    軸受ユニット。
15. 互に相対移動可能に支え合う少なくとも二つの軸受手段（１，２）をもつ軸受ユニットと、結合手段（３６）によって上記二つの軸受手段の少なくとも一方に結合された補助ユニット（３１）とを有する軸受組立体において、結合手段（３６）は鑞接もしくは半田結合部（３２）を有していることを特徴とする軸受組立体。
16. 結合手段（３６）もさらに少なくとも一つの結合部、例えば、溶接結合部、ねじ結合部、接着もしくは塑性変形結合部を有していることとする請求項１５に記載の軸受組立体。
17. 補助ユニットは、ブレーキ手段、例えば、ブレーキディスクあるいはブレキドライ（３５）を有していることとする請求項１５又は請求項１６に記載の軸受組立体。
18. 補助ユニットは冷却要素、例えば羽根部材を有していることとする請求項１５又は請求項１６に記載の軸受組立体。
19. 補助ユニットは取付フランジ（４４，４５，４６）を有していることとする請求項１５又は請求項１６に記載の軸受組立体。
20. 取付フランジ（４４，４５，４６）は鋳鉄材料、例えば、オースフォーミングされたダクタイル鋳鉄であることとする請求項１９に記載の軸受組立体。

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