JP2017190873A - 成形封止部材を備えたスロットエントリーベアリング - Google Patents

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Abstract

【課題】低コストで簡単に組立可能なスロットエントリーベアリングアセンブリの製造方法を提供する。【解決手段】スロットエントリーベアリングアセンブリ10の製造方法は、内輪12を外輪14の中央空間に挿入する工程を含む。外輪は、少なくとも1つのスロットを通して内輪を収容するように構成されている。ひとたび内輪が外輪に完全に挿入されると、中央空間内で約90度回転して、内輪を外輪内に効果的に係止する。内輪が90度回転した後、成形封止部材16が内輪と少なくとも1つのスロットの間で成形される。少なくとも1つのスロットに接着する成形封止部材は、ポリマー材料からなる。成形封止部材を成形するために用いられる成形工程は、圧縮成形である。【選択図】図1

Description

(関連出願の参照)
該当せず。
(連邦政府資金による研究開発の記載)
該当せず。
本開示は、航空宇宙着陸装置で用いるためのスロットエントリーベアリング(slotted entry bearing)に関するものである。
従来、スロットエントリーベアリングはコンポーネント間の回転可能な接続点を提供する幾つかの用途で用いられてきた。そのような用途の1つが、航空宇宙着陸装置である。これらのスロットエントリーベアリングは、位置ずれ許容性を提供しつつ、離陸時又は着陸時の高負荷に耐える能力のある低摩擦で回転可能な接続を提供することができる。
スロットエントリーベアリングは、一般的に内輪(inner race)と外輪(outer race)で構成されている。内輪が外輪に挿入されて、動作中、それらの表面が互いに支持しながら、互いに対して回転可能である。
外輪に対する内輪の位置ずれに適合するために、内輪は球状外面を有して三軸回転を可能にしている。
支持面の幾何学的形状を与えると、アセンブリ時の内輪の挿入に適合するために、外輪には内輪が外輪のスロットを通って嵌合できるように、ひとつの軸面上にスロットが形成される。内輪がその好ましい回転軸と垂直な向きになって所用のクリアランスがもたらされると、この内輪の外輪への挿入が発生する。一般的に、内輪の両サイドは頂部が平面で切断された状態(truncated)であり、この頂部を切断することで、内輪は円錐球状(frustospherical shape)になる。
ひとたび内輪が外輪に挿入されると、次に内輪は外輪内部に封止される。この時点で、スロットエントリーベアリングは動作準備完了となる。
伝統的に、注入可能な封止剤を外輪のスロット領域に注入して、この封止剤を剛直な封止部材に変化させることで、スロットエントリーベアリングは封止される。封止剤は外輪のスロットに接着する必要があるが、内輪に接着してはならない。このような封止に用いられる封止剤の幾つかの例は、Rexlon 2000 Type III及びDevconエポキシである。「発明の概要」を通して、当然のことながら、Rexlon 2000 Type IIIについて記載するが、Devconエポキシを用いても同様のプロセスが利用できる。Rexlon 2000 Type IIIを用いた場合、外輪のスロット面はRexlon 2000 Type IIIと内輪の間の接着を促進させるために粗面化されている。この粗面化は、グリットブラスト(grit blast)、エッチング(酸エッチングを含む)、及び超音波洗浄の少なくとも1つによって達成される。さらに、Rexlon 2000 Type IIIと内輪の間の接着を避けるために、表面剤が内輪に塗布される。これは最終的に効果的だが、表面剤塗布工程はコスト高になり、時間を消費する。
改善されたスロットエントリーベアリングアセンブリの製造方法をここに開示する。改善された方法の恩恵は、表面剤塗布工程の廃止である。この改善は全体的な製造時間を削減し、表面剤のコストを削除する。この改善された方法は、より機械的に堅牢な最終製品も提供する。この改善された方法は、現在使用されている封止剤より剛直でない成形封止部材を備えている。より剛直な封止剤は、極限の条件下で、ひびが入るか外輪から剥離してしまう。新しい成形封止部材の可撓性は、適切に機能しつつ、これらの極限条件に耐えることができる。この改善された方法はさらに、より清浄に見える最終製品を提供する。
本発明の1つの態様によれば、スロットエントリーベアリングアセンブリの製造方法が開示される。この方法は、内輪を外輪の中央空間に挿入する工程を備える。外輪は外輪のサイドに設けた少なくとも1つのスロットによって形成されたローダースロット領域を通して内輪を収容するように構成されている。この方法は、内輪を中央空間内で約90度回転させる工程をさらに備えている。外輪のローダースロット領域に対する内輪の形状によって、これは内輪を外輪と効率的に係止させる。この方法はさらに、成形封止部材を外輪のローダースロット領域で成形させる工程を備えている。成形封止部材は外輪のローダースロット領域に接着し、ポリマー材料からなる。
内輪が内側中央軸を画定する。外輪の中央空間が外側中央軸を画定する。内輪を外輪の中央空間に挿入する工程は、内側中央軸と外側中央軸を互いに対して垂直にすることを含む。幾つかの形態では、内輪と外輪は金属材料からなる。
この方法はさらに、外輪のローダースロット領域と成形封止部材との間の接着を促進するために、外輪のローダースロット領域を粗面化する工程を備えている。ローダースロット領域を粗面化する工程は、グリットブラスト、エッチング(酸エッチングを含む)、及び超音波洗浄の少なくとも1つを備えている。この方法はさらに、内輪は、内輪と成形封止部材との間の接着を避けるための表面剤処理工程を含まない。
成形プロセスは、圧縮成形工程を備えている。幾つかの別の例では、成形プロセスは代替的に射出成形工程を備えている。幾つかのまた別の例では、成形プロセスは代替的にトランスファー成形工程を備えている。
成形封止部材は、可撓性材料からなる。可撓性材料は、フルオロシリコン、シリコン、ポリテトラフルオロエチレン、ニトリルゴム、例えばViton(登録商標)のようなフルオロエラストマー、ポリクロロプレン、ポリウレタン、エチレンプロピレンジエンモノマー、例えばKalrez(登録商標)のようなペルフルオロエラストマー化合物、フッ素化エチレンプロピレン、及びテトラフルオロエチレンとプロピレンの共重合体のうち、少なくとも1つである。
本発明の別の態様によれば、スロットエントリーベアリングアセンブリは外側支持面を有する内輪を備えている。このスロットエントリーベアリングアセンブリはさらに、中央空間を有する外輪を備えている。この中央空間は、内側支持面を形成し、内輪を収容するように構成されている。内部支持面は動作中に外側支持面に支持されるように構成されている。外輪はさらに少なくとも1つのスロットを備え、これはローダースロット領域を形成している。ローダースロット領域は内輪を外輪の中央空間に挿入するためのクリアランスを提供する。スロットエントリーベアリングアセンブリはさらに、外輪のローダースロット領域に成形される成形封止部材を備えている。成形封止部材は外輪のローダースロット領域に接着し、ポリマー材料からなる。動作中、内輪と外輪は互いに対して回転可能である。内輪と外輪が互いに対して回転している間、外輪の内側支持面は内輪の外側支持面を支持する。
幾つかの例では、内輪は円錐球形状を形成する外側支持面を備えている。この円錐球形状は、内輪に外輪内での3軸回転を提供する。幾つかの形態では、内輪は中央開口を備えている。この中央開口はある用途の(in an application)様々なコンポーネントと結合する。内輪は金属材料からなる。
幾つかの例では、内輪の外側支持面には、内輪の外側支持面と成形封止部材との間の接着を避けるための表面剤処理がされていない。
スロットエントリーベアリングアセンブリは、外輪の軸側に設けられた少なくとも1つのスロットを有する外輪を備えている。外輪はさらに、金属材料からなる。
幾つかの例では、スロットエントリーベアリングアセンブリは、動作中に、ずれた位置で互いに対して回転可能な内輪と外輪を備えている。
スロットエントリーベアリングアセンブリはさらに、圧縮成形封止部材である成形封止部材を備えている。幾つかの例では、スロットエントリーベアリングアセンブリは代替的に、射出成形封止部材である成形封止部材を備えている。幾つかの他の例では、スロットエントリーベアリングアセンブリは代替的に、トランスファー成形封止部材である成形封止部材を備えている。
成形封止部材は、可撓性材料からなる。可撓性材料は、フルオロシリコン、シリコン、ポリテトラフルオロエチレン、ニトリルゴム、例えばViton(登録商標)のようなフルオロエラストマー、ポリクロロプレン、ポリウレタン、エチレンプロピレンジエンモノマー、例えばKalrez(登録商標)のようなペルフルオロエラストマー化合物、フッ素化エチレンプロピレン、及びテトラフルオロエチレンとプロピレンの共重合体のうち、少なくとも1つである。
本発明のこれらの長所やさらに他の長所は、詳細な説明と図面から明らかになるであろう。以下は単に本発明の好ましい実施例の記述である。本発明の全範囲を評価するために、請求項に注目すべきであって、これらの好ましい実施例は、請求項の範囲内の唯一の実施例を意図したものではない。
本発明の一実施例に係るスロットエントリーベアリングアセンブリの斜視図である。 成形封止部材を含まない図1のスロットエントリーベアリングアセンブリの展開斜視図である。 立背面図と同一の、図1のスロットエントリーベアリングアセンブリの内輪の立正面図である。 図1のスロットエントリーベアリングアセンブリの内輪の立左面図である。 図1のスロットエントリーベアリングアセンブリの外輪の立正面図である。 図1のスロットエントリーベアリングアセンブリの外輪の立左面図である。 成形封止部材を含まない図1のスロットエントリーベアリングアセンブリの斜視図であって、外輪に挿入時の内輪が90度回転した様子を示す。 成形封止部材を含まない図1のスロットエントリーベアリングアセンブリの斜視図である。 図1の線9−9に沿ったスロットエントリーベアリングアセンブリの断面図である。
図1を参照して、スロットエントリーベアリングアセンブリ10を説明する。この種のスロットエントリーベアリングアセンブリ10は、位置ずれ許容性を提供しつつコンポーネント間の低摩擦で回転自在の接続を提供して、幾つかの用途で用いることができる。
図1に内輪12、外輪14、及び成形封止部材16を備えたスロットエントリーベアリングアセンブリ10を示す。成形封止部材16は上部分18と下部分18’を備えている。
図2〜4を参照して、スロットエントリーベアリングアセンブリ10の内輪12は金属材料からなり、全体的に環状である。内輪12は中心軸24を有する径方向外向き対向面22と、互いに対向して中心軸24と直交する2つの端面26とを備えている。内輪12の径方向外向き対向面22は略球状を形成している。2つの端面26は、径方向外向き対向面22の先端を実際上切り取っている。この切り取りが、内輪12に円錐球状をもたらしている。2つの端面26のそれぞれは、その外側端部に一定の直径の円形状を有し、中央開口28の一部を備えている。中央開口28は、2つの端面26の間の内輪12を通って延在している。
次に図2、5、6、及び9を参照して、スロットエントリーベアリングアセンブリ10の外輪14は円筒形状を形成し、金属材料からなる。外輪14は、2つの軸面30と、中央開口32と、径方向外向き対向面34を備えている。2つの軸面30は、前方スロット面(slotted face)36と後方面38とを備えている。前方スロット面に近接して、径方向外向き対向面34は円周方向に延在する先端のとがった(pre-staked) フランジ40を備えている。前方スロット面36は、ローダースロット領域44と中央開口32の一部を形成する一対の対向するスロット42を備えている。外輪4の中央開口32は、外輪14内を通って、前方スロット面36から後方面38まで延在し、外輪14の中心軸46を画定している。外輪14の中央開口32は、一対の対向するスロット42によって形成されたローダースロット領域44を通って内輪12の径方向外向き対向面22を収容するように構成された中央空間50を形成する径方向内向き曲面48も備えている。
与えられた実施例は一対の対向するスロットによって形成されたローダースロット領域を有しているが、ローダースロット領域はわずか1つのスロットでも形成できると考えられる。一対のスロットは内輪の対称的な導入路を形成するが、幾つかの例では、1つのスロットのみで内輪を外輪の中央空間に入れるための十分なクリアランスを提供できる。
一対の対向するスロット42は、外輪内を通って後方面38に向かう距離の略半分まで前方スロット面36から窪んでいる。一対の対向するスロット42は、第一スロット52と第二スロット52’を備えている。第一と第二スロット52、52’は対称形で、第一のスロット52に対する以下の記載は、第二スロット52’にも適用でき、第一スロット52に関連する部品の番号と同様の番号が第二スロット52’に関連する部品に付される。
第一スロット52は、2つの対向するスロット面54を備え、後述の挿入時に内輪12の2つの端面26を受け入れるだけの距離を2つの対向するスロット面54の間に有している。第一スロット52は、径方向内向き対向面56も備えている。第一スロット52の径方向内向き対向面56は、後述の挿入時に内輪12の径方向外向き対向面22を受け入れるように構成されている。第一スロット52はさらに、周方向に延在する狭い溝(channel)58も備えている。狭い溝58は前方スロット面36に近接して設けられ、第一スロット52の径方向内向き対向面56から中に窪んでいる。狭い溝58は、2つの対向するスロット面54の一方に近接する第一端60と、2つの対向するスロット面54の他方に近接する第二端62とを有している。狭い溝58は、2つの対向するスロット面54から等距離に設けられている。
後方面38は、外輪14の中央開口32の一部と加締め溝(staking groove)64を備えている。加締め溝64は、後方面38から中に窪んでおり、後方面38の周囲に延在している。与えられた実施例では、加締め溝64は断面が略三角形のプロファイルを形成している(図9参照)。他の実施例では、加締め溝64は楕円形、正方形、長方形、又は他の形状の1つである。
幾つかの例では、スロットエントリーベアリングアセンブリの組み立てに先立って、外輪14の前方スロット面36上の一対の対向するスロット42が粗面化される。この粗面化は、一対の対向するスロット42と封止部材16の間の接着を促進するために行われ、グリットブラスト、エッチング(酸エッチングを含む)、及び超音波洗浄の少なくとも1つによって達成される。当然のことながら、幾つかの例では一対の対向するスロット42が粗面化されるが、この工程は必須ではないと考えられる。
図1、2、及び7〜9に、スロットエントリーベアリングアセンブリ10の組み立て方法を示す。具体的には、図2と7は、内輪12の外輪14への挿入方法を示す。内輪12と外輪14は、初めは別々に設けられている。内輪12の中心軸24と外輪14の中心軸46が直交するように内輪12を回転する。次に、内輪12の2つの端面26が第一スロット52の2つの対向するスロット面54及び第二スロット52’の2つの対向するスロット面54’と略平行になるようにして、内輪12は外輪14の前方スロット面36上のローダースロット領域44を通って挿入され、完全に挿入されると、内輪12の径方向外向き対向面22は外輪14の中央 開口32の径方向内向き対向曲面48と接触する。
次に、図8に示すように内輪12を外輪14の中央空間50内で90度回転すると、内輪12の中央軸24が外輪14の中央軸46と同軸になる。内輪12と外輪14の間の幾何学的制約のために、図8の向きが内輪12を外輪14の中央空間50内に効率的に係止する。
図1や9に示すように、内輪12が外輪14内の所定の位置に置かれると、成形封止部材16が圧力下で内輪12と外輪14の前方スロット面36上の一対の対向するスロット42の間の領域に成形される(molded into)。成形封止部材16はポリマー材料からなり、粗面化された一対の対向するスロット42に接着する。成形封止部材16は、内輪12の径方向外向き対向面22に接着しない材料で構成されてもよく、その場合、内輪12は、従来行われてきたような、表面剤で処理して内輪12と成形封止部材16の間の接着を防ぐ必要がない。
成形封止部材16を形成する成形プロセスは、図示の実施例のように圧縮成形とすることができる。圧縮成形は、型穴に成形材料を載置して、材料が全成形領域に接触するように材料に圧力を加える成形方法である。次に成形材料が硬化するまで圧力が維持される。幾つかの例では、流動性を向上するため又は硬化速度を増加させるために、圧縮成形プロセス中に熱も材料に加えられる。
図示のスロットエントリーベアリングアセンブリ10を製造するために用いられる固有の圧縮成形プロセスでは、型穴は内輪12と外輪14の前方スロット面36上の一対の対向するスロット42の間の領域に形成される。用いられた成形材料はフルオロシリコン(Fluorosilicone)である。
図示の実施例ではフルオロシリコンが用いられたが、材料は異なる可撓性材料又はエラストマー材料とすることができると考えられる。可撓性材料は、シリコン、ポリテトラフルオロエチレン、ニトリルゴム、例えばViton(登録商標)のようなフルオロエラストマー、ポリクロロプレン、ポリウレタン、エチレンプロピレンジエンモノマー、例えばKalrez(登録商標)のようなペルフルオロエラストマー化合物、フッ素化エチレンプロピレン、及びテトラフルオロエチレンとプロピレンの共重合体のうち、少なくとも1つとすることができる。
成形封止部材16の上側部分18と下側部分18’は対称形であり、上側部分18の以下の記載は、下側部分18’にも適用でき、上側部分18に関連する部品の番号と同様の番号が下側部分18’に関連する部品に付される。
成形封止部材16の上側部分18は、内輪12の径方向外向き対向面22と第一スロット52の間の隙間の形状を取っている。圧縮成形プロセス中に成形が形成されると、内輪12の径方向外向き対向面22は、成形封止部材16の上側部分18に凹面66をもたらす。圧縮成形プロセス中に成形材料が第一スロット52と狭い溝58に流れ込んだ結果として、外輪14の第一スロット52は、成形封止部材16の上側部分18に、狭い突起70を含む第一スロット面68をもたらす。圧縮成形が実行されると、外輪14の前方スロット面36と面一の軸面72を備えて成形封止部材16が形成される。
当然のことながら、圧縮成形が開示された実施例で用いられた方法であるが、他の実施例では、成形封止部材16は射出成形又はトランスファー成形でも成形することができる。
射出成形は、一般的にゲーティングシステム(gating system)を通して加熱材料を型穴に注入することによってパート(part)を製造する成形方法である。次に材料は型穴内で冷却され凝固する。スロットエントリーベアリングアセンブリ10の場合、放射状の孔(radial hole)73(点線で図1、2、及び7〜9に示す)が外輪14にドリルで(drilled)開けられて、注入ポイントを提供する。内輪12の径方向外向き対向面22と第一スロット52の間の隙間は、軸方向の開口となる。射出成形の場合、この開口は成形材料の注入に先立って封止される。
トランスファー成形は、形成材料を予備加熱してポットと呼ばれる保持チャンバにロードする成形方法である。次に材料は油圧プランジャによってスプルー(sprue)と呼ばれるチャンネルを通って予備加熱された型穴に運ばれる。このプロセスは、上述の射出成形プロセスと類似の方法を用いて実行される。
上述のように成形封止部材16がスロットエントリーベアリングアセンブリ10に成形された後、スロットエントリーベアリングアセンブリ10は動作準備完了となる。
動作中、内輪12の径方向外向き対向面22が外輪14の径方向内向き曲面48に支持されながら、内輪12は外輪14に対して回転する。内輪12の円錐形状は、内輪12と外輪14がずれた位置で回転することを可能にする。
当然のことながら、好ましい実施例に対する様々な変形や変更が、本発明の範囲内で実施できる。従って、本発明は記載された実施例に限定されるものではない。本発明の全範囲を確認するためには、特許請求の範囲を参照すべきである。

Claims (23)

  1. 内輪を外輪の中央空間に挿入する工程と、
    前記内輪を前記中央空間内で約90度回転させて、前記内輪を前記外輪と効率的に係止させる工程と、
    成形封止部材を前記内輪と少なくとも1つのスロットの間で成形させる成形工程と、
    を備えたスロットエントリーベアリングアセンブリの製造方法であって、
    前記外輪は前記少なくとも1つのスロットによって形成されたローダースロット領域を通して前記内輪を収容するように構成され、
    前記成形封止部材は、前記少なくとも1つのスロットに接着し、ポリマー材料からなることを特徴とする製造方法。
  2. 前記成形工程が、さらに圧縮成形工程を備えていることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記成形工程が、さらに射出成形工程を備えていることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
  4. 前記成形工程が、さらにトランスファー成形工程を備えていることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
  5. 前記成形封止部材が、可撓性材料からなることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
  6. 前記可撓性材料が、フルオロシリコン、シリコン、ポリテトラフルオロエチレン、ニトリルゴム、フルオロエラストマー、ポリクロロプレン、ポリウレタン、エチレンプロピレンジエンモノマー、ペルフルオロエラストマー化合物、フッ素化エチレンプロピレン、及びテトラフルオロエチレンとプロピレンの共重合体のうち、少なくとも1つであることを特徴とする請求項5に記載の製造方法。
  7. 前記少なくとも1つのスロットが、前記外輪の正面スロット面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
  8. 前記内輪が前記内輪の中央軸を画定し、前記外輪の前記中央空間が前記外輪の中央軸を画定し、前記内輪を前記外輪の前記中央空間に挿入する前記工程が、前記内輪の前記中央軸を前記外輪の前記中央軸と直交させる工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
  9. 前記少なくとも1つのスロットが、前記少なくとも1つのスロットと前記成形封止部材との間の接着を促進するために粗面化されていることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
  10. 前記内輪は、前記内輪と前記成形封止部材との間の接着を避けるための表面剤処理がされていないことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
  11. 前記内輪が金属材料からなり、前記外輪が金属材料からなることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
  12. 前記少なくとも1つのスロットが、一対の対向するスロットであることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
  13. 径方向外向き対向面を有する内輪と、
    前記内輪を収容する中央空間を有する外輪と、
    前記内輪と前記外輪の少なくとも1つのスロットの間で成形され、前記外輪の前記少なくとも1つのスロットに接着する、ポリマー材料からなる成形封止部材と、
    を備えたスロットエントリーベアリングアセンブリであって、
    前記中央空間が前記内輪の前記径方向外向き対向面を支持するように構成された径方向内向き対向曲面を画定し、
    前記外輪が前記内輪の前記外輪の前記中央空間への挿入を許容する少なくとも1つのスロットをさらに備え、
    動作中、前記外輪の内向き支持面が前記内輪の外向き支持面を支持しつつ、前記内輪と前記外輪が互いに対して回転可能であることを特徴とするスロットエントリーベアリングアセンブリ。
  14. 前記成形封止部材が、圧縮成形封止部材であることを特徴とする請求項13に記載のスロットエントリーベアリングアセンブリ。
  15. 前記成形封止部材が、可撓性材料からなることを特徴とする請求項13に記載のスロットエントリーベアリングアセンブリ。
  16. 前記可撓性材料が、フルオロシリコン、シリコン、ポリテトラフルオロエチレン、ニトリルゴム、フルオロエラストマー、ポリクロロプレン、ポリウレタン、エチレンプロピレンジエンモノマー、ペルフルオロエラストマー化合物、フッ素化エチレンプロピレン、及びテトラフルオロエチレンとプロピレンの共重合体のうち、少なくとも1つであることを特徴とする請求項15に記載のスロットエントリーベアリングアセンブリ。
  17. 前記少なくとも1つのスロットが、前記外輪の正面スロット面に設けられていることを特徴とする請求項13に記載のスロットエントリーベアリングアセンブリ。
  18. 前記内輪が円錐球状であることを特徴とする請求項13に記載のスロットエントリーベアリングアセンブリ。
  19. 前記内輪が中央開口を有していることを特徴とする請求項13に記載のスロットエントリーベアリングアセンブリ。
  20. 前記内輪の前記外向き支持面は、前記内輪の前記外向き支持面と前記成形封止部材との間の接着を避けるための表面剤処理がされていないことを特徴とする請求項13に記載のスロットエントリーベアリングアセンブリ。
  21. 前記内輪が金属材料からなり、前記外輪が金属材料からなることを特徴とする請求項13に記載のスロットエントリーベアリングアセンブリ。
  22. 動作中、前記内輪と前記外輪がずれた位置で互いに対して回転可能であることを特徴とする請求項13に記載のスロットエントリーベアリングアセンブリ。
  23. 前記少なくとも1つのスロットが、一対の対向するスロットであることを特徴とする請求項13に記載のスロットエントリーベアリングアセンブリ。
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