WO2005118204A1 - 鉄系合金とアルミニウム系合金の固相接合方法 - Google Patents

鉄系合金とアルミニウム系合金の固相接合方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a lightweight gear in which the teeth are formed of an iron-based alloy and the other portions are formed of an aluminum alloy, the raceway portion is formed of an iron-based material, and the other portions are formed of an anoremim alloy.
  • the present invention relates to a method for solid-state joining of an iron-based alloy and an aluminum-based alloy suitable for manufacturing a lightweight bearing formed from.
  • Patent Document 1 discloses a cross roller bearing in which a raceway surface portion is formed of a member made of an aluminum alloy, and the other portions are formed of a member made of an iron-based material, and these are joined and integrated.
  • Patent Document 2 discloses a lightweight bearing in which a raceway body member made of an aluminum alloy and a raceway surface side member made of an iron-based material are integrated by diffusion bonding.
  • Patent Document 3 discloses that an internal gear has a composite structure in which a tooth forming side ring made of an iron-based material and a gear body side ring force made of an aluminum alloy are used, and these are integrated. ing.
  • Patent Document 1 JP-A-2000-186718
  • Patent Document 2 JP 2002-339991 A
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-307237
  • an object of the present invention is to propose a solid-state joining method capable of firmly joining a member made of an aluminum-based alloy to a member made of an iron-based alloy without deforming the member. It is in.
  • Another object of the present invention is to propose a method of manufacturing a lightweight gear and a lightweight bearing race using the solid-phase joining method.
  • a solid-state joining method of an iron-based alloy and an aluminum-based alloy uses a joining surface of a first member made of an iron-based alloy and a second solid-state joining method made of an aluminum-based alloy.
  • a layer of a 7000 series (Al—Zn—Mg alloy), preferably a 7075 series (Zn 5% or more, Mg 2% or more) alloy powder is sandwiched between the joint surface of the material and the first material.
  • the member and the second member are diffusion-bonded.
  • the thickness of the layer of the alloy powder be a value within a range from 30 to 50 ⁇ m.
  • the gear includes a gear body member made of an aluminum-based alloy and a tooth portion forming part made of an iron-based alloy having teeth formed on an outer peripheral surface or an inner peripheral surface.
  • the gear body member and the tooth portion forming member are joined and integrated by the above-mentioned method.
  • the race of the bearing is formed of a raceway main body member made of an aluminum-based alloy and a raceway surface formed on an outer peripheral surface or an inner peripheral surface.
  • the raceway surface forming member force is an alloy force, and the raceway ring body member and the raceway surface formation member are joined and integrated by the above method.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a wave gear unit including a sinorek hat wave gear incorporating a cross roller bearing manufactured according to the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a silk hat type wave gear device.
  • the wave gear unit 1 of the present example includes a first end plate 2 and a second end plate 3, which are arranged at a certain interval in the direction of the unit axis la, and And a cross roller bearing 4 disposed between the end plates 2 and 3.
  • a sinorek hat type wave gear device 5 is incorporated inside the unit housing constituted by the first and second end plates 2 and 3 and the outer ring 41 of the cross roller bearing 4, a sinorek hat type wave gear device 5 is incorporated.
  • a shaft hole is formed at the center of the first and second end plates 2 and 3, through which a hollow input shaft 8 rotatably supported by ball bearings 6 and 7 penetrates. I have.
  • the cross roller bearing 4 includes an outer race 41, an inner race 42, and a plurality of rollers 43 inserted into an annular orbit formed between the inner and outer races.
  • the outer ring 41 includes an annular outer ring main body member 411 and an annular outer ring side raceway surface forming member 412 integrated with the inner peripheral surface of the outer ring main body member and having a raceway surface formed on the inner peripheral surface. A compound mouth with a mouth.
  • the inner ring 42 is integrated with a wide annular inner ring main body member 421 and an outer peripheral surface portion at one end side of the inner ring main body member 421, and a raceway surface is formed on the outer peripheral surface. And a ring-shaped inner race side raceway forming member 422. Further, the inner ring 42 of the present example is formed in an annular tooth part formed integrally with the inner peripheral surface portion on the other end side of the inner ring main body member 421 and having internal teeth 511 formed on the inner peripheral surface. It has 512 parts. That is, the inner ring 42 of the present example is a part that also serves as the rigid internal gear of the silk hat type wave gear device 5 described below. The inner ring main body member 421 of the inner ring 42 having this configuration is fastened and fixed to the second end plate 3 by fastening bolts (not shown).
  • the silk hat type wave gear device 5 includes an annular rigid internal gear 51, a silk hat type flexible external gear 52, and a wave generator 53 having an elliptical contour. Rigid internal teeth
  • the wheel 51 is formed integrally with the inner ring 42 of the cross roller bearing 4 as described above, and only the annular tooth forming member 512 having the inner teeth 511 formed on the inner peripheral surface is formed of a separate member. It is integrated with the inner peripheral surface of the inner ring 42 also serving as the internal gear.
  • the flexible external gear 52 has a cylindrical body 521, an annular diaphragm 522 extending radially outward from one end thereof, and an outer peripheral edge of the diaphragm 522. It has a thick annular boss 523 and external teeth 524 formed on the outer peripheral surface of the other end of the body portion 521, and has a silk hat shape as a whole.
  • the annular boss 523 is sandwiched between the annular end face of the outer race 41 of the cross mouth labeling 4 and the first end plate 2 and is fastened and fixed to these components by fastening bolts (not shown). Therefore, the flexible external gear 52 and the rigid internal gear 51 are relatively rotatable via the cross roller bearing 4.
  • the wave generator 53 includes a rigid cam plate portion 531 having an elliptical contour formed on the outer peripheral surface of the input shaft 8 and a Bonore bearing 532.
  • the ball bearing 532 is formed of the rigid cam plate portion 531. It is fitted between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the portion of the flexible external gear 52 where the external teeth 524 are formed.
  • annular plate 9 for forming a bolt seat surface is attached to an annular end surface 415 of the outer ring body member in which a bolt hole 414 formed in the outer ring body member 411 of the outer ring 41 is opened. 9 is also fastened and fixed to the outer ring main body member 411 by fastening bolts.
  • a seal ring 91 for an oil seal is attached to a portion on the inner peripheral edge side of the annular plate 9, and the gap between the outer ring 41 and the inner ring 42 is sealed by the seal ring 91.
  • the projecting portion of the input rotating shaft 8 projecting from the first end plate 2 is connected and fixed to a rotation source such as a motor output shaft. Further, the first end plate 2 or the second end plate 3 is connected and fixed to the load side.
  • the elliptical wave generator 53 deflects the elliptical shape, and the meshing part of the outer teeth 414 meshing with the inner teeth 424 at two places in the circumferential direction is as follows. Move in the circumferential direction. Since the external teeth and the internal teeth have different numbers of teeth, relative rotation according to the difference in the number of teeth occurs between the external teeth and the internal teeth.
  • This rotation is greatly reduced compared to the input rotation speed.
  • One of the first end plate 2 and the second end plate 3 is connected to the load side, The rotation is fixed so as not to rotate, so that the reduced rotation is output from the end plate connected to the load side and transmitted to the load side.
  • the outer ring 41 of the cross roller bearing 4 is a composite part including an outer ring main body member 411 and an outer ring side raceway surface forming member 412.
  • the inner ring 42 is a composite component including an inner ring main body member 421, an inner ring side track surface forming member 422, and a tooth portion forming member 512 having an inner tooth 511 formed on the inner peripheral surface.
  • Outer ring main body member 411 and inner ring main body member 421 are formed of an aluminum alloy that is lighter than an iron-based material.
  • the outer raceway surface forming member 412 having the raceway surface formed therein, the inner raceway raceway surface forming member 422, and the tooth forming member 512 having the inner teeth formed therein are formed of a commonly used iron-based alloy. Have been.
  • the input shaft 8 is also formed of a light metal alloy such as an aluminum alloy or a titanium alloy, a plastic or a lightweight material such as a ceramic, and a wave generator formed on the outer peripheral surface thereof.
  • the 53 rigid cam plate portions 531 are also made of the same lightweight material.
  • an outer race body member 411 was manufactured from an iron-based alloy (SUJ2) (step ST1), and an outer race-side raceway surface forming member 412 was manufactured from an aluminum-based alloy (A5056) (step ST2).
  • an A7075 series Mg2% These members 411 and 412 were assembled coaxially with the alloy powder 413 of Zn5% or more) sandwiched therebetween (step ST3).
  • step ST4 an integrated outer ring 41 in which these members 411 and 412 were bonded was obtained.
  • a bonding temperature in the range of 500 to 560 ° C.
  • the inner ring 42 can be manufactured in a similar manner.
  • the tooth forming member 512 is also integrated with the inner race 42 by diffusion bonding.
  • the present invention is applied to a raceway of a cross roller bearing.
  • the present invention can be similarly applied to other types of bearing raceways such as a force ball bearing.
  • the present invention can be similarly applied to general external gears and internal gears.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a sinorek hat type wave gear device unit to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a wave gear device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing a manufacturing process of an outer race.

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Abstract

【課題】　アルミニウム合金製の軌道輪本体部材と鉄系合金製の軌道面形成部材を変形を伴うことなく強固に一体化して軽量軌道輪を製造可能な方法を提案すること。 【解決手段】　クロスローラベアリングの外輪４１は、アルミニウム合金製の外輪本体部材４１１と、この内側に結合した鉄系合金製の外輪側軌道面形成部材４１２からなる複合部品である。外輪本体部材４１１の拡散接合面４１１ａと、外輪側軌道面形成部材４１２の拡散接合面４１２ａの間に、Ａ７０７５系の合金粉末の層４１３を挟み（ステップＳＴ３）、これらの部材４１１、４１２を拡散接合する（ステップＳＴ４）。合金粉末の層４１３を挟むことにより、従来に比べて低い接合温度でも両部材４１１、４１２が強固に接合されて一体化することが確認された。よって、アルミニウム合金製の外輪本体部材４１１の変形を伴うことなく拡散接合を行うことができる。

Description

明 細 書
鉄系合金とアルミニウム系合金の固相接合方法
技術分野
[0001] 本発明は、歯部が鉄系合金から形成され、それ以外の部分がアルミニウム合金から 形成された軽量歯車、軌道面部分が鉄系材料から形成され、それ以外の部分がァ ノレミニゥム合金から形成された軽量軸受の製造に適した鉄系合金とアルミニウム系合 金の固相接合方法に関するものである。
背景技術
[0002] 歯車や軸受の軽量ィヒを図るために、歯部や軌道面などのように強度および耐磨耗 性が要求される部分のみを鉄系合金から形成し、それ以外の部分を軽量のアルミ二 ゥム合金から形成することが提案されている。例えば、特許文献 1には、軌道面部分 がアルミニウム合金からなる部材から形成され、それ以外の部分が鉄系素材からなる 部材から形成され、これらが接合されて一体化された構成のクロスローラベアリングが 提案されている。特許文献 2には、アルミニウム合金製の軌道輪本体部材と鉄系素材 力 なる軌道面側部材とを拡散接合により一体化した軽量ベアリングが開示されてい る。また、特許文献 3には、内歯歯車を鉄系材料からなる歯部形成側リングとアルミ二 ゥム合金製の歯車本体側リング力 なる複合構造とし、これらを一体化することが開 示されている。
特許文献 1 :特開 2000 - 186718号公報
特許文献 2 :特開 2002 - 339991号公報
特許文献 3：特開 2002 - 307237号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] このように、鉄系合金製の部材と、アルミニウム合金製の部材とを接合して軸受、歯 車などを製造すると、必要な強度を備えた軽量軸受、軽量歯車を製作できる。
[0004] し力、しながら、アルミニウム系合金は他の合金に比べて接合が困難である。また、拡 散接合を採用した場合には、接合時に高温に晒されたアルミニウム合金が溶けて、 接合後の部材寸法精度が低下するなどの問題が発生しやすい。
[0005] 本発明の課題は、このような点に鑑みて、アルミニウム系合金からなる部材を、変形 させることなぐ鉄系合金力 なる部材に強固に接合可能な固相接合方法を提案す ることにある。
[0006] また、本発明の課題は、この固相接合方法を用いた軽量歯車および軽量軸受軌道 輪の製造方法を提案することにある。
課題を解決するための手段
[0007] 上記の課題を解決するために、本発明の鉄系合金とアルミニウム系合金の固相接 合方法は、鉄系合金からなる第 1部材の接合面と、アルミニウム系合金からなる第 2 咅材の接合面との間に、 7000系（Al— Zn— Mg合金）、好ましくは、 7075系（Zn5% 以上、 Mg2%以上）の合金粉末の層を挟み、この状態で、前記第 1部材および第 2 部材を拡散接合することを特徴としている。
[0008] ここで、前記合金粉末の層の厚さは、 30力ら 50 μ mまでの範囲内の値とすることが 望ましい。
[0009] 次に、本発明の軽量歯車の製造方法は、歯車を、アルミニウム系合金からなる歯車 本体部材と、外周面あるいは内周面に歯が形成された鉄系合金からなる歯部形成部 材から構成し、前記歯車本体部材と前記歯部形成部材を、上記の方法により接合し て一体化したことを特徴としている。
[0010] また、本発明の軽量軸受軌道輪の製造方法は、軸受の軌道輪を、アルミニウム系 合金からなる軌道輪本体部材と、外周面あるいは内周面に軌道面が形成されている 鉄系合金力 なる軌道面形成部材力 構成し、前記軌道輪本体部材と前記軌道面 形成部材を、上記の方法により接合して一体化したことを特徴としてレ、る。
発明の効果
[0011] 本発明の固相接合方法によれば、双方の部材の接合面を突き合わせて拡散接合 を行う場合よりも低温で拡散接合を行うことが可能であることが確認された。よって、 拡散接合時におけるアルミニウム合金製の部材の変形を抑制できるので、寸法誤差 の少ない強固に一体化された軸受軌道輪や歯車を製造できる。
発明を実施するための最良の形態 [0012] 以下に、図面を参照して、本発明を適用した波動歯車装置ユニットについて説明 する。
[0013] (全体構成）
図 1は、本発明により製造されたクロスローラベアリングが組み込まれているシノレク ハット型波動歯車装置を備えた波動歯車装置ユニットの断面図である。図 2はシルク ハット型波動歯車装置の構成を示す説明図である。
[0014] 本例の波動歯車装置ユニット 1は、ユニット軸線 laの方向に一定の間隔を開けて配 置した第 1の端板 2および第 2の端板 3と、これらの第 1および第 2の端板 2、 3の間に 配置されたクロスローラベアリング 4とを有している。これら第 1、第 2の端板 2、 3およ びクロスローラベアリング 4の外輪 41によって構成されるユニットハウジングの内部に 、シノレクハット型の波動歯車装置 5が組み込まれている。また、第 1および第 2の端板 2、 3の中心には軸孔が形成されており、ここには、ボールベアリング 6、 7によって回 転自在に支持された中空入力軸 8が貫通している。
[0015] クロスローラベアリング 4は、外輪 41と内輪 42と、これら内外輪の間に区画形成され ている円環状軌道に挿入された複数のコロ 43とを備えている。外輪 41は、円環状の 外輪本体部材 411と、この外輪本体部材の内周面に一体化されていると共に内周面 に軌道面が形成されている円環状の外輪側軌道面形成部材 412とを備えた複合部 口「口である。
[0016] 内輪 42は、円環状をした広幅の内輪本体部材 421と、この内輪本体部材 421にお ける一方の端部側の外周面部分に一体化されていると共に外周面に軌道面が形成 されている円環状の内輪側軌道面形成部材 422とを備えた複合部品である。さらに 、本例の内輪 42は、その内輪本体部材 421における他方の端部側の内周面部分に 一体化されていると共に内周面に内歯 511が形成されている円環状の歯部形成部 材 512を備えている。すなわち、本例の内輪 42は以下に述べるシルクハット型の波 動歯車装置 5の剛性内歯歯車との兼用部品である。この構成の内輪 42の内輪本体 部材 421は、不図示の締結用ボルトによって、第 2の端板 3に締結固定されている。
[0017] シルクハット型の波動歯車装置 5は、円環状の剛性内歯歯車 51と、シルクハット型 の可撓性外歯歯車 52と、楕円形輪郭の波動発生器 53とを備えている。剛性内歯歯 車 51は上記のようにクロスローラベアリング 4の内輪 42と一体物として形成されており 、内歯 511が内周面に形成されている円環状の歯部形成部材 512のみが別部材か ら形成され、内歯歯車兼用の内輪 42の内周面に一体化されている。
[0018] 可撓性外歯歯車 52は円筒状の胴部 521と、この一端に連続して半径方向の外方 に広がってレ、る環状のダイヤフラム 522と、このダイヤフラム 522の外周縁に連続して いる厚肉の環状ボス 523と、胴部 521の他端部分の外周面に形成されている外歯 5 24とを備え、全体としてシルクハット形状をしたものである。環状ボス 523は、クロス口 一ラベァリング 4の外輪 41の環状端面と第 1の端板 2の間に挟まれ、締結ボルト（図 示せず）によって、これらの部品に締結固定されている。よって、可撓性外歯歯車 52 と剛性内歯歯車 51はクロスローラベアリング 4を介して相対回転自在の状態となって いる。
[0019] 波動発生器 53は、入力軸 8の外周面に形成されている楕円形輪郭の剛性カム板 部分 531とボーノレベアリング 532とを備え、このボールベアリング 532は、剛性カム板 部分 531の外周面と可撓性外歯歯車 52の外歯 524が形成されている部分の内周面 との間に嵌め込まれている。
[0020] ここで、外輪 41の外輪本体部材 411に形成したボルト孔 414が開口している外輪 本体部材の環状端面 415には、ボルト座面形成用の環状板 9が取り付けられ、この 環状板 9も締結用ボルトによって外輪本体部材 411の側に締結固定されている。この 環状板 9の内周縁側の部分には、オイルシール用のシールリング 91が取り付けられ ており、このシールリング 91によって外輪 41と内輪 42の隙間がシールされている。
[0021] この構成のシルクハット型の波動歯車装置ユニット 1では、入力回転軸 8の第 1の端 板 2から突出している突出部分が、モーター出力軸等の回転源に接続固定される。 また、第 1の端板 2あるいは第 2の端板 3が、負荷側に接続固定される。入力回転軸 8 が高速回転すると、楕円形状の波動発生器 53によって楕円形状に橈められて円周 方向の 2か所で内歯 424に嚙み合っている外歯 414の嚙み合い部分は円周方向に 移動する。外歯と内歯の歯数は異なっているので、歯数差に応じた相対回転がこれ らの外歯と内歯の間に発生する。この回転は、入力回転数に比べて大幅に減速され たものとなる。第 1の端板 2および第 2の端板 3のうちの一方が負荷側に接続され、他 方が回転しないように固定されるので、負荷側に接続された端板の側から減速回転 が出力されて負荷側に伝達される。
[0022] (各部品の素材）
クロスローラベアリング 4の外輪 41は、外輪本体部材 411と外輪側軌道面形成部材 412からなる複合部品である。同様に、内輪 42は、内輪本体部材 421と、内輪側軌 道面形成部材 422と、内周面に内歯 511が形成されている歯部形成部材 512からな る複合部品である。
[0023] 外輪本体部材 411および内輪本体部材 421は、鉄系素材よりも軽いアルミニウム 合金から形成されている。軌道面が形成されている外輪側軌道面形成部材 412、内 輪側軌道面形成部材 422および、内歯が形成されている歯部形成部材 512は一般 的に使用されている鉄系合金から形成されている。
[0024] なお、本例では、入力軸 8もアルミニウム合金、チタン合金等の軽金属の合金、プラ スチック、またはセラミック等の軽量素材から形成されており、その外周面に形成され ている波動発生器 53の剛性カム板部分 531も同一の軽量素材から形成されている。
[0025] (外輪、内輪の製造方法）
次に、図 3を参照して、複合部品である外輪 41の製造方法の一例を説明する。ま ず、鉄系合金（SUJ2)から外輪本体部材 411を製造し (ステップ ST1)、アルミニウム 系合金 (A5056)から外輪側軌道面形成部材 412を製造した (ステップ ST2)。次に 、外輪本体部材 411の内周面における拡散接合面 411aと、外輪側軌道面形成部材 412の外周面側の拡散接合面 412aの間に、 40 /i mの厚さの A7075系（Mg2%以 上、 Zn5%以上）の合金粉末 413を挟んだ状態で、これらの部材 411、 412を同軸状 態に組付けた (ステップ ST3)。しかる後に、拡散接合を行うことにより（ステップ ST4) 、これらの部材 411、 412が接合された一体化した外輪 41が得られた。ここで、拡散 接合工程においては、接合温度が 500— 560°Cの範囲で接合が可能であることが 確認された。
[0026] なお、内輪 42も同様に製造することができる。本例の内輪 42の場合には、歯部形 成部材 512も拡散接合により内輪 42に一体化される。
[0027] (その他の実施の形態） 上記の例は、クロスローラベアリングの軌道輪に対して本発明を適用したものである 力 ボールベアリングなどのそのほかの形式の軸受軌道輪に対しても本発明を同様 に適用できることは勿論である。また、一般的な外歯歯車、内歯歯車に対しても本発 明を同様に適用可能である。
図面の簡単な説明
[0028] [図 1]本発明を適用したシノレクハット型の波動歯車装置ユニットの概略断面図である
[図 2]図 1の波動歯車装置の構成を示す説明図である。
[図 3]外輪の製造工程を示す説明図である。
符号の説明
[0029] 1 波動歯車装置ユニット
2、 3 端板
4 クロスローラベアリング
41、 151 外輪
411 外輪本体部材
411a 拡散接合面
412 外輪側軌道面形成部材
412a 拡散接合面
413 合金粉末の層
42 内輪
421 内輪本体部材
422 内輪側軌道面形成部材
43 コ
5 波動歯車装置
51 剛性内歯歯車
511 内歯
512 歯部形成部材
52 可撓性外歯歯車

Claims

請求の範囲
[1] 鉄系合金からなる第 1部材の接合面と、アルミニウム系合金からなる第 2部材の接 合面との間に、 7000系（A1— Zn— Cu合金）の合金粉末の層を挟み、
この状態で、前記第 1部材および第 2部材を拡散接合する鉄系合金とアルミニウム 系合金の固相接合方法。
[2] 請求項 1において、
前記合金粉末は、 Zn5%以上、 Mg2%以上を含む 7075系合金の粉末であること を特徴とする鉄系合金とアルミニウム系合金の固相接合方法。
[3] 請求項 1または 2において、
前記合金粉末の層の厚さを、 30から 50 μ mまでの範囲内の寸法にすることを特徴 とする鉄系合金とアルミニウム系合金の固相接合方法。
[4] 歯車を、アルミニウム系合金からなる歯車本体部材と、外周面あるいは内周面に歯 が形成された鉄系合金からなる歯部形成部材から構成し、
前記歯車本体部材と前記歯部形成部材を、請求項 1、 2または 3に記載の方法によ り接合して一体化したことを特徴とする軽量歯車の製造方法。
[5] 軸受の軌道輪を、アルミニウム系合金からなる軌道輪本体部材と、外周面あるいは 内周面に軌道面が形成されている鉄系合金からなる軌道面形成部材力 構成し、 前記軌道輪本体部材と前記軌道面形成部材を、請求項 1、 2または 3に記載の方 法により接合して一体化したことを特徴とする軽量軸受軌道輪の製造方法。
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