JP2003521644A - エラストマーを有する高分子軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高性能ポリマーから作製される軸受が、軸受に対するロータ軸の動きによって引き起こされる騒音および振動の影響を減衰させるエラストマースリーブによって囲まれている、ロータ軸の軸受システムを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本出願は、２０００年１月３１日出願の、米国特許出願第６０／１７９，２０
９号の出願日の利益を請求し、この出願を本明細書の一部として組み込むもので
ある。

【０００２】 （発明の分野） 本発明は、軸受に関するものである。特に、本発明は、回転軸の高分子軸受シ
ステム、および結合したエラストマースリーブによって囲まれた軸受、ならびに
これを収容している分数馬力モータに関するものである。

【０００３】 （発明の背景） 高分子軸受は、小さな電気モータなど、作動条件として、振動、往復、または
連続運動が必要となる多くの用途で長い間使用されている。従来のモータでは、
ロータ軸は、ロータ開口部の各端部を覆うブラケットから形成されたハウジング
を通じて延在し、ステータに固定される。ハウジングは、ステータに対する実質
的な軸方向変位が起こらないように、ロータ軸、したがってロータ本体を拘束し
、軸が回転する軸受を支持する。軸受は、ロータ軸の実質的な自由回転を可能と
しつつ、ロータの安定性および位置関係を保つ。

【０００４】 こうした電気モータは、数年に及ぶかもしれない長期間にわたって、モータが
運転されるような用途に特に必要である。したがって、モータは、非常に耐久性
があり、きわめて故障しにくく、好ましくはその耐用年数中、ほとんど修理を必
要としないものでなければならない。これらのパラメータを達成する上で最も問
題になりやすい部品は軸受である。軸受は、モータの使用期間のあいだ持続的に
回転軸との摩擦接触を受けるからである。

【０００５】 いくつかのタイプの軸受システムが利用できる。一般に、電気「ドライ」モー
タ（「ｄｒｙ」ｍｏｔｏｒ）は、周囲に磁石が取り付けられたステータと呼ばれ
るハウジングの中でうなっている巻き電線を有するロータからなる。ロータの軸
は、ロータをステータ内の中心にきちんと保ち、最小限の摩擦ロスで滑らかな回
転を与える、少なくとも２つの軸受によって支持されなければならない。完全な
位置合わせはありえないので、モータが時計方向および反時計方向のどちらにも
回転しなければならないとしたら、軸に沿った軸方向の力がシステムによって生
成される。このときは、荷重は、スラストワッシャ、若しくは玉軸受の使用によ
って支えなければならない。

【０００６】 ドライモータで使われている高分子平面軸受は、軸受の摩損、モータの回転速
度の著しい低下、およびモータ寿命の短縮を引き起こす、激しい騒音と振動を発
生することが知られている。

【０００７】 ジャーナル軸受は、軸受ブラケットにぴったりと圧着されることも知られてい
る。このタイプの軸受は、圧着操作後に機械加工を必要とすることもあり、これ
は、モータの製造コストを著しく増大させる。圧着したジャーナル軸受は、軸受
とハウジングの間の締まりばめのために、組立てたときは軸受ブラケット内の所
定の位置にあるだろうが、軸受の固定された位置は、ロータ軸の位置関係のごく
わずかなずれさえも許容しないので、モータの性能は時として最適にはならない
かもしれない。運転中にモータが揺さぶられたりぶつけられたりすると、激しい
騒音や振動が起こる恐れがある。

【０００８】 一般に、ダイキャストアルミニウムまたは亜鉛の軸受ブラケットによって所定
の位置に保持された、球面直径の、オイル含浸粉末入り金属軸受または玉軸受を
利用するくま取りモータも知られている。これらのタイプの軸受は、潤滑剤の作
用を常時受ける必要がある。流体力学システムでは、モータ軸は、油膜によって
支持されており、この油膜がシステムの不安定性の原因となることが見出されて
いる。この流体力学潤滑システムは、不安定現象の性質が、本発明が対象とする
ドライモータシステムのものとは異なるので、本発明には適用されない。

【０００９】 騒音と振動の問題を解決し、これにより軸受の安定した連続回転を可能にし、
モータの安定性および信頼性を増大し、モータ寿命を長くするドライモータ軸受
システムへのニーズは引き続いて存在している。

【００１０】 （発明の概要） 本発明は、優れた自己潤滑性を有する高分子材料が、優れた減衰特性を有する
エラストマースリーブによって囲まれ、これによって騒音と振動の低下した軸受
にドライな状態での連続回転能力を与え、これにより軸受の摩損を低減し軸受シ
ステムおよびモータの寿命を引き伸ばす、複合軸受システムに関するものである
。

【００１１】 本発明は、ステータ内に回転的に配置されたロータと、ロータを駆動するため
にステータの周りに配置されたステータ巻線と、ロータに回転的に固定された回
転軸とを備える分数馬力モータ、ならびに、騒音および振動を低減させるための
エラストマースリーブによって接続的に囲まれた軸受であって、それによりモー
タの安定性および信頼性を高め、モータ寿命を引き伸ばす軸受を備える軸受シス
テムも提供する。

【００１２】 さらに、本発明の他の態様では、軸受システムは、軸受システムをモータのハ
ウジング内に容易に組み付けるための軸受保持器を備える。

【００１３】 （発明の詳細な説明） 本発明が対象とする騒音と振動現象の問題を理解するために、該現象は実験に
よって定量化され、騒音と振動を引き起こす不安定性のシミュレーションを可能
にする数学モデルが開発された。次いで不安定性に関する技術的解決が提案され
た。

【００１４】 従来技術の騒音と振動の問題は、実際、「逆旋回」（「ｒｅｖｅｒｓｅ ｗｈ
ｉｒｌ」）と呼ばれる現象によって互いに結びついていることが分かった。逆旋
回現象は、回転軸の表面と軸受との間に径方向接触（ｒａｄｉａｌ ｃｏｎｔａ
ｃｔ）が発生し、摩擦によってロータに接線力が誘発されるときに起こる。摩擦
力は接触力の径方向成分にほぼ比例するので、不安定性の前提条件が作り出され
る。接線力は、旋回運動およびさらにより大きな遠心力をロータに誘発し、次に
より大きな径方向接触力、したがってより大きな旋回誘発摩擦力（ｗｈｉｒｌ−
ｉｎｄｕｃｉｎｇ ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ ｆｏｒｃｅ）を誘発する。

【００１５】 この現象は、所定の不均衡状態または外乱と組み合わさった所定の速度レベル
で始まる。騒音は、軸が回転と反対の方向にそれ自体で揺れるときに作り出され
る、回転軸の逆旋回によって作り出された振動と結びついている。騒音と振動は
、軸受／軸境界面から直接生ずるものであり、これらの間の摩擦によって作り出
される。このときシステムは不安定になる。騒音のため、この不安定性は鳴き（
ｓｑｕｅａｌ）と呼ばれている。不安定性は、著しくエネルギーを消費し、軸受
ポリマーの早い摩損も引き起こされる。騒音と振動は、以前仮説が立てられてい
たようなモータ部品の共鳴によって引き起こされるのではない。

【００１６】 安定性の基準は、第１アプローチでμ＜２εによって近似することができる。
ここで、μは軸受／軸境界面の摩擦係数であり、εはブシュの限界減衰率である
。この基準によれば、限界減衰率を増大させることによって、または摩擦係数を
低減させることによって、不安定なシステムを安定化させることができる。

【００１７】 次いで、複合平面軸受システムが開発された。このシステムでは、軸受は、エ
ラストマースリーブによって完全にまたは部分的に囲まれており、外的な減衰効
果を導入することによって、軸受が作られるポリマーの軸受／軸境界面でのドラ
イ摩擦係数を平衡させる。減衰は、逆旋回によって引き起こされた騒音と振動を
著しく低減させる。

【００１８】 図１Ａおよび１Ｂは、本発明のエラストマースリーブ４によって囲まれた軸受
２を示す。図示した軸受システム６は、電気モータに直接取り付けることができ
る。高分子軸受に接続されたエラストマースリーブは、軸が軸受と接触すること
によって引き起こされる騒音と振動を低減することによって減衰効果をもたらす
。

【００１９】 ロータの騒音および運動を制御する上での本発明の有効性は、スリーブが作ら
れるエラストマーの剛性に関係し、その結果運転温度におけるその硬度およびそ
の軸受周囲の形状（肉厚）に左右される。エラストマーは十分に硬く、２つの軸
受の間である程度の自動調心を可能にしながら、（軸受によって支持されるロー
タの場合、空隙より小さい）軸の最小変位を保証するものでなければならない。
硬度および肉厚は、さらに具体的な用途のために選択されたエラストマーの材質
に左右される。

【００２０】 エラストマースリーブの圧縮特性は、ロータからの静的および動的荷重による
エラストマーの径方向の動きがごく限られたものであるように、軸受用途の要求
性能と合致しなければならない。これは、エラストマーの圧縮特性およびエラス
トマースリーブの肉厚によって調節することができる。例えば、あるモータは、
ロータとハウジングの許容し得る間隙が０．００８インチである。特定のロータ
荷重で圧縮たわみが５％のエラストマーは、肉厚０．１０インチで０．００５イ
ンチたわむ。この同じシステムが、肉厚が０．３００インチのエラストマースリ
ーブを有する場合は、全たわみは０．０１５インチとなり、ロータがハウジング
に接触することになる。軸受を囲むエラストマースリーブの肉厚は、所望の用途
に必要な減衰に応じて、少なくとも約１ｍｍ、好ましくは約２ｍｍ、しかし１０
ｍｍ以下、好ましくは６ｍｍ以下、さらに好ましくは４ｍｍ以下とすることがで
きる。

【００２１】 エラストマーに対する摩擦は望ましくないので、軸受／エラストマーシステム
のデザインは、軸受が支える軸方向荷重に左右される。図３Ａおよび３Ｂは、エ
ラストマースリーブ４によって結合して囲まれたフランジ付き高分子軸受１０を
示す。この実施形態では、軸受／エラストマーシステム６は、ラジアル軸受およ
びスラスト座金と置き換えることができる。

【００２２】 軸受は円筒形であり、対応するスリーブの円筒形の空間に締まりばめで備わっ
ている。これは、軸受の表面にエラストマーを上乗せ成形する方法、軸受にエラ
ストマーを圧着する方法、軸受にエラストマーを接着結合する方法、エラストマ
ーの保持フィンガーを挿入する溝を軸受の表面に設けることなどによって、保持
機構によって軸受にエラストマーを取り付ける方法、および他の利用可能な組立
て方法を含めて、様々な通常の方法によって行うことができる。この結果、エラ
ストマースリーブそれ自体が一般に円筒形の形をしており、スリーブは、軸受を
囲むすべての点で大きさと形状が均一であることが好ましい。

【００２３】 エラストマースリーブは、減衰および騒音低減の所望のレベルに応じて、軸受
全体または一部のみを長手方向に包み込むことができる。エラストマースリーブ
への軸受の組み付けは、手作業によって、または大量用途には自動機器によって
行うことができる。図２Ａおよび２Ｂは、金属保持器８に結合した本発明の上乗
せ成形されたエラストマー４を有する軸受２を示す。図４Ａおよび４Ｂによって
示される本発明の他の実施形態では、フランジ付き軸受１０を有する軸受システ
ム６を、モータのハウジング内へ容易に組み付けるために、金属リング８をエラ
ストマースリーブ４の周囲に配置することができる。

【００２４】 本発明で用いられる軸受は、高性能ポリマーから作製することができる。適当
なポリマーは、ロータ軸が回転するときに受ける摩損に、大きな磨耗なしに耐え
ることができるように、低い摩擦係数、ならびに寸法安定性および耐久性により
特徴付けられるものである。この大きさの耐久性を定量的に示す１つの代表的な
方法は、ファレックス（Ｆａｌｅｘ）第１リングおよびブロック（Ｂｌｏｃｋ）
摩損および摩擦試験機を用いた摩損試験によるものである。この装置は、ＡＳＴ
Ｍ試験方法Ｄ２７１４に記載されている。試験は、ブロック形のポリマーの試料
で行われる。試験ブロックを機械加工して、直径３５ｍｍ（１．３８″）および
幅８．７４ｍｍ（０．３４″）の回転金属接合リングの外周にぴったり密着する
ように、湾曲した幅６．３５ｍｍ（０．２５″）の接触表面を形成することによ
って、摩損試験片を作製する。ブロックは炉で乾燥され、試験するまで乾燥剤の
上で保たれる。

【００２５】 計量後、乾燥したブロックが回転金属リングに取り付けられ、ブロックに対し
て、選択した試験圧力でリングに負荷がかけられる。リングの回転速度は、所望
の速度に設定される。はめ合い面の間に、潤滑剤は用いられない。リングは、Ｓ
ＡＥ４６２０鋼、Ｒｃ５８〜６３、６〜１２ＲＭＳである。リングは、２４時間
ブロックに対して回転され、摩擦力が連続的に記録される。これによって、摩擦
係数の計算が可能になる。試験時間が終了したら、ブロックが取り外され、計量
され、ブロックに対するリングの磨耗によって引き起こされた摩損の程度が次の
ように計算される。

【００２６】 摩損量（ｃｍ³／時間）＝重量損失（ｇ）＊１／材料密度（ｇ／ｃｍ³）＊１／
試験継続時間（時間）、ここで、＊は掛算を示す。

【００２７】 軸受を製作することができる材料としての特定ポリマーの有用性は、使用条件
下でそれが経験する摩損量、およびそれが示す摩擦係数と反比例する。この条件
は、ＰＶとして知られる量によって記述することができ、これは、磨耗する装置
（ロータ軸）が軸受に与える圧力と、磨耗する装置が動く際の速度との積である
。ＰＶ値は、ＭＰａ・ｍ／秒（Ｐｓｉ・ｆｔ−ｌｂ／分）で報告される。摩擦は
、物体が作られるそれぞれの材料の表面にある凹凸によって引き起こされる、接
触している２つの物体の相対運動への抵抗である。（ｉ）他の物体に対する１物
体の均一な速度を維持するために必要な力と（ｉｉ）表面間の垂直な圧力との比
が、摩擦係数であり、無単位の値である。

【００２８】 本発明の軸受が作られるポリマーは、ポリマーの摩損値（すなわち、ドライモ
ータ軸受として使用中に受けるものを表すＰＶ値でポリマーが経験する摩損の程
度）、許容しうる摩損を実証しつつポリマーが耐えることのできるＰＶ値、また
はドライモータ軸受として使用中に受けるものを表すＰＶ値でポリマーが示す摩
擦の摩擦係数によって特徴づけられる。選択されたＰＶ値では、低い摩損値およ
び摩擦係数が好ましいものであり、許容し得る程度の摩損では、高いＰＶ値が好
ましい。

【００２９】 適当なポリマーは、ドライモータ軸受としての役割を果たしながらポリマーが
受ける条件を表すＰＶ値で、約２×１０^-6ｍｍ³／時間から約２×１０^-5ｍｍ³／
時間の範囲の摩損値を有することができる。適当なポリマーはまた、ドライモー
タ軸受としての役割を果たしながらポリマーが受ける条件を表すＰＶ値で、少な
くとも約０．０５、しかし約０．３以下、好ましくは約０．２以下、さらに好ま
しくは約０．１５以下の摩擦係数を有することができる。ドライモータ軸受とし
ての役割を果たしながらポリマーが受ける条件を一般に表すＰＶ値は、約０．０
５から約０．２５ＭＰａ（より一般には、約０．１から約０．１５ＭＰａ）の範
囲の圧力、および約０．２から約１０ｍ／秒（より一般には、約０．４から約１
．２５ｍ／秒）の速度から得ることができ、したがってこれらの環境では、約０
．０１から約２．５ＭＰａ・ｍ／秒（より一般には、約０．０４から約０．２Ｍ
Ｐａ・ｍ／秒）のＰＶ値が与えられる。

【００３０】 本発明で用いられる軸受は、少なくとも約１ｍｍ、しかし約４ｍｍ以下、好ま
しくは約２ｍｍ以下の肉厚を有することができる。

【００３１】 本発明の軸受として使用することができる高性能ポリマーの特定の例には、限
定されるものではないが、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、アセタ
ール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテル
イミド、液晶ポリマー、フルオロポリマー、フェノール樹脂、ポリエーテルスル
フィド、ポリフェニレンスルフィド、および当該技術分野で通常用いられる軸受
材料が含まれる。ポリイミドは、その優れた自己潤滑性のために、好ましい高分
子材料である。Ｖｅｓｐｅｌ（登録商標）として部品および成形品が、イー・ア
イ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニーによって製造されているポ
リイミドは、その抜群の摩損特性および極めて低い熱膨張係数特性のために特に
好ましい。

【００３２】 所望の用途に応じて、本発明の軸受が作られる高性能ポリマーは、シート状ケ
イ酸塩、ガラスまたは炭素繊維などの充填材、黒鉛、シリコン、ポリ（テトラフ
ルオロエチレン）またはＭｏＳ₂などの内部潤滑剤、またはこれらの高分子材料
から作られる組成物に通常含まれ、当業者に一般に知られている他の添加剤、な
どの添加剤を含有することもできる。内部潤滑剤が軸受が作られるポリマーと成
形前に調合される場合は、この潤滑剤の使用は、ロータ軸が軸受と接触する表面
における、外部潤滑剤の使用とは区別されるべきである。本発明の軸受システム
では、ロータ軸が軸受と接触する表面へ何らの外部潤滑剤をも塗布せずに、軸受
はドライ状態で動作する。

【００３３】 有用な範囲で減衰効果を与えるエラストマースリーブの能力は、一般に、スリ
ーブが作られるエラストマーの損失正接（ｔａｎ ｄｅｌｔａ）によって示され
る。損失正接は、動的測定によって求められる。この方法では、試料は、応力ま
たはひずみの周期的変形を受け、試料の弾性的および粘性的応答の両方が１回の
実験で測定される。加えられる周期的変形が、試料に周期的応答を引き起こす。
この応答は、変形から遅れるかまたは変形に先立つが、この相の遅れ（損失正接
）は、試料の全体的応答への弾性的寄与と粘性的寄与との比の、直接の測定値で
ある。相の遅れと応答の大きさを用いて、信号を同相成分と９０度異相成分とに
分解することができる。同相は弾性的応答を、９０度異相は粘性的応答を表して
いる。同相の情報から、貯蔵弾性率（Ｇ′、Ｅ′）が求められる。貯蔵弾性率は
、試料がエネルギーを貯蔵する能力の判断基準であり、弾性係数と呼ばれる。９
０度異相情報から、損失弾性率（Ｇ″、Ｅ″）を求めることができる。損失弾性
率は、試料がエネルギーを放散する能力の判断基準である。損失弾性率と貯蔵弾
性率の比は、損失正接（ｔａｎ ｄｅｌｔａ）と呼ばれ、試料の減衰特性を表す
。

【００３４】 一般に、試験は、試料を動的粘弾性測定装置（ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅｃｈａｎ
ｉｃａｌ ａｎａｌｙｚｅｒ）内に固定し、ある制御された速度で加熱または冷
却しながら試料に振動性変形を受けさせることによって行われる。試料および機
械的クランプアセンブリの共鳴周波数は、温度の関数として連続的に記録される
。材料の粘弾性的応答がある温度領域で変化すると、試料の変形を一定のレベル
に保つために必要な電気的エネルギーも変化し、これが連続的に記録される。温
度または時間の関数として、試験片の弾性率（剛性）および粘弾性損失特性を計
算するために、定量分析ルーチンが用いられる。損失正接は比であるから、無単
位の値である。

【００３５】 製品が機能することを期待される温度範囲は、エラストマーの使用限界に応じ
て、約−４０℃から約２００℃である。例えば、大部分の自動車および動力工具
用途に一般に用いられるモータは、２０，０００Ｈｚまでの周波数スペクトル内
で、−２０℃から１４０℃の範囲で動作する。周波数は、モータ軸の速度および
動力学に基づくものである。大部分の小さな電気モータは、約１０から１００Ｈ
ｚの範囲の周波数で、５００から６０００ｒｐｍの範囲内に入る。

【００３６】 本発明で用いられるエラストマースリーブが作られる弾性ポリマーは、少なく
とも約０．０２、好ましくは少なくとも約０．０５、さらに好ましくは少なくと
も約０．０８、しかし約０．１５以下、好ましくは約０．１２以下、さらに好ま
しくは約０．１以下の損失正接を有することができる。損失正接値が高くなると
、システムへの減衰効果はより大きくなるものであり、したがって、モータ速度
が上昇するにつれて、そのモータの軸受が作られるエラストマーは、より大きな
損失正接を持つべきである。上記の損失正接の値は、一般に、約２０〜３０℃の
温度範囲、好ましくは約２３℃で測定される。

【００３７】 本発明で用いられるエラストマースリーブが作られる弾性ポリマーは、ショア
Ａ硬さによっても特徴付けられる。ショアＡ硬さは、デュロメータ（ｄｕｒｏｍ
ｅｔｅｒ）で測定される。これは、押込みに対する試料の抵抗を測定するもので
ある。圧子の先が試料を完全に貫通すると、測定値０が得られ、まったく貫通し
なければ、測定値は１００である。一般に試験はＡＳＴＭ Ｄ−２２４０または
ＩＳＯ ８６８に従って行われ、測定値は無単位である。エラストマーは、少な
くとも約３０、好ましくは少なくとも約３５、さらに好ましくは少なくとも約４
０、しかし約１００以下、好ましくは約９０以下、さらに好ましくは約７０以下
のショアＡ硬さを有してもよい。

【００３８】 本発明においてスリーブを作ることができる弾性ポリマーは、限定されるもの
ではないが、オレフィン系（例えば、ブタジエン−ベース）エラストマー、スチ
レン系エラストマー、熱可塑性エラストマー、架橋エラストマー、ポリ（エーテ
ル／エステル）エラストマー、ニトリルゴム、シリコンゴム、Ｎｏｒｄｅｌ（登
録商標）ゴムなどのＥＰＤＭ、ネオプレンゴム、Ｖａｍａｃ（登録商標）ポリマ
ー、Ｖｉｔｏｎ（登録商標）ポリマー、ならびに当業者に知られた他の天然およ
び合成ゴムおよびエラストマーが含まれる（上記の多くは、イー・アイ・デュポ
ン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニーまたはデュポン・ダウ・エラストマー
ズＬＬＣ（ＤｕＰｏｎｔ Ｄｏｗ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ ＬＬＣ）から市販さ
れている）。

【００３９】 本発明の軸受の製作に用いられる任意の適当な高性能ポリマーは、スリーブを
製作するのに適当な任意のエラストマーとを組み合わせて、本発明の軸受／エラ
ストマースリーブシステムを形成することができる。

【００４０】 特定の実施形態では、中心線を有する回転軸のための軸受システムは、 （ａ）軸が回転する円筒形の空間を有する軸受であって、円筒形の空間は中心
線を有し、約０．０１から約２．５ＭＰａ・ｍ／秒の範囲のＰＶ値で求めた場合
、約２×１０^-6から約２×１０^-5ｍｍ³／時間の範囲の摩損値を有するポリマー
から作製された軸受と、 （ｂ）均一な肉厚と軸受が締まりばめで入っている円筒形の空間を有するスリ
ーブであって、約２０から約３０℃の範囲の温度で求めた場合、少なくとも約０
．０２の損失正接値を有するエラストマーから作製されたスリーブとを備えるこ
とができ、 軸の回転に潤滑剤が用いられず、軸の中心線が軸受の中心線と平行である間、
軸の運動によって、スリーブが圧縮可能である。

【００４１】 他の実施形態では、中心線を有する回転軸のための軸受システムは、 （ａ）軸が回転する円筒形の空間を有する軸受であって、円筒形の空間が中心
線を有し、約０．０１から約２．５ＭＰａ・ｍ／秒の範囲のＰＶ値で求めた場合
、約０．３以下の摩擦係数を有するポリマーから作製された軸受と、 （ｂ）均一な肉厚、および軸受が締まりばめで入っている円筒形の空間を有す
るスリーブであって、約２０から約３０℃の範囲の温度で求めた場合、少なくと
も約０．０２の損失正接値を有するエラストマーから作製されたスリーブとを備
えることができ、 軸の回転に潤滑材が用いられず、軸の中心線が軸受の中心線と平行である間、
軸の運動によって、スリーブが圧縮可能である。

【００４２】 本発明は、下記の実施例によってさらに十分に実証される。実施例の第３およ
び第４試験が、本発明に従って行われたものである。

【００４３】 軸受のレベルでこすれることによって発生する騒音と振動の現象を理解するた
めに、計器を用いた実験台が作成された。小さな電気モータのロータが同様な特
性のジェフコットロータ（Ｊｅｆｆｃｏｔ ｒｏｔｏｒ）（質量４７０グラム、
偏心度６．１０^-6ｍ、２つの軸受間の距離８０ｍｍ）に置き換えられた。ベント
リーネバダ（Ｂｅｎｔｌｙ Ｎｅｖａｄａ）ベンチは、軸の水平および垂直位置
の修正が可能なように取り付けられた。データ収集は、ベントリーネバダベンチ
システムのコンピュータソフトウェアによって制御された。軸受の動きは、変位
の軌道を記録するために水平および垂直に取り付けられた、各軸受に２つずつの
近接センサーによって測定された。高速度カメラが、軸受の動きを記録するため
に取り付けられた。カメラは、動作を明瞭に映像化するために、１秒当たり４０
，５００枚までの写真を記録することができた。動きは、録音付きの通常のカメ
ラでも記録された。

【００４４】 外径１４ｍｍ、長さ６ｍｍのポリイミド軸受（イー・アイ・デュポン・ドゥ・
ヌムール・アンド・カンパニーによって、Ｖｅｓｐｅｌ（登録商標）部品および
成形品として製作されているものなど）が、１０ｍｍの軸径を支持する金属保持
器に取り付けられた。０．１ｍｍから０．２ｍｍの動作すきまが試験用に選ばれ
た。軸は、水平位置に対して４５°の角度に設定され、「逆旋回」（“ｒｅｖｅ
ｒｓｅ ｗｈｉｒｌ”）効果（すなわち、システムの不安定性）が促進された。
次いで軸速度が徐々に上げられた。

【００４５】 第１試験では、動作すきま０．１ｍｍで軸受が用いられた。鳴き騒音を伴う逆
旋回現象は、２，６６４ｒｐｍで現れた。記録された逆旋回速度は４，８０３ｒ
ｐｍであった。

【００４６】 第２試験は、動作すきま０．１ｍｍで行われた。逆旋回および騒音は、２，７
５６ｒｐｍで現れ、逆旋回速度は５，１９０ｒｐｍであった。

【００４７】 第３試験は、動作すきまが０．１６ｍｍで、外形が２２ｍｍのＨｙｔｒｅｌ（
登録商標）６３５６熱可塑性エラストマーリングによって囲まれた軸受を用いて
行った。この現象は２，８２７ｒｐｍで現れ、逆旋回速度は６，３８０ｒｐｍで
あった。Ｈｙｔｒｅｌ（登録商標）熱可塑性エラストマーリングの測定された減
衰特性は、約４％であった。

【００４８】 第４試験では、さらに大きなすきま（通常、安定性にはマイナスの効果がある
）０．２ｍｍを用いた。ポリイミド軸受は、直径２２ｍｍのネオプレンエラスト
マーリングによって囲まれていた。逆旋回効果は約６，０００ｒｐｍまで起こら
ず、したがって以前の試験で検出された鳴き騒音は防止された。エラストマーの
減衰特性は、約１０％であると計算された。それにもかかわらず、カメラ記録を
分析すると、左から右への軸の動きが示されたが、軸自体の回転は無かった。軸
受に対する軸の衝撃の減衰が、振動および騒音レベルの低減の理由であると判断
された。

【００４９】 エラストマースリーブの減衰効果は、モータが、第１および第２試験よりはる
かに高速に達するまで、逆旋回が始まらなかったという事実によって、第３およ
び第４試験において示されている。

【００５０】 本発明の好ましい実施形態を、実施例を用いてこうして説明したが、当業者に
とって、特許請求の範囲に述べた本発明の範囲から逸脱することなく、修正およ
び適合を加えることができることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】 本発明の軸受システムの断面図である。

【図１Ｂ】 本発明の軸受システムの側面図である。

【図２Ａ】 金属保持器に結合した本発明の軸受システムの断面図である。

【図２Ｂ】 金属保持器に結合した本発明の軸受システムの側面図である。

【図３Ａ】 本発明のエラストマースリーブによって囲まれたフランジ付き軸受の断面図で
ある。

【図３Ｂ】 本発明のエラストマースリーブによって囲まれたフランジ付き軸受の側面図で
ある。

【図４Ａ】 金属保持器に結合した本発明のエラストマースリーブによって囲まれたフラン
ジ付き軸受の断面図である。

【図４Ｂ】 金属保持器に結合した本発明のエラストマースリーブによって囲まれたフラン
ジ付き軸受の側面図である。

【図５】 本発明を具体化したモータの側面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン リュック ボゼット ベルギー ビー−ビー4140 スプリモント ベトン エヌ 12 (72)発明者 ピエール ポイザット ベルギー ビー−ビー4845 ジャルヘイ アルベスパイン エヌ 34 Ｆターム(参考） 3J011 AA03 BA02 DA01 KA02 KA03 SC02 SC03 SC13 SC14 3J012 AB07 BB01 BB02 DB07 DB08 DB13 FB01

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心線を有する回転軸のための軸受システムであって、 （ａ）軸が回転する円筒形の空間を有する軸受であって、前記円筒形の空間は
   中心線を有し、前記軸受は約０．０１から約２．５ＭＰａ・ｍ／秒の範囲のＰＶ
   値で求めた場合、約２×１０^-6から約２×１０^-5ｍｍ³／時間の範囲の摩損値を
   有するポリマーから作製された軸受と、 （ｂ）均一な肉厚と前記軸受が締まりばめで入っている円筒形の空間を有する
   スリーブであって、前記スリーブは約２０から約３０℃の範囲の温度で求めた場
   合、少なくとも約０．０２の損失正接値を有するエラストマーから作製されたス
   リーブとを備え、 前記軸の回転に潤滑剤が用いられず、前記軸の中心線が前記軸受の中心線と平
   行な間、前記軸の運動によって、前記スリーブが圧縮可能であることを特徴とす
   る軸受システム。
2. 【請求項２】 約０．０１から約２．５ＭＰａ・ｍ／秒の範囲のＰＶ値で求
   めた場合、前記ポリマーは約０．３以下の摩擦係数を有することを特徴とする請
   求項１に記載の軸受システム。
3. 【請求項３】 前記摩擦係数が約０．２以下であることを特徴とする請求項
   ２に記載の軸受システム。
4. 【請求項４】 前記ＰＶ値が、約０．０５から約０．２５ＭＰａの範囲の圧
   力と約０．２から約１０ｍ／秒の範囲の速度とから得られることを特徴とする請
   求項１に記載の軸受システム。
5. 【請求項５】 前記ポリマーが、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミ
   ド、アセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポ
   リエーテルイミド、液晶ポリマー、フルオロポリマー、フェノール樹脂、ポリエ
   ーテルスルフィド、ポリフェニルスルフィド、ポリフェニルスルホンからなる群
   から選択されることを特徴とする請求項１に記載の軸受システム。
6. 【請求項６】 前記ポリマーがポリイミドであることを特徴とする請求項１
   に記載の軸受システム。
7. 【請求項７】 前記エラストマーが、少なくとも約０．０８の損失正接値を
   有することを特徴とする請求項１に記載の軸受システム。
8. 【請求項８】 前記エラストマーが、少なくとも３０のショアＡ硬さ値を有
   することを特徴とする請求項１に記載の軸受システム。
9. 【請求項９】 前記エラストマースリーブが、熱可塑性エラストマー、架橋
   エラストマー、ならびに天然および合成ゴムからなる群から選択される材料を含
   むことを特徴とする請求項１に記載の軸受システム。
10. 【請求項１０】 前記エラストマースリーブが、ネオプレンゴムおよびポリ
    （エーテル／エステル）エラストマーの１種または複数から作製されることを特
    徴とする請求項１に記載の軸受システム。
11. 【請求項１１】 前記エラストマースリーブを取り囲む金属リングをさらに
    備えることを特徴とする請求項１に記載の軸受システム。
12. 【請求項１２】 前記軸受は、前記エラストマースリーブによって、長手方
    向に一部だけ包み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の軸受システム
    。
13. 【請求項１３】 中心線を有する回転軸のための軸受システムであって、 （ａ）軸が回転する円筒形の空間を有する軸受であって、前記円筒形の空間は
    中心線を有し、前記軸受は約０．０１から約２．５ＭＰａ・ｍ／秒の範囲のＰＶ
    値で求めた場合、約０．３以下の摩擦係数を有するポリマーから作製されている
    軸受と、 （ｂ）均一な肉厚と前記軸受が締まりばめで入っている円筒形の空間を有する
    スリーブであって、前記スリーブは、約２０から約３０℃の範囲の温度で求めた
    場合、少なくとも約０．０２の損失正接値を有するエラストマーから作製されて
    いるスリーブとを備え、 前記軸の回転に潤滑剤が用いられず、前記軸の中心線が前記軸受の中心線と平
    行な間、前記軸の運動によって、前記スリーブが圧縮可能であることを特徴とす
    る軸受システム。
14. 【請求項１４】 前記摩擦係数は、約０．２以下であることを特徴とする請
    求項１３に記載の軸受システム。
15. 【請求項１５】 前記ポリマーは、約０．０１から約２．５ＭＰａ・ｍ／秒
    の範囲のＰＶ値で求めた場合、約２×１０^-6から約２×１０^-5ｍｍ³／時間の範
    囲の摩損値を有することを特徴とする請求項１３に記載の軸受システム。
16. 【請求項１６】 前記ＰＶ値は、約０．０５から約０．２５ＭＰａの範囲の
    圧力と約０．２から約１０ｍ／秒の範囲の速度とから得られることを特徴とする
    請求項１３に記載の軸受システム。
17. 【請求項１７】 前記ポリマーは、ポリイミドであることを特徴とする請求
    項１３に記載の軸受システム。
18. 【請求項１８】 前記エラストマーは、少なくとも約０．０８の損失正接値
    を有することを特徴とする請求項１３に記載の軸受システム。
19. 【請求項１９】 前記エラストマースリーブは、ネオプレンゴムおよびポリ
    （エーテル／エステル）エラストマーの１種または複数から作製されることを特
    徴とする請求項１３に記載の軸受システム。
20. 【請求項２０】 請求項１または請求項１３に記載の軸受システムを有する
    ことを特徴とする分数馬力モータ。