JP2005520101A

JP2005520101A - 接触式軸受

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Publication number: JP2005520101A
Application number: JP2003576829A
Authority: JP
Inventors: ピー．スー、ナム; スウィートランド、マシュー
Original assignee: Tribotek Inc
Current assignee: Tribotek Inc
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2005-07-07
Also published as: DE60205667T2; CN1623047A; US20030174919A1; EP1485629B1; EP1485629A1; DE60205667D1; AU2002346649A1; WO2003078855A1

Abstract

対向軸受面に対する制御された相対移動を支持及び許容する軸受（２４，８６）。軸受は摩擦及び磨耗に対処する面を組み込むことにより耐用寿命を延長させるように構成される。軸受（２４，８６）は基板から延出する複数の支持部材（２８）を含む。また、複数の支持部材（２８）は対向軸受面を介して基板に付与される荷重を支持する。更に、複数の支持部材（２８）は対向する軸受間における運動滑動状態を許容する。この支持部材（２８）は独立して移動して、支持部材（２８）と対向する軸受の間にある不整を受け入れることにより、すき跡の形成を低減するとともに、軸受の磨耗を最小限にする。支持部材（２８）はまた、対向軸受面間において特定の運動非滑動状態を許容しつつ、他の運動非滑動状態を阻止するように構成される。

Description

本発明は接触式軸受に関し、より詳細には耐用年数が長期化した摺動接触式軸受に関する。

軸受は幅広い多様な用途に使用されている。代表的な用途例には単純な扉用蝶番、内燃機関、頑丈な建設用機器、及び軸受を腐食性材料、研磨粒子或いは非潤滑環境にさらすその他の用途が含まれる。これらの用途及びその他の用途において、軸受は直線運動、回転運動或いはそれらの組み合わせのいずれかを介して、接続された物体を相対移動させつつその物体間の接触力を支持する。

軸受を長期に亘り使用すると磨耗が生じ、性能が悪化する。磨耗は摩擦の増加により生じることが多く、摩擦は物体間の相対移動に対する抵抗である。磨耗を引き起こす摩擦の原因には、軸受にすき跡を形成する（例えば切削する）遊離粒子、及び軸受面における凹凸（例えば面の不整）の相互作用が含まれる。

従来の軸受では、一方の面をその面と接触する面よりも極めて柔軟にすることにより、すき跡形成の問題に取り組んできた。この場合、大部分のすき跡はより柔軟な素材に形成され、結果的にエネルギー消費が少なくて済み、従って比較的硬質な材料を採用した場合よりも摩擦が少なくなる。より柔軟な材料を採用するとまた、遊離粒子はより柔軟な面に埋め込まれ、従って実質的には両面の接触部分から移動させられる。これにより粒子が軸受面において相互に作用しなくなることから、摩擦を減少させる効果をも有する。従来の軸受では又、粒子を軸受面から収集する粒子収集装置を導入し、軸受面間における粒子の量を減少させることによりすき跡の形成を低減させている。

凹凸の相互作用については従来から取り組まれている。例えば、軸受面の仕上げ加工を改良することにより、凹凸の量及び程度を軽減させる。
すき跡の形成或いは凹凸の相互作用は、ある種類の軸受にとってはそれ程問題ではない。例えば、操作の間において通常は相互に直接的に接触しない流体式軸受においては、すき跡の形成及び凹凸の相互作用はあまり懸念されない。

本発明の軸受は、対向軸受面を支持するとともに、対向軸受面間の相対移動を許容するように構成される。軸受は摩擦及び磨耗の幾つかの原因に対応する面を組み込むことにより、長期耐用性を備えるように構成される。

本発明の一態様において、接触式軸受は弾力性を有する基板と、基板から延出する複数の支持部材とを含む。複数の支持部材は対向軸受面を支持するように構成及び配置される。基板の弾力性により、複数の支持部材の少なくとも１個は、隣接する少なくとも１個の支持部材が対向軸受面の支持部の少なくとも一部を支持した状態で、対向軸受面と複数の支持部材の少なくとも１個との間にある凹凸或いは破片を受け入れるように移動する。

本発明の別の態様において、接触式軸受は基板と、基板から延出する複数の支持部材とを含む。複数の支持部材は対向軸受面を支持するように構成及び配置される。複数の支持部材の少なくとも１個は、隣接する少なくとも１個の支持部材が対向軸受面の支持部の少
なくとも一部を支持した状態で、対向軸受面と複数の支持部材の少なくとも１個との間にある凹凸或いは破片を受け入れるように移動させられる。また、複数の支持部材の各々は対向軸受面と接触する第１領域と、基板と係合する第２領域とを含み、第２領域は第１領域よりも大きい。

本発明の別の態様において、接触式軸受は基板と、基板から延出する複数の支持部材とを含む。複数の支持部材は対向軸受面を支持するように構成及び配置される。複数の支持部材の少なくとも１個は、隣接する少なくとも１個の支持部材が対向軸受面の支持部を支持している状態で、対向軸受面と複数の支持部材の少なくとも１個との間にある凹凸或いは破片を受け入れるように移動させられる。複数の支持部材はマトリックス状に配置される。

本発明の更に別の態様において、接触式軸受は基板と、基板に埋設されるとともに基板から延出する複数の支持部材とを含む。複数の支持部材は対向軸受面を支持するように構成及び配置される。複数の支持部材の少なくとも１個は、隣接する少なくとも１個の支持部材が対向軸受面の支持部を支持した状態で、対向軸受面と複数の支持部材の少なくとも１個との間にある凹凸或いは破片を受け入れるように移動させられる。複数の支持部材の各々は対向軸受面と係合可能な第１端部と、基板に埋設される第２端部とを含む。

本発明の更に別の態様において、接触式軸受は基板と、基板から延出する複数の長ピン状支持部材とを含む。複数の支持部材は対向軸受面を支持するように構成及び配置される。複数の支持部材の少なくとも１個は、隣接する少なくとも１個の支持部材が対向軸受面を支持している状態で、対向軸受面と複数の支持部材の少なくとも１個との間にある凹凸或いは破片を受け入れるように移動させられる。

本発明の付加的な態様において、接触式軸受は基板と、基板から延出する複数の支持部材とを含む。複数の支持部材は対向軸受面を接触状態で支持するように構成及び配置される。複数の支持部材の少なくとも１個は、隣接する少なくとも１個の支持部材が対向軸受面の支持部の少なくとも一部を支持している状態で、対向軸受面と複数の支持部材の少なくとも１個との間にある凹凸或いは破片を受け入れるように移動させられる。第１組の支持部材は第１可撓性を有するとともに、第２組の支持部材は第１可撓性とは異なる第２可撓性を有する。

本発明の別の態様において、接触式軸受は基板と、基板から延出する複数の支持部材とを含む。複数の支持部材は摺接により対向軸受面を支持するように構成及び配置される。複数の支持部材の少なくとも１個は、隣接する少なくとも１個の支持部材が対向軸受面の支持部の少なくとも一部を支持している状態で、対向軸受面と複数の支持部材の少なくとも１個との間にある凹凸或いは破片を受け入れるように移動させられる。複数の支持部材は接触式軸受と対向軸受面との間における第１の運動非滑動状態を略阻止するとともに、接触式軸受と対向軸受面との間における第２の運動非滑動状態を略許容する。第１状態は第２状態と異なる。

本発明の更に別の態様において、接触式軸受は基板と、基板から延出する複数の支持部材とを含む。複数の支持部材は運動滑動状態において対向軸受面を支持するように構成及び配置される。複数の支持部材の少なくとも１個は、隣接する少なくとも１個の支持部材が対向軸受面の支持部の少なくとも一部を支持している状態で、対向軸受面と複数の支持部材の少なくとも１個との間にある凹凸或いは破片を受け入れるように移動させられる。第１組の複数の支持部材により対向軸受面は基板へ接近する方向に移動させられ、第２組の複数の支持部材により対向軸受面の基板へ接近する方向への移動が略阻止される。

本発明の複数の実施形態は同様な効果を共有するとは限らず、同様な効果を共有する実施形態であっても、全ての状況下において同様な効果を共有するとは限らない。従って、本発明は耐用寿命の長期化及び／又は高性能特性等の記載された効果を含む多くの効果を提供する。

本発明の更なる特徴及び効果は、多様な実施形態の構成と共に、添付の図面を参照しつつ以下に詳述する。

一態様において、同一出願人による同時継続の米国特許出願番号１０／１６７，０７０に記載したように、軸受は基板から延出する複数の支持部材により形成される局所弾性面を含む。なお、上記出願はここで言及することにより全内容が本明細書に組み込まれる。同時に、複数の支持部材は、基板と対向軸受面の間の摺り移動を許容しつつ、対向軸受面を介して基板に付与される荷重を支持する。支持部材は、支持部材と対向する軸受の間に存在する凹凸或いは遊離粒子等の不整を受け入れるように、独立して移動或いは屈曲する。この意味において、軸受の局所領域は不整を受け入れるために弾性的であると見なされる。この局所弾性面によって不整を受け入れることにより、磨耗が低減するとともに軸受の耐用寿命が長期化する。

局所弾性軸受を形成するために、多様な構成を使用することができる。ある実施形態において、局所弾性軸受は片持ち梁により形成されており、梁は基板から一体的に延出する。片持ち構造の性質により、支持部材は屈曲する。別の実施形態において、支持部材は弾力性を備えた基板（例えば弾性ヤング係数が比較的低いもの）から延出し、基板の弾力性により支持部材は屈曲する。支持部材は基盤に埋設されてもよい。また、埋設された支持部材と基板の接触領域を増加させて、支持部材と基板の間における応力を減少させることにより、軸受の耐用寿命は長期化する。

軸受はまた、軸受の一部分と対向軸受面とが相互に接近するように移動させられる運動非滑動状態を許容する。この態様において、一組の支持部材は集団的に移動して、対向軸受面と支持部材の間における荷重分配を補助する。この意味において、軸受の‘広範囲’領域が屈曲して荷重を受け入れるに対応する。このような集団的即ち広範囲な移動により、ピーク接触圧力が低減する。この広範囲弾性軸受面におけるピーク圧力の減少により、軸受の耐用寿命が長期化する。

別の態様において、軸受のより大きな屈曲性を有する部分によって対向軸受面により大きな加圧力が付与されると、運動非滑動状態の程度が大きくなる。軸受の他の部分はより小さな屈曲性を有するように構成されており、より小さな加圧力を許容することにより、その他の運動非滑動状態を阻止する。より大きな屈曲性を有する支持部材、より大きな屈曲性を有する弾性基板、或いはより少ない支持部材が軸受の屈曲性がより望まれる部分に使用される。ニーズに合わせて変更可能な弾性を備えるように、屈曲の程度を変更可能な軸受が構成されてもよい。この軸受はまた、適切な用途において軸受の耐用寿命を長期化させるという利点を有する。

上述の構成の１個或いはそれ以上を独立して或いは組み合わせて軸受に組み込むことが可能であり、軸受の耐用期間にわたり軸受の耐用寿命の長期化及び／又は摩擦の低減が可能となる。

図面、とりわけ図１〜図４は本発明の実施形態及び用途を示す。図１は、円柱状ベアリング２４を介して物体２２内に取り付けられる軸２０を示す。このような構成により、軸及び物体間における運動滑動状態、例えば中央軸２６周りにおける軸の回転或いは中央軸
に沿う移動等が許容される。軸受２４は、摩擦特性が低減させられている荷重担持面２１を備えることにより、軸及び物体間の相対移動を補助する。軸受２４はまた取り外し及び取り替えが可能であり、軸受面２１の１個が破損或いは磨耗した時には、軸全体或いは相手側物体を取り替える必要がない。図１の軸受２４は軸２０又は物体２２に固定されており、或いは軸及び物体の両方に対して浮遊する。軸受２４は１個の完全な円柱状部分を備え、或いは１個の完全な円柱又は部分的な円柱を共に形成する複数の部分を備える。一対になる２個の独立した軸受は同心に配置されており、軸２０に固定される第１軸受と、物体２２に固定されるとともに第１軸受と対向させられる第２軸受とを備える。或いは、軸及び／又は物体には軸受２４と直接接触する対向軸受面を有する。

本軸受によれば、自動制御方法により摺接が許容される。即ち、対向軸受面間における特定の運動滑動状態は、他の運動非滑動状態が阻止或いは実質的に制限された状態において許容される。運動滑動状態という用語はここでは、対向ベアリング間における加圧量、即ち同意義的には支持部材の移動量が実質的に一定である運動を表す。例えば、図１の円柱状軸受２４は軸の中央軸２６周りにおける回転を許容するとともに、同軸に沿った移動を許容する。これらの運動状態の各々において、支持部材の移動量は実質的に一定である。対向軸受面は一般的に、運動滑動状態の間には相互に平行な方向に移動する。図１の軸が中央軸と直交する方向に移動し、或いは中央軸以外の軸周りに回転するならば、軸面の部品は支持部材へより接近し、或いは支持部材へより大きく加圧される一方、その他の部品は支持部材から離間し、或いは支持部材へより小さく加圧される。これらの状態は運動非滑動状態の例である。運動滑動状態は運動非滑動状態と同時に発生することが多い。このようにして、非滑動状態が滑動状態と同時に生じる時には、非滑動状態という用語は運動非滑動部分を表すために使用される。運動非滑動状態が生じているとの記載は、滑動運動が生じ得ないことを意味するのではない。また、運動滑動状態が生じているとの記載は、運動非滑動状態が生じ得ないことを意味するのではない。

図２〜図４に示すように、局所弾性面４０は基板３０から延出する支持部材２８のマトリックス状配置即ち配列を備える。本実施形態の支持部材は協働して円柱状軸受４０の内面３２を形成し、円柱状軸（図示なし）の対向軸受面を支持する。各支持部材２８は基板に取り付けられる第１端部３４と、摺接状態で軸と接触するとともに軸を支持する第２端部３６とを含む。これらの支持部材２８が独立して移動することにより、その面は遊離粒子を受け入れ、そのように構成されていなければすき跡に起因して生じる破損を低減させる。独立移動によりまた、その面は凹凸或いはその他の面不整との接触から生じる破損を低減する。この意味において、支持部材の独立移動によりその面上の局所点における不整を受け入れつつ、面３２は対向軸受面を支持する。このため、その面は局所弾性的であると説明される。図２及び図２Ａに示す実施形態において、支持部材は内側円柱状面３２に形成される。図３において、支持部材は外側円柱状面４６上に図示されている。図４において、支持部材は内側円柱状面３２及び外側円柱状面４６の両方上に図示されている。

支持部材の独立移動は、対向軸受間におけるより多くの荷重をその他の支持部材に担持させることにより、対向軸受面とあらゆる不整との間に作用する圧力を低減する。これにより凹凸等の面不整がより高い圧力にさらされることがない。この高い圧力は面不整を軸面から取り除き遊離粒子にさせる。また、遊離粒子或いは面不整がより高い圧力にさらされることがない。この高い圧力により、遊離粒子或いは面不整は軸受面間から取り除かれる前に軸受面にすき跡を形成する。支持部材は対向面へ付勢されており、従って支持は不整を受け入れるように屈曲すると対向面を直接的に支持するように戻される。

上述したように、局所弾性面は磨耗及び摩擦の幾つかの原因に対処する。原因には遊離粒子による軸受へのすき跡形成及び凸凹の相互作用による軸受の破損が含まれており、以下に詳述する。すき跡の形成は図５Ａに示されており、塊状の粒子５４が軸受間に滞留し
た状態で２個の従来の軸受４８が相対的に滑動している。２個の対向する従来の軸受４８間における凹凸４４の相互作用は図５Ｂに示す。

すき跡の形成において、対向軸受間に位置する粒子４２即ち塊状の粒子５４は、対向軸受間における荷重が塊状粒子の周囲に集中させられる時に、高接触圧力点を生成する。この高接触圧力は粒子を軸受４８に滞留させて破損を生じさせる。軸受４８が相対的に滑動し続けると、滞留した粒子は軸受面の一方或いは両方に沿って引きずられて更なる破損を引き起こし、典型的には隆起端縁を伴う溝により特徴付けられるすき跡５０を形状する。磨耗破損を引き起こすのに加えて、すき跡５０の形成過程及びすき跡により残される粗面は軸受面間の摩擦を増加させる。

粒子により軸受にすき跡が形成されるときに粒子は付加的な磨耗粒子４２を生成し、磨耗粒子４２は軸受から離脱させられる。これらの新しい粒子はより大きな粒子塊となり、軸受面に滞留するとともに更なるすき跡破損を引き起こす。この現象が継続すると、層間剥離が軸受面の一方或いは両方に生じる。層間剥離とは、軸受面の一方から材料がシート状に取り除かれることである。層間剥離は軸受面の破壊であり、結果的には重大な磨耗や摩擦の増加、潜在的に破滅的な故障さえも生じさせる。

ここで用いられている凹凸４４は、図５Ｂに示すように軸受４８上のあるレベルに存在する小さい突出部である。凹凸の多くは、対向軸受面が荷重を支えるように相互に接触させられた時に対向軸受面の凹凸４４と強制的に接触させられる。凹凸の相互作用はあるレベルにおいて軸受面間の接触力を支持するように生じるが、より大きな凹凸は面間における摩擦及び磨耗のより大きな一因となる。凹凸４４は相互に作用した時に面から離脱させられて、遊離粒子４２となる。殆どの凹凸は直径１〜５ミクロンの寸法範囲にあるが、面を形成するために利用される製造過程に応じて直径０．５〜３０ミクロンの範囲或いはそれ以上となる。軸受が相対移動させられる時に面から離脱させられ且つ軸受間に滞留する凹凸はより大きな粒子塊となり、すき跡形成現象の一因となる。粒子塊５４は５ミクロンから数百ミクロンの間の寸法範囲にある。すき後を形成し得るその他の異質残骸粒子は典型的には２０から８０ミクロンの間の寸法範囲にある。しかしながら、対向軸受面間に嵌合するあらゆる粒子は異質残骸であってすき跡を形成すると考えられる。

本発明の実施形態において、図６は図２Ａに示す支持部材の拡大図である。ここで、局所弾性面４０は複数の支持部材２８を含み、支持部材２８は基板３０から直交方向に延出する端部を有する。本実施形態において、支持部材は矩形断面を有し、長さはその幅の約３〜１５倍とされる。しかし、本発明により予期される多くのその他の形状寸法と同様に、本発明はこれらの外形寸法に限定されない。支持部材は離間して配置されることによりその間に間隙５６を形成する。本実施形態において間隙５６は支持部材と略同様の断面寸法を有する。間隙５６は、対向軸受間から粒子を容易に除去する通路を提供する。この間隙５６により、粒子が軸受を破損させる傾向は減少する。粒子は間隙内に落下させられないと、おそらく軸受の端縁５７から出されることにより徐々に軸受間から取り除かれる。

図６に示す実施形態では、各支持部材２８の４側面に配置される間隙５６を有する。しかしながらその他の実施形態において、間隙は軸受の端縁５７から軸受の対向端縁まで連続的に延出しており、軸受の一方側から別の側まで軸受を貫通する障害のない通路が形成される。そのような通路によって、蓄積した粒子を取り除くために間隙へ容易に接近することができる。図６の実施形態は、いずれか側に同寸法の間隙を備えてマトリックス状に配置された支持部材を示す。しかしながら、本発明はこの点については限定されないので、別の実施形態においては、他の規則的なマトリックス状形状に、或いは不規則的なマトリックス状形状に配置される支持部材を有する。間隙はまた、支持部材によりその他の間隙から実質的に離間させられるように図示されている。しかしながら、本発明はこの点に
ついては限定されないので、間隙は支持部材の全側面の周囲に連続的に延出し、或いはその他の形状を備えてもよい。

図７に示すような別の実施形態において、物質５８は間隙５６に配置される。間隙５６は隣接する支持部材により画定される。この物質は間隙５６の一部或いは全体に存在する。本発明はこの点については限定されないので、物質５８は間隙全体或いは間隙の一部のみを充填する。物質５８は支持部材２８を更に支持し、或いは単に空間充填物質を含み遊離粒子の蓄積を阻止する。遊離粒子はそのように構成されていなければその中に滞留し、支持部材の十分な屈曲を妨げる。この物質は支持部材の屈曲に悪影響を及ぼすことがない高可撓性物質である。別の実施形態において物質は潤滑剤を含み、潤滑剤は長期に亘り軸受へ提供される。これは支持部材が磨耗するにつれて自然に生じる。なぜなら、軸受に発生する熱によって潤滑剤の速度は変化し、その潤滑剤は軸受へ向けて或いは別の機構を介して移動させられるからである。他の実施形態において、幾つかの支持部材（例えば５個毎の支持部材）は固体潤滑剤により形成されてもよく、固体潤滑剤は例えば黒鉛であり、長期に亘り軸受面へ提供される。

図２の円柱状軸受において、軸２０と別の物体２２の間における運動滑動状態を許容する局所弾性内面を備えた軸受が示されている。図３及び図４は局所弾性円柱状軸受の別の実施形態を示す。図３の実施形態は局所弾性外側円柱状面４６を備える。この軸受は軸の外面に固定されており、物体２２及び軸間における運動滑動状態を許容する。図４の実施形態は内側及び外側円柱状面の両方に局所弾性面４０を有する。この軸受は軸２０及び別の物体（図示なし）の内側円柱状面の間に位置しており、軸２０及び物体２２の面の間に浮遊して軸２０、軸受２４及び物体間の相対移動及び／又は相対回転を支持する。これら軸受の局所弾性面４０は従来の軸受或いは軸と接触するように構成されているが、局所弾性面により別の軸受と接触してもよい。

図３及び図４に示す両実施形態の外側円柱状面は直線状支持部材を備えており、直線状支持部材は基板と直交しない方向に配置される。図２及び図４に示す実施形態の内側円柱状面３２はくの字形状を備えた支持部材を有しており、くの字形状支持部材は基板３０とやや直交するように配置される第２部分３６を有する。くの字部材の第１部分３４は略一定の断面面積を有しており、基板３０近くの部分における断面面積がより大きい支持部材の間において間隙５６を形成する。これにより、支持部材と対向軸受の間から取り除かれた遊離粒子４２を保持するための空間がより大きくなる。特定の局所弾性面４０を備えたこれらの軸受について図示しているが、本発明はこの点については限定されない。

図２、図３及び図４は支持部材２８を示しており、支持部材２８は基板３０の同じ側（例えば外側円柱状面或いは内側円柱状面）から異なる方向へ延出する。この特定の構成において、支持部材２８は異なる方向に延出する隣接の支持部材へ向けて屈曲し、短い距離だけ屈曲した後に隣接の支持部材と接触する。そのように構成されていなければ、支持部材は他の方向へ屈曲するときに大きく移動することになる。このようにして、支持部材２８は異なる方向へ別々に移動する。同様の結果は、支持部材の断面形状を変更することにより得られる。例えば、矩形断面は多様な方向への異なる曲げ特性を有することになる。当然のことながら、支持部材はどのような可撓性を備え、或いは同じ方向又は異なる方向を組み合わせた方向へ向けて延出してもよいので、本発明はこの点については限定されない。

図２〜図４の実施形態は、基板と一体的とされ且つ基板から片持ち状態の支持部材を示す。これらの図面に示す支持部材は比較的大きいが、好適には軸受の局所弾性面を構成する多数の比較的小さな支持部材を有する。例えば、１００平方ミクロン或いはそれ以下の断面面積を備えた支持部材は幾つかの実施形態では好ましい。しかしながら、特定の荷重
要件を備えた用途、或いはより大きな遊離粒子にさらされることが予想される用途では、より少ない及び／又はより大きな支持部材によって効果が得られる。また、多数の小型支持部材の製造に関連する費用は、数は少ないがより大型の支持部材を備えた軸受においてより望ましい。一実施形態において、支持部材は第２端部において約０．４ミリメートル×０．４ミリメートルの矩形断面面積を有する。別の実施形態において、支持部材は１ミリメートル×１ミリメートルの断面面積を有する。更に別の実施形態において、第２端部は２ミリメートル×２ミリメートルに達する断面面積を有する。また、ほとんどの支持部材は幅に対して３から１５倍の長さを有する。本発明はこの点については限定されないので、その他の適切な寸法を備えた支持部材を採用してもよい。充填密度は局所弾性面の記述特性であり、局所弾性面を形成するために使用される支持部材の数及び寸法に概して関連する。充填密度は支持部材端部及び対向軸受面の接触領域を支持部材端部が支持する対向軸受面の投影面積により割ることにより定義される。殆どの実施形態は約５０〜６０パーセントの充填密度を有するが、より大きな或いはより小さな充填密度も可能である。

図２及び図４に関して記載したように、支持部材はくの字形に形成され、図８Ａにも示すように第１直線部３４と第２直線部３６を備える。これら直線部３４、３６は（図２及び図４に示すように）いずれかが基板３０と直交するように配向させられ、或いは（図８Ａに示すように）いずれも基板と直交しない。くの字形の第１部及び第２部の断面領域は、長さ及び断面面積において同じとされ、或いは長さ及び断面面積の一方或いは両方において、一方が他方よりも大きくされる。（図８Ａに示すように）支持部材の第２部３６は基板３０と直交しないが、先端面６４の楔形状側６６は、遊離粒子４２が楔形状側６６に接近するにつれて、遊離粒子４２を間隙５６内へ向けさせる。端面６４の一方側６８は対向する軸受に対して鋭角をなしており、接近する遊離粒子４２が対向する軸受と第２端部３６の間に押し込まれると、支持部材の屈曲を促進させる。楔形状側６６及び鋭角形成側６８の形状は、支持部材２８の側部に斜角をつける或いは面取りを施すことにより形成され、或いは支持部材を異なる方法で配置することにより形成されるが、本発明はこの点については限定されない。

図８Ｂは、長さ方向に沿って断面面積が変化する支持部材を示す。断面面積を変化させることにより、特定の用途に所望される可撓性が得られる。また、支持部材の先端面６４は対向する軸受と長期に亘り接触して磨耗すると、その断面面積が大きくなる。端部７０が磨耗して支持部材の長さが短くなると、端面の対応面積７０は増加する。この状態が多くの支持部材において生じると、弾性軸受面の総面積が増加する。この面積の増加により各支持部材に生じる接触圧力が減少し、その後に生じる磨耗の速度も減少する。この流れにおいて、支持部材はその長さが減少しても、対向面を支持することができる。これが可能となるのは、支持部材には対向軸受面に対して予荷重が付与されて（即ち当初から屈曲させられて）おり、磨耗により支持部材の長さが減少するにつれても、支持部材は対向軸受面に対して同様の近接を維持するからである。

片持ち状支持部材２８の付加的な実施形態を図８Ｃ及び図８Ｄに示す。図８Ｃは基板３０と直交しないように配向させられた支持部材を示し、図８Ｄは鋭角形状７２を備えた支持部材を示す。これら支持部材の第２即ち先端部分３６は第１部分３４と同じ方向に延出するが、第２部分３６は基板と直交し或いは直交しなくても、基板から他の方向に延出するように構成されてもよい。鋭角形状７２は特定の用途に適するように一定湾曲或いは複合湾曲を有する。ここに記載するいずれの実施形態の支持部材２８も他の同一形状を有する支持部材と一緒に使用してもよく、或いは本発明により記載或いは予想される支持部材と組み合わせて使用してもよい。支持部材の多様な形状例が示されているが、他の適切な形状を有する支持部材を採用してもよく、本発明はこの点について限定されるべきではない。また、支持部材は先端部が凹凸或いは粒子を受け入れるように移動することが可能であれば、基板からいかなる適切な方向へ延出してもよい。従って、ある実施形態において
支持部材は基板に対して特定の角度θを有するように示されているが、支持部材が対向面へ向けて或いは対向面から離れるように移動する、例えば屈曲する或いは撓むのであれば、いかなる角度を採用してもよい。

図９は本発明の別の態様による直線状軸受８６を示す概略図である。この特定の軸受８６はＵ字形状断面８４を備えており、一方向への移動を案内する。しかしながら、本発明はこの点については限定されないので、別の実施形態では単に平面状軸受を備え、物体８７，８９は複数方向へ相対的に移動する。円柱状軸受２４と同様に、直線状軸受８６は物体８７，８９のいずれかに固定され、或いは同等に２物体間で浮遊させられる。直線状軸受８６はまた一対の軸受を備えており、各々は物体の一方に取り付けられる。直線状軸受８６は物体８７，８９間の連続的或いは断続的な接触に対応するように構成される。例えば断続的な接触では、第１物体は一方の端縁を通過することにより、第２物体から完全に離れるように滑動させられる用途において採用され、或いは第１物体は軸受から垂直方向に離れるように上昇させられる用途において採用される。

軸受は別の局所弾性面４０とも対向し得るが、通常の軸受４８と対向するように図示されている。図１０に示す特定の軸受は、その局所弾性面と平行な方向への移動或いは回転等の運動滑動状態を許容する。他の実施形態では、この運動を制限し或いは付加的な運動を許容する構成を組み込んでもよい。この付加的な運動には、軸受８６の他の軸受に対する揺動等の運動非滑動状態が含まれてもよい。

上述した実施形態に関連するあらゆる構成はまた、直線状軸受の構成に組み込まれてもよい。ここに記載する直線状及び円柱状の両軸受の構成は、直線或いは弓形部分の両方を備えた軸受に組み込んでもよい。本発明はこの点については限定されないので、例えば、直線状軸受は剛性の基板を備えた局所弾性面を含み、基板はそこから延出する一体的な支持部材を有しており、或いは支持部材が埋め込まれたエラストマー基板を有しており、或いはそれらが組み合わされる。

上述したように、局所弾性軸受の他の実施形態は、基板から延出する支持部材を含む。基板は弾力性を有しており、例えばエラストマー材料から形成される。これらの実施形態の幾つかにおいて、基板の弾力性だけでも剛性の支持部材２８を実質的に撓ませられる。別の実施形態において、基板の弾力性に加えて支持部材自体の屈曲性は、支持部材の屈曲を許容する。この種類の局所弾性軸受では、一体的な片持ち状の支持部材を利用して得られる効果と同様の効果が得られる。しかしながら、この種類の局所弾性軸受ではまた、支持部材と基板の間の圧力を減少させるという効果が得られる。弾力性を備えた基板を有する実施形態はまた、製造がより容易であり、或いは特定の用途により適合する。

図１４は基板１００に埋め込まれた支持部材を有する軸受の一実施形態を示す断面図である。基板は弾力性を備える。この例において対向軸受面は通常の軸２０を含む。軸受は円柱形状の一部であり、付加的な弾性基盤即ち箱体３３を含む。箱体３３は弾性基板１００と当接し且つ基板１００を支持する。箱体３３は連続的な鋳造エラストマー等の弾性材料により形成されるが、本発明はこの点については限定されないので、実質的に剛性の材料から形成されてもよい。

一定湾曲の弓形が図示されているが、本発明はこの点については限定されないので、湾曲はまた本実施形態或いは他の実施形態において変更されてもよい。この特定の実施形態において、支持部材は箱体３３と直接的に接触せず、弾性基板１００の一部により箱体から離間させられる。弾性基板を有する実施形態によれば、支持部材の基板１００に対する揺動或いは移動（直線状）を介して、局所弾性面の支持部材は小さく独立的に運動させられる。一方で、略剛性の基板を有する実施形態では、支持部材２８の圧縮或いは屈曲を介
してこれらの移動を概して達成する。揺動及び半径方向移動運動の例は、図１４において線Ｘ及びＹにより示されている。支持部材が揺動すると、その第２部分が移動する一方で末端部３５は略同じ位置に保持される。半径方向への移動の間に、支持部材全体はそれ自体の長軸５１に沿って移動する。当然のことながら、幾つかの実施形態において、揺動及び直線移動は同時に発生する。

基板と一体的な片持ち状支持部材が屈曲状態に置かれると、支持部材と基板の間における圧力の殆どは、基板と支持部材の間の移行部に近接した領域に集中させられる。支持部材が弾力性を備えた基板内で揺動及び／又は移動すると、支持部材及び基板間の荷重は、基板と支持部材の間における接触面２９の殆どに分配される。一体化片持ち状支持部材の実施形態において、この接触面は一般的に、基板と支持部材の間の移行部付近における面積よりも大きな面積を備える。結果的に、同様の荷重がより大きな面積に分配され、弾性基板を備えた軸受にはより小さな圧力が生成される。例えば、支持部材２８が基板に接着される範囲は、支持部材２８の周長に埋設されている支持部材２８の長さを掛けたものである。この面積は支持部材と基板の間の移行部面積よりも一般的に大きく、支持部材の断面面積と略等しい。

図１５は接触式軸受の別の実施形態を示しており、各円柱形ピン状支持部材の末端部３５は弾性基板１００に完全に挿入されており、末端部３５は支持外側箱体（図示なし）と接触する基板１００の外側面１０４と面一とされる。この実施形態において、支持部材は弾性箱体３３と直接的に接触するように配置されることから、支持部材の半径方向への移動は実質的に減少する。半径方向への移動は、剛性の箱体３３と組み合わせて使用される同様の実施形態においても阻止される。しかしながら、そのような実施形態において支持部材が僅かに可撓性を有する場合には、支持部材自体が揺動或いは屈曲することにより、独立して移動して不整を受け入れる。図１５の実施形態は基板１００の外側円柱状面と一致する支持部材の末端部３５を示しているが、末端部３５は箱体３３の内側円柱状面に対する揺動を促進するために球状とされてもよい。また、箱体の内側円柱状面には、揺動を促進し、或いはある半径方向の移動さえも許容するために、支持部材の端部３５を収容するポケット或いは他の構成が形成されてもよい。

図１６は第１エラストマー基板１０１及び第２エラストマー基板１０２を含む基板を有する本発明の一実施形態を示す。この特定の実施形態は図１５に図示する実施形態と同様であるが、付加的なエラストマー基板１０２が第１エラストマー基板１０１と剛性或いは弾性の箱体３３の間に配置される点が異なる。第２基板１０２は末端部３５を支持しているが、箱体３３及び支持部材２８の末端部３５を離間させる。この離間及び支持により、支持部材はエラストマー基板内において、揺動に加えて半径方向に独立して移動する。第１及び第２基板は異なる弾力性或いは同一の弾力性を有する材料により構成されてもよく、本発明はこの点については限定されない。支持部材に許容される揺動量及び半径方向移動量は、相違する基板の寸法或いは弾力性（或いは他の特性）又は箱体の弾性を変更することにより調節される。他の実施形態と同様に、支持部材は箱体の一方或いは両方に接着されてもよい。また、第１及び第２基板１０１，１０２は相互に及び／又は箱体３３自体に接着されてもよい。

図１７に示す実施形態では、各支持部材の末端部３５と基板１００の外側円柱状面１０４の間に空間３７を設けることにより、支持部材の半径方向への移動（即ち、長軸５１に沿った移動）が許容される。他の実施形態と同様に、剛性或いは弾性の箱体３３がエラストマー基板を包囲且つ支持するように設けられる。或いは、この実施形態及び他の実施形態は、軸受が使用される時に、既存の基盤即ち箱体がエラストマー基板１００を介して伝達される力を包囲及び支持する用途に直接的に用いられる。支持部材２８及び箱体の間の空間３７により、支持部材が移動して不整を受け入れる際に、各支持部材が単に移動する
ため、或いは揺動運動と組み合わされて移動するための空間が得られる。この実施形態又は別の実施形態において、支持部材は弾性基板に接着或いは固定される。これにより支持部材は基板内において規制されていない状態での滑動が阻止されるので、半径方向への荷重を半径方向に（長軸に沿って）一層支持する。

図１８に示す実施形態において、支持部材は第１エラストマー基板１０１のいずれか側を貫通する。第２エラストマー基板（図示なし）は第１基板の外側円柱状面の周囲に配置されるとともに、支持部材２８の末端部３９に接着される。第２エラストマー基板１０２の外側円柱状面１０４は、図１５に示す実施形態と同様に支持部材の末端部３５と面一とされ、或いは図１７の実施形態と同様に末端部３５はその面から凹まされる。支持部材と両基板との間の全接触領域を接着することにより、基板と支持部材の間における荷重の伝達を補助する。しかしながら、本発明はこの点については限定されておらず、他の実施形態では支持部材には１個の基板のみが接着され、或いは基板は接着されない。

幾つかの支持部材２８には張出し末端部３５が設けられてもよく、末端部３５は基板１０１に埋設されており、支持部材の半径方向への移動を一層補助する。図１９はその実施形態を示しており、第１及び第２基板（第２基板は図示なし）を含む。この張出し末端部は、極めて強化された装置が要求される用途において特に有益である。別の実施形態において、支持部材の張出し端部は、第２基板が設けられないか否かに拘らず、箱体（図示なし）と直接的に接触するように配置される。この実施形態では、半径方向の（即ち長軸に沿った）移動が制限される。或いは、張出し端部を備えることにより、第２基板により柔軟な材料が使用され、或いはより屈曲性を備えた装置が得られる。

図２０は円柱形状を備えたピン状支持部材２８を有する実施形態の一態様を示しており、支持部材２８は基板から非直交方向に延出する。この実施形態において、支持部材は半径方向への移動に代えて揺動するように非直交方向へ予め配置されるので、末端部３５とエラストマー基板１００の外側面１０４の間隔をあけることにより、支持部材の可撓性に対する影響は小さくなる。これらの支持部材は基板から同じ角度で同じ方向に延出するように図示されているが、本発明はこの点については限定されておらず、別の実施形態では基板からあらゆる方向に延出する支持部材を有する。

図１５〜図１９には弾力性を有する基板に埋設される円柱形状のピン状支持部材を備えた接触式軸受を示しているが、これらの実施形態又は本発明の他の実施形態と共に、支持部材のその他の形状或いは配置を採用してもよい。また、支持部材はあらゆる断面形状及び角度方向を有していてもよく、また図８Ａ〜図８Ｄに示し、或いは本開示により示唆される他の形態を備えてもよい。本発明はこの点については限定されない。

基板と一体的に形成される支持部材を備えるように形成された軸受と同様に、弾性基板を採用した実施形態においても、多数の断面面積の小さい支持部材を有すると好ましい。例えばある用途では、支持部材として非常に硬いしかし細い針金が使用されており、針金の断面面積は約１平方ミリメートルとされる。他の実施形態ではかなり大きな不整を受け入れるように構成される。幾つかの実施形態では、極めて大きな断面面積を有する支持部材及び／又はより大きな粒子４２を除去可能なより大きな間隙５６を備えることによりこの効果が達成される。他の実施形態では、幾つかのかなり小さな支持部材を移動させてより大きな粒子を受け入れることにより、同様の効果が達成される。概して、殆どの用途において支持部材は、軸受用途において発見が予期される粒子塊或いは異質粒子の断面面積と略同じ断面面積を有するように寸法が決められる。

支持部材は一般的に、支持部材が折れないような距離まで弾性基板の面１０６から延出する。この距離は一般的に支持部材を形成するために使用される材料、及び採用される支
持部材の断面形状により決定される。幾つかの実施形態において、支持部材をその平均断面寸法の３倍足らずまで延出させるという指針を利用することにより、支持部材が折れるという問題が回避される。これらの実施形態では、支持部材が移動して不整を受け入れるのに十分な空間が提供される。しかしながら、少し例を挙げれば支持部材及び／又は基板の材料や、支持部材の断面形状等の他の構成要素を調節することにより、支持部材の折れを避けることができるので、本発明はこの点については限定されない。

弾性基板１００を有する実施形態は全て、基板内まで十分に延出する支持部材を備えるように図示されている。しかしながら、他の実施形態では基板内まで僅かな距離だけ延出する支持部材を備える。また、他の実施形態では基板の表面に接着されるだけの支持部材を有する。これらの実施形態の支持部材は一般的に大きな断面面積を有するとともに、基板から短い距離だけ延出しており、より安定した支持部材の構成が得られる。この実施形態において、支持部材はエラストマー基板によって主に半径方向へ移動させられる。

エラストマー基板により或いは支持部材自体の屈曲運動を介して支持部材に付与される抵抗力は、支持部材の移動に伴い多様な方法で増加するように構成される。例えば、支持部材２８が特定の運動範囲において移動すると抵抗力は直線的に増加し、また、その移動の特定地点において抵抗力は急激に増加する。力と移動の様々な関係は、エラストマー基板を形成する際に使用される材料或いは製造過程の選択、支持部材形状の選択、又は支持部材の基板における配置の選択により定義され、或いは現在周知の或いは後から開発される他の要素により定義される。抵抗力と支持部材の移動の関係は、特定の軸受或いは軸受の一部における局所的な弾性量を制御するために、或いは軸受に許容される非滑動接触状態の量又は種類を制御するために採用される。

本発明の多様な実施形態は適切な方法により製造される。様々な支持部材形状、様々な支持部材材料、支持部材間の様々な間隔或いは他の特徴を混合した結果として生じる特定の特性を備えた局所弾性面を製作するために、あらゆる方法を使用することができる。例えば、図２〜図４、図１０及び図１１の実施形態において、複数の薄い座金状円板即ち板材７４が積み重ねられて、支持部材を含む軸受が形成される。弾力性を備えた基板を組み込んだ独立した座金状円板が図２１に示されている。薄板７４の積み重ね８２から軸受を形成するのは、特定の利益が得られる一方法である。例えば、積み重ねられた板から形成される軸受の構成は、容易に調節することができる。設計者は予め組み立てられた薄板構造物７４の構成を変更することにより、軸受を容易に構成することができる。特定の長さの軸受又はその他の寸法が所望される特定の用途のために、設計者は特定の長さに対応するために何枚の薄板７４が必要かを決定し、また板はどの種類の支持部材２８を備えるかを決定するだけでよい。

図２〜図４、図１０及び図１１の実施形態は薄板の積み重ねを含み、各板はそこから延出する支持部材２８を有するが、他の実施形態は隣接する板の間にスペーサ板（図示なし）を含む。各支持部材の全側面に空間を単に形成するだけで、別の技術により製造される実施形態においても同様の効果が達成される。また、基板から一体的に延出する支持部材を有する板は、図２１に示す板のような弾性基板と協働する支持部材を含む板と混合されてもよい。或いは、弾性基板と協働する支持部材を含む複数の板を採用して組み立て軸受が形成される。

軸受を形成する板は適切な技術を利用して相互に取り付けられる。図１０に示すような一実施形態において、各板７４に形成される穴８８にだぼ、鋲、或いはねじを嵌め入れることにより、板は相互に整列及び／又は固定される。本発明はこの点については限定されないので、つまみ、薄板の端縁に設けられる凹部、薄板の側部に配置される突起、又は接着、溶接、棒を使用して板を相互に取り付けてもよい。板７４を一緒に保持するために使
用される固定機構とともに板７４は図示されているが、他の用途では、相互に固定される板７４を必要としない。幾つかの用途においては、制御の間に板７４を相対的に移動させてもよい。また、本発明はこの点については限定されないので、他の用途では単一片材料から形成される局所弾性面を含み、板を相互に取り付ける必要がない。

積み重ねられる板、基板と一体的な支持部材、及びエラストマー基板と協働する支持部材から形成される軸受の実施形態が図示されている。これらの実施形態或いは他の実施形態は多くの技術を介して製造される。この技術の中には、例えば少し例を挙げれば機械加工、線材放電加工、剪断加工、レーザ切断加工、水切断加工等を介してモノリシック構造から材料を除去することにより、局所弾性面の全体或いは一部を形成する工程が含まれる。他の製造方法を介して、少し例を挙げればステレオリソグラフィー、３Ｄプリント加工、鋳造加工等の材料付加処理により局所弾性面は所定位置に形成される。他の実施形態はまた、材料の打抜き加工或いは屈曲により形成される。本発明により詳述及び予期される多様な実施形態はまた、薄板構造のような局所弾性面を形成する構成要素アセンブリを含む。局所弾性面が要素アセンブリから形成される実施形態において、独立した要素が適切な処理により取り付けられる。例えば、支持部材は基板が成形される時に基板に接着される。基板は形成される時に箱体に接着されてもよい。他の実施形態において、支持部材は基板が形成された後に基板に埋設されてもよい。更に他の実施形態は、基板内において自由に配置される支持部材を有する。アセンブリの多様な部品、或いはアセンブリ自体を形成するために利用される加工には、少し例を挙げると放射成形、射出成形、押し出し成形、鋳造が含まれるが、これらに限定されない。僅かな製造加工について記載したが、本発明はここに記載するあらゆる形状或いは加工に限定されないので、他の適切な加工を利用してもよい。

図１２は他の図面に示す方法とは異なる方法により形成される軸受の一例を示す。この軸受２４は複数の積み重ね板７４即ち弾性基板を備えるのではなく、１個の均質モノリシック材料片を備え、複数の支持部材２８が固定されることにより局所弾性面４０が形成される。この軸受の局所弾性面は円柱の中央軸と平行となるように多数の溝９２を切削することにより形成される。多数の薄片９４はまた円柱の中央軸と直交するように形成されており、溝と交差するとともに、基板３０の内方に延出する多数の支持部材２８を形成する。この特定の実施形態において、局所弾性面４０は内面３２全体を構成するのではなく、その一部を構成するだけである。他の実施形態では、内面全体又は外面４６の一部を構成するように形成され、又は所望する他種類の軸受の面に適するように形成される。この特定の軸受の実施形態は、荷重が一方向のみに付与される用途において使用することができる。この場合、軸受の対向する内側９６は通常の軸受面を備え、その面に対しては大きな力は付与されない。本実施形態の外側円柱状面４６はキー溝９８を含み、軸受に取り付けられる物体に対する軸受方向を固定する。本発明はこの点について限定されないので、このキー溝或いは同じ効果を達成する他の構成を本発明の別の実施形態に組み込んでもよい。

特定の材料について記載してきたが、本発明はこの点については限定されないので、材料から所望する可撓性を得られるのであれば、ここに記載する各支持部材及び／又は基板は例えばアルミニウム、銅、真鍮、青銅、鋼、ばね鋼チタン、ニッケルを含む材料、それらの組み合わせ、或いはそれらの合金により形成され、又はポリマー、エラストマー、ゴム、ナイロン等の非金属又は合成物等により形成されてもよい。また、異なる材料から形成された支持部材を同じ軸受に一緒に使用してもよい。ゴム等の弾性材料から基板を形成することにより、基板に弾力性が与えられ、又弾力性は支持部材間にばねを配置することにより生成されてもよく、本発明はこのいずれの点についても限定されない。

本発明の別の実施形態によれば、上記に簡潔に記載したように、接触式軸受は運動非滑
動状態を許容することにより、そのように構成されていなければ生じる高圧力接触面積を減少させる。例えば、図１の軸が運動非滑動状態において中央長軸以外の軸周りに屈曲しようとすると、対向軸受面のある部分は支持部材に向けて移動する。この部分に位置する支持部材は軸受の他の部分にある支持部材よりも大きく撓む。この意味において、軸受の
‘全体’領域は（‘局所’領域に対して或いは加えて）屈曲に呼応して撓み、接触圧力は更に分配される。更に撓んだ支持部材により、そのように構成されていなければ生じる高接触圧力は多数の支持部材に分配される。これにより、従来の軸受よりもピーク接触圧力は結果的に低くなる。接触圧力が低くなることにより、磨耗及び摩擦を引き起こすすき跡の形成及び凹凸の相互作用に関連する問題が緩和され、軸受の耐用寿命は延長する。

本発明の別の態様によれば、上記に簡易に記載したように、接触式軸受は弾性面が異なる可撓性を備えた様々な領域を有するように構成される。これにより、軸受は運動非滑動状態が許容又は所望される特定の用途に適するように構成される。より大きな可撓性を備えた領域は、対向軸受面により大きな圧縮を許容し、又は対向軸受面を軸受のこの領域へ移動させるように配置される。より小さな可撓性を備えた領域は、対向軸受面が略固定された距離において、又は略連続的な圧縮程度で維持されることが望まれる所定位置に配置される。このようにして、軸受の弾性面を使用することにより、特定の用途に合わせた弾性を備えた軸受が得られる。

図２２Ａは局所弾性内側円柱状面３２等の弾性面を備えた円柱状軸受内に位置する軸２０の模型図である。ここで、弾力面の多様な領域における可撓性はばね４３により表される。各ばねの可撓性はばね定数‘ｋ’と関連し、ばね定数はばね（同意義的には、相当する一グループ以上の支持部材２８）が移動させられる距離に対してばねが与える抵抗力の量を表す。あるばね定数は移動の範囲に亘り略同じに維持されるが、他のばね定数はばねの移動範囲に亘り変化する。

一般的に、ばね定数‘ｋ’は、特定の実施形態において使用される特性の中で、エラストマー基板材料、厚み、支持部材長さ、支持部材断面輪郭、支持部材間隔、片持ち状角度、及びエラストマー基板合成物の関数である。以下の数式は一般的に、様々なばね（同意義的には、ばねにより表される軸受の様々な領域における可撓性）が局所弾性面に向けられる横方向の力、或いは中央軸以外の軸周りに付与されるトルクにどの程度集合的に抵抗するかを表す。

Ｆ＝力
ｋ_ｅｆｆ＝有効ばね定数
δ＝ばね移動距離
ｙ＝軸受面に沿った位置

Ｔ＝トルク
ｙ＝軸受面に沿った回転軸からの距離
ｋ_ｅｆｆ＝有効ばね定数
δ（ｙ）＝ばね移動距離（ｙの関数）

図２２Ｂは図２２Ａの実施形態と同様であるが、図２２Ｂの軸２２は運動非滑動状態において局所弾性面４０と係合する。特に、軸は軸２０の中央軸２６以外の軸周りに屈曲する。これにより、ばね４３（又は対応する１個以上の支持部材）は第１領域５９において大きく圧縮させられて、ばねに付与される大きな荷重は補償される。この大きな圧縮力は第１領域５９において高圧を生成するが、支持部材の弾力性により、大きな圧力は面のこの領域に亘り分配される。軸２０及び対向する弾性面の第２領域６１間の圧力は、軸が第２領域から離間するように移動する時には減少する。図面において、ばね（同意義的には１個以上の支持部材）は軸との接触から離れるように移動する。この離間はある実施形態においては生じるが、他の実施形態において、支持部材は軸又は他の対向軸受面と接触し続ける。本発明はこの点については限定されないので、離間が生じるか否か及び／又は生じる離間の程度は、軸受の支持部材に付与される予荷重の量、支持部材が可能な移動量、及びその他の構成要素により制御される。また、図示されていないが、領域５９ｂはまた圧縮する。

図２２Ｃは異なる運動非滑動状態を示しており、軸は局所弾性軸受の一方側６５へ横方向に移動する。この運動状態において、軸受の一方側６５全体は圧縮する。他の実施形態においては、図２２Ｂに示す状態と同様に、軸受の対向側６３は低圧で軸と接触し得たが、軸から離間させられる。図２２Ａ〜図２２Ｃは円柱状軸受内に位置する軸の模型を示しているが、本発明の様々な実施形態において同様な運動非滑動状態及び他の運動非滑動状態が生じる。

図２３Ａ〜図２３Ｄは、ある運動非滑動状態を略許容し、他の運動非滑動状態を略阻止するために、円柱状軸受の多様な領域における可撓性がどのように配置されるかを示す。これらの図面において、矢印６７の長さはばね定数‘ｋ’の強さ又は硬さを表し、従って弾性面の対応領域における可撓性の強さを表す。長い矢印はより強い或いはより硬いばね定数を表しており、従ってその領域における支持部材の集合的移動により抵抗する。すなわち、図２３Ａは面全体に亘り実質的に一致した可撓性を備えた弾性面４０を示す。この面全体に亘る総有効ばね定数が増加又は減少させられることにより、横方向への運動非滑動状態は大きく又は小さく略許容される。また、面全体に亘る総有効ばね定数は、横方向への運動非滑動状態を阻止する程度に増加させられる。このように面に亘り一貫した可撓性を備えた軸受は一般的に、回転方向への運動非滑動状態を許容しない。しかしながら、この図面に示されていない他の構成要素は、ある回転方向への運動非滑動状態の発生を許容又は阻止する。例えば、大きな全長を備えた軸受は回転方向への運動非滑動状態を阻止する。また他の実施形態において、図示するような一貫した可撓性を備えた弾性面は、異なる大きさの一貫した可撓性を備えた別の弾性面と近接又は対向させられる。このような面の組み合わせは、一方向における横方向への運動状態は許容するが、別の方向への運動状態は阻止する。同様の構成を組み込むことにより、特定の方向における回転方向への運動非滑動状態が許容及び／又は阻止される。

図２３Ｂは回転方向への運動非滑動状態が略阻止される実施形態を示す。ここで、撓みをより小さく阻止する領域が中央付近に配置される一方で、撓みをより大きく阻止する領域（よりおおきなばね定数）は、軸受の外側端縁付近に配置される。軸受面全体に亘る総硬さは図２３Ａに示すものと同様であり、これにより図２３Ａに示すものと同様な多くの方法により、この軸受は対向軸受面の運動滑動状態を支持する。しかしながらこの実施形態において、軸受端縁付近における大きな相対ばね定数に起因して、回転状態は図２３Ａの実施形態よりも大きく阻止される。横方向への運動非滑動状態は、全軸受面に亘る総有
効ばね定数が同様であるならば、図２３Ａの実施形態と同程度に阻止又は許容される。しかしながら本発明はこの点について限定されないので、図２３Ａ及び図２３Ｂに示す実施形態のように異なる総有効ばね定数を有し、図２３Ａの実施形態とは異なる方法で横方向への運動非滑動状態を阻止又は許容してもよい。図２３Ｃは別の実施形態を示しており、軸受端縁付近における比較的低いばね定数に起因して、回転方向への運動非滑動状態は図２３Ａ及び図２３Ｂの実施形態よりも許容される。この実施形態において、全軸受面に亘る総有効ばね定数に応じて、幾つかの横方向への運動非滑動状態が許容され又は許容されない。図２３Ｄに示す実施形態は、移行点６９上における対向軸受面の回転運動又は揺動運動を実質的に許容するものである。この軸受において、移行点６９上における可撓性は移行点６９下における可撓性よりも比較的低く、実質的に一定である。

異なる可撓性を備えた領域を有することにより特定の運動非滑動状態を許容する軸受は、多様な方法により実現される。例えば、図面に示す様々な実施形態において、その他の実施形態と同様に、厚みが変化する板７４、異なった材料により形成される板７４、及び／又は様々な種類又は形状の支持部材２８を有する板を混合することにより、軸受の特定領域において様々な可撓性が得られる。円柱状軸受の外側端縁付近において剛性特性を備えた板を配置することにより、図２３Ｂに示すものと同様な構成が得られる。複数の板以外の構成により形成される弾性軸受であっても同じ効果を達成し得る。軸受の領域が異なる可撓性を有するように調節されるその他の特性には、少し例を挙げれば支持部材の間隔、支持部材の長さ、支持部材の断面、支持部材及び／又は基板の材料が含まれるが、本発明はこの点について限定されない。

図１１は、本発明の軸受に組み込まれる更に別の特徴を示す。ここで、接触式軸受２４は溝９０を備えており、溝９０は螺旋形状にされるとともに弾性面２９上に配置される。この溝は粒子収集装置として作用し、遊離粒子４２（図示なし）を軸受面間から取り除く際の補助となる。軸２０（図示なし）が弾性面２９と相対回転すると、粒子４２は溝９０内へ落下させられた後、軸受２４の一方側から収集又は押し出されて除去される。この溝は、大きすぎて支持部材２８間の間隙５６に嵌合し得ない粒子４２の除去を助ける。溝は一方側から他方側へ連続的に延出する螺旋形状とされているが、この形状に限定されるものではない。本発明は特定の形状に限定されないので、溝９０は直線状であってもよく、或いは軸受間にある粒子４２を除去するのであれば他の形状を備えてもよい。更に、溝は軸受の一方側から他方側へ完全に延出する必要はない。例えば、溝９０は中間部付近から始まり、一方の横側のみへ向けて延出してもよく、或いは面の中央付近から軸受の交互側へ向けて延出する複数の溝であってもよい。溝９０は円柱状軸受２４と関連して図示されているが、本発明はこの点について限定されないので、図９及び図１０に関して詳述した直線状軸受８６或いは他の軸受形状に設けられてもよい。

図１３は、図１２に示すものと同様な弾性面を備えた基本形軸受及び従来の軸受の両方に実施された試験結果を示す。基本形軸受及び従来の軸受のいずれも、同じアルミニウム青銅合金材料から製造されている。５００ニュートンの公称荷重が各軸受へ、硬化１０６０鋼により製造された軸を介して付与され、軸は各軸受内において回転させられる。試験が進められると、摩擦に関連するトルクが各軸受において測定される。図１３は各軸受に関連するトルクを示しており、トルクは試験実施時間に亘り変化する。図１２の軸受に関連する摩擦トルク値は、各試験において試験期間中略一定のままである。しかしながら、従来の軸受に関連する摩擦力は、比較的短時間の後に急激に増加する。この増加は過度の磨耗、凹凸の相互作用又は他の不整に関連しており、結局は従来の軸受の故障を引き起こす。更に実施された試験では、直径が０．４ミリメートル未満の粒子から構成される砂混合物が従来の軸受筒及び基本形軸受筒の両方に加えられた。この試験（試験結果については図示なし）において、図１２の軸受が受ける摩擦トルクは増加するが、試験機関中に軸受は故障しない。従来型軸受は砂混合物が導入された直後に動かなくなった。

本発明の別の実施形態は回転接触式軸受に採用される弾性面を含む。この軸受は当初から回転接触に適するように構成されているが、摩擦滑動構成要素を含み、ミクロレベルで磨耗する。弾性面の適切な用途は、装置をより強固にし且つ衝撃荷重を一層阻止するのに加えて、磨耗及び摩擦を低減する回転接触式軸受において使用される。

本発明の幾つかの実施形態について詳述してきたが、当該技術分野に属する者であれば、多様な変更及び改良を容易に行うことが可能である。この変更及び改良は本発明の精神及び範囲内において行われる。また、実施形態において詳述した軸受のあらゆる特徴は単独で或いは適切に組み合わせて使用してもよく、本発明はこの点について限定されない。従って、前記の記載は一例に過ぎず、限定するものとして意図されていない。本発明は以下の請求項により定義されるように、又その同等物のみに限定される。

本発明の一態様による円柱状軸受を備えた装置の概略を示す斜視図。本発明の別の態様による円柱状軸受を示す斜視図。本発明の別の態様による軸受を示す端部上面図。本発明の別の態様による円柱状軸受を示す斜視図。本発明の別の態様による円柱状軸受を示す斜視図。対向軸受面の二面間におけるすき跡の概略を示す断面図。対向軸受面の二面間における凹凸の相互作用の概略を示す断面図。本発明の一態様による軸受に形成された複数の支持部材の概略を示す、図２Ａの６−６線断面における斜視図。軸受に形成される複数の支持部材の概略を、支持部材により画定される間隙内に配置される物質と共に表す斜視図。軸受に形成される支持部材の幾つかの実施形態の概略を示す斜視図。軸受に形成される支持部材の幾つかの実施形態の概略を示す斜視図。軸受に形成される支持部材の幾つかの実施形態の概略を示す斜視図。軸受に形成される支持部材の幾つかの実施形態の概略を示す斜視図。本発明の一態様による直線状軸受を含む装置の概略を示す斜視図。本発明の別の態様による直線状軸受を示す斜視図。本発明の一態様による局所弾性軸受の概略を示す斜視図。本発明の別の態様による円柱状軸受を示す斜視図。図１２に示す実施形態により一部が得られた実験結果を示すグラフ。本発明の一態様による軸受の概略を示す断面図。本発明の特性の別の態様による軸受を示す斜視図。本発明の別の態様による軸受を示す斜視図。本発明の別の態様による軸受を示す斜視図。本発明の別の態様による軸受を示す斜視図。本発明の別の態様による軸受を示す図。本発明の別の態様による軸受を示す斜視図。軸受に使用される板状構造物を示す斜視図。シャフト及び軸受間における運動の多様な状態を示す模型図。シャフト及び軸受間における運動の多様な状態を示す模型図。シャフト及び軸受間における運動の多様な状態を示す模型図。軸受の剛性例を示すグラフ。軸受の剛性例を示すグラフ。軸受の剛性例を示すグラフ。軸受の剛性例を示すグラフ。

Claims

接触式軸受であって
弾力性を有する基板と、
基板から延出する複数の支持部材とを含み、複数の支持部材は対向軸受面を支持するように構成及び配置されており、基板の弾力性により、複数の支持部材の少なくとも１個は、隣接する少なくとも１個の支持部材が対向軸受面の支持部の少なくとも一部を支持した状態で、対向軸受面と複数の支持部材の少なくとも１個との間にある凹凸或いは破片を受け入れるように移動することを特徴とする接触式軸受。
略剛性の箱体を更に含み、基板は箱体と対向軸受面の間に位置することを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
箱体は基板と直接的に接触することを特徴とする請求項２に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は端部を有する一組の支持部材を含み、端部は箱体と直接的に接触することを特徴とする請求項２に記載の接触式軸受。
箱体と直接的に接触する一組の支持部材において、各支持部材の端部は球状とされることを特徴とする請求項４に記載の接触式軸受。
基板は第１弾力性を有する第１材料と、第２弾力性を有する第２材料とを含むことを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は先端部を有する支持部材を含み、先端部は対向弓形面を支持するために円弧内に実質的に位置することを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
先端部は円柱状面の一部を形成することを特徴とする請求項７に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は先端部を有する支持部材を含み、先端部は対向する直線状軸受面を支持するために平面内に実質的に位置することを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各支持部材は、基板内において支持されるフランジ付き端部を有することを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は一組の略剛性の支持部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
基板の弾力性は、基板に設けられた少なくとも１個の支持部材の移動に伴い変化することを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各部材は最大断面寸法を有しており、各支持部材はその最大断面寸法の３倍足らずの長さ分だけ基板から延出することを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は基板から非直交方向に延出する一組の支持部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
第２基板から延出する複数の第２支持部材と組み合わされており、複数の第２支持部材の各支持部材は対向軸受面を支持するように構成されるとともに、第２基板内において支持される第２領域を有することを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各々は基板に接着されることを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各々は１平方ミリメートル未満の断面面積を有することを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
充填密度は複数の支持部材と対向軸受面の接触領域をその数の支持部材が支持する対向軸受面の投影面積により割ることにより定義され、充填密度は０．５と０．６の間にあることを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各々は対向軸受面と接触する第１領域と、基板と係合する第２領域を含み、第２領域は第１領域よりも大きいことを特徴とする請求項１に
記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各一部は基板に埋設されることを特徴とする請求項１９に記載の接触式軸受。
複数の支持部材はマトリックス状に配置されることを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は複数の長ピン状支持部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の接触式軸受。
複数の長ピン状支持部材の各々は円形断面を有することを特徴とする請求項２２に記載の接触式軸受。
接触式軸受であって、
基板と、
基板から延出する複数の支持部材とを含み、複数の支持部材は対向軸受面を支持するように構成及び配置されており、複数の支持部材の少なくとも１個は、隣接する少なくとも１個の支持部材が対向軸受面の支持部の少なくとも一部を支持した状態で、対向軸受面と複数の支持部材の少なくとも１個との間にある凹凸或いは破片を収容するように移動させられ、複数の支持部材の各々は対向軸受面と接触する第１領域と基板と係合する第２領域を含み、第２領域は第１領域よりも大きいことを特徴とする接触式軸受。
略剛性の箱体を更に含み、基板は箱体と対向軸受面の間に位置することを特徴とする請求項２４に記載の接触式軸受。
箱体は基板と直接的に接触することを特徴とする請求項２５に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は端部を有する一組の支持部材を含み、端部は箱体と直接的に接触することを特徴とする請求項２４に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は先端部を有する支持部材を含み、先端部は対向弓形面を支持するために円弧内に略位置することを特徴とする請求項２４に記載の接触式軸受。
先端部は円柱状面の一部を形成することを特徴とする請求項２７に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は先端部を有する支持部材を含み、先端部は対向する直線状軸受面を支持するために平面内に略位置することを特徴とする請求項２３に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は一組の略剛性の支持部材を含むことを特徴とする請求項２３に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各部材は最大断面寸法を有しており、各支持部材はその最大断面寸法の３倍足らずの長さ分だけ基板から延出することを特徴とする請求項２３に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は基板から非直交方向に延出する一組の支持部材を含むことを特徴とする請求項２３に記載の接触式軸受。
第２基板から延出する複数の第２支持部材と組み合わされており、複数の第２支持部材の各支持部材は対向軸受面を支持するように採用されるとともに、第２基板内において支持される第２領域を有することを特徴とする請求項２３に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各々は基板に接着されることを特徴とする請求項２３に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各々は１平方ミリメートル未満の断面面積を有することを特徴とする請求項２３に記載の接触式軸受。
充填密度は複数の支持部材と対向軸受面の接触領域を、その数の支持部材が支持する対向軸受面の投影面積により割ることにより定義され、充填密度は０．５と０．６の間にあることを特徴とする請求項２３に記載の接触式軸受。
複数の支持部材はマトリック状に配置されることを特徴とする請求
項２３に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は複数の長ピン状支持部材を含むことを特徴とする請求項２３に記載の接触式軸受。
複数の長ピン状支持部材の各々は円形断面を有することを特徴とする請求項３８に記載の接触式軸受。
接触式軸受であって、
基板と、
基板から延出する複数の支持部材とを含み、複数の支持部材は対向軸受面を支持するように構成及び配置され、複数の支持部材の少なくとも１個は、隣接する少なくとも１個の支持部材が対向軸受面を支持した状態で、対向軸受面と複数の支持部材の少なくとも１個の間にある凹凸或いは破片を受け入れるように移動させられ、複数の支持部材はマトリックス状に配置されることを特徴とする接触式軸受。
略剛性の箱体を更に含み、基板は箱体と対向軸受面の間に位置することを特徴とする請求項４０に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は端部を有する一組の支持部材を含み、端部は箱体と直接的に接触することを特徴とする請求項４１に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は先端部を有する支持部材を含み、先端部は対向弓形面を支持するために円弧内に実質的に位置することを特徴とする請求項４０に記載の接触式軸受。
先端部は円柱状面の一部を形成することを特徴とする請求項４０に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は先端部を有する支持部材を含み、先端部は対向する直線状軸受面を支持するために平面内に実質的に位置することを特徴とする請求項４０に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は一組の略剛性の支持部材を含むことを特徴とする請求項４０に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各部材は最大断面寸法を有しており、各支持部材はその最大断面寸法の３倍足らずの長さ分だけ基板から延出することを特徴とする請求項４０に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は基板から非直交方向に延出する一組の支持部材を含むことを特徴とする請求項４０に記載の接触式軸受。
第２基板から延出する複数の第２支持部材と組み合わされており、複数の第２支持部材の各支持部材は対向軸受面を支持するように採用されるとともに、第２基板内において支持される第２領域を有することを特徴とする請求項４０に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各々は基板に接着されることを特徴とする請求項４０に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各々は１平方ミリメートル未満の断面面積を有することを特徴とする請求項４０に記載の接触式軸受。
充填密度は複数の支持部材と対向軸受面の接触領域を、その数の支持部材が支持する対向軸受面の投影面積により割ることにより定義され、充填密度は０．５と０．６の間にあることを特徴とする請求項４０に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は複数の長ピン状支持部材を含むことを特徴とする請求項４０に記載の接触式軸受。
複数の長ピン状支持部材の各々は円形断面を有することを特徴とする請求項５３に記載の接触式軸受。
接触式軸受であって、
基板と、
基板に埋設されるとともに基板から延出する複数の支持部材とを含み、複数の支持部材は対向軸受面を支持するように構成及び配置されており、複数の支持部材の少なくとも１
個は、隣接する少なくとも１個の支持部材が対向軸受面を支持した状態で、対向軸受面と複数の支持部材の少なくとも１個の間にある凹凸或いは破片を受け入れるように移動させられ、複数の支持部材の各々は対向軸受面と係合可能な第１端部と基板に埋設される第２端部を含むことを特徴とする接触式軸受。
複数の支持部材は先端部を有する支持部材を含み、先端部は対向する弓形面を支持するために円弧内に実質的に位置することを特徴とする請求項４０に記載の接触式軸受。
先端部は円柱状面の一部を形成することを特徴とする請求項５７に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は先端部を有する支持部材を含み、先端部は対向する直線状軸受面を支持するために平面内に実質的に位置することを特徴とする請求項５６に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各部材は最大断面寸法を有しており、各支持部材はその最大断面寸法の３倍足らずの長さ分だけ基板から延出することを特徴とする請求項５６に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は基板から非直交方向に延出する一組の支持部材を含むことを特徴とする請求項５６に記載の接触式軸受。
第２基板から延出する複数の第２支持部材と組み合わされており、複数の第２支持部材の各支持部材は対向軸受面を支持するように採用されるとともに、第２基板内において支持される第２領域を有することを特徴とする請求項５６に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各々は基板に接着されることを特徴とする請求項５６に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各々は１平方ミリメートル未満の断面面積を有することを特徴とする請求項５６に記載の接触式軸受。
充填密度は複数の支持部材と対向軸受面の接触領域を、その数の支持部材が支持する対向軸受面の投影面積により割ることにより定義され、充填密度は０．５と０．６の間にあることを特徴とする請求項５６に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は複数の長ピン状支持部材を含むことを特徴とする請求項５６に記載の接触式軸受。
複数の長ピン状支持部材の各々は円形断面を有することを特徴とする請求項５６に記載の接触式軸受。
接触式軸受であって、
基板と、
基板から延出する複数の長ピン状支持部材とを含み、複数の支持部材は対向軸受面を支持するように構成及び配置されており、複数の支持部材の少なくとも１個は、隣接する少なくとも１個の支持部材が対向軸受面を支持した状態で、対向軸受面と複数の支持部材の少なくとも１個の間にある凹凸或いは破片を受け入れるように移動させられることを特徴とする接触式軸受。
略剛性の箱体を更に含み、基板は箱体と対向軸受面の間に位置することを特徴とする請求項６８に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は端部を有する一組の支持部材を含み、端部は箱体と直接的に接触することを特徴とする請求項６９に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は先端部を有する支持部材を含み、先端部は対向弓形面を支持するために円弧内に実質的に位置することを特徴とする請求項６８に記載の接触式軸受。
先端部は円柱状面の一部を形成することを特徴とする請求項６９に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は先端部を有する支持部材を含み、先端部は対向する直線状軸受面を支持するための平面内に実質的に位置することを特徴とする請求項６９
に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は一組の略剛性の部材を含むことを特徴とする請求項６９に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各部材は最大断面寸法を有し、各支持部材はその最大断面寸法の３倍足らずの長さ分だけ基板から延出することを特徴とする請求項６８に記載の接触式軸受。
複数の支持部材は基板から非直交方向に延出する一組の支持部材を含むことを特徴とする請求項６８に記載の接触式軸受。
第２基板から延出する複数の第２支持部材と組み合わせられており、複数の第２支持部材の各支持部材は対向軸受面を支持するように採用されるとともに、第２基板内において支持される第２領域を有することを特徴とする請求項６８に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各々は基板に接着されることを特徴とする請求項６８に記載の接触式軸受。
複数の支持部材の各々は１平方ミリメートル未満の断面面積を有することを特徴とする請求項６８に記載の接触式軸受。
充填密度は複数の支持部材と対向軸受面の接触領域を、その数の支持部材が支持する対向軸受面の投影面積により割ることにより定義され、充填密度は０．５と０．６の間にあることを特徴とする請求項６８に記載の接触式軸受。
複数の長ピン状支持部材の各々は円形断面を有することを特徴とする請求項６８に記載の接触式軸受。
弾性基板は支持部材の周囲に成形されることを特徴とする請求項５６に記載の接触式軸受。