JP2016008644A

JP2016008644A - 球面軸受、軸受装置、およびロール装置

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Publication number: JP2016008644A
Application number: JP2014128679A
Authority: JP
Inventors: 琢哉平山; Takuya Hirayama
Original assignee: Oiles Industry Co Ltd
Current assignee: Oiles Industry Co Ltd
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2016-01-18
Anticipated expiration: 2034-06-23
Also published as: JP6387254B2

Abstract

【課題】支持対象を傾斜かつ回転自在に非接触で支持可能であり、ロール装置の軸受装置に好適な球面軸受を提供する。
【解決手段】第一球面軸受６ａおよび第二球面軸受６ｂは、凸球面状支持対象面４２を有する球面ブッシュ４を傾斜かつ回転自在に非接触で支持する。第一球面軸受６ａおよび第二球面軸受６ｂは、それぞれ、凸球面状支持対象面４２と対面する凹球面状軸受面６０１ａ、６０１ｂを有する多孔質焼結層６０ａ、６０ｂと、多孔質焼結層６０ａ、６０ｂに圧縮気体を供給する通気路６１６ａ、６１６ｂが形成された多孔質焼結層６０ａ、６０ｂの台金６１ａ、６１ｂと、を備える。また、球面ブッシュ４の貫通穴４０には、シャフトが摺動自在に挿入される円筒ブッシュ５が装着されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、球面軸受に関し、特にロールを非接触で支持するロール装置の軸受装置に好適な球面軸受に関する。

球面を備えた支持対象を、この球面によって定義される球体の中心に対して回動自在に支持する球面軸受が知られている。例えば、特許文献１には、シャフトを保持するための挿入孔が形成された内部保持具（支持対象）の凸球面状滑り面（支持対象面）が一様なＴｉＡｌＮ化合物の薄膜層で形成され、外部保持具（球面軸受）の凹球面状滑り面（軸受面）がポリテトラフルオロエチレン系ライナーで形成された軸受装置が開示されている。外部保持具が内部保持具をこの内部保持具の凸球面状滑り面によって定義される球体の中心に対して回動自在に支持することにより、この内部保持部に挿入穴に挿入されたシャフトが傾斜かつ回転自在に保持される。

また、テープ、シート、フィルム等の搬送に、ロールおよびロールの両端を回転自在に支持する一対の軸受装置を備えたロール装置が用いられている。このようなロール装置において、ロールの両端部を支持する一対の軸受装置として、特許文献１に記載の球面軸受を用いた軸受装置が好適である。特許文献１に記載の球面軸受を用いた軸受装置は、内部保持部の挿入穴に挿入されたロールのシャフトを傾斜かつ回転自在に保持するため、軸受装置間の設置位置のずれ、ロールの撓み等を吸収することができる。

特開２００５−３０４９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の軸受装置において、球面軸受である外部保持具は滑り軸受であり、軸受面である凹球面状滑り面が支持対象である内部保持部の支持対象面である凸球面状滑り面と摺接する。このため、外部保持具の凹球面状滑り面と支持対象の凸球面状滑り面との間に摩擦力が発生し、ロールの円滑な回転を阻害する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、支持対象を傾斜かつ回転自在に非接触で支持可能であり、ロール装置の軸受装置に好適な球面軸受、この球面軸受を用いた軸受装置、およびこの軸受装置を用いたロール装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の球面軸受では、凹球面状軸受面を多孔質焼結層で形成し、この多孔質焼結層に圧縮気体を供給することにより、圧縮気体を凹球面状軸受面の全面から噴出させる。

例えば、本発明の球面軸受は、凸球面状支持対象面を有する支持対象を非接触で支持する球面軸受であって、
前記凸球面状支持対象面と対面する凹球面状軸受面を有する多孔質焼結層と、
前記多孔質焼結層に圧縮気体を供給する通気路が形成された前記多孔質焼結層の台金と、を備える。

また、本発明の軸受装置では、外周面に凸球面状支持対象面が形成された球面ブッシュを前記球面軸受により非接触で支持するとともに、この球面ブッシュにシャフトが挿入されることにより、シャフトを傾斜かつ回転自在に保持する。

例えば、本発明の軸受装置は、シャフトを支持する軸受装置であって、
前記シャフトに装着され、外周面に凸球面状支持対象面が形成された球面ブッシュと、
前記球面ブッシュの前記凸球面状支持対象面と対面する凹球面状軸受面を有し、前記球面ブッシュを非接触で支持する一対の前記球面軸受と、を備え、
前記球面軸受の前記台金には、貫通穴が形成されており、
前記球面軸受の前記多孔質焼結層は、前記貫通穴の内壁面上に形成されており、
一対の前記球面軸受は、それぞれの前記凹球面状軸受面が同じ球体の球面を構成するように互いに対面し、
前記球面ブッシュは、
前記一対の球面軸受の前記凹球面状軸受面間に配置されている。

また、本発明のロール装置では、ロールに連結されたシャフトを前記軸受装置の球面ブッシュの挿入穴に挿入して、ロールを非接触で傾斜かつ回転自在に保持する。

例えば、本発明のロール装置は、ロールを非接触で支持するロール装置であって、
前記ロールに連結されたシャフトと、
前記シャフトを支持する前記軸受装置と、を備える。

本発明によれば、凹球面状軸受面を多孔質焼結層で形成し、この多孔質焼結層に圧縮気体を供給して、圧縮気体を凹球面状軸受面の全面から噴出させることにより、凹球面状軸受面と対面する凸球面状支持対象面を有する支持対象を非接触で支持することができる。このため、凹球面状軸受面と凸球面状支持対象面との間に摩擦力は発生せず、支持対象の円滑な回転を実現できる。したがって、支持対象にシャフトを保持させることにより、シャフトを傾斜かつ回転自在に保持することができ、ロールを非接触で支持するロール装置の軸受装置に好適な球面軸受を提供できる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るロール装置１の一部省略かつ一部断面とした正面図である。図２は、図１に示すロール装置１の側面図である。図３は、ロール２の一部省略した正面図である。図４（Ａ）は、軸受装置３の平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す軸受装置のＡ−Ａ断面図である。図５（Ａ）は、円筒ブッシュ５が装着された球面ブッシュ４の平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す円筒ブッシュ５が装着された球面ブッシュ４のＢ−Ｂ断面図である。図６（Ａ）は、第一球面軸受６ａの平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す第一球面軸受６ａのＣ−Ｃ断面図である。図７（Ａ）は、第二球面軸受６ｂの平面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す第二球面軸受６ｂのＤ−Ｄ断面図である。図８（Ａ）は、ハウジング７の正面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示すハウジング７のＥ−Ｅ断面図である。図９は、図１のＦ部拡大図であり、軸受装置３への給気中におけるロール２の支持状態を模式的に示した図である。

以下、本発明の一実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態に係るロール装置１の一部省略かつ一部断面とした正面図であり、図２は、図１に示すロール装置１の側面図である。

図示するように、本実施の形態に係るロール装置１は、ロール２と、ロール２を支持する一対の軸受装置３と、各軸受装置３を保持する一対のハウジング７と、各軸受装置３の各ハウジング７からの抜け落ちを防止する一対のストッパ８と、を備えている。

図３は、ロール２の一部省略した正面図である。

図示するように、ロール２は、テープ、シート、フィルム等の被搬送物を搬送するためのロール本体２０と、ロール本体２０の両端面２２に一体的に形成されたシャフト２１と、を備えている。シャフト２１は、ロール本体２０と同軸に、ロール本体２０の両端面２２から突出するように形成されている。シャフト２１は、根元部（ロール本体２０の端面２２との連結部分）２３が先端部２４よりも大径の段付きシャフトとなっており、このため、シャフト２１の根元部２３と先端部２４との連結部分には段差面２５が形成されている。

図４（Ａ）は、軸受装置３の平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す軸受装置のＡ−Ａ断面図である。

図示するように、軸受装置３は、ロール２のシャフト２１の先端部２４が摺動自在に挿入される円筒ブッシュ５が装着された球面ブッシュ４と、球面ブッシュ５を非接触で支持する第一球面軸受６ａおよび第二球面軸受６ｂと、を備えている。

図５（Ａ）は、円筒ブッシュ５が装着された球面ブッシュ４の平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す円筒ブッシュ５が装着された球面ブッシュ４のＢ−Ｂ断面図である。

図示するように、球面ブッシュ４は、円筒ブッシュ５が装着された貫通穴４０を有する。なお、本実施の形態では、二つの円筒ブッシュ５が球面ブッシュ４の貫通穴４０に装着されているが、少なくとも一つの円筒ブッシュ５が球面ブッシュ４の貫通穴４０に装着されていればよい。また、球面ブッシュ４の外周面４１には、貫通穴４０の軸心Ｏ上の任意の点（好ましくは貫通穴４０の中央に位置する軸心Ｏ上の点）を中心とする球体の一部を構成する凸球面状支持対象面４２が形成されている。

円筒ブッシュ５の内周面５０には、滑り軸受面５１が形成されている。滑り軸受面５１は、円筒ブッシュ５に挿入されたロール２のシャフト２１の先端部２４の外周面２６と摺接する。

図６（Ａ）は、第一球面軸受６ａの平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す第一球面軸受６ｂのＣ−Ｃ断面図である。

図示するように、第一球面軸受６ａは、多孔質焼結層６０ａと、多孔質焼結層６０ａの台金（バックメタル）６１ａと、を備えている。

台金６１ａは、円板状に形成されており、内壁６１４ａに環状溝６１５ａが形成された円錐台状の貫通穴６１０ａを備えている。この貫通穴６１０ａの小径開口側に位置する台金６１ａの端面である小径開口側端面６１１ａには、この貫通穴６１０ａの大径開口側に位置する台金６１ａの端面である大径開口側端面６１２ａを貫く座繰り貫通穴６１３ａが等間隔に複数形成されている。また、台金６１ａには、小径開口側端面６１１ａから貫通穴６１０ａの内壁６１４ａに形成された環状溝６１５ａおよび大径開口側端面６１２ａに繋がる通気路６１６ａが形成されている。

多孔質焼結層６０ａは、台金６１ａの貫通穴６１０ａの内壁６１４ａ上に形成されており、多孔質焼結層６０ａの表面６００ａには、第一球面軸受６ａおよび第二球面軸受６ｂによって非接触で支持される球面ブッシュ４の外周面４１に形成された凸球面状支持対象面４２を構成する球体と同心の球体（凸球面状支持対象面４２を構成する球体よりも僅かに大径の球体）の一部を構成する凹球面状軸受面６０１ａが形成されている。この凹球面状軸受面６０１ａは、例えば、円錐台状に形成された貫通穴６１０ａの内壁６１４ａ上に多孔質焼結層６０ａを均一な厚さで形成し、この多孔質焼結層６０ａの表面６００ａを切削加工することにより形成される。

図７（Ａ）は、第二球面軸受６ｂの平面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す第二球面軸受６ｂのＤ−Ｄ断面図である。

図示するように、第二球面軸受６ｂも、第一球面軸受６ａと同様、多孔質焼結層６０ｂと、多孔質焼結層６０ｂの台金（バックメタル）６１ｂと、を備えている。

台金６１ｂは、台金６１ａと略同径の円板状に形成されており、内壁６１４ｂに環状溝６１５ｂが形成された円錐台状の貫通穴６１０ｂを備えている。この貫通穴６１０ｂの大径開口側に位置する台金６１ｂの端面である大径開口側端面６１２ｂにおいて、第一球面軸受６ａの台金６１ａの大径開口側端面６１２ａにおける各座繰り貫通穴６１３ａに対応する位置には、座繰り貫通穴６１３ａに挿入されたボルト８と螺合するネジ穴６１３ｂが形成されている。また、台金６１ｂの大径開口側端面６１２ｂにおいて、第一球面軸受６ａの台金６１ａの大径開口側端面６１２ａにおける通気路６１６ａに対応する位置には、貫通穴６１０ｂの内壁６１４ｂに形成された環状溝６１５ｂに繋がる通気路６１６ｂが形成されている。

多孔質焼結層６０ｂは、台金６１ｂの貫通穴６１０ｂの内壁６１４ｂ上に形成されており、多孔質焼結層６０ｂの表面６００ｂには、第一球面軸受６ａの多孔質焼結層６０ａの表面６００ａに形成された凹球面状軸受面６０１ａとともに、第一球面軸受６ａおよび第二球面軸受６ｂによって非接触で支持される球面ブッシュ４の外周面４１に形成された凸球面状支持対象面４２を構成する球体と同心の球体（凸球面状支持対象面４２を構成する球体よりも僅かに大径の球体）の一部を構成する凹球面状軸受面６０１ｂが形成されている。この凹球面状軸受面６０１ｂは、例えば、円錐台状に形成された貫通穴６１０ｂの内壁６１４ｂ上に多孔質焼結層６０ｂを均一な厚さで形成し、この多孔質焼結層６０ｂの表面６００ｂを切削加工することにより形成される。

円筒ブッシュ５が装着された球面ブッシュ４の外周面４１に形成された凸球面状支持対象面４２が、第一球面軸受６ａの多孔質焼結層６０ａの表面６００ａに形成された凹球面状軸受面６０１ａおよび第二球面軸受６ｂの多孔質焼結層６０ｂの表面６００ｂに形成された凹球面状軸受面６０１ｂのそれぞれと対面するように、第一球面軸受６ａと第二球面軸受６ｂとの間にこの球面ブッシュ４を挟み込み、第一球面軸受６ａの大径開口側端面６１２ａと第二球面軸受６ｂの大径開口側端面６１２ｂとを重ね合わせて、第一球面軸受６ａの台金６１ａに形成された座繰り貫通穴６１３ａにボルト８を挿入して、第二球面軸受６ｂの台金６１ｂに形成されたネジ穴６１３ｂにボルト８を螺合させ、第一球面軸受６ａおよび第二球面軸受６ｂを連結することにより、軸受装置３は、図４に示すように組み立てられる。

図８（Ａ）は、ハウジング７の正面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示すハウジング７のＥ−Ｅ断面図である。

ハウジング７には、一方の面７１から他方の面７２に貫通した軸受装置３保持用の貫通穴７０と、一方の面７１側に形成されたストッパ８取付用のネジ穴７３と、が形成されている。ハウジング７の貫通穴７０は、軸受装置３抜け止め用の段差７４を有する段付き穴であり、円環状のストッパ８の内径より大径の大径部７５を有する。軸受装置３を、ハウジング７の一方の面７１から貫通穴７０に挿入して、この段差７４と当接させることにより貫通穴７０の大径部７５に収容するとともに、ハウジング７の一方の面７１にストッパ８を配置し、このストッパ８を介してボルト９２をストッパ８取付用のネジ穴７３に螺合させて、ストッパ８をハウジング７の一方の面７１に取り付けることにより、貫通穴７０の大径部７５に収容された軸受装置３はハウジング７に固定される。

以上のようにしてハウジング７に固定された軸受装置３の円筒ブッシュ５には、ロール２のシャフト２１の先端部２４が挿入される。ロール２のロール本体２０の両端面２２から突出したシャフト２１のそれぞれの先端部２４がハウジング７に固定された軸受装置３の円筒ブッシュ５に挿入されることにより、ロール２は、図１に示すように一対の軸受装置３によって支持される。

つぎに、上記構成のロール装置１において、軸受装置３への給気中におけるロール２の支持状態を説明する。

図９は、図１のＦ部拡大図であり、軸受装置３への給気中におけるロール２の支持状態を模式的に示した図である。

図示するように、ロール装置１において、ポンプ（不図示）から、軸受装置３の第一球面軸受６ａ内に形成された通気路６１６ａに圧縮気体が供給されると、第一球面軸受６ａの台金６１ａの貫通穴６１０ａの内壁６１４ａに形成された環状溝６１５ａを介して、多孔質焼結層６０ａの凹球面状軸受面６０１ａから圧縮気体が均一に放出される。また、第一球面軸受６ａの台金６１ａ内に形成された通気路６１６ａに供給された圧縮気体は、軸受装置３の第二球面軸受６ｂの台金６１ｂ内に形成された通気路６１６ｂに供給され、第二球面軸受６ｂの台金６１ｂの貫通穴６１０ｂの内壁６１４ｂに形成された環状溝６１５ｂを介して、多孔質焼結層６０ｂの凹球面状軸受面６０１ｂから均一に放出される。その結果、第一球面軸受６ａの多孔質焼結層６０ａの凹球面状軸受面６０１ａおよび第二球面軸受６ｂの多孔質焼結層６０ｂの凹球面状軸受面６０１ｂと、球面ブッシュ４の凸球面状支持対象面４２との間の隙間Δｔに圧縮気体膜が形成される。これにより、第一球面軸受６ａおよび第二球面軸受６ｂは、この圧縮気体膜を介して球面ブッシュ４を、球面ブッシュ４の凸球面状支持対象面４２によって定義される球体の中心に対して回動自在に非接触で支持する。このため、球面ブッシュ４の貫通穴４０に装着された円筒ブッシュ５に挿入されたロール２のシャフト２１は、傾斜かつ回転自在に保持される。また、第一球面軸受６ａの多孔質焼結層６０ａの凹球面状軸受面６０１ａおよび第二球面軸受６ｂの多孔質焼結層６０ｂの凹球面状軸受面６０１ｂと、球面ブッシュ４０の凸球面状支持対象面４２との間に摩擦力は発生せず、ロール２の円滑な回転を実現できる。

また、球面ブッシュ４の貫通穴４０に装着された円筒ブッシュ５の内周面５０には滑り軸受面５１が形成されており、ロール２のシャフト２１の先端部２４の外周面２６が円筒ブッシュ５の滑り軸受面５１と摺接するので、ロール２の撓み等によるシャフト２１のスラスト方向の変動を許容することができ、これにより、ロール２のより円滑な回転を実現できる。

以上、本発明の一実施の形態について説明した。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

例えば、上記の実施の形態において、円筒ブッシュ５を省略してもよい。この場合、球面ブッシュ４の貫通穴４０の内壁に滑り軸受面を形成して、この滑り軸受面とロール２のシャフト２１の先端部２４の外周面２６とを摺接させることが好ましい。なお、ロール２の尺が短く、このためロール２の撓み等によるシャフト２１のスラスト方向の変動を考慮する必要がない場合には、球面ブッシュ４の貫通穴４０の内壁に滑り軸受面を形成することなく、シャフト２１をこの貫通穴４０に挿入して、球面ブッシュ４をシャフト２１に装着させてもよい。

また、上記の実施の形態では、軸受装置３をロール装置１に用いた場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の軸受装置は、回転体を傾斜かつ回転自在に非接触で支持する装置に広く適用できる。また、上記の実施の形態では、第一球面軸受６ａおよび第二球面軸受６ｂを軸受装置３に用いた場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の球面軸受は、凸球面状支持対象面を有する支持対象を非接触で支持するものであればよい。

１：ロール装置、２：ロール、３：軸受装置、４：球面ブッシュ、５：円筒ブッシュ、６ａ：第一球面軸受、６ｂ：第二球面軸受、７：ハウジング、８：ストッパ、２０：ロール本体、２１：シャフト、２２：ロール本体の端面、２３：シャフトの根元部、２４：シャフトの先端部、２５：シャフトの段差面、２６：シャフトの先端部の外周面、４０：球面ブッシュの貫通穴、４１：球面ブッシュの外周面、４２：凸球面状支持対象面、５０：円筒ブッシュの内周面、５１：滑り軸受面、６０ａ、６０ｂ：多孔質焼結層、６１ａ、６１ｂ：台金、７０：ハウジングの貫通穴、７１、７２：ハウジングの面、７３：ネジ穴、７４：ハウジングの貫通穴の段差、７５：ハウジングの貫通穴の大径部、６００ａ、６００ｂ：多孔質焼結層の表面、６０１ａ、６０１ｂ：凹球面状軸受面、６１０ａ、６１０ｂ：台金の貫通穴、６１１ａ、６１１ｂ：小径開口側端面、６１２ａ、６１２ｂ：大径開口側端面、６１３ａ：座繰り貫通穴、６１３ｂ：ネジ穴、６１４ａ、６１４ｂ：台金の貫通穴の内壁、６１５ａ、６１５ｂ：環状溝、６１６ａ、６１６ｂ：通気路

Claims

凸球面状支持対象面を有する支持対象を非接触で支持する球面軸受であって、
前記凸球面状支持対象面と対面する凹球面状軸受面を有する多孔質焼結層と、
前記多孔質焼結層に圧縮気体を供給する通気路が形成された前記多孔質焼結層の台金と、を備える
ことを特徴とする球面軸受。
請求項１に記載の球面軸受であって、
前記台金には、貫通穴が形成されており、
前記多孔質焼結層は、前記台金の貫通穴の内壁面上に形成されている
ことを特徴とする球面軸受。
請求項２に記載の球面軸受であって、
前記台金の前記貫通穴の内壁面は、円錐台状に形成されている
ことを特徴とする球面軸受。
請求項３に記載の球面軸受であって、
前記凹球面状軸受面は、
前記台金の貫通穴の円錐台状の内壁面上に形成された前記多孔質焼結層の表面を加工することにより形成されている
ことを特徴とする球面軸受。
シャフトを支持する軸受装置であって、
前記シャフトに装着され、外周面に凸球面状支持対象面が形成された球面ブッシュと、
前記球面ブッシュの前記凸球面状支持対象面と対面する凹球面状軸受面を有し、前記球面ブッシュを非接触で支持する一対の請求項２ないし４のいずれか一項に記載の球面軸受と、を備え、
一対の前記球面軸受は、それぞれの前記凹球面状軸受面が同じ球体の球面を構成するように互いに対面し、
前記球面ブッシュは、
前記一対の球面軸受の前記凹球面状軸受面間に配置されている
ことを特徴とする軸受装置。
請求項５に記載の軸受装置であって、
前記球面ブッシュは、
前記シャフトを装着するための挿入孔の内壁に、前記シャフトの外周面と摺接する軸受面を有する
ことを特徴とする軸受装置。
請求項５に記載の軸受装置であって、
前記球面ブッシュは、
前記シャフトを装着するための挿入孔に挿入された円筒ブッシュを有し、
前記シャフトは、
前記円筒ブッシュに挿入されている
ことを特徴とする軸受装置。
ロールを非接触で支持するロール装置であって、
前記ロールに連結されたシャフトと、
前記シャフトを支持する請求項５ないし７のいずれか一項に記載の軸受装置と、を備える
ことを特徴とするロール装置。