JP2018155356A - カムフォロア - Google Patents

Abstract

【課題】転動体及び軸体の回転摩擦の低減及び転動体の回転速度の向上に加えて、耐用年数の長期化を図り得る上に、転動体を軽量化し得て高い回転応答性を有したカムフォロアを提供すること。
【解決手段】カムフォロア１は、磁性体からなると共に円筒状の内周面２で規定された円柱状の中空部３を有した転動体４と、内周面２に対して外周面５で円環状の隙間６をもって転動体４の中空部３に配されている軸体７と、軸体７に対してラジアル方向Ａに関して転動体４を静圧気体によって非接触的に支持すると共に軸体７に支持された静圧気体軸受手段８と、軸体７に対してスラスト方向である軸方向Ｂに関して転動体４を磁力によって非接触的に支持すると共に軸体７に支持された磁性軸受手段９と、軸体７を片持ち支持する支持手段１０とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、カム等の相手部材の作動を他の部材に伝達すべく相手部材に接触して用いられるカムフォロアに関する。

例えば特許文献１においては、中空の転動体と、転動体の中空部に隙間をもって挿通されている軸体と、ラジアル方向に関して転動体を静圧気体によって支持すべく転動体と軸体との間に介在されている静圧気体軸受手段と、スラスト方向に関して転動体を磁力によって支持する磁性軸受手段とを具備しているカムフォロアが提案されている。

特開２０１２−７２８５３号公報

ところで、斯かるカムフォロアは、転動体の一端部間の内周面に軸方向に所定の間隔をおいて形成された環状凹溝と、一方の環状凹溝を挟み、かつ外周面で転動体の内周面に対して環状の隙間をもって対面し、軸体に装着されている一対の磁性体と、一対の磁性体間に介在されている永久磁石とを具備している結果、回転摩擦の低減、回転速度の向上に加えて、耐用年数の長期化を図り得るが、斯かるカムフォロアでは、転動体の内周面に環状凹溝を形成する必要があるために、大きな径方向の厚みをもった素材から転動体を形成せざるを得なく、結局、転動体は、大きな質量と低い回転応答性とを有したものとになる。

本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、転動体及び軸体の回転摩擦の低減及び転動体の回転速度の向上に加えて、耐用年数の長期化を図り得る上に、転動体を軽量化し得て高い回転応答性を有したカムフォロアを提供することにある。

本発明のカムフォロアは、磁性体からなると共に内周面で規定された中空部を有した転動体と、この転動体の内周面に対して環状の隙間をもって転動体の中空部に配されている軸体と、この軸体に対してラジアル方向に関して転動体を静圧気体によって支持する静圧気体軸受手段と、軸体に対してスラスト方向に関して転動体を磁力によって支持する磁性軸受手段とを具備しており、磁性軸受手段は、外周面で転動体の軸方向の一方の端部の内周面に対して環状の隙間をもって対面していると共に軸体の軸方向の一方の端部に装着されている一方の一対の磁性体と、外周面で転動体の軸方向の一方の端部の内周面に対して環状の隙間をもって対面していると共に軸方向において一方の一対の磁性体間に介在されている一方の永久磁石と、外周面で転動体の軸方向の他方の端部の内周面に対して環状の隙間をもって対面していると共に軸体の軸方向の他方の端部に装着されている他方の一対の磁性体と、外周面で転動体の軸方向の他方の端部の内周面に対して環状の隙間をもって対面していると共に軸方向において他方の一対の磁性体間に介在されている他方の永久磁石とを具備しており、一方の一対の磁性体の外周面が対面する転動体の軸方向の一方の端部の内周面は、一方の永久磁石の外周面が対面する転動体の軸方向の一方の端部の内周面の径と同一の径を有しており、他方の一対の磁性体の外周面が対面する転動体の軸方向の他方の端部の内周面は、他方の永久磁石の外周面が対面する転動体の軸方向の他方の端部の内周面の径と同一の径を有している。

本発明のカムフォロアによれば、静圧気体軸受手段及び磁性軸受手段によって転動体を軸体に対してラジアル方向及びスラスト方向に関して非接触で支持するようになっている結果、転動体及び軸体の回転摩擦を低減でき、転動体の高速回転を可能とし、しかも、耐用年数の長期化を図り得、その上、一方の一対の磁性体の外周面が対面する転動体の軸方向の一方の端部の内周面は、一方の永久磁石の外周面が対面する転動体の軸方向の一方の端部の内周面の径と同一の径を有しており、他方の一対の磁性体の外周面が対面する転動体の軸方向の他方の端部の内周面は、他方の永久磁石の外周面が対面する転動体の軸方向の他方の端部の内周面の径と同一の径を有しているために、言い換えると、転動体の内周面に環状凹溝を形成する必要がないために、転動体を軽量化し得て高い回転応答性をもった転動体にし得る。

本発明のカムフォロアにおいて、好ましい例では、転動体の内周面は、転動体の軸方向の一方の端面から転動体の軸方向の他方の端面に至るまで同一の径を有しており、斯かる例では、転動体として単なる円筒体を用いることができ、安価なカムフォロアを提供できる。

本発明のカムフォロアにおいて、他の好ましい例では、磁性軸受手段は、軸体の軸方向の一方の端部では、一方の永久磁石の磁力に基づいて転動体と一方の一対の磁性体とが、そして、軸体の軸方向の他方の端部では、他方の永久磁石の磁力に基づいて転動体と他方の一対の磁性体とが夫々互いに引き合う力を生じさせるようになっており、更に他の好ましい例では、静圧気体軸受手段は、転動体の内周面に対して環状の軸受隙間をもって対面しているラジアル軸受面を有していると共に軸体に固着されている円筒状の軸受体と、ラジアル軸受面から軸受隙間に供給すべき気体を給気することができるように軸受体に形成されている給気通路と、軸体に形成されていると共に給気通路に気体を供給することができるように当該給気通路に連通した供給通路とを具備している。

本発明のカムフォロアでは、静圧気体軸受手段は、転動体の内周面に対して環状の軸受隙間をもって対面しているラジアル軸受面を有していると共に環状の隙間において軸体に固着されている円筒状の軸受体と、ラジアル軸受面から軸受隙間に供給すべき気体を給気することができるように軸受体に形成されている給気通路と、軸体に形成されていると共に給気通路に気体を供給する当該給気通路に連通した供給通路とを具備していてもよい。

本発明によれば、転動体及び軸体の回転摩擦の低減及び転動体の回転速度の向上に加えて、耐用年数の長期化を図り得る上に、転動体を軽量化し得て高い回転応答性を有したカムフォロアを提供することができる。

本発明の実施の形態の例の図２の断面説明図である。 図１に示す例の正面説明図である。 図１に示す例のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面説明図である。 図１に示す例のＩＶ−ＩＶ線矢視断面説明図である。 図１に示す例のＶ−Ｖ線矢視断面説明図である。 図１に示す例のＶＩ−ＶＩ線矢視断面説明図である。 図１に示す例の磁性軸受手段の拡大説明図である。 図１に示す例の磁性軸受手段の拡大動作説明図である。 図１に示す例の磁性軸受手段の拡大動作説明図である。

次に本発明を、図に示す好ましい実施の形態の例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。

図１から図７において、本例のカムフォロア１は、磁性体からなると共に円筒状の内周面２で規定された円柱状の中空部３を有した転動体４と、内周面２に対して外周面５で円環状の隙間６をもって転動体４の中空部３に配されている軸体７と、軸体７に対してラジアル方向Ａに関して転動体４を静圧気体によって非接触的に支持すると共に軸体７に支持された静圧気体軸受手段８と、軸体７に対してスラスト方向である軸方向Ｂに関して転動体４を磁力によって非接触的に支持すると共に軸体７に支持された磁性軸受手段９と、軸体７を片持ち支持する支持手段１０とを具備している。

静圧気体軸受手段８及び磁性軸受手段９により軸体７の軸心１４を中心として方向Ｒに関して回転自在な円筒状の転動体４は、内周面２に加えて、円筒状の外周面１５と、軸方向Ｂにおいて円環状の端面１６及び１７とを有しており、内周面２は、軸方向Ｂにおける一方の端面１６から軸方向Ｂにおける他方の端面１７に至るまで同一の径（転動体４の内径）ｒを有している。

円柱状の軸体７は、外周面５を有していると共に中空部３に配された本体２１と、軸方向Ｂにおいて端面１６側の中空部３から転動体４の外部に突出していると共に本体２１の軸方向Ｂの一端に一体形成された一端部２２と、軸方向Ｂにおいて端面１７側の中空部３から突出していると共に本体２１の軸方向Ｂの他端に一体形成された他端部２３と、一端部２２に一体形成された鍔部２４とを具備している。

静圧気体軸受手段８は、内周面２に対して環状の軸受隙間３１をもって対面している円筒状のラジアル軸受面３２を有していると共に隙間６において軸体７、即ち、本体２１に固着されている円筒状の軸受体３３と、ラジアル軸受面３２から軸受隙間３１に供給すべき気体を給気する気体給気機構３４と、気体給気機構３４の気体の漏出を防止すべく、外周面５に形成された一対の円環状溝に配されたシールリング３５及び３６とを具備している。

軸受体３３は、内周面４１で外周面５に密接して本体２１に支持されていると共に円筒状空所４２を有する円筒状の本体４３と、本体４３の外周面４４に内周面４５で接合、固着されていると共にラジアル軸受面３２となる外周面を有した多孔質体としての円筒状の多孔質金属焼結層４６と、円筒状空所４２を封止すべく本体４３の軸方向Ｂの一端部の円筒状空所４２に嵌合された蓋部材４７とを具備しており、多孔質金属焼結層４６は、その全表面の無秩序な多数の部位で開口すると共に無秩序に互いに連通する多数の細孔を内部に有している。

気体給気機構３４は、軸受体３３に形成されていると共に多孔質金属焼結層４６の内周面４５に気体を給気する給気通路５１と、軸体７に形成されていると共に給気通路５１に気体を供給する供給通路５２とを具備している。

給気通路５１は、円筒状空所４２と、外周面４４で開口すると共に本体４３に形成された複数の環状凹所５６と、一方では円筒状空所４２に、他方では環状凹所５６に夫々開口していると共に本体４３に形成された複数の貫通孔５７とを具備しており、供給通路５２は、一端部２２の軸方向Ｂの一端面６１で開口していると共に本体２１及び一端部２２に軸方向Ｂに伸びて設けられた孔６２と、一方では孔６２に、他方では外周面５で夫々開口していると共にラジアル方向Ａに伸びて本体２１に形成された複数の貫通孔６３と、一方では対応の貫通孔６３に連通するように内周面４１で、他方では円筒状空所４２に夫々開口していると共に本体４３に形成された複数の貫通孔６４とを具備している。

斯かる気体給気機構３４では、一端面６１において孔６２に供給された気体（圧縮気体）は、軸方向Ｂにおいてシールリング３５及び３６間に配された貫通孔６３及び６４を介して円筒状空所４２に供給され、円筒状空所４２に供給された気体は、複数の貫通孔５７を介して複数の環状凹所５６に流入され、複数の環状凹所５６に流入された気体は、多孔質金属焼結層４６の内周面４５に供給され、内周面４５に供給された気体は、多孔質金属焼結層４６の多数の細孔を介して軸受隙間３１に供給されるようになっている。

磁性軸受手段９は、内周面２の径よりも小径の円環状の外周面７１で転動体４の軸方向Ｂの一方の端部７２の内周面２に対して円環状の隙間７３をもってラジアル方向Ａにおいて対面していると共に円環状の内周面７４で外周面５に密接して、中空部３に配されている軸体７の軸方向Ｂの一方の端部７５に装着されている一対の円環状の磁性体７６と、外周面７１の径よりも小径の円環状の外周面７７で端部７２の内周面２に対して円環状の隙間７８をもってラジアル方向Ａにおいて対面していると共に軸方向Ｂにおいて一対の磁性体７６間に介在されて、軸方向Ｂの端面の夫々では当該一対の磁性体７６の軸方向Ｂの端面の夫々に、円環状の内周面７９では外周面５に夫々密接して端部７５に装着されている円環状の永久磁石８０と、外周面７１の径と同径の外周面９１で転動体４の軸方向Ｂの他方の端部９２の内周面２に対して円環状の隙間９３をもってラジアル方向Ａにおいて対面していると共に円環状の内周面９４で外周面５に密接して、中空部３に配されている軸体７の軸方向Ｂの他方の端部９５に装着されている一対の円環状の磁性体９６と、外周面７７の径と同径の円環状の外周面９７で端部９２の内周面２に対して円環状の隙間９８をもってラジアル方向Ａにおいて対面していると共に軸方向Ｂにおいて一対の磁性体９６間に介在されて、軸方向Ｂの端面の夫々では当該一対の磁性体９６の軸方向Ｂの端面の夫々に、円環状の内周面９９では外周面５に夫々密接して端部９５に装着されている円環状の永久磁石１００と、外周面７７の径よりも小径の円環状の外周面１０１を有していると共に軸方向Ｂにおける一方の磁性体７６及び蓋部材４７間において、軸方向Ｂの端面の夫々では当該磁性体７６及び蓋部材４７の軸方向Ｂの端面の夫々に、円環状の内周面１０２では外周面５に夫々密接して、端部７５に装着されている非磁性の円環状体１０３と、外周面１０１の径と同径の外周面１１１を有していると共に軸方向Ｂにおける一方の磁性体９６及び本体４３の底部１１２間において、軸方向Ｂの端面の夫々では当該磁性体９６及び底部１１２の軸方向Ｂの端面の夫々に、円環状の内周面１１３では外周面５に夫々密接して、端部９５に装着されている非磁性の円環状体１１４とを具備している。

永久磁石８０と永久磁石１００と、端部７５の一対の磁性体７６と端部９５の一対の磁性体９６とは同一に形成されていると共に一対の磁性体７６のうちで軸方向Ｂの端面１１５で鍔部２４に密接した一方の磁性体７６は、当該端面１１５が端面１６に対してラジアル方向Ａに関して面一となり、同じく一対の磁性体９６のうちで軸方向Ｂの端面１１７でナット１１８に密接した一方の磁性体９６は、当該端面１１７が端面１７に対してラジアル方向Ａに関して面一となるように、夫々設けられており、軸方向Ｂにおいて磁極（Ｎ極及びＳ極）を有している永久磁石８０及び１００の夫々により磁性軸受手段９は、端部７２及び９２側の夫々で磁束１２１を生じさせており、而して、端部７２では、永久磁石８０の磁力に基づいて端部７２と一対の磁性体７６とが、そして、端部９２では、永久磁石１００の磁力に基づいて端部９２と一対の磁性体９６とが夫々ラジアル方向Ａにおいて互いに引き合う力を均等に生じさせるようになっている。

本例では、内周面２が端面１６から端面１７に至るまで同一の径ｒを有している結果、一対の磁性体７６の外周面７１が対面する端部７２の内周面２は、永久磁石８０の外周面７７が対面する端部７２の内周面２の径ｒと同一の径ｒを有しており、一対の磁性体９６の外周面９１が対面する端部９２の内周面２は、永久磁石１００の外周面９７が対面する端部９２の内周面２の径ｒと同一の径ｒを有している。

支持手段１０は、一端部２２が挿通された貫通孔１２５を有した支持部材１２６と、一端部２２に螺合されていると共に鍔部２４と協働して支持部材１２６を挟持するナット１２７と、他端部２３に螺合されていると共に鍔部２４と協働して一対の磁性体７６、永久磁石８０、円環状体１０３、本体４３、円環状体１１４、一対の磁性体９６及び永久磁石１００を挟持するナット１１８とを具備している。

斯かるカムフォロア１では、供給通路５２から給気通路５１を介して多孔質金属焼結層４６に給気されることによりラジアル軸受面３２から軸受隙間３１に気体が供給される一方、永久磁石８０及び１００から各対の磁性体７６及び９６を介して端部７２及び端部９２に、一対の磁性体７６と端部７２とを、そして、一対の磁性体９６と端部９２とを引き合う力が均等に発生され、而して、転動体４は、静圧気体軸受手段８により軸体７に対して非接触的にラジアル方向Ａに関して支持される一方、磁性軸受手段９により軸体７に対して非接触的に軸方向Ｂに関して支持される結果、転動体４は、一対の磁性体７６、永久磁石８０、円環状体１０３、本体４３、円環状体１１４、一対の磁性体９６、永久磁石１００、多孔質金属焼結層４６及び軸体７に対して非接触にて方向Ｒに回転自在に支持される。

そして、カムフォロア１によれば、例えば、軸体７と同心に配された転動体４にラジアル方向Ａに関して軸心１４に対して偏心力が作用した場合には、その偏心力に打ち勝つように軸受隙間３１に気体が供給される一方、転動体４に軸方向Ｂにおいて図８に示すように方向Ｃに関して変位力が作用した場合には、鍔部２４に密接した一方の磁性体７６の外周面７１と端面１６との間の磁束１３１が大きくなり、磁束１３１に基づいて軸方向Ｂに交差すると共に方向Ｃと反対の方向Ｄの分力をもった吸引力１３２が鍔部２４に密接した一方の磁性体７６と転動体４との間に生じる結果、軸体７に対して方向Ｃに関して変位した転動体４は、端面１１５が端面１６に対してラジアル方向Ａに関して面一となる位置に戻され、逆に、転動体４に軸方向Ｂにおいて図９に示すように方向Ｃと反対の方向Ｄに関して変位力が作用した場合には、ナット１１８に密接した一方の磁性体９６の外周面９１と端面１７との間の磁束１４１が大きくなり、磁束１４１に基づいて軸方向Ｂに交差すると共に方向Ｄと反対の方向Ｃの分力をもった吸引力１４２がナット１１８に密接した一方の磁性体９６と転動体４との間に生じる結果、軸体７に対して方向Ｄに関して変位した転動体４は、端面１１７が端面１７に対してラジアル方向Ａに関して面一となる位置に戻され、而して、転動体４は、静圧気体軸受手段８及び磁性軸受手段９によって軸体７に対してラジアル方向Ａ及び軸方向（スラスト方向）Ｂに関して非接触で支持されるようになっている結果、転動体４及び軸体７の回転摩擦を低減でき、転動体４の方向Ｒの高速回転を可能とし、しかも、耐用年数の長期化を図り得、その上、一対の外周面７１が対面する端部７２の内周面２は、外周面７７が対面する内周面２の径と同一の径を有しており、外周面９１が対面する内周面２は、外周面９７が対面する内周面２の径と同一の径を有しているために、言い換えると、転動体４の内周面２に環状凹溝を形成する必要がないために、カムフォロア１は、転動体４を軽量化し得て高い回転応答性を有した転動体とし得る。

本例でのカムフォロア１では、磁性軸受手段９は、一つの永久磁石８０と一つの永久磁石１００とを具備しているが、これに代えて、例えば軸方向Ｂ及び方向Ｒのうちの少なくとも一方に並んだ複数個の永久磁石８０及び１００のうちの少なくとも一方を具備していてもよく、軸体７もまた、一端部２２で支持部材１２６に片持ちされているが、例えば、他端部２３でも支持部材１２６で固定支持されて両持ち支持されていてもよく、加えて、カムフォロア１は、多孔質金属焼結層４６を有した静圧気体軸受手段８を具備しているが、これに代えて、例えば、自成絞り型の静圧気体軸受手段を具備していてもよい。

１ カムフォロア
２、７４、７９、９４、９９、１０２ 内周面
３ 中空部
４ 転動体
５、７１、７７、９１、９７、１０１ 外周面
６ 隙間
７ 軸体
８ 静圧気体軸受手段
９ 磁性軸受手段
７２、７５、９２、９５ 端部
７３、７８、９３、９８ 隙間
７６、９６ 磁性体
８０、１００ 永久磁石

Claims (4)

1. 磁性体からなると共に内周面で規定された中空部を有した転動体と、この転動体の内周面に対して環状の隙間をもって転動体の中空部に配されている軸体と、この軸体に対してラジアル方向に関して転動体を静圧気体によって支持する静圧気体軸受手段と、軸体に対してスラスト方向に関して転動体を磁力によって支持する磁性軸受手段とを具備しており、磁性軸受手段は、転動体の軸方向の一方の端部の内周面に対して環状の隙間をもって外周面で対面していると共に中空部に配されている軸体の軸方向の一方の端部に装着されている一方の一対の磁性体と、中空部に配されている転動体の軸方向の一方の端部の内周面に対して環状の隙間をもって外周面で対面していると共に軸方向において一方の一対の磁性体間に介在されている一方の永久磁石と、中空部に配されている転動体の軸方向の他方の端部の内周面に対して環状の隙間をもって外周面で対面していると共に中空部に配されている軸体の軸方向の他方の端部に装着されている他方の一対の磁性体と、中空部に配されている転動体の軸方向の他方の端部の内周面に対して環状の隙間をもって外周面で対面していると共に軸方向において他方の一対の磁性体間に介在されている他方の永久磁石とを具備しており、一方の一対の磁性体の外周面が対面する転動体の軸方向の一方の端部の内周面は、一方の永久磁石の外周面が対面する転動体の軸方向の一方の端部の内周面の径と同一の径を有しており、他方の一対の磁性体の外周面が対面する転動体の軸方向の他方の端部の内周面は、他方の永久磁石の外周面が対面する転動体の軸方向の他方の端部の内周面の径と同一の径を有しているカムフォロア。
2. 転動体の内周面は、転動体の軸方向の一方の端面から転動体の軸方向の他方の端面に至るまで同一の径を有している請求項１に記載のカムフォロア。
3. 磁性軸受手段は、中空部に配されている軸体の軸方向の一方の端部では、一方の永久磁石の磁力に基づいて転動体と一方の一対の磁性体とが、そして、中空部に配されている軸体の軸方向の他方の端部では、他方の永久磁石の磁力に基づいて転動体と他方の一対の磁性体とが夫々互いに引き合う力を生じさせるようになっている請求項１又は２に記載のカムフォロア。
4. 静圧気体軸受手段は、転動体の内周面に対して環状の軸受隙間をもって対面しているラジアル軸受面を有していると共に隙間において軸体に固着されている円筒状の軸受体と、ラジアル軸受面から軸受隙間に供給すべき気体を給気することができるように軸受体に形成されている給気通路と、軸体に形成されていると共に給気通路に気体を供給することができるように当該給気通路に連通した供給通路とを具備している請求項１から３のいずれか一項に記載のカムフォロア。
   
   
   

Images