JP4481169B2

JP4481169B2 - 変形可能な軸受ハウジング

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Publication number: JP4481169B2
Application number: JP2004544440A
Authority: JP
Inventors: スティーブン、アンドリュー、エッサム
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2003-10-13
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2023-10-13
Also published as: AU2003269265A1; ATE429588T1; WO2004036071A1; EP1552170B1; DE60327342D1; JP2006503242A; GB2394260A; US7407328B2; CN100400906C; GB2394260B; CN1703588A; GB0223983D0; US20060126982A1; EP1552170A1

Description

本発明は、変形可能な軸受ハウジング、並びに、スエージ加工技術を使用した、変形可能なハウジング及びボールを備えている球面軸受の成形方法に係り、特に、変形可能な球面軸受ハウジング、並びに、軸受ハウジングとボールとの間の適合が良好な面形軸受の成形方法に関する。

重量物用の球面軸受を成形する効果的な技術は、ほぼ半球状のカップを有する変形可能な軸受ハウジングを用意し、軸受ハウジング内に適当なサイズのボールを配置し、スエージを使用して軸受ハウジングをボールの周囲に変形させて完成した球面軸受を成形する方法である。球面軸受ハウジングは、通常、鋼のような硬い材料から成形され、ボールは、銅のような、より柔らかい材料から成る。そのような装置は、正確な形状を達成するに際して固有の問題を有する。しかしながら、この技術は、例えば、ボールの材料がハウジングより硬い場合であっても、総てのタイプの軸受に適用され得る。

この技術において使用される変形可能な軸受ハウジングは、中心軸の周囲にほぼ回転対称をなす、通常は環状のリングを備えている。リングの内面は、軸受ハウジング内に配置されたボールの表面を受容すると共にそれに対して密着する半球形状のカップの形態の対向面と、中心軸にほぼ垂直であり、軸受ハウジングの変形前においてボールを軸受ハウジング内に支持する直立壁部とを備えている。カップが半球形状なので、対向部は、中心軸に垂直且つボールの中心を通る面におけるボールの周囲を含み且つその高さまでのボールの下半分に対して、位置している。この配置は、添付図面の図１に示されている。

しかしながら、この設計に関連した問題がある。上述のようにスエージによって壁部がボールの周囲において変形したときに、カップと壁部との接合部における内面の部分も、壁部の内面の他の部分も、ボールの表面を過度に強く押圧し、その結果、ボールを圧縮し、場合によっては変形させると共に、完成した軸受内におけるボールの動きを制限して予測不可能なトルク特性をもたらすことが分かっている。また、軸受ハウジングの内面は、一連のリブ及び溝又はそれらのパターンを備えていることがあり、スエージ加工の結果としての過剰の圧力により、ボールの表面に局所的なリブを刻んでしまう。加えて、壁部の自由端は、一旦、スエージ加工力が除去されると、ボールの表面から「緩和（relaxing）」する傾向があり、添付図面の図２に示されるように、完成した軸受内において、壁部の内面の自由端とボールとの間に間隙を形成する。

これらの問題を軽減する既知の技術は、カップ領域に応力が加わらないようにするために壁部がカップ領域よりも変形し易くなるように軸受ハウジングを成形するものである。例えば、カップ領域の近傍において軸受ハウジングの外面の周囲の材料の厚さを付加して、軸受ハウジングのこの部分を強化することが知られている。代案として、壁部の近傍において軸受ハウジングの外面から材料を除去して、壁部の強度を低下させると共により変形し易くすることが知られている。しかしながら、これらの技術は、軸受ハウジングを不必要に重く且つ嵩張らせて高価にし、又は、軸受ハウジングの一部を脆弱にするという欠点を有し、これにより、損傷又は不具合の可能性を増加させ得る。

本発明の目的は、これらの問題のいくつか又は総てを軽減することである。

本発明の一態様では、軸受を成形すべく所定の半径Ｒを有するボールを受容すると共にその周囲において変形し、内面が通常はカップ状であると共に中心軸の周囲に少なくともほぼ回転対称である軸受ハウジングであって、
前記軸受ハウジングの変形前の内面は、その下端部から上端部にかけて順にカップ状に形成される第１、第２および第３の領域を備え、
前記第１の領域は、前記半径Ｒの湾曲部であり、
前記第２の領域は、前記第１の領域の接線方向に接続されて、前記半径Ｒよりも大きい湾曲部であり、
前記第３の領域は、前記第２の領域の接線方向に接続されて、前記第２の領域部との境界部が前記中心軸からの距離が最も大きく設定され、前記半径Ｒ以上の湾曲部であり、
前記第３の領域の自由端と前記中心軸との距離は、前記半径Ｒ以上であり、
前記軸受ハウジングは、その内部に収納された前記ボールの表面を過度に押圧せずに、前記ボールの表面の形状に沿って変形されることを特徴とする軸受ハウジングが提供される。

望ましくは、前記第３の領域の半径は、少なくとも前記半径Ｒの２倍である。

望ましくは、前記中心軸から前記第３の領域の自由端までの距離は、前記半径Ｒにほぼ等しい。

本発明の他の観点は、ほぼ上記半径Ｒを有するボールの周囲において変形させられている上記軸受ハウジングを備えている軸受を提供する。

本発明の一態様では、通常はカップ状であると共に中心軸の周囲に少なくともほぼ回転対称である軸受ハウジングであって、前記軸受ハウジングの変形前の内面は、その下端部から上端部にかけて順にカップ状に形成される第１、第２および第３の領域を備え、前記第１の領域は、前記半径Ｒの湾曲部であり、前記第２の領域は、前記第１の領域の接線方向に接続されて、前記半径Ｒよりも大きい湾曲部であり、前記第３の領域は、前記第２の領域の接線方向に接続されて、前記第２の領域部との境界部が前記中心軸からの距離が最も大きく設定され、前記半径Ｒ以上の湾曲部であり、前記第３の領域の自由端と前記中心軸との距離は、前記半径Ｒ以上である前記軸受ハウジングを準備する工程と、
前記軸受ハウジング内にほぼ前記半径Ｒを有するボールを配置する工程と、
前記ボールの表面を過度に押圧せずに、前記ボールの表面の形状に沿って前記軸受ハウジングを変形させる工程と、を含むことを特徴とする軸受の製造方法が提供される。

望ましくは、前記軸受ハウジングを準備する工程は、前記中心軸から、前記第３の領域の自由端までの距離が、前記半径Ｒにほぼ等しい軸受ハウジングを準備することを含む。

本発明の一態様では、所定の半径Ｒを有するボールが所定の初期位置に配置されるときに、軸受を成形すべく前記ボールを受容すると共に前記ボールの周囲において変形し、内面が中心軸の周囲に少なくともほぼ回転対称である軸受ハウジングであって、
前記軸受ハウジングの変形前の内面は、その下端部から上端部にかけて順にカップ状に形成される第１、第２および第３の領域を備え、
前記第１の領域は、前記半径Ｒの湾曲部であり、
前記第２の領域は、前記第１の領域の接線方向に接続されて、前記半径Ｒよりも大きい湾曲部であり、
前記第３の領域は、前記第２の領域の接線方向に接続されて、前記第２の領域部との境界部が前記中心軸からの距離が最も大きく設定され、前記半径Ｒ以上の湾曲部であり、
前記第３の領域の自由端と前記中心軸との距離は、前記半径Ｒ以上であり、
前記軸受ハウジングは、その内部に収納された前記ボールの表面を過度に押圧せずに、前記ボールの表面の形状に沿って変形され、
前記半径Ｒを有するボールが前記初期位置に配置されるときに、前記中心軸に垂直且つ前記ボールの中心を通る面内において前記軸受ハウジングの前記内面と前記ボールの表面との間に間隙が存在し、
前記軸受ハウジングは、軸受を成形すべく前記ボールの周囲において変形するときに、前記中心軸に垂直且つ前記ボールの中心を通る前記面内における前記軸受ハウジングの前記内面と前記ボールの前記表面との間の前記間隙が前記軸受ハウジングの変形前の前記間隙より小さくなるように変形するように、成形されていることを特徴とする軸受ハウジングが提供される。

本発明の一態様では、内面が中心軸の周囲に少なくともほぼ回転対称である軸受ハウジングであって、前記軸受ハウジングの変形前の内面は、その下端部から上端部にかけて順にカップ状に形成される第１、第２および第３の領域を備え、前記第１の領域は、前記半径Ｒの湾曲部であり、前記第２の領域は、前記第１の領域の接線方向に接続されて、前記半径Ｒよりも大きい湾曲部であり、前記第３の領域は、前記第２の領域の接線方向に接続されて、前記第２の領域部との境界部が前記中心軸からの距離が最も大きく設定され、前記半径Ｒ以上の湾曲部であり、前記第３の領域の自由端と前記中心軸との距離は、前記半径Ｒ以上であり、半径Ｒのボールが初期位置に配置されるときに、前記中心軸に垂直且つ前記ボールの中心を通る面内において前記軸受ハウジングの前記内面と前記ボールの表面との間に間隙が存在し、前記軸受ハウジングは、軸受を成形すべく前記ボールの周囲において変形するときに、前記中心軸に垂直且つ前記ボールの中心を通る前記面内における前記軸受ハウジングの前記内面と前記ボールの前記表面との間の前記間隙が前記軸受ハウジングの変形前の前記間隙より小さくなるように変形するように成形されている前記軸受ハウジングを準備する工程と、
ほぼ前記半径Ｒを有するボールを前記初期位置に配置する工程と、
軸受を成形すべく前記軸受ハウジングを前記ボールの周囲において変形させる工程と、を含むことを特徴とする軸受の製造方法が提供される。

本発明をより容易に理解することができるようにするために、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら、例として説明する。

図１は、従来の軸受ハウジング１の中心軸に沿う従来の変形可能な軸受ハウジング１の一部の断面図である。断面の半分の一方のみが示されているが、従来の軸受ハウジング１がその中心軸２の周囲に回転対称をなすことが理解される。

軸受ハウジング１は、通常、環状のリングの形状をなす。上述したように、従来の軸受ハウジング１の内面３は、対向面を備え、その下部が、従来の軸受ハウジング１内に配置された所定の半径Ｒのボールの形状を受容すると共に、それに密着するように適合しているカップ４の形状をなしている。従って、カップ４の表面の各点が従来の軸受ハウジング１の中心点５から距離Ｒにあり、その中心点は、従来の軸受ハウジング１にボールが配置されたときに、半径Ｒのボールの中心がある点に対応することが理解される。このカップは、中心軸２に垂直且つ中心点５を通る面上にある点に延在すると共にそれを含む。換言すると、カップ４の終端が従来の軸受ハウジング１内に配置されたボールの「赤道」を囲繞する。

従来の軸受ハウジング１の内面３は、また、カップ４から滑らかに連続すると共に中心軸２と平行に延在して自由端１３において終端する直立壁部６を備えている。壁部６の内面上の各点は、中心軸２から距離Ｒの位置にある。このような配置により、従来の軸受ハウジング１の変形の前に半径Ｒのボールを従来の軸受ハウジング１に挿入することができることが分かる。

図２は、半径Ｒのボール７の周囲が変形した従来の軸受ハウジング１を示している。ボール７は、平坦な対向面８，９を有するように二つの平行な面において切断され、このボールは、これらの面８，９が中心軸２にほぼ垂直になるように挿入されている。この配置において、ボールの平坦でない部分のみが従来の軸受ハウジング１の内面３に接触する。ボール７は、また、平坦な面８，９を通る直径に沿って貫通する中央孔１０を有し、完成した軸受を使用するときは、軸（図示せず）は、中央孔１０を貫通し得る。

従来の軸受ハウジング１の変形は、スエージ（図示せず）により実施される。このスエージは、従来の軸受ハウジング１の壁部６をボール７の上半分に対して変形するように適合した形状を有する。これにより、軸受ハウジング１の対向面は、ボール７の対応部の形状に一致する。しかしながら、先に議論したように、ボールの赤道におけるカップ４と壁部６との接合部１１の部位において「間隙のない箇所（tight spot）」が生じることが分かっている。加えて、壁部６の内面の中間部１２は、従来の軸受ハウジング１の変形中及びその後にボール７の表面の対応部を押圧することが分かっている。

最後に、従来の軸受ハウジング１の変形後において、壁部６の自由端１３は「緩和」する傾向があり、その結果、壁部６の自由端１３の内面とボール７の表面との間に間隙１４をもたらす。

変形した従来の軸受ハウジング１の内面３が間隙のない箇所１１及び中間部１２においてボール７を押圧することは、間隙１４の存在とともに、完成した軸受の性能を低下させることが分かる。

一方、図３は、本発明を具現化した変形可能な軸受ハウジング１５を示している。同様に、軸受ハウジング１５の断面図の半分の一方のみが示されているが、軸受ハウジング１５が、通常はリングの形状をなし、少なくともその中心軸１６の周囲にほぼ回転対称であることが分かる。即ち、軸受ハウジング１５はほぼ回転対称であり、回転対称の程度は、スエージ加工工程の後で機能的な軸受を成形するのに充分である。

軸受ハウジング１５の内面１７は、対向面を備え、その下部は、カップ１８の形状をなし、その各点は、中心点１９から少なくともほぼ距離Ｒの位置にあり、中心点１９は、軸受ハウジング１５内に配置されている半径Ｒのボールの中心が占める点に同様に対応する。

上述の従来の軸受ハウジング１と対比して、軸受ハウジング１５のカップ１８は、中心軸１６に垂直且つ中心点１９を通る面までは延在していない（即ち、軸受ハウジング１の内面の部分は、ハウジング１５内に挿入された半径Ｒのボールの赤道と接触している）。むしろ、カップ１８は終端部２０において終端するため、軸受ハウジング１５のカップ１８がその中に配置されたボールに接触する表面の面積が、従来の軸受ハウジングの対向面部４のものと比較して少ない。終端部２０の後では、軸受ハウジング１５の内面１７は、中心点１９からの距離Ｒよりも長い距離の位置にある。

中心軸１６に垂直且つ中心点１９を通る面内にある軸受ハウジング１５の内面の部分１７は、カップ１８とボールとの間の間隙より実質的に大きな量だけ中心点１９からの距離Ｒより長い距離の位置にある。本発明の好ましい実施の形態においては、その距離は、軸受ハウジングの変形後の従来の軸受ハウジング１の緩みにより従来の軸受ハウジング１の内面３とボール７との間に生じた間隙１４の幅にほぼ等しい。

軸受ハウジング１５の内面１７の壁部、即ち、終端部２０を越えている部分は、滑らかな円弧を描いて遠位点２１に達する。そこでは、内面１７の中心軸１６からの距離が最大であり、その後、中心軸１６に向かって終点２２まで戻りつつ曲線を描いている。この滑らかな円弧自体は、カップ部１８にその半径に対する接線で交わり、それにより、内面１７全体は、実質的に不連続にならないように円弧の半径が滑らかに移行する一連の円弧を備えている。中心軸１６からの終点２２の距離は、好ましくは距離Ｒにほぼ等しく、この配置により、半径Ｒのボールをその変形前に軸受ハウジング１５の中に挿入できることが分かる。

好ましくは、内面１７の壁部の曲率半径２３は半径Ｒより大きく、半径Ｒの２倍より大きくてもよい。

内面１７は、完成した軸受を自己潤滑軸受にするために自己支持型ライナによりライニングされていてもよい。

半径Ｒのボールが軸受ハウジング１５の中に挿入されると共に軸受ハウジング１５がスエージの使用によりボールの周囲において変形するときに、軸受ハウジング１５の内面１７の構造が、中間部１２における望ましくない付加圧力ばかりでなく、従来の軸受ハウジング１に関連して上述した「間隙のない箇所」を実質的に低減又は消滅させることが分かっている。

中心軸１６に垂直な面内にある軸受ハウジング１５の内面１７の部分は、赤道の領域においてボールの形状に一致するためにスエージ加工中に歪む適合部を備えている。

加えて、軸受ハウジング１５の内面が変形中にボールの内面を強制的に押圧しないために、内面の終端２２は、変形後に実質的な緩みを被らず、軸受ハウジングの内面１７とボールの表面との間の間隙の存在が実質的に低減又は消滅する。

ここで議論されるタイプの軸受はまた、カップを含まず、二つの変形可能部分を備えている軸受ハウジングを用いることにより成形されてもよい。ボールは、軸受ハウジングの中心軸に沿ってどちらの方向から変形可能な軸受ハウジング内に挿入されてもよく、両方の変形可能な部分は、軸受を成形すべくボールの周囲において続いて変形する。本発明はまた、この技術に適用可能であり、この技術を用いる本明細書に記載された実施の形態の適用は、当業者にとって充分に明らかである。

本発明は、本明細書において議論された技術によって成形された軸受の品質を向上させて、軸受の性能及び寿命を向上させることができる効果的な方法を提供することが分かる。

本明細書における「備える（comprises）」は、「含む（includes）」又は「からなる（consists of）」を意味し、「備える（comprising）」は、「含む（including）」又は「からなる（consisting of）」を意味する。

上記の記述、特許請求の範囲又は添付図面に開示され、それらの詳細な形態や、開示された機能を実行する手段、又は、開示された結果を達成する方法若しくはプロセスの用語により適切に表現された特徴は、そのような特徴を個別に又は結合して、本発明を多様な形態で具現化するために用いられる。

変形前の従来の変形可能な軸受ハウジングを示している。ボールの周囲が変形した図１の変形可能な軸受ハウジングを示している。本発明を具現化する変形可能な軸受ハウジングを示している。

Claims

軸受を成形すべく所定の半径Ｒを有するボールを受容すると共にその周囲において変形し、内面が通常はカップ状であると共に中心軸の周囲に少なくともほぼ回転対称である軸受ハウジングであって、
前記軸受ハウジングの変形前の内面は、その下端部から上端部にかけて順にカップ状に形成される第１、第２および第３の領域を備え、
前記第１の領域は、前記半径Ｒの湾曲部であり、
前記第２の領域は、前記第１の領域の接線方向に接続されて、前記半径Ｒよりも大きい湾曲部であり、
前記第３の領域は、前記第２の領域の接線方向に接続されて、前記第２の領域部との境界部が前記中心軸からの距離が最も大きく設定され、前記半径Ｒ以上の湾曲部であり、
前記第３の領域の自由端と前記中心軸との距離は、前記半径Ｒ以上であり、
前記軸受ハウジングは、その内部に収納された前記ボールの表面を過度に押圧せずに、前記ボールの表面の形状に沿って変形されることを特徴とする軸受ハウジング。
前記第３の領域の半径は、少なくとも前記半径Ｒの２倍であることを特徴とする請求項１に記載の軸受ハウジング。
前記中心軸から前記第３の領域の自由端までの距離は、前記半径Ｒにほぼ等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の軸受ハウジング。
通常はカップ状であると共に中心軸の周囲に少なくともほぼ回転対称である軸受ハウジングであって、前記軸受ハウジングの変形前の内面は、その下端部から上端部にかけて順にカップ状に形成される第１、第２および第３の領域を備え、前記第１の領域は、前記半径Ｒの湾曲部であり、前記第２の領域は、前記第１の領域の接線方向に接続されて、前記半径Ｒよりも大きい湾曲部であり、前記第３の領域は、前記第２の領域の接線方向に接続されて、前記第２の領域部との境界部が前記中心軸からの距離が最も大きく設定され、前記半径Ｒ以上の湾曲部であり、前記第３の領域の自由端と前記中心軸との距離は、前記半径Ｒ以上である前記軸受ハウジングを準備する工程と、
前記軸受ハウジング内にほぼ前記半径Ｒを有するボールを配置する工程と、
前記ボールの表面を過度に押圧せずに、前記ボールの表面の形状に沿って前記軸受ハウジングを変形させる工程と、を含むことを特徴とする軸受の製造方法。
前記第３の領域の半径は、少なくとも前記半径Ｒの２倍であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
前記軸受ハウジングを準備する工程は、前記中心軸から前記第３の領域の自由端までの距離が、前記半径Ｒにほぼ等しい軸受ハウジングを準備することを含むことを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
所定の半径Ｒを有するボールが所定の初期位置に配置されるときに、軸受を成形すべく前記ボールを受容すると共に前記ボールの周囲において変形し、内面が中心軸の周囲に少なくともほぼ回転対称である軸受ハウジングであって、
前記軸受ハウジングの変形前の内面は、その下端部から上端部にかけて順にカップ状に形成される第１、第２および第３の領域を備え、
前記第１の領域は、前記半径Ｒの湾曲部であり、
前記第２の領域は、前記第１の領域の接線方向に接続されて、前記半径Ｒよりも大きい湾曲部であり、
前記第３の領域は、前記第２の領域の接線方向に接続されて、前記第２の領域部との境界部が前記中心軸からの距離が最も大きく設定され、前記半径Ｒ以上の湾曲部であり、
前記第３の領域の自由端と前記中心軸との距離は、前記半径Ｒ以上であり、
前記軸受ハウジングは、その内部に収納された前記ボールの表面を過度に押圧せずに、前記ボールの表面の形状に沿って変形され、
前記半径Ｒを有するボールが前記初期位置に配置されるときに、前記中心軸に垂直且つ前記ボールの中心を通る面内において前記軸受ハウジングの前記内面と前記ボールの表面との間に間隙が存在し、
前記軸受ハウジングは、軸受を成形すべく前記ボールの周囲において変形するときに、前記中心軸に垂直且つ前記ボールの中心を通る前記面内における前記軸受ハウジングの前記内面と前記ボールの前記表面との間の前記間隙が前記軸受ハウジングの変形前の前記間隙より小さくなるように変形するように、成形されていることを特徴とする軸受ハウジング。
内面が中心軸の周囲に少なくともほぼ回転対称である軸受ハウジングであって、前記軸受ハウジングの変形前の内面は、その下端部から上端部にかけて順にカップ状に形成される第１、第２および第３の領域を備え、前記第１の領域は、前記半径Ｒの湾曲部であり、前記第２の領域は、前記第１の領域の接線方向に接続されて、前記半径Ｒよりも大きい湾曲部であり、前記第３の領域は、前記第２の領域の接線方向に接続されて、前記第２の領域部との境界部が前記中心軸からの距離が最も大きく設定され、前記半径Ｒ以上の湾曲部であり、前記第３の領域の自由端と前記中心軸との距離は、前記半径Ｒ以上であり、半径Ｒのボールが初期位置に配置されるときに、前記中心軸に垂直且つ前記ボールの中心を通る面内において前記軸受ハウジングの前記内面と前記ボールの表面との間に間隙が存在し、前記軸受ハウジングは、軸受を成形すべく前記ボールの周囲において変形するときに、前記中心軸に垂直且つ前記ボールの中心を通る前記面内における前記軸受ハウジングの前記内面と前記ボールの前記表面との間の前記間隙が前記軸受ハウジングの変形前の前記間隙より小さくなるように変形するように成形されている前記軸受ハウジングを準備する工程と、
ほぼ前記半径Ｒを有するボールを前記初期位置に配置する工程と、
軸受を成形すべく前記軸受ハウジングを前記ボールの周囲において変形させる工程と、を含むことを特徴とする軸受の製造方法。