JP4885177B2 - 回転体の支持構造及びｖブロック - Google Patents

Description

本発明は、ベース部材に回転体を高精度に回転支持することのできる支持構造に関する。特に、回転体を支持するＶブロックに関する。

シャフトなどの回転体をハウジングなどのベース部材に回転可能に支持する場合、軸受に代表される軸支持構造が採用される。以下、本明細書では、回転体を回転可能に軸支持する構造を単に「支持構造」と称する。ベアリングは、支持構造の代表的なものである。
支持構造には、（１）回転体の偏心量（回転時の半径方向の振れ量）を小さくすること、及び、（２）摩擦抵抗を小さくすること、の２点が要求される。
偏心量が特に重要となる支持構造の用途の一例として、シャフトなどの回転体の偏心量を測定する装置が挙げられる。回転体の偏心量を高精度に測定するためには、支持構造それ自体が回転体の偏心量に与える影響をできるだけ排除する必要がある。以下では、支持構造自体の偏心量を単に「支持構造の精度」と称する。すなわち、ベアリングには高精度が要求される。特許文献１に、Ｖブロック（ベース部材）のＶ字面の底部の両側にローラベアリングを配し、シャフトをローラベアリングの間に支持してシャフトの偏心量を測定する装置が開示されている。

特開平５−２４０６０９号公報（図９）

従来のベアリングは、インナーレースとアウターレースの間にローラや球体を配置し、上記の２点の要求に応えている。しかしながら、従来のベアリングでは、Ｖブロック（ベース部材）とインナーレースの間の寸法公差、インナーレースとローラ或いは球体の間の寸法公差、ローラ或いは球体とアウターレースの間の寸法公差、さらには、アウターレースと回転体の間の寸法公差が重畳して支持構造の精度に影響する。そのため、支持構造の高精度化を図ることが困難であった。
本発明は、上記課題に鑑みて創作されたものであり、ベース部材に回転体を高精度に回転支持することのできる技術を提供することを目的とする。

本発明による支持構造は、少なくとも２個の大球体が回転体の周面に点接触して回転体を支持することを特徴とする。さらに、本発明の支持構造は、夫々の大球体が大球体よりも小さい少なくとも３個の小球体によってベース部材に回転支持されていることを特徴とする。大球体と小球体のそれぞれは回転自在である。
本発明に係る支持構造は、大きさの異なる２タイプの球体でベース部材に対して回転体を支持する。従って、支持構造の偏心量に主に影響を与える寸法公差は、２タイプの球体の寸法公差だけとなる。この支持構造は、従来のベアリングに比較して、偏心量に影響を与える寸法公差の種類を少なくすることができる。本発明によれば、高精度の支持構造を実現できる。

特に、本発明の支持構造は、従来のベアリングに必須であった円筒形状のインナーレースとアウターレースを必要としない。製造上、一般に、円筒形状の寸法公差に比べて球体の真円度の寸法公差は小さくすることが容易である。本発明の支持構造は、円筒形状のインナーレースとアウターレース不要とし、球体のみで構成しているので、支持構造全体の寸法公差を小さくすること、即ち、高精度に製造することが容易である。

さらに、上記の支持構造では、小球体が大球体を点接触して支持し、その大球体が回転体を点接触して支持する。小球体と大球体の点接触と、大球体と回転体の点接触を介して回転体がベース部材に支持されているので、摩擦抵抗を低減することができる。とくに、小球体は回転しながら大球体の回りを自在に移動することができるので、摩擦抵抗を顕著に低減することができる。

本発明の支持構造は、次の技術的特徴を備えることが好ましい。大球体を収容する収容孔がベース部材に設けられている。大球体は、一部を収容孔から突出させて収容孔に収容されているとともに、両側から夫々少なくとも３個の小球体を介して挟持されている。大球体は、収容孔から突出した部分で回転体と点接触する。

大球体を両側から夫々少なくとも３個の小球体を介して挟持することによって、大球体にはその中心点の位置を維持する力（この力は求芯作用と呼ばれることがある）が働く。この求心作用によって、摩擦抵抗を増大することなく大球体の位置を正確に決めることができる。また、両側から挟持することによって、大球体自体が偏心回転することを抑制することができる。

さらに、収容孔の側面に交差する貫通孔がベース部材に設けられていることが好ましい。そして、大球体は、収容孔と貫通孔が交差する位置で次のとおりに支持されていることが好ましい。即ち、大球体は、貫通孔の両側から夫々前記した少なくとも３個の小球体によって、ベース部材に直接に接することなく支持されているとともに、大球体の中心が貫通孔の中心線上に維持されている。
上記の特徴によって、大球体は、その中心が貫通孔の中心線上に維持されながら、低い摩擦抵抗で回転することができる。

上記の支持構造は、夫々の大球体を回転支持している少なくとも３個の小球体の相対位置を維持しながら小球体とともに回転する保持プレートを備えることが好ましい。保持プレートが、複数の小球体が均等に大球体を支持する状態を維持できる。

本発明の支持構造は、回転体を回転支持するＶブロックに実現することが好適である。Ｖブロックは、少なくとも２個の大球体がＶブロックのＶ字面の底部の両側に配置されている。そのようなＶブロックは、底部の両側に配置された大球体によって回転体を支持することができる。そのようなＶブロックは、支持する回転体の偏心量を測定する装置に適用することが好適である。上記のＶブロックは、Ｖブロック自体が備える支持構造の偏心量が小さいので、回転体自体の偏心量を正確に計測するのに適している。

本発明によれば、ベース部材に回転体を高精度に回転支持することのできる支持構造を提供することができる。

図面を参照して本発明に係る支持構造を説明する。図１は、本発明に係る支持構造を備えたＶブロック１２を含む偏心量測定装置１０の模式的斜視図である。偏心量測定装置１０は、２つのＶブロック１２を台座（ベース部材）としてシャフトＷ（回転体）を支持し、シャフトＷの偏心量を測定する。
シャフトＷは、２つのＶブロック１２のＶ字面に載置される。Ｖ字面の底部の両側には、一部がＶ字面から突出している大球体４６が配置されており、シャフトＷは合計４個の大球体４６に点接触して支持されている。
シャフトＷの上方にグリップローラ１８が配置されている。グリップローラ１８は、シャフトＷを下方に押し付けている。グリップローラ１８は、シャフトＷがＶブロックから浮き上がることを防止する。
偏心量測定装置１０は、モータ１４を備えており、その回転軸が自在継手１６を介してシャフトＷに連結されている。偏心量測定装置１０は、モータ１４によってシャフトＷの角度を変化させながら、夫々の角度におけるシャフトＷの偏心量をダイヤルゲージ２０によって測定する。

Ｖブロック１２の構造（シャフトＷを回転支持する支持構造）を説明する。図２は、Ｖブロック１２の模式的分解図である。
Ｖブロック１２には、大球体４６を収容する収容孔３２がＶ字面の谷の両側に設けられている。収容孔３２は、円筒形状であり、一端がＶ字面で開口している。さらにＶブロック１２には、Ｖ字面に沿って２つの貫通孔３０が形成されている。夫々の貫通孔３０は、収容孔３２の側面（円筒面）に交差しているとともにＶブロック１２を貫通している。夫々の貫通孔３０は、円筒形状をなしており、Ｖ字面に平行である。図１に示すように、この収容孔３２に大球体４６が収容されている。大球体４６の一部が収容孔３２の開口部から露出（突出）している。
貫通孔３０の直径は、大球体４６の直径よりも小さい。また、収容孔３２の直径は、大球体４６の直径よりも大きい。Ｖブロック１２を組み立てるときは、大球体４６を収容孔３２の開口部から挿入する。次いで、後述する他の部品４０、４２、４４を貫通孔３０の両側から挿入する。最後に、最後に抑え板３４で部品群を貫通孔３０内に保持する。なお、図１において貫通孔３０の中心と部品群４０〜４６の中心を結ぶ一点鎖線は、部品群の位置関係を示しており、組み立ての手順を示すものではない。すなわち、図２は、大球体４６が貫通孔３０の端部から挿入されることを意味しない。

貫通孔３０に配置する部品について説明する。収容孔３２に収容された大球体４６は、貫通孔３０と収容孔３２が交差する場所に位置する。貫通孔３０の夫々の端から、夫々３個の小球体４４と保持プレート４２が挿入される。図示するように、小球体４４の直径は、大球体４６の直径よりも小さい。保持プレート４２は、その周縁に等間隔に３箇所の切欠４２ａが形成された円板である。３個の小球体４４と保持プレート４２を貫通孔３０に挿入すると、切欠４２ａの夫々に、小球体４４が嵌まり込む。保持プレート４２は、貫通孔３０の中で３個の小球の相対位置を保持する。

保持プレート４２の外側（貫通孔３０の端部側）に、スペーサ４０が挿入される。さらにその外側、即ちＶブロック１２の両側に、ネジによって抑え板３４が固定される。抑え板３４が、貫通孔３０の両端を閉鎖する。ネジを締め付けていくことによって、抑え板３４が大球体４６をその両側から圧力を加えながら挟持する。大球体４６には夫々の側に３個ずつ均等配置された合計６個の小球体４４を介して両側から圧力が加わる。大球体４６は、合計６個の小球体４４によって両側から圧力を受けながら支持される。従って、大球体４６は、小球体４４には接触しているが、Ｖブロック１２に直接には接しない。また、両側からの圧力によって大球体４６に求芯作用が働き、大球体４６の中心が貫通孔３０の中心線上に正確に保持される。
貫通孔３０、収容孔３２、大球体４６、小球体４４、保持プレート４２、スペーサ４０、及び、抑え板３４が、支持構造を形成する。

図３及び図４を参照して、支持構造の作用を説明する。図３は、Ｖブロック１２の模式的断面図を示している。理解を助けるために、図３では断面であることを示すハッチングを省略している。また、図３では、Ｖブロック１２の左側に位置する部品は、右側に位置する部品と同じであるため、左側に位置する部品の符号を省略している。図３に示すように、２個の大球体４６が、Ｖブロック１２のＶ字面１２ａの底部１２ｂの両側（即ち、夫々のＶ字面１２ａ）に配置されている。
図４は、図３のIV−IV線に沿った模式的断面図である。理解を助けるために、図４では、大球体４６、小球体４４、及び保持プレート４２には断面であることを示すハッチングを省略している。また、保持プレート４２は、単純な矩形で表している。また、図４では、Ｖブロック１２の左側に配置される部品へ付するべき符号を省略している。

シャフトＷが回転すると、シャフトＷの周面に点接触している大球体４６が回転する。大球体４６が回転すると、大球体４６に点接触している小球体４４が自転しながら、貫通孔３０の内周に沿って移動する。３個の小球体４４は、保持プレート４２によって、貫通孔３０の内周に沿って等間隔が維持される。即ち、Ｖブロック１２に対して小球体４４が自転しながら貫通孔３０の内周に沿って移動し、小球体４４の動きに伴って大球体４６が回転する。小球体４４と大球体４６は点接触により相互の位置関係が保持され、大球体４６とシャフトＷも点接触により相互の位置関係が保持される。従って、大球体４６の偏心量は、大球体４６の真円度の寸法公差と小球体４４の真円度の寸法公差を重ね合わせたものに依存する。真円度の高い球体は比較的容易に製造できるので、大球体４６の偏心量を容易に小さくすることができる。即ち、精度の高い支持構造を低コストで実現できる。

また、図４に示すように、大球体４６がその両側から小球体４４を介して与圧されながら挟持されていることによって、Ｖブロック１２には直接に接することなくその位置が維持される。これによって、大球体４６の中心Ｃは、貫通孔３０の中心線Ｌ上に維持されながら、ガタつくことなくスムーズに回転することができる。この点も、大球体４６の偏心量を低減することに寄与している。
さらに、図４に示すように、夫々の小球体４４は、大球体４６、貫通孔３０の内壁面、及び、スペーサ４０の表面の３点で点接触している。夫々の小球体４４は、他の部材に点接触しているが面接触していないので、スムーズに回転することができる。

シャフトＷは、Ｖブロック１２（及びスペーサ４０）と小球体４４の間の点接触、小球体４４と大球体４６の間の点接触、及び、大球体４６とシャフトＷの間の点接触を介して支持される。シャフトＷは点接触のみを介して支持されるので、シャフトＷが回転するときの支持構造の摩擦抵抗が極めて小さくなる。

以上説明したように、Ｖブロック１２は、偏心量を抑制することのできる支持構造を備えている。従ってＶブロック１２は、偏心量を計測する対象である回転体Ｗを支持するのに適している。

Ｖブロック１２は、シャフトＷの偏心量を高精度に測定するために次の特徴も有している。Ｖブロック１２のＶ字面１２ａ、及び、底面１２ｃは、２つの貫通孔３０の内周面を基準として平面研磨されている。また、スペーサ４０と抑え板３４の両面も平面研磨されている。このように各面を平面研磨することによって、Ｖブロックに支持される大球体４６の位置を正確に位置決めすることができるとともに、大球体４６の偏心量を低減することができる。

Ｖブロック１２の変形例を説明する。図５に、他のＶブロック１１２の模式的分解図を示す。Ｖブロック１１２は、全長の比較的短い回転体を支持するのに好適である。このＶブロック１１２は、３個の大球体を配した点が特徴である。
Ｖブロック１１２には、Ｖ字面に沿って前後方向に貫通している２つの貫通孔３０、１３０が形成されている。一方の貫通孔３０に配置される部品は、図２に示したＶブロック１２と同じであるので説明を省略する。
他方、Ｖ字面に開口する２個の収容孔３２ａ、３２ｂが設けられている。収容孔３２ａと３２ｂは、貫通孔１３０に交差している。収容孔３２ａと３２ｂの夫々に大球体４６ａと４６ｂが収容される。このとき、大球体４６ａは、収容孔３２ａと貫通孔１３０が交差する場所に位置し、大球体４６ｂは収容孔３２ｂと貫通孔１３０が交差する場所に位置する。大球体４６ａと４６ｂを挟み込む小球体４４や保持プレート４２は、中間スペーサ１４０を挟んで貫通孔１３０内に直列に配置される。

Ｖブロック１１２は、一方の貫通孔３０（収容孔３２）に１個の大球体４６を配置し、他方の貫通孔１３０（収容孔３２ａ、３２ｂ）に２個の大球体４６ａ、４６ｂを配置しているので、シャフトＷを安定に保持できる。即ち、ひとつのＶブロック１１２でシャフトＷを回転可能に支持することができる。一つのＶブロックに４個以上の大球体を配置することも可能であるが、３個の大球体を配置したＶブロック１１２は、接触点が少ないので摩擦抵抗が小さく、また部品点数が少ないという利点も有する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

上記の実施例では、シャフトＷを回転支持するＶブロックを説明したが、本発明に係る支持構造は、Ｖブロックへの適用に限られるものではない。本発明に係る支持構造は、エンジンやトランスミッションのシャフトの支持構造に採用されてよい。その場合、シャフトの周方向に略均等に３個以上の大球体を配置すればよい。
また、大球体や小球体は、金属製であってもよいし、樹脂製であってもよい。また、収容孔３２は、円柱状でなくともよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

偏心量測定装置の模式的斜視図を示す。 Ｖブロックの分解図を示す。 Ｖブロックの模式的断面図を示す。 図３のVI−VI線に沿った模式的断面図を示す。 他のＶブロックの分解図を示す。

符号の説明

１０：偏心量測定装置
１２：Ｖブロック（ベース部材）
１４：モータ
１６：自在継手
１８：グリップローラ
２０：ダイヤルゲージ
３０：貫通孔
３２：収容孔
３４：抑え板
４０：スペーサ
４２：保持プレート
４２ａ：切欠
４４：小球体
４６：大球体
Ｗ：シャフト（回転体）

Claims (5)

1. 回転体をベース部材に回転可能に支持する支持構造であり、
   少なくとも２個の大球体が回転体の周面に点接触して回転体を支持しており、
   夫々の大球体が、大球体よりも小さい少なくとも３個の小球体によってベース部材に回転支持されていることを特徴とする回転体の支持構造。
2. 大球体を収容する収容孔がベース部材に設けられており、
   大球体は、一部を収容孔から突出させて収容されているとともに、両側から夫々少なくとも３個の小球体を介して挟持されており、
   大球体は、収容孔から突出した部分で回転体と点接触することを特徴とする請求項１に記載の支持構造。
3. 収容孔に交差する貫通孔がベース部材に設けられており、
   大球体は、貫通孔の両側から夫々前記少なくとも３個の小球体によって、ベース部材に直接に接することなく支持されているとともに、大球体の中心が貫通孔の中心線上に維持されていることを特徴とする請求項２に記載の支持構造。
4. 夫々の大球体を回転支持している少なくとも３個の小球体の相対位置を維持しながら小球体とともに回転する保持プレートを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の支持構造。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の支持構造を備えたＶブロックであり、
   少なくとも２個の大球体がＶブロックのＶ字面の底部の両側に配置されており、底部の両側に配置された大球体によって回転体を支持することを特徴とするＶブロック。

Images