JP4972339B2 - 球面軸受 - Google Patents

Description

本発明は、三次元位置決め装置あるいは産業用ロボットの部品として有利に用いられる球面軸受に関する。

球面軸受は、三次元位置決め装置のステージ、あるいは産業用ロボットのアームと、その駆動装置との間に接続され、ステージやアームを多自由度で移動するために用いることは知られている。

従来の球面軸受は、開口部を持つ球形の収容部を有するハウジング、この収容部に摺動可能に嵌め合わされている球体、そして球体に接続され、開口部を通ってハウジングの外部まで伸びるロッドから構成されている。このような球面軸受は、ハウジングと球体との隙間が広いとロッドの移動や回転の精度が低くなり、また上記の隙間を狭くするとロッドの円滑な移動や回転が難しくなるという問題を有している。このため従来の球面軸受は、例えば、高精度の三次元位置決め装置を構成するための部品としては十分に満足のできるものではなかった。

上記の事情を考慮して、特許文献１では、先端に大球を有するロッドの大球を、多数の転動体（例えば、小球）が組み込まれた保持器により包囲支持すると共に、この保持器を外周部材（ハウジング）内で支持して構成される球面軸受が提案されている。この球面軸受は、大球が保持器に拘束された多数の転動体を介してハウジングに隙間無く嵌め合わされているためにロッドの円滑かつ高精度の移動や回転が可能であり、精密位置決め装置等への利用に適した軸受であるとされている。
特開平８−３３８４２２号公報

特許文献１の球面軸受は、ロッドの大球が保持器に拘束された多数の転動体を介してハウジングに隙間無く嵌め合わされているためにロッドの円滑かつ高精度の移動や回転が可能であり、精密位置決め装置等への利用に適した軸受である。しかしながら、このような球面軸受は保持器を備えた複雑な構成を有しており、その製造には保持器に多数の穴あけ加工をして、これらの多数の穴のそれぞれに転動体を組み込む手間のかかる作業が必要となる。

本発明の課題は、ロッドの円滑かつ高精度の移動や回転が可能で、そして簡単な構成の球面軸受を提供することにある。

本発明は、球面上にロッドを備えた大球、この大球より大きな直径を持ち且つ膨張域を介して開口面が形成されてなる、大球を収容している球状凹部を有するハウジング、上記の凹部内で大球の表面に沿って加圧状態で配設された小球群、そして大球のロッドの基部の周囲に配置され、ロッド基部との係合状態にて小球群を押圧することのできる環状押圧具からなる球面軸受にある。但し、上記の膨張域は、ハウジングの内側面と大球の球面との間隔が上記小球の直径よりも大きな間隔に設定されている領域である。以後、この球面軸受を、単一ロッド型の球面軸受という。

本発明の単一ロッド型の球面軸受の好ましい態様は、次の通りである。
（１）環状押圧具が揺動可能で、ロッドの傾斜移動によりロッド基部と係合する揺動環
状押圧具である。
（２）揺動環状押圧具がその内側周縁に環状の弾性体を備える。さらに好ましくは環状の弾性体がゴム製である。
（３）環状押圧具が、予めロッドの基部の周囲に固定されて係合状態にある固定環状押圧具である。
（４）固定環状押圧具がその内側周縁に備えられた環状の弾性体を介してロッドの基部の周囲に固定されている。さらに好ましくは環状の弾性体がゴム製である。
（５）固定環状押圧具がばねを介してロッドの基部の周囲に固定されている。
（６）環状押圧具の小球と対向する面に、押圧具の周方向に伸びる溝もしくは切り欠きが形成されている。
（７）環状押圧具の小球と対向する面に、各々押圧具の径方向に伸びる複数本の溝が形成されている。
（８）膨張域と開口面との間に狭窄域が形成されている。

本発明はまた、球面の上下の各々にロッドを備えた大球、この大球よりも大きな直径を持ち且つ上下の各々に膨張域を介して開口面が形成されてなる、大球を収容している球状凹部を有するハウジング、上記の凹部内で大球の表面に沿って加圧状態で配設された小球群、そして大球の各々のロッドの基部の周囲に配置され、ロッド基部との係合状態にて小球群を押圧することのできる環状押圧具からなる球面軸受にもある。但し、上記の各々の膨張域は、ハウジングの内側面と大球の球面との間隔が上記小球の直径よりも大きな間隔に設定されている領域である。以後、この球面軸受を、対称ロッド型の球面軸受という。

本発明の対称ロッド型の球面軸受の好ましい態様は、次の通りである。
（１）少なくとも一方の環状押圧具が揺動可能で、ロッドの傾斜移動によりロッド基部と係合する揺動環状押圧具である。さらに好ましくは環状の弾性体がゴム製である。
（２）揺動環状押圧具がその内側周縁に環状の弾性体を備える。
（３）少なくとも一方の環状押圧具が、予めロッドの基部の周囲に固定されて係合状態にある固定環状押圧具である。
（４）固定環状押圧具がその内側周縁に備えられた環状の弾性体を介してロッドの基部の周囲に固定されている。さらに好ましくは環状の弾性体がゴム製である。
（５）固定環状押圧具がばねを介してロッドの基部の周囲に固定されている。
（６）各々の環状押圧具の小球と対向する面に、押圧具の周方向に伸びる溝もしくは切り欠きが形成されている。
（７）各々の環状押圧具の小球と対向する面に、各々押圧具の径方向に伸びる複数本の溝が形成されている。
（８）各々の膨張域と開口面との間に狭窄域が形成されている。

本発明の球面軸受は、ハウジングの球状の凹部に、ロッドを備える大球が小球群を介して緊密に接触支持された状態で嵌め合わされているため、ロッドは円滑かつ高精度に移動や回転が可能である。そして本発明の球面軸受は、小球の保持器を備える必要がないために構成が簡単で、その製造が容易である。また、本発明の球面軸受は、ハウジング内に収容する小球の数を増加させることにより、その耐荷重を大きくすることができる。

まず、本発明の単一ロッド型の球面軸受を添付の図面を用いて説明する。図１は、本発明（単一ロッド型）の球面軸受の構成例を示す図であり、そして図２は、図１の球面軸受１０のロッド１１が傾斜した状態を示す図である。図１及び図２に示す球面軸受１０は、球面上にロッド１１を備えた大球１２、大球１２より大きな直径を持ち且つ膨張域１３を介して開口面１４が形成されてなる、大球１２を収容している球状凹部１５を有するハウジング１６、この凹部１５の内部で大球１２の表面に沿って加圧状態で配設された小球群１７、そして大球１２のロッド１１の基部の周囲に配置され、このロッド基部との係合状態にて小球群１７を押圧することのできる環状押圧具２１から構成されている。

この球面軸受１０の環状押圧具２１は揺動可能で、ロッド１１の傾斜移動によりロッド基部と係合する揺動環状押圧具である。

球面軸受１０では、ロッド１１が傾斜移動すると大球１２が回転し、この大球１２の回転に伴い大球１２の表面に沿って配設された小球群１７が転動する。この小球群１７の転動によって、球面軸受１０のロッド１１は、ハウジング１６に対して大きな摩擦抵抗を生
じることなく滑らかに傾斜移動することが可能とされている。

小球群１７は、ハウジング１６の球状凹部１５と大球１２の球面との間隔が小球の直径よりも僅かに小さな間隔（小球のサイズにも依存するが、例えば、小球の直径よりも１〜５μｍ程度小さな間隔）に設定されているため、ハウジング１６と大球１２との間に加圧状態で配設されている。このように、ハウジング１６の球状凹部１５には、大球１２が小球群１７を介して緊密に支持された状態で嵌め合わされているため、球面軸受１０は、特許文献１の球面軸受の場合と同様にロッド１１の円滑かつ高精度の移動や回転が可能であり、精密位置決め装置等への利用に適したものである。

また、球面軸受１０では、大球１２の表面に沿って小球群１７が保持器を用いずに配設されるため、大球の周囲には特許文献１の球面軸受の場合と比較してより多くの数の小球を配置することができる。ロッド１１を備える大球１２を、より多くの数の小球によって支持することにより、球面軸受１０の耐荷重を大きくすることができる。

一方、球面軸受１０のロッド１１が傾斜移動すると、これにより球状凹部１５と大球１２との間にある複数個の小球の各々は大球とは逆向きに、すなわち前記複数個の小球の全ては同じ向きに回転しながら転動する。そして、球面軸受１０には保持器が備えられていないので、ロッド１１が傾斜移動することで転動する小球群１７のうちの、例えば、一個の小球の転動が困難になり、この小球に別の一個もしくは二個以上の小球が強く接触すると、これらの複数個の小球が、その接触部において各々の小球の表面が逆向きに移動しながら擦れ合うために大きな摩擦を生じて、幾つかの小球の転動が停止する場合がある。このようにロッド１１が傾斜移動している最中に幾つかの小球の転動が停止すると、ロッドの傾斜移動に必要なトルクの大きさが急激に変動するためにロッドが滑らかに傾斜移動することができなくなる。

特に、ハウジング１６の開口面１４の側にある小球、例えば、図２に示す小球１７ａが十分に移動できる領域をハウジング内に確保しないと、小球１７ａの転動が困難となり、この小球１７ａに小球１７ｂが強く接触し、さらに小球１７ｂに小球１７ｃが強く接触するというように、連鎖的に小球が強く接触していくために小球の転動が停止し易くなる。

このような小球の転動の停止を抑制するために、球面軸受１０には、ハウジング１６の球状凹部１５と開口面１４との間に、開口面の側にある小球（例えば、小球１７ａ）の十分な移動を可能とする膨張域１３が環状に形成されている。

膨張域１３においては、ハウジング１６の内側面と大球１２の球面との間隔が小球の直径よりも僅かに大きな間隔（例えば、小球の直径よりも１０〜２０μｍ程度大きな間隔）に設定されている。このため、ロッド１１の傾斜移動によってハウジング１６の開口面１４の側にある小球が転動して膨張域１３に到達すると、小球は加圧状態から解放されて膨張域１３の内部を自由に移動することができるようになる。従って、ロッド１１の傾斜移動によって転動する複数個の小球は互いに強くは接触し難くなり、上記のような小球の転動の停止が抑制される。このため、球面軸受１０においては、小球群が保持器に保持されていないもののロッド１１は滑らかに傾斜移動することができる。

しかしながら、ハウジング１６に膨張域１３が形成されているのみでは、複数個の小球の強い接触の発生を十分には抑制できない場合がある。これは、ロッド１１の傾斜移動によって複数個の小球が次々に膨張域１３に到達すると、膨張域の内部にて小球の移動が困難になり、これにより膨張域に到達し難くなった別の複数個の小球が、上記の場合と同様に連鎖的に強く接触していくために小球の転動が停止し易くなるからである。

このため、球面軸受１０には、ロッド１１の傾斜移動よって転動する複数個の小球の強い接触の発生を更に抑制する環状押圧具２１が備えられている。この環状押圧具２１は、ロッド１１が図１に記入した矢印が示す方向に傾斜移動を始めると、この傾斜移動に伴い下方に向かって転動する複数個の小球（例えば、小球１７ａ）により上面が押圧されて傾斜移動を始める。そしてロッド１１が更に傾斜移動すると、環状押圧具２１は、ロッド１１の基部と係合して、具体的にはロッドの基部が環状押圧具の内縁に接触することで駆動力が付与され、小球群１７を押圧しながら傾斜移動を続け、そして最終的には図２に記入した状態にまで傾斜移動する。

このようにロッド１１と共に環状押圧具２１が傾斜移動することで、小球群１７のうちのハウジング開口面１４の側にある小球（例えば、小球１７ａ）は膨張域１３に到達し、その他の小球は環状押圧具の上面に沿って図２に破線で記入した矢印が示す方向に転動する。このため複数個の小球が次々に膨張域に到達することはなく、ロッド１１の傾斜移動によって転動する複数個の小球の強い接触の発生を効果的に抑制することができる。また、幾つかの小球の転動が停止した場合であっても、環状押圧具２１がロッド１１の基部と係合して小球群１７を押圧して、この停止した小球を再び転動させることができる。

このように球面軸受１０においては、ハウジング１６に形成された膨張域１３と環状押圧具２１とによって、ロッド１１が傾斜移動する際にハウジング内にて小球群１７が円滑に転動することができるようになるため、ロッド１１は滑らかに傾斜移動することができる。

球面軸受１０は、例えば、次のようにして製造される。先ず、ハウジング１６の本体１６ａを開口が上方を向くようにして（図１の場合とは上下の向きが逆になるようにして）配置する。次に、本体１６ａの内部に小球群１７を入れ、さらに大球１２をロッド１１を揺動させながら押し込む。これにより小球群１７が大球１２の表面に沿って、且つ本体１６ａと大球１２とにより加圧された状態にて配設される。次いで、ロッド１１を内側に通して環状押圧具２１を小球群１７の上に配置し、さらにハウジング１６の本体１６ａに、例えば、ボルト（図示は略する）を用いて蓋１６ｂを固定する。そして、ハウジング１６の本体１６ａを開口が下方を向くようにして配置して、ロッド１１を揺動させて小球群１７を球状凹部１５の内部に分散配置させることにより、球面軸受１０を製造することができる。このように、球面軸受１０は、小球の保持器を備える必要がないために構成が簡単で、その製造が容易である。なお、環状押圧具２１は、ハウジング１６の開口の径よりも大きな直径を有しているためにハウジングの外部に抜け出ることはない。

なお、ハウジング１６に後に説明する狭窄域１８を形成しない場合には、上記のハウジングの本体１６ａと蓋１６ｂとを一体に形成して、ハウジング内に小球群を入れて大球を押し込んだのちに、予め小片に分割された環状押圧具をハウジング内にて相互に接続して一体化することによっても球面軸受を製造することができる。

また、ハウジング１６の内部に入れる小球の数は、ハウジング１６、大球１２、そして環状押圧具２１から形成される空間の内部に収容可能である限り特に制限はないが、この空間に収容できる小球の最大数の６５〜９５個数％の範囲内にあることが好ましく、７０〜８０個数％の範囲内にあることが更に好ましい。ハウジングに入れる小球の数が多すぎると小球同士が強く接触し易くなり、そして小球の数が少なすぎると球面軸受の耐荷重が小さくなるからである。

球面軸受を構成する、ハウジング、ロッド、大球、小球、そして環状押圧具の材料としては、通常、鋼、銅合金、あるいはステンレススチールなどの金属材料が用いられる。ま
た、例えば、球面軸受が水中あるいは高温の環境下で使用される場合には、セラミック材料を用いることが好ましい。また、球面軸受を軽量化するために樹脂材料を用いることもできる。樹脂材料としては、球面軸受の剛性を高くするために、ポリフェニレンスルフィドに代表される結晶性樹脂を用いることが好ましい。また、環状押圧具は、押圧具との接触による小球の転動の停止を抑制するために、含油プラスチックや含油金属から形成することも好ましい。

また、図１及び図２に示すように、ハウジング１６には上記とは別の膨張域１９が形成されていることが好ましい。膨張域１９においても、ハウジング１６の内側面と大球１２の球面との間隔が、小球の直径よりも僅かに大きな間隔（例えば、小球の直径よりも１μｍ程度大きな間隔）に設定されている。膨張域１９を形成することで、球面軸受１０を図１の場合とは上下の向きが逆になるようにして配置して使用した場合に、球面軸受１０のロッド１１に加わる荷重は、大球１２の底部、すなわち膨張域１９にある加圧状態から解放された小球には付与されずに、球状凹部１５にある多数の小球に分散して付与されるため、球面軸受１０の耐荷重を増大させることができる。

さらにまた、球面軸受１０のハウジング１６の膨張域１３と開口面１４との間には、狭窄域１８が形成されていることが好ましい。狭窄域１８においては、ハウジング１６の内側面と大球１２の球面との間隔が小球の直径よりも小さな間隔（例えば、小球の直径よりも２０〜５０μｍ程度小さな間隔）に設定されている。狭窄域１８を形成することにより、ハウジング１６の開口面１４の側にある小球（例えば、図２に示す小球１７ａ）は、ロッドを傾斜移動させた際に膨張域１３の内部に安定に配置される（膨張域よりも更に開口面の側に移動することがなくなる）ため、ハウジング１６の内部にて小球群１７が安定に転動することができるようになるからである。なお、狭窄域１８が形成されていない場合には、環状押圧具２１は、膨張域１３に到達した小球（例えば、図２に示す小球１７ａ）が、ハウジング１６の外部へと脱落することを防止する。

図３は、本発明の単一ロッド型の球面軸受の別の構成例を示す図である。図３の球面軸受３０の構成は、環状押圧具（揺動環状押圧具）２１の小球と対向する面に、押圧具２１の周方向に伸びる溝３１が形成されていること以外は図１の球面軸受１０と同様である。環状押圧具２１に溝３１が形成されていると、この溝３１に小球（例えば、小球１７ａ、１７ｄ）が嵌り、この小球によって押圧具２１の横方向への移動が規制されるため、押圧具２１とハウジング１６の内側面との接触が防止される。このため、環状押圧具２１が円滑に傾斜移動できるようになり、また上記接触によるハウジング内側面での傷の発生が抑制される。この球面軸受３０にもまた、ハウジング１６の膨張域１３と開口面１４との間に狭窄域１８が形成されている。

図４は、本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。図４の球面軸受４０の構成は、環状押圧具（揺動環状押圧具）２１に断面形状がＶ字状の溝３２が形成されていること、そして狭窄域が設けられておらず、膨張域１３に到達した小球のハウジング１６の外部への脱落を押圧具２１で防止していること以外は図３の球面軸受３０と同様である。溝の断面形状をＶ字状にすると、環状押圧具２１と小球との接触面積が図３の球面軸受３０の場合よりも小さくなるために、押圧具２１との接触による小球の転動の停止を抑制することができる。

図５は、本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。図５の球面軸受５０の構成は、環状押圧具（揺動環状押圧具）２１の小球と対向する面に、押圧具２１の周方向に伸びる切り欠き３３が形成されていること以外は図３の球面軸受３０と同様である。このような小球表面と対応する湾曲した表面を持つ切り欠き３３を形成することによっても、図３の球面軸受３０の場合と同様に小球により押圧具２１の横方向への移動が規制されるため、押圧具２１が円滑に傾斜移動できるようになり、そしてハウジング内側面での傷の発生が抑制される。

図６は、本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。図６の球面軸受６０の構成は、環状押圧具（揺動環状押圧具）２１の切り欠き３４の形状が異なること以外は図５の球面軸受５０と同様である。このような斜面を持つ切り欠き３４を備える環状押圧具２１は、その作製が容易である。

図７は、本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。そして図８は、図７の球面軸受７０の環状押圧具２１と、押圧具２１の上面に接して配置されている小球との配置を示す平面図である。図７の球面軸受７０の構成は、環状押圧具（揺動環状押圧具）２１の小球と対向する面に、各々押圧具２１の径方向に伸びる複数本の溝３５が形成されていること以外は図１の球面軸受１０と同様である。環状押圧具２１に複数本の溝３５を形成することにより、押圧具２１に接して配置している小球（例えば、小球１７ａ）は、溝３５が形成された位置に安定に配置され易くなり、押圧具２１の上面に接して配置されている複数個の小球が互いに強く接触することを抑制することができる。

なお、環状押圧具の小球と対向する面には、押圧具の周方向に伸びる溝もしくは切り欠きと、押圧具の径方向に伸びる溝との両者を形成しても良い。また、このような溝や切り欠きに代えて、環状押圧具の小球と対向する面に、押圧具の周方向に沿って互いに間隔をあけて窪みを形成することもできる。

図９は、本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図であり、そして図１０は、図９の球面軸受９０のロッド１１が傾斜した状態を示す図である。図９の球面軸受９０の構成は、環状押圧具（揺動環状押圧具）２２が筒状の形状にされていること以外は図１の球面軸受１０と同様である。環状押圧具２２を筒状の形状にすることで、図１の球面軸受１０と比較して、ロッド１１の傾斜角が小さい場合にも押圧具２２をロッド基部と係合させて小球群１７を押圧することができるようになる。すなわち、ロッド１１の傾斜移動に伴い幾つかの小球の転動が停止した場合であっても、環状押圧具２２が小球群１７を早期に押圧して、この停止した小球を再び転動させることができる。

図１１は、本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図であり、図１２及び図１３は、図１１に記入した切断線Ｉ−Ｉ線及びII−II線の各々に沿って切断した球面軸受１１０の断面図であり、そして図１４は、図１１の球面軸受１１０のロッド１１が傾斜した状態を示す図である。図１１の球面軸受１１０の構成は、環状押圧具（揺動環状押圧具）２３に、押圧具２３の周方向に沿って小球２７の複数個が互いに間隔をあけて保持されていること以外は図９の球面軸受９０と同様である。これらの小球２７により、環状押圧具２３の横方向への移動が規制されるため、押圧具２３とハウジング１６の内側面との接触が防止される。このため、環状押圧具２３が円滑に傾斜移動できるようになり、また上記接触によるハウジング内側面での傷の発生が抑制される。なお、環状押圧具２３の小球２７は、ロッドが図１４に示す状態よりも更に傾斜移動するとハウジングの外部に配置されるため、球面軸受１１０のハウジング１６には狭窄域は形成されていない。

図１５は、本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。図１５の球面軸受１５０の構成は、環状押圧具（揺動環状押圧具）２４に、小球２７ａの複数個と小球２７ｂの複数個とが各々押圧具２４の周方向に沿って互いに間隔をあけて保持されていること以外は図１１の球面軸受１１０と同様である。なお、環状押圧具に保持させる小球の数が多いと球面軸受の作製に手間がかかる。このため、環状押圧具には、押圧具の周方向に沿って配置させる複数個の小球の組を、押圧具の上下方向に１〜５組の範囲で保持させることが好ましい。

図１６は、本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図であり、そして図１７は、図１６の球面軸受１６０のロッド１１が傾斜した状態を示す図である。図１
６の球面軸受１６０の構成は、環状押圧具２５が、予めロッド１１の基部の周囲に固定されて係合状態にある固定環状押圧具であること以外は図９の球面軸受９０と同様である。このように環状押圧具２５がロッド１１の基部の周囲に固定されていると、押圧具２５はハウジング１６の内側面に接触することなく円滑に傾斜移動することができる。なお、環状押圧具をロッドの基部の周囲に固定することには、環状押圧具をロッド基部の周囲に配置して、大球表面のロッド基部の側に固定することも含まれる。

図１８は、本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。図１８の球面軸受１８０の構成は、環状押圧具（固定環状押圧具）２６が円筒状の形状にされていること以外は図１６に示す球面軸受１６０と同様である。図１８に示す環状押圧具２６は、その形状が簡単であるために製造が容易である。

次に、本発明の対称ロッド型の球面軸受について説明する。図１９は、本発明の球面軸受（対称ロッド型）の構成例を示す図であり、そして図２０は、図１９の球面軸受１９０のロッド１１ａ、１１ｂが傾斜した状態を示す図である。

図１９及び図２０に示す球面軸受１９０は、球面の上下の各々にロッド１１ａ、１１ｂを備えた大球１２、大球１２よりも大きな直径を持ち且つ上下の各々に膨張域１３ａ、１３ｂを介して開口面１４ａ、１４ｂが形成されてなる、大球１２を収容している球状凹部１５を有するハウジング１６、上記の凹部１５の内部で大球１２の表面に沿って加圧状態で配設された小球群１７、そして大球１２の各々のロッドの基部の周囲に配置され、ロッド基部との係合状態にて小球群１７を押圧することのできる環状押圧具２１ａ、２１ｂから構成されている。

この球面軸受１９０の環状押圧具２１ａ、２１ｂの各々は揺動可能で、ロッド１１ａ、１１ｂの傾斜移動によりロッド基部と係合する揺動環状押圧具である。

図１９の球面軸受１９０の構成は、大球に一対のロッド１１ａ、１１ｂが備えられ、これらのロッドの各々の基部の周囲に、それぞれ環状押圧具２１ａ、２１ｂが配置されていること以外は図１の球面軸受１０と同様である。球面軸受１９０は、ハウジング１６の各々の開口面の側に形成された膨張域１３ａ、１３ｂと環状押圧具２１ａ、２１ｂとによって、図１の球面軸受１０の場合と同様にロッド１１ａ、１１ｂが傾斜移動する際にハウジング内にて小球群１７が円滑に転動することができるようになるため、各々のロッドは滑らかに傾斜移動することができる。そして、球面軸受１９０は、小球の保持器を備える必要がないために構成が簡単で、その製造が容易である。

図２１は、本発明の対称ロッド型の球面軸受の別の構成例を示す図である。図２１の球面軸受２１０の構成は、ロッド１１ａ、１１ｂの各々の基部の周囲に配置される環状押圧具２２ａ、２２ｂの各々として、それぞれ図９の球面軸受９０の環状押圧具（揺動環状押圧具）２２が用いられていること以外は図１９の球面軸受１９０と同様である。このため球面軸受２１０は、図１９の球面軸受１９０と比較して、ロッド１１ａ、１１ｂの傾斜角が小さい場合にも押圧具２２ａ、２２ｂをロッド基部と係合させて小球群１７を押圧することができる。すなわち、ロッド１１ａ、１１ｂの傾斜移動に伴い幾つかの小球の転動が停止した場合であっても、各々の環状押圧具が小球群１７を早期に押圧して、この停止した小球を再び転動させることができる。

図２２は、本発明の対称ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。図２２の球面軸受２２０の構成は、ロッド１１ａ、１１ｂの各々の基部の周囲に配置される環状押圧具２５ａ、２５ｂの各々として、それぞれ図１６の球面軸受１６０の環状押圧具（固定環状押圧具）２５が用いられていること以外は図１９の球面軸受１９０と同様である
。このように、ロッド１１ａ、１１ｂの各々の基部の周囲に環状押圧具２５ａ、２５ｂのそれぞれが固定されていると、各々の押圧具はハウジング１６の内側面に接触することなく円滑に傾斜移動することができる。

なお、本発明の対称ロッド型の球面軸受においては、各々の環状押圧具として互いに同一の構成のものを用いる必要はなく、一方に揺動環状押圧具を用い、そして他方に固定環状押圧具を用いることもできる。

図２３は、本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図であり、そして図２４は、図２３の球面軸受２３０のロッド１１が傾斜した状態を示す図である。図２３及び図２４に示す球面軸受２３０の構成は、環状押圧具（揺動環状押圧具）２２がその内側周縁に環状の弾性体３６を備えていること以外は図９の球面軸受９０と同様である。

このような環状の弾性体３６は、上記のようにハウジング１６の球状凹部１５において転動を停止した小球（例えば、小球１７ａ）を、図２４に示すように環状押圧具２２がロッド１１の基部と係合して押圧する際に、ロッド１１の基部に押し付けられて圧縮される。このため、転動を停止した小球は、環状押圧具２２により次第に大きな力を付与されながら押圧され、転動の開始に必要な大きさの力が付与されたときに転動を開始する。すなわち、環状の弾性体３６は、環状押圧具２２が、転動を停止した小球に必要以上に大きな力を付与しないようにする機能を有している。転動を停止した小球に必要以上に大きな力が付与させると、小球がハウジング１６と大球１２とによって加圧された状態にて大球表面に沿って滑動するため、ハウジングの球状凹部、大球、あるいは小球の表面に傷を発生させるなどの問題を生じ易いからである。

環状の弾性体３６は、エラストマーやゴムなどの公知の高弾性ポリマーから形成される。環状の弾性体３６は、ゴム製であることが特に好ましい。

なお、環状の弾性体の内径を小さく設定して、その内側周縁をロッドの基部に固定することにより、環状押圧具が環状の弾性体を介してロッドの基部に固定されている（固定環状押圧具を持つ）球面軸受を構成することもできる。このような固定環状押圧具を用いることにより、図２３及び図２４に示す球面軸受２３０の環状押圧具２２（揺動環状押圧具）の場合と同様に、ハウジングの球状凹部において転動を停止した小球に必要以上に大きな力が付与されなくなるため、ハウジングの球状凹部、大球、あるいは小球の表面での傷の発生を抑制することができる。

図２５は、本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。図２５の球面軸受２５０の構成は、環状押圧具（固定環状押圧具）２５が合計で四個の板ばね３７を介してロッド１１の基部の周囲に固定されていること以外は図１６の球面軸受１６０と同様である。図２５の球面軸受２５０が備える四個の板ばね３７は、ロッド１１の基部の周囲に対称に配置されている。このように、ロッドの基部にばねを介して固定されている環状押圧具（固定環状押圧具）を用いることにより、図２３及び図２４に示す球面軸受２３０の環状押圧具２２（揺動環状押圧具）の場合と同様に、ハウジングの球状凹部において転動を停止した小球に必要以上に大きな力が付与されなくなるため、ハウジングの球状凹部、大球、あるいは小球の表面での傷の発生を抑制することができる。

図２６は、本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。但し、図２６は、球面軸受２６０をそのロッド１１の先端の側から見た図である。図２６の球面軸受の構成は、環状押圧具（固定環状押圧具）２５が渦巻ばね３８を介してロッド１１の基部の周囲に固定されていること以外は図２５の球面軸受２５０と同様である。このように、上記の板ばね（図２５：３７）に代えて渦巻ばね３８を用いることもできる。

なお、本発明の対称ロッド型の球面軸受の揺動環状押圧具に環状の弾性体を、そして固定環状押圧具に環状の弾性体やばね（例、板ばね、渦巻ばね）を用いることにより、図２３〜図２６を用いて説明した単一ロッド型の球面軸受の場合と同様に、ハウジングの球状凹部において転動を停止した小球に必要以上に大きな力が付与されなくなり、ハウジングの球状凹部、大球、あるいは小球の表面での傷の発生を抑制することができる。

本発明の単一ロッド型の球面軸受の構成例を示す図である。 図１の球面軸受１０のロッド１１が傾斜した状態を示す図である。 本発明の単一ロッド型の球面軸受の別の構成例を示す図である。 本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。 本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。 本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。 本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。 図７の球面軸受７０の環状押圧具２１と、押圧具２１の上面に接して配置されている小球との配置を示す平面図である。 本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。 図９の球面軸受９０のロッド１１が傾斜した状態を示す図である。 本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。 図１１に記入した切断線Ｉ−Ｉ線に沿って切断した球面軸受１１０の断面図である。 図１１に記入した切断線II−II線に沿って切断した球面軸受１１０の断面図である。 図１１の球面軸受１１０のロッド１１が傾斜した状態を示す図である。 本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。 本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。 図１６の球面軸受１６０のロッド１１が傾斜した状態を示す図である。 本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。 本発明の対称ロッド型の球面軸受の構成例を示す図である。 図１９の球面軸受１９０のロッド１１ａ、１１ｂが傾斜した状態を示す図である。 本発明の対称ロッド型の球面軸受の別の構成例を示す図である。 本発明の対称ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。 本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。 図２３の球面軸受２３０のロッドが傾斜した状態を示す図である。 本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。 本発明の単一ロッド型の球面軸受のさらに別の構成例を示す図である。但し、図２６は、球面軸受２６０をロッドの先端の側から見た図である。

符号の説明

１０、３０、４０、５０、６０、７０、９０、１１０、１５０、１６０、１８０ 球面軸受
１１、１１ａ、１１ｂ ロッド
１２ 大球
１３、１３ａ、１３ｂ 膨張域
１４、１４ａ、１４ｂ 開口面
１５ 球状凹部
１６ ハウジング
１６ａ ハウジングの本体部
１６ｂ ハウジングの蓋部
１７ 小球群
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ 小球
１８、１８ａ、１８ｂ 狭窄域
１９ 膨張域
２１、２１ａ、２１ｂ 環状押圧具
２２、２２ａ、２２ｂ 環状押圧具
２３、２４ 環状押圧具
２５、２５ａ、２５ｂ 環状押圧具
２６ 環状押圧具
２７ 小球
２７ａ、２７ｂ 小球
３１、３２ 溝
３３、３４ 切り欠き
３５ 溝
３６ 環状の弾性体
３７ 板ばね
３８ 渦巻ばね
１９０、２１０、２２０ 球面軸受
２３０、２５０、２６０ 球面軸受

Claims (20)

1. 球面上にロッドを備えた大球、該大球より大きな直径を持ち且つ膨張域を介して開口面が形成されてなる、該大球を収容している球状凹部を有するハウジング、該凹部内で大球の表面に沿って加圧状態で配設された小球群、そして大球のロッドの基部の周囲に配置され、ロッド基部との係合状態にて小球群を押圧することのできる環状押圧具からなる球面軸受、但し、上記の膨張域は、ハウジングの内側面と大球の球面との間隔が上記小球の直径よりも大きな間隔に設定されている領域である。
2. 環状押圧具が揺動可能で、ロッドの傾斜移動によりロッド基部と係合する揺動環状押圧具である請求項１に記載の球面軸受。
3. 揺動環状押圧具がその内側周縁に環状の弾性体を備える請求項２に記載の球面軸受。
4. 環状の弾性体がゴム製である請求項３に記載の球面軸受。
5. 環状押圧具が、予めロッドの基部の周囲に固定されて係合状態にある固定環状押圧具である請求項１に記載の球面軸受。
6. 固定環状押圧具がその内側周縁に備えられた環状の弾性体を介してロッドの基部の周囲に固定されている請求項５に記載の球面軸受。
7. 環状の弾性体がゴム製である請求項６に記載の球面軸受。
8. 固定環状押圧具がばねを介してロッドの基部の周囲に固定されている請求項５に記載の球面軸受。
9. 環状押圧具の小球と対向する面に、該押圧具の周方向に伸びる溝もしくは切り欠きが形成されている請求項１に記載の球面軸受。
10. 環状押圧具の小球と対向する面に、各々該押圧具の径方向に伸びる複数本の溝が形成されている請求項１に記載の球面軸受。
11. 球面の上下の各々にロッドを備えた大球、該大球よりも大きな直径を持ち且つ上下の各々に膨張域を介して開口面が形成されてなる、該大球を収容している球状凹部を有するハウジング、該凹部内で大球の表面に沿って加圧状態で配設された小球群、そして大球の各々のロッドの基部の周囲に配置され、ロッド基部との係合状態にて小球群を押圧することのできる環状押圧具からなる球面軸受、但し、上記の各々の膨張域は、ハウジングの内側面と大球の球面との間隔が上記小球の直径よりも大きな間隔に設定されている領域である。
12. 少なくとも一方の環状押圧具が揺動可能で、ロッドの傾斜移動によりロッド基部と係合する揺動環状押圧具である請求項１１に記載の球面軸受。
13. 揺動環状押圧具がその内側周縁に環状の弾性体を備える請求項１２に記載の球面軸受。
14. 環状の弾性体がゴム製である請求項１３に記載の球面軸受。
15. 少なくとも一方の環状押圧具が、予めロッドの基部の周囲に固定されて係合状態にある固定環状押圧具である請求項１１に記載の球面軸受。
16. 固定環状押圧具がその内側周縁に備えられた環状の弾性体を介してロッドの基部の周囲に固定されている請求項１５に記載の球面軸受。
17. 環状の弾性体がゴム製である請求項１６に記載の球面軸受。
18. 固定環状押圧具がばねを介してロッドの基部の周囲に固定されている請求項１５に記載の球面軸受。
19. 各々の環状押圧具の小球と対向する面に、該押圧具の周方向に伸びる溝もしくは切り欠きが形成されている請求項１１に記載の球面軸受。
20. 各々の環状押圧具の小球と対向する面に、各々該押圧具の径方向に伸びる複数本の溝が形成されている請求項１１に記載の球面軸受。

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