JP5786017B2 - 相対的に回転可能な少なくとも２つの部品を有する軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、相対的に回転可能な少なくとも２つの部品を有する軸受装置に関するものである。

このような軸受装置は、例えば、機械工学の分野で用いられ、相対的に回転可能となる方法で支持されなければならない二つの構成部品についてのあらゆる場所で使用される。典型的な例は、軸受レース内のシャフトの支持体である。

軸受レースが単一部材で形成されて閉じられている場合は、当該装置が組立てられると、シャフトは一端からのみ軸受レースに挿入可能となる。これは、当該軸受装置の組立品が、軸受装置が完成した際に実際必要となる自由スペースよりも、より大きな自由スペースを回転軸方向に必要とすることを意味している。このことは、狭いスペースの中に軸受装置を組み入れなければならない状況でしばしば障害となる。

国際公開第ＷＯ２００９／０６２６１８号

軸受レースを２つの半レースに分割することによって、まずシャフトを半レースの一方の中に横たわらせた後、他方の半レースを被せ、それら２つの半レースを互いに連結させることによって完成させることができることは公知となっている。しかしながらこの場合には、回転可能となる２部品の端と端とを合わせて連結することができない。軸受レースとして働く２部品の一方は常に、シャフトの様な部品よりも優位に大きな直径を有していなければならない。この場合には、回転軸に対して垂直方向に付加的な自由スペースが必要となる。

本発明の目的は、小型化した構造を有し、空間が制限される状況下においても組み入れることができる軸受装置を提供することである。

この目的を達成するために、２部品の一方は、回転軸と同軸の環状溝部を少なくとも１つ有し、２部品の他方は、当該環状溝部に対して相補的な形状であって環状溝部に係合する凸縁部が設けられている。さらに、それらの部品は溝部と凸縁部を横切る分割面で二つの区域に分割され、当該凸縁部は、連結した部品の全ての扇形部材に延在する。また、２部品における少なくとも２つの扇形部材の間の分割面は、回転軸に垂直な水平面での動きによって一方の扇形部材が他方の扇形部材に接合する形状となっている。

この軸受装置は、２つの部品の一方を他方の部品に対して回転軸方向に挿入することを要することなく組立てることができる。それにも関わらず、２つの部品は等しい外径を有している。組立工程では、まず、溝部を有する部品と凸縁部を有する部品とを持ち、凸縁部が溝部に挿入されるように、これらの２つの扇形部材を相対的に回転させる。次いで、２つの部品からなるさらに２つの扇形部材を同様の方法で組立て、最初に組立てた扇形部材の対と接合する。２つ以上の扇形部材に分割される場合は、両部品が完成するまで同様に行う。次いで、環状溝部の中で凸縁部を移動させながら、回転軸方向に互いに回転させてもよい。

そして、１つの扇形部材の凸縁部は、回転運動におけるほぼ全ての段階で、溝部を有する部品における２つの扇形部材に延在しており、溝部と凸縁部の湾曲形状によってそれら２つの部品は、回転軸に垂直なあらゆる方向に対してしっかりと保持される。偶発的な場合にのみ、例えば最初の回転位置に再び到達したときに、それらの部品は理論上それぞれの扇形部材に分裂しうる。必要であれば、何らかの適当な連結手段によって少なくとも一つの部品の扇形部材を他の部品に固定することによってこの分裂を避けることは可能である。

ＷＯ２００９／０６２６１８ Ａ２には、同様な組立技術が、棒タイプの支持部材における節部と棒状部材として述べられている。しかしながら、それらは、溝部を有する２つの扇形部材がそれぞれ互いに固定されている位置を単に凸縁部が推定して、棒状部材が節部に対して回転させられているに過ぎず、全ての部品は互いにしっかりと連結されている。そして、棒状部材同士はこの位置角度で固定されているため、しっかりとはめ込まれた状態が安定的に維持されている。軸受組立体を形成するための組立技術であって、他方の部品に対して相対的に回転するために一方の部品が常に自由に保持されるという考え方は、この文献には開示されていない。

発明の有用な詳細は、従属請求項中に示されている。

当該発明における軸受装置において、独立部材の扇形部材の数、これらの部材の形状、及び溝部と凸縁部の形状は、広い範囲で異なってもよい。

一般的にそれぞれの部品は、二つの扇形部材（半円形状）のみに分割されるが、３分割や、４分割、或いはそれ以上の数で等しい大きさや異なる大きさで分割することも可能である。

個々の扇形部材の間の分割面は、溝部と凸縁部をそれぞれ横切り、回転軸に垂直な水平面での動きによってのみ扇形部材が相互に接合しうるような形状にしなければならない。しかしながら、そうする為に分割面は平面でなくてもよく、それらが任意に曲面であってもよい。個々の部品の分割面は、個別の形状をそれぞれ有していなくてもよいが、例えば、一方の部品の少なくとも一つの扇形部材が、他方の部品の少なくとも二つの扇形部材と重なる部分をそれぞれの回転時の位置で有しており、これにより扇形部材同士の一体性も改善される。

部品の軸受面、即ち、それぞれの面に溝部と凸縁部が形成された当該部品の表面は、それぞれ平面でなくてもよい。溝部と凸縁部がそれぞれ輪状であれば十分であり、凸縁部は連続していなくてもよく、間に隙間を有する区分けごとに分割しなくてもよい。本発明によれば、回転方向に沿って僅かに角度をつけた方向に溝部が開口していれば、軸受装置を有する非常に小さな構造物を作ることができる。実際上多くの場合、軸受面は平面であり、回転軸に対して垂直面となっているため、溝部は回転軸方向に対してちょうど平行となる向きに開口される。そして、当該軸受装置は、ほぼ等しい外径を有する二つの部品に、溝部と凸縁部の側面がラジアルベアリングとして働く状態で組み込むことができる。

一方で、軸受装置の二つの部材は棒形状を有していなくてもよく、原理的には任意の形状であってもよい。実際上は、回転軸方向に対して非常に小さな面積を有する円盤形状の軸受装置が特に有用である。

ラジアル方向の大きな力をラジアルベアリングで吸収する必要がある場合は、溝部と凸縁部とがそれらの部材に交互に配置される可能性を含め、溝部と凸縁部によって形成された多数の輪形状が各部材に同軸に配置されてもよい。凸縁部は溝部に対して限られた深さにだけはめ込むことができるため、軸受装置は、二つの部材が互いに近づく傾向に働く軸方向の力を吸収するアキシャルベアリングとしても有効である。また、引っ張りによる力、即ち、軸方向に沿った反対向きに働く力を吸収する必要がある場合には、溝部をアンダーカット形状として、凸縁部をそれに相補的な形状としてもよい。

軸受装置は、スライドベアリングやローラーベアリング、静圧ベアリング又は空気ベアリング、流体動圧ベアリング、磁気ベアリング、又は、静電ベアリングとして任意に構成されていてもよい。ローラーベアリングの場合には、凸縁部は多少の遊びを持って溝部にはめ込まれ、回転体が溝部と凸縁部との間の隙間に収容されていてもよく、好ましくは、凸縁部の長さよりも長い収容部に保持される。汎用のベアリングに関するものと同様に、潤滑化を行うこともできる。

軸受装置は、液圧切り替えの連結器としても用いることができる。２つの部品が相互に傾斜し、溝部と凸縁部を有する軸受面が互いに固く繋がれている場合は、一方の部材は摩擦連結器の効果を有する。この効果は、溝部と凸縁部をくさび型の形状とすることによって向上する。一方、潤滑材としても同時に働く圧流体がベアリングの２つの側面の隙間に入れられた場合、軸受面は外部から加わる傾斜力に対抗して互いに圧力を受け、結合は開放され、２つの部材は低摩擦力で互いに回転しうる。例えば、溝部と凸縁部がぴったりかみ合う形状である場合、反対の効果、即ち、部材は互いに摩擦によって結合し、液圧で引いたり押したりした際は、２つの部材が軸方向に押し付けられてその結合は開放される。凸縁部が弾性を有する場合、その結合効果は、液圧で放射方向に凸縁部を反らせ、溝部の側面に対して押し付けることによっても得られる。

当然、部品の数は２つに限定されない。例えば、隣接する２つの部材とそれぞれ協働する２つのベアリング面を有する中間部材をそれぞれ用いて、３つ或いはそれ以上の数の部材でサンドイッチベアリング装置を作ることも可能である。これらの中間部品は、両面に溝部、或いは両面に凸縁部、又は一方の面に溝部且つ他方の面に凸縁部を、必要に応じて有していてもよい。

３つかそれ以上の部材の場合には、溝部と凸縁部の輪状配置は、回転軸に対してそれぞれ同軸に形成されていなくてもよく、その代りに回転軸は平行で互いにずれていてもよく、一定の角度を形成していてもよい。回転軸が平行で互いにずれている場合は、例えばピストンロッドのベアリングを構成することができる。

ここで、簡単な具体例について、図面を交えて詳細に説明する。

図１は、最初の組立段階における本発明の軸受装置の部品を軸方向から見た図である。 図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。 図３は、次の組立段階における軸受装置の図である。 図４は、図３のIV−IV線に沿った断面図である。 図５は、他の組立段階における軸受装置を軸方向から見た図である。 図６は、図５における矢印VI−VIの方向に沿って見た図である。 図７は、さらに他の組立段階における軸受装置を軸方向から見た図である。 図８は、図７のVIII−VIII線に沿った断面図である。 図９は、組立が完了した軸受装置を軸方向から見た図である。 図１０は、図９のX―X線に沿った断面図である。 図１１は、本発明の軸受装置における軸受面の拡大断面図である。

図中では、相互に端面で組み合わさり、回転軸Ａを中心に互いに回転可能な円盤形状を有する２つの部品から構成される軸受装置を一例として、本発明が図示されている。これらの部品は、２つの半円の扇形部材にそれぞれ分割されている。

図１は最初の組立段階を示しており、この組立段階では、第１の部品１０の第１の扇形部材１０ａと第２の部品１２の第１の扇形部材１２ａとを合わせて１つの完全な円形状の外郭となるよう保持する。これらの部材は、図２に示す断面図から容易にわかる通り、図１で示す平面に対して垂直な方向に互いにずれている。部品１０は、図１では見えない裏面に、回転軸Ａを中心として、蟻継ぎ状となるアンダーカット形状の断面を有する２つの環状溝部１４を有している。これらの溝部で、扇形部材１０ａは半円状の部分のみを収容できる。

第２の部品１２は、第１の部品１０と対向する側面に、溝部１４の断面形状にちょうど嵌る相補的な断面形状であり、第１の扇形部材１２ａの面上で半円状に延びる２つの環状凸縁部１６を有している。

図３及び図４は、凸縁部１６が溝部１４に入るように、第１の部品１０に対して相対的に第２の部品１２の扇形部材１２ａを軸受装置の回転軸Ａを中心として回転する様子を示している。

図５及び図６では、二つの扇形部材の一方が、それらが完全に一致するまで他方に対して回転している。この形態では、扇形部材は溝部１４と凸縁部１６によってしっかりとはめ込まれた状態が保持されているので、扇形部材が回転運動のみを相互に行うことができ、他の動きを相互に行うことができない。

次いで、第１の部品１０における第２の扇形部材１０ｂと第２の部品１２における第２の扇形部材１２ｂは、同様の方法により一方が他方に入るよう回転させられ、図７及び図８に示すように、扇形部材１０ａ、１２ａと突き合わされる。

２つの部品１０、１２はこれで完成し、回転軸Ａに対して垂直に広がる軸受面１８（図１８）で係合した状態となる。さらに、部品１０、１２は、互いに２つの扇形部材１０ａ、１０ｂ及び１２ａ、１２ｂに、回転軸Ａを通る分割面２０でそれぞれ分割される。この条件では、第１の部品の扇形部材１０ａ、１０ｂ及びそれと対応する第２の部材１２の扇形部材１２ａ、１２ｂは、例えば接着剤や溶接又は他の適した方法によって、互いに機械的に結合されてもよい。図に示す例では、部品１０、１２はそれぞれ、分割面２０から直角に伸びる貫通孔２２を有しており、その中に２つの部品が互いに引き合うテンションボルトが挿入されていてもよい。必要に応じて、互いの位置をきっちり揃えて扇形部材を保持するために２つの平行な貫通孔を設けてもよい。同様の目的で、溝部と凸縁部の結合が分割面２０に設けられてもよい。

軸受装置はこれで完成し、２つの部品１０、１２は回転軸Ａを中心にして相対的に回転することができる。

図９及び図１０では、２つの部品１０、１２の一方が他方に対して９０°回転しているため、部品１２の扇形部材１２ａ、１２ｂの両方を図１０で見ることができる。ここで、断面図における平面は、部品１０の分割面２０に沿って延びている。従って、部品１２の貫通孔２２は、縦方向の断面として図１０に示されている。

軸受装置は、図１１に例示するように、抵抗を減らすためにローラーベアリングを形成していてもよい。この例では、回転体２６を備えた収容部２４が部品１０の溝部１４の底面に配置されている。当該収容部は、部品１０の扇形部材に対応する溝部１４の軌道に応じた半円形状を有していてもよく、軸受装置の組立て時に溝部１４内に回転して導入されてもよい。例えば、図３〜図６に示した組立ステップで、収容部は扇形部材１０ａの溝部１４の中にまず導入され、凸縁部１６を溝部内に回転させる前に９０°回転させられる。

回転体が溝部の底面及び凸縁部の頂点部を巡ると、収容部２４の速度は扇形部材１２ａの回転速度の半分になるため、図５及び図６に示す条件に到達すると、収容部２４はこれら扇形部材の中で端を揃えて整列する。

収容部２４は、２つの部品１０、１２を同時に押し付ける向きに働く軸方向の力に対するスラスト軸受として効果的である。

これとは対照的に、部品１０の他方の溝部１４には、回転体３０を備えた収容部２８が溝部の側面に配置されている。これらの収容部と回転体は、ラジアル軸受と、凸縁部１６の蟻継ぎ形状によって、部品１０、１２を引き離す向きに働く軸方向の力に対するテンション軸受と、を構成する。収容部２８はそれぞれの扇形部材の中では半円状となっていると同時に、溝部１４の傾斜に応じた円錐形状となっている。大型の直径を有し高負荷を受ける軸受では、同一の収容部２８内に収められた回転体３０が滑ることなく軸受面を回転する際には、僅かに異なる半径の軌道によって異なる距離を移動しなければならないため、マイナス効果となるかもしれない。もし必要であれば、僅かに異なる直径を有する回転体を使用し、溝部１４の側面と凸縁部１６の壁面との間の隙間の幅をそれに合うように最適化することによってこれを補うことができる。

Claims (8)

1. 相対的に回転可能な少なくとも２つの部材（１０、１２）を有する軸受装置であって、
   前記部材の一方の部材（１０）は、回転軸（Ａ）と同軸状の環状溝部（１４）を少なくとも１つ有し、
   他方の部材（１２）は、前記環状溝部（１４）と相補的な形状であって、そこに係合する凸縁部（１６）を有し、
   前記それぞれの部材（１０、１２）は、前記溝部（１４）と凸縁部（１６）を横切る分割面（２０）に沿って少なくとも２つの分割部材（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）に分割され、
   前記凸縁部（１６）は、対応する前記部材（１２）の全ての分割部材（１２ａ、１２ｂ）に延在し、
   前記それぞれの部材（１０、１２）における少なくとも２つの前記分割部材（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）の間の前記分割面（２０）は、前記回転軸（Ａ）に垂直な水平面での動きによって一方の分割部材（１０ａ、１２ａ）が他方の分割部材（１０ｂ、１２ｂ）に接合する形状であることを特徴とする軸受装置。
2. 請求項１記載の軸受装置において、
   前記部材（１０、１２）は、前記溝部（１４）及び前記凸縁部（１６）の外部であって回転軸（Ａ）に対して垂直方向に広がる軸受面（１８）において、相互に係合することを特徴とする軸受装置。
3. 請求項１又は２に記載の軸受装置において、分割面（２０）は平面であることを特徴とする軸受装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の軸受装置において、
   前記それぞれの部材（１０、１２）は、２つの分割部材（１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂ）に分割されていることを特徴とする軸受装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の軸受装置において、
   前記部材（１０、１２）は、溝部（１４）及び凸縁部（１６）の複数の同軸対を介して相互に係合することを特徴とする軸受装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の軸受装置において、
   前記溝部（１４）と前記凸縁部（１６）は、アンダーカット状の断面を有することを特徴とする軸受装置。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の軸受装置において、
   前記溝部（１４）に回転体（２６、３０）が配置されていることを特徴とする軸受装置。
8. 請求項７に記載の軸受装置において、
   前記回転体（２６、３０）は、対応する前記分割部材（１０ａ、１０ｂ）の溝部（１４）の部分に対応する長さをそれぞれ有する収容部（２４、２８）にそれぞれ保持されていることを特徴とする軸受装置。
   

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