JPH062711A - 自動位置決め型のビーム支持軸受、ならびに、これを含む軸受および軸組立体 - Google Patents

自動位置決め型のビーム支持軸受、ならびに、これを含む軸受および軸組立体

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JPH062711A
JPH062711A JP5032283A JP3228393A JPH062711A JP H062711 A JPH062711 A JP H062711A JP 5032283 A JP5032283 A JP 5032283A JP 3228393 A JP3228393 A JP 3228393A JP H062711 A JPH062711 A JP H062711A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従前の転動要素軸受の代替となる軸受および
軸の組立体であって、特に、大量生産をする場合におい
て、その組立あるいは製造コストを著しく低減できるよ
うにすることを目的とする。 【構成】 軸５は半径方向内方に延びるとともに好まし
くは円錐状にテーパをつけられたランナ5Rを含んでい
る。軸受70は、ベース部材71と、このベース部材から軸
方向に延びる複数の長手ビーム73,74 を含む。各長手ビ
ームは軸受パッド75を片持ち状に支持する。軸受パッド
は上記軸に形成されたランナ5Rの形状と相補的な関係に
ある溝75G を含む。上記長手ビームは弾性をもってお
り、これにより、上記軸と上記軸受とを相互にスライド
させると、上記長手ビームの先端の軸受パッド75の溝75
G が上記軸の肩部に自動係合して相互の位置が自動的に
決定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本願発明は、従前において転動要素軸受
装置あるいは磨耗スリーブ軸受装置が採用されていた応
用に使用可能な流体力学的軸受および軸受組立体に関す
る。
【０００２】磨耗スリーブ軸受は、多くの性能上の欠点
をもっている。中でも、そのうち最も重要な欠点は、軸
とスリーブ表面との間に空間を設ける必要があるという
ことである。この空間は、軸受が磨耗するにつれて大き
くなる。したがって、軸の支持および位置決めは、常に
幾分あまいものとなる。とりわけ、このことは、雑音の
発生と装置の早期の破損につながる。
【０００３】転動要素軸受装置を用いることは、種々の
理由により欠点のあるものである。たとえば、転動要素
軸受は高価であり、特に、厳正な許容公差において製造
する必要がある場合や、早期の磨耗を回避するために正
確な機械加工をする必要がある場合において上記転動要
素軸受は高価なものとなる。さらに、転動要素軸受の寿
命は、それが支持する軸の回転数の関数である限り、高
速の応用において転動要素軸受は早期に磨耗する。磨耗
が発生すると、ボール軸受は特に電子装置において問題
となるノイズを発生する。さらに、高品質の転動要素軸
受でさえ研磨材が存在する環境等において早期に磨耗す
る。このように、転動要素軸受の代替として用いること
ができる軸受の必要性が存在するのである。
【０００４】さらに、ある種の応用においては、転動要
素軸受を用いることにより、組立コストが著しく上昇す
る。このことは、特に、比較的小さな大量生産かつ低コ
ストの装置であって、軸受が軸に対して正確に位置決め
られる必要のある場合にあてはまる。このような場合、
各転動要素軸受は、典型的にはこの軸受を軸に対して正
確に位置決めするためにワッシャおよびロックリングが
付属させられる。加えて、少なくとも二つのこのような
軸受とワッシャとロックリングが軸を支持するために用
いられる。上記の軸受とワッシャとロックリングとの軸
に対する組立は、とりわけ上記軸受、ワッシャ、および
ロックリングが小型であり、かつ取扱いに困難である場
合にきわめて労働集約的なものとなる。このような組立
の困難性は、大量生産の応用において、その製造コスト
を著しく高めてしまう。たとえば、一週間にこのような
軸受および軸の組立体を数十万個必要とする公知の応用
がある。一つの例は、コンピュータ、コンピュータ周辺
機器、あるいはその他の事務機器内に用いられる小型高
速の冷却ファンに使用される軸受装置である。これらの
ユニットは年間に少なくとも一億一千万個組み立てられ
ると推測される。組立を容易にするための小さな改善で
あったとしても、組立作業が週に１０万回も繰り返され
る場合にはきわめて大きなものとなる。このように、大
量生産の応用において労働コストを低減するべく、軸に
対して容易に組み立てうるとともに、正確に位置決めし
うる軸受の必要が存在するのである。
【０００５】大量に製造される低価格の転動要素軸受装
置においておこる他の問題は、製造公差のために、軸が
正確に位置決めされないということである。軸の位置決
めを改善するために製造公差をより厳格にすると、軸受
の製造および組立コストはさらに高まる。このように、
厳格な支持公差をコスト上昇なく実現する軸受の必要が
存在する。
【０００６】このように、転動要素軸受が伝統的に用い
られてきた多くの応用において、改良された軸受の必要
があるということが理解されよう。転動要素軸受にまつ
わる欠点は、特に低荷重高速の応用と（転動要素軸受の
荷重支承能力が必要とされず、しかも軸受が早期に磨耗
するため）、大量生産の応用（組立の困難性のため）に
おいて指摘されている。このような応用においては、荷
重支持能力はそれほど重要ではなく、組立のための時間
の削減と、部品点数と軸受組立コストの削減と、軸をよ
り良好に位置決めするべく軸と軸受間のすきまの削減こ
そが必要である。
【０００７】
【発明の要約】本願発明は、一般的には、ボール軸受が
組み合わされる応用に用いることができる軸受を提供す
る。本願発明の一つの側面にしたがう単一の自動位置決
め型の軸および軸受組立体は、現存する転動要素軸受装
置の代替となることができる。この軸受は、公知の転動
要素軸受装置の数分の１のコストの単一部材の射出成形
または圧縮成形プラスチック要素として製造することが
できる。さらに、この軸受は、軸をより良好に位置決め
することができるように、すきまなしに軸を支持するよ
うに設計することができる。この軸受は、ハウジング内
に成形することができるし、あるいはハウジングの一体
的な部分として形成することができる。単一の部材が含
まれているだけであり、しかもこの軸受はスナップ係合
によって簡単に正確な位置決めがなされるので、かかる
軸受を用いることは、組立時間を激的に削減する。
【０００８】このような軸および軸受の組合せの一つの
実施例には、それに形成され、あるいはこれに固定され
たランナをもつ大略円筒状の軸が含まれる。このランナ
は、これがスラスト荷重とラジアル荷重との双方を伝達
することができるように、好ましくは円錐状にテーパを
つけられる。この軸受は、上記軸ランナを支持するため
の周方向に間隔をあけられた軸受パッドのセットを含ん
でいる。これらの軸受パッドのそれぞれは、（好ましく
は円錐状にテーパをつけられた）溝形状をもっており、
この溝形状は、上記ランナがこの溝内に受入れられると
ともに、支持されるように、上記ランナの形状に対して
実質的に相補的な関係になっている（すなわち、上記ラ
ンナと上記溝表面との間に面接触が存在するが、溝表面
全体にわたって必ずしも接触しないように形成されてい
る）。溝内にあるとき、上記ランナはラジアル荷重とス
ラスト荷重を上記軸受パッドに伝達する。上記軸受パッ
ドはハウジング内に取付けられたベース部材に支持され
る長手ビームによって支持される。上記軸受パッドに対
する片持ち支持を行うように、上記長手ビームは上記ベ
ース部材から軸方向に延びている。上記ランナ表面が上
記軸受パッドの溝内に受入れられるように、上記軸受パ
ッドの半径方向外方への変位を許容するべく、上記長手
ビームは、充分な弾性をもっている。やはり、上記ラン
ナが上記溝内に受入れられるとき、上記軸と上記軸受パ
ッドとの間において傾斜させられた表面に沿う接触が起
こり、軸受パッドが軸に対してラジアル荷重とスラスト
荷重の双方を受け止めるようになっている。
【０００９】上記軸受はまた、上記軸をラジアル方向に
支持するためのラジアル軸受パッドのセットを含んでい
る。このラジアルパッドは、上記ラジアル／スラストパ
ッドと同様にして、長手ビームによって片持ち状に支持
されてもよいし、あるいは、このラジアルパッドは、荷
重のもとで流体力学的な楔を形成するように、ビームネ
ットワーク上に支持することもできる。上記軸受のベー
ス支持部材は、本明細書に説明される種々のビーム支持
された軸受に関して説明される特徴のいずれかをもつビ
ーム支持されたラジアル軸受を含むことができる。
【００１０】この軸および軸受組立体は、上記ラジアル
／スラスト軸受パッドの軸方向端部が上記ランナに接触
するまで単に上記軸受と上記軸を互いにスライドさせる
だけで組み立てられる。上記ランナと接触すると、上記
軸受パッドは半径方向外方にカム従動あるいは変位させ
られ、やがて上記軸受が上記軸に対して正確に位置づけ
られた時点において上記ランナが軸受パッドの上記溝内
に受入れられる。このような組立を行うために、軸ある
いは軸受のいずれか、あるいはその双方を移動させるこ
とができる。
【００１１】このように、本願発明は、ハウジング内に
組み付けるべく適合された軸および軸受の組合せを提供
する。上記軸は好ましくは、概して円筒状をした長状の
要素と、この長状要素とともに回転可能な少なくとも一
つのランナとを含む。このランナは、所定の角度で円錐
状にテーパをつけられた少なくとも一つの表面をもつ。
上記軸受は、複数の軸パッドと、この軸パッドを支持す
るための支承構造とを含む。上記パッドのそれぞれは、
軸支持表面を含んでおり、上記パッドの少なくとも一つ
の上記軸支持表面は、上記軸ランナの円錐状にテーパを
つけられた表面の角度と相補的な関係にある角度におい
て円錐状に傾斜させられている。上記支承構造は、上記
ハウジング内に接触する外周面と、複数の片持ちビーム
とをもつベース部材を含んでいる。上記片持ち状のビー
ムのそれぞれは、上記軸と上記ハウジングの双方から離
間させられており、かつ、第一および第二の対向する長
手方向端部をもっている。上記片持ちビームの第一の端
部は、上記軸受パッドに接続されるとともにこれを支持
する上記片持ち状ビームの第二の端部は、上記ベース部
材に接続される。上記長手支持ビームは、上記パッド
を、このパッドが半径方向外方に弾性的に変位して、円
錐状表面をもつ上記軸受パッドが軸の上記ランナ部上に
組み付けられうるようにして支持する。
【００１２】他に選択するべき方法として、上述した自
動位置決め型の軸および軸受組立体は、上記溝が上記軸
に形成されるとともに、上記肩部−−この場合半径方向
内方に延びる隆起−−が上記軸受パッドに形成されるよ
うに修正することができる。このような構造は、その他
の点において、上述した軸および軸受の組立体の種々の
例と同様である。
【００１３】本願発明の軸および軸受組立体の一般に好
適な実施例においては、上記軸は、少なくとも一つの半
径方向内方に延びる環状溝をもつ大略円筒状の長状要素
を含んでいる。上記溝は、上記長状要素の表面に対して
所定角度をもって延びる少なくとも一つの表面をもって
いる。この軸受は、複数の軸支持パッドを含む。このパ
ッドのそれぞれは、その少なくとも一部において、上記
軸に形成された溝の角度をつけられた表面の角度と相補
的な関係にある角度において延びる軸支持表面を含む。
上記軸受パッドを支持するための支承構造が設けられ
る。この支承構造は、ハウジング内に接触する外周面
と、複数の片持ち状ビームとをもつベース部材を含む。
上記片持ち状ビームのそれぞれは第一および第二の対向
状長手方向端部をもっており、上記軸と上記ハウジング
の双方から半径方向に離間させられている。上記片持ち
状ビームの第一の端部は上記軸受パッドに接続されると
ともにこれを支持する。上記片持ち状ビームの第二の端
部は上記ベース部材に接続される。上記片持ち状ビーム
は、上記パッドをこれが半径方向外方に弾性変位するこ
とができるように支持する。好ましくは、上記ベース部
材は、さらにジャーナル軸受を含み、このジャーナル軸
受は、上記軸を回転するように支持するための円筒状ジ
ャーナルを含む。選択しうる事項として、あるいは付加
的に、上記ベース部材は、分離状の周方向に間隔をあけ
られたラジアル軸受パッドを含むことができる。
【００１４】このような軸および軸受組立体は、コンピ
ュータハードウェアおよびその周辺機器内に用いられる
タイプの小型モータの回転子およびファンブレードを支
持するもとをするためのものとして、理想的に適合す
る。本願発明の一つの側面によれば、ハウジングと、モ
ータと、軸受と、軸と、ファンブレードを含むファン装
置を提供することができる。上記モータは回転子と固定
子をもつ。上記固定子はハウジング内に取付けられる。
上記軸受もまたハウジング内に取付けられ、これは上記
ハウジングによって支持される外周をもつベース部材
と、円筒状をしたジャーナル部分と複数の間隔をあけら
れた軸支持パッドとを含む。上記軸支持パッドは長手ビ
ーム上に支持される。上記軸支持パッドはまた、隆起部
あるいは溝部である半径方向に延びる表面部分をもつ。
軸は概して円筒状をしているが、上記軸受パッドに形成
された表面部分と実質的に相補的な関係にある実質的に
半径方向に延びる表面部分を含む。軸は上記軸受の円筒
状ジャーナル部分、および、相補的な半径方向隆起間の
接触によって支持される。モータの回転子は、ハウジン
グ内において回転するように上記軸受上に支持される。
ファンブレードもまた、上記回転子に固定されるかまた
は上記軸に直接固定するかすることによって軸と回転す
るように取付けられる。
【００１５】
【実施例の説明】本願発明によれば、射出成形あるいは
圧縮成形によって好適に型成形することができる安価な
単一部材としてのビーム支持された軸受を用いることに
より、優れた結果を得ることができる。図１、図２、図
３および図４は、本願発明に従う第一の自動位置決め型
の軸および軸受組立体を示している。図１および図４に
最もよく表れているように、この組立体には、ハウジン
グ１０内に回転不可能に取付けられている軸受７０に回
転可能に支持される軸５が含まれている。上記軸受７０
は、上記ハウジング１０と一体に形成することができる
し、上記ハウジング内に型成形することもできるし、あ
るいはハウジング１０に単に取付けることもできる。大
略円筒状をした軸５は、この軸５に対して一体に形成さ
れるかまたは固定取付けされる非円筒状のランナ５Ｒを
含んでいる。図に示した実施例では、上記ランナ５Ｒ
は、反対方向にテーパをつけられた二つの円錐表面を含
んでいる。
【００１６】上記軸受７０は、周方向に間隔をあけられ
た第一のパッド７５のセットと、周方向に間隔をあけら
れた第二のパッド７２のセットと、上記パッド７５，７
２を支持するための支承構造７１，７４とを含んでい
る。上記支承構造は、連続環状のベース部材７１と、上
記ベース７１に対して一端において固定されるとともに
各パッド７５に対して他端において固定される長手方向
ビームの第一のセットとを含んでおり、上記パッド７５
を片持ち状に支持するようになっている。同様に、上記
パッド７２の第二のセットを片持ち状に支持するため
に、長手方向ビーム７４の第二のセットが設けられてい
る。
【００１７】図４に示すように、上記軸受パッド５Ｒの
第一のセットのそれぞれは、溝７５Ｇを含んでおり、こ
の溝７５Ｇは、上記ランナ７５のテーパをつけられた表
面に対して相補的な形状をしており、組立状態において
上記ランナ５Ｒの円錐状表面が上記溝７５Ｇの表面に接
触するようになっている。このようにすることにより、
軸に対するスラスト方向荷重およびラジアル方向荷重の
双方が、上記ランナ５Ｒを介して上記軸受パッド７５に
受け止められる。したがって、上記パッド７５は、「ラ
ジアル・スラスト」パッドと名付けることができる。
【００１８】上記ランナは上記溝全体を満たす必要がな
いということを明記しておくことが重要である。実際の
ところ、荷重がパッドに半径方向に伝達されることな
く、全荷重が角度をつけられた溝表面に伝達されるよう
に、上記ランナ５Ｒのテーパをつけられた側縁部のみが
上記溝に接触することが好ましい。したがって、本明細
書に用いているように、「相補的な形状」は、傾斜する
ランナ表面と傾斜する溝表面との間の面的接触を許容す
る形状を意味するだけである。
【００１９】上記軸受パッド７２のそれぞれは、上記軸
の円筒状部分に接触するように適合された滑らかな周方
向パッド表面を含んでいる。この滑らかなパッド表面は
半径方向荷重のみを受け止める。したがって、この軸受
パッド７２は、ラジアルパッドということができる。
【００２０】図１に示される組立状態において、上記軸
受パッド７５の第一のセットは、上記軸５を、本明細書
に記載されているようにして、ラジアルおよびスラスト
複合型軸受のように、ラジアル力およびスラスト力の双
方に対して支持する。上記軸受パッド７２の第二のセッ
トは、ラジアル方向の支持のみを行う。軸受７４によっ
て片持ち支持が行われているために、上記各軸受パッド
のセット７５，７２による支持は、変位可能となってい
る。この変位可能性は、小さなファンのようなある種の
高速低荷重の応用について充分であると思われる。当然
のことながら、所望であれば、より大きな変形性と最適
な流体力学的性能を達成するために、本明細書に開示さ
れている他の軸受に関して説明される手法によって、上
記支承構造を修正することができる。たとえば、変形可
能なビームが取付けられた支持を規定するように、ベー
ス部材７１には切り込みおよび溝を設けることができ
る。より具体的には、ベース部材７１に半径方向の変形
性を与えることが望まれる場合には、上記ベース部材７
１を所望の半径方向の変形性をもったビーム支持された
膜状型の支持体に分割するように、本明細書に説明した
方法によって、上記ベース部材７１の外周に半径方向内
方に延びる溝を設けることができる。加えて、図５に関
して後述するように、荷重に応答して所定のようにパッ
ド７５，７２に変形を起こさせるように、上記長手ビー
ム７４を上記パッド７５，７２に対して変位させること
ができる。
【００２１】図１、図２、図３および図４に示される軸
受組立体は、従前の転動要素軸受装置に代わる著しく安
価な代替品となる。特に、上記軸受７０は、単一部材と
して射出成形または圧縮成形することができる。この単
一部材はラジアル軸受とスラスト軸受との双方の機能を
提供するため、分離された軸受要素の必要がなくなる。
さらには、本願発明の重要な側面によれば、上記軸受７
０を上記ハウジング１０と一体的に形成することができ
る。あるいは、上記軸受７０をハウジング１０内に型成
形することもできる。
【００２２】さらに、本願発明の重要な側面によれば、
組立において著しい簡略化を図ることができる。なぜな
らば、上記軸受は、図４に示されるランナ５Ｒのような
ランナをもつ軸とともに用いる場合、一つの工程によっ
て組み立てることができ、かつ正確に位置決めすること
ができる。軸５に対して軸受７０を正確に位置決めする
とともに組み立てるためには、上記軸受７０を上記パッ
ド７５の軸方向端部が上記ランナ５Ｒに接するまで上記
軸受７０を上記軸の端部上をスライドさせる必要がある
だけである。上記ランナ５Ｒに対する接触にあたり、上
記軸受パッド７５は、傾斜状の表面に乗り上げ、すなわ
ち、上記パッドがカムのように従動し、そしてビーム７
４が、パッドが半径方向外方に動いてランナ５Ｒ上にス
ライドするのを許容するべく変形する。上記パッド７５
の溝７５Ｇが上記ランナ５Ｒ上に位置させられると、上
記パッド７５は所定の位置にスナップ係合して軸受を所
望の正確な位置にロックする。もちろん、このような簡
単な組立を可能にするためには、上記パッド７５を支持
する上記ビーム７５は、上記パッド７５を外方に変位さ
せるに充分な弾性をもっていなければならない。上記パ
ッド７５およびビーム７４はまた、上記のような変形を
ゆるすべく、ハウジング内において充分なクリアランス
をもつ必要がある。設計上考慮するべき他の点は、ラン
ナ５Ｒの円錐表面の傾斜角度を、パッド７５がランナ５
Ｒに接触する際、それらが効果的に上方かつ半径方向外
方にカム従動して組立に対する所望のスナップ係合をす
るように、充分に小さくしておくべきということであ
る。同様に、図９ないし図１４に示される組立体につい
ても、ビーム７４は軸の端部上にパッドが接合しうるよ
うに変形する必要がある。必要な変形を得るために求め
られる寸法は、使用される材料の物理的特性に依存す
る。
【００２３】上述したように、上記の軸受は、軸と軸受
との組立に先立って、上記ハウジングと一体に形成する
ことができるし、または、ハウジング内に型成形するこ
とができる。このような場合、軸は上記軸受内にスライ
ド挿入される。このように、組立にはただ軸受と軸との
相対的な動きが必要なのであって、どの要素を実際に動
かすかについては差がないということを理解するべきで
ある。
【００２４】このような一体的な軸受と軸との組立体の
製造および組立作業がきわめて低コストで行えるという
ことに加え、かかる軸受組立体は、ボール軸受装置に対
する数多くの性能上の利点がある。特に、ビーム状支持
部材７４の弾性のために、パッド７５はランナ５Ｒと接
触するようにバイアスされる。同様に、上記パッド７２
を、上記軸５の円筒部分に対して接触するようにバイア
スすることができる。上記長手ビーム７４に充分な弾性
を与えることにより、軸はすきまなく上記軸受によって
正確な位置に保持される。厳密な許容公差で製造するこ
とが困難な転動要素軸受を用いて同様の結果を得ること
はきわめて困難である。このように、軸の位置決めとい
う意味において、上記軸受７０は転動要素軸受に対して
優れた結果を提供する。
【００２５】すでに説明したように、図１に示される軸
受７０の支承構造は、本明細書に説明されている他の軸
受に匹敵する変形性をもってはいない。特に、上記パッ
ド７５は、単純な片持ちビームによって支持されている
だけであるにもかかわらず、図１に示される軸受７０
は、最適な軸受特性が求められない低コストの応用によ
く適合する。さらには、所望であれば、軸受パッドのそ
れぞれに対して流体力学的な支持を与えあるいは改良す
るべく、上記軸受７０を、本明細書に示される他の軸受
構造に沿って容易に修正することができる。さらに、そ
のようにするためのコストがあえば、上記軸受７０は、
本明細書に記載されているようなシールドハウジング内
で用いることができるし、本明細書に説明されるように
して、手動あるいは自動で制御されるスマートな材料を
含むこともできる。さらに、本願発明の重要な側面によ
れば、型成形されたプラスチック軸受のすきまあるいは
その他の開口を、潤滑剤を含浸させた多孔質プラスチッ
クで埋めることができる。また同様の結果は、自己潤滑
型プラスチックで軸受を型成形することによっても得ら
れる。
【００２６】図５は、修正された長手ビーム７４および
パッド７５の詳細を示す斜視図である。このビーム７４
およびパッド７５は図１、図２、図３および図４に示さ
れるものと本質的には同様であるが、ビーム７４が軸受
パッド７５の周方向寸法に関して偏倚している。具体的
には、上記ビーム７４は上記軸受パッドの一縁に対して
その反対縁よりもより近い位置に設けられている。この
ような形式の偏倚状の支持は、単方向の流体力学的軸受
において、確実に適正な楔形態を得るべく、荷重のもと
で所望の方向の変形を起こすために用いることができ
る。
【００２７】本明細書に記載されているように、（カム
従動作動によって）組立を簡略化するとともに、より良
好な荷重支持を行うために、テーパをつけられたランナ
が望ましい。しかしながら、本願発明はこのようなテー
パをつけられたランナおよび溝形状に限定されない。図
６は、円筒状のランナ５Ｒを軸５に含むとともに、円筒
状の溝７５Ｇをパッド７５に含むように修正された図１
に示されるタイプの軸および軸受組立体の例を部分的に
示している。この場合、上記ランナ５Ｒは、円筒状表面
に対して直角をもって延びるスラスト表面と、円筒状の
ラジアル表面とを含んでいる。したがって、軸に対する
ラジアル荷重は上記溝の底部によって受け止められ、ス
ラスト荷重は上記溝の側壁によって受け止められる。か
かる組立体は、相当な結果を提供することができるが、
軸ランナ５Ｒと溝７５Ｇのスラスト表面とが互いにバイ
アスされていなければ、上記テーパ状の組立体のように
はスラスト荷重を伝達しないであろう。さらに、上記ラ
ンナ５Ｒはテーパをもった設計のようには上記パッドを
外方へカム従動させ得ないために、組立は複雑となろ
う。
【００２８】図７および図８は、本願発明による修正さ
れた自動位置決め型の軸受および軸組立体を示してい
る。図７および図８の軸および軸受組立体は、概して図
１、図２、図３および図４に示されるものと近似してい
る。しかしながら、ラジアル方向支持パッド７２と長手
ビーム７４とは、以下に述べるように、ベース部材７２
の一体部分として形成された、ビーム支持されたラジア
ル軸受装置に置き代わっている。さらに、前述の実施例
のものと同様の軸受パッド７５を支持するために、修正
された形態のビーム７３が用いられている。図８に最も
よく表れているように、上記ビーム７３は軸受パッド７
５に関して周方向に幾分偏倚させられている。前述した
ように、このように軸受パッド７５の後続縁に向けて周
方向に偏倚させると、荷重のもとで軸受パッドの先行縁
が軸ランナ５Ｒから離れて変位するようになる。
【００２９】前述したように、図７の軸受７０には、ビ
ームで支持されたラジアル方向支持部材が含まれる。具
体的には、この軸受７０は、各端部において片持ち状に
支持されるビーム３４にパッド３２が支持されるように
して、ビーム部３４および３６を含む支承構造上に支持
される軸受パッド３２を含んでいる。このラジアル軸受
はベース部材７１の一体部分として形成されている。こ
のラジアル軸受パッドおよび支承構造３２，３４，３
６，３６Ａは、６自由度（すなわち、パッドは＋ｘ、−
ｘ、＋ｙ、−ｙ、＋ｚおよび−ｚ方向に動くことができ
るとともに、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸回りに回転しうる）
をもつ軸受パッドを提供するべく作動するとともに、楔
の形態を最適化するように設計される。このように、上
記一体的な軸受７０は、流体力学的なビーム支持された
軸受を含むことができる。
【００３０】ここで示される上記の特定の例は図示され
ているような軸受を含むが、どのようなタイプのパッド
型ラジアル軸受構造を採用してもよいということを理解
するべきである。実際のところ、軸受７０が射出成形あ
るいは圧縮成形されるべき場合には、より容易に型成形
される他の軸受構造を採用することが有用である。ま
た、所望であれば、上記ラジアル−スラスト複合型のパ
ッド７５は、付加的な支持ビームをもつことができる。
【００３１】ラジアル支持の異なる形態が採用されては
いるが、図７および図８に示される軸受は、図１および
図４に開示される軸受と同様の製造上および組立上の利
点をもつということを理解するべきである。さらに、先
に説明した軸および軸受組立体のように、この軸および
軸受組立体は、コスト的にあえば、最適な軸受性能を得
るために手動あるいは自動で制御されうるスマートな材
料を採用することができる。さらに、この軸受は、回転
可能なハウジング部が適当なランナを含むシールド軸受
組立体内に組み込むこともできる。この軸受７０はま
た、自己潤滑型のプラスチックで形成することもできる
し、性能を高めるために、潤滑剤が含浸された多孔質プ
ラスチック部分を含むこともできる。
【００３２】前述した自動位置決め型軸受組立体は、溝
の概念を逆転させることによって修正することができ
る。別言すると、上記溝を、軸受パッドに設けるかわり
に軸に形成することができ、肩部を、軸受に設けるかわ
りに、上記軸受パッド上に設けることができる。ある場
合において、このことは、軸受装置の製造を簡略化す
る。図９ないし図１１は、本願発明の実施例を示してお
り、ここにおいて上記溝は上記軸受に形成されており、
かつ、上記肩部は、上記軸受パッド上に形成されてい
る。
【００３３】図９は、溝５Ｇが軸５に形成されていると
ともに、ランナに代えて半径方向内方に延びる隆起７５
Ｐが軸受パッド７５上に形成されていることを除き、図
７および図８に示されるものと同様の本願発明に従う自
動位置決め型の軸受および軸の組立体を示している。図
９において、上記溝５Ｇは円錐状として示されている。
軸受パッド７５に形成される半径方向内方に延びる隆起
７５Ｐは、ラジアル方向およびスラスト方向の双方の支
持を提供するべく、上記溝の両側縁に適合するととも
に、これに乗るように形成されている。
【００３４】図１０および図１１は、図１、図２、図３
および図４に示されるものと近似した軸受組立体を示し
ている。これらの軸受体間の相違点は、やはり、図１０
および図１１の実施例では、溝が軸上に設けられ、か
つ、半径方向内方に延びる隆起あるいは肩部７５Ｐが軸
受パッド上に形成されているという点である。その他の
点では、これらの組立体は同一である。図９ないし図１
６に示されるような設計を採用すると、軸受パッドに形
成される肩状の隆起は、好ましくはこの軸受パッドを軸
に対して簡便に組み付けうるように、傾斜する表面を提
供するべく、好ましくはテーパがつけられるということ
を理解するべきである。
【００３５】図１２は、円筒状の溝５Ｇを軸５に形成
し、円筒状の隆起７５Ｐをパッド７５に形成するように
修正された、図１０に示されるタイプの軸および軸受組
立体の例を部分的に示している。この場合、上記隆起７
５Ｐには、軸の円筒状表面に対して直角に延びるスラス
ト表面と、円筒状のラジアル表面とが含まれる。したが
って、軸におけるラジアル荷重は上記溝の底部で受け止
められ、スラスト荷重は上記溝の側壁部で受け止められ
る。この装置は充分な結果を得ることができるが、上記
隆起７５Ｐおよび上記溝５Ｇのスラスト表面とが互いに
バイアスされていないと、テーパを設けられる場合のよ
うにはスラスト荷重を伝達することができない。さら
に、上記隆起７５Ｐは、テーパをつけられた設計のよう
にパッドを半径方向外方にカム従動させることができな
いので、この組立体は、組み付けが複雑となる。
【００３６】本願発明による好ましい軸受および軸組立
体が図１３ないし図１６に描かれている。図１３および
図１４は、軸受および軸組立体内に用いられる軸受を示
している。この軸受７０は、ハウジング内の円筒状の孔
内に取付けるべく適合された実質的に円筒状をした外表
面をもっている。この外表面は、もちろん、この軸受が
取付けられるべき開口が非円筒状である場合には、非円
筒形態をもつことができる。一般的にいって、軸受の外
周面は、これが取付けられるべき開口に適合した形状を
もつべきである。
【００３７】上記軸受は、パッド７５を支持するための
周方向に間隔配置されたパッド７５および支承構造７
１，７４のセットを含んでいる。この支承構造は、連続
する周方向のベース部材７１と、上記パッド７５を片持
ち式に支持するように、一端において上記ベース部材７
１に固定されるとともに、他端において上記パッド７５
に固定される長手ビーム７４のセットとを含んでいる。
上記パッドは、事実上、上記ビーム７４の延長部となっ
ている。上記軸受パッド７５のそれぞれは、半径方向内
方に延びるテーパをつけられた隆起７５Ｐを含んでお
り、この隆起は、図１５に示される軸に形成された溝の
テーパづけられた表面と実質的に相補的な関係となって
いる。上記ベース部材７１にはまた、円筒状の軸受容孔
７１Ｊが形成されており、これは、後述するように、軸
を支持するジャーナル軸受として作用する。図１４は、
本願発明の軸受構造の断面図であり、この図から、パッ
ド７５のテーパをつけられた延長部が明瞭に見える。図
１３に最もよく表れているように、上記長手方向ビーム
には、その内周面に半径方向外方に延びる溝が形成され
ており、軸５の表面からこの長手方向ビーム７４を離間
させるようになっている。
【００３８】本願発明の好ましい軸受構造が図１５に示
されている。図１５に示されるように、上記軸５には、
その一端において円錐状の溝５Ｇが形成されている。他
端部は拡径しており、たとえば、モータの回転子に固定
するべく適合されている。図示されているように、軸
が、他の部材に対して接続するべき拡径された端部を含
んでいる場合、図１６に関して後述するように、他の部
品に対する組立を容易にするべく、小突起やその他の部
分を形成することもできる。
【００３９】図１６は、ファン装置に対する本願発明の
好ましい応用を表しており、これにおいて、軸受はハウ
ジング内に完全にシールドされている。この装置は、円
筒状の軸方向延長部あるいは軸受ケーシング１Ｃをもつ
ハウジング１を含んでいる。モータ組立体が上記ハウジ
ング内に組み込まれる。このモータ組立体は、固定子８
Ｓと、回転子８Ｒとを含んでいる。ファンブレード９が
上記回転子８Ｒの外周に固定されている。
【００４０】好ましい実施例においては、上記回転子８
Ｒは、型成形されたゴム磁石としてあり、これは、モー
タの回転子としての適正な作動を確実にするために磁気
特性をもっていると同時に、ファン作用に寄与する形状
をもっている。上記固定子８Ｓは、上記ハウジング１Ｃ
の円筒状延長部に固定されており、上記回転子８Ｒは図
１５に示されるタイプの軸５に固定されている。図１６
に示される装置は、図１に示されるように、軸に拡径さ
れた端部が設けられている場合のよい例である。図１４
に示されるタイプの軸受７０が上記円筒状延長部１Ｃの
内部に取付けられる。軸５が軸受７０によって回転する
ように支持される。シール７が上記円筒状延長部１Ｃと
上記軸５との間に設けられる。どのようなタイプのシー
ルを用いることもできるが、この場合には、単純なリッ
プシールあるいはこれに類するシールが望ましい。円筒
状の延長部１Ｃに組み込まれる構造および上記シール７
の使用により、上記軸受装置７０は完璧にシールドされ
る。
【００４１】図１６に示される組み付け状態において、
上記軸受７０は、軸５を種々の態様において支持する。
まず、上記軸受のジャーナル部７１Ｊが単純なジャーナ
ル軸受の態様において軸５のためのラジアル方向支持を
提供する。これに加え、軸に形成された溝５Ｇと軸受パ
ッド７５の隆起７５Ｐが、すでに説明したようして、ス
ラストとラジアルの双方向の支持を提供する。軸に上記
の溝を設けるとともに、上記軸受パッド７５に相補的な
隆起を設けることにより、軸および、本例の場合、上記
ファンブレードおよびこれに取付けられた回転子の軸方
向の適正な位置決めを確実に行えるようになる。
【００４２】図１６に示される装置は、軸受装置におけ
る部品点数を低減することにより、きわめて低コストな
ファン装置を提供している。上記軸受は、二つのラジア
ル軸受と、一つのスラスト軸受と、ファンブレード保持
装置とを、一つの組み付け容易なユニット内に統合して
いる。これにより、二つの独立したボールベアリング
と、一つの負荷を与えられたバネと、一つのスラストワ
ッシャと、従前の組立体を組み付け状態において保持す
る一つのスナップリングとが省略される。また、各ユニ
ットを組み立てるために必要な時間と労力とが大幅に低
減され、このこともさらにコストを低減する。このよう
にして、本願発明の自動位置決め型軸受組立体は、大量
生産かつ低コストの軸支持の分野において大きな利点を
発揮する。
【００４３】低性能かつ安価なポリエチレンから、高性
能かつ高価格のポリイミドにいたる広範囲の材料をこの
軸および軸受構造に用いることができる。良好な結果を
得るクラスの材料には、アセタル、テフロンを基礎とす
る材料、ナイロン、あるいはその他の様々な適当なプラ
スチックが含まれる。ステンレススチールは、その耐腐
食性および耐磨耗性のゆえに、現在でも上記軸に使用す
るべく選択される材料である。銅および鉄から作られる
焼結材料もまた、用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明にしたがう自動位置決め型の軸受およ
び軸組立体の一部断面側面図である。
【図２】図１に示された線に沿う断面図である。
【図３】図１に示された線に沿う端部断面図である。
【図４】詳細に示すために軸受の一部を除いた、図１の
軸および軸受組立体の分解斜視図である。
【図５】本願発明の軸受パッドおよび長手ビームを示す
部分的斜視図である。
【図６】修正されたパッドおよびランナ構造の一部を断
面で示す詳細図である。
【図７】本願発明にしたがう他の自動位置決め型の軸受
および軸組立体の一部の断面側面図である。
【図８】図７に示された線に沿う端面図である。
【図９】肩部の代わりに円錐溝が軸に形成された本願発
明にしたがう自動位置決め型の軸受および軸組立体の一
部断面側面図である。
【図１０】本願発明にしたがう他の自動位置決め型の軸
受および軸組立体の一部断面側面図である。
【図１１】詳細に示すために軸受の一部を除いて示す、
図１０の軸受組立体の分解斜視図である。
【図１２】修正されたパッドおよび溝構造の一部断面詳
細図である。
【図１３】本願発明にしたがう他の自動位置決め型の軸
受装置の軸方向断面図である。
【図１４】図１３に示される線に沿う端部断面図であ
る。
【図１５】本願発明において用いるための軸の側面図で
ある。
【図１６】本願発明の軸および軸受組立体を用いるモー
タ装置の一部断面部分側面図である。
【符号の説明】
５ 軸 ５Ｒ ランナ ７０ 軸受 ７１ ベース部材 ７３ 長手ビーム ７４ 長手ビーム ７５ 軸受パッド ７５Ｇ 溝

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ハウジング内に組み付けるべく適合され
    た軸および軸受組立体であって、上記軸が少なくとも一
    つの半径方向内方に延びる周方向溝をもつ大略円筒状を
    した長状要素を含んでおり、上記溝は上記長状要素の表
    面に対して所定の角度をもって延びる少なくとも一つの
    表面をもっており、 上記軸受は、複数の軸支持パッドを含んでおり、上記パ
    ッドのそれぞれは軸支持表面を含んでおり、上記パッド
    の上記軸支持表面の少なくとも一部は上記軸に形成され
    た溝の角度をつけられた表面の角度と相補的な関係にあ
    る角度で延びており、 上記軸受パッドを支持する支承構造をさらに含んでお
    り、上記支承構造は、上記ハウジング内に接触する外周
    面と複数の片持ち状ビームとを含んでおり、上記ビーム
    のそれぞれは第一および第二の長手方向に対向する端部
    をもつとともに上記軸と上記ハウジングの双方から半径
    方向に離間しており、上記片持ち状ビームの上記第一の
    端部は上記軸受パッドに接続されるとともにこれを支持
    しており、上記片持ち状ビームの上記第二の端部は、上
    記ベース部材に接続されており、上記片持ち状ビーム
    は、上記パッドをこれが半径方向外方に弾性的に変位し
    うるように支持している、 軸および軸受組立体。
  2. 【請求項２】 上記ベース部材はジャーナル軸受を含ん
    でおり、このジャーナル軸受は上記軸を回転するように
    支持する円筒状ジャーナルを含んでいる、請求項１の軸
    および軸受組立体。
  3. 【請求項３】 上記ベース部材はさらに、上記軸の円筒
    状部分を支持するための複数の周方向に間隔をあけられ
    たラジアル軸受パッドを含んでおり、上記パッドのそれ
    ぞれは円弧状表面をもっている、請求項１の軸および軸
    受組立体。
  4. 【請求項４】 上記ラジアル軸受パッドは、それぞれ、
    第一および第二の端部をもつ片持ち状ビームによって支
    持されている、請求項３の軸および軸受組立体。
  5. 【請求項５】 軸の回転によって引き起こされる摩擦お
    よび圧力作用のもとで、上記軸受パッドと上記軸との間
    に流体力学的楔が形成されるようにして、上記ラジアル
    軸受パッドが支持されている、請求項３の軸および軸受
    組立体。
  6. 【請求項６】 上記軸受はプラスチックでできている、
    請求項１の軸および軸受組立体。
  7. 【請求項７】 上記軸受は射出成形されている、請求項
    １の軸および軸受組立体。
  8. 【請求項８】 上記軸受パッド、ビームおよびベース部
    材が単一部材で形成されている、請求項１の軸および軸
    受組立体。
  9. 【請求項９】 上記軸受パッドのそれぞれは二つの周方
    向に延びる縁を含んでおり、上記長手ビームは、他方の
    周方向縁部よりも一方の周方向縁部に近くなるように位
    置させられている、請求項１の軸および軸受組立体。
  10. 【請求項１０】 上記軸に形成される上記溝は、円筒状
    であり、上記長状要素の表面に対して直角に延びる表面
    を含んでいる、請求項１の軸受。
  11. 【請求項１１】 上記軸に形成される上記溝は、上記長
    状要素の表面に対して鋭角で延びる円錐状にテーパをつ
    けられた表面を含んでいる、請求項１の軸受。
  12. 【請求項１２】 ハウジング内に組み込むべく適合され
    た軸および軸受組立体であって、上記軸は円筒状の外表
    面領域と、上記円筒状外表面の半径方向内方に延びる少
    なくとも一つの周方向溝とをもつ概して円筒状をした長
    状部材を含んでおり、上記溝は所定の半径方向内寸法を
    もっており、 上記軸受は、上記軸の上記溝の近傍において上記軸を支
    持するための周方向に間隔をあけられた軸受パッドのセ
    ットを含んでおり、上記軸受のそれぞれは曲面と、この
    パッドに形成されるとともに上記曲面から半径方向内方
    に延びる非円筒状部分をもっており、上記非円筒状部分
    はこれが上記軸の上記溝内に受入れられうるように上記
    軸に形成された上記溝の形状と対応する形状をもってお
    り、上記パッドの上記非円筒状部分は、上記軸部分の半
    径方向最外部の寸法よりも小さい所定の半径方向最小寸
    法をもっており、 上記軸受パッドのそれぞれを支持するための支承構造を
    さらに含んでおり、この支承構造は、連続する周方向の
    ベース支持部材と、上記ベース部材から軸方向に延びる
    長手ビームのセットとを含んでおり、各長手ビームは、
    上記ベース部材に支持される第一の長手方向端部と、上
    記ベース部材から軸方向に離されるとともに上記軸受パ
    ッドを上記ベース部材に対して片持ち状に支持する第二
    の長手方向端部とをもっており、上記支承構造は、上記
    軸受パッドが半径方向外方に変位して、上記非円筒状の
    パッド部が上記軸の上記溝内に受入れられうるように充
    分な弾性をもっており、上記パッドが円錐状にテーパを
    つけられた表面に沿って上記軸に接触して、これによ
    り、軸に対するスラスト荷重とラジアル荷重の双方が上
    記パッドに伝達されるようにした、軸および軸受組立
    体。
  13. 【請求項１３】 上記連続する周方向のベース支持部材
    は、ジャーナル軸受を含んでおり、このジャーナル軸受
    は、上記軸を回転するように支持するための円筒状ジャ
    ーナルを含んでいる、請求項１２の軸および軸受組立
    体。
  14. 【請求項１４】 周方向に間隔をあけられた軸受パッド
    の第二のセットをさらに含んでおり、この周方向に間隔
    をあけられた軸受パッドの第二のセットは上記軸の円筒
    状部分を支持しており、かつ、長手ビームの第二のセッ
    トが上記ベース部材から軸方向に延びるとともに上記軸
    受パッドの第二のセットを片持ち状に支持している、請
    求項２の軸および軸受組立体。
  15. 【請求項１５】 上記軸受は型成形されたプラスチック
    の単一部材から形成されている。請求項１２の軸および
    軸受組立体。
  16. 【請求項１６】 上記軸受パッドのそれぞれは、周方向
    に延びる先行縁と、周方向に延びる後続縁とを含んでお
    り、上記長手ビームは、上記先行縁よりも上記後続縁に
    近い位置において上記軸受パッドのそれぞれを支持して
    いる、請求項１２の軸および軸受組立体。
  17. 【請求項１７】 上記軸の回転によって引き起こされる
    摩擦および圧力の作用のもとで、上記軸受パッドと上記
    軸との間に流体力学的楔が形成されるようにして、上記
    支承構造によって支持される複数の弧状ラジアル軸受パ
    ッドをさらに含んでいる、請求項１２の軸および軸受組
    立体。
  18. 【請求項１８】 上記連続するベース部材は、上記ベー
    ス部材の外周を二つの周方向ビームに分割する外周溝を
    含んでいる、請求項１２の軸および軸受組立体。
  19. 【請求項１９】 内部に形成された実質的に円筒状をし
    た孔をもつハウジングと、長状の円筒状部分と上記円筒
    状部分の内方に延びる少なくとも一つの円錐状にテーパ
    をつけられた周溝とをもつ軸と、上記軸を上記円筒状の
    孔内で回転するように支持するたの自動位置決め式軸受
    との組合せにおいて、上記軸受は、上記ハウジング内に
    形成された上記円筒状孔内に取付けるべく適合された実
    質的に円筒状をした外周をもつ周方向に連続するベース
    部材と、上記ベース部材の少なくとも一側部から軸方向
    に延びる複数の長手方向延出ビームとを含んでおり、上
    記長手方向ビームのそれぞれは上記ベース部材に固定さ
    れた第一の長手方向端部と上記ベース部材から軸方向に
    離された第二の長手方向端部とをもっており、上記長手
    ビームは上記ハウジングから半径方向に離間させられて
    おり、かつ、複数の軸受パッドをさらに含んでおり、上
    記軸受パッドのそれぞれは上記ベース部材ら離された上
    記長手ビームの端部において上記長手ビームの一つに支
    持されており、上記軸受パッドのそれぞれは半径方向内
    方に延びる肩部をもっており、上記肩部はこれが上記軸
    の上記溝内に受入れられうるように上記軸に形成された
    溝の形状と相補関係にある形状をもっている、軸受。
  20. 【請求項２０】 周方向に間隔をあけられた軸受パッド
    の第二のセットをさらに含んでおり、上記軸受パッドの
    それぞれは実質的に滑らかな周方向表面をもっており、
    かつ、上記ベース部材から軸方向に延びるとともに、上
    記ベース部材から間隔をあけられた上記長手ビームの端
    部において上記軸受パッドの第二のセットを支持する第
    二の複数の長手ビームをさらに含んでいる、請求項１９
    の軸受。
  21. 【請求項２１】 周方向に間隔をあけられた軸受パッド
    の第二のセットをさらに含んでおり、上記軸受パッド
    は、軸の回転によって引き起こされる摩擦および圧力の
    作用のもとで上記パッドの周方向表面が上記パッド表面
    と上記回転する軸との間に流体力学的楔を形成するよう
    に変位するようして支持されている、請求項１９の軸
    受。
  22. 【請求項２２】 上記ベース部材はさらに、円筒状をし
    たジャーナルを含んでおり、この円筒状ジャーナルは上
    記軸を回転するように支持している、請求項１９の軸
    受。
  23. 【請求項２３】 上記軸受は型成形されたプラスチック
    の単一部材から形成されている、請求項１９の軸受。
  24. 【請求項２４】 上記ベース部材は、ビーム支持された
    ラジアル軸受を含んでいる、請求項１９の軸受。
  25. 【請求項２５】 ハウジングと、回転子および固定子を
    もっており、上記回転子は上記ハウジング内に取付けら
    れているモータと、 上記ハウジング内に取付けられる軸受であって、上記ハ
    ウジングによって支持される外周をもつベース部材と、
    実質的に円筒状をしたジャーナル部分と、複数の間隔を
    あけられた軸支持パッドとを含み、上記パッドのそれぞ
    れは軸支持部と上記パッド支持表面に設けられた半径方
    向に延びる表面を含む少なくとも幾つかのパッドとを含
    んでおり、上記軸受パッドを支持するための支承構造を
    さらに含んでおり、この支承構造は複数の片持ち状ビー
    ムを含んでおり、上記ビームのそれぞれは第一および第
    二の対向する長手方向端部をもっており、上記片持ち状
    ビームの上記第一の端部は上記軸受パッドに接続される
    とともにこれを支持し、上記片持ち状ビームの第二の端
    部は上記ベース部材に接続されているものと、 概して円筒状をした外周と、上記パッドの上記半径方向
    に延びる部分と実質的に相補的な関係にある断面をもつ
    半径方向に延びる表面とをもつ軸であって、上記外周の
    上記円筒状部分は、上記軸受の上記円筒状ジャーナル部
    分に支持されており、上記軸の上記半径方向に延びる部
    分は上記パッドによって支持されており、かつ、上記ハ
    ウジングに対し回転するように回転子を支持しているも
    のと、上記軸および上記回転子に共回転するように固定
    されたファンブレードと、を含んでいる、ファン装置。
  26. 【請求項２６】 上記ハウジングは一つのハウジング壁
    から延びる軸受ケーシングを含んでおり、上記ケーシン
    グはその一端において開口をもつとともにその余におい
    ておいては流体シールされており、上記ケーシングは上
    記開口端部を除いて上記軸受を実質的に内包しており、
    上記軸は上記開口端部から外部に延びるとともに、上記
    軸受を保護するべく、上記ケーシングの内部をシールす
    るようにシール部材が上記軸と上記ケーシングとの間を
    延びている、請求項２５のファン装置。
JP5032283A 1992-03-05 1993-02-22 自動位置決め型のビーム支持軸受、ならびに、これを含む軸受および軸組立体 Pending JPH062711A (ja)

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