技術 すきまゼロ軸受

0001

本発明は、シャフトに対して特に高精度の、軸方向と回転方向の相対運動を許容して負荷を受承（抗支）することのできる軸受、特に、シャフトと軸受パッドとの間のゼロすきまばめを達成するためにシャフトに対して静的予圧が働くように設計した複数の軸受パッドを有する軸受に関する。

0002

従来の軸受において、外側円筒シェルに連結され円周方向に間隔を置いて配置されて、負荷を受けた時に歪み、変形する軸受パッドを備えることが知られている。例えば、イデの特許第５、１１２、１４３号と５、２８４、３９２号では、軸受パッドを有する流体力学的（ハイドロダイナミック）軸受の実施態様が示されており、この軸受パッドの構造は、負荷がかかった時に、集中流体力学的ウエッジの形成を最適化させ、軸受パッドへの負荷を均等にし、シャフトの位置ずれを修正するために、どの方向にでも動けるようになっている。しかし、イデが示したこの実施態様では、高いｒｐｍ（毎分回転数）の回転方向のシャフトの動きについての問題に一般的に関心を示しているが、高精度の線（軸方向）運動の問題には取り組んでいない。

0003

例えば、トムソン(Thomson Industries, Inc.)社が生産しているような、特に高精度の軸方向運動ができるように設計したリニア玉軸受は高価である。価格の低い標準の摺動軸受では、高精度の動きに必要な「ゼロすきまばめ」（zero clearance fit）を達成するためにシャフトの摺動面とのすり合わせ研摩加工（ラッピング）を必要とするようになっている。

0004

本発明の目的は、シャフトに対して高精度の軸方向と回転方向の相対運動を許容して負荷を受承（抗支）することのできるゼロすきま軸受を提供することである。

0005

本発明の他の目的は、シャフトに対して自動調心を行う軸受を提供することである。

0006

また、本発明の他の目的は軸受の経時摩耗にもかかわらず、ゼロすきまを維持する軸受を提供することである。

0007

さらに、本発明の他の目的は製造方法が簡単で経済的である軸受を提供することである。

0008

本発明によれば、中心軸を有する円柱状ないし円筒状シャフトに対して軸方向と回転方向の相対運動を許容して負荷を受承する軸受であって、円筒状内側壁を有する外側シェルと、上記シャフトと係合するように上記内側壁に連結された、複数の円周方向に間隔をあけて配置された軸受パッドとを備え、上記シャフトに対し静止予圧が働くように、上記の各軸受パッドは上記シャフトとの間が締まりばめになるように配置された１組の弾性変形をする横方向の先端部を有することを特徴とする軸受が提供される。これにより、上記目的の少くとも１つが達成される。

0009

この基本構成に基づき、さらに以下の展開態様が可能である。上記の各軸受パッドには、上記両先端部間の中間位置の中央部が上記シャフトとの間がすきまばめになるように配置されることが好ましい。さらに上記軸受パッドの上記中央部が、直径が上記シャフトの直径よりも大きい第一の円の大きさを規定し、前記軸受パッドの先端部は直径が上記シャフトの直径よりも小さい第二の円の大きさを規定することが好ましい。また、上記軸受パッドが、形状がアーチ型である内部パッド表面を有することが好ましい。上記複数の軸受パッドのそれぞれが、上記内側壁から上記軸受パッドの上記中央部に半径方向に延びている突起部により上記内側壁に連結されていることも好ましい。上記突起部が円周方向に間隔を置いて配置され、上記内側壁との共働で上記シャフトの周りに複数の潤滑チャンネルを形成することにより潤滑の確保が同時に行われる。上記複数の軸受パッドが３個であれば、最も簡単な構造でしかも確実な作用が実現される。上記軸受が一体ユニットとして作成されることによりさらに構造が簡単化される。

0010

本発明による好ましい実施態様による軸受は、円筒内側壁を有する外側シェルと、円周方向に間隔を置いて配置されたアーチ状の複数の軸受パッドが付いており、このパッドは内側壁に連結されてシャフトと噛み合う（圧接する）ように半径方向に延びている。各軸受パッドには、１組の弾性変形をする横（円周）方向に延びる先端部があり、シャフトとの間が締まりばめ（圧嵌状態）になるようになっており、その結果、シャフトに静止予圧が働く。さらに、その横方向の一方の先端部と他方先端部の中間に中央部があり、中央部ではシャフトとの間がすきまばめになるようになっている。複数の潤滑チャネルが接続突起部（フィンガー状部）で画定されるようになっており、シェルの内側壁と共働して軸受パッド間に形成されるギャップを通してシャフトの周面に通じている。

0011

本発明の実施例と特質を添付図面を参照しながら下記説明の中でさらに詳しく述べる。

0012

図１は本発明による軸受で、その全体を参照番号１０で示してある。軸受１０は、円筒内側壁１４を有する外側シェル１２と、複数の軸受パッド１６から成る。この複数の軸受パッド１６は、円周方向に間隔をおいて配置され、その位置によりシャフト開口部２０が規定される関係にあり、このパッドの各フィンガー１８により円筒内側壁と結合している。

0013

図２では、円筒シャフト５を二点鎖線で示して、シャフトがシャフト開口部２０に受容されている状態を表そうとしたものである。各軸受パッド１６には、１組の横方向先端部２２が付いており、これはシャフト５との間で締まりばめ（圧嵌状態）になるようになっており、さらに、その両先端部２２の中間の位置にある中央部２４はシャフト５との間ですきまばめになるようになっている。フィンガー１８は内側壁１４と各中央部２４との間に延在し、該先端部２２が隣接する中央部２４からカンチレバー（片持ち式）のように突き出ている。

0014

図３でよく分かるように、シャフト５がシャフト開口部２０に挿入された時、先端部２２は、シャフトを受け入れるために、強制的に内部壁１４の方向に歪み二点鎖線により示された位置まで移動する。軸受１０、具体的にはこの軸受パッド１６は、シャフト５の受け入れに必要な歪み分の弾性変形を許容する材料からできている。歪んだ先端部２２によりシャフト５に対して静止予圧が働き、その結果、ゼロすきまばめが可能となり、シャフト５の中心軸６と軸受１０の中心軸の心合わせがなされる。先端部２２はシャフト５に沿って軸方向に移動し、或いは（及び／又）中心軸６の周りを回転する結果先端部２２が摩耗するが、この摩耗につれて、予圧がゼロすきまばめの状態を維持し、先端部２２とシャフト５との噛み合い（圧嵌状態）を継続させ、シャフト５の中心軸６と軸受１０の中心軸の心合わせをする働きをする。先端部２２の歪み特性は、勿論、その長さと厚みなどの要因により影響を受ける。

0015

本発明の好ましい実施態様では、軸受パッド１６が３個あり、各軸受パッド１６の内側パッド表面２６の形状はアーチ状である。図４（ａ）の通り、パッド表面２６の中央部２８は中央部２４に関係しており、シャフト５の直径よりも大きい第一の直径Ｄ１の円の大きさを規定している。さらに、図４（ｂ）の通り、パッド表面２６の横方向先端部の内角端を成す点３０は横方向先端部２２に関係しており、シャフト５の直径よりも大きい第二の直径Ｄ２の円の大きさを規定している。従って、各パッド表面２６のアーチ状形状は、対応する中心点２８に沿っている２個の対応する横方向の点３０によって画定される。この方法に従って軸受１０の形状を作成することで、直径Ｄ１とＤ２にそれぞれ対応した１組のプラグゲージ３２と３４を、軸受１０が設計許容範囲内にあるかどうかのチェックに使用できる。プラグゲージ３２を中心点２８のチェックに使用する場合に、その軸受パッド１６の材質は、プラグゲージのシャフト開口部２０への挿入によって生じる変形の範囲を越える弾性変形が可能なものであることが必要がある。

0016

フィンガー１８は円周方向に間隔をおいて配置され、円筒内側壁１４から延びており、これらが共働して、シャフト５の周りを廻る潤滑チャネル３６を形成し、各軸受パッド１６の間にあるギャップ３８を通して、その潤滑チャネル３６はシャフトの周面とつながっている。

0017

本発明にかかる軸受は、特に軸方向の動きにおいて精密を要する分野、例えば、ガイドロッドに沿って顕微鏡のズームレンズ・キャリアを保持して動かすような場合に適用できる。現在のところ、この軸受１０は、一体ユニットとして、ＡＢＳ共重合体をレーザ・カッティングまたは射出成形して製造することが望ましいが、特別な用途や寸法上の要求に併せて別の材料を用い、異った方法で製造することも可能である。

0018

本発明の軸受は、先行技術による軸受に較べてコスト的に有利であり、シャフトにかかる負荷を軸方向と回転方向で安定して受承できる軸受を提供できる。ここで示した好ましい実施態様とは違っていても、この発明の範囲に入る別の軸受の態様も可能であり、特別な用途に使用することもできる。この発明の範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定まるものである。

0019

本発明により、シャフトに対して高精度の軸方向、回転方向の相対運動を許容して負荷を受承できるゼロすきま軸受が提供される（請求項１）。その結果自動調心が可能である。また経時摩耗に際しても、中央部をすきまばめとすることによって、長期間ゼロすきまを維持できる（請求項２）。

0020

さらに軸受パッドの中央部を支える突起部により、軸受パッドの可撓性支持の簡単な構造が与えられる（請求項５）。また、一体構造とすることでコスト上も有利であると共に組付け誤差を考慮する必要がなく精度確保上も有利である。請求項３、４及び７の構成は、夫々、好適な態様を示す。

0021

図１図１は、本発明による軸受の斜視図である。
図２図２は、本発明の軸受の端面図であり、シャフトを軸受に入れる前の軸受とシャフトとの間のはめあいを図示するためにシャフトの輪郭を想像線で示している。
図３図３は、本発明による軸受の端面の拡大部分図であり、軸受パッドを実線と二点鎖線で示すことで、シャフトを挿入した時の歪みを表している。
図４図４（ａ）と（ｂ）は図２と同様の端面図で、１組の適当な大きさにしたプラグ・ゲージで設計許容範囲が一致しているかどうかのチェックの態様を図示したものである。