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技術 すきまゼロ軸受

出願人 ライカマイクロシステムズインク.
発明者 ジェフリーエム.セイビン
出願日 1996年7月8日 (24年7ヶ月経過) 出願番号 1996-197133
公開日 1997年4月15日 (23年10ヶ月経過) 公開番号 1997-100829
状態 特許登録済
技術分野 軸受の支持 すべり軸受
主要キーワード 展開態様 設計許容範囲 円筒シャフト 円筒状シャフト シャフト開口 プラグゲージ 内側パッド 接続突起
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年4月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

シャフトに対し高精度の軸方向、回転方向相対運動許容して負荷を受承するゼロすきま軸受を提供すること。

解決手段

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受承することのできる軸受で、シャフトとの噛み合いができるように円周方向に間隔をあけて配置された複数のアーチ状の軸受パッドを保持する円筒内側壁のある外側壁を有する。各軸受パッドは、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と、シャフトとの間がすきまばめになるように配置された、横方向先端部の中間位置に中央部を有する。複数の潤滑チャネルが、各軸受パッドの間にあるギャップと通してシャフトとつながっている。

概要

背景

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、シャフト位置ずれ修正するために、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。

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。

概要

シャフトに対し高精度の軸方向、回転方向の相対運動許容して負荷を受承するゼロすきま軸受を提供すること。

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受承することのできる軸受で、シャフトとの噛み合いができるように円周方向に間隔をあけて配置された複数のアーチ状の軸受パッドを保持する円筒内側壁のある外側壁を有する。各軸受パッドは、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と、シャフトとの間がすきまばめになるように配置された、横方向先端部の中間位置に中央部を有する。複数の潤滑チャネルが、各軸受パッドの間にあるギャップと通してシャフトとつながっている。

目的

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。

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。

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。

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。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

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相対運動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。

請求項2

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た請求項1記載の軸受。

請求項3

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請求項1又は2記載の軸受。

請求項4

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請求項2又は3記載の軸受。

請求項5

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請求項2〜4のいずれかに記載の軸受。

請求項6

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請求項5記載の軸受。

請求項7

上記複数の軸受パッドが3個である請求項1〜6のいずれかに記載の軸受。

請求項8

上記軸受が一体ユニットとして作成される請求項1〜7のいずれかに記載の軸受。

技術分野

0001

本発明は、シャフトに対して特に高精度の、軸方向と回転方向相対運動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。

背景技術

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。

発明が解決しようとする課題

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。

課題を解決するための手段

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。

発明を実施するための最良の形態

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。

発明の効果

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。

図面の簡単な説明

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。

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