(57)【要約】  球面機械要素の寸法をコンパクトに保った上で、負荷できるラジアル荷重及びスラスト荷重を調整することができる球面機械要素を提供する。  外装体１に挿入体２を挿入する。挿入体２の外周面には、所定の半径Ｒ１の球面の一部からなる第一の球面部４と、第一の球面部４と実質的に同じ中心Ｐを持ち、第一の球面部４と異なる半径Ｒ２の球面の一部からなる第二の球面部５と、が設けられる。外装体１の内周面には、第一の球面部４及び第二の球面部５それぞれに対応する第一の球面部用凹部８ａ及び第二の球面部用凹部９ａが設けられる。挿入体２は外装体１に対して中心Ｐを中心にして揺動する。
2008053801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の半径の球面の一部からなる第一の球面部と、前記第一の球面部と実質的に同じ中心を持ち、前記第一の球面部と異なる半径の球面の一部からなる第二の球面部と、を外周面に有する挿入体と、
この挿入体が挿入され、前記第一の球面部及び前記第二の球面部それぞれに対応する第一の球面部用凹部及び第二の球面部用凹部を内周面に有する外装体と、を備える球面機械要素。
【請求項２】
前記第二の球面部の半径は、前記第一の球面部の半径よりも大きく、
そして、前記挿入体の軸線方向にかかるスラスト荷重を、前記挿入体の前記第二の球面部が受けることができ、
前記挿入体の軸線に対し半径方向にかかるラジアル荷重を、前記挿入体の前記第一の球面部が受けることができることを特徴とする請求項１に記載の球面機械要素。
【請求項３】
前記第一の球面部は、前記挿入体の軸線の周囲に形成されると共に軸線方向の中央が最も膨らんでいて、
前記第二の球面部は、前記挿入体の軸線の周囲に形成されると共に軸線方向の第一の球面部側の端が最も膨らんでいることを特徴とする請求項２に記載の球面機械要素。
【請求項４】
前記挿入体の前記第二の球面部は、前記第一の球面部の前記軸線方向の両側に設けられ、
前記外装体の前記第二の球面部用凹部も、前記第二の球面部に対応して、前記第一の球面部用凹部の前記軸線方向の両側に設けられることを特徴とする請求項２又は３に記載の球面機械要素。
【請求項５】
前記外装体と前記挿入体との間には、前記外装体に対して前記挿入体が揺動できるように空洞が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の球面機械要素。
【請求項６】
前記空洞に潤滑剤が充填されることを特徴とする請求項５に記載の球面機械要素。
【請求項７】
前記挿入体の前記第一の球面部及び前記第二の球面部の周囲に、摺動膜が被覆されることを特徴とする請求項１又は２に記載の球面機械要素。
【請求項８】
前記摺動膜は、前記挿入体の前記第一の球面部の周囲にアウトサート成形されることを特徴とする請求項７に記載の球面機械要素。
【請求項９】
前記挿入体の前記第一の球面部の周囲に被覆される摺動膜は、前記挿入体の軸線を含む切断面により分割されると共に、樹脂の成型品からなる分割摺動膜を結合させてなることを特徴とする請求項７に記載の球面機械要素。
【請求項１０】
前記外装体は、前記外装体の軸線に直交する断面により分割された、前記第一の球面部用凹部を有する第一のセグメントと、前記第二の球面部用凹部を有する第二のセグメントとを結合させてなり、
前記第一のセグメントは、前記挿入体の周囲にアウトサート成形されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の球面機械要素。
【請求項１１】
前記外装体は、前記外装体の軸線に直交する断面により分割された、前記第一の球面部用凹部を有する第一のセグメントと、前記第二の球面部用凹部を有する第二のセグメントとを結合させてなり、
前記第一のセグメントは、前記外装体の軸線を含む切断面により分割された分割セグメントを結合させてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の球面機械要素。
【請求項１２】
前記外装体は、前記外装体の軸線に直交する切断面により分割された、前記第一の球面部用凹部を有する第一のセグメントと、前記第二の球面部用凹部を有する一対の第二のセグメントとを結合させてなることを特徴とする請求項４に記載の球面機械要素。
【請求項１３】
前記外装体は、前記外装体の軸線を含む切断面により分割され、前記第一の球面部用凹部及び前記第二の球面部用凹部の周方向の一部を有する複数の分割体を結合させてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の球面機械要素。
【請求項１４】
所定の半径の球面の一部からなる第一の球面部と、前記第一の球面部と実質的に同じ中心を持ち、前記第一の球面部の半径と異なる半径の球面の一部からなる第二の球面部とを、挿入体の外周面に加工する挿入体加工工程と、
前記挿入体の周囲に、前記第一の球面部及び前記第二の球面部それぞれに対応する第一の球面部用凹部及び第二の球面部用凹部を内周面に有する外装体を装着する外装体装着工程と、を備える球面機械要素の製造方法。
【請求項１５】
前記外装体装着工程は、
前記挿入体の前記第一の球面部の周囲に、第一のセグメントをアウトサート成形する第一のセグメント成形工程と、
前記挿入体の前記第二の球面部に対応する第二の球面部用凹部を有する第二のセグメントを、前記挿入体の前記第二の球面部の周囲に嵌めて、前記第一のセグメントに結合する第二のセグメント結合工程と、を備えることを特徴とする請求項１４に記載の球面機械要素の製造方法。
【請求項１６】
前記外装体装着工程は、
前記挿入体の前記第一の球面部の周囲に、前記外装体の軸線を含む切断面により分割された分割セグメントを結合して第一のセグメントを得る分割セグメント結合工程と、
前記挿入体の前記第二の球面部に対応する第二の球面部用凹部を有する第二のセグメントを、前記挿入体の前記第二の球面部の周囲に嵌めて、前記第一のセグメントに結合する第二のセグメント結合工程と、を備えることを特徴とする請求項１４に記載の球面機械要素の製造方法。
【請求項１７】
前記外装体装着工程は、
前記外装体の軸線を含む切断面により分割され、前記第一の球面部用凹部及び前記第二の球面部用凹部の周方向の一部を有する複数の分割体を用意する工程と、
複数の分割体間に前記挿入体を組み込んだ後、前記複数の分割体を結合する工程と、を備えることを特徴とする請求項１４に記載の球面機械要素の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外装体とこれに挿入される挿入体とが球面接触して、外装体に対する挿入体の揺動を許容する球面軸受、ロッドエンド、ボールジョイント、ピロボールなどの球面機械要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
外輪に対する内輪の揺動を許容する軸受として球面軸受が知られている。図３０に示されるように、球面軸受５１は、外周面に所定の半径の球面部５２ａを有する内輪５２と、内輪５２の球面部５２ａに対応する球面状凹部５３ａを内周面に有する外輪５３と、から構成される。内輪５２と外輪５３との接触面は球面になり、内輪５２の球面部５２ａの中心と外輪５３の球面状凹部５３ａの中心Ｐとは一致する。内輪５２は外輪５３に対して、中心Ｐを原点にしたＸＹＺの座標軸のまわりを滑りながら回転できる。そして、内輪５２に嵌められる軸５４は、中心Ｐのまわりを許容傾斜角αの範囲内で揺動できる。【０００３】
球面機械要素としては、球面軸受の他に、図３１に示されるようなロッドエンド５８がある。ロッドエンド５８は、外周面に所定の半径の球面部５５ａを有する内輪５５と、内輪５５の球面部５５ａに対応する球面状凹部５６ａを内周面に有する外輪５６と、外輪５６を保持するホルダ５７とから構成される。ロッドエンド５８においては、外輪５６にホルダ５７が一体に成形される。ロッドエンド５８の他にも、図３２に示されるようなボールジョイント５９も知られている。ボールジョイント５９はリンクボール（登録商標）とも呼ばれ、球面部６０にシャンク部６１を溶接したボール付きシャンク６２と、球面部６０をダイカスト鋳造でくるんだホルダ６３と、から構成される。【０００４】
図３０に示されるように、球面軸受５１は、内輪５２の揺動を許容するだけでなく、内輪５２の軸線に対し半径方向に作用するラジアル荷重(1)をも負荷することができる。ラジアル荷重(1)が作用したときに、内輪５２と外輪５３との接触面積を確保できるからである。その一方、球面軸受５１は、内輪５２の軸線方向に作用するスラスト荷重(2)はラジアル荷重(1)ほど負荷できない。スラスト荷重(2)が作用したとき、外輪５３の軸線方向の端部から内輪５２がせりだし、内輪５２と外輪５３の接触面積が確保できないからである。球面軸受５１だけでなく、ロッドエンド５８やボールジョイント５９にあっても、ラジアル荷重ほどはスラスト荷重を負荷することができない。【０００５】
この問題を解決し、ラジアル荷重だけでなく、スラスト荷重をも負荷できる球面軸受が特許文献１に開示されている。図３３に示されるように、この球面軸受６５においては、外輪６６が軸線方向に三つに分割されている。そして、中央のセグメント６６ａがラジアル荷重を受け、両側のセグメント６６ｂ、６６ｃがスラスト荷重を受ける。
【特許文献１】特開２００２−３２７７３７号公報（１頁、図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の球面軸受にあっては、負荷できるスラスト荷重を大きくしようとすると、内輪の球面部の半径を大きくし、外輪が内輪を覆う面積を大きくする必要がある。内輪の球面部の半径が一定のまま外輪の軸線方向の長さを長くして、外輪が内輪を覆う面積を大きくすると、内輪の揺動角度が制限されてしまうからである。勿論、内輪の球面部の半径を大きくすると、球面軸受の外径が増大してしまう。【０００７】
そこで本発明は、球面機械要素の寸法をコンパクトに保った上で、負荷できるラジアル荷重及びスラスト荷重を調整することができる球面機械要素及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、本発明について説明する。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、所定の半径の球面の一部からなる第一の球面部と、前記第一の球面部と実質的に同じ中心を持ち、前記第一の球面部と異なる半径の球面の一部からなる第二の球面部と、を外周面に有する挿入体と、この挿入体が挿入され、前記第一の球面部及び前記第二の球面部それぞれに対応する第一の球面部用凹部及び第二の球面部用凹部を内周面に有する外装体と、を備える球面機械要素である。【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の球面機械要素において、前記第二の球面部の半径は、前記第一の球面部の半径よりも大きく、そして、前記挿入体の軸線方向にかかるスラスト荷重を、前記挿入体の前記第二の球面部が受けることができ、前記挿入体の軸線に対し半径方向にかかるラジアル荷重を、前記挿入体の前記第一の球面部が受けることができることを特徴とする。【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の球面機械要素において、前記第一の球面部は、前記挿入体の軸線の周囲に形成されると共に前記軸線方向の中央が最も膨らんでいて、前記第二の球面部は、前記挿入体の軸線の周囲に形成されると共に前記軸線方向の第一の球面部側の端が最も膨らんでいることを特徴とする。【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の球面機械要素において、前記挿入体の前記第二の球面部は、前記第一の球面部の前記軸線方向の両側に設けられ、前記外装体の前記第二の球面部用凹部も、前記第二の球面部に対応して、前記第一の球面部用凹部の前記軸線方向の両側に設けられることを特徴とする。【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の球面機械要素において、前記外装体と前記挿入体との間には、前記外装体に対して前記挿入体が揺動できるように空洞が設けられることを特徴とする。【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の球面機械要素において、前記空洞に潤滑剤が充填されることを特徴とする。【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１又は２に記載の球面機械要素において、前記挿入体の前記第一の球面部及び前記第二の球面部の周囲に、摺動膜が被覆されることを特徴とする。【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の球面機械要素において、前記摺動膜は、前記挿入体の前記第一の球面部の周囲にアウトサート成形されることを特徴とする。【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の球面機械要素において、前記挿入体の前記第一の球面部の周囲に被覆される摺動膜は、前記挿入体の軸線を含む切断面により分割されると共に、樹脂の成型品からなる分割摺動膜を結合させてなることを特徴とする。【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１又は２に記載の球面機械要素において、前記外装体は、前記外装体の軸線に直交する断面により分割された、前記第一の球面部用凹部を有する第一のセグメントと、前記第二の球面部用凹部を有する第二のセグメントとを結合させてなり、前記第一のセグメントは、前記挿入体の周囲にアウトサート成形されていることを特徴とする。【００１８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１又は２に記載の球面機械要素において、前記外装体は、前記外装体の軸線に直交する断面により分割された、前記第一の球面部用凹部を有する第一のセグメントと、前記第二の球面部用凹部を有する第二のセグメントとを結合させてなり、前記第一のセグメントは、前記外装体の軸線を含む切断面により分割された分割セグメントを結合させてなることを特徴とする。【００１９】
請求項１２に記載の発明は、請求項４に記載の球面機械要素において、前記外装体は、前記外装体の軸線に直交する切断面により分割された、前記第一の球面部用凹部を有する第一のセグメントと、前記第二の球面部用凹部を有する一対の第二のセグメントとを結合させてなることを特徴とする。【００２０】
請求項１３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の球面機械要素において、前記外装体は、前記外装体の軸線を含む切断面により分割され、前記第一の球面部用凹部及び前記第二の球面部用凹部の周方向の一部を有する複数の分割体を結合させてなることを特徴とする。【００２１】
請求項１４に記載の発明は、所定の半径の球面の一部からなる第一の球面部と、前記第一の球面部と実質的に同じ中心を持ち、前記第一の球面部の半径と異なる半径の球面の一部からなる第二の球面部とを、挿入体の外周面に加工する挿入体加工工程と、前記挿入体の周囲に、前記第一の球面部及び前記第二の球面部それぞれに対応する第一の球面部用凹部及び第二の球面部用凹部を内周面に有する外装体を装着する外装体装着工程と、を備える球面機械要素の製造方法である。【００２２】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の球面機械要素の製造方法において、前記外装体装着工程は、前記挿入体の前記第一の球面部の周囲に、第一のセグメントをアウトサート成形する第一のセグメント成形工程と、前記挿入体の前記第二の球面部に対応する第二の球面部用凹部を有する第二のセグメントを、前記挿入体の前記第二の球面部の周囲に嵌めて、前記第一のセグメントに結合する第二のセグメント結合工程と、を備えることを特徴とする。【００２３】
請求項１６に記載の発明は、請求項１４に記載の球面機械要素の製造方法において、前記外装体装着工程は、前記挿入体の前記第一の球面部の周囲に、前記外装体の軸線を含む切断面により分割された分割セグメントを結合して第一のセグメントを得る分割セグメント結合工程と、前記挿入体の前記第二の球面部に対応する第二の球面部用凹部を有する第二のセグメントを、前記挿入体の前記第二の球面部の周囲に嵌めて、前記第一のセグメントに結合する第二のセグメント結合工程と、を備えることを特徴とする。【００２４】
請求項１７に記載の発明は、請求項１４に記載の球面機械要素の製造方法において、前記外装体装着工程は、前記外装体の軸線を含む切断面により分割され、前記第一の球面部用凹部及び前記第二の球面部用凹部の周方向の一部を有する複数の分割体を用意する工程と、複数の分割体間に前記挿入体を組み込んだ後、前記複数の分割体を結合する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１に記載の発明によれば、挿入体の第一の球面部と第二の球面部の中心が実質的に同じなので、外装体に対して挿入体が揺動できる。そして、挿入体が半径の異なる第一及び第二の球面部を有するので、球面機械要素の寸法をコンパクトに保った上で、負荷できるラジアル荷重及びスラスト荷重を調整できる。【００２６】
請求項２に記載の発明によれば、半径の小さい第一の球面部がラジアル荷重を受け、半径の大きい第二の球面部がスラスト荷重を受けるので、負荷できるスラスト荷重をラジアル荷重に近づけることができる。しかも、ラジアル荷重を受ける第一の球面部の半径を小さくするので、球面機械要素の外径も小さくすることができる。【００２７】
請求項３に記載の発明によれば、挿入体の第一の球面部がラジアル荷重を受けることができ、第二の球面部がスラスト荷重を受けることができる。【００２８】
請求項４に記載の発明によれば、挿入体の軸線方向の両方向のスラスト荷重を受けることができる。【００２９】
請求項５に記載の発明によれば、外装体に対して挿入体を揺動させることができる。【００３０】
請求項６に記載の発明によれば、外装体に対して挿入体が滑らかに揺動する。【００３１】
請求項７に記載の発明によれば、外装体に対して挿入体が滑らかに揺動する。【００３２】
請求項８に記載の発明によれば、たとえ挿入体の第一の球面部が第二の球面部よりもくぼんだアンダーカットになっていても、挿入体の第一の球面部の周囲に摺動膜を形成することができる。【００３３】
請求項９に記載の発明によれば、たとえ挿入体の第一の球面部が第二の球面部よりもくぼんだアンダーカットになっていても、挿入体の第一の球面部の周囲に摺動膜を形成することができる。【００３４】
請求項１０に記載の発明によれば、たとえ挿入体の第一の球面部が第二の球面部よりもくぼんだアンダーカットになっていても、挿入体の第一の球面部の周囲に第一のセグメントを成形することができる。【００３５】
請求項１１に記載の発明によれば、たとえ挿入体の第一の球面部が第二の球面部よりもくぼんだアンダーカットになっていても、挿入体の第一の球面部の周囲に第一のセグメントを成形することができる。【００３６】
請求項１２に記載の発明によれば、くぼんだアンダーカットになっている挿入体の第一及び第二の球面部の周囲に、外装体の第一及び第二のセグメントを装着することができる。【００３７】
請求項１３に記載の発明によれば、たとえ挿入体の第一及び第二の球面部がくぼんだアンダーカットになっていても、挿入体の第一及び第二の球面部の周囲に外装体を装着できる。また、外装体を廉価に製造できる。【００３８】
請求項１４に記載の発明によれば、球面機械要素の寸法をコンパクトに保った上で、負荷できるラジアル荷重及びスラスト荷重を調整できる球面機械要素が得られる。【００３９】
請求項１５に記載の発明によれば、たとえ挿入体の第一及び第二の球面部がくぼんだアンダーカットになっていても、挿入体の第一及び第二の球面部の周囲に外装体を装着できる。【００４０】
請求項１６に記載の発明によれば、たとえ挿入体の第一及び第二の球面部がくぼんだアンダーカットになっていても、挿入体の第一及び第二の球面部の周囲に外装体を装着できる。【００４１】
請求項１７に記載の発明によれば、たとえ挿入体の第一及び第二の球面部がくぼんだアンダーカットになっていても、挿入体の第一及び第二の球面部の周囲に外装体を装着できる。また、外装体を廉価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第一の実施形態の球面軸受の斜視図
【図２】球面軸受の側面図
【図３】球面軸受の内輪の斜視図
【図４】球面軸受の断面図
【図５】球面軸受の他の例の斜視図
【図６】図５の球面軸受の内輪の斜視図
【図７】第一の実施形態の球面軸受の製造工程の一例を示す図（内輪を加工した状態）
【図８】第一の実施形態の球面軸受の製造工程の一例を示す図（内輪の第一の球面部に摺動膜を被覆した状態）
【図９】第一の実施形態の球面軸受の製造工程の一例を示す図（内輪に第一のセグメントを成形した状態）
【図１０】第一の実施形態の球面軸受の製造工程の一例を示す図（内輪の第二の球面部に摺動膜を被覆した状態）
【図１１】第一の実施形態の球面軸受の製造工程の一例を示す図（第一のセグメントにＯリングを装着した状態）
【図１２】第一の実施形態の球面軸受の製造工程の一例を示す図（第二のセグメントを第一のセグメントに固定した状態）
【図１３】本発明の第二の実施形態の球面軸受の斜視図
【図１４】図１３の球面軸受の側面図
【図１５】図１３の球面軸受の内輪の斜視図
【図１６】本発明の第三の実施形態の球面軸受の分解斜視図
【図１７】本発明の第四の実施形態の球面軸受の斜視図
【図１８】図１７の球面軸受の外輪を透視した斜視図
【図１９】第四の実施形態の球面軸受の製造工程の一例を示す図（内輪を加工した状態）
【図２０】第四の実施形態の球面軸受の製造工程の一例を示す図（内輪の第一の球面部に摺動膜を被覆した状態）
【図２１】第四の実施形態の球面軸受の製造工程の一例を示す図（内輪に下側の分割セグメントを嵌めた状態）
【図２２】第四の実施形態の球面軸受の製造工程の一例を示す図（一対の分割セグメントを結合した状態）
【図２３】第四の実施形態の球面軸受の製造工程の一例を示す図（内輪の第二の球面部に摺動膜を被覆した状態）
【図２４】かしめを用いた外輪の結合方法の一例（スリーブかしめ）を示す断面図
【図２５】かしめを用いた外輪の結合方法の他の例（半径方向かしめ）を示す断面図
【図２６】かしめを用いた外輪の結合方法の他の例（軸線方向かしめ）を示す断面図
【図２７】分割セグメントの結合方法の一例を示す図
【図２８】かしめを用いた分割体の結合方法の一例を示す図
【図２９】分割体の結合方法の一例を示す図
【図３０】従来の球面軸受の軸線に沿った断面図
【図３１】従来のロッドエンドの断面図
【図３２】従来のボールジョイントの斜視図（一部断面を含む）
【図３３】従来の球面軸受の軸線に沿った断面図
【符号の説明】
【００４３】
１，２１，３１，４１…外輪（外装体）
２，２２，４４…内輪（挿入体）
３，２３…軸線
４，２４，４７…第一の球面部
５，２５，４８…第二の球面部
４ａ，５ａ…摺動膜
４７ａ…分割摺動膜
８，２８，４３，７１…第一のセグメント
８ａ，２８ａ，３６…第一の球面部用凹部
９，２９，４２，７２…第二のセグメント
４６，７６…分割セグメント
９ａ，２９ａ，３７…第二の球面部用凹部
３１ａ，３１ｂ，７４…分割体
１１…空洞
Ｒ１…第一の球面部の半径
Ｒ２…第二の球面部の半径
Ｐ…中心
(1)…ラジアル荷重
(2)…スラスト荷重
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
図１及び図２は、本発明の球面機械要素の第一の実施形態（球面軸受）を示す。図１は球面軸受の斜視図を示し、図２は側面図を示す。外装体の一例である円筒形状の外輪１の内部には、挿入体の一例である内輪２が組み込まれる。図２に示されるように、内輪２は外輪１に対して所定の傾斜角αの範囲内で揺動できる。外輪１及び内輪２の形状は、回転体（すなわち軸線３を軸として回転してつくられ、対称性を持つ形状）である。【００４５】
図３は内輪２の斜視図を示す。内輪２は軸線方向の中央部に第一の球面部４を有し、軸線方向の両端部に第二の球面部５を有する。第一の球面部４と第二の球面部５との接続部分１０は窪んでいる。第一の球面部４は、軸線３の周囲に形成されると共に軸線方向の中央が最も膨らんでいる。第二の球面部５は、軸線３の周囲に形成されると共に第一の球面部４側の端が最も膨らんでいる。第二の球面部５の外径は第一の球面部４の外径よりも大きい。内輪２は、鉄、アルミなどの金属製であり、鋳造又は鍛造などにより製造される。内輪２の第一及び第二の球面部４，５の表面には、自己潤滑性を有するフッ素樹脂、二硫化モリブデン、グラファイト、あるいは、低摺動性を有するナイロン、テフロン（登録商標）、ポリアセタールなどの潤滑膜、又は樹脂の成型品などからなる摺動膜４ａ，５ａが被覆される。内輪２には軸線方向に伸びる貫通孔６が空けられる。球面軸受を使用する際は、貫通孔６に軸を挿入し、軸に加工した雄ねじにナットを螺合させて、軸を内輪２に締結する。【００４６】
図４は、球面軸受の断面図を示す。内輪２の第一の球面部４は、軸線上に中心を持つ半径Ｒ１の球面の一部からなる。第一の球面部４には摺動膜４ａが被覆されているので、実際には摺動膜４ａの表面が球面の一部からなる。第一の球面部４の軸線方向の両端に設けられる第二の球面部５は、第一の球面部４と実質的に同じ中心Ｐを持つと共に第一の球面部４よりも大きい半径Ｒ２の球面の一部からなる。ここで、「中心が実質的に同じ」とは、第一の球面部４と第二の球面部５の中心が同じ点である場合のほか、第一の球面部４と第二の球面部５の中心が、外輪１に対して内輪２が揺動できる程度に僅かにずれている場合も含まれる。第二の球面部５にも摺動膜５ａが被覆されているので、実際には摺動膜５ａの表面が球面の一部からなる。【００４７】
外輪１は、全体が三分割され、軸線方向の中央の第一のセグメント８と、第一のセグメント８の軸線方向の両端に取り付けられる一対の第二のセグメント９と、から構成される。リング状の第一のセグメント８の内周には、第一の球面部４に対応する第一の球面部用凹部８ａが形成される。すなわち、第一の球面部用凹部８ａは、軸線３上に中心Ｐを持つ半径Ｒ１の球面の一部からなり、軸線方向の中央が最も凹んでいる。リング状の第二のセグメント９の内周にも、第二の球面部５に対応する第二の球面部用凹部９ａが形成される。すなわち、第二の球面部用凹部９ａは、軸線３上に中心Ｐを持つ半径Ｒ２の球面の一部からなり、第一の球面部用凹部８ａ側の端が最も凹んでいる。第一の球面部４と第二の球面部５との接続部分１０の外周と第二のセグメント９の内周との間には、内輪２が揺動したとき、内輪２の第二の球面部５と第二のセグメント９との干渉を避けるように、空洞１１が設けられる。第一及び第二のセグメント８，９は、鉄、アルミなどの金属製である。【００４８】
第一の球面部４は一対の第二の球面部５の間に軸線方向に挟まれているので、内輪２は中央の第一の球面部４において窪んだアンダーカットになっている。内輪２の第二の球面部５の外径は第一のセグメント８の内径よりも大きいので、第二の球面部５に第一のセグメント８を通すことはできない。このため、第一のセグメント８は、内輪２の第一の球面部４の周囲にアウトサート成形することで製造される。具体的には、金型に内輪２を挿入し、内輪２の第一の球面部４の周囲に溶融金属をダイカストすることで製造される。ダイカストは、アルミニウム合金・亜鉛合金などの溶融したものを、圧力によって精密な金型に圧し込んで鋳物を得る鋳造法である。【００４９】
第二のセグメント９は、鋳造、鍛造又は切削加工により内輪２とは別に製造される。第二のセグメント９は、内輪２の第二の球面部５の周囲に嵌められて、第一のセグメント８の軸線方向の両端面に結合される。第一のセグメント８及び第二のセグメント９それぞれの対向面には、リング状のＯリング溝８ｂ，９ｂが加工される。Ｏリング溝８ｂ，９ｂには、接合面を密封するＯリング１３が嵌められる。【００５０】
内輪２には、軸線３に対して半径方向のラジアル荷重(1)と、軸線方向のスラスト荷重(2)とがかかる。内輪２にかかるラジアル荷重(1)を第一の球面部４が受け、スラスト荷重(2)を第二の球面部５が受ける。すなわち、内輪２にラジアル荷重(1)が作用したとき、内輪２の第一の球面部４と第一のセグメント８の第一の球面部用凹部８ａが接触し、スラスト荷重(2)が作用したとき、内輪２の第二の球面部５と第二のセグメント９の第二の球面部用凹部９ａが接触する。【００５１】
内輪２の傾斜角度αを一定に保ったうえで、内輪２にスラスト荷重(2)が作用したときの、内輪２の第二の球面部５と外輪１の第二の球面部用凹部９ａとの接触面積を大きくしようとすると、第二の球面部５の半径Ｒ２を大きくしなければならない。その一方、たとえ第一の球面部４の半径が小さくても、内輪２にラジアル荷重(1)が作用したときの、内輪２の第一の球面部４と外輪１の第一の球面部用凹部８ａの接触面積が大きくなる傾向がある。スラスト荷重(2)を受ける第二の球面部５の半径を大きくし、ラジアル荷重(1)を受ける第一の球面部４の半径を小さくすれば、負荷できるスラスト荷重(2)をラジアル荷重(1)に近づけることができる。また、第一の球面部４の半径Ｒ１を第二の球面部５の半径Ｒ２よりも小さくすることで、球面軸受の外径をコンパクトにすることができる。【００５２】
図５及び図６は、球面軸受の他の例を示す。図５は球面軸受の斜視図を示し、図６は内輪の斜視図を示す。この例の球面軸受においては、内輪２の第一及び第二の球面部４，５の周囲には、摺動膜が被覆されていない。第一の球面部４及び第二の球面部５に摺動膜を被覆すると、コストアップを招く場合があるからである。このように第一の球面部４及び第二の球面部５に摺動膜を被覆しなくてもよい。摺動膜を被覆しないと、内輪２の第一及び第二の球面部４，５が外輪１の第一及び第二の球面部用凹部８ａ，９ａに直接すべり接触する。すべり接触する部分の摩擦抵抗を下げるために、空洞１１（図４参照）には摺動面油、グリースなどの潤滑油が充填される。【００５３】
図７ないし図１２は、球面軸受の製造工程の一例を示す。図７に示されるように、まず、鋳造、鍛造又は切削加工により、金属製の内輪２の外周に第一の球面部４と第二の球面部５を加工する。【００５４】
次に、図８に示されるように、第一の球面部４の周囲にフッ素樹脂、ポリエーテルケトン、ナイロンなどの樹脂、又は真鍮などの合金からなる摺動膜４ａを成形し、第一の球面部４に摺動膜を付着させる。この成形は、第一の球面部４の周囲に樹脂などを付着させる成形なので、アウトサート成形と呼ばれる。合成樹脂の替わりに他の固体潤滑材や低摺動材を被覆してもよい。【００５５】
次に、図９に示されるように第一の球面部４の周囲に第一のセグメント８をアウトサート成形する。具体的には、内輪２の第一の球面部４を金型に挿入し、金型に溶融金属をダイカストする。内輪の第一の球面部４はアンダーカットになるので、このような成形工程が必要になる。第一のセグメント８のＯリング溝８ｂはダイカスト後に切削加工されてもよい。【００５６】
次に、図１０に示されるように、第二の球面部５の周囲にフッ素樹脂、ポリエーテルケトン、ナイロンなどの樹脂、又は真鍮などの合金からなる摺動膜５ａをアウトサート成形する。合成樹脂の替わりに他の固体潤滑材や低摺動材を被覆してもよい。【００５７】
次に、図１１に示されるように、第一のセグメント８のＯリング溝８ｂにＯリング１３を嵌める。【００５８】
最後に、図１２に示されるように、第二のセグメント９を内輪２の第二の球面部５の周囲に嵌めて、第二のセグメント９を第一のセグメント８に結合する。なお、内輪２の第二の球面部５の周囲に第二のセグメント９をアウトサート成形すると、第二の球面部５の周囲が埋まってしまう。空洞がなくなって内輪２が外輪１に対して揺動できなくなるので、第二のセグメント９はあらかじめ鋳造、鍛造又は切削加工により製造されていて、後から内輪２に嵌められる。【００５９】
図１３及び図１４は、本発明の球面機械要素の第二の実施形態（球面軸受）を示す。この球面軸受も、外輪２１と、外輪２１に嵌められる内輪２２とを備え、外輪２１に対して内輪２２が所定の傾斜角の範囲内で揺動できる。【００６０】
図１５は内輪の斜視図を示す。内輪２２はその外周面に第一の球面部２４と第二の球面部２５を有する。第一の実施形態の球面軸受と異なり、第二の球面部２５は第一の球面部２４の軸線方向の一方にのみ形成されている。【００６１】
図１４に示されるように、第一の球面部２４の中心Ｐは第二の球面部２５の中心Ｐと実質的に同じであり、第二の球面部２５の半径Ｒ２は第一の球面部２４の半径Ｒ１よりも大きい。そして、第二の球面部２５が内輪２２の軸線方向の一方向に作用するスラスト荷重(2)を受け、第一の球面部２４が軸線２３に対し半径方向に作用するラジアル荷重(1)を受ける。【００６２】
外輪２１は、第一の球面部２４に対応する第一の球面部用凹部２８ａが形成される第一のセグメント２８と、第二の球面部２５に対応する第二の球面部用凹部２９ａが形成される第二のセグメント２９とに分割されている。第二のセグメント２９は第一のセグメント２８の片側にのみ設けられている。【００６３】
球面軸受の使用状況によっては、軸線方向の一方向のみのスラスト荷重(2)を負荷すればよい場合がある。このような場合、この実施形態の球面軸受のように、一対の第二の球面部２５のうちの一方を省略することも可能である。【００６４】
図１６は、本発明の球面機械要素の第三の実施形態（球面軸受）を示す。この球面軸受も、外輪３１と、外輪３１に嵌められる内輪２とを備え、外輪３１に対して内輪２が所定の傾斜角の範囲内で揺動できる。この実施形態の外輪３１は、上記第一の実施形態の球面軸受のように、筒状の外輪１の軸線に直交する断面により分割されるのではなく、筒状の外輪３１の軸線を含む断面により複数に例えば二つの分割体３１ａ，３１ｂに分割される。内輪２の構造は、上記第一の実施形態の球面軸受と同じなので、同一の符号を附してその説明を省略する。【００６５】
各分割体３１ａ，３１ｂには、内輪２の第一及び第二の球面部４，５それぞれに対応する第一及び第二の球面部用凹部３６，３７の半周分が形成される。各分割体３１ａ，３１ｂは、鋳造、鍛造又は切削加工により製造される。各分割体の周囲には、周方向に伸びる溝３５が形成される。一対の分割体３１ａ，３１ｂ間に内輪２を組み込んだ後、円形に丸めたコイルスプリング３３や、ゴムバンド、熱収縮チューブなどの結合手段が溝３５に嵌められる。結合手段は、一対の分割体３１ａ，３１ｂが分離しないように結合する。【００６６】
なお、結合手段には、コイルスプリング３３の替わりに円筒状のハウジング３４を用いることもできる。ハウジング３４と外輪３１との嵌合は、締め代のある締り嵌めが望ましい。コイルスプリング３３とハウジング３４とを併用して結合手段にしてもよい。また、各分割体３１ａ，３１ｂをレーザー溶接などの溶接によって直接結合してもよい。【００６７】
分割体３１ａ，３１ｂの内部に内輪２を組み込んだ状態において、分割体３１ａ，３１ｂと内輪２との間には、内輪２が揺動するための空洞が設けられる。内輪２には、固体潤滑材からなる摺動膜が被覆されてもよいし、被覆されなくてもよい。摺動膜が被覆されない場合、空洞に潤滑油が充填される。【００６８】
この第三の実施形態の球面軸受によれば、外輪３１の工数を減らすことができるので、外輪３１の製造コストを削減できる。【００６９】
図１７及び図１８は、本発明の第四の実施形態の球面軸受を示す。この実施形態の球面軸受は、第一の実施形態の球面軸受と同様に、外輪４１が外輪４１の軸線に直交する断面により分割された中央の第一のセグメント４３と、第一のセグメント４３の軸線方向の両側に設けられる一対の第二のセグメント４２とを結合させてなる。第一のセグメント４３の外周面の軸線方向の両端部には、径を狭めた受け口４３ａが形成される（図２２参照）。第二のセグメント４２の端部が受け口４３ａに嵌められる。【００７０】
第一のセグメント４３は、外輪４１の軸線を含む断面により分割された分割セグメント４６をボルト、溶接などの結合手段によって結合させてなる。第二のセグメント４２は、第一のセグメント４３の受け口４３ａに嵌められた後、レーザー溶接、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接などの溶接によって第一のセグメント４３に固定される。【００７１】
図１９ないし図２３は、第四の実施形態の球面軸受の製造工程図を示す。まず、内輪４４の外周面に、鋳造、鍛造、又は切削加工により第一の球面部４７及び第二の球面部４８を加工する。【００７２】
次に、図２０に示されるように、内輪４４の第一の球面部４７の周囲にフッ素樹脂、ナイロン、ポリエーテルケトンなどの樹脂、又は真鍮などの合金からなる摺動膜４７ａを被覆する。摺動膜４７ａは、第一の球面部４７の周囲にアウトサート成形されてもよいし、半円状に二分割された樹脂の成型品からなる分割摺動膜４７ａを結合させたものでもよい。【００７３】
次に、図２１及び図２２に示されるように、半円状に二分割された分割セグメント４６を摺動膜４７ａの周囲に嵌めて、これらをボルト、溶接などの結合手段によって結合する。【００７４】
次に、図２３に示されるように、第二の球面部４８にリング状の摺動膜４８ａを被覆する。摺動膜４８ａは、第二の球面部４８にアウトサート成形されてもよいし、あらかじめ樹脂成形された成型品を第二の球面部４８に嵌めこむことで製造されてもよい。【００７５】
次に、図１７に示されるように、第二の球面部４８に第二のセグメント４２を装着する。第一のセグメント４３には受け口４３ａ（図２３参照）が形成されている。第二のセグメント４２は第一のセグメント４３の受け口４３ａに嵌められる。第一のセグメント４３に第二のセグメント４２を嵌めた後、これらをレーザー溶接などによって結合する。図１８に示されるように、第二のセグメント４２には、レーザー溶接時のエアー抜き孔４２ａが加工される。なお、第一のセグメント４３と第二のセグメント４２をレーザー溶接するのと同時に二分割された第一のセグメント４３をレーザー溶接してもよい。【００７６】
第一のセグメント４３に段付きの受け口４３ａを形成することで、レーザー溶接が外輪４１の内部に入るのを防止することができる。また、第一のセグメント４３と第二のセグメント４２を溶接することで、Ｏリングを省略することができる。【００７７】
第一、第三及び第四の実施形態の球面軸受において、内輪２，４４の第一の球面部４，４７は第二の球面部５，４８よりも径が小さいので、内輪２，４４は中央がくぼんだアンダーカットになっている。アンダーカットの内輪２，４４に対応するために、外輪１，４１は軸線に直交する切断面で三分割されるか、もしくは、外輪３１は軸線を含んだ切断面で二分割される。【００７８】
そして、複数に分割された外輪を結合する手段としては、上述の溶接やボルト結合が用いられる。溶接やボルト結合の他にも、かしめを用いることも可能である。以下では、かしめを用いた結合方法について説明する。【００７９】
図２４は、かしめを用いた結合方法の一例を示す。第一のセグメント７１及び第二のセグメント７２の周囲には、円筒状のスリーブ７３が圧入される。スリーブ７３は第二のセグメント７２の奥部７２ａまで嵌めこまれる。スリーブ７３の内周面には、テーパが形成されてもよい。スリーブ７３を圧入した後、スリーブ７３の端部７３ａは、塑性変形するように内側に折り曲げられる。なお、筒状のスリーブ７３の両端部を折り曲げることで、第一のセグメント７１と第二のセグメント７２とを結合してもよい。【００８０】
図２５及び図２６は、スリーブを用いないで、第一のセグメント７１と第二のセグメント７２を直接的にかしめる方法を示す。図２５は半径方向のかしめを示し、図２６は軸線方向のかしめを示す。図２５に示されるように、第一のセグメント７１に第二のセグメント７２を嵌めた後、第二のセグメント７２の端部７２ａに半径方向のかしめ力を加え、端部７２ａを内側に折り曲げることで、第一のセグメント７１と第二のセグメント７２を固定してもよい。【００８１】
また図２６に示されるように、第一のセグメント７１の内側に第二のセグメント７２を嵌め込んだ後、第一のセグメント７１又は第二のセグメント７２に軸線方向のかしめ力を加えて、第一のセグメント７１と第二のセグメント７２とを結合してもよい。なお、この例では、第一のセグメント７１が第二のセグメント７２の外側に配置されるので、かしめる前に半円状に二分割された第一のセグメント７１を結合させておく必要がある。第一のセグメント７１を結合する方法としては、溶接を用いることもできるし、図２７に示されるように、分割セグメント７６に鉤状の引掛かり部７６ａを設け、これらが互いに係合するようにしてもよい。分割セグメント７６は、内輪２の球面に沿ってスライドできるので、引掛かり部７６ａを係合させる作業が容易になる。【００８２】
図２８は、軸線に沿って二分割された分割体７４をスリーブ７５を用いて結合する例を示す。分割体７４にスリーブ７５を圧入した後、スリーブ７５の端部を折り曲げることで、二つの分割体７４を結合する。【００８３】
図２９は、二つの分割体７４の結合方法の他の例を示す。分割体７４のそれぞれに鉤状の引掛かり部７４ａを設け、これらが互いに係合するようにしてもよい。【００８４】
なお、本発明は上記の実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更可能である。第一の球面部の半径と第二の球面部との半径は、負荷すべきラジアル及びスラスト荷重に応じてさまざまに変更できる。例えば、ラジアル荷重が大きいときは、第一の球面部の半径を第二の球面部の半径より大きくしてもよい。こうすると、球面軸受の軸線方向の長さを小さくすることができる。また、挿入体が第一の球面部及び第二の球面部の半径Ｒ１，Ｒ２と異なる半径Ｒ３の球面の一部からなる第三の球面部を有し、外装体が第三の球面部に対応する第三の球面部用凹部を有してもよい。ただし、この場合でも、第三の球面部の中心は、第一及び第二の球面部の中心に実質的に一致する必要がある。【００８５】
本明細書は、２００６年１０月３１日出願の特願２００６−２９６７４８および２００７年９月２８日出願の特願２００７−２５６２７９に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の球面機械要素は、球面軸受、図３１に示されるロッドエンド、図３２に示されるボールジョイント、又はピロボールに適用することができる。スラスト方向の剛性が高いという特性を持つので、自動車のサスペンションに組み込まれるボールブッシュや、ピロボールの代替として好適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
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