(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側レースと、前記内側レースから半径方向に間隔をおいて配置された外側レースと、
前記内側レースに対して固定され、かつ、前記内側レースに隣接して配置された、前記内側レースとは別部材としてのカラーと、前記外側レースに対して固定されたシール部材と、を備えたベアリングアセンブリであって、
前記外側レースと前記内側レースとの間にはローラー要素が収容され、
前記シール部材が、軸方向及び半径方向に延在し前記カラーにスライド自在に封止係合して、前記外側レースに対する前記内側レースの整列位置、及び、前記外側レースに対して前記内側レースの所定角度ズレ位置において、前記シール部材と前記カラーとの間にシールを維持するようになっていて、
前記カラーが、円錐台‐球状シール面を有し、かつ、前記内側レースが、円錐台‐球状のベアリング面を有し、
前記カラーが、前記ベアリング面を越えて半径方向に延在する停止面を有し、
前記停止面が、前記外側レースの中心軸に対する前記内側レース中心軸の所定のズレ角度を有する位置において、前記停止面と前記ローラー要素とが当接することで、前記ローラー要素が前記停止面を超えて移動することを防止することを特徴とするベアリングアセンブリ。
【請求項２】
前記カラーが、軸方向及び半径方向外側に延在する球面を含み、そして、前記シール部材が、前記球面に係合して、前記カラーにスライド自在に封止係合する、請求項１に記載のベアリングアセンブリ。
【請求項３】
前記所定角度が、６°以上である、請求項１に記載のベアリングアセンブリ。
【請求項４】
シールドが、前記外側レースの軸端に取り付けられ、そして、前記シール部材が前記シールドに取り付けられている、請求項１に記載のベアリングアセンブリ。
【請求項５】
前記内側レース及び前記外側レースのそれぞれが、前記ローラー要素の凹状のベアリング面に係合できる凸状のベアリング面を有している、請求項１に記載のベアリングアセンブリ。
【請求項６】
前記ベアリングアセンブリが所定のズレ角度以内のズレ位置において動作するときに、前記カラーと前記シール部材間の前記シールが、前記内側レースと前記外側レース間における前記ベアリングの内部空洞の汚染を防ぐようになっている、請求項１に記載のベアリングアセンブリ。
【請求項７】
前記円錐台‐球状シール面及び前記円錐台‐球状ベアリング面が、同じ中心点を有する、請求項６に記載のベアリングアセンブリ。
【請求項８】
内側レースと、外側レースと、前記内側レースと前記外側レースとの間に配置された一組のローラー要素と、前記内側レースに隣接して配置された、前記内側レースとは別部材としてのカラーと、前記外側レースに連結したシール部材と、を有するベアリングアセンブリであって、
前記一組のローラーは、整列状態及びズレ状態の両方において、前記内側レースに対する前記外側レースの概して軸方向の回転を促し、
前記シール部材は、前記カラーとスライド自在に接触して、前記カラーと前記シール部材間にシールを形成し、
前記カラーと前記シール部材は、前記カラーと前記シール部材が前記整列状態及び前記ズレ状態の両方において前記シールを維持するように形成され、そして、
前記カラーが、円錐台‐球状シール面を有し、かつ、前記内側レースが、円錐台‐球状のベアリング面を有し、
前記カラーが、前記ベアリング面を越えて半径方向に延在する停止面を有し、
前記停止面が、前記外側レースの中心軸に対する前記内側レース中心軸の所定のズレ角度を有する位置において、前記停止面と前記ローラー要素とが当接することで、前記ローラー要素が前記停止面を超えて移動することを防止することを特徴とするベアリングアセンブリ。
【請求項９】
前記内側レースが、第１の軸を提供し、前記外側レースが、第２の軸を提供し、前記整列状態が、前記第１の軸と前記第２の軸が同軸である状態であり、そして、前記ズレ状態が、前記第１の軸と前記第２の軸が同軸でない状態である、請求項８に記載のベアリングアセンブリ。
【請求項１０】
前記カラー及び前記シール部材が、前記第１の軸と前記第２の軸間のズレ角度１０°以下においても前記シールを維持するようになっている、請求項９に記載のベアリングアセンブリ。
【請求項１１】
一対のカラーが、前記内側レースの各軸端に隣接して配置され、そして、一対のシール部材が、前記外側レースの各軸端に隣接して前記外側レースに連結している、請求項８に記載のベアリングアセンブリ。
【請求項１２】
前記シールドが、前記外側レースの軸端に取り付けられ、そして、前記シール部材が、前記シールドに取り付けられている、請求項８に記載のベアリングアセンブリ。
【請求項１３】
前記一組のローラー要素が、凹状のベアリング面を有して、前記ズレ状態において前記ベアリングを動作させるようになっている、請求項８に記載のベアリングアセンブリ。
【請求項１４】
前記内側レース及び前記外側レースのそれぞれが、前記一組のローラー要素の前記凹状のベアリング面に係合する凸状のベアリング面を有している、請求項１３に記載のベアリングアセンブリ。
【請求項１５】
前記カラーと前記シール部材間の前記シールによって、前記ベアリングが整列状態及びズレ状態において動作するときに、前記内側レースと前記外側レース間における前記ベアリングの内部空洞の汚染が防止される、請求項８に記載のベアリングアセンブリ。
【請求項１６】
前記シール部材と接触している前記カラーの表面が、軸方向及び半径方向外側に延在する、請求項８に記載のベアリングアセンブリ。
【請求項１７】
前記円錐台‐球状シール面及び前記円錐台‐球状ベアリング面が、同じ中心点を有する、請求項８に記載のベアリングアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベアリングアセンブリに関する。特に、本発明は、ベアリングアセンブリの内部汚染（internal contamination）を最小化するベアリングアセンブリにおけるシール構造（seal structure）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のベアリングは、内側レース（inner race）及び別途の外側レース（outer race）を有する。その外側レースは、内側レースに対して移動自在である。内側レース及び外側レースにおける互いに対する流体回転（fluid rotation）を提供するために、ほとんどベアリングは、ベアリング部品間の摩擦耐性（frictional resistance）をスムーズにする、及び／または最小化することを目的とする。これは、所定のトリボロジー特徴（tribological feature）を有する（即ち、低い摩擦係数を有する）任意の中間ベアリン素子（intermediate bearing element）及び前記レースのベアリング表面を選択することによってしばしば得られる。場合によっては、ベアリング部品間に潤滑（lubrication）を設けても良い。
【０００３】
しかしながら、ベアリング表面間の空間が破片（debris）等によって汚染されたとき、ベアリングの操作又は動作（operation）は劣化する。ある程度汚染が進むと、そのベアリングを交換するか、又は、その汚染物を取り除くためのメータナンスが必要となる。交換及びメータナンスには、費用、時間（中断時間）がかかる。
【０００４】
複雑なベアリングは、外部の環境からの汚れに特に敏感である。例えば、特定の適用において、接続された(連結した)取り囲み構造（connected surrounding structure）を収容するために、ズレ状態（即ち、正しく整列されていない状況）で操作(動作)される必要がある。従来のベアリング構造は、ずれ状態（即ち、正しく整列されていない状況）において動作される際に、平坦ではないシール（uneven seal）などに基づいて、ベアリング部品間にギャップが一時的に生じて、ベアリングの内部空洞が露出されてしまう。
【０００５】
したがって、汚れに対する内部空洞の露出を最小化しつつも、正しく配列されていない状況(即ち、ズレ状態)において動作できるベアリングアセンブリに対するニーズが依然として存在している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、シールの質を落とすことなく、ズレ状態のベアリングアセンブリの動作を可能にするスライドシール（sliding seal）を備えたベアリングアセンブリ（bearing assembly）を提供する。このスライドシールは、特殊な形のカラーと、そのカラーに半径方向及び軸方向に係合するシール部材との間に形成される。ベアリングアセンブリの動作中、少なくとも所定のズレ角度までに、シール部材は、カラーとともにシールを維持して、ベアリングアセンブリの性能に悪影響を与え得る破片又はその他の汚染物質の進入を防止する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内側レースと、前記内側レースから半径方向に間隔をおいて配置された外側レースと、前記内側レースに対して固定され、かつ、前記内側レースに隣接して配置されたカラーと、前記外側レースに対して固定されたシール部材と、を備えたベアリングアセンブリを提供する。このベアリングアセンブリでは、前記外側レースと前記内側レースとの間には前記ローラー要素が収容され、前記シール部材が、前記カラーに軸方向及び半径方向に、スライド自在にかつ封止的に（sealingly）係合して、前記外側レースに対する前記内側レースの整列位置、及び、前記外側レースに対して前記内側レースが所定角度ずれた位置において、前記シール部材と前記カラーとの間にシールを維持する。
【発明の効果】
【０００８】
カラーを適切に成形（形成）することによって、シールは、整列位置を通してベアリングアセンブリの動作中に維持される。また、シール部材は、シールの長さにわたって一定の（均一な）軸方向及び半径方向の力をもってカラーと接触するので、内側レースと外側レースが互いに対して移動される場合でも、シールを形成する部品の移動は内部空洞への汚染物質の進入をより良く防止できる。
【０００９】
これらの利点及びその他の利点は、詳細な説明及び図面から明らかであろう。以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明の範囲は、好ましい実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定まる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、ベアリングアセンブリの斜視図である。
【図２】図２は、図１のベアリングアセンブリの断面斜視図である。
【図３】図３は、整列位置におけるベアリングアセンブリの断面側面図である。
【図４】図４は、正しく整列されていない位置(即ち、ズレ位置)のベアリングアセンブリの断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１及び２には、ベアリングアセンブリ１０が示されている。ベアリングアセンブリ１０は、例えば、航空機の飛行制御アクチュエータ（flight control actuator）のような数多くの適用における使用に適し得るローラーベアリング（roller bearing）である。
【００１２】
ベアリングアセンブリ１０は、内側レース（inner race）１２、外側レース（outer race）１４、及び、前記内側レース１２と前記外側レース１６との間に配置された複数のローラー要素（roller element）１６を含む。それらの複数のローラー要素１６は、複列環状構造（double row annular configuration）をなす。このローラー要素１６は、一般的に砂時計の形状を有し、それぞれは、凹状の接触面（concave contact surface）１８を有する。ローラー要素１６のこの凹状ベアリング面１８は、概して半径方向外側に向かう内側レース１２上の凸状のベアリング面２０に係合し、さらに、概して半径方向内側に向かう外側レース１４上の一対の凸状のベアリング面２２のいずれかに係合する。ローラー要素１６は、ベアリングアセンブリ１０の中心軸に対して角度傾斜（angularly inclined）して、ローラー要素１６の中心に配置された端部（centrally-located end）はローラー要素１６の外側端（lateral end）からの半径方向距離よりもベアリングアセンブリ１０の中心軸からの半径方向距離が大きくなっている。
【００１３】
以下に更に具体的に説明していくが、これらのベアリング表面の凹面（concavity）によって、ベアリングアセンブリ１０は、外側レース１４の中心軸が内側レース１２の中心軸から外れた（逸脱した）正しく整列されていない位置（又は、ズレ位置；misaligned position）において動くようになる。本発明の構造によれば、外側レース１４の中心軸が、内側レース１２の中心軸に対して傾斜しているときに、外側レース１４における一対の凸状のベアリング面２２がローラー要素１６の幅と概して合うようなサイズであるため(少し余裕があっても良い)、ローラー要素１６は外側レース１４とともに傾斜する（tilt with）。
【００１４】
ベアリングアセンブリ１０の正しく整列されていない操作(動作)（misaligned operation）を可能にする別のベアリング構造もあり得る。この理由によって、本明細書に記載した実施形態は、例示のために提示されたものであり、本発明がそれに限定されてものではない。
【００１５】
図示の実施形態において、ベアリングアセンブリ１０は、ローラー要素１６の複列環状構造を有する(即ち、内側レース１２と外側レース１４との間にはローラー要素１６の２つのリングが存在する)。しかしながら、別の構造を採用することも可能である。例えば、ベアリングアセンブリは、単列（single row）環状構造であっても良い(即ち、内側レース１２と外側レース１４との間には専ら単列のローラー要素１６が存在する)。また、ローラー要素１６(複数)、又はローラー要素１６の列(複数)を互いに対して配置させるためにスペーサ（spacer）等を用いても良い。
【００１６】
内側レース１２の軸端に、内側レース１２に隣接して一組のカラー２４を配置する。図２に示すように、内側レース１２及び一組のカラー２４の両方は、管状の中心軸２５に支持されている。
【００１７】
カラー２４のそれぞれは、半径方向外側（radially outward）及び軸方向内側（axially inward）に向かう停止面（stop surface）２６を有する。この停止面２６は、内側レース１２の外側端（lateral end）において凸状のベアリング面２０を越えて半径方向に延在されている。
【００１８】
カラー２４上の停止面２６は、外側レース１４の中心軸が、内側レース１２の中心軸との所定のズレ角度（angle of misalignment）を超えないように防止する役割をする。前述のように、外側レース１４が内側レース１２に対して傾斜しているので、ローラー要素１６は、外側レース１４とともに左右に移動する。少なくとも図示したローラー要素１６構造(形状)について、外側レース１４が内側レース１２に対して斜めになっているので、この停止面２６は、ローラー要素１６の外側端がカラー２４の停止面２６を超えて移動することを防止する。一つの実施形態において、内側レース１２及びローラー要素１６に対するカラー２４の幾何学的な配置（geometric placement）によって、外側レース１４の中心軸と内側レース１２の中心軸間のずれ（misalignment）の所定の最大角度が１０°となる。
【００１９】
各々のカラー２４は、軸方向及び半径方向外側に向かう表面であるシール面（sealing surface）２８を有する。図示した形態において、シール面２８は、円錐台(切頭体)‐球状（frusto-spherical）を有する。しかしながら、シール面２８の機能性（functionality）に関連して後述するように、シール面２８は、異なる形状を有しても良く、依然として、所定の機能を有し得る。
【００２０】
一対のシール部材３０は、外側レース１４に取り付けられ、かつ、カラー２４に向かって概して半径方向に延在されている。より詳細に、各々のシール部材３０の半径方向外側周囲端部（peripheral edge）は、シール部材３０が外側レース１４とともに移動するように、外側レース１４の軸端のいずれかに取り付けられている。一部の形態において、シールド（shield）(図１及び２に図示せず)を外側レース１４の軸端に取り付けても良く、そして、シール部材３０をシールドに取り付けても良い。
【００２１】
シール部材３０の半径方向内側周囲端部３４は、それぞれカラー２４のいずれか一つのシール面２８のいずれか一つと接触して、スライドシール（sliding seal）を形成する。シール部材３０(複数)は、空間的に配置され、かつ、十分弾性的に変形可能で、それによって、シール部材３０の半径方向内側周囲端部３４が、半径方向及び軸方向内側の力をカラー２４に与えて、それぞれのシール部材３０と相応するカラー２４間にシールを形成する。
【００２２】
図３及び４には、整列位置（aligned position）(図３)、及びズレ位置(図４)が示されている。図３及び４に示されたベアリングアセンブリと、図１及び２に示されたベアリングアセンブリ間の相違は、シールド３６及びシール部材３０が別物（separate item）として明確に確認（識別）できる点である。少なくとも一部の形態において、シール及びシールドは、それらがベアリングに取り付けられる前に、互いに結合しても良い。ベアリングアセンブリ１０を製造する別の方法において、シール部材３０は、シールド３６内にオービタル成形される。
【００２３】
図４は、５°のズレ角度（angle of misalignment）におけるベアリングの操作(動作)を示す。いずれか一つのローラー要素１６の外側端（outer lateral end）は、カラー２４の停止面２６と接触して、更なる軸方向ズレ（axial misalignment）を防止する。（図示した特定の配置についての）この程度のズレにおいても、カラー２４のシール面２８の球状を前提にした場合、シール部材３０とカラー２４間に形成されたシールの質（quality）は、図３に示した整列位置（aligned position）においてもと同じである。
【００２４】
外側レース１４が内側レース１２に対してズレ位置に傾斜すると、シール部材３０とカラー２４間に形成されたシールがシフト（shift）して、この新しい動作(操作)位置を収容する。シール位置がシフトする時に、シールを形成する接触点（point of contact）が実質的に球面（spherical surface）（カラー２４のシール面２８によって定まる）上を移動する環状(円形)(半径方向内側周囲端部３４によって定まる)であるために、シールの質は維持される。したがって、少なくとも所定の移動範囲内においては、内側レース１２と外側レース１４がずれてもシールに沿ったギャップは生じないし、新たなストレス（stress）も導入されない。シールにわたって差別的にストレスが生じる場合には、ベアリングの使用中に、シール部材を疲労させ（fatigue）、かつ、シールの質を落とす環状ストレス（cyclic stress）に該シール部材を供することも可能である。
【００２５】
シールの質を保証するためには理想的な幾何学的条件（geometric condition）が好ましいだろうが、部品は、シールの質を害することなく、理想的な幾何学(形状)から外れることもあり得る。例えば、内側レース１２上の凸状のベアリング面２０及びカラー２４のシール面２８は、円錐台(切頭体)‐球状（frusto-spherical）であるとともに、実質的に同じである中心点（center point）を有するのが理想的である。しかしながら、シール部材３０が弾性的に変形可能で、かつ、適切なシールが保たれるズレの程度が比較的狭い（narrow）ときに、理想的な幾何学(形状)からある程度外れたとしても、シールの質に有意な影響を与えないだろう。
【００２６】
内側レース１２、外側レース１４、カラー２４、及び、シール部材３０(そして、場合によっては、シールド)は、ベアリングアセンブリ１０の内部空洞を形成する。この内部空洞は、ベアリング面のトライボロジー質に基づいて、必要に応じて、更なる潤滑（lubrication）を受ける場合もあり得る。構造によっては、１以上のベアリング面が、自己潤滑材（self-lubricating material）で構成されることもあり得る。
【００２７】
いずれの場合においても、カラー２４のシール面２８とシール部材３０の半径方向内側周囲端部３４間のスライド自在のシール（slidable seal）を形成することによって、外部の環境から内部空洞への汚れ又は破片の侵入が最小化する。汚れが内部空洞に入る速度を下げることによって、ベアリングアセンブリ１０の動作(操作)寿命が延びる。これは、ベアリングアセンブリ１０がより長時間にわたって動作可能であるときに、ベアリングアセンブリ１０が一部をなす全体装置に対し、ベアリングアセンブリ１０の交換または手入れのために、操業中止する必要がなくなるので、コスト節減につながる。
【００２８】
したがって、ベアリングアセンブリは、シール部材とカラーのシール面の間にスライドシール（sliding seal）を保持する。このベアリングアセンブリは、そのベアリングアセンブリが整列状態において動くか、又は、ずれ状態において動くかに関係なく、シールを提供する。ズレ状態のシールを維持することによって、ベアリングアセンブリの内部空洞は、その他のベアリングアセンブリに比べて、ベアリングアセンブリの性能に悪影響を与える破片などによって汚染され難い。
【００２９】
また、カラーのシール面が、シール部材の半径方向内側周囲端部の回転経路（rotational path）に合う（match）ように形成されれば、シール部材がシールを形成する力を与えるときに、そのシールの力は、動作角度範囲（angular range of operation）にわたって比較的一定（均一）である。よって、流体又は微粒子汚染物質の進入を防ぐことができる。
【００３０】
図１〜４には特定のベアリングアセンブリ１０の構造が記載されているが、それに対する変形及び変更も可能である。例えば、ベアリングアセンブリ１０がズレ状態（misaligned state）においても動くように、凹状のベアリング面１８を有するローラー要素１６を採用する代わりに、別のタイプのローラー要素を使用しても良い。また、特定の構造の要素を互いに組み合わせて、所定の同じ機能を得ることも可能である。例えば、内側レース１２及びカラー２４を、互いに対して一体として形成(成形)することができる。また、本発明の思想から離れることなく、特定の構造の要素を再配置することも可能である。例えば、カラー２４の軸方向内側端（axially inside edge）上に停止面２６を配置する代わりに、停止面を内側レース１２上に頭部（ridge）として中心に形成して、外側レース１４が内側レース１２に対して十分な距離傾斜した場合に、ローラー要素１６における中心に配置された端部が前記頭部と接触するようにしても良い。
【００３１】
本明細書に記載した好ましい実施形態に対する様々な変形及び変更は、本発明の思想内において可能である。したがって、本発明は、前述した実施形態に限定されない。本発明の技術的範囲は、添付した特許請求の範囲によって定まる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ベアリングアセンブリ
１２  内側レース
１４  外側レース
１６  ローラー要素
１８  凹状のベアリング面
２０、２２  凸状のベアリング面
２４  カラー
２６  停止面
２８  シール面
３０  シール部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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