(57)【要約】【課題】  ボールとハウジングとのクリアランスを小さくし、なお且つトルクを低減すること。【解決手段】  球面軸受装置は、軸受面を有するボールと、このボールを保持するハウジングとを有している。ハウジングは、ボールに接し且つボールを囲むようにスウェージング加工されており、潤滑剤を保持する間隙によって隔てられた一対の相対する軸受面において、ボールの軸受面に接触している。潤滑剤を保持する間隙は、球面軸受装置の寿命に亘って、自給式の潤滑剤貯蔵容器として作用する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールと、前記ボールに接し且つ前記ボールを囲むようにスウェージング加工されるハウジングであって、スウェージング加工前は、該ハウジングの中心軸に沿って、厚さが、軸方向両端で厚く、軸方向中央で薄くなるよう連続的に変化する略円筒構造を有するハウジングとを用意する工程と、
前記ハウジングが、潤滑剤を保持する間隙によって隔てられた一対の相対する軸受面において前記ボールの軸受面に接触するよう、前記ハウジングを前記ボールを囲むようにスウェージング加工する工程と
を含む球面軸受装置の製造方法。
【請求項２】
前記スウェージング加工の後に潤滑剤の少なくとも一部が前記間隙に残るように、前記スウェージング加工の前に一定量の潤滑剤を前記ハウジングと前記ボールとの間に供給する工程
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の球面軸受装置の製造方法。
【請求項３】
前記スウェージング加工において、前記ボールと前記ハウジングとを潤滑剤に浸し、前記間隙を潤滑剤で満たした状態でスウェージング加工することを特徴とする請求項１又は２に記載の球面軸受装置の製造方法。
【請求項４】
球面軸受のボールのためのハウジングであって、該ハウジングは前記ボールに接し且つ前記ボールを囲むようにスウェージング加工されるハウジングであって、
スウェージング加工前は、該ハウジングの中心軸に沿って、厚さが、軸方向両端で厚く、軸方向中央で薄くなるよう連続的に変化する略円筒構造を有し、
スウェージング加工後は、潤滑剤を保持する間隙によって隔てられた一対の相対する軸受面において前記ボールの軸受面に接触すること
を特徴とする球面軸受のボールのためのハウジング。
【請求項５】
前記略円筒構造が、内面と外面とを有しており、前記スウェージング加工前において、前記外面が前記内面よりも凹形状であることを特徴とする請求項４に記載の球面軸受のボールのためのハウジング。
【請求項６】
スウェージング加工前において、前記内面がストレートな円筒面であって、前記外面が凹形状であることを特徴とする請求項５に記載の球面軸受のボールのためのハウジング。
【請求項７】
前記ハウジングの略円筒構造において、厚さの薄い中央部が、厚さの厚い両端部よりも変形し易く、
前記ハウジングを前記ボールを囲むようにスウェージング加工するときに、前記ハウジングの中央部が前記ハウジングの両端部よりも大きく変形し、
前記ハウジングの両端部が、前記ボールの半径と一致する軸受面を規定し、
スウェージング加工後の前記略円筒構造の中央部に、前記ハウジングにおいて前記ボールに接する２つの前記軸受面の間の間隙が形成されることを特徴とする請求項４から６までのいずれか１項に記載の球面軸受のボールのためのハウジング。
【請求項８】
軸受面を有するボールと、
前記ボールを保持するスウェージング加工された略円筒状のハウジングであって、スウェージング加工前は、該ハウジングの中心軸に沿って、厚さが、軸方向両端で厚く、軸方向中央で薄くなるよう連続的に変化し、スウェージング加工後は、一対の相対する軸受面が、潤滑剤を保持する間隙によって互いに隔てられているハウジングと
を備えることを特徴とする球面軸受装置。 
【請求項９】
前記一対の相対する軸受面は、一対の相対する環状の軸受面であって、それぞれの軸受面が、前記ボールの半径と一致する半径を有し、前記ボールの軸受面と同心であることを特徴とする請求項８に記載の球面軸受装置。
【請求項１０】
前記間隙が、前記ボールと、前記ハウジングの前記一対の相対する軸受面の間の内面とによって囲まれる環状の容積部を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の球面軸受装置。
【請求項１１】
前記ハウジングの前記一対の相対する軸受面の間の内面が凹状であることを特徴とする請求項１０に記載の球面軸受装置。
【請求項１２】
前記ハウジングの前記一対の相対する軸受面の間の内面が、前記ボールの半径よりも小さい半径を有していることを特徴とする請求項１１に記載の球面軸受装置。
【請求項１３】
前記間隙が、前記ボールの軸受面と、前記ハウジングの前記一対の相対する軸受面との境界部分を潤滑する潤滑剤が貯蔵される貯蔵容器をなしていることを特徴とする請求項８から１２までのいずれか１項に記載の球面軸受装置。
【請求項１４】
前記間隙が、潤滑剤を溜めておくための封止された自給式の貯蔵容器であることを特徴とする請求項８から１３までのいずれか１項に記載の球面軸受装置。
【請求項１５】
前記一対の相対する軸受面の表面積が、前記間隙に面する前記ボールの表面積よりも小さいことを特徴とする請求項８から１４までのいずれか１項に記載の球面軸受装置。
【請求項１６】
前記一対の相対する軸受面が金属面であり、前記ボールの軸受面が金属面であることを特徴とする請求項８から１５までのいずれか１項に記載の球面軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球面軸受装置に関し、より詳細には、ボールとハウジングとの間に間隙を有する球面軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
球面軸受の技術においては、クリアランスは、ボールの軸受面とハウジングの軸受面との軸方向及び半径方向の間隔である。殆どの金属対金属タイプの軸受（ボールとハウジングとの間にライナーを有さない軸受：metal-to-metal  bearings）では、ボールとハウジングとの間のトルクは低いが、クリアランスが大きい。一方、自己潤滑性ライナーを有する自己潤滑性の軸受では、クリアランスは小さいか又は全くないが、トルクが高い（例えば、特許文献１参照）。クリアランスが小さく、且つトルクが低いか又はゼロであることが求められる用途には、一般的な金属対金属タイプの軸受では対応できない。このような用途では、ボールの軸受面とハウジングの軸受面とを嵌合させ、又は両者の間のクリアランスを小さくする一方で、ボールとハウジングとの間のトルクを殆ど計測できない程度の値、すなわちゼロ（Ｎｍ）にしなければならない。金属対金属タイプの軸受を用いた場合、無潤滑でこれを実現することは難しい。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−４２７２９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
軸方向クリアランスを小さくした密接型（close-fit）の金属対金属タイプの軸受（metal-to-metal  bearing）を用いて、さらにボールとハウジングとの間のトルクを低く（又はゼロに）することは、特定の用途において極めて有用である。しかしながら、トルクが低いか又はゼロの球面軸受は、通常、軸方向クリアランスの小さい金属対金属タイプの軸受ではないことを念頭に置かなければならない。このような用途では、従来より、ハウジングの内面に自己潤滑性のライナーを取り付けた自己潤滑性の球面軸受が用いられている。この自己潤滑性の球面軸受を用いれば、良好な低摩擦係数が得られるが、軸方向のクリアランスが犠牲になる。自己潤滑性のライナー自体が屈曲または圧縮され得ることから、軸方向のクリアランスが大きくなるためである。軸方向クリアランスがきわめて小さい（すなわち、軸方向クリアランスが良好な）密接型の金属対金属タイプの軸受では、通常、トルクが大きいため常に潤滑する必要があるが、そのためにはグリースニップルの取り付けが必要となって非常に高価なものとなる。また、このような球面軸受を入手することは容易でないため、実用的でない。
【０００５】
軸受のハウジングの内面に、潤滑剤が流れる溝を形成することも知られている。しかしながら、このような溝を形成すると、溝の尖った縁によりボールの滑らかな軸受面が傷ついて磨耗が増大するという問題がある。また、溝を介して、ボールとハウジングの軸受面との間から潤滑剤が逃げるため、溝内の潤滑剤で十分な潤滑を行うには潤滑剤をさらに補充しなければならないという問題もある。さらに、ハウジングをボールに接するようにスウェージング加工する際、溝が存在すると、曲げに弱い箇所又は点が生じ、ボールとハウジングとの密着性を低下させるという問題もある。
【０００６】
ボールとハウジングの境界部に潤滑剤を供給することも可能である。しかしながら、ボールとハウジングとの境界部に潤滑剤を供給するには、グリースニップルなどが必要となるため構成が複雑化し、小型の軸受にとっては実用的でない。さらに、潤滑剤を補充し続けなければならない点も不利である。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、上述した問題を解消することができる球面軸受装置及びその製造方法、並びに球面軸受のボールのためのハウジングを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る球面軸受装置の製造方法は、ボールと、ボールに接し且つボールを囲むようにスウェージング加工されるハウジングであって、スウェージング加工前は、その中心軸に沿って、厚さが、軸方向両端で厚く、軸方向中央で薄くなるよう連続的に変化する略円筒構造を有するハウジングとを用意する工程と、ハウジングが、潤滑剤を保持する間隙によって隔てられた一対の相対する軸受面においてボールの軸受面に接触するよう、ハウジングをボールを囲むようにスウェージング加工する工程とを含むものである。
【０００９】
また、スウェージング加工の後に潤滑剤の少なくとも一部が間隙に残るように、スウェージング加工の前に一定量の潤滑剤をハウジングとボールとの間に供給する工程をさらに含むことが好ましい。
【００１０】
また、スウェージング加工において、ボールとハウジングとを潤滑剤に浸すことにより、間隙を潤滑剤で満たすようにすれば、さらに有利である。
【００１１】
本発明に係る球面軸受のボールのためのハウジングは、球面軸受のボールのためのハウジングであって、ボールに接し且つボールを囲むようにスウェージング加工されるハウジングであって、スウェージング加工前は、その中心軸に沿って、厚さが、軸方向両端で厚く、軸方向中央で薄くなるよう連続的に変化する略円筒構造を有し、スウェージング加工後は、潤滑剤を保持する間隙によって隔てられた一対の相対する軸受面においてボールの軸受面に接触するものである。
【００１２】
ハウジングは、内面と外面とを有しており、スウェージング加工前において、外面が内面よりも凹形状であることが好ましい。
【００１３】
また、スウェージング加工前において、略円筒構造の内面がストレートな円筒面であって、外面が凹形状であれば、さらに有利である。
【００１４】
また、ハウジングの略円筒構造において、厚さの薄い中央部が、厚さの厚い両端部よりも変形し易く、ハウジングをボールを囲むようにスウェージング加工するときに、ハウジングの中央部がハウジングの両端部よりも大きく変形し、ハウジングの両端部が、ボールの半径と一致する軸受面を規定し、スウェージング加工後の略円筒構造の中央部に、ハウジングにおいてボールに接する一対の軸受面の間隙が形成されるようにすれば、さらに都合が良い。
【００１５】
本発明に係る球面軸受装置は、軸受面を有するボールと、このボールを保持するスウェージング加工された略円筒状のハウジングであって、スウェージング加工前は、その中心軸に沿って、厚さが、軸方向両端で厚く、軸方向中央で薄くなるよう連続的に変化し、スウェージング加工後は、一対の相対する軸受面が、潤滑剤を保持する間隙によって互いに隔てられているハウジングとを備える。
【００１６】
一対の相対する軸受面は、一対の相対する環状の軸受面であって、それぞれの軸受面が、ボールの半径と一致する半径を有し、ボールの軸受面と同心であることが好ましい。
【００１７】
また、上述した間隙が、ボールと、ハウジングの一対の相対する軸受面の間の内面とによって囲まれる環状の容積部を有するようにすれば、さらに有利である。
【００１８】
また、ハウジングの一対の相対する軸受面の間の内面が凹状であれば、さらに都合がよい。
【００１９】
また、ハウジングの一対の相対する軸受面の間の内面が、ボールの半径よりも小さい半径を有していることが好ましい。
【００２０】
また、間隙が、ボールの軸受面と、ハウジングの一対の相対する軸受面との境界部分を潤滑する潤滑剤が貯蔵される貯蔵用域をなすようにすれば、さらに有利である。
【００２１】
また、貯蔵容器を、潤滑剤を溜めておくための封止された自給式の貯蔵容器とすれば、さらに都合がよい。
【００２２】
また、ハウジングの一対の相対する軸受面の表面積が、間隙に面するボールの表面積よりも小さいことが好ましい。
【００２３】
また、ハウジングの一対の相対する軸受面が金属面であり、ボールの軸受面が金属面であれば、さらに有利である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ボールとハウジングとのクリアランスを小さくし、なお且つトルクを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付の図面に従って、本発明の実施の形態について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態に係る球面軸受装置１を示し、球状の軸受面３を備えたボール２と、このボール２を貫通するボア４とを有している。ボール２は、ハウジング５に保持されており、このハウジング５は、内面６を有する略円筒構造を有している。ハウジング５の内面６には、一対の相対する環状の軸受面７，８が設けられている。これら軸受面７，８は、ボール２の軸受面の半径と一致する半径を有し、ボール２の軸受面に密に接している。ハウジング５の内面６の残りの部分（remainder）９は、軸受面７，８を互いに隔てている。この残りの部分９は、ボール２の半径よりも半径の小さい凹形状を有している。これにより、内面６の残りの部分９はボール２から離間し、ボール２とハウジング５との間には、意図的に、実質的な間隙１０が生じる。
【００２７】
上述したように、ハウジング５の内面６の（相対する環状の軸受面７，８の間の）残りの部分９は、ボール２の球状の軸受面３の半径と一致する半径を有する軸受面７，８よりも凹状になっている。それゆえ、このハウジング５の内面６の残りの部分９の半径は、一対の相対する軸受面７，８よりも小さい。
【００２８】
ハウジング５の外面１１は、円筒外面をなすように加工されている。
【００２９】
間隙１０は、潤滑剤１２を溜めるための封止された自給式の環状の貯蔵容器である。この間隙１０は、微量の潤滑剤１２だけを保持するのではなく、部品の寿命に亘って補充の必要なく軸受面を潤滑するに十分な量の潤滑剤１２を保持している。これにより、コストが高く実用的でないグリースニップルを設けなくとも、一対の相対する軸受面７，８とボール２の軸受面３とが常に潤滑される。その結果、軸受装置１は、メンテナンスフリー（fit  and  forget）の部品として設置できる。
【００３０】
本発明の実施の形態に係る球面軸受装置１は、このように、部品（軸受装置）が潤滑環境下で使用されない、メンテナンスフリーの部品として設置するのに理想的である。
【００３１】
ボール２及びハウジング３は金属部品であることが好ましく、これらの軸受面の境界部分では金属と金属とが接触すること（metal-to-metal  contact）が好ましい。本実施の形態では、金属対金属タイプの軸受（metal-to-metal  bearing）の軸方向のクリアランスは、トルクを０（Ｎｍ）に保ちつつ、０．００３マイクロメータ未満であることが好ましい。
【００３２】
図１から明らかなように、間隙１０は、略同一サイズの一対の軸受面７，８の間の中心に位置している。また、ボール２の間隙１０に面している表面積は、一対の相対する軸受面７，８の表面積の合計よりも大きい。一対の相対する軸受面７，８が環状であり、ボール２との間の軸方向クリアランスが極めて小さいため、これら軸受面７，８は間隙１０の両側を良好に封止し、ハウジング５とボール２との間における潤滑剤１２の貯蔵容器としての一体性を確保する。これにより、球面軸受装置１を、メインテナンスフリーの部品として設置することが可能となり、潤滑剤の補給も不要になる。本発明の実施の形態に係る球面軸受装置１は、実質的に、自給式の軸受装置として使用できるが、自給式のライナーや再潤滑が不要なのは言うまでも無い。本発明の実施の形態に係る球面軸受装置１は、クリアランスの無い、又はきわめて小さいクリアランスで、トルクを低く、又はゼロにすることを可能にするものである。
【００３３】
一対の相対する軸受面７，８とボール２との間のクリアランスが極めて小さいため、球面軸受には認識しうる遊びはなく、これにより、クリアランスの無い、又はきわめて小さいクリアランスで、トルクが小さく、又はゼロであるという所望の特性を備えた軸受を得ることができる。
【００３４】
このようにクリアランスがきわめて小さい球面軸受は、「硬い(Stiff)」と呼ばれる。ここでは、「硬い」という用語は、ボールに接続された部品とハウジングに接続された部品との間の軸受全体としての弾性係数が高いことをいう。この「硬い」という用語は、ボールとハウジングとの間のトルクをいうのではない。通常、球面軸受は、ボールとハウジングとの間にギャップ（大きなクリアランス）を有する軸受、または、自己潤滑性軸受（ボールとハウジングとの間に圧縮性のライナーがあり、ライナーの圧縮によりギャップを生じうるもの）である。このようなギャップや圧縮性ライナーを有する軸受を車両の制御機構に用いた場合、車両の運転者や操縦者は、自らの動作に対する車両の応答の遅れ(lag)を感じる。一方、本発明の実施の形態に係る軸受は「硬い」ため、運転者や操縦者は、軸受装置が高い弾性係数を有する固体であるかのように感じる。それゆえ、このような「硬い」軸受を備えた車両は、運転者や操縦者の動作に対して瞬時に応答する。
【００３５】
本発明の好ましい実施の形態では、間隙１０は、ハウジング５の内面６のうち、スウェージング加工（swaging）後に一対の相対する軸受面７，８よりも凹状となる部分（残りの部分９）に形成される。ハウジング５の内面６に溝や段差を設けることも可能である。しかしながら、この場合、留意すべき点は、ハウジングの軸受面とボールとのクリアランスを小さくするために略円筒状のハウジングをボールに接するようにカップスウェージング加工（後述）しようとすると、溝や段差のために変形し易い点や弱い点が生じ、その結果、スウェージング加工が不均一に行われ、ハウジングの一対の相対する軸受面とボールの軸受面との嵌合が不完全になりうることである。ハウジング５の内面６のうち、より凹状の部分（残りの部分９）を利用して間隙１０を形成することにより、円形し易い点や弱い点がなくなり、ハウジング５のボール２に対する均一なスウェージング加工が可能になる。
【００３６】
図２及び図３に示すように、本発明の実施の形態では、ハウジング５は、略円筒構造を有し、該ハウジングの中心軸に沿って厚さが変化するように予備成形されている。ハウジング５の厚さは、ハウジング５の両端部が中央部よりも厚くなるように分布している。厚さの厚い両端部と厚さの薄い中央部との間では、厚さがなめらかに遷移しており、どの部分にも段差は設けられていないことが好ましい。それゆえ、スウェージング加工前は、ハウジング５の円筒構造の内面６及び外面１１は、直線的又は曲線的である。ハウジング５をボール２に接するようにスウェージング加工する前に、潤滑剤１２（好ましくはグリース）をボール２とハウジング５との間に供給する。スウェージング加工後は、間隙１０内に潤滑剤１２の溜りができ、部品（すなわち球面軸受）の寿命に亘って潤滑剤が提供される。間隙１０内に最大限の潤滑剤を与えるため、スウェージング加工を、ハウジング５とボール２とを潤滑剤に浸した状態で行うことも可能である。
【００３７】
図２に示すように、軸受ハウジング５の一つの有利な構造は、内面６がストレートな円筒面であって、外面１１が凹状の面である。このようなハウジング５をボール２に接するようにカップスウェージング加工すると、ハウジング５の中央部の変形が両端部の変形よりも大きく、これにより間隙１０が生じる。ハウジング５の両端は、ボール２に接するように変形し、一対の相対する軸受面７，８とボール２の軸受面３とが、小さいクリアランスで互いに嵌合する。スウェージング圧力が解除されると、ハウジング５の両端がボール２から一定量スプリングバックするが、このような不利な特性は、中央部の薄いハウジング５を採用することで殆ど考慮する必要が無い程度まで低減でき、一対の相対する軸受面７，８とボール２の軸受面３とのクリアランスを小さくすることができる。
【００３８】
ハウジング５をボール２に接するようにスウェージング加工（カップスウェージング技術を用いることが好ましい）したのち、ハウジング５を他の部品に組み付けることができ、またハウジング５の本体に加わる応力をある程度緩和できるよう、ハウジング５の外面１１を同心の円筒形状となるように加工する。図１に示すように、２つの環状の溝１３，１４が、ハウジング５の上面及び下面に加工されている。ハウジング５の外面１１は、他の部品との係合のため、円筒面となるように加工されている。なお、カップスウェージング加工とは、球状の加工面を有するダイを用いて、ハウジング５を冷間成形する加工方法をいい、軸受の技術分野では広く用いられている。
【００３９】
なお、図２に示した構成例では、ハウジング５の内面６はストレートな円筒面であったが、図３に示すように、ハウジング５の内面５を凹状の円筒面としてもよい。この場合も、ハウジング５の厚さは、軸方向両端で厚く、軸方向中央で薄くなるよう連続的に変化するため、スウェージング加工後には図１と同様の構成を得ることができる。
【００４０】
この明細書及び特許請求の範囲では、「有する」及びこれに類する語は、特定の特徴、工程又は構成要素が含まれることを意味するものであり、他の特徴、他の工程又は他の構成要素を排除する意味に解すべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態に係る球面軸受装置におけるボールとハウジングとの境界部分を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるスウェージング加工前のハウジングを示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるスウェージング加工前のハウジングの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  球面軸受装置、  ２  ボール、  ３  軸受面、  ４  ボア、  ５  ハウジング、  ６  内面、  ７，８  軸受面、  ９  残りの部分、  １０  間隙、  １１  外面、  １２  潤滑剤、  １３，１４  環状の溝。
【図１】
2006057842.tif 000003
【図２】
2006057842.tif 000004
【図３】
2006057842.tif 000005