(57)【要約】【課題】  軽量材料から製作され、貫通するシャフトに適切な摩耗特性を与える球面軸受装置を提供する。【解決手段】  本発明に係る球面軸受装置は、軸受ハウジングと、球面軸受面を有する合成玉を生成するために軸受ハウジングの中において共に配置される複数の割り玉部分であって、合成玉が貫通孔を有し、貫通孔が中心軸を有する、複数の割り玉部分と、合成玉の貫通孔の中において締まり嵌めによらずに固定され、各軸方向端部に止め部を有するブッシュと、を備えている。さらに、上記球面軸受装置を組み立てる方法が開示される。【選択図】  図７
2006090551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受ハウジングと、
球面軸受面を有する合成玉を生成するために前記軸受ハウジングの中において共に配置される複数の割り玉部分であって、前記合成玉が貫通孔を有し、前記貫通孔が中心軸を有する、前記複数の割り玉部分と、
前記合成玉の貫通孔の中において締まり嵌めによらずに固定され、各軸方向端部に止め部を有するブッシュと、
を備えていることを特徴とする球面軸受装置。
【請求項２】
前記割り玉部分の間に分離が存在しないことを特徴とする請求項１に記載の球面軸受装置。
【請求項３】
前記割り玉部分の間に分離が存在することを特徴とする請求項１に記載の球面軸受装置。
【請求項４】
前記貫通孔の中の前記ブッシュの軸方向変位を防止するように、前記ブッシュは、前記合成玉の前記貫通孔の中に固定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の球面軸受装置。
【請求項５】
少なくとも一つの前記止め部は、前記ブッシュの軸方向端部に近接した前記ブッシュの外面にネジ切り部分を備え、それぞれのナットが前記ネジ切り部分に係合することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の球面軸受装置。
【請求項６】
それぞれの前記ナットと前記ネジ切り部分との間の動きがロックされることを特徴とする請求項５に記載の球面軸受装置。
【請求項７】
前記ナットと前記ネジ切り部分との境界面における穴に挿入された合くぎによって、前記ナットが前記ネジ切り部分にロックされることを特徴とする請求項６に記載の球面軸受装置。
【請求項８】
少なくとも一方又は他方の前記止め部は、フランジであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の球面軸受装置。
【請求項９】
前記割り玉部分は、実質的に相互に同一であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の球面軸受装置。
【請求項１０】
二つの前記割り玉部分が存在することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の球面軸受装置。
【請求項１１】
前記ブッシュの材料は、前記合成玉の材料とは異なるように予め選択されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の球面軸受装置。
【請求項１２】
前記シャフトは、前記ブッシュの中に挿入され、前記ブッシュの材料は、前記ブッシュと前記シャフトとの間の望ましい摩耗特性を提供するように予め選択され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】
前記ブッシュの材料は、銅又は銅合金であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の球面軸受装置。
【請求項１４】
前記合成玉の材料は、チタン又はチタン合金であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の球面軸受装置。
【請求項１５】
前記軸受ハウジングは、前記軸受ハウジングを他の物体に固定するための少なくとも一つのローブが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の球面軸受装置。
【請求項１６】
軸受ハウジングと、複数の割り玉部分と、各軸方向端部に止め部を有するブッシュとを備える球面軸受装置を組み立てる方法であって、
前記複数の割り玉部分を前記軸受ハウジングの中に挿入して、貫通孔を有する合成玉を規定する工程と、
締まり嵌めによらずに前記ブッシュを前記合成玉の前記貫通孔の中に固定する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記ブッシュを前記貫通孔の中に固定する前に、前記複数の割り玉部分が前記軸受ハウジングの中に順次に挿入されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球面軸受装置及びその組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
球面軸受、さらには軸受全般の技術は、精密に設計された軸受面の準備を必要とし、軸受の滑らかで効果的動作を確保するように公差が厳密に守られなければならない。これらの公差を守る結果として、軸受、特に球面軸受は、多くの場合、製造する費用が高い。
【０００３】
球面軸受装置のハウジングへの玉の据え付けは、困難であることが判明している。なぜなら、どのような方法であっても、軸受のトルクを実質的にゼロにしなければならないからである。従来の方法は、単一の玉を準備して、玉の周囲でハウジングをスエージ加工し、玉をハウジング内に安定して保持するものである。しかし、そのような軸受のトルクを確実に所定範囲内に維持することは、困難であることが判明している。
【０００４】
割り玉構成を含む球面軸受は、単一玉球面軸受に関連する問題を何らかの方法により軽減しようとするものである。そのような構成は、通常、二つの割り玉部分を含み、それらの割り玉は、共に軸受ハウジングの中に据え付けられたとき、原理的に単一玉球面軸受装置の玉として機能する割り玉構成を集合的に規定する。
【０００５】
割り玉軸受の主な利点は、軸受ハウジングのスエージ加工を必要とせず、従って、製造コストが減少することである。割り玉部分は順番に据え付けられ、一つの部分がハウジングの中に設置されて軸受面と係合され、第２の部分が挿入されて９０度だけ捩られ、他の割り玉部分と一致するようにされる。その結果、実質的にゼロのトルクを有する割り玉球面軸受を製作することが容易になる。なぜなら、各々の部品を、相互に別々に製作できるからである。
【０００６】
球面軸受は、航空宇宙産業において普通に使用されるので、質量が非常に重要である。従って、軽量の材料、例えばチタン又はチタン合金から球面軸受を製作するのが望ましい。しかし、そのような材料は、最も望ましい摩耗特性を提供しない。使用中、球面軸受の玉を貫通する孔の中にシャフトが一般的に配置されている。貫通孔の軽量材料は良好な磨耗面を提供しないので、時間が経過すると、貫通孔軸受面は劣化し、軸受の寿命は短くなる。従って、大きな金銭的コストを費やして、球面軸受装置を廃棄しなければならない。
【０００７】
単一玉球面軸受装置の場合、貫通孔の中でブッシュを締まり嵌めにして、玉の摩耗を低減することができる。しかし、割り玉軸受装置の場合、割り玉軸受装置のトルクに影響を与えることなく、締まり嵌めのブッシュを使用することはできない。従って、割り玉構成の中においては、ブッシュは使用されない。
【０００８】
従って、軽量材料から製作され、貫通するシャフトに適切な摩耗特性を提供する割り玉軸受装置の必要性が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前述した問題を克服する球面軸受装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一つの観点は、軸受ハウジングと、複数の割り玉部分と、ブッシュとを備える球面軸受装置であって、球面軸受面を有する合成玉を生成するために割り玉部分がハウジングの中で共に配置され、前記合成玉は貫通孔を有し、貫通孔が中心軸を有し、ブッシュが合成玉の貫通孔に固定された、球面軸受装置を提供する。
【００１１】
好ましくは、割り玉部分の間に分離は存在しない。
【００１２】
代替的に、割り玉部分の間に分離が存在してもよい。
【００１３】
有利には、ブッシュは、合成玉の貫通孔の中において、締まり嵌めによらずに固定される。
【００１４】
便宜的には、ブッシュは、貫通孔の中においてブッシュの軸方向変位を防止するように、合成玉の貫通孔の中に固定される。
【００１５】
好ましくは、割り玉部分は、実質的に相互に同一である。
【００１６】
有利には、二つの割り玉部分が存在する。
【００１７】
便宜的には、ブッシュの材料は、合成玉の材料とは異なるように予め選択される。
【００１８】
好ましくは、シャフトがブッシュの中へ挿入され、ブッシュの材料は、ブッシュとシャフトとの間で望ましい摩耗特性を提供するように予め選択される。
【００１９】
有利には、ブッシュの材料は銅合金である。
【００２０】
便宜的には、合成玉の材料はチタン又はチタン合金である。
【００２１】
本発明の他の観点は、軸受ハウジングと、複数の割り玉部分と、ブッシュとを備える球面軸受装置を組み立てる方法を提供する。この方法は、複数の割り玉部分を軸受ハウジングの中へ挿入して、貫通孔を有する合成玉を規定し、合成玉の貫通孔の中にブッシュを固定する工程を含む。
【００２２】
好ましくは、ブッシュを貫通孔の中に固定する前に、複数の割り玉部分が軸受ハウジングの中に順次に挿入される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
ここで、添付の図面を参照して、例を挙げて本発明を説明する。
【００２４】
図１及び図２は、合成玉３が中に据え付けられた軸受ハウジング２を備える球面軸受装置１を示す。軸受ハウジング２は実質的に環状であり、円筒外面４と、二つの軸方向端面５と、球面ハウジング軸受面を含む内面６とを備えている。軸受ハウジング２は、さらに、中心軸７を有する。軸受ハウジング２は、軸受ハウジング２の軸方向端面５に近接した径方向周辺フランジ８を有する。フランジ８は、三つの等間隔のローブ９を有し、その各々はフランジ８から突出している。等間隔のローブ９の各々には、開口１０が設けられ、ボルト等が開口１０を貫通して、ローブ９によって軸受ハウジング２を他の物体へ固定することができる。
【００２５】
合成玉３は実質的に球状であり、球面合成玉軸受面１１と、二つの軸方向端面１２と、中心軸１４を有する貫通孔１３とを備えている。合成玉軸受面１１は、ハウジング軸受面６と一致し、軸受面６及び１１は相互に滑り接触する。好ましくは、合成玉３と軸受ハウジング２との間のトルクはゼロである。
【００２６】
合成玉３は、二つの実質的に同じ割り玉部分１５ａ及び１５ｂから形成されている。各割り玉部分１５ａ及び１５ｂは、半球形割り玉軸受面１６と、二つの軸方向端面１７と、合成玉貫通孔１３の半分を規定する半円筒内面１８と、二つの分離面１９とを備えている。各割り玉部分１５の分離面１９は、実質的に共面である。
【００２７】
好ましくは、割り玉部分１５ａ及び１５ｂ並びに軸受ハウジング２は、チタン、チタン合金又は他の適切な軽量材料から作られる。さらに好ましくは、割り玉部分１５ａ及び１５ｂ並びに軸受ハウジング２は、ＡＳＮＡ３３０７に従ったチタン合金ＴＡ６Ｖから作られる。有利には、チタン合金は、プラズマ物理蒸着法を使用してチッ化チタンによりコーティングされる。
【００２８】
図３乃至図５は、図１及び図２の球面軸受装置１の組立工程を示す。図３は、割り玉部分１５ａが配置された図１及び図２の軸受ハウジング２を示し、割り玉軸受面１６は、ハウジング軸受面６と接触している。また、割り玉部分１５ａは、軸受ハウジング中心軸７に垂直な軸２０の周囲において９０度だけ回転させられ、割り玉軸受面１６のさらに多くの部分がハウジング軸受面６と接触する。そのような配置は、図４に示されている。図４に示された位置にあるとき、割り玉部分１５ａの軸方向端面１７は、軸受ハウジング２のそれぞれの軸方向端面５と平行であることが分かる。
【００２９】
次に、割り玉部分１５ｂが、割り玉部分１５ａと同様にして、軸受ハウジング２の中に挿入され、割り玉軸受面１６がハウジング軸受面６と接触する。そのような配置は、図５に示されている。
【００３０】
好ましくは、割り玉部分１５ｂの挿入を補助するために、割り玉部分１５ａ及び１５ｂの軸方向の長さは、合成玉貫通孔１３の直径よりも小さくされるが、これは必須ではない。
【００３１】
そして、割り玉部分１５ｂは、割り玉部分１５ａと同様に、軸受ハウジング中心軸７に垂直な軸２０の周囲において９０度だけ回転させられ、割り玉軸受面１６のさらに多くの部分がハウジング軸受面６と接触する。そのような配置は、図１及び図２に示されている。その結果、二つの割り玉部分１５ａ及び１５ｂのそれぞれの分離面１９は、相互にスライドし、好ましくは相互に摩擦して係合する。
【００３２】
図１及び図２を参照して説明した方位において、合成玉３の中心軸１４は、軸受ハウジング２の中心軸７と同軸であることが分かる。
【００３３】
前述したように、（合成玉軸受面１１とハウジング軸受面６との間の）球面軸受装置１のトルクは、好ましくはゼロである。従って、合成玉３は、軸受ハウジング２の中で自由に回転することができる。そのため、割り玉部分１５ａ及び１５ｂが相互に整列せず、シャフトの挿入のための完全な円筒形の貫通孔１３を提供しないこともあり得る。そのような非整列は、分離面１９が相互に対してスライドすることによって、又は、分離面１９が相互に近接するか若しくは離隔することによって起こる。しかし、本発明の実施の形態によれば、合成玉３の貫通孔１３の中にブッシュ２２が設けられる。
【００３４】
図６及び図７の球面軸受装置２１は、合成玉３が中に据え付けられた軸受ハウジング２を備え、合成玉３の貫通孔１３の中にブッシュ２２が固定されている。ブッシュ２２は円筒形であって、二つの軸方向端部２３と、外面２４及び内面２５と、中心軸２６とを含む。好ましくは、ブッシュ２２は、銅合金から作られる。さらに好ましくは、ブッシュ２２は、ＡＳＮＡ３４１７に従ったベリリウム銅ＣｕＢｅ１．９から作られる。ブッシュ２２の材料は、合成玉３の貫通孔１３の材料よりも良好な摩耗面を提供する。
【００３５】
ブッシュ２２の一つの軸方向端部２３には環状フランジ２７が配置され、径方向外側へ突出する止め部２８が備えられている。ブッシュ２２の他の軸方向端部２３の外面はネジを切られ、対応してネジを切られたナット２９を受け止めるさらなる止め部２８が備えられている。ナット２９は、好ましくは銅から作られる。好ましくは、図８に示されているように、ブッシュ２２及びナット２９のネジ切りされた部分の境界面３１において、少なくとも一つの穴３０が開口され、その中に合くぎ３２が固定される。そのような配置は、当該技術分野において「ペギング」として知られている。合くぎ３２を穴３０の中へ固定することによって、ナット２９はネジ切り部分に関してロックされ、これらの部品の間の動きは妨げられ、従って、ナット２９が使用中にゆるむことはない。合くぎ３２は、好ましくは鋼から作られる。
【００３６】
代替的に、ブッシュ２２の各端部の止め部２８は、ナット２９及びネジ切り部分構成を備えることができる。
【００３７】
ブッシュの双方の端部に止め部を設けることによって、例えば着陸装置ピントル軸受が遭遇するように、軸方向の力を受けるとき、ブッシュは、合成玉の中に保持される。組み立ての際、合成玉に対するブッシュの軸方向変位は、合成玉のそれぞれの軸方向端面に対する止め部の一つの当接によって防止される。然るに、使用中、それらの軸方向の力は、ブッシュの中心軸に沿って双方向に働くこともあり得るが、また、軸方向の力は、通常、一つの方向にのみ存在するので、一つの止め部をブッシュの軸方向端部に配置するだけでよいことが認識される。そのような単一止め部は、フランジ、又は、ナット及びネジ切り部分構成を備えることができる。
【００３８】
通常の使用において、ブッシュが軸方向の力を受けるときでも、軸受が効果的に機能することは非常に重要である。即ち、合成玉と軸受ハウジングとの間に働くトルクは、ブッシュに加えられる軸方向の力の大きさ又は方向に拘わらず、所定の範囲内に維持されなければならない。ブッシュを合成玉の中において締まり嵌めによらずに固定することは、非常に重要であり、合成玉と軸受ハウジングとの間のトルクの好ましくないいかなる変動も好都合に防止する。これは、従来の技術、例えば米国特許第４２５１１２２号において提供される装置とは異なっている。
【００３９】
米国特許第４２５１１２２号における装置のスプール部材２２が軸方向の力を受けるとき、スプール部材２２は、ハウジングに対して動く。しかしながら、球面部分２６の内面及びスプール部材２２の外面の上に備えられた、噛み合うねじ筋のために、これらの二つの部品間における軸方向のいかなる動きも、それぞれのねじ筋に、一方の他方への「ずり上がり」を生じさせる。その「ずり上がり」は、球面部分をスプール部材２２から径方向外側へ動かし、従って、玉とハウジングとの間のトルクを増加させる効果を有する。スプールと玉との間のこの締まり嵌めは、正に、本発明が回避する装置の形態である。本発明を具現化した装置における玉とブッシュとの間の非締まり嵌めに対する要求は、合成玉と軸受ハウジングとの間のトルクのいかなる増加も防止する技術的特徴である。米国特許第４２５１１２２号に開示されているような締まり嵌めは、トルクの望ましくない変動（増加）を引き起こす。米国特許公報第４２５１１２２号の第４カラム第６８行から第５カラム第４行までの部分に開示されている、球面部分の内面及びスプール部材２２の外面の上の一部のみにねじ筋が備えられた代替的な装置をもってしても、やはり同様の問題が発生する。
【００４０】
合成玉の貫通孔の中にブッシュを設けることによって、シャフトが接触する軸受面が提供される。好ましくは、ブッシュの材料は、割り玉部分の材料とは異なる。有利には、ブッシュの材料は、合成玉の貫通孔の材料よりも適切な摩耗特性を提供する。これらの摩耗特性は、ブッシュに挿入されるシャフトの材料に適当であるように予め選択される。従って、動作中、ブッシュとシャフトとの間で発生する摩耗量は、ブッシュが使用されなかったときに発生する摩耗よりも小さくなければならない。しかし、有利には、もしブッシュに摩耗が発生しても、そのブッシュを新しいブッシュに交換するだけであり、全体の球面軸受装置を廃棄する必要はない。
【００４１】
ブッシュの外側円筒面と合成玉の内側円筒貫通孔面との間には、ほとんど又は全くトルクは存在しない。合成玉の少なくとも一つの軸方向端面に対する少なくとも一つの止め部の当接は、好ましくは、貫通孔の中に挿入されたシャフトと内側ブッシュ軸受面との間に存在するトルクよりも高いトルクを与える。その結果、使用中に、ブッシュは、好ましくは、合成玉に対して回転せず、従って、合成玉貫通孔軸受面の摩耗は、ほとんど又は全く存在しない。
【００４２】
本発明の実施の形態のさらなる利点は、シャフトを合成玉の中に挿入する手順が簡単になることである。なぜなら、割り玉部分はブッシュによって効果的にスリーブ接続され、不連続を生ずることなくシャフトの開口を与えるからである。その結果、ブッシュが割り玉部分を組立構成として保持するため、割り玉部分は、軸受装置の運送又は設置の間、軸受ハウジングの中で整列が乱れることはない。
【００４３】
これまで説明した例は、二つの同じ割り玉部分の設置を規定したが、本発明は、そのような構成には限定されないことが容易に分かる。実際、本発明の本質から逸脱することなく、二つを超える割り玉部分を設けることができる。さらに、割り玉部分は、相互に同一であることを必要としない。従って、三つの割り玉部分を設けることができる。即ち、一つの部分は「二分の一玉」を含み、他の二つの割り玉部分は、それぞれ「四分の一玉」を含むことが可能である。そのような構成の組立は、二つの四分の一玉の別々の挿入と、それに続く二分の一玉の挿入とを含むか、代替的に、二分の一玉の最初の挿入と、それに続く二つの四分の一玉の同時挿入とを含むことができる。しかし、割り玉の数及び形状は、本発明の具現化に重要ではないことが、当業者には容易に理解できるであろう。
【００４４】
上述の例のそれぞれの分離面は、相互に摩擦するように係合され、それらの間に間隙はほとんど又は全く存在しないが、さらに、間隙があってもよいことが想定される。分離面の間のギャップの存在／不存在は、本発明の具現化に重要ではないことが、当業者には容易に理解できるであろう。しかし、かなりの間隙が存在すれば、非整列に関連した上記問題はさらに大きくなり、本発明の利点はますます明瞭になる。幸いにも、ブッシュが合成玉の中に挿入されると、シャフトの外面に与えられた表面に割れ又は亀裂は存在せず、従って、シャフトとブッシュ面との間の潤滑剤は、合成玉の中の割れ又は亀裂の間で失われない。
【００４５】
この明細書及び特許請求の範囲において使用されるとき、「含む」及び「含んでいる」の用語及びこれらの変形は、特定された特徴、ステップ又は整数が含まれることを意味する。用語は、他の特徴、ステップ又は構成要素の存在を排除するように解釈されるべきではない。
【００４６】
これまでの説明又は特許請求の範囲又は添付の図面において開示され、特定の形式、若しくは、開示された機能を実行する手段の形式、又は、開示された結果を適当に得るための方法若しくはプロセスとして表現された特徴は、分離して、又は、そのような特徴を組み合わせて、本発明を様々な形式で具現化するために利用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】球面軸受装置の斜視図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿った球面軸受装置の断面図である。
【図３】図１及び図２の球面軸受装置の組立工程を示す図である。
【図４】図１及び図２の球面軸受装置の組立工程を示す図である。
【図５】図１及び図２の球面軸受装置の組立工程を示す図である。
【図６】本発明を具現化した球面軸受装置の斜視図である。
【図７】図６の線Ｂ−Ｂに沿った球面軸受装置の断面図である。
【図８】図７の領域Ｃの拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  球面軸受装置
２  軸受ハウジング
３  合成玉
４  円筒外面
５  軸方向端面
６  球面ハウジング軸受面
７  中心軸
８  径方向周辺フランジ
９  ローブ
１０  開口
１１  球面合成玉軸受面
１２  軸方向端面
１３  合成玉貫通孔
１４  中心軸
１５ａ，１５ｂ  割り玉部分
１６  半球形割り玉軸受面
１７  軸方向端面
１８  半円筒内面
１９  分離面
２０  中心軸７に垂直な軸
２１  球面軸受装置
２２  ブッシュ
２３  軸方向端部
２４  外面
２５  内面
２６  中心軸
２７  環状フランジ
２８  止め部
２９  ナット
３１  境界面
３０  穴
３２  合くぎ
【図１】
2006090551.tif 000003
【図２】
2006090551.tif 000004
【図３】
2006090551.tif 000005
【図４】
2006090551.tif 000006
【図５】
2006090551.tif 000007
【図６】
2006090551.tif 000008
【図７】
2006090551.tif 000009
【図８】
2006090551.tif 000010