(57)【要約】対向軸受面との制御された相対移動を支持し、可能にするように構成される軸受（２４、８６）。軸受は、摩擦および磨耗の多くの原因に対処する局所可撓面を組み込むことにより、耐用寿命を長くするように構成される。軸受（２４、８６）は基部から延びる複数の支持部材（２８）を含む。複数の支持部材（２８）は共に、対向する軸受を通して基部に垂直に加わる荷重を支持することができる。さらに、複数の支持部材（２８）により、対向する軸受間の滑り接触が可能になる。支持部材（２８）は別々に移動して、支持部材と対向軸受との間の凹凸を吸収し、溝付けを減少させて軸受の磨耗を最小限にする。また、異物粒子または隆起により１つまたは複数の支持部材（２８）が局所的に独立して曲がっても、支持部材（２８）は対向軸受との間の距離を維持する。
2004530089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
複数の片持ち支持部材とを含み、各支持部材が、基部に直接または間接的に取り付けられた第１の端部と、基部から離れた位置にある第２の自由端とを有し、第２の端部が、対向軸受面に滑り接触するように構成される接触軸受であって、複数の支持部材が、対向軸受面を支持するように構成され、各第２の端部が、移動して、第２の端部と対向軸受面との間にあろう凹凸を吸収するように構成される接触軸受。
【請求項２】
基部が円筒形であり、支持部材が基部の内側に延びる、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項３】
基部が円筒形であり、支持部材が基部の外側に延びる、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項４】
基部が円筒形であり、第１の組の複数の支持部材が基部の内側に延び、第２の組の複数の支持部材が基部の外側に延びる、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項５】
基部が平面である、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項６】
複数の支持部材の少なくとも１つが直線状である、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項７】
少なくとも１つの直線支持部材が基部から垂直に延びる、請求項６に記載の接触軸受。
【請求項８】
少なくとも１つの直線支持部材が基部から非垂直に延びる、請求項６に記載の接触軸受。
【請求項９】
複数の支持部材の少なくとも１つが非直線状である、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項１０】
複数の支持部材の少なくとも１つが第１の部分と第２の部分とを含み、第１の部分が基部に非垂直な線で延び、第２の部分が基部に垂直な線で第１の部分から延びる、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項１１】
各支持部材が、支持部材の長さに沿って変化する断面積を含む、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項１２】
複数の支持部材が、間に間隙を画定する複数の離間した支持部材を含む、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項１３】
各間隙内に配置された弾性要素をさらに含む、請求項１２に記載の接触軸受。
【請求項１４】
間隙内に配置された潤滑油をさらに含む、請求項１２に記載の接触軸受。
【請求項１５】
支持部材の第２の端部の一部により画定される、接触軸受から粒子を除去するように構成された溝をさらに含む、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項１６】
各支持部材が、第１の曲げ特性を持つ第１の曲げ方向と第２の曲げ特性を持つ第２の曲げ方向とを有し、第１の曲げ特性と第２の曲げ特性とがほぼ同様である、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項１７】
各支持部材が、約０．４ｍｍ×０．４ｍｍ未満のほぼ正方形の断面積を有する、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項１８】
各支持部材が、約０．２ｍｍ×０．２ｍｍ未満のほぼ正方形の断面積を有する、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項１９】
各支持部材が基部と一体に形成される、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項２０】
対向軸受面と組み合わされる、請求項１に記載の接触軸受。
【請求項２１】
対向軸受面が円筒シャフトを含む、請求項２０に記載の接触軸受。
【請求項２２】
シャフトが軸受に対して回転する、請求項２１に記載の接触軸受。
【請求項２３】
基部と、
基部から延びる複数の支持部材とを含み、支持部材が、対向面を支持して滑り接触を可能にするように構成され、複数の支持部材が、基部から一定の距離をおいて対向面を支持するように構成され、複数の支持部材の各々が別々に移動することができ、これにより、複数の支持部材の少なくとも１つが移動するときに、残りの複数の支持部材がほぼ一定の距離をおいて対向面を保持する接触軸受。
【請求項２４】
基部が円筒形であり、支持部材が基部の内側に延びる、請求項２３に記載の接触軸受。
【請求項２５】
基部が円筒形であり、支持部材が基部の外側に延びる、請求項２３に記載の接触軸受。
【請求項２６】
基部が円筒形であり、第１の組の複数の支持部材が基部の内側に延び、第２の組の複数の支持部材が基部の外側に延びる、請求項２３に記載の接触軸受。
【請求項２７】
基部が平面である、請求項２３に記載の接触軸受。
【請求項２８】
複数の支持部材の少なくとも１つが直線状である、請求項２３に記載の接触軸受。
【請求項２９】
少なくとも１つの直線支持部材の少なくとも一部が基部から垂直に延びる、請求項２３に記載の接触軸受。
【請求項３０】
複数の支持部材の少なくとも１つが非直線状である、請求項２３に記載の接触軸受。
【請求項３１】
複数の支持部材が、間に間隙を画定する複数の離間した支持部材を含む、請求項２３に記載の接触軸受。
【請求項３２】
間隙内に配置された潤滑油をさらに含む、請求項３１に記載の接触軸受。
【請求項３３】
支持部材の一部の末端により画定される、接触軸受から粒子を除去するように構成された溝をさらに含む、請求項２３に記載の接触軸受。
【請求項３４】
各支持部材が、第１の曲げ特性を持つ第１の曲げ方向と第２の曲げ特性を持つ第２の曲げ方向とを有し、第１の曲げ特性と第２の曲げ特性とがほぼ同様である、請求項２３に記載の接触軸受。
【請求項３５】
各支持部材が、約０．４ｍｍ×０．４ｍｍ未満のほぼ正方形の断面積を有する、請求項２３に記載の接触軸受。
【請求項３６】
各支持部材が基部と一体に形成される、請求項２３に記載の接触軸受。
【請求項３７】
対向軸受面と組み合わされる、請求項２３に記載の接触軸受。
【請求項３８】
対向軸受面が円筒シャフトを含む、請求項３１に記載の接触軸受。
【請求項３９】
シャフトが軸受に対して回転する、請求項３８に記載の接触軸受。
【請求項４０】
１枚の板の表面が別の板の表面に隣接して配置されるように積み重なって配置された、複数の板を含み、
各板が、基部と基部から延びる複数の支持部材とを含み、支持部材が、滑り接触を通して対向面を支持するように構成される接触軸受。
【請求項４１】
板がワッシャ状の円板形の板であり、支持部材が基部の内側に延びる、請求項４０に記載の接触軸受。
【請求項４２】
板がワッシャ状の円板形の板であり、支持部材が基部の外側に延びる、請求項４０に記載の接触軸受。
【請求項４３】
板がワッシャ状の円板形の板であり、第１の組の複数の支持部材が基部の内側に延び、第２の組の複数の支持部材が基部の外側に延びる、請求項４０に記載の接触軸受。
【請求項４４】
複数の支持部材が、滑り接触を通して対向平面を支持するように構成された平面を形成する、請求項４０に記載の接触軸受。
【請求項４５】
複数の支持部材が、間に間隙を画定する複数の離間した支持部材を含む、請求項４０に記載の接触軸受。
【請求項４６】
間隙内に配置された潤滑油をさらに含む、請求項４０に記載の接触軸受。
【請求項４７】
支持部材の第２の端部の一部により画定される、接触軸受から粒子を除去するように構成された溝をさらに含む、請求項４０に記載の接触軸受。
【請求項４８】
第１の板の各支持部材が第１の曲げ特性を持つ第１の曲げ方向を有し、第２の板の各支持部材が第２の曲げ特性を有し、第１の曲げ特性と第２の曲げ特性とが異なる、請求項４２に記載の接触軸受。
【請求項４９】
各支持部材が、約０．４ｍｍ×０．４ｍｍ未満のほぼ正方形の断面積を有する、請求項４０に記載の接触軸受。
【請求項５０】
各支持部材が基部と一体に形成される、請求項４０に記載の接触軸受。
【請求項５１】
対向軸受面と組み合わされる、請求項４０に記載の接触軸受。
【請求項５２】
第１の板が、第１の方向に延びる支持部材を持つ基部を含み、第２の板が、第２の方向に延びる支持部材を持つ基部を含み、第２の方向が第１の方向とは異なる、請求項４０に記載の接触軸受。
【請求項５３】
第２の滑り接触軸受面に直接接触する複数の第１の滑り接触軸受面を設けるステップと、
第１の滑り接触軸受面の少なくとも１つを第２の滑り接触軸受面に対して曲げ、第１の滑り接触軸受面の少なくとも１つが第２の滑り接触軸受面との直接の接触から離れて、第１の面と第２の面との間のばらばらの粒子を吸収するようにするステップとを含む、接触軸受の隆起を吸収する方法。
【請求項５４】
複数の第１の滑り接触軸受面を取り付けるための基部を設けて、複数の第１の滑り接触軸受面が基部から延びるようにするステップと、
基部と第２の軸受面との間の距離をほぼ一定に維持するステップとをさらに含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５５】
第１の滑り接触軸受面と第２の滑り接触軸受面との間から粒子を除去するステップと、
第１の滑り接触軸受面に画定された間隙内に粒子を入れるか、または間隙を通して粒子を移動させるステップとをさらに含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
基部と、対向する第１の面および第２の面と、基部から延びる複数の支持部材とを各々有する複数の板を形成するステップを含み、支持部材が、滑り接触を通して対向軸受面を支持するように構成され、
さらに、１枚の板の表面が別の板の表面に隣接して配置されるように板を積み重ねるステップを含む、接触軸受を製造する方法。
【請求項５７】
円板同士を取り付けるステップをさらに含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
第１の板の支持部材が、第２の円板の支持部材間に配置された間隙に隣接するように、第１の板を第２の板に合わせるステップをさらに含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】
第２の滑り接触軸受面に直接接触する第１の滑り接触軸受面を設けるステップを含み、第１の滑り接触軸受面は少なくとも１つの屈曲部を有し、
さらに、第２の滑り接触軸受面の対応する移動に応答して少なくとも１つの屈曲部を曲げ、第１の接触軸受面が第２の滑り接触軸受面の屈曲形状にほぼ一致するようにするステップを含む、軸受の接触圧力を低下させる方法。
【請求項６０】
互いに隣接して離間して均一な軸受面を形成する複数の個々の面部分と、前記均一な軸受面に垂直に前記面部分を個々に支持して、局所的な力により前記均一な軸受面から移動させる手段とを含む、移動部材を支持するように形成された軸受面。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００１年６月１１日付出願の米国仮特許出願第６０／２９７４２７号、および２００２年３月１２日付出願の米国仮特許出願第６０／３６３６９６号の恩恵を主張する。
【０００２】
本発明は、接触軸受に関し、詳細には、耐用寿命の長い滑り接触軸受に関する。
【背景技術】
【０００３】
軸受はさまざまな適用で使用される。代表的な適用例としては、単純なドアヒンジ、内燃機関、強力建設機械、軸受が腐食性物質、研磨粒子、および無潤滑環境にさらされる他の適用がある。これらの適用等では、軸受は、接続された物体間の接触力を支持しながら、直線移動、回転移動、またはこれらの組合せのいずれかを通して、物体同士を相対移動させることができる。
【０００４】
長期間の使用により、軸受に生じる劣化は磨耗である。磨耗は、物体間の相対移動に対する抵抗である摩擦の増加にしばしば関連する。ばらばらの粒子が軸受に溝を付けたり、軸受面の隆起が相互に作用したりすることを含む、摩擦の原因の多くが、磨耗にもつながる。これらの原因は、軸受の故障、および／または軸受の寿命全体を通した摩擦の増加にもつながる可能性がある。
【０００５】
接触する面よりもはるかに軟性の高い１つの面を提供することにより溝付けに対処する、従来技術の軸受が公知である。はるかに軟性の高い１つの面を有することにより、溝付けの大部分が軟性材料内で生じるようにして摩擦を減少させる。これに関し、溝を切る（溝付けする）材料の軟性が高いほど、非常に硬質な材料に溝を切るよりも必要なエネルギーが少なくなるので、摩擦力が減少する。１つの面を少し軟性にすることにより、ばらばらの粒子を軟性面に埋め込むことができるため、面の間の界面から粒子をかなり除去することができる。また、従来技術の軸受は、軸受面間の粒子の量を減少させる粒子トラップを導入して、粒子を軸受面から集め取ることができるようにすることにより、溝付けを減少させる。隆起の相互作用については、従来技術では、軸受面の仕上げを改良して、存在する隆起の相互作用の量および程度を減少させることにより対処している。
【０００６】
溝付けまたは隆起の相互作用が問題にならない軸受もある。たとえば、動作中に常に互いに直接接触するわけではない流体力学軸受については、溝付けまたは隆起の相互作用はあまり問題にならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の軸受は、対向軸受面を支持して制御された相対移動を行うように構成される。軸受は、軸受の寿命を短くするおそれのある磨耗の原因に対処することにより、耐用寿命を長くするように構成される。軸受は、１つまたは複数の特徴を含み、各々が単独で、または組み合わさって、軸受の寿命の延長および摩擦の低減に寄与する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態では、接触軸受が、基部と、複数の片持ち支持部材とを含む。各支持部材は、基部に直接または間接的に取り付けられた第１の端部と、基部から離れた位置にある第２の自由端とを有する。第２の端部は、対向軸受面に滑り接触するように構成される。複数の支持部材は、対向軸受面を支持するように構成され、各第２の端部は、移動して、第２の端部と対向軸受面との間にあろう、ばらばらの粒子等の凹凸を吸収するように構成される。
【０００９】
別の実施形態では、接触軸受が、基部と、基部から延びる複数の支持部材とを含む。支持部材は、対向面を支持して滑り接触を可能にするように構成される。複数の支持部材は、基部から一定の距離をおいて対向面を支持するように構成される。複数の支持部材の各々は別々に移動することができ、これにより、複数の支持部材の少なくとも１つが移動するときに、残りの複数の支持部材がほぼ一定の距離をおいて対向面を保持する。
【００１０】
さらに別の実施形態では、接触軸受が、１枚の板の表面が別の板の表面に隣接して配置されるように積み重なって配置された、複数の板を含む。各板は、基部と基部から延びる複数の支持部材とを含む。支持部材は、滑り接触を通して対向面を支持するように構成される。
【００１１】
接触軸受の隆起を吸収する方法も開示される。方法は、第２の滑り接触軸受面に直接接触する複数の第１の滑り接触軸受面を設けるステップと、第１の滑り接触軸受面の少なくとも１つを第２の滑り接触軸受面に対して曲げるステップとを含む。第１の滑り接触軸受面の少なくとも１つが第２の滑り接触軸受面との直接の接触から離れるように、第１の滑り接触軸受面を曲げることにより、第１の面と第２の面との間の隆起または粒子を吸収する。
【００１２】
接触軸受を製造する別の方法も開示される。方法は、基部と、対向する第１の面および第２の面と、基部から延びる複数の支持部材とを各々有する複数の板を形成するステップを含む。支持部材は、滑り接触を通して対向軸受面を支持するように構成される。板は、１枚の板の表面が別の板の表面に隣接して配置されるように、積み重ねられる。
【００１３】
軸受の接触圧力を低下させる方法も開示される。方法は、第２の滑り接触軸受面に直接接触する第１の滑り接触軸受面を設けるステップを含み、第１の滑り接触軸受面は少なくとも１つの屈曲部を有し、さらに第２の滑り接触軸受面の対応する移動に応答して少なくとも１つの屈曲部を曲げ、第１の接触軸受面が第２の滑り接触軸受面の屈曲形状にほぼ一致するようにするステップを含む。
【００１４】
別の実施形態では、移動部材を支持するように形成された軸受面が開示される。軸受面は、互いに隣接して離間して均一な軸受面を形成する複数の個々の面部分と、前記均一な軸受面に垂直に前記面部分を個々に支持して、局所的な力により前記均一な軸受面から移動させる手段とを含む。
【００１５】
本発明の種々の実施形態は、ある利点をもたらし、従来の接触軸受のある欠点を克服する。
本発明の実施形態は同一の利点を共有することはなく、共有する実施形態であってもあらゆる状況で同一の利点を共有することはない。このため、本発明は、耐用寿命の延長および／または高性能特性という注目される利点を含む多数の利点を提供する。
【００１６】
以下で、添付図面を参照しながら、本発明の更なる特徴および利点、並びに種々の実施形態の構造について、詳細に説明する。
以下で、添付図面を参照しながら、本発明の種々の実施形態について例として説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の軸受は、対向する軸受または軸受面との制御された相対移動を支持し、可能にするように構成される。軸受は、摩擦および磨耗の多くの原因に対処する局所可撓面を組み込むことにより、寿命を長くするように構成される。軸受は、１つまたは複数の特徴を含み、各々が単独で、または組み合わさって、軸受の寿命の延長および／または軸受の寿命全体を通した摩擦の低減に寄与することができる。
【００１８】
１つの態様では、軸受が基部から延びる複数の支持部材を含む。複数の支持部材は共に、対向する軸受または面を通して基部に加わる荷重を支持することができる。さらに、複数の支持部材により、対向する軸受間の滑り接触が可能になる。支持部材は別々に移動して、支持部材と対向軸受との間の隆起またはばらばらの粒子等の凹凸を吸収し、後述するように磨耗が最小限になるようにする。複数の支持部材の一部が共に移動して、軸受の一部が互いに押圧されるときに、対向軸受間の接触圧力を最小限にするのを助ける。
【００１９】
一実施形態では、軸受が、軸受の基部に垂直な方向にほぼ同一の距離をおいて対向軸受を保持し、かつ磨耗の傾向を減少させるように構成される。これは、複数の支持部材を有する軸受を設けて対向軸受面を支持することにより達成することができ、ばらばらの粒子や隆起によって１つまたは複数の支持部材が曲がっても、大部分の支持部材が対向軸受との間の距離を維持する。
【００２０】
一実施形態では、軸受は、基部に取り付けられた複数の支持部材を有し、複数の板を共に配置することにより構成される。各板は、側部から延びる支持部材を有することもできる。
【００２１】
図面、特に図１は、本発明の実施形態および適用を示す。図１は、円筒軸受２４を通して物体２２内に取り付けられたシャフト２０を示す。シャフトは中心軸２６を中心に回転することができ、物体２２に対して中心軸に沿って摺動することができる。軸受２４は、摩擦特性を低減する面を提供することにより、シャフトと物体との間の相対移動を助ける。軸受２４を取り外したり交換したりすることもでき、これにより、摺動面２１の一方が損傷を受けたり磨耗したりしても、シャフトまたは嵌合物体の全体を交換する必要がなくなる。図１の軸受２４は、シャフト２０、物体２２に固定して取り付けられ、シャフトおよび物体に対して浮動できるようになっている。軸受２４は完全な円筒部分を含むことができるが、軸受は、完全な円筒または部分的な円筒を共に形成する複数の部分を含むこともできる。さらに、同心に配置された、対の２つの別個の軸受を設け、第１の軸受がシャフト２０に固定して取り付けられ、物体２２に固定して取り付けられた第２の軸受に対して移動可能となるようにしてもよい。
【００２２】
軸受により、滑り接触を制御して行うことができる。制御とは、ある方向の移動が可能になると共に、他の方向への移動が妨げられるかまたは制限されることを意味する。たとえば、図１の円筒軸受２４により、シャフト２０の中心軸２６を中心とした回転と同一の軸に沿った平行移動とが可能になるが、横方向への移動や他の方向への曲げがほぼ妨げられるかまたは減少する。他の実施形態は、シャフトが物体を通って平行移動したり物体に対して回転したりするのを防ぐ、対の止め具（図示せず）等の他の特徴を加えてこれらの移動の１つを制限することができる。
【００２３】
凹凸を吸収するために、別々に移動可能な複数の支持部が、図２に示す軸受等の軸受の実施形態を含む。図２は、マトリックス状に配置された支持部材２８が基部３０から延びる状態を示す。支持部材は、協働して円筒軸受２４の内面３２を形成する。各支持部材２８は、基部に取り付けられた第１の端部３４と、対向する軸受に接触するように構成された末端３６とを含む。対向する軸受は、軸受の中心を通過する円筒シャフト（図示せず）とすることができる。すべての支持部材は共に、滑り接触時にシャフトを支持し、制御するのに役立つ。しかし、支持部材２８は別々になっているため、ばらばらの粒子を吸収して溝付けによる損傷を減らす能力、および／または表面の隆起もしくは他の凹凸間の接触による損傷を防ぐ能力を局所可撓面４０に与えることができる。本明細書中で使用される「局所可撓」という用語は、支持部材２８が互いに別々に移動して、軸受と対向面との間のばらばらの粒子または隆起４４等の凹凸を吸収することを意味する。このようにして、局所可撓面が対向軸受面を支持しながら、移動して表面の「局所」点で隆起およびばらばらの粒子を吸収することができる。したがって、支持部を移動させることができるため、たとえば粒子トラップによりばらばらの粒子が効果的に除去されるまでに、軸受面に溝を付けることなく、ばらばらの粒子が２つの荷重軸受面間に吸収される。支持部材は対向面側へ偏倚して、凹凸が除去された後または支持部を通過した後に、支持部が戻って対向面に接触することができるようになっている。
【００２４】
また、局所可撓面により、対向する軸受が各接触面間の接触領域をさらに大きく維持することができる。これは、応力の高い接触領域をなくすのに有利である。たとえば、図１のシャフトを中心軸以外の軸の周りで曲げようとすると、中心軸から最も遠い、シャフトに隣接する点にある支持部材が、他の支持部材よりも大きく曲がる。これらの支持部材が曲がるので、高い接触圧力が多数の支持部材に分配される。これにより、従来の軸受の場合よりも、最高接触圧力を低くすることができる。このように接触圧力が低いと、磨耗および摩擦を生じさせる溝付けおよび隆起の相互作用に関連した問題の重大さが弱まる。この点で、局所可撓面を使用して「全体可撓」面を形成することができる。
【００２５】
前記したように、局所可撓面は、磨耗および摩擦の複数の原因に対処する。以下で、ばらばらの粒子による軸受の溝付けや隆起の相互作用による軸受の損傷を含むこれらの原因の一部について、さらに詳細に説明する。溝付けは図５Ａに示され、ここでは、２つの従来の軸受４８が互いに摺動し、凝集した粒子５４が軸受間に詰まっている。２つの対向する従来の軸受４８間の隆起４４の相互作用は、図５Ｂに示される。
【００２６】
溝付けでは、粒子４２または凝集した粒子５４が軸受４８内に詰まり、軸受が互いに摺動する際に互いに押圧されるので、摩擦損傷を生じさせる。軸受４８が互いに摺動を続けると、摺動により粒子が軸受に沿って引きずられて、最も一般的には溝５０の形状の更なる損傷を生じさせる。磨耗損傷の発生に加えて、溝５０や溝により生じる粗面を生成するプロセスにより、軸受間で受ける摩擦量が増加する。
【００２７】
粒子は、軸受に溝を付けると、軸受から離れることのできる更なる磨耗粒子４２を生成する。この新しい粒子は凝集してより大きな粒子になり、更なる溝付け損傷を生じさせるおそれがある。この現象が続くと、軸受面の一方で剥離が生じる。剥離とは、軸受面の一方から材料がシート状に外れることである。剥離は軸受面に害を与えて重大な磨耗を生じさせ、摩擦を著しく増加させ、場合によっては軸受の突発故障さえも引き起こす。
【００２８】
隆起４４（本明細書中でこの用語を使用）は、図５Ｂに示すように、軸受４８上のある平面に存在する小さな突起である。軸受が互いに押圧されると、これらの小さな隆起の多くが、対向軸受の隆起４４に接触する。隆起の相互作用がある平面で生じて軸受間の接触力を支持すると、さらに大きな隆起によって表面間の摩擦および磨耗がますます生じるようになる。隆起４４は、相互作用すると軸受から離れてばらばらの粒子４２になる。大部分の隆起の大きさは、幅が１〜５ミクロンであるが、０．５〜３０ミクロンになることがある。軸受が互いに移動するときに表面から離れて軸受間に残る隆起は、凝集してより大きな粒子になり、溝付け現象を引き起こす。凝集した粒子５４の大きさは、５ミクロン〜数百ミクロンになる可能性がある。溝付けを生じさせるおそれのある他の異物破片粒子の大きさは、一般に２０〜８０ミクロンである。
【００２９】
本発明の軸受と支持部との間にある、ばらばらの粒子、隆起、異物破片、その他の表面欠陥等の凹凸を吸収するために、１つまたは複数の支持部材２８は、たとえば図２Ａに示すように曲がることができる。したがって、凹凸の溝付けまたは結合を生じさせる代わりに、軸受が、局所面上ではあるが、単に移動して凹凸を吸収する。あるいは、またはさらに、ばらばらの粒子が、隣接する支持部材２８間に配置される間隙５６の１つに落下する。このような間隙５６に入ると、粒子が軸受に損傷を与える傾向が減少する。粒子が間隙に落下しない場合、最終的に端部から出ることにより軸受間から除去される。
【００３０】
図２Ａの支持部材の端部の拡大斜視図が、図２Ａの線６−６に沿って取った図である図６に概略的に示される。ここでは、局所可撓面４０が、このような端部を有する、基部３０から垂直に延びる複数の支持部材２８を含む。大部分の実施形態では、支持部材の横断面は正方形で、長さは幅の約３〜１５倍であるが、他の多くの形状が本発明により考慮されるので、本発明はこの形状に限定されない。支持部材は離間して、間に間隙５６を画定する。間隙５６の寸法は、支持部材自体の寸法とほぼ同一である。
【００３１】
図７に示すような別の実施形態では、隣接する支持部材により画定される間隙５６内に材料５８が配置される。この材料は、間隙５６の一部にあっても全部にあってもよい。本発明はこれに関して限定されないので、材料はすべての間隙を満たすこともでき、一部の間隙のみを満たすこともできる。材料は、部材２８をさらに支持する要素を含むことができる。材料は、内部に詰まったばらばらの粒子が蓄積するのを防ぎ、支持部材が曲がるのを防ぐ物質を含むこともできる。このような物質は、支持部材の曲げに悪影響を与えないような柔軟性の高い材料とすることができる。他の実施形態では、材料が、ある期間にわたって軸受に分配される潤滑油を含むことができる。この分配は、軸受で発生した熱により潤滑油の粘性が変化して潤滑油が軸受側へ移動するので、または他の公知の機構により、支持部材が磨耗すると自然に行われる。
【００３２】
本発明の種々の実施形態、特に、局所可撓内面を有する図２の円筒軸受に戻る。この構成は、軸受２４が図示した別の物体２２により保持されているときに、軸受２４に対して回転かつ／または平行移動するシャフト２０を支持するためのものである。図３および４は、同様に局所可撓面４０を持つ円筒軸受の代替実施形態を示す。図３の実施形態は、円筒外面４６に局所可撓面を有する。この軸受は、シャフトの外面に保持されて共に移動し、軸受外面に接触する物体２２との間の回転または平行移動を支持する。図４の実施形態は、図２および３に示す特徴を含む。この実施形態の局所可撓面４０は、円筒内面と円筒外面とを含む。この軸受は、シャフト２０と、別の物体（図示せず）の円筒内面との間に配置され、シャフト２０と軸受２４と物体との間の相対平行移動および／または回転を支持する。この軸受は、シャフト２０の表面と物体２２の表面との間で浮動するように構成される。これらの軸受の局所可撓面４０は従来の軸受またはシャフトに接触するように設計されるが、別の軸受を局所可撓面に接触させることもできる。
【００３３】
図３および４の実施形態の円筒外面は、直線状の、基部に対して非垂直の支持部材を有する。図２および３の実施形態の円筒内面３２は、基部３０にやや垂直に位置合わせされた末端部６２を持つ「くの字」型の支持部材を有する。くの字型部材の第１の部分６０は、ほぼ一定の断面積を有し、基部３０に近くなるほど断面が大きくなる間隙５６を支持部材間に生成する。これにより、内部に詰まるばらばらの粒子４２を保持するためのより大きなスペースが提供される。これらの軸受は、特定の局所可撓面４０と共に示されるが、軸受が本発明の他の態様による局所可撓面を含むことも考えられる。
【００３４】
図２〜４に示す実施形態は、支持部材の異なる実施形態を示すが、これらの支持部材はさまざまな形状をとることができる。また、局所可撓面を含む多数の非常に小さな支持部材を有することが一般に好ましいことに注目されたい。しかし、特定の荷重要件を持つ適用、またはより大きなばらばらの粒子にさらされることが予想される適用では、支持部材をより少なく、かつ／またはより大きくすることが有利となる。さらに、多数の小さな支持部材の製造に関連する費用により、他の実施形態が望ましいものとなる。一実施形態では、支持部材が、末端で約０．４ｍｍ×０．４ｍｍの正方形の断面積を有し、他の実施形態では、支持部材が２ｍｍ×２ｍｍまでの断面積を有することができる。さらに、大部分の支持部材の長さは、幅の３〜１５倍である。本発明はこれに関して限定されないので、他の適宜の大きさの支持部材を使用することもできる。
【００３５】
図８Ａに示すように、一実施形態では、支持部材が、第１の直線部６０と、第２の末端の直線部６２とを含む「くの字型」として形成される。これらの直線部６０、６２の各々は、基部３０に垂直に位置合わせされるか、またはいずれも基部に対して非垂直とする。くの字型の第１の部分と第２の部分の断面積は、同一の長さおよび断面積であっても、一方または両方に関して、一方が他方より大きくなっていてもよい。支持部材の端部６４が基部３０に対して非垂直である場合、端部の楔形側面６６は、ばらばらの粒子４２を軸受から離して間隙５６内へ押入することにより軸受間から粒子４２を除去するのに役立つ。対向軸受との間に鋭角を形成する端部の側面６８は、ばらばらの粒子４２が対向軸受と端部６４との間に押し込まれるときに、支持部材２８の曲げを促すのに有用である。楔形側面および鋭角を形成する側面の形状は、支持部材２８の側面を斜めに切ることにより、または面取りすることにより形成することができ、あるいは、本発明はこれに関して限定されないので、異なる方法で支持部材を整えることにより形成することもできる。
【００３６】
図８Ｂは断面積が変化する支持部材を示す。断面積の変化は、特定の適用に望ましい曲げ特性を達成する助けとなる。断面積の変化により、支持部材の端部６４が対向軸受に長時間接触して磨耗を受けるときに、端部６４の断面積を大きくすることができる。端部６４が磨耗して支持部材の長さが短くなると、末端の対応する面積７０が増加する。これが多くの支持部材で発生すると、局所可撓面の正味面積が増加する。この面積の増加により、各支持部材が受ける接触圧力が低下し、その後に受ける磨耗率が低下する。支持部材は、一部には片持ち構成および角度付き構成により対向面側に曲がる傾向があるため、長さが短くなっても対向面を支持することができる。
【００３７】
支持部材２８の更なる実施形態が図８Ｃおよび８Ｄに示される。図８Ｃは、基部３０に非垂直に位置合わせされた支持部材を示し、図８Ｄは、円弧形７２を含む支持部材を示す。これらの支持部材の末端を、垂直または非垂直の方向に沿って基部から離れた位置に配置することができる。円弧形７２は、特定の適用に合うように、一定の曲率あるいは複合曲率を含む。本明細書中に記載された実施形態の支持部材２８を他の同一形状の支持部材と共に使用することができ、または本発明により記載または考慮された支持部材の組合せと共に使用することもできる。支持部材の形状の種々の例が示されているが、本発明はこれに関して限定されず、他の適宜の形状の支持部材が使用されることを理解すべきである。また、末端が移動して隆起または粒子を吸収することができるのであれば、支持部材を基部から適宜の方向へ延ばすことができる。したがって、ある実施形態では、支持部材が基部に対して特定の角度θで示されるが、支持部が対向面側へ、かつ対向面から離れて移動、たとえば曲がることができれば、どのような角度を使用してもよい。
【００３８】
これらの支持部材は各々、限定されないが、アルミニウム、真鍮、青銅、鋼、チタン、ニッケル等の金属、ポリマー、エラストマー、ナイロン等の非金属、または合成物を含む種々の材料で製造することができ、材料が所望の曲げ特性を呈するものであれば、本発明はこれに関して限定されない。
【００３９】
本発明の種々の実施形態を適宜の方法を通して製造することができる。これらの方法のいずれかを使用して、使用される異なる支持部材形状、使用される異なる支持部材材料、または支持部材間の間隔を組み合わせることにより生じる特定の特性を持つ局所可撓面を形成することができる。
【００４０】
一実施形態では、図２〜４に示すように、複数の薄型ワッシャ状円板または板７４が積み重なって、支持部材を含む軸受を形成する。薄板７４の積重ね８２から軸受を形成することは、ある利点を提供する１つの方法である。たとえば、積み重なった板から形成された軸受の形状は容易に調節することができる。設計者は、すでに設計された薄板構造７４の構成を整えることにより、軸受を容易に構成することができる。軸受がある長さ等の寸法を持つことが望ましい特定の適用では、設計者は特定の長さに対応するのに薄板７４が何枚必要であるか、また板がどのタイプの支持部材２８を持つべきかを判断するだけでよい。この実施形態では、他の実施形態と同様に、厚さが変化する板７４、異なる材料から作られた板７４、および／または異なるタイプもしくは形状の支持部材２８を持つ板を組み合わせて、軸受の異なる全体特性を提供することができる。たとえば、最も外側の板７８に関連する支持部材の柔軟性がより高ければ、シャフト２０は、シャフトの中心軸以外の軸を中心に曲がることができる。この効果は一部の適用において望ましい。他の適用では、逆の効果、すなわち、より硬質の支持部材を軸受の外縁部８０近くに配置してこのような移動を防ぐことが望ましい。他の製造プロセスから製造された局所可撓軸受も、同様の効果を達成することができる。
【００４１】
図２〜４は、同様の支持部材を側部に持つが、支持部材２８が逆方向に延びる状態で積み重なった、隣接する板を示す。この代替支持部材構成は、基部３０から異なる方向に延びる支持部材のマトリックスを生成する。この特定の構成は、隣接する板側へ曲がる支持部材２８が、この場合、短い距離だけ曲がると別の支持部材に接触する可能性があることを意味する。支持部材２８が板に平行な方向に曲がると、移動する距離が長くなる。このようにして、支持部材２８は異なる方向に別々に移動するように構成される。支持部材の断面形状を修正しても、同様の結果が得られる。たとえば、矩形の断面は、縁部８０に垂直な種々の方向へ向かう異なる曲げ特性を有する。勿論、本発明はこれに関して限定されず、支持部材が同一の方向に延びていてもよい。
【００４２】
図２〜４の実施形態は、積み重なった薄板を含み、各薄板から支持部材２８が延びているが、他の実施形態は隣接する板間にスペーサ板（図示せず）を含むことができる。各支持部材のすべての側面に空間を形成するだけで、他の技術を通して製造された実施形態において同一の効果を達成することができる。この実施形態により、支持部材２８がある方向にさらに容易に曲がるようになる。図６に示す実施形態は、支持部材２８の４つの側面に配置された間隙５６を有する。他の実施形態は、間隙が軸受の一縁部から軸受の反対側の縁部まで連続して延びるように構成される。このような構成により、間隙に容易に接近して蓄積した粒子を除去することができるようになる。
【００４３】
積み重なった薄板を含む特定の実施形態の特定の利点について説明する。しかし、これらの同一の利点その他は、他の技術を通して製造された局所可撓構造によっても得ることができる。これらの技術は、たとえば、機械加工、ワイヤ放電加工、剪断、レーザ切断、水切断を通して、一体構造から材料を除去することにより、局所可撓面を全体的または部分的に製造することを含む。他の製造方法を通して、光造形、３Ｄ印刷、鋳造等の材料添加プロセスにより、局所可撓面を定位置に形成することができる。他の実施形態を材料の打抜きまたは曲げにより形成することもできる。また、本発明により記載かつ考慮された種々の実施形態は、薄板構造と同様に、局所可撓面を画定する部品の組立てを含む。要素の組立てにより形成される局所可撓面の別の例は、支持部材が別々の要素により基部に取り付けられる実施形態を含む。これらの要素は、ゴム、プラスチック、または他の適宜の材料から製造することができ、実際には、後述するように、支持部材を曲げることのできる要素とすることができる。いくつかの製造プロセスについて説明したが、本発明は本明細書中に記載した構成またはプロセスに限定されるものではないので、他の適宜のプロセスを使用することもできる。
【００４４】
図９は、本発明の別の態様による直動軸受８６の概略図である。軸受８６は、一方向への平行移動を案内するＵ字型断面８４を含む。しかし、本発明はこれに関して限定されないので、他の実施形態は、物体８７、８９が複数の方向に互いに平行移動できるような平面軸受を単に含むことができる。円筒軸受２４と同様に、直動軸受８６が物体８７、８９のいずれかに固定して取り付けられ、すなわち２つの物体間で浮動することができる。また、直動軸受８６は、物体の一方にそれぞれ取り付けられた一対の軸受を含む。直動軸受８６は、物体８７、８９間の連続接触または間欠接触に対応するように設計される。たとえば、間欠接触では、第１の物体は、縁部の１つを通過して平行移動することにより第２の物体から完全に滑り落ちる適用にあり、または第１の物体は、軸受から離れて垂直に上昇する適用にある。
【００４５】
前記した実施形態に関連する特徴を直動軸受構成に組み込むことができ、直動軸受構成をこれらの特徴に組み込むこともできる。たとえば、図１０に示す実施形態は、各々複数の支持部材２８を有し、局所可撓面４０を持つ直動軸受を形成する、積み重なった複数の板７４を含む。この軸受は従来の軸受４８に対向して示されるが、別の局所可撓面４０に対向することもできる。図１０に示される特定の軸受により、局所可撓面に平行な方向へ平行移動または回転することが可能になる。他の実施形態は、この移動を制限する特徴、または更なる移動を可能にする特徴を組み込む。この更なる移動は、１つの軸受８６を他の軸受に対して傾斜させることを含む。
【００４６】
軸受を形成する板を、適宜の技術を使用して互いに取り付けることができる。一実施形態では、図１０に示すように、各板７４の孔８８が、板同士を合わせ、かつ／または固定するためのだぼ、リベット、もしくはねじを受けることができる。本発明はこれに関して限定されないので、タブ、薄板縁部の凹部、薄板側部に配置された突起、または接着剤、溶接、杭等の他の特徴を使用して、板同士を取り付けることができる。図示した板７４は板同士を保持するのに使用することのできる固定特徴を持つが、他の適用では、板７４同士を固定する必要はない。適用によっては、動作中に板７４を互いに相対移動させることもできる。さらに、他の適用は、一体型材料から形成された局所可撓面を含み、これにより板同士を取り付ける必要がなくなるが、本発明はこれに関して限定されない。
【００４７】
図１１は、局所可撓面４０のさらに別の実施形態を示す。ここでは、図２の実施形態が、局所可撓面に配置された螺旋状の溝９０と共に示される。これらの溝は、ばらばらの粒子４２を軸受間から除去するのを助ける粒子トラップの一形状である。シャフト２０が局所可撓面に対して回転すると、粒子４２は溝９０に落下することができ、その後軸受２４の一側で捕捉され、または押し出されて除去される。この溝は、大きすぎて支持部材２８間に配置された間隙５６に入ることのできない異物粒子４２を除去するのに役立つ。図示した溝は、一側から他側へ連続して延びる螺旋状であるが、溝はこの形状に限定されない。本発明は特定の形状に限定されないので、溝９０は直線状であってもよく、または軸受間に配置された粒子４２を除去するのに役立つ他の形状を含んでいてもよい。さらに、溝は軸受の一側から他側に完全に延びる必要はない。たとえば、溝９０は、中央近くから始まって一方の側面側へのみ延びていてもよく、または表面の中心近くから軸受の交互する側面側へ延びる複数の溝があってもよい。図示した溝９０は円筒軸受２４と関連するが、本発明はこれに関して限定されないので、直動軸受８６または他の軸受構成に溝９０を設けてもよい。
【００４８】
図１２は、図２〜４、１０および１１に示したものとは異なる方法で製造された実施形態の構成を示す。この軸受２４は、積み重なった複数の板７４を含まず、複数の支持部材２８が局所可撓面４０を形成するようになっている、１つの固体の一体型材料を含む。この軸受の局所可撓面は、円筒の中心軸に平行な多数の溝９２を切ることにより形成される。多数の薄片９４が、円筒の中心軸に垂直に、溝に交差して、基部３０の内側に延びる多数の支持部材２８を作るように形成される。本実施形態では、局所可撓面４０が、内面３２の全体ではなく一部のみを含む。内面全体、外面４６の一部、または所望の他のタイプの軸受の面を含む、他の実施形態を作成することもできる。この特定の軸受の実施形態を、荷重を一方向のみに加える適用に使用することができる。この場合、軸受の対向する内面９６が、大きな力が加わることのない従来の軸受面を含む。本実施形態の円筒外面４６は、軸受が取り付けられる物体に対する軸受の方向を固定するためのキー溝９８を含む。本発明はこれに関して限定されないので、このキー溝、または同一の効果を達成する他の特徴を、本発明の他の実施形態に組み込むことができる。
【００４９】
図１３は、図１２に示すものと同様の局所可撓面を持つ、試作品の軸受と、従来の軸受との両方について行った実験の結果を示す。試作品の軸受および従来の軸受は、いずれも同一のアルミニウムと青銅の合金材料から製造された。各軸受内で回転する、硬化１０６０鋼から製造されたシャフトを通して、各軸受に５００ニュートンの正味荷重が加えられた。実験が進むにつれて、摩擦に関連するトルクが各軸について測定された。図１３は、実験時間中に変化した、各軸受に関連するトルクを示す。各実験における図１２の軸受に関連する摩擦トルク値は、ある時間にわたってほぼ一定のままであった。しかし、従来の軸受に関連する摩擦トルクは、比較的短時間の経過後に劇的に増加した。この増加は、過度の磨耗、隆起の相互作用、または他の凹凸、および最終的に従来の軸受の故障に関連する。直径０．４ｍｍ未満の粒子から構成される砂混合物を従来のブッシングおよび試作品のブッシングに加えた更なる実験を行った。この実験では、図１２の軸受が受ける摩擦トルクが増加したが、軸受は故障しなかった。従来の軸受は、砂混合物が導入された直後に動かなくなった。
【００５０】
図１４は、要素の組立てにより形成された軸受の別の実施形態を示す。この例では、対向軸受面が従来のシャフト２０を含む。円筒軸受が、エラストマー配合物１００（合成ゴム、ネオプレン、軟質プラスチック等）内に配置された一連の荷重軸受支持部材２８を含む。一実施形態では、支持部材がエラストマー配合物内で成型される。このエラストマー配合物は、金属管等の固体の外側基部３０に結合される。支持部材２８が傾斜して配置される場合、または支持部材がシャフト２０に垂直に配置される場合に、この実施形態により局所的な可撓性が得られる。エラストマー配合物１００は柔軟性があり、かつ軽い圧縮性があり、各支持部を周囲の支持部材から独立して移動させることができるので、局所的な可撓性が達成される。このタイプの設計は、支持部材を非常に小さくして、多数の支持部材と対応する接触点とを設けることができるので、極めて高い荷重に適している。さらに、支持部材の断面領域が基部３０またはエラストマー配合物１００のより広い領域に接触可能であるため、各支持部材２８にかかる荷重を他の実施形態よりも広い領域に分配することができる。すなわち、支持部材の面積はπ×ピンの直径の２乗であるが、支持部材２８が基部３０に結合される部位は、支持部材２８の周囲の長さ×埋設された支持部材２８の長さとすることができる。
【００５１】
本発明の他の実施形態は、転がり接触軸受に適用される局所可撓面を含むことができる。このような軸受は、主に転がり接触用に設計されているが、摩擦および磨耗が最小レベルである摺動部品を有する。局所可撓面の適宜の適用を転がり接触軸受に使用して、磨耗および摩擦を低減することができると共に、おそらくシステムがより頑強になり、衝撃荷重に対する耐性ができる。
【００５２】
本発明の複数の実施形態について詳細に説明したが、当業者は種々の修正および改良を容易に行うことができるだろう。このような修正および改良は、本発明の精神および範囲内に含まれる。したがって、前記した説明は単に例として挙げたものであって、限定するものではない。本発明は、頭記の特許請求の範囲およびその等価物により定義されるものとしてのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一態様による円筒軸受の概略図である。
【図２】本発明の別の態様による、局所可撓面を含む内面を有する円筒軸受の斜視図である。
【図２Ａ】軸受の概略端面図である。
【図３】本発明のさらに別の態様による、局所可撓外面を有する円筒軸受の斜視図である。
【図４】本発明のさらに別の態様による、局所可撓内面および外面を有する円筒軸受の斜視図である。
【図５】図５Ａは、２つの対向軸受面間の溝付けの斜視図である。  図５Ｂは、２つの対向軸受面間の隆起の相互作用の斜視図である。
【図６】本発明の態様による、軸受に形成された複数の支持部材を示す、図２Ａの線６−６に沿って取った概略図である。
【図７】本発明の別の態様による、支持部材により画定された間隙に材料が配置された状態の、軸受に形成された複数の支持部材の概略図である。
【図８】図８Ａは、本発明の態様による、軸受に形成された支持部材の実施形態の概略図である。  図８Ｂは、本発明の態様による、軸受に形成された支持部材の実施形態の概略図である。  図８Ｃは、本発明の態様による、軸受に形成された支持部材の実施形態の概略図である。  図８Ｄは、本発明の態様による、軸受に形成された支持部材の実施形態の概略図である。
【図９】本発明の１つの態様による、直動軸受の概略図である。
【図１０】本発明の別の態様による、局所可撓面を有する直動軸受の斜視図である。
【図１１】本発明の態様による局所可撓軸受の概略図である。
【図１２】本発明の別の態様による、局所可撓面を有する円筒軸受の斜視図である。
【図１３】図１２に示す実施形態により一部が得られる実験結果のグラフである。
【図１４】本発明の態様による、別の実施形態の概略横断面図である。
【図１３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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