JPS6333017B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、圧縮荷重を負担するのに適した形式
の軸受に関するもので、更に詳細には、エラスト
マのような弾性材料と、金属のような非延伸材料
との交互の層から成立つている積層軸受に関する
ものである。 積層軸受を形成するために、弾性材料の層の間
に非延伸材料の交互の層を組合わせることは、(1)
軸受の圧縮荷重を負担する能力を増加させること
（積層に対して垂直方向に加えられる圧縮荷重に
関して）；(2)弾性材料の降伏能力及び圧縮弾性エ
ネルギーを減少させること；(3)弾性材料の積層の
方向におけるせん断又はねじりに降伏する能力に
ほとんど影響を持たないことが、一般に公知とな
つている。 この概念は、このような積層軸受の積層に対し
てほぼ垂直な比較的に大きな圧縮荷重を負担する
能力を有しながら同時に指定された方向における
相対運動に容易に適応させるように、積層の方向
におけるせん断及び（又は）ねじりに比較的に軟
いことのために、より広い商業的な認容を持つて
いる。このような軸受の例及び応用については、
米国特許第2051864；2068279；2069270；
2126707；2267312；2900182；3179400；
3539170；3652185；3679197号を参照すること。 上述の積層軸受の構想は、負担されるべき圧縮
荷重及び適応されるべき相対運動に応じて、種々
の輪郭の軸受に使用されることができるが、弾性
材料と非延伸材料との交互の層は、大部分は、共
通の中心軸の回りの回転表面として形成され、連
続する層が、中心軸から連続的に増加する半径で
配置されるように構成されている。これらの輪郭
は、(1)米国特許第3679197号に示されるような円
筒形断面；(2)米国特許第3652185号に示されるよ
うな円すい形断面；米国特許第3679197号に示唆
されるような球形断面；(4)共通中心軸の回りに、
直線又は曲線を回転させることによつて形成され
る任意の他の断面を含んでいる。 積層軸受の弾性材料の各層が同じ厚さ、長さ及
び弾性係数の場合には、周期的なねじり運動に適
応させてこのような軸受を長時間使用すると、最
内層、すなわち、共通中心軸に最も近接している
層の中において最大値が生ずる可能性のある疲労
から、破損を生じさせる。従つて、このような軸
受の疲労寿命は、典型的には、使用の間における
最内層の中において確立される応力と、ひずみと
によつて決定される。 このことは、当業界においては公知であり、ま
た、米国特許第3679197号において引用されてい
るように、ある与えられたねじり荷重の加えられ
ている状態にあるエラストマ軸受の任意の与えら
れた弾性層によつて負担されるひずみは、表面積
に対して直角に加えられる圧縮荷重を負担してい
る有効表面積Ａ、その表面までの共通中心軸から
の平均半径Ｒ、弾性材料の弾性係数Ｇの積の逆関
数である。更に詳細には ひずみ＝Ｋ／RAG (1) ここでＫ＝常数 である。 その上、弾性材料の各層の形状係数S.F.が、そ
の表面積に対して垂直に加えられる圧縮荷重を負
担する有効表面積(1)の、その各端部の圧縮荷重を
負担しない面積、又は、ふくらみ面積、すなわ
ち、圧縮荷重が荷重負担表面に加えられる時に、
動くことを許される面積(2)に対する比として定義
される（後の式(4)を参照）。形状係数は、一般に
は、弾性材料の層の圧縮荷重に適応させる能力の
尺度である。一般的に、ある特定の層の形状係数
が大きければ大きい程、その圧縮荷重に適応する
能力は、益々大きくなる。例えば、軸受が円筒形
断面のものである場合には、各弾性層の荷重負担
面積LAは、層を加えられた荷重の方向に見た時
における層の投影面積、又は、有効面積である。
このようにして、放射方向に加えられる荷重に対
しては、荷重負担面積は、長方形面積であり、次
ぎのとおり決定される、すなわち LA＝2RL (2) ここでＲ＝共通中心軸から層の外方の凸状表面
までの層の外径 Ｌ＝層の長さ である。一方、各端部の荷重を負担しない面積、
又は、ふくらみ面積BAは、端部表面の圧縮の下
にある部分である。放射方向の荷重が加えられる
時には、各端部の円周の半分が圧縮の下にあり、
これによつて、荷重を負担しない面積は、次ぎの
ように決定される。すなわち BA＝2πRtr (3) ここで、Ｒ＝共通中心軸から、層の外方の凸状
の表面までの層の外径 tr＝層の厚さ 従つて、このような層の形状係数は S.F.＝(2)／(3)＝LA／BA＝2RL／2πRtr＝Ｌ／πtr
(4) となる。 式(1)及び(4)を考慮に入れると、弾性材料の各層
が、同一の弾性係数、同じ長さＬ及び厚さtrを有
する同じ材料から作られている円筒形の積層軸受
においては、形状係数S.F.は、層ごとに変化しな
いが、最内層によつて負担されるひずみは、任意
の他の層よりも、そのより小さい値の半径Ｒ及び
圧縮荷重負担面積Ａを有することによつて、より
大きいことは明白である。他の表現をすると、内
層に対する積RAGは、より大きい半径で間隔を
置かれた層の積RAGよりも、より小さく、従つ
て、ひずみはより大きい。 この疲労の問題に対する一つの解決は、米国特
許第3679197号において提出されている。特に、
外層を横切つて、内層を横切るひずみに等しい、
又は、それに近附くひずみを与えるために、この
米国特許は、ある与えられたねじり荷重の負担の
下において、各層を横切るひずみが、ほぼ同一で
あるために、各層に対する弾性係数が変わること
を示唆している。更に詳細には、円筒形断面で長
さＬの積層軸受に対しては、ある与えられたねじ
り荷重に対する層ｎを横切るひずみと、層ａを横
切るひずみとの比が同一とされ（両ひずみは等し
くされる）、従つて、次ぎの式が、式(1)から導き
出される。すなわち en／ea＝RaAaGa／RnAnGn＝2πRaLRaGa／2πRnLRnGn
＝１(5) これは Ga／Gn＝Rn²／Ra² (6) となる。 このようにして、米国特許第3679197号は、層
ｎ及び層ａを横切るひずみは、若しも、弾性係数
が各層の平均半径の自乗として逆に変わるなら
ば、等しいと結論している。この分析からは明確
ではないが、米国特許は、それにもかかわらず、
弾性材料の層の厚さを半径の増加と共に漸進的に
増加させることも有利であると述べている。 弾性材料の層の厚さを半径の増加と共に漸次増
加させることによつて、米国特許は、一層弾性的
な材料が同じ空間の内部に、弾性層の中における
圧縮応力を許容限度以内にして、放射方向に配置
させても良いと示唆している。それ故、この米国
特許は、弾性材料の増加された量が、ねじりにお
けるせん断応力と、ひずみとを有利に再分配し、
その疲労寿命を増強させ、非延伸層の数を減少さ
せて全部の重量及び製造費用を減少させるという
意見である。このようにして、米国特許は、半径
の増加と共に各層の厚さを漸進的に増加させるこ
と及び弾性係数を漸進的に減少させることの両方
によつて、最善の設計が達成させることができる
と結論している。 しかしながら、この米国特許による解決は、い
くつかの問題を含んでいる。すなわち、弾性材料
の層の弾性係数を変えることは、余計の製造時間
と費用とを必要とし、それ故、(1)特定の弾性の各
貯蔵材料に関す複雑なバツチ試験、(2)材料のカレ
ンダ掛けが必要とされるという事実、(3)軸受け、
各弾性層を別々に、典型的には手によつて、重ね
ることによつて組立てられなければならないこ
と、(4)手による重ね合わせ方法から生ずる金属の
汚染の機会の増加すること、(5)同一の弾性係数の
只一つの材料が使用された場合よりも、全体の軸
受のこわさに対する一層著しい効果を有するこわ
さの蓄積的な効果、(6)異なつたエラストマの弾性
係数の変動から生ずるひずみ感度の非線型的な変
動などによる不利が生ずる。 第二に、式(4)から明らかであるように、各層の
厚さを半径の増加と共に漸進的に増加させること
は、各層の形状係数に対応する減少を生じさせる
ことが分かる。このことは、今度は、対応して圧
縮荷重に適応させるために、各層の半径を増加さ
せる能力を減少させる。 それ故、従来技術の軸受における上述の問題を
克服した改良された積層軸受を得ることが、本発
明の主な目的である。 更に詳細には、本発明の一つの目的は、弾性材
料の各層によつて負担される応力及びひずみが、
ほぼ同一である改良された積層弾性軸受を得るこ
とである。 本発明の他の特別な目的は、弾性層がすべて同
じ弾性係数であり、各層内においてほぼ等しい応
力及びひずみを負担することのできる只一つの共
通の材料から作られた改良された弾性軸受を得る
ことにある。 本発明のこれらの目的及び他の目的は、ある共
通中心軸の回りにほぼ同心的に配置された交互の
弾性材料の層と、非延伸材料の層とから成立つて
おり、弾性材料の層の長さと厚さとが、中心軸か
らの半径の増加と共に漸次減少し、これによつ
て、弾性層が圧縮及びねじり荷重の下に等しくひ
ずみを受け、また、形状係数がほぼ同一又は半径
の増加と共に増加するようにすることによつて、
達成される。 以下、本発明を、その１実施例を示す添附図面
に基づいて説明する。 本発明によつて作られる軸受は、上記の式(1)及
び(4)によつて与えられる解析を参照すると、最も
良く理解されることができる。 更に詳細には、軸受が円筒形輪郭の場合である
(1)式に関して、 Ａ＝2πRL (7) ここでＬ＝各層の厚さ である。また、式(1)から ひずみ＝K₂／R²LG (8) ここで K₂＝常数 が得られる。 共通材料が利用される、すなわち、同一の弾性
係数を持つ弾性材料が軸受のすべての層に対して
使用されている軸受を得るためには、Ｇはある一
定の因子となり、従つて、弾性材料の各層を横切
つてほぼ等しいひずみを得るためには、式(8)は、
すべての層に対して R²L＝一定 (9) 又は Ｌ＝一定／R² (10) となる。 それ故、長さＬは、弾性層の外径の自乗の逆関
数であり、従つて、長さは半径の増加と共に減少
するようになる。 同様に、弾性材料の各層の形状係数は、ほぼ一
定のままであるか、半径の増加と共に増加するか
し、これによつて、弾性層のすべてに対する圧縮
ひずみが、ほぼ等しいままであるようになる。こ
のようにして、形状係数がほぼ一定のままである
場合には、式(4)は Ｌ／tr≒一定 (11) 式(10)を代入して tr≒一定／R² (12) となり、従つて、trも、半径の増加と共に減少す
るようになる。 さて図を参照するが、図には、本発明によつて
作られた典型的な軸受８が、円形横断面を有する
ほぼ円筒形状を有するものとして示されている。
図示されるように、軸受８は、中心軸１０を有
し、外方に向いている凸状の表面１４を有してい
る内レース１２と、レース１２の凸状の表面１４
から放射方向に間隔を置かれている内方に向いて
いる凹状の表面１８を有している外レース１６と
から成立つている。レース１２及び１６の表面１
４及び１８の間に且つ接着されて、それぞれ、エ
ラストマのような弾性材料２０と、金属のような
非延伸材料２２との交互の接着された層及びシム
がある。層２０及びシム２２のそれぞれは、共通
軸１０の回り及び相互に同心的に形成され、ま
た、弾性材料の各層２０は、一様な弾性係数を有
している。しかしながら、各層２０の平均長さ
（長さは、軸１０に対して平行に横たわつている
層の寸法上の成分として定義される）並びに層２
０の厚さは、中心軸１０から測られた半径の増加
と共に漸進的に減少する。好適には、各層２０の
積R²Lは、ほぼ一定のままであるが、積R²trはほ
ぼ一定、又は、中心軸１０からの半径の増加と共
に増加する。 式(10)を満足させることによつて、ねじり荷重が
軸受８に加えられる時に、ほぼ等しいせん断ひず
みが、各層２０によつて負担され、式(12)を満足さ
せることによつて、ほぼ等しい圧縮応力が、各層
２０によつて負担されることを理解されたい。 本発明によると、シム２０（0.254mm、すなわ
ち、0.01インチの厚さを有している）と交互にな
つている５個の層２０を有している図に示される
形式の典型的な軸受は、次ぎの寸法を有してい
る。すなわち

【表】 これから直ちに分かるように、各層２０の長さ
及び厚さは、半径の増加と共に減少している。若
しも、各層に対してR²Lが計算されるならば、ほ
ぼ一定、すなわち、1.21と1.24との間にあること
が分かる。上記のように、形状係数は、ほぼ一
定、又は、半径の増加と共に増加している。形状
係数がほぼ同じままである時には、放射方向の圧
縮荷重は、すべての層によつて一様に負担され
る。外層の形状係数を内層よりもより大きくする
ことによつて、加えられる放射方向の荷重から生
ずる外層の圧縮ひずみは、減少される。 本発明のこの設計においては、層２０はすべて
同じ弾性係数を有する同じ材料のものである。そ
の結果、製作時間及び費用は減少される。軸受８
は、例えば、まつすぐの転写鋳型によつて容易に
製造されることができる。シム２２が、あらかじ
め成形された鋳型内に適当な関係に置かれ、液状
状態に加熱されたエラストマ材料が鋳型内に注入
される。エラストマ材料は冷却され、これによつ
て、式(10)及び(12)によつて規定される予定された長
さ及び厚さでシム２２に接着する。 一様な弾性係数を有している只一つのエラスト
マ材料が使用されるので、米国特許第3679197号
に記載されている軸受と同様の軸受を製造におけ
る手による重ね合わせの手順は不要である。更
に、只一つの材料が使用されるので、複雑なバツ
チ試験の時間は著しく減少され、材料のカレンダ
掛けも不要である。取扱いが大いに減少されるの
で、金属部分の汚染の可能性は、手による重ね合
わせ手順によるよりも、減少する。最後に、軸受
において一つ以上のエラストマ材料を使用するこ
とは、全体の軸受のこわさに一層明白な効果を与
えることがあり得るし、また、本発明におけるよ
うに、只一つの材料が使用される場合よりも、ひ
ずみ感度に非線型の変動を与えることもあり得る
（すなわち、各層が、加えられた荷重に対して、
異なつて応答する）。 本発明の要旨から離れること無しに、上記の実
施例に変化を加えることができるので、上の説明
に含まれ、図中に示されたすべての事柄は、単に
例示のためだけのものであり、本発明を制限する
ものではないことを理解しなければならない。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の１実施例を示す縦断面図であ
る。 ８…軸受；１０…中心軸；１２，１６…内外レ
ース；２０…エラストマ層；２２…非延伸材料シ
ム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 共通軸の回りにほぼ同心的に配置された弾性
   材料の層と、非延伸材料との交互の層から成り立
   つている圧縮荷重負担用積層軸受において、弾性
   材料の層の長さと、厚さとが、半径の増加につれ
   て漸次減少するようにしたことを特徴とする積層
   軸受。 ２ 弾性材料の層が、ほぼ同一の弾性係数を有し
   ている特許請求の範囲第１項記載の積層軸受。 ３ 積R²・Ｌ（ここに、Ｒ及びＬは、それぞれ、
   弾性材料の各層の外径及び長さを現す）が、弾性
   材料の各層に対してほぼ同一である特許請求の範
   囲第１又は２項記載の積層軸受。 ４ 積R²・tr（ここに、Ｒ及びtrは、それぞれ、
   弾性材料の各層の外径及び厚さを現す）が、ほぼ
   一定、又は、外径Ｒの増加につれて増加するよう
   にした特許請求の範囲第１又は２項記載の積層軸
   受。 ５ 弾性材料の各層の形状係数が、ほぼ一定、又
   は、半径の増加につれて増加し、これによつて、
   弾性材料の各層の圧縮ひずみがほぼ一定のままで
   あるようにした特許請求の範囲第１又は２項記載
   の積層軸受。 ６ 弾性材料の最外層の形状係数が、弾性材料の
   最内層の形状係数よりもより大きく、これによつ
   て、弾性材料の各層の圧縮ひずみがほぼ一定のま
   まであるようにした特許請求の範囲第１又は２項
   記載の積層軸受。 ７ 弾性材料の各層が、共通軸から外径Ｒを有し
   て間隔を置かれ、長さＬ及び厚さtrを有してお
   り、また、各層の長さＬ及び厚さtrが、外径Ｒの
   増加につれて減少するようにした特許請求の範囲
   第１項記載の積層軸受。