小型の非接触機械的結合、減衰及び／または負荷支持装置
隙間を維持しながら、相互に噛み合う関係に噛み合わされる内部負荷軸受部材と外部負荷軸受部材とを有する、小型非接触機械連結、減衰及び／または負荷軸受装置に関する。制限されるわけではないが、静力学手段、流体力学手段、電子流動学的流体、磁気流動学的流体、電気流体及び／または磁気流体を含む、隙間を内外負荷軸受部材間に維持する手段を有してもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２００７年１０月９日に出願され、現在係属中の「小型の非接触支持装置」という発明の名称の米国特許仮特許出願番号６０／９７８，４５３の優先権を主張し、その内容は、全て本願に参照として取り込まれる。
【０００２】
本発明は、ベアリングやカップリングや減衰装置のような装置や、その関連方法に関し、また、小型の非接触機械的ベアリング、カップリング、減衰装置に関連する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
負荷支持、減衰及び機械的結合装置は、当該技術において公知である。例えば、周知のベアリング型のものには、ラジアル軸受、スラスト軸受、流体力学軸受や静圧軸受が含まれ、周知の型の機械的カップリング装置は、クラッチを含んでいる。従来の装置は、それらが支持できる負荷の量に関して制限されている。いくぶん、そのような制限は、制限された負荷支持面積によって生じる。
【０００４】
例えば、ハードディスクドライブで使われる流体力学軸受のように、剛性を上げるために２つの軸受を直列に用いることが知られている。ある従来装置によっては、２つの対向する流体力学軸受面の隙間が、軸受が動かないときに維持される。より具体的には、従来の装置は、隙間を維持するために、対向する流体力学表面に設けられる内蔵磁石を用いる場合がある。しかし、そのような装置は、内蔵磁石で達成可能な低磁界強度にある程度依存する低耐荷力を本質的に有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、高表面積と高耐荷力を有する小型装置のニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの実施例によれば、装置は、連結部によって連結される少なくとも２つの指を有する内部負荷軸受部材であって、該連結部が隣接指間に少なくとも１つの隙間を画定し、該隙間が所定の厚みを有するような、内部負荷軸受部材と、前記内部軸受要素の少なくとも１つの隙間に受容され内部負荷軸受部材と結合するようになった少なくとも１つの指を有する、少なくとも１つの外部負荷軸受部材と、前記隙間を内部及び外部負荷軸受部材間に維持するための手段とを備えることができる。
【０００７】
本発明のその他の利点は、以下の詳細な説明を読んで理解することによって、当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の実施例は、この明細書に詳細に記載され、添付の図面に図示される。
【０００９】
【図１】図１は、内部軸受要素を有するラジアル軸受実施例の一部の長手方向断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、内外軸受要素を有する実施例の長手方向断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、３つの指を有する内部軸受要素を含む実施例の長手方向断面図である。
【図３】図３は、図２Ａの線３−３に沿った部分断面図である。
【図４】図４は、図２Ａの線４−４に沿った半径断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、千鳥状の連結部によって連結された内部軸受要素を含むラジアル軸受実施例の長手方向断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、整合された連結部によって連結された内部軸受要素を含むラジアル軸受実施例の長手方向断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、千鳥状の連結部によって連結された内部軸受要素を含むラジアル軸受実施例の長手方向断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、非対称ラジアル軸受実施例の長手方向断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、６つの指を有する内部軸受要素を含む非対称ラジアル軸受実施例の長手方向断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第１連結装置と軸実施例の図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第２連結装置と軸実施例の図である。
【図８Ａ】図８Ａは、スラスト軸受組立体実施例の長手方向断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、７つの指を有する内部軸受要素を含むスラスト軸受組立体実施例の長手方向断面図である。
【図９】図９は、直線運動軸受組立体の斜視図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第１直線運動実施例の半径方向断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第２直線運動実施例の半径方向断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、４つの軸受を含む組み合わせ実施例の半径方向断面図である
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、互いに約１２０度離れて配置された３つの軸受を含む組み合わせ実施例の半径方向断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、星状軸受を含む実施例の半径方向断面図である。
【図１２】図１２は、送りねじを含む実施例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
単位容積あたり大きな支持表面積を有することのできる、非接触機械連結装置が開示される。いくつかの実施例は、流体静力学軸受、流体力学軸受及び／または機械的連結装置を含む。更に、いくつかの実施例は、ガス軸受、流体軸受、加圧されるか加圧されない軸受、ラジアル軸受、スラスト軸受、クラッチ、緩衝器、ダンパ等を含む。
【００１１】
いくつかの実施例は、従来の非接触機械負荷軸受、減衰及び／または連結装置よりも大きな負荷を簡潔に支持することができ、そして１つ以上の渦巻状の負荷支持領域にわたって支持することができる。実施例は、直線的及び／または回転動作を収容するために順次並べられ積み重ねられ、及び／または同軸的に環状に形成された渦巻状の負荷支持領域及び／または区域を含むことができる。実施例は、非接触負荷支持領域の合わせ面間の隙間を含む。更に、実施例は、制限されるわけではないが、加圧された或いは加圧されない流体媒体、電子流動学的流体、磁気流動学的流体、電気流体及び／または磁気流体のような隙間を維持するための手段と、それと電子制御連絡する１つ以上の制御装置を含むことができる。
【００１２】
いくつかの実施例は、負荷支持部材を含む機械的装置に関し、負荷を負荷支持部材に対して移動可能にする。いくつかの実施例においては、負荷支持部材は、高表面積渦巻き状内部軸受要素と、内部要素と結合するようにされた外部軸受要素を含む。高結合表面積は、制限されるわけではないが、互いに噛み合うねじ山・溝、溝付きまたは波形の関係やその組み合わせなどのような渦巻き型の合せ関係によって定義される。いくつかの実施例は、内外軸受要素の合せ面間の隙間を更に含み、その隙間間隔は、制限されるわけではないが、隙間を１つ以上の流体で満たし、及び／または対向する電気及び／または磁気流体を内外軸受要素に適用する手段の様々なものによって維持されている。いくつかの実施例は、ピコメートル（１０−１２）から数メートルの全体の大きさを有することができる。
【００１３】
いくつかの実施例では、高負荷支持能力を有する簡単な負荷支持装置は、多くの渦巻きを有する軸受要素を含むことができる。一般に、負荷支持能力は、渦巻きの数及び／または密度を増やすことによって増加されうる。しかし、いくつかの実施例によっては、装置の単位容積あたりの最適負荷支持能力は、渦巻きの適切な数と厚さを共に選択することによって達成されうる。更に、何らの単一の装置の渦巻きの厚さが、何らの適切な形態による装置内で変化しうる。
【００１４】
内部または外部軸受要素の渦巻きの厚さは、特定の適用の必要に応じた広範囲にわたって変化しうる。例えば、渦巻きは、数十メートルの厚さからピコメートルの厚さに変動しうる。いくつかの範囲は、約１０メートルから約１メートル、約１メートルから約１０−１メートル、約１０−１メートルから約１０−２メートル、約１０−２メートルから約１０−３メートル、約１０−３メートルから約１０−４メートル、約１０−４メートルから約１０−５メートル、約１０−５メートルから約１０−６メートル、約１０−６メートルから約１０−７メートル、約１０−７メートルから約１０−８メートル、約１０−８メートルから約１０−９メートル、約１０−９メートルから約１０−１０メートル、約１０−１０メートルから約１０−１１メートル、約１０−１１メートルから約１０−１２メートルを含むことができる。明細書および請求の範囲のほかの場所と同様に、範囲は組み合わせてもよい。更に、渦巻き間の距離は、渦巻きの厚さよりも小さくても、同じでも、また大きくてもよい。内外軸受要素の渦巻きの厚さが、ほぼ同じな実施例においては、渦巻き間の距離は、合せ渦巻きと合せ軸受要素間の隙間を収容するために、渦巻きの厚さよりも僅かに大きくなければならない。
【００１５】
内部または外部負荷支持要素の渦巻きの数は、特定の適用の必要によって幅広い範囲で変化しうる。いくつかの範囲は、１から１０６の渦巻きを含む。他の適切な範囲は、１から１０の指と、１０から１０２の渦巻きと、１０２から１０３の渦巻きと、１０３から１０４の渦巻きと、１０４から１０５の渦巻きと、１０５から１０６の渦巻きを含む。
【００１６】
いくつかの実施例において、内外軸受要素の渦巻きは、制限されるわけではないが、正方形面や円形面のような平面形状を含むことができる。更に、軸受要素は、正方形、三角形、台形や円形の断面、或いは、その他の適切な断面形状を有することができる。いくつかの実施例によれば、１組の正方形平面指を含む外部軸受部材は、レールを含む内部軸受部材と結合するようにされうる。そのような実施例によれば、レール及び／または外部軸受部材は、相互に直線的に動くことができる。円形平面構造を含む実施例においては、内外軸受要素は、軸のようなスラスト部材を受容するための中央貫通穴のような１つ以上の貫通穴を含むことができ、組立体は、スラスト軸受を含む。
【００１７】
他の実施例においては、内部及び／または外部軸受要素の指は、同心的に配置される環状部材を含むことができる。例えば、いくつかの実施例においては、内部軸受要素は、円筒状の中央軸受要素を受容するようになった長手方向貫通穴を有する円筒形または半円筒形部材を含むことができる。貫通穴の壁は、内部軸受要素の第１環状指の面を画定できる（例えば、図１の要素１０２（ａ）参照）。内部軸受要素の第２環状指は、第１環状指と同軸関係にしうる。第１と第２の環状指は、所定間隔で隔置されえ、また、その間隔は、外部軸受要素の結合指を相互に噛み合う関係で受容するようにされうる。当業者は、実施例が、適用に応じて所望数の環状指を含むことができるということを認識するであろう。
【００１８】
更に別の実施例は、一群の指を含むことができ、この指は、所定の形態で空間的に分離されている。例えば、いくつかの実施例では、複数の軸受、連結及び／または減衰要素は、並列または直列に設けられうる。更に、いくつかの実施例では、１つ以上の軸受、連結及び／または減衰要素は、所定の形態で互いに取り付けられうる。
【００１９】
いくつかの実施例によれば、内部及び／または外部軸受要素は、１つ以上の構造化された面を有する指を含むことができる。構造化された面は、例えば、流体力学軸受に、合せ軸受要素を分離する隙間領域に液体または気体を強制するために適合されうる。例えば、いくつかの構成は、箔、フィン、ロータ、インペラ、溝、縦溝等を含むことができる。
【００２０】
内外軸受要素は、広範な材料を含むことができ、内外要素は、同じ材料でなる必要はない。外部及び／または内部軸受要素間の隙間を維持する電気または磁気手段を含む実施例（すなわち、電気・磁気実施例）は、導電性材料からなることができる。内部及び／または外部軸受要素を製造するためのいくつかの材料は、制限されるわけではないが、銅、真ちゅう、青銅、アルミニウム、金、鉄またはこれらの組み合わせを含むことができる。いくつかの電気・磁気実施例においては、内部及び／または外部軸受要素は、制限されるわけではないが、シリコン、ガリウムヒ素、窒化ガリウムまたはその組み合わせのような半導体材料を含むことができる。更に、いくつかの電気・磁気実施例においては、内部及び・外部軸受要素は、１つ以上の導電性及び／または半導体層で被覆された非導電性材料を含むことができる。
【００２１】
いくつかの実施例は、内部及び外部軸受要素間の隙間を維持するための非電気・磁気流体手段を含む（すなわち、非導電性実施例）、そして、内部及び／または外部軸受要素は、非導電性材料からなる。例えば、そのような実施例は、有機ポリマ、石、グラファイト、セラミクス、シリケート、ホウ酸塩やその組み合わせからなる軸受要素を含むことができる。
【００２２】
外部軸受要素は、特有の適用に依存する、幅広い構成上の形態を有することができる。いくつかの実施例は、液体及び／または気体を収容するようにされた、ほぼ非多孔性材料を含むことができる。更に、いくつかの実施例においては、外部軸受要素は、多孔性材料を含むことができる。したがって、いくつかの実施例では、外部軸受要素は、プレス成形され及び／または焼結された金属からなる。多孔性材料は、内外軸受要素間に設けられた流体が、例えばポンプ汲み上げのような上昇する圧力で保持されねばならないような流体静力学軸受において有用である。したがって、適切な多孔性材料は、気体及び／または液体を通過するようにされうる。当業者は、幅広い多孔率が、通過されるべき流体の粘性や、適用される圧力量や、その他の公知の要素に依存して適切でありうるということを認識するであろう。更に、当業者は、過度の実験なしに適切な多孔率を選択することができるであろう。
【００２３】
内部及び外部軸受要素の合せ面間の隙間は、約１０−２メートルから約１０−１２メートルの範囲の間隔からなる。この範囲は、約１０−２メートルから約１０−３メートル、約１０−３メートルから約１０−４メートル、約１０−４メートルから約１０−５メートル、約１０−５メートルから約１０−６メートル、約１０−６メートルから約１０−７メートル、約１０−７メートルから約１０−８メートル、約１０−８メートルから約１０−９メートル、約１０−９メートルから約１０−１０メートル、約１０−１０メートルから約１０−１１メートル、約１０−１１メートルから約１０−１２メートルを含むことができる。
【００２４】
内外軸受要素の合せ面間の隙間を満たす流体は、様々な流体からなることができる。いくつかの適切な流体は、石油、石油以外の液体、気体、電子流動学的流体及び／または磁気流動学的流体からなる。更に、流体は、何らの特定の適用の必要に応じて加圧されたり、加圧されなかったりできる。いくつかの実施例によれば、石油は、制限されるわけではないが、鉱油やシリコン油を含む、機械要素を潤滑するための公知の油であってもよい。更に、いくつかの実施例によれば、ガス状流体は、流体静力学及び／または流体動力学軸受に使用される公知の気体からなってもよい。
【００２５】
いくつかの実施例は、様々に制御可能な動力及び磁界強さと方位を有する１つ以上の電磁要素を含むことができる。そのような実施例は、内外軸受要素の合せ面を分離する隙間に設けられた磁気流動学的流体の流動学的特性を調整可能である。更に、磁気流動学的流体の流動学的特性を調整することは、実施例の全体の減衰、粘性及び／または粘弾性挙動を変更可能である。したがって、そのような実施例は、可変強度非接触磁気流動学的減衰装置からなることができる。
【００２６】
同様にして、いくつかの実施例は、動力と、電界電荷、強度及び方位が様々に制御可能な１つ以上の電極要素を含むことができる。そのような実施例は、軸受要素の合せ面を分離する隙間に設けられた電子流動学的流体の流動学的特性を調節することができる。更に、電子流動学的流体の流動学的特性を調整することは、実施例の全体の減衰、粘性及び／または粘弾性挙動を変更可能である。したがって、そのような実施例は、可変強度非接触電子流動学的減衰装置からなることができる。更に、いくつかの実施例は、内部及び／または外部軸受要素と関連する電界及び／または磁界を調整する制御装置を含む。当業者は、幅広い制御手段が公知であり、適切な手段が過度の実験なしに選択可能なことを理解するであろう。
【００２７】
いくつかの実施例は、複数の小型の非接触軸受及び／または機械的結合装置を含むことができる。そのような組み合わせ実施例は、直列にも並列にも配置可能であり、いくつかの部分は直列に、他の部分は並列に配置することもできる。組み合わせ実施例の各要素は、１つ以上の結合機能や負荷支持機能を実行し、分離して或いは集合的に制御可能である。いくつかの組み合わせ実施例においては、組み合わせの要素は、ネットワーク制御構造に配置可能である。
【００２８】
いくつかの実施例は、軸受要素の合せ面が接触することを防止する１つ以上の安全特徴を含むことができる。そのような安全特徴は、制限されるわけではないが、適用される負荷における大きな及び／または突然の刺激、流体加圧の故障や電界または磁界の故障のような誘発事象によって作動される。いくつかの実施例では、安全特徴は、制限されるわけではないが、１つ以上の閉じ込められたボール、ピン、ローラ、転がり軸受要素組立体、ブッシュ、バネ、ストラット、反発して対向する永久磁石等を含むことができる。
【００２９】
実施例は、軸受、ダンパ、緩衝器、クラッチやブレーキ装置を必要とする幅広い装置に取り込まれえ、特定の適用のために形状、形態、大きさを変更可能である。いくつかの実施例は、研究、生物医学的、科学的、分析的、コンピュータハードウェア、電子、計測学及びＭＥＭＳ関連の装置に本質的に要求される、高精度、低ノイズ、底摩擦軸受に特に良く適合される。実施例は、単位容積あたりの本質的に高い負荷支持能力を有するので、実施例は、従来の装置に較べて、低い圧力、電界及び／または磁界強さで作動することができる。
【００３０】
優れた耐荷力のために、いくつかの実施例は、従来の装置の作動負荷範囲外での適用に用いられうる。いくつかの実施例は、従来の装置と比較して、摩擦と関連したエネルギ損失の減少により、全体のエネルギ効率を改善する。同様に、従来の装置と比較して、いくつかの実施例は、作動温度、始動負荷、過渡出力スパイクを減じることができ、作動速度と動的速度を増すことができ、また、作動の低速及び高速の両方で製品の全体の寿命と性能を向上することができる。それ故、いくつかの実施例は、歴史的に見て接触式機械負荷軸受装置にのみ適用されてきたようなものに用いることができるのである。例えば、軸受抵抗やそれに関わる問題点が全体の製品性能とエネルギ効率を制限することのある、工業設備や機械、車両や運送装置、消費者や家庭製品の製造である。更に、いくつかの実施例は、制限されるわけではないが、電子媒体、データ保存ハードウェア、生物医学的機器、ターボ機械、ジェットエンジン、タービン発電機、高精度機械加工、研磨のような適用における、従来の非接触装置の利点を提供することができる。
【００３１】
本発明の実施例を図示する目的のみに使われ、本発明を制限するものではない、図面を参照する。図１は、内部軸受要素１０２によって受容される円筒形中央軸受要素１０１からなる実施例１００の一部を示す。いくつかの実施例では、中央軸受要素１０１と内部軸受要素１０２は、機械的に相互ロックされて、単一のものとして移動する。他の実施例においては、中央軸受要素１０１と内部軸受要素１０２は、独立して動き、その間に非常に小さな摩擦を生ずる。図１によれば、内部軸受要素１０２は、指１０２（ａ）と１０２（ｂ）を有する。更に指１０２（ａ）と１０２（ｂ）は、中央配置の結合部１０２（ｃ）によって連結される。指１０２（ａ）と１０２（ｂ）は、隔置され、外部軸受要素の合せ部分を受容するようにされたキャビティ１０４を画定する。
【００３２】
図２Ａは、１対の外部軸受要素１０６、１０８を備えた、図１の部分実施例を有する組立体２００を示している。第１外部軸受要素１０６は、更に、結合部１０６（ｃ）によって連結された指１０６（ａ）と１０６（ｂ）を有している。更に、指１０６（ａ）と１０６（ｂ）は、隔置されており、互いに噛み合う合せ関係で内部軸受要素１０２の指を受容するようにされたキャビティを画定している。同様に、第２外部軸受要素１０８は、更に、結合部１０８（ｃ）によって連結された指１０８（ａ）と１０８（ｂ）を有している。更に、指１０８（ａ）と１０８（ｂ）は、隔置されており、互いに噛み合う合せ関係で内部軸受要素１０２の指を受容するようにされたキャビティを画定している。図２Ｂは、中央に配置された結合部１０２（ｃ）によって連結された３つの指１０２（ａ）、１０２（ｂ）、１０２（ｄ）を有する内部軸受要素１０２からなる同様の実施例を示している。図２Ｂの外部軸受要素１０６と１０８は、内部軸受要素１０２の余分の指を収容するように変更されている。追加の指が同様にして追加されうる。
【００３３】
図３は、図２Ａの線３−３に沿った、内外軸受要素の部分断面図を示している。この拡大図において、隙間１１０は、外部軸受要素１０６、１０８と内部軸受要素１０２の間に示されている。したがって、軸受要素によって画定される指の合せ面１１２と１１４は隔置されて隙間１１０を画定し、作動中接触しない。この隙間１１０は、圧力流体或いは非圧力流体を満たすことで維持することができ、及び／または、内部軸受要素１０２と外部軸受要素１０６、１０８に対向する電界或いは磁界を適用することによって維持することができる。図４は、内外軸受要素の指が相互に噛み合う合せ関係で同心状に配置される環状指を形成することを示す、図２Ａの半径方向断面図である。
【００３４】
図５は、所定の形態で配置された結合部分によって連結された指を有する３つの実施例の内部軸受要素を示している。図５Ａにおいて、結合部分５０１（ａ）、５０１（ｂ）、５０１（ｃ）、５０１（ｄ）、５０１（ｅ）は、相互に長手方向にオフセットしている。より詳細には、中心から半径方向外側に動くと、結合部分は、一定の割合で図５Ａの左へ動き、中央軸受に対して９０度未満の角度θを有する線αを画定する。一方、図５Ｂは、整合されて、中央軸受に対して９０度の角度φを有する直線形態βを形成する結合部分５１１を示している。最後に、図５Ｃにおいて、結合部分５２１（ａ）、５２１（ｂ）、５２１（ｃ）、５２１（ｄ）、５２１（ｅ）は、中央軸受に対して互いに角度を持って配置された１対の線分からなる角度跡γを画定するように配置される。更に、図５Ｃは、内部軸受要素の側面５２３が直角をなす必要はなく、中央軸受に対して傾斜角であっても良いことを示している。
【００３５】
図６Ａは、非対称ラジアル軸受実施例の長手方向断面図である。そのような実施例は、中央軸受要素７０１を受容する中央長手方向貫通孔を有する内部軸受要素７０２からなることができる。内部軸受要素７０２は、最内側第１環状内部軸受指７０２（ａ）と第２環状軸受指７０２（ｂ）とからなる。これら２つの環状内部軸受指７０２（ａ）と７０２（ｂ）は、結合部分７０２（ｃ）によって画定される所定の間隔で隔置されている。第１と第２の環状内部軸受指の間の空間は、外部軸受要素７０６の第１環状外部軸受指７０６（ａ）を受容する。内外軸受要素は、このようにして、相互に噛み合う関係にされ、隙間７０９によって隔置されている。したがって、内外軸受要素は、相互に接触しない。第２環状外部軸受指７０６（ｂ）は、軸受の外面を画定する。裏当て部材７０８は、外部軸受部材７０６の第２指７０６（ｂ）と噛み合い、内部軸受部材１０２を収容する。図６Ｂは、より多くの指を有する同様の非対称半径方向軸受実施例を示しており、これは、対応するより大きな半径方向負荷を支持するようになっている。詳しくは、図６Ｂに示す実施例は、６つの同軸環状指を有する内部軸受要素７０２を含んでいる。
【００３６】
図７Ａは、各端に１対の非対称小型非接触負荷軸受装置９１０（ａ）、９１０（ｂ）を有する軸９０１からなる実施例の図である。この実施例によれば、軸９０１は、負荷軸受装置９１０（ａ）と９１０（ｂ）によって縦方向に支持されつつ、回転可能である。更に、いくつかの実施例によれば、軸９０１の回転動作は、負荷軸受装置９１０（ａ）と９１０（ｂ）の作用によって、引き起こされ、制御され、停止される。図７Ｂは、軸９０１と、各端に１対の負荷軸受装置９２０（ａ）、９２０（ｂ）を有する同様の実施例の図である。この実施例は、負荷軸受装置９２０（ａ）と９２０（ｂ）に関連する電源９３０を示している。
【００３７】
図８Ａは、スラスト軸受実施例１０００の部分長手方向断面図である。この実施例は、中央軸受１００１を収容するようにされた中央貫通穴を有する内部軸受要素１００２によって受容された円筒状中央軸受要素１００１からなる。内部軸受要素１００２は、噛み合う外部軸受要素１００６と１００８の指１００６（ａ）と１００８（ａ）を受容するようになった、隔置された２つの環状指からなる。内外軸受要素は、隙間１０１０によって分離されており、それ故、互いに接触しない。この実施例によれば、軸受は、長手軸の周りに回転可能でありながら、長手方向軸１０２０に沿ってスラスト負荷を支持するようにされている。図８Ｂは、より多くの指を有する同様の実施例を示しており、これは、対応するより大きなスラスト負荷を支持するようにされている。具体的には、図８Ｂによれば、実施例は、７つの内部軸受指１００２（ａ）を有している。
【００３８】
図９は、直線運動実施例１１００の斜視図である。この実施例は、レール部材１１０１と送り部材１１０５からなる。レール部材は、レール部材１１０１の２つの対向側に沿って長手方向に延びる１群の凹状指１１０３を画定する。送り部材１１０５は、相互に噛み合う関係でレール部材の指１１０３に噛み合うようになっている１群の指１１０５（ａ）を画定する。したがって、送り部材１１０５は、レール部材１１０１上で長手方向に摺動するようになっている。これまでの実施例と同様にして、本実施例１１００は、レール部材１１０１と送り部材１１０５の間に隙間を含んでいる。より詳しくは、隙間は、レール及び送り部材１１０１と１１０５の指１１０３と１１０５（ａ）の間に配置される。
【００３９】
図１０Ａと図１０Ｂは、代替的な直線運動実施例を示している。図１０Ａによれば、直線運動実施例は、１対のレール部材１２２０（ａ）と１２２０（ｂ）内に中央に配置されている。図１０Ｂは、中央に配置されたレール部材１２２２を取り囲む外側送り１２１１からなる直線運動実施例を示している。
【００４０】
図１１は、３つの代替的直線運動実施例を示している。図１１Ａは、４つの分離したレール部材１３２０（ａ）、１３２０（ｂ）、１３２０（ｃ）、１３２０（ｄ）を受容する４組の指を有する送り部材１３１０を含んでいる。送り部材１３１０は、例えば、正方向断面を有する軸を受容するようにされた中央貫通孔１３３０を画定する。この実施例のいくつかの変更においては、送りは、正方形の軸を回転することによって回転される。図１１Ｂは、３つのレール部材１３２２（ａ）、１３２２（ｂ）、１３２２（ｃ）を受容する等間隔に隔置された３組の指を画定する中央送り部材１３１２を有する実施例を示している。最後に、図１１Ｃは、円周の周りに等間隔にされた複数の半径方向指を画定する円形中央送り部材１３１４からなる実施例を示している。図１１Ｃの実施例は、例えば、円形断面の軸を受容することができる、中央貫通孔１３３４を画定する。したがって、いくつかの実施例は、直線的にも回転方向にも動く。
【００４１】
図１２は、送りねじ１４００からなる実施例の断面図を示している。この実施例によれば、外部ナット要素は、送りねじ１４２０を受容するらせん空間を画定する雌ねじを含んでいる。送りねじ１４２０のねじ１４２２は、雄ねじと雌ねじの間に隙間を維持しながら、雌ねじの部分に噛み合う。隙間は、例えば、送りねじ１４２０を通ってナット１４１０に、また、ナット１４１０を通って送りねじ１４２０に電界及び／または磁界を加えることによって、送りねじ１４２０とねじ１４２２の間に維持される。これにより、ナット１４１０または送りねじ１４２０の回転動作が駆動される。いくつかの実施例においては、制御装置が、送りねじ１４２０またはナット１４１０と電子制御関係にされ、送りねじ１４２０の動きを駆動する電界や磁界を発生するようにされている。
【００４２】
様々な実施例を記載してきた。上記方法及び装置は、本発明の精神の範囲内の種々の変更及び修正を含むことができることは当業者に明らかである。そのような変更及び修正は、添付の請求の範囲内で或いは同等の範囲内で実施できる。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２００７年１０月９日に出願され、現在係属中の「小型の非接触支持装置」という発明の名称の米国特許仮特許出願番号６０／９７８，４５３の優先権を主張し、その内容は、全て本願に参照として取り込まれる。
【０００２】
本発明は、ベアリングやカップリングや減衰装置のような装置や、その関連方法に関し、また、小型の非接触機械的ベアリング、カップリング、減衰装置に関連する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
負荷支持、減衰及び機械的結合装置は、当該技術において公知である。例えば、周知のベアリング型のものには、ラジアル軸受、スラスト軸受、流体力学軸受や静圧軸受が含まれ、周知の型の機械的カップリング装置は、クラッチを含んでいる。従来の装置は、それらが支持できる負荷の量に関して制限されている。いくぶん、そのような制限は、制限された負荷支持面積によって生じる。
【０００４】
例えば、ハードディスクドライブで使われる流体力学軸受のように、剛性を上げるために２つの軸受を直列に用いることが知られている。ある従来装置によっては、２つの対向する流体力学軸受面の隙間が、軸受が動かないときに維持される。より具体的には、従来の装置は、隙間を維持するために、対向する流体力学表面に設けられる内蔵磁石を用いる場合がある。しかし、そのような装置は、内蔵磁石で達成可能な低磁界強度にある程度依存する低耐荷力を本質的に有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、高表面積と高耐荷力を有する小型装置のニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの実施例によれば、装置は、連結部によって連結される少なくとも２つの指を有する内部負荷軸受部材であって、該連結部が隣接指間に少なくとも１つの隙間を画定し、該隙間が所定の厚みを有するような、内部負荷軸受部材と、前記内部軸受要素の少なくとも１つの隙間に受容され内部負荷軸受部材と結合するようになった少なくとも１つの指を有する、少なくとも１つの外部負荷軸受部材と、前記隙間を内部及び外部負荷軸受部材間に維持するための手段とを備えることができる。
【０００７】
本発明のその他の利点は、以下の詳細な説明を読んで理解することによって、当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の実施例は、この明細書に詳細に記載され、添付の図面に図示される。
【０００９】
【図１】図１は、内部軸受要素を有するラジアル軸受実施例の一部の長手方向断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、内外軸受要素を有する実施例の長手方向断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、３つの指を有する内部軸受要素を含む実施例の長手方向断面図である。
【図３】図３は、図２Ａの線３−３に沿った部分断面図である。
【図４】図４は、図２Ａの線４−４に沿った半径断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、千鳥状の連結部によって連結された内部軸受要素を含むラジアル軸受実施例の長手方向断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、整合された連結部によって連結された内部軸受要素を含むラジアル軸受実施例の長手方向断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、千鳥状の連結部によって連結された内部軸受要素を含むラジアル軸受実施例の長手方向断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、非対称ラジアル軸受実施例の長手方向断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、６つの指を有する内部軸受要素を含む非対称ラジアル軸受実施例の長手方向断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第１連結装置と軸実施例の図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第２連結装置と軸実施例の図である。
【図８Ａ】図８Ａは、スラスト軸受組立体実施例の長手方向断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、７つの指を有する内部軸受要素を含むスラスト軸受組立体実施例の長手方向断面図である。
【図９】図９は、直線運動軸受組立体の斜視図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第１直線運動実施例の半径方向断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第２直線運動実施例の半径方向断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、４つの軸受を含む組み合わせ実施例の半径方向断面図である
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、互いに約１２０度離れて配置された３つの軸受を含む組み合わせ実施例の半径方向断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、星状軸受を含む実施例の半径方向断面図である。
【図１２】図１２は、送りねじを含む実施例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
単位容積あたり大きな支持表面積を有することのできる、非接触機械連結装置が開示される。いくつかの実施例は、流体静力学軸受、流体力学軸受及び／または機械的連結装置を含む。更に、いくつかの実施例は、ガス軸受、流体軸受、加圧されるか加圧されない軸受、ラジアル軸受、スラスト軸受、クラッチ、緩衝器、ダンパ等を含む。
【００１１】
いくつかの実施例は、従来の非接触機械負荷軸受、減衰及び／または連結装置よりも大きな負荷を簡潔に支持することができ、そして１つ以上の渦巻状の負荷支持領域にわたって支持することができる。実施例は、直線的及び／または回転動作を収容するために順次並べられ積み重ねられ、及び／または同軸的に環状に形成された渦巻状の負荷支持領域及び／または区域を含むことができる。実施例は、非接触負荷支持領域の合わせ面間の隙間を含む。更に、実施例は、制限されるわけではないが、加圧された或いは加圧されない流体媒体、電子流動学的流体、磁気流動学的流体、電気流体及び／または磁気流体のような隙間を維持するための手段と、それと電子制御連絡する１つ以上の制御装置を含むことができる。
【００１２】
いくつかの実施例は、負荷支持部材を含む機械的装置に関し、負荷を負荷支持部材に対して移動可能にする。いくつかの実施例においては、負荷支持部材は、高表面積渦巻き状内部軸受要素と、内部要素と結合するようにされた外部軸受要素を含む。高結合表面積は、制限されるわけではないが、互いに噛み合うねじ山・溝、溝付きまたは波形の関係やその組み合わせなどのような渦巻き型の合せ関係によって定義される。いくつかの実施例は、内外軸受要素の合せ面間の隙間を更に含み、その隙間間隔は、制限されるわけではないが、隙間を１つ以上の流体で満たし、及び／または対向する電気及び／または磁気流体を内外軸受要素に適用する手段の様々なものによって維持されている。いくつかの実施例は、ピコメートル（１０−１２）から数メートルの全体の大きさを有することができる。
【００１３】
いくつかの実施例では、高負荷支持能力を有する簡単な負荷支持装置は、多くの渦巻きを有する軸受要素を含むことができる。一般に、負荷支持能力は、渦巻きの数及び／または密度を増やすことによって増加されうる。しかし、いくつかの実施例によっては、装置の単位容積あたりの最適負荷支持能力は、渦巻きの適切な数と厚さを共に選択することによって達成されうる。更に、何らの単一の装置の渦巻きの厚さが、何らの適切な形態による装置内で変化しうる。
【００１４】
内部または外部軸受要素の渦巻きの厚さは、特定の適用の必要に応じた広範囲にわたって変化しうる。例えば、渦巻きは、数十メートルの厚さからピコメートルの厚さに変動しうる。いくつかの範囲は、約１０メートルから約１メートル、約１メートルから約１０−１メートル、約１０−１メートルから約１０−２メートル、約１０−２メートルから約１０−３メートル、約１０−３メートルから約１０−４メートル、約１０−４メートルから約１０−５メートル、約１０−５メートルから約１０−６メートル、約１０−６メートルから約１０−７メートル、約１０−７メートルから約１０−８メートル、約１０−８メートルから約１０−９メートル、約１０−９メートルから約１０−１０メートル、約１０−１０メートルから約１０−１１メートル、約１０−１１メートルから約１０−１２メートルを含むことができる。明細書および請求の範囲のほかの場所と同様に、範囲は組み合わせてもよい。更に、渦巻き間の距離は、渦巻きの厚さよりも小さくても、同じでも、また大きくてもよい。内外軸受要素の渦巻きの厚さが、ほぼ同じな実施例においては、渦巻き間の距離は、合せ渦巻きと合せ軸受要素間の隙間を収容するために、渦巻きの厚さよりも僅かに大きくなければならない。
【００１５】
内部または外部負荷支持要素の渦巻きの数は、特定の適用の必要によって幅広い範囲で変化しうる。いくつかの範囲は、１から１０６の渦巻きを含む。他の適切な範囲は、１から１０の指と、１０から１０２の渦巻きと、１０２から１０３の渦巻きと、１０３から１０４の渦巻きと、１０４から１０５の渦巻きと、１０５から１０６の渦巻きを含む。
【００１６】
いくつかの実施例において、内外軸受要素の渦巻きは、制限されるわけではないが、正方形面や円形面のような平面形状を含むことができる。更に、軸受要素は、正方形、三角形、台形や円形の断面、或いは、その他の適切な断面形状を有することができる。いくつかの実施例によれば、１組の正方形平面指を含む外部軸受部材は、レールを含む内部軸受部材と結合するようにされうる。そのような実施例によれば、レール及び／または外部軸受部材は、相互に直線的に動くことができる。円形平面構造を含む実施例においては、内外軸受要素は、軸のようなスラスト部材を受容するための中央貫通穴のような１つ以上の貫通穴を含むことができ、組立体は、スラスト軸受を含む。
【００１７】
他の実施例においては、内部及び／または外部軸受要素の指は、同心的に配置される環状部材を含むことができる。例えば、いくつかの実施例においては、内部軸受要素は、円筒状の中央軸受要素を受容するようになった長手方向貫通穴を有する円筒形または半円筒形部材を含むことができる。貫通穴の壁は、内部軸受要素の第１環状指の面を画定できる（例えば、図１の要素１０２（ａ）参照）。内部軸受要素の第２環状指は、第１環状指と同軸関係にしうる。第１と第２の環状指は、所定間隔で隔置されえ、また、その間隔は、外部軸受要素の結合指を相互に噛み合う関係で受容するようにされうる。当業者は、実施例が、適用に応じて所望数の環状指を含むことができるということを認識するであろう。
【００１８】
更に別の実施例は、一群の指を含むことができ、この指は、所定の形態で空間的に分離されている。例えば、いくつかの実施例では、複数の軸受、連結及び／または減衰要素は、並列または直列に設けられうる。更に、いくつかの実施例では、１つ以上の軸受、連結及び／または減衰要素は、所定の形態で互いに取り付けられうる。
【００１９】
いくつかの実施例によれば、内部及び／または外部軸受要素は、１つ以上の構造化された面を有する指を含むことができる。構造化された面は、例えば、流体力学軸受に、合せ軸受要素を分離する隙間領域に液体または気体を強制するために適合されうる。例えば、いくつかの構成は、箔、フィン、ロータ、インペラ、溝、縦溝等を含むことができる。
【００２０】
内外軸受要素は、広範な材料を含むことができ、内外要素は、同じ材料でなる必要はない。外部及び／または内部軸受要素間の隙間を維持する電気または磁気手段を含む実施例（すなわち、電気・磁気実施例）は、導電性材料からなることができる。内部及び／または外部軸受要素を製造するためのいくつかの材料は、制限されるわけではないが、銅、真ちゅう、青銅、アルミニウム、金、鉄またはこれらの組み合わせを含むことができる。いくつかの電気・磁気実施例においては、内部及び／または外部軸受要素は、制限されるわけではないが、シリコン、ガリウムヒ素、窒化ガリウムまたはその組み合わせのような半導体材料を含むことができる。更に、いくつかの電気・磁気実施例においては、内部及び・外部軸受要素は、１つ以上の導電性及び／または半導体層で被覆された非導電性材料を含むことができる。
【００２１】
いくつかの実施例は、内部及び外部軸受要素間の隙間を維持するための非電気・磁気流体手段を含む（すなわち、非導電性実施例）、そして、内部及び／または外部軸受要素は、非導電性材料からなる。例えば、そのような実施例は、有機ポリマ、石、グラファイト、セラミクス、シリケート、ホウ酸塩やその組み合わせからなる軸受要素を含むことができる。
【００２２】
外部軸受要素は、特有の適用に依存する、幅広い構成上の形態を有することができる。いくつかの実施例は、液体及び／または気体を収容するようにされた、ほぼ非多孔性材料を含むことができる。更に、いくつかの実施例においては、外部軸受要素は、多孔性材料を含むことができる。したがって、いくつかの実施例では、外部軸受要素は、プレス成形され及び／または焼結された金属からなる。多孔性材料は、内外軸受要素間に設けられた流体が、例えばポンプ汲み上げのような上昇する圧力で保持されねばならないような流体静力学軸受において有用である。したがって、適切な多孔性材料は、気体及び／または液体を通過するようにされうる。当業者は、幅広い多孔率が、通過されるべき流体の粘性や、適用される圧力量や、その他の公知の要素に依存して適切でありうるということを認識するであろう。更に、当業者は、過度の実験なしに適切な多孔率を選択することができるであろう。
【００２３】
内部及び外部軸受要素の合せ面間の隙間は、約１０−２メートルから約１０−１２メートルの範囲の間隔からなる。この範囲は、約１０−２メートルから約１０−３メートル、約１０−３メートルから約１０−４メートル、約１０−４メートルから約１０−５メートル、約１０−５メートルから約１０−６メートル、約１０−６メートルから約１０−７メートル、約１０−７メートルから約１０−８メートル、約１０−８メートルから約１０−９メートル、約１０−９メートルから約１０−１０メートル、約１０−１０メートルから約１０−１１メートル、約１０−１１メートルから約１０−１２メートルを含むことができる。
【００２４】
内外軸受要素の合せ面間の隙間を満たす流体は、様々な流体からなることができる。いくつかの適切な流体は、石油、石油以外の液体、気体、電子流動学的流体及び／または磁気流動学的流体からなる。更に、流体は、何らの特定の適用の必要に応じて加圧されたり、加圧されなかったりできる。いくつかの実施例によれば、石油は、制限されるわけではないが、鉱油やシリコン油を含む、機械要素を潤滑するための公知の油であってもよい。更に、いくつかの実施例によれば、ガス状流体は、流体静力学及び／または流体動力学軸受に使用される公知の気体からなってもよい。
【００２５】
いくつかの実施例は、様々に制御可能な動力及び磁界強さと方位を有する１つ以上の電磁要素を含むことができる。そのような実施例は、内外軸受要素の合せ面を分離する隙間に設けられた磁気流動学的流体の流動学的特性を調整可能である。更に、磁気流動学的流体の流動学的特性を調整することは、実施例の全体の減衰、粘性及び／または粘弾性挙動を変更可能である。したがって、そのような実施例は、可変強度非接触磁気流動学的減衰装置からなることができる。
【００２６】
同様にして、いくつかの実施例は、動力と、電界電荷、強度及び方位が様々に制御可能な１つ以上の電極要素を含むことができる。そのような実施例は、軸受要素の合せ面を分離する隙間に設けられた電子流動学的流体の流動学的特性を調節することができる。更に、電子流動学的流体の流動学的特性を調整することは、実施例の全体の減衰、粘性及び／または粘弾性挙動を変更可能である。したがって、そのような実施例は、可変強度非接触電子流動学的減衰装置からなることができる。更に、いくつかの実施例は、内部及び／または外部軸受要素と関連する電界及び／または磁界を調整する制御装置を含む。当業者は、幅広い制御手段が公知であり、適切な手段が過度の実験なしに選択可能なことを理解するであろう。
【００２７】
いくつかの実施例は、複数の小型の非接触軸受及び／または機械的結合装置を含むことができる。そのような組み合わせ実施例は、直列にも並列にも配置可能であり、いくつかの部分は直列に、他の部分は並列に配置することもできる。組み合わせ実施例の各要素は、１つ以上の結合機能や負荷支持機能を実行し、分離して或いは集合的に制御可能である。いくつかの組み合わせ実施例においては、組み合わせの要素は、ネットワーク制御構造に配置可能である。
【００２８】
いくつかの実施例は、軸受要素の合せ面が接触することを防止する１つ以上の安全特徴を含むことができる。そのような安全特徴は、制限されるわけではないが、適用される負荷における大きな及び／または突然の刺激、流体加圧の故障や電界または磁界の故障のような誘発事象によって作動される。いくつかの実施例では、安全特徴は、制限されるわけではないが、１つ以上の閉じ込められたボール、ピン、ローラ、転がり軸受要素組立体、ブッシュ、バネ、ストラット、反発して対向する永久磁石等を含むことができる。
【００２９】
実施例は、軸受、ダンパ、緩衝器、クラッチやブレーキ装置を必要とする幅広い装置に取り込まれえ、特定の適用のために形状、形態、大きさを変更可能である。いくつかの実施例は、研究、生物医学的、科学的、分析的、コンピュータハードウェア、電子、計測学及びＭＥＭＳ関連の装置に本質的に要求される、高精度、低ノイズ、底摩擦軸受に特に良く適合される。実施例は、単位容積あたりの本質的に高い負荷支持能力を有するので、実施例は、従来の装置に較べて、低い圧力、電界及び／または磁界強さで作動することができる。
【００３０】
優れた耐荷力のために、いくつかの実施例は、従来の装置の作動負荷範囲外での適用に用いられうる。いくつかの実施例は、従来の装置と比較して、摩擦と関連したエネルギ損失の減少により、全体のエネルギ効率を改善する。同様に、従来の装置と比較して、いくつかの実施例は、作動温度、始動負荷、過渡出力スパイクを減じることができ、作動速度と動的速度を増すことができ、また、作動の低速及び高速の両方で製品の全体の寿命と性能を向上することができる。それ故、いくつかの実施例は、歴史的に見て接触式機械負荷軸受装置にのみ適用されてきたようなものに用いることができるのである。例えば、軸受抵抗やそれに関わる問題点が全体の製品性能とエネルギ効率を制限することのある、工業設備や機械、車両や運送装置、消費者や家庭製品の製造である。更に、いくつかの実施例は、制限されるわけではないが、電子媒体、データ保存ハードウェア、生物医学的機器、ターボ機械、ジェットエンジン、タービン発電機、高精度機械加工、研磨のような適用における、従来の非接触装置の利点を提供することができる。
【００３１】
本発明の実施例を図示する目的のみに使われ、本発明を制限するものではない、図面を参照する。図１は、内部軸受要素１０２によって受容される円筒形中央軸受要素１０１からなる実施例１００の一部を示す。いくつかの実施例では、中央軸受要素１０１と内部軸受要素１０２は、機械的に相互ロックされて、単一のものとして移動する。他の実施例においては、中央軸受要素１０１と内部軸受要素１０２は、独立して動き、その間に非常に小さな摩擦を生ずる。図１によれば、内部軸受要素１０２は、指１０２（ａ）と１０２（ｂ）を有する。更に指１０２（ａ）と１０２（ｂ）は、中央配置の結合部１０２（ｃ）によって連結される。指１０２（ａ）と１０２（ｂ）は、隔置され、外部軸受要素の合せ部分を受容するようにされたキャビティ１０４を画定する。
【００３２】
図２Ａは、１対の外部軸受要素１０６、１０８を備えた、図１の部分実施例を有する組立体２００を示している。第１外部軸受要素１０６は、更に、結合部１０６（ｃ）によって連結された指１０６（ａ）と１０６（ｂ）を有している。更に、指１０６（ａ）と１０６（ｂ）は、隔置されており、互いに噛み合う合せ関係で内部軸受要素１０２の指を受容するようにされたキャビティを画定している。同様に、第２外部軸受要素１０８は、更に、結合部１０８（ｃ）によって連結された指１０８（ａ）と１０８（ｂ）を有している。更に、指１０８（ａ）と１０８（ｂ）は、隔置されており、互いに噛み合う合せ関係で内部軸受要素１０２の指を受容するようにされたキャビティを画定している。図２Ｂは、中央に配置された結合部１０２（ｃ）によって連結された３つの指１０２（ａ）、１０２（ｂ）、１０２（ｄ）を有する内部軸受要素１０２からなる同様の実施例を示している。図２Ｂの外部軸受要素１０６と１０８は、内部軸受要素１０２の余分の指を収容するように変更されている。追加の指が同様にして追加されうる。
【００３３】
図３は、図２Ａの線３−３に沿った、内外軸受要素の部分断面図を示している。この拡大図において、隙間１１０は、外部軸受要素１０６、１０８と内部軸受要素１０２の間に示されている。したがって、軸受要素によって画定される指の合せ面１１２と１１４は隔置されて隙間１１０を画定し、作動中接触しない。この隙間１１０は、圧力流体或いは非圧力流体を満たすことで維持することができ、及び／または、内部軸受要素１０２と外部軸受要素１０６、１０８に対向する電界或いは磁界を適用することによって維持することができる。図４は、内外軸受要素の指が相互に噛み合う合せ関係で同心状に配置される環状指を形成することを示す、図２Ａの半径方向断面図である。
【００３４】
図５は、所定の形態で配置された結合部分によって連結された指を有する３つの実施例の内部軸受要素を示している。図５Ａにおいて、結合部分５０１（ａ）、５０１（ｂ）、５０１（ｃ）、５０１（ｄ）、５０１（ｅ）は、相互に長手方向にオフセットしている。より詳細には、中心から半径方向外側に動くと、結合部分は、一定の割合で図５Ａの左へ動き、中央軸受に対して９０度未満の角度θを有する線αを画定する。一方、図５Ｂは、整合されて、中央軸受に対して９０度の角度φを有する直線形態βを形成する結合部分５１１を示している。最後に、図５Ｃにおいて、結合部分５２１（ａ）、５２１（ｂ）、５２１（ｃ）、５２１（ｄ）、５２１（ｅ）は、中央軸受に対して互いに角度を持って配置された１対の線分からなる角度跡γを画定するように配置される。更に、図５Ｃは、内部軸受要素の側面５２３が直角をなす必要はなく、中央軸受に対して傾斜角であっても良いことを示している。
【００３５】
図６Ａは、非対称ラジアル軸受実施例の長手方向断面図である。そのような実施例は、中央軸受要素７０１を受容する中央長手方向貫通孔を有する内部軸受要素７０２からなることができる。内部軸受要素７０２は、最内側第１環状内部軸受指７０２（ａ）と第２環状軸受指７０２（ｂ）とからなる。これら２つの環状内部軸受指７０２（ａ）と７０２（ｂ）は、結合部分７０２（ｃ）によって画定される所定の間隔で隔置されている。第１と第２の環状内部軸受指の間の空間は、外部軸受要素７０６の第１環状外部軸受指７０６（ａ）を受容する。内外軸受要素は、このようにして、相互に噛み合う関係にされ、隙間７０９によって隔置されている。したがって、内外軸受要素は、相互に接触しない。第２環状外部軸受指７０６（ｂ）は、軸受の外面を画定する。裏当て部材７０８は、外部軸受部材７０６の第２指７０６（ｂ）と噛み合い、内部軸受部材１０２を収容する。図６Ｂは、より多くの指を有する同様の非対称半径方向軸受実施例を示しており、これは、対応するより大きな半径方向負荷を支持するようになっている。詳しくは、図６Ｂに示す実施例は、６つの同軸環状指を有する内部軸受要素７０２を含んでいる。
【００３６】
図７Ａは、各端に１対の非対称小型非接触負荷軸受装置９１０（ａ）、９１０（ｂ）を有する軸９０１からなる実施例の図である。この実施例によれば、軸９０１は、負荷軸受装置９１０（ａ）と９１０（ｂ）によって縦方向に支持されつつ、回転可能である。更に、いくつかの実施例によれば、軸９０１の回転動作は、負荷軸受装置９１０（ａ）と９１０（ｂ）の作用によって、引き起こされ、制御され、停止される。図７Ｂは、軸９０１と、各端に１対の負荷軸受装置９２０（ａ）、９２０（ｂ）を有する同様の実施例の図である。この実施例は、負荷軸受装置９２０（ａ）と９２０（ｂ）に関連する電源９３０を示している。
【００３７】
図８Ａは、スラスト軸受実施例１０００の部分長手方向断面図である。この実施例は、中央軸受１００１を収容するようにされた中央貫通穴を有する内部軸受要素１００２によって受容された円筒状中央軸受要素１００１からなる。内部軸受要素１００２は、噛み合う外部軸受要素１００６と１００８の指１００６（ａ）と１００８（ａ）を受容するようになった、隔置された２つの環状指からなる。内外軸受要素は、隙間１０１０によって分離されており、それ故、互いに接触しない。この実施例によれば、軸受は、長手軸の周りに回転可能でありながら、長手方向軸１０２０に沿ってスラスト負荷を支持するようにされている。図８Ｂは、より多くの指を有する同様の実施例を示しており、これは、対応するより大きなスラスト負荷を支持するようにされている。具体的には、図８Ｂによれば、実施例は、７つの内部軸受指１００２（ａ）を有している。
【００３８】
図９は、直線運動実施例１１００の斜視図である。この実施例は、レール部材１１０１と送り部材１１０５からなる。レール部材は、レール部材１１０１の２つの対向側に沿って長手方向に延びる１群の凹状指１１０３を画定する。送り部材１１０５は、相互に噛み合う関係でレール部材の指１１０３に噛み合うようになっている１群の指１１０５（ａ）を画定する。したがって、送り部材１１０５は、レール部材１１０１上で長手方向に摺動するようになっている。これまでの実施例と同様にして、本実施例１１００は、レール部材１１０１と送り部材１１０５の間に隙間を含んでいる。より詳しくは、隙間は、レール及び送り部材１１０１と１１０５の指１１０３と１１０５（ａ）の間に配置される。
【００３９】
図１０Ａと図１０Ｂは、代替的な直線運動実施例を示している。図１０Ａによれば、直線運動実施例は、１対のレール部材１２２０（ａ）と１２２０（ｂ）内に中央に配置されている。図１０Ｂは、中央に配置されたレール部材１２２２を取り囲む外側送り１２１１からなる直線運動実施例を示している。
【００４０】
図１１は、３つの代替的直線運動実施例を示している。図１１Ａは、４つの分離したレール部材１３２０（ａ）、１３２０（ｂ）、１３２０（ｃ）、１３２０（ｄ）を受容する４組の指を有する送り部材１３１０を含んでいる。送り部材１３１０は、例えば、正方向断面を有する軸を受容するようにされた中央貫通孔１３３０を画定する。この実施例のいくつかの変更においては、送りは、正方形の軸を回転することによって回転される。図１１Ｂは、３つのレール部材１３２２（ａ）、１３２２（ｂ）、１３２２（ｃ）を受容する等間隔に隔置された３組の指を画定する中央送り部材１３１２を有する実施例を示している。最後に、図１１Ｃは、円周の周りに等間隔にされた複数の半径方向指を画定する円形中央送り部材１３１４からなる実施例を示している。図１１Ｃの実施例は、例えば、円形断面の軸を受容することができる、中央貫通孔１３３４を画定する。したがって、いくつかの実施例は、直線的にも回転方向にも動く。
【００４１】
図１２は、送りねじ１４００からなる実施例の断面図を示している。この実施例によれば、外部ナット要素は、送りねじ１４２０を受容するらせん空間を画定する雌ねじを含んでいる。送りねじ１４２０のねじ１４２２は、雄ねじと雌ねじの間に隙間を維持しながら、雌ねじの部分に噛み合う。隙間は、例えば、送りねじ１４２０を通ってナット１４１０に、また、ナット１４１０を通って送りねじ１４２０に電界及び／または磁界を加えることによって、送りねじ１４２０とねじ１４２２の間に維持される。これにより、ナット１４１０または送りねじ１４２０の回転動作が駆動される。いくつかの実施例においては、制御装置が、送りねじ１４２０またはナット１４１０と電子制御関係にされ、送りねじ１４２０の動きを駆動する電界や磁界を発生するようにされている。
【００４２】
様々な実施例を記載してきた。上記方法及び装置は、本発明の精神の範囲内の種々の変更及び修正を含むことができることは当業者に明らかである。そのような変更及び修正は、添付の請求の範囲内で或いは同等の範囲内で実施できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結部によって直列に連結される複数の渦巻きを有する内部負荷軸受部材であって、該連結部が隣接渦巻き間に隙間を画定し、該隙間が所定の厚みと形状を有するような、内部負荷軸受部材と、
連結部によって直列に連結される複数の渦巻きを有する少なくとも１つの外部負荷軸受部材であって、該連結部が隣接渦巻き間に隙間を画定し、各渦巻きが前記内部軸受部材の相補空間によって受容されるようになっており、内部軸受部材と外部軸受部材の間に隙間を残しつつ、内部負荷軸受部材と噛み合うようになった、外部負荷軸受部材と、
前記隙間を前記内部及び外部負荷軸受部材間に維持するための手段とを備える、小型非接触負荷軸受装置。
【請求項２】
前記内部及び外部負荷軸受部材が、相互に噛み合う関係で係合される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記内部及び外部負荷軸受部材間の隙間が、約１０−２メートルから約１０−１２メートルの間隔である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記内部及び／または外部負荷軸受部材が、約２から約１０６の渦巻きからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記内部及び／または外部負荷軸受要素が、約１０−２メートルから約１０−１２メートルの厚さを有する渦巻きからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
隙間を維持する手段が静力学流体、流体力学流体、電子流動学的流体、磁気流動学的流体、電気流体、磁気流体の１つ以上からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記内部及び外部負荷軸受部材が、相互に噛み合う関係で噛み合い可能な複数の環状指からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記内部及び外部負荷軸受部材が、相互に噛み合う関係で噛み合い可能な複数の平面指の１つ以上からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記内部負荷軸受要素が送りねじからなり、前記外部負荷軸受要素が送りねじを受容する雌ねじからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記内部負荷軸受要素と外部負荷軸受要素が、有機ポリマ、セラミクス、グラファイト、シリケート、ホウ酸塩、銅、真ちゅう、青銅、アルミニウム、金、鉄の何れか１つ以上或いは、その組み合わせからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
内部及び／または外部負荷軸受要素が多孔性材料からなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記装置が、ラジアル軸受、スラスト軸受、静圧軸受、流体力学軸受、無摩擦軸受、減衰装置、機械的連結装置、クラッチ、送りねじ、直線運動装置の１つ以上からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置が、静力学流体、流体力学流体、電子流動学的流体、磁気流動学的流体、電気流体、磁気流体の１つ以上を用いて、前記隙間を前記内部及び外部軸受部材間に維持するようにされた、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
流体が、内外軸受部材面間の隙間をほぼ満たし、該流体が電子流動学的流体と磁気流動学的流体の１つ以上から選択される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記内部軸受部材及び／または前記外部軸受部材と電子制御連絡し、所定のプログラムに従って電界及び／または磁界の強さと方位を制御するようになった制御装置をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記結合部分が、渦巻きが所定の形態に従って延びる軸受部材の部分からなり、該結合部分が、指に連続している、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記結合部分が、直線的に、斜めに或いは所定の形態に従って整合する複数の結合部分からなる、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置が、各内部及び外部軸受部材の渦巻き上に負荷を分配するようになっている、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
内外軸受要素が相互に直線的に動かし、所定の軸の周りに一体的に回転するようになっている、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記装置が、並列または直列に配置され、または、一部並列、一部直列に配置されている、請求項１に記載の装置の組み合わせ。
【請求項１】
連結部によって直列に連結される複数の渦巻きを有する内部負荷軸受部材であって、該連結部が隣接渦巻き間に隙間を画定し、該隙間が所定の厚みと形状を有するような、内部負荷軸受部材と、
連結部によって直列に連結される複数の渦巻きを有する少なくとも１つの外部負荷軸受部材であって、該連結部が隣接渦巻き間に隙間を画定し、各渦巻きが前記内部軸受部材の相補空間によって受容されるようになっており、内部軸受部材と外部軸受部材の間に隙間を残しつつ、内部負荷軸受部材と噛み合うようになった、外部負荷軸受部材と、
前記隙間を前記内部及び外部負荷軸受部材間に維持するための手段とを備える、小型非接触負荷軸受装置。
【請求項２】
前記内部及び外部負荷軸受部材が、相互に噛み合う関係で係合される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記内部及び外部負荷軸受部材間の隙間が、約１０−２メートルから約１０−１２メートルの間隔である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記内部及び／または外部負荷軸受部材が、約２から約１０６の渦巻きからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記内部及び／または外部負荷軸受要素が、約１０−２メートルから約１０−１２メートルの厚さを有する渦巻きからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
隙間を維持する手段が静力学流体、流体力学流体、電子流動学的流体、磁気流動学的流体、電気流体、磁気流体の１つ以上からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記内部及び外部負荷軸受部材が、相互に噛み合う関係で噛み合い可能な複数の環状指からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記内部及び外部負荷軸受部材が、相互に噛み合う関係で噛み合い可能な複数の平面指の１つ以上からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記内部負荷軸受要素が送りねじからなり、前記外部負荷軸受要素が送りねじを受容する雌ねじからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記内部負荷軸受要素と外部負荷軸受要素が、有機ポリマ、セラミクス、グラファイト、シリケート、ホウ酸塩、銅、真ちゅう、青銅、アルミニウム、金、鉄の何れか１つ以上或いは、その組み合わせからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
内部及び／または外部負荷軸受要素が多孔性材料からなる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記装置が、ラジアル軸受、スラスト軸受、静圧軸受、流体力学軸受、無摩擦軸受、減衰装置、機械的連結装置、クラッチ、送りねじ、直線運動装置の１つ以上からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置が、静力学流体、流体力学流体、電子流動学的流体、磁気流動学的流体、電気流体、磁気流体の１つ以上を用いて、前記隙間を前記内部及び外部軸受部材間に維持するようにされた、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
流体が、内外軸受部材面間の隙間をほぼ満たし、該流体が電子流動学的流体と磁気流動学的流体の１つ以上から選択される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記内部軸受部材及び／または前記外部軸受部材と電子制御連絡し、所定のプログラムに従って電界及び／または磁界の強さと方位を制御するようになった制御装置をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記結合部分が、渦巻きが所定の形態に従って延びる軸受部材の部分からなり、該結合部分が、指に連続している、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記結合部分が、直線的に、斜めに或いは所定の形態に従って整合する複数の結合部分からなる、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置が、各内部及び外部軸受部材の渦巻き上に負荷を分配するようになっている、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
内外軸受要素が相互に直線的に動かし、所定の軸の周りに一体的に回転するようになっている、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記装置が、並列または直列に配置され、または、一部並列、一部直列に配置されている、請求項１に記載の装置の組み合わせ。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２】
【公表番号】特表２０１１−５０１０５５（Ｐ２０１１−５０１０５５Ａ）
【公表日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２９０４８（Ｐ２０１０−５２９０４８）
【出願日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７９３８１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０４９０７０
【国際公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【出願人】（５０９０５７９９２）スマーティン テクノロジーズ、エルエルシー (2)
【出願人】（３０９０２７４５８）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７９３８１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０４９０７０
【国際公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【出願人】（５０９０５７９９２）スマーティン テクノロジーズ、エルエルシー (2)
【出願人】（３０９０２７４５８）
【Ｆターム（参考）】
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