JP2527571B2 - Ceramic bearing structure - Google Patents
Ceramic bearing structureInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
- F16C27/06—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement by means of parts of rubber or like materials
- F16C27/063—Sliding contact bearings
Description
本発明は、軸側および軸受側の摺動部材をセラミック
スで形成した軸受構造の改良に関する。The present invention relates to an improvement in a bearing structure in which sliding members on a shaft side and a bearing side are made of ceramics.
従来の軸受構造は、回転軸とその軸受の摺動面が金属
からなり、その摺動面の摩擦の低減，焼付き防止等のた
めに、摺動界面に対する潤滑油供給装置が付帯してい
る。また、農業機械や土木機械等に用いられる軸受構造
では、摺動界面への土砂等の侵入防止および潤滑油の漏
出防止等のためのシール装置が取付けられる。このた
め、その軸受構造は、複雑・大型化，重量化を免れな
い。その解決策として、摺動面に高耐摩耗性材料である
セラミックスを適用することにより、摺動摩耗抵抗性を
改善し軸受機能の安定化を高めるようにした軸受構造の
提案もさなれている。In the conventional bearing structure, the sliding surface of the rotary shaft and its bearing is made of metal, and a lubricating oil supply device is attached to the sliding interface to reduce friction of the sliding surface and prevent seizure. . Further, in a bearing structure used in an agricultural machine, a civil engineering machine, or the like, a seal device is attached to prevent intrusion of earth and sand or the like into a sliding interface and leakage of lubricating oil. Therefore, the bearing structure is inevitably complicated, large, and heavy. As a solution to this problem, by applying ceramics, which is a highly wear-resistant material, to the sliding surface, a bearing structure that improves sliding wear resistance and stabilizes the bearing function has not been proposed. .
セラミックスを軸受摺動面材料として適用するための
簡易かつ安価な方法は、溶射により回転軸および軸受部
材の表面にセラミックス層を形成することである。しか
るに、セラミックスを適用する場合に最も問題となるの
は、このものが脆性材料であるため、衝撃・振動等によ
る損傷を生じ易いことであり、殊に溶射により形成され
るセラミックス層は部材表面との密着強度が低いことも
あいまって衝撃による亀裂・剥落を生じやすく摺動面保
護層としての安定性に乏しい。その対策として、セラミ
ックス成形品を摺動部材とし、これをゴム等の弾性材を
介して回転軸や軸受部材に取付け、弾性材の緩衝作用に
より、セラミックス摺動部材を衝撃・振動から保護する
ようにした軸受構造の工夫もなされている（実開昭62−
143814号公報）。しかし、ゴム等の弾性材を緩衝層とし
て構成された軸受構造では、緩衝層の耐熱性に問題があ
り、使用環境からの熱影響等による緩衝層の材質劣化に
伴って緩衝層としての機能の低下をきたし、結果として
セラミックスを摺動部材とする軸受構造の安定性が損な
われる。 本発明は、セラミックスを摺動材料とする軸受構造に
関する上記問題を解決することを目的としてなされたも
のである。A simple and inexpensive method for applying ceramics as a bearing sliding surface material is to form a ceramic layer on the surfaces of the rotating shaft and the bearing member by thermal spraying. However, the most problematic issue when applying ceramics is that since they are brittle materials, they are prone to damage due to shock, vibration, etc. Especially, the ceramic layer formed by thermal spraying is Because of the low adhesion strength, the cracks and flakes easily occur due to impact, and the stability as a sliding surface protective layer is poor. As a countermeasure, a ceramic molded product is used as a sliding member, which is attached to a rotating shaft or bearing member via an elastic material such as rubber, and the cushioning action of the elastic material protects the ceramic sliding member from shock and vibration. The bearing structure has also been devised (Shokai 62-
143814 publication). However, in a bearing structure in which an elastic material such as rubber is used as a buffer layer, there is a problem in the heat resistance of the buffer layer, and as the material of the buffer layer deteriorates due to the heat effect from the use environment, etc. As a result, the stability of the bearing structure using ceramics as the sliding member is impaired. The present invention has been made for the purpose of solving the above problems associated with a bearing structure using ceramics as a sliding material.
本発明は、軸側摺動部材としてセラミックス筒体（7
0）が周面に取付けられた回転軸（20）と、軸受側摺動
部材としてセラミックス筒体（60）が金属筒体（40）の
内面に取付けられた軸受部材（30）とからなるセラミッ
クス軸受構造において、 軸側セラミックス筒体（70）は、回転軸（20）の周面
に形成された金属めっき層からなる緩衝層（80）を介し
て回転軸（20）に嵌着固定され、 軸受部材（30）の金属筒体（40）は、両端開口縁に沿
って内側面に円環形状の拡径段差部が設けられている共
に、該段差部を含む内面全体を被覆する金属めっき層
（51）とその段差部に嵌め込まれた金属リング（52）
（52）とからなる緩衝層（50）が設けられ、該緩衝層
（50）は、金属リング（52）（52）および段差部以外の
金属めっき層（51）の全体に亘つて平坦な内周面を有
し、該緩衝層（50）を介して軸受側セラミックス筒体
（60）が嵌着固定されている、 ことを特徴としている。The present invention uses a ceramic cylinder (7
Ceramics composed of a rotary shaft (20) mounted on the peripheral surface (0) and a bearing member (30) mounted on the inner surface of a metal cylindrical body (40) with a ceramic cylindrical body (60) as a bearing side sliding member. In the bearing structure, the shaft-side ceramic cylinder body (70) is fitted and fixed to the rotary shaft (20) via a buffer layer (80) made of a metal plating layer formed on the peripheral surface of the rotary shaft (20), The metal cylindrical body (40) of the bearing member (30) has an annular diameter-increasing step portion provided on the inner side surface along the opening edges at both ends, and metal plating for covering the entire inner surface including the step portion. The layer (51) and the metal ring (52) fitted in the step
A buffer layer (50) composed of (52) and (52) is provided, and the buffer layer (50) has a flat inner surface over the metal rings (52) and (52) and the metal plating layer (51) except the step portion. The bearing-side ceramic cylinder (60) has a peripheral surface, and the bearing-side ceramic cylinder (60) is fitted and fixed through the buffer layer (50).
軸側摺動部材として回転軸（20）を被包するセラミッ
クス筒体（70）は、金属めっき層からなる緩衝層（80）
による衝撃緩和の効果として、亀裂・欠け等の損傷を抑
制防止され、軸受側のセラミックス筒体（60）は、金属
めっき層（51）と金属リング（52）からなる緩衝層（5
0）の衝撃緩和の効果としてその損傷が抑制防止され
る。 軸側および軸受側の各衝撃層（50）および緩衝層（8
0）は金属質であるので、ゴム等の弾性材を緩衝層とす
る構造と異なって、回転軸（20）に対するセラミックス
円筒体（70）の装着、および軸受部材の金属筒体（40）
に対するセラミックス円筒体（60）の装着のそれぞれ
に、焼嵌め等を適用して部材同士が密着した積層構造を
形成することができ、また各緩衝層（50）および緩衝層
（80）が金属質であることにより、ゴム等の緩衝層に比
し、耐熱性にすぐれ、使用環境の熱影響による変質劣化
を生じ難く、高温使用条件下においても緩衝層としての
機能を損なわれず、軸側および軸受側のセラミックス筒
体（60）および（70）を安定に保持することを可能とす
る。 軸側の緩衝層（80）を形成する金属めっき層の材種
は、例えばニッケル，銅等が好ましく使用される。これ
らは比較的軟質であるので緩衝材として好適であり、ま
ためっき操作も容易な材種であり、使用環境の熱影響に
よる軟化等を生じ難い熱的安定性を有している。軸受側
の緩衝層（50）の金属めっき層（51）も上記緩衝層（8
0）と同様の材種が適用される。金属リング（52）は、
金属めっき層（51）と同材種を適用すればよい。 なお、軸側のセラミックス筒体（70）および軸受側の
セラミックス筒体（60）の材種は任意であるが、よく知
られているように同一材種・同一硬度の組合せは摺動面
の損傷を加速し易いので避けるのがよい。The ceramic cylindrical body (70) that encloses the rotating shaft (20) as a shaft side sliding member is a buffer layer (80) made of a metal plating layer.
As the effect of mitigating the impact due to the impact, damage such as cracks and chips is prevented and prevented, and the ceramic cylinder body (60) on the bearing side has a buffer layer (5) composed of a metal plating layer (51) and a metal ring (52).
As a result of the impact mitigation of 0), the damage is suppressed and prevented. Shaft side and bearing side shock layers (50) and buffer layers (8
Since 0) is metallic, unlike the structure in which an elastic material such as rubber is used as a buffer layer, the ceramic cylinder body (70) is attached to the rotating shaft (20) and the metal cylinder body (40) of the bearing member.
It is possible to form a laminated structure in which members are in close contact with each other by applying shrink fitting or the like to each of the mounting of the ceramic cylindrical body (60) to the metal, and the buffer layers (50) and the buffer layers (80) are made of metal. Therefore, it has better heat resistance than a buffer layer such as rubber, is less likely to deteriorate due to the thermal influence of the operating environment, does not impair the function as a buffer layer even under high temperature use conditions, and can be used on the shaft side and bearings. It is possible to stably hold the ceramic cylinders (60) and (70) on the side. As the material of the metal plating layer forming the buffer layer (80) on the shaft side, nickel, copper, etc. are preferably used. Since these are relatively soft, they are suitable as a cushioning material, and they are materials that can be easily plated, and have thermal stability such that they do not tend to soften due to the thermal influence of the operating environment. The metal plating layer (51) of the bearing side buffer layer (50) is also the above buffer layer (8).
The same grades as in 0) are applied. The metal ring (52) is
The same material type as the metal plating layer (51) may be applied. The material of the ceramic cylinder body (70) on the shaft side and the ceramic cylinder body (60) on the bearing side are arbitrary, but as is well known, combinations of the same material type and the same hardness are It is easy to accelerate the damage and should be avoided.
次に本発明について実施例を示す図面を参照して説明
する。 回転軸（20）はラジアル軸受（10）に支承され、該ラ
ジアル軸受（10）は、軸受本体（11）の内側に軸受部材
（30）を固定されて形成されている。軸受部材（30）
は、外側から金属筒体（40），緩衝層（50）および摺動
部材であるセラミックス筒体（60）がこの順に積層一体
化された構成を有している。 金属筒体（40）は、その両端開口縁に沿って内面側に
設けられた円環形状の拡径段差部を有し、該段差部を含
む内面全体に亘つて、ニッケルまたは銅等からなる金属
めっき層（51）が形成され、かつ両端の段差部のそれぞ
れに金属リング（52）（52）が圧入等により嵌着されて
いる。 金属筒体（40）の内側面を被覆する金属めっき層（5
1）の層厚は、緩衝効果の点から、0.1〜0.3mm程度の比
較的厚肉であるのが好ましい。金属リング（52）（52）
は、セラミックス筒体（60）の両端開口付近に生じ易い
亀裂・欠損の抑制防止に奏効する。金属リング（52）の
肉厚は例えば1mm〜数mm程度であってよい。 金属筒体（40）の段差部に嵌着された金属リング（5
2）の内周面と段差部以外の金属めっき層（51）の内周
面とは、凹凸のない平坦な周面をなしている。その金属
めっき層（51）と金属リング（52）（52）からなる緩衝
層（50）の内側に、セラミックス筒体（60）が焼嵌め等
により嵌着固定されている。 一方、回転軸（20）には、軸側摺動部材としてセラミ
ックス筒体（70）が、回転軸（20）表面に形成された緩
衝層（80）を介して外嵌固定されている。この緩衝層
（80）は、前記軸受部材（30）における緩衝層（50）の
金属めっき層（51）と同じくニッケル，銅等からなる金
属めっき層であり、その層厚は前記と同様に約0.1〜0.3
mm程度であればよい。セラミックス筒体（70）は焼嵌め
等により回転軸（20）の外嵌固定されている。 このように軸受側の摺動部材であるセラミックス筒体
（60）は緩衝層（50）を介して金属筒体（40）内に固定
され、軸側の摺動部材であるセラミックス筒体（70）は
緩衝層（80）を介して回転軸（20）に固定されているの
で、軸側のセラミックス筒体（60）および軸受側のセラ
ミックス筒体（70）に大きな荷重や衝撃・振動が加わる
ような場合にも、各緩衝層（50）（80）による吸収緩和
の効果として、それらの亀裂・欠損等の損傷が抑制防止
され、軸受側のセラミックス筒体（60）の両端開口部付
近は応力集中による亀裂・欠け等の損傷を生じ易い部分
であるが、金属筒体（40）の段差部に金属リング（52）
が設けられていることにより、その部分の損傷に対する
抑制防止効果が高められる。Next, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating an embodiment. The rotary shaft (20) is supported by a radial bearing (10), and the radial bearing (10) is formed by fixing a bearing member (30) inside a bearing body (11). Bearing member (30)
Has a structure in which a metal cylinder (40), a buffer layer (50), and a ceramic cylinder (60) as a sliding member are laminated and integrated in this order from the outside. The metal cylindrical body (40) has an annular diameter-increasing step portion provided on the inner surface side along the opening edges of both ends, and is made of nickel, copper or the like over the entire inner surface including the step portion. A metal plating layer (51) is formed, and metal rings (52) (52) are press-fitted into the step portions at both ends. Metal plating layer (5 that covers the inner surface of the metal cylinder (40)
From the viewpoint of the cushioning effect, the layer thickness of 1) is preferably a relatively thick wall of about 0.1 to 0.3 mm. Metal rings (52) (52)
Is effective in preventing cracks and defects that tend to occur near the openings of both ends of the ceramic cylinder (60). The wall thickness of the metal ring (52) may be, for example, about 1 mm to several mm. The metal ring (5) fitted to the step of the metal cylinder (40).
The inner peripheral surface of 2) and the inner peripheral surface of the metal plating layer (51) other than the stepped portion form a flat peripheral surface having no unevenness. A ceramic cylinder body (60) is fitted and fixed by shrink fitting or the like inside the buffer layer (50) including the metal plating layer (51) and the metal rings (52) (52). On the other hand, a ceramic cylinder body (70) as a shaft side sliding member is externally fitted and fixed to the rotary shaft (20) via a buffer layer (80) formed on the surface of the rotary shaft (20). The buffer layer (80) is a metal plating layer made of nickel, copper, or the like, like the metal plating layer (51) of the buffer layer (50) in the bearing member (30), and the layer thickness is about the same as above. 0.1 to 0.3
It may be about mm. The ceramic cylindrical body (70) is externally fitted and fixed to the rotary shaft (20) by shrink fitting or the like. As described above, the ceramic cylinder body (60), which is the sliding member on the bearing side, is fixed in the metal cylinder body (40) via the buffer layer (50), and the ceramic cylinder body (70) that is the sliding member on the shaft side. ) Is fixed to the rotary shaft (20) through the buffer layer (80), so a large load, shock, or vibration is applied to the shaft-side ceramic cylinder body (60) and the bearing-side ceramic cylinder body (70). Even in such a case, damages such as cracks and defects are prevented from being suppressed as an effect of absorbing and relaxing by the buffer layers (50) and (80), and the vicinity of the openings at both ends of the ceramic cylinder body (60) on the bearing side is prevented. The metal ring (52) is located on the stepped portion of the metal cylinder (40), though it is a portion that is prone to damage such as cracks and chips due to stress concentration.
By providing, the effect of suppressing and preventing damage to that portion is enhanced.
本発明のセラミックス軸受構造は、セラミックス摺動
部材の緩衝層が金属材種で形成されているので、耐熱性
が良好で、ゴム等を緩衝層とする構造では適用困難な高
温使用環境においても緩衝層としての機能を損なわれ
ず、セラミックス軸受構造の軸受機能が安定に維持され
る。また、回転軸および軸受部材に対するセラミックス
摺動部材の装着に焼嵌め等を適用して部材間の積層界面
の安定な密着状態を有する簡潔な積層構造を形成するこ
とができる。本発明は、セラミックス軸受構造の実用価
値を高め、セラミックの適用による無潤滑構造化，シー
ル構造の省略等、軸受構造の簡素化，軽量・小型化等の
工業的実用化への展開を可能とするものである。In the ceramic bearing structure of the present invention, since the buffer layer of the ceramic sliding member is formed of a metal material type, it has good heat resistance, and buffers even in a high temperature use environment where it is difficult to apply a structure using rubber or the like as the buffer layer. The bearing function of the ceramic bearing structure is stably maintained without impairing the function as a layer. Further, by applying shrinkage fitting or the like to the mounting of the ceramic sliding member on the rotary shaft and the bearing member, it is possible to form a simple laminated structure having a stable close contact state of the laminated interface between the members. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention enhances the practical value of a ceramics bearing structure, and can be applied to industrial practical applications such as bearing structure simplification, weight reduction and downsizing, by adopting ceramics to provide a non-lubricated structure, omission of a seal structure, etc. To do.
第１図は、本発明の実施例を概略的に示す断面説明図で
ある。 10:ラジアル軸受 20:回転軸 30:軸受部材 40:金属筒体 50:緩衝層 51:金属めっき層 52:金属リング 60:軸受側摺動部材（セラミックス筒体） 70:軸側摺動部材（セラミックス筒体） 80:緩衝層（金属めっき層）FIG. 1 is a cross sectional view schematically showing an embodiment of the present invention. 10: Radial bearing 20: Rotating shaft 30: Bearing member 40: Metal cylinder 50: Buffer layer 51: Metal plating layer 52: Metal ring 60: Bearing side sliding member (ceramic cylinder) 70: Shaft side sliding member ( Ceramics body) 80: Buffer layer (metal plating layer)
Claims (1)
0）が周面に取付けられた回転軸（20）と、軸受側摺動
部材としてセラミックス筒体（60）が金属筒体（40）の
内面に取付けられた軸受部材（30）とからなるセラミッ
クス軸受構造において、 軸側セラミックス筒体（70）は、回転軸（20）の周面に
形成された金属めっき層からなる緩衝層（80）を介して
回転軸（20）に嵌着固定され、 軸受部材（30）の金属筒体（40）は、両端開口縁に沿っ
て内側面に円環形状の拡径段差部が設けられている共
に、該段差部を含む内面全体を被覆する金属めっき層
（51）とその段差部に嵌め込まれた金属リング（52）
（52）とからなる緩衝層（50）が設けられ、該緩衝層
（50）は、金属リング（52）（52）および段差部以外の
金属めっき層（51）の全体に亘って平坦な内周面を有
し、該緩衝層（50）を介して軸受側セラミックス筒体
（60）が嵌着固定されていることを特徴とするセラミッ
クス軸受構造。1. A ceramic cylinder (7) as a shaft-side sliding member.
Ceramics composed of a rotary shaft (20) mounted on the peripheral surface (0) and a bearing member (30) mounted on the inner surface of a metal cylindrical body (40) with a ceramic cylindrical body (60) as a bearing side sliding member. In the bearing structure, the shaft-side ceramic cylinder body (70) is fitted and fixed to the rotary shaft (20) via a buffer layer (80) made of a metal plating layer formed on the peripheral surface of the rotary shaft (20), The metal cylindrical body (40) of the bearing member (30) has an annular diameter-increasing step portion provided on the inner side surface along the opening edges at both ends, and metal plating for covering the entire inner surface including the step portion. The layer (51) and the metal ring (52) fitted in the step
A buffer layer (50) composed of (52) is provided, and the buffer layer (50) has a flat inner surface over the metal rings (52) and (52) and the metal plating layer (51) except the step portion. A ceramic bearing structure having a peripheral surface, wherein a bearing-side ceramic cylinder (60) is fitted and fixed via the buffer layer (50).
Priority Applications (1)
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| JP62251786A JP2527571B2 (en) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | Ceramic bearing structure |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP62251786A JP2527571B2 (en) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | Ceramic bearing structure |
Publications (2)
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| JPH0193615A JPH0193615A (en) | 1989-04-12 |
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ID=17227909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP62251786A Expired - Lifetime JP2527571B2 (en) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | Ceramic bearing structure |
Country Status (1)
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Families Citing this family (3)
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1987
- 1987-10-06 JP JP62251786A patent/JP2527571B2/en not_active Expired - Lifetime
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