JP2553673Y2 - セラミックス製球面すべり軸受 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、セラミックス製球面す
べり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の球面すべり軸受には各種の機械
の揺動部分の軸受によく使用されており、この構造の代
表的なものとして従来では、その内レースと外レースと
を共に例えばＭ５０などの金属素材で形成するととも
に、内レースと外レースとをはめ合わせるために、外レ
ースにはその内周一端側に内レースを入れるための溝を
形成したり、あるいは内レースまたは外レースのいずれ
かの一方を径方向に半割り状に二分割したような構造の
ものがある。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】このような金属製の球
面すべり軸受には、通常の使用で想定された焼き付き寿
命があるが、高温環境下において機械の揺動部分に使用
される場合では、すべり軸受のすべり面が上記想定の寿
命を大きく短縮させてしまう程の予想外の高温となって
くることがある。

【０００４】このような高温に対しては、そのすべり面
を冷却したり、あるいは潤滑したりしてその寿命を長く
保たせるための装置を用いることも考えられるが、これ
では上記対策には有効であるものの軸受としてのコスト
の増大を来し、結果的にはその装置を採用されなくなる
などの不都合にもつながってしまうおそれがある。

【０００５】そこで、本考案者らは、コストの増大を来
すことなく、かつすべり面での焼き付き寿命を延ばすこ
とができるように、レース素材を従来のような金属製で
はなくセラミックス製とすることを提案するとともに、
該セラミックス製球面すべり軸受を実用化するための研
究を鋭意重ねている。

【０００６】ところで、この研究の過程において、内レ
ースや外レースを取付相手（揺動軸や軸受ハウジング）
に対して固定する場合、金属製のものと同様に圧入嵌合
することによって行っていたが、それが原因で、下記す
るような不具合が発生することが判った。

【０００７】すなわち、仮に、揺動軸が金属製である場
合、それとセラミックス製の内レースとの線膨張係数の
差が大きいため、温度上昇に伴い揺動軸が熱膨張するこ
とにより、内レースとの嵌め合い隙間が小さくなり過ぎ
て内レースが破損しやすくなる。一方、軸受ハウジング
が金属製である場合、それとセラミックス製の外レース
との線膨張係数の差が大きいため、温度上昇に伴い軸受
ハウジングの内孔が熱膨張して拡がることにより、外レ
ースとの嵌め合い隙間が大きくなり過ぎて揺動軸の支持
状態が不安定になる。

【０００８】なお、温度上昇した時点で、取付相手と内
外レースとの嵌め合い状態が好ましくなるように予め嵌
め合い隙間を設定しようとしても、内レース側では平常
温度時に揺動軸と同心に保持できなくなって運転初期の
動作が不安定になることが考えられ、また、外レース側
では軸受ハウジングに対して組立不可能となるなど、実
現不可能である。

【０００９】本考案は、このような課題を解決するため
に創案されたもので、セラミックスよりも線膨張係数の
大きな揺動軸の熱膨張によってセラミックス製内レース
が破損するのを防ぐことを第１の目的とし、また、セラ
ミックスよりも線膨張係数の大きな軸受ハウジングの熱
膨張によってセラミックス製外レースの支持状態を安定
にさせることを第２の目的とし、さらに、セラミックス
よりも線膨張係数の大きな揺動軸と軸受ハウジングとの
間に介装される場合において揺動軸および軸受ハウジン
グの熱膨張時にセラミックス製内レースの破損を防ぎな
がらセラミックス製外レースの支持状態を安定にさせる
ことを第３の目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本考案は、セラミックス製内レースの径方向
外周面を径方向に一定の曲率をもつ凸状または凹状に形
成するとともに、セラミックス製外レースの径方向内周
面を同じく径方向に対し前記曲率に一致もしくはほぼ一
致する曲率をもって凹状または凸状に形成したセラミッ
クス製球面すべり軸受において、次のような構成をと
る。

【００１１】本考案の第１のセラミックス製球面すべり
軸受では、セラミックス製の内レースよりも線膨張係数
の大きな軸の外周に前記内レースが所要の隙間を存して
配置され、かつ、内レースが、軸に装着される二つの固
定リングでもって軸方向両側から挟まれるとともに、該
二つの固定リングに備える弾性圧縮可能な円筒部が前記
内レースと軸との間の隙間に介入されることにより軸に
同心状に固定されていることに特徴を有する。

【００１２】本考案の第２のセラミックス製球面すべり
軸受では、セラミックス製の外レースよりも線膨張係数
の大きな軸受ハウジングの内周に前記外レースが配置さ
れ、かつ、外レースが、軸受ハウジングに取り付けられ
る固定部材でもって軸方向両側から挟まれるとともに、
該固定部材に備える弾性伸張可能な掛止部が前記外レー
スに引っ掛けられることにより軸受ハウジングに同心状
に固定されていることに特徴を有する。

【００１３】本考案の第３のセラミックス製球面すべり
軸受では、セラミックス製の内レースよりも線膨張係数
の大きな軸の外周に前記内レースが所要の隙間を存して
配置され、かつ、内レースが、軸に装着される二つの固
定リングでもって軸方向両側から挟まれるとともに、該
二つの固定リングに備える弾性圧縮可能な円筒部が前記
内レースと揺動軸との間の隙間に介入されることにより
軸に同心状に固定されており、また、セラミックス製の
外レースよりも線膨張係数の大きな軸受ハウジングの内
周に前記外レースが配置され、かつ、外レースが、軸受
ハウジングに取り付けられる固定部材でもって軸方向両
側から挟まれるとともに、該固定部材に備える弾性伸張
可能な掛止部が前記外レースに引っ掛けられることによ
り軸受ハウジングに同心状に固定されていることに特徴
を有する。

【００１４】前記固定部材は、軸受ハウジングの内周部
に嵌合されるようなリング形に形成されていて、その円
周数箇所に前記掛止部が設けられるものである。また、
前記固定部材は、軸受ハウジングの内周部の数箇所に個
別に取り付けられる複数個の片からなり、それら個々に
前記掛止部が設けられるものである。

【００１５】

【作用】第１のセラミックス製球面すべり軸受では、要
するに、軸が熱膨張しても内レースを圧迫することがな
いように内レースと軸との嵌め合い隙間を十分に大きく
し、また、熱膨張していなくとも軸に対して内レースが
同心状に配置されるように二つの固定リングで挟むとと
もに、固定リングの弾性圧縮可能な円筒部を軸と内レー
スとの間の隙間に介入させるようにしている。これによ
り、軸と内レースとの各嵌め合い面の寸法精度を高精度
に管理せずに済むようになり、製作が容易となる。ま
た、軸が熱膨張しても、固定リングの円筒部を介して内
レースが径方向外向きに突っ張られるようになって、内
レースの位置が軸と同心位置のままに保たれるようにな
る。このとき、固定リングの円筒部から内レースへ作用
する突っ張り力は、この円筒部自信が弾性圧縮すること
によって吸収されるから、円筒部から内レースへ無理な
力が加わらない。

【００１６】第２のセラミックス製球面すべり軸受で
は、要するに、軸受ハウジングが熱膨張しても外レース
の支持状態が不安定にならないように外レースを固定部
材を介して軸受ハウジングに引っ掛けるようにしてい
る。これにより、軸受ハウジングが熱膨張したとき、外
レースとの嵌め合い隙間が大きくなるけれども、固定部
材を介して外レースが径方向外向きに引っ張られること
になるから、外レースの位置が軸受ハウジングと同心位
置のままに保たれるようになる。このとき、固定部材の
掛止部から外レースへ作用する引っ張り力は、この掛止
部自信が弾性伸張することによって吸収されるから、掛
止部から外レースへ無理な力が加わらない。

【００１７】第３のセラミックス製球面すべり軸受で
は、第１，第２のセラミックス製球面すべり軸受それぞ
れの作用を同時に発揮できる。

【００１８】

【実施例】以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１９】図１および図２には本考案の第１実施例を
示している。図中、１は軸受ハウジング、２は軸受ハウ
ジング１に挿入された揺動軸、３Ａ，３Ｂは、揺動軸２
の外周に円環状となるように配置された二つ一対の径方
向に半割り状のセラミックス製の内レース、４は軸受ハ
ウジング１の内周に配置され、内レース３Ａ，３Ｂとで
球面すべり軸受をなす円環状のセラミックス製の外レー
ス、５，５は揺動軸２の外周に円環状に組み合わせた内
レース３Ａ，３Ｂをその両側から挟むように揺動軸２に
外嵌圧入される二つ一対の固定リングである。

【００２０】この実施例では、軸受ハウジング１をセラ
ミックス製の外レース４の線膨張係数に近似する材料に
しており、揺動軸２を例えばＳＵＳ３０４などの金属と
している。

【００２１】内レース３Ａ，３Ｂそれぞれの径方向の外
周面は、一定の曲率をもつ径方向に凸状の球面形に、ま
た、外レース４の径方向の内周面は内レース３Ａ，３Ｂ
の外周面と一致もしくはほぼ一致する曲率をもつ径方向
に凹状の球面形に、それぞれ形成されている。内レース
３Ａ，３Ｂは、外レース４に所定の微小隙間を持つ状態
にはめ合わされ、また、揺動軸２に対しては十分に大き
な嵌め合い隙間を存してはめ合わされる。さらに、二つ
の内レース３Ａ，３Ｂは、それぞれ、内周面の軸方向両
側部分に軸方向中央部分の内径寸法よりも大きくなる大
径円筒面６Ａ，６Ｂが形成されている。なお、このよう
な内レース３Ａ，３Ｂや外レース４をセラミックスで製
作する場合、セラミックス粉体（窒化ケイ素）に稀土類
元素を焼結助剤として混合したものを用いて、まず、そ
れぞれ所定形状に成形し、その後、この成形品を、ＨＰ
（ホット・プレス）、ＨＩＰ（ホット・アイソスタテッ
ク・プレス）、ＣＩＰ（コールド・アイソスタテック・
プレス）と称する方法でもって焼結すればよい。

【００２２】固定リング５，５個々は、それぞれ、揺動
軸２に外嵌圧入される寸法の軸方向貫通孔（符号省略）
を有しているとともに、軸方向中央寄りから一方端面側
へ向かう領域には外径寸法が小さくなる小径円筒部７，
７が形成されている。この小径円筒部７，７の外径寸法
は内レース３Ａ，３Ｂ個々の大径円筒面６Ａ，６Ｂの内
径寸法よりもごく僅かに小さく設定されている。したが
って、この固定リング５，５は、揺動軸２に外嵌圧入さ
れた状態で、その小径円筒部７，７が揺動軸２の外周に
円環状に組み合わせられる内レース３Ａ，３Ｂ個々の大
径円筒面６Ａ，６Ｂに微小隙間を介して嵌合させられ、
これにより内レース３Ａ，３Ｂ個々が揺動軸２に対して
同心状に配置されるようになる。この固定リング５，５
は、揺動軸２と同一の金属または線膨張係数の近似する
材料からなる。そして、固定リング５，５の小径円筒部
７，７の肉厚は、この小径円筒部７，７の部位が弾性圧
縮可能となるように薄く設定されている。

【００２３】次に動作を説明する。揺動軸２と内レース
３Ａ，３Ｂとの嵌め合い隙間を予め十分に大きくなるよ
うに設定しているから、温度上昇に伴い揺動軸２が熱膨
張しても内レース３Ａ，３Ｂに対しては無理な力がかか
らない。ところで、揺動軸２の熱膨張とともに固定リン
グ５，５が熱膨張するので、固定リング５，５の小径円
筒部７，７により内レース３Ａ，３Ｂが外レース４側へ
押し付けられるように圧迫させられることになって、内
レース３Ａ，３Ｂが揺動軸２と同心位置のままに保たれ
るようになる。このように固定リング５，５の小径円筒
部７，７が熱膨張しても、この小径円筒部７，７自信が
ほとんど熱膨張しない内レース３Ａ，３Ｂによって弾性
圧縮させられることになって小径円筒部７，７から内レ
ース３Ａ，３Ｂへ作用する突っ張り力が吸収されるか
ら、内レース３Ａ，３Ｂへ無理な力が加わることもな
く、内レース３Ａ，３Ｂを破損させるまでには至らずに
済む。また、揺動軸２の揺動に際しても、固定リング５
が圧縮変形するので内レース３Ａ，３Ｂの端部でのいわ
ゆるエッジ当たりが緩和され、内レース３Ａ，３Ｂの欠
けなどを防止できる。

【００２４】この実施例のように、揺動軸２と内レース
３Ａ，３Ｂとの嵌め合い隙間を予め十分に大きくなるよ
うに設定していれば、揺動軸２の外周面や内レース３
Ａ，３Ｂ個々の内周面の寸法精度を高精度に管理しなく
てもよくなり、製作が容易となるだけでなく製作コスト
の低減に貢献できるようになる。

【００２５】図３および図４には本考案の第２実施例を
示している。この実施例では、上記実施例と異なり、軸
受ハウジング１をＳＵＳ３０４などの金属とし、揺動軸
２を内レース３Ａ，３Ｂの線膨張係数と近似する材料と
しており、外レース４側の問題を解決する例を挙げてい
る。

【００２６】この実施例では、外レース４を軸受ハウジ
ング１に位置決め固定するために固定リング８，８を用
いている。この固定リング８，８は、軸受ハウジング１
に内嵌圧入されるものであり、その一側面の円周数箇所
には軸方向に沿って突出する正面視ほぼ扇形の突起９，
９（請求項に記載の掛止部に相当）が設けられている。
この突起９，９の径方向の厚み寸法は、径方向に内外へ
弾性伸張可能となるようにごく薄く設定されている。そ
して、外レース４は、その軸方向両側面の円周数箇所に
固定リング８，８の突起９，９が嵌まる形状の凹部１
０，１０が形成されている。

【００２７】動作を説明する。温度上昇すると、軸受ハ
ウジング１および固定リング８，８が熱膨張してその孔
径寸法が大きくなる一方で、セラミックス製の外レース
４がほとんど熱膨張しないから、固定リング８，８の突
起９，９によってセラミックス製の外レース４が径方向
外向きに引っ張られることになり、外レース４が軸受ハ
ウジング１と同心位置のままに保たれるようになる。こ
のように突起９，９が熱膨張しても、この突起９，９自
信がほとんど熱膨張しない外レース４によって弾性伸張
させられることになって当該突起９，９から外レース４
へ作用する引っ張り力が吸収されるから、外レース４へ
無理な力が加わることもなく、外レース４を破損させる
までには至らずに済む。上記突起９，９は突起状でなく
ても全周にわたる鍔状のものでもよい。この場合、外レ
ース４の凹部１０，１０は溝状に形成される。

【００２８】この実施例でも、軸受ハウジング１と外レ
ース４との嵌め合い隙間を予め十分に大きくなるように
設定しているから、軸受ハウジング１の内周面や外レー
ス４の外周面の寸法精度を高精度に管理しなくてもよく
なり、製作が容易となるだけでなく製作コストの低減に
貢献できるようになる。

【００２９】図５には本考案の第３実施例を示してい
る。この実施例は、図１と図３の構造を合併した例を挙
げており、内レース３Ａ，３Ｂと外レース４の両方につ
いて温度上昇時の対策を施している。なお、この実施例
では、軸受ハウジング１と揺動軸２とは例えばＳＵＳ３
０４などの金属からなる。この実施例の構成および動作
は上述した二つの実施例を組み合わせたものとなるの
で、ここでの詳細な説明は割愛する。

【００３０】なお、上記の各実施例において、内レース
３Ａ，３Ｂの外周面と外レース４の内周面との凹凸の関
係は逆であってもよい。また、上記実施例とは逆に、内
レースを円環状に形成するとともに外レースを半円形の
もの二つとしたものや、あるいは外レースに入れ溝を形
成して内レースと外レースの両方を円環状にしたものな
ども本考案の適用対象となる。

【００３１】さらに、図３に示す第２実施例の変形実施
例として、例えば図６や図７に示すようなものも考えら
れる。すなわち、図６では、固定リング８，８の突起
９，９を、外レース４の内周面の端縁部分に引っ掛ける
ようにしている。この場合、外レース４に凹部１０，１
０を設ける代わりに、揺動軸２とともに内レース３Ａ，
３Ｂが揺動したときに内レース３Ａ，３Ｂの軸方向両側
部分が突起９，９に当接しないように内レース３Ａ，３
Ｂの軸方向幅を短く設定する必要がある。図７では、固
定リング８，８の代わりに、四つの掛止爪８′，８′を
用いた例を挙げている。この掛止爪８′，８′は、外レ
ース４の内周面の円周数箇所にスポット的に固定される
ものであり、それぞれ、一側面に軸方向に突出する突起
９′，９′が設けられている。

【００３２】この他、図３、図６、図７の例において、
突起９，９′を弾性素材で形成して本体部分とインサー
ト成形したものも本考案に含まれる。また、図７の例だ
と、掛止爪８′，８′を弾性部材を介して軸受ハウジン
グ１に取り付けるようにしてもよい。

【００３３】

【考案の効果】以上説明したように、本考案によれば、
次のような効果が得られる。

【００３４】本考案の第１のセラミックス製球面すべり
軸受では、セラミックスよりも線膨張係数の大きな揺動
軸が熱膨張してもそれから無理な圧迫力を受けずに済む
から、内レースの破損を防止できるようになる。しか
も、揺動軸の熱膨張の有無に関係なく内レースを揺動軸
と同心状に配置できるから、揺動軸の支持状態を常に安
定化できるようになる。加えて、内レースと揺動軸との
嵌め合い隙間を十分に大きくしているため、揺動軸と内
レースとの各嵌め合い面の寸法精度を高精度に管理せず
に済んで、製作コストの低減に貢献できる。

【００３５】本考案の第２のセラミックス製球面すべり
軸受では、セラミックスよりも線膨張係数の大きな軸受
ハウジングの熱膨張の有無に関係なく外レースを揺動軸
と同心状に配置できるから、当該セラミックス製球面す
べり軸受を介して支持する揺動軸の支持状態を常に安定
化できるようになる。

【００３６】本考案の第３のセラミックス製球面すべり
軸受では、本考案の第１，第２のセラミックス製球面す
べり軸受それぞれについての作用、効果を同時に発揮で
きるから、セラミックスよりも線膨張係数の大きな揺動
軸および軸受ハウジングの間に好ましい状態で装着でき
るから、セラミックス製球面すべり軸受の実用化に大き
く貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のセラミックス製球面すべり軸受の第１
実施例の縦断面図。

【図２】図１の側面図。

【図３】本考案のセラミックス製球面すべり軸受の第２
実施例の縦断面図。

【図４】図３の側面図。

【図５】本考案のセラミックス製球面すべり軸受の第３
実施例の縦断面図。

【図６】本考案の第２実施例に関する変形実施例を示す
縦断面図。

【図７】本考案の第２実施例に関する変形実施例を示す
側面図。

【符号の説明】

１ 軸受ハウジング ２ 揺動軸 ３Ａ，３Ｂ 内レース ４ 外レース ５，５ 内レースの固定リング ７，７ 固定リングの小径円筒部 ８，８ 外レースの固定リング ９，９ 固定リングの突起

Claims (5)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックス製内レースの径方向外周面を
   径方向に一定の曲率をもつ凸状または凹状に形成すると
   ともに、セラミックス製外レースの径方向内周面を同じ
   く径方向に対し前記曲率に一致もしくはほぼ一致する曲
   率をもって凹状または凸状に形成したセラミックス製球
   面すべり軸受であって、 セラミックス製の内レースよりも線膨張係数の大きな軸
   の外周に前記内レースが所要の隙間を存して配置され、
   かつ、内レースが、軸に装着される二つの固定リングで
   もって軸方向両側から挟まれるとともに、該二つの固定
   リングに備える弾性圧縮可能な円筒部が前記内レースと
   軸との間の隙間に介入されることにより軸に同心状に固
   定されている、ことを特徴とするセラミックス製球面す
   べり軸受。
2. 【請求項２】セラミックス製内レースの径方向外周面を
   径方向に一定の曲率をもつ凸状または凹状に形成すると
   ともに、セラミックス製外レースの径方向内周面を同じ
   く径方向に対し前記曲率に一致もしくはほぼ一致する曲
   率をもって凹状または凸状に形成したセラミックス製球
   面すべり軸受であって、 セラミックス製の外レースよりも線膨張係数の大きな軸
   受ハウジングの内周に前記外レースが配置され、かつ、
   外レースが、軸受ハウジングに取り付けられる固定部材
   でもって軸方向両側から挟まれるとともに、該固定部材
   に備える弾性伸張可能な掛止部が前記外レースに引っ掛
   けられることにより軸受ハウジングに同心状に固定され
   ている、ことを特徴とするセラミックス製球面すべり軸
   受。
3. 【請求項３】セラミックス製内レースの径方向外周面を
   径方向に一定の曲率をもつ凸状または凹状に形成すると
   ともに、セラミックス製外レースの径方向内周面を同じ
   く径方向に対し前記曲率に一致もしくはほぼ一致する曲
   率をもって凹状または凸状に形成したセラミックス製球
   面すべり軸受であって、 セラミックス製の内レースよりも線膨張係数の大きな軸
   の外周に前記内レースが所要の隙間を存して配置され、
   かつ、内レースが、軸に装着される二つの固定リングで
   もって軸方向両側から挟まれるとともに、該二つの固定
   リングに備える弾性圧縮可能な円筒部が前記内レースと
   軸との間の隙間に介入されることにより軸に同心状に固
   定されており、 セラミックス製の外レースよりも線膨張係数の大きな軸
   受ハウジングの内周に前記外レースが配置され、かつ、
   外レースが、軸受ハウジングに取り付けられる固定部材
   でもって軸方向両側から挟まれるとともに、該固定部材
   に備える弾性伸張可能な掛止部が前記外レースに引っ掛
   けられることにより軸受ハウジングに同心状に固定され
   ている、ことを特徴とするセラミックス製球面すべり軸
   受。
4. 【請求項４】請求項２に記載のセラミックス製球面すべ
   り軸受において、前記固定部材が、軸受ハウジングの内
   周部に嵌合されるようなリング形に形成されていて、そ
   の円周数箇所に前記掛止部が設けられるものである、こ
   とを特徴とするセラミックス製球面すべり軸受。
5. 【請求項５】請求項２に記載のセラミックス製球面すべ
   り軸受において、前記固定部材が、軸受ハウジングの内
   周部の数箇所に個別に取り付けられる複数個の片からな
   り、それら個々に前記掛止部が設けられるものである、
   ことを特徴とするセラミックス製球面すべり軸受。