JP3692238B2

JP3692238B2 - Ceramic bearing mounting structure

Info

Publication number: JP3692238B2
Application number: JP09441598A
Authority: JP
Inventors: 智哉服部; 和久北村; 博明竹林
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1998-04-07
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2018-04-07
Also published as: JPH11294466A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス製軸受の取付構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミックス製軸受の取付構造としては、セラミックス製軸受のセラミックス製の内輪にセラミックス製の軸を圧入して、上記内輪を軸に固定したものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のセラミックス製軸受の取付構造では、上記軸と内輪とが金属に比較して弾性率が高いセラミックス製であるため、上記内輪に軸を圧入するのが困難で、内輪および軸が割れる場合があるという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、セラミックス製軸受をセラミックス製軸に取付けるときに、内輪への軸の取付が容易で、内輪および軸の割れが生じないセラミックス製軸受の取付構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明のセラミックス製軸受の取付構造は、セラミックス製軸に、少なくとも内輪がセラミックス製であるセラミックス製軸受の上記内輪を取り付けたセラミックス製軸受の取付構造において、上記セラミックス製軸が圧入されて、上記セラミックス製軸に固定されると共に、上記内輪の端面に接触して、上記内輪を固定する金属環を備えたことを特徴としている。
【０００６】
請求項１の発明のセラミックス製軸受の取付構造において、上記金属環は、上記セラミックス製軸に圧入され、上記セラミックス製軸に固定されると共に、上記軸受の内輪の端面を押圧して上記内輪を固定している。このように、上記軸に圧入された金属環が内輪を固定するので、上記内輪と軸とに大きな締めしろを与える必要がなく、したがって上記内輪および軸に割れが生じることはない。また、上記金属環はセラミックスに比べて、弾性係数が小さくて延性を有するので、軸を容易に圧入することができる。
【０００７】
請求項２の発明のセラミックス製軸受の取付構造は、請求項１に記載のセラミックス製軸受の取付構造において、上記セラミックス製内輪と上記セラミックス製軸とはすきまばめされていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明のセラミックス製軸受の取付構造の発明において、上記セラミックス製内輪は上記セラミックス製軸にすきまばめされ、上記金属環は、上記セラミックス製軸に圧入され、上記セラミックス製軸に固定されると共に、上記内輪の端面を押圧して上記内輪を固定している。したがって、上記セラミックス製内輪と上記セラミックス製軸とはすきまばめの関係にあるので、セラミックス製軸にセラミックス製内輪を容易に外嵌できる。したがって、上記内輪および軸が割れることはない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施の形態のセラミックス製軸受の取付構造の断面図である。このセラミックス製軸受の取付構造は、セラミックス製の軸受１と、セラミックス製の軸２と、金属環３を備えている。
【００１１】
上記軸受１は内輪４と外輪５とボール６とを備え、これらの内輪４、外輪５およびボール６はいずれも窒化ケイ素(Ｓi₃Ｎ₄)製である。また、上記軸２も窒化ケイ素製であって、大径部２ａと小径部２ｂとを有している。この軸２の小径部２ｂに上記軸受１の内輪４をすきまばめして、上記大径部２ａと小径部２ｂとの間の段部２ｃに内輪４の端面４ａを当接している。
【００１２】
さらに、上記軸２の小径部２ｂには金属環３に締めしろを持たせて外嵌し、つまり小径部２ｂを金属環３に圧入して、金属環３を小径部２ｂに固定している。この金属環３の端面３ａは上記内輪４の端面４ｂに当接している。上記両端面３ａ,４ｂには、図示しないが互いに係合する凹凸が有って、内輪４が金属環３に対して回転しないようにしている。
【００１３】
上記金属環３は、焼鈍処理を施した炭素鋼鋳鋼品製である。この炭素鋼鋳鋼品は、焼鈍処理を施しているので焼入れ材に比較して延性があって、ステンレス鋼に比較して熱膨張率が小さい。このため、金属環３を高温で使用しても、軸２に対する締めしろを確保できる。
【００１４】
なお、上記金属環３の小径部２ｂへの圧入については、それらの最高使用温度が５００℃以上の場合でも、それらが締まりばめの関係を有するようにする場合は、常温での金属環３の圧入が困難なので、金属環３を加熱して圧入している。また、圧入に要する力は、締めしろや仕上げの程度によって異なるが、一般に次式によって求められる。
【００１５】
Ｋａ＝ｆ_K・ｆ_E・Δｄ_eff・１０³
ここに、
Ｋａ＝圧入に要する力（kgf）
Δｄ_eff＝有効締めしろ (ｍｍ)
ｆ_K＝軸と内輪との摩擦係数によって決まる抵抗係数
ｆ_E＝ｂ（１−ｄ²／Ｄ_i ²）
ここに、
ｂ＝金属環幅 (ｍｍ)
Ｄ_i＝金属環外形 (ｍｍ)
ｄ＝金属環内径 (ｍｍ)
本実施の形態では、上記内輪４は軸２の小径部２ｂにすきまばめし、セラミックス製の軸２に固定された上記金属環３が、軸２の小径部２ｂに締めしろを持って嵌合されて固定されると共に、上記内輪４の端面４ｂに当接して上記軸受１の内輪４を固定している。したがって、セラミックス製の内輪４をセラミックス製の軸２に外嵌するとき、割れが生じない。さらに、上記セラミックス製の内輪４と上記セラミックス製の軸２の小径部２ｂとはすきまばめの関係にあるから、セラミックス製の軸２の小径部２ｂはセラミックス製の軸受１の内輪４に容易に挿嵌できる。
【００１６】
上記実施の形態では、金属環３の端面３ａと内輪４の端面４ｂに凹凸部を設けて、それらを周方向に固定しているが、凹凸部を設けなくて、金属環３が内輪４の端面４ｂを軸方向に強く押し付けて、段部２ｃと金属環３で内輪４を強く挟んで内輪４を軸方向と周方向に固定するようにしてもよい。
【００１７】
また、上記実施の形態の段部２ｃと内輪４の端面４ａとに、互いに係合する凹凸を設けて内輪４を周方向に固定してもよい。
【００１８】
また、上記内輪４は、軸２の小径部２ｂに締まりばめをしてもよい。但し、内輪４が割れないように、かつ挿入し易いように、締めしろを小さくする必要がある。
【００１９】
図２は第２の実施の形態を示す。この第２の実施の形態におけるセラミックス製軸受の取付構造では、窒化ケイ素製の軸２０に対して、セラミックス製軸受３０と２つの焼鈍処理した炭素鋼鋳鋼品の金属環１０,１１を備えている。上記軸受３０のセラミックス製内輪３１は、軸２０にすきまばめしている。一方、上記金属環１０,１１は、軸２０に対して締めしろを持たせて、軸２０に圧入して、軸２０に固定している。上記金属環１０,１１は、軸受３０の内輪３１の両端面３１ａ,３１ｂに当接していて、金属環１０の端面１０ａと内輪３１の端面３１ａには、図示しないが互いに係合する凹凸が有って、内輪３０が金属環１０に対して回転しないようになっている。
【００２０】
このように、上記内輪３１を軸２０にすきまばめし、軸２０に圧入し固定された金属環１０,１１で内輪３１を挟んで固定するので、内輪３１を軸２０に容易に挿入でき、かつ、内輪３１および軸２０に割れが生じない。
【００２１】
上記第２の実施の形態では、金属環１０の端面１０ａと内輪３１の端面３１ａに凹凸部を設けて、それらを周方向に固定しているが、金属環１１の端面１１ａと内輪３１の端面３１ｂに凹凸部を設けてもよい。或いは、上記内輪３１の端面３１ａ,３１ｂと、金属環１０の端面１０ａ、金属環１１の端面１１ａに、凹凸部を設けなくて、金属環１０,１１で内輪３０を強く挟んで内輪３０を軸方向と周方向に固定するようにしてもよい。
【００２２】
また、上記内輪３１は、軸２０に締まりばめをしてもよい。但し、内輪３１が割れないように、かつ挿入し易いように、締めしろを小さくする必要がある。
【００２３】
図３は第３の実施の形態を示す。この実施の形態におけるセラミックス製軸受の取付構造では、窒化ケイ素製の軸５０に対して、２つの窒化ケイ素製の軸受６０,６１と、２つの焼鈍処理した炭素鋼鋳鋼品の金属環８０,８１と、スペーサ７０を備えている。上記金属環８０,８１は締まりばめで軸５０に固定している。一方、上記軸受６０,６１の窒化ケイ素製の内輪をすきまばめで軸５０に嵌合し、軸受６０と軸受６１との間には、金属製のスペーサ７０をすきまばめで軸５０に嵌合している。金属環８０と軸受６０の内輪、軸受６０の内輪とスペーサ７０、スペーサ７０と軸受６１の内輪、軸受６１の内輪と金属環８１は、それぞれ、互いに強く押し合っている。
【００２４】
このようにして、上記スペーサ７０と２つの金属環８０,８１で、２つの軸受６０,６１を軸５０に固定している。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１の発明のセラミックス製軸受の取付構造は、金属環が、上記セラミックス製軸に圧入されて、上記セラミックス製軸に固定されると共に、この金属環が軸受の内輪の端面に接触して上記内輪を固定している。したがって、上記内輪と軸との間に大きな締めしろを与える必要がなく、したがって上記内輪および軸に割れが生じることがなく、かつ内輪を容易に軸に嵌合できる。また、上記金属環はセラミックスに比べて、弾性係数が小さくて延性を有するので、軸を金属環に容易に圧入することができる。
【００２６】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明のセラミックス製軸受の取付構造において、上記セラミックス製内輪は上記セラミックス製軸にすきまばめされているので、上記内輪および軸が割れることはなく、セラミックス製軸にセラミックス製内輪を容易に外嵌できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のセラミックス製軸受の取付構造の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態のセラミックス製軸受の取付構造の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態のセラミックス製軸受の取付構造の断面図である。
【符号の説明】
１,３０,６０,６１…セラミックス製の軸受、４…内輪、
２,２０,５０…セラミックス製の軸、
３,１０,１１,８０,８１…金属環。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic bearing mounting structure.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a mounting structure for a ceramic bearing, there is a structure in which a ceramic shaft is press-fitted into a ceramic inner ring of a ceramic bearing and the inner ring is fixed to the shaft.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional ceramic bearing mounting structure, since the shaft and the inner ring are made of ceramics having a higher elastic modulus than metal, it is difficult to press-fit the shaft into the inner ring. There is a problem that it may break.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a ceramic bearing mounting structure in which when a ceramic bearing is mounted on a ceramic shaft, the shaft can be easily mounted on the inner ring and the inner ring and the shaft are not cracked. .
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the ceramic bearing mounting structure of the invention of claim 1 is the ceramic bearing mounting structure in which the inner ring of the ceramic bearing whose inner ring is made of ceramic is attached to the ceramic shaft. The ceramic shaft is press-fitted and fixed to the ceramic shaft, and includes a metal ring that contacts the end face of the inner ring and fixes the inner ring.
[0006]
In the ceramic bearing mounting structure according to claim 1, the metal ring is press-fitted into the ceramic shaft and fixed to the ceramic shaft, and the end surface of the inner ring of the bearing is pressed to press the inner ring. It is fixed. Thus, since the metal ring press-fitted into the shaft fixes the inner ring, it is not necessary to provide a large interference between the inner ring and the shaft, and therefore the inner ring and the shaft are not cracked. Further, the metal ring has a smaller elastic coefficient and has ductility than ceramics, so that the shaft can be easily press-fitted.
[0007]
A ceramic bearing mounting structure according to a second aspect of the present invention is the ceramic bearing mounting structure according to the first aspect, wherein the ceramic inner ring and the ceramic shaft are fitted with a clearance. .
[0008]
3. The ceramic bearing mounting structure according to claim 2, wherein the ceramic inner ring is fitted into the ceramic shaft, and the metal ring is press-fitted into the ceramic shaft and fixed to the ceramic shaft. In addition, the inner ring is fixed by pressing the end face of the inner ring. Accordingly, since the ceramic inner ring and the ceramic shaft are in a clearance fit relationship, the ceramic inner ring can be easily fitted on the ceramic shaft. Therefore, the inner ring and shaft are not broken.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
[0010]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a ceramic bearing mounting structure according to an embodiment of the present invention. This ceramic bearing mounting structure includes a ceramic bearing 1, a ceramic shaft 2, and a metal ring 3.
[0011]
The bearing 1 includes an inner ring 4, an outer ring 5, and a ball 6, and the inner ring 4, the outer ring 5, and the ball 6 are all made of silicon nitride (Si ₃ N ₄ ). The shaft 2 is also made of silicon nitride and has a large diameter portion 2a and a small diameter portion 2b. The inner ring 4 of the bearing 1 is fitted into the small diameter portion 2b of the shaft 2, and the end surface 4a of the inner ring 4 is brought into contact with the step portion 2c between the large diameter portion 2a and the small diameter portion 2b.
[0012]
Further, the small-diameter portion 2b of the shaft 2 is fitted to the metal ring 3 with a fastening margin, that is, the small-diameter portion 2b is press-fitted into the metal ring 3, and the metal ring 3 is fixed to the small-diameter portion 2b. . The end face 3 a of the metal ring 3 is in contact with the end face 4 b of the inner ring 4. Although not shown in the drawing, the both end faces 3a and 4b have concavities and convexities that engage with each other to prevent the inner ring 4 from rotating relative to the metal ring 3.
[0013]
The metal ring 3 is made of a carbon steel cast steel product that has been annealed. Since this carbon steel cast steel product is annealed, it has ductility as compared with a hardened material and a thermal expansion coefficient smaller than that of stainless steel. For this reason, even if it uses the metal ring 3 at high temperature, the allowance with respect to the axis | shaft 2 is securable.
[0014]
For press-fitting the metal ring 3 into the small-diameter portion 2b, even when the maximum use temperature is 500 ° C. or higher, the metal ring 3 at room temperature can be used if it has an interference fit relationship. Therefore, the metal ring 3 is heated and press-fitted. In addition, the force required for press-fitting generally depends on the following equation, although it depends on the tightening margin and the degree of finishing.
[0015]
Ka = f _K · f _E · Δd _eff · 10 ³
here,
Ka = force required for press-fitting (kgf)
Δd _eff = Effective tightening margin (mm)
f _K = resistance coefficient determined by the coefficient of friction between the shaft and the inner ring f _E = b (1−d ² / D _i ² )
here,
b = Metal ring width (mm)
_Di = metal ring outline (mm)
d = Metal ring inner diameter (mm)
In this embodiment, the inner ring 4 is loosely fitted to the small diameter portion 2b of the shaft 2, and the metal ring 3 fixed to the ceramic shaft 2 is fitted to the small diameter portion 2b of the shaft 2 with an interference. The inner ring 4 of the bearing 1 is fixed in contact with the end surface 4 b of the inner ring 4. Therefore, when the ceramic inner ring 4 is fitted on the ceramic shaft 2, no cracking occurs. Further, since the ceramic inner ring 4 and the small diameter portion 2b of the ceramic shaft 2 are in a clearance fit, the small diameter portion 2b of the ceramic shaft 2 is easily attached to the inner ring 4 of the ceramic bearing 1. Can be inserted.
[0016]
In the above embodiment, the concave and convex portions are provided on the end surface 3 a of the metal ring 3 and the end surface 4 b of the inner ring 4, and they are fixed in the circumferential direction. The end surface 4b may be strongly pressed in the axial direction, and the inner ring 4 may be fixed in the axial direction and the circumferential direction by firmly sandwiching the inner ring 4 between the stepped portion 2c and the metal ring 3.
[0017]
In addition, the inner ring 4 may be fixed in the circumferential direction by providing irregularities that engage with each other on the step 2c and the end surface 4a of the inner ring 4 of the above embodiment.
[0018]
Further, the inner ring 4 may be fitted to the small diameter portion 2 b of the shaft 2. However, it is necessary to reduce the tightening margin so that the inner ring 4 does not break and is easy to insert.
[0019]
FIG. 2 shows a second embodiment. In the ceramic bearing mounting structure in the second embodiment, a silicon nitride shaft 20 is provided with a ceramic bearing 30 and two annealed carbon steel cast metal rings 10 and 11. . The ceramic inner ring 31 of the bearing 30 is fitted on the shaft 20. On the other hand, the metal rings 10 and 11 are fixed to the shaft 20 by being press-fitted into the shaft 20 with an interference with the shaft 20. The metal rings 10 and 11 are in contact with both end faces 31a and 31b of the inner ring 31 of the bearing 30, and the end face 10a of the metal ring 10 and the end face 31a of the inner ring 31 have irregularities that engage with each other although not shown. Thus, the inner ring 30 is prevented from rotating with respect to the metal ring 10.
[0020]
Thus, the inner ring 31 is fitted into the shaft 20, and the inner ring 31 is fixed with the metal rings 10, 11 press-fitted and fixed to the shaft 20, so that the inner ring 31 can be easily inserted into the shaft 20, and The inner ring 31 and the shaft 20 are not cracked.
[0021]
In the said 2nd Embodiment, although the uneven | corrugated | grooved part is provided in the end surface 10a of the metal ring 10 and the end surface 31a of the inner ring | wheel 31, and they are fixed to the circumferential direction, the end surface 11a of the metal ring 11 and the end surface of the inner ring | wheel 31 An uneven portion may be provided on 31b. Alternatively, the inner ring 30 may be pivoted with the inner ring 30 strongly sandwiched between the metal rings 10, 11 without providing uneven portions on the end faces 31 a, 31 b of the inner ring 31, the end face 10 a of the metal ring 10, and the end face 11 a of the metal ring 11. You may make it fix to a direction and a circumferential direction.
[0022]
Further, the inner ring 31 may be fitted to the shaft 20. However, it is necessary to reduce the tightening margin so that the inner ring 31 does not break and is easy to insert.
[0023]
FIG. 3 shows a third embodiment. In the ceramic bearing mounting structure according to this embodiment, two silicon nitride bearings 60 and 61 and two annealed carbon steel cast metal rings 80 and 81 with respect to the silicon nitride shaft 50 are used. And a spacer 70. The metal rings 80 and 81 are fixed to the shaft 50 with an interference fit. On the other hand, the inner ring made of silicon nitride of the bearings 60 and 61 is fitted to the shaft 50 with a clearance fit, and a metal spacer 70 is fitted to the shaft 50 with a clearance fit between the bearings 60 and 61. ing. The metal ring 80 and the inner ring of the bearing 60, the inner ring and the spacer 70 of the bearing 60, the inner ring of the spacer 70 and the bearing 61, and the inner ring of the bearing 61 and the metal ring 81 are pressed against each other.
[0024]
In this way, the two bearings 60 and 61 are fixed to the shaft 50 by the spacer 70 and the two metal rings 80 and 81.
[0025]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, the ceramic bearing mounting structure according to the first aspect of the present invention is such that the metal ring is press-fitted into the ceramic shaft and fixed to the ceramic shaft. The inner ring is fixed in contact with the end face of the inner ring of the bearing. Therefore, it is not necessary to provide a large interference between the inner ring and the shaft, and therefore the inner ring and the shaft are not cracked, and the inner ring can be easily fitted to the shaft. Further, since the metal ring has a smaller elastic coefficient and ductility than ceramics, the shaft can be easily press-fitted into the metal ring.
[0026]
According to the invention of claim 2, in the ceramic bearing mounting structure of the invention of claim 1, since the ceramic inner ring is loosely fitted to the ceramic shaft, the inner ring and the shaft are not cracked. The ceramic inner ring can be easily fitted on the ceramic shaft.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a ceramic bearing mounting structure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a ceramic bearing mounting structure according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a ceramic bearing mounting structure according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 30, 60, 61 ... Bearings made of ceramics, 4 ... Inner ring,
2,20,50 ... Ceramic shaft,
3, 10, 11, 80, 81 ... Metal ring.

Claims

In a ceramic bearing mounting structure in which the inner ring of a ceramic bearing in which at least the inner ring is made of ceramic is mounted on a ceramic shaft,
A ceramic bearing mounting structure comprising a metal ring that press-fits the ceramic shaft and is fixed to the ceramic shaft and is in contact with an end surface of the inner ring to fix the inner ring.

2. The ceramic bearing mounting structure according to claim 1, wherein the ceramic inner ring and the ceramic shaft are fitted with clearance.