JP4026093B2

JP4026093B2 - 無潤滑摺動形回転軸受装置

Info

Publication number: JP4026093B2
Application number: JP31623097A
Authority: JP
Inventors: 良晴白田; 一男堀切川
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: JPH11141551A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸を支持する回転軸受装置に関し、とりわけ従来の回転軸受装置に比し、無潤滑でも起動時運転時を問わず低摩擦で，耐摩耗性に優れ，且つ摩擦振動の抑制機能にも優れる無潤滑摺動形回転軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転軸受装置としては、回転軸を支持する軸受け部材としての外輪の内周面に銅合金，チタン合金，マグネシウム合金等の各種金属の合金素材を配設し、これら合金素材の摩擦体を介して回転軸を摺動回転させるもの、或はボ−ルを介した転がり摺動方式を用いたものがある。
しかしこれらの場合には、その素材や構造に起因して、低摩擦や耐摩耗性の要求を満足させるためにはいずれも潤滑油やグリ−スなどの潤滑材を必要とし、そのため給油設備や保守点検の手間と費用を要するのみならず、潤滑材の機能が低下する高温や低温下，或は特殊ガス中，真空中，放射線環境等の特殊環境下での使用には制約が伴うという問題を有していた。また，同様にその素材や構造に起因して、起動時運転時を通して比較的摩擦係数が大きく且つ摩擦係数の変動に幅があり安定した摩擦特性が得られない、更に正逆回転の方向転換時に慣性モ−メントによるハンマ−作用が生じたり、重荷重によっては瞬間的に数倍の衝撃荷重が作用して摩耗度合いが拡大し、終局的に摩擦振動が生じてその抑制が困難となり、騒音が発生し、安定した回転精度の維持が困難となる等の難点も有していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は斯かる状況に鑑み鋭意研究の結果開発されたもので、上記従来技術の有する諸難点を解消し、使用上好適である無潤滑回転軸受装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、回転軸８を支持する外輪１の内周面に適宜角度の等間隔で複数の木質系多孔質炭素材料のウッドセラミックスからなる摩擦体５を係合配設し、この摩擦体５を介して回転軸８の外周面に嵌着せしめた内輪６を摺動回転せしめるようになしたことを特徴とする。
【０００５】
そして，回転軸を支持する外輪の内周面に対するウッドセラミックスからなる摩擦体の係合配設手段としては、回転軸８を支持する外輪１の内周面にネジ部を刻設した複数の嵌合溝２を適宜角度の等間隔で形成し、この各嵌合溝２内に先端面にウッドセラミックスからなる摩擦体５を嵌着したネジ部付き保持部材３をネジ込み嵌合させて摩擦体５を係合配設するとともに、この外輪１の内周面に、回転軸８の外周面に嵌着させる内輪６を、前記ネジ部付き保持部材３の嵌合溝２に対する押し込み操作量でその先端面の摩擦体５と内輪６外周面との接触圧力を，円板中央部に円柱状の突起１０を突出しその周囲に内輪６セット用の嵌入溝１１と外輪１セット用の嵌入溝１２を同心円状に浅く形成した治具９を介して適度に調節して，摺動可能に嵌合し、かつ、この接触圧力の調整を施した内輪６を回転軸８の外周面に嵌着させて摩擦体５を介して摺動回転せしめるようになしたことを特徴とする。
【０００６】
また，回転軸８を支持する外輪１の内周面に複数係合配設され摩擦接触を介して回転軸８の外周面に嵌着せしめた内輪を摺動回転せしめる摩擦体５としては、上記のウッドセラミックスに限らず、竹，籾殻，米糠等の木質系以外の多孔質炭素材料の植物性セラミックスを用いる場合もある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
別紙図面の図１乃至図１８に基づき本発明の１実施形態について説明する。
【０００８】
１は、後記回転軸８を支持する円筒形の外輪で、その内周面に図４の如く４５度の等間隔で８個の嵌合溝２が筒体中心部より放射状に穿設形成されている。
この嵌合溝２は外輪１の筒体壁面を内外に貫通して形成されており、その外周面側は外部に向かって拡開して開口し内周面にネジ部が刻設されている。各嵌合溝２内には、外周面にネジ部を刻設し、底面側に形成した嵌合孔４内に円板形のウッドセラミックスの摩擦体５を一部が外部に突出する状態で埋設固定して嵌着したネジ部付き保持部材３がネジ込み嵌合される。
【０００９】
外輪１の内周面に放射状に係合配設された８個のウッドセラミックスの摩擦体５は、外輪１内に同心円状に配設された円筒形の内輪６の外周面に接触圧力を適度に調節して接触される。そのため内輪６は、このウッドセラミックスの摩擦体５を介して摺動回転可能となっている。内輪６内の挿通孔７は、両端部が外方に向かって拡開されている。
【００１０】
斯かる外輪１と内輪６との同心円状配設及び摩擦体５の接触圧力の調節は、図１５，図１６の如く、治具を用いて行う。９はその治具で、円板中央部に円柱状の突起１０が突出されており、その周囲に内輪６セット用の嵌入溝１１が、更にその外側に所定の間隔を配して外輪１セット用の嵌入溝１２が浅い深さで同心円状に形成されている。嵌入溝１１，１２内に夫々内輪６と外輪１を嵌入してセットし、外輪１の各嵌合溝２内にウッドセラミックスの摩擦体５を嵌着したネジ付き保持部材３をネジ込み嵌合し、その押し込み操作量で内輪６の外周面に対する保持部材３先端のウッドセラミックスの摩擦体５の接触圧力を全体的に均等になるように適度に調節して、内輪６の外周面に全摩擦体５を押圧接触させる。このときウッドセラミックスの摩擦体５は、外輪１の内周面から僅かな寸法だけ内側に突出されている。ネジ付き保持部材３は、摩擦体５と内輪６との接触圧力の調節後塗料やエナメルで封印固定される。図示していないが、外輪１の両側端部には、内輪６のずれ防止と摩擦体５との摺動接触部に対する異物の混入防止のために、側板を取り付ける。
【００１１】
外輪１内周面にウッドセラミックスの摩擦体５を介して同心円状に嵌合配設された内輪６の挿通孔７内には図３の如く回転軸８が挿通され、内輪６内周面に嵌着されて一体化する。
回転軸８を図３の矢印方向に回転させると（正逆回転可能）、回転軸８に嵌着された内輪６がウッドセラミックスの各摩擦体５と接触しながら摺動回転し、回転軸８は内周面にウッドセラミックスの摩擦体５を配設した外輪１にて回転支持される。
【００１２】
ウッドセラミックスの摩擦体５は、木材等の木質系炭素材料にフェノ−ル樹脂を含浸する硬質ガラス状炭素を約３０％以上含有させ，真空炉にて約８００度Ｃ以上の温度で炭化焼成して形成した木質系多孔質炭素材料を用いたものである。
【００１３】
図１７と図１８は、上記実施の形態に係る回転軸受装置と従来装置との摩擦特性を比較実験した特性説明図である。本発明に係る装置は無潤滑であり、従来装置はグリ−スを潤滑材としている。
同図から分かるように、潤滑材を用いた従来装置では起動時及び運転時を通して摩擦係数が０．２以上で比較的高く小刻みな変動があり安定していないのに対し、本発明に係る装置では、自己潤滑作用を有するウッドセラミックスを摩擦体として用いたので無潤滑でも、従来装置に比して低摩擦（０．１乃至０．１５以下）で変動もなく安定している。また図１８から明らかなように、本発明に係る装置では、摩擦速度（回転速度）が増加するにつれて摩擦係数が僅かずつ増加する特性を示しており、そのため装置の摩擦振動を抑制する機能も充分に有している。更にウッドセラミックスの材質上、耐摩耗性にも優れている。
【００１４】
なお，上記のウッドセラミックスの代わりに、竹，籾殻，米糠等の木質系以外の植物の多孔質炭素材料を素材として同様に炭化焼成して形成された植物性セラミックスを摩擦体として用いても、ほぼ同様な効果が得られる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は上記の構成となしたので、上述の従来装置の素材及び構造に起因する諸難点を解消し、以下に示す特有の効果を奏する。
【００１６】
請求項１に係る発明においては、外輪の内周面に所定に係合配設したウッドセラミックスからなる摩擦体と回転軸の外周面に嵌着せしめた内輪との摺動回転を介して回転軸を回転支持するようになしたので、自己潤滑作用を有し強靭なウッドセラミックスの特性上、無潤滑でも、起動時運転時を問わず従来装置に比して遥かに低摩擦で、耐摩耗性に優れ、安定した摩擦特性を有するとともに、摩擦速度（回転速度）の増加につれて摩擦係数が僅かに増加する性質を有しているので、回転速度の増加に伴い発生する摩擦振動を確実に抑制する効果を有しており、装置の耐久性上好適である。
また，摩擦体の素材の特性の関係上騒音やガタツキの発生のおそれも少なく、機械的剛性の面でも問題がなく、潤滑材を必要としないため上述の温度制限や特殊環境下での使用制限の問題もなく、給油のための設備や維持，管理等に要する手間と費用を節約することができ、装置の全体構造も簡潔化することができる。
【００１７】
そして、外輪の内周面にネジ付き保持部材を介してウッドセラミックスからなる摩擦体を回転軸の外周面に嵌着した内輪に対する接触圧力の調節自在に係合配設せしめたので、上記の効果に加えて、低摩擦と耐摩耗性の維持及び安定した摩擦特性の発揮において一層好適である。
【００１８】
請求項２に係る発明においては、ウッドセラミックスとほぼ同様の摺動回転の
摩擦特性が期待できる木質系以外の植物性セラミックスを摩擦体として用いたので、以上の効果と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る外輪と内輪との摩擦体を介した嵌合構造の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明に係る装置全体の正面図である。
【図４】外輪の正面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】内輪の正面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】摩擦体を嵌着したネジ付き保持部材の平面図である。
【図９】同上の正面図である。
【図１０】同上の底面図である。
【図１１】ネジ付き保持部材の正面図である。
【図１２】同上の底面図である。
【図１３】ウッドセラミックスからなる摩擦体の平面図である。
【図１４】同上の側面図である。
【図１５】外輪と内輪との係合配設に用いる治具の平面図である。
【図１６】治具を用いた外輪と内輪の係合配設方法を示す横断正面図である。
【図１７】本発明と従来装置との摩擦距離に対する摩擦係数の変化を示す摩擦特性の比較実験説明図である。
【図１８】同上の摩擦速度に対する摩擦係数の変化を示す摩擦特性の比較実験説明図である。
【符号の説明】
１外輪
２嵌合溝
３ネジ付き保持部材
４嵌合孔
５ウッドセラミックスの摩擦体
６内輪
７挿通孔
８回転軸
９治具
１０円柱状突起
１１内輪嵌入溝
１２外輪嵌入溝

Claims

回転軸８を支持する外輪１の内周面にネジ部を刻設した複数の嵌合溝２を適宜角度の等間隔で形成し、この各嵌合溝２内に先端面にウッドセラミックスからなる摩擦体５を嵌着したネジ部付き保持部材３をネジ込み嵌合させて摩擦体５を係合配設するとともに、この外輪１の内周面に、回転軸８の外周面に嵌着させる内輪６を、前記ネジ部付き保持部材３の嵌合溝２に対する押し込み操作量でその先端面の摩擦体５と内輪６外周面との接触圧力を，円板中央部に円柱状の突起１０を突出しその周囲に内輪６セット用の嵌入溝１１と外輪１セット用の嵌入溝１２を同心円状に浅く形成した治具９を介して適度に調節して，摺動可能に嵌合し、かつ、この接触圧力の調整を施した内輪６を回転軸８の外周面に嵌着させて摩擦体５を介して摺動回転せしめるようになしたことを特徴とする無潤滑摺動形回転軸受装置。
回転軸８を支持する外輪１の内周面にネジ部を刻設した複数の嵌合溝２を適宜角度の等間隔で形成し、この各嵌合溝２内に先端面に、竹，籾殻，米糠等の木質系以外の多孔質炭素材料の植物性セラミックスからなる摩擦体５を嵌着したネジ部付き保持部材３をネジ込み嵌合させて摩擦体５を係合配設するとともに、この外輪１の内周面に、回転軸８の外周面に嵌着させる内輪６を、前記ネジ部付き保持部材３の嵌合溝２に対する押し込み操作量でその先端面の摩擦体５と内輪６外周面との接触圧力を，円板中央部に円柱状の突起１０を突出しその周囲に内輪６セット用の嵌入溝１１と外輪１セット用の嵌入溝１２を同心円状に浅く形成した治具９を介して適度に調節して，摺動可能に嵌合し、かつ、この接触圧力の調整を施した内輪６を回転軸８の外周面に嵌着させて摩擦体５を介して摺動回転せしめるようになしたことを特徴とする無潤滑摺動形回転軸受装置。