JPH02176214A - セラミックス軸受ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はセラミックス製内レースとセラミックス製外レ
ースとによって構成されたセラミックス製軸受をハウジ
ングに収納したセラミックス軸受ユニットに関するもの
である。

〈従来の技術〉 従来より、回転軸をフレームに取り付ける際に、滑り軸
受或いは転がり軸受等の軸受が用いられている。

前記転がり軸受は、機械フレーム等に形成されたハウジ
ングに嵌合される外レースと回転軸を嵌合する内レース
との間にボール、ローラ、ニードル等の転動体を設けて
構成されている。前記転がり軸受は使用される転動体に
よって、ボールヘアリング、ローラベアリング、ニード
ルベアリング等の種類があり、また荷重の受けかたによ
ってラジアル軸受、スラスト軸受等の種類がある（特公
昭４９−４１２３１号公報等）。これらの軸受の中で深
溝ボールベアリングやアンギュラボールベアリング及び
テーバローラベアリング等の軸受はスラスト荷重及びラ
ジアル荷重を同時に支承することが出来る軸受として利
用されている。

前記滑り軸受には、鋼、鋳鉄、銅等の金属支持体上にホ
ワイトメタル層を積層形成すると共に、該メタル層を機
械加工によって所定の径に仕上げて構成したものや、銅
、砲金等の金属支持体に含油合金層を積層したり、或い
は埋設して構成したものがある。

前記金属支持体をスリーブ状に形成して構成した軸受は
ラジアル荷重を支承するためのラジアル軸受として用い
られ（特公昭４９−１８８８５号公報等）、また金属支
持体をディスク状に形成して構成した軸受はスラスト荷
重を支承するための軸受として用いられている（特公昭
４９−６８７号公報等）。

上記転がり軸受及び滑り軸受には夫々固有の特徴があり
、使用に際しては夫々の軸受が有する特徴を考慮して最
も適当なものを採用している。

また上記の如き転がり軸受或いは滑り軸受をハウジング
内に収納して構成した軸受ユニットは機械産業、装置産
業等に於いて広く用いられている。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記軸受ユニットに於いて、転がり軸受を用いた場合に
は、軸受に転がり疲労によるフレーキングが発生するた
め必然的に寿命が定まり、また耐熱性が低く、更に構成
部品点数が多いことからコストが高いという問題があり
、また滑り軸受を用いた場合には、軸と滑り軸受の内周
面とが滑り接触するため、長期間使用する間に軸が痩せ
てくる戊がある。

本発明の目的は、セラミックス製内レースとセラミック
ス外レースとを組み合わせて構成したセラミックス製軸
受をハウジング内に収納したセラミックス軸受ユニット
を提供するものである。

く課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するために本発明のセラミックス軸受ユ
ニットは、中心に軸を嵌合するための軸孔を形成すると
共に外形に凸状曲面を形成したセラミックス製内レース
と、内周面に前記セラミックス製内レースの外形に形成
した凸状曲面と適合する凹面を形成すると共に該凹面を
滑り面として前記セラミックス製内レースを回転可能に
収納するセラミックス製外レースと、前記セラミックス
製外レースを回転不能に収納すると共に取付孔を形成し
たハウジングと、により構成されるものである。

〈作用〉 上記手段によれば、中心に軸を嵌合するための軸孔を形
成すると共に外形に凸状曲面を形成したセラミックス製
内レース（以下「内レース」という）と、内周面に前記
内レースの凸状曲面と適合する凹面を形成すると共に該
凹面を滑り面として前記内レースを回転可能に収納する
セラミックス製外レース（以下「外レース」という）と
を組み合わせてセラミックス製軸受を構成すると共に、
前記外レースをハウジング内に回転不能に収納し、且つ
前記ハウジングにこのセラミックス軸受ユニットを所定
位置に取り付けるための取付孔を形成したので、取付孔
を介してセラミックス軸受ユニットを機械装置等に於け
る所定位置に固着すると共に、軸を内レースに形成した
軸孔に嵌合することで、スラスト荷重或いはラジアル荷
重が作用する軸を所定位置に於いて支持することが出来
る。

〈実施例〉 以下上記手段を適用した軸受の実施例を図を用いて説明
する。

〔第１実施例〕 第１図（Ａ）はセラミックス軸受ユニットの断面説明図
、第１図（Ｂ）は正面説明図、第２図はセラミックス軸
受ユニットの使用状態に於ける説明図である。

本実施例のセラミックス軸受ユニットは、スラスト荷重
が作用する軸を支承するに際し、該軸を軸受ユニットの
一方の面のみで支承し得るように構成されたものである
。

図に於いて、セラミックス軸受ユニットＡは内レース１
と外レース２及びハウジング３によって構成されている
。前記内レース１及び外レース２はアルミナ或いはＰＳ
Ｚ等の酸化物系セラミック原料を成形型に充填しプレス
成形によって成形し、約１５００〜１６００℃で焼成し
て形成されている。

前記内レース１の内周面には、該内レース１の軸心４と
一致して、軸Ｂのジャーナル部Ｂ＋を嵌合するための軸
孔５が形成されている。

また内レース１の外形には、凸状曲面１ａが形成されて
いる。前記内レースｌの端面ば、軸Ｂの端面Ｒｔと当接
するための当接面１ｂとして形成されている。

前記凸状曲面１ａは、後述する外レース２の内周面に形
成した凹面２Ｃと滑り接触する摺動面となる面である。

このため、前記凸状曲面１ａは内レース１の外周に形成
された曲面、或いは曲面と円錐面との複合面として形成
されている。この曲面は軸心４上に中心を有する球面の
一部によって形成することが可能であり、また軸心４上
に有る複数の中心から夫々所定の半径を持った球面を連
続させて形成することも可能である。従って、前記曲面
の断面は円或いは他の曲線となる。

前記当接面１ｂは、軸Ｂに形成した端面Ｂ、と当接して
該軸Ｂに作用するスラスト荷重が伝達されるため、軸心
４に対し精度の高い直角面を持って形成されている。ま
た当接面１ｂは、後述するハウジング３の端面３ｂより
も突出した位置に設定されており、これにより核間１ｂ
に軸Ｂの端面Ｂ２が当接したときに、端面Ｂ２がハウジ
ング３の端面に接触することが無いように構成されてい
る。

前記軸孔５は、軸Ｂのジャーナル部Ｂ、を嵌合して該軸
Ｂに作用するラジアル荷重が伝達される。

このため、軸孔５は軸Ｂのジャーナル部Ｂ１の径に対応
した径と所定公差を持って形成されている。

外レース２には、内周面に内レース１に形成した凸状曲
面１ａと適合する凹面２Ｃが形成されている。外レース
２の外形は、円筒状の外周部２ａと、端面２ｂとによっ
て形成されている。前記外周部２ａは、ハウジング３に
形成した収納孔３Ｃに装着される際の嵌合面となる面で
あり、このため外周部２ａは軸心４に対し平行に形成さ
れると共に所定の径と所定公差を持って形成されている
。

外レース２の内周面に形成された凹面２Ｃは、内レース
１の外形に形成した凸状曲面１ａと滑り接触する摺動面
となる曲面である。前記凹面２Ｃの形状は前記凸状曲面
１ａを構成する曲面と一致した曲面として形成されてい
る。

然し、凸状曲面１ａの形状と凹面２Ｃの形状とが完全に
一致することは必要では無く、例えば凸状曲面１ａが曲
面と円錐面との複合曲面で構成されている場合、凹面２
Ｃの形状を凸状曲面１ａを構成する曲面と一致した曲面
で形成することが可能であり、また凸状曲面１ａが曲面
のみで形成されている場合、凹面２Ｃの形状を凸状曲面
１ａに形成された曲面と該曲面の略中央部に形成した逃
げ溝との複合曲面で構成することも可能である。

即ち、凸状曲面１ａと凹面２ｃとは必ずしも全面接触す
る必要は無く、両者の接触面積を少なくすることによっ
て、滑りにより発生する発熱を少なくすることが可能と
なる。

前記外レース２には軸心４と一致して軸Ｂを貫通するた
めの貫通孔２ｄが形成されている。

ハウジング３はアルミニウム又は鋳鉄等の金属或いはプ
ラスチック等によって形成されている。

前記ハウジング３はボス部３ａと該ボス部３ａの端部に
形成した楕円形のフランジ３ｂとによって構成されてい
る。前記ハウジング３のボス部３ａには外レース２を回
転不能に収納するための収納孔３ｃが軸心４と一致して
形成されている。前記収納孔３ｃはハウジング３を貫通
して形成することが可能であるが、本実施例では底部３
ｄを有する止まり孔として形成されている。この底部３
ｄには、軸Ｂを貫通するための孔３ｅが軸心４と一致し
て形成されている。

前記収納孔３ｃには、鎖孔３ｃに内レースｌ及び外レー
ス２を収納したとき、内レースｌが脱落することを防止
するための係止リング６が着脱可能に装着されている。

前記の如く形成されたハウジング３の収納孔３Ｃに内レ
ース１及び外レース２を収納する場合は、外レース２を
収納孔３ｃの開放側から挿入してハウジング３の底部３
ｄに達するまで圧入することで、核外レース２をハウジ
ング３に回転不能に収納することが出来る。次いでこの
外レース２に内レース１を収納すると共に、係止リング
６を収納孔３Ｃに装着することで、ハウジング３の収納
孔３Ｃに外レース２を回転不能に、且つ内レース１を回
転可能に収納してセラミックス軸受ユニ７）Ａを構成す
ることが出来る。

前記フランジ３ｂには、ハウジング３に内レース１及び
外レース２を収納して構成したセラミックス軸受ユニッ
）Ａを例えば機械装置の所定位置に取り付けるための取
付孔７が形成されている。

次に、上記の如く構成したセラミックス軸受ユニットＡ
によって、スラスト荷重とラジアル荷重とが同時に作用
する軸Ｂを支承する場合について説明する。

第２図に示すように、外レース２に内レース１を回転可
能に収納すると共に、ハウジング３に外レース２を回転
不能に収納して構成されたセラミックス軸受ユニットＡ
は、内レース１に形成した軸孔５に軸Ｂのジャーナル部
Ｂ１が嵌合され、且つ内レース１に形成した当接面１ｂ
に軸Ｂの端面Ｂ２が当接した状態で機械装置等の所定位
置にボルト等によって固着されている。

前記状態に於いて、内レース１の外周に形成した凸状曲
面１ａと外レース２の内周面に形成した凹面２Ｃとが互
いに接触して滑り面を構成している。このとき軸Ｂには
、スラスト荷重Ｆｓとラジアル荷重Ｆｒとがかかってお
り、これらの荷重によって合成荷重Ｆが作用している。

前記スラスト荷重Ｆｓは軸Ｂの端面Ｂ２を介して内レー
ス１に伝達され、またラジアル荷重Ｆｒは軸Ｂのジャー
ナル＠Ｂ　＋を介して内レース１に伝達される。そして
合成荷重Ｆの作用方向に応じた位置に於いて、内レース
１に形成した凸状曲面１ａが外レース２に形成した凹面
２Ｃと接触し、該位置で摺動する。

このとき、凸状曲面１ａと凹面２Ｃとの接触位置では、
合成荷重Ｆによって凹面２Ｃの接線方向の分力が発生す
る。前記分力は、内レース１を軸心４の方向に付勢する
調心力として作用し、外レース２に形成した凹面２Ｃと
内レース１に形成した凸状曲面１ａとのクリアランスに
関わらず、軸Ｂを軸心４と一致させるように作用する。

即ら、軸Ｂが回転すると遠心力によって、該軸Ｂは前記
凸状曲面１ａと凹面２Ｃとの間のクリアランスに応じた
偏心回転をする。このとき内レースｌに前記調心力が作
用するため、Ｍｌ　ｇＪｌ心力が前記遠心力に打ち勝っ
て常に内レース１を、即ち、軸Ｂを軸心４に一致させる
ように作用する。

また内レース１に形成した凸状曲面１ａと外レース２に
形成した凹面２ｃとが滑り接触することにより、該接触
面に於いて発熱するが、内レース１及び外レース２がセ
ラミックスによって形成されているため、セラミックス
軸受ユニットＡに対する熱の影響が少ない。即ち、セラ
ミックス軸受二ニア）Ａが熱によって劣化することが無
い。また熱膨張係数が約８〜１１ｘｌＯ−’／”ｃであ
るため、熱膨張による過大な熱応力が発生することも無
い。

〔第２実施例〕 第３図（Ａ）　、　（Ｂ）はセラミックス軸受ユニット
の第２実施例の説明図であり、同図（Ａ）は正面説明図
、同図（Ｂ）は断面説明図である。図に於いて前述の実
施例と同一部分及び同一の機能を有する部分には同一の
符号を付して説明を省略する。

本実施例のセラミックス軸受ユニットは、スラスト荷重
が作用する軸を支承するに際し、該軸を軸受ユニットの
二面の何れかで支承し得るように構成されたものである
。

図に於いて、内レース８の外周であって長手力向略中央
部には凸状曲面となるリング状の凸条８ａが形成されて
いる。この凸条８ａは軸心４に中心を有する球面状に形
成することが出来るが、前述の実施例と同様に、球面と
円錐面との複合曲面として形成することも可能である。

尚、第３図（Ｂ）には凸条８ａを球面と円錐曲面との複
合曲面で形成した場合を示している。

内レース８の両端面は、軸孔５に軸Ｂが嵌合されたとき
、該軸Ｂの端面Ｂ２と当接する当接面８ｂとして形成さ
れており、本実施例では同図（Ｂ）に示すように当接面
８ｂはハウジング１０の端面から突出して構成されてい
る。即ち、内レース８の長さはハウジング１０の幅より
も長く形成されている。

外レース９は、組み合わせたときに、内周面に内レース
８の外周に形成した凸条８ａと適合する凹面９ｃが形成
される２つの半休１１．１２によって構成されている。

前記半休１１．１２は前述の実施例に於いて説明した内
レース１及び外レース２と同一の製法によって成形され
ている。

ハウジング１０は本実施例にあっては、図に示すように
嵌合される軸の軸心方向とハウジング１０の取付方向と
が直角方向をなすように構成されている。

またハウジング１０に形成した収納孔１０Ｃは貫通孔と
して形成されている。このように形成した収納孔１０Ｃ
に外レース９を収納するには、該収納孔１０Ｃに半体１
１又は１２を圧入し、次いで内レース８を嵌合した後、
残りの半体１２又は１１を圧入して構成することが可能
である。また予め内レース８を半休１１．１２の間に回
転可能に収納して該半休１１゜１２を接着或いは融着し
て軸受を構成し、これを収納孔１０ｃに圧入して構成す
ることも可能である。

前述の各実施例に於いて説明した、内レース１と外レー
ス２及び内レース８と外レース９との組み合わせによる
夫々の軸受とハウジング３．１０との組み合わせは、こ
れらの実施例に限定されるものでは無く、例えば、内レ
ース１と外レース２とによって構成した軸受とハウジン
グ１０とを組み合わせて軸受ユニットＡとすることが可
能であり、また内レース８と外レース９とによって構成
した軸受とハウジング３とを組み合わせて軸受ユニット
八とすることが可能である。

またハウジング３の収納孔３Ｃに形成した底部３ｄは必
ずしも形成しなくとも良く、ハウジング１０に形成した
収納孔１０Ｃのように貫通孔であっても良い。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明のセラミックス軸受
ユニットによれば、中心に軸を嵌合するための軸孔を形
成すると共に外形に凸状曲面を形成したセラミックス製
内レースと、内周面に前記内レースの凸状曲面と適合す
る凹面を形成すると共に該凹面を滑り面として前記内レ
ースを回転可能に収納するセラミックス製外レースとを
組み合わせてセラミックス製軸受を構成すると共に、前
記外レースをハウジング内に回転不能に収納し、且つ前
記ハウジングにセラミックス軸受ユニットを所定位置に
取り付けるための取付孔を形成したので、取付孔を介し
てセラミックス軸受ユニットを機械装置等に於ける所定
位置に固着すると共に、軸を内レースに形成した軸孔に
嵌合することで、スラスト荷重或いはラジアル荷重が作
用する軸を所定位置に於いて支持することが出来る。

また内レースの外形に形成した凸状曲面を曲面、或いは
曲面と円錐面との複合面とし、外レースの内周面に形成
した凹面を内レースに形成した凸状曲面を構成する曲面
と適合した曲面とすることで、凸状曲面と凹面との接触
面を滑り面として構成することが出来る。このため軸と
軸受との間に滑りが発生することが無く、従って軸の痩
せが無い。

またセラミックス軸受ユニットを内レースと外レース及
びハウジングによって構成することが出来るため、従来
の転がり軸受と比較して部品点数を削減することが出来
、このためコストを減少させることが出来る。

また従来の滑り軸受では支承することが困難であったス
ラスト荷重とラジアル荷重とが同時に作用する軸であっ
ても、合理的に支承することが出来る等の特徴を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）はセラミックス軸受ユニットの断面説明図
、第１［ｆｆ１（Ｂ）は正面説明図、第２図はセラミッ
クス軸受ユニットの使用状態に於ける説明図、第３図（
八）、　（Ｂ）はセラミックス軸受ユニットの第２実施
例の説明図であり、同図（Ａ）は正面説明図、同図（Ｂ
）は断面説明図である。 Ａはセラミックス軸受ユニット、Ｂは軸、Ｂ、はジャー
ナル部、Ｂ２は端面、１．８は内レース、１ａは凸状曲
面、ｌｂ、８ｂは当接面、２．９は外レース、２ａは外
周部、２ｂは端面、２Ｃ，９Ｃは凹面、３．１０はハウ
ジング、３ｃ、１０ｃは収納孔、４は軸心、５は軸孔、
６は係止リング、７は取付孔、８ａは凸条、１１．１２
は半体である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中心に軸を嵌合するための軸孔を形成すると共に外形に
   凸状曲面を形成したセラミックス製内レースと、内周面
   に前記セラミックス製内レースの外形に形成した凸状曲
   面と適合する凹面を形成すると共に該凹面を滑り面とし
   て前記セラミックス製内レースを回転可能に収納するセ
   ラミックス製外レースと、前記セラミックス製外レース
   を回転不能に収納すると共に取付孔を形成したハウジン
   グと、により構成したことを特徴としたセラミックス軸
   受ユニット。