JPH03121307A - セラミックス製軸受 - 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〉 本発明はスラスト荷重及びラジアル荷重が同時に或いは
選択的に作用する軸を支承することが出来るセラミック
ス製軸受に関するものである。

〈従来の技術〉 機械フレーム等に回転軸を装着する際に滑り軸受或いは
転がり軸受を用いることが一般に行われている。

前記転がり軸受としては、内輪と外輪との間にボール、
ローラ、ニードル等の転勤部材を設けたボールベアリン
グ、ローラベアリンク、ニードルベアリング等の種類が
あり、また内輪に嵌合した軸に作用する荷重の支持方式
に応じてラジアル軸受、スラスト軸受等の種類がある。

そして深溝型ベアリング、アンギュラ−型ベアリング、
テーバローラベアリング等は、ラジアル荷重及びスラス
ト荷重が同時に作用する軸を支承することが出来るベア
リングとして知られている。これ等の転がり軸受は、多
くの機種が規格化されているため、機械を設計する際に
は最も適したものを選択して用いている。

前記滑り軸受としては、綱、鋳鉄、銅等の支持体上にホ
ワイトメタル層を積層して構成したものや、含油合金を
積層し或いは埋設して構成したものがある。またスリー
ブ状に形成した砲金９合成樹脂等によって構成したもの
もある０通常滑り軸受は、ラジアル荷重を支承するため
の軸受、或いはスラスト荷重を支承するための軸受が夫
々別個に規格化されている。

上記転がり軸受及び滑り軸受は夫々固有の特徴を有する
ものであり、使用に際してはこれ等の特徴を考慮して最
も適当なものを用いている。

一方、最近では高い圧縮強度と耐摩耗性を有し、且つ摩
擦係数の小さいセラミックスが開発されている０本件出
願人は数種のセラミックス製軸受を開発し既に特許出願
している（特願昭６３−３２５９３３号等）。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記転がり軸受にあっては、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、耐熱性が低
く、且つ構成部品が多いことからコストが高いという問
題がある。

また上記滑り軸受にあっては、軸の外周が軸受の内周と
滑り接触することから摩擦損失が大きく、このため、軸
と軸受との接触面に強制潤滑或いは自己潤滑を施すこと
が必要である。また軸にラジアル荷重とスラスト荷重と
が同時に作用する場合には、市販されているラジアル軸
受とスラスト軸受とを組み合わせて用いたり、或いはそ
の都度新たに設計する必要があるという問題がある。

本発明の目的は、ラジアル荷重とスラスト荷重とが同時
に作用する軸を支承することが出来るセラミックス製の
滑り軸受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に係るセラミックス製
軸受は、中心に軸を嵌合するための軸孔を形成すると共
に外周に前記軸孔の軸心と平行な円筒面を形成し且つ端
部に前記軸孔の軸心と略直角な平面を形成したセラミッ
クス製内輪と、内周に前記セラミックス製内輪の外周に
形成した円筒面と滑り接触する円筒面を形成すると共に
該円筒面と接続して前記セラミックス製内輪の端部に形
成した平面と滑り接触する平面を形成したセラミックス
製外輪とを組み合わせて構成されるものである。

く作用〉 上記手段によれば、セラミックス製内輪（以下「内輪」
という）の中心に軸を嵌合するための軸孔を形成し、ま
た内輪の外周に軸孔の軸心と平行な円筒面を形成し、且
つ端部に軸孔の軸心と略直角な平面を形成すると共に、
セラミックス製外輪（以下「外輪Ｊという）に内輪の外
周に形成した円筒面と滑り接触する円筒面を形成し、こ
の円筒面と接続して内輪の端部に形成した平面と滑り接
触する平面を形成し、前記内輪と外輪とを組み合わせる
ことで軸受を構成したので、ラジアル荷重及びスラスト
荷重が同時に作用する軸を内輪の軸孔に嵌合させた場合
、内輪及び外輪に形成した円筒面で軸に作用するラジア
ル荷重を支持すると共に、内輪及び外輪に形成した平面
で軸に作用するスラスト荷重を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一実施例について図を用
いて説明する。

第１図は本発明に係る軸受の展開説明図、第２図は使用
状態の説明図である。

図に於いて、軸受Ａは内輪１と外輪２とを組み合わせる
ことによって構成されている。

内輪工は、アルミナ或いはＰＳＺ等の酸化物系セラミッ
ク原料を成形型に充填してプレス成形し、成形されたも
のを約１５００℃〜１６００℃で焼成して形成されてい
る。

前記内輪ｌの中心には、軸３を嵌合するための軸孔４が
形成されている。軸孔４は該軸孔４に嵌合する軸３の径
に応じて所定の嵌め合い公差を持って形成されている。

前記軸孔４は内輪ｌを成形する際に同時に成形されるも
のである。

尚、５は軸孔４の軸心であり、軸受Ａの軸心と一敗した
ものである。

内輪１の外周には軸心５と平行に円筒面１ａが形成され
ている。前記円筒面１ａは後述する外輪２に形成した円
筒面２ａと滑り接触して軸３に作用するラジアル荷重を
外輪２に伝達するものである。このため円筒面１ａは軸
心５と正確に平行であることが必要である。また円筒面
１ａの径は、軸受Ａが支承すべきラジアル荷重の値に応
じて、該内輪１が充分な剛性を有し得る寸法で設定され
ており、また内輪１の長さも同様に軸受Ａが支承すべき
スラスト荷重の値に応じて設定されている。

内輪１の一方の端面には軸心５と略直角な平面１ｂが形
成されている。前記平面１ｂは外輪２に形成した平面２
ｂと滑り接触して軸３に作用するスラスト荷重を外輪２
に伝達するものである。また内輪１の他の端面ば、軸３
に形成したジャーナル部３ａの段部３ｂが当接する当接
面ＩＣとして、前記平面１ｂと同様に軸心５に対し直角
な平面に形成されている。

外輪２は、内輪ｌと同様にアルミナ或いはＰＳＺ等の酸
化物系セラミック原料を成形型に充填してプレス成形し
たものを約１５００℃〜１６００℃で焼成して形成され
ている。

外輪２の内部には、内輪１の外周に形成した円筒面１ａ
と所定の公差を持って形成された円筒面２ａが形成され
ている。前記円筒面２ａは内輪ｌの円筒面１ａと滑り接
触すると共に、内輪１を介して伝達される軸３に作用す
るラジアル荷重が伝達されるものである。このため、円
筒面２ａは軸心５と平行な面により構成されている。

外輪２の内部には、前記円筒面２ａと接続して該円筒面
２ａと略直角方向に、即ち、軸心５と略直角な平面２ｂ
が形成されている。この平面２ｂは内輪１に形成した平
面１ｂと滑り接触すると共に、内輪１を介して伝達され
る軸３に作用するス、ラスト荷重を伝達されるものであ
る。

外輪２の中心には、前記平面２ｂと接続して孔２Ｃが形
成されている。前記孔２Ｃは、内輪１の軸孔４に嵌合し
た軸３を遊嵌し得る径を持って形成されている。

外輪２の外周２ｄは、軸心５と平行な円筒状に形成され
ている。また外輪２の孔２Ｃ側の端面２ｅは、軸心５と
直角に形成された平面として構成されている。前記外周
２ｄ及び平面２ｅは、軸受Ａを後述する機械フレーム６
或いは図示しないケーシング等に装着する際の嵌合部と
なるものである。

前記内輪１に於ける軸孔４２円筒面１ａ、千面１ｂ、及
び外輪２に於ける円筒面２ａ、平面２ｂ。

孔２ｃ、外周２ｄ、端面２ｅは、内輪！、外輪２をプレ
ス成形する際に同時に成形される。

前記成形に於いて、内輪１．外輪２に対する寸法精度は
、各部分の設定寸法±０．００５　ｖｒ程度を得ること
が可能であり、また表面粗さとしてＲＡｏ、８程度を得
ることが可能である。

上記の如く構成した内輪１と外輪２とによって軸受入を
構成するには、外輪２に形成した円筒面２ａ及び該円筒
面２ａと連続する平面２ｂからなる凹部に、内輪１の円
筒面１ａ及び平面１ｂを嵌合する。これにより、円筒面
１ａ、’ｌａ及び平面１ｂ、２ｂを夫々滑り接触させる
ことで、内輪１に嵌合する軸３を支承することが可能と
なる。

外輪２に内輪１を嵌合した後、円筒面２ａ、１ａ、及び
平面２ｂ、１ｂによって構成する夫々の接触面をラッピ
ングすることが好ましい。

このラッピングは、前記各接触面にダイヤモンドパウダ
ー等の研磨剤を与えると共に、内輪１と外輪２との間に
相対的な回転を与えることで実施することが可能である
。そして外輪２と内輪１とをラッピングすることによっ
て、軸受Ａをより円滑に回転させることが可能となる。

また軸受Ａを構成する内輪１の円筒面１ａ、及び外輪２
の円筒面２ａ、外周２ｄ等の面を、該軸受Ａに要求され
る精度に応じて研磨加工を施すことも可能である。

上記の如く構成した軸受Ａによって、軸３を支承する場
合を第２図により説明する。

図に於いて、軸受Ａを構成する外輪２は機械フレーム６
に回転不能に取付られる。また内輪１の軸孔４には、軸
３のジャーナル部３ａが嵌合されると共に、内輪ｌの当
接面ＩＣには軸３の段部３ｂ力（当接される。

ここで前記軸３には、矢印ａ方向のラジアル荷重と矢印
す方向のスラスト荷重が同時に作用しているものとする
と、ラジアル荷重はジャーナル部３ａから内輪１に伝達
されると共に、円筒面１ａ。

２ａを介して外輪２に伝達される。更に外輪２から機械
フレーム６に伝達されて、該機械フレーム６によって支
承される。またスラスト荷重は、軸３の段部３ｂから内
輪１の当接面ＩＣを介して内輪１に伝達されると共に、
平面１ｂ、２ｂを介して外輪２に伝達される。更に外輪
２の平面２ｂから機械フレーム６に伝達されて、該機械
フレーム６によって支承される。

このように、本発明に係る軸受入にあっては、軸心５と
平行に形成した円筒面１ａ、２ａ及び軸心５に対し略直
角方向に形成した平面１ｂ、２ｂとを夫々滑り接触する
接触面として構成することによって、ラジアル荷重とス
ラスト荷重とが同時に作用する軸３を円滑に支承するこ
とが可能である。

前記軸受Ａに於いて、内輪１の寸法、即ち、円筒面１ａ
の径及び長さを軸３に作用するラジアル荷重、スラスト
荷重の値に応じて設定することが可能である。従って、
軸３に作用するラジアル荷重が大きい場合には、内輪１
の径を大きくすることで、該内輪１の剛性を高めること
が可能となる。

然し、内輪１の径を太き（した場合、平面１ｂ。

２ｂの接触面積が大きくなり、このため、前記接触面に
於いては、接面の半径方向の位置に応じて周速度が異な
ることとなり、摩擦損失が大きくなる。前記摩擦損失を
低減するために、内輪１に於ける円筒面１ａと平面１ｂ
とが接続する稜線に、第３図に示すような比較的大きい
寸法を有する面取り部１ｄを形成することが好ましい。

このように、内輪ｌに面取り部１ｄを形成することによ
って、内輪１の剛性を高めると共に、円筒面１ａ、２ａ
及び平面１ｂ、２ｂの接触面積を小さくすることが可能
となる。即ち、ラジアル荷重及びスラスト荷重が作用す
る面積を小さくすることで、特に平面１ｂ、２ｂに於け
る摩擦損失を小さくすることが可能となる。

前記の如く、円筒面１ａ、２ａ及び平面１ｂ。

２ｂに於ける接触面積を小さくすることによって該接触
面に於ける面圧は高くなるが、内輪１．外輪２がセラミ
ックスによって形成されることから、これらは充分な耐
圧性を有している。

また内輪ｌに前記面取り部１ｄを形成することで、外輪
２に形成した円筒面２ａと該円筒面２ａと連続する平面
２ｂとで構成した凹部に内輪１を円滑に嵌合することが
可能である。

前記内輪１に於いて、平面１ｂとは反対側の面に微小な
高さを有する段を形成すると共に接設の表面が当接面１
ｅとして構成されている。また前記当接面１ｅは、軸心
５に対し直角な面として形成されている。当接面１ｅを
前記の如く構成することによって、咳面１ｅの軸心５に
対する直角精度を向上させることが可能である。また内
輪１に当接部１ｅを形成することによって、該内輪１の
軸孔４に軸３のジャーナル部３ａを嵌合させると共に段
部３ｂを当接部１ｅに当接させたとき、段部３ｂが外輪
２と接触する虞れがない。

前記軸受Ａに於いて、内輪１及び外輪２が夫々セラミッ
クスによって形成されることから、摩擦係数が小さく摩
擦による損失が小さい。このため、軸３を支承する際に
円筒面１ａ、２ａ及び平面１ｂ、２ｂの接触面に対する
潤滑が不要である。また滑り摩擦によって発熱した場合
であっても、セラミックスの熱膨張係数が、約８〜１１
　Ｘ　１０−ｂ／　’Ｃ程度であるため、内輪１．外輪
２の熱膨張による過大な熱応力が発生することが無い。

更に、セラミックスの耐熱温度が約り００℃〜１０００
℃程度であることから、前記発熱により内輪１．外輪２
が劣化する虞も無い。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明に係るセラミックス
製軸受は、内輪及び外輪に軸心と平行な円筒面を形成す
ると共に、軸心と略直角な平面を形成し、夫々の面を滑
り接触面として構成することで、内輪に嵌合した軸にラ
ジアル荷重とスラスト荷重とが同時に作用しても、該ラ
ジアル荷重及びスラスト荷重を円滑に支承することが出
来る。

また内輪と外輪との二部材によって軸受を構成すること
が出来るので、部品点数を少なくし、軸受のコストを低
減することが出来る。

また内輪と外輪とを滑り接触させることで軸を支承する
ことが出来るため、内輪と軸との間には相対的な滑りが
発生しない、このため、軸が摩耗する虞が無く、軸の寿
命を長くすることが出来る。

また内輪と外輪とがセラミックスによって成形されるこ
とから、滑り接触面に於ける摩擦係数が小さい、このた
め、摩擦による発熱が少なく、接触面に対する特別な潤
滑を必要としない。従って１、メンテナンスの容易な軸
受を構成することが出来る。

またセラミックスの熱膨張係数が小さいことから、軸受
が発熱しても、軸及び機械フレーム等に熱影響を与える
虞が無い等の特徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る軸受の展開説明図、第２図は使用
状態の説明図、第３図は内輪の他の実施例の説明図であ
る。 Ａは軸受、１は内輪、２は外輪、ｌａ、２ａは円筒面、
ｌｂ、２ｂは平面、ＩＣは当接面、１ｄは面取り部、２
ｄは外周、３は軸、３ａはジャーナル部、３ｂは段部、
４は軸孔、５は軸心である。 第３図 第１図

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周に
   前記軸孔の軸心と平行な円筒面を形成し且つ端部に前記
   軸孔の軸心と略直角な平面を形成したセラミックス製内
   輪と、内周に前記セラミックス製内輪の外周に形成した
   円筒面と滑り接触する円筒面を形成すると共に該円筒面
   と接続して前記セラミックス製内輪の端部に形成した平
   面と滑り接触する平面を形成したセラミックス製外輪と
   を組み合わせて構成したことを特徴としたセラミックス
   製軸受。