JPH0320115A - Ceramic bearing - Google Patents
Ceramic bearingInfo
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/08—Structural association with bearings
Abstract
Description
及映史旦刀
［産業上の利用分野】
本発明は、セラミックスで構成ざれる、ころがり軸受に
関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rolling bearing made of ceramics.
近年のファイン・セラミックス技術の進歩につれて入手
できるようになった新しいセラミックス材料は、耐熱性
、耐薬品性などの従来のセラミックスの特性に加えて、
耐摩耗性と摩擦係数が小さいという利点を生かして、加
熱炉内のスキッドレールなどに利用ざれている。
一方、各種産業および民生機械の小型化、高性能化に伴
って、回転軸を支えるベアリングはいっそう小型軽量で
、高荷重、高回転に耐えることが要求される。 軸受用
材料とする特殊鋼の改良と加工技術の進歩が、この要求
にこたえる努力を続けているが、なお十分に満足できる
ものではない。
［発明が解決しようとする問題点】
本発明の目的は、上記のような技術の現状を一歩進めて
、セラミックスを材料とする、従来の鋼製のものより性
能がすぐれた軸受を提供することにある。
ｇ里旦璽羞New ceramic materials that have become available with recent advances in fine ceramics technology have the characteristics of traditional ceramics, such as heat resistance and chemical resistance.
Taking advantage of its wear resistance and low coefficient of friction, it is used for things such as skid rails in heating furnaces. On the other hand, as various industrial and consumer machines become smaller and more sophisticated, the bearings that support rotating shafts are required to be smaller and lighter, and to withstand high loads and high rotations. Efforts are being made to meet this demand through improvements in special steel used as bearing materials and advances in processing technology, but the results are still not fully satisfactory. [Problems to be Solved by the Invention] The purpose of the present invention is to take the current state of the art as described above one step further and provide a bearing that is made of ceramic and has better performance than conventional steel bearings. It is in. g Ritan Seishi
図面を参照して説明すれば、本発明のセラミックス軸受
は、たとえば第１図および第２図に示ずように、外輪１
、内輪２およびその間に配置したボール３Ａまたはニー
ドルからなるベアリングにおいて、各部品はセラミック
ス製であって、外輪１は円筒状体１１の一方（第２図で
は左）の端において内方への張出部１２を有し、外輪１
と内輪２との間に配置されたボール３Ａまたはニードル
を、上記外輪内面に固定された保持リング４Ａにより保
持したことを特徴とする。
第２図に示した例では、外輪の張出部１２の角および保
持リング４Ａの角が斜めの面をもち、あわせて断面Ｖ字
形の溝を形成し、内輪のこれに対応する表面にも断面Ｖ
字形の溝２５が設けてあり、これら相対するＶ字形の溝
の間にボール３Ａを保持した構造である。
保持リング４Ａの外輪１への固定は、これらの場合、外
輪１の張出部１２の反対側の内面に設けたネジと保持リ
ング４Ａの外側に設けたネジとのかみ合いにより行なっ
ている。
固定は、第３図に示すように、接着５によって行なうこ
ともできる。
容易に理解されるとおり、上記の保持リングは、外輪で
なく内輪にとりつ（ノることも可能である。
その場合は、たとえば第４図に示すように、内輪２は円
筒状体２１の一方（第４図では左）の端において外方へ
の張出部２２を有し、外輪１と内輪２との間に配置され
たボール３Ａまたはニードルを、保持リング４Ｂにより
保持する。
第４図は保持をネジのかみ合いにより行なった場合を、
そして第５図は接着剤によって行なった場合を、それぞ
れ示す。
本発明のセラミックス製ベアリングの別の態様において
は、第６図に示すように、内輪の中ほど２６が外方に張
り出して外輪の内方への張出部１２の内径ｄｉより大き
い外径ｄｏを有し、この内輪の張出部２６と外輪の円筒
状体１１との間にニードル３Ｂを、保持リング４Ｃをも
って保持した構造である。
第６図の態様にさらに変更した態様においては、第７図
に示すように、外輪の一方の端の内方への張出部１２が
、円筒状体１１とは別体のリング４０′を、ネジのかみ
合いでとりつけてある。 つまり、この態様は、円筒状
体１１の両端にそれぞれ保持リング４Ｃをネジでとりつ
けて、ニードル３Ｂを保持したものと同じである。
第６図や第７図に示した態様においても、第４図に例示
したような、保持リングを内輪側にとりつけた変更態様
があり得ることはもちろんである。
本発明のセラミックス製ベアリングには、そのほかにも
多くの態様が可能である。 外輪と内輪との空隙は、設
計によってある程度広くとったり、あるいは実質上密閉
に近い狭いものとすることもでき、ベアリングの用途に
応じて適宜選択することができる。
セラミックス材料としては、アルミナ、ジルコニア、窒
化ケイ素その他のファインセラミックスが好適であって
、製品であるベアリングの用途に応じて選択すればよい
。
各部品の製造は、ファイン●セラミックスの微粉末に適
宜のバインダーを加えてプレス成形し、｛ｑられたグリ
ーン（中間製品）を機械加工してネジを切り、ざらには
断面Ｖ字状の溝を形成したりして、焼結することによっ
て実施する。 保持リングの外輪または内輪への固定は
、適宜の接着剤を使用するとよい。To explain with reference to the drawings, the ceramic bearing of the present invention has an outer ring 1 as shown in FIGS. 1 and 2, for example.
, a bearing consisting of an inner ring 2 and balls 3A or needles arranged therebetween, each part is made of ceramics, and the outer ring 1 is inwardly stretched at one end (left in FIG. 2) of the cylindrical body 11. It has a protrusion 12 and an outer ring 1.
The ball 3A or needle disposed between the inner ring 2 and the inner ring 2 is held by a retaining ring 4A fixed to the inner surface of the outer ring. In the example shown in FIG. 2, the corners of the protruding portion 12 of the outer ring and the corners of the retaining ring 4A have oblique surfaces, and together they form a V-shaped groove in cross section, and the corresponding surfaces of the inner ring also have oblique surfaces. Cross section V
It has a structure in which a groove 25 in the shape of a letter is provided, and the ball 3A is held between these grooves in the V-shape facing each other. In these cases, the retaining ring 4A is fixed to the outer ring 1 by engaging a screw provided on the inner surface of the outer ring 1 opposite to the projecting portion 12 and a screw provided on the outside of the retaining ring 4A. The fixing can also be done by gluing 5, as shown in FIG. As will be readily understood, it is also possible for the above-mentioned retaining ring to attach to the inner ring rather than the outer ring. A retaining ring 4B holds a ball 3A or a needle, which has an outwardly projecting portion 22 at the end (on the left in FIG. 4) and is disposed between the outer ring 1 and the inner ring 2. represents the case where the retention is done by screw engagement,
FIG. 5 shows the case where adhesive is used. In another aspect of the ceramic bearing of the present invention, as shown in FIG. The needle 3B is held between the protrusion 26 of the inner ring and the cylindrical body 11 of the outer ring with a retaining ring 4C. In an embodiment further modified from the embodiment shown in FIG. 6, as shown in FIG. , is attached with screw engagement. In other words, this embodiment is the same as holding the needle 3B by attaching retaining rings 4C to both ends of the cylindrical body 11 with screws. Of course, even in the embodiments shown in FIGS. 6 and 7, there may be a modification in which the retaining ring is attached to the inner ring side, as illustrated in FIG. 4. Many other embodiments are possible for the ceramic bearing of the present invention. Depending on the design, the gap between the outer ring and the inner ring can be made wide to some extent or narrow enough to be substantially sealed, and can be selected as appropriate depending on the application of the bearing. Suitable ceramic materials include alumina, zirconia, silicon nitride, and other fine ceramics, and may be selected depending on the intended use of the bearing product. Each part is manufactured by adding an appropriate binder to fine ceramic powder, press-molding, machining the green (intermediate product), cutting threads, and making grooves with a V-shaped cross section. This is done by forming and sintering. An appropriate adhesive may be used to fix the retaining ring to the outer ring or inner ring.
従来のスチール製のベアリングは、金属の熱膨脹係数が
大きいことを利用して、焼きばめによって組み立ててい
た。
セラミックス材料は金属ほど熱膨脹が著しくないし、弾
性変形可能な量も小さいので、従来の手法で組み立てる
ことができない。
発明者らは、好適なバインダーを使用してセラミックス
材料粉末を成形したものは精密な機械加エができること
、そしてその機械加工はほぼ一定の焼き締まり度合で焼
結するため、焼結後も高い精度を維持することを見出し
た。 これを利用して、たとえば微細なピッチのオネジ
とメネジをグリーンに与え、焼結した後、それらが金属
の素材にネジを切った場合のようにぴったりとかみ合う
ようにする技術を確立した。
本発明では、こうした技術の助けを借り、ベアリングの
外輪と内輪の間にボールまたはニードルを配置してから
、保持リングをネジのかみ合いまたは接着により固定す
るという手法を採用し、全部品がセラミックスからなる
ベアリングを構或することに成功したのである。Conventional steel bearings are assembled by shrink fitting, taking advantage of the metal's large coefficient of thermal expansion. Ceramic materials do not thermally expand as significantly as metals, and the amount by which they can be elastically deformed is small, so they cannot be assembled using conventional methods. The inventors discovered that ceramic material powder molded using a suitable binder can be machined with precision, and that the machining process results in sintering with a nearly constant degree of sintering, resulting in a high degree of compactness even after sintering. It was found that accuracy was maintained. Taking advantage of this, for example, we have established a technology that gives green threads a fine pitch of male and female threads, and after sintering, allows them to fit perfectly together, just like when threads are cut into a metal material. In the present invention, with the help of such technology, balls or needles are placed between the outer and inner rings of the bearing, and then the retaining ring is fixed by screw engagement or adhesive, and all parts are made of ceramics. They succeeded in constructing a bearing that
【実施例１】
第１図および第２図に示す構造の小型ベアリングを、ア
ルミナで製作した。 各部の仕上り寸法は、つぎのとお
りである。
シャフト径（内輪内径）・・・ ８ｍ
外 径（外輪外径）・・・２０ａｌｌｌ１ボール中
心径 ・・・１３７１１１１１ボール
・・・径１．５＃！ｌｌＩＸ２５個いずれも１７％の焼
き締りを考慮に入れてグリーンを製作し、焼結してから
、外輪の内方張出部の角、固定リングの内側の角を軸に
対する傾斜６０゜の角度で研摩し、内輪外側の断面Ｖ字
形の溝も、軸に対して６０’ずつの傾き、従って開き角
１２０゜で研摩した。
内輪にシャフトをはめ、保持リングのネジに接着剤をつ
６プたが未固化の状態でシャフトを回転させ、保持リン
グを回してネジをしめたりゆるめたりしながら、外輪に
加わるトルクを測定し、トルクが最小になった点で固定
し、接着剤の同化にまかせた。
外輪に加わるトルクが最小になった状態は、いうまでも
なくボールと接触する断面Ｖ字形の溝が内外輪とも正し
く対応関係になり、ベアリングとしての機能が最も高く
なったことを意味する。
上記の保持リングの位置を調節する作業は、大量生産に
当っては、もちろＩν自勤化することができる。Example 1 A small bearing having the structure shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured from alumina. The finished dimensions of each part are as follows. Shaft diameter (inner ring inner diameter)...8m Outer diameter (outer ring outer diameter)...20all1 ball center diameter...13711111 ball
...Diameter 1.5#! For each of the 25 pieces of llIX, greens were manufactured taking into account 17% sintering, and after sintering, the corners of the inwardly protruding part of the outer ring and the inner corner of the fixing ring were made at an angle of 60° with respect to the axis. The V-shaped cross-section groove on the outside of the inner ring was also ground with an inclination of 60' to the axis, thus an opening angle of 120°. Fit the shaft into the inner ring, apply adhesive to the screw of the retaining ring, rotate the shaft with it unsolidified, and measure the torque applied to the outer ring while tightening or loosening the screw by turning the retaining ring. , it was fixed at the point where the torque was minimum and allowed to assimilate the adhesive. Needless to say, when the torque applied to the outer ring is minimized, the V-shaped groove in cross section that contacts the balls corresponds correctly to both the inner and outer rings, meaning that the bearing function is at its highest. The work of adjusting the position of the retaining ring described above can of course be done automatically in mass production.
【実施例２】
第７図に示す＠造の小型ベアリングを、ジルコニアで製
作した。 各部の寸法は、つぎのとおりである。
シャフト径（内輪内径〉・・・ ８＃
内輪外径（張出部）・・・１２．５ｍ
外輪外径・・・２ ０ ｍ 外輪内径−１５．５ｍ
ニードル・・・径１．５＃ｌｌｌＩＸ長ざ５＃ＩＩＩＩ
Ｘ２７個保持リングの１枚を、原料ジルコニア粉末を混
合した接着剤で外輪の円筒状体に固定して、張出部をつ
くった。 ネジ面への粉末のかみ込みによりネジが回ら
なくなった状態で、接着剤が固化した。
ニードルを配置してから、もう１枚の保持リングをネジ
込み、接着剤で固定した。
このベアリングは、とくに比較的高荷重の軸受として良
好な性能を示した。
及映匹皇黒
本発明のセラミックス軸受は、在来の鋼製軸受より著し
く耐久性が高い。 従って、長期間にわたる連続運転を
要する機器や、メンテナンスに困難の伴うような用途に
適している。 セラミックスの固有の、耐薬品性、耐酸
性、耐塩水性などの特性もあるから、各種化学プラント
や船舶用にも役立つ。 また耐熱性がある・ことはいう
までもないから、潤滑油が使えない温度や、さらに高い
温度で用いる軸受として有用である。 摩耗が少ないと
いう利点は、たとえばＩＣ製造のためのクリーンルーム
内で使用するキ１？スターなどの用途にも向けられるこ
とを意味する。[Example 2] A small bearing shown in Fig. 7 was made of zirconia. The dimensions of each part are as follows. Shaft diameter (inner ring inner diameter)...8# Inner ring outer diameter (overhang)...12.5m Outer ring outer diameter...20m Outer ring inner diameter -15.5m
Needle...Diameter 1.5#lllIX Length 5#III
One of the X27 holding rings was fixed to the cylindrical body of the outer ring with an adhesive mixed with raw zirconia powder to create an overhang. The adhesive solidified while the screw was no longer able to turn due to the powder getting into the screw surface. Once the needle was in place, another retaining ring was screwed in and secured with adhesive. This bearing showed good performance, especially as a bearing with relatively high loads. The ceramic bearing of the present invention is significantly more durable than conventional steel bearings. Therefore, it is suitable for equipment that requires continuous operation over a long period of time, and for applications where maintenance is difficult. Ceramics' unique properties such as chemical resistance, acid resistance, and salt water resistance make them useful for various chemical plants and ships. It goes without saying that it is heat resistant, so it is useful as a bearing used at temperatures where lubricating oil cannot be used, or at even higher temperatures. The advantage of low wear is, for example, in the case of keys used in clean rooms for IC manufacturing. This means that it can also be used for purposes such as stars.
第１図および第２図は、本発明のセラミックス製ベアリ
ングのー・例を示すものであって、第１図は半分の平面
図であり、第２図は縦断面図である（残り半分は、いず
れも中心線に関して対称〉。
第３図は、第１図および第２図に掲げた例の変更態様を
示すものであって、第２図に対応する縦断面図である。
第４図および第５図は、やはり第１図および第２図に掲
げた例の変更態様を示すものであって、第２図に対応す
る縦断面図である。
第６図は、本発明のセラミックス製ベアリングの別の例
を示すものであって、第２図ないし第５図と同様な縦断
面図である。
第７図は、第６図に掲げた例の変更態様を示すものであ
って、第６図に対応する縦断面図である。
１・・・外 輪
１１・・・円筒状体 １２・・・張出部２・・・
内 輪Figures 1 and 2 show an example of the ceramic bearing of the present invention, with Figure 1 being a half plan view and Figure 2 being a longitudinal sectional view (the remaining half being a cross-sectional view). , both are symmetrical with respect to the center line>. Figure 3 shows a modification of the example shown in Figures 1 and 2, and is a longitudinal sectional view corresponding to Figure 2. 5 also shows a modification of the example shown in FIGS. 1 and 2, and is a longitudinal cross-sectional view corresponding to FIG. 2. FIG. It shows another example of the bearing, and is a longitudinal sectional view similar to Figs. 2 to 5. Fig. 7 shows a modification of the example shown in Fig. 6, It is a vertical cross-sectional view corresponding to Fig. 6. 1... Outer ring 11... Cylindrical body 12... Overhanging part 2...
inner circle
Claims (12)
またはニードルからなるベアリングにおいて、各部品は
セラミックス製であつて、外輪は円筒状体の一方の端に
おいて内方への張出部を有し、外輪と内輪との間に配置
したボールまたはニードルを、上記外輪内面に固定され
た保持リングにより保持したことを特徴とするセラミッ
クス製ベアリング。(1) In a bearing consisting of an outer ring, an inner ring, and a plurality of balls or needles arranged between them, each part is made of ceramics, and the outer ring has an inward protrusion at one end of a cylindrical body. A ceramic bearing characterized in that balls or needles arranged between an outer ring and an inner ring are held by a retaining ring fixed to the inner surface of the outer ring.
字形の溝を形成し、内輪のこれに対応する表面にも断面
Ｖ字形の溝を設け、これら相対するＶ字形の溝の間にボ
ールを保持した構造をもつ特許請求の範囲第１項のセラ
ミックス製ベアリング。(2) The corners of the protruding part of the outer ring and the corners of the retaining ring are cross-sectional
The ceramic according to claim 1, which has a structure in which a groove is formed in the shape of a letter, a groove having a V-shaped cross section is also provided on the corresponding surface of the inner ring, and a ball is held between these opposing V-shaped grooves. Made of bearings.
張出部の内径より大きい外径を有し、この内輪の張出部
と外輪の円筒状体との間にニードルを保持した構造をも
つ特許請求の範囲第１項のセラミックス製ベアリング。(3) The middle part of the inner ring projects outward and has an outer diameter larger than the inner diameter of the inward projecting part of the outer ring, and a needle is inserted between the projecting part of the inner ring and the cylindrical body of the outer ring. The ceramic bearing according to claim 1, which has a holding structure.
は別体のリングをとりつけて成るものである特許請求の
範囲第１項のセラミックス製ベアリング。(4) The ceramic bearing according to claim 1, wherein the inward projecting portion of one end of the outer ring is formed by attaching a ring separate from the cylindrical body.
またはニードルからなるベアリングにおいて、各部品は
セラミックス製であって、内輪は円筒状体の一方の端に
おいて外方への張出部を有し、外輪と内輪との間に配置
したボールまたはニードルを、上記内輪外面に固定され
た保持リングにより保持したことを特徴とするセラミッ
クス製ベアリング。(5) In a bearing consisting of an outer ring, an inner ring, and a plurality of balls or needles arranged between them, each part is made of ceramics, and the inner ring has an outward protrusion at one end of the cylindrical body. A ceramic bearing characterized in that balls or needles arranged between an outer ring and an inner ring are held by a retaining ring fixed to the outer surface of the inner ring.
字形の溝を形成し、外輪のこれに対応する表面にも断面
Ｖ字形の溝を設け、これら相対するＶ字形の溝の間にボ
ールを保持した構造をもつ特許請求の範囲第５項のセラ
ミックス製ベアリング。(6) The corners of the protruding part of the inner ring and the corners of the fixing ring have a cross section of V
The ceramic according to claim 5, which has a structure in which a groove is formed in the shape of a letter, a groove having a V-shaped cross section is also provided on the corresponding surface of the outer ring, and a ball is held between these opposing V-shaped grooves. Made of bearings.
張出部の外径より小さい内径を有し、この外輪の張出部
と内輪の円筒状体との間にニードルを保持した構造をも
つ特許請求の範囲第５項のセラミックス製ベアリング。(7) The middle part of the outer ring projects inward and has an inner diameter smaller than the outer diameter of the outward projecting part of the inner ring, and a needle is provided between the projecting part of the outer ring and the cylindrical body of the inner ring. The ceramic bearing according to claim 5, which has a holding structure.
は別体のリングをとりつけて成るものである特許請求の
範囲第５項のセラミックス製ベアリング。(8) The ceramic bearing according to claim 5, wherein the outwardly projecting portion of one end of the inner ring is formed by attaching a ring separate from the cylindrical body.
た特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかのセラ
ミックス製ベアリング。(9) The ceramic bearing according to any one of claims 1 to 8, wherein the retaining ring is fixed by screw engagement.
求の範囲第１項ないし第８項のいずれかのセラミックス
製ベアリング。(10) A ceramic bearing according to any one of claims 1 to 8, wherein the retaining ring is fixed by adhesive.
ケイ素その他のファイン・セラミックスからえらんだも
のである特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれか
のセラミックス製ベアリング。(11) The ceramic bearing according to any one of claims 1 to 8, wherein the ceramic is selected from alumina, zirconia, silicon nitride, and other fine ceramics.
ードルと接触する部分を研摩し、断面を真円状とした特
許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかのセラミッ
クス製ベアリング。(12) The ceramic bearing according to any one of claims 1 to 8, wherein the outer ring, inner ring, and retaining ring are polished at the portions that contact the balls or needles to have a perfectly circular cross section.
Priority Applications (1)
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| Country | Link |
|---|---|
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