JPH05321940A - Bearing unit - Google Patents
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- JPH05321940A JPH05321940A JP12891592A JP12891592A JPH05321940A JP H05321940 A JPH05321940 A JP H05321940A JP 12891592 A JP12891592 A JP 12891592A JP 12891592 A JP12891592 A JP 12891592A JP H05321940 A JPH05321940 A JP H05321940A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、高速回転、高精度を要
求される工作機械や、高温環境下や耐食環境下に使用さ
れる軸受ユニットに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machine tool that requires high speed rotation and high accuracy, and a bearing unit used in a high temperature environment or a corrosion resistant environment.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、軽量化による高速回転の実現化、
および高温耐久性や耐食性を目的としてベアリングをセ
ラミックスで作製することが実用化されつつある。その
1つの例として、窒化珪素を主材とし、リテーナ(保持
器)を除きベアリング内部の転動体(コロ、ボール)だ
けでなく、内輪、外輪にもセラミックスを用いた総セラ
ミックベアリングが最近開発された。このベアリング
は、嵌合部において金属製の軸に特殊なスプライン
(溝)を切ることにより、セラミックスと金属との熱膨
張差によって金属製軸に発生する引張り応力を極力押え
るように工夫されたものである。2. Description of the Related Art In recent years, realization of high-speed rotation by weight reduction,
Also, it is becoming practical to manufacture bearings from ceramics for the purpose of high temperature durability and corrosion resistance. As an example of this, a fully ceramic bearing has been recently developed that uses silicon nitride as the main material and uses ceramics not only for the rolling elements (rollers, balls) inside the bearing except for the retainer (retainer), but also for the inner and outer rings. It was This bearing is designed to suppress the tensile stress generated in the metal shaft due to the difference in thermal expansion between ceramics and metal as much as possible by cutting a special spline (groove) in the metal shaft at the fitting part. Is.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ベアリ
ングがセラミックス製で軸が金属製の上記セラミックベ
アリングにおいては、その工夫にも拘らずその効果は未
だ不十分であり、特に100℃以上で使用するに際し、
熱膨張差によりベアリングの寿命が短くなるという問題
があった。本発明の目的は、上記のようなセラミックベ
アリングを実用化するに際してネックとなっていた、軸
およびハウジングとベアリング内輪、外輪との熱膨張差
を回避し、寿命の長い高精度なセラミックベアリングを
用いた軸受ユニットを提供することである。However, the effect of the above ceramic bearing, which is made of ceramics and the shaft is made of metal, is still insufficient in spite of its ingenuity, and especially when it is used at 100 ° C. or higher. ,
There is a problem that the life of the bearing is shortened due to the difference in thermal expansion. An object of the present invention is to avoid the thermal expansion difference between the shaft and housing and the bearing inner ring and outer ring, which has been a bottleneck in putting the above ceramic bearing into practical use. To provide the bearing unit that was used.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、内輪、
外輪及びその間に収納された転動体から主としてなるベ
アリングをセラミックスで作製するととも、前記ベアリ
ングを包囲するハウジングおよび/または前記ベアリン
グの内輪に嵌合される軸を低膨張合金で作製することを
特徴とする軸受ユニットが提供される。According to the present invention, an inner ring,
The bearing mainly composed of the outer ring and the rolling elements housed therebetween is made of ceramics, and the housing surrounding the bearing and / or the shaft fitted to the inner ring of the bearing is made of a low expansion alloy. A bearing unit is provided.
【0005】[0005]
【作用】ベアリングは内輪、外輪およびその間に収納さ
れた球、コロ等の転動体と、さらに転動体を保持する保
持器とより成る。そして、このベアリングはそれを包囲
するハウジングとベアリングの内輪に嵌合される軸とか
ら軸受ユニットを構成する。本発明の軸受ユニットは、
ベアリングの内輪、外輪および転動体をセラミックスで
作製するとともに、軸および/またはハウジングを低膨
張合金で作製したものである。The bearing comprises an inner ring, an outer ring and rolling elements such as balls and rollers housed between them, and a retainer for holding the rolling elements. Further, this bearing constitutes a bearing unit from a housing which surrounds the bearing and a shaft which is fitted to the inner ring of the bearing. The bearing unit of the present invention is
The inner ring, the outer ring, and the rolling elements of the bearing are made of ceramics, and the shaft and / or the housing are made of a low expansion alloy.
【0006】ここで用いる低膨張合金としては、重量比
で、Ni 25〜40%、Co 0〜20%、C 0.
3〜3.5%、Si 0.2〜3.5%を含み、必要に
応じてMg又はCa 0.01〜1.0%、Mn 2.
0%以下、硫黄 1.0%以下、りん 1.5%以下を
含み、室温〜200℃における平均熱膨張係数が6×1
0-6/℃以下のFe基鋳造合金、あるいは重量比で、N
i 25〜40%、Co 0〜20%を含み、必要に応
じてMn 1.0%以下、Si 0.2%以下を含み、
室温〜200℃における平均熱膨張係数が6×10-6/
℃以下のFe基鍛造合金またはFe基圧延合金が好まし
い。As the low expansion alloy used here, Ni 25-40%, Co 0-20%, C 0.
3 to 3.5%, Si 0.2 to 3.5%, Mg or Ca 0.01 to 1.0%, Mn as required 2.
It contains 0% or less, sulfur 1.0% or less, and phosphorus 1.5% or less, and has an average coefficient of thermal expansion of 6 × 1 at room temperature to 200 ° C.
Fe-based casting alloy of 0 -6 / ° C or less, or N by weight ratio
i 25 to 40%, Co 0 to 20%, and optionally Mn 1.0% or less and Si 0.2% or less,
Average thermal expansion coefficient from room temperature to 200 ° C is 6 × 10 -6 /
A Fe-based forged alloy or a Fe-based rolled alloy having a temperature of ℃ or less is preferable.
【0007】上記組成の低膨張合金のうち、典型的に
は、重量比で、C 0.3〜2.0%、Ni 25〜3
2%、Co 12〜20%、Si 0.3〜2.0%、
Nb0.2〜0.8%、Mg又はCa 0.01〜0.
2%、Mn 1.0%以下、残部は不純物を含むFeの
組成を有し、室温〜200℃の平均熱膨張係数が3×1
0-6/℃〜4×10-6/℃、室温〜400℃の平均熱膨
張係数が4.5×10-6/℃〜5.5×10-6/℃であ
る鋳鉄、あるいは重量比でC 0.8〜3.0%、Ni
30〜34%、Co 4.0〜6.0%、Si 1.
0%〜3.0%、Mn 2.0%以下、硫黄 1.0%
以下、りん 1.5%以下、Mg 1.0%以下、残部
は不純物を含むFeの組成を有し、室温〜200℃の平
均熱膨張係数が約2×10-6/℃〜3×10-6/℃、室
温〜400℃の平均熱膨張係数が約9×10-6/℃以下
である鋳鉄などが望ましいが、そのほかインバー合金や
コバールなどの低膨張合金を用いることもできる。Among the low expansion alloys having the above composition, typically, C 0.3 to 2.0% by weight and Ni 25 to 3 by weight ratio.
2%, Co 12 to 20%, Si 0.3 to 2.0%,
Nb 0.2-0.8%, Mg or Ca 0.01-0.
2%, Mn 1.0% or less, the balance is Fe containing impurities, and the average coefficient of thermal expansion from room temperature to 200 ° C. is 3 × 1.
0 -6 / ℃ ~4 × 10 -6 / ℃, cast iron average thermal expansion coefficient from room temperature to 400 ° C. is 4.5 × 10 -6 /℃~5.5×10 -6 / ℃ or weight ratio, C 0.8-3.0%, Ni
30-34%, Co 4.0-6.0%, Si 1.
0% -3.0%, Mn 2.0% or less, sulfur 1.0%
Hereafter, phosphorus has a composition of 1.5% or less, Mg is 1.0% or less, and the balance is Fe containing impurities. The average thermal expansion coefficient at room temperature to 200 ° C. is about 2 × 10 −6 / ° C. to 3 × 10 5. -6 / ° C., such as cast iron is preferably not more than room temperature average coefficient of thermal expansion to 400 ° C. of about 9 × 10 -6 / ℃ However, it is also possible to use a low expansion alloy such as other Invar alloy and Kovar.
【0008】上記した鋳鉄は、上記組成範囲とすること
で所期の非常に低い平均熱膨張係数で、セラミックスに
近い平均熱膨張係数を得ることができるものであり、こ
のうち特にNi,Coが上記範囲外では所期の平均熱膨
張係数が得られない。またMn,Siを上記範囲で添加
することにより材質中の酸素レベルが抑えられ、脱酸効
果による溶湯流動性と加工性が良好となる。これらの低
膨張合金は、鋳造材として用いることが大気鋳造が可能
で、かつ任意形状に作製できコスト上の観点から好まし
いが、鋳造材として用いると強度的に信頼性に欠ける場
合には、低膨張合金を、一般に高価であるが鍛造材また
は圧延材として用いることもできる。The above-mentioned cast iron can obtain an average coefficient of thermal expansion close to that of ceramics with a desired average coefficient of thermal expansion by setting the above composition range. Among them, Ni and Co are particularly preferable. Outside the above range, the desired average coefficient of thermal expansion cannot be obtained. Further, by adding Mn and Si in the above range, the oxygen level in the material is suppressed, and the melt fluidity and workability due to the deoxidizing effect are improved. These low expansion alloys are preferable from the viewpoint of cost because they can be cast in the atmosphere and can be produced in an arbitrary shape when used as a casting material, but when used as a casting material, they are low in strength when they lack reliability. Expanded alloys, although generally expensive, can also be used as forged or rolled materials.
【0009】また、ベアリングに用いられるセラミック
スとしては、必要な強度を有する窒化珪素、サイアロ
ン、炭化珪素、アルミナ、チタン酸アルミニウム等を指
す。因に、窒化珪素の平均熱膨張係数は約3.5×10
-6/℃、アルミナの平均熱膨張係数は7.0×10-6/
℃である。ベアリングと軸、ハウジングに使用される低
膨張合金との固定方法としては、従来の圧入、すきまば
めなどの嵌合方法を使用することができるが、そのほ
か、低膨張合金によって鋳ぐるむことにより、ベアリン
グ外輪とハウジングが一体化されたものや軸とベアリン
グ内輪が一体化されたものを作製することができる。さ
らに、従来の鋼鉄製ハウジングおよび/または軸と、セ
ラミックスで作製したベアリングの中間に、緩衝材とし
て本発明の低膨張合金を利用する態様も好ましいもので
ある。The ceramics used for bearings include silicon nitride, sialon, silicon carbide, alumina, aluminum titanate, etc., which have the required strength. Incidentally, the average thermal expansion coefficient of silicon nitride is about 3.5 × 10.
-6 / ° C, the average coefficient of thermal expansion of alumina is 7.0 x 10 -6 /
℃. As a method of fixing the bearing, shaft, and low expansion alloy used for the housing, conventional fitting methods such as press fitting and clearance fit can be used, but in addition, by casting with low expansion alloy The bearing outer ring and the housing are integrated, and the shaft and the bearing inner ring are integrated. Further, a mode in which the low expansion alloy of the present invention is used as a cushioning material between the conventional steel housing and / or shaft and the bearing made of ceramics is also preferable.
【0010】[0010]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳し
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。図1は本発明の軸受ユニットにおけるベア
リングの一例を示す断面概要図で、図2は図1のA−A
断面図、図3は図1のB−B断面図である。図1〜図3
において、内輪1、外輪2、及び内輪1と外輪2の間に
収納された球3、さらに球3を保持する保持器4からベ
アリング5が構成されている。図4は本発明の軸受ユニ
ットの一例を示す断面概要図で、ベアリング5の内輪1
の内側には、本発明の低膨張合金で作製された金属軸6
が嵌合固定され、一方ベアリング5の外輪2の外周部
は、本発明の低膨張合金で作製されたハウジング7によ
り包囲され、軸受ユニットが構成されている。そして、
軸6は通常駆動モーター8に連結される。The present invention will be described in more detail based on the following examples, but the invention is not intended to be limited to these examples. FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a bearing in a bearing unit of the present invention, and FIG.
A sectional view and FIG. 3 are sectional views taken along line BB of FIG. 1 to 3
In, the bearing 5 is composed of the inner ring 1, the outer ring 2, the sphere 3 housed between the inner ring 1 and the outer ring 2, and the retainer 4 that holds the sphere 3. FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of the bearing unit of the present invention.
The inner side of the metal shaft 6 is made of the low expansion alloy of the present invention.
Is fitted and fixed, and the outer peripheral portion of the outer ring 2 of the bearing 5 is surrounded by a housing 7 made of the low expansion alloy of the present invention to form a bearing unit. And
The shaft 6 is usually connected to a drive motor 8.
【0011】次に、具体的な実施結果を説明する。 (実施例1、比較例1〜2)軸を低膨張鋳鉄(組成(重
量比):Ni 28.0%、Co 14%、C 0.9
%、Si 1.2%、Mg 0.03%、Nb 0.3
%、Mn 0.3%以下、残部がFe)により作製し、
ベアリングの内輪、外輪及び球を窒化珪素で作製した回
転機械を試作した(実施例1)。また比較のため、S4
5CおよびNiCr鋼からなる軸と、窒化珪素からなる
ベアリングから構成された回転機械を試作した(比較例
1〜2)。これらの回転機械について、400℃の高温
環境下、回転数120rpmで寿命試験を行なった。結
果を表1に示す。Next, a concrete implementation result will be described. (Example 1, Comparative Examples 1 and 2) Low expansion cast iron (composition (weight ratio): Ni 28.0%, Co 14%, C 0.9
%, Si 1.2%, Mg 0.03%, Nb 0.3
%, Mn 0.3% or less, the balance being Fe),
A prototype of a rotary machine in which the inner ring, the outer ring, and the sphere of the bearing were made of silicon nitride was manufactured (Example 1). For comparison, S4
A rotary machine composed of a shaft made of 5C and NiCr steel and a bearing made of silicon nitride was prototyped (Comparative Examples 1 and 2). A life test was performed on these rotary machines at a rotation speed of 120 rpm under a high temperature environment of 400 ° C. The results are shown in Table 1.
【0012】[0012]
【表1】 [Table 1]
【0013】(実施例2、比較例3〜4)軸に低膨張鋳
鉄(組成(重量比):Ni 33.0%、Co 5.5
%、C2.0%、Si 2.0%、Mn 0.3%以
下、Mg 0.03%、残部はFe)を使用しかつ窒化
珪素製のベアリングを用いた精密旋盤について、この軸
回転精度を求めた(実施例2)。また、軸にS45C、
NiCr鋼を用い、窒化珪素製のベアリングを用いた精
密旋盤についても、軸回転精度を求め比較した(比較例
3〜4)。結果を表2に示す。(Example 2, Comparative Examples 3 to 4) Low-expansion cast iron (composition (weight ratio): Ni 33.0%, Co 5.5
%, C 2.0%, Si 2.0%, Mn 0.3% or less, Mg 0.03%, the balance being Fe), and the precision of this shaft rotation for a precision lathe using a silicon nitride bearing. Was determined (Example 2). In addition, S45C on the axis,
The precision of a precision lathe using NiCr steel and a bearing made of silicon nitride was also compared for the accuracy of shaft rotation (Comparative Examples 3 to 4). The results are shown in Table 2.
【0014】[0014]
【表2】 [Table 2]
【0015】[0015]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のようにベ
アリングをセラミックスで作製し、軸および/またはハ
ウジングを低膨張合金で作製してなる軸受ユニットは、
従来問題になっていた熱膨張差による破壊を抑え、また
温度変化に伴う熱膨張差によるガタを抑えることがで
き、この結果、例えば工作機械の軸回転精度が向上し、
工作物の加工精度を高めることができるという顕著な効
果を奏するものである。As described above, the bearing unit in which the bearing is made of ceramics and the shaft and / or the housing is made of low expansion alloy as in the present invention,
It is possible to suppress breakage due to the difference in thermal expansion, which has been a problem in the past, and also to prevent looseness due to the difference in thermal expansion due to temperature change. As a result, for example, the shaft rotation accuracy of a machine tool is improved,
This has a remarkable effect that the machining accuracy of the workpiece can be improved.
【図1】本発明の軸受ユニットにおけるベアリングの一
例を示す断面概要図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a bearing in a bearing unit of the present invention.
【図2】図1のA−A断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
【図3】図1のB−B断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG.
【図4】本発明の軸受ユニットの一例を示す断面概要図
である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of a bearing unit of the present invention.
1 内輪 2 外輪 3 球 4 保持器 5 ベアリング 6 金属軸 7 ハウジング 8 駆動モーター 1 inner ring 2 outer ring 3 ball 4 cage 5 bearing 6 metal shaft 7 housing 8 drive motor
Claims (3)
体から主としてなるベアリングをセラミックスで作製す
るととも、前記ベアリングを包囲するハウジングおよび
/または前記ベアリングの内輪に嵌合される軸を低膨張
合金で作製することを特徴とする軸受ユニット。1. A bearing mainly composed of an inner ring, an outer ring and rolling elements housed therebetween is made of ceramics, and a housing surrounding the bearing and / or a shaft fitted to the inner ring of the bearing is made of a low expansion alloy. A bearing unit manufactured by.
40%、Co 0〜20%、C 0.3〜3.5%、S
i 0.2〜3.5%を含み、必要に応じてMg又はC
a 0.01〜1.0%、Mn 2.0%以下、硫黄
1.0%以下、りん 1.5%以下を含み、室温〜20
0℃における平均熱膨張係数が6×10-6/℃以下のF
e基鋳造合金である請求項1記載の軸受ユニット。2. The low expansion alloy comprises Ni 25-by weight ratio.
40%, Co 0 to 20%, C 0.3 to 3.5%, S
i 0.2 to 3.5%, Mg or C as required
a 0.01-1.0%, Mn 2.0% or less, sulfur
1.0% or less and phosphorus 1.5% or less, room temperature to 20
F having an average coefficient of thermal expansion at 0 ° C. of 6 × 10 −6 / ° C. or less
The bearing unit according to claim 1, which is an e-based casting alloy.
40%、Co 0〜20%を含み、必要に応じてMn
1.0%以下、Si 0.2%以下を含み、室温〜20
0℃における平均熱膨張係数が6×10-6/℃以下のF
e基鍛造合金またはFe基圧延合金である請求項1記載
の軸受ユニット。3. The low expansion alloy is Ni 25 to 25 in a weight ratio.
40%, 0 to 20% Co, and optionally Mn
1.0% or less, Si 0.2% or less, room temperature to 20
F having an average coefficient of thermal expansion at 0 ° C. of 6 × 10 −6 / ° C. or less
The bearing unit according to claim 1, which is an e-based forged alloy or an Fe-based rolled alloy.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4128915A JP2503157B2 (en) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | Bearing unit |
Applications Claiming Priority (1)
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JP4128915A JP2503157B2 (en) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | Bearing unit |
Publications (2)
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JPH05321940A true JPH05321940A (en) | 1993-12-07 |
JP2503157B2 JP2503157B2 (en) | 1996-06-05 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011005963A (en) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Ntn Corp | Bearing device for wheel |
RU2820430C1 (en) * | 2023-06-20 | 2024-06-03 | Акционерное общество "Северо-западный региональный центр Концерна ВКО "Алмаз - Антей" - Обуховский завод" | Iron-based invar alloy |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0280809A (en) * | 1988-09-19 | 1990-03-20 | Hitachi Ltd | Bearing unit and magnetic disc device equipped with the bearing |
JPH034026A (en) * | 1989-05-29 | 1991-01-10 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Mounting structure for ceramic bearing |
-
1992
- 1992-05-21 JP JP4128915A patent/JP2503157B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0280809A (en) * | 1988-09-19 | 1990-03-20 | Hitachi Ltd | Bearing unit and magnetic disc device equipped with the bearing |
JPH034026A (en) * | 1989-05-29 | 1991-01-10 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Mounting structure for ceramic bearing |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011005963A (en) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Ntn Corp | Bearing device for wheel |
RU2820430C1 (en) * | 2023-06-20 | 2024-06-03 | Акционерное общество "Северо-западный региональный центр Концерна ВКО "Алмаз - Антей" - Обуховский завод" | Iron-based invar alloy |
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