JPH08511082A - ベアリングに温度独立装着する方法および設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はベアリング（５）におけるシャフト（１）の温度独立装着の方法並びにベアリング設備に関する。このベアリング設備では、ベアリングの材料、好ましくは鋼、よりも高い熱膨張係数を有する材料、好ましくは軽金属、例えばアルミニウム又はマグネシウム、からシャフトは作られる。上述のタイプの公知の構造は、ベアリング設備が設計されている狭い温度範囲を越えると遊び或いは増大した摩擦になるという温度に感じやすい欠点を有している。基本的に温度に依存しない装着を得るために、シャフトには、本発明によれば、外方殻（３，４）が設けられる。この外方殻（３，４）はベアリング（５）の熱膨張係数よりも低い熱膨張係数を有する。この外方殻（３，４）に適する材料に炭素繊維強化エポキシ樹脂がある（図１）。

Description

【発明の詳細な説明】 ベアリングに温度独立装着する方法および設備 本発明は第１の熱膨張係数を有する第１の材料から作られたシャフトの温度独 立装着を第２の熱膨張係数を有しかつ前記シャフトと相互作用するベアリングに おいて達成する方法に関する。また、本発明は第１の熱膨張係数を有する第１の 材料から作られたシャフトと、第２の熱膨張係数を有しかつ前記シャフトと相互 作用するベアリングとからなるベアリング設備に関する。前記の方法およびベア リング設備の各々において、第１の熱膨張係数は第２の熱膨張係数よりも高い値 のものである。 このようなベアリング設備は例えば低い重量を有すべき構造体が要求される所 に存在している。このようなベアリング設備のシャフト形成部分は、この場合、 アルミニウム又はマグネシウムのような軽金属から作ることができる一方、ベア リングは鋼から作られる。これらのベアリング設備が限られた温度範囲内で使用 される限りでは、遊びのないことおよび低摩擦に関して所望の特性が彼等に与え られうる。 しかしながら、ベアリング設備が非常に広い温度範囲、例えば−３０°から＋ ６０°の範囲、で使用されるとき、シャフトとベアリングの材料の熱膨張係数の 差が顕著であるが故に問題が生じやすいのである。設定された要求に従って完全 に機能するベアリング組み合せは、上方の温度範囲で、概して極度に高い摩擦を 受けてシャフトは一層しっかりとクランプされる一方、この同じベアリング組み 合せ は、下方の温度範囲で、多すぎる遊びを有するのである。なぜなら、シャフトは ベアリングよりも一層縮むからである。高精度サーボシステムにおいては、例え ば、ベアリングが存在するすべてにおいて遊びがないことおよび低摩擦が要求さ れる。顕著な温度変動に曝される上述のベアリング設備は全温度範囲で設定要求 を満足しない。 本発明の目的は広い温度範囲で遊びがないことおよび低摩擦に関する設定要求 を満たす低い重さのベアリング設備を得ることである。 本発明の目的は、ベアリングに温度独立装着する方法であっては、第１の高い 熱膨張係数を有する第１の材料から作られたシャフトにベアリングの第２の熱膨 張係数よりも低い値の第３の熱膨張係数を有する第３の材料から作られた外方殻 を設け、この外方殻は周囲表面の大部分を少なくとも包囲することを特徴とし、 そして、ベアリング設備であっては、第１の高い熱膨張係数を有する第１の材料 から作られたシャフトにベアリングの第２の熱膨張係数よりも低い値の第３の熱 膨張係数を有する第３の材料から作られた外方殻を設け、この外方殻は周囲表面 の大部分を少なくとも包囲していることを特徴とすることにより達成される。ベ アリングの材料よりも高い熱膨張係数を有する第１の材料と、低い熱膨張係数を 有する第２の材料との組み合せにより、ベアリング材料と基本的に同じ熱膨張を 有する軽量のシャフトが得られる。最大材料変動を有する材料がこれらを所望値 に制限する外方層により補強される。それ故、このベアリング設備は非常に広い 温度範囲で使用でき る。 これに関して、二つの相互作用する素子間の熱膨張係数の差を他の熱膨張係数 を有した第３の中間の素子を導入することにより補償すること等は既に公知であ るということは注目するに価する。例えば、米国特許第５０２８１５２号により 、軽金属ケーシングに対する鋼シャフトの低い熱膨張をシャフトとケーシングと の間に軸方向に作用する高い熱膨張の素子を導入することにより軸方向に補償す ることは知られている。ＤＥ２４２７６８８号特許明細書はベアリングの外方フ ェライトリングと軽金属ケーシングとの間にベアリングの外方リングとケーシン グのほぼ中間の熱膨張係数を有する素子を導入する例を示している。しかし、こ こに示した二つの文献のいずれも軽金属のシャフトをベアリングに装着すること に関係せず、比較的高い熱膨張係数を有する軽金属と比較的低い熱膨張係数を有 する好ましくは鋼から作られているベアリングとの間の相互作用から生ずる特殊 な装着上の間題点に関係するものではない。 シャフトに適する材料はアルミニウム又はマグネシウムであり炭素繊維の外殻 を有している。ベアリングは鋼から作るのが好都合である。外方殻の熱膨張を決 める炭素繊維は約０Ｅ−６Ｋ^-1の熱膨張係数を有する。アルミニウムに対しては 同じ係数は約２４Ｅ−６Ｋ^-1であり、一方、ベアリング材料の熱膨張係数は約１ ２Ｅ−６Ｋ^-1に設定される。入力シャフトの材料としてアルミニウムおよび炭素 繊維、ベアリング材料として鋼を選択することにより、炭素繊維で巻かれた軽金 属シャフトにおいてベアリングと基本的 に同じ熱膨張を有するベアリング設備を得ることが出来る。 ベアリング設備の有利な実施例によれば、第３の材料である炭素繊維から作ら れた外方殻はシャフトの長手方向に対して９０°で基本的に接線方向に巻かれる 。このように炭素繊維を巻くことによりアルミニウムと炭素繊維との間の好都合 な相互作用を得て、その相互作用が要求されるとき、炭素繊維はアルミニウムの 変動に抵抗するように作用する。 他の有利な実施例によれば、ベアリング設備は第２の材料のシャフトには隆起 部がこれと一列に配置されたベアリングと直接係合するように設けられる。この ような実施例はベアリングの装着を容易にする。なぜならシャフトを何ら更に加 工することなく隆起部に直接にベアリングを置くことができるからである。 更に有利な実施例によれば、鋼リングがベアリング設備のシャフトの外方殻の まわりに配置されてこのリングと整列して配置されたベアリングに係合するよう になっている。前段で述べた実施例の如く、鋼製のリングを設けることによりベ アリングの装着を容易にする。 本発明を以下に添付の図面を参照して二つの実施例に基づき一層詳細に説明す る。図１は本発明によるベアリング設備の第１の例示的実施例を示す。図２は本 発明によるベアリング設備の第２の例示的実施例を示す。 図１に示す第１の実施例をＡタイプと以下称する。このＡタイプは内方アルミ ニウム芯１を含む。この芯は管状で あってもよい。この芯１には中央環状隆起部又はふくらみ部２が設けられている 。このふくらみ部は便宜上完成シャフトの最大外径を呈する。このふくらみ部の 両側は炭素繊維強化エポキシ樹脂被覆からなる外方殻３および４で包囲されてい る。炭素繊維強化の目的はシャフトの芯１の熱変動を或る限度、すなわちベアリ ングの温度変動に等しい限度、に抑えることである。中央のふくらみ２はベアリ ング５（図示の実施例ではボールベアリングである）が直接に芯１の金属へ施与 されることを許容する。アルミニウムの芯１に施与されている炭素繊維強化エポ キシの量はアルミニウムの芯と炭素繊維強化外方殻との部材間の境界層に生ぜし められる剪断応力に耐えるようになされている。前記剪断応力の大きさはベアリ ング設備が設計された温度範囲で生じる程度のものである。炭素繊維強化エポキ シ被覆はシャフトの長手方向軸線に対して９０°で接線方向に巻かれるのが好ま しい。 第２の実施例（以下Ｂタイプと称す）によれば、アルミニウムの芯６全体が炭 素繊維強化エポキシ殻又は外方殻７により包囲されている。Ａタイプと比較して 前記応力はわずかに小さく、それ故、外方層はわずかに薄くすることができる。 この実施例では、ベアリング５を施与すべき区域を得るために、接着された鋼リ ング８の形をしたベアリング点が設けられる。鋼リング８が施与される前に、炭 素繊維強化エポキシ殻は前記鋼リングに適する直径へ加工され、鋼リングが施与 されると、鋼リングの再加工が行われる。別の態様として、炭素繊維強化外方殻 ７は研摩される。 かくして鋼リング８を割愛できる。 ベアリング設備に適するシャフト直径範囲は０．１〜０．５ｍであるが、この 範囲を越えたシャフト直径にも本発明が適用される可能性を除外しない。 炭素繊維強化エボキシは１００〜１２０℃で硬化する。この温度ではベアリン グ設備は内部発生応力を有しない。低い温度でベアリング設備に発生する顕著な 応力を除去するために、炭素繊維は層状に施与できる。各巻層は次の巻層が施与 される前に硬化と冷却を受ける。 本発明は以上に述べた例示的実施例のものに限定されずに、本発明の範囲内で 他の多くの実施を行うことが出来る。例えば、エポキシの代りに熱可塑性材が使 用できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の熱膨張係数を有する第１の材料から作られたシャフトの温度独立装 着を第２の熱膨張係数を有する第２の材料から作られて前記シャフトと相互作用 するベアリングにおいて達成するための方法であって、前記第１の熱膨張係数の 値は前記第２の熱膨張係数よりも高いものである前記方法において、第１の高い 熱膨張係数を有する第１の材料から作られたシャフトに外方殻が設けられ、この 外方殻は少なくとも周囲表面の大部分を包囲しかつベアリングの第２の熱膨張係 数よりも低い値の第３の熱膨張係数を有する第３の材料から作られていることを 特徴とする前記方法。 ２．第３の材料である炭素繊維から出来た外方殻がシャフトの長手方向に対し て９０°において基本的に接線方向に巻かれることにより施与されている請求項 １の方法。 ３．第１の熱膨張係数を有する第１の材料から作られたシャフト、および第２ の熱膨張係数を有する第２の材料から作られかつ前記シャフトと相互作用するベ アリングを含み、前記の第１の熱膨張係数の値は第２の熱膨張係数よりも高いベ アリング設備において、第１の高い熱膨張係数を有する第１の材料から作られた シャフトには外方殻が設けられ、この外方殻は周囲表面の大部分を少なくとも包 囲しかつベアリングの第２の熱膨張係数よりも低い値の第３の熱膨張係数を有す る材料から作られていることを特徴とするベアリング設備。 ４．第３の材料は炭素繊維強化エポキシ樹脂であること を特徴とする請求項３のベアリング設備。 ５．炭素繊維はシャフトの長手方向に対して９０°において基本的に接線方向 に巻かれていることを特徴とする請求項４のベアリング設備。 ６．第１の材料はアルミニウム又はマグネシウムであることを特徴とする請求 項３乃至５のいずれか１のベアリング設備。 ７．第２の材料は鋼である請求項３乃至６のいずれか１のベアリング設備。 ８．第２の材料のシャフトには隆起部が設けられていて、この隆起部と一列に 配列されたベアリングが直接係合するようになされている請求項３乃至７のいず れか１のベアリング設備。 ９．シャフトの外方殻のまわりに鋼リングが配列されてこのリングと一列に配 列されたベアリングが係合するようになされている請求項３乃至７のいずれか１ のベアリング設備。