JPH11153138A - 無潤滑摺動形回転軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】無潤滑でも起動時運転時を問わず低摩擦で、耐
摩耗性、摩擦振動抑制効果、耐衝撃性に優れる摺動形回
転軸受装置を提供する。 【解決手段】回転軸を支持する外輪の内周面側に適宜角
度の等間隔で複数のウッドセラミックスからなる摩擦体
を係合配設し、この各摩擦体の先端摩擦接触面を回転軸
に嵌着した内輪又は回転軸の外周面の曲率に呼応した弧
状の湾曲面となすとともに、この弧状に湾曲した複数の
摩擦体の先端摩擦接触面を介して内輪又は回転軸を摺動
回転せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸を外輪にて
回転支持する回転軸受装置に関し、とりわけ従来の回転
軸受装置に比し、無潤滑でも起動時運転時を問わず低摩
擦で，耐摩耗性，摩擦振動抑制機能，耐衝撃性，そして
摩擦精度の維持に優れる無潤滑摺動形回転軸受装置に係
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の回転軸受装置としては、回転軸を
支持する軸受け部材としての外輪の内周面側に銅合金，
チタン合金，マグネシウム合金等の各種金属の合金素材
を配設しこれら合金素材の摩擦体を介して回転軸を摺動
回転させるもの、或はボ−ルを介した転がり摺動方式を
用いたものがある。しかしこれらの場合には、その素材
や構造に起因して、低摩擦や耐摩耗性の要求に可及的に
応えるためにはいずれも潤滑油やグリ−スなどの潤滑材
を必要とするもので、そのため給油設備や保守点検の手
間と費用を要するのみならず、潤滑材の機能が低下する
高温や低温下，或は特殊ガス中，真空中，放射線環境下
等の特殊環境下での使用には制約が伴うという問題を有
していた。 また，潤滑材を使用しても，起動時運転時
を通して比較的摩擦係数が大きく且つ摩擦変動に幅があ
り安定した摩擦特性が得られず回転精度の維持が困難で
あり、回転速度の増加に伴う摩擦振動の抑制効果に優れ
ないという問題も有していた。 そして特に転がり軸受
けにおいては、無理な荷重がかかりガタが生ずる等によ
り正逆回転の方向転換時に慣性モ−メントによるハンマ
−作用が生じたり、衝撃荷重によっては瞬間的に数倍の
荷重が働いて消耗度合いが拡大し、振動や騒音の発生に
繋がり耐衝撃性に優れないという難点があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は斯かる状況に
鑑み鋭意研究の結果開発されたもので、回転軸を支持す
る軸受けの素材と構造に工夫を施すことにより上記従来
技術の有する諸難点を解消し、使用上好適である無潤滑
摺動形回転軸受装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、回転軸を支持する外輪の内周面側に適宜
角度の等間隔で複数の木質系多孔質炭素材料を素材とす
るウッドセラミックスからなる摩擦体を係合配設し、こ
の摩擦体の先端摩擦接触面を回転軸の外周面に嵌着した
内輪の外周面の曲率に呼応した弧状の湾曲面となすとと
もに、この弧状の湾曲面となした摩擦体の先端摩擦接触
面を介して回転軸に嵌着した内輪を摺動回転せしめるよ
うになしたことを特徴とする。

【０００５】前項の内輪を用いずに、弧状の湾曲面とな
した摩擦体の先端摩擦接触面を介して回転軸を直接に摺
動回転せしめる場合もある。 この場合には、摩擦体の
先端摩擦接触面を回転軸の外周面の曲率に呼応した弧状
の湾曲面となす。

【０００６】摩擦摺動の安定性と耐衝撃性を増すため
に、外輪の内周面側に複数のウッドセラミックスからな
る摩擦体をその先端摩擦接触部が外輪の内周面の円周上
に位置するように適宜角度等間隔にて係合配設し、この
複数の摩擦体を係合配設した外輪を回転軸の外周面に嵌
着した内輪の外周面に嵌合せしめ、その複数の摩擦体の
先端摩擦接触部と外輪の内周面の双方を介して回転軸に
嵌着した内輪を摺動回転せしめるようになす場合もあ
る。

【０００７】前項において、内輪を用いずに外輪を回転
軸の外周面に嵌合し、外輪内周面の複数の摩擦体の先端
摩擦接触部と外輪の内周面の双方を介して回転軸を直接
に摺動回転せしめる場合もある。

【０００８】また，摩擦摺動の安定性と耐衝撃性を一層
増すために、前記外輪の内周面の円周上に位置せしめた
複数のウッドセラミックスからなる摩擦体の先端摩擦接
触部を、回転軸の外周面に嵌着した内輪又は回転軸の外
周面の曲率に呼応した弧状の湾曲面となす場合もある。

【０００９】更に，回転軸に嵌着した内輪を介して間接
的に又は回転軸を直接的に摺動回転せしめる外輪の内周
面側に複数係合配設された摩擦体として、上記のウッド
セラミックスの代わりに竹，籾殻，米糠等の木質系以外
の植物の多孔質炭素材料を素材とする植物性セラミック
スを用いる場合もある。

【００１０】

【発明の実施の形態】別紙図面の図１〜図２８につい
て、本発明の実施の形態の一例を説明する。

【００１１】図１〜図１５は、本発明の第１の実施の形
態を示すものである。 １は回転軸で、その外周面には
円筒形の内輪２が嵌着されている。 ３は前記回転軸１
を支持する円筒形の外輪で、その内周面側には９０度の
等間隔で４個の嵌合溝４が形成されており、この４個の
嵌合溝４内に夫々接着等により木質系多孔質炭素材料を
素材とするウッドセラミックスからなる摩擦体５が係合
配設されている。

【００１２】この各摩擦体５の先端摩擦接触面Ｂは、前
記内輪２の外周面の曲率に呼応した即ち内輪２の外周面
の半径Ｒ（図１５参照）と同一半径の円弧状の湾曲面に
研削，研磨加工されている。 そして各摩擦体５の先端
摩擦接触面Ｂは、図１５で示す如く、外輪３の内周面か
らその中心方向に向かってＥ寸法で突出されている。こ
のＥの寸法は約０．５ｍｍ以下程度に設定されており、
そのため後記の内輪２との摩擦摺動接触に伴う衝撃によ
り摩擦体５が破損されるおそれはない。

【００１３】この４個の摩擦体５を内周面側に９０度の
等間隔で係合配設した外輪３は、前記回転軸１の外周面
に嵌着された内輪２の外周面に嵌合して配設される。
従って内輪２は４個の摩擦体５の円弧状に湾曲した各先
端摩擦接触面Ｂに摺動可能に密接嵌合されており、回転
軸１はこの内輪２の摩擦体５の先端摩擦接触面Ｂを介し
た摺動回転により外輪３にて円滑に回転支持される。外
輪３の両側端面には、中央に回転軸１の挿出孔を有する
ド−ナツ形の側板６が止めネジ７により固定され、これ
により内輪２の横振れによる脱出や内輪２と摩擦体５と
の摺動接触面に異物が侵入して摺動回転の円滑性が損な
われるのが防止される。 図中，８，９は、外輪３と側
板６とに形成された止めネジ７を嵌合するネジ孔であ
る。

【００１４】外輪３の内周面側に係合配設するウッドセ
ラミックスからなる摩擦体５は、図１０〜図１５に示す
如く、当初長方形角棒型の摩擦体５を外輪３のＵ字形嵌
合溝４内に接着係合した後、その先端摩擦接触面Ｂを内
輪２の外周面の半径Ｒに呼応した円弧状の湾曲面に研
削，研磨加工せしめる、又は予めこの円弧状の湾曲面に
加工しておく。

【００１５】上記実施の形態では、回転軸１に嵌着した
内輪２の摺動回転を介して外輪３にて回転軸１を回転支
持せしめるものを示したが、装置の小型化等の要求に対
応して、内輪２を用いずに摩擦体５を介して回転軸１を
直接に摺動回転させて外輪３にて回転軸１を回転支持す
るようになす場合もある。 この場合には、摩擦体５の
先端摩擦接触面Ｂは、回転軸１の外周面の半径に呼応し
た円弧状の湾曲面となしておく。

【００１６】図１６〜図２６は、本発明の第２の実施の
形態を示すものである。 １０は回転軸１を支持する外
輪で、その内周面側には９０度の等間隔で４個のＵ字形
嵌合溝１１が形成されており、各嵌合溝１１には外輪１
０の外周面側から調整ネジ挿入用のネジ孔１２が貫通し
て接続形成されている。

【００１７】この各嵌合溝１１内に、長方形角棒型のウ
ッドセラミックスからなる４個の摩擦体１３が係合配設
されるが、上記第１の実施の形態と異なり、摩擦摺動の
安定性と耐衝撃性の増強を図るため、図１６の如く摩擦
体１３の先端摩擦接触部Ｇが外輪１０の内周面と同一円
周上に位置して外輪１０の内周面とともに回転軸１に嵌
着した内輪２の外周面に摺動可能に密接に嵌合するよう
に係合配設する。

【００１８】この嵌合溝１１内への摩擦体１３の係合配
設は、図２５，図２６に示す如く、調整ネジ１４と治具
１５を用いて行う。 角棒型の摩擦体１３は、チャンネ
ル形の保持金具１６の溝内に接着剤Ｊにて埋設固定され
ている。 摩擦体１３の外部に面する先端面Ｋは、図２
４の如く保持金具１６の先端面（下面）と同一平面上と
なるように精確に研磨加工された平滑面となっている。
円板形の治具１５の中央部には内輪２の内径に等しい直
径を有する円柱形の案内突起１７が突出形成されてお
り、その周囲には所定幅，適宜深さの案内溝１８が環状
に形成されている。 図２６に示す如く、円柱形の案内
突起１７の外周面に沿って内輪２を挿入嵌合し、その下
側部を案内溝１８内に収容セットする。次に内輪２の外
周面に沿って外輪１０を挿入嵌合し、同様にその下側部
を案内溝１８内に収容セットする。 これにより内輪２
と外輪１０とは、治具１５の案内突起１７と案内溝１８
を介して確実に同心円状に密接に嵌合配設された状態と
なる。 しかして，外輪１０の各嵌合溝１１内に図２６
の如く摩擦体１３を埋設固定した保持金具１６を夫々挿
入嵌合せしめた後、外輪１０の外周面に開口するネジ孔
１２に調整ネジ１４をネジ込み嵌合して保持金具１６を
押圧していき、その押し込み操作量を調節して内輪２の
外周面に対する各摩擦体１３の接触圧力を適度に調整す
る。 その調整後，各保持金具１６は図２５に示す如く
嵌合溝１１内に対し接着剤Ｍにて接着固定する。 この
とき，外輪１０は内輪２の外周面に密接に嵌合している
ので、各摩擦体１３の先端摩擦接触部Ｇは外輪１０の内
周面の円周上に位置することとなり、内輪２の外周面は
４個の摩擦体とともに金属製の外輪１０の内周面の部分
にも密接に嵌合し摺動回転可能となっている。次に，調
整ネジ１４と治具１５を外し、外輪１０の両側端部に側
板６をネジ止めにより取り付け、内輪２を回転軸１の外
周面に嵌着する。

【００１９】従って回転軸１は、外輪１０内周面の複数
の摩擦体１３及び外輪１０の金属製内周面の部分と内輪
２との摺動回転を介して、外輪１０にて円滑に回転支持
される。 その際，各摩擦体１３の先端摩擦接触部Ｇは
外輪１０の内周面と同一円周上に位置する，即ち各摩擦
体１３の外輪１０の内周面からの内側中心方向への突出
寸法は零の状態であり、そして内輪２の外周面には複数
の摩擦体１３と金属製の外輪内周面の双方が同時に接触
しているので、ウッドセラミックスと金属の双方の摩擦
特性が合理的に働き、軸受け装置の摩擦摺動の安定性と
耐衝撃性が増強される。

【００２０】上記第２の実施の形態において、装置の小
型化の要求に対応して、内輪２を用いずに内周面に複数
の摩擦体１３を係合配設した外輪１０を回転軸１の外周
面に嵌合し、回転軸１を直接に摺動回転させて回転支持
する場合もある。

【００２１】また，以上の第２の実施の形態において、
外輪１０の内周面と同一円周上に配設した摩擦体１３の
先端摩擦接触部Ｇを平滑面ではなく、第１の実施の形態
におけると同様に内輪２又は回転軸１の外周面の曲率に
呼応した弧状の湾曲面となして、摩擦摺動の安定性と耐
衝撃性の一層の増強を図るようになす場合もある。

【００２２】以上の実施の形態において用いたウッドセ
ラミックスからなる摩擦体５，１３は、木材等の木質系
多孔質炭素材料にフェノ−ル樹脂を含浸させた硬質ガラ
ス状炭素を約３０％以上含有させ、これを真空炉で約８
００度Ｃ以上の温度にて炭化焼成して形成したものであ
る。このウッドセラミックスからなる摩擦体は自己潤滑
作用を有するので、軸受け装置において潤滑材を使用し
ない、即ち無潤滑で用いる。

【００２３】以上の実施の形態に係る回転軸受装置をテ
ストしたところ、従来装置と比較して図２７及び図２８
に示す如く、極めて特異な（特徴のある）摩擦特性が得
られた。同図から分かるように、潤滑材を用いた従来装
置では起動時及び運転時を通して摩擦係数が比較的高く
（０．２以上）振幅の大きな小刻みな変動があり安定性
がないのに対し、本発明に係る装置では無潤滑でも低摩
擦（０．１乃至０．１５以下）で振幅の大きな変動もな
く安定（一定）している。 これは、ウッドセラミック
スが自己潤滑作用を有し摩擦係数が極めて小さいという
摩擦特性を有しているためである。 また図２８から明
らかなように、本発明に係る装置では、摩擦速度（回転
速度）が増加するにつれて摩擦係数が僅かずつ増加する
特性を示しており、そのため従来装置と異なり回転速度
の増加に伴う装置の摩擦振動を抑制する機能にも充分に
優れている。 更にウッドセラミックスの材質上、耐摩
耗性にも優れている。

【００２４】なお，内輪又は回転軸を摺動回転せしめる
媒体となる摩擦体として上記のウッドセラミックスの代
わりに、竹，籾殻，米糠等の木質系以外の植物の多孔質
炭素材料を素材として同様に炭化焼成して形成された植
物性セラミックスを用いても、ほぼ同様な効果が得られ
る。

【００２５】

【発明の効果】本発明は上記の構成となしたので、上述
の従来装置の素材と構造に起因する諸難点を解消し、以
下に示す特有の効果を奏する。

【００２６】請求項１に係る発明においては、外輪内周
面側に等間隔で複数係合配設され，先端摩擦接触面を回
転軸の外周面に嵌着した内輪の外周面の曲率に呼応した
弧状の湾曲面となしたウッドセラミックスからなる摩擦
体と内輪との摺動回転を介して回転軸を回転支持するよ
うになしたので、摩擦係数が小さく耐摩耗性に優れ自己
潤滑作用を有するウッドセラミックスの特性上、従来装
置と異なり、無潤滑でも起動時運転時を問わず低摩擦
で，耐摩耗性に優れ，安定した摩擦精度を維持すること
ができるとともに、摩擦速度（回転速度）の増加につれ
て摩擦係数が僅かに増加する性質を有しているので、回
転速度の増加に伴い発生する摩擦振動を確実に抑制する
効果を有しており、装置の耐久性上好適である。また，
摩擦体の素材の特性の関係で騒音やガタツキの発生のお
それも少なく、機械的剛性の面でも問題がなく、潤滑材
を必要としないため上述の温度制限や特殊環境下での使
用制限の問題もなく、給油のための設備や維持，管理等
に要する手間と費用を節約することができ、装置の全体
構造も簡潔化することができ使用上好適である。

【００２７】請求項２に係る発明においては、内輪を用
いずに前記外輪の内周面側に配設したウッドセラミック
スからなる摩擦体と回転軸との摺動回転を介して回転軸
を回転支持するようになしているので、前記の摩擦特性
に伴う特有の効果に加えて可及的に装置の小型化の要請
に寄与することができる。

【００２８】請求項３に係る発明においては、外輪内周
面側に等間隔にて複数配設するウッドセラミックスから
なる摩擦体をその各先端摩擦接触部が外輪内周面の円周
上に位置せしめて係合し，この外輪を回転軸に嵌着した
内輪の外周面に嵌合するようになしたので、摩擦体の外
輪内周面から内側中心方向への突出寸法が零で複数のウ
ッドセラミックスからなる摩擦体のみならず金属製の外
輪内周面の部分も内輪外周面に接触し、摩擦体も含めた
外輪内周面全体と内輪との摺動回転を介して回転軸を回
転支持せしめることとなり、従って装置の摩擦摺動の安
定性が増大するとともに，ウッドセラミックスと金属部
分の双方の摩擦特性が合理的に作用し耐衝撃性が増強さ
れる。

【００２９】請求項４に係る発明においては、前項の内
輪を用いずに外輪内周面側に配設した複数のウッドセラ
ミックスからなる摩擦体及び金属製の外輪内周面の部分
と回転軸との摺動回転を介して回転軸を回転支持せしめ
るようになしたので、前項の摩擦特性に伴う特有の効果
に加えて装置の小型化の要請をも満足することができ
る。

【００３０】請求項５に係る発明においては、請求項３
又は４に係る発明において外輪の内周面側に係合配設し
た複数のウッドセラミックスからなる摩擦体の先端摩擦
接触部を内輪又は外輪の外周面の曲率に呼応した弧状の
湾曲面となしたので、一層装置の摩擦摺動の安定性及び
耐衝撃性が増強される。

【００３１】請求項６に係る発明においては、請求項
１，２，３，４，又は５に係る発明における外輪の内周
面側に係合配設した複数の摩擦体として、ウッドセラミ
ックスの代わりにそれと同様な摩擦特性を有する木質系
以外の植物の多孔質炭素材料を素材とする植物性セラミ
ックスを用いたので、上記請求項１，２，３，４又は５
に係る発明と同様な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態を示す側板を除いた状態の
装置の正面図である。

【図２】側板を付けた図１の装置のＡ−Ａ断面図であ
る。

【図３】図２の装置の正面図である。

【図４】同上装置の外輪の正面図である。

【図５】図４のＣ−Ｃ断面図である。

【図６】同上装置の内輪の正面図である。

【図７】図６のＤ−Ｄ断面図である。

【図８】外輪の両側端面に固定する側板の正面図であ
る。

【図９】同上側板の側面図である。

【図10】同上装置の外輪の内周面側に係合配設するウッ
ドセラミックスからなる摩擦体の正面図である。

【図11】同上摩擦体の側面図である。

【図12】同上の摩擦体を外輪の内周面側に係合配設した
状態の正面図である。

【図13】同上の摩擦体の先端摩擦接触面を内輪の外周面
の曲率に呼応した弧状の湾曲面に研磨加工した状態の正
面図である。

【図14】同上の研磨加工を施した摩擦体の側面図であ
る。

【図15】同上の研磨加工を施した摩擦体を外輪の内周面
側に係合配設した状態の正面図である。

【図16】本発明の他の実施の形態を示す側板を除いた状
態の装置の正面図である。

【図17】側板を付けた図１６の装置のＦ−Ｆ断面図であ
る。

【図18】同上装置の外輪の正面図である。

【図19】図１８のＨ−Ｈ断面図である。

【図20】同上装置の外輪の内周面側に係合配設するウッ
ドセラミックスからなる摩擦体の正面図である。

【図21】同上の摩擦体の側面図である。

【図22】保持金具の正面図である。

【図23】同上保持金具の側面図である。

【図24】同上保持金具の嵌合溝内に上記摩擦体を嵌着し
た状態の斜視図である。

【図25】治具と調整ネジを用いた内輪と外輪との嵌合要
領を示す平面図である。

【図26】同上の嵌合要領を示す一部を断面とした正面図
である。

【図27】本発明に係る装置と従来装置との摩擦距離に対
する摩擦係数の変化を示す摩擦特性の比較実験説明図で
ある。

【図28】同上の摩擦速度に対する摩擦係数の変化を示す
摩擦特性の比較実験説明図である。

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ 内輪 ３ 外輪 ４ 嵌合溝 ５ ウッドセラミックスからなる摩擦体 ６ 側板 ７ 止めネジ ８ 外輪に形成の止めネジ用ネジ孔 ９ 側板に形成の止めネジ用ネジ孔 １０ 外輪 １１ 嵌合溝 １２ 調整ネジ用ネジ孔 １３ ウッドセラミックスからなる摩擦体 １４ 調整ネジ １５ 治具 １６ 保持金具 １７ 治具の案内突起 １８ 治具の案内溝 Ｂ 摩擦体５の先端摩擦接触面 Ｅ 先端摩擦接触面Ｂの外輪３の内側中心方向への突
出寸法 Ｒ 内輪２の外周面の半径 Ｇ 摩擦体１３の先端摩擦接触部 Ｊ 接着剤 Ｋ 保持金具１６の嵌合溝内に嵌着した摩擦体１３の
外部に面する 先端面 Ｍ 接着剤

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸を支持する外輪の内周面側に適宜角
   度の等間隔で複数の木質系多孔質炭素材料を素材とする
   ウッドセラミックスからなる摩擦体を係合配設し、この
   摩擦体の先端摩擦接触面を回転軸の外周面に嵌着した内
   輪の外周面の曲率に呼応した弧状の湾曲面となすととも
   に、この弧状の湾曲面となした摩擦体の先端摩擦接触面
   を介して回転軸に嵌着した内輪を摺動回転せしめること
   を特徴とする無潤滑摺動形回転軸受け装置。
2. 【請求項２】回転軸を支持する外輪の内周面側に適宜角
   度の等間隔で複数の木質系多孔質炭素材料を素材とする
   ウッドセラミックスからなる摩擦体を係合配設し、この
   摩擦体の先端摩擦接触面を回転軸の外周面の曲率に呼応
   した弧状の湾曲面となすとともに、この弧状の湾曲面と
   なした摩擦体の先端摩擦接触面を介して回転軸を摺動回
   転せしめることを特徴とする無潤滑摺動形回転軸受装
   置。
3. 【請求項３】回転軸を支持する外輪の内周面側に適宜角
   度の等間隔で複数の木質系多孔質炭素材料を素材とする
   ウッドセラミックスからなる摩擦体を，その先端摩擦接
   触部を外輪の内周面の円周上に位置せしめて係合配設
   し、この複数の摩擦体を係合配設した外輪を回転軸の外
   周面に嵌着した内輪の外周面に嵌合して，その複数の摩
   擦体及び外輪の内周面を介して回転軸に嵌着した内輪を
   摺動回転せしめることを特徴とする無潤滑摺動形回転軸
   受装置。
4. 【請求項４】回転軸を支持する外輪の内周面側に適宜角
   度の等間隔で複数の木質系多孔質炭素材料を素材とする
   ウッドセラミックスからなる摩擦体を，その先端摩擦接
   触部を外輪の内周面の円周上に位置せしめて係合配設
   し、この複数の摩擦体を係合配設した外輪を回転軸の外
   周面に嵌合して，その複数の摩擦体及び外輪の内周面を
   介して回転軸を摺動回転せしめることを特徴とする無潤
   滑摺動形回転軸受装置。
5. 【請求項５】回転軸を支持する外輪の内周面側に係合配
   設された複数のウッドセラミックスからなる摩擦体の先
   端摩擦接触部を、回転軸の外周面に嵌着した内輪又は回
   転軸の外周面の曲率に呼応した弧状の湾曲面となしたこ
   とを特徴とする請求項３又は４記載の無潤滑摺動形回転
   軸受装置。
6. 【請求項６】回転軸を支持する外輪の内周面側に複数係
   合配設された摩擦体として、竹，籾殻，米糠等の木質系
   以外の植物の多孔質炭素材料を素材とする植物性セラミ
   ックスを用いたことを特徴とする請求項１、２、３、４
   又は５記載の無潤滑摺動形回転軸受装置。