JPH01105016A - セラミック軸受 - Google Patents

セラミック軸受

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JPH01105016A
JPH01105016A JP19875187A JP19875187A JPH01105016A JP H01105016 A JPH01105016 A JP H01105016A JP 19875187 A JP19875187 A JP 19875187A JP 19875187 A JP19875187 A JP 19875187A JP H01105016 A JPH01105016 A JP H01105016A
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fracture toughness
kic
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ceramic
bearing
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JP19875187A
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Kazuo Rokkaku
和夫 六角
Hiroaki Takebayashi
竹林 博明
Koichi Yamauchi
浩一 山内
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Koyo Seiko Co Ltd
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Koyo Seiko Co Ltd
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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、内輪、外輪および転動体のすべてをセラミッ
クス(窒化珪素またはサイアロン)で構成したセラミッ
ク軸受に関する。この種のセラミック軸受は、−船釣に
「総セラミック軸受」と呼ばれるが、保持器を有するも
のにあっては、保持器がセラミックスで構成されたもの
に限らない。
(従来の技術) 従来のこの種の総セラミック軸受においては、内輪、外
輪および転動体のそれぞれを構成するセラミックスの材
料特性を等しくするのが一般的であり、また、そうする
のが当たり前であるとの既成概念があった。
もちろん、そのような総セラミック軸受の耐久性につい
ての試験はいろいろと実施されており、一応満足できる
総セラミックス軸受が開発されるに至ってはいる。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、これまでの総セラミック軸受では、例え
ばディーゼルエンジンなどに使用される軸受のようにか
なりの高温、高速の条件下では耐荷重性、寿命の面で問
題があり、その改善が望まれているのが現状である。
そこで、セラミックスの材質を種々検討し、選択された
材質のセラミックスを用いて総セラミッり軸受を試作し
、それについて耐荷重性、寿命の試験を行ってはいる。
しかし、内輪、外輪および転動体のそれぞれを構成する
セラミックスの材料特性を等しくしたセラミック軸受で
ある以上、前記のような高温、高速の特殊条件下では比
較的早期のうちに転動体が破壊されるケースが多いのが
実情であり、未だ十分に満是のいく総セラミック軸受は
開発されていない。
その理由を顧みると、次のようなことが判ってきた。
即ち、従来、このような研究・開発においては、セラミ
ックスの材質の検討に当たって、密度、熱伝導率、比熱
、曲げ強度、圧縮強度、線膨張率、縦弾性係数などにつ
いて様々な検討を加えている。
しかし、このような様々な項目の検討は、全体として非
常に繁雑であり、単純明快な基礎的判断基準としてはあ
まり適切でないことが判ってきた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、耐荷重性、寿命の基礎的判断基準としてより適切な
ものを見出し、その基準に基づいて耐荷重性、寿命に優
れたセラミック軸受を提供することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明者は、従来の既成概念に囚われることなく新たな
視点から研究・開発を進めてきた。その結果、破壊靭性
値KICを耐荷重性、寿命の基礎的判断基準として採用
するのが良いことが次・第に判ってきた。
ここで、破壊靭性値について説明する。
一般に固体材料は外部からの応力で変形し、この応力が
限界値を超えると破壊に至る。固体の破壊は原子間の結
合が切れ、新しい表面が形成される状態をいい、欠陥の
ない固体では材料の破壊強度は原子の配列、結合の仕方
で決定される。
一般の金属では原子間結合は金属結合と呼ばれるのに対
し、セラミックスはイオン結合と共有結合の中間的な原
子間結合であり、この原子間結合様式の差が金属材料と
セラミックスの機械的性質の差を与えている。金属のよ
うに展性に富む材料は外部からの応力により弾性変形を
し、さらに、塑性変形をした後、延性破壊に至るのに対
して、セラミックスは弾性限界内で亀裂が伸展し、脆性
破壊をする。セラミックスのように、脆性破壊をする材
料の破壊に対する抵抗の尺度として破壊靭性が考えられ
ている。材料の破壊条件を満たす応力の下では、この破
壊靭性値は、K ICで表され、KIC” 1丁「7 の関係式が導かれている。
ここで、Eはヤング率、γは破壊エネルギーである。
ヤング率Eは材質により定まる定数であるため、高靭性
セラミックスはγの大なる材料でなければならないこと
になる。金属に比べ、セラミックスのKICは非常に小
さく、脆い性質を有するためセラミックスを構造用部材
として用いる場合はKICを知ることが重要であるにも
かかわらず、セラミックころがり軸受のような構造体で
は、内輪、外輪などの軌道輪とボール、ころなどの転動
体にどのようなKIcをもつセラミックスを組み合わせ
て使うべきかなど知られていないのが実情である。
本発明者は、セラミックころがり軸受の耐荷重性、寿命
の種々の実験によって適性な破壊靭性値KICを得た。
本発明は、これら破壊靭性値KICのデータに基づいて
、前記した目的を達成するために、次のような構成をと
る。
即ち、本発明のセラミック軸受は、 内輪、外輪および転動体のすべてをセラミックスで構成
したセラミック軸受であって、前記内輪と前記外輪との
破壊靭性値Kmを実質的に同一に構成するとともに、前
記転動体の破壊靭性値K ICを前記内輪と前記外輪と
の破壊靭性値KICよりも0.5〜2.0大きく構成し
たことを特徴とするものである。
即ち、セラミックス製内輪の破壊靭性値KICをKIC
(N)、セラミックス製外輪の破壊靭性値KfcをKI
C(G)、セラミックス製の転動体の破壊靭性値KIC
をKIC(T)とすると、 Kxc(N)#Kxc(G) Kxc(N)+0.5≦にIC(T)≦Kxc(N)+
2.0K IC(G )+ 0.5≦KXc(T)≦K
 IC(G )+ 2.0に設定したものである。
なお、内輪および前記外輪の破壊靭性値K IC(N)
、Kzc(G)をそれぞれ5〜8とするのが好ましい。
(作用) 本発明の構成による作用は、次の通りである。
即ち、それぞれセラミックス製の内輪、外輪および転動
体の材料特性を同一とした場合には、破壊靭性値KIC
についてもKzc(N)#Kzc(G)#KIC(T)
となり、この場合は比較的早期のうちに転動体の剥離に
よる損傷が多いという問題があった。
これに対して、本発明の場合には、前述のように内輪、
外輪の破壊靭性値KIC(N)、KIC(G)を互いに
等しくし、かつこれに対して転動体の破壊靭性値KIC
(T)を0.5〜2.0だけ大きくしであるため、転動
体のみが剥離するのではなく、内、外輪にも剥離が発生
し、耐荷重性、寿命が改善されている。
KIC(T)とKIC(N)、KIC(G)との差を0
.5〜2.0とするのは、0.5未満であると耐荷重性
、寿命の改善上、有意な結果が得られなかったためであ
り、また、2.0を超えると転動体は異常なく内輪ある
いは外輪が破壊される可能性が高いためである。
以上のように、耐荷重性、寿命の基礎的判断基準として
破壊靭性値KICを採用した点に本・発明の著しい特徴
がある。
(実施例) 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図面はセラミックス軸受の断面図であり、lは内輪、2
は外輪、3は転動体、4は保持器である。
内輪11外輪2および転動体3のすべては、セラミック
ス(窒化珪素Si、N、の焼結体)で構成されている。
内輪1の破壊靭性値KIC(N)は5,11外輸2の破
壊靭性値KIC(G)も5.1であるのに対して、転動
体3の破壊靭性値Kzc(T)は5.6である。
即ち、本実施例の場合、KIC(T)=KIC(N)+
0.5=Kxc(G)+0.5となっている。
内輪1の内径φ1は30mm、外輪2の外径φ2は62
mm、外輪2の幅W、は16iItであ′る。
内輪1、外輪2、転動体3のすべての破壊靭性値KIC
を5.1とし、寸法は上記と同一とした比較例の耐荷重
性を相対値“l”で表すと、本実施例の耐荷重性の相対
値は“1.5”であった。即ち、耐荷重性が1.5倍も
向上した。
また、寿命についてみると、荷重400 kgf。
回転数900 Orpmの条件で試験したところ、破壊
靭性値KICをすべて等しくしたセラミックス軸受の場
合には、寿命Lh=26C時間〕であったのに対して、
本実施例の場合には、寿命Lh=47〔時間〕もあり、
寿命が1.8倍も向上した。
また、この他に同−寸、法のサイアロン軸受を用い同様
の確認をしたところ、内、外輪、および転動体の破壊靭
性値KICが全て6.5の場合と転動体のみ8としたと
き、各々の耐荷重性は内、外輪、転動体のK XCが同
一のとき600 kgfまでであり、転動体の剥離が多
いのに比べ、転動体のみのKICを高くしたときは80
0 kgfの荷重で30時間以上の寿命が得られ、しか
も内、外輪の剥離も発生することが認められた。
(発明の効果) 本発明によれば、次の効果が発揮される。
即ち、内輪、外輪の破壊靭性値Kzc(N)、KIC(
G)を等しくし、かつこれに対して転動体の破壊靭性値
KIC(T)を0.5〜2.0だけ大きくしであるため
、高温、高速の特殊条件下での長時間使用によっても、
転動体に生じる変化はせいぜい剥離程度にすぎず、破壊
には至らなくて、耐荷重性。
寿命を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例に係るセラミック軸受の断面図で
ある。 ■ ・・・内輪 2 ・・・外輪 3 ・・・転動体 4 ・・・保持器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)内輪、外輪および転動体のすべてをセラミックス
    で構成したセラミック軸受であって、前記内輪と前記外
    輪との破壊靭性値K_I_Cを実質的に同一に構成する
    とともに、前記転動体の破壊靭性値K_I_Cを前記内
    輪と前記外輪との破壊靭性値K_I_Cよりも0.5〜
    2.0大きく構成したことを特徴とするセラミック軸受
  2. (2)前記内輪および前記外輪の破壊靭性値K_I_C
    が5〜8である特許請求の範囲第(1)項記載のセラミ
    ック軸受。
JP62198751A 1986-08-08 1987-08-07 セラミック軸受 Expired - Fee Related JPH0617688B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000205276A (ja) * 1999-01-18 2000-07-25 Koyo Seiko Co Ltd 転がり軸受

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4899538A (ja) * 1972-04-05 1973-12-17
JPS62110622U (ja) * 1985-12-28 1987-07-14

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