JPH02173414A - セラミックス製軸受 - Google Patents

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〉 本発明はスラスト荷重とラジアル荷重とが同時に作用す
る軸を支承することが出来るセラミックス製軸受に関す
るものである。

〈従来の技術〉 従来より、回転軸をフレームに取り付ける際に、滑り軸
受或いは転がり軸受等の軸受を用いることが一般に行わ
れている。

前記転がり軸受は、機械フレーム等に形成されたハウジ
ングに嵌合される外レースと回転軸を嵌合する内レース
との間にボール、ローラ、ニードル等の転動体を設けて
構成されている。前記転がり軸受は使用される転動体に
よって、ボールベアリング、ローラヘアリング、ニード
ルヘアリング等の種類があり、また荷重の受けかたによ
ってラジアル軸受、スラスト軸受等の種類がある（特公
昭４９−４１２３１号公報等）。これらの軸受の中で深
溝ボールヘアリングやアンギュラボールベアリング及び
テーパローラへアリング等の軸受はスラスト荷重及びラ
ジアル荷重を同時に支承することが出来る軸受として利
用されている。

前記滑り軸受には、鋼、鋳鉄、銅等の金属支持体上にホ
ワイトメタル層を積層形成すると共に、該メタル層を機
械加工によって所定の径に仕上げて構成したものや、銅
、砲金等の金属支持体に含油合金層を積層したり、或い
は埋設して構成したものがある。

前記金属支持体をスリーブ状に形成して構成しり軸受は
ラジアル荷重を支承するためのラジアル軸受として用い
られ（特公昭４９−１８８８５号公報等）、また金属支
持体をディスク状に形成して構成した軸受はスラスト荷
重を支承するための軸受として用いられている（特公昭
４９−６８７号公報等）。

上記転がり軸受及び滑り軸受には夫々固有の特徴があり
、使用に際しては夫々の軸受が有する特徴を考慮して最
も適当なものを採用している。

〈発明が解決しようとした課題〉 上記転がり軸受にあっては、転がり疲労によりフレーキ
ングが発生ずるため必然的に寿命が定まり、また耐熱性
が低く、更に構成部品点数が多いことからコストが高い
という問題がある。また転動体にフレーキングが発生し
たり、摩耗が発生した場合には、ゴロ音や、レース音等
の騒音が発生する等の問題がある。

滑り軸受にあっては、スラスト荷重とラジアル荷重とが
同時に作用する軸を合理的に支承することが出来ず、こ
のため、スラスト軸受とラジアル軸受とを組み合わせて
用いたり、或いはその都度設計している。また滑り軸受
は、軸の外周が軸受の内周と滑り接触することから、両
者の間には微小な間隙が存在し、このため軸が回転した
場合に該軸の軸心と軸受の軸心とが一致しないことによ
り回転軸の心ブレが発生し、唸り音等の騒音が発生する
等の問題がある。

本発明の目的は、スラスト荷重とラジアル荷重とが同時
に作用する軸を支承することが出来るセラミックス製の
滑り軸受を提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するために本発明のセラミックス製軸受
は、外形が円筒状に形成されると共に軸を遊嵌するため
の貫通孔が形成され且つ内周面に曲面を形成したセラミ
ックス製外レースと、外形が前記セラミックス製外レー
スの内周面に形成した曲面と適合する曲面に形成される
と共に該曲面の軸心と同心上に軸を嵌合するための軸孔
を形成したセラミックス製内レースとを組み合わせて構
成されるものである。

〈作用〉 上記手段によれば、セラミックス製外レース（以下「外
レースｊという）の外形を円筒状としたことで、該外レ
ースを円筒外周面を介して例えば機械フレームに形成し
たハウジングに嵌合することが可能であり、またセラミ
ックス製内レース（以下「内レース」という）の軸心に
形成した軸孔に軸を嵌合することで、スラスト荷重とラ
ジアル荷重とが同時に作用する軸を支承することが出来
る。

即ち、外レースの内周面に曲面を形成すると共に、内レ
ースの外形を外レースの内周面に形成した曲面と適合す
る曲面に形成することによって、両画面を滑り接触面と
して構成することが出来、内レースに嵌合した軸にスラ
スト荷重とラジアル荷重とが同時に作用した場合の合成
荷重は、内レースに伝達されると共に該内レース及び外
レースに形成した夫々の曲面の接触により外レースに伝
達される。前記曲面の接触位置に於いて、該位置に於け
る曲面の法線方向の分力と接線方向の分力とが発生し、
該接線方向の分力の作用によって、内レースには軸心方
向への調心力が作用する。このため、内レースには常に
軸による回転力と、曲面で接触することによる調心力が
作用することとなり、従って、該内レースに嵌合した軸
を常に一定の軸心位置に維持することが出来る。

内レースに嵌合される軸に作用するスラスト荷重とラジ
アル荷重との合成荷重の大きさ及び方向は、夫々の荷重
の大きさによって定まる。然し、本発明の軸受を汎用品
として用いる場合には、前記合成荷重の作用方向につい
ては未知である。

このため、外レースの内周面に形成した曲面と内レース
の外形に形成した前記曲面と適合する曲面とを滑り接触
面としたことで、前記合成荷重の作用方向が変化しても
常に円滑に支承することが出来ると共に内レースに調心
力を作用させることが出来る。

〈実施例〉 以下上記手段を適用した軸受の実施例を図を用いて説明
する。

第１図はセラミックス製軸受の展開説明図、第２図はセ
ラミックス製軸受の使用状態に於ける断面説明図、第３
図はラジアル荷重とスラスト荷重との合成荷重が作用し
たときの滑り接触面の説明図である。

第１図乃至第３図に於いて、セラミックス製軸受Ａは外
レース１と内レース２とによって構成されている。前記
外レース１はアルミナ或いはＰＳＺ等を素材とした酸化
物系セラミック原料を成形型に充填してプレス成形によ
って成形し、約１５００〜１６００°Ｃで焼成して形成
されている。

前記外レース１の外形は、円筒状の外周部１ａと、端面
１ｂ、ｌｃとによって形成されている。

前記外周部１ａは、第２図に示すように機械フレームに
形成したハウジングＨに装着される際の嵌合面となる面
であり、このため外周部１ａは外レース１の軸心３に対
し平行に形成されると共に所定の径と該径に対する公差
を持って形成されている。また端面１ｂには、軸Ｂを遊
嵌するための貫通孔４が形成されている。

前記外レース１の内周面には、曲面１ｄが形成されてい
る。この曲面１ｄは後述する内レース２の外形に形成し
た曲面２ａと滑り接触する摺動面となる曲面である。前
記曲面１ｄは端面ＩＣを開放面とした凹状曲面として形
成されている。前記曲面１ｄは軸心３上に中心を設定し
た異なる半径Ｒ１〜Ｒｎを有する球の連続曲面として形
成することが可能であり、且つ軸心３を軸とした二次曲
線によって構成される曲面として形成することが可能で
ある。

内レース２は、アルミナ或いはＰＳＺ等の酸化物系セラ
ミック原料を成形型に充填してプレス成形によって成形
し、約１５００〜１６００°Ｃで焼成して形成されてい
る。

前記内レース２の外形は、前記外レース１の内周面に形
成した曲面１ｄと適合する曲面２ａを有すると共に、軸
Ｂの端面Ｂ２と当接して該軸Ｂに作用するスラスト荷重
を伝達される端面２ｂとによって形成されている。また
内レース２の中心には、軸心３と一致して軸Ｂのジャー
ナル部Ｂ、を嵌合するための軸孔５が形成されている。

前記曲面２ａは、外レース１の内周面に形成した曲面１
ｄと滑り接触する摺動面となる曲面である。このため、
前記曲面２ａは凸状曲面として形成されており、且つ該
曲面２ａの中心は軸心３上に設定されている。また前記
曲面２ａを形成するに際し、該曲面２ａと外レース１に
形成した曲面１ｄとでラッピング仕上げを施すことが好
ましい。

前記端面２ｂは、軸Ｂに形成した端面Ｂ２と当接して該
軸Ｂに作用するスラスト荷重を伝達されるため、軸心３
に対し精度の高い直角面を持って形成されている。

前記軸孔５は、軸Ａのジャーナル部Ｂ＋を嵌合して該軸
Ｂに作用するラジアル荷重を伝達される。

このため軸孔５はジャーナル部Ｂ１の径に対し所定の公
差を持って形成されている。

次に、上記の如く構成したセラミックス製軸受Ａによっ
て、軸Ｂにスラスト荷重とラジアル荷重とが同時に作用
する場合について説明する。

第２図に示すように、セラミックス製軸受Ａは、外レー
ス１が機械フレームに形成したハウジングＨに収容され
ており、また内レース２に形成した軸孔５に軸Ｂのジャ
ーナル部Ｂ、が嵌合された状態で、内レース２に形成し
た曲面２ａと外レース１の内周面に形成した曲面１ｄと
が互いに接触している。このとき軸Ｂには、スラスト荷
重Ｆｓとラジアル荷重Ｆｒとがかかっており、これらの
荷重によって合成荷重Ｆが作用している。

前記スラスト荷重Ｆｓは軸Ｂの端面Ｂ２を介して内レー
ス２に伝達され、またラジアル荷重Ｆｒは軸Ｂのジャー
ナル部Ｂ＋を介して内レース２に伝達される。そして合
成荷重Ｆの作用方向に応じた位置に於いて、内レース２
に形成した曲面２ａが外レース１に形成した曲面１ｄと
接触し、該位置で摺動する。

このとき、第３図に示すように前記曲面２ａと曲面１ｄ
との接触位置では、合成荷重Ｆによって曲面１ｄの接線
方向の分力であるＦｃが発生ずる。

前記分力Ｆｃは、内レース２を軸心３の方向にイ」勢す
る調心力Ｆｃとして作用し、外レース１に形成した曲面
１ｄと内レース２に形成した曲面２ａとのクリアランス
に関わらず、軸Ｂを軸心３と一致させるように作用する
。即ち、軸Ｂが回転すると遠心力によって、該軸Ｂは前
記曲面１ｄと曲面２ａとの間のクリアランスに応じた偏
心回転をする。このとき内レース２に前記調心力Ｆｃが
作用するため、該調心力Ｆｃが前記遠心力に打ち勝って
常に内レース２を、従って軸Ｂを軸心３に一致させるよ
うに作用する。

また外レース１に形成した曲面１ｄと内レース２に形成
した曲面２ａとの滑り接触により、該接触面に於いて発
熱するが、外レース１及び内レース２がセラミックスに
よって形成されているため、軸受Ａに対する熱の影響が
少ない。即ち、セラミックスの熱膨張係数が約８〜１１
　Ｘ　１０−６／　’ｃであるため、軸受Ａが熱によっ
て劣化することが無く、また熱膨張することで過大な熱
応力が発生ずることも無い。

第４図は、外レース１の内周面に凹状の円錐曲面１ｅを
形成すると共に、内レース２の外形に前記円錐曲面１ｅ
と適合する凸状の円錐曲面２ｃを形成したセラミックス
製軸受の展開説明図である。

図に於いて前述の実施例と同一部分及び同一の機能を有
する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

外レースＩの内周面には凹状の円錐曲面１ｅと、該円錐
曲面１ｅと連続して直線部１ｆが形成されている。また
内レース２の外形には、前記円錐曲面１ｅと適合する凸
状の円錐曲面２ｃと、該円錐曲面２ｃと連続して直線部
２ｄが形成されている。

上記構成に於いて、軸Ｂにかかる合成荷重Ｆは、内レー
ス２に形成した円錐曲面２ｃと外レース１に形成した円
錐曲面１ｅとの滑り接触によって、外レース１に伝達さ
れて支承される。このとき前記円錐曲面２Ｃと円錐曲面
１ｅとは線接触することとなり、該接触位置に於ける接
触圧力を小さくすることが可能となる。また前記接触位
置に於いて、合成荷重Ｆの作用により外レース１に形成
した円錐曲面１ｅに沿って調心力Ｆｃが作用し、該調心
力Ｆｃによって内レース２を、従って軸Ｂを軸心３と一
致させる方向に付勢することが出来る。

前述の第１図に示す実施例に於いて、外レース１の内周
面に凹状の曲面１ｄを形成すると共に内レース２の外形
に前記曲面１ｄと適合する凸状の曲面２ａを形成した場
合について説明したが、外レース１の内周面に凸状の曲
面を形成すると共に内レース２の外形に前記曲面と適合
する曲面を形成した場合であっても同様の効果を発揮す
ることが出来る。

第５図は、内レース２の外形に形成した凸状の曲面２ａ
にリング状にａ２ｅを形成したものである。この場合で
あっても、第１図に示すように構成した軸受Ａと同様な
効果を期待することが出来る。

第６図は、内レース２の外形に形成した凸状の曲面２ａ
に円錐状の平面２ｆを形成したものである。この場合に
は、第１図に示すように構成した軸受入と同様にして軸
Ｂにかかるスラスト荷重とラジアル荷重とを支持するこ
とが出来、且つ外レース１の内周面に形成した曲面１ｄ
と内レース２に形成した曲面２ａとの滑り接触による発
熱を減少させることが出来る。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明のセラミックス製軸
受によれば、スラスト荷重とラジアル荷重とが同時に作
用する軸を外レースの内周面に形成した曲面と内レース
の外形に形成した曲面とを滑り接触面として支承するこ
とが出来る。

また前記外レースと内レースとがセラミックスによって
形成されているため、滑り位置に於ける摩擦損失が少な
く、このため摩擦による発熱を低くすることが出来る。

またセラミックスが金属と比較して耐熱性に優れ、且つ
熱により影響されることが少ないため、熱応力の発生が
少なく、このため機械フレームや嵌合される軸に対し悪
影響を及ぼず虞が無い。

また軸受が外レースと内レースとによって構成されるこ
とから部品点数が少なく、このためコストを削減するこ
とが出来る。

また従来の滑り軸受が、軸の外周と軸受の内周との滑り
によって構成されているのに対し、本発明の軸受は内レ
ースと該内レースに嵌合される軸との間に滑りの発生ず
ることが無く、このため軸のジャーナル部が軸受によっ
て削られる虞が無い。

また軸の心プレや転動体の摩耗等の発生が無いため、唸
り音、ゴロ音、レース音等の発生することが無い等の特
徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はセラミックス製軸受の展開説明図、第２図はセ
ラミックス製軸受の使用状態に於ける断面説明図、第３
図はラジアル荷重とスラスト荷重との合成荷重が作用し
たときの滑り接触面の説明図、第４図乃至第６図は他の
実施例の説明図である。 Ａはセラミックス製軸受、Ｂは軸、Ｒ＋はジャーナル部
、Ｂ２は端面、Ｉ］はハウジング、１は外レース、１ａ
は円筒外周、ｌｂ、ｌｃは端面、１ｄ１ｅは曲面、１ｆ
は直線部、２ば内レース、２ａ２ｃは曲面、２ｂは端面
、２ｄは直線部、３は軸心、４は貫通孔、５は軸孔であ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）外形が円筒状に形成されると共に軸を遊嵌するた
   めの貫通孔が形成され且つ内周面に曲面を形成したセラ
   ミックス製外レースと、外形が前記セラミックス製外レ
   ースの内周面に形成した曲面と適合する曲面に形成され
   ると共に該曲面の軸心と同心上に軸を嵌合するための軸
   孔を形成したセラミックス製内レースとを組み合わせて
   構成したことを特徴としたセラミックス製軸受。
2. （２）前記セラミックス製外レースの内周面に形成した
   曲面が凹状曲面であり、且つ内レースに形成した曲面が
   凸状曲面であることを特徴とした請求項（１）記載のセ
   ラミックス製軸受。
3. （３）前記セラミックス製外レースの内周面に形成した
   曲面が凹状円錐面であり、且つ内レースに形成した曲面
   が凸状円錐面であることを特徴とした請求項（１）記載
   のセラミックス製軸受。