JPH03125016A - 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及びラジアル荷重が同時に或いは
選択的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〉 機械フレーム等に回転軸を装着する際に滑り軸受或いは
転がり軸受を用いることが一般に行われている。

前記転がり軸受としては、内輪と外輪との間にボール、
ローラ、ニードル等の転勤部材を設けたボールベアリン
グ、ローラベアリンク、ニードルベアリング等の種類が
あり、また内輪に嵌合した軸に作用する荷重の支持方式
に応じてラジアル軸受、スラスト軸受等の種類がある。

そして深溝型ベアリング、アンギュラ−型ベアリング、
テーパローラベアリング等は、ラジアル荷重及びスラス
ト荷重が同時に作用する軸を支承することが出来るベア
リングとして知られている。これ等の転がり軸受は、多
くの機種が規格化されているため、機械を設計する際に
は最も通したものを選択して用いている。

前記滑り軸受としては、鋼、鋳鉄、胴等の支持体上にホ
ワイトメタル層を積層して構成したものや、含油合金を
積層し或いは埋設して構成したものがある。またスリー
ブ状に形成した砲金１合成樹脂等によって構成したもの
もある。通常滑り軸受は、ラジアル荷重を支承するため
の軸受、或いはスラスト荷重を支承するための軸受が夫
々別個に規格化されている。

上記転がり軸受及び滑り軸受は夫々固有の特徴を有する
ものであり、使用に際してはこれ等の特徴を考慮して最
も適当なものを用いている。

一方、最近では高い圧縮強度と耐摩耗性を有し、且つ摩
擦係数の小さいセラミックスが開発されている。本件出
願人は数種のセラミックス製軸受を開発し既に特許出願
している（特願昭６３−３２５９３３号等）。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記転がり軸受にあっては、転がり疲労によるフレーキ
ングが発生するため必然的に寿命が定まり、耐熱性が低
く、且つ構成部品が多いことからコストが高いという問
題がある。

また上記滑り軸受にあっては、軸の外周が軸受の内周と
滑り接触することから摩擦損失が大きく、このため、軸
と軸受との接触面に強制潤滑或いは自己潤滑を施すこと
が必要である。また軸にラジアル荷重とスラスト荷重と
が同時に作用する場合には、市販されているラジアル軸
受とスラスト軸受とを組み合わせて用いたり、或いはそ
の都度新たに設計する必要があるという問題がある。

本発明の目的は、ラジアル荷重とスラスト荷重とが同時
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ものである。

〈課題を解決するための手段〉 上記５題を解決するために本発明に係るセラミックス製
軸受は、中心に軸を嵌合するための軸孔を形成すると共
に外周に前記軸孔の軸心と平行な円筒面を形成し且つ前
記円筒面と連続するテーパ面を形成したセラミックス製
内輪と、内周に前記セラミックス製内輪の外周に形成し
た円筒面と滑り接触する円筒面を形成すると共にセラミ
ックス製内輪に形成したテーパ面の一部と滑り接触する
摺動面を形成したセラミックス製外輪とを組み合わせて
構成されるものである。

〈作用〉 上記手段によれば、セラミックス製内輪（以下「内輪Ｊ
という）の中心に軸を嵌合するための軸孔を形成し、ま
た内輪の外周に軸孔の軸心と平行な円筒面を形成し、こ
の円筒面と接続したテーパ面を形成すると共に、セラミ
ックス製外輪（以下ｒ外輪Ｊという）に内輪の外周に形
成した円筒面と滑り接触する円筒面を形成し、内輪に形
成したテーパ面の一部と滑り接触する摺動面を形成し、
前記内輪と外輪とを組み合わせることで軸受を構成した
ので、ラジアル荷重及びスラスト荷重が同時に作用する
軸を内輪の軸孔に嵌合させた場合、内輪及び外輪に形成
した円筒面で軸に作用するラジアル荷重を支持すると共
に、内輪に形成したテーパ面の一部と外輪に形成した摺
動面とを接触させることで軸に作用するスラスト荷重を
支持することが出来る。

〈実施例〉 以下上記手段を適用した軸受の一実施例について図を用
いて説明する。

第１図は本発明に係る軸受の説明図、第２図（Ａ）。

（Ｂ）は内輪の説明図、第３図（Ａ）　、　（Ｂ）は外
輪の説明図、第４図は使用状態の説明図である。

図に於いて、軸受Ａは内輪１と外輪２とを組み合わせる
ことによって構成されている。

内輪１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し、成形されたも
のを約１５００℃〜１６００℃で焼成して形成されてい
る。

前記内輪１の中心には、後述する軸３を嵌合するための
軸孔４が形成されている。軸孔４は該軸孔４に嵌合する
軸３の径に応じて所定の嵌め合い公差を持って形成され
ている。前記軸孔４は内輪１を成形する際に同時に成形
されるものである。

尚、５は軸孔４の軸心であり、軸受Ａの軸心と一致した
ものである。

第２図（Ａ）　、　（Ｂ）に示すように、内輪ｌの外周
であって前端側（図に於ける左側、以下同じ）には軸心
５と平行に円筒面１ａが形成されている。前記円筒面１
ａは後述する外輪２に形成した円筒面２ａと滑り接触し
て軸３に一作用するラジアル荷重を外輪２に伝達するも
のである。このため円筒面１ａは軸心５と正確に平行で
あることが必要である。

内輪ｌの外周であって前記円筒面１ａよりも後端側（図
に於ける右側、以下同じ）には、該円筒面１ａと連続し
且つ該円筒面１ａの径から拡大する方向にテーパ面１ｂ
が形成されている。前記テーパ面１ｂは外輪２に形成し
た摺動面２ｂと対応する部分で滑り接触し、軸３に作用
するスラスト荷重を外輪２に伝達するものである。

前記テーパ面１ｂと連続して軸心５と略平行な円筒面ｉ
ｆが形成されている。この円筒面Ｉｆは外輪２と接触す
ることが無く、従って、該円筒面１ｆは必ずしも形成す
る必要は無い。

後述するように本実施例では、外輪２の摺動面２ｂは円
筒面２ａの後端位置に形成されている。

従って、摺動面２ｂに対応するテーパ面１ｂの位置は、
内輪ｌに於ける円筒面１ａからテーパ面１ｂへの立ち上
がり部であるテーパ面１ｂの基部ｌＣとなる。前記基部
ＩＣは、内輪１の成形の際に鋭利なコーナーとして形成
することが困難であるため、基部１ｃに対応する位置に
第２図（Ａ）　、　（Ｂ）に示すように内輪１の全周に
わたってリング状の溝１ｄを形成することが好ましい。

このように内輪ｌにリング状の溝１ｄを形成することで
、外輪２に形成した摺動面２ｂをテーパ面１ｂの基部Ｌ
Ｃに確実に接触させることが可能となる。

また内輪１に形成されたテーパ面１ｂは、摺動面２ｂの
面幅よりも大きい寸法で形成されていれば良い。このた
め、同図（Ａ）に示すように円筒面ｌａから円筒面１【
に至る間にテーパ面１ｂを形成することが可能である。

また同図（Ｂ）に示すように、摺動面２ｂの幅よりも充
分に大きな幅を有するテーパ面１ｂを形成すると共に、
該テーパ面Ｉｂと連続して軸心５と略直角な平面１ｈを
形成し、この平面１ｈを円筒面１ｒと接続するように構
成しても良い。

前記内輪１の後端側の端面ば、軸３に形成したジャーナ
ル部３ａの段部３ｂが当接する当接面ｌｅとして、前記
平面１ｂと同様に軸心５に対し直角な平面に形成されて
いる。

外輪２は、内輪１と同様にアルミナ或いはＰＳ２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し
たものを約１５００℃〜１６００℃で焼成して形成され
ている。

第３図（Ａ）　、　（Ｂ）に示すように、外輪２の内部
には、内輪１の外周に形成した円筒面１ａと所定の公差
を持って形成された円筒面２ａが形成されている。前記
円筒面２ａは内輪１の円筒面１ａと略等しい長さを持っ
て形成されており、該円筒面１ａと滑り接触すると共に
、内輪ｌを介して伝達される軸３に作用するラジアル荷
重が伝達されるものである。このため、円筒面２ａは軸
心５と平行な面により構成されている。

前記円筒面２ａの後端側には第３図（Ｂ）に示すように
、内輪１に形成したテーパ面１ｂと接触する摺動面２ｂ
が形成されている。この摺動面２ｂは内輪ｌに形成した
テーパ面１ｂの一部である基部１ｃと滑り接触すると共
に、内輪ｌを介して伝達される軸３に作用するスラスト
荷重を伝達されるものである。

即ち、円筒面２ａの後端側に連続して軸心５と略直角な
平面２ｃが形成されている。そして前記円筒面２ａと平
面２ｃとによって構成される稜線はテーパ面１ｂと等し
いテーバ角度を持ったテーバ状に形成されており、該テ
ーバ部により摺動面２ｂが形成されている。また前記摺
動面２ｂはテーバ状の面に限定されるものでは無く、曲
面状に形成されても良い。

上記の如く摺動面２ｂをテーバ状に形成した場合、該摺
動面２ｂと内輪１に形成したテーパ面１ｂとの接触は面
接触となり、また摺動面２ｂを曲面状に形成した場合に
は、該摺動面２ｂとテーパ面１ｂとの接触は線接触とな
る。

前記平面２ｃと連続して円筒状の面２ｄが形成されてい
る。この面２ｄの径は内輪Ｉに形成した円筒面１ｆの径
よりも大きい寸法を持っており、従って、面２ｄは内輪
１と接触することの無いように構成されている。

外輪２の外周２ｅは、軸心５と平行な円筒状に形成され
ている。また外輪２の前端側の端面２ｆは、前記軸心５
と直角な平面として構成されている。前記外周２ｅ及び
平面２ｆは、軸受Ａを後述する機械フレーム６或いは図
示しないケーシング等に装着する際の嵌合部となるもの
である。

前記内輪１に於ける軸孔４５円筒面１ａ、テーパ面１ｂ
、溝１ｄ、及び外輪２に於ける円筒面２ａ、摺動面２ｂ
、面２Ｃ，２ｄ、外周２ｅ、端面２ｆ等は、内輪１．外
輪２をプレス成形する際に同時に成形される。

前記成形に於いて、内輪１．外輪２に対する寸法精度は
、各部分の設定寸法±０．００５　ａｍ程度を得ること
が可能であり、また表面粗さとしてＲＡｏ、８程度を得
ることが可能である。

上記の如く構成した内輪１及び外輪２によって軸受Ａを
構成するには、外輪２に形成した円筒面２ａ及び該円筒
面２ａと連続する平面２ｃ、面２ｄからなる凹部に、内
輪ｌの円筒面１ａ及びテーパ面１ｂを嵌合する。これに
より、円筒面１ａ。

２ａを面接触させて滑り接触させると共に、テーパ面１
ｂに対し摺動面２ｂを面接触或いは線接触させて滑り接
触させることで、内輪１に嵌合する軸３を支承すること
が可能となる。

外輪２に内輪１を嵌合する際に、円筒面２ａ。

１ａの接触面及びテーパ面１ｂと摺動面２ｂとの接触面
をラッピングすることが好ましい、このう・７ピングは
、前記各接触面にダイヤモンドパウダー等の研磨剤を与
えると共に相対的な回転を与えることで実施することが
可能である。そして外輪２と内輪１とをランピングする
ことによって、軸受Ａをより円滑に回転させることが可
能となる。

また軸受Ａに要求される精度に応じて、内輪ｌ及び外輪
２を夫々別個に研磨加工することも可能である。即ち、
プレス成形及び焼成によって夫々前述した成形精度と表
面粗さを有する内輪ｌ、外輪２を得ることが可能である
が、より精度の高い軸受を構成するためには、予め所定
の研摩代を設定して内輪１．外輪２を成形し、これらの
内周及び外周に夫々研磨加工を施した後、内輪ｌと外輪
２とを組合わせることが好ましい。

上記の如く構成した軸受Ａによって、軸３を支承する場
合を第４図により説明する。

図に於いて、軸受Ａを構成する外輪２は機械フレーム６
に回転不能に取り付けられる。また内輪１の軸孔４には
、軸３のジャーナル部３ａが嵌合されると共に、内輪１
の当接面１ｅには軸３の段部３ｂが当接される。

ここで前記軸３には、矢印ａ方向のラジアル荷重と矢印
す方向のスラスト荷重が同時に作用しているものとする
と、ラジアル荷重はジャーナル部３ａから内輪ｌに伝達
されると共に、円筒面１ａ。

２ａを介して外輪２に伝達され、更に外輪２から機械フ
レーム６に伝達されて、該機械フレーム６によって支承
される。またスラスト荷重は、軸３の段部３ｂから当接
面１ｅを介して内輪ｌに伝達されると共に、テーバ面１
ｂ、摺動面２ｂを介して外輪２に伝達され、更に外輪２
から機械フレーム６に伝達されて、該機械フレーム６に
よって支承される。

このように、本発明に係る軸受Ａにあっては、軸心５と
平行に形成した円筒面１ａ、２ａを面接触させて滑り接
触させると共に、テーパ面１ｂ摺動面２ｂを面接触或い
は線接触させて滑り接触させることによって、ラジアル
荷重とスラスト荷重とが同時に作用する軸３を円滑に支
承することが可能である。

第５図は他の実施例に係る軸受Ｂの説明図である。図に
於いて前述の実施例と同一部分及び同一の８！！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。

軸受Ｂは内輪１と外輪２とを組み合わせて構成されてい
る。前記内輪ｌの外周には後端側に円筒面ｌａが形成さ
れると共に前端側に径を縮小する方向にテーパ面１ｂが
形成されている。また外輪２の内部には、前記円筒面１
ａと対応する円筒面２ａが形成されており、この円筒面
２ａと接続して軸心５と直角な平面２Ｃが形成されてい
る。また外輪２の内部であって、平面２Ｃと接続して軸
心５と平行な面２ｄが形成されており、平面２Ｃと面２
ｄとでなす稜線に、前述の実施例と同様な摺動面２ｂが
形成されている。前記面２ｄの径は内輪１の軸孔４の径
よりも太き（、且つ円筒面１ａの径よりも小さい寸法を
有している。

上記の如く構成した内輪１と外輪２とによって軸受Ｂを
構成した場合、円筒面１ａ、　　２ａの接触によって軸
孔４に嵌合される軸に作用するラジアル荷重を支承する
ことが可能であり、且つテーバ面１ｂ、摺動面２ｂの接
触によって軸に作用するスラスト荷重を支承することが
可能である。

また外輪２に形成した面２ｄの径を軸孔４の径と円筒面
１ａの径との間で任意に選択して設定することによって
、両者の接触面圧を適正な値に設定することが可能であ
る。

前記軸受Ａ、　　Ｂに於いて、内輪１及び外輪が夫々セ
ラミックスによって形成されることから、摩擦係数が小
さく摩擦損失が少ない。このため、軸３を支承する際に
円筒面１ａ、２ａ及びテーパ面ｌｂ、摺動面２ｂに対す
る潤滑が不要である。また滑りによって発熱した場合で
あっても、セラミックスの熱膨張係数が、約８〜ｌｌＸ
ｌ０−”／’Ｃ程度であるため、内輪ｌ、外輪２の熱膨
張による過大な熱応力が発生することが無い。更に、セ
ラミックスの耐熱温度が約り００℃〜１０００℃程度で
あることから、前記発熱により内輪１．外輪２が劣化す
る虞も無い。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明に係るセラミックス
製軸受は、内輪に軸心と平行な円筒面を形成すると共に
該円筒面と接続してテーパ面を形成し、外輪に内輪に形
成した円筒面と対応する円筒面を形成すると共にテーパ
面の一部と接触する摺動面を形成し、夫々の面を滑り接
触面として構成することで、内輪に嵌合した軸にラジア
ル荷重とスラスト荷重とが同時に作用しても、該ラジア
ル荷重及びスラスト荷重を円滑に支承することが出来る
。

また内輪と外輪との二部材によって軸受を構成すること
が出来るので、部品点数を少なくし、軸受のコストを低
減することが出来る。

また内輪と外輪とを滑り接触させることで軸を支承する
ことが出来るため、内輪と軸との間には相対的な滑りが
発生しない。このため、軸が摩耗する虞が無く、軸の寿
命を長くすることが出来る。

また内輪と外輪とがセラミックスによって成形されるこ
とから、滑り接触面に於ける摩擦係数が小さい。このた
め、摩擦による発熱が少な（、接触面に対する特別な潤
滑を必要としない。従って、メンテナンスの容易な軸受
を構成することが出来る。

またセラミックスの熱膨張係数が小さいことから、軸受
が発熱しても、軸及び機械フレーム等に熱影響を与える
虞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図は本発明に係る軸受の展開説明図、第２図（Ａ）
　、　（Ｂ）は内輪の説明図、第３図（＾）＋　（Ｂ）
は外輪の説明図、第４図は使用状態の説明図、第５図は
他の実施例に係る軸受の説明図である。 Ａ、Ｂは軸受、１は内輪、２は外輪、１ａ、２ａは円筒
面、ｌｂはテーパ面、ＩＣは基部、１ｅは当接面、２ｂ
は摺動面、２ｅは外周、３は軸、３ａはジャーナル部、
３ｂは段部、４は軸孔、５は軸心である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中心に軸を嵌合するための軸孔を形成すると共に外周に
   前記軸孔の軸心と平行な円筒面を形成し且つ前記円筒面
   と連続するテーパ面を形成したセラミックス製内輪と、
   内周に前記セラミックス製内輪の外周に形成した円筒面
   と滑り接触する円筒面を形成すると共にセラミックス製
   内輪に形成したテーパ面の一部と滑り接触する摺動面を
   形成したセラミックス製外輪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。