JPH0356713A - セラミックス軸受の固定構造 - Google Patents

セラミックス軸受の固定構造

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JPH0356713A
JPH0356713A JP19004389A JP19004389A JPH0356713A JP H0356713 A JPH0356713 A JP H0356713A JP 19004389 A JP19004389 A JP 19004389A JP 19004389 A JP19004389 A JP 19004389A JP H0356713 A JPH0356713 A JP H0356713A
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JP
Japan
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sleeve
ceramic bearing
casing
bearing
ceramic
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JP19004389A
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Inventor
Masahito Kumon
公文 将人
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Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
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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〕 本発明は高温雰囲気下で耐食性・耐摩耗性及び耐焼付性
に優れた摺動部材を横或するための軸受の固定構造に関
するものである。
〔従来の技術〕
セラミックス材料には金属材料より高温強度,硬度,耐
熱性,耐食性等に優れているものがあり、産業の各分野
で広く用いられつつある。エンジン部品,ボイラ部品,
原子力機器部品等に使用される材料は耐食性,耐摩耗性
及び耐熱性等の特性を備えていることが不可欠であるが
、これらの特性を向上させるため、その表面に物理的性
質が優れているセラミックスやサーメット等を被覆する
方法が採用されている.被覆方法としては、溶射法がそ
の簡便さや低コストを理由に広<一般に用いられている
. セラミックス材料を軸受に使用した例は、特開昭55−
100421号公報.特開昭6 0−4 0816号公
報等に提案されているが、温度条件として600゜C以
上の環境における使用を考慮しているものは少ない。
軸受を半固定のまま軸を回転させると軸と軸受は線接触
に近い挙動を示し、特に高温雰囲気では焼き付く可能性
が高いことが一般に知られており、摺動部材としては軸
受が固定できない状態では、安全性の面で問題が発生し
てくる。したがって、回転体の軸受は軸と同一心をもち
、且つ固定されている必要がある。
一方、セラミックス製軸受をケーシングに固定する方法
についても幾つかの方法が提案されている.まず、特開
昭4 8−5 7 0 3 4号公報5特開昭55−1
00421号公報及び特開昭57−6121号公報にセ
ラミックス軸受をケーシングに嵌合する方法が提案され
ているが、セラ旦ツクス材料の軸受では熱膨張係数が小
さいため、ケーシング材料に通常の金属材料は使用でき
ず、線膨張係数の小さいセラミックスや焼結品をケーシ
ングに使用しないと高温で嵌合状態を保持するのは非常
に難しいが、ケーシングにセラミックスや焼結品を使用
すると機械的衝撃に耐えられないことや寸法精度,コス
ト高等の問題があり事実上使用できない. 次に、特開昭55−97517号公報,特開昭60−8
8215号公報.特開昭6 0−3 0 8 22号公
報及び特開昭60−40816号公報に提案されている
ように弾性物質や軟金属を利用する方法もあるが、60
0℃以上の環境では焼損したり、弾性材料が降伏してし
まい繰り返し使用することはできない. セラミックス軸受をバネ構造で固定する方法も特開昭5
5−100418号公報,特開昭59−103016号
公報及び特開昭60−210345号公報に提案されて
いるが、600“C以上の高温で使用できるバネを構威
する材料がほとんどないか、非常に高いものとなるばか
りでなく、摺動部の構造が複雑で精度上問題となる. 金属材料をセラミンクスとケーシングの間に設置し、耐
衝撃性を改善すると共に芯だし精度を向上させる方法が
特開昭60−179520号公報に提案されているがや
はり高温では金属とセラミックスとの間に隙間が発生し
、芯だし精度が低下する問題がある. 更にセラミックス軸受の外面側に金属の焼結体を形成す
る方法が特開昭61−1237781号公報に提案され
ているが、高温雰囲気では焼結金属とセラミックスとの
間に隙間ができる問題がある. 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術においては、高温雰囲気でのセラミックス
軸受とケーシングとの熱膨張差によるクリアランスの形
成を考慮していないため、600゜C以上の高温ではセ
ラミックス軸受とケーシングとの間に必要以上の隙間が
発生するためセラ旦ツクス軸受が半固定状態となる。し
たがって、軸と軸受が点接触となり焼き付きや異常摩耗
現象を防止できないこと、又は構造的に複雑で製作コス
トが非常に大きくなるという点で問題があった。
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、高
温雰囲気においてもセラミックス軸受とケーシングとを
実質的に固定でき、同時に芯だしも容易に行うことがで
きるセラミンクス軸受の構造を提供することにある。
〔諜題を解決するための手段] 上記した目的は、セラミンクス製軸受とケーシングとの
間にケーシングの材料よりも実質的に熱膨張係数が大き
い材料からなるスペーサを配置することによって達威さ
れる。
〔作用) スペーサの熱膨張係数がケーシングより大きいため高温雰囲気下ではスペーサがケーシング内面にあたりそれ以上膨張できないため、内側に膨張し、セラミックス軸受との隙間を事実上埋めることができることによって達戒される. 〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明のセラミンクス軸受の固定構造の第1実
施例を示す断面図、第2図は第1図におけるステンレス
製スリーブの斜視図、第3図は第1図のA−A線断面図
である. 翼1と一体構造からなる軸2と、セラミックス製軸受6
との面で摺動部7が構威されている。翼1は駆動力伝達
部3から回転方向9の力が伝達されるようになっている
.ケーシング5はNi合金材料からなり、このケーシン
グ5とセラミックス製軸受6との環状隙間には、ケーシ
ング5を横威するNi合余材料よりも熱膨張係数が大き
いステンレス製スリーブ8が嵌合されている。
ステンレス製スリーブ8は、第2図に示すようにスリー
ブ内面の長手方向に沿って満12が形戊されており、こ
の溝12とスリーブ中心部を対称とするスリーブ面にス
リーブ長手方向に沿ったスリット11が設けられている
.また、ステンレス製スリーブ8は、使用温度条件下で
セラミックス製軸受6及びケーシング5に対して各々ク
リアランスが生したいように予め使用温度条件に応して
厚さが調整されている。
ステンレス製スリーブ8はセラミックス製軸受6に嵌合
された後、第3図に示すように溝l2にキーl3が嵌入
され、セラミックス製軸受6及びステンレス製スリーブ
8は止め具lOによりケーシング5に固定される。図中
4は断熱壁を示している. 上記した第1実施例によるセラミンクス軸受の固定構造
においては、摺動部が高温状態になると、ステンレス製
スリーブ8は、Ni合金材料からなるケーシング5より
も熱膨張係数が大きいために、熱膨張によりケーシング
5内に設けられた穴の内面に当たり、スリット1lを閉
塞するように弾性変形する。このとき、ステンレス製ス
リーブ8の内径は小さくなり、且つステンレス製スリー
ブ8の外面はケーシング5の穴の内壁面によって矯生さ
れるため、ステンレス製スリーブ8の中心位置は変化し
ない。この結果、セラミックス製軸受6は中心位置がず
れることなく固定される。
第4図は本発明の第2の実施例を示す要部断面図を示し
、セラミンクス製軸受6とNi合金材料からなるケーシ
ング5との間に軸方向に直交する断面形状が長方形状の
溝を軸2に対して対称に2個所設け、これらの溝にケー
シング5を構成するNi合金材料よりも熱膨張係数が大
きいステンレス製スペーサl4をそれぞれ嵌人した構造
となっている。
上記した第2実施例によるセラミックス軸受の固定構造
においては、摺動部が高温状態になると、ステンレス製
スペーサl4の熱膨張によりセラミ?クス製軸受6はそ
の中心部に対して対称な位置から押圧される結果、セラ
ミックス製軸受6は中心位置がずれることなく固定され
る. なお、ステンレス製スペーサ14は軸2に対して対称な
位置に3個以上設けてもよい.第5図は本発明の第3実
施例を示し、第1実施例における第3図と異なる点は、
ステンレス製スリーブ8の外表面にNjCr皮膜を介し
てZrO■/Y.0.8%の溶射皮膜15を形成してい
ることである. 第3実施例では、第1実施例における効果の他に高温雰
囲気下においても、ステンレス製スリーブ8がケーシン
グ5に焼き付くことなく繰り返し使用できるという効果
がある. 第6図は、第1実施例〜第3実施例におけるステンレス
製スリーブの変形例を示す斜視図である。
このステンレス製スリーブ16は、長手方向の一端から
開口し、他端に至る途中で閉塞したスリット17をスリ
ーブ長手方向に対して交互に、且つ周方向に所定の間隔
をもって形成したものである.このステンレス製スリー
フ゛l6をセラミンクス製軸受6とケーシング5との間
に嵌合させることによって、(1)ステンレス製スリー
ブ8の厚みを大きくしなければ、セラミックス製軸受6
とケーシング5との間のクリアランスをなくすことがで
きない場合、(2)ステンレス製スリーブ16とケーシ
ング5との間の熱膨張差が大きく、ステンレス製スリー
ブ16が塑性変形するおそれがある場合にもステンレス
製スリーブl6の半径方向の変位量を大きくすることに
よって解決できる。
第7図は本発明の第4実施例を示す断面図、第8図は第
7図におけるステンレス製スリーブの斜視図である。
このセラミックス軸受の固定構造においては、軸2に対
して軸方向に所定の間隔をおいてセラごックス製軸受1
8a,18bが嵌合され、これらのセラミックス製軸受
18a.18bの外周面にNi合金からなるケーシング
よりも熱膨張係数が大きいステンレス製スリーブ19a
,19bが嵌合されている. これらのステンレス製スリーブ19a,19bの内面の
テーバはセラミンクス製軸受18a,18bの外面を形
成するテーパと一致しており、セラ〔ツクス製スリーブ
19a,19bの外面のテーバは、ケーシング5と同材
質からなる止め具20a,20bの内面とテーバと一致
している。ステンレス製スリーブ2lは、その軸方向両
端面がステンレス製スリーブ19a,19bのそれぞれ
の肉厚側端面に当設すると共に外周面はケーシング5の
内周面と十分な間隔をもって配置されている.そして、
ステンレス製スリーブ21の外周面には、第8図に示す
ように円周方向に螺旋状のスリット21aが設けられて
いる。
上記した構成からなる第4実施例のセラミノクス軸受の
固定構造では、摺動部が高温状態になると、ステンレス
製スリーブ19a,19b及びステンレス製スリーブ2
lが各々膨張するが、ステンレス製スリーブ19a,1
9bはステンレス製スリーブ2lの長手方向の熱膨張に
よりそれらの肉薄側に押圧され、セラミックス製軸受6
はクリヤランスを生じず中心位置がずれることなく固定
される。
本実施例においても、金属同志が接触する部分、例えば
ステンレス製スリーブ19a,19bの外周面と止め具
20a,20bの内周面の少なくとも一方、ステンレス
製スリーブ19a,19bのそれぞれの肉厚側端面とス
テンレス製スリーブ21の長手方向両端面の少なくとも
一方及びステンレス製スリーブ21の外周面等にセラミ
ンクスコーティングを施すことによって金属同志の焼き
付けを防止することができる. 次に第9図に示す試験装置において、本発明の実施例と
従来例の摺動試験を行った.第9図は試験装置に本発明
の実施例に係るセラミックス軸受の固定構造を設置した
状態を示し、22はロッド.23はセラミックス製軸受
.24は摺動部,25はNi合金からなるケーシング,
26はトルク計,27はモータ.28はレコーダ9 2
9は断熱壁,30は荷重方向,31は電気炉内,32は
ステンレス製スリーブ,33は止め具である.第10図
は実験対象となる従来のセラミックス軸受の固定構造を
示しており、34は熔射皮膜,35はセラミックス製軸
受.36は摺動部,37は保護カバー,38は止め具.
39はセラミックス製軸受,40はスリーブである。
本試験ではセラミックス製軸受(スリーブ)23,35
.39にそれぞれSiC,軸2の摺動部24.36の部
分にはそれぞれCr.C./NiC『25%皮膜を爆発
溶射法によって厚さ150μm形成したものを使用した
. 第1表で示す条件で摺動試験を行った結果を第2表に示
す. 第1k 第2表 第2表から明らかなように本発明の実施例にかかる摺動
部は極めて良好な耐摩耗性・耐焼付性を示していること
がわかる。
なお、本発明において、ケーシング5は金属又はセラミ
ックスのいずれでもよく、特にこれらの焼結体を用いる
ことができ、この場合、ステンレス製スリーブの他にケ
ーシング5を構戒する材料との関係で採用されるケーシ
ング材料に対して実質的に熱膨張係数の大きい材料から
なるスリーフが選定される. 〔発明の効果〕 以上、詳細に説明したように、本発明による軸受固定構
造を使用すれば、使用温度が600゜C以上でもセラミ
ックス軸受が容易に且つ精度良く金属ケーシングに固定
でき、耐焼き付性や耐摩耗性の良好な摺動部を得ること
ができ、産業上の利用価値は極めて高い.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のセラミックス軸受の固定構造の第1実
施例を示す断面図、第2図は第1図におけるステンレス
製スリーブの斜視図、第3図は第1図のA−A線断面図
、第4図は本発明のセラミックス軸受の固定構造の第2
実施例を示す要部断面図、第5図は本発明のセラミック
ス軸受の固定構造の第3実施例を示す断面図、第6図は
本発明におけるステンレス製スリーブの他の例を示す斜
視図、第7図は本発明のセラミックス軸受の固定!1%
造の第4実施例を示す断面図、第8図は第7図における
ステンレス製スリーブの斜視図、第9図は本発明のセラ
ミックス軸受の固定構造の効果を実証するための試験装
置の模式図、第10図は従来のセラSF ’7クス軸受
の固定構造を示す断面図である。 l・・・・・・翼、2・・・・・・軸、3・・・・・・
駆動力伝達部、4・・・・・・断熱壁、5・・・・・・
Ni合金製ケーシング、6・・・・・セラミックス製軸
受、7・・・・・・摺動部、8・・・・・・ステンレス
製スリーブ、9・・・・・・回転方向、10・・・・・
・止め具、l1・・・・・・スリント、l2・・・・・
・溝、13・・・・・・キー 14・・・・・・スペー
サ、l5・・・・・・溶射皮膜、16・・・・・・ステ
ンレス製スリーブ、17・・・・・・スリノト、18a
,18b・・・・・・セラミックス製軸受、l9a,1
9b・・・・・・ステンレス製スリーブ、20a20b
・・・・・・止め具、21・・・・・・ステンレス製ス
リーブ、21a・・・・・・スリット。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)セラミックス製の軸受と、この軸受を収納するケ
    ーシングが軸受の材料よりも熱膨張係数が大きい材料で
    構成されるものにおいて、前記セラミックス製軸受とケ
    ーシングとの間に前記ケーシングの材料よりも実質的に
    熱膨張係数が大きい材料からなるスペーサを配置したこ
    とを特徴とするセラミックス軸受の固定構造。
  2. (2)前記スペーサが、前記セラミックス製の軸受を覆
    うスリーブからなると共に熱膨張時にその円周方向に変
    形可能に形成されていることを特徴とする請求項(1)
    記載のセラミックス軸受の固定構造。
  3. (3)前記スペーサが、前記セラミックス製軸受の外周
    面の一部に形成された切欠部と前記ケーシング内周面の
    一部に設けられた切欠部とによって形成される空間部に
    嵌合される部材からなり、この部材が前記軸受の中心部
    に対して対称な位置に配置されていることを特徴とする
    請求項(1)記載のセラミックス軸受の固定構造。
  4. (4)前記スペーサが、一対の第1のスリーブとこれら
    のスリーブ間に挟持される第2のスリーブとからなり、
    第1のスリーブの外面又は内面はスリーブの長手方向に
    所定角度のテーパ状に形成され、第2のスリーブの熱膨
    張時に第1のスリーブをその肉厚側から肉薄側に押圧す
    るようにしたことを特徴とする請求項(1)記載のセラ
    ミックス軸受の固定構造。
  5. (5)前記スペーサが、スリーブの長手方向に単数又は
    複数のスリットが形成されていることを特徴とする請求
    項(2)記載のセラミックス軸受の固定構造。
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