JPH03149415A - 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】 く産業上の利用分野〉 本発明は又ラスト荷重が作用する軸及びスラスト荷重と
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〉 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
転がり輪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、ニードル等の転動部材を設けたボールベアリン
グ、ローラベアリング、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、アンギエラ型ベアリング、テ
ーパローラベアリング等は、−ラジアル荷重及びスラス
ト荷重が選択的に或いは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量も適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、銅等の支持体上にホ
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、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ｈ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〉 上記従来の軸受に於いて、転がり軸受では転がり疲労に
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。また滑り軸受では、軸の外周が
軸受の内周と直接滑り接触することから摩擦損失が大き
く、このため、強制潤滑或いは自己潤滑を施すことが必
要であるという問題がある。

また上記滑り軸受にあっては、軸が軸受の周面と直接滑
り接触することから摩擦損失が太きく、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。

本発明の目的は、スラスト荷重が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。

く課題貴解決するための手段〉 上記課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
に前記軸孔の軸心と略直角な平面を形成したセラミック
ス製回動輪と、前記セラミックス製回動輪に形成した平
面と対向し且つ前記軸心と略直角な平面を形成したセラ
ミックス製固定輪とを有し、前記セラミックス製回動輪
に形成した平面又はセラミックス製固定輪に形成した平
面の何れか一方の平面に中心を前記軸心と一致させたリ
ング状の突起を形成すると共に他方の平面に前記リング
状の突起と対応したリング状の溝を形成し、前記リング
状の溝に前記リング状の突起を嵌合して構成されるもの
である。

〈作用〉 上記手段によれば、セラミックス製回動輪（以下ｒ回動
輪１という）の中心に軸を嵌合するための軸孔を形成す
ると共に軸孔の軸心と略直角な平面を形成し、セラミッ
クス製固定輪（以下ｒ固定輪１という）に回動輪に形成
した平面と対向し且つ軸心と略直角な平面を形成し、前
記回動輪に形成した平面或いは固定輪に形成した平面の
何れか一方の平面に、中心を軸心と一致させたリング状
の突起を形成すると共に他方の平面に前記リング状突起
と対応したリング状の溝を形成し、前記溝に突起を嵌合
させることで軸受を構成したので、回動輪の軸孔に嵌合
した輪に作用するスラスト荷重及びラジアル荷重を前記
溝及び突起を介して支持することが出来る。

即ち、溝に突起を嵌合して該溝と突起とにより摺動面を
形成した場合であって、突起の先端と溝の底部とを摺動
面として構成した場合にはスラスト荷重のみを支承する
ことが出来、また突起の先端と溝の底部５及び突起の側
面と溝の側面とを夫々摺動面として構成した場合にはス
ラスト荷重とラジアル荷重とを同時に支承することが出
来る。

更に、回動輪及び固定輪に形成した平面を夫々摺動面と
して構成すると共に、突起の側面と溝の側面とを摺動面
として構成した場合には、前記平面によってスラスト荷
重を支承することが出来、また突起及び溝の側面によっ
てラジアル荷重を支承することが出来る。

また溝及び突起の中心を夫々軸心と一致させたので、溝
に突起を嵌合することによって、固定輪に対する回動輪
の心プレを防止することが出来る。

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

（第１実施例〕 第１図は第１実施例に係る軸受の断面説明図、第２図は
回動輪の説明図、第３図は固定輪の説明図、第４図は使
用状態の説明図である。

図に於いて、輪受Ａは回動輪ｌと固定輪２とを組み合わ
せることによって構成されている。

回動輪ｌ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。

第２図に示すように回動輪ｌの中心には、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は回動輪ｌ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の輪心であり、軸受Ａの軸心と一致した
ものである。

回動輪ｌの外周には軸心５と平行な円筒面１ａが形成さ
れている。この円筒面１ａの径は後述する固定輪２の外
周に形成した円筒面２ａの径よりも小さい寸法で形成さ
れている。このため、軸受Ａを機械フレーム８に取り付
ける際に、回動輪１が前記機械フレーム８と接触する虞
が無い。

回動輪ｌに於ける前端側（図に於ける左側、以下同じ）
の端面は輪心５と略直角な平面１ｂとして形成されてい
る。前記平面１ｂには、中心を軸心５と一致させたリン
グ状の突起６が形成されている。

本実施例に於いて、突起６の高さは固定輪２に形成され
た溝７の深さよりも大きい寸法で形成されている。従っ
て、溝７に突起６を嵌合した場合、同動輪ｌに形成した
平面１ｂと固定輪２に形成した平面２ｂとは接触するこ
とが無く、両平面ｌｂ。

２ｂの間に僅かな間隙が形成されている。

前記突起６は、固定輪２の平面２ｂに形成したリング状
の溝７に嵌合され、該溝７と滑り接触して軸３に作用す
るスラスト荷重、ラジアル荷重を固定輪２に伝達するも
のである。

また回動輪！に於ける後端側（図に於ける右側、以下同
じ）の端面は、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１ｃとして、軸心５に対し直角な
平面に形成されていゐ。

固定輪２は、回動輪ｌと同様にアルミナ或いは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
形したものを約１５００℃〜１６００℃で焼成して形成
されている。

第３図に示すように固定輪２の外周には、輪心５と平行
な円筒面２ａが形成されている。この円筒１ｉ２ａの径
は回動輪ｌの外周に形成した円筒面１ｍの径よりも大き
い寸法で形成されている。

また固定輪２に於ける後端側の端面には、回動輪ｌに形
成した平面１ｂと対向し、且つ軸心５と略直角な平面２
ｂが形成されている。前記平面２ｂには、回動輪ｌの平
面１ｂに形成したリング状の突起６と対向して、中心を
軸心５と一致させたリング状の溝７が形成さている。

また固定輪２の中心には孔２ｃが形成されている。前記
孔２Ｃは、回動輪ｌの軸孔４に嵌合した輪３を遊嵌し得
る径を持９て形成されている。

固定Ｐ２の前端側の端面２ｄは、軸心５と直角に形成さ
れた平面として構成されている。前記円筒面２ｍ及び端
面２ｄは、軸受Ａを後述する機械フレーム８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。

前記回動輪ｌに於ける軸孔４．円筒面１ａ、平面１ｂ、
　リング状の突起６、及び固定輪２に於ける円筒面２ａ
、平面２ｂ、孔２Ｃ，端面２ｄ、　　リング状の溝７は
、回動輪１．固定輪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、回動輪１、固定輪２に対する寸法精
度は、各部分の設定寸法±０．００５　ｗ程度を得るこ
とが可能であり、また表面粗さとしてＲ＾０．８程度を
得ることが可能である。

上記の如く構成した同動輪１と固定輪２とによって輪受
Ａを構成するには、固定輪２に形成した溝７に、回動輪
１の平面１ｂに形成したリング状の突起６を嵌合する。

これにより、リング状の溝７及び突起６を滑り接触させ
ることで、回動輪１に嵌合した軸３を支承することが可
能となる。

固定輪２に形成した溝７に回動輪１に形成した突起６を
嵌合したとき、固定輪２の平面２ｂと回動輪ｌの平面１
ｂとの間に僅かな間隙が形成される。これにより、溝７
と突起６とが接触し、この接触面によって軸受Ａに於け
る摺動面を構成することが可能となる。

固定輪２に回動輪ｌを嵌合した後、溝７と突起６との接
触面をラッピングすることが好ましい。

このう、ピングは、前記接触面にダイヤモンドパウダ一
等の研磨剤を与えると共に、回動輪ｌと固定輪２との間
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。そして固定輪２と回動輪１とをラッピングすること
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を構成する回動輪ｌの突起６及び固定輪２の
溝７等を、該軸受Ａに要求される精度に応じて研磨加工
を施すことも可能である。

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を構成する固定輪２は機械フレーム
８に回転不能に取付られる。このとき、機械フレーム８
に形成した穴に軸受Ａを埋没するよう取り付けた場合で
あっても、回動輪ｌに於ける円筒面１ａの径が固定輪２
に於ける円筒面２ａの径よりも小さ！−まため、該円筒
面をａす＜機械フレーム８と接触することが無い。

また回動輪ｌ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、回動輪ｌの当接面ｌＣ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作用しているものとすると、ラ
ジアル荷重は軸３のジャーナル部３ａから回動輪ｌに伝
達され、突起６及び溝７２の側面を介して固定輪２に伝
達されてる。そして固定輪２から機械フレーム８に伝達
され、該機械フレーム８によって支承される。またスラ
スト荷重は軸３の段部３ｂから回動輪ｌの当接面１ｃを
介して回動輪ｌに伝達されると共に、突起６．溝７を介
して固定輪２に伝達される。更に固定輪２の端面２ｄか
ら機械フレーム８に伝達されて、該−機械フレーム８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に
対し略直角方向に形成した平面１ｂ、２ｂの何れか一方
の面に中心を軸心５と一致させたリング状の突起６を形
成すると共に、他方の面に中心を軸心５と一致させ且つ
リング状の突起６と対向させたリング状の溝７を形成し
、溝７に突起６を嵌合してこれ等を滑り接触面として構
成することによって、ラジアル荷重、スラスト荷重が作
用する軸３を支承することが可能となる。

また溝７と突起６とが嵌合してこれ等の側面が摺動面と
なることから、回動輪ｌの回転は溝７によって拘束され
、これにより回動輪ｌに心ブレが発生することが無い。

回動輪ｌに形成したリング状の突起６、及び固定輪２に
形成したリング状の溝７の形状は、第５図（Ａ）〜（Ｃ
）に示すように形成することが可能である。

即ち、同図（Ａ）は突起６の先端に曲面６ａを形成する
と共に、該曲面６ａと平面１ｂとの間に略目テな連結部
６ｂを形成したものである。また溝７の底部７ａは曲面
６ａと同一の形状を有しており、また底部７ａから平面
２ｂに至る間に略平行な連結部７ｂが形成されている。

突起６及び溝７を上記の如く形成した場合には、軸受Ａ
によってスラスト荷重とラジアル荷重とを支承すること
が可能である。

同図（Ｂ）は突起６の先端に曲面６ａを形成すると共に
、該曲面６ａと平面１ｂとの間に勾配を持った連結部６
ｂを形成することで断面が山型形状となるように形成し
たものである。また溝７は底部７ａから、突起６の形状
に応じた曲面状に形成されている。

この場合には、軸受Ａによってスラスト荷重と僅かなラ
ジアル荷重を支承することが可能である。

同図（Ｃ）は突起６の先端に曲面６ａを形成すると共に
、該曲面６ａと平面１ｂとの間に勾配を持った連結部６
ｂを形成したものであり、且つ溝７の底部７ａから平面
２ｂに至る間は曲面６ａの曲率よりも小さい曲率で形成
したものである。

この場合には、軸受Ａはスラスト荷重のみを支承するこ
とが可能であり、且つ回動輪ｌに嵌合した軸に僅かな心
プレが発生してい−る場合、核心プレを吸収することが
可能である。

〔第２実施例〕 第６図は第２実施例に係る軸受の説明図である。

図に於いて前述の実施例と同一部分については同一の符
号を付して説明を省略する。

図に於いて、軸受Ｂは回動輪１１と固定輪１ｚとを組み
合わせて構成されている。

回動輪１１の前端側には軸心１５と略直角な平面１１ｂ
が形成されている。この平面１１ｂには、中心を輪心１
５と一致させたリング状の突起１６が形成されている。

突起１６は第５図（＾）〜（Ｃ）に示す突起６と同様な
形状を持って形成されている。また突起１６の高さは後
述する固定輪１２に形成した溝１７の深さよりも小さい
寸法で形成されている。従って、固定輪１２の溝１７に
突起１６を嵌合した場合、前記平面１１ｂは固定輪２に
形成した平面１２ｂと接触する。

本実施例では、前記平面ｕｂと固定輪１２に形成した平
面１２ｂとを摺動面として構成している。

固定輪Ｉ２の後端側には、軸心１５と略直角な平面１２
ｂが形成されている。この平面１２ｂには中心を軸心１
５と一致させたリング状の溝１７が形成されている。

前述の如く、溝１７の深さは突起１６の高さよりも小さ
い寸法で形成されている。このため、突起１６の先端と
溝１７の底部とは接触することが無い、また溝１７の側
面は突起１６の側面と一致した形状で形成されている。

即ち、溝１７と突起１６とは夫々の側面で互いに接触し
得るように形成されている。そしてこの接触面が摺動面
として構成されている。

上記の如く構成された回動輪１１と固定輪１２とによっ
て軸受Ｂを構成するには、固定輪１２に形成した溝１７
に回動輪ｌｌに形成した突起１６を嵌合すれば良い、こ
のとき、回動輪１１と固定輪１２とは平面Ｕｂ、１２．
ｂ及び突起１６の側面と溝１７の側面とで夫々接触し、
これ等の接触面が摺動面として固定輪される。

上記軸受Ｂにあっては、軸に作用するラジアル荷重は前
述の軸受Ａと同様に、突起１６の側面及び溝１７の側面
を介して固定輪１２に伝達される。また輪に作用するス
ラスト荷重は、回動輪１１に形成した平面１１ｂ及び固
定輪１２に形成した平面１２ｂを介して固定輪１２に伝
達される。

また溝１７に突起１６が嵌合することから、回動輪１２
に心プレが発生することが無い。

上記軸受Ａ、Ｂに於いて、突起６．１６、溝７゜１７は
回動輪１．１１．固定輪２．１２の何れに形成しても良
い、即ち、回動輪１．１１或いは固定輪２゜１２の何れ
か一方に突起６，１６を形成した場合には、他方に溝７
．１７を形成すれば良い。

上記軸受Ａ、Ｂに於いて、回動輪１．１１及び固定輪２
．１２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による損失が小さい、このため
、軸３を支承する際に突起６゜１６、溝７．１７及び平
面１１ｂ、　１２ｂの夫々の接触面に対する潤滑が不要
である。また滑り摩擦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８〜１１×ｌＯ−ｈ
／℃程度であるため、回動輪１，１１、固定輪２．１２
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６００℃〜１０００℃
程度であることから、前記発熱により回動輪１．１１、
固定輪２゜１２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、回動輪及び固定輪に軸心と略直角な平面を形
成すると共に、該平面の何れか一方に中心を軸心と一致
させたリング状の突起を形成し、他方の面に前記突起と
対応するリング状の溝を形成し、前記溝に突起を嵌合さ
せ、該嵌合面を滑り接触面として構成することで、回動
輪にスラスト荷重、ラジアル荷重が作用する軸を嵌合し
た場合、該荷重を円滑に支承することが出来る。

また回動輪と固定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。

また回動輪と固定輪とを滑り接触させることて軸を支承
することが出来るため、回動輪と軸との間には相対的な
滑りが発生しない、このため、軸が摩耗する慮が無く、
軸の寿命を長くすることが出来る。

また回動輪と固定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く、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図は第１実施例に係る軸受の断面説明図、第２図は
回動輪の説明図、第３図は固定輪の説明図、第４図は使
用状態の説明図、第５図（Ａ）〜（Ｃ）は突起と溝の形
状の説明図、第６図は第２実施例に係る軸受の説明図で
ある。 Ａは軸受、ｉ、ｕは回動輪、２．１２は固定輪、ｌａ、
２ａは円筒面、ｌ　ｂ、　　２　ｂ、　ｌｌｂ、　１２
ｂは平面、ｌｃは当接面、２ｄは端面、３は軸、３ａは
ジャーナル部、３ｂは段部、４は軸孔、５，１５は軸心
、６．１６はリング状の突起、７．１７はリング状の溝
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前記軸
   孔の軸心と略直角な平面を形成したセラミックス製回動
   輪と、前記セラミックス製回動輪に形成した平面と対向
   し且つ前記軸心と略直角な平面を形成したセラミックス
   製固定輪とを有し、前記セラミックス製回動輪に形成し
   た平面又はセラミックス製固定輪に形成した平面の何れ
   か一方に中心を前記軸心と一致させたリング状の突起を
   形成すると共に他方に前記リング状の突起と対応したリ
   ング状の溝を形成し、前記リング状の溝に前記リング状
   の突起を嵌合して構成したことを特徴としたセラミック
   ス製軸受。