JPS61262226A - 硬脆材料製円筒形部品の取り付け構造 - 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】 〔発明の目的〕 「産業上の利用分野」 本発明は、すべり軸受などにおいて耐摩耗性を向上させ
るために、セラミックス、超硬合金など耐摩耗性には富
んでいるが延性に乏しく、一般の金属材料と比較して熱
膨脹係数の小さい材料で製作された円筒形部品を軸に取
付る方法及びその応用に関するものである。

「従来の技術と発明が解決しようとする問題点・」すべ
り軸受は通常油あるいは清水の潤滑作用下で使用される
が、油を封じているオイルシール部などからの油洩れを
嫌ったり、清水供給設備の設置が困難であったりする場
合も多くその機械、例えばポンプ等が取扱っている液そ
のものを潤滑水として使用したいという要望が多い。

ポンプ等が取扱っている液はスラリー分を含むことが一
般的で、このような水を潤滑水として使用すると摩耗に
より軸受部の耐久性が劣化する。そこでこの軸受部にセ
ラミックス、超硬合金等耐摩耗性に富んだ材料を使用す
る試みがなされている。すべり軸受は第Ｓ図に示すごと
く、回転軸ｌに固定された円筒形の回転側摺動部材−と
軸受ハウジング１０に固定された円筒形の固定側摺動部
材デから構成されており、固定側摺動部材ｔと回転側摺
動部材コが摺擦すもこのうち固定側摺動部材９としてセ
ラミック入超硬合金等硬脆な材料を使用する場合番こは
、これらの材料が引張応力には弱いが圧縮応力に強いと
いう特性を活かして、焼きばめ等の方法で軸受ハウジン
グ１０として一般の金属製保持具に取付るのが一般的で
ある。

一方、回転側摺動部材コにこれらの材料を適用するため
には困難な問題が多い。一般的に円筒形のスリーブを軸
に取り付ける方法としては。

′の軸におねじ、スリーブにめねじを加工してねじ対偶
で止める方法、■軸、スリーブにキー溝を加工してキー
で止める方法、■スリーブ端部に小径孔を加工し、止め
ねじ又はピンで止める方法がある。

しかし、これらの方法ではスリーブ側に機械加工を施す
必要があり、回転側摺動部材コとしての硬脆材料製スリ
ーブではこの加工が不可能であったり、非常に困難であ
る場合が多い。しかもこの種の材料はいわゆる切り欠き
感度が高く、機械的に応力のかかるこのような部品にキ
ー溝、ピン孔などを設けることは破壊に対する危険性を
高めることになり、適正な方法とは考えがたい。

上記の問題点を解決する方法として以下の■〜■の方法
がある。

■　接着材による接着 ■　軸とスリーブの間にテーパを有する固定用スリーブ
を挿入して固定する方法、即ち、圧延ロール用超硬合金
の例を第６図に示す。因において回転軸（ロールシャフ
ト）ｌにはテーパ部ｌ／が設けられ、カリバー／Ｊを有
する円筒形の超硬リング／Ｊと回転軸／との間には内径
がテーパの固定スリーブ／ダが軸方向に押圧され、該固
定スリーブ１４Ｉが拡径されることにより超硬リング／
Ｊが固定される。

の　硬脆材料製円筒形部品の端面をテーパに加工し、そ
の端面をテーパ付き固定リングで締めつけ固定する方法
で引き抜き用ビルドアップロールの例を第１図に示す。

図番こ勿いて回転軸／の段部／！に接する側と反対側の
端面がテーパの大きい内径テーパ部１６を持つ固定リン
グ／りが嵌入し、回転軸ｌに嵌入する超硬スリーブｔｔ
ｒ（＠転倒摺動部材に相当）が該固定リングｌりの内径
テーパ部１６と接する外径テーパ部を一端に有し、超硬
スＩＪ　−ブ／ｌの他端の外径テーパ部に接する内径テ
ーパ部１９を備えた締付リング！／が回転軸／ｊこ嵌入
しており、回転軸ｌのねじ部ココにねじ込まれたナラト
コＪにより、固定リングｌり、超硬スリーブ／１．締付
リングコｌを軸方向に締付けることにより超硬スリーブ
Ｉｔを回転軸ｌに固定している。

Ｏの方法は近年接着技術の向上により、かなりの接着強
度が期待できる。しかし、この方法では、この部分の温
度が上昇した場合、軸材とスリーブ材の熱膨張差により
（例えば熱膨脹係数は超硬合金ではｓ〜＆×１０−’／
’Ｃであり、軸となる８Ｕ８参０３などでは？、Ａ×１
０−ン℃、８Ｕ８ＪＯ４Ｉなどでは／　７．Ｉ　Ｘ　／
　０−’である）スリーブに応力がかかる。中間に接着
材の薄層が存在することから、この層が変形し応力を吸
収してくれそうに思われがちであるが実際には充填され
ていて逃げ場がなく応力はそのままスリーブ側に伝わる
。また、高温になると接着強度が劣化する場合もあるの
で使用温度は比較的低温に制限される。

■の方法も■の方法同様、熱膨張差による応力発生を避
けられず、更に固定スリーブ／弘の圧入程度の調整が難
しい（過度に圧入すれば超硬りング１３に最初からかな
りの応力がかかる）。

■の方法は回転軸ｌと超硬スリー７１１間に適当な空隙
を設けるように取り付ければ、熱膨張差による応力の発
生を回避できるが、テーパ加工の精度を極めて高くする
必要があること、側面積をある程度大きくとらなければ
ならないことから、超硬スリーブ／１の肉厚を厚くしな
ければならない欠点がある。

上記■、■、■の方法は、硬脆材料製円筒形部品を軸に
取り付ける方法として採用し得るが、各項で述べた不都
合がやはり生ずる。

本発明は円筒形外周を有する部材と硬脆材料製円筒形部
品を、波状に成形した延性に富む金属薄板の取付部材を
介してろ一部けまたは接着することにより、上記従来例
の問題点を解決することを目的とするものである。

〔発明の構成〕

「問題点を解決するための手段」 本発明はセラミックス、超硬合金など硬脆で、一般の金
属材料に比べて熱膨脹係数の小さい材料で製作された円
筒形゛部品とその内周側を挿通する円筒形外周を有する
部材の取り付け構造であって、円筒形部品と円筒形外周
を有する部材の半径方向に間隙を設け、この間隙に周方
向または軸方向に並列する波状に加工された金属薄板の
取付部材を嵌入し、取付部材の波状部分の一方の頂部と
円筒形部品、及び取付部材の波状部分の他方の頂部と円
筒形外周を有する部材夫々をろ一部は又は接着してなる
硬脆材料製円筒形部品の取り付け構造である。

「作用」 円筒形外周を有する部材と上記円筒形部品との間隙が温
度変化により変化すると、波状の取付部材が変形してそ
の変化を吸収し、円筒形部品に引張応力を生ずるのを無
（するか緩和することにより、円筒形部品の破損がまぬ
がれる。

「実施例」 以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。第１図
は局方向に並夕号する波板部材を嵌入した場合の軸直角
正面図である。ｌは円筒形外周を有する部材として一般
的な金属製の回転軸　　。

を示し、１はセラミックス、超硬合金など硬脆材料より
なっている円筒形部品として円筒形をした回転側摺動部
材を表わし、３は回転側摺動部材−を回転軸ｌへ取付け
るための延性金属製薄板を成形した取付部材である。

回転軸ｌと回転側摺動部材コの内周との間は半径方向に
一定寸法の間隙ダが存し、第１図のムーム断面図の第２
図に示すように軸方向に連続する。この間隙ダ番こステ
ンレス鋼などの延性に富んだ板材を成形加工した取付部
材Ｊが嵌入している。取付部材３は軸方向に回転側摺動
部材コと同一長さあるいは連続である必要性は必ずしも
ない。第３図は第１図の一部拡大図であって、取付部材
３は回転軸ｌの軸方向からみると波板形状をしている。

即ち、局方向に並列する波状に加工された延性金属薄板
となっている。

取付部材Ｊは筒状であるが無端で一体でもよく、端部を
結合して一体でもよいし、セグメント状でもよい。取付
部材３の波板形状は正弦波あるいは台形波等の波の形で
ある。この波板形状及び波板厚さをかえることによって
剛性をかえることができる。取付部材３はその波形の上
下の頂部！附近に粘性のあるフラックスに混入したろ−
６を塗布して図示のように組立後、例えば高周波加熱し
て夫々回転軸１１回転側摺動部材−にろ一部は固定する
。このろ−付け乙に際してはセラミックス等では直接ろ
一部けは困難であるから１回転側摺動部材コの内面のろ
一部は面にはメタライジング、メッキ、Ｐ’ＶＤ（ｐｈ
ｉａｉｃａｌｖａｐｅｒ、ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）、
０ＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｔａｐｅｒｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ　）などによりろ−材とねれ性の良い層を形成し
ておく必要がある。

回転軸ｌと回転側摺動部材−が取付部材Ｊを介して固定
されると取付部材３と回転軸１間には空隙り１回転側摺
動部材λと取付部材３間には空隙ｔが形成される。

回転軸／が回転すると、取付部材３を介して回転側摺動
部材コは軸受ハウジング１０に固定された固定側摺動部
材デと摺擦して軸受機能を果す。取付部材３に加わる荷
重は負荷側の半円で圧縮力、反負荷側の半円で引張力と
なり波状部分の波高を高低させる歪を生じさせることに
より抵抗する。

回転側摺動部材−と回転軸ｌが同温度に温度上昇すると
回転軸／と回転側摺動部材−との間の半径方向間隙亭は
小さくなるがこの縮小分は取付部材３の波高が低くなる
ことにより、回転側摺動部材−に大きな引張応力を生じ
させることがない。

回転軸ｌに衝撃荷重が加わった際には取付部材３は歪み
、衝撃荷重を緩衝して回転側摺動部材−に荷重を伝える
。

第一図に示すように回転側摺動部材２は軸受ハウジング
ｉｏに嵌入する固定側摺動部材？即ち円筒形軸受部材と
摺擦する。このような軸受形式を用いて内部番こ封液を
封入した水封式の水中モータでは冷却効果を高めるため
軸受の軸方向の両側に封液を移動させる必要があるが、
周方向に並列した波状薄板を嵌入した構造では取付部材
３と回転軸ｌ及び回転側摺動部材１間に軸方向に貫通す
る液体通路が空隙り、ｔにより構成されるので封液の移
動が行われ得る。又、このことにより回転側摺動部材−
と固定側摺動部材９間の摩擦による回転側摺動部材−の
温度上昇は抑制され、又回転軸ｌの回転側摺動部材コを
取付けである部分も冷却され回転軸ｌと回転側摺動部材
２間の熱の伝達も制限される。

上記番ζ示した方法と全く同じ方法で回転側摺動部材を
一旦適当な金属材料製スリーブに取付けて、これを回転
軸に取付ける方法ももちろん可能であり、この方法ｌこ
よっても熱膨張差による回転側摺動部材への過度の応力
の発生の防止及び衝撃荷重の緩衝効果を期待できる。

以上の実施例では取付部材Ｊと回転軸ｌ、取付部材Ｊと
回転側摺動部材−を夫々ろ一部けにより固定したが、こ
れは接着剤を用いて接着してもよく、或は一方を先ずろ
一部は番こより固定しその後他方を接着するようにして
もよい。

第ダ図は、軸方向に並列する波状に加工された金属薄板
の取付部材を嵌入する場合の実施例で、＊ａ部材３Ｊは
セグメント状にした場合である。本実施例ζζおいても
第１図の実施例と全く同様な施工が可能であり、第１図
の実施例と同様の緩衝機能が実現する。

本発明は応用として軸受が一般的であり、軸受に上記実
施例を適用することにより回転側、固定側の摺動部材を
セラミックス等の硬脆材料とすることができるので無潤
滑軸とし、或は水中モータ等に用いる場合敗扱液と同じ
液体を潤滑液として封液に用い、ることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明はセラミックス、超硬合金など硬脆で、一般の金
属材料ｉこ比べて熱膨脹係数の小さい材料で製作された
円筒形部品とその内周側を挿通ずる円筒形外周を有する
部材の取り付け構造であって、円筒形部品と円筒形外周
を有する部材の半径方向に間隙を設け、この間隙に周方
向または軸方向に並列する波状に加工された金属薄板の
取付部材を嵌入し、取付部材の波状部分の一方の頂部と
円筒形部品、及び取付部材の波状部分の他方の頂部と円
筒形外周を有する部材夫々をろニ付け又は接着してなる
硬脆材料製円筒形部品の取り付け構造としたことにより
、熱膨張による円筒形外周を有する部材の変形を吸収し
たり、硬脆材料製円筒形部品に作用する衝撃荷重を緩衝
することが可能で、硬脆材料製円筒形部品内爾に過大な
応力が加わることを有効ｌこ回避できる。

このような構造を軸受に採用することにより摺動による
発熱に対する安全性が増加する。更に取扱液が高温の場
合にも使用できる。従って硬脆材料の耐摩耗性を十分に
生かした軸受が実現でき、これらは無潤滑、無冷却でも
実用できる。更に、本発明の方法により、軸受の固定風
回転側両摺動面ともにセラミックスからなる軸受が可能
となり、高濃度のスラリを含む摩耗性の激しい溶液中に
おいても優れた耐久性を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の正面図、第一図は第１図のム
ーム断面図、第３図は第１図の一部拡大図、第ダ図は他
の実施例の縦断面図、第３図乃至第１図は夫々が従来例
の縦断面図である。 ｌ・・回転軸　コ・・回転側摺動部材　３・・取付部材
　ダ・・間隙　！・・頂部　６・・ろ−付け　り、ｔ・
・空隙　ｔ・・固定側摺動部材　１０・・軸受ハウジン
グ　／ｌ・・テーパ部　ｌコ・・カリバー　ｉｓ・拳超
硬すングｌダ・・固定スリーブ　ｌＩ−・段部　１６・
・内径テーパ部　ｌり・・固定リング　ｉｔ・・超硬ス
リーブ　／９・・内径テーパ部　コト・締付リング　コ
コ・拳ねじ部　コＪ・・ナツト　３３・・取付部材。 特許出願人　　株式会社荏原総合研究所株式会社荏原製
作所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミックス、超硬合金など硬脆で、一般の金属材
   料に比べて熱膨脹係数の小さい材料で製作された円筒形
   部品とその内周側を挿通する円筒形外周を有する部材の
   取り付け構造であつて、円筒形部品と円筒形外周を有す
   る部材の半径方向に間隙を設け、この間隙に周方向また
   は軸方向に並列する波状に加工された金属薄板の取付部
   材を嵌入し、取付部材の波状部分の一方の頂部と円筒形
   部品、及び取付部材の波状部分の他方の頂部と円筒形外
   周を有する部材夫々をろー付け又は接着してなる硬脆材
   料製円筒形部品の取り付け構造。 ２、前記円筒形外周を有する部材が中空スリーブである
   特許請求の範囲第１項記載の硬脆材料製円筒形部品の取
   り付け構造。