JPH0810014B2 - セラミックス軸受ユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はセラミックス製内レースとセラミックス製外
レースとによって構成されたセラミックス製軸受をハウ
ジングに収納したセラミックス軸受ユニットに関するも
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が用いられている。

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，ローラベアリング，ニー
ドルベ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
ールベアリングやアンギュラボールベアリング及びテー
パーローラベ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た軸受
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
最も適当なもを採用している。

また上記の如き転がり軸受或いは滑り軸受をハウジン
グ内に収納して構成した軸受ユニットは機械産業，装置
産業等に於いて広く用いられている。

＜発明が解決しようとする課題＞ 上記軸受ユニットに於いて、転がり軸受を用いた場合
には、軸受に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、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
り、また滑り軸受を用いた場合には、軸と滑り軸受の内
周面とが滑り接触するため、長期間使用する間に軸が痩
せてくる虞がある。

本発明の目的は、セラミックス製内レースとセラミッ
クス外レースとを組み合わせて構成したセラミックス製
軸受をハウジング内に収納したセラミックス軸受ユニッ
トを提供するものである。

＜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軸受
ユニットは、中心に軸を嵌合するための軸孔を形成し且
つ外周面に軸心上の複数の点を中心とし且つ夫々異なる
半径を有する球面を連続させた凸状曲面を形成すると共
に軸の端面と当接する当接面を形成したセラミックス製
内レースと、内周面に前記セラミックス製内レースに形
成した凸状曲面と適合する凹状曲面を形成すると共に該
凹状曲面を滑り面として前記セラミックス製内レースを
回転可能に収納するセラミックス製外レースと、前記セ
ラミックス製外レースを回転不能に収納すると共に取付
孔を形成したハウジングとにより構成したものである。

＜作用＞ 上記手段によれば、中心に軸を嵌合するための軸孔を
形成すると共に外周面に軸心上の複数の点を中心として
夫々異なる半径を有する球面を連続させた凸状曲面を形
成すると共に軸の端面と当接する当接面を形成したセラ
ミックス製内レース（以下『内レース』という）と、内
周面に前記内レースの凸状曲面と適合する凹面を形成す
ると共に該凹面を滑り面として前記内レースを回転可能
に収納するセラミックス製外レース（以下『外レース』
という）とを組み合わせてセラミックス製軸受を構成す
ると共に、前記外レースをハウジング内に回転不能に収
納し、且つ前記ハウジングにこのセラミックス軸受ユニ
ットを所定位置に取り付けるための取付孔を形成したの
で、取付孔を介してセラミックス軸受ユニットを機械装
置等に於ける所定位置に固着すると共に、軸を内レース
に形成した軸孔に嵌合することで、スラスト荷重或いは
ラジアル荷重が作用する軸を所定位置に於いて支持する
ことが出来る。

＜実施例＞ 以下上記手段を適用した軸受の実施例を図を用いて説
明する。

〔第１実施例〕 第１図（Ａ）はセラミックス軸受ユニットの断面説明
図、第１図（Ｂ）は正面説明図、第２図はセラミックス
軸受ユニットの使用状態に於ける説明図である。

本実施例のセラミックス軸受ユニットは、スラスト荷
重が作用する軸を支承するに際し、該軸を軸受ユニット
の一方の面のみで支承し得るように構成されたものであ
る。

図に於いて、セラミックス軸受ユニットＡは内レース
１と外レース２及びハウジング３によって構成されてい
る。前記内レース１及び外レース２はアルミナ或いはPS
Z等の酸化物系セラミック原料を成形型に充填しプレス
成形によって成形し、約1500〜1600℃で焼成して形成さ
れている。

前記内レース１の内周面には、該内レース１の軸心４
と一致して、軸Ｂのジャーナル部B₁を嵌合するための軸
孔５が形成されている。

また内レース１の外形には、凸状曲面1aが形成されて
いる。前記内レース１の端面は、軸Ｂの端面B₂と当接す
るための当接面1bとして形成されている。

前記凸状曲面1aは、後述する外レース２の内周面に形
成した凹面2cと滑り接触する摺動面となる面である。こ
の凸状曲面1aは軸心４上に有る複数の点を中心とし、該
中心から夫々所定の半径を持って形成された球面を連続
させて形成されている。

前記当接面1b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が伝達されるため、軸心４
に対し精度の高い直角面を持って形成されている。また
当接面1bは、後述するハウジング３の端面3bよりも突出
した位置に設定されており、これにより該面1bに軸Ｂの
端面B₂が当接するときに、端面B₂がハウジング３の端面
に接触することが無いように構成されている。

前記軸孔５は、軸Ｂのジャーナル部B₁を嵌合して該軸
Ｂに作用するラジアル荷重が伝達される。このため、軸
孔５は軸Ｂのジャーナル部B₁の径に対応した径と所定公
差を持って形成されている。

外レース２には、内周面に内レース１に形成した凸状
曲面1aと適合する凹面2cが形成されている。外レース２
の外形は、円筒状の外周部2aと、端面2bとによって形成
されている。前記外周部2aは、ハウジング３に形成した
収納孔3c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2aは軸心４に対し平行に形成されると共に所
定の径と所定公差を持って形成されている。

凸状曲面1aの形状と凹面2cの形状とが完全に一致する
ことは必要では無く、例えば凸状曲面1aが曲面と円錐面
との複合曲面で構成されている場合、凹面2cの形状を凸
状曲面1aを構成する曲面と一致した曲面で形成すること
が可能であり、また凸状曲面1aが曲面のみで形成されて
いる場合、凹面2cの形状を凸状曲面1aに形成された曲面
と該曲面の略中央部に形成した逃げ溝との複数曲面で構
成することも可能である。即ち、凸状曲面1aと凹面2cと
は必ずしも全面接触する必要は無く、両者の接触面積を
少なくすることによって、滑りにより発生する発熱を少
なくすることが可能となる。

前記外レース２には軸心４と一致している軸Ｂを貫通
するための貫通孔2dが形成されている。

ハウジング３はアルミニウム又は鋳鉄等の金属或いは
プラスチック等によって形成されている。前記ハウジン
グ３はボス部3aと該ボス部3aの端部に形成した楕円形の
フランジ3bとによって構成されている。前記ハウジング
３のボス部3aには外レース２を回転不能に収納するため
の収納孔3cが軸心４と一致して形成されている。前記収
納孔3cはハウジング３を貫通して形成することが可能で
あるが、本実施例では底部3dを有する止まり孔として形
成されている。この底部3dには、軸Ｂを貫通するための
孔3eが軸心４と一致して形成されている。

前記収納孔3cには、該孔3cに内レース１及び外レース
２を収納したとき、内レース１が脱落することを防止す
るための係止リング６が着脱可能に装着されている。

前記の如く形成されたハウジング３の収納孔3c内レー
ス及び外レース２を収納する場合は、外レース２を収納
孔3cの開放側から挿入してハウジング３の底部3dに達す
るまで圧入することで、該外レース２をハウジング３に
回転不能に収納することが出来る。次いでこの外レース
２に内レース１を収納すると共に、係止リング６を収納
孔3cに装着することで、ハウジング３の収納孔3cに外レ
ース２を回転不能に、且つ内レース１を回転可能に収納
してセラミックス軸受ユニットＡを構成することが出来
る。

前記フランジ3bには、ハウジング３に内レース１及び
外レース２を収納して構成したセラミックス軸受ユニッ
トＡを例えば機械装置の所定位置に取り付けるための取
付孔７が形成されている。

次に、上記の如く構成したセラミックス軸受ユニット
Ａによって、スラスト荷重とラジアル荷重とが同時に作
用する軸Ｂを支承する場合について説明する。

第２図に示すように、外レース２に内レース１を回転
可能に収納すると共に、ハウジング３に外レース２を回
転不能に収納して構成されたセラミックス軸受ユニット
Ａは、内レース１に形成した軸孔５に軸Ｂのジャーナル
部B₁が嵌合され、且つ内レース１に形成した当接面1bに
軸Ｂの端面B₂が当接した状態で機械装置等の所定位置に
ボルト等によって固着されている。

前記状態に於いて、内レース１の外周に形成した凸状
曲面1aと外レース２の内周面に形成した凹面2cとが互い
に接触して滑り面を構成している。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
１に伝達され、またラジア荷重Frは軸Ｂのジャーナル部
B₁を介して内レース１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１に形成し
た凸状曲面1aが外レース２に形成した凹面2cと接触し、
該位置で摺動する。

このとき、凸状曲面1aと凹面2cとの接触位置では、合
成荷重Ｆによって凹面2cと接線方向の分力が発生する。
前記分力は、内レース１を軸心４の方向に付勢する調心
力として作用し、外レース２に形成した凹面2cと内レー
ス１に形成した凸状曲面1aとのクリアランスに関わら
ず、軸Ｂを軸心４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は前記凸状曲
面1aと凹面2cとの間に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１に前記調心力を作用するた
め、該調心力が前記遠心力に打ち勝って常に内レース１
を、即ち、軸Ｂを軸心４に一致させるように作用する。

また内レース１に形成した凸状曲面1aと外レース２に
形成した凹面2cとが滑り接触することにより、該接触面
に於いて発熱するが、内レース１及び外レース２がセラ
ミックスによって形成されているため、セラミックス軸
受ユニットＡに対する熱の影響が少ない。即ち、セラミ
ックス軸受ユニットＡが熱によって劣化することが無
い。また熱膨張係数が約８〜11×10^-6/℃であるため、
熱膨張による過大な熱応力が発生することも無い。

〔第２実施例〕 第３図（Ａ），（Ｂ）はセラミックス軸受ユニットの
第２実施例の説明図であり、同図（Ａ）は正面説明図、
同図（Ｂ）は断面説明図である。図に於いて前述の実施
例と同一部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。

本実施例のセラミックス軸受ユニットは、スラスト荷
重が作用する軸を支承するに際し、該軸を軸受ユニット
の二面の何れかで支承し得るように構成されたものであ
る。

図に於いて、内レース８の外周であって長手方向略中
央部には凸状曲面となるリング状の凸条8aが形成されて
いる。この凸条8aは軸心４に中心を有する球面状に形成
することが出来るが、前述の実施例と同様に、球面と円
錐面との複合曲面として形成することも可能である。
尚、第３図（Ｂ）には凸条8aを球面と円錐曲面との複合
曲面で形成した場合を示している。

内レース８の両端面は、軸孔５に軸Ｂが嵌合されたと
き、該軸Ｂの端面B₂と当接する当接面8bとして形成され
ており、本実施例では同図（Ｂ）に示すように当接面8b
はハウジング10の端面から突出して構成されている。即
ち、内レース８の長さはハウジング10の幅よりも長く形
成されている。

外レース９は、組み合わせたときに、内周面に内レー
ス８の外周に形成した凸条8aと適合する凹面9cが形成さ
れる２つの半体11,12によって構成されている。前記半
体11,12は前述の実施例に於いて説明した内レース１及
び外レース２と同一の製法によって成形されている。

ハウジング10は本実施例にあっては、図に示すように
嵌合される軸の軸心方向とハウジング10の取付方向とが
直角方向をなすように構成されている。

またハウジング10に形成した収納孔10cは貫通孔とし
て形成されている。このように形成した収納孔10cと外
レース９を収納するには、該収納孔10cに半体11又は12
を圧入し、次いで内レース８を嵌入した後、残りの半体
12又は11を圧入して構成することが可能である。また予
め内レース８を半体11,12の間に回転可能に収納して該
半体11,12を接着或いは融着して軸受を構成し、これを
収納孔10cに圧入して構成することも可能である。

前述の各実施例に於いて説明した、内レース１と外レ
ース２及び内レース８と外レース９との組み合わせによ
る夫々の軸受とハウジング3,10との組み合わせは、これ
らの実施例に限定されるものでは無く、例えば、内レー
ス１と外レース２とによって構成した軸受とハウジング
10とを組み合わせて軸受ユニットＡとすることが可能で
あり、また内レース８と外レース９とによって構成した
軸受とハウジング３とを組み合わせて軸受ユニットＡと
することが可能である。

またハウジング３の収納孔3cに形成した底部3dは必ず
しも形成しなくとも良く、ハウジング10に形成した収納
孔10cのように貫通孔であっても良い。

＜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軸
受ユニットによれば、中心に軸を嵌合するための軸孔を
形成し且つ外周面に軸心上の複数の点を中心とし且つ夫
々異なる半径を有する球面を連続させた凸状曲面を形成
すると共に軸の端面と当接する当接面を形成したセラミ
ックス製内レースと、内周面に前記内レースの凸状曲面
と適合する凹面を形成すると共に該凹面を滑り面として
前記内レースを回転可能に収納するセラミックス製外レ
ースとを組み合わせてセラミックス製軸受を構成すると
共に、前記外レースをハウジング内に回転不能に収納
し、且つ前記ハウジングにセラミックス軸受ユニットを
所定位置に取り付けるための取付孔を形成したので、取
付孔を介してセラミックス軸受ユニットを機械装着等に
於ける所定位置に固着すると共に、軸を内レースに形成
した軸孔に嵌合することで、スラスト荷重或いはラジア
ル荷重が作用する軸を所定位置に於いて支持することが
出来る。

このため、機械装置等に外レースを収納するために精
度の良い穴を形成する必要がなく、使い勝手の良い、且
つ汎用性の高いセラミックス軸受ユニットを構成するこ
とが出来る。

また外レースの内周面に形成した凹面を内レースに形
成した凸状曲面と適合した曲面とすることで、凸状曲面
と凹面との接触面を滑り面として構成することが出来
る。このため軸と軸受との間に滑りが発生することが無
く、従って軸の痩せが無い。

またセラミックス軸受ユニットを内レースと外レース
及びハウジングによって構成することが出来るため、従
来の転がり軸受と比較して部品点数を削減することが出
来、このためコストを減少させることが出来る。

また従来の滑り軸受では支承することが困難であった
スラスト荷重とラジアル荷重とが同時に作用する軸であ
っても、合理的に支承することが出来る等の特徴を有す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）はセラミックス軸受ユニットの断面説明
図、第１図（Ｂ）は正面説明図、第２図はセラミックス
軸受ユニットの使用状態に於ける説明図、第３図
（Ａ），（Ｂ）はセラミックス軸受ユニットの第２実施
例の説明図であり、同図（Ａ）は正面説明図、同図
（Ｂ）は断面説明図である。 Ａはセラミックス軸受ユニット、Ｂは軸、B₁はジャーナ
ル部、B₂は端面、1,8は内レース、1aは凸状曲面、1b,8b
は当接面、2,9は外レース、2aは外周部、2bは端面、2c,
9cは凹面、3,10はハウジング、3c,10cは収納孔４は軸
心、５は軸孔、６は係止リング、７は取付孔、8aは凸
条、11,12は半体である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中心に軸を嵌合するための軸孔を形成し且
   つ外周面に軸心上の複数の点を中心とし且つ夫々異なる
   半径を有する球面を連続させた凸状曲面を形成すると共
   に軸の端面と当接する当接面を形成したセラミックス製
   内レースと、内周面に前記セラミックス製内レースに形
   成した凸状曲面と適合する凹状曲面を形成すると共に該
   凹状曲面を滑り面として前記セラミックス製内レースを
   回転可能に収納するセラミックス製外レースと、前記セ
   ラミックス製外レースを回転不能に収納すると共に取付
   孔を形成したハウジングとにより構成したことを特徴と
   するセラミックス軸受ユニット。