JPH0814284B2 - セラミックス製軸受 - 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滑り軸受に関し、詳しくはセ
ラミックス製外輪とセラミックス製内輪との間にセラミ
ックス製摺動リングを介在させて構成したセラミックス
製軸受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を用いることが一般に行
われている。

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輪と回転軸を嵌合する内輪との間
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る（特公昭49−41231号公報
等）。

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（特公昭49−18885号公
報、同49−678号公報等）。

上記転がり軸受け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
て最も適当なものを採用している。

＜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、転がり疲労によりフレー
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
いという問題がある。また転動体にフレーキングが発生
したり、摩耗が発生した場合には、ゴロ音や、レース音
等の騒音が発生する等の問題がある。

上記滑り軸受にあっては、軸のジャーナル部の外周と
軸受の内周とが直接接触して軸に作用する荷重を支承す
るため、接触面に於ける滑り摩擦により熱が発生する。
前記発熱は軸に作用する荷重及び滑り速度に応じて発生
するものであり、滑り速度即ち軸の回転数が大きくなれ
ば発生する熱も多くなり、この熱によって軸及び軸受に
熱膨張等が発生し、軸の円滑な回転に悪影響を及ぼす虞
がある。

また軸のジャーナル部と軸受の内周とが直接接触して
摺動することから、軸或いは軸受に摩耗が発生し、この
摩耗により軸の円滑な回転を阻害する虞がある。

また軸受が支承することが出来る単位面積当たりの荷
重は該軸受の材質によって決定されるものである。従来
の滑り軸受に於いて、軸受の材質は鉄系金属或いは銅系
金属が用いられており、単位面積当たりの許容受圧力は
転がり軸受に比較して小さい。このため大きな荷重を支
承するためには大きな受圧面積が必要であり、従って、
軸受の構造が大きくなる問題がある。

本発明の目的は、高荷重が作用し且つ高速回転する軸
を支承することが出来る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＞ 上記課題を解決するために本発明のセラミックス製軸
受は、中心に軸を嵌合するための軸孔を形成し且つ外周
面に円筒状摺動面を形成すると共に該円筒状摺動面に連
続させて外方に凸のテーパ面を形成したセラミックス製
内輪と、内周面に円筒状の摺動面を形成すると共に該摺
動面に連続させて内方に凸のテーパ面を形成したセラミ
ックス製外輪と、前記セラミックス製内輪とセラミック
ス製外輪の間に配置されセラミックス製内輪に形成した
円筒状摺動面とテーパ面及びセラミックス製外輪に形成
した摺動面とテーパ面に同時に接触するセラミックス製
摺動リングとを有して構成したものである。

＜作用＞ 上記手段によれば、中心に軸孔を形成し且つ外周面に
円筒状摺動面を形成すると共に該円筒状摺動面に連続さ
せて外方に凸のテーパ面を形成したセラミックス製内輪
（以下『内輪』という）と、内周面に円筒状の摺動面を
形成すると共に該摺動面に連続させて内方に凸のテーパ
面を形成したセラミックス製外輪（以下『外輪』とい
う）の間に、内輪に形成した円筒状摺動面とテーパ面及
び外輪に形成した摺動面とテーパ面に同時に接触するセ
ラミックス製摺動リング（以下『摺動リング』という）
を介在させたので、内輪に嵌合した軸に作用するラジア
ル方向及び又はスラスト方向の荷重は、内輪から摺動リ
ングを介して外輪に伝達されて支持される。このとき、
内輪，摺動リング，外輪が夫々セラミックスによって形
成されているため、鉄系金属や銅系金属と比較して圧縮
強度が高く、従って、従来の滑り軸受と比較して単位面
積当たりの支持荷重を大きくすることが出来る。

また内輪と外輪の間に、内輪の外周と摺動リングの内
周との間に形成される摺動面、及び摺動リングの外周と
外輪の内周との間に形成される摺動面を形成することが
出来るので、内輪が該内輪に嵌合された軸と同一回転数
で回転すると、摺動リングが内輪の回転に伴い該内輪の
回転数以下の回転数で回転し、このため外輪に対する内
輪の回転を、前記各摺動面によって分担することが出来
る。前記各摺動面に於ける滑り速度は、外輪と内輪とが
直接滑り接触する場合と比較して小さな速度となり、こ
のため個々の摺動面に於ける発熱や摩耗を少なくするこ
とが出来る。また前記各摺動面に於ける滑り速度を基準
として軸受を設計した場合には、高速回転する軸を支承
することが出来る。

また軸のジャーナル部を嵌合した内輪と軸との間に滑
りが発生しないので、軸が摩耗することがない。

更に、内輪と外輪との間に複数の摺動リングを介在さ
せて軸受を構成した場合には、介在させた摺動リングの
数に応じた摺動面を形成することが可能となり、個々の
摺動面に於ける滑り速度をより小さくすることが可能と
なると共に、各摺動面に於ける発熱や摩耗を小さくする
ことが可能となる。

＜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図は代表的な実施例に関する説明図であり、同図
（Ａ）は断面説明図、同図（Ｂ）は展開説明図である。

図に於いて、セラミックス製軸受Ａは外輪１と内輪２
及び、外輪１と内輪２との間に介在された摺動リング３
とによって構成されている。

外輪１はアルミナ或いはPSZ等を素材とする酸化物系
セラミックス原料を成形型に充填してプレス成形し、約
1500℃〜1600℃で焼成して形成されている。この外輪１
の外形は、円筒状の外周部1aと、端面1b,1cとによって
形成されている。外周部1aは例えば機械フレーム等に形
成したハウジング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1aは外輪１の軸心４と平行に形成さ
れると共に所定の径と該径に対する公差を持って形成さ
れている。また端面1bには貫通孔５が形成されている。

外輪１の内周面には、端面1c側から所定深さを有する
摺動面1dが形成されている。前記摺動面1dは軸心４と平
行な円筒状に形成されている。そして前記摺動面1dから
貫通孔５に至る部分はテーパ面1eとして形成されてい
る。

内輪２は、アルミナ或いはPSZ等の酸化系セラミック
ス原料を成形型に充填してプレス成形し、約1500℃〜16
00℃で焼成して形成されている。内輪２の外形はフラン
ジ状突起2a,円筒状摺動面2b及び端面2c,2dとによって形
成されている。前記摺動面2bは軸心４と平行な摺動面と
して形成されており、該摺動面2bのフランジ状突起2aと
の間にはテーパ面2eが形成されている。

また内輪２には軸心４と一致して図示しない軸を嵌合
するための軸孔６が形成されている。この軸孔６は、ラ
ジアル荷重又はスラスト荷重或いはこれらの合成荷重が
作用する軸を嵌合するためのものであり、所定の径と該
径に対する公差を持って形成されている。また端面2d
は、軸孔６に嵌合された軸にスラスト荷重が作用してい
る場合、該軸に形成された端面と当接してスラスト荷重
を伝達される面として形成されている。

摺動リング３は、アルミナ或いはPSZ等の酸化物系セ
ラミックス原料を成形型に充填してプレス成形し、約15
00℃〜1600℃で焼成して形成されている。摺動リング３
はスリーブ状に形成されており、外周面は外輪１の内周
面に形成した摺動面1dと滑り接触する摺動面3aとして形
成されている。このため摺動面3aは外輪１の摺動面1dに
対し所定の公差を持って形成されている。また摺動リン
グ３の内周面は内輪２の外周に形成した摺動面2bと滑り
接触する摺動面3bとして形成されている。このため摺動
面3bは内輪２に形成した摺動面2bに対し所定の公差を持
って形成されている。

摺動リング３の端面3cは外輪１の内周面に形成したテ
ーパ面1e或いは該テーパ面1eのネック部1fと当接し得る
ように形成されている。また摺動リング３の端面3dは内
輪２の外周面に形成したテーパ面2e或いは該テーパ面2e
のネック部2fと当接し得るように形成されている。

上記の如く構成された軸受Ａに於いて、図示しない軸
のジャーナル部は、内輪２に形成した軸孔６に嵌合さ
れ、内輪２から摺動リング３を介して軸に作用するラジ
アル荷重が外輪１に伝達される。また軸にスラスト荷重
が作用する場合には、該軸に形成した段部を内輪２の端
面2dと当接させることで、荷重を内輪２から摺動リング
３を介して外輪１に伝達する。

例えば軸孔６にラジアル荷重のみが作用する軸を嵌合
した場合には、該軸を回転させると、先ず内輪２が軸と
同一回転数で回転し、該内輪２の外周に形成した摺動面
2bから摺動リング３の内周に形成した摺動面3bに前記荷
重が伝達されると共に、両摺動面2b,3bの間に滑りが発
生する。そして、前記摺動面2b,3b間の摩擦係数，作用
荷重，及び内輪２の滑り速度等に応じた動力が摺動リン
グ３に伝達され、次いで摺動リング３の外周に形成した
摺動面3aと外輪１の内周に形成した摺動面1dとの間に滑
りが発生する。

ここで、外輪1,内輪２及び摺動リング３を同一のセラ
ミック原料を用いると共に、摺動面2b,3b及び3a,1dに於
ける面粗度等の摩擦に影響のある因子を同一条件にした
場合に於ける前記各摺動面に於ける滑り速度は略同一と
なり、この滑り速度は内輪２と外輪１とを直接摺動させ
た場合と比較して充分小さな値となる。

また軸孔６にスラスト荷重のみが作用する軸を嵌合し
た場合には、該軸を回転させると、内輪２が軸と同一回
転数で回転し、該内輪２の外周に形成したテーパ面2eの
ネック部2fから摺動リング３の端面3dに前記荷重が伝達
されると共に、ネック部2fと端面3dとの間に滑りが発生
する。次いで摺動リング３の端面3cから外輪１の内周に
形成したテーパ面1eのネック部1fに前記荷重が伝達され
ると共に、端面3cとネック部1fとの間に滑りが発生す
る。

上記した如く、軸に作用するラジアル荷重及びスラス
ト荷重は、内輪２から摺動リング３を介して外輪１に伝
達されて支持される。

このように、内輪２と外輪１との間に摺動リング３を
介在させることによって摺動面を増加させることが可能
となり、これにより外輪１に対する内輪２の回転を複数
の摺動面によって分担することが可能となる。従って、
摺動面の増加に応じて高速回転する内輪２を支承するこ
と、即ち、高速回転軸を支承することが可能となる。

〔他の実施例〕

第２図は第１図に示す外輪１と内輪２との間にＺ字状
断面を有する摺動リング７を介在させた軸受に関するも
のである。図に於いて、前述の実施例と同一部分及び同
一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（以下同じ）。

本実施例の軸受は、内輪２の外周に形成した摺動面2b
の全面とフランジ状突起2aの外周面を受圧面とすること
が可能であり、大きなラジアル荷重を支承することが出
来る。

第３図（Ａ），（Ｂ）は外輪１と内輪２との間に複数
の摺動リングを介在させた軸受に関するものである。

図に於いて、外輪１及び内輪２は第１図に示す実施例
と同様に形成されている。前記外輪１と内輪２との間に
は保持器10によって保持された摺動リング８及び摺動リ
ング９が設けられている。これらの摺動リング8,9及び
保持器10は夫々第１図に示す摺動リング３と同様な原料
を用いると共に同様な方法によって形成されている。

摺動リング８はスリーブ状に形成されており、外周面
は外輪１の内周面に形成した摺動面1dと接触する摺動面
8aとして形成され、内周面は保持器10の外周面10aと接
触する摺動面8bとして形成されている。また摺動リング
８の一方の端面は外輪１の内周に形成されたテーパ面1e
のネック部1fと接触する摺動面8cとして形成され、他方
の端面は保持器10のフランジ10dと接触する摺動面8dと
して形成されテいる。そしてこの摺動リング８は保持器
10の外側に回転可能に装着されている。

摺動リング９はスリーブ状に形成されており、内周面
は内輪２の外周に形成された摺動面2bと接触する摺動面
9aとして形成され、外周面は保持器10の内周面10bと接
触する摺動面9bとして形成されている。また摺動リング
９の一方の端面は保持器10のフランジ10cと接触する摺
動面8cとして形成され、他方の端面9dは内輪２のテーパ
面2eのネック部2fと接触する摺動面9dとして形成されて
いる。そしてこの摺動リング９は保持器10の内側に回転
可能に装着されている。保持器10はスリーブ状リングの
両端にフランジ10c、10dを融着して形成することが可能
であり、またＴ字状に形成したリングにフランジを融着
して形成することも可能である。

上記の如く構成した本実施例の軸受にあっては、外輪
１と内輪２との間に、摺動リング8,9及び保持器10が介
在することによって、四つの摺動面を形成している。従
って、内輪２に嵌合された軸の回転が前記四つの摺動面
によって分担して支承されることで、個々の摺動面に於
ける滑り速度を小さくすることが出来、これにより、個
々の摺動面に於ける発熱や摩耗をより小さくすることが
出来る。また個々の摺動面に於ける滑り速度を一定の範
囲内になるようにした場合には、より高速回転する軸を
支承することが出来る。

＜発明の効果＞ 以上詳細に説明したように、本発明の軸受によれば、
内輪の外周面に円筒状摺動面と該摺動面に連続させたテ
ーパ面を形成し、外輪の内周面に摺動面と該摺動面に連
続させたテーパ面を形成し、内輪と外輪の間に前記各摺
動面及びテーパ面に同時に接触する摺動リングを介在さ
せたので、外輪と内輪の間に介在した摺動リングの数に
応じた摺動面を形成することが出来る。そして内輪に嵌
合した軸にラジアル方向の荷重のみが作用する場合、こ
の荷重は内輪の摺動面，摺動リング，外輪の摺動面を介
して伝達されて外輪によって支持することが出来、また
軸にスラスト方向の荷重のみが作用する場合、この荷重
は内輪のテーパ面，摺動リング，外輪のテーパ面を介し
て伝達されて外輪によって支持することが出来る。更
に、軸にラジアル方向の荷重とスラスト方向の荷重が同
時に作用する場合、この荷重は内輪の摺動面とテーパ
面，摺動リング，外輪の摺動面とテーパ面を介して外輪
に伝達され、該外輪によって支持することが出来る。こ
のため個々の摺動面に於ける滑り速度を小さくすること
が可能となり、従って、これらの摺動面に於ける発熱や
摩耗を少なくすることが出来る。

また各摺動面に於ける滑り速度を一定の範囲内に設定
した場合には、高速回転する軸を支承することが出来
る。

また外輪，内輪及び摺動リングをセラミックスによっ
て形成したので、圧縮強度が高くなり、従って高荷重が
作用する軸を支承することが出来る。

また軸受を外輪，内輪及び摺動リングによって構成す
ることが出来るので、部品点数を少なくすることが可能
となり、従って、コストを低減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）は代表的な軸受の断面説明図、同図（Ｂ）
はその展開説明図、第２図は他の実施例の説明図、第３
図（Ａ）は複数の摺動リングを介在させた軸受の断面説
明図、同図（Ｂ）はその展開説明図である。 １は外輪、２は内輪、3,7〜９は摺動リング、10は保持
器である。

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
   つ外周面に円筒状摺動面を形成すると共に該円筒状摺動
   面に連続させて外方に凸のテーパ面を形成したセラミッ
   クス製内輪と、内周面に円筒状の摺動面を形成すると共
   に該摺動面に連続させて内方に凸のテーパ面を形成した
   セラミックス製外輪と、前記セラミックス製内輪とセラ
   ミックス製外輪の間に配置されセラミックス製内輪に形
   成した円筒状摺動面とテーパ面及びセラミックス製外輪
   に形成した摺動面とテーパ面に同時に接触するセラミッ
   クス製摺動リングとを有することを特徴とするセラミッ
   クス製軸受。