(57)【要約】【課題】  複数個の円筒ころ１、１の機械的性質を確保しつつ、これら円筒ころ１、１の転動面と相手面との摩耗量を少なくできる構造を実現する。【解決手段】  上記各円筒ころ１、１をセラミックス製とする。これにより、これら各円筒ころ１、１の転動面と相手面との接触部の滑り率Σを小さくする。この結果、上記課題を解決できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の仮想平面内にそれぞれの中心軸を互いに平行に又は同心に配置した複数本の円筒ころと、これら各円筒ころを転動自在に保持する為の複数の矩形のポケットを有する保持器とを備えた直動型スラスト円筒ころ軸受であって、上記各円筒ころがセラミックス製である事を特徴とする直動型スラスト円筒ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る直動型スラスト円筒ころ軸受は、各種機械装置を構成する、互いに直線方向に相対変位する１対の部材同士の間に組み込んで、これら両部材同士の間に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これら両部材同士の直線方向の相対変位を自在とする為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
上述の様な用途で使用可能な直動型スラスト円筒ころ軸受として、例えば図１〜４に示す様なものが考えられている。この図１〜４に示した直動型スラスト円筒ころ軸受は、複数個の円筒ころ１、１と、これら各円筒ころ１、１を保持する為の保持器２とを備える。このうちの複数個の円筒ころ１、１は、同一の仮想平面（図１で紙面に平行な平面。図３、４に一点鎖線αで示す。）内にそれぞれの中心軸を互いに平行に又は同心に配置している。具体的には、図１に示す様に、上記各円筒ころ１、１の軸方向（図１の左右方向）と直交する方向（図１の上下方向）に隣り合う各円筒ころ１、１同士で、軸方向の位相を凡そ半ピッチずつずらせて、千鳥状に配置している。
【０００３】
又、上記保持器２は、全体を正方形の板状に構成しており、それぞれが上記各円筒ころ１、１を１個ずつ転動自在に保持自在な複数の略矩形のポケット３、３を備える。この様な保持器２は、それぞれが金属板に打ち抜き加工及び曲げ加工を施す事により全体を正方形状に造られた１対の素子４ａ、４ｂ同士を、互いに組み合わせる事により構成している。即ち、これら各素子４ａ、４ｂはそれぞれ、正方形の平板部５ａ、５ｂと、これら各平板部５ａ、５ｂの幅方向両端縁部分をそれぞれ同方向に直角に折り曲げる事により形成した１対ずつの鍔部６ａ、６ｂとを備える。そして、図３に示す様に、これら両鍔部６ａ、６ｂ同士を互いに嵌合させると共に、一方（図３の上方）の素子４ａを構成する各鍔部６ａ、６ａの先端縁（図３の下端縁）の複数個所を、他方（図３の下方）の素子４ｂの外周面にかしめ付ける事により、これら両素子４ａ、４ｂ同士を非分離に結合している。そして、この状態で、これら両素子４ａ、４ｂを構成する平板部５ａ、５ｂにそれぞれ複数個ずつ形成した略矩形の透孔７、７を互いに整合させる事により、上記各ポケット３、３を構成している。即ち、これら各ポケット３、３はそれぞれ、互いに対向した１対ずつの透孔７、７により構成している。
【０００４】
又、上記各ポケット３、３を構成する各透孔７、７の内縁のうち、これら各ポケット３、３の幅方向（図１〜２の上下方向、図４の左右方向）両側に存在する、互いに平行な１対の直線縁部８、８の長さ方向中間部には、それぞれ上記各透孔７、７の中心部に向けて突出する係合突部９、９を設けている。そして、これら係合突部９、９同士の間隔（上記各ポケット３、３の開口部の幅寸法）Ｗp を、上記各円筒ころ１、１の転動面の直径Ｄ1 よりも小さく（Ｗp ＜Ｄ1 ）している。この様な寸法規制を行なう事により、上記各ポケット３、３の内側から上記各円筒ころ１、１が脱落する事を防止している。尚、図示の様な直動型スラスト円筒ころ軸受を製造する過程で、上記各円筒ころ１、１は、上記各係合突部９、９を弾性変形させながら上記各ポケット３、３内に押し込むか、或は、上記保持器２を構成する１対の素子４ａ、４ｂ同士を互いに組み合わせる際に、これら両素子４ａ、４ｂ同士の間に挟み込む様にして、上記各ポケット３、３内に配置する。
【０００５】
上述の様に構成する直動型スラスト円筒ころ軸受の使用時には、上記各円筒ころ１、１を、互いに平行に配置した１対の平面１０、１１（図４にのみ図示）同士の間に挟持する。そして、この状態で、これら両平面１０、１１を備えた１対の部材１２、１３（図４にのみ図示）同士の間に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これら両部材１２、１３同士が、前記仮想平面αと平行で且つ上記各円筒ころ１、１の軸方向と直交する方向（図１の上下方向、図３の表裏方向、図４の左右方向）に関して相対変位する事を可能とする。
【０００６】
ところで、上述した様な直動型スラスト円筒ころ軸受の使用時、上記各円筒ころ１、１の転動面は、上記各平面１０、１１に対し、転がり接触する。但し、運転条件によっては、これら各面同士の接触部に、滑りが発生する場合もある。この様に各面同士の接触部で滑りが発生した場合、これら各面で発生する摩耗粉の総体積Ｖは、それぞれ次の（１）式で表す事ができる（例えば、非特許文献１参照）。
【数１】
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尚、この（１）式の右辺の各記号の意味は、以下の通りである。
Ｋ：摩耗係数
Ｗ：上記各面同士の接触部に作用している法線方向の荷重（ころ荷重）
Ｌ：滑り距離
Ｈ：摩耗が生じた面の硬さ
【０００７】
又、上記各円筒ころ１、１の転動面は、上記各平面１０、１１に対して線接触するが、この線接触部の長さをＳc とすると、上記（１）式の関係から、互いに接触する上記各面の摩耗深さｄは、それぞれ次の（２）式で表す事ができる。
【数２】
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ここで、この（２）式の右辺の各記号の意味は、以下の通りである。尚、ｕ1 、ｕ2 は、互いに接触する２面の速度（図５の接触モデル参照）とする。
Ｌr ：転がり距離
Ｕr ＝（ｕ1 ＋ｕ2 ）／２：転がり速度
Ｕs ＝ｕ1 −ｕ2 ：滑り速度
Σ＝Ｕs ／Ｕr ：滑り率
Δｔ：時間
上記（２）式から分かる様に、上記各面の摩耗深さｄは、これら各面同士の接触部の滑り率Σに比例する。従って、これら各面の摩耗量は、この滑り率Σを小さくする事により、減少させる事ができる。
【０００８】
そこで、次に、上記滑り率Σを如何にして小さくできるかに就いて説明する。上述した様な直動型スラスト円筒ころ軸受の場合、上記各平面１０、１１同士の相対変位に伴い、上記各円筒ころ１、１はそれぞれ、上記仮想平面α内で自身の軸方向と直交する方向に関して、互いに同じ向きに転がりながら移動する。この様に各円筒ころ１、１が転がりながら移動するという事は、これら各円筒ころ１、１に外力が付加されている事を意味する。この場合、この外力の殆どは、上記各円筒ころ１、１の転動面と上記各平面１０、１１との接触部に作用するトラクション（摩擦力）である。これら各接触部に作用するトラクションは、上記各円筒ころ１、１を構成する材料の質量密度が大きくなる程、大きくなる。この理由は、これら各円筒ころ１、１を構成する材料の質量密度が大きくなると、その分だけこれら各円筒ころ１、１の質量及び慣性モーメントが大きくなり、結果としてこれら各円筒ころ１、１を転がり移動させる為に必要な力が大きくなる為である。一方、図６は、互いに接触する２面間の滑り率Σとトラクション係数φとの関係を示している。この関係から明らかな様に、上記各接触部の滑り率Σが比較的小さい範囲で、この滑り率Σは、これら各接触部に作用するトラクションが大きくなる程、大きくなる。従って、これらの話をまとめると、上記各接触部の滑り率Σは、上記各円筒ころ１、１を構成する材料の質量密度を小さくする事により、小さくする事ができる。
【０００９】
以上より、上記各円筒ころ１、１の転動面及び上記各平面１０、１１の摩耗量を減少させる為には、上記各円筒ころ１、１を構成する材料として、質量密度ができるだけ小さい材料を採用するのが好ましいと言える。但し、この場合に採用する材料としては、その機械的性質（強さ、硬さ、耐衝撃性、耐摩耗性、耐焼付き性等）が、従来から各種転がり軸受を構成する転動体の材料として一般的に用いられている軸受鋼やステンレス鋼等の金属材料と比べて、同等以上確保できる材料である事が望ましい。
【００１０】
【非特許文献１】山本、兼田、「トライボロジー」、理工学社、２００１年２月２５日、第１版、第４刷、ｐ１８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の直動型スラスト円筒ころ軸受は、上述の様な事情に鑑み、複数個の円筒ころの機械的性質を、金属製の円筒ころと比べて同等以上に確保しつつ、これら各円筒ころの転動面と相手面との摩耗量の低減を十分に図れる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の直動型スラスト円筒ころ軸受は、同一の仮想平面内にそれぞれの中心軸を互いに平行に又は同心に配置した複数本の円筒ころと、これら各円筒ころを転動自在に保持する為の複数の矩形のポケットを有する保持器とを備える。
特に、本発明の直動型スラスト円筒ころ軸受の場合には、上記各円筒ころが、TiB2、Si3N4 、ZrO2等のセラミックス製である。
【発明の効果】
【００１３】
上述の様に、本発明の直動型スラスト円筒ころ軸受の場合には、複数個の円筒ころを構成する材料として、セラミックス材料を採用している為、軸受鋼やステンレス鋼等の金属材料を採用する場合に比べて、上記各円筒ころを構成する材料の質量密度を小さくできる。従って、その分だけ上記各円筒ころの転動面と相手面との接触部の滑り率Σを小さくでき、これら各面の摩耗量を減少させる事ができる。又、本発明の場合には、上記各円筒ころをセラミックス製としている為、これら各円筒ころの機械的性質（強さ、硬さ、耐衝撃性、耐摩耗性、耐焼付き性等）を、金属製の円筒ころと比べて同等以上に確保できる。
【実施例】
【００１４】
本発明の効果を確かめる為に行なった評価に就いて説明する。本実施例では、この評価を行なう為の試料として、前述の図１〜４に示した基本構成を有し、且つ、以下の諸元を有する直動型スラスト円筒ころ軸受を採用した。
正方形の保持器２の一辺の幅寸法Ｗh ：７０mm
円筒ころ１の総数：２５本
円筒ころ１の直径Ｄ1 ：５mm
円筒ころ１の長さＬt ：８mm
円筒ころ１の有効長さ：７mm
円筒ころ１の外周面の円筒面部の長さ：５mm
【００１５】
そして、本発明に対応する試料として、上記各円筒ころ１、１をSi3N4 （セラミックス材料）製としたものを、比較例に対応する試料として、上記各円筒ころ１、１を軸受鋼（ＳＵＪ２）製としたものを、それぞれ考えた。尚、これら各試料で採用した、上記各円筒ころ１、１を構成する材料の質量密度及びビッカース硬さ（Ｈｖ）を、本発明を実施する場合に採用できる他のセラミックス材料の質量密度及びビッカース硬さと共に、以下の表１に示す。
【表１】
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そして、上記各試料に就いて、１対の平面１０、１１（図４）を上記各円筒ころ１、１の軸方向と直交する方向（図４の左右方向）に往復変位させると言った運転条件を設定した。その他の運転条件を以下に示す。
直動型スラスト円筒ころ軸受に付加するスラスト荷重：６０００Ｎ
上記各平面１０、１１に対し上記各円筒ころ１、１が転がり往復運動するストローク：２mm
同じく転がり往復運動する速度：５０００ストローク／min 
【００１６】
そして、この様な運転条件で、上記各試料に関する、上記各円筒ころ１、１の転動面及び上記各平面１０、１１の摩耗深さｄを、それぞれ前記（２）式により求めた。そして、その結果に基づき、上記各試料に就いての、摩耗による軸受幅Ｗb （図４）の減少量を求めた。図７にその結果を示す。尚、この図７では、上記軸受幅Ｗb の減少量を、上述した本発明の試料の場合の減少量を「１」とする比で表している（同図の縦軸）。
【００１７】
この図７に示した結果から明らかな様に、本発明の場合には、比較例の場合に比べて、上記摩耗による軸受幅Ｗb の減少量（上記各円筒ころ１、１の転動面及び上記各平面１０、１１の摩耗量）を少なくできる。又、本発明の場合には、上記各円筒ころ１、１をセラミックス製としている為、これら各円筒ころ１、１の機械的性質（強さ、硬さ、耐衝撃性、耐摩耗性、耐焼付き性等）を、上記比較例を構成する金属製の円筒ころ１、１と比べて同等以上に確保できる。
【００１８】
尚、上述した実施例では、本発明を構成する円筒ころ１、１を造る為のセラミックス材料として、Si3N4 を採用したが、本発明を実施する場合には、このセラミックス材料として、上記表１に示したTiB2、ZrO2等の、各種のセラミックス材料を採用する事もできる。そして、これらのセラミックス材料を採用した場合も、上記Si3N4 を採用した場合と同様の効果を得られる。但し、効果の程度は、各セラミックス材料毎に異なる。
【００１９】
又、本発明の直動型スラスト円筒ころ軸受を実施する場合、保持器の平面形状は、正方形（図１参照）に限らず、用途に合わせた各種の形状を採用する事ができる。又、寸法に関しても、用途に合わせた各種の寸法を採用する事ができる。更に、上述した実施例では、保持器に形成した各ポケットの内面形状を、これら各ポケットの内側から円筒ころが脱落するのを防止できる形状としたが、本発明を実施する場合、上記各ポケットの内面形状は、円筒ころの脱落防止を図れない形状であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の対象となる直動型スラスト円筒ころ軸受の１例を示す平面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】図３のＣ−Ｃ断面を拡大して示す図。
【図５】互いに接触する２面の接触状態を示すモデル。
【図６】接触部の滑り率Σとトラクション係数φとの関係を示すグラフ。
【図７】本発明の効果を確認する為に行なった計算の結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２１】
１    円筒ころ
２    保持器
３    ポケット
４ａ、４ｂ  素子
５ａ、５ｂ  平板部
６ａ、６ｂ  鍔部
７    透孔
８    直線縁部
９    係合突部
１０    平面
１１    平面
１２    部材
１３    部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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