(57)【要約】【課題】簡単な取り付け方法により作業効率を向上すると共に、クリープを防止することにより、信頼性の高い嵌合を実現すること。【解決手段】内輪２の端部には、面取り部２１が周上連続して形成してあり、面取り部２１の寸法は、周上相違してある。内輪２の端部に隣接して装着したスペーサ５は、周上、面取り部２１に係合する凸部５１を有し、この凸部５１の寸法は、面取り部２１の寸法の相違に対応して、周上相違してある。内輪２の面取り部の寸法は、大小２種の寸法を周上連続的につないだもので、１８０度対称で、大面取り部２１ａと小面取り部２１ｂとが配置されている。従って、面取り部２１ａ，２１ｂと相対する軸Ｓに固定されたスペーサ５の凸部５１が噛合うことで、すきまばめにおいても、スペーサ５の凸部５１がくさびとなって作用し、内輪２のクリープを確実に防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材質がセラミックスからなる内輪、又は、内径面にセラミックス被膜を施した内輪を備える転がり軸受が軸の外径面に嵌合してある軸受装置において、
前記内輪の端部には、面取り部が周上連続して形成してあり、当該面取り部の寸法は、周上相違してあり、
前記内輪の端部に隣接して装着したスペーサは、周上、前記面取り部に係合する凸部を有し、
当該凸部の寸法は、前記面取り部の寸法の相違に対応して、周上相違してあることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
材質がセラミックスからなる外輪、又は、外径面にセラミックス被膜を施した外輪を備える転がり軸受がハウジングの内径面に嵌合してある軸受装置において、
前記外輪の端部には、面取り部が周上連続して形成してあり、当該面取り部の寸法は、周上相違してあり、
前記外輪の端部に隣接して装着したスペーサは、周上、前記面取り部に係合する凸部を有し、
当該凸部の寸法は、前記面取り部の寸法の相違に対応して、周上相違してあることを特徴とする軸受装置。
【請求項３】
前記軸の材質の線膨張係数は、前記内輪の材質のセラミックス、又は、前記内輪の内径面を被膜したセラミックスの線膨張係数より小さく、又は、
前記ハウジングの材質の線膨張係数は、前記外輪の材質のセラミックス、又は、外輪の外径面を被膜したセラミックスの線膨張係数より小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受装置。
【請求項４】
前記軸と前記内輪との嵌合は、隙間ばめであり、又は
前記ハウジングと前記外輪との嵌合は、隙間ばめであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の軸受装置。
【請求項５】
前記内輪又は外輪のうち一方の軌道輪は、セラミックスからなり、又は、セラミックスが被覆してあり、当該一方の軌道輪は、回転輪であり、
他方の軌道輪は、セラミックスを被覆していない軸受用鋼からなることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の軸受装置。
【請求項６】
前記スペーサは、前記軸又は前記ハウジングの材質と同等の線膨張係数を有する材質からなり、前記軸又は前記ハウジングに締まりばめで嵌合してあることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の軸受装置。
【請求項７】
前記スペーサは、前記軸又は前記ハウジングの材質と同等の線膨張係数を有する材質からなり、前記軸又は前記ハウジングに固定冶具で固定してあることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線膨張係数の異なる環状部材（内輪又は外輪）の嵌合において、簡単な取り付け方法により作業効率を向上すると共に、クリープを防止することにより、信頼性の高い嵌合を実現することができる軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体である軸と、軸に外嵌する内輪との嵌合部に於いて、互いの線膨張係数が異なる場合がある。例えば、セラミックスからなる内輪、或いは、内径面にセラミックスをＳＵＪ２等の軸受用鋼に被覆した内輪を、炭素鋼等の鋼材からなる軸に外嵌する場合である。
【０００３】
この場合、セラミックスは、金属よりも線膨張係数が小さく且つ縦弾性係数が大きい。
【０００４】
従って、常温において、金属製の軸とセラミックス製の内輸の隙間が零であるとすると、使用温度においては、内輪が軸に比べてほとんど変形していない状態のままである。そのため、軸と内輪の間が負の隙間になり、内輪には、引張り応力が作用する。
【０００５】
その結果、特許文献１で知られるように、セラミックスは、円周方向の引張り応力が１９６Ｎ／ｍｍ２（２０ｋｇｆ／ｍ２）を超えると、内輪が破壊する危険性がある。そのため、このように、負の隙間になるのは、好ましくないとされている。
【０００６】
このため、使用温度において、負の隙間が生じないように、常温において、軸と内輪の問に正の隙間をもたせている。ところが、正の隙間があると、軸と内輪の間にクリープが生じ、好ましくない。
【０００７】
このような観点から、特許文献２及び特許文献３では、内輪の両端面をテーパ面をもつ間座で支持し、線膨張係数が異なる材質間の膨張差を吸収する構造としている。
【０００８】
なお、図４は、特許文献２に係る従来例の円筒ころ軸受を軸に装着した状態の断面図である。円筒ころ軸受の内輪（環状体）と、軸（相手部材）との組付けに適用した従来例である。同図の円筒ころ軸受は、外輪１、内輪２、および両輪１，２との間に配列されて保持器４により案内される円筒ころの転動体３により構成されている。この従来例では、内輪２は、軸Ｓに隙間ばめにより嵌合され、この内輪２の軸方向の両側端部は、それぞれ一対の間座１０を介して、一対の第２間座２０により軸方向に位置決めされるとともに、半径方向に支持されている。間座１０は、内輪２の軸方向両側に嵌合する円筒部１１と、内輪２の軸方向に対して外開きのテーパ面１２を備えている。
【０００９】
また、図５は、特許文献３に係る従来例の円筒ころ軸受を軸に装着した状態の断面図である。円筒ころ軸受の相手部材である軸受箱Ｈと軸Ｓとに、それぞれ外側軌道輪である外輪１と内側軌道輪である内輪２とが取り付けられ、外輪１と内輪２との間に複数個の円筒ころの転動体３が転動自在に配設されている。上記の円筒ころ軸受の内輪２は、その線膨張係数が軸Ｓの線膨張係数よりも小さい材料により成形され、内輪２の軸方向両側端面２ａ，２ａには、軸受の軸方向中心線に直交する軸受中心線Ｏ−Ｏに対してそれぞれ外開き方向に傾斜する角度θ１ｉ，θ２ｉをもつ傾斜面が形成され、軸Ｓに対してすきまをもつすきまばめにより嵌合されている。内輪２の両側端面２ａ，２ａは、軸Ｓに対してしめしろをもつしまりばめで嵌合された間座１０，１０の対向端面により挾着されている。この間座１０，１０は、軸Ｓの線膨張係数とほぼ同等の線膨張係数をもつ材料により成形されている。
【００１０】
さらに、図６は、特許文献４に係る従来例の玉軸受を軸に装着した状態の断面図である。外輪１、内輪２、及び両輪１，２間に転動可能に介装された玉の転動体３がセラミックス材で形成された総セラミックス玉軸受が、金属製の中空軸Ｓの小径部Ｓａに圧入にて嵌合固定されている。上記軸Ｓの内輪２との嵌合部には、径方向に貫通しかつ内輪幅Ｂ１より大きい軸方向長さＢ２の長孔３０が円周上で複数個形成されている。そして、内輪２の内周面は、上記長孔３０上に位置している。さらに、内輪２は、その両端面２ｂ，２ｃを軸Ｓに固定された間座１０，１０にて挾持されて軸方向移動できないように上記軸Ｓ上に固定されている。なお、４は、玉の転動体３を円周上等間隔に保持する保持器で、例えば耐熱性のある合成樹脂で形成されている。
【特許文献１】特開昭６３一１１１３１８号公報
【特許文献２】特開平０５−０７１５４８号公報
【特許文献３】特許２５８６５０３号公報
【特許文献４】特開２０００−２２０６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献２及び３の構造では、軸受の内輪が両端のテーパ面をもつ間座に挟み込むように支持されており、内輪の内径両は、軸と接していない。ラジアル荷重は、このテーパ面で受けるため、転動体を通じて内輪の中央にかかる荷重は、両端支持梁構造となった内輪を撓ませ、同時に、内輪の内径面に軸方向の引張り応力が発生させる。
【００１２】
したがって、軽荷重で高速回転等或いは腐食を嫌うような特殊雰囲気での用途には適するが、過大なラジアル荷重がかかるような部位では注意が必要である。
【００１３】
また、特許文献４では、中空軸の軸受嵌合部に長穴を設けて、柔構造とすることで、膨張差によるしめしろ増加を吸収している。しかしながら、中空軸であるという制限がある上、柔構造であることから、その適用が制限される。
【００１４】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、線膨張係数の異なる環状部材（内輪又は外輪）の嵌合において、簡単な取り付け方法により作業効率を向上すると共に、クリープを防止することにより、信頼性の高い嵌合を実現することができる、軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するため、本発明に係る軸受装置は、材質がセラミックスからなる内輪、又は、内径面にセラミックス被膜を施した内輪を備える転がり軸受が軸の外径面に嵌合してある軸受装置において、
前記内輪の端部には、面取り部が周上連続して形成してあり、当該面取り部の寸法は、周上相違してあり、
前記内輪の端部に隣接して装着したスペーサは、周上、前記面取り部に係合する凸部を有し、
当該凸部の寸法は、前記面取り部の寸法の相違に対応して、周上相違してあることを特徴とする。
【００１６】
また、材質がセラミックスからなる外輪、又は、外径面にセラミックス被膜を施した外輪を備える転がり軸受がハウジングの内径面に嵌合してある軸受装置において、
前記外輪の端部には、面取り部が周上連続して形成してあり、当該面取り部の寸法は、周上相違してあり、
前記外輪の端部に隣接して装着したスペーサは、周上、前記面取り部に係合する凸部を有し、
当該凸部の寸法は、前記面取り部の寸法の相違に対応して、周上相違してあることを特徴とする。
【００１７】
好適には、前記軸の材質の線膨張係数は、前記内輪の材質のセラミックス、又は、前記内輪の内径面を被膜したセラミックスの線膨張係数より小さく、又は、
前記ハウジングの材質の線膨張係数は、前記外輪の材質のセラミックス、又は、外輪の外径面を被膜したセラミックスの線膨張係数より小さい。
【００１８】
また、好適には、前記軸と前記内輪との嵌合は、隙間ばめであり、又は
前記ハウジングと前記外輪との嵌合は、隙間ばめである。
【００１９】
さらに、好適には、前記内輪又は外輪のうち一方の軌道輪は、セラミックスからなり、又は、セラミックスが被覆してあり、当該一方の軌道輪は、回転輪であり、
他方の軌道輪は、セラミックスを被覆していない軸受用鋼からなる。
【００２０】
さらに、好適には、前記スペーサは、前記軸又は前記ハウジングの材質と同等の線膨張係数を有する材質からなり、前記軸又は前記ハウジングに締まりばめで嵌合してある。
【００２１】
さらに、好適には、前記スペーサは、前記軸又は前記ハウジングの材質と同等の線膨張係数を有する材質からなり、前記軸又は前記ハウジングに固定冶具で固定してある。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、線膨張係数の異なる環状部材の嵌合において、簡単な取り付け方法により作業効率を向上すると共に、クリープを防止することにより、信頼性の高い嵌合を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態に係る軸受装置を図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
先ず、本発明を概説すると、従来、線膨張係数の異なる環状部材の嵌合、例えばセラミックス或いは軸と嵌合する内径面にセラミックスをＳＵＪ２等の軸受用鋼に被膜した内輪を、炭素鋼等の鋼製の軸に嵌合する場合、運転時の温度による膨張量の差を考慮して組立時にはすきまばめで組みこむ。この場合、すきまばめであることから、焼嵌め作業は、不要となり作業性は向上する。しかしながら、軸受の温度が定常状態とならない運転始動直後の場合、すきまばめであるため、内輪内径面と軸外径面との間で、相対的な滑りすなわちクリープが発生する。  
【００２５】
このようなことから、本発明では、クリープ防止用に通常は周上変化が無い内輪の面取り部の寸法を変化させ、これと噛合うような凸部（爪）を持つ軸に固定された鋼製のスペーサの凸部（爪）と、内輪の面取り部とが噛合うように、内輪の両端に配置し、その結果、内輪がクリープした場合、この凸部（爪）と内輪面取り部とが干渉することによって、内輪のクリープは、抑制される。
【００２６】
スペーサは、請求項６にあるように、軸に締まりばめで嵌合されており、軸の続膨張係数と同じかそれに近いものを選定することによって温度が変化した場合でも、はめあいの変化が生じず、軸に固定できる。
【００２７】
また、スペーサは、請求項７にあるように、ノックピンや切欠き、キー等の固定冶具で軸に固定することも可能である。
【００２８】
なお、面取り部の形状は、周上変化していれば、どのような形状でも良いが、セラミックスの応力集中による破壊を防ぐ意味から、周上不連続な変化、例えば切欠きやコーナーＲ寸法が極端に小さなスロットは、相対するスペーサと干渉した場合、コーナーＲ部に応力が集中するため適当ではない。したがって、面取り部の寸法は、旋盤でも加工しやすい周上連続的に変化するものがふさわしい。例えば、後述するように、大小の２つの面取り部の寸法を連続的に変化させて、楕円状にしたものが適当である。
【００２９】
また、この面取り部に嵌合されるスペーサの凸部（爪）の形状も、面取り部の寸法と同じ形状が望ましいが、必ずしもすきま無く接触する必要は無く、面取り面と爪の間にすきまが開いていても良い。
【００３０】
なお、本発明は、軸と内輪が嵌合する場合に限らず、外輪の材質がセラミックス或いはハウジングと嵌合する外径面にセラミックスをＳＵＪ２等の軸受用鋼に被膜した外輪を炭素鋼等の鋼製や鋳鉄製のハウジングに嵌合する場合にも適用できる。
【００３１】
また、運転時の温度による膨張量の差は、静止側軌道輪より回転側軌道輪のほうが大きいので、回転する軌道輪側に適用するほうが効果がある。
【００３２】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る軸受装置を軸に嵌合した状態の縦断面図であり、（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、（ａ）に於いて丸で囲んだ部分の拡大断面図であり、（ｂ）は、大面取り部を示し、（ｃ）は、小面取り部を示す。
【００３３】
図２は、図１に示した本発明の実施の形態に係る軸受装置の横断面図である。
【００３４】
円筒ころ軸受は、外輪１、内輪２、および両輪１，２との間に配列されて保持器４により案内される円筒ころの転動体３により構成されている。
【００３５】
図１（ｂ）（ｃ）及び図２に示すように、 内輪２の端部には、面取り部２１が周上連続して形成してあり、面取り部２１の寸法は、周上相違してある。
【００３６】
内輪２の端部に隣接して装着したスペーサ５は、周上、面取り部２１に係合する凸部５１を有し、この凸部５１の寸法は、面取り部２１の寸法の相違に対応して、周上相違してある。凸部５１は、例えば、爪である。
【００３７】
内輪２の面取り部の寸法は、大小２種の寸法を周上連続的につないだもので、１８０度対称で、大面取り部２１ａと小面取り部２１ｂとが配置されている。軸断面から見ると、両方の面取り部２１ａ，２１ｂは、図２に示すように、楕円形状に見える。
【００３８】
また、スペーサ５は、軸Ｓに締まりばめで嵌合されており、軸Ｓの線膨張係数と同じかそれに近いものを選定することによって温度が変化した場合でも、はめあいの変化が生じず、軸に固定できる。なお、面取り部２１ａ，２１ｂに嵌合されるスペーサ５の凸部５１（爪）の形状も、面取り部２１ａ，２１ｂの寸法と同じ形状が望ましいが、必ずしもすきま無く接触する必要は無く、面取り面と爪の間にすきまが開いていても良い。
【００３９】
このように、面取り部２１ａ，２１ｂと相対する軸Ｓに固定されたスペーサ５の凸部５１（爪）が噛合うことで、すきまばめにおいても、スペーサ５の凸部５１（爪）がくさびとなって作用し、内輪２のクリープを確実に防止することができる。
【００４０】
本実施の形態によれば、線膨張係数の異なる環状部材の嵌合において、簡単な取り付け方法により作業効率を向上すると共に、クリープを防止することにより、信頼性の高い嵌合を実現することができる。
【００４１】
なお、実施の形態では、軸Ｓとスペーサ５を別体としているが、図１の左側のスペーサは、軸Ｓの軸受端面との嵌合部に一体で形成しても良い。このことは、ハウジングと外輪についても同様に適用できる。
【００４２】
図３は、本発明の実施の形態の変形例に係る軸受装置を軸に嵌合した状態の縦断面図である。
【００４３】
本変形例では、図３に於いて丸で囲んだ部分に示すように、スペーサ５は、ノックピンや切欠き、キー等の固定冶具６で軸Ｓに固定してある。
【００４４】
その他の構成、作用、及び効果は、上述した実施の形態と同様である。
【００４５】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。例えば、本発明は、軸と内輪が嵌合する場合に限らず、外輪の材質がセラミックス或いはハウジングと嵌合する外径面にセラミックスを被膜した外輪を炭素鋼等の鋼製や鋳鉄製のハウジングに嵌合する場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る軸受装置を軸に嵌合した状態の縦断面図であり、（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、（ａ）に於いて丸で囲んだ部分の拡大断面図であり、（ｂ）は、大面取り部を示し、（ｃ）は、小面取り部を示す。
【図２】図１に示した本発明の実施の形態に係る軸受装置の横断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の変形例に係る軸受装置を軸に嵌合した状態の縦断面図である。
【図４】特許文献２に係る従来例の円筒ころ軸受を軸に装着した状態の断面図である。
【図５】特許文献３に係る従来例の円筒ころ軸受を軸に装着した状態の断面図である。
【図６】特許文献４に係る従来例の玉軸受を軸に装着した状態の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  外輪
２  内輪
２１  面取り部
２１ａ  大面取り部
２１ｂ  小面取り部
３  円筒ころの転動体
４  保持器
５  スペーサ
５１  凸部（つめ）
６  固定冶具
【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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