(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を支持する外輪の内周面側に調整ネジ挿入用のネジ孔を有する複数の嵌合溝を適宜角度の等間隔で形成し、この各嵌合溝内に木質系多孔質炭素材料を素材とするウッドセラミックスからなる摩擦体を埋設固定した保持金具を摺動可能に挿入嵌合させて摩擦体を係合配設し、この摩擦体の先端摩擦接触面を回転軸の外周面に嵌着させる内輪の外周面の曲率に呼応した弧状の湾曲面となすとともに、調整ネジを介した前記保持金具の嵌合溝内における押し込み操作量で摩擦体と回転軸の外周面に嵌着させる内輪との接触圧力を、円板中央部に内輪の内径に等しい直径を有する円柱形の案内突起を突出しその周囲に内輪と外輪を同心円状に挿入嵌合して収容する案内溝を形成した治具を介して適度に調整せしめ、かつ、その摩擦体との接触圧力の調整を施した内輪を回転軸の外周面に嵌着せしめて前記弧状の湾曲面となした摩擦体の先端摩擦接触面を介して回転軸に嵌着させた内輪を摺動回転せしめることを特徴とする無潤滑摺動形回転軸受装置。
【請求項２】
回転軸を支持する外輪の内周面側に調整ネジ挿入用のネジ孔を有する複数の嵌合溝を適宜角度の等間隔で形成し、この各嵌合溝内に木質系多孔質炭素材料を素材とするウッドセラミックスからなる摩擦体を埋設固定した保持金具を摺動可能に挿入嵌合させて摩擦体を係合配設し、調整ネジを介した前記保持金具の嵌合溝内における押し込み操作量で摩擦体と回転軸の外周面に嵌着させる内輪との接触圧力を、円板中央部に内輪の内径に等しい直径を有する円柱形の案内突起を突出しその周囲に内輪と外輪を同心円状に挿入嵌合して収容する案内溝を形成した治具を介して適度に調整して，その摩擦体の先端摩擦接触部を外輪の内周面の円周上に位置せしめるとともに、その複数の摩擦体及びそれと同一円周上に位置する外輪の内周面を介して回転軸に嵌着させた内輪を摺動回転せしめることを特徴とする無潤滑摺動形回転軸受装置。
【請求項３】
回転軸を支持する外輪の内周面側に係合配設された複数のウッドセラミックスからなる摩擦体の先端摩擦接触面を、回転軸の外周面に嵌着させる内輪の外周面の曲率に呼応した弧状の湾曲面となしたことを特徴とする請求項２記載の無潤滑摺動形回転軸受装置。
【請求項４】
回転軸を支持する外輪の内周面側に複数係合配設された摩擦体として、木質系多孔質炭素材料を素材とするウッドセラミックスに代えて、竹，籾殻，米糠等の木質系以外の植物の多孔質炭素材料を素材とする植物性セラミックスを用いたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の無潤滑摺動形回転軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸を外輪にて回転支持する回転軸受装置に関し、とりわけ従来の回転軸受装置に比し、無潤滑でも起動時運転時を問わず低摩擦で，耐摩耗性，摩擦振動抑制機能，耐衝撃性，そして摩擦精度の維持に優れる無潤滑摺動形回転軸受装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転軸受装置としては、回転軸を支持する軸受け部材としての外輪の内周面側に銅合金，チタン合金，マグネシウム合金等の各種金属の合金素材を配設しこれら合金素材の摩擦体を介して回転軸を摺動回転させるもの、或はボ−ルを介した転がり摺動方式を用いたものがある。
しかしこれらの場合には、その素材や構造に起因して、低摩擦や耐摩耗性の要求に可及的に応えるためにはいずれも潤滑油やグリ−スなどの潤滑材を必要とするもので、そのため給油設備や保守点検の手間と費用を要するのみならず、潤滑材の機能が低下する高温や低温下，或は特殊ガス中，真空中，放射線環境下等の特殊環境下での使用には制約が伴うという問題を有していた。  また，潤滑材を使用しても，起動時運転時を通して比較的摩擦係数が大きく且つ摩擦変動に幅があり安定した摩擦特性が得られず回転精度の維持が困難であり、回転速度の増加に伴う摩擦振動の抑制効果に優れないという問題も有していた。  そして特に転がり軸受けにおいては、無理な荷重がかかりガタが生ずる等により正逆回転の方向転換時に慣性モ−メントによるハンマ−作用が生じたり、衝撃荷重によっては瞬間的に数倍の荷重が働いて消耗度合いが拡大し、振動や騒音の発生に繋がり耐衝撃性に優れないという難点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は斯かる状況に鑑み鋭意研究の結果開発されたもので、回転軸を支持する軸受けの素材と構造に工夫を施すことにより上記従来技術の有する諸難点を解消し、使用上好適である無潤滑摺動形回転軸受装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、基本的には、回転軸を支持する外輪の内周面側に適宜角度の等間隔で複数の木質系多孔質炭素材料を素材とするウッドセラミックスからなる摩擦体を係合配設し、この摩擦体の先端摩擦接触面を回転軸の外周面に嵌着させる内輪の外周面の曲率に呼応した弧状の湾曲面となすとともに、この弧状の湾曲面となした摩擦体の先端摩擦接触面を介して回転軸に嵌着させた内輪を摺動回転せしめるようになしている。
【０００５】
また，回転軸を支持する外輪の内周面側に調整ネジ挿入用のネジ孔を有する複数の嵌合溝を適宜角度の等間隔で形成し、この各嵌合溝内に木質系多孔質炭素材料を素材とするウッドセラミックスからなる摩擦体を埋設固定した保持金具を摺動可能に挿入嵌合させて摩擦体を係合配設し、調整ネジを介した前記保持金具の嵌合溝内における押し込み操作量で摩擦体と回転軸の外周面に嵌着させる内輪との接触圧力を、円板中央部に内輪の内径に等しい直径を有する円柱形の案内突起を突出しその周囲に内輪と外輪を同心円状に挿入嵌合して収容する案内溝を形成した治具を介して適度に調整するようになしている。
【０００６】
摩擦摺動の安定性と耐衝撃性を増すために、外輪の内周面側に複数のウッドセラミックスからなる摩擦体をその先端摩擦接触部が外輪の内周面の円周上に位置するように適宜角度等間隔にて係合配設し、この複数の摩擦体を係合配設した外輪を回転軸の外周面に嵌着させる内輪の外周面に嵌合せしめ、その複数の摩擦体の先端摩擦接触面とそれと同一円周上に位置する外輪の内周面の双方を介して回転軸に嵌着させた内輪を摺動回転せしめるようになす場合もある。
【０００７】
また，摩擦摺動の安定性と耐衝撃性を一層増すために、前記外輪の内周面の円周上に位置せしめた複数のウッドセラミックスからなる摩擦体の先端摩擦接触面を、回転軸の外周面に嵌着させる内輪の外周面の曲率に呼応した弧状の湾曲面となす場合もある。
【０００８】
更に，回転軸に嵌着させた内輪を介して回転軸を摺動回転せしめる外輪の内周面側に複数係合配設された摩擦体として、上記のウッドセラミックスの代わりに竹，籾殻，米糠等の木質系以外の植物の多孔質炭素材料を素材とする植物性セラミックスを用いる場合もある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
別紙図面の図１〜図２８について、本発明の実施の形態の一例を説明する。
【００１０】
図１〜図１５は、本発明の第１の実施の形態を示すものである。  １は回転軸で、その外周面には円筒形の内輪２が嵌着されている。  ３は前記回転軸１を支持する円筒形の外輪で、その内周面側には９０度の等間隔で４個の嵌合溝４が形成されており、この４個の嵌合溝４内に夫々接着等により木質系多孔質炭素材料を素材とするウッドセラミックスからなる摩擦体５が係合配設されている。
【００１１】
この各摩擦体５の先端摩擦接触面Ｂは、前記内輪２の外周面の曲率に呼応した即ち内輪２の外周面の半径Ｒ（図１５参照）と同一半径の円弧状の湾曲面に研削，研磨加工されている。  そして各摩擦体５の先端摩擦接触面Ｂは、図１５で示す如く、外輪３の内周面からその中心方向に向かってＥ寸法で突出されている。  このＥの寸法は約０．５ｍｍ以下程度に設定されており、そのため後記の内輪２との摩擦摺動接触に伴う衝撃により摩擦体５が破損されるおそれはない。
【００１２】
この４個の摩擦体５を内周面側に９０度の等間隔で係合配設した外輪３は、前記回転軸１の外周面に嵌着された内輪２の外周面に嵌合して配設される。  従って内輪２は４個の摩擦体５の円弧状に湾曲した各先端摩擦接触面Ｂに摺動可能に密接嵌合されており、回転軸１はこの内輪２の摩擦体５の先端摩擦接触面Ｂを介した摺動回転により外輪３にて円滑に回転支持される。
外輪３の両側端面には、中央に回転軸１の挿出孔を有するド−ナツ形の側板６が止めネジ７により固定され、これにより内輪２の横振れによる脱出や内輪２と摩擦体５との摺動接触面に異物が侵入して摺動回転の円滑性が損なわれるのが防止される。  図中，８，９は、外輪３と側板６とに形成された止めネジ７を嵌合するネジ孔である。
【００１３】
外輪３の内周面側に係合配設するウッドセラミックスからなる摩擦体５は、図１０〜図１５に示す如く、当初長方形角棒型の摩擦体５を外輪３のＵ字形嵌合溝４内に接着係合した後、その先端摩擦接触面Ｂを内輪２の外周面の半径Ｒに呼応した円弧状の湾曲面に研削，研磨加工せしめる、又は予めこの円弧状の湾曲面に加工しておく。
【００１４】
図１６〜図２６は、本発明の第２の実施の形態を示すものである。  １０は回転軸１を支持する外輪で、その内周面側には９０度の等間隔で４個のＵ字形嵌合溝１１が形成されており、各嵌合溝１１には外輪１０の外周面側から調整ネジ挿入用のネジ孔１２が貫通して接続形成されている。
【００１５】
この各嵌合溝１１内に、長方形角棒型のウッドセラミックスからなる４個の摩擦体１３が係合配設されるが、上記第１の実施の形態と異なり、摩擦摺動の安定性と耐衝撃性の増強を図るため、図１６の如く摩擦体１３の先端摩擦接触部Ｇが外輪１０の内周面と同一円周上に位置して外輪１０の内周面とともに回転軸１に嵌着した内輪２の外周面に摺動可能に密接に嵌合するように係合配設する。
【００１６】
この嵌合溝１１内への摩擦体１３の係合配設は、図２５，図２６に示す如く、調整ネジ１４と治具１５を用いて行う。  角棒型の摩擦体１３は、チャンネル形の保持金具１６の溝内に接着剤Ｊにて埋設固定されている。  摩擦体１３の外部に面する先端面Ｋは、図２４の如く保持金具１６の先端面（下面）と同一平面上となるように精確に研磨加工された平滑面となっている。
円板形の治具１５の中央部には内輪２の内径に等しい直径を有する円柱形の案内突起１７が突出形成されており、その周囲には所定幅，適宜深さの案内溝１８が環状に形成されている。  図２６に示す如く、円柱形の案内突起１７の外周面に沿って内輪２を挿入嵌合し、その下側部を案内溝１８内に収容セットする。  次に内輪２の外周面に沿って外輪１０を挿入嵌合し、同様にその下側部を案内溝１８内に収容セットする。  これにより内輪２と外輪１０とは、治具１５の案内突起１７と案内溝１８を介して確実に同心円状に密接に嵌合配設された状態となる。しかして，外輪１０の各嵌合溝１１内に図２６の如く摩擦体１３を埋設固定した保持金具１６を夫々挿入嵌合せしめた後、外輪１０の外周面に開口するネジ孔１２に調整ネジ１４をネジ込み嵌合して保持金具１６を押圧していき、その嵌合溝１１内における押し込み操作量を調節して内輪２の外周面に対する各摩擦体１３の接触圧力を適度に調整する。  その調整後，各保持金具１６は図２５に示す如く嵌合溝１１内に対し接着剤Ｍにて接着固定する。  このとき，外輪１０は内輪２の外周面に密接に嵌合しているので、各摩擦体１３の先端摩擦接触部Ｇは外輪１０の内周面の円周上に位置することとなり、内輪２の外周面は４個の摩擦体とともに金属製の外輪１０の内周面の部分にも密接に嵌合し摺動回転可能となっている。
次に，調整ネジ１４と治具１５を外し、外輪１０の両側端部に側板６をネジ止めにより取り付け、摩擦体との接触圧力の調整を施した内輪２を回転軸１の外周面に嵌着せしめる。
【００１７】
従って回転軸１は、外輪１０内周面の複数の摩擦体１３及び外輪１０の金属製内周面の部分と内輪２との摺動回転を介して、外輪１０にて円滑に回転支持される。  その際，各摩擦体１３の先端摩擦接触部Ｇは外輪１０の内周面と同一円周上に位置する，即ち各摩擦体１３の外輪１０の内周面からの内側中心方向への突出寸法は零の状態であり、そして内輪２の外周面には複数の摩擦体１３と金属製の外輪内周面の双方が同時に接触しているので、ウッドセラミックスと金属の双方の摩擦特性が合理的に働き、軸受け装置の摩擦摺動の安定性と耐衝撃性が増強される。
【００１８】
また，以上の第２の実施の形態において、外輪１０の内周面と同一円周上に配設した摩擦体１３の先端摩擦接触面Ｇを平滑面ではなく、第１の実施の形態におけると同様に回転軸１の外周面に嵌着せしめる内輪２の外周面の曲率に呼応した弧状の湾曲面となして、摩擦摺動の安定性と耐衝撃性の一層の増強を図るようになす場合もある。
【００１９】
以上の実施の形態において用いたウッドセラミックスからなる摩擦体５，１３は、木材等の木質系多孔質炭素材料にフェノ−ル樹脂を含浸させた硬質ガラス状炭素を約３０％以上含有させ、これを真空炉で約８００度Ｃ以上の温度にて炭化焼成して形成したものである。
このウッドセラミックスからなる摩擦体は自己潤滑作用を有するので、軸受け装置において潤滑材を使用しない、即ち無潤滑で用いる。
【００２０】
以上の実施の形態に係る回転軸受装置をテストしたところ、従来装置と比較して図２７及び図２８に示す如く、極めて特異な（特徴のある）摩擦特性が得られた。
同図から分かるように、潤滑材を用いた従来装置では起動時及び運転時を通して摩擦係数が比較的高く（０．２以上）振幅の大きな小刻みな変動があり安定性がないのに対し、本発明に係る装置では無潤滑でも低摩擦（０．１乃至０．１５以下）で振幅の大きな変動もなく安定（一定）している。  これは、ウッドセラミックスが自己潤滑作用を有し摩擦係数が極めて小さいという摩擦特性を有しているためである。  また図２８から明らかなように、本発明に係る装置では、摩擦速度（回転速度）が増加するにつれて摩擦係数が僅かずつ増加する特性を示しており、そのため従来装置と異なり回転速度の増加に伴う装置の摩擦振動を抑制する機能にも充分に優れている。  更にウッドセラミックスの材質上、耐摩耗性にも優れている。
【００２１】
なお，内輪又は回転軸を摺動回転せしめる媒体となる摩擦体として上記のウッドセラミックスの代わりに、竹，籾殻，米糠等の木質系以外の植物の多孔質炭素材料を素材として同様に炭化焼成して形成された植物性セラミックスを用いても、ほぼ同様な効果が得られる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は上記の構成となしたので、上述の従来装置の素材と構造に起因する諸難点を解消し、以下に示す特有の効果を奏する。
【００２３】
請求項１に係る発明においては、外輪内周面側に等間隔で複数係合配設され，先端摩擦接触面を回転軸の外周面に嵌着せしめる内輪の外周面の曲率に呼応した弧状の湾曲面となしたウッドセラミックスからなる摩擦体と回転軸の外周面に嵌着せしめた内輪との摺動回転を介して回転軸を回転支持するようにすとともに、調整ネジを介した保持金具の嵌合溝内における押し込み操作量で摩擦体と回転軸に嵌着せしめる内輪との接触圧力を適度に調整するようになしたので、摩擦係数が小さく耐摩耗性に優れ自己潤滑作用を有するウッドセラミックスの特性上、従来装置と異なり、無潤滑でも起動時運転時を問わず低摩擦で，耐摩耗性に優れ，安定した摩擦精度を維持することができるとともに、摩擦速度（回転速度）の増加につれて摩擦係数が僅かに増加する性質を有しているので、回転速度の増加に伴い発生する摩擦振動を確実に抑制する効果を有しており、装置の耐久性上好適である。
また，摩擦体の素材の特性の関係で騒音やガタツキの発生のおそれも少なく、機械的剛性の面でも問題がなく、潤滑材を必要としないため上述の温度制限や特殊環境下での使用制限の問題もなく、給油のための設備や維持，管理等に要する手間と費用を節約することができ、装置の全体構造も簡潔化することができ使用上好適である。
【００２４】
請求項２に係る発明においては、外輪内周面側に等間隔にて複数配設するウッドセラミックスからなる摩擦体を調整ネジと保持金具を介して内輪との接触圧力を適度に調整するとともにその各先端摩擦接触面を外輪内周面の円周上に位置せしめて係合し，この外輪を回転軸に嵌着せしめる内輪の外周面に嵌合するようになしたので、摩擦体の外輪内周面から内側中心方向への突出寸法が零で複数のウッドセラミックスからなる摩擦体のみならず金属製の外輪内周面の部分も内輪外周面に接触し、摩擦体も含めた外輪内周面全体と内輪との摺動回転を介して回転軸を回転支持せしめることとなり、従って装置の摩擦摺動の安定性が増大するとともに，ウッドセラミックスと金属部分の双方の摩擦特性が合理的に作用し耐衝撃性が増強される。
【００２５】
請求項３に係る発明においては、更に請求項２に係る発明において外輪の内周面側に係合配設した複数のウッドセラミックスからなる摩擦体の先端摩擦接触面を内輪の外周面の曲率に呼応した弧状の湾曲面となしたので、一層装置の摩擦摺動の安定性及び耐衝撃性が増強される。
【００２６】
請求項４に係る発明においては、請求項１，２又は３に係る発明における外輪の内周面側に係合配設した複数の摩擦体として、ウッドセラミックスの代わりにそれと同様な摩擦特性を有する木質系以外の植物の多孔質炭素材料を素材とする植物性セラミックスを用いたので、上記請求項１，２，３に係る発明と同様な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態を示す側板を除いた状態の装置の正面図である。
【図２】側板を付けた図１の装置のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２の装置の正面図である。
【図４】同上装置の外輪の正面図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】同上装置の内輪の正面図である。
【図７】図６のＤ−Ｄ断面図である。
【図８】外輪の両側端面に固定する側板の正面図である。
【図９】同上側板の側面図である。
【図10】同上装置の外輪の内周面側に係合配設するウッドセラミックスからなる摩擦体の正面図である。
【図11】同上摩擦体の側面図である。
【図12】同上の摩擦体を外輪の内周面側に係合配設した状態の正面図である。
【図13】同上の摩擦体の先端摩擦接触面を内輪の外周面の曲率に呼応した弧状の湾曲面に研磨加工した状態の正面図である。
【図14】同上の研磨加工を施した摩擦体の側面図である。
【図15】同上の研磨加工を施した摩擦体を外輪の内周面側に係合配設した状態の正面図である。
【図16】本発明の他の実施の形態を示す側板を除いた状態の装置の正面図である。
【図17】側板を付けた図１６の装置のＦ−Ｆ断面図である。
【図18】同上装置の外輪の正面図である。
【図19】図１８のＨ−Ｈ断面図である。
【図20】同上装置の外輪の内周面側に係合配設するウッドセラミックスからなる摩擦体の正面図である。
【図21】同上の摩擦体の側面図である。
【図22】保持金具の正面図である。
【図23】同上保持金具の側面図である。
【図24】同上保持金具の嵌合溝内に上記摩擦体を嵌着した状態の斜視図である。
【図25】治具と調整ネジを用いた内輪と外輪との嵌合要領を示す平面図である。
【図26】同上の嵌合要領を示す一部を断面とした正面図である。
【図27】本発明に係る装置と従来装置との摩擦距離に対する摩擦係数の変化を示す摩擦特性の比較実験説明図である。
【図28】同上の摩擦速度に対する摩擦係数の変化を示す摩擦特性の比較実験説明図である。
【符号の説明】
１    回転軸
２    内輪
３    外輪
４    嵌合溝
５    ウッドセラミックスからなる摩擦体
６    側板
７    止めネジ
８    外輪に形成の止めネジ用ネジ孔
９    側板に形成の止めネジ用ネジ孔
１０    外輪
１１    嵌合溝
１２    調整ネジ用ネジ孔
１３    ウッドセラミックスからなる摩擦体
１４    調整ネジ
１５    治具
１６    保持金具
１７    治具の案内突起
１８    治具の案内溝
Ｂ    摩擦体５の先端摩擦接触面
Ｅ    先端摩擦接触面Ｂの外輪３の内側中心方向への突出寸法
Ｒ    内輪２の外周面の半径
Ｇ    摩擦体１３の先端摩擦接触面
Ｊ    接着剤
Ｋ    保持金具１６の嵌合溝内に嵌着した摩擦体１３の外部に面する
先端面
Ｍ    接着剤
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004026094.tif 000011
【図１１】
0004026094.tif 000012
【図１２】
0004026094.tif 000013
【図１３】
0004026094.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0004026094.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0004026094.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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