JP2006329366A - 電食防止用絶縁転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用条件が厳しい場合にも電食を十分効果的に防止できる電食防止用絶縁転がり軸受を、低コストで実現する。
【解決手段】 外輪３の軸方向端面１０と、この軸方向端面１０の内径寄り部分に形成した面取り部８との連続部７ｂを、断面形状の曲率半径ｒが１mm以上の凸曲面とする。この構成により、絶縁層６の厚さが小さくても、上記連続部７ｂ部分で、上記外輪３とハウジング９との間でスパークが発生する事を防止し、上記課題を解決する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、汎用或は鉄道車両用の電動モータの回転軸、或は発電機の回転軸の様に、電流が流れる可能性がある回転支持部に組み込む電食防止用絶縁転がり軸受の改良に関する。

電動モータや発電機等、各種電気機器等の回転軸を支承する為の転がり軸受の場合、対策を講じないと、転がり軸受自体に、帰路電流、モータ軸電流等の電流が流れてしまう。転がり軸受に電流が流れた場合、電流の通路となる部分の腐食が進む、所謂電食が発生して、転がり軸受の寿命を著しく短縮してしまう。この様な電食の発生を防止する為、転がり軸受を構成する外輪や内輪の表面に絶縁層を形成する事で、転がり軸受に電流が流れない様にする電食防止用絶縁転がり軸受が、例えば特許文献１〜３に記載されている様に、従来から知られている。

これら各特許文献に記載された絶縁型の転がり軸受は何れも、転がり軸受を構成する軌道輪のうちで、相手部材の嵌合支持する部分に、セラミック、合成樹脂等の絶縁層を形成して成るもので、例えば図６に示す様に構成されている。転がり軸受は、内輪１の外周面に形成した内輪軌道２と外輪３の内周面に形成した外輪軌道４との間に複数の転動体５を設ける事で、上記内輪１と外輪３との相対的回転を自在としている。そして、この外輪３の外周面及び軸方向両端面に、セラミック溶射層等の絶縁層６を形成している。

上述の様な電食防止用絶縁転がり軸受の場合、特許請求の範囲に記載した被覆軌道輪である、上記外輪３を金属製のハウジングに内嵌支持した状態では、上記絶縁層６が、これら外輪３とハウジングとを絶縁する。この結果、これら外輪３とハウジングとの間に電流が流れなくなり、上記転がり軸受の構成各部材１、３、５に、上述した様な電食が発生しなくなる。

但し、上記特許文献１〜３に記載される等により従来から知られていた電食防止用絶縁転がり軸受の場合、低コスト化の為に上記絶縁層６を薄くした場合等、より厳しい使用条件の下で、電食を防止する面からは、改良の余地がある事が、本発明者の研究により分かった。例えば、特許文献１〜２に記載された従来構造の場合には、上記外輪３の軸方向端面と、特許請求の範囲に記載した軌道側周面である、上記外輪３の内周面との連続部７は、図７に詳示する様に、直角に交差している。即ち、この連続部７は、頂角が９０度である尖鋭端となっている。これに対して、特許文献３に記載された従来構造の場合には、図８に示す様に、外輪３の内周面と軸方向端面との連続部に、この外輪３の中心軸に対し４５度傾斜した、部分円すい凹面状の面取り部８を形成している。この面取り部８の外周縁と軸方向端面との連続部７ａは、頂角が１３５度である尖鋭端となっている。

上述の様に、図７に示した構造にしても、図８に示した構造にしても、連続部７、７ａは尖鋭端となっている。そして、外輪３とハウジング９（図８参照）との間を電流が流れようとした場合にこの電流は、上記連続部７、７ａ部分に集中する傾向になる。この結果、汎用或は鉄道車両用の電動モータの回転軸、或は発電機の回転軸の回転支持部の場合でも、上記連続部７、７ａと上記ハウジング９との間でスパークが発生する場合がある事が、種々の実験を含む、本発明者の研究により分かった。即ち、本発明者が、上記絶縁層を薄くする事による影響を知る為の研究を行なっている過程で、上記連結部７、７ａと上記ハウジング９との間でスパークが発生する事が分かった（従来は知られていなかった）。

この様なスパークの発生は、上記連続部７、７ａを覆う絶縁層６の厚さを大きくする事により、或る程度防止できる。例えば、電食防止用絶縁転がり軸受の用途が上記電動モータ或いは発電機の回転支持部である場合、この厚さを０．３mmを越える値にすれば、上記スパークを相当程度防止できる。更に、この厚さを０．５mmを超える値にすれば、このスパークを殆ど防止できる。但し、この厚さを大きくする事は、上記絶縁層６の被覆作業を複数回に亙って行なう（多層に被覆する）必要を生じ、上記電食防止用絶縁転がり軸受の製造コストが嵩む原因となる為、好ましくない。又、スパークの発生は、上記連続部７、７ａが対向する、上記ハウジング９或いは外輪間座を絶縁材製とすれば完全に防止できる。但し、強度或いはコストの面から、このハウジング９或いは外輪間座を絶縁材製とする事は難しい場合が多い。

特開平１−１８２６２１号公報 特開平５−５２２２３号公報 特開平５−３１２２１６号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、使用条件が厳しい場合にも電食を十分効果的に防止できる電食防止用絶縁転がり軸受を、低コストで実現すべく発明したものである。

本発明の電食防止用絶縁転がり軸受は、互いに同心に配置された、それぞれが金属製である１対の軌道輪と、これら両軌道輪の互いに対向する面に設けられた１対の軌道面同士の間に転動自在に設けられた、それぞれが金属製である複数個の転動体とを備える。
そして、上記両軌道輪のうちの少なくとも一方の軌道輪の表面のうちで軌道面を設けた軌道側周面以外の面を、セラミック製の絶縁層により被覆している。
特に、本発明の電食防止用絶縁転がり軸受に於いては、上記絶縁層を設けた軌道輪である被覆軌道輪に関して、軸方向端面のうちの径方向の一部で上記軌道側周面寄り部分に、この軸方向端面よりも軸方向に凹んだ凹入部分を、全周に亙って設けている。そして、上記絶縁層は、この軸方向端面からこの凹入部分迄連続して被覆している。更に、これら軸方向端面と凹入部分との連続部を、頂角が１３５度以下の尖鋭端ではない形状としている。

上述の様に構成する本発明の電食防止用絶縁転がり軸受の場合には、被覆軌道輪と、この被覆軌道輪と接触した相手部材との間を電流が流れようとした場合でも、この被覆軌道輪の軸方向端面と凹入部分との連続部への電流の集中程度は限られる（尖鋭端に電流が過度に集中する事はない）。この為、汎用或は鉄道車両用の電動モータの回転軸、或は発電機の回転軸の回転支持部に組み込んだ電食防止用転がり軸受に加わる程度の電圧であれば、上記連続部と上記相手部材との間でスパークが発生する事は殆どなくなる。この為、電食防止用絶縁転がり軸受の耐久性を十分に確保できる。

本発明を実施する場合に、例えば、請求項２に記載した様に、凹入部分を、母線形状が直線である部分円すい凹面状とする。そして、この凹入部分と軸方向端面との連続部を、断面形状の曲率半径が１mm以上の部分円弧状の凸曲面とする。
或いは、請求項３に記載した様に、凹入部分を、被覆軌道輪の中心軸に対する傾斜角度が互いに異なり、それぞれの母線形状が直線である複数の部分円すい凹面を連続させたものとする。そして、隣接する部分円すい凹面同士の交差角度、及び何れかの部分円すい凹面と軸方向端面との連続部の頂角を、何れも１５０度以上とする。
或いは、請求項４に記載した様に、凹入部分を、母線形状が直線である単一の部分円すい凹面状とする。そして、この凹入部分と軸方向端面との連続部の頂角を、１５０度以上とする。
或いは、請求項５に記載した様に、凹入部分を、母線形状が部分円弧状の凸曲面とする。そして、軸方向端面の母線を、この凹入部分の母線の接線方向に配置する。
又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項６に記載した様に、凹入部径方向両端縁のうち、軌道側周面寄りの端縁（を被覆した絶縁層の表面）を、被覆軌道輪の軸方向端面（を被覆した絶縁層の表面、或は、この軸方向端面が対向する相手面であるハウジングの表面）よりも、１mm以上軸方向内方に位置させる。
何れの場合でも、被覆軌道輪の軸方向端面と凹入部分との連続部への電流の集中を抑えて、スパークの発生に伴う、電食防止用絶縁転がり軸受の耐久性低下を防止できる。

図１〜２は、請求項１、２、６に対応する、本発明の実施例１を示している。転がり軸受は、内輪１の外周面に形成した内輪軌道２と外輪３の内周面に形成した外輪軌道４との間に複数の転動体５を設ける事で、上記内輪１と外輪３との相対的回転を自在としている。そして、この外輪３の外周面及び軸方向両端面１０、１０に、絶縁層６を被覆している。

又、本実施例の場合には、上記外輪３の軸方向両端面１０、１０と内周面１１との間に、この外輪３の中心軸に対し４５度傾斜した、部分円すい凹面状の面取り部８、８を形成している。これら両面取り部８、８部分が、特許請求の範囲に記載した、母線形状が直線である部分円すい凹面状の凹入部分となる。そして、上記両面取り部８、８の外周縁と上記軸方向両端面１０、１０との連続部７ｂ、７ｂを、断面形状の曲率半径ｒが１mm以上である、部分円弧状の凸曲面１２としている。又、上記両面取り部８、８の内周縁部分（を被覆した上記絶縁層６の表面）と上記軸方向両端面１０、１０（を被覆したこの絶縁層６の表面）との、上記外輪３の軸方向に関する距離（＝上記面取り部８の内周縁部分を被覆した絶縁層６の表面とハウジング９との距離）Ｌを、１mm以上確保している。

上述の様に構成する本実施例の構造によれば、上記外輪３と、この外輪３と接触した、導電材製のハウジング９との間を電流が流れようとした場合でも、このハウジング９と対向する上記連続部７ｂへの電流の集中程度は限られる。即ち、この連続部７ｂは、断面形状の曲率半径ｒが１mm以上の部分円弧状の凸曲面１２であり、尖鋭端ではないので、上記連続部７ｂに電流が集中する程度を抑えられる。この為、汎用或は鉄道車両用の電動モータの回転軸、或は発電機の回転軸の回転支持部に組み込んだ電食防止用絶縁転がり軸受に加わる程度の電圧（ＤＣ１０００Ｖ以下）であれば、上記連続部７ｂと上記ハウジング９との間でスパークが発生する事は殆どなくなる。この為、電食防止用絶縁転がり軸受の耐久性を十分に確保できる。尚、本発明者が、上記曲率半径ｒを、０．６mm、１．０mm、１．２mm、１．５mmの４段階に変化させて、上記外輪３と上記ハウジング９との間に１０００Ｖの直流電圧を印加した場合に、上記曲率半径ｒが、０．６mmの場合には、上記連続部７ｂ部分でスパークが発生したのに対して、この曲率半径ｒが、１．０mm、１．２mm、１．５mmである場合には、スパークは発生しなかった。尚、実験では、絶縁層６の材質を ホワイトアルミナとし、厚さを０．２mmとした。又、上記面取り部８の内周縁部分を被覆したこの絶縁層６の表面と上記ハウジング９との距離Ｌは１．０mmとした。

この様な実験からも明らかな通り、本発明の場合には、上記絶縁層６を特に厚くしなくても（例えば０．５mm以下、更には０．３mm以下としても）、上記外輪３と上記導電材製のハウジング９との間でスパークが発生する事を防止できる。この為、使用条件が厳しい場合にも電食を十分効果的に防止できる電食防止用絶縁転がり軸受を、低コストで実現できる。尚、上記連続部７ｂの断面形状の曲率半径ｒは、好ましくは２mm以上とする。即ち、この曲率半径ｒの値は、上記面取り部８の内周縁部分を被覆した上記絶縁層６の表面と上記ハウジング９との距離Ｌを１mm以上（好ましくは２mm以上）確保できる限り大きくする事が好ましい。この距離Ｌを確保できる限り、曲率半径ｒとして、１００mmと言った、大きな値を採用する事もできる。

図３は、請求項１、３、６に対応する、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合には、被覆軌道輪である外輪３の軸方向端面１０の内径寄り部分に形成した凹入部分を、この外輪３の中心軸に対する傾斜角度が互いに異なり、それぞれの母線形状が直線である、複数（図示の例では３個）の部分円すい凹面１３ａ、１３ｂ、１３ｃを連続させたものとしている。そして、隣接する部分円すい凹面１３ａ、１３ｂ、１３ｃ同士の交差角度、及び最も外径側に存在する部分円すい凹面１３ｃと上記軸方向端面１０との連続部７ｃ、７ｄ、７ｅの頂角を、何れも１５０度以上（更に好ましくは１６５度以上）としている。又、本実施例の場合には、最も内径寄りに存在する上記部分円すい凹面１３ａの内周縁を被覆した絶縁層６の表面とハウジング９との距離Ｌを、１mm以上（好ましくは２mm以上）確保している。

上述の様に構成する本実施例の構造によっても、上記外輪３と、この外輪３と接触した、導電材製のハウジング９との間を電流が流れようとした場合でも、このハウジング９と対向する上記各連続部７ｃ、７ｄ、７ｅへの電流の集中程度は限られる。即ち、これら各連続部７ｃ、７ｄ、７ｅは、頂角が１５０度以上（更に好ましくは１６５度以上）であり、尖鋭端ではないので、上記各連続部７ｃ、７ｄ、７ｅに電流が集中する事はなく、電食防止用絶縁転がり軸受の耐久性を十分に確保できる。尚、上記各連続部７ｃ、７ｄ、７ｅの頂角は、上記部分円すい凹面１３ａの内周縁を被覆した上記絶縁層６の表面とハウジング９との距離Ｌを１mm以上（好ましくは２mm以上）確保できる限り、大きくする事が好ましい。逆に言えば、上記各連続部７ｃ、７ｄ、７ｅの頂角が１７５度を超えると、上記距離Ｌを確保する事が難しくなる。従って、これら各連続部７ｃ、７ｄ、７ｅの頂角は、１７５度以下に抑える事が現実的である。絶縁層６の厚さが０．５mm未満、特に０．３mm未満の場合に発明の効果が顕著になる事は、前述した実施例１の場合と同様である。

図４は、請求項１、４、６に対応する、本発明の実施例３を示している。本実施例の場合には、被覆軌道輪である外輪３の軸方向端面１０の内径寄り部分に形成した凹入部分を、母線形状が直線である単一の部分円すい凹面１３としている。そして、この部分円すい凹面１３と、上記外輪３の軸方向端面１０との連続部７ｆの頂角を、１５０度以上としている。この様な本実施例の場合も、この連続部７ｆとハウジング９との間でスパークが発生する事を防止して、電食防止用絶縁転がり軸受の耐久性を十分に確保できる。その他の部分の構成及び作用は、前述の実施例１及び上述の実施例２と同様である。

図５は、請求項１、５、６に対応する、本発明の実施例４を示している。本実施例の場合には、被覆軌道輪である外輪３の軸方向端面１０の内径寄り部分に形成した凹入部分を、母線形状が部分円弧状の凸曲面１２ａとしている。そして、上記軸方向端面１０の母線を、この凸曲面１２ａの母線の接線方向に配置している。この様な本実施例の場合も、この凸曲面１２ａと上記軸方向端面１０との連続部を含め、上記外輪３とハウジング９との間でスパークが発生する事を防止して、電食防止用絶縁転がり軸受の耐久性を十分に確保できる。その他の部分の構成及び作用は、前述の実施例１及び上述の実施例２と同様である。

本発明を実施する場合に、各実施例を組み合わせて実施する事もできる。又、本発明は、図示の様な単列深溝型の玉軸受に限らず、アンギュラ型、複列等、他の型式の玉軸受や、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、自動調心ころ軸受等、他の型式の転がり軸受で実施する事もできる。

本発明の実施例１を示す部分断面図。 図１のＡ部拡大図。 本発明の実施例２を示す、図２と同様の図。 同実施例３を示す、図２と同様の図。 同実施例４を示す、図２と同様の図。 従来構造の第１例を示す半部断面図。 図６のＢ部拡大図。 従来構造の第２例を示す、図７と同様の図。

符号の説明

１ 内輪
２ 内輪軌道
３ 外輪
４ 外輪軌道
５ 転動体
６ 絶縁層
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ 連続部
８ 面取り部
９ ハウジング
１０ 端面
１１ 内周面
１２、１２ａ 凸曲面
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 部分円すい凹面

Claims (6)

1. 互いに同心に配置された、それぞれが金属製である１対の軌道輪と、これら両軌道輪の互いに対向する面に設けられた１対の軌道面同士の間に転動自在に設けられた、それぞれが金属製である複数個の転動体とを備え、上記両軌道輪のうちの少なくとも一方の軌道輪の表面のうちで軌道面を設けた軌道側周面以外の面を、セラミック製の絶縁層により被覆した電食防止用絶縁転がり軸受に於いて、この絶縁層を設けた軌道輪である被覆軌道輪に関して、軸方向端面のうちの径方向の一部で上記軌道側周面寄り部分に、この軸方向端面よりも軸方向に凹んだ凹入部分が、全周に亙って設けられており、上記絶縁層は、この軸方向端面からこの凹入部分迄連続して被覆されており、これら軸方向端面と凹入部分との連続部が、頂角が１３５度以下の尖鋭端ではない事を特徴とする電食防止用絶縁転がり軸受。
2. 凹入部分が、母線形状が直線である部分円すい凹面状であり、この凹入部分と軸方向端面との連続部が、断面形状の曲率半径が１mm以上の部分円弧状の凸曲面である、請求項１に記載した電食防止用絶縁転がり軸受。
3. 凹入部分が、被覆軌道輪の中心軸に対する傾斜角度が互いに異なり、それぞれの母線形状が直線である複数の部分円すい凹面を連続させたものであり、隣接する部分円すい凹面同士の交差角度、及び何れかの部分円すい凹面と軸方向端面との連続部の頂角が、何れも１５０度以上である、請求項１に記載した電食防止用絶縁転がり軸受。
4. 凹入部分が、母線形状が直線である単一の部分円すい凹面状であり、この凹入部分と軸方向端面との連続部の頂角が１５０度以上である、請求項１に記載した電食防止用絶縁転がり軸受。
5. 凹入部分が、母線形状が部分円弧状の凸曲面であり、軸方向端面の母線をこの凹入部分の母線の接線方向に配置した、請求項１に記載した電食防止用絶縁転がり軸受。
6. 凹入部径方向両端縁のうち、軌道側周面寄りの端縁を、被覆軌道輪の軸方向端面よりも、１mm以上軸方向内方に位置させた、請求項１〜５のうちの何れか１項に記載した電食防止用絶縁転がり軸受。
   

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