JPH04357327A

JPH04357327A - 電気絶縁軸受

Info

Publication number: JPH04357327A
Application number: JP6511091A
Authority: JP
Inventors: Asaki Watanabe; 渡邊　朝紀; Yoshiya Fuse; 布施　芳哉; Katsuhiko Hata; 克彦畑
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd; Railway Technical Research Institute
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd; Railway Technical Research Institute
Priority date: 1991-03-28
Filing date: 1991-03-28
Publication date: 1992-12-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気絶縁性の軸受に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】軸受として、外輪と内輪との間に転動体
が介装されたものは一般に知られている。回転電機にお
いては、磁気不平衡、静電気の蓄積、外部電源の回転軸
への直接印加、整流器電源の使用による軸誘電などの原
因により、回転軸の両端間、又は回転軸と各軸受間、又
は回転軸の各軸受嵌合部に大なり小なり軸電圧が発生し
、この軸電圧の発生が著しくなると、各軸受部を通って
軸電流が流れ、これによって軸受の摩耗、回転軸の損傷
、潤滑油の黒化などを招き、場合によっては軸受を損傷
又は焼損することがある。

【０００３】これに対して、先行技術として、軸受にセ
ラミック表面仕上げを施し、その内側のセラミックの気
孔内に粘弾性を有する合成樹脂を含浸させ、セラミック
の割れ易さを改良するとともに、このセラミック層にて
絶縁をするという技術（実開昭６０−１６１７２１号公
報参照）、溶射法により無機化合物の絶縁被膜を形成す
るという技術（特開昭５９−１０３０２３号公報参照）
、ベーキング法またはコーティング法により絶縁被膜を
形成するという技術（特願昭５３−８１４５９号公報参
照）、溶射法によって形成したセラミック被膜により絶
縁を行なうという技術（実開昭５９−１７３４６７号公
報参照）はある。

【０００４】また、車軸軸受部に関しては、外輪の外周
面と側面とを覆う絶縁性高分子部材を介装するという技
術（実開昭５４−１０５４０８号公報参照）、並びに前
記外輪と鞍との間に、高分子弾性材料による膜状部材の
両面に薄肉の金属板を接着して成る電気絶縁部材を介装
するという技術（実開昭５８−３３８２０号公報参照）
は知られている。

【０００５】すなわち、車輌主電動機の回転軸受が電気
的に絶縁遮蔽されていない場合、金属製の軸受を介して
主電動機枠から電機子軸との間にて軸電流が流れ、軸受
を損傷又は焼損しやすくなるものであり、そのため、前
記先行技術は軸電流を遮蔽して主電動機軸受部の損傷を
防止しようとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、車輌主電動
機の軸受は、一般には主電動機鏡蓋（軸受取付部）に組
み付けられるが、耐食性が要求され、また、雰囲気温度
は１００℃以上になることから耐熱性が要求され、さら
に上記鏡蓋への組付性の観点から高い寸法精度が要求さ
れる。また、電気絶縁性が要求される軸受においては、
その絶縁性を評価する必要がある。

【０００７】しかし、上記セラミック系の絶縁被膜を有
する軸受の場合、上記耐食性及び耐熱性の点では問題が
ないものの、絶縁層の加工が困難であることから、高い
寸法精度を得ることが難しく、また、絶縁被膜自体の脆
さも問題となる。しかも、上述の如き各種の電気絶縁性
被膜を有する軸受や、ハウジングとの間に電気絶縁部材
を別途介装する方式の軸受の場合、軸受をハウジングに
組み付けた後でなければ、この軸受の外輪とハウジング
と外輪との間の絶縁性を正確に評価することができない
。

【０００８】これに対して、本願出願人は、先に導電性
外輪本体の外周面をポリウレタン製の電気絶縁性薄膜に
より被覆し、さらにこの絶縁性薄膜の上に導電性の金属
板を被せてなる電気絶縁軸受を開発した（特願平１−２
３６３８４号参照）。このものでは、軸受をハウジング
に組み付ける前に、外輪本体と導電性金属板との間での
電気抵抗を測定することにより上記絶縁性を評価するこ
とができる。

【０００９】しかし、上記ポリウレタンの場合は耐熱温
度が７０〜８０℃程度と低く、充分な耐熱性が得られな
いとともに、金属板の場合は耐食性が問題となる。また
、ポリウレタンのような樹脂材の場合は、金属材に比べ
て線膨張係数が大きいことから、絶縁性薄膜と外輪本体
との間や、絶縁性薄膜と金属板との間で線膨張量の差に
起因して剥離を生じ易くなる。さらに、絶縁性薄膜は、
その膨張により軸受の寸法変化を招いてこの軸受のハウ
ジングからの脱着を難しくするとともに、上記膨張によ
りオイルの付着を招いて膨潤し易くなり、上記寸法変化
の増長するとともに絶縁性被膜自体の劣化を招くという
問題がある。

【００１０】すなわち、本発明の第１の課題は、耐食性
、寸法精度ないしは組付性についての要求を満足せしめ
ながら上記絶縁性評価を容易にすることにある。

【００１１】第２の課題は、第１の課題に加えてさらに
耐熱性の向上を図ることにある。

【００１２】第３の課題は、耐熱性、寸法精度ないしは
組付性についての要求を満足せしめながら上記絶縁性評
価を容易にすることにある。

【００１３】第４の課題は、第３の課題に加えて、上述
の絶縁性被膜の膨張も問題を解消することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題に対して、軸受の外輪本体に電気絶縁性樹脂組成物よ
りなる絶縁層と導電層とを積層するという基本構成を採
用し、上記第１の課題の解決のために上記導電層を導電
性樹脂組成物により形成し、第２の課題の解決のために
絶縁層及び導電層の耐熱温度を高め、第３の課題の解決
のために絶縁層の耐熱温度を高めるとともに導電層を金
属板により形成し、第４の課題の解決のために絶縁層の
線膨張係数を金属板のそれに近付けるものである。

【００１５】すなわち、第１の課題の具体的な解決手段
は、外輪と内輪との間に転動体が介装された電気絶縁軸
受であって、前記外輪は、導電性材料によりなり転動体
が転動する軌道を有する外輪本体と、電気絶縁性樹脂組
成物よりなり前記外輪本体のハウジングに取り付けられ
る部位を被覆する絶縁層と、導電性樹脂組成物よりなり
前記絶縁層の外面に重ねられた導電層とが一体に形成さ
れてなることを特徴とする電気絶縁軸受である。

【００１６】第２の課題の具体的な解決手段は、上記第
１の解決手段において、その絶縁層及び導電層の耐熱温
度を１００℃以上としたものである。

【００１７】第３の課題の具体的な解決手段は、外輪と
内輪との間に転動体が介装された電気絶縁軸受であって
、前記外輪は、導電性材料によりなり転動体が転動する
軌道を有する外輪本体と、電気絶縁性樹脂組成物よりな
り前記外輪本体のハウジングに取り付けられる部位を被
覆する耐熱温度が１００℃以上の絶縁層と、金属板より
なり前記絶縁層の外面に重ねられた導電層とが一体に形
成されてなることを特徴とする電気絶縁軸受である。

【００１８】第４の課題の具体的な解決手段は、上記第
３の解決手段において、その絶縁層を、マトリックスに
それよりも小さい線膨張係数の電気絶縁性フィラーを含
有せしめた電気絶縁性樹脂組成物により形成したもので
ある。

【００１９】

【作用】上記第１の解決手段においては、外輪本体と絶
縁層と導電層とを一体にして外輪を構成したため、外輪
自体がハウジング側と電気的に絶縁するための絶縁性を
有するようになる。そして、軸受をハウジングに組み付
ける前に、外輪本体と導電層との間の電気抵抗を測定す
ることによって、その絶縁性を評価することができる。

【００２０】また、上記導電層及び絶縁層は樹脂組成物
よりなるから、耐食性が得られるとともに、加工も容易
であって、その加工によって軸受を所期の寸法に仕上げ
ることが容易となり、軸受の組付性の向上が図れる。

【００２１】第２の解決手段においては、上記絶縁層及
び導電層の耐熱温度を１００℃としたから、電気絶縁軸
受を高い雰囲気温度で使用することが可能になる。

【００２２】第３の解決手段においては、導電層を金属
板により形成したから、第１の解決手段と同様に軸受を
所期の寸法に精度良く仕上げることが容易であるととも
に、絶縁層の耐熱温度を１００℃以上としたから、軸受
を高い雰囲気温度で使用することが可能になる。

【００２３】第４の解決手段においては、絶縁層は線膨
張係数の小さなフィラーの充填により線膨張係数が小さ
くなって外輪本体や導電層との線膨張量の差が小さくな
り、軸受に熱サイクルが加えられても、絶縁層や導電層
が剥離し難くなるとともに、絶縁層の膨張が少なくなっ
て軸受の寸法変化や絶縁層の劣化が抑えられる。

【００２４】

【発明の効果】従って、第１の解決手段によれば、外輪
本体に電気絶縁性樹脂組成物よりなる絶縁層と導電性樹
脂組成物よりなる導電層とを順に重ねて一体にすること
により、軸受の外輪を構成したから、耐食性、寸法精度
ないしは組付性についての要求を満足させながら、軸受
の電気絶縁性の評価をハウジングへの組付前にすること
ができるようになり、そして、軸受をハウジングに組み
付けるだけで、この軸受とハウジングとを電気的に絶縁
することができる。

【００２５】第２の解決手段によれば、上記絶縁層及び
導電層の耐熱温度を１００℃としたから、上記第１の解
決手段による効果に加えて、使用中の上記絶縁層及び導
電層の熱劣化を有効に防止できるという効果が得られる
。

【００２６】第３の解決手段によれば、絶縁層を耐熱温
度が１００℃以上の樹脂組成物により形成し、導電層を
金属板により形成したから、耐熱性、寸法精度ないしは
組付性についての要求を満足させながら、軸受の電気絶
縁性の評価をハウジングへの組付前に行なうことができ
るようになり、そして、軸受をハウジングに組み付ける
だけで、この軸受とハウジングとを電気的に絶縁するこ
とができる。

【００２７】第４の解決手段によれば、絶縁層を、マト
リックスにそれよりも小さい線膨張係数の電気絶縁性フ
ィラーを含有せしめた電気絶縁性樹脂組成物により形成
したから、上記第３の解決手段による効果に加えて、絶
縁層や導電層の剥離を防止することができるとともに、
軸受の寸法の安定化が図れ、軸受の脱着性や耐久性が向
上するという効果が得られる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２９】図１には主電動機鏡蓋に取り付けられる絶
縁軸受１が示されている。この軸受１は、主電動機鏡蓋
（以下、ハウジング２という）に固定される外輪３と、
電機子軸４が嵌められる内輪５との間に複数の転動体（
玉あるいはコロ）６を介装したものである。

【００３０】外輪３は、図２に拡大して示すように、外
輪本体１１と、この外輪本体１１の外周部（ハウジング
に取り付けられる部位）を覆う絶縁層１２と、この絶縁
層１２の外面に重ねられた導電層１３とを一体にして構
成されている。

【００３１】すなわち、外輪本体１１は、金属製、従っ
て導電性を有するものであり、その内周部に転動体６の
軌道１１ａを有する。絶縁層１２は、外輪本体１１と前
記ハウジング２とを電気的に絶縁するためのものであっ
て、電気絶縁性を有する樹脂組成物によって形成されて
おり、外輪本体１１の外周面１１ｂから側面１１ｃにわ
たる部分に設けられている。導電層１３は、導電性樹脂
組成物または金属によって形成されており、上記外輪本
体１１に直接触れないよう、絶縁層１２の全周縁部に外
部への露出部を残して、絶縁層１２における外輪本体１
１の外周面に対応する部位に積層されている。

【００３２】上記絶縁層１２には、ナイロン６６、ナイ
ロン１１、ナイロン１２、ＰＰＳ（ポリフェニレンサル
ファイド）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＥＥ
Ｋ（ポリエーテルエーテルケトン）、フェノール系樹脂
組成物、エポキシ系樹脂組成物等を用いることができ、
上記導電層１３には、これを樹脂組成物によって形成す
る場合、上記ナイロン６６等に導電性フィラー（例えば
カーボン）を混入したものを用いることができる。

【００３３】一方、内輪５はその外周部に転動体６の軌
道５ａを有し、また、各転動体６は保持器７に保持され
ている。そして、この内輪５と転動体６と保持器７とは
、いずれも金属製であり、従って導電性を有する。

【００３４】次に、導電層１３を導電性樹脂組成物によ
り形成する場合の上記外輪３の製法を説明する。

【００３５】この製法においては、図３に示す射出成形
金型を用いる。すなわち、同図において、１５は外輪本
体１１が外嵌されるコア型、１６は導電層１３を形成す
べきリング状の導電層部材が嵌められるキャビ型、１７
はランナープレート、１８はヒータプレートである。こ
の場合、コア型１５に嵌められた外輪本体１１とキャビ
型１６と導電層部材とランナープレート１７とにより絶
縁層１２を形成すべきキャビティ１９が形成されている
。２０はスプルー、２１はランナー、２２はゲートであ
る。

【００３６】外輪３の製作は以下のステップにより行な
う。

【００３７】■　　外輪本体１１の絶縁層１２が形成さ
れる外周面１１ｂ及び側面１１ｃに、サンドブラスト処
理を施して接着剤を塗布する。■　　金型全体を所定温
度に予熱しておき、これに外輪本体１１及びリング状導
電層部材を組み付ける。■　　上記金型のキャビティ１
９に電気絶縁性の樹脂組成物を射出する。■　　上記樹
脂組成物が固化した時点で型開きを行ない、得られた外
輪３を取り出す。その後、必要に応じてアニーリング（
内部歪み除去のための熱処理）を行なう。

【００３８】以上の如くして得られた外輪３と内輪５と
の間に転動体６を組み付けて軸受１を得る。

【００３９】電気絶縁性樹脂組成物として上述のナイロ
ン系のものを用いる場合、射出シリンダーの温度は２１
０〜２３０℃、型温は６０℃とし、射出圧は８００〜１
０００ｋｇ／ｃｍ２　とする。導電層部材は、射出成形
によって別途製作しておいてキャビ型１６に組み付けれ
ばよい。この導電層部材として絶縁層１２と同系統の樹
脂組成物を用いる場合、この導電層部材に対して予め接
着剤の塗布処理を行わずとも、射出成形によって得られ
る絶縁層１２と導電層１３との界面の接着が良好なもの
になる。

【００４０】なお、上記例では、絶縁層１２と導電層１
３とに同系統の樹脂組成物を用いたが、絶縁層１２と導
電層１３とに異なる系統の樹脂組成物を用いる場合、上
記外輪製作ステップ■において、導電層部材の内周面に
接着剤の塗布処理を行なっておく方が好ましい。

【００４１】また、外輪３の製作にあたっては、まず、
外輪外体１１外表面に絶縁層１２を射出成形によって固
着形成し、その次に絶縁層１２の表面に導電層１３を射
出成形によって固着形成するようにしてもよい。

【００４２】次に、上記導電層１３を金属により形成す
る場合、上記外輪３の製作にあたっては、金属よりなる
リング状導電層部材の内面にサンドブラスト処理を施し
て接着剤を塗布をするものであり、他は先に説明した導
電層１３を樹脂組成物により形成する場合と同じである
。そうして、絶縁層１２の線膨張係数を小さいものにす
る場合、上述のナイロン等の樹脂塑性物として、そのマ
トリックスに線膨張係数がマトリックスよりも小さいガ
ラス繊維、アラミド繊維、その他の無機あるいは有機の
電気絶縁性フィラーを混入したものを用いればよい。

【００４３】従って、上記軸受１においては、外輪３は
絶縁層１２によって絶縁性を有する。そして、この外輪
３を製作した段階で、外輪本体１１と導電層１３との間
の電気抵抗を測定することによって、その絶縁性を評価
することができる。

【００４４】また、上記導電層１３は絶縁層１２の周縁
部よりも内側に設けられ、外輪本体１１と接触しないか
ら、電気絶縁性に悪影響を及ぼすことはなく、しかも、
絶縁層１２が外輪本体１１の外周面１１ｂだけでなく側
面１１ｃをも覆っているから、電気絶縁性を確実に得る
ことができるものである。

【００４５】また、上記軸受１の組付において、上述の
如く外輪３が絶縁性を有するため、この軸受１とハウジ
ング２との間には電気的絶縁のための余分な介装物を設
ける必要がない。よって、軸受１の組付が容易である。また、軸受部の寸法精度（軸受１をハウジング２に組み
付けた状態でのハウジング２と電機子軸４との間の位置
精度）は、基本的には軸受１の外径、つまりは外輪３の
外径で決まることになり、外輪３を製作した段階で導電
層１３の研削等により外径を調整することにより、軸受
部の寸法精度を高くすることができる。また、余分な介
装物がある場合、それだけ上記寸法精度が落ちてくるが
、上記軸受１の場合には介装物が不要であるから、上記
寸法精度を高くすることができるものである。

【００４６】また、上記絶縁層１２と導電層１３とはそ
の厚さが薄いため、外輪３の外径も従来のものと大差が
ないものになり、ハウジング２側の改造も要求されない
。

【００４７】次に、上記絶縁層１２、導電層１３に各種
の材料を用いて製作した軸受１について、電気絶縁性、
耐久性等を試験結果を表１に基いて説明する。

【００４８】

【表１】

【００４９】−表１の説明− 「耐熱性試験１」の項及び「耐熱性試験２」の項は、各
種構成の軸受１につき、これをハウジング２及び電機子
軸４に組み付け、電機子軸４に１２０〜１３０ｋｇの荷
重をかけ、雰囲気温度を１００℃，１２０℃として７０
０時間連続使用した結果を示す。

【００５０】「熱サイクル試験」の項は、軸受ロ、ハに
つき、２０℃の温度雰囲気と１２０℃の温度雰囲気とに
交互に３０分間ずつ静置するという熱サイクルを５０回
繰り返した結果を示す。

【００５１】「線膨張係数」の項は絶縁層１２の値を示
すものである。なお、外輪本体１１及び金属製導電層１
３の線膨張係数は約１．２×１０−５／ｄｅｇ　である
。

【００５２】軸受ロにおいて、その絶縁層１２は、マト
リックスとしてのＰＰＳ１００重量部にガラス繊維３０
重量部を混入してなる樹脂組成物により成形した。

【００５３】各軸受の寸法は次の通りである。

【００５４】導電層厚さ；１ｍｍ，絶縁層厚さ；１ｍｍ
，軸受外径；直径１６０ｍｍ×幅３５ｍｍ −試験結果及びその考察− 耐熱性試験１，２においては、軸受ニ（比較例）の絶縁
層１２に多数のクラックが認められたが、他の軸受では
以上が認められなかった。また、軸受ニの場合、耐熱性
試験２の方では絶縁層１２の一部が脱落し、軸受に異常
摩耗が認められた。また、熱サイクル試験においては、
軸受ハに関し、供試材１０個中、３個の軸受につき、導
電層１３と絶縁層１２との間の剥離、若しくは外輪本体
１１と絶縁層１２との間の剥離が認められたが、軸受ロ
では剥離は認められなかった。

【００５５】以上から、実施例の軸受イ，ロ，ハのもの
は耐熱性に優れ、また、軸受ロのようにガラス繊維を混
入した樹脂組成物によって絶縁層１２を形成したものは
、線膨張係数が小さくなった結果、熱サイクルに強くな
っていることがわかる。

【００５６】また、上記軸受イの場合、絶縁層１２及び
導電層１３は共に樹脂組成物によって形成されているか
ら、腐食の問題はない。

【００５７】なお、上記実施例は鉄道車輌の主電動機の
回転軸受に関するが、本発明が他の機械器具（例えば、
電機溶接機器など）の軸受にも適用できることはもちろ
ん、さらに展開して車輌の車台軸受にまで適用できると
考える。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示す。

【図１】軸受の断面図

【図２】外輪の断面図

【図３】外輪の製造装置を示す断面図

【符号の説明】

１　　　　軸受２　　　　ハウジング３　　　　外輪４　　　　電機子軸５　　　　内輪６　　　　転動体１１　　　　外輪本体１１ａ　　　　軌道１１ｂ　　　　外周面１１ｃ　　　　側面１２　　　　絶縁層１３　　　　導電層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外輪と内輪との間に転動体が介装された電
気絶縁軸受であって、　　前記外輪は、導電性材料によ
りなり転動体が転動する軌道を有する外輪本体と、電気
絶縁性樹脂組成物よりなり前記外輪本体のハウジングに
取り付けられる部位を被覆する絶縁層と、導電性樹脂組
成物よりなり前記絶縁層の外面に重ねられた導電層とが
一体に形成されてなることを特徴とする電気絶縁軸受。
【請求項２】絶縁層及び導電層の耐熱温度が１００℃以
上である請求項１に記載の電気絶縁軸受。
【請求項３】外輪と内輪との間に転動体が介装された電
気絶縁軸受であって、　　前記外輪は、導電性材料によ
りなり転動体が転動する軌道を有する外輪本体と、電気
絶縁性樹脂組成物よりなり前記外輪本体のハウジングに
取り付けられる部位を被覆する耐熱温度が１００℃以上
の絶縁層と、金属板よりなり前記絶縁層の外面に重ねら
れた導電層とが一体に形成されてなることを特徴とする
電気絶縁軸受。
【請求項４】電気絶縁性樹脂組成物は、マトリックスよ
りも小さい線膨張係数の電気絶縁性フィラーを含有する
請求項３に記載の電気絶縁軸受。