JP2000249150A

JP2000249150A - 電食防止転がり軸受

Info

Publication number: JP2000249150A
Application number: JP5592099A
Authority: JP
Inventors: Fumio Ueki; 史雄植木
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた電気絶縁性は勿論のこと、加えて軸受の
回転による発熱をハウジング等を介して外部へ速やかに
放散させ得る熱伝導性及び寒冷時の使用やメンテナンス
作業時に受ける衝撃にも十分に耐えうる耐衝撃性をも備
えた長寿命且つ頑丈な電食防止転がり軸受を提供する。【解決手段】外輪１または内輪２の少なくとも一方と相
手部材（ハウジングまたは軸）との嵌合面を覆う絶縁被
膜５が、ＰＰＳ樹脂と、その樹脂の強化に貢献する繊維
材〔Ａ〕と、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で且つ比抵
抗が１０¹⁰Ω・ｃｍ以上の充填材〔Ｂ〕とを含有すると
共に、更に弾性体材料〔Ｃ〕を含有する。含有量は〔Ａ
＋Ｂ〕が４０〜８０重量％、〔Ｃ〕が１〜１０重量％
で、残部樹脂である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両用電動機等に
使用される電食防止転がり軸受に係り、特に当該転がり
軸受の軌道輪と転動体との間で発生する電食を防止する
と共に耐衝撃性にも優れた電食防止転がり軸受に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道車両用電動機等に使用される
電食防止転がり軸受においては、ハウジングや軸からの
洩れ電流が軸受の転動体と軌道輪との間に流れて電食が
生じる現象を防止するために、ハウジングや軸と嵌合す
る軌道輪（外輪，内輪）のうちの少なくとも一方の軌道
輪の嵌合面に、電気絶縁性の被膜（絶縁被膜）を設け
て、外部からの電流を遮断することが行われている。

【０００３】従来のこの種の電食防止転がり軸受の絶縁
被膜として、例えば実用新案第２５７４４０３号公報に
開示されているように、ポリフェニレンサルファイド樹
脂（以下、ＰＰＳ樹脂という）とガラス繊維等の強化繊
維とゴム等の弾性体により形成したものが知られてい
る。このものは、ＰＰＳ樹脂をガラス繊維で強化するこ
とにより耐クリープ強度を得ると共に、弾性体により耐
衝撃性を得ようとしたものである。耐クリープ強度が低
いと、使用軸受の時間経過とともに絶縁被膜の肉厚が減
少するから、締め代を一定に保ことができず、絶縁性能
の劣化をきたすことになる。

【０００４】また、本出願人に係る特開平７−３１０７
４８号公報には、ガラス繊維と高熱伝導性の充填材とを
含有したＰＰＳ樹脂又は芳香族あるいは脂肪族のポリア
ミド樹脂により形成したものが開示されている。こちら
は、ＰＰＳ樹脂又はポリアミド樹脂をガラス繊維により
強化して耐クリープ強度を得ると共に、高熱伝導性の充
填材の添加で軸受内に発生する熱を外部へ放散させるこ
とにより温度上昇を防止しようとしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鉄道車
両用の電食防止転がり軸受に対する要望は従来より一段
と厳しくなっている。特に、近年の鉄道車両の高速化に
伴って、車軸を支承する軸受の発熱量が増大して温度が
上昇する傾向にあり、これがグリースの劣化，潤滑不良
をまねいて軸受寿命の低下をきたすことを考慮すると、
軸受内の熱を放散させて軸受温度の上昇を抑制する必要
がある。

【０００６】また、環境温度の点でも過酷な条件下にさ
らされることが多く、特に寒冷地では低温のために比較
的軽い衝撃でも転がり軸受の電食防止被膜に割れが発生
して脱落してしまい、絶縁性が失われるおそれもある。
こうした見地からみると、実用新案第２５７４４０３号
公報に開示のものは、軸受内の熱を放散させる機能につ
いてなんらの考慮もなされておらず、したがって鉄道車
両の高速化に対応するには不十分といわざるを得ない。

【０００７】一方、特開平７−３１０７４８号公報に開
示のものは、熱放散の点には対応しているが、例えば低
温環境下での耐衝撃性の点で、なお改良の余地がある。
そこで、本発明は、このような従来技術の未解決の課題
に着目してなされたものであり、優れた電気絶縁性は勿
論のこと、加えて軸受の回転による発熱をハウジング等
を介して外部へ速やかに放散させ得る熱伝導性及び寒冷
時の使用やメンテナンス作業時に受ける衝撃にも十分に
耐えうる耐衝撃性をも備えた長寿命且つ頑丈な電食防止
転がり軸受を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に係る本発明は、内外輪の少なくとも一
方と相手部材との嵌合面を覆う絶縁被膜が、ＰＰＳ樹脂
と、その樹脂の強化に貢献する繊維材〔Ａ〕と、熱伝導
率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で且つ比抵抗が１０¹⁰Ω・ｃｍ
以上の充填材〔Ｂ〕とを含む電食防止転がり軸受におい
て、前記繊維材〔Ａ〕と前記充填材〔Ｂ〕との合計〔Ａ
＋Ｂ〕が４０〜８０重量％で、且つ更に弾性体材料
〔Ｃ〕を１〜１０重量％含有することを特徴とする。

【０００９】ここに、前記〔Ａ＋Ｂ〕が４０重量％未満
であると、絶縁被膜の耐クリープ性，絶縁性，熱伝導性
が満足されない。一方、〔Ａ＋Ｂ〕が８０重量％を越え
ると、成形性が悪化する。例えば、射出成形時の樹脂と
樹脂の接合個所であるウエルド部の強度が弱くなり、そ
こから割れが発生したりする。

【００１０】また、弾性体材料〔Ｃ〕が１重量％未満で
は絶縁被膜の落下強度が不足し、１０重量％を越えると
溶融粘度が上昇して成形性が悪化する。本発明の電食防
止ころがり軸受は、絶縁被膜の樹脂にＰＰＳを使用する
ことにより優れた耐熱性, 耐薬品性が得られる。また、
強化繊維材〔Ａ〕により強度的に優れた絶縁被膜を有す
る軸受となる。

【００１１】また、高熱伝導性の充填材〔Ｂ〕を配合す
ることにより、軸受内の発熱をハウジング等へ放熱させ
て軸受寿命の低下を防止できる。当該高熱伝導性の充填
材はＰＰＳ樹脂の強度を低下させるが、それを補うため
弾性体材料〔Ｃ〕を配合することにより、強度, 耐衝撃
性を向上させた電食防止ころがり軸受とすることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、一実施形態例の転がり軸
受の半断面図で、外輪１と内輪２と転動体３と保持器４
とからなり、その外輪１の外面、すなわち外周面及び側
面を覆って絶縁被膜５が形成されている。

【００１３】図示の絶縁被膜５は、樹脂材料として直鎖
型ＰＰＳ樹脂を、強化繊維材〔Ａ〕として非導電性ガラ
ス繊維を、高熱伝導性を有する充填材〔Ｂ〕としてはア
ルミナを、弾性体材料〔Ｃ〕にはエチレン・ブロピレン
・ジエン三元重合体（ＥＰＤＭ）を用いて混合したもの
を材料としている。それらの混合割合は、ガラス繊維量
が１０〜３０重量％、アルミナ粒子量が３０〜５０重量
％、そしてＥＰＤＭが１〜１０重量％で、三者を合計し
た重量割合は７０％以内とし、残部はＰＰＳ樹脂であ
る。

【００１４】なお、弾性体材料〔Ｃ〕としては、ＥＰＤ
Ｍに代わりブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）
やスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を用いることがで
きる。また、樹脂材料として、直鎖型ＰＰＳ樹脂に代わ
り芳香族または脂肪族のポリアミド樹脂を用いることも
できる。また、強化繊維材〔Ａ〕として、非導電性ガラ
ス繊維に代わりセラミックス繊維，岩石繊維，スラグ繊
維などの他の無機繊維を用いることもできる。

【００１５】また、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で且
つ比抵抗が１０¹⁰Ω・ｃｍ以上の充填材〔Ｂ〕について
も、アルミナに代わり炭化ケイ素，窒化アルミニウム，
ベリリア，窒化ホウ素などの粉体や繊維等を用いること
ができる。前記絶縁被膜５の製作方法は次の通りであ
る。上記の混合材料を、射出成形により、外輪１の外周
面（ハウジングが嵌合される面）および両端面に連続し
て付着させる。

【００１６】予め各材料を、ブレンダやへンシェルミキ
サ等により混合して二軸押出機に供給し、材料ペレット
を得る。次に、外輪１の外側に絶縁被膜の厚さを見込ん
で形成した金型を射出成形機に設置し、外輪１と金型と
の間の空間に、前記ペレットを溶融した材料を射出す
る。所定の時間冷却した後、金型を開いて外輪１と絶縁
被膜５を有する成形品を取り出す。

【００１７】以下に、本発明の効果を確認すべく行った
比較試験について述べる。試験体の電食防止転がり軸受
に形成した絶縁被膜５の材料組成を表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】実施例の電食防止転がり軸受については、
その絶縁被膜５の材料組成を、ガラス繊維を２０重量
％，アルミナを４０重量％，ＥＰＤＭを５重量％とし
た。比較例の電食防止転がり軸受は、材料のガラス繊
維，アルミナ，ＥＰＤＭの量を表１に示すように種々に
変えた絶縁被膜とした。こうして得られた各種の試験体
について、耐クリープ性，絶縁性，熱伝導性，成形性，
落下強度などの評価項目をたてて試験を行った。

【００２０】試験方法は次の通り行った。前記のように
して製作した厚さ１ｍｍの絶縁被膜５を備えた電食防止
転がり軸受（内径７５ｍｍ，外径１６０ｍｍ，幅３７ｍ
ｍ）をハウジングに圧入し、軸受内に所定量（軸受空間
の約２５％）のグリースを封入した軸受を、以下の試験
の試験体として用いた。

【００２１】表１に、特性評価試験の結果を併記した。
表１の各評価項目について説明する。耐クリープ性の評価耐クリーブ性は、ハウジングに嵌合した外輪１が、長時
間経過後もそのハウジング内でがたつかないようにする
のに重要である。すなわち、電食防止転がり軸受は使用
時に比較的高温にさらされることが多く、その場合は絶
縁被膜５を構成する樹脂材料がハウジング内周面から加
えられる押圧力によりクリープして側方に逃げ、絶縁被
膜５の厚さ寸法が減少する傾向になる。この厚さ寸法減
少量が多くなると、ハウジングの内側で外輪１ががたつ
き、電食防止転がり軸受を組み込んだ回転支持部で異音
や振動が発生する。また、ハウジングに対し外輪１が回
転して絶縁被膜５の外周面が摩耗し、一層がたつきが大
きくなる等の不具合が生じる。

【００２２】そこで、上記試験体を締め代３０μｍでハ
ウジングに圧入したものを、１００℃の雰囲気下で１０
０時間放置し、放置前後の寸法変化量を測定して耐クリ
ープ性の評価を行った。その変化量が８μｍ以下であれ
ば合格（○）とし、８μｍを越えた場合は不合格（×）
とした。電気絶縁性の評価電気絶縁性は、転がり軸受の構成各部材の電食を防止す
るために重要である。そこで、上記被試験体の表面に付
着した水を拭き取った後、絶縁被膜５の外周面に金属製
の環体を装着し、この環体と外輪１との間の電気抵抗値
を測定することで電気絶縁性の評価を行った。抵抗値が
２０００ＭΩ以上を合格（○）とし、２０００ＭΩ未満
の場合は不合格(×）とした。

【００２３】熱伝導性の評価熱伝導性は、電食防止転がり軸受の回転により発生する
熱が逃げにくくて軸受の温度が上昇すると、軸受内のグ
リースの劣化等が促進される結果、軸受寿命の低下など
の不具合を招くので、特に高速回転の場合には重要であ
る。ここでは、各充填材の組合せにより製作した被膜付
外輪と内輪, 保持器, 転動体を組み付け、その電食防止
転がり軸受を同一条件, 同一グリース及び封入量で回転
させた。その時の内輪部の温度を測定し、その最高温度
が１２０℃を越えたものは不合格（×）とし、１２０℃
以下のものは合格（○）とした。

【００２４】被膜成形性の評価被膜成形性が良好であると、絶縁被膜を射出成形により
低コストで形成することができることから、生産性向
上, コスト低減等のために重要である。そこで、射出成
形した上記試験体のウエルドやゲート部等におけるボイ
ド, 割れ等の有無, 絶縁被膜の表面状態を観察して被膜
成形性を評価した。それらのボイド, 割れ等が無いもの
を合格（○）とし、被膜表面の粗悪なものを不合格
（×）とした。

【００２５】落下強度の評価電食防止ころがり軸受は、軸受の取り付け, 取り外し時
やメンテナンス時において樹脂被膜部をハウジング等へ
ぶつけたり、また、不注意により落下させるおそれがあ
る。そこで, 被膜形成した外輪を作業時において想定さ
れる高さ１００ｃｍより落下させ、樹脂部に割れ, ひび
が発生しなかったものを合格（○）とし、割れ, ひびが
発生したものを不合格（×）とした。

【００２６】表１から明らかなように、本発明の実施例
は、絶縁被膜軸受に必要な耐クリープ性, 絶縁性, 熱伝
導性，成形性, 落下強度の全ての項目において合格し
た。落下強度試験の結果を図２のグラフに示す。横軸の
目盛りは、弾性体材料〔Ｃ〕であるＥＰＤＭの含有量
（重量％）、縦軸の左欄は落下不良率（１００ｃｍの高
さより落下させた時の樹脂部の割れ, ひび発生率
％）、縦軸の右欄は成形不良率（充填不足発生率％）
である。

【００２７】この図２の結果から、弾性体材料〔Ｃ〕の
含有量が１〜１０重量％の範囲内であれば、落下不良率
０．７％以下、成形不良率０．６％以下を保持できるこ
とがわかる。また、同含有量を４〜７重量％の範囲内と
すれば、落下不良率及び成形不良率の両特性とも殆ど０
にすることができる。なお、上記実施の形態では、絶縁
被膜を外輪の外周面と側面とに形成した場合を説明した
が、使用態様に応じて内輪の内周面と側面とに形成して
もよく、あるいは内外両輪に形成してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る本
発明の電食防止転がり軸受によれば、耐クリープ性, 絶
縁性, 熱伝導性, 成形性そして落下強度のいずれにも優
れた絶縁被膜が得られるから、例えば鉄道車両用電動機
の軸受などのような高速回転で高温下にさらされる使用
条件の下でも、また寒冷時の使用やメンテナンス作業の
取扱いにおいても、常に安定した性能が保証できるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電食防止ころがり軸受の半断面図であ
る。

【図２】本発明の電食防止ころがり軸受における、弾性
体材料〔Ｃ〕量と落下強度及び成形性との関係を表した
実験結果の図である。

【符号の説明】

１外輪２内輪３転動体４保持器５絶縁被膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内外輪の少なくとも一方と相手部材との
嵌合面を覆う絶縁被膜が、ＰＰＳ樹脂と、その樹脂の強
化に貢献する繊維材〔Ａ〕と、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上で且つ比抵抗が１０¹⁰Ω・ｃｍ以上の充填材
〔Ｂ〕とを含む電食防止転がり軸受において、前記繊維材〔Ａ〕と前記充填材〔Ｂ〕との合計〔Ａ＋
Ｂ〕が４０〜８０重量％で、且つ更に弾性体材料〔Ｃ〕
を１〜１０重量％含有することを特徴とする電食防止転
がり軸受。