JP2004360823A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軌道輪と転動体に一般的な鋼材を用いつつも特別な絶縁処理をすることなく、しかも導電性シールを用いることなく、電蝕による軌道輪の軌道面や転動体表面の損傷を防止する。
【解決手段】外輪１１と内輪１２との間に保持器１４を介して複数の転動体１３が周方向に転動可能に配設された転がり軸受１０において、保持器１４の少なくともポケット部１５の周囲に、内輪１２（回転側）から転動体１３を介して外輪（固定側）１１へ軸電流が流れる際に生じる該転動体１３周りの磁束変化に対し、この磁束変化を妨げる向きに起電力を生じることが可能な比透磁率を有する磁性体１６を配置する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータやファン等に用いられる転がり軸受に関し、特に、インバータ装置やチョッパ制御装置によって駆動されたり、ベルト掛けにより回転伝達されたり、軸流ファンのようにモータの回転部材に直接羽根を付けていたりするなど、回転側部材に高い軸電圧が発生するモータやアイドラプーリの主軸や、鉄道車両用駆動モータのように回転側部材が接地され、固定側部材から回転側部材を介して電流が流れる可能性のあるモータの主軸に好適に用いられる電蝕防止型の転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ装置やチョッパ制御装置によって駆動されるインダクションモータやＤＣモータ等においては、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）駆動による通電が行われることが多く、その制御性や効率を高めていくために、年々スイッチング速度の高速化や、印加電圧の高電圧化が図られている。一方、回転伝達のためにベルト掛けされるモータやアイドラプーリにおいては、ベルトとプーリの摩擦により静電気が発生する。また、軸流ファンのように回転部材に直接羽根が付いているモータにおいては、羽根と空気の摩擦により静電気が発生する。
【０００３】
従って、インバータ駆動やベルト掛けにより回転伝達されるモータやアイドラプーリ、軸流ファンなどは回転部材が帯電しやすく、軸電圧が高くなる傾向にある。このため、転がり軸受の軌道輪と転動体との間に形成されている油膜が絶縁破壊し、瞬間的に軸電圧が放電されることで、パルス状の電流が流れる現象が生じやすくなっており、それに伴い、軌道輪の軌道面や転動体表面に電蝕による損傷が生じるという問題がある。
【０００４】
また、鉄道車両駆動用モータにおいては、回転側部材が減速機と車輪、レールを介して常に接地されている一方、モータを駆動するためにステータ巻線に印加する交流電圧により、ステータ巻線とステータの間に存在する浮遊容量を介してモータの固定側部材の電位も上昇したり変動したりするため、主軸に用いられる転がり軸受の軌道輪と転動体をパルス状あるいは交流状の電流が流れる現象が生じやすくなっており、それに伴い軌道輪の軌道面や転動体の表面に電蝕が生じるという問題がある。
【０００５】
そこで、従来においては、内輪或いは外輪に絶縁層をコーティングするか（例えば特許文献１参照）、内輪或いは外輪にポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂を巻くか、又は窒化珪素を主体としたセラミック製の転動体を組み込む（ 例えば特許文献２参照）等して絶縁することで、電蝕による損傷を防止するようにした技術が提案されている。
一方、接触式ゴムシールを有する転がり軸受においては、絶縁することで電蝕による損傷を防止するのではなく、ゴムの材質に導電性を持たせて軌道輪間を電気的に導通させることで電蝕による損傷を防止する技術が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１−２４２８２３号公報
【特許文献２】
特開平７−１２１２９号公報
【特許文献３】
実開平５−３０５６０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載のように、内輪或いは外輪に絶縁層をコーティングした転がり軸受においては、軸、ハウジングへの挿入時や経時変化等によるクリープにより絶縁層が欠けてしまうと電蝕による損傷を防止することができなくなる。
また、内輪或いは外輪に樹脂を巻いた転がり軸受では、内輪の内径部或いは外輪の外径部全体に一様の厚さで樹脂を巻く必要があるため、精度の面において転がり軸受としての機能が損なわれてしまう場合がある。
【０００８】
更に、上記特許文献２に記載のように、セラミック製の転動体を組み込んだ転がり軸受では、絶縁性に優れており電蝕による損傷を防止する効果があるが、転動体の製法として一般的に用いられる加圧焼結法により製造されたセラミック製転動体は高価であり、しかも、表面密度が非常に密であるため油膜形成条件の厳しい環境（静止状態で振動を受ける環境）では、物理的に凝着を発生する可能性がある。
【０００９】
一方、上記特許文献３に記載のように、導電性ゴムシールを介して軌道輪間を電気的に導通させた転がり軸受では、ゴムシールを回転側の軌道輪に摺接させる必要があるため、回転速度の低い用途に限定されてしまう。また、工作機械の主軸等に用いられるアンギュラ玉軸受等、シールを用いない転がり軸受には適用することができない。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、軌道輪と転動体に一般的な鋼材を用いつつも特別な絶縁処理をすることなく、しかも導電性シールを用いることなく、電蝕による軌道輪の軌道面や転動体表面の損傷を防止することができる転がり軸受を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、一対の軌道輪の間に保持器を介して複数の転動体が周方向に転動可能に配設された転がり軸受において、前記保持器の少なくともポケット部の周囲に、前記一対の軌道輪の内の一方の軌道輪から前記転動体を介して他方の軌道輪へ電流が流れる際に生じる該転動体周りの磁束変化に対し、この磁束変化を妨げる向きに起電力を生じることが可能な比透磁率を有する磁性体を配置したことを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、前記保持器の少なくともポケット部の周囲に配置された磁性体により、前記一対の軌道輪の内の一方の軌道輪から前記転動体を介して他方の軌道輪へ電流が流れる際に生じる該転動体周りの磁束変化に対し、この磁束変化を妨げる向きに起電力を生じさせ、該転動体のインピーダンスを高めることで、急激な放電を緩和したり、交流状の電流が流れるのを抑制したりすることができ、これにより、軌道輪と転動体に一般的な鋼材を用いつつも特別な絶縁処理をすることなく、しかも導電性シールを用いることなく、電蝕による軌道輪の軌道面や転動体表面の損傷を防止することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記磁性体が前記保持器と別体とされて該保持器に埋設されていることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１において、前記保持器が、粉末化した磁性体が混合された成形体であることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記保持器は軸方向に分割されて分割位置で互いに結合可能とされていることを特徴とする。請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記保持器の少なくともポケット部の内周部を樹脂で覆ったことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態である転がり軸受を説明するための要部断面図、図２は本発明の第２の実施の形態である転がり軸受を説明するための要部断面図、図３は図２の転がり軸受に組み込まれる保持器を示す図である。
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態である転がり軸受を説明すると、この転がり軸受１０は、外輪１１と内輪１２との間に複数の転動体１３が保持器１４を介して周方向に転動可能に配設されたアンギュラ玉軸受である。
保持器１４はポリアミド等の樹脂により成形されたもので、転動体１３を保持するポケット部１５の周囲には比透磁率の高い磁性体としての円環状フェライト１６がポケット部１５の全周を囲むように埋設されている。
【００１４】
円環状フェライト１６は、例えば内輪（回転側）１２から転動体１３を介して外輪（固定側）１１へ軸電流が流れる際に生じる転動体１３周りの磁束変化に対し、この磁束変化を妨げる向きに起電力を生じることが可能な磁性体であり、これにより、転動体１３のインピーダンスを高めることで、急激な放電を緩和したり、交流状の電流を抑制したりすることができるので、外輪１１、内輪１２及び転動体１３に一般的な鋼材を用いつつも特別な絶縁処理をすることなく、しかも導電性シールを用いることなく、電蝕による外輪１１及び内輪１２の軌道面や転動体１３表面の損傷を防止することができる。
【００１５】
なお、アンギュラ玉軸受は、組み立ての際に、保持器１４と転動体１３、内輪１２を同時に外輪１１に組み込むため、保持器１４を軸方向に分割する必要がない。そのため、本実施の形態では、一体成形の保持器１４としている。
また、アンギュラ玉軸受に限らず、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受等、保持器を軸方向に分割する必要のない転がり軸受においては、本実施の形態と同様に一体成形の保持器を用いるのがよい。
【００１６】
更に、本実施の形態では、円環状のフェライト１６を保持器１４のポケット部１５の周囲に沿って埋設しているが、ころ軸受やニードル軸受等のように球状ではない転動体を用いる転がり軸受においては、円環状の磁性体ではなく、長方形、台形等、転動体（ポケット部）の形状に応じた環状の磁性体を埋設するのが好ましい。
【００１７】
更に、本実施の形態では、保持器１４のポケット部１５の周囲にのみ磁性体を埋設しているが、これに代えて、フェライト樹脂等に代表される粉末化した磁性体を樹脂等のバインダー（結合剤）と混ぜ合わせた材質で保持器全体を成形しても同様の作用効果が得られる。この場合、保持器の強度を上げるためにフィラー（繊維状の補強材）を混入するのが好ましい。
【００１８】
次に、図２及び図３を参照して、本発明の第２の実施の形態である転がり軸受を説明する。
この転がり軸受２０は、外輪２１と内輪２２との間に複数の転動体２３が保持器２４を介して周方向に転動可能に配設された深溝玉軸受である。
保持器２４は、図３に示すように、転動体２３を保持するポケット部２５の中心から軸方向にずれた位置で軸方向に二分割されて各ポケット部２５間の柱部で互いに凹凸状のラッチ嵌合２６により結合される幅狭の第１の保持器分割体２７と幅広の第２の保持器分割体２８とを備えている。
【００１９】
第１の保持器分割体２７及び第２の保持器分割体２８は、共にフェライト樹脂等に代表される粉末化した磁性体を樹脂等のバインダー（結合剤）及びフィラーと混ぜ合わせた材質で一体に成形されており、前記フェライト樹脂は例えば内輪（回転側）２２から転動体２３を介して外輪（固定側）２１へ軸電流が流れる際に生じる転動体２３周りの磁束変化に対し、この磁束変化を妨げる向きに起電力を生じることが可能な磁性体である。
【００２０】
従って、第１の保持器分割体２７と第２の保持器分割体２８とをラッチ嵌合２６により一体に結合した際に、フェライト樹脂がポケット部２５の周囲で磁気的に環状結合することになり、これにより、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
因みに、深溝玉軸受は、組み立ての際に、転動体を内輪と外輪に組み込んだ後に保持器を組み込む必要がある。一般的には、鉄板を波型にプレス打ち抜きした保持器部品を２個用いて、転動体を包む形で軸方向の両端面から組み合わせ、お互いを加締め或いはリベットを打つことにより結合して保持器を形成するか、或いは、円環の一部が欠けた略Ｃ字状のポケット部を有する冠型の保持器を樹脂で成型し、円環の一部が欠けた部分から転動体に挿入することで保持器を形成している。
【００２１】
従って、本実施の形態では、上述したように、軸方向に二分割されて各ポケット部２５間の柱部で互いに凹凸状のラッチ嵌合２６により結合される第１の保持器分割体２７と第２の保持器分割体２８とを備えたフェライト樹脂製の保持器としている。
また、深溝玉軸受に限らず、接触角の小さいアンギュラ玉軸受等、組み立ての際に、転動体を内輪と外輪に組み込んだ後に保持器を組み込む必要がある転がり軸受においては、本実施の形態のように分割型の保持器を用いるのがよい。
【００２２】
なお、本実施の形態においては、第１の保持器分割体２７と第２の保持器分割体２８とを凹凸状のラッチ嵌合２６により結合した場合を例に採ったが、これに代えて、リベットやねじ等の他の結合手段を用いて第１の保持器分割体２７と第２の保持器分割体２８とを結合してもよい。
また、ラッチの形状は本実施の形態で示した形状に限定されるものではなく、第１の保持器分割体２７と第２の保持器分割体２８とが互いに嵌合するものであればどのような形状のものでもよい。
【００２３】
更に、本実施の形態では、転動体２３の公転に伴って保持器２４が公転する際に、保持器２４を分割する軸方向部位を転動体２３が押してしまうことでラッチ嵌合２６が破断することのないように、ポケット部２５の中心（保持器２４の軸方向の中央部）から軸方向にずれた位置で保持器２４を軸方向に二分割して幅狭の第１の保持器分割体２７と幅広の第２の保持器分割体２８としているが、回転速度が遅いか、或いは第１の保持器分割体２７と第２の保持器分割体２８とを互いに同一形状にしたい場合等は、保持器２４を軸方向の中央部で二分割してもよい。
【００２４】
更に、本実施の形態では、フェライト樹脂で保持器２４を成形することにより保持器全体を磁性体にしているが、これに代えて、上記第１の実施の形態のように、保持器２４のポケット部２５の周囲にのみ磁性体を埋設し、第１の保持器分割体２７と第２の保持器分割体２８とをラッチ嵌合２６した際にポケット部２５の周囲で磁気的に環状結合する構造を採用した場合にも上記第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２５】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記各実施の形態では、磁性体の材質としてフェライトを用いたが、電流変化が生じた際に生じる転動体周りの磁束変化に対し、この磁束変化を妨げる向きに起電力を生じ、転動体のインピーダンスを高めることが可能な材質であれば特に限定されず、他の磁性材料を用いてもよい。
【００２６】
また、上記各実施の形態において、磁性体が摩耗、欠損等により保持器から欠落し、内外輪と転動体との間に噛み込んで内外輪あるいは転動体を損傷することのないように、少なくとも転動体と接触する保持器のポケット部内周面を、樹脂等の軟質或いは摺動性のよい材質で覆うようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、保持器の少なくともポケット部の周囲に、一対の軌道輪の内の一方の軌道輪から転動体を介して他方の軌道輪へ電流が流れる際に生じる該転動体周りの磁束変化に対し、この磁束変化を妨げる向きに起電力を生じることが可能な比透磁率を有する磁性体を配置しているので、軌道輪と転動体に一般的な鋼材を用いつつも特別な絶縁処理をすることなく、電蝕による軌道輪の軌道面や転動体表面の損傷を防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である転がり軸受を説明するための要部断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である転がり軸受を説明するための要部断面図である。
【図３】図２の転がり軸受に組み込まれる保持器を示す図であり、（ａ）は径方向から見た図、（ｂ）は軸方向から見た図である。
【符号の説明】
１０…転がり軸受
１１…外輪（軌道輪）
１２…内輪（軌道輪）
１３…転動体
１４…保持器
１５…ポケット部
１６…円環状フェライト（磁性体）

Claims (5)

1. 一対の軌道輪の間に保持器を介して複数の転動体が周方向に転動可能に配設された転がり軸受において、
   前記保持器の少なくともポケット部の周囲に、前記一対の軌道輪の内の一方の軌道輪から前記転動体を介して他方の軌道輪へ電流が流れる際に生じる該転動体周りの磁束変化に対し、この磁束変化を妨げる向きに起電力を生じることが可能な比透磁率を有する磁性体を配置したことを特徴とする転がり軸受。
2. 前記磁性体が前記保持器と別体とされて該保持器に埋設されていることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
3. 前記保持器が、粉末化した磁性体が混合された成形体であることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
4. 前記保持器は軸方向に分割されて分割位置で互いに結合可能とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり軸受。
5. 前記保持器の少なくともポケット部の内周部を樹脂で覆ったことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の転がり軸受。

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