JP2006077944A - 電食防止用絶縁転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 外輪３の外径寸法を正確に規制でき、しかも、この外輪３をハウジングに組み込む際に、この外輪３の面取り部１０、１０のセラミック溶射層６ａに欠け等の損傷を生じにくい構造を実現する。
【解決手段】 上記外輪３の外周面及び軸方向両端面を、上記セラミック溶射層６ａにより被覆する。このセラミック溶射層６ａは、１本の溶射ノズル９により上記外周面及び軸方向両端面に連続して形成する事により、その膜厚を、両端縁部を除いて実質的に均等にする。この構成により、上記セラミック溶射層６ａの膜厚が、上記面取り部１０、１０部分で過大になる事を防止して、上記課題を解決する。
【選択図】 図３

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１〜５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形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５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、絶縁層であるセラミック溶射層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、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、上記セラミック溶射層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る事がなくなり、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。

ところで、従来の電食防止用絶縁転がり軸受の製造時に、上記外輪３の外周面及び軸方向両端面に上記セラミック溶射層６を形成する作業は、図６に示す様に行なっていた。即ち、回転軸７の周囲に上記外輪３を、マスキング治具８を介して支持し、外輪３の外周面及び軸方向両端面に、１本の溶射ノズル９からセラミックの溶滴を噴射する。この際、上記回転軸７を回転させつつ、この溶射ノズル９を図６の（ａ）位置、（ｂ）位置、（ｃ）位置で、それぞれ被加工面（外輪３の外周面及び軸方向両端面）に対し垂直方向に配置し、図６の矢印方向に移動させる。上記溶射ノズル９から噴射された、上記セラミックの溶滴は、上記外輪３の外周面及び軸方向両端面で固化して、上記セラミック溶射層６を形成する。

上述の様な方法により造られる、従来の電食防止用絶縁転がり軸受の場合、上記セラミック溶射層６の厚さが、図７に示す様に、外輪３の外周面及び軸方向両端面との連続部に存在する面取り部１０部分で、他の部分よりも厚くなる。この理由は、これら両面取り部１０、１０部分には、外周面のセラミック溶射層６を形成する為、図６の（ｂ）位置に配置された噴射ノズル９から噴射させる溶滴と、端面のセラミック溶射層６を形成する為、図６の（ａ）位置｛又は（ｃ）位置｝に配置された噴射ノズル９から噴射させる溶滴との両方が付着する為である。又、上記セラミック溶射層６のうち、上記外輪３の外周面を被覆した部分は（場合によっては更に軸方向両端面を被覆した部分も）、寸法精度確保の為に所定寸法にまで研摩するので、上記セラミック溶射層６のうちで上記両面取り部１０、１０部分の膜厚が他の部分に比べて大きくなる程度は、一層著しくなる。

セラミック溶射層６は、優れた絶縁性能を有する反面、硬くて脆い為、厚さ寸法が特に過大な部分が存在すると、上記外輪３を前記ハウジングに組み込む際に、何れか又は両方の面取り部１０、１０部分のセラミック溶射層６が欠け易いと言った問題がある。この部分のセラミック溶射層６の欠けは、温度上昇時に、セラミック溶射層６の膜厚の相違に伴う、上記外輪３の熱膨張の部分的な差によっても生じ得る。何れにしても、このセラミック溶射層６が欠ける事により生じた破片が、転がり軸受の内部等、可動部の内部に入り込むと、この可動部の耐久性を著しく低下させる原因となる。この為、電食防止用絶縁転がり軸受を組み込んだ各種機械装置の信頼性、耐久性を確保する為には、上記セラミック溶射層６に欠け等の損傷が発生する事を確実に防止する必要がある。

特許文献５に記載された発明の場合には、セラミック溶射層を金属層で覆う事により、このセラミック溶射層が欠ける事を防止する発明が記載されている。但し、この様な構造の場合には、製造コストが相当に嵩む事が避けられない。特許文献１にも、類似した発明が記載されている。又、この特許文献１には、セラミック溶射層のみで、剥離強度向上、密着性向上を図る事を意図した発明も記載されている。更に、特許文献２、３には、外輪の一部に基準面を設けて、この外輪の外周面及び軸方向両端面に形成するセラミック溶射層の膜厚管理を、容易に且つ正確に行なう事を意図した発明が記載されている。

但し、上記特許文献１〜３、５に記載された発明は、何れも、外輪の表面に形成したセラミック溶射層の膜厚が、外周面と軸方向両端面とが連続する面取り部で過大になる事を防止する事を意図していない。この為、この面取り部に膜厚が過大なセラミック溶射層が存在する事に伴う、欠け易い、寸法精度が悪くなる等の不都合を、必ずしも十分には解消できない。特許文献４には、外輪の表面の絶縁層のうち、外周面の絶縁層をセラミック溶射層とし、軸方向両端面の絶縁層を合成樹脂層とする技術が記載されている。但し、この様な特許文献４に記載された構造の場合、製造コストが嵩むだけでなく、合成樹脂層の耐圧縮強度は、セラミック溶射層の耐圧縮強度に比べて低い為、外輪に大きなアキシアル荷重が加わる様な状態での使用はできない。

特開２００２−４８１４５号公報 特開２００４−１３２３８５号公報 特開２００４−１４４１８４号公報 実開平５−４０６２２号公報 実公平６−２０３０号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、軌道輪のうちで相手部材に組み付ける部分の寸法を正確に規制でき、しかも、この軌道輪をこの相手部材に組み込む際に、この軌道輪の面取り部のセラミック溶射層に欠け等の損傷を生じにくい電食防止用絶縁転がり軸受を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、上記絶縁層の厚さが、この絶縁層がなくなる両端縁部を除いて実質的に均等である。

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、軌道輪のうちで相手部材に組み付ける部分の寸法を正確に規制できる。且つ、この軌道輪の面取り部に存在するセラミック製の絶縁層（セラミック溶射層）に就いても、膜厚が適正である為、この軌道輪を上記相手部材に組み込む際に、この軌道輪の面取り部のセラミック溶射層に欠け等の損傷を生じにくい。

本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、１対の軌道輪を、外周面に内輪軌道を設けた内輪と、内周面に外輪軌道を設けた外輪とする。そして、絶縁層であるセラミック溶射層により、何れかの軌道輪の周面と軸方向両端面とを被覆する。
この場合に、更に好ましくは、請求項３に記載した様に、絶縁層を設ける軌道輪を外輪とする。そして、この外輪の外周面と軸方向両端面とに、絶縁層であるセラミック溶射層を形成する。
この様に構成すれば、軌道輪の周面（特に外輪の外周面）及び軸方向両端面に、良質の絶縁層を形成できる。
尚、上記絶縁層の厚さは、請求項４に記載した様に、両端縁部を除く絶縁層に関して、最も厚い部分の厚さと最も薄い部分の厚さとの差が、最も厚い部分を基準として１０％以内、より好ましくは５％以内とする。

尚、上述の様なセラミック製の絶縁層は、例えば、次の様な方法により形成する。即ち、絶縁層であるセラミック溶射層を形成すべき軌道輪の表面うち、軌道面を形成した面をマスキング治具により覆う。そして、この状態で、この軌道面を形成した面を除いた残りの面に上記セラミック溶射層を、この軌道面を形成した面の片端縁側に連続する面から、この軌道面と反対側に存在する面を通り、この軌道面を形成した面の他端縁側に連続する面に向けて、連続して形成する。
この様にして、上記セラミック溶射層を形成すれば、上記軌道輪の周面（好ましくは外輪の外周面）と軸方向両端面とを、両端縁部を除いて厚さが均一なセラミック溶射層により覆う作業を容易に行なえる。

即ち、前述の図６に示した様な方法により軌道輪の表面にセラミック溶射層を形成した後、面取り部に存在する過大肉厚部を研摩等で仕上げ、後工程で最終的に均一な層にする事も可能である。但し、形状が複雑な面取り部に存在するセラミック溶射層を加工するには、特殊加工したダイヤモンド砥石等が必要になり、加工コストが嵩む事が避けられない。これに対して、上述の様な方法によりセラミック溶射層を形成すれば、この様なコストが嵩む仕上加工が不要になるか、施す場合でも簡略にできる。

この場合に好ましくは、上記セラミック溶射層を形成する為のセラミックの粉末として、アルミナ若しくはアルミナを主成分とするものを使用する。又、この粉末の粒子を、２５〜２００μｍとする。
この様な粉末を使用すれば、良質のセラミック溶射層を低コストで造れる。即ち、溶射に伴って軌道輪の表面に形成されるセラミック溶射層の表面粗さを良好にして、相手部材と嵌合する周面（好ましくは外輪の外周面）に仕上加工を施す必要をなくすか、仕上加工行なう場合でも取代を小さく抑えられる。この結果、完成状態でのセラミック溶射層の厚さを実質的に均一にする事が容易になる。そして、製造コストを抑えつつ、電食防止用絶縁転がり軸受を、ハウジング等の相手部材に嵌合する際に、上記セラミック溶射層に欠け等の損傷が発生する事を防止できる。又、このセラミック溶射層の膜厚が実質的に均一になる結果、使用中の温度上昇に伴う、このセラミック溶射層により被覆された軌道輪の膨張量がほぼ均一になる為、このセラミック溶射層に曲げ等の力が加わりにくくなり、この面からも、このセラミック溶射層の損傷防止を図れる。

図１〜３は、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に、絶縁層であるセラミック溶射層６ａを形成している。このセラミック溶射層６ａの厚さは、図２に示す様に、上記外輪３の外周面及び軸方向両端面との連続部に存在する面取り部１０部分を含めて、実質的に均一である。即ち、上記セラミック溶射層６ａの膜厚は、上記外輪３の軸方向両端面を覆う部分の内周縁部の膜厚が端縁に向け漸減している点を除き、上記外周面と、上記軸方向両端面と、上記両面取り部１０、１０部分を含めて、実質的に均一である。

上述の様に構成する本実施例の電食防止用絶縁転がり軸受の場合には、ハウジングに内嵌固定する際の嵌合面となる、上記外輪３の外周面の直径を正確に規制できる。且つ、この外輪３の面取り部１０、１０に存在するセラミック溶射層６ａに就いても、膜厚が適正である為、上記外輪３を上記ハウジングに組み込む際に、この外輪３の面取り部１０、１０のセラミック溶射層６ａに欠け等の損傷を生じにくい。即ち、このセラミック溶射層６ａの膜厚をほぼ均一にする事により、上記外輪３を上記ハウジングに圧入する際の衝撃或は剪断抵抗等による損傷や、使用中の温度上昇に伴う、熱膨張量の不均一による損傷を防止できる。この結果、セラミックの破片が可動部に入り込む事によるこの可動部の損傷を防止すると共に、上記電食防止用絶縁転がり軸受の絶縁性を確保できる。

この様なセラミック溶射層６ａを形成する為に本実施例の場合には、図３に示す様に、回転軸７の周囲に上記外輪３を、マスキング治具８を介して支持し、外輪３の外周面及び軸方向両端面に、１本の溶射ノズル９からセラミックの溶滴を噴射する。この際、上記回転軸７を回転させつつ、この溶射ノズル９を図３の矢印方向に移動させる。即ち、この溶射ノズル９を、上記外輪３の外周面及び軸方向両端面を倣う様に往復移動させる事で、これら外周面及び軸方向両端面に上記セラミックの溶滴を、連続的に吹き付ける。上記１本の溶射ノズル９から噴射されたこのセラミックの溶滴は、上記外輪３の外周面及び軸方向両端面で固化して、上記セラミック溶射層６ａを形成する。本実施例の場合には、この様にして、このセラミック溶射層６ａを形成する事により、上記外輪３の外周面と軸方向両端面とを、両端縁部を除いて厚さが均一なセラミック溶射層６ａにより覆っている。

又、本実施例の場合には、上記セラミック溶射層６ａを形成する為のセラミックの粉末として、アルミナ若しくはアルミナを主成分とするものを使用している。又、この粉末の粒子を、２５〜２００μｍとしている。本実施例の場合には、この様な粉末を使用しているので、良質のセラミック溶射層６ａを低コストで造れる。即ち、溶射に伴って上記外輪３の表面に形成されるこのセラミック溶射層６ａの表面粗さを良好にできる。この為、前記ハウジングと嵌合する外周面に仕上加工を施す必要をなくすか、仕上加工を行なう場合でも取代を小さく抑えられる。この結果、完成状態でのセラミック溶射層６ａの厚さを実質的に均一にする事が容易になる。そして、製造コストを抑えつつ、電食防止用絶縁転がり軸受を、ハウジングに嵌合する際に、上記セラミック溶射層６ａに欠け等の損傷が発生する事を防止できる。又、このセラミック溶射層６ａの膜厚が実質的に均一になる結果、使用中の温度上昇に伴う、このセラミック溶射層６ａにより被覆された外輪３の膨張量がほぼ均一になる為、このセラミック溶射層６ａに曲げ等の力が加わりにくくなり、この面からも、このセラミック溶射層６ａの損傷防止を図れる。

図４は、本発明の実施例２を示している。本実施例は、外輪３の外周面及び軸方向両端面にセラミック溶射層６ａを形成する際に使用するマスキング治具８ａの構造を工夫する事により、上記外輪３の内周面と軸方向両端面との連続部に存在する内径側面取り部１１、１１に、上記セラミック溶射層６ａを形成し易くしている。即ち、上記外輪３と、この外輪３を内嵌固定するハウジングとの間の絶縁性を良好にする為には、上記両内径側面取り部１１にも、所定の厚さを有するセラミック溶射層を形成するのが好ましい場合がある。これに対して、上記両内径側面取り部１１、１１が小さい場合には、溶射ノズル９から噴射される溶滴がこれら両内径側面取り部１１、１１内に入り込まず、これら両内径側面取り部１１、１１の表面に、十分な膜厚を有するセラミック溶射層を形成できない可能性がある。

この様な問題に対処する為には、上記両内径側面取り部１１、１１の寸法を大きくする（例えば、外輪３の外径が１００〜２００mmの場合で３〜５Ｃ）事も考えられるが、寸法上の制約により、この様に大きな面取りを形成できない場合もある。これに対して本実施例の場合には、上記両内径側面取り部１１、１１に対向する部分に、凹部１２、１２を形成している。これら各凹部１２、１２のうち、上記外輪３により覆われない部分（この外輪３から露出している部分）は、この外輪３の軸方向端面から離れる程浅くなる（上記マスキング治具８ａの径方向に関して内側から外側に向けて直径が大きくなる）、断面円弧状の曲面としている。又、上記各凹部１２、１２のうち、上記外輪３により覆われている部分（この外輪３から露出していない部分）は、上記外輪３の軸方向端面から内側に入り込む程浅くなる、断面円弧状の曲面としている。そして、上記マスキング治具８ａが回転する事に伴う遠心力により上記各凹部１２、１２内に、矢印α、αで示す様な風の流れを惹起し、上記両内径側面取り部１１、１１内に、上記溶滴を含む空気の流れを送り込む様にしている。本実施例の場合には、この様な構成により、上記両内径側面取り部１１、１１の表面に、十分な膜厚を有するセラミック溶射層を形成できる様にしている。その他の構成及び作用は、前述した実施例１と同様である。

本発明の実施例１を示す半部断面図。 図１のＡ部拡大図。 実施例１のセラミック溶射層を形成する状態を示す半部断面図。 本発明の実施例２を示す、図３と同様の図。 従来構造の１例を示す半部断面図。 従来構造のセラミック溶射層を形成する状態を示す半部断面図。 図５のＢ部拡大図。

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、６ａ セラミック溶射層
７ 回転軸
８、８ａ マスキング治具
９ 溶射ノズル
１０ 面取り部
１１ 内径側面取り部
１２ 凹部

Claims (4)

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、この絶縁層の厚さが、この絶縁層がなくなる両端縁部を除いて実質的に均等である事を特徴とする電食防止用絶縁転がり軸受。
2. １対の軌道輪が、外周面に内輪軌道を設けた内輪と内周面に外輪軌道を設けた外輪とであり、絶縁層が、何れか軌道輪の周面と軸方向両端面とを被覆している、請求項１に記載した電食防止用絶縁転がり軸受。
3. 絶縁層を設ける軌道輪が外輪であり、この外輪の外周面と軸方向両端面とに、絶縁層であるセラミック溶射層を形成している、請求項２に記載した電食防止用絶縁転がり軸受。
4. 両端縁部を除く絶縁層に関して、最も厚い部分の厚さと最も薄い部分の厚さとの差が、最も厚い部分を基準として１０％以内である、請求項１〜３の何れかに記載した電食防止用絶縁転がり軸受。

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