JP2007292119A - 軸受、転動部材および転動部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低減することが可能な、絶縁層を有する軸受、転動部材および転動部材の製造方法を提供する。
【解決手段】軸受を構成する転動部材の形状に成形された基材としての外輪１を準備する工程と、絶縁処理工程とを備える。絶縁処理工程では、外輪１の表面の少なくとも一部に、絶縁性であって液状の高分子化合物を配置することにより、高分子化合物からなる絶縁層５を形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、軸受、転動部材および転動部材の製造方法に関し、より特定的には、絶縁層を有する軸受、転動部材および転動部材の製造方法に関する。

従来、軸受の軌道部材と転動体と接触部に電食が発生することを防止するため、軸受の外輪や内輪に樹脂やセラミックからなる絶縁層を形成した絶縁軸受が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１では、絶縁層として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を主成分としてこれにガラス繊維を所定割合で配合した樹脂材料を用いることが開示されている。また、絶縁層の形成方法として射出成形法が示唆されている。

また、別の方策として、転動体自体を絶縁性の材料、たとえばセラミック材料などにより構成することも提案されている。
特開２００４−３０８７３５号公報

上述のように、ＰＰＳを主成分として用いた樹脂材料やセラミックを用いた従来の絶縁軸受は、材料コストが高く、また、その絶縁層の製造にも射出成形や溶射などの工程を実施する必要があり、製造工程に要する時間が長くなると共に製造コストも増大するという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、製造コストを低減することが可能な、絶縁層を有する軸受、転動部材および転動部材の製造方法を提供することである。

この発明に従った転動部材の製造方法は、軸受を構成する転動部材の形状に成形された基材を準備する工程と、加工工程とを備える。加工工程では、基材の表面の少なくとも一部に、絶縁性であって液状の高分子化合物を配置することにより、高分子化合物からなる絶縁層を形成する。

このようにすれば、転動部材となるべき基材の表面に液状の高分子化合物を刷毛やスプレーで塗布する、あるいは基材を当該液状の高分子化合物に浸漬するといった簡単な手法により、基材表面に絶縁層を形成できる。このため、低コストで絶縁層を有する転動部材を製造することが出来る。

上記転動部材の製造方法において、加工工程は、基材の表面に液状の高分子化合物を塗布する工程を含んでいてもよい。この場合、基材の表面のうちの任意の箇所に高分子化合物を塗布することにより、基材の表面の任意の場所に絶縁層を形成できる。

上記転動部材の製造方法において、加工工程は、基材を液状の高分子化合物に浸漬する工程を含んでいてもよい。この場合、転動部材の全体を覆うような絶縁層を簡単に形成することが出来る。

この発明に従った転動部材は、上記転動部材の製造方法により製造されたものである。この場合、低コストな転動部材を得ることが出来る。

この発明に従った軸受は、軌道部材と、軌道部材に接触して配置される複数の転動体とを備える。軌道部材および転動体の少なくともいずれか一方は、上記転動部材である。この場合、絶縁層を有し、低コストで製造された転動部材を用いることにより、低コストな絶縁性を有する軸受（絶縁軸受）を実現できる。

上記軸受は、鉄道用車両に用いられることが好ましい。ここで、鉄道用車両のたとえばモータなどの電動機に組込まれる軸受として本発明の軸受を用いれば、軸受において電流が流れることを絶縁層によって防止できる。したがって、当該電流に起因して転動面において電食が発生することを確実に防止できる。そのため、低コストで軸受の耐久性が劣化することを抑制できる。

この発明によれば、軸受を構成する転動部材において低コストで絶縁層を形成できるので、転動部材および軸受の製造コストを低減することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明に従った軸受の実施の形態１を示す断面模式図である。図１を参照して、本発明に従った軸受の実施の形態１を説明する。

図１に示した軸受１０は、鉄道車両用車軸軸受として用いられる円筒ころ軸受であって、軌道部材としての外輪１および内輪２と、当該外輪１と内輪２との間に、保持器４により保持された複数の転動体としての円筒状のころ３と、外輪１の外周側に位置する絶縁層５とを備える。外輪１および内輪２はそれぞれ筒状の形状を有している。外輪１は、内輪２の外周側に内輪２を囲むように配置されている。外輪１の内周側にはころ３を案内するための溝が形成されている。複数のころ３は、互いに間隔を隔てた状態で保持器４により保持されている。絶縁層５は高分子化合物からなり、外輪１の外周側面を覆うように配置されている。

絶縁層５を構成する材料としては、軸受１０を構成する他の材料（たとえば軸受鋼）との摩擦係数が低い高分子化合物を用いることが好ましい。このように、外輪１の外周側面上に絶縁層５を配置するので、軸受１０を鉄道車両などの機器に組込んだとき、軸受１０の外輪と当該機器の他の部分との間を絶縁層５により電気的に絶縁することができる。したがって、軸受１０において内輪２、ころ３および外輪１を介して電流が流れることを防止できるので、ころ３と外輪１および内輪２との接触面（転走面）において電食などの発生の危険性を小さくできる。つまり、軸受の耐久性を向上させることができる。また、後述するように比較的低コストで絶縁層５を形成できるので、製造コストを低減した軸受１０（絶縁軸受）を得ることが出来る。

図２は、図１に示した軸受の製造方法を説明するためのフローチャートである。図２を参照して、図１に示した軸受の製造方法を説明する。

図２に示すように、本発明に従った軸受の製造方法では、まず準備工程（Ｓ１０）を実施する。準備工程（Ｓ１０）では、軸受１０を構成する転動部材としての外輪１の形状に成形された基材を準備する。外輪１を成形する方法としては、従来用いられていた任意の加工方法（プレス加工、切削加工、研磨加工など）を用いることができる。

次に、絶縁処理工程（Ｓ２０）を実施する。この加工工程としての絶縁処理工程（Ｓ２０）では、基材（ここでは外輪１の形状に成形された基材）の表面の少なくとも一部に、絶縁性であって液状の高分子化合物を配置することにより、高分子化合物からなる絶縁層５を形成する。ここでは、外輪１となるべき基材の外周側面を均等に覆うように絶縁層５を塗布する。また、ここでは高分子化合物として、たとえば製造コストを重視してポリエチレン（ＰＥ）樹脂を用いることができる。なお、ここで液状とは、樹脂などの高分子化合物が、基材の表面に塗布あるいは付着させることができる程度の粘度となっている状態を言い、一般的な液体状はもちろん、塗布可能な程度のゲル状の場合も含む。また、絶縁性の高分子化合物とは、たとえば一般的な樹脂（合成樹脂、ゴムなど）であって絶縁性を有するものであればよい。

このようにすれば、外輪１となるべき基材の表面に液状の高分子化合物を上述のように刷毛やスプレーで塗布する、あるいは基材を当該液状の高分子化合物に浸漬するといった簡単な手法により、基材表面に絶縁層５を形成できる。このため、低コストで絶縁層５を有する転動部材としての外輪１を製造することが出来る。

次に、後処理工程（Ｓ３０）を実施する。この後処理工程（Ｓ３０）では、上述のように塗布された液状の高分子化合物からなる絶縁層５を所定の硬度にするための固化工程を実施する。この固化工程では、使用した高分子化合物の種類に応じて任意の方法（たとえば加熱工程など）を用いることができる。この結果、図１に示した絶縁層５が形成された外輪１を得ることができる。

その後、別途準備された内輪２、ころ３、保持器４と上述した外輪１とを組立てることにより、図１に示した軸受１０を得ることができる。なお、内輪２、ころ３、保持器４の製造方法としては、従来用いられていた任意の方法を用いることができる。

上記軸受の製造方法において、絶縁処理工程（Ｓ２０）は、基材の表面に液状の高分子化合物を塗布している。このようにすれば、基材の表面のうちの任意の箇所（図１に示した外輪１となるべき基材の外周側面上のみ）に高分子化合物を塗布することにより、基材の表面の任意の一部分である基材の財集側面上のみに絶縁層を容易に配置できる。たとえば、軸受１０が組込まれる機器において、軸受と機器のハウジングなどとの接続部が軸受１０の外輪１の外周側面に限定されているような場合、当該外周側面に確実に絶縁層５を形成するとともに、軸受１０の他の部分に余分な絶縁層を形成しないようにできる。

上記軸受の製造方法において、たとえば外輪１の表面全体を絶縁層５で被覆したい場合には、絶縁処理工程（Ｓ２０）が、基材を液状の高分子化合物に浸漬する工程を含んでいてもよい。この場合、転動部材としての外輪１の全体を覆うような絶縁層５を簡単に形成することが出来る。そして、図２に示したような方法により製造された転動部材としての外輪１は、従来のように絶縁層を射出成形法で形成したり、転動部材自体をセラミックなどの絶縁体で形成する場合よりも低コストで製造できる。

図３は、図１に示した本発明に従った軸受の実施の形態１の第１の変形例を示す断面模式図である。図３を参照して、図１に示した本発明に従った軸受の実施の形態１の第１の変形例を説明する。

図３を参照して、軸受１０は、基本的には図１に示した軸受１０と同様の構造を備えるが、絶縁層５の配置が異なる。つまり、図３に示した軸受１０では、絶縁層５は転動部材としての内輪２の内周側面上に配置されている。この結果、軸受１０を鉄道車両などの機器に組込んだ際、内輪２と内輪２の内周側に位置する軸（車輪軸や電動機などの軸）との間を絶縁層５により電気的に絶縁することができる。したがって、図１に示した軸受１０と同様に、おいて内輪２、ころ３および外輪１を介して電流が流れることを防止できるので、電食などの発生の危険性を小さくできる。

また、図３に示した絶縁層５が内周側に配置された内輪２は、図１に示した絶縁層５が配置された外輪１と同様の製造方法（図２において説明した製造方法）を用いて製造することができる。したがって、図３に示した軸受１０も、図１に示した軸受と同様に比較的低コストで製造することができる。

図４は、図１に示した本発明に従った軸受の実施の形態１の第２の変形例を示す断面模式図である。図４を参照して、図１に示した本発明に従った軸受の実施の形態１の第２の変形例を説明する。

図４を参照して、軸受１０は、基本的には図１に示した軸受１０と同様の構造を備えるが、絶縁層５の配置が異なる。つまり、図４に示した軸受１０では、絶縁層５が転動部材としてのころ３を構成するころ本体７の外周を覆うように形成されている。このようにしても、図１および図３に示した軸受１０と同様の効果をえることができる。つまり、外輪１および内輪２と接触して配置される複数の転動体としてのころ３の外周を絶縁層５で覆うことにより、軸受１０を鉄道車両などの機器に組込んだとき、軸受１０において内輪２、ころ３および外輪１を介して電流が流れることを防止できる。したがって、軸受１０において電食などの発生の危険性を小さくできる。

また、図４に示した絶縁層５がその前面を覆うように被覆されたころ３は、図１に示した絶縁層５が配置された外輪１と同様の製造方法を用いて製造することができる。なお、ころ本体７の表面に刷毛などにより液状の高分子化合物としてのＰＥ樹脂を塗布してもよいが、ころ本体７を液状のＰＥ樹脂へ浸漬することで、絶縁層５を形成してもよい。このようにすれば、図４に示した軸受１０も、図１に示した軸受と同様に比較的低コストで製造することができる。

なお、絶縁層５を配置する場所としては、図１、図３および図４に示した位置に限られず、たとえば外輪１の内周面、内輪２の外周面（つまりころ３と接触する面）に絶縁層５を配置してもよい。また、外輪１や内輪２の表面全体を覆うように絶縁層５を配置してもよい。

また、絶縁層５を配置する場所は、１箇所に限られず、たとえば図１に示した軸受１０において、図３に示すように内輪２の内周側面上にも別の絶縁層を配置してもよい。つまり、１つの軸受１０において、複数箇所に絶縁層を配置してもよい。絶縁層５の配置場所としては、図１に示すような外輪１の外周側面、図３に示すような内輪２の内周側面といったように、軸受１０が組込まれる機器の当該機器側の部材との接触部や、軸受１０において、外輪１、内輪２、ころ３の互いに接触する部分（転走面）などが挙げられる。つまり、軸受１０において外輪１からころ３を介して内輪２にかけて電流が流れる通電経路となるいずれかの部分を電気的に絶縁するように、絶縁層５を配置することが好ましい。

また、絶縁層５を構成する、絶縁性を有する高分子化合物としては、特に軸受１０の外輪１、内輪２、ころ３などを構成する鋼（軸受鋼）との摩擦係数が小さい樹脂を用いることが好ましい。たとえば、塩化ビニル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂のうちのいずれか１つを用いることができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明に従った軸受の実施の形態２を示す断面模式図である。図５を参照して、本発明に従った軸受の実施の形態２を説明する。

図５を参照して、本発明に従った軸受１０は、複列（２列）の円錐ころ軸受であって、たとえば油圧ショベル用車軸に用いられる軸受である。図５に示した軸受１０は、軌道部材である外輪１および内輪２ａ、２ｂと、転動体である複数個の円すいころ１３ａ、１３ｂとを備えている。外輪１は内輪２ａ、２ｂの周囲に配置されている。円すいころ１３ａ、１３ｂは内輪２ａ、２ｂと外輪１の間に介在している。円錐ころ１３ａ、１３ｂは、内輪２ａ、２ｂの外周面に沿った方向において複数個が円周上に並ぶように配置されている。当該円周上において、円錐ころ１３ａ、１３ｂはその位置を決定するため保持器４ａ、４ｂにより保持されている。

外輪１は、内周面に複列の転走面１４ａ、１４ｂを有している。また、外輪１と内輪２ａ、２ｂとの間であって、転走面１４ａ、１４ｂを挟む位置にはシールリング１９ａ、１９ｂが設置されている。これにより、円すいころ１３ａ、１３ｂが保持されている空間と軸受１０の外部とが遮断されている。

図５に示した軸受１０では、外輪１の外周側面上に絶縁層５が配置されている。当該絶縁層５は、図１に示した軸受１０における絶縁層５と同様の材料によって構成してもよいが、軸受１０の使用される荷重が大きいなどの条件によって耐摩耗性を重視した場合には、絶縁層５としてアミド系樹脂により構成することが好ましい。このような構成によっても、図１に示した軸受１０と同様の効果を得ることができる。

また、図５に示した軸受１０は、基本的に図２に示した軸受の製造方法を用いて製造することができる。したがって、低コストで図５に示した軸受１０を製造することができる。

なお、図５に示した軸受１０では、外輪１の外周側面上に絶縁層５を配置したが、絶縁層５の配置は図５に示した位置に限られない。つまり、図５に示した軸受１０において、絶縁層５は、内輪２ａ、２ｂの内周側面上、内輪２ａ、２ｂの外周側面上、円錐ころ１３ａ、１３ｂの表面、外輪１の内周側面上など、軸受１０において外輪１から円錐ころ１３ａ、１３ｂを介して内輪２ａ、２ｂに電気が流れることを防止できれば、任意の位置に配置することができる。また、絶縁層５を構成する高分子化合物として、上述したアミド系樹脂に代えて、本発明の実施の形態１において説明した他の樹脂を用いてもよい。

（実施の形態３）
図６は、本発明に従った軸受の実施の形態３を示す断面模式図である。図６を参照して、本発明に従った軸受の実施の形態３を説明する。

図６を参照して、本発明に従った軸受１０は、深溝玉軸受であって、主電動機用の軸受である。図６に示した軸受１０は、軌道部材としての外輪１および内輪２と、当該外輪１と内輪２との間に、保持器４により保持された複数の転動体としての玉２３と、外輪１の外周側に位置する絶縁層５とを備える。外輪１および内輪２はそれぞれ筒状の形状を有している。外輪１は、内輪２の外周側に内輪２を囲むように配置されている。外輪１の内周側および内輪２の外周側には玉２３を案内するため転走面２４、２７となる溝が形成されている。複数の玉２３は、互いに間隔を隔てた状態で保持器４により保持されている。絶縁層５は高分子化合物からなり、外輪１の外周側面を覆うように配置されている。

図６に示された軸受１０は、主電動機用軸受であるため、比較的高温環境において使用される。したがって、絶縁層５を構成する材料としては耐熱性を重視してたとえばＰＴＦＥ樹脂を用いることが好ましい。このような構成によっても、図１に示した軸受１０と同様の効果を得ることができる。

また、図６に示した軸受１０は、基本的に図２に示した軸受の製造方法を用いて製造することができる。したがって、低コストで図６に示した軸受１０を製造することができる。

図７は、図６に示した本発明に従った軸受の実施の形態３の変形例を示す断面模式図である。図７を参照して、本発明に従った軸受の実施の形態３の変形例を説明する。

図７を参照して、軸受１０は、基本的には図６に示した軸受１０と同様の構成を備えるが、絶縁層５の配置が異なる。つまり、図７に示した軸受１０では、絶縁層５は玉２３を構成する玉本体２５の表面全体を覆うように配置されている。このような構成によっても、図６に示した軸受１０と同様の効果を得ることが出来る。

なお、図７に示した軸受１０の玉２３は、液状のＰＴＦＥ樹脂に玉本体２５を浸漬または吹き付けした後、その表面にＰＴＦＥ樹脂が付着した状態の玉２３を磁石などを用いて磁力により非接触の状体で保持することで、絶縁層５を固化させてもよい。このようにすれば、玉２３の表面の絶縁層５の厚みや状態を均一にすることができる。

なお、図６および図７に示した軸受１０では、外輪１の外周側面上または玉本体２５の表面に絶縁層５を配置したが、絶縁層５の配置は図６および図７に示した位置に限られない。つまり、図６に示した軸受１０において、絶縁層５は、内輪２の内周側面上、内輪２の外周側面上、外輪１の内周側面上など、軸受１０において外輪１から玉２３を介して内輪２に電気が流れることを防止できれば、任意の位置に配置することができる。また、絶縁層５を構成する高分子化合物として、上述したＰＴＦＥ樹脂に代えて、本発明の実施の形態１において説明した他の樹脂を用いてもよい。

なお、上述した実施の形態１〜３において、外輪１、内輪２、基材としてのころ本体７、基材としての玉本体２５の表面において絶縁層５を配置する部分について、絶縁層５の付着性を向上させるために、表面粗度をＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１ に規定する算術平均粗さ）で０．０５μｍ以上１．５μｍ以下、より好ましくは０．０５μｍ以上０．７μｍ以下とする。

また、上述した実施の形態１〜３において、絶縁層５を形成する場合に、一度液状の高分子化合物を外輪１、内輪２、基材としてのころ本体７、基材としての玉本体２５の表面に配置した後、当該液状の高分子化合物を固化することで固体の絶縁層（１層目の絶縁層）を形成し、その後、再び１層目の絶縁層上に液状の高分子化合物を配置してもよい。その後、当該液状の高分子化合物を固化する工程を行なうことにより、２層目の絶縁層を形成する。このように、液状の高分子化合物を配置する工程と、液状の高分子化合物を固化する工程とを複数回繰り返すことにより、基材表面上に複数層からなる絶縁層を形成してもよい。この場合、絶縁層の絶縁性をより高めることができる。また、絶縁層を構成する複数層の間で、異なる材質からなる層を配置してもよい。たとえば、基材と接触する層には基材表面との密着性に優れた高分子化合物を用い、絶縁層の最上層に位置する層については、たとえば耐摩耗性などに優れた高分子化合物を用いるというように、絶縁層の内部においてその層ごとにより好ましい材料を用いることができる。この結果、絶縁層５の耐久性を向上させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、液状の高分子化合物を塗布などの方法により軸受を構成する部材表面に配置することで絶縁層を形成するので、絶縁が必要とされる用途に用いられる軸受（絶縁軸受）に適用できる。また、液状の高分子化合物を用いるので、従来の方法では絶縁処理がコスト的に困難であった大型の軸受に対しても、比較的低コストで絶縁層を形成することができるため、大型の絶縁軸受を実現することができる。

本発明に従った軸受の実施の形態１を示す断面模式図である。 図１に示した軸受の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１に示した本発明に従った軸受の実施の形態１の第１の変形例を示す断面模式図である。 図１に示した本発明に従った軸受の実施の形態１の第２の変形例を示す断面模式図である。 本発明に従った軸受の実施の形態２を示す断面模式図である。 本発明に従った軸受の実施の形態３を示す断面模式図である。 図６に示した本発明に従った軸受の実施の形態３の変形例を示す断面模式図である。

符号の説明

１ 外輪、２，２ａ，２ｂ 内輪、３ ころ、４，４ａ，４ｂ 保持器、５ 絶縁層、７ ころ本体、１０ 軸受、１４ａ，１４ｂ，２４，２７ 転走面、１９ シールリング、２３ 玉、２５ 玉本体。

Claims (6)

1. 軸受を構成する転動部材の形状に成形された基材を準備する工程と、
   前記基材の表面の少なくとも一部に、絶縁性であって液状の高分子化合物を配置することにより、前記高分子化合物からなる絶縁層を形成する加工工程とを備える、転動部材の製造方法。
2. 前記加工工程は、前記基材の表面に前記液状の高分子化合物を塗布する工程を含む、請求項１に記載の転動部材の製造方法。
3. 前記加工工程は、前記基材を前記液状の高分子化合物に浸漬する工程を含む、請求項１に記載の転動部材の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の転動部材の製造方法により製造された、転動部材。
5. 軌道部材と、
   前記軌道部材に接触して配置される複数の転動体とを備え、
   前記軌道部材および前記転動体の少なくともいずれか一方は、請求項４に記載の転動部材である、軸受。
6. 鉄道用車両に用いられる、請求項５に記載の軸受。

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