JP2008045697A - 回転駆動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンスに手間がかからなくてすみ、絶縁型カップリングや絶縁軸受けのような高コストの構成要素を用いなくてすみ、ケーシング外に配設された交流電動機の漏洩電流による転がり軸受けの電食を防止できること。
【解決手段】ケーシング２０１と、ケーシング２０１内に収容され、入力軸２０３及び出力軸２０５を有し、ケーシング外の交流電動機によって入力軸２０３が回転駆動を受け、出力軸２０５により負荷への出力を行う回転駆動力伝達体２０２と、前記交流電動機の回転軸と入力軸２０３とを結合するカップリング２０７と、ケーシング２０１に装着され、入力軸２０３を回転自在に支承する転がり軸受け２０６と、ケーシング２０１と入力軸２０３とに接し、かつ、前記転がり軸受け２０６のカップリング２０５側に位置して設けられた導電性を有する電食防止用導電性シール部材２１２とを備えた回転駆動力伝達装置２００。
【選択図】図１

Description

本発明は、ケーシング内に入出力軸を有する減速用歯車機構を収容した減速機などのように、ケーシング内に該ケーシングに装着された転がり軸受けにより回転自在に支承される入出力軸を有する回転駆動力伝達体を収容した回転駆動力伝達装置に関し、前記ケーシング外に配設されている交流電動機の回転軸からの漏洩電流による転がり軸受けの電食を防止するようにした、回転駆動力伝達装置に関するものである。

鉄鋼業における圧延設備の主電動機（メインモータ）は、数百ｋＷ〜数千ｋＷと大型であり、近年はインバータ装置の性能向上により、従来採用されていた直流電動機に代えてメンテナンス性の点において優れている交流電動機が採用されている。

一方、インバータ装置で駆動制御される交流電動機の採用に伴い、交流電動機からの漏洩電流による転がり軸受け（以下、単に軸受けともいう）の電食が顕在化している。交流電動機の場合、高調波とケーシング内に形成される静電容量とにより回転子に電荷が発生・蓄積され、これによって電動機本体を収容するケーシング（フレーム）に電位差が発生することに起因して、回転子の回転軸を支承する軸受けの外輪と内輪間に電位差が生じ、軸受けを回転軸からの漏洩電流が流れることになる。このとき、回転中の軸受けの軌道輪と転動体との接触部分にスパークが発生し、その部分が局部的に溶融し凹凸となる現象が電食であり、軸受けの電食が進むと異音や振動を引き起こし、軸受けとして機能しなくなってしまう。

そして、交流電動機の軸受けの電食対策は、（１）交流電動機の出力軸（回転軸）とケーシング（フレーム）間をブラシ（アースブラシ）で電気的に接続することにより、軸受けに漏洩電流が極力流れないように電気回路を設けること、（２）軸受けとして絶縁軸受け（セラミック軸受け）を採用し、軸受け部を電気的に絶縁すること、などがなされている。一般的に、軸受けの外輪と内輪間の電位差を０．５Ｖ以下にすることが必要とされている。

従来、交流電動機の軸受けの電食を防止する技術としては、例えば、特開平９−２９１９４３号公報（特許文献１）、特開平１０−２８３５０号公報（特許文献２）、特開２００３−３２４８８９号公報（特許文献３）に開示された技術がある。すなわち、特開平９−２９１９４３号公報には、回転軸を支承する金属製の内輪と、ブラケットなどの構造体に保持される金属製の外輪と、鋼球などの転動体と離れて両端を覆い前記内輪と前記外輪とに接した導電性可撓材からなるシール板とを備えた転がり軸受けを電動機に組み込むことで、回転子の回転軸に発生した電荷が転がり軸受け内部に放電せず電食を防止するようにした電動機が開示されている。また、特開平１０−２８３５０号公報には、グリースで潤滑された転がり軸受けＡ，Ｂにより回転子の回転軸を軸支した交流電動機において、転がり軸受けＡ，Ｂに封止した、潤滑用グリースとして、その絶縁破壊電圧が２５℃で１Ｖ以下のものを用いた交流電動機が開示されている。また、特開２００３−３２４８８９号公報には、回転軸を支持する内輪、ブラケットに保持される外輪、及び内輪と外輪との間に配設される多数のボールを有する転がり軸受けと、転がり軸受けに予圧を付与する予圧バネとを備え、予圧バネが内輪とブラケットを導通するブラシを有した電動機が開示されている。

ところで、インバータ装置で駆動制御される交流電動機の負荷側となる回転駆動力伝達装置（例えば減速機）においても、回転駆動力伝達体（例えば減速用歯車機構）の入出力軸を回転自在に支承する転がり軸受けの電食を防止することが必要となる。

図３は従来の一例による減速機（回転駆動力伝達装置）を示す構成説明図である。

図３において、１００はインバータ装置で駆動制御される交流電動機であり、１０１はそのケーシング、１０２はその回転子、１０３は回転子１０２の回転軸である。また、１０４，１０５はケーシング１０１に装着され、回転軸１０３を回転自在に支承する導電性の転がり軸受けである。

また、３００は回転駆動力伝達装置としての減速機である。３０１はそのケーシングであり、３０２は、ケーシング３０１内に収容され、入力軸側歯車部３０４が結合された導電性の入力軸３０３及び前記入力軸側歯車部３０４と噛合する出力軸側歯車部３０６が結合された導電性の出力軸３０５を有し、ケーシング３０１外に配設された交流電動機１００によって入力軸３０３が回転駆動を受け、入力軸３０３の回転を減速して出力軸３０５に伝達して出力軸３０５により負荷への出力を行う回転駆動力伝達体としての減速用歯車機構である。この減速用歯車機構３０２の出力軸３０５は、例えば、圧延機のピニオンスタンドに連結されるようになっている。また、３０７は交流電動機１００の回転軸１０３と減速機３００の入力軸３０３とを電気的に絶縁した状態で結合する絶縁型カップリングである。

また、３０８はケーシング３０１に装着され、入力軸３０３を回転自在に支承する導電性の転がり軸受けであり、３０９は同じくケーシング３０１に装着された反入力軸側の導電性の転がり軸受けである。３１０はケーシング３０１に装着され、出力軸３０５を回転自在に支承する導電性の転がり軸受けであり、３１１は同じくケーシング３０１に装着された反出力軸側の導電性の転がり軸受けである。また、３１２は、入力軸３０３における外部からの粉塵、水分などの浸入を防止し、また、内部からの潤滑油漏れを防止するための、樹脂（絶縁体）あるいはゴム（絶縁体）からなる導電性を持たないシール部材である。３１３は、出力軸３０５における外部からの粉塵、水分などの浸入を防止し、また、内部からの潤滑油漏れを防止するための、樹脂（絶縁体）あるいはゴム（絶縁体）からなる導電性を持たないシール部材である。

この従来の減速機（回転駆動力伝達装置）３００では、絶縁型カップリング３０７を備えることにより、交流電動機１００の回転軸１０３からの漏洩電流を遮断して、転がり軸受け３０８〜３１１の電食を防止するようにしている。

図４は従来の他の例による減速機（回転駆動力伝達装置）を示す構成説明図である。ここで、前記図３のものと共通する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。

図４において、減速機３００’のカップリング３１４は、絶縁型カップリングではなく、導電性を持つ通常のカップリングである。また、減速機３００’は、交流電動機１００の回転軸１０３とケーシング１０１間をアースブラシ１０６で電気的に接続するのと同様に、その入力軸３０３とケーシング３０１間を電気的に接続するアースブラシ３１５を備えている。この場合、交流電動機１００のケーシング１０１は接地されており、この接地されたケーシング１０１と減速機３００’のケーシング３０１とを接続線３１６によって電気的に接続し、同電位となるようにしてある。

この従来の減速機（回転駆動力伝達装置）３００’では、アースブラシ３０９を備えることにより、交流電動機１００の回転軸１０３からの漏洩電流をアースブラシ３１５へ導くことで、転がり軸受け３０８〜３１１の電食を防止するようにしている。

特開平９−２９１９４３号公報 特開平１０−２８３５０号公報 特開２００３−３２４８８９号公報

しかし、前記図３に示す従来の回転駆動力伝達装置（減速機３００）では、絶縁型カップリング３０７を備えたものであるから、装置コストが高いという欠点があった。なお、導電性の転がり軸受け３０８〜３１１に代えて絶縁軸受け（セラミック軸受けなど）を採用することも考えられるが、装置コストが高くなること、大型の仕様となると製作に限界があることなどの欠点がある。

また、前記図４に示す従来の回転駆動力伝達装置（減速機３００’）では、アースブラシ３１５を備えたものであるから、アースブラシ３１５の消耗度合いを頻繁に点検する必要があった。アースブラシ３１５は、ハウジング３０１の外側に露出した形態で設けられることから、粉塵や、飛散水にさらされるような環境下では、寿命低下、性能低下を引き起こすこととなってしまう。

そこで本発明の課題は、ケーシング内に入出力軸を有する減速用歯車機構を収容した減速機などのように、ケーシング内に該ケーシングに装着された転がり軸受けにより回転自在に支承される入出力軸を有する回転駆動力伝達体を収容した回転駆動力伝達装置において、メンテナンスに手間がかからなくてすみ、絶縁型カップリングや絶縁軸受けのような高コストの構成要素を用いなくてすみ、ケーシング外に配設されている交流電動機の回転軸からの漏洩電流による転がり軸受けの電食を防止できるようにした、回転駆動力伝達装置を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、導電性のケーシングと、前記ケーシング内に収容され、導電性の入力軸及び出力軸を有し、前記ケーシング外に配設された交流電動機によって前記入力軸が回転駆動を受け、前記出力軸により負荷への出力を行う回転駆動力伝達体と、前記交流電動機の回転軸と前記入力軸とを結合する導電性のカップリングと、前記ケーシングに装着され、前記入力軸を回転自在に支承する導電性の転がり軸受けと、前記ケーシングに装着され、前記出力軸を回転自在に支承する導電性の転がり軸受けと、前記ケーシングと前記入力軸とに接し、かつ、前記入力軸を支承する前記導電性の転がり軸受けの前記カップリング側の位置に設けられた電食防止用導電性シール部材と、を備えたことを特徴とする回転駆動力伝達装置である。

請求項２の発明は、請求項１記載の回転駆動力伝達装置において、前記電食防止用導電性シール部材が、その内周面全体にわたって前記入力軸と接触するようにして前記入力軸との接触面積を広くした構造のものであることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の回転駆動力伝達装置において、前記電食防止用導電性シール部材が、導電性潤滑剤が塗布されたものであることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１又は２記載の回転駆動力伝達装置において、前記電食防止用導電性シール部材が、シール部材間に導電性流動体が充填された導電性流動体充填部を有した二重構造を構成したものであることを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転駆動力伝達装置において、前記電食防止用導電性シール部材が、導電性樹脂からなるものであることを特徴とするものである。

請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転駆動力伝達装置において、前記導電性シール部材が、電磁波防止繊維素材からなるものであることを特徴とするものである。

本発明の回転駆動力伝達装置は、導電性のケーシングと、前記ケーシング内に収容され、導電性の入力軸及び出力軸を有する回転駆動力伝達体と、前記ケーシング外に配設された交流電動機の回転軸と前記入力軸とを結合する導電性のカップリングと、前記ケーシングに装着され、前記入力軸を回転自在に支承する導電性の転がり軸受けと、前記ケーシングに装着され、前記出力軸を回転自在に支承する導電性の転がり軸受けとを備えた回転駆動力伝達装置において、前記ケーシングと前記入力軸とに接し、かつ、前記入力軸を支承する前記導電性の転がり軸受けの前記カップリング側の位置に設けられた電食防止用導電性シール部材を備えている。これにより、交流電動機の回転軸からの漏洩電流は電食防止用導電性シール部材に流れて、導電性の転がり軸受けにはほとんど流れないこととなり、メンテナンスに手間がかかるアースブラシ、あるいは、装置の高コスト化を招く絶縁型カップリングや絶縁軸受けを設けることなく、回転駆動力伝達体の入出力軸を支承する導電性の転がり軸受けの電食を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による減速機（回転駆動力伝達装置）を示す構成説明図である。

図１において、２００は回転駆動力伝達装置としての減速機で、２０１はその導電性のケーシングである。２０２は、ケーシング２０１内に収容され、入力軸側歯車部２０４が結合された導電性の入力軸２０３及び前記入力軸側歯車部２０４と噛合する出力軸側歯車部２０６が結合された導電性の出力軸２０５を有し、ケーシング２０１外に配設された図示しない駆動源である交流電動機によって入力軸２０３が回転駆動を受け、入力軸２０３の回転を減速して出力軸２０５に伝達して出力軸２０５により負荷への出力を行う回転駆動力伝達体としての減速用歯車機構（減速用平行軸歯車機構）である。この減速用歯車機構２０２の出力軸２０５は、例えば、圧延機のピニオンスタンドに連結されるようになっている。２０７は前記交流電動機の回転軸１０３と前記入力軸２０３とを結合する導電性のカップリングである。

また、２０８はケーシング２０１に装着され、入力軸２０３を回転自在に支承する導電性のある転がり軸受けであり、２０９は同じくケーシング２０１に装着された反入力軸側の導電性のある転がり軸受けである。２１０はケーシング２０１に装着され、出力軸２０５を回転自在に支承する導電性のある転がり軸受けであり、２１１は同じくケーシング２０１に装着された反出力軸側の導電性のある転がり軸受けである。転がり軸受け２０８〜２１１の各外輪がケーシング２０１に固定されている。２１３は、出力軸２０５における外部からの粉塵、水分などの浸入を防止し、また、内部からの潤滑油漏れを防止するための、樹脂（絶縁体）あるいはゴム（絶縁体）からなる導電性を持たない通常のシール部材である。

２１２は、ケーシング２０１と入力軸２０３とに接し、かつ、入力軸２０３を支承する導電性の転がり軸受け２０８のカップリング２０７側の位置に設けられた導電性を有する電食防止用導電性シール部材である。環状をなす電食防止用導電性シール部材２１２は、外周側がケーシング２０１に固定され、内周側が回転する入力軸２０３に摺動接触するようになっている。なお、駆動源である前記交流電動機のケーシングは接地されており、この接地されたケーシングと減速機２００のケーシング２０１とを接続線によって電気的に接続し、同電位となるようになされている。

このように構成される減速機２００（回転駆動力伝達装置）によると、前記電食防止用導電性シール部材２１２を備えているので、駆動源である前記交流電動機の回転軸１０３からの漏洩電流は、電食防止用導電性シール部材２１２に流れて、導電性の転がり軸受け２０８〜２１１にはほとんど流れないこととなる。よって、メンテナンスに手間がかかるアースブラシ、あるいは、装置の高コスト化を招く絶縁型カップリングや絶縁軸受けを設けることなく、減速用歯車機構２０２の入出力軸２０３，２０５を支承する導電性の転がり軸受け２０８〜２１１の電食を防止することができる。電食防止用導電性シール部材２１２は、電食防止とともに、入力軸２０３における外部からの粉塵、水分などの浸入を防止し、また、内部からの潤滑油漏れを防止する機能をも有するものである。

この場合、電食防止用導電性シール部材２１２は、その内周面全体にわたって入力軸２０３と接触するようにした接触面積が広いものであることがよく、これにより漏洩電流がより流れやすくなり、電食防止効果がより発揮される。

また、電食防止用導電性シール部材２１２は、入力軸２０３との摺動接触する部位に導電性潤滑剤として導電性グリースが塗布されたものであることがよい。これにより漏洩電流がより流れやすくなり、電食防止効果がより発揮される。

電食防止用導電性シール部材２０８の材質としては、ゴム中に導電性フィラーを分散させた導電性ゴム、樹脂中に導電性フィラーを分散させた導電性樹脂、電磁波防止繊維素材などが挙げられる。導電性ゴムと導電性樹脂は、耐摩耗性を備えるとともに、本来電気絶縁材料であるものを導電性フィラー（カーボンブラック、炭素繊維、金属微粉末（銀，ニッケルなど）など）を用いて導電化したものであって、抵抗値が１０^２〜１０^５Ω・ｃｍ程度の高導電性のものが種々商品化されている。

また、電磁波防止繊維素材（電磁波シールドメッシュ）は、高周波電磁波（１０ＭＨｚ〜数ＧＨｚ）を遮断する導電繊維（ナイロンに純度９９％の銀をコーテングしたもの）をメッシュ状（網目約１．５ｍｍ）に編み上げたものある。電食防止用導電性シール部材２０８として、電磁波防止繊維素材からなるものを用いることにより、インバータ装置で駆動制御される交流電動機で発生する高調波に対する導電性が良く、電食防止効果がより発揮される。

図２は本発明の他の実施形態による減速機（回転駆動力伝達装置）を示す構成説明図である。ここで、電食防止用導電性シール部材が二重構造を構成している点以外は前記図１に示す減速機（回転駆動力伝達装置）と同一なので、図１のものと共通する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。

図２に示すように、この減速機２００’では、入力軸２０３を支承する導電性の転がり軸受け２０８のカップリング２０７側の位置に、２つの環状をなす電食防止用導電性シール部材２１２，２１４が、その間に導電性流動体として導電性潤滑剤（導電性グリース）が充填された導電性潤滑剤充填部（導電性流動体充填部）２１５を有した二重構造を構成している。

このようにすると、２つの電食防止用導電性シール部材２１２，２１４は、それぞれ、入力軸２０３との摺動接触する部位に導電性潤滑剤充填部２１５による導電性グリースが供給されるので、漏洩電流がより流れやすくなる。また、導電性潤滑剤充填部２１５自体にも漏洩電流が流れることとなる。これにより、図１に示す減速機２００に比べて転がり軸受け２０８〜２１１の電食防止効果をより高めることができるとともに、ケーシング２０１内における導電性グリースの漏洩をより確実になくすことができる。

本発明の一実施形態による減速機（回転駆動力伝達装置）を示す構成説明図である。 本発明の他の実施形態による減速機（回転駆動力伝達装置）を示す構成説明図である。 従来の一例による減速機（回転駆動力伝達装置）を示す構成説明図である。 従来の他の例による減速機（回転駆動力伝達装置）を示す構成説明図である。

符号の説明

２００，２００’…減速機（回転駆動力伝達装置）
２０１…ケーシング
２０２…減速用歯車機構（回転駆動力伝達体）
２０３…入力軸
２０４…入力軸側歯車部
２０５…出力軸
２０６…出力軸側歯車部
２０７…カップリング
２０８〜２１１…転がり軸受け
２１２，２１４…電食防止用導電性シール部材
２１５…導電性潤滑剤充填部（導電性流動体充填部）

Claims (6)

1. 導電性のケーシングと、前記ケーシング内に収容され、導電性の入力軸及び出力軸を有し、前記ケーシング外に配設された交流電動機によって前記入力軸が回転駆動を受け、前記出力軸により負荷への出力を行う回転駆動力伝達体と、前記交流電動機の回転軸と前記入力軸とを結合する導電性のカップリングと、前記ケーシングに装着され、前記入力軸を回転自在に支承する導電性の転がり軸受けと、前記ケーシングに装着され、前記出力軸を回転自在に支承する導電性の転がり軸受けと、前記ケーシングと前記入力軸とに接し、かつ、前記入力軸を支承する前記導電性の転がり軸受けの前記カップリング側の位置に設けられた電食防止用導電性シール部材と、を備えたことを特徴とする回転駆動力伝達装置。
2. 前記電食防止用導電性シール部材が、その内周面全体にわたって前記入力軸と接触するようにして前記入力軸との接触面積を広くした構造のものであることを特徴とする請求項１記載の回転駆動力伝達装置。
3. 前記電食防止用導電性シール部材が、導電性潤滑剤が塗布されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の回転駆動力伝達装置。
4. 前記電食防止用導電性シール部材が、シール部材間に導電性流動体が充填された導電性流動体充填部を有した二重構造を構成したものであることを特徴とする請求項１又は２記載の回転駆動力伝達装置。
5. 前記電食防止用導電性シール部材が、導電性樹脂からなるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転駆動力伝達装置。
6. 前記導電性シール部材が、電磁波防止繊維素材からなるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転駆動力伝達装置。

Images