JP2009074955A

JP2009074955A - 転がり軸受用外輪の絶縁試験方法及び装置

Info

Publication number: JP2009074955A
Application number: JP2007244767A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Matsushita; 貴之松下; Yu Suzuki; 佑鈴木
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-09

Abstract

【課題】試験に伴って絶縁層を破壊する事がなく、しかも、ピンホールによる絶縁性能の悪化を検知でき、更にはインピーダンスの値を安定して測定できる試験方法及び装置を実現する。
【解決手段】外輪３、３の内径側空間の軸方向両端部を液密に塞いだ状態で、これら各外輪３、３を電解液８中に浸漬する。そして、これら各外輪３、３の内周面で絶縁層６により覆われていない部分と上記電解液８に浸漬した電極１４との間に電圧を印加して、両者間の抵抗値を求め、上記絶縁層６の絶縁性能を判定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、汎用或いは鉄道車両用の電動モータの回転軸、或いは風力発電機等の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、電食防止用の絶縁転がり軸受の絶縁性能を試験する為の試験装置の改良に関する。

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、転がり軸受を損傷してしまう。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１〜７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型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、セラミックス、合成樹脂等の絶縁層を形成して成るもので、例えば図２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、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６を形成している。この絶縁層６としては、ポリフェニレンサルファイド等の合成樹脂製被膜、或いはアルミナ等のセラミックス製の溶射層等が使用可能である。こ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、上記絶縁層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。

上述の様な絶縁型の転がり軸受に必要な性能を発揮させる為には、この転がり軸受の絶縁性能（抵抗値）、耐電圧性能、静電容量、インピーダンス等を正確に測定する必要がある。これら各性能は、上記絶縁層６の厚さ寸法を大きくすれば良好になるが、単に厚さ寸法を大きくすると、製造コストが嵩むだけでなく、絶縁層６を設けた軌道輪を相手部材に嵌合固定（図２に示した構造では、外輪３をハウジングに内嵌固定）する際に、上記絶縁層６が剥離し易くなる。勿論、この絶縁層６が剥離した場合には、必要とする絶縁性能を得られないので、この絶縁層６の厚さ寸法を過大にする事はできない。これらの事を考慮すれば、この絶縁層６の厚さ寸法は、この絶縁層６の材質や使用時に加わる電圧等の条件を考慮して、適正範囲に規制する必要がある。又、絶縁型の転がり軸受は個々の性能保証が重要である為、各製品毎に性能試験を行なってから出荷する場合もある。

この為従来から、例えば特許文献８に記載された様な試験装置により、絶縁転がり軸受の諸性能（絶縁性能、耐電圧性能、静電容量、インピーダンス）を測定する事が行なわれている。上記特許文献８に記載される等により従来から知られている試験装置の場合には、上記絶縁層６により外周面及び軸方向両端面を被覆した外輪３を金属製のケース等に内嵌し、このケース等と、この外輪３の内周面で上記絶縁層６により被覆されていない部分との間の抵抗値を測定する事で、この絶縁層の良否を判定する様にしている。この様な従来の転がり軸受用外輪の絶縁試験方法及び装置の場合、次の(a) 〜(c) の様な解決すべき点がある。

(a) 絶縁層６に存在するピンホールによる絶縁性能の悪化を検知できない。
この絶縁層６にピンホールの如き微小な欠陥が存在した場合、上述した様な従来技術の場合には、上記ケース等と上記外輪３のうちで金属製の本体部分とが、上記欠陥内に存在する空気層を介して対向する状態となる。上記従来技術の場合、この状態では、上記絶縁層６の絶縁性が不良であるとは判定されない。これに対し、実際の使用状態で上記欠陥内に、金属粉や導電性を有する潤滑剤、或いは水滴等が入り込むと、上記絶縁層６による絶縁性が損なわれ、上記外輪３を組み込んだ転がり軸受に電食等の不具合が発生する。

(b) 上記外輪３を金属製のケース等に着脱する際に上記絶縁層６を破損し易い。
即ち、上述した様な従来技術の場合、使用状態に準じて、上記ケース等の内周面と上記絶縁層６の外周面とを確実に密着させる為に、このケース等に上記外輪３を締り嵌めで内嵌する必要がある。この内嵌作業及び試験後の取り外し作業に伴って、上記外輪３の絶縁層６を損傷する可能性がある。絶縁層６を損傷した絶縁転がり軸受は、不良品として廃棄しなければならず、製品の歩留り悪化によるコスト上昇の原因となる。

(c) 上記外輪３の外周面と上記ケース等の内周面との当接状態のばらつきにより、絶縁性能に関する測定値、特にインピーダンスの測定値にばらつきを生じ易い。
特に近年になって、電動機を制御する為のキャリア周波数が数十ｋＨｚ以上にまで高くなっており、同時に、回路設計の高度化によりパルス波形の高精度化も進んでいる。この為、単に、絶縁転がり軸受の絶縁性能（抵抗値）を管理するだけでは不十分となる場合があり、インピーダンス特性に就いても、より正確に計測する事が求められ始めている。ところで、インピーダンス（｜Ｚ｜）は、以下の（１）式に示す様に、静電容量（Ｃ）に対して反比例し、この静電容量（Ｃ）は、（２）式から明らかな様に、絶縁層に接触する電極の面積（Ａ）の値に依存（比例）する。

｜Ｚ｜＝１／｛（１／Ｒ² ）＋（２πｆＣ）² ｝^1/2 ・・・・（１）
｜Ｚ｜：インピーダンス（Ω）、Ｒ：抵抗値（Ω）、ｆ：周波数（Ｈｚ）、Ｃ：静電容量（Ｆ）
Ｃ＝ε_o ε_r （Ａ／Ｓ）・・・・（２）
ε_o ：真空中の誘電率（８．８５４×１０^-12 Ｆ／ｍ）、ε_r ：比誘電率、Ａ：面積（ｍ² ）、Ｓ：距離（ｍ）
この様な（１）（２）式から明らかな通り、静電容量の計測、延いては、インピーダンス特性に就いて正確な計測を行なう為には、絶縁層に対して電極の表面を密着させる必要があるが、前述した従来技術の場合には、必ずしもこの様な要求に対応できない。

前述した特許文献８には、外輪３の外周面を被覆した絶縁層６を、導電ゴム製の被膜接触体により抑え付ける事で、試験装置を構成するケース等と、この絶縁層６との接触状態を改善する技術が記載されているが、前述した(a) の問題は解決できないし、前述した(b) 及び上述した(c) の問題も十分には解決できない。又、上記特許文献８には、上記ケース等を二つ割りにする事で、このケース等への上記外輪３の着脱性を向上させる技術が記載されている。この様な技術は、上記(b) の問題を解決できても、残りの(a)(c)の問題を解決する事はできない。

特開平１−１８２６２１号公報特開平５−５２２２３号公報特開平５−３１２２１６号公報実開昭６０−８５６２６号公報実公平６−２０３０号公報特開２００５−１３３８７６号公報特開２００３−１８３８０６号公報特開２００５−１７２５１号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、上述した(a) 〜(c) の様な問題を総て解決できる転がり軸受用外輪の絶縁試験方法及び装置を実現すべく発明したものである。即ち、本発明は、試験に伴って絶縁層を破壊する事がなく、しかも、ピンホールの如き微小な欠陥による絶縁性能の悪化を検知でき、更にはインピーダンスの値を安定して測定できる、転がり軸受用外輪の絶縁試験方法及び装置を実現するものである。

本発明の転がり軸受用外輪の絶縁試験方法及び装置は、内周面に外輪軌道を形成し、少なくとも外周面を絶縁被膜により被覆した転がり軸受用外輪の、この絶縁被膜の絶縁性能を試験する為のものである。
そして、請求項１に記載した転がり軸受用外輪の絶縁試験方法は、少なくともこの転がり軸受用外輪の内径側空間の軸方向両端部を液密に塞いだ状態で、この転がり軸受用外輪を導電性を有する液体中に、この転がり軸受用外輪のうちで上記絶縁被膜により被覆された部分のみがこの液体と接触する状態で浸漬する。そして、この転がり軸受用外輪の内周面で上記絶縁被膜により覆われていない部分と上記液体との間に電圧を印加する事で、この絶縁被膜の絶縁性能を判定する。

又、請求項２に記載した転がり軸受用外輪の絶縁試験装置は、貯液槽と、支持装置と、判定器とを備える。このうちの貯液層は、塩化ナトリウムの水溶液（食塩水）の如き電解液等の、導電性を有する液体を貯溜する。又、上記支持装置は、上記貯液槽内に上記転がり軸受用外輪を、少なくともこの転がり軸受用外輪の内径側空間の軸方向両端部を液密に塞いだ状態で支持する。更に、上記判定器は、この転がり軸受用外輪の内周面で上記絶縁被膜により覆われていない部分と上記液体との間に電圧を印加する事で、この絶縁被膜の絶縁性能を判定する。

上述の様に構成する本発明の転がり軸受用外輪の絶縁試験方法及び装置によれば、試験に伴って絶縁層を破壊する事がなく、しかも、ピンホールによる絶縁性能の悪化を検知でき、更にはインピーダンスの値を安定して測定できる。

図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例は、それぞれが外周面と軸方向両端面とを絶縁層６、６により被覆した３個の外輪３、３の、この絶縁層６による絶縁性能を試験する、絶縁試験装置を示している。尚、これら各外輪３、３は、それぞれの外周面と軸方向両端面とに加え、内周面の軸方向両端寄り部分も、上記絶縁層６により被覆している。この様な絶縁層６の絶縁性能を試験する為の試験装置を構成する為の、上方が開口した貯液槽７内に、塩化ナトリウムの水溶液の如き電解液８を貯溜している。そして、この電解液８内に、上記各外輪３、３を、絶縁層６、６により被覆されていない部分がこの電解液８に触れない様にシールした状態で、浸漬している。

この為に本例の場合には、隣り合う外輪３、３同士の間に円環状のシールリング９ａ、９ａを挟持すると共に、両端の外輪３、３の外端開口に塞ぎ板１０、１０を、円環状のシールリング９ｂ、９ｂを介して突き当てている。上記各外輪３、３の表面を被覆した上記絶縁層６、６は、上記各シールリング９ａ、９ｂが突き当てられた部分よりも内径側或いは軸方向内側まで存在する。言い換えれば、これら各シールリング９ａ、９ｂが突き当てられた部分よりも外径側或いは軸方向外側部分に存在し、上記電解液８に接触する部分は、総て上記絶縁層６、６により覆われている。この状態で上記両塞ぎ板１０、１０同士を、スタッド１１に螺合したナット１２、１２により、互いに近づく方向に押圧している。これら両ナット１２、１２と上記両塞ぎ板１０、１０との当接面は、シール板（図示省略）により、液密にシールしている。尚、上記各シールリング９ａ、９ｂは、図示の様な、断面形状が台形若しくは三角形のものに限らず、一般的なＯリングを使用する事もできる。Ｏリングを使用する場合には、隣り合う外輪３、３の軸方向端面同士の間、外輪３、３の軸方向端面と塞ぎ板１０、１０との間で上記Ｏリングを、軸方向両側から挟持する。

尚、上記スタッド１１の両端部は、上記貯液槽７の底面に設けた１対の支柱１３、１３同士の間に掛け渡している。これら両支柱１３、１３の上端部は、例えば二股に形成する等により、上記スタッド１１の端部を係止自在としている。絶縁試験を行なう際には、上記貯液槽７外でこのスタッド１１の中間部周囲に、上記各部材３、９ａ、９ｂ、１０、１２等を組み付けてから、これら各部材３、９ａ、９ｂ、１０、１２等を上記スタッド１１と共に、上記貯液槽７内の上記電解液８中に浸漬する。

この状態で、上記各外輪３、３の母材（一部を上記絶縁層６、６により覆われた金属材）と、上記電解液８中に浸漬した電極１４との間の抵抗値を測定自在としている。この為に、上記各外輪３、３の内周面で上記絶縁層６、６により覆われていない部分に第一の導線１５の端部を接続し、上記電極１４に第二の導線１６の端部を接続している。そして、これら第一、第二の導線１５、１６により、上記各外輪３、３の母材と上記電極１４との間に電圧を印加し、これら各外輪３、３の母材と上記電極１４との間の抵抗値を測定自在としている。尚、上記各外輪３、３の母材への電圧印加は、これら各外輪３、３毎に互いに独立して（１個ずつ）行なえる様にし、上記絶縁層６、６の良否を、上記各外輪３、３毎に行なえる様にしている。

上記各外輪３、３の絶縁層６、６の良否を判定すべく、何れかの外輪３の母材と上記電極１４との間に電圧を印加した場合に、当該外輪３の絶縁層６が良質であれば、これら母材と電極１４との間の抵抗値が十分に大きくなる。これに対して、当該外輪３の絶縁層６が不良であれば、これら母材と電極１４との間の抵抗値が小さくなる。この場合に、絶縁層６にピンホールの如き欠陥が存在した場合であっても、この欠陥中に上記電解液８が入り込む事で、この欠陥の存在を上記抵抗値の変動として捉える事ができる。又、この電解液８と上記絶縁層６との接触状態は常に一定であるから、この電解液８の濃度管理さえ行なえば、上記抵抗値（インピーダンス）の測定を安定して行なえる。更に、試験の為に上記各外輪３、３を前記スタッド１１の周囲に着脱する際に、これら各外輪３、３の外周面及び軸方向両端面を被覆した絶縁層６、６が破損する事はない。

本発明の実施の形態の１例を示す略縦断面図。絶縁転がり軸受の１例を示す断面図。

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絶縁層
７貯液槽
８電解液
９ａ、９ｂシールリング
１０塞ぎ板
１１スタッド
１２ナット
１３支柱
１４電極
１５第一の導線
１６第二の導線

Claims

内周面に外輪軌道を形成し、少なくとも外周面を絶縁被膜により被覆した転がり軸受用外輪の、この絶縁被膜の絶縁性能を試験する為の転がり軸受用外輪の絶縁試験方法であって、少なくともこの転がり軸受用外輪の内径側空間の軸方向両端部を液密に塞いだ状態で、この転がり軸受用外輪を導電性を有する液体中に、この転がり軸受用外輪のうちで上記絶縁被膜により被覆された部分のみがこの液体と接触する状態で浸漬し、この転がり軸受用外輪の内周面で上記絶縁被膜により覆われていない部分と上記液体との間に電圧を印加する事で、この絶縁被膜の絶縁性能を判定する転がり軸受用外輪の絶縁試験方法。
内周面に外輪軌道を形成し、少なくとも外周面を絶縁被膜により被覆した転がり軸受用外輪の、この絶縁被膜の絶縁性能を試験する為の転がり軸受用外輪の絶縁試験装置であって、導電性を有する液体を貯溜する貯液槽と、この貯液槽内に上記転がり軸受用外輪を、少なくともこの転がり軸受用外輪の内径側空間の軸方向両端部を液密に塞いだ状態で支持する支持装置と、この転がり軸受用外輪の内周面で上記絶縁被膜により覆われていない部分と上記液体との間に電圧を印加する事で、この絶縁被膜の絶縁性能を判定する判定器とを備えた転がり軸受用外輪の絶縁試験装置。