JP2010007738A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性に優れ電食が生じにくいことに加えて、低トルク，低摩耗，低発熱である転がり軸受を提供する。
【解決手段】深溝玉軸受は、内輪１と外輪２と複数の転動体３と接触形シール５，５とを備えている。接触形シール５は、芯金５１と、導電性ゴム等のような導電性を有する弾性材料で構成されている弾性体部５２と、で構成されている。弾性体部５２の係止部５３を外輪２のシール溝２１に嵌入することにより、接触形シール５が深溝玉軸受に装着されている。そして、弾性体部５２のシールリップ部５４は、内輪１のシール面２５に滑り接触している。シール面２５は、周方向に山部２５ａと谷部２５ｂが交互に連続する波状面とされている。そして、山部２５ａの頂点近傍には、径方向に延びる切り込みが設けられており、これにより波状面と切り込みとの境界に角部２７が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、導電性を有する転がり軸受に関する。

転がり軸受の内輪と外輪との間に電位差が生じ、瞬間的な大電流が通過すると、軌道面に電食が生じるおそれがある。例えば、電気ノイズを発生するインバータ制御系機器の近傍に設置されるモータ（インバータモータ等）には、回転支持部に転がり軸受が使用されているが、この転がり軸受においては、インバータ制御回路からの高周波電流（大電流）が瞬間的に通過することにより電食が生じるおそれがある。

そのため、導電性グリースを転がり軸受内部に封入したり、導電性を有する接触シールを用いるなどして、内輪と外輪との間に導電性を付与し、電位差の発生を抑制して電食を防ぐという対策が取られている。例えば、特許文献１〜３には、導電性ゴムシール，止め輪状の通電ワイヤ，又は金属製の接触片により、内輪と外輪との間に導電性を付与する技術が開示されている。
実開昭５９−７１３６１号公報 特許第３６５４９２１号公報 実開平５−５８９５４号公報 特開２００５−６９４０４号公報

しかしながら、導電性ゴムシールに用いられる導電性ゴムは、ゴムにカーボンブラックを混練したものであるので、ゴム自身の体積固有抵抗率が高く、導電性が十分ではない場合があった。また、止め輪状の通電ワイヤを内輪と外輪に接触させる方法と、変形が容易な金属製の接触片を内輪と外輪に接触させる方法は、導電性は確実に確保できるものの、その摩擦抵抗により転がり軸受の回転トルクが大きくなったり、接触部において摩耗や発熱が生じたりするおそれがあった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、導電性に優れ電食が生じにくいことに加えて、低トルク，低摩耗，低発熱である転がり軸受を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に介在され、前記内輪及び前記外輪の間に形成された空隙部の開口を覆うシール装置と、を備える転がり軸受において、導電性を有する前記シール装置を、前記内輪及び前記外輪の一方に取り付け、前記内輪及び前記外輪の他方に形成されたシール面に滑り接触させて、前記内輪及び前記外輪の間に導電性を付与するとともに、前記シール面を、周方向に山部と谷部が交互に連続する波状面としたことを特徴とする。

また、本発明に係る請求項２の転がり軸受は、請求項１に記載の転がり軸受において、前記シール面の山部に角部を設けたことを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に介在され、前記内輪及び前記外輪の間に形成された空隙部の開口を覆うシール装置と、を備える転がり軸受において、前記シール装置は、導電性材料で構成されているとともに、前記内輪及び前記外輪の一方に取り付けられる基部と、前記内輪及び前記外輪の他方に対向する先端部と、前記先端部に形成されたポケットに転動自在に保持され前記内輪及び前記外輪の他方に転がり接触する通電子と、を備えることを特徴とする。

本発明の転がり軸受は、優れた導電性を示すため電食が生じにくく、且つ、低トルク，低摩耗，低発熱である。

本発明に係る転がり軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明に係る転がり軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図であり、図２は、図１の要部を拡大して示した斜視図である。
図１の深溝玉軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１及び外輪２の間に転動自在に配された複数の転動体３と、内輪１及び外輪２の間に複数の転動体３を保持する保持器４と、内輪１及び外輪２の間に介在された略円環状の接触形シール５，５（本発明の構成要件であるシール装置に相当する）と、を備えている。

この接触形シール５は、環状の板状部材である芯金５１と、芯金５１をほぼ包むように一体に固着された弾性体部５２と、で構成されている。この弾性体部５２は、導電性ゴム等のような導電性を有する弾性材料で構成されている。弾性体部５２の外周縁部には、断面が略Ｖ字形の係止部５３が形成されており、この係止部５３を、外輪２の内周面の両端部に外輪２の全周にわたって設けられている断面略Ｖ字形のシール溝２１，２１に嵌入することにより、接触形シール５，５が深溝玉軸受に装着されている。

そして、弾性体部５２の内周縁部に形成されているシールリップ部５４は、内輪１の外周面に滑り接触していて、接触形シール５，５が内輪１の外周面と外輪２の内周面との間に形成された空隙部２３の開口を覆っている。図１から分かるように、内輪１にもシール溝が設けられているが、シール溝としては使用されず、シール溝の表面の少なくとも一部がシール面２５として使用されている。

内輪１のシール面２５を拡大して示した図２から分かるように、このシール面２５は、周方向に山部２５ａと谷部２５ｂが交互に連続する波状面とされている。そして、山部２５ａの頂点近傍には、径方向に延びる切り込みが設けられており、これにより波状面と切り込みとの境界に角部２７が形成されている。
なお、内輪１と外輪２と接触形シール５，５とによって囲まれた空隙部２３には、導電性グリース等の潤滑剤（図示せず）が充填され、接触形シール５，５により深溝玉軸受の内部に密封されている。ただし、潤滑剤は備えていなくてもよい。

導電性を有する接触形シール５により、内輪１及び外輪２の間に導電性が付与されるため、内輪１と外輪２との間に電位差が生じにくい。また、シール面２５には、空隙部２３に封入された潤滑剤や塗布された防錆油による油膜が形成されるため、この油膜により導電性が阻害される場合があるが、シール面２５が波状面であることによってシール面２５全体に油膜が形成されることはほとんどないので、油膜に阻害されることなく内輪１と外輪２とが接触形シール５を介して通電する。さらに、山部２５ａに角部２７が形成されており、この角部２７に油膜が形成されることはほとんどないので（すなわち、油膜が一部破断されるので）、内輪１と外輪２との通電が確実に行われることとなる。

このように、本実施形態の深溝玉軸受は、安定した導電性を有しているので、長期にわたって電気抵抗が低く保たれ、電食が生じにくい。よって、本実施形態の深溝玉軸受は、インバータモータ，サーボモータ，ファンモータ等に好適に適用することができる。
なお、シール面２５の全面を前述のような波状面としてもよいが、一部のみを波状面としてもよい。また、角部２７は全ての山部２５ａに形成してもよいし、一部の山部２５ａに形成してもよい、さらに、角部２７を形成するために設けられた切り込みの形状や深さは、特に限定されるものではなく、シールリップ部５４の形状等により適宜変更してもよい。さらに、弾性体部５２を構成する弾性材料は、特に限定されるものではないが、カーボンブラック等の導電性添加剤を混練したゴムが好ましい。また、芯金５１の素材も特に限定されるものではないが、銅，合金等の金属材料が好ましい。さらに、導電性繊維（炭素繊維等）のような導電性物質をゴム材の間に挟み加硫成形したものを、接触形シール５として用いてもよい。

〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。呼び番号６２０１の深溝玉軸受を用意して、回転試験を行い、軸受の電気抵抗を測定した。
実施例１の深溝玉軸受は、上記の第一実施形態の深溝玉軸受とほぼ同様の構成である。すなわち、導電性を有する接触シールを備えるとともに、内輪のシール面の全面が前述のような波状面となっており、さらに、波状面の山部には前述のような角部が形成されている。

比較例１の深溝玉軸受は、非接触シールを備えるとともに、内輪のシール面は前述のような波状面ではなく、通常の平面である。
比較例２の深溝玉軸受は、導電性を有する接触シールを備えるが、内輪のシール面は前述のような波状面ではなく、通常の平面である。
４０℃における動粘度が３０ｍｍ² ／ｓである潤滑油を基油とし、リチウム石けんを増ちょう剤とするグリースを、上記各深溝玉軸受に封入した上、アキシアル荷重３９．２Ｎ、回転速度１８００ｍｉｎ^-1という条件で回転させた。そして、５分回転後の軸受の電気抵抗を測定した。

結果を図３のグラフに示す。なお、図３のグラフの電気抵抗の数値は、比較例１の深溝玉軸受の電気抵抗を１００とした場合の相対値で示してある。図３のグラフから分かるように、実施例１の深溝玉軸受は優れた導電性を有していた。また、比較例２の深溝玉軸受との比較から、シール面が波状面であり、その山部に角部を備えていることの効果が確認された。

〔第二実施形態〕
図４は、本発明に係る転がり軸受の第二実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分斜視図であり、図５は、シールドの一部分を拡大して示した断面図である。なお、図４，５においては、図１と同一又は相当する部分には同一の符号を付してある。
図４の深溝玉軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１及び外輪２の間に転動自在に配された複数の転動体３と、内輪１及び外輪２の間に複数の転動体３を保持する保持器（図示せず）と、内輪１及び外輪２の間に介在された略円環状のシールド５，５（本発明の構成要件であるシール装置に相当する）と、を備えている。

このシールド５は、外輪２に取り付けられる基部１１及び内輪１に隙間を空けて対向する先端部１２を有する本体１０と、該本体１０に転動自在に保持された通電子１３と、からなり、いずれも金属等の導電性材料で構成されている。この本体１０は、例えばリング状の金属板からなり、その外周縁部と内周縁部とをそれぞれ断面円弧状に湾曲させて、基部１１と先端部１２とが形成されたものである。また、通電子１３は、例えば鋼球からなる。ただし、通電子１３は球に限らず、ころ等の他の形状でもよい。

そして、外輪２の内周面の両端部に外輪２の全周にわたって設けられている断面略Ｖ字形のシール溝に、本体１０の基部１１を嵌入することにより、シールド５が深溝玉軸受に装着されている。本体１０の先端部１２は、内輪１の外周面に形成されたシール溝２２に隙間を空けて対向しており、接触はしていない。この先端部１２には１つ以上のポケット１４が形成されており、該ポケット１４に通電子１３が転動自在に保持されている。通電子１３は、内輪１の外周面に形成されたシール溝２２に接触しており、深溝玉軸受の回転時には通電子１３とシール溝２２とが転がり接触するようになっている。つまり、内輪１にもシール溝２２が設けられているが、シール溝としては使用されず、シール溝２２の表面の少なくとも一部がシール面として使用されている。このように、シールド５は、内輪１の外周面と外輪２の内周面との間に形成された空隙部の開口を覆っている。

なお、内輪１と外輪２とシールド５，５とによって囲まれた空隙部には、導電性グリース等の潤滑剤（図示せず）が充填され、シールド５，５により深溝玉軸受の内部に密封されている。ただし、保持器や潤滑剤は備えていなくてもよい。
導電性を有するシールド５により、内輪１及び外輪２の間に導電性が付与されるため、内輪１と外輪２との間に電位差が生じにくい。また、シールド５は、転動する通電子１３において内輪１と接触しているため、通電子１３の転がり抵抗はあるものの、従来技術の摩擦抵抗に比べると抵抗は遙かに小さいので、深溝玉軸受の回転トルクは低トルクであるとともに、接触部において摩耗や発熱が生じにくい。

このように、本実施形態の深溝玉軸受は、安定した導電性を有しているので、長期にわたって電気抵抗が低く保たれ、電食が生じにくい。よって、本実施形態の深溝玉軸受は、インバータモータ，サーボモータ，ファンモータ，産業機械モータ等に好適に適用することができる。
なお、ポケット１４の形状や通電子１３の保持方法は、特に限定されるものではない。例えば、通電子１３が球状である場合は、リング状の金属板の内周縁部を断面円弧状に湾曲させ、そこに通電子１３よりも直径の小さい円形の穴を設けてポケット１４とし、ポケット１４内に通電子１３を配した後に内周縁部をさらに湾曲させて通電子１３をポケット１４内に保持するようにしてもよい。このとき、内周縁部を湾曲させる方向は、深溝玉軸受の内側でもよいし外側でもよい（図６，７を参照）。

上記の第一，第二実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は上記の第一，第二実施形態に限定されるものではない。例えば、第一，第二実施形態においては、転がり軸受の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、転がり軸受の種類は深溝玉軸受に限定されるものではなく、本発明は様々な種類の転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。

本発明に係る転がり軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。 図１の要部を拡大して示した斜視図である。 深溝玉軸受の電気抵抗を測定した結果を示すグラフである。 本発明に係る転がり軸受の第二実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分斜視図である。 シールドの一部分を拡大して示した断面図である。 第二実施形態の変形例を説明するシールドの部分断面図である。 第二実施形態の別の変形例を説明するシールドの部分断面図である。

符号の説明

１ 内輪
２ 外輪
３ 転動体
５ 接触形シール，シールド
１１ 基部
１２ 先端部
１３ 通電子
１４ ポケット
２１，２２ シール溝
２３ 空隙部
２５ シール面
２５ａ 山部
２５ｂ 谷部
２７ 角部
５２ 弾性体部
５４ シールリップ部

Claims (3)

1. 内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に介在され、前記内輪及び前記外輪の間に形成された空隙部の開口を覆うシール装置と、を備える転がり軸受において、
   導電性を有する前記シール装置を、前記内輪及び前記外輪の一方に取り付け、前記内輪及び前記外輪の他方に形成されたシール面に滑り接触させて、前記内輪及び前記外輪の間に導電性を付与するとともに、
   前記シール面を、周方向に山部と谷部が交互に連続する波状面としたことを特徴とする転がり軸受。
2. 前記シール面の山部に角部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に介在され、前記内輪及び前記外輪の間に形成された空隙部の開口を覆うシール装置と、を備える転がり軸受において、
   前記シール装置は、導電性材料で構成されているとともに、前記内輪及び前記外輪の一方に取り付けられる基部と、前記内輪及び前記外輪の他方に対向する先端部と、前記先端部に形成されたポケットに転動自在に保持され前記内輪及び前記外輪の他方に転がり接触する通電子と、を備えることを特徴とする転がり軸受。

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