JP2019086152A - 通電軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受内部に通電ブラシの摩耗粉が浸入することを防止しつつ、軸受に確実に導電性を付与することが可能な通電軸受を提供する。【解決手段】シール７よりも軸受端部側において外輪１０の内周面１１に固定され、外輪１０の内周面１１と内輪２０の外周面２１との間を電気的に導通させる通電部材３０を備える。通電部材３０は、外輪１０の内周面１１に固定され、導電性を有するバネ３１と、バネ３１によって径方向に付勢されて内輪２０の外周面２１に摺接し、導電性を有する通電ブラシ３２と、を備える。バネ３１及び通電ブラシ３２は、外輪１０の内周面１１と内輪２０の外周面２１との間に配設された第１及び第２案内面４１，４２により、径方向に案内される。更に、シール７は弾性リップ７ｃを有し、通電部材３０側の弾性リップ７ｃが外輪１０の内周面１１又は内輪２０の外周面２１に摺接して形成されるグリース溜りを形成する。【選択図】図１

Description

本発明は通電軸受に関し、例えば、ファンモータ、三相モータ、サーボモータ等の産業機械用モータや、電気自動車用の駆動用モータ等のように、インバータ制御により駆動されるモータに組み込まれる通電軸受に関する。

ファンモータ、三相モータ、サーボモータ等の産業機械用モータは、回転制御や省エネルギー化、静音化を図るべく、インバータ制御されているものが多い。また、近年市販されている電気自動車の駆動用モータも、インバータで制御されている。このようなインバータ制御されるモータ（インバータ駆動モータ）において、その回転軸は、軸受（例えば、転がり軸受）によって回転自在に支持されている。

インバータ制御は、設定回転数に合わせて電圧と周波数とを調整するものであり、インバータのスイッチング周波数が高くなると、それに伴って軸電圧の発生頻度が高まる。この結果、インバータ駆動モータに組み込まれた転がり軸受において、その軌道輪間に電位差が生じる場合がある。この場合、かかる電位差が大きくなり、軸受内の軌道輪と転動体に形成される油膜の絶縁破壊電圧を超えると、軌道輪と転動体との間で放電が起こり、軸受内部に電食と呼ばれる損傷を生じさせることがある。このような電食による損傷が進行すると、転動体の転走面に凹凸が形成され、騒音や潤滑不良を招くおそれがある。

また、インバータ起因の軸電圧の周波数は、数十ｋＨｚ〜ＭＨｚのオーダーであるため、油膜の絶縁破壊が生じる周波数も非常に高くなる。この高周波での電圧の変化や電流の変化は、放射ノイズ（電磁波）を発生させてしまう。その結果、周りの電子機器へ影響を及ぼすおそれがある。例えば、電気自動車の場合、車載ラジオにノイズがのるといったことが生じる。

そこで、以下の特許文献１〜６に記載の技術を適用し、軌道輪間の電位差を低減することが考えられる。

特許文献１及び２には、導電性のグリースやシールを使用し、軸受に導電性を付与する発明が記載されている。

特許文献３には、導電性の保持器を内輪の外周面及び外輪の内周面に接触させて、内外輪間を電気的に導通させる転がり軸受が記載されている。

特許文献４には、外輪又は内輪のいずれか一方の端部に通電ワイヤが取付けられた通電軸受が記載されている。

特許文献５には、転がり軸受の組み込み後の軸受隙間を負隙間とすることにより、転動体を内外輪に常に接触させ、導電性を持たせた軸受装置が記載されている。

特許文献６には、軸受とは別に導電ピンを設けることにより、モータ駆動系をアースした車両用モータ駆動装置が記載されている。

特許文献７には、モータの軸ではなく、減速機内に通電ブラシを配置してラジオノイズの低減を図った電動車両用動力伝達装置が記載されている。

特許文献８には、内外輪に摺接する通電ブラシを設けることにより、二つの軌道輪間を電気的に導通させる通電軸受が記載されている。

特許第４５９９７６９号公報 特許第４１７７０５７号公報 特許第４１１０７９３号公報 特許第３６５４９２１号公報 特開平６−１５９３７２号公報 特開２００６−３２０１２９号公報 特開２０１２−１１０１４９号公報 実公平４−８８２０号公報

しかし、特許文献１及び２に記載されたような導電性グリースや導電性シールは、一般的に体積抵抗率が１０^４〜１０^８Ωｃｍと高い。そのため、静電気の除去や帯電防止には効果があるものの、インバータ起因の軸電圧が問題となる場合、抵抗が高いため軸電圧の発生を抑えることは出来ず、結果として軸受で油膜の絶縁破壊や放射ノイズが生じてしまう。

特許文献３及び４では、軸受内部（シールよりも軸方向内側）に通電箇所を設け、軸受に通電機能を付加している。しかしながら、通電部は滑りながら接触し電流を流さなければならない。そのため、軸受内部に、通電部の摩耗粉が混入することになり、転動体と軌道輪間で摩耗粉を噛み込み、音響上昇や、表面を起点とした剥離が発生する可能性がある。そのため、通電部は軸受の外、もしくは、転動体と軌道輪間に摩耗粉が混入しないように工夫する必要がある。

特許文献５では、軸受隙間を負隙間としているので、発熱が大きく、高速回転させることが困難となってしまう。また、たとえ負隙間であったとしても、設定した回転数によっては、油膜が形成されるため、転動体と軌道輪は直接接触せず、軸受が導電性を失ってしまう虞がある。

特許文献６では、通電ブラシが軸受とは別に設けられるため、導通性を付与するために必要なスペースが増大すると共に、部品点数が増加し、組立が複雑化してしまう。

特許文献７では、駆動用モータ軸と通電ブラシ間にギアが存在しており、ギア間に形成される油膜や、摩擦されることによって生成される酸化膜や反応膜が存在するため、軸電圧の抑制を十分に行なうことができない。

特許文献８では、外輪と内輪との間において通電ブラシを案内する面が存在しないため、ブラシが傾き、内輪に確実に接触しない可能性がある。また、ブラシの外周側一端は、外輪の支持穴に案内されているが、この案内距離が短いため、許容されるブラシの摩耗が少なく、ブラシを頻繁に交換する必要がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、軸受内部に通電ブラシの摩耗粉が浸入することを防止しつつ、軸受に確実に導電性を付与することが可能な通電軸受を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
前記外輪軌道面及び前記内輪軌道面の間に転動自在に設けられた複数の転動体と、
前記転動体を周方向に所定間隔で保持する保持器と、
前記保持器の軸方向両側に位置する一対のシールと、
を備える通電軸受であって、
前記シールよりも軸受端部側において前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間を電気的に導通させる通電部材と、
前記シールは弾性リップを有するとともに、前記通電部材側の前記シールの前記弾性リップが前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面に摺接して形成されるグリース溜りと、をさらに備える
ことを特徴とする通電軸受。
（２） 前記弾性リップが３つの凸部を有するとともに、真ん中の前記凸部が前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面に摺接して前記グリース溜りが形成される
ことを特徴とする（１）記載の通電軸受。
（３） 導電性グリースを封入した
ことを特徴とする（１）または（２）記載の通電軸受。
（４） 前記通電部材を内部に案内して保持する円環状のブラシホルダを、さらに備える
ことを特徴とする（１）〜（３）の何れか１項に記載の通電軸受。
（５） 前記通電部材よりも軸受端部側において前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間の空間を密封する接触シールまたはラビリンスシール、をさらに備える
ことを特徴とする（１）〜（４）の何れか１項に記載の通電軸受。
（６） 前記ブラシホルダの軸方向移動を規制するための円環状のリテーナープレートが、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面に圧入されており、
前記リテーナープレートと、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面との間の空間に、前記接触シールが配設されている
ことを特徴とする（５）記載の通電軸受。
（７） 前記ブラシホルダの軸方向移動を規制するための円環状のリテーナープレートが、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面に圧入されており、
前記リテーナープレートと、前記リテーナープレートと対向配置されるラビリンスプレートとの間で、ラビリンス隙間を形成している
ことを特徴とする（５）記載の通電軸受。

本発明の密封装置付き転がり軸受によれば、シールよりも軸受端部側において外輪の内周面又は内輪の外周面に固定され、外輪の内周面と内輪の外周面との間を電気的に導通させる通電部材を備える。したがって、通電部材を構成する通電ブラシの摩耗粉が軸受内部への浸入することを、シールによって防止することが可能である。
また、通電部材は、外輪の内周面又は内輪の外周面に固定され、導電性を有する弾性部材と、弾性部材によって径方向に付勢されて内輪の外周面又は外輪の内周面に摺接し、導電性を有する通電ブラシと、を備える。したがって、通電ブラシは弾性部材によって付勢されて確実に内輪又は外輪に摺接するので、安定的な導通性を確保することができる。
また、弾性部材及び通電ブラシは、外輪の内周面と内輪の外周面との間に配設された案内面により、径方向に案内される。したがって、通電ブラシが傾くことを防止でき、通電ブラシを内輪又は外輪に適切に接触させることが可能となる。さらに、通電ブラシが摩耗した場合であっても、案内面によって通電ブラシの移動をスムーズにすることができるので、許容される通電ブラシの摩耗量が増加し、通電ブラシの交換頻度を減少させることが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る通電軸受の断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面矢視図である。 ブラシホルダの上面図である。 本発明の第２実施形態に係る通電軸受の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る通電軸受の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る通電軸受の断面図である。 本発明の第５実施形態に係る通電軸受の断面図である。 実施形態に係る内輪軌道面の金属顕微鏡による画像である。 比較例に係る内輪軌道面の金属顕微鏡による画像である。 比較例に係る内輪軌道面の走査型電子顕微鏡写真である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る通電軸受について、図面を用いて説明する。図１に示すように、第１実施形態に係る通電軸受１は、内周面１１に外輪軌道面１２を有する外輪１０と、外周面２１に内輪軌道面２２を有する内輪２０と、外輪軌道面１２及び内輪軌道面２２の間に転動自在に設けられた複数の玉３（転動体）と、玉３を周方向に所定間隔で保持する保持器５と、保持器５の軸方向両側に位置する一対のシール７と、を備える。外輪１０及び内輪２０は、高炭素クロム軸受鋼からなり、導電性を有している。また、保持器５の材質は、グラスファイバー含有のナイロン系樹脂にすることにより、軸受内部の鉄系摩耗粉の発生を低減することができ、鉄系摩耗粉が通電ブラシ付近に達する可能性を低減できる。また、ナイロン系樹脂製保持器は、鉄系保持器に比べて、コンパクトにできるので、通電ブラシ等の通電部分のスペースを、確保しやすい。

シール７は、外輪の内周面１１に固定される弾性部材７ａと、弾性部材７ａから径方向内側に延びる断面略Ｌ字形状の芯金７ｂと、芯金７ｂの径方向内側端部に固定された弾性リップ７ｃと、を有する。弾性リップ７ｃには、内輪２０の外周面２１に対向する凸部８が三つ形成されている。

後述する通電ブラシ３２側（図中右側）のシール７の弾性リップ７ｃは、両側の二つの凸部８が内輪２０の外周面２１と僅かな距離を介して対向しており、真ん中の凸部８が内輪２０の外周面２１と摺接している。すなわち、当該弾性リップ７ｃは、真ん中の凸部８の内側及び外側に一対の絞りが設けられ、真ん中の凸部８の径方向内側にグリース溜りの空間が存在する。したがって、一対の絞り、真ん中の凸部８、及びグリース溜りによって、後述する通電部材３０へのグリース漏れが防止され、通電ブラシ３２側の絞り、真ん中の凸部８、及びグリース溜りによって、通電ブラシ３２の摩耗粉が軸受内に浸入することが防止される。また、真ん中の凸部８だけが内輪２０と接触するので、トルクを低減できる。また、通電ブラシ３２と反対側（図中左側）のシール７の弾性リップ７ｃは、三つの凸部８が内輪２０の外周面２１と僅かな距離を介して対向している。このように、一対のシール７は、内輪２０の外周面２１に摺接し、又は内輪２０の外周面２１との間にラビリンス隙間を形成する。したがって、一対のシール７は、その軸方向内側に位置する軸受内部空間を密封し、後述する通電ブラシ３２の摩耗粉や、外部環境からのコンタミが軸受内部空間に浸入することを防止する。

外輪１０の内周面１１及び内輪２０の外周面２１には、シール７よりも軸受端部側（軸方向外側。図１における右側。）において、それぞれ径方向外側及び径方向内側に凹んだ外輪段部１３及び内輪段部２３が形成される。

図２及び図３も参照し、外輪段部１３（内周面１１）には、円環状のブラシホルダ４０及び当該ブラシホルダ４０によって保持された通電部材３０が固定される。ブラシホルダ４０と内輪２０の内輪段部２３（外周面２１）との間には僅かな空隙があるので、これらブラシホルダ４０及び内輪２０の外周面２１は回転時であっても摺接しない。通電部材３０は、外輪段部１３に固定されて導電性を有する金属製のバネ３１（弾性部材）と、当該バネ３１によって径方向内側に付勢されて、内輪段部２３（外周面２１）に摺接する通電ブラシ３２と、を備える。したがって、バネ３１及び通電ブラシ３２は、外輪１０の内周面１１と内輪２０の外周面２１との間を電気的に導通させる。

通電ブラシ３２は、金属が添加されたカーボンブラシとすることが好ましい。上記金属としては、体積低効率が低く酸化し難い金属が好ましく、例えば、銀、銅、金、白金、イリジウム、及びパラジウムの何れか、又はこれらの合金が挙げられる。添加する金属量は２０ｍａｓｓ％以上、８０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。金属添加量が２０ｍａｓｓ％未満であると、通電ブラシ３２の通電機能が低下し、金属添加量が８０ｍａｓｓ％を超えると、通電ブラシ３２の摩耗量が増加する虞がある。

ブラシホルダ４０は、バネ３１及び通電ブラシ３２の軸方向両側において径方向に延びる第１案内面４１と、通電ブラシ３２の軸方向両側と円周方向両側において径方向に延びる第２案内面４２と、を有する。そして、これら第１及び第２案内面４１、４２は、外輪段部１３と内輪段部２３との間において、それぞれバネ３１及び通電ブラシ３２を径方向に案内する。

図２に示すように、ブラシホルダ４０の径方向内側部には、軸方向に凹んだ第１逃げ部４３が形成される。第１逃げ部４３は、通電ブラシ３２と重ならない位置において円周方向に延びており、通電ブラシ３２が摩耗した場合に、その摩耗粉を貯めることが可能とされている。

図２及び図３に示すように、ブラシホルダ４０の径方向外側部には、バネ３１及び通電ブラシ３２の近傍に第２逃げ部４４が形成される。そして、第２逃げ部４４内には、通電ブラシ３２と外輪１０とを電気的に接続するリード線４５が配置される。より具体的に、リード線４５は、一端部が通電ブラシ３２に接続され、他端部が後述するリテーナープレート９とブラシホルダ４０との軸方向における間に挟持される。ここで、リテーナープレート９は金属製であり、且つ外輪１０に圧入されるため、リード線４５と外輪１０とが導通する。このように、リード線４５によって、通電ブラシ３２と外輪１０との間に電気的な回路が形成され、軸受に導電性が確実に付与される。なお、通電ブラシ３２が新しい初期状態において、リード線４５は弛んだ状態とされているので、通電ブラシ３２が摩耗した状態において、リード線４５は通電ブラシ３２に引っ張られて弛みが少なくなる。このようにリード線４５の長さに余裕を持たせることで、通電ブラシ３２が摩耗した場合であっても、リード線４５が突っ張って長さが足りなくなることを防止している。

また、ブラシホルダ４０の軸方向端面には、外輪段部１３に圧入された円環状のリテーナープレート９が当接しており、当該リテーナープレート９によってブラシホルダ４０の軸方向移動を規制している。なお、上述したように、リテーナープレート９には、リード線４５を外輪１０と電気的に短絡させる役目もある。

また、ブラシホルダ４０とシール７の軸方向における間には、円環状のダストプレート６が配置されている。ダストプレート６は、内輪段部２３に圧入等によって固定されており、外輪１０の内周面１１と僅かな隙間を介して対向する。このように内輪２０と共に回転するダストプレート６を設けることで、通電ブラシ３２の摩耗粉の軸受内部への浸入が抑制される。

内輪２０が高炭素クロム軸受鋼からなる場合、内輪段部２３（外周面２１）には、高炭素クロム軸受鋼とは異なる材料（例えば、無酸素銅、銅合金）からなり、高炭素クロム軸受鋼よりも酸化被膜ができにくく、高炭素クロム軸受鋼よりも電気的な特性が劣化しにくいブラシ摺接部２４が設けられている。ブラシ摺接部２４を内輪段部２３に設ける方法としては、電気的な特性が劣化しにくい材料をめっき等によってコーティングした円環状の材料を内輪段部２３に圧入してもよく、電気的な特性が劣化しにくい材料そのものを円環状に加工して内輪段部２３に圧入してもよく、電気的な特性が劣化しにくい材料を内輪段部２３にめっき等によって直接コーティングしてもよい。ブラシ摺接部２４を構成する、電気的に特性が劣化しにくい材料としては、標準電極電位が−０．１５Ｖ以上の金属材料が挙げられる。ここで、標準電極電位とは、標準水素電極と測定対象の電極を組み合わせて作製された電池の標準状態における起電力のことである。

このように、通電ブラシ３２が摺接する内輪段部２３に、内輪２０の材料より酸化被膜ができにくく、電気的な特性が劣化しにくいブラシ摺接部２４を設けたことによって、通電ブラシ３２が摺接した場合であってもブラシ摺接部２４の電気的特性が経時変化し難くなり、導電性を確実に確保することが可能となる。

なお、ブラシ摺接部２４に摺接することによる通電ブラシ３２の摩耗を抑制するためには、ブラシ摺接部２４の面の粗さはＲａ１．０μｍ以下とすることが好ましい。

上述したように、通電ブラシ３２側（図中右側）のシール７により、通電部材３０へのグリース漏れが防止されている。しかしながら、長時間の使用を行った場合、シール７が接触シールであるといえども、グリースが漏れて通電ブラシ３２とブラシ摺接部２４の間に入り込み、通電性能を劣化させる可能性がある。そこで、本実施形態では、一対のシール７の間に封入されるグリースを、導電性を有する添加剤を含む導電性グリースとした。これにより、万が一、グリースが漏れて通電ブラシ３２とブラシ摺接部２４の間に入り込んだとしても、導電性を保つことが可能である。

グリースに導電性を付与する添加剤としては、特に限定されないが、カーボンブラックが最も好ましい。カーボンブラックは、製造方法や形態等によっていくつかの種類があるが、本実施形態に係るカーボンブラックの種類は、特に限定されるものではなく、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケチェンブラック等が使用できる。なお、導電性付与添加剤としては、金、銀、銅、スズ、亜鉛、アルミニウム等の金属粒子や、酸化銀、硫化ニオブ、硝酸銀等の金属化合物粒子等も使用することが可能である。

導電性付与添加剤の平均粒子径は２μｍ以下であることが好ましい。導電性付与添加剤の粒子径は、転がり軸受用グリース組成物として支障をきたさない程度である必要がある。転がり軸受においては、一般的に粒子径が約２μｍを超える粒子は異物（ゴミ）として作用し、硬い粒子は軌道面や転動面の摩耗を促進し、軸受の早期損傷の原因となる。また、軸受の音響特性を劣化させる場合もある。したがって、導電性付与添加剤は、平均粒子径が２μｍ以下であることが好ましい。市販のカーボンブラックの平均粒子径は、おおむね１００ｎｍを下回っているので、用途や使用条件にもよるが、異物として作用しない範囲である。

導電性付与添加剤の含有量は、導電性グリース組成物全体の０．１〜１０ｍａｓｓ％とする必要がある。０，１ｍａｓｓ％未満では十分な導電性が得られず、また、１０ｍａｓｓ％超過であるとグリース組成物のちょう度が大きくなり過ぎる（グリース組成物が硬くなりすぎる）。なお、導電性付与添加剤の中には増ちょう剤として作用するものもあるので、その場合には、導電性付与添加剤を増ちょう剤と兼ねて使用してもよい。また、増ちょう剤としての性質を有する導電性付与添加剤を、導電性付与添加剤と増ちょう剤とを兼ねて使用し、別の導電性付与添加剤を導電性付与添加剤としてさらに添加してもよい。

導電性グリース組成物に使用される分散剤の種類は、特に限定されるものではなく、グリース組成物に慣用される分散剤を問題なく使用することができる。ただし、分散剤が固体の場合、前述の導電性付与添加剤の場合と同様の理由により、分散剤の平均粒子径は、２μｍ以下であることが好ましい。

また、分散剤の含有量は、導電性グリース組成物全体の０．１〜１０ｍａｓｓ％とする必要がある。０．１ｍａｓｓ％未満では導電性付与添加剤を十分に分散させることが困難となり、また、１０ｍａｓｓ％超過であるとグリース組成物のちょう度が大きくなりすぎる（グリース組成物が硬くなりすぎる）。

分散剤の具体例としては、スルホネートのバリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、ナトリウム塩、亜鉛塩、アルミニウム塩、リチウム塩、セシウム塩等の金属系分散剤を挙げることができる。また、その他の金属系分散剤としては、炭酸カルシウム塩等の炭酸金属塩、フェネート、サリシレート、ホスホネート等が挙げられる。さらに、無灰系分散剤としては、有機脂肪酸やその無水物等の有機化合物が挙げられる。無灰系分散剤の具体的としては、コハク酸イミド、コハク酸ジエステル、コハク酸ハーフエステル、ベンジルアミン、ポリメタクリレート、ポリカルボン酸アンモニウム塩、ポリブテン等が挙げられる。

導電性グリース組成物には、導電性付与添加剤の分散性を維持するために増ちょう剤を添加してもよい。増ちょう剤としては、例えば、ウレア化合物や金属石けん等が好ましい。ウレア化合物は、グリース組成物に耐熱性を付与したい場合に有効であり、例えば、ジウレアやポリウレア等が好ましい。また、金属石けんとしては、周期律表の１、２、及び１３族の金属の化合物（例えば金属水酸化物）と、炭素数１２〜２４の高級脂肪酸又は１個以上のヒドロキシル基を有する炭素数１２〜２４の高級ヒドロキシ脂肪酸と、から合成された脂肪族一塩基酸金属塩が挙げられる。なお、ヒドロキシル基を有していると、水素結合等の作用により繊維状構造が安定化される。金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属や、カルシウム、バリウム等のアルカリ土類金属、又はアルミニウム等が挙げられる。また、高級脂肪酸としては、例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルチミン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、牛脂脂肪酸等が挙げられる。高級ヒドロキシ脂肪酸としては、例えば、９−ヒドロキシステアリン酸、１０−ヒドロキシステアリン酸、１２−ヒドロキシステアリン酸、９、１０−ジヒドロキシステアリン酸等が挙げられる。これらの脂肪族一塩基酸の中では、ステアリン酸と１２−ヒドロキシステアリン酸が最も好ましい。なお、増ちょう剤の含有量は、１〜２０ｗｔ％とすることが好ましい。１ｗｔ％未満であると軸受中のグリースが漏出しやすくなり、２０ｗｔ％を越えるとトルクが大となる。

導電性グリース組成物の適度な硬さ（柔軟性）を確保するために、導電性付与添加剤、分散剤、及び増ちょう剤の合計量は、導電性グリース組成物全体の１〜２５ｍａｓｓ％とすることが好ましい。２５ｍａｓｓ％超過であるとグリース組成物のちょう度が大きくなり過ぎ（グリース組成物が硬くなり過ぎ）、グリース組成物を転がり軸受に封入した際に、転がり軸受のトルクが大きくなるおそれがあるので好ましくない。一方、１ｍａｓｓ％未満では、導電性付与添加剤、分散剤、及び増ちょう剤の量が少なすぎて、グリース組成物を封入した転がり軸受の導電性が劣る場合がある。

導電性グリース組成物に使用される基油としては、鉱油、ポリ−α−オレフィン油（ＰＡＯ）等の合成炭化水素油、エステル油、エーテル油、ポリグリコール油、シリコン油、フッ素油等が挙げられ、これらは単独又は２種以上を混合して用いることができる。基油の動粘度は、使用条件（荷重、温度、速度等）によって適宜選択され、特に限定されるものではないが、粘度が大きすぎると導電性に悪影響を及ぼすので、４０℃における動粘度は１２０ｍｍ^２／ｓ以下が好ましい。４０℃における動粘度が１２０ｍｍ^２／ｓを超えると、油膜が比較的厚くなって抵抗値が大きくなる。ただし、４０℃における動粘度が５ｍｍ^２／ｓ未満であると、蒸発損失や潤滑性の問題から適当ではない。すなわち、基油の粘度が低すぎると、例えば軸受の回転中に軌道面と転動体との金属接触を避けるのに十分な潤滑油膜の形成が困難となる。なお、導電性グリース全量から導電性固体粉末、摩耗防止添加剤、極圧添加剤、油性剤、増ちょう剤等を差し引いた部分が基油となるから、導電性グリースにおける基油の含有量は、７５〜９０ｍａｓｓ％とすることが好ましい。

導電性グリース組成物は、導電性付与添加剤、分散剤を必須成分として含有し、所望により通常の増ちょう剤を含有してもよいが、さらに必要に応じて種々の添加剤を含有してもよい。例えば、酸化防止剤、防錆剤、極圧剤、油性向上剤、金属不活性化剤等、グリース組成物に一般的に使用される添加剤を、単独又は２種以上混合して用いることができる。このような添加剤により、導電性グリース組成物の各種性能をさらに向上させることができる。

酸化防止剤としては、例えば、アミン系、フェノール系、イオウ系、ジチオリン酸亜鉛等が挙げられる。アミン系酸化防止剤の具体例としては、フェニル−１−ナフチルアミン、フェニル−２−ナフチルアミン、ジフェニルアミン、フェニレンジアミン、オレイルアミドアミン、フェノチアジン等が挙げられる。フェノール系酸化防止剤の具体例としては、ｐ−ｔ−ブチルフェニルサリシレート、２、６−ジ−ｔ−ブチルフェノール、２、６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−フェニルフェノール、２、２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−オクチルフェノール）、４、４’−ブチリデンビス−６−ｔ−ブチル−ｍ−クレゾール、テトラキス［メチレン−３−（３’、５’−ジ−ｔ−ブチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］メタン、１、３、５−トリメチル−２、４、６−トリス（３、５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）ベンゼン、ｎ−オクタデシル−β−（４’−ヒドロキシ−３’、５’−ジ−ｔ−ブチルフェニル）プロピオネート、２−ｎ−オクチル−チオ−４、６−ジ（４’−ヒドロキシ−３’、５’−ジ−ｔ−ブチル）フェノキシ−１、３、５−トリアジン、４、４’−チオビス（６−ｔ−ブチル−ｍ−クレゾール）、２−（２’−ヒドロキシ−３’−ｔ−ブチル−５’−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール等のヒンダードフェノール等が挙げられる。

防錆剤としては、例えば、石油スルフォン酸、有機系スルフォン酸金属塩（金属はアルカリ金属、アルカリ土類金属等）、エステル類等が挙げられる。有機系スルフォン酸金属塩の具体例としては、ジノニルナフタレンスルホン酸や重質アルキルベンゼンスルホン酸の金属塩（カルシウムスルフォネート、バリウムスルフォネート、ナトリウムスルフォネート等）等が挙げられる。また、エステル類の具体例としては、多塩基カルボン酸及び多価アルコールの部分エステルであるソルビタンモノラウレート、ソルビタントリステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート等のソルビタンエステル類や、ポリオキシエチレンラウレート、ポリオキシエチレンオレエート、ポリオキシエチレンステアレート等のアルキルエステル類等が挙げられる。また、アルキルコハク酸エステル、アルケニルコハク酸エステル等のようなアルキルコハク酸誘導体、アルケニルコハク酸誘導体も、防錆剤として好ましく使用できる。

油性向上剤としては、例えば、オレイン酸、ステアリン酸等の脂肪酸、ラウリルアルコール、オレイルアルコール等のアルコール、ステアリルアミン、セチルアミン等のアミン、リン酸トリクレジル等のリン酸エステル、及び動植物油等が挙げられる。

極圧及び摩耗防止の目的で、塩素系、イオウ系、リン系、ジチオリン酸亜鉛、有機モリブデン等の極圧剤を使用することができる。その他には、ベンゾトリアゾール等の金属不活性化剤や、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤等を使用することができる。

これらの添加剤の含有量は、導電性グリース組成物全体の０．５〜１５ｍａｓｓ％とすることが好ましい。０。５ｍａｓｓ％未満では添加剤を添加した効果が不十分となるおそれがある。一方、１５ｍａｓｓ％より多く添加しても、その効果は期待できない。

導電性グリース組成物のちょう度は、導電性グリース組成物を適用する用途や使用温度に適したちょう度であればよく、特に限定されるものではない。ただし、適度な柔軟性（硬さ）を確保する観点から、通常はＮＬＧＩのちょう度番号がＮｏ．１〜Ｎｏ．３（ＪＩＳ Ｋ ２２２０のちょう度番号が１番〜３番）の範囲が選択される。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る通電軸受１について、図４を参照して説明する。本実施形態の通電軸受１では、外輪段部１３にリテーナープレート９が配置されず、弾性部材からなる接触シール５１が配置される。接触シール５１は、外輪段部１３に嵌合等により固定されて、径方向内側に延在する。接触シール５１の径方向内側端部には、内輪段部２３に摺接するリップ部５３が形成される。

したがって、通電軸受１は接触シール５１によって密封され、通電ブラシ３２の摩耗粉が軸受外部に飛散することが防止される。これにより、モータ内部や通電軸受１の周辺部材が摩耗粉によって汚染され、不具合が発生することを防止できる。また、接触シール５１により、外部環境からのコンタミが軸受内部空間に浸入することが防止される。

なお、本実施形態では、リード線４５の一端部が通電ブラシ３２に接続され、他端部が接触シール５１とブラシホルダ４０との軸方向における間に挟持される。このとき、リード線４５の他端部は外輪段部１３に当接するので、通電ブラシ３２と外輪１０との間の電気的な回路が形成される。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る通電軸受１について、図５を参照して説明する。本実施形態の通電軸受１では、第１実施形態と同様、外輪段部１３にリテーナープレート９が配置される。図示の例では、リテーナープレート９の内周面は、軸方向外側に向かうにしたがって内径が大きくなるテーパ形状とされているが、平面形状であっても構わない。

また、ブラシ摺接部２４（内輪段部２３の外周面）の軸方向外側端部には、弾性部材からなる接触シール５２が配置される。接触シール５２は、ブラシ摺接部２４に嵌合等により固定されて、径方向外側に延在する。接触シール５２の径方向外側端部には、リテーナープレート９の内周面に摺接するリップ部５４が形成される。

このような構成であっても、通電軸受１は接触シール５２によって密封されるので、第２実施形態と同様の効果を奏することが可能である。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る通電軸受１について、図６を参照して説明する。本実施形態では、リテーナープレート９と、当該リテーナープレート９と径方向に対向するように配置されたラビリンスプレート６１と、の間にラビリンス隙間Ｓを形成することにより、通電軸受１を密封している。

より具体的に、リテーナープレート９は、外輪段部１３の軸方向外側端部に内嵌する基部６７と、基部６７の軸方向外側端部から径方向内側に突出する突出部６９と、を有する。また、ラビリンスプレート６１は、内輪段部２３の軸方向外側端部に外嵌する基部６３と、基部６３の軸方向内側端部から径方向外側に突出する突出部６５と、を有する。

そして、リテーナープレート９の突出部６９とラビリンスプレート６１の基部６３との径方向隙間、リテーナープレート９の突出部６９とラビリンスプレート６１の突出部６５との軸方向隙間、及び、リテーナープレート９の基部６７とラビリンスプレート６１の突出部６５との径方向隙間、によってラビリンス隙間Ｓを形成する。

したがって、通電軸受１はラビリンス隙間Ｓによって密封され、通電ブラシ３２の摩耗粉が軸受外部に飛散することが防止される。これにより、モータ内部や通電軸受１の周辺部材が摩耗粉によって汚染され、不具合が発生することを防止できる。また、ラビリンス隙間Ｓにより、外部環境からのコンタミが軸受内部空間に浸入することが防止される。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る通電軸受１について、図７を参照して説明する。本実施形態は、リテーナープレート９及びラビリンスプレート６１の突出部６９、６５において、互いに対向する軸方向側面の形状が異なる点で第４実施形態と相違する。

すなわち、リテーナープレート９の突出部６９の軸方向内側面には、軸方向内側に突出する凸部６８が複数個（本実施形態では３個）形成されている。また、ラビリンスプレート６１の突出部６５の軸方向外側面には、軸方向外側に突出する凸部６４が複数個（本実施形態では３個）形成されている。そして、これらの凸部６８、６４を径方向に交互に配置することにより、凸部６８、６４は互いに隙間を介して噛み合う構成とされる。

このように、凸部６８、６４によって、リテーナープレート９の突出部６９とラビリンスプレート６１の突出部６５との軸方向隙間を蛇行させ、ラビリンス隙間Ｓの構成を複雑にすることにより、通電軸受１を密封する効果を高めることが可能となる。その他の構成及び効果は第４実施形態と同様である。

（実施例１）
次に、上述した通電軸受１に電流を流した場合に、軸受内部に電食が生じるか否かについて試験を行った。試験条件は以下の通りである。軸受外径：６２ｍｍ、軸受内径：３５ｍｍ、潤滑：グリース潤滑、回転数：６０００ｍｉｎ^−１、アキシャル荷重：１００Ｎ、ラジアル荷重：２００Ｎ、電流：一定電流０．１Ａ、通電ブラシ：銅を７０ｍａｓｓ％添加したカーボンブラシ。

図８には、試験後における通電軸受１の内輪軌道面２２の金属顕微鏡による画像が示され、図９には、通電軸受１に通電部材３０を設けなかった場合、すなわち比較例に係る内輪軌道面２２の金属顕微鏡による画像が示されている。

図９を参照すると、比較例に係る内輪軌道面２２には、放電現象による電気的損傷、電食痕であることを示す小さな点が観察される。これは、比較例においては、通電部材３０が設けられなかったため、軸受内に電流が流れたためであると考えられる。すなわち、転がり軸受の場合、玉３と内輪軌道面２２及び外輪軌道面１２との間には油膜が形成される。そして、この油膜に耐電圧以上の電圧が印加されると、油膜の絶縁破壊が生じ、放電現象による玉３、内輪軌道面２２及び外輪軌道面１２の損傷（電食）が発生する。このようにして、比較例においては、内輪軌道面２２に電食が発生したと考えられる。

一方、図８を参照すると、実施形態に係る内輪軌道面２２には電食痕がないことがわかる。これは、実施形態においては、通電部材３０が設けられたため、軸受内に電流が流れなかったためであると考えられる。

以上説明したように、上記実施形態の通電軸受１によれば、シール７よりも軸受端部側において外輪１０の内周面１１に固定され、外輪１０の内周面１１と内輪２０の外周面２１との間を電気的に導通させる通電部材３０を備える。したがって、通電部材３０を構成する通電ブラシ３２の摩耗粉や、外部環境からのコンタミが軸受内部への浸入することを、シール７によって防止することが可能である。

なお、仮に、シール７が設けられていない場合、通電ブラシ３２の摩耗粉が軸受内部空間の玉３と外輪軌道面１２及び内輪軌道面２２との間に入り込み、摩耗粉が噛み込まれ、玉３や外輪軌道面１２、内輪軌道面２２に凹凸が形成されてしまう。この場合、音響上昇や発熱、異常摩耗、表面を起点とした剥離が発生する可能性がある。図１０には、シール７を設けなかった場合の内輪軌道面２２の走査型電子顕微鏡写真が示されているが、表面に凹凸が形成されていることがわかる。これに対し、本実施形態の通電軸受１のようにシール７を設けた場合には、このような表面凹凸は形成されない。

また、通電部材３０は、外輪１０の内周面１１に固定され、導電性を有するバネ３１と、バネ３１によって径方向に付勢されて内輪２０の外周面２１に摺接し、導電性を有する通電ブラシ３２と、を備える。したがって、通電ブラシ３２はバネ３１によって付勢されて確実に内輪２０に摺接するので、安定的な導通性を確保することができる。

また、バネ３１及び通電ブラシ３２は、外輪１０の内周面１１と内輪２０の外周面２１との間に配設された第１及び第２案内面４１、４２により、径方向に案内される。したがって、通電ブラシ３２が傾くことを防止でき、通電ブラシ３２を内輪２０に適切に接触させることが可能となる。さらに、通電ブラシ３２が摩耗した場合であっても、第１及び第２案内面４１、４２によって通電ブラシ３２の移動をスムーズにすることができるので、許容される通電ブラシ３２の摩耗量が増加し、通電ブラシ３２の交換頻度を減少させることが可能となる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。

例えば、上述の実施形態において、通電部材３０は、外輪１０の内周面１１に固定されるとしたが、内輪２０の外周面２１に固定される構成でも構わない。この場合、バネ３１は、内輪２０の外周面２１に固定され、通電ブラシ３２は、バネ３１によって径方向外側に付勢されて外輪１０の内周面１１に摺接する。そして、リード線４５は、通電ブラシ３２と内輪２０とを電気的に接続して、電気的な回路を形成し、軸受に導電性が確実に付与される。

また、ブラシホルダ４０や第１及び第２案内面４１、４２の形状は、バネ３１及び通電ブラシ３２の径方向への移動をスムーズに行なうことができれば、図１〜３及び４〜７に示すような形状に限られず、任意の形状としてもよい。

また、通電部材３０の数は一つに限られず、複数設けてもよい。

１ 通電軸受
３ 玉（転動体）
５ 保持器
６ ダストプレート
７ シール
７ａ 弾性部材
７ｂ 芯金
７ｃ 弾性リップ
８ 凸部
９ リテーナープレート
１０ 外輪
１１ 内周面
１２ 外輪軌道面
１３ 外輪段部
２０ 内輪
２１ 外周面
２２ 内輪軌道面
２３ 内輪段部
２４ ブラシ摺接部
３０ 通電部材
３１ バネ（弾性部材）
３２ 通電ブラシ
４０ ブラシホルダ
４１、４２ 案内面
４３、４４ 逃げ部
４５ リード線
５１、５２ 接触シール
５３、５４ リップ部
６１ ラビリンスプレート
６３ 基部
６４ 凸部
６５ 突出部
６７ 基部
６８ 凸部
６９ 突出部
Ｓ ラビリンス隙間

Claims (7)

1. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
   外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
   前記外輪軌道面及び前記内輪軌道面の間に転動自在に設けられた複数の転動体と、
   前記転動体を周方向に所定間隔で保持する保持器と、
   前記保持器の軸方向両側に位置する一対のシールと、
   を備える通電軸受であって、
   前記シールよりも軸受端部側において前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間を電気的に導通させる通電部材と、
   前記シールは弾性リップを有するとともに、前記通電部材側の前記シールの前記弾性リップが前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面に摺接して形成されるグリース溜りと、をさらに備える
   ことを特徴とする通電軸受。
2. 前記弾性リップが３つの凸部を有するとともに、真ん中の前記凸部が前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面に摺接して前記グリース溜りが形成される
   ことを特徴とする請求項１記載の通電軸受。
3. 導電性グリースを封入した
   ことを特徴とする請求項１または２記載の通電軸受。
4. 前記通電部材を内部に案内して保持する円環状のブラシホルダを、さらに備える
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の通電軸受。
5. 前記通電部材よりも軸受端部側において前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間の空間を密封する接触シールまたはラビリンスシール、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の通電軸受。
6. 前記ブラシホルダの軸方向移動を規制するための円環状のリテーナープレートが、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面に圧入されており、
   前記リテーナープレートと、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面との間の空間に、前記接触シールが配設されている
   ことを特徴とする請求項５記載の通電軸受。
7. 前記ブラシホルダの軸方向移動を規制するための円環状のリテーナープレートが、前記外輪の内周面又は前記内輪の外周面に圧入されており、
   前記リテーナープレートと、前記リテーナープレートと対向配置されるラビリンスプレートとの間で、ラビリンス隙間を形成している
   ことを特徴とする請求項５記載の通電軸受。