JP2022085600A - Insulated bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえばモータや発電機等の回転軸等に装着され、特に、電流が流れる可能性のある部位への装着に好適である絶縁軸受に関する。 The present invention relates to an insulated bearing that is mounted on a rotating shaft of a motor, a generator, or the like, and is particularly suitable for mounting on a portion where a current may flow.
従来から回転体を備えた機器では、その回転によって生じる摩擦抵抗を軽減するために、回転軸に金属製の軸受が装着されている。たとえば、電磁力で回転体(いわゆる回転子)を回転させるモータや、水力等で回転体(いわゆるタービン)を回転させて発電を行なう発電機においても、回転体の回転軸に軸受が装着される。 Conventionally, in a device equipped with a rotating body, a metal bearing is mounted on a rotating shaft in order to reduce the frictional resistance caused by the rotation. For example, in a motor that rotates a rotating body (so-called rotor) by electromagnetic force or a generator that rotates a rotating body (so-called turbine) by hydraulic power or the like to generate power, a bearing is attached to the rotating shaft of the rotating body. ..
これらのモータや発電機等では、軸受に電流が漏出し、電流が流れることによって生じる腐食(以下、「電食」という。)が進行し易いという問題がある。そこで、軸受の電食を防止するための種々の技術が検討されている。
例えば、特許文献1には、外輪及び内輪の少なくとも片方を絶縁膜で被覆した絶縁軸受において、絶縁膜の成分及び添加物の含有量を適切に制御した絶縁軸受が開示されている。また、特許文献1には、上記絶縁軸受により、良好な耐電食性及び熱伝導性を長期間維持できることが記載されている。
These motors, generators, and the like have a problem that a current leaks to a bearing and corrosion caused by the current flowing (hereinafter referred to as "electrolytic corrosion") easily progresses. Therefore, various techniques for preventing electrolytic corrosion of bearings have been studied.
For example,
ところで、一般的に、絶縁抵抗値と電磁ノイズ等の周波数とは、反比例の関係にある。すなわち、電磁ノイズ等による高周波での環境においては、低周波における環境と比較して、絶縁抵抗値が低下することが知られている。 By the way, in general, the insulation resistance value and the frequency such as electromagnetic noise are in an inverse proportional relationship. That is, it is known that the insulation resistance value is lower in a high frequency environment due to electromagnetic noise or the like than in a low frequency environment.
しかし、近時の省エネの推進により、一般的に使用されるモータは、インバータ制御により使用されることが多くなっており、モータに対して頻繁な運転制御が要求されるため、インバータから発生される電磁ノイズの周波数が高くなりつつある。
このような電磁ノイズが発生している環境で金属製の軸受を使用すると、インバータから発生される電磁ノイズによって、軸受内部に電位差が生じて軸受内部に電流が流れ、軸受内部に電食を生じる可能性が高くなる。特に、電磁ノイズの周波数の上昇に伴って、上述のとおり、軸受の絶縁抵抗値が低下するため、より一層、軸受の電食が発生しやすくなる。
However, due to the recent promotion of energy saving, motors that are generally used are often used by inverter control, and frequent operation control is required for the motor, so it is generated from the inverter. The frequency of electromagnetic noise is increasing.
When a metal bearing is used in an environment where such electromagnetic noise is generated, the electromagnetic noise generated from the inverter causes a potential difference inside the bearing, a current flows inside the bearing, and electrolytic corrosion occurs inside the bearing. The possibility is high. In particular, as the frequency of electromagnetic noise increases, the insulation resistance value of the bearing decreases as described above, so that electrolytic corrosion of the bearing is more likely to occur.
また、絶縁膜の熱伝導性が低いと、回転によって生じる摩擦抵抗の発熱が軸受に蓄積されて、軸受の寿命が短縮される原因になる。したがって、皮膜の熱伝導性が良好であり、高周波での環境においても耐電食性が優れた軸受の開発が要求されている。 Further, if the thermal conductivity of the insulating film is low, heat generation of frictional resistance generated by rotation is accumulated in the bearing, which causes the life of the bearing to be shortened. Therefore, it is required to develop a bearing having good thermal conductivity of the film and excellent electrolytic corrosion resistance even in an environment at high frequency.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱伝導性が優れており、高周波での環境下においても優れた絶縁性が得られる皮膜を有し、耐久性が良好であり、電食の発生を抑制することが可能な絶縁軸受を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, has excellent thermal conductivity, has a film capable of obtaining excellent insulating properties even in an environment at high frequencies, has good durability, and is electric. It is an object of the present invention to provide an insulated bearing capable of suppressing the occurrence of erosion.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、被膜の誘電率が低いと、軸受の絶縁性に良い影響を与えることに着目した。すなわち、本発明者らは、軸受の所定の領域に、誘電率が低い樹脂層と、熱伝導性が優れたセラミックス層とを積層することにより、優れた熱伝導性及び絶縁性を有する絶縁皮膜を得ることができることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。 As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have focused on the fact that a low dielectric constant of the coating has a positive effect on the insulating property of the bearing. That is, the present inventors have an insulating film having excellent thermal conductivity and insulating property by laminating a resin layer having a low dielectric constant and a ceramic layer having an excellent thermal conductivity in a predetermined region of a bearing. Found that can be obtained. The present invention has been made based on these findings.
本発明に係る絶縁軸受は、下記[1]の構成のとおりである。 The insulated bearing according to the present invention has the configuration of the following [1].
[1] 一対の軌道面を有する一対の軌道輪と、前記一対の軌道面の間で転動自在に保持される複数の転動体と、を備える絶縁軸受において、
前記一対の軌道輪の少なくとも一方は、前記軌道面に対して反対側の外表面及び前記外表面に連続する両側面に絶縁皮膜を有し、
前記絶縁皮膜は、樹脂層とセラミックス層とが積層された複合皮膜である、絶縁軸受。
[1] In an insulated bearing including a pair of raceway rings having a pair of raceway surfaces and a plurality of rolling elements that are rotatably held between the pair of raceway surfaces.
At least one of the pair of raceway rings has an insulating film on the outer surface opposite to the raceway surface and on both side surfaces continuous with the outer surface.
The insulating film is an insulating bearing, which is a composite film in which a resin layer and a ceramic layer are laminated.
また、絶縁軸受に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の[2]~[4]に関する。
[2] 前記樹脂層は、20℃における比誘電率が5.0以下である、[1]に記載の絶縁軸受。
Further, preferred embodiments of the present invention relating to insulated bearings relate to the following [2] to [4].
[2] The insulating bearing according to [1], wherein the resin layer has a relative permittivity of 5.0 or less at 20 ° C.
[3] 前記絶縁皮膜は、前記軌道輪側から前記樹脂層、前記セラミックス層の順に積層されている、[1]又は[2]に記載の絶縁軸受。 [3] The insulating bearing according to [1] or [2], wherein the insulating film is laminated in the order of the resin layer and the ceramic layer from the raceway ring side.
[4] 前記絶縁皮膜の膜厚は50~500μmである、[1]~[3]のいずれか1つに記載の絶縁軸受。 [4] The insulating bearing according to any one of [1] to [3], wherein the film thickness of the insulating film is 50 to 500 μm.
本発明によれば、一対の軌道輪の少なくとも一方における外表面及び両側面に絶縁皮膜を有し、絶縁皮膜は樹脂層とセラミックス層とが積層された複合皮膜であるため、この絶縁皮膜は高周波での環境下においても優れた絶縁性及び熱伝導性を有するものとなる。これにより、耐久性が良好であり、電食の発生を抑制することができる絶縁軸受を提供することができる。 According to the present invention, since the insulating film has an insulating film on the outer surface and both side surfaces of at least one of the pair of raceway rings, and the insulating film is a composite film in which a resin layer and a ceramics layer are laminated, this insulating film has a high frequency. It has excellent insulation and thermal conductivity even in the environment of. Thereby, it is possible to provide an insulated bearing having good durability and capable of suppressing the occurrence of electrolytic corrosion.
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described. The present invention is not limited to the embodiments described below.
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る絶縁軸受を示す模式的断面図である。本実施形態においては、絶縁軸受として、ラジアル軸受について説明する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an insulated bearing according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, a radial bearing will be described as an insulating bearing.
図1に示すように、絶縁軸受10は、同心状に配置された外輪(軌道輪)1及び内輪(軌道輪)2と、外輪1及び内輪2(一対の軌道輪)の間で転動自在に保持された複数の転動体3と、を有する。なお、外輪1には外輪側軌道面(軌道面)1aが形成され、内輪2には内輪側軌道面(軌道面)2aが形成されており、複数の転動体3は、外輪側軌道面1a及び内輪側軌道面2a(一対の軌道面)の間で、保持器4によって等間隔に離隔されつつ保持されている。
As shown in FIG. 1, the insulating bearing 10 is rollable between an outer ring (race ring) 1 and an inner ring (race ring) 2 arranged concentrically, and an
第1実施形態においては、外輪1の外輪側軌道面1aに対して反対側の外表面1b上と、外表面1bに連続する両側面1c上とに、樹脂層6が形成され、樹脂層6の上にセラミックス層7が積層されており、絶縁皮膜5は、これら樹脂層6とセラミックス層7とが積層された複合皮膜である。
In the first embodiment, the
(樹脂層)
樹脂層を構成する樹脂は、一般的に比誘電率が低く、高い絶縁性能を有する。本発明者らは、被膜の誘電率を低くすると、静電容量が小さくなって絶縁抵抗値が高くなり、高周波での環境下においても優れた絶縁性を得ることができることを見出した。
樹脂層6を構成する樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド等を適用することができる。また、この樹脂層6は、吹き付け法、静電塗装法、流動浸漬法等の方法により外輪1の外表面1bと両側面1cとに形成することができる。
(Resin layer)
The resin constituting the resin layer generally has a low relative permittivity and has high insulation performance. The present inventors have found that when the dielectric constant of the coating film is lowered, the capacitance becomes smaller and the insulation resistance value becomes higher, and excellent insulation property can be obtained even in an environment at a high frequency.
As the resin constituting the
外輪1の所定の領域に形成する樹脂層6の比誘電率が低いほど、高い絶縁性能を得ることができる。したがって、20℃における樹脂層の比誘電率は、5.0以下であることが好ましく、3.0以下であることがより好ましい。なお、樹脂層の比誘電率は、ASTM D150に準拠して測定した値とすることができる。
The lower the relative permittivity of the
(セラミックス層)
セラミックス層7を構成するセラミックスは、一般的に樹脂と比較して熱伝導率が高いため、外輪1の所定の領域にセラミックス層7を形成することにより、軸受の回転によって生じる摩擦抵抗の発熱が軸受に蓄積されることを抑制することができ、これにより、軸受の耐久性を向上させることができる。
なお、第1実施形態においては、外輪1側(すなわち、軌道輪側)から、樹脂層6、セラミックス層7の順に、すなわち、セラミックス層7が樹脂層6よりも外側に形成されているが、本実施形態において、樹脂層6とセラミックス層7とが積層される順序は特に限定しない。ただし、セラミックス層7は硬度が高いため、樹脂層6の表面にセラミックス層7が形成されていると、絶縁皮膜5の耐久性を向上させることができる。
(Ceramics layer)
Since the ceramics constituting the
In the first embodiment, the
セラミックス層7を構成する母材としては、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)やジルコニア(ZrO2)を用いることができる。また、セラミックス層7は、溶射により形成することができ、溶射ノズルの向きを調整することにより、外輪1の外表面1bと両側面1cとにセラミックス層7を形成することができる。
As the base material constituting the
また、セラミックス層7が、母材の他に放熱性が良好な成分を含有していると、軸受の回転によって生じる摩擦抵抗の発熱が軸受に蓄積されることをより一層抑制することができるため、好ましい。放熱性が良好な成分としては、例えば、炭化ケイ素(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si3N4)等を挙げることができる。
Further, when the
(絶縁皮膜)
上記のとおり、第1実施形態においては、外輪1の外表面1bと両側面1cとに絶縁皮膜5を有する。樹脂層6が外輪1の外輪側軌道面1a又はその近傍まで形成されていると、絶縁皮膜が剥離して、外輪側軌道面1aと内輪側軌道面2aとの間に入り込み、転動体3等に付着することにより、軸受の性能を低下させるおそれがある。
一方、外輪1の外表面1b上のみに絶縁皮膜5が形成されていると、所望の絶縁性能が得られないことがある。したがって、軌道面が形成されている面を除く3方向の面(外表面1b及び両側面1c)に絶縁皮膜5が形成されているものとする。
(Insulation film)
As described above, in the first embodiment, the insulating
On the other hand, if the insulating
絶縁皮膜5の膜厚が50μm以上であると、優れた絶縁性能を得ることができる。したがって、絶縁皮膜5の膜厚は50μm以上であり、100μm以上であることが好ましい。一方、絶縁皮膜5の膜厚が500μm以下であると、コストの上昇を抑制することができる。したがって、絶縁皮膜5の膜厚は500μm以下であり、300μm以下であることが好ましい。
When the film thickness of the insulating
また、第1実施形態においては、絶縁皮膜5は外輪1の外表面1bと両側面1cとに絶縁皮膜5を有する例を示したが、本発明においては、絶縁皮膜5を形成する部品は外輪1に限定されない。
Further, in the first embodiment, the insulating
<第2実施形態>
図2は、本発明の第2実施形態に係る絶縁軸受を示す模式的断面図である。なお、図2において、上記第1実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
<Second Embodiment>
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an insulated bearing according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same or equivalent parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof will be omitted or simplified.
図2に示すように、第2実施形態に係る絶縁軸受20においては、内輪2側に絶縁皮膜15が形成されている。具体的には、内輪2の内輪側軌道面2aに対して反対側の外表面2b上と、外表面2bに連続する両側面2c上とに、樹脂層16が形成され、さらに樹脂層16の上にセラミックス層17が積層されている。そして、これら樹脂層16とセラミックス層17とにより、絶縁皮膜15が構成されている。
As shown in FIG. 2, in the insulating
このように構成された第2実施形態においても、絶縁皮膜5、15を構成する樹脂層6、16及びセラミックス層7、17については、上記第1実施形態と同様であり、同様の効果を得ることができる。すなわち、樹脂層6、16が形成されていることにより、高周波での環境下においても優れた絶縁性を有し、セラミックス層7、17が形成されていることにより、熱伝導性に優れた絶縁皮膜5、15を得ることができる。したがって、優れた耐久性を有し、電食の発生を抑制することが可能な絶縁軸受を得ることができる。
Also in the second embodiment configured in this way, the resin layers 6 and 16 and the
<第3実施形態>
図3は、本発明の第3実施形態に係る絶縁軸受を示す模式的断面図である。なお、図3において、上記第1実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
<Third Embodiment>
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an insulated bearing according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same or equivalent parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof will be omitted or simplified.
図3に示すように、第3実施形態に係る絶縁軸受30においては、外輪1に絶縁皮膜5が形成されているとともに、内輪2に絶縁皮膜15が形成されている。具体的には、外輪1の外表面1b上と、両側面1c上とに、樹脂層6が形成され、さらに樹脂層6の上にセラミックス層7が積層されている。そして、これら樹脂層6とセラミックス層7とにより、絶縁皮膜5が構成されている。
また、内輪2の外表面2b上と、両側面2c上とに、樹脂層16が形成され、さらに樹脂層16の上にセラミックス層17が積層されている。そして、これら樹脂層16とセラミックス層17とにより、絶縁皮膜15が構成されている。
As shown in FIG. 3, in the insulating
Further, a
このように構成された第3実施形態においても、絶縁皮膜5、15を構成する樹脂層6、16及びセラミックス層7、17については、上記第1実施形態と同様であり、同様の効果を得ることができる。すなわち、樹脂層6、16が形成されていることにより、高周波での環境下においても優れた絶縁性を有し、セラミックス層7、17が形成されていることにより、熱伝導性に優れた絶縁皮膜5、15を得ることができる。したがって、優れた耐久性を有し、電食の発生を抑制することが可能な絶縁軸受を得ることができる。
Also in the third embodiment configured in this way, the resin layers 6 and 16 and the
<各実施形態に共通の事項>
絶縁皮膜5、15は、樹脂層6、16及びセラミックス層7、17の他に、必要に応じて他の機能層を有していてもよい。また、必要に応じて、複数の樹脂層6、16及び複数のセラミックス層7、17が交互に積層されて、絶縁皮膜5、15が形成されていてもよい。
ただし、軸受の回転によって生じる摩擦抵抗の発熱が軸受に蓄積されることを抑制するためには、樹脂層6、16及びセラミックス層7、17は、それぞれ1層であり、セラミックス層7、17が樹脂層6、16よりも外側に形成されていることが好ましい。
<Matters common to each embodiment>
The insulating
However, in order to suppress the heat generation of frictional resistance generated by the rotation of the bearing from being accumulated in the bearing, the resin layers 6 and 16 and the
また、上述のとおり、絶縁皮膜は外輪1側に形成されていても、内輪2側に形成されていてもよく、外輪1及び内輪2の少なくとも一方における所定の領域に絶縁皮膜を有することにより、絶縁性を得ることができる。例えば、小さい絶縁軸受10の場合には、図1に示すように、内輪2の内側に位置する外表面及び両側面に絶縁皮膜を形成することが困難となるため、外輪1側に絶縁皮膜5を形成することが好ましい。
Further, as described above, the insulating film may be formed on the
一方、大きい絶縁軸受20の場合には、図2に示すように、内輪2の外表面2b及び両側面2cに絶縁皮膜15を形成することが容易であり、さらに、内輪2側の方が、皮膜を形成する領域が狭くなるため、低コストで絶縁皮膜15を形成することができる。
On the other hand, in the case of the large
上記第1~第3実施形態は、軸受として、玉軸受に絶縁皮膜を形成した例としたが、本発明は玉軸受に限定されず、種々の転がり軸受について適用することができる。また、ラジアル軸受に限定されず、スラスト軸受についても本発明を適用することができる。 The first to third embodiments are examples in which an insulating film is formed on a ball bearing as a bearing, but the present invention is not limited to the ball bearing and can be applied to various rolling bearings. Further, the present invention can be applied not only to radial bearings but also to thrust bearings.
1 外輪
1a 外輪側軌道面
1b,2b 外表面
1c,2c 両側面
2 内輪
2a 内輪側軌道面
3 転動体
4 保持器
5,15 絶縁皮膜
6,16 樹脂層
7,17 セラミックス層
10,20,30 絶縁軸受
1
Claims (4)
前記一対の軌道輪の少なくとも一方は、前記軌道面に対して反対側の外表面及び前記外表面に連続する両側面に絶縁皮膜を有し、
前記絶縁皮膜は、樹脂層とセラミックス層とが積層された複合皮膜である、絶縁軸受。 In an insulated bearing comprising a pair of raceway rings having a pair of raceway surfaces and a plurality of rolling elements rotatably held between the pair of raceway surfaces.
At least one of the pair of raceway rings has an insulating film on the outer surface opposite to the raceway surface and on both side surfaces continuous with the outer surface.
The insulating film is an insulating bearing, which is a composite film in which a resin layer and a ceramic layer are laminated.
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