JP2022118903A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】シールに頼らずに外輪と内輪の間のインピーダンスを低下させた電磁ノイズ防止用または電食防止用の転がり軸受を提供する。【解決手段】本発明にかかる転がり軸受１００の構成は、外輪１０２と、内輪１０４と、外輪１０２と内輪１０４の間に配置された剛性を有する転動体１１０と、外輪１０２に取り付けられる金属環である外環１２０と、内輪に取り付けられる金属環である内環１３０と、導電性を有し外環１２０と内環１３０の間を転動する柔軟性転動体１５０とを備えていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁ノイズ防止用の転がり軸受に関する。

近年、ＥＶ車（electric car）やＨＶ車（hybrid car）等の開発の進展もあり、一台の自動車に搭載される高電圧部品の数が増加しつつある。この高電圧部品の電流が軸受に通電すると、軸受の転動体の表面、外輪や内輪の軌道面に電食が生じてしまい、損傷の一因となる。

また高電圧部品の数が増えると、部品同士の電磁気的干渉も大きくなる。電磁気的干渉は、コンピュータやナビゲーション装置、通信装置、車載ラジオなどの電子機器に伝搬すると、電磁ノイズとして機器の動作に悪影響を及ぼしかねない。そのため、自動車における電磁ノイズ対策が要望されている。

電磁ノイズ対策としてとられる方法は、電磁気的干渉で発生した迷走電流をその周辺ケースにアースさせることであり、その通り道に軸受が使用されることが多い。電気量の小さい電磁ノイズ程度であれば軸受を常時通電状態にしておけば解決することが多いが、電気量が大きい場合は、通電状態が良好でない場合は、電荷が溜まり、それらがある程度になると溜まった電荷が一気に放出してしまうことがある。このようなことが、電荷の通り道である軸受軌道面とボールとの接触面で生じると、接触面に電食といって、表層の一部が溶けて柔らかくなった変質層になることがあり、このようなことが生じると軸受は交換せざるを得なくなる。

電磁ノイズも電食も、対策は、電荷を貯めることなく、時間的に連続して外部に通電できる軸受構造にすることである。

通電可能な軸受として、例えば特許文献１には通電式転がり軸受が開示されている。この通電式転がり軸受は、主に転動体の電食防止を目的として、導電性のシールリング１０ａを備えている。シールリング１０ａは、潤滑油の漏洩や異物の侵入を防ぐ部品であり、シールリップ１４ａの先端部に導電性潤滑剤が封入されることで導電性が高められている。

特開２００９－２６４４０１号公報

特許文献１は、シールを通じて外輪と内輪の間に電流を流す構成である。しかし、シールのリップが内輪または外輪と接触する位置では潤滑剤の油膜が形成され、油膜は通常、電気抵抗が高いので、通電性能が低下してしまうという欠点があった。その対策の為、潤滑剤に導電性のあるものを用いるとしても、潤滑剤に持たせられる導電性はさほど高いものではない。

そして、軸受の回転速度が高くなるほど油膜が厚くなり、軸受全体としてのインピーダンス（電気抵抗）が増大してしまうという問題がある。また、導電性を高めようとするとリップの当接面積を大きくすることが考えられるが、この場合は損失抵抗（フリクション）が大きくなってしまう、また、リップの接触部分が摩耗しやすく、導電性能に安定性がなくなるという問題があった。

本発明は、このような課題に鑑み、シールに頼らずに外輪と内輪の間のインピーダンスを低下させた電磁ノイズ防止用または電食防止用の転がり軸受を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる転がり軸受の代表的な構成は、外輪と、内輪と、外輪と内輪の間に配置された剛性を有する転動体と、外輪に取り付けられる金属環である外環と、内輪に取り付けられる金属環である内環と、導電性を有し外環と内環の間を転動する柔軟性転動体とを備えていることを特徴とする。

上記構成によれば、導電性を有した柔軟性転動体が内環と外環の間で接触した状態で接地されているので電荷の通り道が確保されていることになり、外輪と内輪との間、ひいては軸受全体のインピーダンスが大幅に低減される。したがって、電磁ノイズ防止効果および電食防止効果を高めることができる。なお、柔軟性転動体としては、例えば導電ゴムボールや導電樹脂ボールを好適に用いることができる。

上記外環と内環は、柔軟性転動体と接触する位置に軌道溝を有し、外環と内環の間隔は、軌道溝以外の領域では柔軟性転動体の径よりも狭いとよい。これにより、外環および内環との間からの柔軟性転動体の外れを防止することができ、柔軟性転動体の外環、内環への常時接触をできるので、上述した効果を確実に得ることが可能となる。

上記外環の内周および内環の外周は、相手方に向かって屈曲または湾曲しているとよい。かかる構成によっても、外環および内環との間からの柔軟性転動体の外れを防止することができ、上述した効果を確実に得ることが可能となる。

上記柔軟性転動体は、少なくとも表層が導電性と柔軟性を有する構造としてもとよい。すなわち、中心から表層まで一様の材質であってもよいし、芯の表層に柔軟性層を設けてもよい。このように柔軟性転動体の表層が導電性を有することにより、外輪と内輪との間のインピーダンスを大幅に低減することができる。また柔軟性転動体の表層が柔軟性を有することにより、柔軟性転動体を良好に転動させることが可能となる。

上記柔軟性転動体は、表層に多数の空孔ないし亀裂を有する構造としてもよい。かかる構成によれば、軸受の回転に伴って柔軟性転動体が転がるとき、空孔ないし亀裂によって外環または内環の軌道面の潤滑油の油膜が吸われて排除される、また、接触表面の形成油膜の不連続性を誘発できるので油膜を限りなく薄くすることができるので外環や内環と柔軟性転動体との接触を確実にすることができる。

本発明にかかる転がり軸受によれば、シールに頼らずに外輪と内輪の間のインピーダンスを低下させた電磁ノイズ防止用または電食防止用の転がり軸受を提供することができる。

本実施形態にかかる転がり軸受を説明する図である。 外環および内環の斜視図である。 柔軟性転動体の斜視図である。 停止時および回転時の柔軟性転動体の位置を説明する図である。 本実施形態の軸受の他の例を説明する図である。 本実施形態の軸受の変形例を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。

図１は、本実施形態にかかる転がり軸受（以下、単に「軸受１００」と称する）を説明する図であり、軸受１００の側面を図示している。図１に示すように、本実施形態にかかる軸受１００は、外輪１０２と内輪１０４の間に、剛性を有する転動体１１０が配置されている。転動体１１０は剛性を有し、軸受１００にかかる荷重を受ける。

図１に示すように、本実施形態の軸受１００では、外輪１０２には、金属環である外環１２０が取り付けられていて、内輪１０４には、金属環である内環１３０が取り付けられている。そして、外環１２０と内環１３０との間には保持器１４０が配置されていて、かかる保持器１４０には、柔軟性と導電性を有する柔軟性転動体１５０が保持されている。これにより、隣接する柔軟性転動体１５０同士の接触を防ぎ、摩擦により柔軟性転動体１５０の摩耗を防止することができる。かかる柔軟性転動体１５０は、外環１２０と内環１３０との間においてあたかもスラスト軸受のような構造をもって転動する。

本実施形態の軸受１００によれば、柔軟性転動体１５０が導電性を有することにより、外輪１０２と内輪１０４との間、ひいては軸受全体のインピーダンスが大幅に低減される。これにより、電磁ノイズ防止効果または電食防止効果を高めることができる。

図２は、外環１２０および内環１３０の斜視図である。図２に示すように、外環１２０は断面がＬ字形状であり、内輪１０４に向かって起立する円環部１２０ａと、ケーシング３０２（図６参照）に嵌められる円筒部１２０ｂとを有する。内環１３０は外環１２０と対になる断面Ｌ字形状であり、外輪１０２に向かって起立する円環部１３０ａと、軸３０４に嵌められる円筒部１３０ｂを有する。外環の円環部１２０ａと内環の円環部１３０ａには、それぞれ、柔軟性転動体１５０（図１参照）と接触する位置に軌道溝１２２・１３２を有する。

柔軟性転動体１５０は、例えば導電ゴムや導電性樹脂のように、導電性と柔軟性を有する玉を用いている。転動体１１０は一般に鋼製であって導電性を有する点においては共通しているが、柔軟性転動体１５０そのものの導電性能は、転動体１１０よりも大きくなるように設定されている。柔軟性転動体１５０は外環１２０、内環１３０と接触する位置で変形して面接触となるため、高い導電性を得ることができる。

ここで、導電性（低インピーダンス）の観点からは、柔軟性転動体１５０の位置に潤滑油がない方が好ましい。潤滑油は通常は絶縁体であり、導電性フィラーを添加してもさほど導電性を上げることができないからである。しかしながら、回転速度や使用環境の関係から潤滑油の使用を余儀なくされたり、転動体１１０の潤滑油がまわってきてしまうおそれもある。そこで、柔軟性転動体１５０と外環１２０、内環１３０との間の潤滑油を限りなく除去することが考えられる。

図３は、柔軟性転動体１５０の斜視図であり、一部を切り欠いた状態を示している。図３（ａ）に示す柔軟性転動体１５０ａは、全体が発泡ゴムからなり、表層１５２に多数の空孔１５４（ないし亀裂）が形成されている。これにより、軸受１００の回転に伴って柔軟性転動体１５０ａが転がるとき、空孔１５４（ないし亀裂）によって外環１２０または内環１３０の軌道面１２２・１３２の潤滑油の油膜が吸われて排除される、または油膜が限りなく薄くなる。したがって、外環１２０や内環１３０の軌道面１２２・１３２と柔軟性転動体１５０ａとの間の導電性を担保することができる。

また図３（ｂ）に示す柔軟性転動体１５０ｂでは、中心に剛性のある芯１５６を有し、その表層の柔軟性層１５８を導電性と柔軟性を有する発泡ゴムによって形成されている。これにより、柔軟性転動体１５０の変形（つぶれ）が制限されるため、軸受１００の回転に伴う柔軟性転動体１５０の転がりを安定させることができる。なお、芯１５６は、剛性を有するといっても荷重を受けるわけではないので、硬質樹脂などで成形することにより軽量化を図ることができる。

図１に示すように、外環の円環部１２０ａと内環の円環部１３０ａの間隔Ｉは、軌道溝１２２・１３２以外の領域では柔軟性転動体１５０の径Ｄよりも狭くなっている。これにより、外環１２０および内環１３０との間からの柔軟性転動体１５０の外れを防止することができ、上述した効果を確実に得ることが可能となる。

軌道溝１２２・１３２の領域の間隔は、柔軟性転動体１５０の径Ｄよりも広くてもよい。図４は、停止時および回転時の柔軟性転動体１５０の位置を説明する図である。

図４（ａ）に示すように、軸受１００が回転していない際すなわち停止時には、柔軟性転動体１５０は、重力によって保持器１４０の孔１４２の内部で下がった状態となっている。すると柔軟性転動体１５０は軌道溝１２２・１３２に挟まるように接触するため、確実に導通することができる。

図４（ｂ）に示すように、軸受１００が回転している際すなわち運転時には、柔軟性転動体１５０は、遠心力によって保持器１４０の孔１４２の外側に向かって押しつけられた状態となる。すなわち、回転時にも柔軟性転動体１５０は軌道溝１２２・１３２に挟まるように接触するため、確実に導通することができる。

図５は、本実施形態の軸受の他の例を説明する図である。図５に示す軸受２００では、外環２２０は円環部２２０ａと円筒部２２０ｂを有し、内環２３０は円環部２３０ａと円筒部２３０ｂを有する。そして、軌道溝を形成する代わりに、外環の円環部２２０ａの内周（内側縁）および内環の円環部２３０ａの外周（外側縁）を相手方に向かって湾曲（または屈曲）して、互いの間隔を柔軟性転動体１５０の直径より狭くしている。このような構成によっても、外環２２０と内環２３０の間からの柔軟性転動体１５０の外れを防止することができる。

図６は、本実施形態の軸受の変形例を説明する図である。図６に示す軸受３００では、外環１２０は外輪１０２ではなくケーシング３０２に直接取り付けられていて、内環１３０は内輪１０４ではなく軸３０４に直接取り付けられている。すなわち、図６に示す軸受３００では、外輪１０２および内輪１０４に隣接する位置に外環１２０および内環１３０が配置されている。このような構成によっても、上述した軸受１００と同様の効果を得ることが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は斯かる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、電磁ノイズ防止用または電食防止用の転がり軸受として利用することができる。

１００…軸受、１０２…外輪、１０４…内輪、１１０…転動体、１２０…外環、１２２…軌道溝、１３０…内環、１３２…軌道溝、１４０…保持器、１４２…孔、１５０…柔軟性転動体、１５０ａ…柔軟性転動体、１５０ｂ…柔軟性転動体、１５２…表層、１５４…空孔、１５６…芯、２００…軸受、２２０…外環、２３０…内環、３００…軸受、３０２…ケーシング、３０４…軸

Claims (5)

1. 外輪と、
   内輪と、
   前記外輪と前記内輪の間に配置された剛性を有する転動体と、
   前記外輪に取り付けられる金属環である外環と、
   前記内輪に取り付けられる金属環である内環と、
   導電性を有し前記外環と前記内環の間を転動する柔軟性転動体とを備えていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記外環と前記内環は、前記柔軟性転動体と接触する位置に軌道溝を有し、
   前記外環と前記内環の間隔は、前記軌道溝以外の領域では前記柔軟性転動体の径よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記外環の内周および前記内環の外周は、相手方に向かって屈曲または湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
4. 前記柔軟性転動体は、少なくとも表層が導電性と柔軟性を有する構造とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
5. 前記柔軟性転動体は、表層に多数の空孔ないし亀裂を有する構造とすることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の転がり軸受。

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