JP4548334B2 - 転がり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、家電用エアコンファンモータ等、インバータ制御により運転される電動モータ、及び、電気ノイズを発生する前記インバータ制御系機器の近傍に設置される電動モータ等の回転支持部分を構成する転がり軸受の改良に関する。

上述したような製品は、電動モータの多機能化に対し、その電圧と周波数により高度な制御が可能となるインバータ制御が主流となりつつある。

この形態の電動モータに組み込まれる転がり軸受、或は、その近傍に設置される転がり軸受は、インバータ制御回路からの高周波の電流が軸受内を通過することにより起こる電食と呼ばれる損傷を受けることがある。

これに対し、従来、例えば転動体に窒化珪素セラミックを使用し、絶縁することにより、電食の損傷を回避する対策がある。
特開２００１−４１２４８号公報 特開平１１−２８０７６７号公報 実開平５−３３６５８号公報 特開昭６４−６５１７号公報 特開昭５８−１１３６２８号公報

しかしながら、前記対策における、窒化珪素セラミックの転動体は、非常に高価であり、一般的な対策とは言い難い。

また、転動体での絶縁がなされた場合、流れてきた漏れ電流は、その他導電性部位にその経路をかえて迂回し、軸受以外の部位に損傷を与える恐れがある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、前記環境で用いられる電動モータに組み込まれる転がり軸受に、窒化珪素よりも安価なアルミナ材（Ａｌ_２Ｏ_３）の酸化系セラミックの転動体を使用するとともに、導電性を有する接触式のシール部材の使用、及びシールリップ部への導電性グリースの塗布により、安価な電食対策転がり軸受を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る転がり軸受は、外輪と内輪の間に、転動体が転動自在に介装してある転がり軸受に於いて、
前記転動体に、高純度アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を材料とした酸化系セラミックが使用してあり、
前記外輪と内輪にはそれぞれシール溝が設けられ、外輪または内輪のシール溝のうちいずれか一方には導電性を有するゴム材を使用したシール部材が装着され、当該シール部材のシールリップは前記外輪または内輪のシール溝のうちいずれか他方における外方側と周方向に数点で接触する接触面を有しており、
当該接触面には導電性グリースが塗布してあり、
前記接触面または前記いずれか他方のシール溝には、微細な凹部又は凸部が形成してあり、
前記シールリップは、前記導電性グリースを保持できる形状に形成されている。

好適には、前記接触面は、周方向に４点で前記いずれか他方のシール溝と接触している。

また、好適には、前記シールリップと前記いずれか他方のシール溝との間には、前記導電性グリース保持用空間を有する。

本発明によれば、アルミナ材（Ａｌ_２Ｏ_３）の酸化系セラミックの転動体を使用することにより、転動体と内・外輪における絶縁を図ることにより、軸受の損傷を避けるとともに、導電性を有する接触式のシール部材の使用、及びシールリップ部への導電性グリース塗布により、流れてきた漏れ電流を迂回（通過）させることにより、その他の部位の電気的な損傷を防止することが、安価に可能である。

以下、本発明の実施の形態に係る転がり軸受を図面を参照しつつ説明する。

（本発明の実施の形態の全体構成）
本発明の実施の形態では、転動体に、アルミナ材の酸化系セラミック材を用い、内・外輪と転動体との電流を絶縁する。

ここで、材料に用いるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）は、純度が９９．５％以上（ＪＩＳ規格：Ｒ１４０１−２）で、気密質でポアが無いものが好ましい。

また、導電性を有するゴムを材料とした接触式のシール部材を用いることにより、漏れ電流の回路を形成させる。

さらに、通常の接触式のシール部材を備えた軸受が回転した場合、シール部材のシールリップの接触部と内・外輪との間には、微小な油膜が生成されるため、僅かな電気抵抗の増加が懸念される。

本発明の実施の形態では、シールリップの接触部に、導電性カーボン等を含有した導電性グリースを充填して、通電を図る機構となっている。

以上、本発明の実施の形態によれば、アルミナ材（Ａｌ_２Ｏ_３）の酸化系セラミックの転動体を使用することにより、転動体と内・外輪における絶縁を図ることにより、軸受の損傷を避けるとともに、導電性を有する接触式のシール部材の使用、及びシールリップ部への導電性グリース塗布により、流れてきた漏れ電流を迂回（通過）させることにより、その他の部位の電気的な損傷を防止することが、安価に可能である。

また、内・外輪間の導通を完全に遮断するものではないので、静電気等が溜まることもなく、安定して安全に使用できる。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る転がり軸受（玉軸受）の断面図である。

図１に示すように、外輪１と内輪２との間に、転動体３が転動自在に介装してあり、転動体３は、保持器４により所定間隔に維持するようになっている。

本実施の形態では、上記のように、転動体３に、アルミナ材（Ａｌ_２Ｏ_３）の酸化系セラミック材を用いて、外・内輪１，２と転動体３との電流が絶縁してある。

外輪１及び内輪２の両側部には、それぞれ、シール溝１１，１２が形成してある。

外輪１のシール溝１１には、芯金部材２１を埋設したシール部材２０が装着してあり、そのシールリップ２２は、内輪２のシール溝１２に接触するように構成してある。

シール部材２０においては、ゴム素材の部分に導電性素材を用いており、シールリップ２２の接触面２２ａの外あたりの位置で、内輪２のシール溝１２に接触している。

これにより、外輪１に電気が流れた場合は、シール部材２０を通して、内輪２に電気が流れる構造になっている。

図２は、本発明の第１実施の形態に係り、シール部材のシールリップの接触面の拡大図である。

シールリップ２２の接触面２２ａには、金型にディンプル状の凹部を多数放電加工等で設ける事により、図２に示すように、０．０１ｍｍ〜０．１０ｍｍの微細な凸部３０が形成してある。なお、シール溝１２側に、このような微細な凸部３０が形成してあってもよい。また、凸部３０に代えて、凹部が形成してあってもよい。

図１に示すように、シール部材２０のシールリップ２２は、導電性グリースを保持できるように形成してある。すなわち、内輪２のシール溝１２とシール部材２０のシールリップ２２との間には、導電性グリースを保持する空間Ｓがあり、ここに導電性グリースを封入する。

以上から、従来軸受に電流が流れる際に、外輪１→転動体３→内輪２と電気が通っていたものが、外輪１→シール部材２０→内輪２と通るため、軸受軌道面に損傷が発生しない。

また、従来は、シール部材２０の接触面に軸受の封入グリースが流れ込み抵抗値が増大し、シール部材２０の導電性が落ちていく傾向があったが、シールリップ２２の接触面２２ａに凸部３０又は凹部を設けることと、導電性グリースを接触面２２ａに塗布することにより、導電性の劣化を抑えることができる。

シール部材２０の形状が接触面２２ａに塗布した導電性グリースを保持する形状になっているため、導電性グリースの潤滑を維持することができ、導電性グリースの軸受内部、軸受外部への漏れを防ぐこともできる。

また、接触面２２ａに凸部３０又は凹部があるため、従来の接触式のシール部材よりもトルクを低くすることができ、シール音も防止できる。

シールリップ２２の接触面２２ａが全周接触でなく、数点接触にすることにより、トルクを低くすることができる。

軸受は、軸受に電気が流れた際に、電流が転動体３を流れずに、導電性のシール部材２０を通って流れるため、電食の発生を抑えることができる。

また、シールリップ２２の接触面２２ａに、導電性グリースを塗布することにより、導電性の劣化を防ぎ、導電性を長時間維持することができる。

シールリップ２２の接触面２２ａに微細な凸部３０又は凹部を設けることにより、摩擦抵抗を減らすことができ、シール音の発生を防止できる。

従来の窒化珪素セラミックボールによる対策は、コストが高かったが、本実施の形態では、アルミナ材（Ａｌ_２Ｏ_３）の酸化系セラミック材を用いたセラミックボールにより、安価な素材で構成されているため、製造コストを抑えることができる。

尚、本実施の形態は、ゴムシールでの例を示したが、本発明は、金属シールド板のラビリンス部に導電性のグリースを塗布することも有効である。

（第１参考例）
図３は、本発明の第１参考例に係る転がり軸受の断面図である。

第１参考例は、シールリップ２２が内あたりの例を示す。即ち、内輪２のシール溝１２の内方側に、シールリップ２２の接触面２２ａが接触している。

その他の構成、作用、及び効果は、上述した第１実施の形態と同様である。

（第２参考例）
図４は、本発明の第２参考例に係る転がり軸受の断面図である。

第２参考例は、シールリップ２２が中央あたりの例を示す。即ち、内輪２のシール溝１２の略中央に、シールリップ２２の接触面２２ａが接触している。

その他の構成、作用、及び効果は、上述した第１実施の形態と同様である。

（第２実施の形態）
図５は、本発明の第３参考例および第２実施の形態に係り、（ａ）は、第３参考例および第２実施の形態のシール部材の断面図であり、（ｂ）は、第３参考例としてシールリップの全周接触の例を示し、（ｃ）は、第２実施の形態としてシールリップの４点接触の例を示す。

図５（ａ）において、シール部材２０のシールリップ２２は、その幅がｄである接触面２２ａを有している。

図５（ｂ）に示す参考例では、シールリップ２２の接触面２２ａは、全周接触に構成してあり、また、本発明の実施形態では、図５（ｃ）に示すように４点接触に構成してある。

その他の構成、作用、及び効果は、上述した第１実施の形態と同様である。

（第３実施の形態）
図６は、本発明の第３実施の形態に係る転がり軸受の断面図である。

本実施の形態では、内輪２のシール溝１２とシール部材２０のシールリップ２２との間には、導電性グリースを保持する空間Ｓがあり、ここに導電性グリースを封入する。軸受は、軸受に電気が流れた際に、電流が転動体３を流れずに、軸受の両側部にある導電性のシール部材２０及び導電性グリースを通って流れるため、電食の発生を抑えることができる。

一方、外輪１及び内輪２の軌道面と、転動体３との間には、通常のグリースが塗布してある。このグリースは、定常回転時に油膜が十分にできる粘度であり、且つ、体積抵抗の高いものである。

その結果、シール部材２０の方へより一層放電し易くなる。また、音響特性や耐久性も優れている。

その他の構成、作用、及び効果は、上述した第１実施の形態と同様である。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。例えば、導電性のシール部材２０を用いるのは、片面のみの使用でもよい。また、導電性のシール部材２０は、内輪接触でも、外輪接触でもよい。

本発明を適用した転がり軸受の効果を確認する為に行った電食耐久試験結果について、以下に説明する。
試験条件：
回転数： １５００ｍｉｎ^−１
予圧： ３．７Ｎ
印加電流：１０ｍＡ
試験時間：５００ｈｏｕｒ
試験試料：
表１の様に、グリース種類をパラメータに試料を３種類用意した。
上記の条件及び試料を、各５個にて電食耐久試験を行い、０〜５００時間で軸受回転振動値が回転初期の５倍を、ＮＧと判定した。

表２に、前記試験の結果を示す。
試験の結果、従来例では、初期の１００時間後に、ＮＧ品が発生した。それに対して、本発明の適用仕様では、完全な対策効果が確認できた。

本発明の第１実施の形態に係る転がり軸受の断面図である。 本発明の第１実施の形態に係り、シール部材のシールリップの接触面の拡大図である。 本発明の第１参考例に係る転がり軸受の断面図である。 本発明の第２参考例に係る転がり軸受の断面図である。 本発明の第３参考例および第２実施の形態に係り、（ａ）は、第３参考例および第２実施形態のシール部材の断面図であり、（ｂ）は、第３参考例としてシールリップの全周接触の例を示し、（ｃ）は、第２実施形態のシールリップの４点接触の例を示す。 本発明の第３実施の形態に係る転がり軸受の断面図である。

１ 外輪
２ 内輪
３ 転動体
４ 保持器
１１，１２ シール溝
２０ シール部材
２１ 芯金部材
２２ シールリップ
２２ａ 接触面
３０ 凸部

Claims (3)

1. 外輪と内輪の間に、転動体が転動自在に介装してある転がり軸受に於いて、
   前記転動体に、高純度アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を材料とした酸化系セラミックが使用してあり、
   前記外輪と内輪にはそれぞれシール溝が設けられ、外輪または内輪のシール溝のうちいずれか一方には導電性を有するゴム材を使用したシール部材が装着され、当該シール部材のシールリップは前記外輪または内輪のシール溝のうちいずれか他方における外方側と周方向に数点で接触する接触面を有しており、
   当該接触面には導電性グリースが塗布してあり、
   前記接触面または前記いずれか他方のシール溝には、微細な凹部又は凸部が形成してあり、
   前記シールリップは、前記導電性グリースを保持できる形状に形成されていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記接触面は、周方向に４点で前記いずれか他方のシール溝と接触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。
3. 前記シールリップと前記いずれか他方のシール溝との間には、前記導電性グリース保持用空間を有することを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受。