WO2020067012A1 - 電食防止転がり軸受 - Google Patents

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alumina
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Definitions

  • the present invention provides an electric erosion that insulates and supports a rotating shaft through which a current may flow, such as a rotating shaft of an electric motor or a rotating shaft of a generator, and prevents the occurrence of electrolytic corrosion in a current passage portion.
  • the present invention relates to a rolling bearing.
  • anti-corrosion rolling bearings that support the rotating shaft of electric motors and rotating shafts of generators etc. spray hard particles or powder such as ceramics onto the surface of key parts made of metal such as steel. Corrosion resistance and electrical insulation are provided by the thermal spray coating formed by the above method.
  • Thermal spray coatings made of ceramics have voids such as voids and voids generated during the process of forming the coating, and some of the voids become continuous vents, allowing gas or liquid to come into contact with the outside of the thermal spray coating. May penetrate into the sprayed coating, which may lower the corrosion resistance and electrical insulation of the sprayed coating.
  • alumina spraying is often atmospheric pressure plasma spraying performed in the normal atmosphere, and in order to form a sprayed coating densely, the distance between the spray injection port and the work is made as short as possible, and the powder spray material is used. It is desirable to form a film in a state where is substantially dissolved.
  • the thermal spray nozzle is too close to the workpiece, the temperature of the already quenched and tempered workpiece may rise and be tempered. It is not easy to adjust the distance so that the thermal spray injection port is appropriately brought close to the workpiece so that such tempering does not occur.
  • the high-temperature spray coating when a powder spray material is melted to form a film, the high-temperature spray coating generates microcracks in the process of radiating heat at room temperature, which tends to cause a decrease in dielectric breakdown voltage. Therefore, in the conventional alumina spraying process, by reducing the spraying distance to the extent that it is not tempered, or by adjusting the particle size of the sprayed material of the powder, to form a dense sprayed coating as high as possible dielectric breakdown voltage. I was
  • Patent Document 1 discloses that a metal oxide such as titania, silica or chromium oxide is added in an amount of 1% by mass or less to a sprayed material containing 97% by mass of alumina having a particle size of 10 to 50 ⁇ m and an average particle size of 15 to 25 ⁇ m.
  • An insulating rolling bearing for preventing electrolytic corrosion which has a small variation in insulation resistance value by providing a sprayed layer having a porosity of 2 to 6% by spraying and sealing the layer with resin.
  • This document describes that the addition of too much metal oxide, which often has hydrophilicity, lowers the dielectric breakdown voltage (Patent Document 1).
  • the anti-corrosion rolling bearing in which an insulating layer made of a sprayed coating of fused alumina (Al 2 O 3 ) is provided at important points of the inner and outer rings, the insulating layer contains 10 to 40% by mass of silicon dioxide (SiO 2 ). It is known that the number of holes generated in the insulating layer is reduced to improve the insulating properties (see paragraph [0014] of Patent Document 2).
  • a ceramic sprayed layer containing 97% by mass or more of alumina having a particle size of 10 to 50 ⁇ m and an average particle size of 15 to 25 ⁇ m contains 0.5 to 2.5% by mass of zirconia to provide required insulation and color.
  • Patent Document 3 An insulated rolling bearing provided with a sprayed layer having a spot-free appearance.
  • the spraying distance is adjusted to a limit close to a limit where there is no thermal effect during spraying, and the spraying is frequently interrupted or weakened and cooled. You need to reserve time. Therefore, it takes a considerably long time to form a dense film by thermal spraying, and the production efficiency is reduced and the production cost is increased.
  • a return current or a motor shaft current may flow through an anti-corrosion rolling bearing used in an electric motor or the like, and if a high-voltage current exceeding a dielectric breakdown voltage flows, an insulating layer is broken and an electric current flows. The edibility is irreversibly lost. In addition, it is necessary to sufficiently increase the dielectric breakdown voltage of such a rolling bearing in consideration of a safety factor.
  • metal oxides such as titania, silica, and chromium oxide described in Patent Document 1 have high hydrophilicity, and the insulation resistance value tends to vary, so that the content is not stable.
  • the addition was limited to 0.5% by weight or less, more preferably 0.2% by weight or less, but stable and excellent insulating properties with a dielectric breakdown voltage of 6 kV or more could not be obtained.
  • the ceramic sprayed layer described in Patent Document 3 uses alumina having a particle size of 10 to 50 ⁇ m and an average particle size of 15 to 25 ⁇ m in order to increase the adhesion efficiency of the alumina, and has a mass of 0.5 to 2.5 mass%. % Zirconia is used, but it is difficult to fill the gap between the alumina particles having a small particle size with zirconia having an unspecified particle size. In this case, a high dielectric breakdown voltage exceeding 6 kV was not obtained.
  • Patent Document 2 even if 10 to 40% by mass of silicon dioxide is added to alumina as fused alumina, it is possible to stably exhibit an excellent insulation performance of a dielectric breakdown voltage of 6 kV or more. It was difficult (FIG. 2, paragraph [0024] of Patent Document 2).
  • microcracks are likely to be formed due to the difference in thermal expansion between the glass phase and alumina, and the microcracks penetrate gas and liquid from the outside of the sprayed coating to the inside. It is estimated that there is.
  • an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to provide a uniform thermal spray coating having a dense thermal spray coating to the inside and to have no unevenness, and to have a dielectric breakdown voltage of 6.0 kV or more after sealing treatment.
  • a uniform thermal spray coating having a dense thermal spray coating to the inside and to have no unevenness, and to have a dielectric breakdown voltage of 6.0 kV or more after sealing treatment.
  • an anti-corrosion rolling bearing having excellent insulation properties.
  • the base material of the rolling bearing is not subjected to heating such as tempering, and has a thermal spray coating having good film forming properties that can be formed at a predetermined spray distance or more, and the thermal spray coating is dense and has excellent insulation properties.
  • the anti-corrosion rolling bearing is used.
  • an inner ring and an outer ring, a plurality of rolling elements rotatably interposed between raceway surfaces of the inner and outer rings, and an inner peripheral surface of the inner ring or an outer peripheral surface of the outer ring Alternatively, it comprises an anti-corrosion rolling bearing provided with an electrically insulating ceramic sprayed coating on both of them, and comprises alumina particles having a particle size of 5 to 60 ⁇ m and an average particle size of 30 to 60 ⁇ m as a main component of the sprayed material.
  • An anti-corrosion rolling bearing obtained by providing a ceramic sprayed coating and filling the voids between the alumina particles with a glassy melt of a metal oxide having an average particle size of 5 to 40 ⁇ m, thereby densifying the ceramic sprayed coating. It was.
  • the anti-corrosion rolling bearing of the present invention configured as described above has a ceramic sprayed coating having alumina particles having a particle size of 5 to 60 ⁇ m and an average particle size of 30 to 60 ⁇ m as a main component of the spray material.
  • the inventors of the present application have stated that the latent pores and the like that do not open on the surface are filled with a glassy melt of metal oxide having an average particle size of 5 to 40 ⁇ m, thereby densifying the ceramic sprayed coating. Has found.
  • the latent holes in the ceramic sprayed coating are sealed by a usual sealing treatment to prevent liquid penetration from the surface.
  • a ceramic sprayed coating is filled with a vitreous metal oxide from the inside to the surface of the sprayed coating, the opening of the surface is closed with a sealing agent, and the insulating coating is dense and highly insulating from the inside to the surface. Provided in a state.
  • the anti-corrosion rolling bearing of the present invention which has a dense and electrically insulating ceramic sprayed coating having high insulating properties, has excellent uniform and non-uniform insulation performance, and has a dielectric breakdown voltage of 6.0 kV or more. It becomes an anti-rolling bearing.
  • a glassy melt of metal oxide having an average particle size of 5 to 40 ⁇ m exceeds 1.0% by mass in the composition of 100% by mass of the ceramic sprayed coating. It is preferably contained in an amount of 5.0 mass% or less, for example, 1.5 to 5.0 mass%.
  • the compounding ratio of the metal oxide having a lower melting point than alumina with respect to the alumina having a predetermined particle size is as small as less than 1.5% by mass, some of the pores remain in the sprayed coating without being sealed, and the dielectric breakdown voltage decreases. Measurement results are not stable.
  • the glassy metal oxide when the glassy metal oxide is contained in alumina in an amount exceeding 5.0% by mass, the glassy metal oxide in an amount more than that required for insulation is scattered inside the thermal spray coating to form a glass. In some cases, microcracks tend to occur due to the difference in thermal expansion from alumina in the quality part, the measurement results of the breakdown voltage are not stable, and the average value of the breakdown voltage may not reach the expected value of 6 kV.
  • the melting point of the alumina is lowered and the alumina is easily melted, so that it is sufficiently melted even when sprayed at a distance such that tempering does not enter the base material of the bearing.
  • a film is formed by a spray material, and a dense ceramic spray coating can be provided.
  • the metal oxide preferably used in the present invention is a metal oxide having a high insulation property and a lower melting point than alumina, and is preferably one or more selected from silica, yttria, titania, and zirconia, which are easily vitrified during film formation. Preferably, it is used.
  • the metal oxide is silica
  • the silica combines with alumina to form mullite, and the ceramic sprayed coating can be densified.
  • the ceramic sprayed coating has a good film-forming property such that it can be sprayed at a spraying distance of 140 to 170 mm, and is a ceramic sprayed coating that is densified so as to have a dielectric breakdown voltage of 6.0 kV or more. Is preferred.
  • the ceramic sprayed coating has a film forming property capable of spraying at a predetermined spraying distance or more, the sprayed coating can be formed at a distance that is not heated until the rolling bearing is tempered, so that the cooling time during spraying can be reduced. It is not necessary to take a sufficient amount, so that it is possible to form a dense film efficiently by continuous thermal spraying, resulting in ceramic spraying with high production efficiency.
  • the ceramic sprayed coating formed in this way becomes a ceramic sprayed coating having a dielectric breakdown voltage of 6 kV or more, and provides a stable anti-corrosion rolling bearing with the desired insulation performance.
  • the present invention provides a sprayed ceramic film having alumina spray particles having a predetermined particle size as a main component of a thermal spraying material and a ceramic sprayed film in which pores between the alumina particles are filled with a glassy melt of a metal oxide having a predetermined average particle size.
  • the anti-corrosion rolling bearing is provided with a dense thermal spray coating on the inside, and is a uniform thermal spray coating with no uniform unevenness. Further, the insulation breakdown voltage becomes 6.0 kV or more after sealing. There is an advantage that an anti-corrosion rolling bearing having such extremely excellent insulating performance can be obtained.
  • the ceramic sprayed coating has a film-forming property capable of spraying efficiently at a predetermined spraying distance or more, and an anti-corrosion rolling bearing provided with the dense sprayed coating without heating until the rolling bearing is tempered.
  • Sectional view of the main part of the anti-corrosion rolling bearing of the embodiment 4 is a table showing the relationship between the amount of silica added and the dielectric breakdown voltage in Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 4, and Reference Example 1-9.
  • Scanning electron micrograph of the ceramic sprayed coating of Example 1 Scanning electron micrograph of the ceramic sprayed coating of Comparative Example 1
  • FIG. 4 is a table showing breakdown voltages of Examples 4, 7, and 8 and Comparative Examples 1, 5, and 6
  • FIG. 5 is a table showing the breakdown voltage of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 for different thermal spray distances.
  • 9 is a table showing the relationship between the thermal spray distance and the breakdown voltage in Examples 1, 9, 10 and Comparative Example 7. Table showing the relationship between the spraying time and the film deposition amount in Reference Example 1 and Example 1.
  • the anti-corrosion rolling bearing of the embodiment includes an inner ring 1 and an outer ring 2, a plurality of rolling elements (balls) 3 rotatably interposed between these raceway surfaces, and an inner peripheral surface of the inner ring 1. And an electrically insulating ceramic sprayed coating 4 on the outer peripheral surface of the outer ring 2.
  • Reference numeral 5 in the figure is a retainer. Although the ceramic spray coating 4 is shown on both the inner ring 1 and the outer ring 2, it may be provided on either one.
  • the sprayed ceramic coating 4 in the anti-corrosion rolling bearing of the embodiment contains alumina particles having an average particle size of 40.0 ⁇ m or less as a main component of the sprayed material, and pores between the alumina particles have an average particle size of 5 to 40 ⁇ m, preferably.
  • the ceramic sprayed coating 4 is densified by filling with a glassy melt of a metal oxide having an average particle size of less than 40 ⁇ m.
  • Alumina having a particle size of 5 to 60 ⁇ m and an average particle size of 30 to 60 ⁇ m can be used. If alumina having a large particle size exceeds the particle size or average particle size in such a numerical range, the number of pores and the pore size increase, so that the vitreous metal oxide cannot be reliably filled without gaps. And it is difficult to form a sufficiently dense sprayed coating. In order to perform thermal spraying with good adhesion efficiency, it is preferable that the particle size of alumina is 5 ⁇ m or more and the average particle size is 30 ⁇ m or more.
  • a metal oxide having an average particle size of 5 to 40 ⁇ m and having a lower melting point than that of the alumina is used. Since the metal oxide having an average particle size of less than 5 ⁇ m is too finely dispersed, it is difficult to form a glassy small lump by assembling to sufficiently fill the voids around the alumina particles. Further, in the case of a metal oxide having a large particle diameter exceeding 40 ⁇ m in average diameter, it is difficult to flow into small holes, and it is difficult to sufficiently densify the ceramic sprayed coating.
  • metal oxide use of one or more metal oxides selected from silica (SiO 2 ), yttria (Y 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), and zirconia (ZrO 2 ) is intended. It is preferable to form a ceramic sprayed coating having a stable breakdown voltage.
  • a metal oxide that is easily vitrified such as silica, yttria, titania, and zirconia, has a function of filling pores formed of alumina by vitrifying itself during film formation.
  • a dense ceramic sprayed coating can be obtained from the inside to the surface. Insufficient densification and a large number of potential vacancies are thought to cause a variation in breakdown voltage, but in the present invention, almost all vacancies are filled with metal oxide and disappear. In addition, variations in insulation performance are also reduced.
  • the composition of the thermal spraying material may be, for example, an alumina content of 95.0 to 98.5% by mass and a metal oxide of 1.5 to 5.0% by mass.
  • the alumina content is 97.0% by mass or more.
  • metal oxide such as zirconia
  • strength and toughness can be improved as well as insulating properties.
  • a known metal oxide may be added.
  • the expected effect can be expected if the metal oxide is added in excess of 1.5% by mass, but the effect tends to decrease when the oxide is 5.0% by mass or more. The reason is that if the amount of the metal oxide is too large, the glass phase that filled the pores after thermal spraying becomes too large, so that micro-cracks are likely to occur due to the difference in thermal expansion with alumina, etc., and as a result, the dielectric breakdown voltage is reduced. It is thought that it may decrease.
  • the measurement of the dielectric breakdown voltage according to the present invention can be performed according to JIS @ K # 6911.
  • thermal spraying method a known plasma spraying method such as an atmospheric pressure plasma spraying method can be adopted.
  • thermal spraying methods such as a powder type flame spraying method and a high-speed gas flame spraying method can also be employed.
  • the apparatus for forming a ceramic spray coating has a spray gun as a spray means, and sprays (discharges) a spray material from a discharge port.
  • a spray gun as a spray means
  • sprays discharges
  • a spray material from a discharge port for example, a well-known spray robot system can be used.
  • the thermal spray distance refers to the distance between the thermal spray injection port and the work.
  • the thickness of the ceramic sprayed coating thus formed is preferably formed thick according to the required insulation properties, and for example, is preferably 250 ⁇ m or more.
  • Example 1-6 Comparative Example 1-4
  • masking and blasting are performed on the outer surface of the outer ring and the inner surface of the inner ring (including both inner and outer peripheral surfaces). Air treatment was performed on these treated surfaces to form a thermal spray coating.
  • the spray material is made of high-purity alumina powder (Al 2 O 3 ) (particle size: 8 to 38 ⁇ m, average particle size: about 32 ⁇ m), and gray alumina powder (particle size: 8 to 38 ⁇ m, average particle size: about 32 ⁇ m) for coloring. ) was added, and silica (SiO 2 ) having an average particle size of 10.0 ⁇ m was added at the compounding ratio shown in Table 1 below, to give Examples 1-6, Comparative Examples 1-4, and Reference Examples 1-9. A powdery thermal spray material to be used was prepared.
  • an alumina spray coating (ceramic spray coating) having a spray coating layer thickness of 560 ⁇ m was formed by atmospheric pressure plasma spraying at a spray distance of 150 mm using a conventional method, and an epoxy resin-based sealing agent was further applied. After performing a sealing process using the same, an outer ring and an inner ring were prepared by polishing, and the resultant was assembled to produce rolling bearings of Example 1-6, Comparative Example 1-4, and Reference Example 1-9.
  • Example 1 and Comparative Example 1 were observed with a scanning electron microscope (SEM), and are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.
  • SEM scanning electron microscope
  • the outer ring on which the thermal spray coating was formed was fixed to a test jig, and the voltage was increased in steps of 0.2 kV from a starting voltage of 2.0 kV, and a voltage at which dielectric breakdown occurred was measured. Further, with respect to Example 4 and Comparative Example 1, the breakdown voltage was measured, and the results are shown in FIG.
  • the silica (SiO 2 ) addition amount exceeds 1.0% by mass (Comparative Example 2) to 1.5% by mass.
  • the breakdown voltage exceeded 6 kV and became a high level, and up to the addition amount of 5% by mass (Example 6), including the “variation” shown by the I-shaped vertical line in the figure.
  • a dielectric breakdown voltage of 6 kV or more was maintained, a tendency to decrease to less than 6 kV was observed with an addition amount of 6 kV or more. Therefore, it can be seen that the desired result of the present invention was obtained when the content of silica as the metal oxide was 1.5% by mass or more and 5.0% by mass or less.
  • Example 4 3% by mass of zirconia (ZrO 2 ) was added in place of silica as the metal oxide (Example 7) or not added (Comparative Example 5). With respect to the sprayed coating of the rolling bearing manufactured in exactly the same manner as in Example 4, the dielectric breakdown voltage was measured, and the results are shown in FIG.
  • Example 4 when 3% by mass of yttria (Y 2 O 3 ) was added instead of silica as the metal oxide (Example 8) or when it was not added at all (Comparative Example 6), Except for the above, the breakdown voltage of the thermal sprayed coating of the rolling bearing produced in the same manner as in Example 4 was measured, and the results are shown in FIG.
  • Example 1 [Evaluation of relationship between spraying time and film deposition amount]
  • Example 1 in the case where the spraying distance was set to 160 mm in the thermal spraying step of the example and the spraying distance was set to 130 mm in the thermal spraying step of the conventional example (Reference Example 1), cooling was performed when necessary.
  • the relationship between the spraying time including the time and the film deposition amount was examined, and is shown in FIG.
  • the anti-corrosion rolling bearing of the present invention has versatility in a rolling bearing that supports a rotating shaft through which current may flow, such as an air conditioner, a train, a generator such as a wind power generator, an electric motor such as a machine tool, It can also be used as a guide for linear motors.

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Abstract

内輪（１）および外輪（２）と、転動体（３）と、内輪（１）の内周面や外輪（２）の外周面に電気絶縁性のセラミックス溶射被膜（４）とを備えた電食防止転がり軸受とし、粒径５～６０μｍであり、かつ平均粒径３０～６０μｍのアルミナ粒子を溶射材の主成分としてセラミックス溶射被膜（４）を設けると共に、アルミナ粒子間の空孔を、平均粒径５～４０μｍのシリカ、イットリア、チタニアまたはジルコニアなどのアルミナより低融点の金属酸化物のガラス質溶融体の所定量で充填することによりセラミックス溶射被膜（４）を緻密化する。

Description

電食防止転がり軸受
　この発明は、電動モータの回転軸や発電機の回転軸等のように、電流の流れる可能性のある回転軸を絶縁して支持し、電流の通路部分の電食の発生を防止する電食防止転がり軸受に関する。
　一般に、電動モータの回転軸や発電機等の回転軸を支持する電食防止転がり軸受は、鋼等の金属で形成された部品要所の表面に、セラミックスなどの硬質の粒子や紛体を溶射して形成された溶射被膜によって耐食性や電気絶縁性を備えている。
　セラミックス製の溶射被膜は、被膜形成過程で生じる空隙や間隙、空洞(ボイド)などの空孔を有しており、空孔の一部は連通気孔となって溶射被膜の外側に接する気体や液体を溶射被膜の内部に浸透させることがあり、そのために溶射被膜の耐食性や電気絶縁性が低下することがある。
　溶射被膜を形成した軸受の絶縁性能を向上させるためには、溶射被膜を緻密に形成して気体や液体を溶射被膜の内部に浸透させないことが有効である。
　ところで、アルミナ溶射は、通常の大気中で行われる大気圧プラズマ溶射である場合が多く、溶射被膜を緻密に形成するには、溶射噴射口とワークの距離をできるだけ近づけて、粉体の溶射材をほぼ溶解した状態で成膜することが望ましい。
　しかし、軸受をワークとする溶射工程で、溶射噴射口とワークを近づけ過ぎると、既に焼入れ・焼戻しされているワークの温度が上がって焼き戻しされてしまう可能性がある。そのような焼き戻しが起こらないように、溶射噴射口をワークに適度に近づけるように行なう距離の調整は容易ではない。
　また、粉体の溶射材を溶解させて成膜させるとき、高温の溶射被膜は室温下で放熱される過程でマイクロクラックを発生させて、これが絶縁破壊電圧の低下の原因となりやすい。
　そのため、従来のアルミナ溶射工程では、焼き戻しされない程度に溶射距離を接近させたり、粉体の溶射材の粒径等を調整することにより、できるだけ絶縁破壊電圧の高い緻密な溶射被膜を形成するようにしていた。
　例えば特許文献１には、粒径１０～５０μｍ、平均粒径１５～２５μｍのアルミナを９７質量％含有した溶射材に、チタニア、シリカまたは酸化クロムなどの金属酸化物を１質量％以下添加して溶射することにより、空孔率２～６％の溶射層を設け、これを樹脂で封孔処理して絶縁抵抗値のバラつきの小さい電食防止用絶縁転がり軸受が記載されている。この文献には、親水性を有することの多い金属酸化物をあまり多く添加すると、絶縁破壊電圧が低下することが記載されている(特許文献１)。
　また、電融アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)の溶射被膜からなる絶縁層を内外輪の要所に備えた電食防止転がり軸受は、絶縁層に二酸化ケイ素(ＳｉＯ２)を１０～４０質量％含有させることによって、絶縁層に発生する空孔の数を減少させて絶縁特性を向上させることが知られている(特許文献２の段落［００１４］等)。
　さらにまた、粒径が１０～５０μｍで平均粒径１５～２５μｍのアルミナを９７質量％以上含有するセラミックス溶射層に、ジルコニアを０．５～２．５質量％含有し、所要の絶縁性と色斑のない外観の確保された溶射層を設けた絶縁転がり軸受が知られている(特許文献３)。
特許第５０２５１９０号公報 特開２０１６－１４４１３号公報 特開２００７－１９８５１９号公報
　しかしながら、従来のアルミナ溶射工程では、緻密な溶射被膜を効率よく形成するために、溶射時に受ける熱影響のない限界にまで近づけた溶射距離に調整し、また溶射を頻繁に中断または弱めて冷却する時間を確保する必要がある。そのため、溶射によって緻密な膜を形成するには、相当に長時間を要し、製造効率は低下して製造コストが上昇することになる。
　また、溶射による焼き戻しが起こらない限界での短い溶射距離や粉の粒径等を調整し、最適の条件で溶射を行なうためには、試行錯誤を繰り返して焼き戻しやマイクロクラック発生のリスクを避ける必要があり、それでも僅かな溶射条件の違いによって焼き戻しやマイクロクラックが発生する場合がある。
　ところで電動モータなどに用いられる電食防止転がり軸受には、帰路電流やモータ軸電流が流れる可能性があり、もし絶縁破壊電圧を超える高電圧の電流が流れてしまうと絶縁層が破壊されて電食防止性は不可逆的に失われる。また、安全率も考慮してこのような転がり軸受の絶縁破壊電圧は、充分に高めておく必要がある。
　特許文献１に記載されているように、溶射被膜の主成分であるアルミナの溶射時の粒径を、平均粒径１５～２５μｍとすれば、ある程度まで空孔率は小さくなるが、溶射被膜内部の空孔を塞ぐことは困難であった。
　また、特許文献１に記載されているチタニア、シリカ、酸化クロム等の金属酸化物は、親水性が高く絶縁抵抗値にバラつきが生じやすく安定しないので、その含有量を１重量％以下、好ましくは０．５重量％以下、より好ましくは０．２重量％以下に制限して添加していたが、絶縁破壊電圧６ｋＶ以上の安定して優れた絶縁性は得られなかった。
　また特許文献３に記載されたセラミックス溶射層は、アルミナの付着効率を高めるために粒径が１０～５０μｍで平均粒径１５～２５μｍのアルミナを用いており、また０．５～２．５質量％のジルコニアを用いているが、小粒径のアルミナ粒子間を不特定粒径のジルコニアで埋めることは困難であり、この場合も６ｋＶを超えるような高い絶縁破壊電圧は得られなかった。
　また、特許文献２に記載されるように、電融アルミナとして、アルミナに二酸化ケイ素を１０～４０質量％添加しても、絶縁破壊電圧６ｋＶ以上という優れた絶縁性能を安定的に発揮させることは困難であった（特許文献２の図２、段落［００２４］）。
　その理由は、おそらく多量のシリカによって空孔を充填すると、ガラス相とアルミナとの熱膨張差でマイクロクラックが形成されやすくなり、マイクロクラックが溶射被膜の外部から内部に気体や液体を浸透させているためと推定される。
　そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決し、内部まで緻密な溶射被膜を備えていて斑の無い均質な溶射被膜であり、さらに封孔処理を経た絶縁破壊電圧が６．０ｋＶ以上の優れた絶縁性を有する電食防止転がり軸受を得ることである。
　また、転がり軸受の基材が焼き戻しされるような加熱を受けず、所定の溶射距離以上で形成可能な良好な成膜性を有する溶射被膜を備え、しかも溶射被膜が緻密で絶縁性に優れた電食防止転がり軸受とすることである。
　上記の課題を解決するために、この発明においては、内輪および外輪と、これら内外輪の軌道面間に回転自在に介在する複数の転動体と、前記内輪の内周面もしくは前記外輪の外周面またはこれらの両方に電気絶縁性のセラミックス溶射被膜とを備えた電食防止転がり軸受からなり、粒径５～６０μｍであり、かつ平均粒径３０～６０μｍのアルミナ粒子を溶射材の主成分として前記セラミックス溶射被膜を設けると共に、前記アルミナ粒子間の空孔を、平均粒径５～４０μｍの金属酸化物のガラス質溶融体で充填することにより前記セラミックス溶射被膜を緻密化してなる電食防止転がり軸受としたのである。
　上記したように構成されるこの発明の電食防止転がり軸受は、粒径５～６０μｍであり、かつ平均粒径３０～６０μｍのアルミナ粒子を溶射材の主成分としたセラミックス溶射被膜とすることにより、表面に開口しない潜在的空孔などが、平均粒径５～４０μｍの金属酸化物のガラス質溶融体で埋められ、これによってセラミックス溶射被膜は、緻密化されていることを本願の発明者らは発見した。
　なお、セラミックス溶射被膜内に潜在する空孔だけではなく、セラミックス溶射被膜の表面に開口する空孔については、表面から液体の染み込みを防止するために、通常行なわれる封孔処理によって密閉されていることが好ましい。このようなセラミックス溶射被膜は、溶射被膜の内部から表面に至るまでガラス質の金属酸化物で充填され、表面の開口部は封孔剤で封鎖されて、内部から表面まで緻密で絶縁性の高い状態で設けられる。
　絶縁性の高い緻密な電気絶縁性のセラミックス溶射被膜を備えたこの発明の電食防止転がり軸受は、均質で斑の無い優れた絶縁性能を有し、絶縁破壊電圧が６．０ｋＶ以上の電食防止転がり軸受になる。
　上記セラミックス溶射被膜の組成１００質量％中には、空孔を充分に密閉しておくために、平均粒径５～４０μｍの金属酸化物のガラス質溶融体を、１．０質量％を超えて５．０質量％以下、例えば１．５～５．０質量％含有することが好ましい。
　所定粒径のアルミナに対し、アルミナより低融点の金属酸化物の配合割合が、１．５質量％未満という少量では、溶射被膜に一部の空孔が密閉されずに残り、絶縁破壊電圧の測定結果が安定しない。
　また、アルミナに対し、ガラス質の金属酸化物を、５．０質量％を超えて含有させると、絶縁に必要な量以上のガラス質の金属酸化物が、溶射被膜の内部に散在してガラス質部分に、アルミナとの熱膨張差によるマイクロクラックを生じやすくなり、絶縁破壊電圧の測定結果が安定せず、所期した６ｋＶに絶縁破壊電圧の平均値が及ばない場合がある。
　また、アルミナに一定量の金属酸化物を添加することにより、アルミナの融点が下がって溶解しやすくなるので、軸受の基材に焼き戻しが入らない程度の距離で溶射しても充分に溶解した溶射材による成膜がなされ、緻密なセラミックス溶射被膜を設けることができる。
　この発明に用いることが好ましい金属酸化物としては、絶縁性が高く、アルミナより低融点の金属酸化物であって、成膜時にガラス化しやすいシリカ、イットリア、チタニア及びジルコニアから選ばれる１種以上を用いることが好ましい。
　特に、上記金属酸化物がシリカである場合、このシリカはアルミナと化合してムライトになり、前記セラミックス溶射被膜を緻密化できる。
　また、上記セラミックス溶射被膜が、溶射距離１４０～１７０ｍｍで溶射可能であるという良好な成膜性を有し、かつ絶縁破壊電圧６．０ｋＶ以上であるように緻密化されたセラミックス溶射被膜であることが好ましい。
　上記セラミックス溶射被膜が、所定の溶射距離以上で溶射可能な成膜性を有していることにより、転がり軸受を焼き戻しするまで加熱しない距離で溶射被膜を形成できるので、溶射中の冷却時間を十分にとる必要がなく、そのため、連続して溶射して効率よく緻密な膜を形成することができ、製造効率のよいセラミックス溶射になる。
　このようにして形成される上記セラミックス溶射被膜は、絶縁破壊電圧６ｋＶ以上のセラミックス溶射被膜となり、所期した絶縁性能が安定して優れた電食防止転がり軸受になる。
　この発明は、所定粒径のアルミナ粒子を溶射材の主成分としてセラミックス溶射被膜を設けると共に、アルミナ粒子間の空孔を、所定平均粒径の金属酸化物のガラス質溶融体で埋めた溶射被膜を備えた電食防止転がり軸受としたので、内部まで緻密な溶射被膜を備え、絶縁性の均質な斑の無い溶射被膜であり、さらに封孔処理を経て絶縁破壊電圧が６．０ｋＶ以上になるような極めて優れた絶縁性能を有する電食防止転がり軸受となる利点がある。
　また、セラミックス溶射被膜は、所定の溶射距離以上で効率よく溶射可能な成膜性を有し、転がり軸受を焼き戻しするまで加熱せずに緻密な前記溶射被膜を備えた電食防止転がり軸受となる利点もある。
実施形態の電食防止転がり軸受の要部の断面図 実施例１～６、比較例１～４及び参考例１－９のシリカ添加量と絶縁破壊電圧の関係を示す図表 実施例１のセラミックス溶射被膜の走査式電子顕微鏡写真 比較例１のセラミックス溶射被膜の走査式電子顕微鏡写真 実施例４、７、８と比較例１、５、６の絶縁破壊電圧を示す図表 実施例１と比較例１、２の溶射距離別の絶縁破壊電圧を示す図表 実施例１、９、１０及び比較例７の溶射距離と絶縁破壊電圧の関係を示す図表 参考例１及び実施例１の溶射時間と成膜量の関係を示す図表
　図１に示すように実施形態の電食防止転がり軸受は、内輪１および外輪２と、これらの軌道面間に回転自在に介在する複数の転動体(ボール)３と、内輪１の内周面及び外輪２の外周面に電気絶縁性のセラミックス溶射被膜４とを備えたものである。図中の符号５は、保持器である。なお、セラミックス溶射被膜４は、内輪１および外輪２の両方に設けたものを図示したが、いずれか一方に設けてもよい。
　実施形態の電食防止転がり軸受におけるセラミックス溶射被膜４は、平均粒径４０．０μｍ以下のアルミナ粒子を溶射材の主成分とし、前記アルミナ粒子間の空孔を、平均粒径５～４０μｍ、好ましくは平均粒径４０μｍ未満の金属酸化物のガラス質溶融体で埋めることにより前記セラミックス溶射被膜４を緻密化している。
　アルミナは、粒径５～６０μｍ、平均粒径で３０～６０μｍのものが使用可能である。このような数値範囲の粒径または平均粒径を超えて大粒径のアルミナを用いると、空孔の数と空孔径が大きくなるので、ガラス質の金属酸化物を確実に隙間なく充填できないことがあり、充分に緻密な溶射被膜が形成され難い。付着効率の良い溶射を行なうためには、アルミナの粒径は５μｍ以上、平均粒径は３０μｍ以上であることが好ましい。
　添加成分である金属酸化物は、平均粒径５～４０μｍで前記アルミナより低融点の金属酸化物を用いる。平均粒径５μｍ未満の金属酸化物では、細かく分散しすぎるため、アルミナの粒子の周囲の隙間の空孔を充分に埋めるように集合してガラス質の小塊を形成することが困難である。また、平均粒径４０μｍを超える大粒径の金属酸化物では、小さな空孔内にまで流れ込み難くなり、セラミックス溶射被膜を充分に緻密化することが困難になる。
　金属酸化物の例としては、シリカ（ＳｉＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、チタニア（ＴｉＯ２）及びジルコニア（ＺｒＯ２）から選ばれる１種以上の金属酸化物を用いることが、所期した絶縁破壊電圧を安定的に備えたセラミックス溶射被膜を形成するために好ましい。
　シリカ、イットリア、チタニア、ジルコニア等のようにガラス化しやすい金属酸化物は、自身が成膜時にガラス化することにより、アルミナで形成された空孔を充填する作用がある。
　このような金属酸化物の所定量を主成分のアルミナに添加することにより、内部から表面まで緻密なセラミックス溶射被膜が得られる。緻密化が不足して潜在的な空孔の数が多ければ、絶縁破壊電圧のばらつきの要因になると考えられるが、この発明では、ほぼ全ての空孔が金属酸化物で埋められて消失するため、絶縁性能のばらつきも低減される。
　溶射材の組成は、例えばアルミナの含有量９５．０～９８．５質量％とし、金属酸化物１．５～５．０質量％としてもよく、例えばアルミナの含有量９７．０質量％以上、ジルコニア等の金属酸化物１．５～２．５質量％とすれば絶縁性と共に強度と靱性を向上させることができる。さらに必要に応じて、周知の金属酸化物を添加してもよい。
　絶縁破壊電圧値は、金属酸化物を１．５質量％を超えて配合すれば所期した効果が期待できるが、５．０質量％以上になると前記効果の低下傾向がみられる。その理由は、金属酸化物が多くなりすぎると溶射後空孔を埋めていたガラス相が多くなり過ぎるため、アルミナとの熱膨張差等でマイクロクラックが入り易くなり、その結果、絶縁破壊電圧が低下するからではないかと考えられる。この発明でいう絶縁破壊電圧の計測は、ＪＩＳ Ｋ ６９１１に準じて行なうことができる。
　溶射法としては、大気圧プラズマ溶射法などの周知のプラズマ溶射法を採用できる。また粉末式フレーム溶射法、高速ガス炎溶射法などの周知の溶射法を採用することもできる。
　セラミックス溶射被膜の形成装置は、溶射手段である溶射ガンを有し、吐出口から溶射材を溶射(吐出）する装置であり、例えば、周知の溶射ロボットシステムを用いることもできる。なお、溶射距離は、溶射噴射口とワークの距離をいう。
　このようにして形成されるセラミックス溶射被膜の厚みは、必要な絶縁性に応じて厚く形成することが好ましく、例えば膜厚２５０μｍ以上とすることは好ましい。
［実施例１－６、比較例１－４］
　軸受鋼製の深溝玉軸受の外輪および内輪を、前処理として脱脂洗浄した後、外輪の外周面および内輪の内周面（内周面および外周面の両端面を含む）以外をマスキング処理およびブラスト処理し、これらの処理面に大気プラズマ溶射を行ない溶射被膜を形成した。
　溶射材は、高純度アルミナ粉（Ａｌ２Ｏ３）（粒径８～３８μｍ、平均粒径約３２μｍ）に対し、色付け用に適量のグレーアルミナ粉（粒径８～３８μｍ、平均粒径約３２μｍ）を混合し、さらに平均粒径１０．０μmのシリカ（ＳｉＯ２）を以下の表１に示す配合割合で添加して、実施例１－６、比較例１－４、参考例１－９に用いる粉状の溶射材を調製した。
　この溶射材を用いて、常法に従い大気圧プラズマ溶射にて溶射距離１５０ｍｍで溶射被膜層の厚みが５６０μｍのアルミナ溶射被膜（セラミックス溶射被膜）を成膜し、さらにエポキシ樹脂系の封孔剤を用いて封孔処理を行なった後、研磨加工して外輪および内輪を作製し、これを組み込んで実施例１－６、比較例１－４及び参考例１－９の転がり軸受を製造した。
　次いで、これらの絶縁破壊電圧測定を行なって、結果を図２にまとめて示した。また、実施例１および比較例１で形成した内外輪の溶射被膜を走査式電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、それぞれ図３、図４に示した。絶縁破壊電圧測定は、溶射被膜を形成した外輪を試験治具に固定し、開始電圧２．０ｋＶから０．２ｋＶのステップで昇圧し、絶縁破壊が生じる電圧を測定した。
　さらに実施例４および比較例１については、絶縁破壊電圧測定を行なって、それらの結果を図５に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
［参考例１－９］
　上記した実施例１、３－６、比較例１－４において、高純度アルミナ粉（Ａｌ２Ｏ３、粒子のサイズ８～３８μｍ）に代えて、粒径９８μｍ以下(＃３２０)のアルミナ粉を用い、表１に示すシリカ添加量としたこと以外は、実施例１等と全く同様にして参考例１－９の転がり軸受の内・外輪に溶射被膜を形成した。
　そして、溶射被膜に対する絶縁破壊電圧測定を行ない、シリカの添加量と絶縁破壊電圧(ｋＶ)との関係を図２中に鎖線で併記した。
　図２中に実線で示すシリカ添加量と絶縁破壊電圧の関係からも明らかなように、シリカ（ＳｉＯ２）の添加量が１．０質量％（比較例２）を超えて１．５質量％添加（実施例１）から絶縁破壊電圧が６ｋＶ越えて高水準になり、添加量が５質量％（実施例６）までは、図中のＩ字状の縦線で示す「ばらつき」も含めて６ｋＶ以上の絶縁破壊電圧が維持されているが、それ以上の添加量では６ｋＶ未満に低下する傾向が認められた。
　このため金属酸化物であるシリカの含有量は、１．５質量％以上５．０質量％以下である場合に、この発明の所期した結果が得られたことがわかる。
　また図２中に鎖線で示される結果からも明らかなように、従来の参考例のようにアルミナの粒度が平均粒径６０μｍを超えて大きい場合は、シリカ添加の効果はある程度認められるが、絶縁破壊電圧の測定される平均値は下がり、配合割合を調整しても５ｋＶを超える絶縁破壊電圧に至らなかった。
　さらに図３、図４に示すＳＥＭ写真からも明らかなように、シリカを全く配合しなかった比較例１の溶射被膜は、表面に空孔が多く開口していたが（図４）、所定量のシリカを添加した実施例１の溶射被膜は、表面に開口が殆ど認められず緻密になっていた（図３）。
［実施例７－１０、比較例５－７］
　実施例４において、金属酸化物としてシリカに代えてジルコニア（ＺｒＯ２）を３質量％添加した場合(実施例７)、または全く添加しなかった場合(比較例５)について、それ以外は、実施例４と全く同様にして作製した転がり軸受の溶射被膜について、絶縁破壊電圧測定を行なって、それらの結果を図５中に示した。
　また、実施例４において、金属酸化物としてシリカに代えてイットリア（Ｙ２Ｏ３）を３質量％添加した場合(実施例８)、または全く添加しなかった場合(比較例６)について、それ以外は、実施例４と全く同様にして作製した転がり軸受の溶射被膜について、絶縁破壊電圧測定を行なって、それらの結果を図５中に示した。
　図５に示される結果からも明らかなように、シリカ、ジルコニア、イットリアという所定の金属酸化物を３質量％添加した場合には、上記いずれの金属酸化物を添加しても絶縁破壊電圧が６ｋＶを超える高い絶縁性が得られた。
　なお、上記した実施例では、グレーアルミナを添加していることから、微量のチタニアが含まれているが、それでも絶縁破壊電圧が高いレベルで向上していた。このことから、上記所定の金属酸化物以外の金属酸化物が添加されていてもこの発明の効果を妨げることはないことが分かる。
　実施例１、９、１０及び比較例７について、各例の溶射材に配合される金属酸化物の種類、粒径、添加量を以下の表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
［溶射距離と絶縁破壊電圧の関係についての評価］
（評価１）
　実施例１、比較例１、２について、溶射距離を１６０ｍｍ、１５０ｍｍ、１４０ｍｍとすること以外は、各実施例と同様の条件でセラミックス溶射被膜を備えた転がり軸受を作製し、そのセラミックス溶射被膜の絶縁破壊電圧を測定し、結果を図６に示した。
　図６に示す結果からも明らかなように、SiO2無添加の比較例１またはSiO2を１．０質量％添加した比較例２の場合は、溶射距離が大きくなるに従って、絶縁破壊電圧が小さくなっていたが、SiO2を１．５質量％添加した実施例１は、溶射距離が大きくなっても絶縁破壊電圧が低下せず、かつ６ｋＶを超える高水準を維持していた。
　このように実施例１で採用した溶射材によるセラミックス溶射被膜は、溶射距離を１４０ｍｍ以上に変更しても絶縁破壊電圧の「ばらつき」が小さく、安定した絶縁特性があることがわかる。
（評価２）
　実施例１、９、１０、比較例７について、表２に示す所定の金属酸化物の配合された各例の溶射材を溶射する際、溶射距離を１２０～１８０ｍｍの範囲で１０ｍｍずつ段階的に変えて、実施例１と同様の条件で溶射することによりセラミックス溶射被膜を備えた転がり軸受を作製し、部品表面に形成されたセラミックス溶射被膜の絶縁破壊電圧を測定し、結果を図７に示した。溶射距離１４０ｍｍ未満または１７０ｍｍを超える絶縁破壊電圧の結果は図中に細線で示した。
　図７に示す結果からも明らかなように、シリカ、イットリア、ジルコニアからなる金属酸化物が所定量（1.5質量％）配合され、平均粒径が１０μｍの実施例１、９、１０では、溶射距離１４０～１７０ｍｍの範囲における絶縁破壊電圧は６ｋＶ以上であるが、シリカの平均粒径が１００μｍの比較例７は、絶縁破壊電圧が６ｋＶ未満であった。
［溶射時間と成膜量の関係についての評価］
　実施例１と従来例（参考例１）について、実施例の溶射工程で溶射距離を１６０ｍｍとし、従来例（参考例１）の溶射工程で溶射距離を１３０ｍｍとした場合について、必要な場合に冷却時間を含めた溶射時間と、成膜量の関係を調べ、図８に示した。
　図８の結果からも明らかなように、従来例（参考例１）では、溶射被膜を緻密に形成するために溶射距離を１３０ｍｍまで近づけたが、溶射時に母材が加熱されて焼き戻しされないように４回の放冷時間を要したため、５７０μｍの成膜に約７００秒を要した。
　一方、実施例１では適正な溶射距離(１６０ｍｍ)であるので、母材を焼き戻しする加熱による影響がなく、母材の冷却のために長時間を要しないので、加工時間が従来工程と比べて約１/５程度に短縮できた。
　この発明の電食防止転がり軸受は、電流の流れる可能性のある回転軸を支持する転がり軸受に汎用性を有し、例えばエアコン、電車、風力発電等の発電機、工作機械などの電動モータ、リニアモータのガイドなどにも利用可能である。
１　内輪
２　外輪
３　転動体
４　溶射被膜
５　保持器

Claims (6)

  1. 　内輪および外輪と、これら内外輪の軌道面間に回転自在に介在する複数の転動体と、前記内輪の内周面もしくは前記外輪の外周面またはこれらの両方に電気絶縁性のセラミックス溶射被膜とを備えた電食防止転がり軸受からなり、
    　粒径５～６０μｍであり、かつ平均粒径３０～６０μｍのアルミナ粒子を溶射材の主成分として前記セラミックス溶射被膜を設けると共に、前記アルミナ粒子間の空孔を、平均粒径５～４０μｍの金属酸化物のガラス質溶融体で充填することにより前記セラミックス溶射被膜を緻密化してなる電食防止転がり軸受。
  2. 　上記セラミックス溶射被膜の組成１００質量％中に、金属酸化物のガラス質溶融体を、１．５～５．０質量％含有する請求項１に記載の電食防止転がり軸受。
  3. 　上記金属酸化物が、アルミナより低融点の金属酸化物である請求項１または２に記載の電食防止転がり軸受。
  4. 　上記金属酸化物が、シリカ、イットリア、チタニア及びジルコニアから選ばれる１種以上の金属酸化物である請求項３に記載の電食防止転がり軸受。
  5. 　上記金属酸化物がシリカであり、このシリカはアルミナと化合して前記セラミックス溶射被膜を緻密化している請求項４に記載の電食防止転がり軸受。
  6. 　上記セラミックス溶射被膜が、溶射距離１４０～１７０ｍｍで溶射可能な成膜性を有し、かつ絶縁破壊電圧６ｋＶ以上であるように緻密化されたセラミックス溶射被膜である請求項１～５のいずれかに記載の電食防止転がり軸受。
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