JP2009243618A

JP2009243618A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2009243618A
Application number: JP2008092503A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Takio; 和弘瀧尾
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】ハウジングまたは軸との嵌め合い部に損傷が生じにくく、運搬時や取り扱い時に絶縁性能の低下が生じにくく、面圧が高い用途でも割れが生じにくい、電食防止転がり軸受を提供する
【解決手段】内輪１を、厚さ方向（径方向）で分割された第１の鋼製環状体１１および第２の鋼製環状体１２と、両鋼製環状体の間に配置されたセラミックス体１３と、で構成する。セラミックス体１３は、周方向に分割された二つのセラミックス分割体１３ａ，１３ｂからなる。二つのセラミックス分割体１３ａ，１３ｂは、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）焼結体からなり、両者の間に隙間が生じる寸法に形成されている。第１の鋼製環状体１１の外周面には、内輪軌道溝１１ａが形成されている。外輪２は鋼製の一体物であり、内周面に外輪軌道溝２ａが形成されている。玉３は鋼製である。
【選択図】図１

Description

本発明は転がり軸受に関し、特に、電食が生じ難くなる工夫がなされた転がり軸受（電食防止転がり軸受）に関する。

家電機器用モータ（ファンモータ、クリーナモータ、洗濯機モータ）、クリーンルーム用ファンモータ、換気扇用モータ、給湯器用モータのように、比較的小型モータであり、インバータ制御回路を有するモータ等に使用されている転がり軸受は、静電現象によって軌道輪と転動体との間に生じる電食を防止する必要がある。また、鉄道車両用モータに使用される転がり軸受には、モータの電流を車輪からレールへ接地する集電装置が正常に作動しない場合に、電食が生じる恐れがある。また、風力発電用の軸受においても電食による損傷が生じることがある。

そのため、例えば、外輪の外周または外周から端面に亙って、あるいは内輪の内周または内周から端面に亙って絶縁層（絶縁被膜）を設けたり、転動体をセラミックス材料からなるものとすることが提案されている（例えば下記の特許文献１〜３を参照）。なお、特許文献１の方法では絶縁層の外側に金属層を設けているが、具体的には、セラミックス溶射法で形成した絶縁層の外側に、金属パウダの溶射により金属層を設けている。
実開平２−４６１１９号公報実開平２−１１２２３号公報特開２００２−１３９０４８号公報

しかしながら、上述のような、外輪または内輪（のハウジングまたは軸との嵌め合い部）にセラミックス溶射法で絶縁層（セラミックス薄膜）を設ける方法では、ハウジングまたは軸との嵌め合い部に損傷が生じ易く、運搬時や取り扱い時などに、セラミックス薄膜に割れや剥離が生じ易い。また、溶射法でセラミックス薄膜を形成した部分の寸法精度を良好にするために、研削仕上げなどの後加工を行った場合には、セラミックス薄膜が薄くなり過ぎて絶縁性能が不充分となる恐れがある。一方、セラミックス絶縁膜は、厚さを厚くするほど運搬時や取り扱い時等に割れやすくなるため、割れにくく絶縁性能も良好なセラミックス薄膜を得ることは難しい。

また、セラミックス製転動体を用いる方法では、コストが高くなることと、面圧が高い用途（鉄道車両用モータ、航空機用モータ、風力発電用モータなど）で割れが生じやすく、寿命にバラツキが大きいため信頼性が低いという問題がある。
本発明の課題は、ハウジングまたは軸との嵌め合い部に損傷が生じにくく、運搬時や取り扱い時に絶縁性能の低下が生じにくく、面圧が高い用途でも割れが生じにくい、電食防止転がり軸受を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の転がり軸受は、転動体は金属製であり、内輪および外輪の一方または両方は、厚さ方向（径方向）で分割された第１の鋼製環状体および第２の鋼製環状体と、両鋼製環状体の間に配置されたセラミックス体と、で構成されている。
前記セラミックス体は、周方向に分割された複数のセラミックス分割体からなることが好ましい。

本発明の転がり軸受によれば、転動体が金属製であるため、転動体がセラミックス製の場合と比較して、面圧が高い用途でも割れが生じにくい。また、内輪または外輪が、厚さ方向で分割された第１の鋼製環状体および第２の鋼製環状体と、両鋼製環状体の間に配置されたセラミックス体と、で構成されているため、外輪または内輪のハウジングまたは軸との嵌め合い部にセラミックス溶射法で形成された絶縁層を有する場合と比較して、ハウジングまたは軸との嵌め合い部に損傷が生じにくく、運搬時や取り扱い時に絶縁性能の低下が生じにくい。
また、セラミックス体を、周方向に分割された二つまたは二つ以上のセラミックス分割体からなるものとすることで、分割されていないものとした場合と比較して、内輪または外輪を製造し易いとともに、セラミックス体に割れが生じにくい。

本発明の転がり軸受によれば、ハウジングまたは軸との嵌め合い部に損傷が生じにくく、運搬時や取り扱い時に絶縁性能の低下が生じにくく、面圧が高い用途でも割れが生じにくい。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に相当する転がり軸受を示す断面図である。
この実施形態の転がり軸受は、内輪１と、外輪２と、複数の玉（転動体）３と、保持器とからなる。図１において、玉３は、１個だけが表示され、それ以外の玉と保持器は省略されている。図２は図１のＡ−Ａ断面図であって、内輪１を示す。

この実施形態において、内輪１は、厚さ方向（径方向）で分割された第１の鋼製環状体１１および第２の鋼製環状体１２と、両鋼製環状体の間に配置されたセラミックス体１３と、で構成されている。セラミックス体１３は、周方向に分割された二つのセラミックス分割体１３ａ，１３ｂからなる。二つのセラミックス分割体１３ａ，１３ｂは、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）焼結体からなり、両者の間に隙間が生じる寸法に形成されている。第１の鋼製環状体１１の外周面には、内輪軌道溝１１ａが形成されている。

外輪２は鋼製の一体物であり、内周面に外輪軌道溝２ａが形成されている。玉３は鋼製である。
この実施形態では、内輪１を以下の方法で作製した。
第１の鋼製環状体１１の内径を、セラミックス分割体１３ａ，１３ｂの外径より２０〜２００μｍ小さくし、第２の鋼製環状体１２の外径を、セラミックス分割体１３ａ，１３ｂの内径とほぼ等しい寸法にしておく。そして、先ず、セラミックス分割体１３ａ，１３ｂを第２の鋼製環状体１２の外側に配置し、その外側に第１の鋼製環状体１１を加熱しながら嵌める（焼き嵌め）。

これにより、第１の鋼製環状体１１からの押圧力がセラミックス分割体１３ａ，１３ｂに作用して、セラミックス分割体１３ａ，１３ｂが第２の鋼製環状体１２に押されるため、両鋼製環状体１１，１２の間に二つのセラミックス分割体１３ａ，１３ｂが挟まれた状態で一体化される。その際に、二つのセラミックス分割体１３ａ，１３ｂは、間に隙間があるため、割れにくい。この隙間にゴムなどの詰め物を入れてもよい。

このように、第１の鋼製環状体１１と第２の鋼製環状体１２とセラミックス分割体１３ａ，１３ｂが一体化された状態で、第１の鋼製環状体１１の外周面に内輪軌道溝１１ａを形成し、内周面を仕上げ加工する。
この実施形態の転がり軸受によれば、外輪２と玉３は鋼製であるが、内輪１が鋼製環状体１１，１２とセラミックス分割体１３ａ，１３ｂとからなるため、電食防止性能を有する。また、ハウジングおよび軸との嵌め合い部、すなわち、外輪２の外周面および内輪１の内周面が鋼製の面であるため、損傷が生じにくい。また、転動体３が鋼製であるため、面圧が高い用途でも割れが生じにくい。

この実施形態では、両鋼製環状体１１，１２の間に二つのセラミックス分割体１３ａ，１３ｂを配置したが、両鋼製環状体１１，１２の間に配置するセラミックス体は三つ以上のセラミックス分割体からなるものとしてもよい。
また、この実施形態では、セラミックス分割体１３ａ，１３ｂを、絶縁体からなり熱伝導度が１５０〜２４０Ｗ／ｍｋ程度と高いＡｌＮ（窒化アルミニウム）製としたが、高い熱伝導度が低くてもよい場合には、これ以外のセラミックス、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナ）、Ｓｉ₃Ｎ₄（窒化珪素）、ＺｒＯ₂（ジルコニア）などを用いてもよい。Ｓｉ₃Ｎ₄（窒化珪素）とＺｒＯ₂（ジルコニア）は破壊靱性値が高い。

また、セラミックス分割体１３ａ，１３ｂとして、表面をショットブラストやボールミル工程などで強靱化した強靱化セラミックス製としてもよい。
また、この実施形態では、焼き嵌めで鋼製環状体１１，１２とセラミックス分割体１３ａ，１３ｂを一体化しているが、接着剤を用いて一体化してもよい。
図３は、本発明の第２実施形態に相当する転がり軸受を示す断面図である。

この実施形態の転がり軸受は、内輪１と、外輪２と、複数の玉（転動体）３と、保持器とからなる。図３において、玉３は、１個だけが表示され、それ以外の玉と保持器は省略されている。図４は図３のＢ−Ｂ断面図であって、外輪２を示す。
この実施形態において、外輪２は、厚さ方向（径方向）で分割された第１の鋼製環状体２１および第２の鋼製環状体２２と、両鋼製環状体の間に配置されたセラミックス体２３と、で構成されている。セラミックス体２３は、周方向に分割された二つのセラミックス分割体２３ａ，２３ｂからなる。二つのセラミックス分割体２３ａ，２３ｂは、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）焼結体からなり、両者の間に隙間が生じる寸法に形成されている。第１の鋼製環状体２１の内周面には、外輪軌道溝２１ａが形成されている。

内輪１は鋼製の一体物であり、外周面に内輪軌道溝１ａが形成されている。玉３は鋼製である。
この実施形態では、外輪２を以下の方法で作製した。
第２の鋼製環状体２２の内径を、セラミックス分割体２３ａ，２３ｂの外径より２０〜２００μｍ小さくし、第１の鋼製環状体２１の外径を、セラミックス分割体２３ａ，２３ｂの内径とほぼ等しい寸法にしておく。そして、先ず、セラミックス分割体２３ａ，２３ｂを第１の鋼製環状体２１の外側に配置し、その外側に第２の鋼製環状体２２を加熱しながら嵌める（焼き嵌め）。

これにより、第２の鋼製環状体２２からの押圧力がセラミックス分割体２３ａ，２３ｂに作用して、セラミックス分割体２３ａ，２３ｂが第１の鋼製環状体２１に押されるため、両鋼製環状体２１，２２の間に二つのセラミックス分割体２３ａ，２３ｂが挟まれた状態で一体化される。その際に、二つのセラミックス分割体２３ａ，２３ｂは、間に隙間があるため、割れにくい。この隙間にゴムなどの詰め物を入れてもよい。

このように、第１の鋼製環状体２１と第２の鋼製環状体２２とセラミックス分割体２３ａ，２３ｂが一体化された状態で、第１の鋼製環状体２１の内周面に外輪軌道溝２１ａを形成し、外周面を仕上げ加工する。
この実施形態の転がり軸受によれば、内輪１と玉３は鋼製であるが、外輪２が鋼製環状体２１，２２とセラミックス分割体２３ａ，２３ｂとからなるため、電食防止性能を有する。また、ハウジングおよび軸との嵌め合い部、すなわち、外輪２の外周面および内輪１の内周面が鋼製の面であるため、損傷が生じにくい。また、玉３が鋼製であるため、面圧が高い用途でも割れが生じにくい。

この実施形態では、両鋼製環状体２１，２２の間に二つのセラミックス分割体２３ａ，２３ｂを配置したが、両鋼製環状体２１，２２の間に配置するセラミックス体２３は三つ以上のセラミックス分割体からなるものとしてもよい。
また、図５に示すように、第１の鋼製環状体２１の外周面の幅方向（軸方向）一端部と第２の鋼製環状体２２の内周面の幅方向他端部に、それぞれ凸部２１ｂ，２２ｂを設けて、セラミックス体２３をこれに対応させた形状にしてもよい。

また、図６に示すように、軌道輪４の外周側に配置される鋼製環状体４１の内周線を多角形とし、内周側に配置される鋼製環状体４２の外周線を、鋼製環状体４１の内周線に対応させた多角形としてもよい。図６では正八角形としており、各辺の位置に１個ずつセラミックス分割体４３ａ〜４３ｈを配置している。
また、図７に示すように、外輪軌道溝２１ａが形成された第１の鋼製環状体２１と、外周側に配置される第２の鋼製環状体２２の間に、セラミックス層（セラミックス体）２０３と接着剤層またはゴム層２０４を配置してもよい。セラミックス層２０３は、第２の鋼製環状体２２の内周面に形成されている。この外輪２は、第２の鋼製環状体２２の内周面に溶射法によりセラミックス層２０３を形成した後、第１の鋼製環状体２１と第２の鋼製環状体２２を接着剤で固定するか、ゴムの弾性力で一体化することで得られる。

また、図８に示すように、第２の鋼製環状体２２の内周面に溶射法によりセラミックス層（セラミックス体）２０３を形成し、第１の鋼製環状体２１の外周面にＮｉ−Ｃｒ合金層２０５を形成した後、第１の鋼製環状体２１と第２の鋼製環状体２２を接着剤で固定するか、ゴムの弾性力で一体化することで、外輪２を形成してもよい。
また、図５〜８の構成は内輪の場合も同様に適用できる。

本発明の第１実施形態に相当する転がり軸受を示す断面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。本発明の第２実施形態に相当する転がり軸受を示す断面図である。図２のＢ−Ｂ断面図である。図２のＢ−Ｂ断面図であって、第１の鋼製環状体と第２の鋼製環状体の断面形状が図４とは異なる例を示す。外周側の鋼製環状体の内周面と内周側の鋼製環状体の外周面が正八角形である例を示す図である。図２のＢ−Ｂ断面図に対応する図であって、第１の鋼製環状体と第２の鋼製環状体との間の構造が図４とは異なる例を示す。図２のＢ−Ｂ断面図に対応する図であって、第１の鋼製環状体と第２の鋼製環状体との間の構造が図４とは異なる例を示す。

符号の説明

１内輪
１ａ内輪軌道溝
１１第１の鋼製環状体
１１ａ内輪軌道溝
１２第２の鋼製環状体
１３セラミックス体
１３ａ，１３ｂセラミックス分割体
２外輪
２ａ外輪軌道溝
２１第１の鋼製環状体
２１ａ外輪軌道溝
２２第２の鋼製環状体
２３セラミックス体
２３ａ，２３ｂセラミックス分割体
３玉（転動体）
４軌道輪
４１外周側の鋼製環状体
４２内周側の鋼製環状体
４３ａ〜４３ｈセラミックス分割体

Claims

転動体は金属製であり、
内輪および外輪の一方または両方は、厚さ方向で分割された第１の鋼製環状体および第２の鋼製環状体と、両鋼製環状体の間に配置されたセラミックス体と、で構成されている転がり軸受。
前記セラミックス体は、周方向に分割された二つまたは二つ以上のセラミックス分割体からなる請求項１記載の転がり軸受。