JPH1130239A - 電食防止転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気的ブラシの設置や特殊なグリース封入等
の手段に代えて外輪の外径面と内輪の内径面のいずれか
一方あるいは双方及び少なくとも該軌道輪の一方の側面
を被うように絶縁層を形成することで、軸受内に流れる
電流値を最小限に抑えた電食防止転がり軸受を提供する
ことである。 【解決手段】 外輪外径面２ａ及び側面２ｂに絶縁層５
を形成し、該絶縁層５がシール６と一体的に形成され、
該絶縁層５が誘電率７（１ｋＨｚ）以下となる熱可塑性
エラストマにより形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータによっ
て速度制御されるファンモータに使用され、電食防止が
図り得る転がり軸受の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ファンモータ（以下、単にモータ
ともいう）に組み込まれる転がり軸受（以下、単に軸受
ともいう）は、外輪がハウジングに内輪がモータのロー
タ軸にそれぞれすきま嵌め又は締まり嵌めされて取り付
けられる。締まり嵌めされるものはいうまでもないが、
すきま嵌めされる場合も、軸受の剛性を高めて振動を防
止するなどの目的で内輪または外輪の側面を間座等を介
して押圧することにより軸受に予圧がかけられるため
に、外輪とブラケット、及び内輪とロータ軸とはそれぞ
れ電気的に導通状態になる。

【０００３】一方、ファンモータは、風量を制御するた
めに回転数を可変できるインバータを介して速度制御さ
れる場合が増えてきている。その場合、インバータのキ
ャリア周波数を高く設定することによってスイッチング
によるモータ騒音を低減することができ、また半導体素
子の性能向上、回路技術の向上によりキャリア周波数を
高く設定することが可能となってきたこともあって、イ
ンバータのキャリア周波数は高く設定されるようになっ
てきている。

【０００４】それに伴って、インバータ駆動されるモー
タに発生する軸電圧が増加し、ロータ軸とハウジング間
ひいては軸受の内外輪間に電位差が生じることにより軸
受内に転動体を経て電流が流れ、その結果、内外輪の軌
道面もしくは転動体の転動面に電食を生じる可能性が増
加してきている。

【０００５】従来、インバータで駆動されるファンモー
タに電食のおそれがあるときには、次のような対策がと
られている。 電気的ブラシを設置することが可能な場合は、ロータ
軸に電気的ブラシを接触させてロータ軸とハウジングと
を等電位に保ち、軸受の内外輪に電流が流れることを防
止する。 または、軸受に電気的導通性を付与したグリースを封
入することにより、軸受の内外輪間を等電位に保ち電流
が流れることを防止する。 または、軸受に基油粘度の高いグリースを封入して、
軸受外輪と転動体、及び軸受内輪と転動体との間に形成
される油膜厚さを厚くすることにより、内外輪を電気的
に絶縁させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の電食防止対策には、それぞれに以下のような問題
点があった。

【０００７】電気的ブラシの設置については、モータの
ロータ軸の一端はハウジング内に収納されて電気的ブラ
シ設置のスペースが無く、またロータ軸の他端には合成
樹脂などの絶縁物で形成されたファンが取付けられるの
で、ロータ軸に電気的ブラシを接触させることが困難な
場合が多く、実際問題としてファンモータに電気的ブラ
シを設置することは不可能なことが多い。

【０００８】また、たとえ電気的ブラシの設置が可能で
あったとしても、当該ブラシの摩耗粉がファンモータか
ら排出されて空気中に塵埃として放出されるという不具
合がある。このことは、例えば電気的ブラシを設置した
ファンモータをクリーンルームに使用した場合には致命
的な欠陥となってしまうため、実用に供することはでき
ない

【０００９】電気的導通性を付与したグリースの封入に
ついては、当該グリースはカーボン粒子のような電気良
導体を含有させてあるために、軸受の回転騒音が通常の
グリースに比べて大きくならざるを得ない。また、こう
した高価な特殊グリースを使用すると軸受のコストアッ
プになるという弊害もある。

【００１０】基油粘度の高いグリースの封入について
は、当該グリースの粘度に起因する軸受トルクの増大に
より温度上昇が引き起こされる不具合、及び軸受の内外
輪間を通過する電流が周波数の高い交流であるとする
と、油膜厚さ程度の間隙では電流が導通してしまうおそ
れがあるという不具合がある。また、封入したグリース
の経時劣化もしくは異物のグリース内侵入により油膜形
成状態が変動し、そのため電気的に導通状態と絶縁状態
とが交互に起きて電食が発生する可能性もあり、完全な
対策とはなり得ない。

【００１１】本発明は、従来技術の有するこのような問
題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところ
は、電気的ブラシの設置や特殊なグリース封入等の手段
に代えて外輪の外径面と内輪の内径面のいずれか一方あ
るいは双方及び少なくとも該軌道輪の一方の側面を被う
ように絶縁層を形成することで、軸受内に流れる電流値
を最小限に抑えた電食防止転がり軸受を提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明がなした技術的手段は、外輪の外径面と内輪の
内径面のいずれか一方又は双方およびこれら外輪、内輪
の少なくとも一方の側面に絶縁層を形成し、該絶縁層が
シールと一体的あるいは別体的に形成されているもので
あって、絶縁層が誘電率７以下の合成樹脂、熱可塑性エ
ラストマ、あるいは合成ゴムの何れかから形成したこと
である。これにより、軸受とハウジングとが電気的に絶
縁されている。

【００１３】そのため、インバータ駆動されるモータに
軸電圧が生じても、軸受の内外輪間には電位差はほとん
ど生じることがない。したがって、軸受の内外輪間に流
れる電流値を最低限に抑えることになり、内外輪の軌道
面あるいは転動体の転動面の電食を防止することができ
る。

【００１４】また、絶縁層のゴムあるいは熱可塑性エラ
ストマの弾性を利用して運転時に生じる軸方向伸縮の吸
収も可能となると共に、線膨張の大きいゴムあるいは熱
可塑性エラストマを用いることでクリープ発生も防止可
能である。

【００１５】絶縁層の材料は、合成樹脂、熱可塑性エラ
ストマ、あるいは合成ゴムで、例えば耐油性や耐熱性を
考慮して選定し、ゴムとしてはアクリルゴム、アクリロ
ニトリルブタジェンゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム、水素
添加アクリロニトリルブタジェンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、
熱可塑性エラストマとしてはポリエステル系エラスト
マ、ポリアミド系エラストマ、合成樹脂としてはポリフ
ェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（Ｐ
Ａ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等から適
宜選択する。

【００１６】さらに、誘電率の他、軸受の使用環境を考
慮すると、一定レベル以上の耐熱性と耐油性を有し、ま
た低コストである必要があり、絶縁層として用いること
のできる材料（合成樹脂、熱可塑性エラストマ、合成ゴ
ム）の誘電率は、周波数１ｋＨｚで７以下、より好まし
くは５以下である。

【００１７】誘電率が７を超えると、軸受の内外輪間に
流れる電流値が高くなり、電食が発生する。また、軸受
の内外輪間を通過する電流が周波数の高い交流であると
すると、流れる電流値は小さくなるものの、電流が流れ
て結果的には電食が発生して、軸受の回転による騒音レ
ベルが大きくなるものも材質によってある。

【００１８】具体的には以下の表１記載の材料が好適で
ある。特に誘電率が低いものが絶縁効果においては最適
で、低ければ低い程よいが実用的には１以上と考えられ
る。

【００１９】

【表１】

【００２０】なお、絶縁層材料は上記例に何等限定され
るものでなく、本発明の範囲内において他の材料を選択
するも可能である。また、絶縁層の材料には、ガラス繊
維やチタン酸カリウムウィスカなどの強化材など各種充
填材や酸化防止剤などの各種添加剤を配合してもよい。
その際、充填材や添加剤を加えることによって、誘電率
は多少変化することが考えられるので、誘電率が７を超
えない範囲内で添加する必要がある。

【００２１】また絶縁層を、軸受のシールと一体的に形
成することも本発明の範囲内である。絶縁層をシールと
一体で形成することによって、低コスト化を図ることが
できる。絶縁層をシールと一体に形成する場合、軸受に
内蔵されるグリースの漏れなど、シールとしての機能を
有効に発揮する為には、柔軟性を有する熱可塑性エラス
トマと合成ゴムがよく、特に表１中の熱可塑性エラスト
マ、あるいは合成ゴムがよい。また、シールとして安定
した形状を維持する為に、金属・合成樹脂などの芯材と
一体化されていてもよい。

【００２２】

【発明の実施形態】以下、本発明に係る電食防止転がり
軸受の実施形態を図面を参照して説明する。尚、図面は
玉軸受とした場合の一実施形態を示すが、ころ軸受も本
発明の範囲内である。

【００２３】図１で、Ａは本実施形態の電食防止転がり
軸受で、１は内輪、２は外輪、３は転動体、４は保持
器、そして５は絶縁層を示す。

【００２４】絶縁層５は、本実施形態においてはシール
を一体的に形成してなるタイプを示す。すなわち絶縁層
５は、外輪外径面２ａ上の円周方向全域および側面２ｂ
の円周方向全域に形成されると共に、該側面２ｂ側に位
置する絶縁層部分５ｂからさらに延設されてシール６が
一体的に形成されたリング状とされている。

【００２５】絶縁層５は、合成樹脂、熱可塑性エラスト
マあるいは合成ゴムからなり、具体的にはたとえば上記
表１に記載したものがあげられ、誘電率が７（１ｋＨ
ｚ）以下のものが好ましい。また、表１記載の材料は一
例にすぎず特に限定はされず任意である。

【００２６】シール６は、絶縁層５と同じ材質である合
成樹脂、熱可塑性エラストマあるいは合成ゴムにて一体
的に形成される柔軟部６ａと、金属あるいは合成樹脂か
らなる芯材６ｂとで構成されている。本実施形態におけ
るシール６の構造も一実施形態にすぎず、これに何等限
定されるものではなく、他の形状あるいは芯材を備えな
い構造など本発明の範囲内において変更可能なものであ
る。例えば、図１に示すシール６は非接触タイプとした
が、接触タイプであってもよい。また本実施形態では、
絶縁層５と一体的なシール６が装着されているのと反対
側には、シールド板７が装着されている。

【００２７】本実施形態では、外輪外径面２ａ上に設け
られる絶縁層部分５ａのハウジング挿入側５ｃの厚みを
薄肉状に形成しているため、ハウジングへの挿入性が向
上されている。そして、本実施形態では、緩やかな上り
傾斜状のテーパ面５ｄを設けているため上記挿入性をさ
らに向上せしめている。

【００２８】また、本実施形態では外輪２側にのみ絶縁
層５を備えたもので説明したが、内輪１側に備えるもの
としてもよく、また外輪２と内輪１の双方に備えるもの
としてもよく任意である。

【００２９】本実施形態のように、絶縁層５をシール６
と一体とした構造とすると、別体としたものに比べて、
シール＋α程度の低コストとすることができるという効
果を奏する。

【００３０】シール６を一体的に形成する絶縁層５の他
の実施形態として、図２乃至図６に示す形態があげられ
る。

【００３１】図２は、シール６に芯材を備えることなく
絶縁層５と同一材料をもって一体的に形成した実施の一
形態である。図３は、外輪外径面２ａの全域と両側面２
ｂ，２ｂの双方に絶縁層５ａ，５ｂ，５ｂが連続形成さ
れると共に、夫々の側面２ｂ，２ｂに設けられた絶縁層
部分５ｂ，５ｂからシール６，６が夫々一体的に延設さ
れている。この構成とすることで、別途シールを設けな
くとも両側のシール６，６が同時に備えられることとな
る。

【００３２】図４は、外輪外径面２ａに備えられる絶縁
層５上に凸部８…を設けることで、絶縁層５上面を凹凸
状に形成するものとした構造で、図５は外輪外径面２ａ
に備えられる絶縁層５の円周方向に溝９…を、そして図
６は外輪外径面２ａに備えられる絶縁層５の軸方向に溝
１０…を設けるものとした。このように外径面に凸部８
…あるいは溝９…，１０…を設けることにより、ハウジ
ングとの接触面積が小さくなるため、より変形がし易く
なり、熱膨張による軸方向変化（収縮）を吸収できる。

【００３３】図７は、本発明の他の実施形態で、絶縁層
がシールと別体に形成されている実施の一形態を示す。
図中７は、シール（シールド板）を示す。

【００３４】本実施形態の電食防止転がり軸受Ｂは、外
輪外径面２ａ上の円周方向全域および側面２ｂの円周方
向全域にわたって覆うようにリング状に絶縁層１１が形
成され、外輪２の外周に圧入されている。

【００３５】また、本実施形態においては、内輪１側に
絶縁層が備えられるものとはしていないが、内輪１の内
径面１ａ上の円周方向全域と片方の側面１ｂの円周方向
全域を覆うようにリング状の絶縁層１１が圧入されるも
のとしてもよく、また図示形態とは逆に内輪１側にのみ
設けるものとするも本発明の範囲内である。

【００３６】上記絶縁層１１の角部には、ハウジングへ
の当該電食防止転がり軸受Ｂの挿入性が良くなるよう
に、円周に面取り１１ａが施されている。

【００３７】絶縁層１１は、合成樹脂、熱可塑性エラス
トマあるいは合成ゴムからなるもので、特に誘電率が７
以下（１ｋＨｚ）のものがよく、例えば上記表１に記載
する材料で形成され、コスト的には、合成樹脂や熱可塑
性エラストマが射出成形で製造でき好適である。

【００３８】また、絶縁層１１は薄肉のため、充填材を
混入しないと破損等を起しやすいことから、通常はガラ
ス繊維などを含有するものを使用してもよい。

【００３９】尚、本実施形態の電食防止転がり軸受Ｂに
は、特にシールを一体的に形成してはいないが、図１に
示したようにシールを一体的に形成するものとしてもよ
く、これに何等限定されず本発明の範囲内において他の
形状を選択可能である。また、絶縁層１１が、外輪２の
外径面２ａと、一方の側面２ｂにのみ位置するものをも
って説明したが、両方の側面２ｂ，２ｂに位置するもの
としてもよく、さらに図４乃至図６に示すような凸部８
…、溝９，１０…を設けた凹凸状に絶縁層上面を形成す
ることも本実施形態の一形態である。

【００４０】図８は、上記図７に示した本発明の電食防
止転がり軸受Ｂを、２個一対でファン駆動用電動モータ
１２内に取り付けた状態を示す断面図である。両電食防
止転がり軸受Ｂの外輪２は、それぞれモータハウジング
１３の両端部に形成した保持段部１４或いは保持凹部１
５の内側に、絶縁層（リング状絶縁部材）１１を介して
嵌め込まれている。尚、１３ａはハウジング本体、１３
ｂはハウジング前蓋、１３ｃはハウジング後蓋である。
また、１６はモータ回転軸、１７はロータ、１８はステ
ータである。

【００４１】そして、絶縁層１１の大鰐部１１ｂを、上
記保持段部１４或いは保持凹部１５の奥面に対向させた
状態で固定されている。前記大鰐部１１ｂは、軸受外輪
２の一側面（端面）２ｂと保持段部１４或いは保持凹部
１５の奥面とに挟持されて、これら両面が当接するのを
阻止する。

【００４２】また、各絶縁層（リング状絶縁部材）１１
の円筒部１１ｃは、外輪２の外径面（外周面）２ａと、
保持段部１４或いは保持凹部１５の内周面との間に挟持
されて、これら両周面同士が当接するのを阻止する。な
お、外輪２の他方の側面（端面）２ｂは空気中にさらさ
れた状態になっており、特に絶縁層１１で被う必要がな
い。

【００４３】このように、本発明の電食防止転がり軸受
をモータ中に組み込むことによって、インバータからス
テータ１８に印可される高周波電流に基づいてモータ回
転軸１６に軸電圧が惹起されても、この回転軸１６とモ
ータハウジング１３との間に電流が流れることを最低限
に抑えることができる。

【００４４】すなわち、上記回転軸１６を支持する電食
防止転がり軸受Ｂの外輪２と、これらの外輪２を保持し
ている部材であるモータハウジング１３との取付け個所
が絶縁されているので、上記回転軸１６の電位がモータ
ハウジング１３の電位より高くなっても、これら外輪２
を組み込んでなる各電食防止転がり軸Ｂに流れる電流は
最低限に抑えられる。従って、これら各電食防止転がり
軸受Ｂに電食が発生する事がない。

【００４５】

【実施例】次に、本実施形態の軸受における電食試験を
所定条件の下に行い、その試験結果を表２に示す。 電食試験 試験軸受：６２０２（ＮＳ７グリース封入） アキシャル荷重：３ｋｇｆ 印加電流：１２ｍＡ／２個 回転時間：５００ｈｒ，１０００ｈｒ，１５００ｈｒ
（各１） 供試体：実施例１：図１記載の転がり玉軸受 絶縁層厚さ：0.5ｍｍ 材質：シリコンゴム ＳＮＮＳ（東洋シール（株）製） 誘電率：3.7（１ｋＨｚ） 実施例２：図７記載の転がり玉軸受 絶縁層厚さ：0.5ｍｍ 材質：４０ｗｔ％ＧＦ入りＰＰＳ樹脂 フォートロン（商標）１１４０Ａ４（ポリプラスチック
ス（株）製） 誘電率：4.6（１ｋＨｚ） 実施例３：図７記載の転がり玉軸受 絶縁層厚さ：0.5ｍｍ 材質：ポリエステルエラストマ ハイトレル（商標）３５４８Ｗ（東レ・デュポン（株）
製） 誘電率：6.2（１ｋＨｚ） 比較例１：図１記載の転がり玉軸受 絶縁層厚さ：0.5ｍｍ 材質：ニトリルゴム ＴＮＮ（東洋シール（株）製） 誘電率：11.5（１ｋＨｚ） 比較例２：図７記載の転がり玉軸受 絶縁層厚さ：0.5ｍｍ 材質：フッ化ビニリデン樹脂 ネオフロン（商標）ＶＤＦＶＰ−８００（ダイキン工業
（株）製） 誘電率：7.7（１ｋＨｚ） 比較例３：両側Ｚシールド板，絶縁層なし 試験装置：図９，図１０（概念図）

【００４６】

【表２】

【００４７】表２に示すように、図７に示す絶縁被膜
（絶縁層１１）を有する転がり軸受を図８に示すファン
駆動用電動モータ１２に組込み、電食防止効果を確認し
た結果、絶縁被膜誘電率が７以下とすることで軸受に流
れる電流値を4.0mmＡ以下と出来、1500ｈｒ回転後にお
いても電食を防止することができる。尚、内輪１の内径
面１ａ上の円周方向全域と片方の側面１ｂの円周方向全
域を覆うようリング状の絶縁層１１を設けても（外輪外
径面２ａ上の円周方向全域および側面２ｂの円周方向全
域に覆うようにリング状に絶縁層１１が形成されたもの
と組合せるのも、又単独に用いることも）同様の効果が
ある。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電食防止
転がり軸受によれば、外輪の外径面と内輪の内径面のい
ずれか一方又は双方及びこれら外輪、内輪の少なくとも
一方の側面に合成樹脂、熱可塑性エラストマ、合成ゴム
の何れかからなる絶縁層を形成したことから、この軸受
をインバータ駆動されるファンモータに用いると、従来
のように電気的導通性を有する特殊なグリースを使用し
たり塵埃が発生し易い電気的ブラシを設置することな
く、軸受内外輪間を流れる電流を最低限に抑えることが
でき、その結果、内外輪軌道面あるいは転動体転動面の
電食を防止できるという効果を奏する。

【００４９】また、外径面に備えられる絶縁層の材質を
柔軟性を有する合成樹脂、熱可塑性エラストマあるいは
合成ゴムを用いると、上記効果に加えて、更に軸受のハ
ウジングへの挿入が容易で且つハウジング内で突っ張っ
てクリープ防止機能を発揮するという効果を得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明転がり軸受の一実施形態を示す縦断側面
図。

【図２】他の実施形態の一例を示す縦断側面図。

【図３】他の実施形態の一例を示す縦断側面図。

【図４】他の実施形態の一例を示す縦断側面図。

【図５】他の実施形態の一例を示す縦断側面図。

【図６】他の実施形態の一例を示す縦断側面図。

【図７】他の実施形態の一例を示す縦断側面図。

【図８】本発明の電食防止転がり軸受を組込んだ状態の
モータの実施形態を示す断面図。

【図９】試験装置の概略図。

【図１０】試験装置の概略図。

【符号の説明】

１：内輪 ２：外輪 ２ａ：外径面 ２ｂ：側面 ３：転動体 ４：保持器 ５，１１：絶縁層 ６：シール

フロントページの続き (72)発明者 上 田 清 利 神奈川県藤沢市鵠沼神明１丁目５番50号日 本精工株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外輪の外径面と内輪の内径面のいずれか
   一方又は双方およびこれら外輪、内輪の少なくとも一方
   の側面に絶縁層を形成し、該絶縁層がシールと一体的あ
   るいは別体的に形成されているものであって、絶縁層が
   誘電率７以下の合成樹脂、熱可塑性エラストマ、あるい
   は合成ゴムの何れかから形成されていることを特徴とす
   る電食防止転がり軸受。