(57)【要約】      （修正有）【課題】軸電圧が生じるようなモータに使用された場合でも電食が防止できる転がり軸受を提供する。【解決手段】鋼製の内輪２、外輪３、および玉（転動体）４のいずれかを、炭素含有率０．２０質量％以下の鋼からなる転がり軸受を提供する。内輪２、外輪３、および玉（転動体）４の全てがＳＵＪ２製である転がり軸受を、軸受内に電流が流れた状態で１００時間使用した後、その転動体の転動面を深さ方向に元素分析したところ、転動体の表面に炭化物層が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製の内輪、外輪、および転動体を備えた転がり軸受において、前記内輪、外輪、および転動体のいずれかは、炭素含有率０．２０質量％以下の鋼からなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
インバータ制御モータの軸の支持に使用される請求項１記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータのロータ軸は、転がり軸受でハウジングに対して回転自在に支持されている。モータのロータ軸支持に通常使用されている転がり軸受は、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼二種）製の内輪、外輪、および転動体を備えている。ＳＵＪ２の炭素含有率は０．９５〜１．１０質量％である。
インバータ制御モータや高速スイッチング等の、高周波電流が発生する装置の近くで使用されるモータには、軸電圧が発生して、ロータ軸とハウジングとの間に電位差が生じる場合がある。これに伴って、ハウジングやロータ軸からの漏れ電流が、転がり軸受の転動体と軌道輪との間に流れ、軌道輪の軌道面および転動体の転動面に電食（電気化学的腐食）が生じる恐れがある（例えば非特許文献１参照）。この電食が生じると、軌道輪の軌道面および転動体の転動面の精度が低下し、振動が上昇して、軸受の寿命が短くなる。
【０００３】
この電食を防止するために、軌道輪の軌道面を絶縁被膜で被覆することが提案されている（例えば特許文献１および２参照）。また、回路設計により電食を防止することも提案されている（例えば非特許文献２参照）。
【非特許文献１】小笠原悟司、「可変速ＡＣドライブの漏れ電流・サージ電圧・軸電圧とその抑制法」、電学論Ｄ、１９９８年、１８８巻、９号、ｐ．９７５−９８０
【非特許文献２】小笠原等、「電圧形ＰＷＭインバータが発生するコモンモード電圧のアクティブキャンセレーション」、電学論Ｄ、１９９７年、１１７巻、５号、ｐ．５６５−５７１
【特許文献１】特開平７−３１０７４８号公報
【特許文献２】特開２００２−１４７４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、高周波電流による軸電圧は誘導電流であるため、前記従来技術のうち絶縁被膜を設ける方法では効果が期待できない。また、回路設計により電食を防止する方法では、複雑な回路設計が必要となり、コストも高いため、現実的でない。
本発明は、このような従来技術の未解決な課題を解決するためになされたものであり、軸電圧が生じるようなモータに使用された場合でも電食が防止できる転がり軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、鋼製の内輪、外輪、および転動体を備えた転がり軸受において、前記内輪、外輪、および転動体のいずれかは、炭素含有率０．２０質量％以下の鋼からなることを特徴とする転がり軸受を提供する。
本発明の転がり軸受は、インバータ制御モータの軸の支持に好適に使用される。
内輪、外輪、および転動体の全てがＳＵＪ２製である転がり軸受を、軸受内に電流が流れた状態で１００時間使用した後、その転動体の転動面を深さ方向に元素分析したところ、図１に示すグラフが得られた。このグラフは、オージェ電子強度とスパッタリング時間（表面からの深さに比例）との関係を示す。この結果から、転動体の表面に炭化物層が形成されていることが分かる。
【０００６】
分析にはアルバックファイ株式会社製の走査型オージェ電子分光分析機「ＳＡＭ６５０」を用い、分析条件は、電子線の加速電圧：５ｋＶ、試料電流：３０ｎＡ、アルゴンイオン：１ｋＶ−２５ｍＡ（作動圧力１５ｍＰａ）、アルゴンイオン照射角：３０度とした。分析機の較正は酸化タンタルを用いて行った。すなわち、酸化タンタルの標準片を深さ２５ｎｍまでスパッタリングすることにより、そのスパッタ率を測定した。この測定値（４．００ｎｍ／ｍｉｎ）を用いてスパッタリング時間から換算した炭化物層の深さは約１００ｎｍである。
【０００７】
すなわち、前記構成の転がり軸受を軸受内に電流が流れた状態で使用すると、電流が軸受内を通過した際のエネルギーにより、表面に炭化物層が形成されることが分かる。そして、このような炭化物が不均一に形成されることによって、軌道輪の軌道面および転動体の転動面の精度が低下し、振動が上昇して、軸受の寿命が短くなる。
これに対して、本発明の転がり軸受は、内輪、外輪、および転動体のいずれかを形成する鋼の炭素含有率を０．２０質量％以下とすることで、転がり軸受内に電流が流れた場合でも炭化物層が形成され難くなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の転がり軸受によれば、軸電圧が生じるようなモータに使用された場合でも電食が防止されて、長期間に渡って良好な性能を保持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図２は、本発明の一実施形態に相当する転がり軸受を示す断面図である。
この転がり軸受１は、内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅７ｍｍの単列深みぞ玉軸受であり、内輪２、外輪３、玉（転動体）４と、ポリアミド樹脂製の冠形の保持器５と、芯金入りの非接触ゴムシール６とから構成されている。
【００１０】
内輪２の外周面には軌道溝２ａが、外輪の内周面には軌道溝３ａがそれぞれ形成されている。これらの軌道溝２ａ，３ａが対向配置され、その間に保持器５を介して玉４が転動自在に配設されている。玉４の直径は３．９６９ｍｍである。
内輪２、外輪３、および玉４を作製するための素材として、表１に示す１２種類の鋼からなる素材を用意した。表１には各鋼の炭素含有率を示す。これらの素材を切削加工により所定形状とした後に、鋼毎に最適な熱処理を行うことにより、各種鋼からなる内輪２、外輪３、および玉４を作製した。これらを組み合わせて、下記の表２に示すNo. １〜１７の転がり軸受を組み立てた。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
【表２】
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【００１３】
また、各転がり軸受内に、占有容積率が１５％となるようにグリースを封入した。使用したグリースは、４０℃での動粘度が３２ｍｍ2 ／ｓであるポリαオレフィンを基油とし、ちょう度が「ＪＩＳ  Ｋ２２２０」のNo. ３であるＬｉステアレートを増ちょう剤としたグリースである。
【００１４】
No. １〜１７の転がり軸受について、図３の試験装置を用いた回転試験を行った。
この試験装置は、試験軸受７０に対して通電しながら回転を行うものであり、モータ７１と、絶縁カップリング７２と、樹脂製ハウジング７３と、給電ねじ７４と、ブラシ７５とで構成されている。また、回転試験の前後にアンデロメータを用いて音響特性を示す量（アンデロン値）を測定した。
＜試験条件＞
回転速度：１８００ｍｉｎ-1（内輪回転）
アキシャル荷重：２０Ｎ
軸受への付与電流：２ｍＡ
雰囲気温度：室温
回転時間：１００時間
【００１５】
得られた結果より、各サンプルについて、回転前のアンデロン値（初期音響）に対する、１００時間回転後のアンデロン値の上昇量を算出した。各転がり軸受のアンデロン値上昇量と「最低炭素含有率」との関係を、図４にグラフで示す。「最低炭素含有率」とは、各転がり軸受で、内輪、外輪、玉を形成する鋼のうち、最も炭素含有率が小さい鋼の炭素含有率を意味する。
【００１６】
No. １〜１４とNo. １６，１７は、内輪、外輪、玉のいずれか二つがＳＵＪ２製であり、残りの一つがＳＵＪ２以外の鋼製である。No. １５は全てがＳＵＪ２製である。よって、No. １〜１４とNo. １６，１７の「最低炭素含有率」は、ＳＵＪ２製以外の軸受部品を形成する鋼の炭素含有率であり、No. １５の「最低炭素含有率」はＳＵＪ２の炭素含有率である。
【００１７】
図４のグラフから分かるように、内輪、外輪、玉のいずれか一つを炭素含有率が０．２０質量％以下の鋼製とし、それ以外をＳＵＪ２製としたNo. １〜７の転がり軸受は、内輪、外輪、玉のいずれか一つを炭素含有率が０．２０質量％を超える鋼製とし、それ以外をＳＵＪ２製とするか、全てをＳＵＪ２製としたNo. ８〜１７の転がり軸受と比較して、アンデロン値上昇量を著しく小さく抑えることができる。
したがって、本発明の実施例に相当するNo. １〜７の転がり軸受は、比較例に相当するNo. ８〜１７の転がり軸受と比較して、軸電圧が生じるようなモータに使用された場合でも長寿命とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】軸受内に電流が流れた状態で使用していた転動体の転動面を深さ方向に元素分析した結果を示すグラフであって、オージェ電子強度とスパッタリング時間（表面からの深さに比例）との関係を示す。
【図２】本発明の一実施形態に相当する転がり軸受を示す断面図である。
【図３】実施形態で使用した通電回転試験装置を示す図である。
【図４】実施形態で得られた、各転がり軸受のアンデロン値上昇量と「最低炭素含有率」との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１９】
１  転がり軸受
２  内輪
３  外輪
４  玉（転動体）
５  ポリアミド樹脂製の冠形保持器
６  非接触ゴムシール
７０  試験軸受
７１  モータ
７２  絶縁カップリング
７３  樹脂製ハウジング
７４  給電ねじ
７５  ブラシ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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