(57)【要約】【課題】電食防止転がり軸受が、充分な電気絶縁性を有するように、セラミックス溶射層に重ねて設ける樹脂層がセラミックス溶射層に対して剥がれにくい構造とすることである。【解決手段】電食防止転がり軸受Ａの外輪２の外周面に設ける電食防止被膜４は、封孔処理されていないセラミックス溶射層５の上に、合成樹脂層６を重ね合わせた積層構造であり、さらに外輪２の軸方向両端面上に配置されたセラミックス溶射層５の周縁部５ａには、層端面５ｂを被覆する合成樹脂層６の垂れ縁６ａを設ける。合成樹脂層６は、その垂れ縁６ａがセラミックス溶射層５に係止されて、内外輪の径方向の外力に対して剥がれ難くなり、セラミックス溶射層５の層端面５ｂにも電気絶縁性が充分に備わる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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電食防止被膜とを備えた電食防止転がり軸受からなり、
前記電食防止被膜が、セラミックス溶射層の上に合成樹脂層を重ね合わせた積層構造であり、前記内輪または前記外輪の軸方向両端面上に配置された前記セラミックス溶射層の周縁部に、この周縁部の層端面を被覆する前記合成樹脂層の垂れ縁を設けた電食防止転がり軸受。
【請求項２】
前記セラミックス溶射層が、封孔処理されていない多孔質性のセラミックス溶射層である請求項１に記載の電食防止転がり軸受。
【請求項３】
前記セラミックス溶射層が、０．２５ｍｍを超える層厚に溶射されたセラミックス溶射層である請求項１または２に記載の電食防止転がり軸受。
【請求項４】
前記合成樹脂層が、成型体またはコーティング膜からなる合成樹脂層である請求項１〜３のいずれかに記載の電食防止転がり軸受。
【請求項５】
前記積層構造が、前記合成樹脂層上にセラミックス層をさらに重ねて設けた積層構造である請求項１〜４のいずれかに記載の電食防止転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電食防止被膜を有し、発電機や電動モータの回転軸等の支持に適用できる電食防止転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鋼等の金属で形成された機械部品の基材表面に、セラミックスなどの硬質粒子や紛体を溶射して形成される溶射被膜によって、耐食性や電気絶縁性を高める技術が周知である。
【０００３】
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)などの気孔を有し、気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、基材まで連通すれば耐食性や電気絶縁性を低下させることがあるので、前記諸特性の低下を避けるために封孔処理が行なわれている。
【０００４】
エポキシ樹脂やフッ素樹脂等を用いた封孔処理を施し、さらに溶射被膜の形成と封孔処理の工程を繰り返し、複数層の溶射被膜を重ねて厚膜化を行なうことによって、より高い耐食性や電気絶縁性が得られることが知られている(特許文献１)。
【０００５】
また、転がり軸受の内輪の内周面または外輪の外周面上に樹脂層を設け、その上にエアロゾルデポジション法により形成される層厚数μｍ〜数十μmの緻密なセラミックス層を重ねて設けることが知られている(特許文献２)。
【０００６】
さらにまた、図２に示す電食防止用の絶縁転がり軸受Ｂは、外輪１０の外周面と軸方向端面に、その周方向または径方向に溝１１を形成し、さらに溝１１以外の部分は研磨処理せずに厚さ０．２５mm以下程度の必要最小限の薄肉のセラミックス溶射層１２で覆い、かつその表面は合成樹脂層１３で覆うことにより、溝１１に合成樹脂層１３を係止して、合成樹脂層１３の剥がれや浮き上がりを防止している(特許文献３  [００２３]段落)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−２０９５６２号公報
【特許文献２】特開２００８−  ８２４１１号公報
【特許文献３】特開２００９−２１００９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記した特許文献３に記載されるような電食防止転がり軸受は、外輪の外周面および軸方向端面にその周方向または径方向に形成された溝がなければ、セラミックス溶射層に合成樹脂層を係止することができない。
【０００９】
そのため、従来の電食防止転がり軸受は、セラミックス溶射層上の合成樹脂層のうち、外輪の軸方向両端面上に位置する径方向端面から剥がれやすく、また多孔質性のセラミックス溶射層の露出する前記径方向端面からの合成樹脂層の電気絶縁性が充分ではない。
【００１０】
また特許文献３に示されるような絶縁構造を設けるためには、外輪の外周面および軸方向端面に溝を予め形成し、その溝に予めマスキング処理をしたうえで、セラミックス溶射層を設ける必要があり、煩雑な製造工程を要する絶縁構造である。
【００１１】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決し、充分な電気絶縁性を有するセラミックス溶射層が特別な凹凸のない成形容易な層構造であり、かつ、このような凹凸のないセラミックス溶射層に重ねて設けた合成樹脂層が、前記セラミックス溶射層に対して剥がれにくく、層端面の電気絶縁性も充分な電食防止転がり軸受とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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電食防止被膜とを備えた電食防止転がり軸受からなり、前記電食防止被膜が、セラミックス溶射層の上に合成樹脂層を重ね合わせた積層構造であり、前記内輪または前記外輪の軸方向両端面上に配置された前記セラミックス溶射層の周縁部に、この周縁部の層端面を被覆する前記合成樹脂層の垂れ縁を設けた電食防止転がり軸受としたのである。
【００１３】
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、内輪もしくは外輪または両方の軸方向両端面上に配置された前記セラミックス溶射層の周縁部の層端面が、合成樹脂層の垂れ縁によって完全に覆われるので、合成樹脂層の縁部分は、セラミックス溶射層の周縁部の層端面に係止されてセラミックス溶射層から引き剥がされ難くなる。
すなわち、セラミックス溶射層は、表面に溝など特別な凹凸のない成形容易な構造であっても、これに重ねて設ける合成樹脂層が剥がれ難くなる。
【００１４】
また、合成樹脂層の垂れ縁によって、層端面を含めてセラミックス溶射層の全表面が、合成樹脂層によって被覆されることにより、電食防止のために、より充分な電気絶縁性が備わる。
【００１５】
この発明では、セラミックス溶射層の上に合成樹脂層を重ね合わせた積層構造において、セラミックス溶射層の、封孔処理されていない多孔質層にアンカー効果を持たせることにより、合成樹脂層と重ね合わされた全ての面で層剥離を防止することができる。
【００１６】
また、合成樹脂層は、垂れ縁によってセラミックス溶射層の層端面に係止されるので、縁部分までセラミックス溶射層と一体となって剥がれ難くなる。係止性をより高めて電気絶縁性が向上するように、前記セラミックス溶射層が、例えば０．２５ｍｍを超えるような厚い層厚に溶射されたセラミックス溶射層であることが好ましい。
【００１７】
前記合成樹脂層は、樹脂素材や軸受の用途に応じて、電気絶縁性が充分である限り、特に成型体またはコーティング膜のいずれの形態のものであってもよい。
【００１８】
さらに、電食防止転がり軸受の耐クリープ性を向上させるために、積層構造が、前記合成樹脂層上に、さらにセラミックス層を重ねて設けた積層構造であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の電食防止転がり軸受は、内輪または外輪の軸方向両端面上に配置されたセラミックス溶射層の周縁部に、この周縁部の層端面を被覆する前記合成樹脂層の垂れ縁を設けたので、合成樹脂層は、その周縁部がセラミックス溶射層に係止されて、内外輪の径方向の外力に対して剥がれ難くなり、またセラミックス溶射層の層端面にも電気絶縁性が備わる。そのため、この発明の電食防止転がり軸受は、充分な電気絶縁性を有するセラミックス溶射層を特別な凹凸のない成形容易な層構造とすることができ、しかも、セラミックス溶射層に重ねて設けた合成樹脂層が、前記セラミックス溶射層に対して剥がれにくく、内外輪の軸方向端面も含めて電気絶縁性が充分に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態の電食防止転がり軸受の部分断面図
【図２】従来の電食防止転がり軸受の部分断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この発明の実施形態を以下に、添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、実施形態の電食防止転がり軸受Ａは、ＳＵＪ２（ＪＩＳ）の軸受鋼製の内輪１および外輪２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３及びその保持器７と、外輪２の外周面に電気絶縁性の電食防止被膜４とを備えている。
【００２２】
この電食防止被膜４は、封孔処理されていないセラミックス溶射層５の上に、合成樹脂層６を重ね合わせた積層構造であり、さらに外輪２の軸方向両端面上に配置されたセラミックス溶射層５の周縁部５ａには、層端面５ｂを被覆する合成樹脂層６の垂れ縁６ａを設けている。
【００２３】
外輪２の外周面は、外輪の外径面２ａから軸方向両端面２ｂに至る連続した面からなり、面取り部も含めてこれらの面に電食防止被膜４が設けられる。内輪１の内周面に電食防止被膜（図示せず）を設ける場合にも同様に、内輪１の内径面１ａから軸方向両端面１ｂに至る面取り部(チャンファー部)も含めた複数の面からなる内周面に、電食防止被膜４が設けられる。また電食防止被膜４は、内輪１および外輪２のいずれか一方だけでなく、両方に設けることもできる。
【００２４】
セラミックス溶射層５は、外輪２の外径面２ａから軸方向両端面２ｂに至る面に連続して被覆するが、層端面５ｂより径方向内側には、垂れ縁６ａの厚みの幅だけ環状に外輪２の素地を残している。
【００２５】
セラミックスの溶射材は、所要の電気絶縁性を有する材質であれば、特に限定せずに用いることができるが、酸化物セラミックスは良好な電気絶縁性である点で好ましく、例えばアルミナ、マグネシア、ジルコニア、チタニアなどが挙げられ、また窒化ケイ素なども好ましい材質である。
【００２６】
例えば、アルミナの含有量が９７％以上のセラミックスは、電気絶縁性が優れたものであり、上記各材料を適量配合し、例えばアルミナの含有量９９％以上、チタニア０．０１〜０．２％としてもよく、またアルミナの含有量９７％以上、ジルコニア０．５〜２．５％とすれば強度と靱性を向上させることができる。
【００２７】
また、溶射法としては、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。
【００２８】
溶射時の付着効率の良好なアルミナ等のセラミックス粒子の粒径は、例えば１０〜５０μｍ、平均粒径で１５〜２５μｍにすれば、気孔率２〜６％程度の多孔質性のセラミックス溶射層が得られる。
【００２９】
セラミックス溶射層の形成装置は、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。溶射ガンは、例えば外輪の外周面の全面に溶射できるように外輪の軸を含む面内で円弧状にスイング可能である。
【００３０】
溶射ガンは円弧状にスイングしながら溶射材を外輪に向けて吐出口から吐出し、溶射は、外輪を軸周りに回転させながら行なう。スイングの角速度については、外周面の中央部を溶射するときの角速度を、端面側を溶射するときの角速度よりも速くすることにより、溶射被膜の厚みを均一にすることができる。
【００３１】
このようにして形成されるセラミックス溶射層５の厚みは、できるだけ厚く形成することが好ましく、これにより充分な電気絶縁性を持たせることができ、かつ合成樹脂層６との一体化と剥がれ防止性を充分に得られるが、例えば層厚２５０μｍ以上とすることが好ましい。
【００３２】
また、このようなセラミックス溶射層５に、特に封孔処理をせずに、そのまま合成樹脂層６を重ねて設ければ、封孔処理と同様な効果が得られ、合成樹脂層６と合せて充分な電気絶縁性が得られる。また合成樹脂層６は、封孔処理されていないセラミックス溶射層５により、アンカー効果を備えることができ、重ね合わされた全ての面で層剥離が防止される。
【００３３】
合成樹脂層６の形成は、例えば静電吹付塗装法により行なう。静電吹付塗装法は、粉体塗料を圧縮空気とともに塗装機に供給し、高電圧をかけたスプレーガンのノズルを通じて帯電させ、軸受外輪等に静電的に付着させ、これを加熱炉で溶融・硬化させて塗膜を形成する方法である。
【００３４】
帯電させる方式としては、スプレーガンから吐出させる粉体にそのスプレーガンの先端部で発生させるコロナによって帯電させるコロナ帯電方式と、スプレーガンから吐出させる粉体にそのスプレーガンの内部で電極との摩擦によって帯電させるトリボ帯電方式と、それらを組み合わせたハイブリッド帯電方式とがあるが、いずれの方法を使用してもよい。この塗装法によれば、軸受表面上に電気影像力によって均一かつ密な樹脂層を形成することができる。
【００３５】
合成樹脂層６を形成する樹脂粉体塗料としては、熱可塑性粉体塗料および熱硬化性粉体塗料が使用できるが、付着させた後に加熱炉で硬化することから熱硬化性粉体塗料が好適である。
【００３６】
また、熱硬化性粉体塗料としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂等が使用できる。耐食性、耐湿性に優れることから、エポキシ樹脂およびエポキシ／ウレタン系樹脂が好適である。
【００３７】
図１に示すように外輪２の外周面等に合成樹脂層６を重ねて形成するには、外輪２の内側のレース面をマスキングして保護した上、静電吹付塗装法により樹脂粉体塗料を均一に付着させて塗布する。
【００３８】
なお、塗装前においては、前処理として軸受表面の水分、油分等を除去しておくことが好ましい。塗装後、加熱炉で溶融・硬化させることで、外輪２の外周面に合成樹脂層６が斑なく均質に形成される。
【００３９】
このようにして外輪２の外周面（または内輪１の内周面）から軸方向両端面２ｂまで連続するようにセラミックス溶射層５を形成し、その上に合成樹脂層６を形成するとき、セラミックス溶射層５の周縁部５ａから外輪２の内周面側（または内輪１の外周面側）に合成樹脂層６を回り込ませて、層端面５ｂを被覆する合成樹脂製の断面Ｌ字状の垂れ縁６ａを設けることができる。
このようにして形成された合成樹脂層６は、垂れ縁６ａの部分がフックのように作用してセラミックス溶射層５に係止されるので、内外輪の径方向の外力に対してセラミックス溶射層５から、より剥がれ難くなり、またセラミックス溶射層５は、層端面５ｂも含めて全表面が合成樹脂層６で覆われるので、電気絶縁性の信頼性がより高められる。
【実施例】
【００４０】
軸受鋼製の深溝玉軸受の外輪を脱脂洗浄した上で、外周面（両端面を含む）をブラスト処理し、表面粗さを約Ｒａ２．０μｍとした。次いで、内周面の部分と、軸方向両端面と内径面とが交わる境界縁の軸方向両端面側に所定幅で環状の素地面とをマスキングし、外周面に大気プラズマ溶射を行ない溶射被膜を形成し、溶射材にはアルミナ粉末（Ａｌ２Ｏ３、粒子のサイズ１５〜４５μｍ）を採用して、溶射被膜層の厚みが３００μｍのアルミナ溶射被膜（セラミックス溶射層）を有する軸受外輪を作製した。
【００４１】
次に、粉体塗料を静電塗装機を用いて軸受外輪内側のレース面だけをマスキングして保護した上で、軸受外輪外周面に塗布し、１６０℃で１５分間の熱処理で硬化させて５０μmの厚みの合成樹脂層を形成した。
【００４２】
このようにして内輪または前記外輪の軸方向両端面上に配置されたセラミックス溶射層の周縁部に、この周縁部の層端面を被覆する前記合成樹脂層の垂れ縁を設けた電食防止転がり軸受を作製した。
【００４３】
得られた軸受の絶縁抵抗を絶縁抵抗計で計測したところ、１０００Ｖ印加で２０００MΩ以上であった。また合成樹脂層は、その周縁部がセラミックス溶射層に係止されて、内外輪の径方向の外力に対して剥がれ難いものであることが、実機の使用状態により確かめられた。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
この発明に係る電食防止転がり軸受は、鉄道車両用等の電動モータ、発電機の回転軸等のような電流の流れる可能性のある軸受に適用できる汎用性のある電食防止転がり軸受である。
【００４５】
またこの発明は、単列深溝型のラジアル玉軸受に限らず、アンギュラ型、複列等、他の型式のラジアル玉軸受や、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、自動調心ころ軸受、スラスト玉軸受或いはスラストころ軸受等、他の型式の転がり軸受で実施する事もできる。スラスト転がり軸受で実施する場合に絶縁層は、内外両周面と軸方向片面とに形成する。
【符号の説明】
【００４６】
１  内輪
１ａ、２ｃ  内径面
１ｂ、２ｂ  軸方向両端面
２、１０  外輪
２ａ  外径面
３  転動体
４  電食防止被膜
５、１２  セラミックス溶射層
５ａ  周縁部
５ｂ  層端面
６、１３  合成樹脂層
６ａ  垂れ縁
７  保持器
１１  溝
【図１】
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【図２】
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