(57)【要約】【課題】軌道輪と転動体に一般的な鋼材を用いつつも特別な絶縁処理をすることなく、しかも導電性シールを用いることなく、電食による軌道輪の軌道面や転動体表面の損傷を防止すること。【解決手段】内輪軌道面を有する内輪と、前記内輪と同心で、前記内輪軌道面と対向する外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に配設された複数の玉と、前記玉を転動自在に保持する保持器と、を備えた転がり軸受において、前記内輪軌道面及び外輪軌道面を形成する溝の曲率半径が、前記玉の直径の５０．１％以上５１．９％以下であり、内輪軌道面及び外輪軌道面のうち、少なくとも一方の軌道面中心線平均あらさ（Ｒ）が、０．０１５μｍＲａ以上０．０５０μｍＲａ以下である。【選択図】図１
2008144880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
前記内輪と同心で、前記内輪軌道面と対向する外輪軌道面を内周面に有する外輪と、
前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に配設された複数の玉と、
前記玉を転動自在に保持する保持器と、を備える転がり軸受において、
前記内輪軌道面及び外輪軌道面を形成する溝の曲率半径が、前記玉の直径の５０．１％以上５１．９％以下であり、かつ前記内輪軌道面及び外輪軌道面のうち、少なくとも一方の軌道面の軌道面中心線平均あらさ（Ｒ）が、０．０１５μｍＲａ以上０．０５０μｍＲａ以下であることを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータやファン等に用いられる転がり軸受に関し、特に、インバータ装置やチョッパ制御装置によって駆動されたり、ベルト掛けにより回転伝達されたり、軸流ファンのようにモータの回転部材に直接羽根を付けていたりするなど、回転側部材に高い軸電圧が発生するモータやアイドラプーリの主軸や、鉄道車両用駆動モータのように回転側部材が接地され、固定側部材から回転側部材を介して電流が流れる可能性のあるモータの主軸に好適に用いられる電食防止型の転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置やチョッパ制御装置によって駆動されるインダクションモータやＤＣモータ等においては、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）駆動による通電が行われることが多く、その制御性や効率を高めていくために、年々スイッチング速度の高速化や、印加電圧の高電圧化が図られている。一方、回転伝達のためにベルト掛けされるモータやアイドラプーリにおいては、ベルトとプーリの摩擦により静電気が発生する。また、軸流ファンのように回転部材に直接羽根が付いているモータにおいては、羽根と空気の摩擦により静電気が発生する。
【０００３】
従って、インバータ駆動やベルト掛けにより回転伝達されるモータやアイドラプーリ、軸流ファンなどは回転部材が帯電しやすく、軸電圧が高くなる傾向にある。このため、転がり軸受の軌道輪と転動体との間に形成されている油膜が絶縁破壊し、瞬間的に軸電圧が放電されることで、パルス状の電流が流れる現象が生じやすくなっており、それに伴い、軌道輪の軌道面や転動体表面に電食による損傷が生じるという問題がある。
【０００４】
また、鉄道車両駆動用モータにおいては、回転側部材が減速機と車輪、レールを介して常に接地されている一方、モータを駆動するためにステータ巻線に印加する交流電圧により、ステータ巻線とステータの間に存在する浮遊容量を介してモータの固定側部材の電位も上昇したり変動したりするため、主軸に用いられる転がり軸受の軌道輪と転動体をパルス状あるいは交流状の電流が流れる現象が生じやすくなっており、それに伴い軌道輪の軌道面や転動体の表面に電食が生じるという問題がある。
【０００５】
そこで、従来においては、特許文献１のように、内輪或いは外輪に絶縁層をコーティングするか、内輪或いは外輪にポリフェニレンサルファイド等の樹脂を巻くか、又は特許文献２のように、窒化珪素を主体としたセラミック製の転動体を組み込む等して絶縁することで電食による損傷を防止するようにした技術が提案されている。
【０００６】
一方特許文献３には、接触式ゴムシールを有する転がり軸受においては、絶縁することで電食による損傷を防止するのではなく、ゴムの材質に導電性を持たせて軌道輪間を電気的に導通させることで電食による損傷を防止する技術が提案されている。
【特許文献１】特開平１−２４２８２３号公報
【特許文献２】特開平７−１２１２９号公報
【特許文献３】実開平５−３０５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載のように、内輪或いは外輪に絶縁層をコーティングした転がり軸受においては、軸およびハウジングへの挿入時や、経時変化等によるクリープにより絶縁層が欠けてしまうと電食による損傷を防止することができなくなる。
【０００８】
また、内輪或いは外輪に樹脂を巻いた転がり軸受では、内輪の内径部或いは外輪の外径部全体に一様の厚さで樹脂を巻く必要があるため、精度の面において転がり軸受としての機能が損なわれてしまう場合がある。
【０００９】
更に上記特許文献２に記載のように、セラミック製の転動体を組み込んだ転がり軸受では、絶縁性に優れており電食による損傷を防止する効果があるが、転動体の製法として一般的に用いられる加圧焼結法により製造されたセラミック製転動体は高価であり、しかも表面密度が非常に密であるため、例えば静止状態で振動を受けるような油膜形成条件の厳しい環境では、物理的に凝着を発生する可能性がある。
【００１０】
一方、上記特許文献３に記載のように、導電性ゴムシールを介して軌道輪間を電気的に導通させた転がり軸受では、ゴムシールを回転側の軌道輪に摺接させる必要があるため、回転速度の低い用途に限定されてしまう。また、工作機械の主軸等に用いられるアンギュラ玉軸受等、シールを用いない転がり軸受には適用することができない。
【００１１】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、軌道輪と転動体に一般的な鋼材を用いつつも特別な絶縁処理をすることなく、しかも導電性シールを用いることなく、電食による軌道輪の軌道面や転動体表面の損傷を防止することが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】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明に係る転がり軸受は、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記内輪と同心で、前記内輪軌道面と対向する外輪軌道面を内周面に有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に配設された複数の玉と、前記玉を転動自在に保持する保持器と、を備える転がり軸受において、前記内輪軌道面及び外輪軌道面を形成する溝の曲率半径が、前記玉の直径の５０．１％以上５１．９％以下であり、かつ前記内輪軌道面及び外輪軌道面のうち、少なくとも一方の軌道面の軌道面中心線平均あらさ（Ｒ）が、０．０１５μｍＲａ以上０．０５０μｍＲａ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、軌道輪と転動体に一般的な鋼材を用いつつも特別な絶縁処理をすることなく、しかも導電性シールを用いることなく、電食による軌道輪の軌道面や転動体表面の損傷を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る転がり軸受を、深溝玉軸受を例として図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態の転がり軸受の要部の断面図である。
【００１６】
図２は、図１に示す転がり軸受を組込んだファン駆動用電動モータの断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明の実施形態の転がり軸受１０は、外周面に内輪軌道面１２を有する内輪１１と、内輪１１と同心であり、内輪軌道面１２に対向する内周面に外輪軌道面１４を有し、外径面２５に絶縁層１５が形成された外輪１３と、内輪１１の内輪軌道面１２と外輪１３の外輪軌道面１４との間に複数配置された転動体である玉１６と、玉１６を転動自在に保持する環状の保持器１７と、一対のシール部材１８ａ、１８ｂと、を備えている。
【００１８】
内輪１１の内輪軌道面１２は、内輪外径面１９の中央部に全周に亘る溝として形成されている。また、内輪外径面１９の軸方向両端部近傍には段部２０ａ、２０ｂが設けられ、各段部２０ａ、２０ｂよりも内輪外径面１９の端縁寄り部分に凹状に形成された溝２１ａ、２１ｂが全周に亘って設けられている。
【００１９】
外輪１３の外輪軌道面１４は、外輪内径面２２の中央部に全周に亘る溝として、内輪軌道面１２に径方向に対向して形成されている。また、外輪内径面２２の軸方向両端部近傍には段部２３ａ、２３ｂが設けられ、各段部２３ａ、２３ｂよりも外輪内径面２２の端縁寄り部分に凹状に形成された溝２４ａ、２４ｂが全周に亘って設けられている。内輪１１の環状の溝２１ａ、２１ｂと、外輪１３の環状の溝２３ａ、２３ｂとは、それぞれ径方向に対向している。
【００２０】
保持器１７は、鋼板製の打ち抜き保持器であって、玉１６を転動自在に保持するポケット２６が、円周方向に等間隔で打ち抜かれている。ポケット２６は玉１６と同数打ち抜かれ、各ポケット２６は、玉１６が個々に組み込まれた状態で、玉１６をポケット２６内で円周方向に転動自在とする大きさに形成されている。
【００２１】
シール部材１８ａ、１８ｂは、鋼板製の薄板からなり、外輪内径面２２の端部と内輪外径面１９の端部との間を覆うように環状に形成されている。シール部材１８ａ、１８ｂの外周縁には取付部２７ａ、２７ｂが形成されており、取付部２７ａ、２７ｂは外輪１３の溝２４ａ、２４ｂにそれぞれ嵌着係止されている。シール部材１８ａ、１８ｂの内周縁は、内輪１１の溝２１ａ、２１ｂ内にそれぞれ収容されており、溝２１ａ、２１ｂと共に、ラビリンスシールを形成している。
【００２２】
図２に示すように、図１に示す構成の転がり軸受１０ａ、１０ｂを２個一対で組込んだファン駆動用電動モータ４０は、鉄製のモータハウジング４１内に収納されている。モータハウジング４１の一端部にはハウジング前蓋４２が固定され、他方の端部にはハウジング後蓋４３が固定されている。ハウジング前蓋４２側の転がり軸受１０ａの外輪１３ａは、ハウジング前蓋４２に形成された保持段部４４の内側に間座４５を介して嵌め込まれており、ハウジング後蓋４３側の転がり軸受１０ｂの外輪１３ｂは、ハウジング後蓋４３に形成された保持凹部４６の内側に間座４７を介して嵌め込まれている。
【００２３】
両転がり軸受１０ａ、１０ｂの内輪１１ａ、１１ｂには、ロータ４８を固定したモータ軸４９が内嵌固設されている。ロータ４８の外周部には、モータハウジング４１の内周部に固定されたステータ５０がロータ４８と非接触に配置されている。
【００２４】
さて、図２の転がり軸受１０ａ、１０ｂとなる本実施の形態に係る転がり軸受１０は、内輪軌道面１２を有する内輪１１と外輪軌道面１４を有する外輪１３との間に、保持器１７に支持された複数の転動体としての玉１６が転動自在に配設されており、内輪軌道面１２及び外輪軌道面１４を形成する溝の曲率半径が、玉１６の直径（以下、玉径比という）の５０．１％以上５１．９％以下であり、かつ内輪軌道面１２及び外輪軌道面１４のうち、少なくとも一方の軌道面の軌道面中心線平均あらさ（Ｒ）が、０．０１５μｍＲａ以上０．０５０μｍＲａ以下であることを特徴とする。
【００２５】
本実施の形態に係る転がり軸受１０においては、内輪軌道面１２及び外輪軌道面１４の少なくとも一方の表面あらさ（Ｒ）を０．０１５μｍＲａ以上０．０５０μｍＲａ以下に規定することにより、軌道面と転動体である玉１６との間の油膜の形成能力を低下させている。このことにより、玉１６と、内輪１１及び外輪１３とが常時通電することとなり、電食を防止することができる。
【００２６】
内輪軌道面１２又は外輪軌道面１４の表面あらさを上記のように粗くすると、軌道面と玉１６との間の油膜の形成能力が低下するため、軸受の焼付きが生じ易くなる。そこで、内輪軌道面１２及び外輪軌道面１４を形成する溝の曲率半径を、玉１６の直径の５０．１％以上５１．９％以下とする玉径比で規定し、玉１６の軌道面に対する面圧を制御し、これにより焼付きを解消することができる。
【００２７】
次に、本実施の形態に用いられる表面あらさ及び玉径比の規定の意義等について説明する。
【００２８】
本実施の形態においては、内輪１１の内輪軌道面１２及び外輪１３の外輪軌道面１４を形成する溝の曲率半径を、玉１６の玉径比で５０．１％以上５１．９％以下としている。
【００２９】
すなわち、内輪軌道面１２及び外輪軌道面１４を形成する溝の曲率半径を、玉１６の玉径比で５１．９％以下とすることにより面圧が下がる。これによりたとえ玉１６と軌道面との間に油膜が形成されない場合においても焼付きを防止できる。
【００３０】
一方、内輪軌道面１２及び外輪軌道面１４を形成する溝の曲率半径を、玉１６の玉径比で５０．１％以上とすることにより、玉１６の差動すべりを防止し、焼付きが起こらなくなる。
【００３１】
また、本実施の形態においては、内輪軌道面１２及び外輪軌道面１４のうち、少なくとも一方の軌道面の軌道面中心線平均あらさ（Ｒ）を０．０１５μｍＲａ以上、０．０５０μｍＲａ以下としている。
【００３２】
すなわち、軌道面中心線平均あらさ（Ｒ）が０．０１５μｍＲａ以上０．０５０μｍＲａ以下であると、最適な油膜厚さとなり、電食を防止しつつ焼付きも抑えることができる。
【００３３】
一方、軌道面中心線平均あらさ（Ｒ）が０．０１５μｍＲａ未満であると、玉１６と軌道面との間の油膜が十分厚くなり、電食が発生する。
【００３４】
また、軌道面中心線平均あらさ（Ｒ）が０．０５０μｍＲａを超えた値となると、玉１６と軌道面との間に油膜が形成されづらくなり、玉１６と、内輪１１及び外輪１３とは常時通電するため電食は防止できるが、ピーリング、すなわち表面損傷の微細なフレーキングが起こる。
【００３５】
よって、軌道面中心線平均あらさ（Ｒ）を、０．０１５μｍＲａ以上、０．０５０μｍＲａ以下とする必要がある。
【００３６】
次に、本発明に係る転がり軸受を用いて、以下に示す条件下で行った電食試験を説明する。
【００３７】
本実施例においては、内輪１１と外輪１３をＳＵＪ２から作製し、ＲＸガス雰囲気中で８４０℃で焼入れ、大気中で１７５℃で焼き戻しを行い、表面および内部硬さがＨＲＣ６１〜６３となるように調整したものを試験に供した。
【００３８】
また、内輪１１の内輪軌道面１２及び外輪１３の外輪軌道面１４の曲率半径は玉１６の玉径比で５０．１％以上５１．９％以下である。
【００３９】
内輪軌道面１２及び外輪軌道面１４の表面あらさは、研磨工程の時間の長さ等によって調整し、本実施例に関しては内輪軌道面１２ならびに外輪軌道面１４の軌道面中心線平均あらさ（Ｒ）を０．０１５μｍＲａ以上０．０５０μｍＲａ以下となるように調整したものを用いた。
【００４０】
転動体である玉１６は、熱処理においては上記と同様に施したものを用いたが、研磨工程においては強加工を施しているため、ＨＲＣ６３〜６５程度であった。
【００４１】
電食試験には、図３及び図４に示す電食試験装置を用いた。
【００４２】
図３は、図１に示す転がり軸受を用いて行った電食試験装置の構成図である。図４は、図１に示す転がり軸受を用いて行った電食試験装置の要部説明図である。
【００４３】
図３に示すように、電食試験装置６０は、インバータ６１と、第１のインダクションモータ６２と、第２のインダクションモータ６３と、電流アンプ６４と、電圧計６５と、絶縁カップリング６６と、から構成されている。
【００４４】
図４に示すように、電食試験装置６０において、一対の転がり軸受１０ａ、１０ｂは、図２に示したファン駆動用電動モータ４０の鉄製のモータハウジング４１内に収納されており、予圧ばね６８を通じて給電される。そして、一対の転がり軸受１０ａ、１０ｂに内嵌固設されたモータ軸４９が、絶縁カップリング６６を介して第２のインダクションモータ６３に結合されている。
【００４５】
電食試験条件
試験軸受：６２０２（ＮＳ７グリース封入）
アキシアル荷重：３ｋｇｆ
印加電流：１４ｍＡ／２個
試験時間：１０００ｈｒ（各１０）
転動体直径：５．９５３ｍｍ
試験の終了条件は、振動値が３倍となった時点とし、各転がり軸受の軌道面をＳＥＭ、金属顕微鏡にて観察して電食の有無を確認して判定した。
【００４６】
表１は、実施例ならびに比較例とその軸受諸元を示す。図５は、内輪軌道面を形成する溝の玉径比と寿命の関係を示した図である。
【００４７】
【表１】
2008144880.tif 000003
【００４８】
表１から明らかなように、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記内輪と同心で、前記内輪軌道面と対向する外輪軌道面を内周面に有する外輪と、前記内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に配設された複数の玉と、前記玉を転動自在に保持する保持器と、を備える転がり軸受において、前記内輪軌道面および外輪軌道面を形成する溝の曲率半径が、転動体である玉の玉径比で５０．１％以上５１．９％以下であり、かつ内輪軌道面及び外輪軌道面のうち、少なくとも一方の軌道面の軌道面中心線平均あらさ（Ｒ）が０．０１５μｍＲａ以上０．０５０μｍＲａ以下であることを特徴とする本発明の転がり軸受を用いることにより、電食を防止し、長寿命である転がり軸受が得られる。
【００４９】
なお、表１及び図５から、上記軌道面を形成する溝の玉径比は、５０．４％以上５１．４％以下がさらに好ましい範囲である。
【００５０】
なお、本発明は、上述した実施の形態及び実施例に限定されず、種々変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態の転がり軸受の要部の断面図である。
【図２】図１に示す転がり軸受を組込んだファン駆動用電動モータの断面図である。
【図３】図１に示す転がり軸受を用いて行った電食試験装置の構成図である。
【図４】図１に示す転がり軸受を用いて行った電食試験装置の要部説明図である。
【図５】内輪の玉径比と寿命の関係を示した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  転がり軸受
１１  内輪
１２  内輪軌道面
１３  外輪
１４  外輪軌道面
１５  絶縁層
１６  玉
１７  保持器
１８ａ、１８ｂ  シール部材
１９  内輪外径面
２０ａ、２０ｂ  段部
２１ａ、２１ｂ  溝
２２  外輪内径面
２３ａ、２３ｂ  段部
２４ａ、２４ｂ  溝
２５  外径面
２６  ポケット
２７ａ、２７ｂ  取付部
４０  ファン駆動用電動モータ
４１  モータハウジング
４２  ハウジング前蓋
４３  ハウジング後蓋
４４  保持段部
４５  間座
４６  保持凹部
４７  間座
４８  ロータ
４９  モータ軸
５０  ステータ
【図１】
2008144880.tif 000004
【図２】
2008144880.tif 000005
【図３】
2008144880.tif 000006
【図４】
2008144880.tif 000007
【図５】
2008144880.tif 000008