(57)【要約】【課題】  耐クリープ性及び放熱性に加えて、機械的強度にも優れた絶縁被膜を形成することで、信頼性の高い電食防止性能を有する転がり軸受を実現する。【解決手段】  外輪１の外面を被覆する絶縁被膜１０は、ＰＰＳ樹脂と、直径５〜９μｍのガラス繊維と、比抵抗が１×１０10Ω・ｃｍ以上で且つ熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以上の熱伝導性物質とを含む樹脂組成物からなり、この樹脂組成物中のガラス繊維の含有率は１５〜４０質量％で、熱伝導性物質の含有率は１５〜４５質量％である。【選択図】        図１
2005140168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道輪に絶縁被膜を有する転がり軸受において、
前記絶縁被膜は、合成樹脂と、直径５〜９μｍのガラス繊維と、比抵抗が１×１０10Ω・ｃｍ以上で且つ熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以上の熱伝導性物質と、を含む樹脂組成物からなり、前記樹脂組成物中の前記ガラス繊維の含有率は１５〜４０質量％で、前記熱伝導性物質の含有率は１５〜４５質量％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、転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両用の電動機等に使用される転がり軸受においては、ハウジングや軸からの漏れ電流が軸受の転動体と軌道輪との間に流れて、電気化学的腐食（以下、「電食」と称す。）が生じることを防止する必要がある。このため、外輪や内輪の少なくともハウジング又は軸が嵌合される面に電気絶縁性の被膜（以下、「絶縁被膜」と称す。）を設けて、外部からの電流を遮断することが行われている。
【０００３】
この絶縁被膜の一例として、下記特許文献１では、ガラス繊維を含むポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、「ＰＰＳ樹脂」と称す。）で形成したものが提案されている。ここで用いられるガラス繊維としては、直径が１０〜１５μｍで、長さが０．２〜０．８ｍｍのものが挙げられている。
ところが、この特許文献１に記載の絶縁被膜は、耐クリープ性には優れるものの、熱伝導率が小さいために放熱性が良好ではない。このため、特許文献１に記載の絶縁被膜を有する転がり軸受では、軸受温度の上昇に伴ってグリースの劣化が起こり、軸受寿命を低下させるという問題がある。
【０００４】
この問題を解消するために、下記特許文献２では、絶縁被膜を、ガラス繊維と、比抵抗が１×１０10Ω・ｃｍ以上で且つ熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以上の充填材と、を含む樹脂組成物で形成したものが提案されている。
【特許文献１】特許２７７９２５１号公報
【特許文献２】特開平７−３１０７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献２に記載の絶縁被膜では、放熱性を向上させるための充填材を樹脂組成物に加えた分、この樹脂組成物の成形性も考慮して、ガラス繊維の含有率を上記特許文献１に記載の樹脂組成物よりも少なくする必要がある。このため、上記特許文献２に記載の絶縁被膜は、上記特許文献１に記載のものと比べて放熱性は優れるものの、衝撃強度等の機械的強度は若干低くなる傾向がある。よって、軸受の落下やハウジングへの圧入によって絶縁被膜に亀裂や破損が生じ易くなるため、この絶縁被膜を有する軸受に信頼性の高い電食防止性能を付与できなくなる。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐クリープ性及び放熱性に加えて機械的強度にも優れた絶縁被膜を形成することで、信頼性の高い電食防止性能を有する転がり軸受を実現することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するために、本発明は、軌道輪に絶縁被膜を有する転がり軸受において、前記絶縁被膜は、合成樹脂と、直径５〜９μｍのガラス繊維と、比抵抗が１×１０10Ω・ｃｍ以上で且つ熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以上の熱伝導性物質と、を含む樹脂組成物からなり、前記樹脂組成物中の前記ガラス繊維の含有率は１５〜４０質量％で、前記熱伝導性物質の含有率は１５〜４５質量％であることを特徴とする転がり軸受を提供する。
【０００７】
本発明では、樹脂組成物に含有させるガラス繊維の直径を、従来用いられていたガラス繊維の直径１０〜１５μｍよりも小さい９μｍ以下とすることによって、同じ含有率とした場合の樹脂組成物に含まれるガラス繊維の合計長さが長くなる。よって、樹脂組成物を構成する樹脂とガラス繊維との接着性が向上するため、樹脂組成物全体に対するガラス繊維の含有率が少なくても、絶縁被膜の引張強度や衝撃強度等の機械的強度を向上できる。
一方、ガラス繊維の直径が５μｍ未満であると、衝撃強度等の機械的強度が低下する傾向があるとともに、製造コストが高くなる。また、ガラス繊維の直径の好ましい範囲は、６〜８μｍである。
【０００８】
〔ガラス繊維について〕
本発明で使用するガラス繊維としては、樹脂との接着性を考慮して、片末端にエポキシ基やアミノ基等を有するシランカップリング剤で表面処理されているものが好ましい。この処理を施すことによって、シランカップリング剤の片末端に存在するエポキシ基やアミノ基等の官能基が樹脂の極性基と反応するため、ガラス繊維と樹脂との接着性がより向上する。
【０００９】
ガラス繊維の長さは、１００〜９００μｍとすることが好ましく、３００〜６００μｍとするのがより好ましい。ガラス繊維の長さを１００μｍ未満とすると、絶縁被膜に十分な強度を付与できず、且つ、吸水等による絶縁被膜の寸法変化を抑制できなくなる。一方、ガラス繊維の長さが９００μｍを超えると、絶縁被膜の強度や寸法変化に対する抑制効果は向上するが、ガラス繊維が破損したり、ガラス繊維の配向性が低下するため、絶縁被膜の成形が困難になる。
【００１０】
ガラス繊維の含有率は、樹脂組成物全体に対して１５〜４０質量％とする。ガラス繊維の含有率が１５質量％未満であると、衝撃強度等の機械的強度が十分に得られず、一方、４０質量％を超えると、熱伝導性物質の含有率が少なくなるため、十分な放熱性が得られない。また、ガラス繊維の含有率の好ましい範囲は、１５〜３０質量％である。
【００１１】
〔熱伝導性物質について〕
本発明で使用する熱伝導性物質としては、比抵抗が１×１０10Ω・ｃｍ以上で、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以上のものであれば、特に限定されず、例えば、ＳｉＣ（炭化ケイ素），ＡｌＮ (炭化アルミニウム），ＢｅＯ（ベリリア），ＢＮ（チッ化ホウ素），Ａｌ2 Ｏ3  (アルミナ），ＭｇＯ（酸化マグネシウム）などの粉体、繊維、ウィスカー等が挙げられる。
【００１２】
熱伝導性物質の含有率は、樹脂組成物全体に対して１５〜４５質量％とする。熱伝導性物質の含有率が１５質量％未満であると、放熱性の向上効果が低く、一方、４５質量％を超えると、放熱性は向上するが、その分ガラス繊維の含有率が少なくなるため、衝撃強度等の機械的強度が低くなる。また、熱伝導性物質の含有率の好ましい範囲は、２５〜４０質量％である。
【００１３】
なお、絶縁被膜の成形性、放熱性及び機械的強度を全て満足させるためには、上述したガラス繊維と熱伝導性物質との合計含有率を、樹脂組成物全体に対して３５〜７０質量％とするのが好ましく、４０〜６５質量％とするのがより好ましい。ガラス繊維と熱伝導性物質との合計含有率が３５質量％未満であると、放熱性及び機械的強度をともに向上できず、一方、合計含有率が７０質量％を超えると、絶縁被膜を精度よく成形できない。
【００１４】
〔合成樹脂について〕
本発明で使用する合成樹脂としては、耐熱性を考慮すると、ＰＰＳ樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、及びポリアミド４６が好適である。
ＰＰＳ樹脂は、吸水性が低く、且つ、成形性が良好であるため、低吸水性で寸法安定性に優れた絶縁被膜を射出成形により、低コストで形成できる。
また、芳香族ポリアミド樹脂は、高融点及び高強度を有するため、絶縁被膜温度が１２０℃に達する軸受の高速回転時であっても、電気絶縁性を維持できる。
さらに、ポリアミド４６は、脂肪族ポリアミド樹脂であるが、芳香族ポリアミド樹脂と同様に１２０℃以上でも電気絶縁性を維持できるとともに、樹脂自体の衝撃強度が高いため、絶縁被膜の破損に対する信頼性を向上できる。
【００１５】
使用する合成樹脂の分子量は、ガラス繊維を混合した状態で射出成形できる範囲に相当する、平均分子量で１３０００〜３００００の範囲とする。衝撃強度等の機械的強度や成形性を考慮すると、平均分子量で１８０００〜２６０００とするのが好ましい。ここで、合成樹脂の平均分子量が１３０００未満であると、機械的強度が低くなる。一方、平均分子量が３００００を超えると、ガラス繊維を１５〜３０質量％含有させた状態での溶融粘度が高くなり過ぎて、絶縁被膜を射出成形で精度よく形成することが難しい。
【００１６】
〔絶縁被膜の物性〕
本発明で形成する絶縁被膜は、耐クリープ性、放熱性、及び機械的強度の全てを備えるために、以下に示す物性とすることが好ましい。
熱伝導率：０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上
比抵抗：１×１０13Ω・ｃｍ以上
引張強度：９０ＭＰａ以上
シャルピー衝撃強度：４．５ｋＪ／ｍ2 以上
圧縮クリープ歪み: −２．２％以下（但し、１２０℃、面圧２．９ｋｇ／ｍｍ2 、１００時間の条件での寸法変化率）
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、転がり軸受の軌道輪に有する絶縁被膜に含有させるガラス繊維の直径を従来よりも小さい５〜９μｍとしたことによって、ガラス繊維を同じ含有率とした特許文献２に記載の絶縁被膜と比べて、機械的強度を高くできる。よって、耐クリープ性及び放熱性に加えて機械的強度にも優れた絶縁被膜が形成されるため、信頼性の高い電食防止性能を有する転がり軸受を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に相当するころ軸受を示す断面図である。
本実施形態のころ軸受は、図１に示すように、外輪１と、内輪２と、この外輪１及び内輪２の両軌道面間で転動自在に支持された複数のころ３と、を備えており、外輪１の外面（外周面及び左右両端面）は絶縁被膜１０で被覆されている。外輪１の外周面及び左右両端面には、溝１ａ、１ｂが形成されている。絶縁被膜１０は、外輪１の外周面から左右両端面に連続して、一定の厚みで形成されている。
【００１９】
この絶縁被膜１０は、以下に示す方法で成形することができる。まず、樹脂組成物を構成する合成樹脂、ガラス繊維、及び熱伝導性物質をブレンダやヘンシェルミキサ等で混合した後、二軸押出機等の押出機に供給し、この押出機から材料ペレットを得る。次に、外輪１の外側に、絶縁被膜１０の厚さ（例えば、１．１ｍｍ）に対応させて形成した金型を設置する。この金型を射出成形機に取り付けて、外輪１と金型との空間に、溶融した材料ペレットを射出する。所定の時間冷却後、金型を開いて、外面に絶縁被膜１０が成形された外輪１を取り出す。
【００２０】
絶縁被膜を構成する樹脂組成物の違いによる物性の違いをみるために、表１に示す各樹脂組成物を用いて所定の試験片を形成し、その物性評価を行った。その結果を、表１に併せて示す。
合成樹脂としては、ＰＰＳ樹脂（直鎖型ＰＰＳ，ポリプラスチックス株式会社製「フォートロン０２２０Ａ９」）を用いた。また、ガラス繊維としては、シランカップリング材処理ＧＦ（日東紡績株式会社製「チョップドストランドグラスファイバー」）を用いた。さらに、熱伝導性物質としては、Ａｌ2 Ｏ3 粒子（岩谷産業株式会社製「高純度α−アルミナＲＡ−３０」）を用いた。
【００２１】
ここで使用した「直径が６μｍである」ガラス繊維は、平均直径が６μｍで、含まれるガラス繊維の直径が５〜７μｍの範囲にある。また、「直径が８μｍである」ガラス繊維は、平均直径が８μｍで、含まれるガラス繊維の直径が７〜９μｍの範囲にある。さらに、「直径が１３μｍである」ガラス繊維は、平均直径が約１３μｍで、含まれるガラス繊維の直径が１２〜１４μｍの範囲にある。
【００２２】
なお、表１中の熱伝導率及び比抵抗は、レーザフラッシュ法で測定した２０℃における値である。引張強度は、引張試験（ＪＩＳ  Ｋ  ７１１３にて規定）で測定した値である。シャルピー衝撃強度は、シャルピー衝撃試験（ＪＩＳ  Ｋ  ７１１１にて規定）で測定した値である。
耐クリープ性については、図２に示す試験装置を用いた圧縮クリープ試験で歪みを測定した。この圧縮クリープ試験は、まず、試験片２１を設置した試験装置を、１２０℃に設定された恒温槽に入れて、面圧２．９ｋｇで１００時間保持した。そして、恒温槽から試験装置を取り出して室温で１時間保持した後、恒温槽に入れる前後での試験片２１の寸法変化率を測定した。
【００２３】
なお、図２に示す試験装置は、試験片２１を設置する台２２と、その上方に設置される加圧片２３と、加圧片２３の上方に焼き入れ鋼球２４を介して設置される天秤バー２５と、天秤バー２５の先端に取り付けるおもり２６と、からなる。そして、台２２と加圧片２３との間に試験片２１を挟み、付与する面圧に対応させたおもり２６を取り付けることで、試験片２１に圧縮力が付与されるようになっている。
【００２４】
【表１】
2005140168.tif 000003
【００２５】
ガラス繊維の直径が６μｍであるＮｏ．１及びＮｏ．２と、８μｍであるＮｏ．３とが本発明の実施例に相当し、１３μｍであるＮｏ．４が比較例に相当する。
表１に示すように、ガラス繊維の直径のみが異なるＮｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４の結果から、ガラス繊維の直径が小さくなるにつれて、引張強度及びシャルピー衝撃強度が高くなっていることが分かる。
【００２６】
また、Ｎｏ．１では、Ｎｏ．４よりもガラス繊維の含有率が少ないが、ガラス繊維の直径が小さいため、Ｎｏ．４と同等の引張強度及びシャルピー衝撃強度が得られている。このＮｏ．１では、Ｎｏ．２と比べて、ガラス繊維の含有率を少なくした分Ａｌ2 Ｏ3 の含有率を多くしているため、熱伝導率が高く、放熱性が向上している。また、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の圧縮クリープ歪みは、Ｎｏ．４と同等程度であった。
以上の結果から、絶縁被膜を構成する樹脂組成物に含有させるガラス繊維の直径を本発明の範囲内とすることで、耐クリープ性及び放熱性を維持しつつ、機械的強度を向上できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に相当するころ軸受を示す断面図である。
【図２】圧縮クリープ試験装置の模式図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    外輪
２    内輪
１０    絶縁被膜
【図１】
2005140168.tif 000004
【図２】
2005140168.tif 000005