(57)【要約】【課題】軌道輪にセラミック製の絶縁皮膜４ｂを形成する構造で、安価でインピーダンスが高い構造を実現する。【解決手段】内輪３の内周面１４及び軸方向両端面１５、１５に、アルミナを主成分としたセラミックス製の絶縁皮膜４ｂを形成する。又、上記内輪３と軸との締め代を、この絶縁皮膜４ｂに損傷が生じない様に規制する。この内輪３の内周面１４と両端面１５、１５との表面積の合計は、外輪２の外周面１２と軸方向両端面１３、１３との表面積の合計よりも小さい為、上記絶縁皮膜４ｂの膜厚を厚くする事なく、安価にインピーダンスを高くできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受と、この転がり軸受を外嵌する金属製の相手部材とを備え、このうちの転がり軸受は、内周面に外輪軌道を形成した金属製の外輪と、この外輪の内側に配置され、外周面に内輪軌道を形成した金属製の内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた、それぞれが金属製である複数個の転動体とを備えるものであり、上記内輪が上記相手部材に締り嵌めで嵌合される軸受装置に於いて、この内輪の上記内輪軌道を除く表面のうち、少なくとも内周面に、アルミナを主成分とするセラミックス製の絶縁皮膜を形成しており、上記内輪と上記相手部材との締め代を、この絶縁皮膜が損傷しない様に規制した軸受装置。
【請求項２】
内輪と相手部材との締め代は、使用時でもこの内輪の内周面を覆う絶縁皮膜に作用するフープ応力が２００N/mm2 以下となる様に規制されている、請求項１に記載した軸受装置。
【請求項３】
絶縁皮膜の絶縁抵抗値が１０００ＭΩ以上で、同じく静電容量が２７nF以下である、請求項１又は請求項２に記載した軸受装置。
【請求項４】
絶縁皮膜が、アルミナの含有量が９９重量％以上で、酸化チタンを０．０１〜０．２重量％含有する絶縁層であり、膜厚が０．１〜０．７mmである、請求項３に記載した軸受装置。
【請求項５】
絶縁皮膜が、アルミナの含有量が９７重量％以上で、ジルコニアを０．１〜２．５重量％含有する絶縁層であり、膜厚が０．１〜０．７mmである、請求項３に記載した軸受装置。
【請求項６】
絶縁皮膜がプラズマ溶射により形成されたものであり、転がり軸受を構成する両軌道輪のうち、少なくとも内輪が、高温寸法安定化処理を施されるか、或は、高温寸法安定材製である、請求項１〜５のうちの何れか１項に記載した軸受装置。
【請求項７】
外輪の外周面と両端面とを合わせた部分の表面積が、内輪の内周面と両端面とを合わせた部分の表面積に対して１．３倍以上である、請求項１〜６のうちの何れか１項に記載した軸受装置。
【請求項８】
絶縁皮膜が内輪の表面に直接形成した１層のみから成り、転がり軸受の内径が１００mm以上である、請求項１〜７のうちの何れか１項に記載した軸受装置。
【請求項９】
インバータ制御される電動機或は発電機の回転支持部に組み込まれる、請求項１〜８のうちの何れか１項に記載した軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般産業用汎用モータや発電機用ジェネレータ（風力発電機等）、鉄道車両用主電動機、医療機器（ＣＴスキャナ装置等）の回転支持部を構成する軸受装置の改良に関する。特に、本発明は、インバータ制御される電動機或は発電機に組み込まれる軸受装置として好適である。
【背景技術】
【０００２】
電動モータや発電機等、各種電気機器等の回転軸を支承する為の転がり軸受の場合、対策を講じないと、転がり軸受自体に、帰路電流、モータ軸電流等の電流が流れてしまう。転がり軸受に電流が流れた場合、電流の通路となる部分の腐食が進む、所謂電食が発生して、転がり軸受の寿命を著しく短縮してしまう。この様な電食の発生を防止する為、ハウジング或は軸に嵌合する面である、外輪の外周面或は内輪の内周面に、絶縁性に優れた合成樹脂製の絶縁皮膜を形成する技術が、従来から知られている。この様な絶縁性に優れた合成樹脂として、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアミド６（ＰＡ６）等が提案されている。但し、このうちのＰＡ６６やＰＡ６は、吸水性が高く、空気中の水分を吸収する事により寸法が変化し易い。この為、精度が要求される軸受装置の嵌合面を皮覆する材料としては好ましくない。又、上記ＰＢＴは、耐熱性や強度が不足する場合があり、やはり、上記嵌合面を皮覆する材料としては好ましくない。
【０００３】
これに対して、例えば特許文献１には、絶縁皮膜を形成する為の材料として、ガラス繊維を含有したポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を使用する技術が記載されている。即ち、図３に示す様に、転がり軸受１を構成する金属製の外輪２の外周面及び両端面と、金属製の内輪３の内周面及び両端面とに、それぞれガラス繊維を含有したＰＰＳ製の絶縁皮膜４を形成する。尚、図示の転がり軸受１は深溝型の玉軸受であり、この為に、上記外輪２の内周面に形成した外輪軌道５と、上記内輪３の外周面に形成した内輪軌道６との間に、金属製の玉７、７を複数個設置している。この様に構成される転がり軸受１は、上記外輪２を金属製のハウジング８に、上記絶縁皮膜４を介して内嵌固定すると共に、上記内輪３を図示しない金属製の軸に、やはり絶縁皮膜４を介して外嵌固定する。この結果、上記転がり軸受１に電流が流れる事を防止して、電食を防止できる。
【０００４】
又、上述した様なガラス繊維により強化されたＰＰＳを、上記絶縁皮膜４として使用する事により、前述した、水分吸収による寸法変化及び耐熱性、強度の不足と言う問題を解消できる。但し、上述した様な合成樹脂材料は、転がり軸受の軌道輪やハウジング、軸等の材料となる、軸受鋼等の金属に比べて線膨張係数が大きい。従って、回転支持部で発生する熱により変形が生じ易い。
【０００５】
これに対して、特許文献２〜４には、線膨張係数の小さいセラミックス製の絶縁皮膜を外輪の外周面及び両端面に形成した技術が記載されている。このうちの特許文献２に記載された構造の場合、図４に示す様に、金属製の外輪２ａの外周面及び両端面に、セラミックス製の絶縁皮膜４ａを形成すると共に、この絶縁皮膜４ａを金属層９により覆っている。尚、図示の転がり軸受１ａは円筒ころ軸受であり、この為に、上記外輪２ａの両端部内周面に鍔部１０、１０を形成すると共に、この外輪２ａの中間部内周面でこれら両鍔部１０、１０の間に、円筒状の外輪軌道５ａを形成している。又、金属製の内輪３ａの中間部外周面には円筒状の内輪軌道６ａを形成している。そして、これら外輪軌道５ａと内輪軌道６ａとの間に、金属製の円筒ころ１１を複数個設置している。
【０００６】
上述の様に構成される転がり軸受１ａの場合、絶縁皮膜４ａを線膨張係数の小さいセラミックス製としている為、熱による変形を抑えられる。又、この絶縁皮膜４ａを金属層９により覆っている為、上記外輪２ａをハウジング等の相手部材に締り嵌めで内嵌固定する際に、上記絶縁皮膜４ａが剥離する事を防止できる。但し、この様な構成を有する特許文献２に記載された構造の場合、上記金属層９を形成する分、製造コストが上昇する。又、特許文献３には、外輪の外周面及び両端面に第一の金属層を、この第一の金属層の上に絶縁皮膜を、それぞれ設け、更にこの絶縁皮膜の上に第二の金属層を設けた構造が記載されている。この様な特許文献３に記載された構造の場合も、やはりコストが高くなる事は避けられない。
【０００７】
ところで、上述した様な絶縁皮膜を施した転がり軸受を組み込む電動機や発電機は、一般的に、インバータ制御される。又、近年、スイッチング時の騒音を低減する為に、インバータのキャリア周波数を高くする傾向にある。これに伴い、上記転がり軸受に流れる電流は高周波となる。この為、上記絶縁皮膜は高インピーダンス（高絶縁抵抗値）である事が要求される。このインピーダンスは、次式から明らかな様に、静電容量（Ｃ）が大きくなる程小さくなる（小さくなる程大きくなる）。
【数１】
2007333172.tif 000003
｜Ｚ｜：インピーダンス（Ω）
Ｒ：抵抗値（Ω）
ｆ：周波数（Hz）
Ｃ：静電容量（Ｆ）
【０００８】
従って、インピーダンス｜Ｚ｜を高くする為には、絶縁皮膜の静電容量Ｃを小さくする必要がある。この静電容量Ｃは、次式から明らかな様に、面積（Ａ）に比例する。
【数２】
2007333172.tif 000004
εo ：真空中の誘電率（８．８５４×１０-12F/m）
εr ：比誘電率
Ａ：面積（m2）
Ｓ：距離（ｍ）
【０００９】
この為、絶縁皮膜の厚さ（距離Ｓ）が同じ場合、面積Ａが小さい方が静電容量が小さくなる。従って、軸受サイズの異なる転がり軸受に同じ厚さの絶縁皮膜を施した場合、表面積が大きくなる、軸受サイズの大きい転がり軸受の方が、軸受サイズの小さい転がり軸受に比べて静電容量が大きくなる。従って、軸受サイズの大きい転がり軸受に施す絶縁皮膜のインピーダンスを高くする為には、この絶縁皮膜の厚さを厚くする必要があるが、皮膜を厚くすると材料のコストが高くなる。特に、この絶縁皮膜をセラミックスの溶射層とした場合、溶射作業時間が長くなり、この点からもコストの上昇を招く。
【００１０】
又、転がり軸受にセラミックス製の絶縁皮膜を形成する場合、外輪側に形成する場合が多い。この理由は、溶射によりセラミックス製の絶縁皮膜を形成する場合、溶射する面が外周面乃至両端面となる外輪の方が、溶射ノズルを部材の外側に配置でき、作業性が良い為である。又、転がり軸受を回転支持部に組み込む場合、内輪と軸とを締り嵌めにより、外輪とハウジングとを隙間嵌めにより、それぞれ嵌合する場合が多い。但し、脆いセラミックス製の絶縁皮膜を、締り嵌めにより嵌合する内輪の内周面に形成した場合には、この絶縁皮膜に割れや欠けが生じる可能性がある。この為、この様な絶縁皮膜の割れや欠けを防止する為にも、外輪側にセラミックス製の絶縁皮膜を形成する場合が多い。
【００１１】
但し、一般的には外輪の外周面と両端面とを合わせた部分の表面積は、内輪の内周面と両端面とを合わせた部分の表面積よりも大きくなり、外輪側に絶縁皮膜を形成する場合には、前述した様な静電容量と面積との関係式から、静電容量を低くする為に膜厚を大きくする必要がある。これに対して、内輪の内周面にセラミックス製の絶縁皮膜を形成する構造で、内輪と軸とを隙間嵌めで嵌合し、嵌合面の形状を工夫したり、治具等を用いて嵌合面のずれを防止する事が考えられるが、内輪と軸との間にクリープが生じてしまう為、現実的ではない。又、特許文献４には、セラミックスに含有する酸化チタンの割合を規制した構造が記載されている。この特許文献４に記載された構造の場合、酸化チタンを０．２５〜０．７５重量％に規制しているが、酸化チタンの割合をこの様に多くした場合には、十分なインピーダンスを確保できない可能性がある。
【００１２】
尚、本発明に関連する技術が記載された文献として、特許文献５〜７がある。このうちの特許文献５には、内輪をセラミックス製とした場合で、内輪と軸との締め代を規制する技術が記載されている。又、特許文献６、７には、高温でも軸受の寸法を安定化させる技術が、それぞれ記載されている。
【００１３】
【特許文献１】特許第２７７９２５１号公報
【特許文献２】特開２００２−４８１４５号公報
【特許文献３】特開２００２−１８１０５４号公報
【特許文献４】特開２００５−１３３８７６号公報
【特許文献５】特許第２６１７３００号公報
【特許文献６】特許第３４７５４９７号公報
【特許文献７】特許第２６２４３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、軌道輪の表面で金属製の相手部材と接触する部分にセラミックス製の絶縁皮膜を形成する構造で、安価でインピーダンス（絶縁抵抗値）が高い構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の軸受装置は、転がり軸受と、この転がり軸受を外嵌する金属製の相手部材とを備える。
このうちの転がり軸受は、それぞれが金属製である、外輪と、内輪と、複数の転動体とを備える。
このうちの外輪は、内周面に外輪軌道を形成している。
又、上記内輪は、この外輪の内側に配置され、外周面に内輪軌道を形成している。
又、上記各転動体は、これら外輪軌道と内輪軌道との間に、転動自在に設けられている。
そして、上記内輪が上記相手部材に、締り嵌めで嵌合されている。
特に、本発明の軸受装置に於いては、上記内輪の上記内輪軌道を除く表面のうち、少なくとも内周面に、アルミナ（Al2O3 ）を主成分とするセラミックス製の絶縁皮膜を形成している。又、上記内輪と上記相手部材との締め代を、この絶縁皮膜が損傷しない様に規制している。尚、この内輪は、内周面を覆う絶縁皮膜を含むもので、本発明で言う、内輪と相手部材（例えば軸）との締め代とは、この内輪の内周面を覆う絶縁皮膜とこの相手部材との締め代となる。
【００１６】
又、使用時に絶縁皮膜が損傷しない様にする為に、請求項２に記載した様に、内輪と相手部材との締め代を、使用時でもこの内輪の内周面を覆う絶縁皮膜に作用するフープ応力（円周方向応力）が２００N/mm2 以下となる様に規制する事が好ましい。即ち、使用時には、上記内輪と相手部材が熱膨張する場合があるが、この場合でも、上記絶縁皮膜に作用するフープ応力が２００N/mm2 を越えない様に、上記締め代を定める。勿論、嵌合時（温度上昇以前の状態）にも、上記絶縁皮膜に作用するフープ応力が２００N/mm2 を越えない様にする。
又、上述した発明を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した様に、絶縁皮膜の、絶縁抵抗値を１０００ＭΩ以上、静電容量を２７nF以下とする。
又、上記絶縁皮膜の絶縁抵抗値及び静電容量を、上述の様に規制する為に、例えば、請求項４に記載した様に、絶縁皮膜を、アルミナの含有量が９９重量％以上で、酸化チタン（チタニア、TiO2）を０．０１〜０．２重量％含有する絶縁層とし、膜厚を０．１〜０．７mmとする。
或は、請求項５に記載した様に、絶縁皮膜を、アルミナの含有量が９７重量％以上で、ジルコニア（ZrO2）を０．１〜２．５重量％含有する絶縁層とし、膜厚を０．１〜０．７mmとする。
【００１７】
又、上述した各発明を実施する場合で、絶縁皮膜がプラズマ溶射により形成されたものである場合に、好ましくは、請求項６に記載した様に、転がり軸受を構成する両軌道輪のうち、少なくとも内輪として、高温寸法安定化処理を施されたものか、或は、高温寸法安定材製のものを用いる。このうちの高温寸法安定化処理として、例えば、前述の特許文献６に記載されている様に、高温焼き戻し処理や２回焼き戻し処理を施して、残留オーステナイト量を２容量％以下とする処理が上げられる。又、上記高温寸法安定材として、例えば、高温軸受用高速度鋼であるＡＩＳＩ  Ｍ５０、Ｍ５０NIL や、前述の特許文献７に記載されている様な、Si及びCuの含有量を、通常の軸受鋼（ＳＵＪ２、ＳＵＪ３等）よりも多くし、残留オーステナイト量を３容量％以下としたものが挙げられる。
【００１８】
又、請求項７に記載した様に、外輪の外周面と両端面とを合わせた部分の表面積が、内輪の内周面と両端面とを合わせた部分の表面積に対して１．３倍以上である構造に、本発明を適用する事が好ましい。又、より好ましくは、請求項８に記載した様に、絶縁皮膜が内輪の表面に直接形成した１層のみから成り、転がり軸受の内径が１００mm以上である構造に適用する。
更に好ましくは、請求項９に記載した様に、本発明の軸受装置を、インバータ制御される電動機或は発電機の回転支持部に組み込む。この場合に、例えば、電動機等を構成する、外周面にロータを設けた回転軸に、転がり軸受の内輪を外嵌固定する。
【発明の効果】
【００１９】
上述の様に構成する本発明の軸受装置によれば、軌道輪にセラミックス製の絶縁皮膜を形成する構造で、安価でインピーダンス（絶縁抵抗値）が高い構造を実現できる。
即ち、内輪側に絶縁皮膜を形成している為、この皮膜を形成する面積を小さくできる。この結果、この絶縁皮膜の静電容量を小さくして、インピーダンスを大きくできる。又、静電容量を小さくする為に膜厚を大きくする必要がない為、製造コストを低くできる。尚、内輪を相手部材に締り嵌めで嵌合する構造とした場合、脆いセラミックス製の上記絶縁皮膜にクラック等の損傷が生じる可能性があるが、上記内輪と上記相手部材との締め代を、使用時に上記絶縁皮膜が損傷しない様に規制すれば、この様な問題が生じる事はない。特に、請求項２に記載した様に、内輪と相手部材との締め代を、使用時でもこの内輪の内周面を覆う上記絶縁皮膜に作用するフープ応力が２００N/mm2 以下となる様に規制すれば、上記絶縁皮膜にクラック等の損傷が生じる事を、効果的に防止できる。
【００２０】
又、請求項３に記載した様に、絶縁皮膜の絶縁抵抗値を１０００ＭΩ以上、同じく静電容量を２７nF以下となる様に、アルミナを主成分とするセラミックス製の絶縁皮膜の材質及び膜厚を選定する事により、軸受装置の高インピーダンス化をより確実に図れる。本発明者の実験データ等の各種データによれば、静電容量が２７nFを超えると、十分なインピーダンス（絶縁抵抗値）を得られない場合がある。これに対して、静電容量を２７nF以下、好ましくは２５nF、更に好ましくは２３nF以下とすれば、軸受装置のインピーダンスを高くできる。
【００２１】
又、上記絶縁皮膜を、例えば、請求項４に記載した様に、アルミナの含有量が９９重量％以上で、酸化チタンを０．０１〜０．２重量％含有する絶縁層により形成し、膜厚を０．１〜０．７mmとすれば、上述した様な高インピーダンスを有する絶縁皮膜を安価に得られる。即ち、アルミナの純度を高くする程、インピーダンスを高くできるが、このアルミナの純度を高くする事は、製造コストの上昇を招く。これに対して、不可避的に含まれるチタニアの含有量を０．０１〜０．２重量の範囲に規制すれば、コスト上昇を抑えつつ、インピーダンスの高い絶縁皮膜を得られる。又、絶縁皮膜の膜厚を０．１mmよりも薄くすると絶縁抵抗が劣り、０．７mmよりも厚くしても、コストが高くなる割合には、絶縁性能の向上を望めない。従って、絶縁抵抗を確保すると共に製造コストの上昇を抑える為には、上記絶縁皮膜の膜厚を０．１〜０．７mm、好ましくは、０．２〜０．５mmとする。
【００２２】
又、上記絶縁皮膜を、例えば、請求項５に記載した様に、アルミナの含有量が９７重量％以上で、ジルコニアを０．１〜２．５重量％含有する絶縁層により形成すれば、アルミナの純度を高くしてインピーダンスを高くできると共に、上記絶縁皮膜の金属表面への付着強度を向上させる事ができる。即ち、高強度、高靱性を有するジルコニアの含有量を０．１重量％未満とした場合、付着強度を十分に向上させる事ができない。一方、上記ジルコニアの含有量を２．５重量％よりも多くした場合、アルミナの純度が低くなり過ぎて、上記インピーダンスの低下を招く。尚、上述の様にジルコニアを含有した場合にも、上述したチタニアを含有した場合と同様に、上記絶縁皮膜の膜厚を０．１〜０．７mm、好ましくは、０．２〜０．５mmとすれば、絶縁抵抗の確保と製造コスト抑制とのバランスがとれる。
【００２３】
又、上記絶縁皮膜をプラズマ溶射により形成する場合に、請求項６に記載した様に、転がり軸受を構成する両軌道輪のうち、少なくとも内輪に、高温寸法安定化処理を施すか、或は、高温寸法安定材を用いれば、この内輪の寸法精度を確保できる。即ち、上記高温寸法安定化処理を施すか、或は、高温寸法安定材を使用する事により、高温のプラズマの溶射ガスにより局部的に高温になって場合でも、上記内輪の寸法精度が維持される。
【００２４】
又、請求項７に記載した様に、外輪の外周面と両端面とを合わせた部分の表面積が、内輪の内周面と両端面とを合わせた部分の表面積に対して１．３倍以上である構造に本発明を適用すれば、本発明の効果をより顕著に得られる。即ち、外輪と内輪との表面積の差が大きければ、絶縁皮膜を内輪側に形成した場合に、同じ厚さの絶縁皮膜を外輪側に形成した場合と比べて静電容量を小さくできる割合が大きくなる。そして、より高インピーダンス化を図れると共に、コスト低減の効果が大きくなる。
【００２５】
又、請求項８に記載した様に、本発明を、転がり軸受（を構成する内輪）の内径が１００mm以上である構造に適用すれば、上述の高インピーダンス化とコスト低減とを、より高度に両立させる事ができる。内径が１００mmを超える大型の軸受の場合、直径系列で３、２、０が多く使われており、この様な直径系列の転がり軸受の場合、内輪の上記表面積に対し、外輪の上記表面積が３０％以上多くなる。又、内径が１００mm以上の転がり軸受の場合、内周面への溶射が行ない易く、作業性が良好となり低コスト化を図れる。又、絶縁皮膜を１層としている為、前述の特許文献２〜３に記載された構造と比べて製造コストを低くできる。又、前述した様に、絶縁皮膜としてジルコニアを含有したものを使用すれば、この絶縁皮膜と内輪との密着力を高め、金属層を設けなくても絶縁皮膜の剥離を防止できる。
【００２６】
更に、請求項９に記載した様に、本発明の軸受装置を、インバータ制御される電動機或は発電機の回転支持部に組み込めば、本発明の効果をより有効に得られる。即ち、前述した様に、インバータ制御される電動機等は、インバータのキャリア周波数を高くする傾向にある為、転がり軸受に流れる電流は高周波となる。この為、上記絶縁皮膜は高インピーダンス（高絶縁抵抗値）である事が要求される。これに対して本発明の場合、上述した様に、高インピーダンスを実現できる為、上記インバータ制御される電動機等に適する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
［実施の形態の１例］
図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、安価でインピーダンス（絶縁抵抗値）が高い構造を実現すべく、内輪３側にセラミックス製の絶縁皮膜を形成し、この内輪３と相手部材との締め代を規制する点にある。軸受装置の基本的構造及び作用は、前述の特許文献１〜４等、従来から知られている軸受装置と同様である。この為、従来構造と同様の部分に就いては、説明を省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００２８】
本例の軸受装置も、上記特許文献１〜４に記載された構造と同様に、転がり軸受１ｂと、この転がり軸受１ｂを外嵌する、相手部材である、図示しない金属製の軸とを備える。この軸の材料として、例えば、機械構造用鋼のクロムモリブデン鋼や、ニッケルクロムモリブデン鋼、中炭素鋼等の炭素鋼が挙げられる。又、上記転がり軸受１ｂは、前述の図３に示した構造と同様に、それぞれが、軸受鋼（例えばＳＵＪ２、ＳＵＪ３）等の金属製である、外輪２と、上記内輪３と、複数の玉７とを備える。又、本例の場合、このうちの内輪３に寸法安定化処理を施している。この寸法安定化処理として、例えば、焼き入れ後に高温（例えば２４０℃）で焼き戻しを行ない、残留オーステナイト量を２容量％以下としている。
【００２９】
又、本例の場合、上記外輪２の外周面１２と軸方向両端面１３、１３とを合わせた部分の表面積が、上記内輪３の内周面１４と軸方向両端面１５、１５とを合わせた部分の表面積に対して１．３倍以上である。又、本例の場合、上記転がり軸受１ｂの内径Ｒ3 が１００mm以上である。
【００３０】
特に、本例の場合、上記内輪３の内周面１４と軸方向両端面１５、１５とを、アルミナを主成分とするセラミックス製の絶縁皮膜４ｂにより覆っている。尚、この絶縁皮膜４ｂは、１層とし、前述の特許文献２〜３に記載されている様な金属層は形成していない。又、上記絶縁皮膜４ｂは、プラズマ溶射により形成しており、アルミナの含有量が９９重量％以上で、酸化チタンを０．０１〜０．２重量％含有する絶縁層としている。又、上記絶縁皮膜４ｂは、上記内周面１４及び軸方向両端面１５、１５の他、この内周面１４の軸方向両端縁とこれら軸方向両端面１５、１５の内周縁とを連続させる、断面四分の一円弧状の内径側折れ曲がり連続部１６、１６の表面も覆っている。更に、本例の場合、上記両端面１５、１５の外周縁と上記内輪３の外周面の軸方向両端縁とを連続させる、断面四分の一円弧状の外径側折れ曲がり連続部１７、１７の表面も、上記絶縁皮膜４ｂにより覆っている。
【００３１】
又、本例の場合、上記内輪３の内周面１４、両端面１５、１５を覆う上記絶縁皮膜４ｂの膜厚を、０．１〜０．７mmとしている。この様に、絶縁皮膜４ｂの膜厚を規制する為に、セラミックスの絶縁層を形成した後、表面を研磨する。又、上記絶縁皮膜４ｂの厚さは、少なくとも上記内周面１４及び両端面１５、１５を覆う部分が０．１〜０．７mmであれば良い。即ち、上記絶縁皮膜４ｂのうちで上記内径側、外径側両折れ曲がり連続部１６、１７の表面を覆っている部分に関しては、コスト低減の為に、研磨する事なく、そのままの（セラミックスの溶滴を噴射したままの）状態としても良い。本例の場合、上述の様に、絶縁皮膜４ｂの材質及び膜厚を規制する事により、この絶縁皮膜４ｂの絶縁抵抗値を１０００ＭΩ以上、静電容量を２７nF以下としている。
【００３２】
又、前記転がり軸受１ｂは、インバータ制御される電動機或は発電機の回転支持部に組み込まれる。即ち、上記外輪２をこの回転支持部を構成する、金属製のハウジングに隙間嵌めで内嵌固定すると共に、上記内周面１４及び両端面１５、１５に上記絶縁皮膜４ｂを形成した上記内輪３を、上記回転支持部を構成する軸に締り嵌めで外嵌固定する。この軸は、前述した様に、クロムモリブデン鋼や中炭素鋼等の金属製である。本例の場合、この状態で、上記内輪３と上記軸との締め代を、上記絶縁皮膜４ｂが損傷しない様に規制している。
【００３３】
この為に、本例の場合、上記内輪３と軸との締め代を、使用時でもこの内輪３の内周面１４を覆う絶縁皮膜４ｂに作用するフープ応力が、２００N/mm2 以下となる様に規制している。この様に、絶縁皮膜４ｂに作用するフープ応力は、例えば、上記内輪３及び軸の材質、寸法、上記絶縁皮膜４ｂの材質、膜厚、及び、使用時の想定温度等から、算出可能である。そして、使用時のフープ応力が２００N/mm2 を越えない様に、上記内輪３と軸との締め代を定める。勿論、これら内輪３と軸との嵌合時（常温時）にも、上記絶縁皮膜４ｂに作用するフープ応力が２００N/mm2 を越えない様にする。この様に、フープ応力が２００N/mm2 を越えない様にする為に、例えば、内輪３の内径が１８０mmの転がり軸受に就いて、軸受等級が０級の場合、軸との嵌め合いの寸法許容差を、ｋ５〜ｒ７（JIS B 1566）の範囲に設定する。
【００３４】
上述の様に構成する本例の構造によれば、軌道輪にセラミックス製の絶縁皮膜を形成する構造で、安価でインピーダンス（絶縁抵抗）が高い構造を実現できる。
即ち、本例の場合、内輪３側に絶縁皮膜４ｂを形成している為、外輪２側に皮膜を形成する場合と比べて、この絶縁皮膜４ｂを形成する面積を小さくできる。この結果、この絶縁皮膜４ｂの静電容量を小さくして、インピーダンスを大きくできる。又、静電容量を小さくする為に膜厚を大きくする必要がない為、製造コストを低くできる。
【００３５】
上記内輪３及び軸を構成する金属は、上記絶縁皮膜４ｂを構成するセラミックスよりも弾性係数が小さく、線膨張係数が大きい為、使用時の温度上昇に伴い、上記内輪３と軸との締め代が大きくなって、上記絶縁皮膜４ｂに作用するフープ応力が大きくなる。この為、嵌合時の締め代が大き過ぎる場合には、温度上昇に伴うフープ応力の増大により、この絶縁皮膜４ｂに損傷が生じる可能性がある。これに対して本例の様に、上記内輪３と軸との締め代を適正にすれば、これら内輪３と軸とを強固に結合できると共に、この内輪３の内周面を覆う上記絶縁皮膜４ｂの損傷を防止できる。特に、本例の場合、これら内輪３と軸との締め代を、使用時でもこの内輪３の内周面１４を覆う絶縁皮膜４ｂに作用するフープ応力が２００N/mm2 以下となる様に規制している為、この絶縁皮膜４ｂにクラック等の損傷が生じる事を、より確実に防止できる。
【００３６】
又、本例の場合、上記絶縁皮膜４ｂを、アルミナの含有量が９９重量％以上で、酸化チタンを０．０１〜０．２重量％含有する絶縁層とし、膜厚を０．１〜０．７mmとして、上記絶縁皮膜４ｂの絶縁抵抗値を１０００ＭΩ以上、静電容量を２７nF以下としている。この為、軸受装置の高インピーダンス化を、より確実に図れる。又、本例の場合、上記内輪３の表面のうち、外径側折れ曲がり連続部１７、１７の表面も上記絶縁皮膜４ｂにより覆っている為、沿面放電を避けて、インピーダンスをより高くできる。例えば、上記内輪３の端面１５を軸の外周面に設けた段差に当接させる場合、絶縁皮膜４ｂが形成されていないこの内輪３の外周面端部とこの段差との距離が近くなる場合がある。この場合、この内輪３の軸方向端面１５を上記絶縁皮膜４ｂにより覆っていたとしても、この内輪３の外周面を沿って、上記段差に電流が流れる可能性がある。これに対して、この内輪３の外周面両端縁と軸方向両端面１５、１５の外周縁とを連続させる上記外径側折れ曲がり連続部１７、１７の表面を上記絶縁皮膜４ｂにより覆えば、上記内輪３の外周面を沿って軸側に電流が流れる事を防止できる。
【００３７】
又、上記絶縁皮膜４ｂを、アルミナの含有量が９９重量％以上で、酸化チタンを０．０１〜０．２重量％含有する絶縁層により形成し、膜厚を０．１〜０．７mmとしている為、上述した様な高インピーダンスを有する絶縁皮膜４ｂを安価に得られる。本例の場合、この絶縁皮膜４ｂをプラズマ溶射により形成している為、高温のプラズマの溶射ガスにより局部的に高温になるが、上記絶縁皮膜４ｂを形成する内輪３に高温寸法安定化処理を施している為、プラズマ溶射により局部的に高温になっても、この内輪３の寸法を維持できる。
【００３８】
又、本例の場合、前記外輪２の外周面１２と両端面と１３、１３を合わせた部分の表面積が、上記内輪３の内周面１４と両端面１５、１５とを合わせた部分の表面積に対して１．３倍以上である。又、転がり軸受１ｂの内径が１００mm以上である。この為、軸受装置の高インピーダンス化とコスト低減とを、より高度に両立させる事ができる。又、内径が１００mm以上の転がり軸受１ｂの場合、上記内周面１４への溶射が行ない易く、作業性が良好となり、低コスト化を図れる。
【実施例】
【００３９】
本発明の効果を確認する為に行なった計算に就いて説明する。この計算は、転がり軸受の外輪側にセラミックス製の絶縁皮膜を形成した場合と、内輪側に絶縁皮膜を形成した場合との、それぞれの静電容量を比較する事を目的としている。対象となる転がり軸受は、発電機や電動機で一般的に使用される深溝型玉軸受で、呼び番号が６３３６（内径１８０mm、外径３８０mm、幅７５mm）である。この玉軸受の、外輪の外周面と両端面とを合わせた部分の表面積は１４２７８０mm2 で、内輪の内周面と両端面とを合わせた部分の表面積は７７２００mm2 である。この為、外輪側の表面積は内輪側の表面積に対し１．３倍以上（１．８５倍）となる。
【００４０】
本実施例では、先ず、絶縁皮膜の単位面積当たりの静電容量を測定した。即ち、アルミナの含有量が９９．７重量％で、酸化チタンを０．０４重量％含有するセラミックス製の絶縁皮膜の、単位面積（１０mm×１０mm）での静電容量を、膜厚が０．３mmと０．５mmとでそれぞれ測定した。これにより、図２に示す様な直線（実線及び破線）を求め、各表面積の各膜厚に於ける静電容量を、それぞれ算出した。尚、絶縁皮膜の厚さが０．３mmのものを実線で、０．５mmのものを破線で、それぞれ示す。この図２から明らかな様に、表面積が小さい内輪側に絶縁皮膜を形成する方が、静電容量を小さくできる。特に、絶縁皮膜の厚さを０．３mmとした場合には、表面積が大きい外輪側に形成する場合でも、静電容量を２７nF以下には抑えられるが、同じ厚さの絶縁皮膜を内輪側に形成する場合、静電容量が１５nFよりも小さくなる。又、膜厚が０．５mmの絶縁皮膜を外輪側に形成する場合、静電容量をより小さくできるが、それでも、膜厚が０．３mmの絶縁皮膜を内輪側に形成する場合よりも、静電容量が大きくなる。
【００４１】
この様な計算の結果から、内輪側に絶縁皮膜を形成した方が静電容量を大幅に小さくでき、高インピーダンス化を図れる事が分かる。又、上述した計算から、外輪側に絶縁皮膜を形成する場合、内輪側に絶縁皮膜を形成した転がり軸受と同等の静電容量を得る為には、絶縁皮膜の膜厚を相当大きくする必要がある事が分かる。この為、外輪側の絶縁皮膜を形成する面積が大きい事と合わせて考慮すれば、内輪側に絶縁皮膜を形成する事によるコスト低減効果が、非常に大きい事が分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、転がり軸受の部分断面図。
【図２】本発明の効果を調べる為に行なった計算の結果を示す線図。
【図３】従来構造の第１例を示す断面図。
【図４】同第２例を示す、転がり軸受の部分断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１、１ａ、１ｂ  転がり軸受
２、２ａ  外輪
３、３ａ  内輪
４、４ａ、４ｂ  絶縁皮膜
５、５ａ  外輪軌道
６、６ａ  内輪軌道
７    玉
８    ハウジング
９    金属層
１０    鍔部
１１    円筒ころ
１２    外周面
１３    端面
１４    内周面
１５    端面
１６    内径側折れ曲がり連続部
１７    外径側折れ曲がり連続部
【図１】
2007333172.tif 000005
【図２】
2007333172.tif 000006
【図３】
2007333172.tif 000007
【図４】
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