(57)【要約】【課題】沿面放電が起こりにくく、高電圧環境下において信頼性の高い絶縁軸受を提供する。【解決手段】外輪（２）又は内輪の少なくとも一方に絶縁層（４）が形成された絶縁軸受において、外輪（２）又は内輪の少なくとも一方は段部（１０）を備え、段部（１０）の全面に絶縁層（４）が形成されている絶縁軸受が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪の外周面及び前記外輪の軸方向端面、又は内輪の内周面及び前記内輪の軸方向端面の少なくとも一方に絶縁層が形成された絶縁軸受において、前記外輪の内周面と前記外輪の軸方向端面との間、又は前記内輪の外周面と前記内輪の軸方向端面との間の少なくとも一方に、２以上の面から構成される段部を備え、前記段部の全面に前記絶縁層が形成されていることを特徴とする絶縁軸受。
【請求項２】
前記段部の総長さが１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁軸受。
【請求項３】
前記段部は、軸方向と平行な面、及び径方向に対して角度θ（０度≦θ≦４５度）だけ傾斜した面から構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁軸受。
【請求項４】
前記絶縁層は、溶射により形成されたセラミック層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の絶縁軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般産業用電気モータ、電車・電気自動車・ハイブリッドカー等に搭載される車両用電気モータ、発電機、風車用増速機等に用いられる軸受のように、軸受に電圧がかかり、軸受の内部に電流が流れる可能性のある環境で用いられる絶縁軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、軸受の内部に電流が流れると、たとえわずかな電流であっても電食が生じ、軸受の寿命が著しく短くなることが知られている。そこで、一般産業用電気モータ、電車・電気自動車・ハイブリッドカー等に搭載される車両用電気モータ、発電機、風車用増速機等に用いる軸受のように、軸受内部に電流が流れる可能性のある環境で用いられる軸受には、内輪又は外輪の少なくとも一方に絶縁層を形成し、電流が流れるのを防止することが従来から行われてきている。
【０００３】
その一例として、特許文献１及び２には、図５に示すような絶縁軸受５０が記載されている。図５において、１は内輪、２は外輪、３は転動体であるボール、５は保持器、６は転走面であり、当該転走面６と接するようにボール３が配置されている。外輪２には、外周面１２及び軸方向端面１３にセラミックからなる絶縁層４が形成され、当該絶縁層４を介して、外輪２と電気モータのステータ等に固着されたハウジング４０とが接している。このような構成により、図５に記載された絶縁軸受５０は、外輪２とハウジング４０とを絶縁し、軸受内部に電流が流れるのを防止している。
【０００４】
また、特許文献３には、図６に示すような絶縁軸受６０が記載されている。図６において、１は内輪、２は外輪、３は転動体であるボール、６は転走面であり、当該転走面６と接するようにボール３が配置されている。外輪２における内周面１１と軸方向端面１３との間には、段部９が設けられている。当該段部９は、軸方向と平行な面１４及び径方向と平行な面１５から構成されている。
そして、外輪２における外周面１２、軸方向端面１３、及び段部９の軸方向と平行な面１４に、硬質ゴムからなる絶縁層４が形成され、当該絶縁層４を介して、外輪２とハウジング４０とが接している。
このような構成により、図６に記載された絶縁軸受６０は、特許文献１及び２に記載のものと同様に軸受内部に電流が流れるのを防止するとともに、段部９の軸方向と平行な面１４に絶縁層４を形成することにより、絶縁層４が剥離するのを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−１８２６２１号公報
【特許文献２】特開２００４−１４４１８４号公報
【特許文献３】実開昭６４−３８３２０号公報のマイクロフィルム
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、電気モータや発電機等の電気機器で使用される電圧が高くなるにつれ、上に述べたような従来の絶縁軸受では、絶縁層を厚くしても、必ずしも十分な絶縁効果が得られない場合があることが分かってきた。そこで、これについて詳しく調査したところ、高電圧がかかる状況下では、軸受に形成された絶縁層の表面に沿面放電が起こり、それにより軸受の内部に電流が流れてしまうことが判明した。
【０００７】
すなわち、図５を用いて説明すると、絶縁軸受５０とハウジング４０との間に高い電位差が生じた場合に、外輪２に形成された絶縁層４の表面に沿面放電が生じ、外輪２における絶縁層４が形成されていない部分８とハウジング４０との間に電流が流れることが分かった。軸受内部に電流が流れると軸受は急速に劣化するため、図５に記載された絶縁軸受は、高電圧環境下で使用される場合に、著しく寿命が短くなるおそれがあるという問題点があった。
【０００８】
また、図６に記載された絶縁軸受６０も、絶縁層４をはがれにくくするために、段部９における軸方向と平行な面１４に絶縁層４が形成されているにすぎない。そのため、当該絶縁軸受６０とハウジング４０との間に高い電位差が生じた場合には、絶縁層４が形成されていない径方向と平行な面１５と、ハウジング４０との間の絶縁層４の表面に沿面放電が発生する。したがって、図６に記載された絶縁軸受も、図５のものと同様に、高電圧環境下で使用される場合に、著しく寿命が短くなるおそれがあるという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した従来の絶縁軸受が有する問題点に着目してなされたものであり、高電圧がかかる環境下で使用しても、絶縁層に沿面放電が起こりにくく、長寿命の絶縁軸受を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る上記の課題は、下記の構成により解決される。
（１）外輪の外周面及び前記外輪の軸方向端面、又は内輪の内周面及び前記内輪の軸方向端面の少なくとも一方に絶縁層が形成された絶縁軸受において、前記外輪の内周面と前記外輪の軸方向端面との間、又は前記内輪の外周面と前記内輪の軸方向端面との間の少なくとも一方に、２以上の面から構成される段部を備え、前記段部の全面に前記絶縁層が形成されていることを特徴とする絶縁軸受。
（２）前記段部の総長さが１ｍｍ以上であることを特徴とする上記（１）に記載の絶縁軸受。
（３）前記段部は、軸方向と平行な面、及び径方向に対して角度θ（０度≦θ≦４５度）だけ傾斜した面から構成されることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の絶縁軸受。
（４）前記絶縁層は、溶射により形成されたセラミック層であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか１に記載の絶縁軸受。
【発明の効果】
【００１１】
上記（１）の絶縁軸受は、外輪の内周面と前記外輪の軸方向端面との間、又は前記内輪の外周面と前記内輪の軸方向端面との間の少なくとも一方に、２以上の面から構成される段部を備え、前記段部の全面に前記絶縁層が形成されている。
そのため、当該絶縁軸受は、外輪又は内輪における絶縁層が形成されていない部分から、軸受に接続される外部部材（ハウジング、回転軸等）までの絶縁層の表面に沿った長さ、すなわち沿面距離が長くなるため、絶縁層表面に沿面放電が起こりにくくなり、沿面放電に由来する電流により軸受の寿命が短縮するのを防止することができる。
したがって、上記（１）の絶縁軸受は、高電圧がかかる環境下においても信頼性が高く長寿命であるという効果を奏する。
【００１２】
また、上記（２）の絶縁軸受は、前記段部の総長さが１ｍｍ以上であるので、前記段部における沿面放電を有効に抑制することができ、外輪又は内輪の厚さが薄い軸受であっても、高電圧がかかる環境下において信頼性が高く長寿命であるという効果を奏する。
また、上記（３）の絶縁軸受は、軸方向と平行な面、及び径方向に対して角度θ（０度≦θ≦４５度）だけ傾斜した面から構成されているので、絶縁層の沿面距離が長くなるとともに、角部が鋭角とならず、角部での応力や電界の集中を防止することができる。したがって、上記（３）の絶縁軸受は、高電圧がかかる環境下において、より信頼性が高く長寿命であるという効果を奏する。
さらに、上記（４）の絶縁軸受は、絶縁層が溶射により形成されたセラミック層であるため、軸受のサイズや形状を問わず、高品質な絶縁層を効率よく形成することができるという効果を奏する。
【００１３】
以上、本発明について簡潔に説明した。さらに、以下に説明される発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る絶縁軸受の外輪を示す断面図である。
【図２】図１の絶縁軸受における段部付近を示す断面図である。
【図３】段部の総長さと沿面放電電圧の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る絶縁軸受の内輪を示す断面図である。
【図５】従来の絶縁軸受を示す断面図である。
【図６】他の従来の絶縁軸受を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る絶縁軸受１００の外輪２を示す断面図である。ここにおいて、従来例と同じ部分には同じ符号を付している。
図１を参照して、外輪２は、転走面６、内周面１１、外周面１２、軸方向端面１３を有し、転走面６と接するように図示しない転動体（ボール）が配置される。また、４は、外輪２の表面に形成された絶縁層であり、当該絶縁層４については後に詳しく述べる。外輪２の外周面１２は、絶縁層４を介して、電気モータのステータ等に固着されたハウジング４０と接している。
そして、本実施形態に係る絶縁軸受１００は、外輪２における内周面１１と軸方向端面１３との間に、段部１０を備えている。
【００１６】
図２は、図１における丸で囲った部分、すなわち、段部１０付近の部分を拡大した図である。ここにおいて、破線は、段部１０が設けられていない従来の絶縁軸受の外輪を示したものである。図２に示すように、段部１０は、外輪２の内周面１１と軸方向端面１３との間に設けられ、第１の面１６及び第２の面１７から構成されている。第１の面１６は、軸方向端面１３と交わる第１の角部１８から第２の面１７と交わる第２の角部１９に至る面であり、軸方向と略平行である。また、第２の面１７は、第２の角部１９から内周面１１と交わる第３の角部２０に至る面であり、径方向に対して角度θだけ傾斜している。
本実施形態においては、第１の角部１８にＲ面取りが行われているが、第２の角部１９又は第３の角部２０についても適宜Ｒ面取りを行ってもよい。また、Ｒ面取りに替えて、Ｃ面取り等の他の面取りを採用すること、又は面取りを省略することも可能であるが、角部における電界の集中を防止する観点から、Ｒ面取りを行うことが好ましい。
【００１７】
そして、本実施形態においては、外輪２の外周面１２及び軸方向端面１３に加え、段部１０の全面、すなわち、第１の面１６及び第２の面１７に、絶縁層４が形成されている。絶縁層４は、絶縁性のセラミックであり、外輪２の表面に溶射により形成されている。
このように、本実施形態は、外輪２の内周面１１と軸方向端面１３との間に段部１０を備え、当該段部１０の全面に絶縁層４が形成されているため、絶縁層４の終端部である第３の角部２０から、外輪２が接するハウジング４０までの絶縁層４の表面に沿った長さ、すなわち沿面距離が、段部１０を備えない従来の絶縁軸受と比較して長くなっている。
【００１８】
すなわち、図２において、角部のＲや絶縁層４の厚さに起因する誤差を無視すると、絶縁層４の終端部から第１の角部１８までの部分の絶縁層４の沿面距離は、破線で示す従来の段部を備えない絶縁軸受では概略ｃであるのに対して、実線で示す本実施形態に係る絶縁軸受では概略ａ＋ｂである。一方、第１の角部１８からハウジング４０までの部分の絶縁層４の沿面距離は、従来のものも本実施形態に係る絶縁軸受も同じである。
したがって、絶縁層４の終端部からハウジング４０までの絶縁層４の沿面距離は、本実施形態に係る絶縁軸受の方が、従来のものよりも概略ａ＋ｂ−ｃだけ長くなっていることが明らかである。
【００１９】
一般に、２つの電極が絶縁体を介して離間している場合において、当該絶縁体表面に生ずる沿面放電は、両電極間の絶縁体の沿面距離が長いほど起こりにくくなる。これを外輪に絶縁層が形成された軸受に当てはめると、外輪における絶縁層が形成されていない部分と外輪に接するハウジングとが両電極として作用するから、絶縁層の終端部とハウジングとの間の絶縁層の沿面距離が長いほど、沿面放電が起こりにくくなる。
そして、上に述べたとおり、本実施形態に係る絶縁軸受は、絶縁層４の終端部とハウジング４０との間の絶縁層４の沿面距離が従来のものよりも長くなっているから、従来のものと比較して、絶縁層４の表面に沿面放電が起こりにくい。
【００２０】
なお、図６に示す従来の絶縁軸受６０は、絶縁層４の剥離を防止するという本発明と全く異なる課題を解決するためのものではあるが、本実施形態の段部１０に類似する段部９が形成されている。しかしながら、図６の絶縁軸受６０は、当該段部９における軸方向と平行な面１４にのみ絶縁層４が形成され、径方向と平行な面１５には、絶縁層４が形成されていない。すなわち、当該絶縁軸受６０は、段部９において、概略図２のｂに相当する長さ分だけ絶縁層４が形成されているにすぎない。
【００２１】
一方、本実施形態に係る絶縁軸受１００は、段部１０の全面に絶縁層４が形成されている。したがって、本実施形態に係る絶縁軸受１００の段部１０における絶縁層４が形成された部分の長さは、概略ａ＋ｂであるから、本実施形態に係る絶縁軸受１００は、図６の絶縁軸受６０と比較して、絶縁層４の終端部とハウジング４０までの絶縁層４の沿面距離が概略ａ（＝ａ＋ｂ−ｂ）だけ長い。
したがって、その分だけ、本実施形態に係る絶縁軸受１００は、図６に記載されたものよりも沿面放電が起こりにくくなっていることが明らかである。このように、本実施形態は、図６に記載されたものと比較しても、沿面放電の防止という点で顕著な効果を奏するものである。
【００２２】
このように、本実施形態に係る絶縁軸受１００は、従来のものと比較して、絶縁層４の沿面距離が長くなり、沿面放電をより起こりにくくすることができる。したがって、本実施形態に係る絶縁軸受１００は、従来のものよりも、軸受内部に沿面放電に起因する電流が流れにくくなり、高電圧がかかる環境下であっても、長期間劣化することなく使用することができる。
【００２３】
ここで、外輪２の厚さを薄くし、第１の角部１８がハウジング４０のごく近くとなるようにして、段部１０の総長さ、すなわちａ＋ｂと、当該段部１０において沿面放電が生ずる電圧（以下「沿面放電電圧」という。）との関係について実験を行った結果を図３に示す。
図３から分かるとおり、ａ＋ｂと沿面放電電圧とは正の線形関係となっており、ａ＋ｂが大きいほど沿面放電電圧が高くなっている。実際の軸受において、ａ＋ｂの値をどの程度とするのかは、軸受のサイズや軸受にかかる電圧の高さ等に応じて適宜設計すればよい。
【００２４】
再び図２を参照して、本実施形態においては、第２の面１７が、径方向に対して角度θだけ傾斜する構成となっているが、当該角度θは、外輪の幅や軸受にかかる電圧の高さ等に応じて適宜選択することができる。
第２の面１７が径方向と平行、すなわち、θ＝０度の場合を含め、θが０度以上であれば、第２の角部１９及び第３の角部２０の角度（劣角の方を指す）が鋭角とならず、これらの角部における応力集中による強度の低下が避けられるとともに、これらの角部における電界集中も緩和されるので、θは０度以上であることが好ましい。そして、θをより大きくすると上記の観点からは更に好ましいが、θをあまり大きくすると、第２の角部１９が第１の角部１８側に接近し、それに伴って、段部１０における絶縁層４の沿面距離が短くなり、好ましくない。
以上の点から、θは、０度≦θ≦４５度の範囲であることが好ましい。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施形態を、図４を用いて説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る絶縁軸受１１０の内輪１を示す断面図である。  本実施形態は、第１の実施形態と比較して、絶縁軸受１１０の内輪１に絶縁層４及び段部１０を設けている点が異なっている。図４を参照して、内輪１は、転走面２５、外周面２２、内周面２３、軸方向端面２４を有し、転走面２５と接するように図示しない転動体（ボール）が配置される。また、４は、内輪１の表面に形成された絶縁層である。内輪１の内周面２３は、絶縁層４を介して電気モータのロータ等に固着された軸４１に接している。
【００２６】
内輪１の外周面２２と軸方向端面２４との間には、段部１０が設けられている。当該段部１０は、図２に示した第１の実施形態と同様の形状を有しており、第１の面２７及び第２の面２８から構成されている。第１の面２７は、軸方向端面２４と交わる第１の角部２９から第２の面２８と交わる第２の角部３０に至る面であり、軸方向と略平行である。また、第２の面２８は、第２の角部３０から外周面２２と交わる第３の角部３１に至る面であり、径方向に対して角度θだけ傾斜している。
そして、本実施形態においては、内輪１の内周面２３及び軸方向端面２４に加え、段部１０の全面、すなわち、第１の面２７及び第２の面２８に、絶縁層４が形成されている。絶縁層４は絶縁性のセラミックであり、内輪１の表面に溶射により形成されている。
【００２７】
このような構成とすることにより、本実施形態に係る絶縁軸受１１０は、第１の実施形態のものと同様に、絶縁層４の終端部から軸４１に至るまでの絶縁層４の沿面距離が、段部を備えない絶縁軸受や、段部を備えていても段部の軸方向と平行な面（第１の面）のみに絶縁層が形成された絶縁軸受と比較して、長くなっている。
【００２８】
したがって、本実施形態に係る絶縁軸受１１０は、従来のものよりも、沿面放電が起こりにくいため、軸受内部に沿面放電に起因する電流が流れにくくなり、高電圧がかかる環境下であっても、長期間劣化することなく使用することができる。
なお、本実施形態においても、ａ＋ｂの大きさや、θの大きさについて、上に述べた第１の実施形態と同様の事項が成り立つことは当業者にとって明白であろう。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について図面を用いて詳述してきたが、上記実施形態は単なる例示にすぎないものであり、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００３０】
例えば、各実施形態では、絶縁層が、溶射により形成されたセラミックであるが、他の絶縁材料を用いてもよく、また、溶射以外の方法によりセラミックを形成してもよい。
また、各実施形態では、外輪又は内輪の一方が段部及び絶縁層を備えているが、内輪及び外輪の両方が段部及び絶縁層を備えてもよく、そのようにすることにより、高電圧環境下での信頼性をより向上させることができる。
【００３１】
また、各実施形態では、段部が２つの面で構成されているが、３以上の面で形成するようにしてもよい。そして、段部を構成する各面の形状は、平面又は曲面のどちらであってもよく、その表面も平坦、粗面、あるいは微小な凹凸を設けたもの等、どのようなものであっても、課題解決のために何ら支障がないことは、当業者にとって自明である。
さらに、各実施形態では、転動体としてボールを用いているが、それに限らず、本発明は、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受等種々の軸受に広く適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、一般産業用電気モータ、電車・電気自動車・ハイブリッドカー等に搭載される車両用電気モータ、発電機、風車用増速機等に用いられる軸受のように、軸受に電圧がかかり、軸受の内部に電流が流れる可能性のある環境で用いられる絶縁軸受に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  内輪
２  外輪
３  ボール
４  絶縁層
５  保持器
６  転走面
８  絶縁層が形成されていない部分
９  段部
１０  段部
１１  内周面
１２  外周面
１３  軸方向端面
１４  軸方向と平行な面
１５  径方向と平行な面
１６  第１の面
１７  第２の面
１８  第１の角部
１９  第２の角部
２０  第３の角部
２２  外周面
２３  内周面
２４  軸方向端面
２５  転走面
２７  第１の面
２８  第２の面
２９  第１の角部
３０  第２の角部
３１  第３の角部
４０  ハウジング
４１  軸
５０  従来の絶縁軸受
６０  従来の絶縁軸受
１００  本発明の第１の実施形態に係る絶縁軸受
１１０  本発明の第２の実施形態に係る絶縁軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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