(57)【要約】【課題】外部から電流が流れた場合に、内輪軌道２ａ及び外輪軌道４ａに電食による波板状の損傷が発生する事を防止、又は発生時期を遅延できる構造を実現する。【解決手段】総ての玉６ａ、６ｂの数Ｎ個に対して、１〜Ｎ／２個を大径の玉６ａ、６ａとし、残りを小径の玉６ｂ、６ｂとする。又、玉軸受１ａを組立てた状態で、これら各大径の玉６ａ、６ａの転動面と上記内、外輪軌道２ａ、４ａとを１．５ＧＰａ以下の面圧で常に接触させて、電気的に常時導通可能な状態にする。これにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に内輪軌道を設けられた金属製の内輪と、内周面に外輪軌道を設けられた金属製の外輪と、これら内輪軌道と外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玉とを備え、上記内輪と上記外輪とを電気的に導通させた通電式玉軸受に於いて、上記各玉の総数がＮ個であり、このＮ個の玉のうちの１〜Ｎ／２個の玉の直径が他の玉の直径よりも大きく、これら直径が大きい各玉の転動面と上記内輪軌道及び上記外輪軌道とが常に電気的に接触している事を特徴とする通電式玉軸受。
【請求項２】
直径が大きい各玉の転動面と内輪軌道及び外輪軌道との接触面圧が１．５ＧＰａ以下である、請求項１に記載した通電式玉軸受。
【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等の様に、回転軸に電流が流れる可能性がある回転支持部に組み込む電食防止用の通電式玉軸受の改良に関する。
【０００２】
各種回転機械装置の軸受部等、各種回転部分を支持する為の転がり軸受として、例えば図２に示す様な玉軸受１が広く使用されている。この玉軸受１は、外周面に内輪軌道２を有する内輪３と、内周面に外輪軌道４を有する外輪５とを同心に配置し、これら内輪軌道２と外輪軌道４との間に複数個の玉６を転動自在に設けて成る。図示の例の場合、これら内輪軌道２と外輪軌道４とは、共に深溝型としている。又、上記複数個の玉６は、保持器７に設けたポケット８内に、転動自在に保持している。又、上記外輪５の両端部内周面にそれぞれ全周に亙って形成した係止溝９には、それぞれシールリング１０の外周縁部（後述する突出部１３）を係止している。
【０００３】
これら各シールリング１０は、それぞれ鋼板等の金属板を円輪状に形成して成る芯金１１で、ゴムの如きエラストマー等の弾性材１２を補強する事により、全体を円輪状に形成して成る。そして、この弾性材１２の外周縁部で、上記芯金１１の外周縁よりも少しだけ径方向（図２の上下方向）外方に突出した突出部１３を、上記係止溝９に係止している。一方、上記弾性材１２の内周縁部は、上記芯金１１の内周縁よりも径方向内方に十分に突出させて、この突出させた部分によりシールリップ１４を構成している。更に、このシールリップ１４の端縁部を、上記内輪３の両端部外周面に形成したシール溝１５の側壁面に摺接させている。
【０００４】
上述の様に構成され作用する玉軸受１を、例えばインバータモータやサーボモータ等の一般産業用汎用モータの様に、回転軸に電流が流れる可能性がある回転支持部に組み込む場合、この回転軸を流れる電流が、上記玉軸受１に流れ込む。又、この玉軸受１を構成する上記各玉６の転動面と上記内輪、外輪両軌道２、４との間部分には、絶縁性の潤滑油膜が存在する。この為、この間部分の電気抵抗が大きくなり帯電する（上記内輪３と上記外輪５との間に電位差が生じる）。そして、この帯電量が多く（この内輪３とこの外輪５との間の電位差が大きく）なると、上記各玉６の転動面と上記内輪、外輪両軌道２、４との間に瞬間的に大きな電流が流れて（スパークを発生して）上記各玉６の転動面、又は、上記内輪、外輪両軌道２、４に、電気的な腐食（電食）が発生する。
この様なスパークは断続的に起こり、このスパークに基づく電食は、上記内輪、外輪両軌道２、４の円周方向に関して不連続な位置にビット状の損傷として現れる。更に、このビット状の損傷が進行すると、波板状の損傷となる。これら電食による損傷のうちのビット状の損傷は、騒音発生の原因となり好ましくない。又、上記波板状の損傷は大きな騒音、振動発生の原因となり、特に好ましくない。
【０００５】
この様な上記玉軸受１に流れる電流に基づく上記電食を防止する技術として従来から、特許文献１〜３に記載された構造が知られている。これら特許文献１〜３に記載された転がり軸受の特徴は、この転がり軸受に電食を防止する構造を設けた点にある。この点以外の構造は、上記図２に示した玉軸受１とほぼ同様である。この為、これら特許文献１〜３に記載された構造の特徴の説明を、上記図２の符号を用いて行う。
上記特許文献１〜３のうちの、特許文献１に記載された従来技術は、上記図２に示している前記各シールリング１０の弾性材１２を、ゴム材にカーボンブラック等の導電性添加剤を混練した導電性ゴムにより構成している。この様にして、上記内輪３と上記外輪５とを電気的に導通している。
又、上記特許文献２に記載された従来技術の場合、上記内輪３と上記外輪５との間に環状の通電ワイヤを設け、この通電ワイヤを弾性変形させる事で、これら内輪３、外輪５の両方に接触させている。この様にして、上記内輪３と上記外輪５とを電気的に導通している。
又、上記特許文献３に記載された従来技術の場合、上記玉軸受１の内部に、基油にカーボンブラック等の導電性添加剤を添加した導電性グリースを封入する事で、上記内輪３と上記外輪５とを電気的に導通している。
【０００６】
上述の様な特許文献１〜３に記載された従来技術のうち、特許文献１に記載された従来技術の場合、ゴム材自体の体積固有抵抗率が高い為、十分な導電性を確保するには、カーボンブラック等の導電性添加剤の混入率を大きくする必要がある。しかし、この混入率を大きくした場合、上記導電性ゴムの弾性や耐久性が不足してしまう事が考えられる。
又、上記特許文献２に記載された従来技術の場合、上記通電ワイヤにより上記外輪３と上記内輪５との電気的な導電性を確保する事はできる。しかし、この通電ワイヤは、弾性変形した状態で、上記内輪３、及び上記外輪５と接触している。この為、この弾性変形の量によっては、動トルク、摩擦損失、発熱量が増大してしまう事が考えられる。又、上記通電ワイヤを別体で設けている為、部品点数が多くなり、部品製作コスト、部品管理コスト、組立作業コストが嵩む事が考えられる。
更に、上記特許文献３に記載された従来技術の場合、回転初期に於ける導電性は優れているが、時間の経過と共に、上記導電性グリースが劣化したり、前記各玉６の転動面と上記内輪、外輪両軌道２、４との接触部に酸化被膜が生じたり、基油とカーボンブラックとが分離する等して、上記導電性が低下する事で上記電食を防止する事ができなくなる事が考えられる。
【０００７】
【特許文献１】実開昭５９−７１３６１号公報
【特許文献２】特許第３６５４９２１号公報
【特許文献３】特開昭４７−２１４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、玉軸受に外部から電流が流れ込んだ場合に、この玉軸受を構成する各玉の転動面や内輪軌道及び外輪軌道に、電食による有害な損傷が発生し、この玉軸受の耐久性が損なわれる事を防止する事を目的としている。特に、この電食の後期段階に上記内輪、外輪両軌道に発生する波板状の損傷の発生の防止、又はこの波板状の損傷が発生するまでの時間の遅延を図る事ができる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】
【０００９】
本発明の対象となる通電式玉軸受は、それぞれが金属製である、内輪と、外輪と、複数個の玉とを備える。
このうちの内輪は、外周面に内輪軌道を有する。
又、上記外輪は、内周面に外輪軌道を有する。
又、上記各玉は、上記内輪軌道と上記外輪軌道との間に、転動自在に設けられている。
【００１０】
特に、本発明の通電式玉軸受は、上記各玉の総数がＮ個であり、このＮ個の玉のうちの１〜Ｎ／２個の玉の直径を他の玉の直径よりも大きくしている。又、上記玉軸受を組立てた状態で、これら直径が大きい各玉の転動面と上記内輪軌道及び上記外輪軌道とを、常に電気的に接触させている。
上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、上記直径が大きい各玉の転動面と上記内輪軌道及び上記外輪軌道との接触面圧を、１．５ＧＰａ以下とする。
【発明の効果】
【００１１】
上述の様に本発明の通電式玉軸受は、この玉軸受を構成する玉の総数Ｎ個のうちの１〜Ｎ／２個を大径の玉とし、残りを小径の玉としている。又、上記玉軸受を組立てた状態で、この大径の玉と上記玉軸受を構成する内輪の内輪軌道及び外輪の外輪軌道とを常に電気的に接触（導通）させている。この為、上記玉軸受に電流が流れ込んだ場合に、この電流のうちの大部分は上記大径の玉を流れ、上記各小径の玉には大きな電流は流れない。即ち、上記内輪と上記外輪との間に僅かでも電位差が発生すると、上記大径の玉を電流が流れる事でこの電位差を解消する。従って、上記内輪と上記外輪との間の電位差が大きくなる事はない。この様にして、上記各小径の玉の転動面と上記内輪、外輪両軌道との間部分に、瞬間的に電流が流れる（スパークが発生する）事を防止する事で、不連続な電食の発生を防止する。
尚、上記大径の玉と上記内輪、外輪両軌道との接触部分は、電気的に導通している為、この接触部分には小さな電食が連続的に発生する事が考えられる。但し、この電食は、上記内輪、外輪両軌道の円周方向に関して連続的な走行跡状の損傷として発生する。この為、この電食が進行しても、波板状の損傷にはなりにくい。この様にして電食の損傷のうちの有害な損傷である波板状の損傷の発生を防止、又はこの波板状の損傷が発生するまでの時間の遅延を図り、延いては上記玉軸受の耐久性低下の防止を図る事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例の玉軸受１ａは、それぞれが軸受鋼等の金属製である、内輪３ａと、外輪５ａと、複数個の玉６ａ、６ｂとから成る。
このうちの上記内輪３ａは、外周面に内輪軌道２ａを設けている。
又、上記外輪５ａは、内周面に外輪軌道４ａを設けている。
又、上記各玉６ａ、６ｂは、上記内輪軌道２ａと外輪軌道４ａとの間に、転動自在に設けられている。
尚、上記各玉６ａ、６ｂは、保持器により保持しているが、本発明の要旨とは関係しない為、図示は省略している。
以上の構成は、従来から知られている玉軸受と基本的に同じである。
【００１３】
特に本例の玉軸受１ａの場合、上記各玉６ａ、６ｂの数を、合計８個として、このうちの４個を大径の玉６ａ、６ａとし、残りの４個を小径の玉６ｂ、６ｂとしている。要するに、合計で偶数個の玉６ａ、６ｂのうち、大径の玉６ａ、６ｂと小径の玉６ａ、６ｂとを交互に配置いている。これら各玉６ａ、６ｂは、外径が数μｍ程度異なるものを、選択して使用する。又、上記玉軸受１ａを組立てた状態で、上記各大径の玉６ａ、６ａの転動面と上記内輪、外輪両軌道２ａ、４ａとを、１．５ＧＰａ以下の接触面圧で接触させて、電気的に導通させている。尚、この１．５ＧＰａ以下の接触面圧とは、使用時に荷重が加わった状態での値を言う。
【００１４】
尚、本例の場合には、上記各大径の玉６ａ、６ａを、円周方向等間隔（円周方向に９０度間隔）に配置している。この様な構造にすると、円周方向に関して等間隔位置を電気的に導通できる（荷重の作用方向に拘らず、少なくとも何れか１個の大径の玉６ａが、上記内輪３ａと上記外輪５ａとを電気的に導通する）為、好ましい。但し、これら各大径の玉６ａ、６ａを円周方向等間隔に配置しない構造にする事もできる。
又、上記各大径の玉６ａ、６ａの数は４個に限定されず、１〜４個の範囲で選ぶ事ができる。即ち、上記各大径、小径の玉６ａ、６ｂの合計Ｎ個に対して、上記各大径の玉６ａ、６ａの数を１〜Ｎ／２個の範囲で選べば良い。上記大径の玉６ａを１個だけにした場合、荷重の作用方向及び予圧の大きさによっては、この大径の玉６ａが上記内輪３ａと上記外輪５ａとを電気的に導通させない瞬間が生じる可能性がある。但し、この場合でも、上記玉軸受１ａの運転速度が速ければ、上記内輪３ａと上記外輪５ａとの間に、スパークを発生させる程の電位差が生じる事はない。
尚、本例の玉軸受１ａは、例えば、産業機械用モータに多く使用されている下記の様な玉軸受に適用できる。
呼び番号：６２０３
内輪３ａの内径：１７ｍｍ
外輪５ａの外径：４０ｍｍ
内輪３ａ及び外輪５ａの軸方向幅：１２ｍｍ
内輪３ａ、外輪５ａ、玉６ａ、６ｂの材質：ＳＵＪ２
玉６ａ、６ｂの数：８個
【００１５】
この様な本例の玉軸受１ａによれば、この玉軸受１ａに外部から電流が流れ込んだ場合に、上記各大径、小径の玉６ａ、６ｂの転動面と上記内輪、外輪両軌道２ａ、４ａとの接触部分に、大きな騒音や振動発生の原因となる波板状の損傷が発生する事を防止、又はこの様な波板状の損傷が発生するまでの時間を遅延する事ができる。この理由に就いて、以下に説明する。
上記玉軸受１ａは、上記各大径の玉６ａ、６ａの転動面と上記内輪、外輪両軌道２ａ、４ａとの接触面圧を高くして（この接触部分に存在する潤滑油膜の厚さを極く薄くして）、上記各大径の玉６ａ、６ａの転動面と上記内輪、外輪両軌道２ａ、４ａとを電気的に（少なくとも使用状態で負荷圏に存在する場合に）導通させている。この為、上記玉軸受１ａに外部から電流が流れ込んだ場合に、この電流のうちの大部分が、上記各大径の玉６ａ、６ａを流れる。又、上記各小径の玉６ｂ、６ｂの転動面と上記内輪、外輪両軌道２ａ、４ａとの間部分には比較的厚い潤滑油膜が存在するので、この間部分の電気抵抗は比較的大きくなり、電流が流れない。即ち、上記内輪３ａと上記外輪５ａとの間に僅かでも電位差が発生すると、上記各大径の玉６ａ、６ａを電流が流れる事でこの電位差を解消する。従って、上記内輪３ａと上記外輪５ａとの間の電位差が大きくなる事はない。この様にして、上記各小径の玉６ｂ、６ｂの転動面と上記内輪、外輪両軌道２ａ、４ａとの間部分に、瞬間的に電流が流れる（スパークが発生する）事を防止する事で、不連続な電食（ビット状の損傷）の発生を防止でき、延いてはこのビット状の損傷が進行した場合に発生する波板状の損傷も防止できる。
尚、上記各大径の玉６ａ、６ａの転動面と上記内輪、外輪両軌道２ａ、４ａとの接触部分は電気的に導通している。この為、この接触部分では連続的に小さな電食が発生し、この電食により上記内輪、外輪両軌道２ａ、４ａに、騒音発生の原因となる走行跡状の損傷が生じる事が考えられる。但し、上記玉軸受１ａは、比較的騒音の大きな環境下で使用される産業機械用モータ等に使用される。この為、上記走行跡状の損傷を原因とする騒音の発生はそれほど重大な支障とはならない。又、上記走行跡状の損傷は上記内輪、外輪両軌道２ａ、４ａの円周方向に関して連続的である。この為、この走行跡状の損傷が進行しても、波板状の損傷になりにくい。
この様にして、本例の玉軸受１ａの構造は、電食による損傷のうちの有害な損傷である、波板状の損傷の発生の防止、又はこの波板状の損傷が発生するまでの時間の遅延を図る事ができる。
【００１６】
尚、本例の玉軸受１ａを構成する上記各大径の玉６ａ、６ａの数を、総ての玉の数Ｎ（本例では８個）に対して１〜Ｎ／２個以下（本例では４個）に規制している理由は、上記各大径の玉６ａ、６ａの数をＮ／２個より多くすると、トルクの上昇、長期の使用による面荒れ、摩耗の発生等により振動が増大する事が考えられるからである。
又、上記玉軸受１ａを組立てた状態で、上記各大径の玉６ａ、６ａの転動面と上記内輪、外輪両軌道２ａ、４ａとの接触面圧を１．５ＧＰａ以下に規制している理由も、上述の規制理由と同様である。
又、上述の様に接触面圧を規制する事により、上記玉軸受１ａを組立てた状態で、円周方向に関して部分的に予圧が付与された状態となる。この為、ラジアル荷重、アキシアル荷重、モーメント等に対して剛性を有する事となり、上記玉軸受１ａを組み込む作業を行い易くなる。又、搬送時や組み込み作業時に誤ってこの玉軸受１ａを落下させてしまった場合にも、上記内輪、外輪両軌道２ａ、４ａに圧痕が発生する事も防止できる。
又、本発明の構造は、従来から知られている玉軸受を構成する部材として一般的である玉の大きさを変える事により電食防止機能を設けている。この為、特別な部材を別体で設ける事がなく、部品コスト、製造コストを抑える事ができる。
又、前述した特許文献３に記載された従来技術の様に、時間の経過と共に導電性が低下する事がなく、上記各大径の玉と上記内輪、外輪両軌道との接触部分の導通状態を長期間に亙り確保する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、通電式玉軸受の側面図。
【図２】従来構造の玉軸受の１例を示す部分断面図。
【符号の説明】
【００１８】
１、１ａ  玉軸受
２、２ａ  内輪軌道
３、３ａ  内輪
４、４ａ  外輪軌道
５、５ａ  外輪
６、６ａ、６ｂ  玉
７    保持器
８    ポケット
９    係止溝
１０    シールリング
１１    芯金
１２    弾性材
１３    突出部
１４    シールリップ
１５    シール溝
【図１】
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【図２】
2009210079.tif 000004