(57)【要約】  本発明は、回転する構成部分（１１）を支持部分（１２）に対して回転支持するための電気絶縁転がり軸受（１００）であって、内周面に形成された第１の転動体軌道面（５）を有する金属性の外輪（１）と、外周面に形成された第２の転動体軌道面（６）を有する金属性の内輪（２）と、第１の転動体軌道面（５）と第２の転動体軌道面（６）との間で転動するように配置された金属性の複数の転動体（３）と、外輪（１）および／または内輪（２）および／または転動体（３）上に少なくとも部分的に設けられた絶縁コーティング（７）であって、少なくとも１種の非導電性の材料から成る少なくとも１つの絶縁層（９）を含む絶縁コーティング（７）と、を備えており、少なくとも１つの絶縁層（９）の非導電性の材料は、回転する構成部分（１１）と支持部分（１２）との間に、２００メガオーム超の電気抵抗が存在するように、金属酸窒化物から形成されている、電気絶縁転がり軸受（１００）に関する。
2020535363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する構成部分（１１）を支持部分（１２）に対して回転支持するための電気絶縁転がり軸受（１００）であって、
内周面に形成された第１の転動体軌道面（５）を有する金属性の外輪（１）と、
外周面に形成された第２の転動体軌道面（６）を有する金属性の内輪（２）と、
前記第１の転動体軌道面（５）と前記第２の転動体軌道面（６）との間で転動するように配置された金属性の複数の転動体（３）と、
前記外輪（１）および／または前記内輪（２）および／または前記転動体（３）上に少なくとも部分的に設けられた絶縁コーティング（７）であって、少なくとも１種の非導電性の材料から成る少なくとも１つの絶縁層（９）を含む絶縁コーティング（７）と、
を備える電気絶縁転がり軸受（１００）において、
前記少なくとも１つの絶縁層（９）の前記非導電性の材料は、前記回転する構成部分（１１）と前記支持部分（１２）との間に、２００メガオーム超の電気抵抗が存在するように、金属酸窒化物から形成されていることを特徴とする、電気絶縁転がり軸受（１００）。
【請求項２】
前記金属酸窒化物の金属成分は、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｗを含むグループの少なくとも１種の金属から選択されている、請求項１記載の電気絶縁転がり軸受。
【請求項３】
前記絶縁コーティング（７）は、前記外輪（１）および／または前記内輪（２）の金属表面（１３）に隣接して接合剤層（８）を含む、請求項１または請求項２記載の電気絶縁転がり軸受。
【請求項４】
前記絶縁コーティング（７）は、各転動体（３）の金属表面（１３）に隣接して接合剤層（８）を含む、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気絶縁転がり軸受。
【請求項５】
前記接合剤層（８）は、金属、金属炭化物、金属窒化物、金属ホウ化物、金属酸化物、導電性の金属酸窒化物、金属ケイ化物を含む材料グループから選択される接合剤材料から成る、請求項３または請求項４記載の電気絶縁転がり軸受。
【請求項６】
前記絶縁コーティング（７）は、前記少なくとも１つの絶縁層（９）上に設けられる、無定形炭素から成るカバー層（１０）を含む、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気絶縁転がり軸受。
【請求項７】
前記少なくとも１つの絶縁層（９）は、０マイクロメートルよりも大きく、１０マイクロメートル以下の範囲の層厚さを有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の電気絶縁転がり軸受。
【請求項８】
前記絶縁コーティング（７）は、前記少なくとも１つの絶縁層（９）と、オプションとしてさらに前記接合剤層（８）および／または前記カバー層（１０）を含み、０マイクロメートルよりも大きく、１５マイクロメートル以下の範囲の総層厚さを有している、請求項１から７までの少なくとも１項記載の電気絶縁転がり軸受。
【請求項９】
前記絶縁コーティング（７）は、少なくとも部分的に、ＰＶＤ法またはＰＡＣＶＤ法によって設けられている、請求項１から８までの少なくとも１項記載の電気絶縁転がり軸受。
【請求項１０】
前記絶縁コーティング（７）は、少なくとも前記金属性の外輪（１）の前記第１の転動体軌道面（５）上に、かつ／または少なくとも前記金属性の内輪（２）の前記第２の転動体軌道面（６）上に、かつ／または少なくとも前記転動体（３）の金属性の表面（１３）上に設けられる、請求項１から９までの少なくとも１項記載の電気絶縁転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転する構成部分を支持部分に対して回転支持するための電気絶縁転がり軸受であって、内周面に形成された第１の転動体軌道面を有する金属性の外輪と、外周面に形成された第２の転動体軌道面を有する金属性の内輪と、第１の転動体軌道面と第２の転動体軌道面との間で転動するように配置された金属性の複数の転動体と、外輪および／または内輪および／または転動体上に少なくとも部分的に設けられた絶縁コーティングであって、少なくとも１種の非導電性の材料から成る少なくとも１つの絶縁層を含む絶縁コーティングと、を備える電気絶縁転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の利用分野は、特に、回転する構成部分、例えば軸が、支持部分、例えばハウジングに対して、回転支持されるべき用途にある。この場合、運動学的に逆という意味で、支持部分を例えば静止軸として形成することもでき、この静止軸に対して、回転する構成部分、例えば歯車が回転することもできる。この場合、関連する形式の転がり軸受は、全ての通常の形式の転がり軸受、特に玉軸受、球面ころ軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受を含む。
【０００３】
このような形式の転がり軸受が、電流を案内する、または電流を発生する用途の範囲で、例えば転がり軸受けされたロータを備えた電気モータで使用されると、多くの場合、構造的な周辺条件という意味で、回転する構成部分の支持部分に対する電気的な絶縁破壊を回避することが想定される。この目的は、冒頭で述べた形式の電気絶縁転がり軸受によって達成することができる。
【０００４】
「電気的に絶縁された」転がり軸受とは、この場合、本発明の概念では、転がり軸受の構成部分を介しての、すなわち外輪が配置されている第１の接続構成部分からの、転動体を介した内輪への、さらには内輪が配置されている第２の接続構成部分への電流が、転がり軸受の領域における絶縁コーティングによって遮断されることを意味する。この場合、両接続構成部分とは、例えば回転する構成部分と支持部分とである。
【０００５】
欧州特許出願公開第０４１７７４４号明細書には、電気絶縁滑り軸受が記載されており、この滑り軸受の絶縁層は、弾性的なポリマ材料の層から成り、転がり軸受の外輪を取り囲んでいる。弾性的なポリマ材料の層は、この場合、厚さ０．１〜２ｍｍ、かつショア硬さ８０Ａ〜６０Ｄ、ならびに１００メガオーム超の電気抵抗の絶縁フィルムとして形成されている。このような外周を取り囲む絶縁コーティングの取り付けは、転がり軸受の外側の形状寸法、特に直径の望ましくない拡大につながり、絶縁層の材料特性に依存している、支持部分における外輪の嵌め合いも損なう。
【０００６】
欧州特許出願公開第２８１５１４３号明細書により、本発明に関して冒頭で述べた形式の電気絶縁転がり軸受のための別の技術的手段が開示されており、この手段では、絶縁コーティングを、互いに対応する転動体軌道面の少なくとも一方に設けることにより、上記欠点を解消している。さらに、転動体を相応してコーティングすることも提案される。これに関して、絶縁コーティングは転がり軸受の転がり領域に直接配置されるので、この絶縁コーティングは、転がり軸受作動中に機械的負荷にさらされる。絶縁コーティングの相応の構成ならびに材料選択により、摩擦特性の改善または摩耗保護も達成されることが記載されている。したがって、公知の絶縁コーティングは、セラミック酸化物、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、またはＺｒＯから成る絶縁層を含む。このようなセラミック酸化物は、一方では電気絶縁体であり、他方では、特に摩耗保護に貢献する所定の機械的耐性も提供する。コーティングは、転動体軌道面上に設けられる薄層であって、その点に関しては、転がり軸受の形状寸法を損なうことはない。しかしながら実際には、転動体軌道表面上へセラミック酸化物の薄層を設けることは極めて手間がかかり、またセラミック酸化物層は破損しやすい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の課題は、製造技術的に再現可能な簡単な方式で、効果的な電気絶縁作用が達成されるように、絶縁コーティングを備えた電気絶縁転がり軸受を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１の上位概念に記載の形式の電気絶縁転がり軸受を起点として、これを請求項１の特徴部に記載の特徴と組み合わせることにより解決される。従属請求項は、本発明の好適なさらなる構成を記載している。
【０００９】
回転する構成部分を支持部分に対して回転支持するための、本発明による電気絶縁転がり軸受は、
内周面に形成された第１の転動体軌道面を有する金属性の外輪と、
外周面に形成された第２の転動体軌道面を有する金属性の内輪と、
第１の転動体軌道面と第２の転動体軌道面との間で転動するように配置された金属性の複数の転動体と、
外輪および／または内輪および／または転動体上に少なくとも部分的に設けられた絶縁コーティングであって、少なくとも１種の非導電性の材料から成る少なくとも１つの絶縁層を含む絶縁コーティングと、を備え、
少なくとも１つの絶縁層の非導電性の材料は、回転する構成部分と支持部分との間に、２００メガオーム超の電気抵抗が存在するように、金属酸窒化物から形成されている。
【００１０】
金属酸窒化物から成る少なくとも１つの絶縁層を含むこのような絶縁コーティングにより、回転する構成部分と支持部分とのような接続構成部分間に、優れた電気絶縁性を形成することができる。このような絶縁コーティングの高い機械的耐荷重性により、この絶縁コーティングは、転がり軸受の摩擦接触の負荷区域でも使用することができる。この場合、電気絶縁転がり軸受の高い耐用期間が得られる。さらに、絶縁コーティングは、好適な薄膜法によって構成スペースに関して殆ど影響を与えることなく設けることができるので、転がり軸受における設計変更は不要であり、または製造の範囲において転がり軸受を後加工する必要はない。
【００１１】
利点は特に、絶縁層の公知の材料である酸化物セラミックとは異なり、金属酸窒化物の電気的および機械的特性を、ひいては摩擦的特性も、酸素と窒素の特定の比率を介しておよび接合相手としての使用金属を介して、極めて正確に調整できることにある。これにより、様々な電気的および機械的特性値を備えた電気絶縁転がり軸受を簡単に製作できることが、試験によって示されている。
【００１２】
絶縁コーティングは少なくとも１つの絶縁層を含み、この場合、単に１つの絶縁層であってもよいが、同じまたは異なる組成の金属酸窒化物から成る複数の絶縁層が設けられてもよい。
【００１３】
好適には、金属酸窒化物の金属成分は、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、およびＷ（元素周期表にしたがった略称）を含むグループの少なくとも１種の金属から選択されている。例えば適切な金属酸窒化物は、ＡｌＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ、ＣｒＯＮである。
【００１４】
金属性の外輪または内輪における絶縁コーティングの接合を最大のものとするために、本発明を改善するさらなる手段によれば、絶縁コーティングが、外輪または内輪の金属表面に隣接して接合剤層を含むことが提案される。
【００１５】
この場合、接合剤層は、好適には、金属、金属炭化物、金属窒化物、金属ホウ化物、金属酸化物、導電性の金属酸窒化物、金属ケイ化物を含む材料グループから選択される接合剤材料から成る。特にこのような金属化合物により、金属表面上での絶縁コーティングの接合を改善できることが、試験によって示されている。
【００１６】
付加的にまたは選択的に、転動体の金属表面への絶縁コーティングの接合を改善するために、このような接合剤層を転動体の領域で使用することもできる。
【００１７】
絶縁コーティングは、特に摩擦特性を改善するために、少なくとも１つの絶縁層上に設けられるカバー層をオプションとして含むこともできる。好適には、このようなカバー層は、無定形炭素層として形成されており、特に、水素含有の無定形炭素層として、または水素を含まない無定形炭素層として形成されている。
【００１８】
本発明の好適な構成によれば、１０マイクロメートル以下の層厚さを有する絶縁層が形成されている。特に、この厚さ範囲の最大値では、高度な電気絶縁性と同時に長い耐用期間が得られるが、層厚さは十分薄いままなので、このような電気絶縁特性を得るために、転がり軸受の設計変更を行う必要はない。
【００１９】
接合剤層および／またはカバー層が設けられている場合、絶縁コーティングの総層厚さが１５マイクロメートル以下に寸法設定されていると好適である。転がり軸受の領域に配置されているこのような絶縁コーティングにより、少なくとも２００メガオームの必要な電気抵抗が発生する。
【００２０】
少なくとも１つの絶縁層の電気抵抗は、所望のスペックを調整するために、金属酸窒化物から成る少なくとも１つの絶縁層のための材料選択を介しておよび層厚さを介して変化させることができる。この場合、酸素と窒素の比率の変更を介して、絶縁層の電気抵抗を変更することができ、酸素の割合を高めると電気抵抗が高まる。窒素の割合を高めると、絶縁層の脆性が減少するので、転がり軸受の転がり負荷がかかる表面の領域で使用することができる。
【００２１】
さらに、オプションとしての接合剤層、少なくとも１つの絶縁層、およびオプションとしてのカバー層を含む層の全てのまたはいくつかの範囲で、可能であれば絶縁コーティングを薄膜法によって設けることが提案される。この場合、特に、既知のＰＶＤ法またはＰＡＣＶＤ法（ＰＶＤは物理蒸着、ＰＡＣＶＤはプラズマ促進化学蒸着）が有用であることが証明されている。これにより、高品質で十分に薄い層の形成を実施するために、気相から絶縁コーティングを析出させることができる。
【００２２】
本発明を改善するさらなる措置は、以下に、図面に基づく本発明の好適な実施例の説明と共に、詳しく示される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】円筒ころ軸受の形態の電気絶縁転がり軸受を示す縦断面図である。
【図２】図１の転がり軸受の、内面がコーティングされた外輪の細部を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１によれば、実施例の電気絶縁転がり軸受１００はラジアル軸受として構成されており、実質的に外輪１、内輪２、ならびにこれらの間に配置された、保持器４内に保持されている転動体３から成っている。この場合、保持器４は、プラスチック材料から成り、外輪１、内輪２および転動体３は、焼き入れ鋼から製作されており、したがって材料条件的に導電性である。
【００２５】
この実施例では、金属的な外輪１の内周面には、第１の転動体軌道面５が形成されている。これに対応して、内輪２の外周面には、第２の転動体軌道面６が形成されている。両転動体軌道面５および６は、この場合、円筒状のローラとして形成されている転動体３の形状に適合されている。
【００２６】
この実施例では、第１の転動体軌道面５に、後述する絶縁コーティング７（図２参照）が設けられている。しかしながら、絶縁コーティング７は、選択的に、外輪１の外周面に設けられていてもよい。
【００２７】
転がり軸受１００は、支持部分１２に対して回転する構成部分１１を回転支持するように形成されており、この場合、内輪２は回転する構成部分１１に取り付けられており、支持部分１２は外輪１に取り付けられている。しかしながら、選択的な実施形態では、逆に、回転する構成部分を外輪１に、支持部分１２を内輪に取り付けることもできる。
【００２８】
図２によれば、この場合は例として外輪１に関して記載する絶縁コーティング７は、まずは、外輪１の鋼材料の金属表面１３に設けられるオプションとしての接合剤層８から成り、この接合剤層は、接合性の金属、この場合特にクロムから成る。オプションとしての接合剤層８の上には、金属酸窒化物の形態の少なくとも１種の非導電性材料から成る絶縁層９が設けられる。この場合、金属酸窒化物として、例えば、ＳｉＡｌＯＮが使用されている。絶縁層９は、この実施例では８マイクロメートルの厚さを有している。絶縁コーティング７は、さらに、絶縁コーティング７の摩擦特性を改善するために、水素含有の無定形炭素から成る、少なくとも１つの絶縁層９の上に設けられるオプションとしてのカバー層１０を含む。
【００２９】
オプションとしての接合剤層８、少なくとも１つの絶縁層９、およびオプションとしてのカバー層１０は、この実施例では好適には、それぞれ気相から薄膜法によって析出され、この場合、絶縁コーティング７のためには、総層厚さは１５マイクロメートルを超えない。
【００３０】
本発明は、上述した実施例に限定されない。したがって、例えば、絶縁コーティング７を、図２中に符号３で示したような、転がり軸受１００の転動体３上に付加的にまたは選択的に設けることもできる。同様に、選択的にまたは付加的に、図２に符号２で示したように、内輪２に、特に内輪２の転動体軌道面６に、絶縁コーティング７が設けられてもよい。
【００３１】
もちろん、別の横断面形状を有する転動体３も考えられる。金属基板に材料的に結合した少なくとも１つの絶縁層９が、十分な接合強度を有している場合、接合剤層８を省くことができる。少なくとも１つの絶縁層９の析出は、その場合は直接、外輪１および／または内輪２および／または転動体３の金属表面１３上で行われる。この場合、外輪１の外周面および／または内輪２の内周面でも絶縁層９の配置が行われてよい。
【００３２】
すなわち、接合剤層８なしでもカバー層１０なしでも、単純な単層システムが形成される。所望のスペックに応じて、少なくとも１つの絶縁コーティング７の摩擦特性を改善すべき場合には、例えば接合剤層８および／またはカバー層１０の付加的な析出によって、２層システムとしての構成も可能である。この実施例はラジアル軸受について示したが、もちろん、他のタイプの転がり軸受を本発明によって構成することもできる。
【符号の説明】
【００３３】
１  外輪
２  内輪
３  転動体
４  保持器
５  第１の転動体軌道面
６  第２の転動体軌道面
７  絶縁コーティング
８  接合剤層
９  絶縁層
１０  カバー層
１１  回転する構成部分または支持部分
１２  支持部分または回転する構成部分
１３  金属表面
１００  転がり軸受
【図１】
2020535363.tif 000003
【図２】
2020535363.tif 000004
【国際調査報告】
2020535363.tif 000005
2020535363.tif 000006
2020535363.tif 000007
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