JP2002174228A - 転がり軸受の電食防止構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粉塵発生，コストアップ，騒音上昇，温度上
昇等の問題点を生じることなく転がり軸受の電食を防止
する。 【解決手段】 転がり軸受Ｂと、転がり軸受Ｂの外輪１
に取り付けられたハウジング１３と、転がり軸受Ｂの内
輪２に嵌合された回転軸１６と、を備えていて、転がり
軸受Ｂがハウジング１３に回転軸１６を回転自在に支持
する構造において、外輪１とハウジング１３との間に絶
縁層５を介装するとともに、絶縁層５を、シンジオタク
チックポリスチレン樹脂と非導電性の充填材とを含有す
る樹脂組成物で構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受の電食
を防止する構造に係り、特に、インバータによって速度
制御されるファンモータに使用される転がり軸受の電食
を防止する構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ファンモータに組み込まれる転が
り軸受（以下、単に軸受ともいう）は、外輪がハウジン
グに、内輪がモータの回転軸に、それぞれすきま嵌め又
は締まり嵌めされることにより取り付けられていた。締
まり嵌めの場合は言うまでもないが、すきま嵌めの場合
でも、軸受の剛性を高めて振動を防止するなどの目的
で、内輪又は外輪の側面を間座等を介して押圧すること
により軸受に予圧がかけられる。そのため、外輪とハウ
ジング、及び内輪と回転軸は、それぞれ電気的に導通状
態となる。

【０００３】一方、ファンモータは、インバータにより
回転数を変えることによって風量が制御される場合が増
えてきている。その場合、インバータのキャリア周波数
を高く設定するとスイッチングによるファンモータの騒
音を低減することができ、また、半導体素子の性能向
上，回路技術の向上によりキャリア周波数を高く設定す
ることが可能となってきたため、インバータのキャリア
周波数は高い値に設定されるようになってきている。

【０００４】それに伴って、インバータで駆動されるフ
ァンモータに発生する軸電圧が増加するから、回転軸と
ハウジングとの間、ひいては軸受の内外輪間に電位差が
生じることとなる。そうすると、転動体を経て軸受内に
電流が流れ、その結果、内外輪の軌道面や転動体の転動
面に電食が生じるおそれがある。このように、インバー
タで駆動されるファンモータにおいては、インバータの
キャリア周波数が高く設定されるようになってきている
ため、ファンモータに組み込まれた転がり軸受に電食が
生じる可能性が増加してきている。

【０００５】インバータで駆動されるファンモータに電
食が生じるおそれがあるときには、従来は、次のような
対策が主として取られていた。まず、第１の方法として
は、ブラシを設置することが可能な場合は、回転軸にブ
ラシを接触させることにより回転軸とハウジングとの間
を等電位に保ち、軸受内に電流が流れることを防止する
方法がある。

【０００６】次に、第２の方法としては、導電性を有す
るグリースを軸受内に封入することにより軸受の内外輪
間を等電位に保ち、軸受内に電流が流れることを防止す
る方法がある。そして、第３の方法としては、基油粘度
の高いグリースを軸受内に封入して、外輪と転動体との
間に形成される油膜の厚さ、及び内輪と転動体との間に
形成される油膜の厚さをそれぞれ厚くすることにより、
内外輪間を電気的に絶縁させる方法がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来の電食防止対策には、それぞれに以下のような問
題点があった。まず、第１の方法（ブラシを設置する方
法）について説明する。ファンモータの回転軸の一端は
通常はハウジング内に収納されているから、ブラシを設
置するスペースが無い。また、回転軸の他端には合成樹
脂などの絶縁物で形成されたファンが取り付けられるの
で、回転軸にブラシを接触させることが困難な場合が多
い。したがって、実際問題としてファンモータにブラシ
を設置することは、不可能な場合が多い。

【０００８】また、たとえブラシの設置が可能であった
としても、当該ブラシから摩耗粉が生じるので、ファン
モータから空気中に前記摩耗粉が塵埃として放出される
という不具合がある。このことは、ブラシを設置したフ
ァンモータを例えばクリーンルームに使用した場合に
は、致命的な欠陥となってしまう。このように、ファン
モータにブラシを設置すると、ファンモータの使用範囲
が制限されてしまうという問題が生じる。

【０００９】次に、第２の方法（導電性を有するグリー
スを軸受内に封入する方法）について説明する。当該グ
リースは、カーボン粒子のような良導体を含有させてい
るために、軸受の回転騒音が通常のグリースに比べて大
きくならざるを得ない。また、こうした高価な特殊グリ
ースを使用すると、軸受のコストアップになるという問
題点もある。

【００１０】次に、第３の方法（基油粘度の高いグリー
スを軸受内に封入する方法）について説明する。グリー
スの基油粘度が高いと、軸受トルクが増大して温度上昇
が生じやすい。また、軸受の内外輪間を通る電流が周波
数の高い交流であるとすると、油膜厚さ程度の間隙では
電流が導通するおそれがあるという問題点がある。さら
に、グリースの経時劣化又は異物の侵入により油膜の形
成状態が変動するため、導通状態と絶縁状態とが交互に
起きて電食が発生するおそれがあり、完全な電食防止対
策とはなりにくい。

【００１１】以上のように、従来の電食防止対策には、
粉塵発生，コストアップ，騒音上昇，温度上昇，電食防
止効果が不完全である等の種々の問題点があり、完全な
対策と言えるようなものではなかった。そこで本発明
は、このような従来技術の問題点を解決し、粉塵発生，
コストアップ，騒音上昇，温度上昇等の問題点が生じる
ことのない転がり軸受の電食防止構造を提供することを
課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発
明の転がり軸受の電食防止構造は、転がり軸受と、前記
転がり軸受の外輪に取り付けられたハウジングと、前記
転がり軸受の内輪に嵌合された軸と、を備えていて、前
記転がり軸受が前記ハウジングに前記軸を回転自在に支
持する構造において、前記外輪と前記ハウジングとの間
及び前記内輪と前記軸との間の少なくとも一方に絶縁層
を介装するとともに、前記絶縁層を、シンジオタクチッ
クポリスチレン樹脂と非導電性の充填材とを含有する樹
脂組成物で構成したことを特徴とする。

【００１３】このような構成とすれば、前記転がり軸受
と前記ハウジングや前記軸との間が、前記絶縁層によっ
て絶縁される。そうすると、前記外輪と前記内輪との間
に電位差が生じることがほとんどないので、前記外輪と
前記内輪との間に流れる電流を最低限に抑えることがで
き、前記転がり軸受（前記内外輪の軌道面や転動体の転
動面）に電食が生じることを防止することができる。ま
た、その際には、従来あった粉塵発生，コストアップ，
騒音上昇，温度上昇等の問題点が生じることはない。

【００１４】前記絶縁層の絶縁性を優れたものとするた
めには、前記絶縁層を構成する前記樹脂組成物に使用す
る樹脂としては、誘電率が低いものが最適である。シン
ジオタクチックポリスチレン樹脂は、誘電率が周波数１
ＭＨｚにおいて２．６と非常に低くいので、絶縁効果が
十分に期待できる。また、シンジオタクチックポリスチ
レン樹脂は吸水率が小さいので、吸水によって絶縁性が
低下するおそれが小さい。

【００１５】さらに、前記転がり軸受の使用環境を考え
ると、一定レベル以上の耐熱性と耐油性が必要であるか
ら、前記両性質を満足するシンジオタクチックポリスチ
レン樹脂は最適である。前記非導電性の充填材として
は、ガラス繊維等の非導電性の強化繊維材が好適に使用
される。非導電性の強化繊維材を使用すると、前記絶縁
層の機械的性質（耐クリープ性等）を向上させることが
できるので好ましい。

【００１６】また、前記樹脂組成物における前記非導電
性の強化繊維材の含有量は、１０〜５０重量％が好まし
い。１０重量％未満では、耐クリープ性や強度の向上効
果が小さい。一方、５０重量％を超えると、前記絶縁層
の成形性が悪くなる。すなわち、前記樹脂組成物の溶融
粘度が高くなりすぎて成形性が低下し、また、射出成形
法によって前記絶縁層を成形する場合には、溶融樹脂が
会合する部分（ウエルド）の強度低下が起こり好ましく
ない。

【００１７】なお、前記絶縁層に熱伝導性を付与したい
場合には、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で且つ比抵抗
が１０¹⁰Ω・ｃｍ以上の充填材（以降は、「熱伝導性の
充填材」と記す）を、前記非導電性の強化繊維材と併用
するとことができる。具体的には、アルミナを例示する
ことができる。このような熱伝導性の充填材を配合した
樹脂組成物により前記絶縁層を構成すれば、前記転がり
軸受内で発生した熱を前記ハウジング等の外部へ放熱す
ることを促進することができて、軸受寿命の低下を防ぐ
ことができる。

【００１８】この場合は、前記樹脂組成物における前記
非導電性の強化繊維材の含有量を１０〜４０重量％、前
記樹脂組成物における前記熱伝導性の充填材の含有量を
２０〜５０重量％とし、さらに、両者の合計を７０重量
％以下とすることが好ましい。前記非導電性の強化繊維
材が１０重量％未満であると、併用される前記熱伝導性
の充填材の存在を考慮しても、耐クリープ性や強度の向
上効果が小さすぎる。また、４０重量％を超えると、併
用される前記熱伝導性の充填材の影響もあって、前記絶
縁層の成形性が悪くなる。

【００１９】一方、前記熱伝導性の充填材が２０重量％
未満であると、前記絶縁層の熱伝導性を向上させる効果
が小さく、５０重量％を超えると、前記熱伝導性の充填
材には補強効果はないので、強度の低下を招く。さら
に、両者の合計が７０重量％を超えると、樹脂分が少な
くなり過ぎて前記絶縁層の成形性が悪くなる（ウエルド
部の強度不足）。

【００２０】なお、前記絶縁層の絶縁性，機械的性質
（耐クリープ性等），及び成形性を損なわない範囲であ
れば、通常の樹脂組成物に慣用される他の充填材を、所
望により前記非導電性の充填材と併用しても差し支えな
い。使用される充填材としては、例えば、シリカ粒子，
水酸化アルミニウム粒子等がある。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明に係る転がり軸受の電食防
止構造の実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明す
る。図１は、絶縁層を被覆した玉軸受Ｂの構造を示す部
分断面図であり、図２は、図１の玉軸受Ｂを組み込んだ
ファン駆動用電動モータ１２の構造を示す縦断面図であ
る。

【００２２】図１の玉軸受Ｂは、外輪１と、内輪２と、
外輪１と内輪２との間に転動自在に配設された複数の玉
３と、玉３を前記両輪１，２の間に保持する保持器４
と、を備えている。そして、外輪１の外面のうち後述す
るハウジング１３との嵌合面、すなわち、軸受外径面１
ａと一方の側面１ｂとは、絶縁層５により覆われてい
る。つまり、絶縁層５の形状は全体としてカップ状をな
していて、円筒部５ａと、中心に穴を有する底板部５ｂ
（平板部）とで構成されている。そして、円筒部５ａが
軸受外径面１ａを覆い、底板部５ｂが側面１ｂを覆って
いる。なお、内輪２の一側面は前記穴から露出してい
て、絶縁層５に覆われていない。

【００２３】この絶縁層５は、シンジオタクチックポリ
スチレン樹脂９０〜５０重量％と、非導電性の充填材で
ある非導電性の強化繊維材（例えばガラス繊維）１０〜
５０重量％と、からなる樹脂組成物で構成されている。
ただし、極めて大きな発熱を生じるような用途に玉軸受
Ｂが用いられる場合などには、必要に応じて、シンジオ
タクチックポリスチレン樹脂と、非導電性の強化繊維材
と、例えばアルミナのような熱伝導性の充填材（非導電
性でもある）と、からなる樹脂組成物で絶縁層５を構成
してもよい。

【００２４】玉軸受Ｂの外輪１の外面を絶縁層５で覆う
方法は、特に限定されるものではないが、射出成形によ
り外輪１の外面上に絶縁層５を直接形成する方法や、別
途製造したカップ状の絶縁層５に玉軸受Ｂを圧入する方
法が好ましい。また、上記の方法のように、あらかじめ
外輪１の外面を絶縁層５で覆った玉軸受Ｂを用意して、
それをファン駆動用電動モータ等に組み込んでもよい
が、ファン駆動用電動モータ等に、カップ状の絶縁層５
と絶縁層５を備えていない玉軸受とを順次組み込む方法
を採用してもよい。

【００２５】なお、本実施形態においては、外輪１の外
面のうち後述するハウジング１３との嵌合面、すなわ
ち、軸受外径面１ａと一方の側面１ｂとを、絶縁層５に
より覆ったが、内輪２の外面のうち後述するモータ回転
軸１６との嵌合面、すなわち、軸受内径面と一方の側面
とを、絶縁層５により覆ってもよい。さらに、外輪１の
外面のうち後述するハウジング１３との嵌合面、及び内
輪２の外面のうち後述するモータ回転軸１６との嵌合面
の双方を絶縁層５により覆ってもよい。

【００２６】次に、図１の玉軸受Ｂを２個一対で組み込
んだファン駆動用電動モータ１２について、図２を参照
しつつ説明する。ファン駆動用電動モータ１２は、略円
筒状のハウジング１３と、ハウジング１３の中心を通る
回転軸１６と、回転軸１６をハウジング１３に回転自在
に支持する２個の玉軸受Ｂ，Ｂと、で構成されている。

【００２７】ハウジング１３の両端部にはカップ状の保
持段部１４及び保持凹部１５が形成されていて、それら
の内側に玉軸受Ｂ，Ｂが嵌め込まれている。玉軸受Ｂ，
Ｂの内輪２には回転軸１６が嵌合され、回転軸１６はハ
ウジング１３の中心を通っている。そして、回転軸１６
は、保持段部１４の中心に設けられた穴からハウジング
１３の外部に突出している。

【００２８】ハウジング１３のハウジング本体１３ａ
（円筒部分）の内側にはステータ１８が固定されてい
て、回転軸１６の中央部のロータ１７とギャップを介し
て周面対向して駆動モータを形成しており、この駆動モ
ータにより回転軸１６が回転駆動されるようになってい
る。なお、符号１３ｂはハウジング前蓋、符号１３ｃは
ハウジング後蓋である。

【００２９】このようなファン駆動用電動モータ１２に
おいては、玉軸受Ｂ，Ｂの外輪１，１とハウジング１３
との間には、シンジオタクチックポリスチレン樹脂と非
導電性の強化繊維材とからなる樹脂組成物で構成された
前述の絶縁層５が介装されている。すなわち、絶縁層５
は全体としてカップ状をなしていて、円筒部５ａと、中
心に穴を有する底板部５ｂ（平板部）とで構成されてい
る。そして、底板部５ｂが外輪１の側面１ｂと保持段部
１４の平板部１４ａ又は保持凹部１５の平板部１５ａと
の間に介在して、これら両部分が当接することを防止し
ている。また、円筒部５ａが軸受外径面１ａと保持段部
１４の円筒部の内周面又は保持凹部１５の円筒部の内周
面との間に介在して、これら両面が当接することを防止
している。なお、外輪１の他方の側面は空気中にさらさ
れた状態になっているから、絶縁層５で覆う必要はない
（もちろん、覆ってあっても問題ない）。

【００３０】このように、玉軸受Ｂ，Ｂとハウジング１
３との間に絶縁層５が介装されていて、ハウジング１３
と回転軸１６との間が絶縁されているから、図示しない
インバータからステータ１８に印加される高周波電流
（高いキャリア周波数）に基づいて回転軸１６に軸電圧
が生じても、回転軸１６とハウジング１３との間、すな
わち、玉軸受Ｂの外輪１と内輪２との間に電流が流れる
ことが最低限に抑制される。したがって、玉軸受Ｂに電
食が発生することが確実に防止されて、玉軸受Ｂの耐久
性が向上する。

【００３１】また、従来の電食防止対策において生じ
る、粉塵発生，コストアップ，騒音上昇，温度上昇等の
問題点が生じることがない。なお、本実施形態は本発明
の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限
定されるものではない。例えば、本実施形態において
は、転がり軸受として玉軸受を例示して説明したが、本
発明は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用する
ことができる。例えば、円筒ころ軸受，円すいころ軸
受，アンギュラ玉軸受等のラジアル形の転がり軸受や、
スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転
がり軸受である。

【００３２】また、本実施形態においては、玉軸受をフ
ァン駆動用電動モータに組み込んだ例について説明した
が、本発明の転がり軸受の電食防止構造は、他の種々の
装置に適用可能であることは勿論である。次に、図１に
示す玉軸受を被試験体として、絶縁層の絶縁性及び耐ク
リープ性を評価した結果について説明する。

【００３３】被試験体には６００２番単列深溝玉軸受
（外輪の外径が３２ｍｍ、内輪の内径が１５ｍｍ、幅が
９ｍｍ）を用いたが、前述のように外輪に絶縁層を被覆
したので、その寸法は６２０２番単列深溝玉軸受に相当
する寸法となった。なお、後述の比較例２の軸受は絶縁
層を被覆しない例であるので、６２０２番単列深溝玉軸
受を使用した。

【００３４】各被試験体（実施例１，２及び比較例１，
２）の玉軸受の絶縁層は、表１に示すような樹脂組成物
で構成されている。

【００３５】

【表１】

【００３６】すなわち、実施例１の樹脂組成物は、シン
ジオタクチックポリスチレン樹脂８５重量％とガラス繊
維１５重量％とからなる樹脂組成物（出光石油化学株式
会社製「ザレックＣ１２２」）であり、その１ＭＨｚに
おける誘電率（カタログ値）は２．８である。また、実
施例２の樹脂組成物は、シンジオタクチックポリスチレ
ン樹脂７０重量％とガラス繊維３０重量％とからなる樹
脂組成物（出光石油化学株式会社製「ザレックＳ１３
１」）であり、その１ＭＨｚにおける誘電率（カタログ
値）は２．９である。

【００３７】さらに、比較例１の樹脂組成物は、シンジ
オタクチックポリスチレン樹脂のみからなり、ガラス繊
維は含有していない樹脂組成物（出光石油化学株式会社
製「ザレックＳ１００」）であり、その１ＭＨｚにおけ
る誘電率（カタログ値）は２．６である。さらにまた、
比較例２の玉軸受は絶縁層を備えていないものである。

【００３８】このような被試験体について、絶縁性及び
寸法安定性の評価を実施した。まず、絶縁性の評価方法
について説明する。電動モータ１２のハウジング１３と
回転軸１６との間に電位差（２０Ｖ）を生じさせた状態
で、室温で２０００時間回転した後に、この電動モータ
１２を分解して、玉軸受Ｂに電食が発生しているかどう
かを調べた（図２参照）。

【００３９】電食が発生していなかった場合には、軸受
（絶縁層）の絶縁性が良好であると判断し、表１におい
ては「○」で示した。一方、電食が発生していた場合に
は、軸受（絶縁層）の絶縁性が良好ではないと判断し、
表１においては「×」で示した。次に、寸法安定性の評
価方法について説明する。絶縁層の耐クリープ性が劣っ
ていると絶縁層の寸法が変化し、結果として軸受の寸法
が変化する。そうすると、電動モータ１２のハウジング
１３に取り付けた外輪１が、長時間経過後にハウジング
１３内でがたつくようになるので問題である。

【００４０】そこで、被試験体を締め代１０μｍでハウ
ジング１３に圧入したものを、８０℃の雰囲気で１００
時間放置し、放置前後の軸受の寸法変化量を測定するこ
とにより耐クリープ性の評価を行なった。寸法変化量が
３μｍ以下である場合には、絶縁層の耐クリープ性が良
好であると判断し、表１においては「○」で示した。一
方、３μｍを超えた場合には、絶縁層の耐クリープ性が
良好でないと判断し、表１においては「×」で示した。

【００４１】表１に示した試験結果から明らかなよう
に、実施例１，２は絶縁性，寸法安定性（耐クリープ
性）ともに良好であった。それに対して、比較例１は、
絶縁性は良好であるものの、ガラス繊維を含有していな
いため絶縁層の耐クリープ性が良好ではなく、寸法変化
が大きかった。また、比較例２は、絶縁層を備えていな
いため絶縁性が良好ではなかった。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明の転がり軸受の電
食防止構造によれば、転がり軸受とハウジングや軸との
間が、絶縁層によって絶縁されるから、前記転がり軸受
の外輪と内輪との間に電位差が生じることがほとんどな
い。よって、前記外輪と前記内輪との間に流れる電流を
最低限に抑えることができ、前記転がり軸受に電食が生
じることを防止することができる。

【００４３】また、その際には、従来あった粉塵発生，
コストアップ，騒音上昇，温度上昇等の問題点が生じる
ことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】絶縁層を備えた玉軸受の構造を示す部分断面図
である。

【図２】本発明の転がり軸受の電食防止構造の一実施形
態であるファン駆動用電動モータの構造を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１ 外輪 ２ 内輪 ３ 玉 ５ 絶縁層 １３ ハウジング １６ 回転軸 Ｂ 玉軸受

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転がり軸受と、前記転がり軸受の外輪に
   取り付けられたハウジングと、前記転がり軸受の内輪に
   嵌合された軸と、を備えていて、前記転がり軸受が前記
   ハウジングに前記軸を回転自在に支持する構造におい
   て、 前記外輪と前記ハウジングとの間及び前記内輪と前記軸
   との間の少なくとも一方に絶縁層を介装するとともに、 前記絶縁層を、シンジオタクチックポリスチレン樹脂と
   非導電性の充填材とを含有する樹脂組成物で構成したこ
   とを特徴とする転がり軸受の電食防止構造。