特開 2025-1721 絶縁性転がり軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025001721

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】絶縁性転がり軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/60 20060101AFI20241226BHJP

   F16C 17/02 20060101ALI20241226BHJP

   F16C 33/20 20060101ALI20241226BHJP

   F16C 19/06 20060101ALI20241226BHJP

   F16C 33/62 20060101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

F16C33/60

F16C17/02 Z

F16C33/20 A

F16C19/06

F16C33/62

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023101358

(22)【出願日】2023-06-21

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100155963

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】100150566

【弁理士】

【氏名又は名称】谷口 洋樹

(74)【代理人】

【識別番号】100142608

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 由佳

(74)【代理人】

【識別番号】100213470

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 真二

(72)【発明者】

【氏名】松本 章央

【テーマコード（参考）】

3J011

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J011AA20

3J011BA02

3J011CA06

3J011DA01

3J011KA02

3J011MA12

3J011PA03

3J011SC01

3J011SC20

3J701AA02

3J701AA12

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA62

3J701BA53

3J701BA56

3J701BA64

3J701BA70

3J701EA02

3J701EA06

3J701EA13

3J701EA31

3J701EA37

3J701EA73

3J701EA76

3J701FA11

3J701FA60

3J701XB03

3J701XB18

(57)【要約】

【課題】定められた条件において、締まり嵌めに対応できる絶縁性転がり軸受を提供する。
【解決手段】絶縁性転がり軸受２１は、軸受本体部Ｂｈと絶縁性ブッシュ２８とを備える。軸受本体部Ｂｈの内輪内周部２２ａに絶縁性ブッシュ２８が圧入されている。絶縁性ブッシュ２８は、金属製円環２８ａと、この金属製円環２８ａの内周面に設けられる絶縁性樹脂２８ｂとを備える。金属製円環２８ａと絶縁性樹脂２８ｂとが、互いに近似する定められた線膨張係数を有し、且つ一体に設けられている。絶縁性樹脂２８ｂは、金属製円環２８ａの内周面に形成された複数の孔に侵入して密着されている。金属製円環２８ａの前記孔は数ｎｍ～数十ｎｍの微細孔である。金属製円環２８ａと絶縁性樹脂２８ｂの線膨張係数の比は、金属製円環２８ａを１とすると絶縁性樹脂２８ｂが０．８７～２．２５である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内輪内周部に絶縁性ブッシュが圧入された絶縁性転がり軸受であって、
前記絶縁性ブッシュは、金属製円環と、この金属製円環の内周面に設けられる絶縁性樹脂とを備え、前記金属製円環と前記絶縁性樹脂とが、互いに近似する定められた線膨張係数を有し、且つ一体に設けられている絶縁性転がり軸受。

【請求項2】

請求項１に記載の絶縁性転がり軸受において、前記絶縁性樹脂は、前記金属製円環の内周面に形成された複数の孔に侵入して密着されている絶縁性転がり軸受。

【請求項3】

請求項２に記載の絶縁性転がり軸受において、前記金属製円環の前記孔は数ｎｍ～数十ｎｍの微細孔である絶縁性転がり軸受。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の絶縁性転がり軸受において、前記金属製円環と前記絶縁性樹脂の線膨張係数の比は、前記金属製円環を１とすると前記絶縁性樹脂が０．８７～２．２５である絶縁性転がり軸受。

【請求項5】

請求項１または請求項２に記載の絶縁性転がり軸受において、前記金属製円環が、機械構造用炭素鋼、銅またはオーステナイト系ステンレス鋼である絶縁性転がり軸受。

【請求項6】

請求項１または請求項２に記載の絶縁性転がり軸受において、前記絶縁性樹脂がＰＰＳまたはＰＥＥＫで構成されている絶縁性転がり軸受。

【請求項7】

請求項１または請求項２に記載の絶縁性転がり軸受において、内輪回転および内輪回転荷重の条件下で使用される絶縁性転がり軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、絶縁性転がり軸受に関し、例えば、一般産業機械等で使用される各種モータ等において回転部に用いる絶縁性転がり軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

転がり軸受は、内輪、外輪の軌道面並びに転動体の転動面に電食と呼ばれる腐食を発生させ、耐久性が低下する。この現象には、転がり軸受に絶縁性を持たせることで対処することが可能である。一般に、転がり軸受に絶縁を持たせるためには、転がり軸受にセラミックを溶射すること、または転動体にセラミックボールを用いることは有効である。しかし、この場合は、セラミックの原料である窒化ケイ素の製造コスト、材料費が影響するため原価が高くなる。

【0003】

低コストで簡易的に転がり軸受に絶縁性能を持たせるために、絶縁性ブッシュを内輪内径または外輪外径に圧入することで、転がり軸受が絶縁性を得ることができる。
特許文献１記載の冷媒圧縮機では、樹脂製スリーブが、圧入などの手段で内輪の内周面に嵌め込まれている。しかしながら、加熱と冷却が繰り返される実機での使用条件では、樹脂製スリーブがクランク軸に抱き着くこと、樹脂製スリーブが内輪から抜けることが懸念される。また、同様の樹脂製スリーブを、外輪の外周面に嵌め込み絶縁性を図ることが考えられるが、樹脂製スリーブが外輪に抱き着くこと、樹脂製スリーブがハウジングから抜けることが懸念される。

【0004】

そこで、特許文献２～４の絶縁転がり軸受は、上記問題を解決するために、絶縁性ブッシュとして、金属円環に絶縁性樹脂をインサート成形したものである。前記絶縁性ブッシュは、金属と樹脂が強力に密着し、加熱と冷却が繰り返される条件においても、樹脂が金属円環に対し膨張が抑制される。このため、樹脂がクランク軸に抱き着く、または、内輪から絶縁性ブッシュが抜けることがない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－４０２６１号公報

【特許文献2】特開２０２１－５５７４８号公報

【特許文献3】特開２０２１－１４３７１３号公報

【特許文献4】特開２０２２－３８３４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献２～４においては、内輪に絶縁性ブッシュを備えた転がり軸受とあるが、絶縁性ブッシュを内輪に圧入して軸に嵌める場合、締まり嵌めができないという問題がある。内輪内径に圧入した絶縁性ブッシュの樹脂と軸の締まり嵌めにより、樹脂の異常またはクリープのおそれがある。

【0007】

＜荷重分類による絶縁箇所の分類について＞

【表1】

内輪回転、外輪回転荷重の条件において、
外輪外径は、嵌め合いがタイトである。そのため、外輪をハウジングに取り付けるときに絶縁コーティングに剥がれ等の異常が生じる恐れがあるため、外輪外径に絶縁コーティングを施すことは避けられてきた。
内輪内径は、嵌め合いはルーズである。そのため、内輪内径に絶縁コーティングを施しても、内輪をシャフトに取り付けるとき、前記絶縁コーティングに剥がれ等の異常が生じる恐れは少ない。
特許文献１に記載される冷媒圧縮機は、内輪回転、外輪回転荷重の条件で使われるため、特許文献２のような絶縁性ブッシュは、内輪内径に適用できる。

【0008】

内輪回転、内輪回転荷重の条件において、
外輪外径は、嵌め合いがルーズである。そのため、外輪外径に絶縁コーティングを施しても、外輪をハウジングに取り付けるときに絶縁コーティングに剥がれ等の異常が生じる恐れは少ない。
内輪内径は、嵌め合いがタイトである。そのため、内輪内径に絶縁コーティングを施した場合、内輪をシャフトに取り付けるときに絶縁コーティングが剥がれるかまたはクリープが生じる等の異常の恐れがある。
上記理由から、内輪回転、内輪回転荷重の条件において、絶縁性を軸受に持たせるには、外輪外径にセラミック溶射や、樹脂の射出成形が適用される。

【0009】

このような理由から、内輪回転、内輪回転荷重の条件で、内輪内径に絶縁コーティングを行うのは避けられてきた。
絶縁性ブッシュは金属と樹脂の一体化品があるが、密着力が不足すると、熱膨張後、冷えると樹脂が金属円環から離れてしまうため、樹脂が軸に抱き着いて異常を生じる恐れがある。
さらに、外輪絶縁コーティングでは、電食の要因の一つとなる軸電流といわれる電流が軸受に流れることは避けることはできない。
内輪内径の絶縁コーティングであれば、軸からの電流は避けられるため、さらなる電食防止効果が期待できる。

【0010】

本発明の目的は、定められた条件において、締まり嵌めに対応できる絶縁性転がり軸受を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の絶縁性転がり軸受は、内輪内周部に絶縁性ブッシュが圧入された絶縁性転がり軸受であって、
前記絶縁性ブッシュは、金属製円環と、この金属製円環の内周面に設けられる絶縁性樹脂とを備え、前記金属製円環と前記絶縁性樹脂とが、互いに近似する定められた線膨張係数を有し、且つ一体に設けられている。

【0012】

前記「互いに近似する定められた線膨張係数」とは、設計等によって任意に定める線膨張係数であって、例えば、冷却と加熱を繰り返す条件下での試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な線膨張係数を求めて定められる。
前記「一体に設けられている」とは、金属製円環と絶縁性樹脂とが、インサート成形等によって互いに分離されない密着力を有することを意味する。

【0013】

この構成によると、絶縁性ブッシュを内輪内周部に圧入することで、絶縁性を有することができる。この場合、軸受にセラミックを溶射する等の従来技術に比べて、容易に且つ低コストで絶縁性転がり軸受を組み立てることができるうえ、同軸受を容易に組み込むことが可能である。金属製円環と絶縁性樹脂とが、互いに近似する定められた線膨張係数を有し、且つ一体に設けられているため、軸に対し絶縁性転がり軸受を締まり嵌めすることができる。したがって、絶縁性転がり軸受を軸に圧入して内輪回転、内輪回転荷重の定められた条件においても使用可能である。絶縁性ブッシュは、内輪内周部から抜けないように十分な締め代をもって圧入するため、高い抜去力を有し、運転中に絶縁性ブッシュが内輪から抜けることがない。使用中の絶縁性ブッシュは、常温・高温環境でも締め代が十分に保たれることから抜ける心配もなく、絶縁性ブッシュと内輪でクリープ等の異常は発生しない。

【0014】

前記絶縁性樹脂は、前記金属製円環の内周面に形成された複数の孔に侵入して密着されていてもよい。この場合、絶縁性樹脂が金属製円環の複数の孔に隙間なく侵入してアンカー効果で高い密着力を維持することが可能となる。

【0015】

前記金属製円環の前記孔は数ｎｍ～数十ｎｍの微細孔であってもよい。この場合、絶縁性樹脂が金属製円環に対しより確実に高い密着力を維持し得る。前記孔が前記数ｎｍ未満では、絶縁性樹脂が複数の孔に十分に侵入できないおそれがある。前記孔が前記数十ｎｍを超える場合、アンカー効果を発揮することができないおそれがある。

【0016】

前記金属製円環と前記絶縁性樹脂の線膨張係数の比は、前記金属製円環を１とすると前記絶縁性樹脂が０．８７～２．２５であってもよい。このように金属製円環と絶縁性樹脂の線膨張係数比を規定したうえで金属製円環と絶縁性樹脂が一体に設けられているため、軸に対し絶縁性転がり軸受を確実に締まり嵌めすることができる。

【0017】

前記金属製円環が、機械構造用炭素鋼、銅またはオーステナイト系ステンレス鋼であってもよい。これら機械構造用炭素鋼、銅またはオーステナイト系ステンレス鋼は、内外輪の例えば軸受鋼等と同程度に膨張するため、軸受内輪との間に十分な締め代を確保でき、軸受内輪と金属製円環の締め代の減少を防ぐことができる。

【0018】

前記絶縁性樹脂がＰＰＳまたはＰＥＥＫで構成されていてもよい。この場合、絶縁性樹脂の線膨張係数を金属製円環に近く、且つ小さい線膨張係数にすることができる。よって、絶縁性ブッシュの軸との嵌め合いによる締め代の減少を防ぐことができる。ＰＰＳまたはＰＥＥＫで構成される絶縁性樹脂は比較的高硬度であるため、軸に対し絶縁性転がり軸受を締まり嵌めするとき、絶縁性樹脂がクリープすることを未然に防止し得る。

【0019】

内輪回転および内輪回転荷重の条件下で使用されるものであってもよい。前記条件下においても締まり嵌めに対応できる絶縁性転がり軸受を実現し得る。

【発明の効果】

【0020】

本発明の絶縁性転がり軸受は、内輪内周部に圧入される絶縁性ブッシュとして、金属製円環と絶縁性樹脂とが、互いに近似する定められた線膨張係数を有し、且つ一体に設けられている。このため、絶縁性転がり軸受は、定められた条件において、締まり嵌めに対応できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る絶縁性転がり軸受の縦断面図である。

【図2】同絶縁性転がり軸受の絶縁性ブッシュの斜視図である。

【図3】図１のIII部の部分拡大図である。

【図4】同絶縁性転がり軸受の分解斜視図である。

【図5】抜去力試験の概略を示す図である。

【図6】抜去力試験後の比較例の外観を示す図である。

【図7】熱衝撃試験前後における樹脂内径の測定位置を示す図である。

【図8】熱衝撃試験の運転サイクルを示す図である。

【図9A】金属製円環と絶縁性樹脂の密着力試験の概要を示す図である。

【図9B】図９ＡのIXB部の部分拡大図である。

【図10】実施例および比較例の絶縁性ブッシュの密着力を示す図である。

【図11】同絶縁性転がり軸受を用いた冷媒圧縮機の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

［第１の実施形態］
本発明の実施形態に係る絶縁性転がり軸受を図１ないし図４と共に説明する。絶縁性転がり軸受は、例えば、一般産業機械等で使用される各種モータ等において回転部に用いられる。但し、絶縁性転がり軸受は、前記用途に限定されるものではない。

【0023】

＜絶縁性転がり軸受の概略構成＞
図１のように、絶縁性転がり軸受２１は、軸受本体部Ｂｈと、この軸受本体部Ｂｈの内輪内周部２２ａに圧入された絶縁性ブッシュ２８とを備える。軸受本体部Ｂｈは、内外輪２２，２３と、これら内外輪２２，２３間に介在する複数の転動体２４と、複数の転動体２４を円周方向一定間隔おきに保持する保持器２５と、軸方向両端に配置されるシール部材２６，２６とを有する深溝玉軸受である。転動体２４は玉であり、内外輪２２，２３、玉２４は、例えば、ＳＵＪ２等の軸受鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼等で形成されている。内外輪２２，２３間の軸受空間にはグリース２７が充填され、前記シール部材２６，２６によって軸受空間が密封されている。

【0024】

＜絶縁性ブッシュについて＞
図２のように、絶縁性ブッシュ２８は、外径側の金属製円環２８ａと、この金属製円環２８ａの内周面に設けられる絶縁性樹脂２８ｂとを備える。金属製円環２８ａと絶縁性樹脂２８ｂとが、互いに近似する定められた線膨張係数を有し、且つ一体に設けられている。図３のように、絶縁性樹脂２８ｂは、金属製円環２８ａの内周面に形成された複数の孔ｈに侵入して密着されている。金属製円環２８ａの前記孔ｈは数ｎｍ以上数十ｎｍ以下の微細孔である。

【0025】

図４のように、内輪内周部２２ａに絶縁性ブッシュ２８が圧入嵌合され、さらに図１のように、絶縁性ブッシュ２８の軸孔に軸５が挿入されることで、軸５、絶縁性ブッシュ２８および内輪２２は、一体回転可能となる。軸５の回転時において、絶縁性樹脂２８ｂは軸５の外周面に対し摺動せずに接触する。絶縁性樹脂２８ｂが、内輪２２および金属製円環２８ａと、軸５との間に介在することで、軸電流が軸５を介して軸受本体部Ｂｈに流れることを遮断する。

【0026】

＜金属製円環＞
図２のように、金属製円環２８ａは、後述する特殊な表面処理により、内径にインサート成形可能な略円筒状の金属円環である。金属製円環２８ａは、軸受鋼と同等の線膨張係数を有する金属、例えば、Ｓ４５Ｃ等の機械構造用炭素鋼、銅またはＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼である。これらの金属は、軸受鋼と同程度に膨張するため、軸に対し十分な締め代を確保し、軸受内輪と金属製円環２８ａの締め代の減少を防ぐ。前記金属に、亜鉛、ニッケル、銅等のめっきを施してもよい。金属製円環２８ａの厚さは、特に限定されないが、金属製円環２８ａの厚さの方が絶縁性樹脂２８ｂの厚さよりも大きいことが好ましい。金属製円環２８ａの厚さは、好ましくは０．５ｍｍ～５ｍｍであり、より好ましくは１ｍｍ～３ｍｍである。

【0027】

＜絶縁性樹脂＞
内輪に圧入した絶縁性ブッシュ２８の絶縁性樹脂２８ｂは、軸との嵌め合いによる締め代の減少を防ぐために、金属製円環２８ａに近い線膨張係数が望ましく、且つ小さい方がよい。前記金属製円環２８ａと前記絶縁性樹脂２８ｂの線膨張係数の比は、金属製円環２８ａを１とすると絶縁性樹脂２８ｂが０．８７～２．２５である。絶縁性樹脂２８ｂは、締まり嵌めによりクリープしないように高硬度であり、クリープ耐性のある樹脂が望ましい。絶縁性樹脂２８ｂは、絶縁性樹脂自体の異常を未然に防止する観点から、耐熱衝撃性のある樹脂であることが望ましい。

【0028】

上記全てを満足する樹脂として、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）がある。絶縁性樹脂２８ｂには、添加剤を適宜配合することができる。添加剤としては、耐クリープ性を向上できることから、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウムウィスカ、酸化チタンウィスカ等の非導電性の補強材を配合することが好ましい。

【0029】

具体的な絶縁性樹脂２８ｂの形態として、例えば、ベース樹脂にＰＰＳ樹脂を用い、添加剤としてガラス繊維を用いることが好ましい。前記ガラス繊維は、絶縁性樹脂全体の１０重量％～３０重量％含むことがより好ましい。絶縁性樹脂２８ｂの厚さは、薄くすることで使用時の負荷による歪を小さくできることから、０．１ｍｍ～２ｍｍが好ましく、０．１ｍｍ～１ｍｍがより好ましく、０．１ｍｍ～０．５ｍｍがさらに好ましい。

【0030】

＜表面処理等＞
金属製円環２８ａにおける絶縁性樹脂２８ｂとの接合面は、金属製円環２８ａと絶縁性樹脂２８ｂとの密着強度を高くするために、ショットブラスト、タンブラー、機械加工等により、凹凸形状などに荒らすことが好ましい。その際の表面粗さはＲａ４μｍ以上が好ましい。
特に、金属製円環２８ａと絶縁性樹脂２８ｂとの密着性を高めるには、金属製円環２８ａの絶縁性樹脂２８ｂとの接合面に、化学表面処理を施すことが好ましい。化学表面処理としては、（１）接合面に微細凹凸形状が形成される処理、または、（２）接合面に絶縁性樹脂２８ｂと化学反応する接合膜が形成される処理、を施すことが好ましい。

【0031】

接合面を微細凹凸形状とすることで、真の接合面積が増大し、絶縁性樹脂２８ｂと金属製円環２８ａとの密着強さが一層向上する。また、接合面において絶縁性樹脂２８ｂと化学反応する接合膜を介在させることで、絶縁性樹脂２８ｂと金属製円環２８ａとの密着強さが一層向上する。
微細凹凸形状となる表面粗化処理としては、酸性溶液処理（硫酸、硝酸、塩酸等、もしくは他の溶液との混合）、アルカリ性溶液処理（水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど、もしくは他の溶液との混合）により、金属製円環２８ａの内周面を溶かす方法が挙げられる。微細凹凸形状は、濃度、処理時間、後処理等によって異なるが、アンカー効果による密着性を高めるためには、凹ピッチが数ｎｍ～数十μｍの微細な凹凸にすることが好ましい。また、一般的な酸性溶液処理、アルカリ性溶液処理以外に、特殊なメック社製アマルファ処理、大成プラス社製ＮＭＴ処理等が例示できる。

【0032】

絶縁性樹脂２８ｂを射出成形で形成する際には、樹脂材が高速で流し込まれるため、前記樹脂材が、せん断力により凹ピッチが数ｎｍ～数十μｍである上記微細凹凸形状にも深く入り込むことができる。これにより、金属製円環２８ａと絶縁性樹脂２８ｂとの密着強度が確保できる。また、化学表面処理により形成された上記微細凹凸形状は、機械的に単純に荒らした形状とは異なり、多孔質のような複雑な立体構造となっているため、アンカー効果を発揮しやすく、強固な密着が可能となる。

【0033】

絶縁性樹脂２８ｂと化学反応する接合膜が形成される表面処理としては、トリアジンジチオール誘導体、ｓ－トリアジン化合物などの溶液への浸漬処理が挙げられる。これら表面処理は、処理した金属製円環２８ａを金型に入れ射出成形する際に、熱と圧力により樹脂材と反応し、絶縁性樹脂２８ｂと金属製円環２８ａとの密着性が高まる。このような表面処理としては、例えば、東亜電化社製ＴＲＩ処理等が例示できる。

【0034】

化学表面処理のうち、メック社製アマルファ処理、大成プラス社製ＮＭＴ処理、東亜電化社製ＴＲＩ処理等の特殊表面処理は、アルミニウム、銅に適している。また前述のように、金属製円環２８ａは、軸受鋼と同等の線膨張係数を有することが望ましい。このため、これらの処理を施す場合は、少なくとも金属製円環２８ａの内周面が銅であることが好ましい。

【0035】

＜絶縁性ブッシュの構成、密着力＞
図３のように、金属製円環２８ａには、前述の特殊な表面処理を施すことで金属表面には、数ｎｍ以上数十ｎｍ以下の微細孔ｈが形成される。この金属製円環２８ａを金型内にセットし、インサート成形により絶縁性樹脂２８ｂとの一体化成形を行う。絶縁性樹脂２８ｂは、主にアンカー効果により金属製円環２８ａと接合し、絶縁性樹脂２８ｂは、前記微細孔ｈに隙間なく侵入する。前記表面処理により、金属製円環２８ａと絶縁性樹脂２８ｂが強力に密着し、冷却と加熱を繰り返す過酷な条件でも絶縁性樹脂２８ｂが金属製円環２８ａから剥がれない。

【0036】

＜絶縁性ブッシュと内輪の構成、締まり嵌め＞
図４のように、軸受本体部Ｂｈの内輪２２を加熱することで内輪内径を膨張させ、絶縁性ブッシュ２８と締まり嵌めをする。絶縁性樹脂２８ｂは金属と近い線膨張係数を有しているため、図１のように、内輪内径に軸５を締まり嵌めすることが可能である。この場合、内輪内径に絶縁コーティングをすることなく、絶縁性ブッシュ２８を内輪内周部２２ａに圧入するだけでよく、絶縁コーティングのように軸取り付け時に剥がれる等の異常もない。

【0037】

内輪２２に圧入する絶縁性ブッシュ２８は、締まり嵌め可能であり、内径寸法精度を最高約５μｍ以下に抑えることが可能である。よって、絶縁性ブッシュ２８は、軸受本体部Ｂｈと同等の寸法精度を実現し得る。さらに絶縁性樹脂２８ｂの熱膨張は金属に支配されるため、絶縁性転がり軸受２１は、運転中、締まり嵌めを維持したまま運転することができる。

【0038】

＜絶縁性ブッシュと内輪の構成、抜去力＞
特許文献１のような樹脂製の絶縁性ブッシュの場合、加熱と冷却を繰り返すような条件では、絶縁性ブッシュが収縮してしまう。このため、運転中に前記絶縁性ブッシュが軸に抱きついてしまい、内輪から抜けることが懸念される。
これに対して本実施形態の絶縁性ブッシュ２８の金属製円環２８ａは、内輪内径から抜けないように高い締め代を有し、強力な抜去力を持つ。このため、運転中に絶縁性ブッシュ２８が抜けないようにすることができる。

【0039】

＜絶縁性ブッシュの構成、組立性＞
特許文献１では、内輪内径に絶縁性ブッシュを嵌め込んでいるが、絶縁性ブッシュの鍔部であるフランジが軸受端面よりも軸方向に突出している形状である。このため、軸受を組み込むには突出しているフランジを考慮してハウジングの設計見直しが必要となる。このタイプは軸受の幅寸法が変化する。そのため、軸受の組立時に幅寸法の変化分を考慮する必要があり、組立工程の再考が必要となる。
これに対して本実施形態の絶縁性転がり軸受２１における絶縁性ブッシュ２８は、軸受本体部Ｂｈの端面から軸方向に突出していない。このため、ハウジングの設計の見直しは必要ないうえ、絶縁性転がり軸受２１の幅寸法の変化もないため軸受の組立にも有利である。

【実施例0040】

比較例１
ＰＥＥＫ樹脂を射出成形して、絶縁性樹脂のみから成る絶縁性ブッシュを得た。この絶縁性ブッシュをＳＵＪ２製の内輪の内周部に嵌合して、比較例１の試験部材を得た。

【0041】

実施例１
オーステナイト系ステンレス鋼である金属製円環の内周面に前述の表面処理を施す。その金属製円環を金型に入れ、射出成形によって金属製円環の内周面にＰＰＳで構成された絶縁性樹脂を形成することで、絶縁性ブッシュを得た。この絶縁性ブッシュをＳＵＪ２製の内輪の内周部に嵌合して、実施例１の試験部材を得た。

【0042】

実施例２
機械構造用炭素鋼鋼管（ＳＴＫＭ）である金属製円環の内周面に前述の表面処理を施す。その金属製円環を金型に入れ、射出成形によって金属製円環の内周面にＰＰＳで構成された絶縁性樹脂を形成することで、絶縁性ブッシュを得た。この絶縁性ブッシュをＳＵＪ２製の内輪の内周部に嵌合して、実施例２の試験部材を得た。

【0043】

＜抜去力試験＞
絶縁性ブッシュの抜けが考えられるため、各試験部材につき後述する抜去力試験を行い絶縁性ブッシュの抜去力を測定した。合格基準を１０００Ｎ以上とし、室温である常温時と、雰囲気温度１６０℃の高温時で絶縁性ブッシュを内輪内径から抜くのに必要な力である抜去力を測定した。また熱衝撃試験後の抜去力測定も行った。熱衝撃は、図８および表２のように、１６０℃、３０分の高温条件と、－３０℃、３０分の低温条件を１セットとして２００サイクル行った。

【表2】

【0044】

抜去力試験の条件は以下の通りである。
測定器：オートグラフ
測定速度：５ｍｍ／ｓｅｃ
判定基準：荷重が１０００Ｎ以上で合格

【0045】

抜去力試験の概略を図５に示す。同図５のように、受け治具１８の上に試験部材１７を支持し、その試験部材１７の内輪１７ａの内周部に嵌合された絶縁ブッシュ１７ｂの端面に押し治具１９を当てた。押し治具１９に対して矢印Ａ１の向きに荷重をかけ、絶縁ブッシュ１７ｂが受け治具１８に抜けきるまでの荷重のピークを測定した。

【0046】

＜抜去力測定結果＞

【表3】

実施例１および２は、室温時および高温時に、全ての試験数において抜去力１０００Ｎ以上を示す十分な抜去力を有していた。実施例１および２は、絶縁性ブッシュの軸への抱き着きも見られなかった。実施例１および２を加熱と冷却の繰り返し条件下で使用する場合にも、熱衝撃試験後に十分な抜去力を有し、絶縁性ブッシュの軸への抱き着きも見られなかった。

【0047】

一方、絶縁性ブッシュがＰＥＥＫ樹脂のみで構成されている比較例１は、室温時で試験数１０のうち合格数は３であり、熱衝撃試験後の合格数は０であった。また比較例１は、熱衝撃試験後の抜去力試験後に軸受内輪からＰＥＥＫ樹脂が軸に抱き着いてしまい、図６のように、絶縁性ブッシュと軸が内輪から自重で抜け落ちた。不合格のうち３つは、絶縁性ブッシュの縮小によって内輪と絶縁性ブッシュの締め代がなくなり、絶縁性ブッシュと軸が内輪から自重で抜ける結果となった。図６右側の拡大図に示すように、絶縁性ブッシュの異常も確認された。

【0048】

＜絶縁破壊電圧＞
絶縁性ブッシュは、表４のように、絶縁性樹脂の厚さが０．１ｍｍで１５００Ｖの絶縁破壊電圧を有し、絶縁性樹脂の厚さが２．０ｍｍで１５ＭＶの絶縁破壊電圧を有する。

【表4】

【0049】

＜嵌め合い＞
金属製円環と絶縁性樹脂の線膨張係数を以下の表５、６に示す。

【表5】

【表6】

【0050】

また、熱衝撃試験前後の絶縁性樹脂における内径寸法の変化率を表７に示す。図７は、熱衝撃試験前後における樹脂内径の測定位置を示す図である。

【表7】

表７のように、熱衝撃試験後、絶縁性樹脂における内径寸法の変化は僅かであったため、冷却と加熱を繰り返す条件下でも軸と絶縁性ブッシュの嵌め合いは締まり嵌めを維持できる。さらに表３の抜去力測定結果から、絶縁性ブッシュが軸に抱き着いて自重で抜けることは無く、内輪と絶縁性ブッシュの締まり嵌めを維持することができる。

【0051】

＜金属製円環と絶縁性樹脂の密着力＞
密着力試験の概要を図９Ａに示す。図９Ａおよび図９Ｂのように、中空円筒状のホルダー３０内に、絶縁性ブッシュの試験部材３１を圧入し、この試験部材３１の樹脂部分３１ｂ上に押え治具３２を支持した。これにより樹脂部分３１ｂのみを押す。この押え治具３２に対し押し治具３３により矢印Ａ２の向きに荷重をかけ密着力を測定した。金属製円環３１ａと、樹脂部分３１ｂである絶縁性樹脂の密着力試験結果を表８に示す。また熱衝撃試験後の密着力グラフを図１０に示す。

【0052】

【表8】

【0053】

金属製円環と絶縁性樹脂が十分に密着していない場合、同図１０の密着力不足品である比較例のように、円環部と樹脂部との接合面に最大密着力(合格基準の20%程度)が負荷された後、絶縁性樹脂だけが剥がれて抜け落ちてしまう。
これに対して同図１０の実施例は、前述の特殊な表面処理により数十ｎｍ以下の微細な孔を形成した金属製円環に、樹脂が主にアンカー効果により金属と接合している。樹脂は、形成された数十ｎｍ以下の微細孔に、隙間なく侵入する効果で密着力が向上し、比較例に比べて最大１０倍程の密着力を得ることができる。

【0054】

実施例は、室温および熱衝撃試験後に実施した密着力試験において、合格基準以上の密着力であったため十分な密着力である。これにより、熱膨張と冷却の条件でも樹脂が金属から離れることはなく、さらに金属は樹脂と共に膨張するため、締まり嵌めにも対応可能であり、樹脂に異常が生じることもない。

【0055】

＜作用効果＞
以上説明した図１の絶縁性転がり軸受２１によると、絶縁性ブッシュ２８を内輪内周部２２ａに圧入することで、絶縁性を有することができる。この場合、軸受にセラミックを溶射する等の従来技術に比べて、容易に且つ低コストで絶縁性転がり軸受２１を組み立てることができるうえ、同軸受２１を容易に組み込むことが可能である。金属製円環２８ａと絶縁性樹脂２８ｂとが、互いに近似する定められた線膨張係数を有し、且つ一体に設けられているため、軸５に対し絶縁性転がり軸受２１を締まり嵌めすることができる。

【0056】

したがって、絶縁性転がり軸受２１を軸５に圧入して内輪回転、内輪回転荷重の定められた条件においても使用可能である。絶縁性ブッシュ２８は、内輪内周部２２ａから抜けないように十分な締め代をもって圧入するため、高い抜去力を有し、運転中に絶縁性ブッシュ２８が内輪２２から抜けることがない。使用中の絶縁性ブッシュ２８は、常温・高温環境でも締め代が十分に保たれることから抜ける心配もなく、絶縁性ブッシュ２８と内輪２２でクリープ等の異常は発生しない。

【0057】

絶縁性樹脂２８は、金属製円環２８ａの内周面に形成された複数の孔に侵入して密着されている。この場合、絶縁性樹脂２８ｂが金属製円環２８ａの複数の孔に隙間なく侵入してアンカー効果で高い密着力を維持することが可能となる。
金属製円環２８ａと前記絶縁性樹脂２８ｂの線膨張係数の比は、前記金属製円環２８ａを１とすると前記絶縁性樹脂２８ｂが０．８７～２．２５である。このように金属製円環２８ａと絶縁性樹脂２８ｂの線膨張係数比を規定したうえで金属製円環２８ａと絶縁性樹脂２８ｂが一体に設けられている場合、軸５に対し絶縁性転がり軸受２１を確実に締まり嵌めすることができる。

【0058】

＜他の実施形態＞
軸受本体部Ｂｈは、片側シールタイプまたはシールなしのいわゆる開放形の深溝玉軸受であってもよい。
軸受本体部Ｂｈは、例えば、アンギュラ玉軸受、各種ころ軸受等であってもよい。

【0059】

＜絶縁性転がり軸受の適用例＞
図１１のように、実施形態に係る絶縁性転がり軸受２１を冷媒圧縮機に適用し得る。冷媒圧縮機として容積形のスクロール圧縮機を示すが、図示外のロータリ方式、レシプロ方式、スクリュー方式等の他の圧縮方式の容積形圧縮機にも、実施形態に係る絶縁性転がり軸受２１を適用可能である。図１１の冷媒圧縮機では、センターハウジング３およびモータハウジング４に、回転軸５が主軸受Ｍｂおよび副軸受Ｓｂを介して回転可能に支持されている。副軸受Ｓｂに絶縁性転がり軸受２１が適用されている。副軸受である絶縁性転がり軸受２１は、電動機Ｍよりも反圧縮機構部側に配設されている。

【0060】

以上、本発明の実施形態を説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0061】

２１…絶縁性転がり軸受、２２ａ…内輪内周部、２８…絶縁性ブッシュ、２８ａ…金属製円環、２８ｂ…絶縁性樹脂、ｈ…孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】