绝缘轴承

技术领域

本发明涉及在外圈的表面形成绝缘层而成的绝缘轴承。

背景技术

在滚动轴承等的外圈的表面形成绝缘层而成的绝缘轴承以通用电动机为首，用于发电用发电机、铁路车辆的主电动机等有可能在轴承内部流过电流的装置。作为绝缘轴承，一般通过喷镀在外圈的表面设置绝缘层。

在这样在外圈的表面形成绝缘层的情况下，绝缘层的膜厚管理变得重要。如果不进行膜厚管理，则在最终精加工时，有可能设置于外圈的表面的绝缘层的膜厚相互差增大至无法忽视的程度而导致绝缘性能降低。因此，例如在专利文献1中提出了如下的方法：在外圈的一方的轴向端面的轨道面侧设置台阶部，将该台阶部的底面作为基准面，对外圈的另一方的轴向端面实施精加工，从而低成本地减小外圈两端面间的绝缘层的膜厚相互差。

专利文献1：日本特开2009-52747号公报

然而，如专利文献1所记载的那样，为了成为在外圈的轴向端面设置有台阶部(基准面)的构造，需要在与轴向端面的台阶部对应的部位不预先形成绝缘层，或者在整个端面形成绝缘层之后，通过机械加工将绝缘层中的形成有台阶部的部分去除，总之要在完成品的阶段，在轴向端面的轨道面侧端部残留未形成绝缘层的部分。由此，难以确保充分的绝缘性能。特别是，如图3所示，在壳体111的肩部111a的内径尺寸D1比外圈102的内径尺寸D2小的情况下，产生从肩部111a的前端朝向未被绝缘层107覆盖的部分、即外圈102的金属露出的部分(设置于外圈主体106的轴向端面106c2的台阶部108的表面)的放电，有可能在壳体111与外圈102之间引起通电。

发明内容

鉴于以上的实际情况，本发明要解决的技术课题在于提供一种绝缘轴承，无论从该绝缘轴承的外周面至轴向端面覆盖外圈的壳体的内径尺寸如何，都能够确保优异的绝缘性能和轴承性能。

所述课题的解决通过本发明的绝缘轴承而实现。即，该轴承是一种绝缘轴承，其具有：外圈，其在内周具有轨道面；内圈，其在外周具有轨道面；多个滚动体，它们配设于外圈与内圈之间，能够在轨道面上滚动；以及保持器，其能够保持多个滚动体，外圈具有外圈主体和形成于外圈主体的表面的绝缘层，其特征在于，绝缘层是通过绝缘材料的喷镀而形成于外圈主体的表面的层，外圈主体的内周面的轴向端部与外圈主体的轴向端面经由倒角部而连续，绝缘层遍及外圈主体的外周面、轴向端面以及倒角部而形成，在将绝缘层中的覆盖外圈主体的外周面的部分的多个部位处的厚度尺寸的最小值设为A、最大值设为B时，B/A为1.0以上且1.2以下，外圈的外周面与轨道面的同心度为3.0μm以下。另外，这里所说的倒角部不仅包含R倒角，还包含C倒角等通过各倒角加工形成的部位。

这样，在本发明中，遍及外圈主体的外周面、轴向端面以及倒角部而形成绝缘层，因此，如上所述，能够尽可能地防止产生从壳体的肩部的前端朝向外圈外表面中的未被绝缘层覆盖的部分的放电的情况。另外，通过使绝缘层中的覆盖外圈主体的外周面的部分的厚度尺寸的最大值B相对于最小值A的比B/A为1.0以上且1.2以下，使外圈外周面与轨道面的同心度为3.0μm以下，能够使绝缘层的厚度尺寸均匀化并且确保绝缘层的形状精度。因此，不仅能够确保相对于内圈和滚动体的组装精度，还能够确保相对于壳体的组装精度，从而能够提高轴承性能。

另外，在本发明的绝缘轴承中，也可以为，在将绝缘层中的覆盖外圈主体的轴向端面的部分的多个部位处的厚度尺寸的最小值设为C、最大值设为D时，D/C为1.0以上且1.2以下。

这样，通过使绝缘层中的覆盖外圈主体的轴向端面的部分的厚度尺寸的最大值D相对于最小值C的比D/C为1.0以上且1.2以下，能够使设置于外圈的表面的绝缘层的厚度尺寸在更大范围内均匀化。因此，能够进一步提高相对于内圈和滚动体的组装精度和相对于壳体的组装精度，进而能够进一步提高轴承性能。

另外，在本发明的绝缘轴承中，也可以为，绝缘材料具有从由氧化铝、氧化锆以及二氧化硅构成的组中选择的至少一种材料。

这样，如果绝缘层由上述材料构成，则能够通过等离子体喷镀等比较通用的焊接加工方法在外圈主体的表面形成绝缘层。因此，能够容易地兼顾加工精度和生产率。

另外，在本发明的绝缘轴承中，也可以为，外圈的轨道面与外周面的同心度为1.0μm以上且2.0μm以下。或者，也可以为，绝缘层中的覆盖外圈主体的双方的轴向端面的部分的厚度尺寸之差为0.1mm以下。另外，这里所说的同心度是指轨道面中的最底部的部分(最大径部)处的振动的最大值与外圈的外周面的最外径部处的振动的最大值之差。

这样，通过将外圈的轨道面与外周面的同心度设为1.0μm以上且2.0μm以下，能够进一步对外圈的外周面实施高精度的精加工，因此能够通过形成绝缘层后的精加工将绝缘层的厚度尺寸、特别是设置于外圈主体的外周面的绝缘层的厚度尺寸在整周范围内更均匀地精加工。

另外，以上说明的绝缘轴承例如能够作为具有该绝缘轴承和对绝缘轴承的外圈的外周面、轴向端面以及倒角部的哪个都进行覆盖的壳体的轴承单元适当地提供。另外，在该情况下，也可以为，壳体中的覆盖轴向端面和倒角部的肩部的内径尺寸比外圈的内径尺寸的最小值小，外圈与壳体之间的绝缘电阻的值为4000MΩ以上。

根据本发明的绝缘轴承，能够在外圈的表面形成厚度尺寸均匀的绝缘层，因此在如上述那样构成轴承单元而按照覆盖倒角部的方式将壳体的肩部延伸至径向内侧的情况下，也能够使绝缘电阻的值为4000MΩ以上。因此，能够在确保壳体的形状自由度(尺寸自由度)的同时保证所需的绝缘性能。

如上所述，根据本发明，能够提供一种绝缘轴承，无论从该绝缘轴承的外周面至轴向端面覆盖外圈的壳体的内径尺寸如何，都能够确保优异的绝缘性能和轴承性能。

附图说明

图1是具有本发明的一个实施方式的绝缘轴承的轴承单元的剖视图。

图2是将图1所示的轴承单元中的壳体肩部的周边放大后的图。

图3是将具有以往的绝缘轴承的轴承单元中的壳体肩部的周边放大后的图。

标号说明

1：绝缘轴承；2：外圈；2a：轨道面；2b：外周面；2c1、2c2：轴向端面；2d1、2d2：圆筒内周面；2e1、2e2、2f1、2f2：倒角部；3：内圈；3a：轨道面；4：滚动体；5：保持器；6：外圈主体；6a：轨道面；6b：外周面；6c1、6c2：轴向端面；6d1、6d2：圆筒内周面；6e1、6e2、6f1、6f2：倒角部；7：绝缘层；7a：第一绝缘层；7b、7b：第二绝缘层；7c、7c：第三绝缘层；7d、7d：第四绝缘层；10：轴承单元；11：壳体；11a：肩部；102：外圈；106：外圈主体；106c2：轴向端面；107：绝缘层；108：台阶部；111：壳体；111a：肩部；D1：内径尺寸(壳体)；D2：内径尺寸(外圈)。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的一个实施方式进行说明。

图1是具有本发明的一个实施方式的绝缘轴承1的轴承单元10的剖视图。如图1所示，该轴承单元10具有绝缘轴承1和壳体11。

绝缘轴承1例如是深沟球轴承等滚动轴承，该绝缘轴承1具有在内周具有轨道面2a的外圈2、在外周具有轨道面3a的内圈3、能够相对于各轨道面2a、3a滚动的多个滚动体4、能够将多个滚动体4收纳于规定的凹处5a的保持器5。

外圈2一体地具有外圈主体6和覆盖外圈主体6的表面的一部分的绝缘层7。这里，构成外圈2的轨道面2a的外圈主体6的轨道面6a呈截面圆弧状，外圈主体6的外周面6b呈外径尺寸恒定的圆筒状。外圈主体6的轴向端面6c1、6c2均呈圆盘状，在外圈主体6的内周形成有内径尺寸恒定的圆筒内周面6d1、6d2。这些圆筒内周面6d1、6d2形成外圈2的圆筒内周面2d1、2d2，在其轴向两侧与轨道面2a(6a)连续。另外，外圈主体6的外周面6b与各轴向端面6c1、6c2经由第一倒角部6e1、6e2连续，圆筒内周面6d1、6d2与各轴向端面6c1、6c2经由第二倒角部6f1、6f2连续。其中，圆筒内周面2d1、2d2(6d1、6d2)相当于本发明的圆筒精加工面。在该情况下，圆筒内周面2d1、2d2的精加工完成后的表面粗糙度Ra为1.0μm以下。

绝缘层7形成于外圈2的外表面，换言之，形成于外圈主体6的表面中的除了内周面(轨道面6a、圆筒内周面6d1、6d2)以外的区域。在本实施方式的情况下，在外圈主体6的外周面6b上遍及整周地形成有第一绝缘层7a，并且在各轴向端面6c1、6c2上遍及整周地形成有第二绝缘层7b、7b。另外，在第一倒角部6e1、6e2上遍及整周地形成有第三绝缘层7c、7c，并且在第二倒角部6f1、6f2上遍及整周地形成有第四绝缘层7d、7d。

在该情况下，由第一绝缘层7a的外周面构成外圈2的外周面2b，由第二绝缘层7b的平坦面构成外圈2的轴向端面2c1、2c2。另外，由第三绝缘层7c构成外圈2的第一倒角部(大径侧倒角部)2e1、2e2，由第四绝缘层7d构成外圈2的第二倒角部(小径侧倒角部)2f1、2f2。

作为构成绝缘层7的材料，只要是绝缘材料，则能够应用任意的材料。例如，在考虑通过喷镀而在外圈主体6的外表面6b、6c1、6c2、6e1、6e2、6f1、6f2上形成绝缘层7的情况下，优选能够喷镀的陶瓷材料，具体而言，能够适当地应用具有从由氧化铝、氧化锆以及二氧化硅构成的组中选择的至少一种材料的陶瓷材料。

这里，由第一绝缘层7a的外周面构成的外圈2的外周面2b与外圈2的轨道面2a(6a)的同心度被设定为3.0μm以下，优选被设定为2.0μm以下。另外，从生产率的观点出发，上述同心度只要为0.5μm以上即可，更优选为1.0μm以上。

另外，在将绝缘层7中的覆盖外圈主体6的外周面6b的部分、即第一绝缘层7a的多个部位的厚度尺寸的最小值设为A、最大值设为B时，按照使B/A为1.0以上且1.2以下的方式，更优选为按照使B/A为1.15以下的方式，将第一绝缘层7a的厚度尺寸设定为规定的大小。

另外，在将绝缘层7中的覆盖外圈主体6的轴向端面6c1、6c2的部分、即第二绝缘层7b的多个部位的厚度尺寸的最小值设为C、最大值设为D时，按照使D/C为1.0以上且1.2以下的方式，更优选为按照使D/C为1.15以下的方式，将第二绝缘层7b的厚度尺寸设定为规定的大小。

在本实施方式中，在外圈2的外周面2b的圆周方向上分开等距离的四个部位(0°、90°、180°、270°)测定第一绝缘层7a的厚度尺寸。另外，在各圆周方向测定位置处，在沿轴向分开等距离的位置设置测定部位(在本实施方式中为三个部位)，在各部位测定第一绝缘层7a的厚度尺寸。即，在共计12个部位测定第一绝缘层7a的厚度尺寸。另外，在外圈2的轴向端面2c1、2c2的圆周方向上分开等距离的四个部位(0°、90°、180°、270°)测定第二绝缘层7b的厚度尺寸。另外，在各圆周方向测定位置处，在沿径向分开等距离的位置设置测定部位(在本实施方式中为三个部位)，在各部位测定第二绝缘层7b的厚度尺寸。即，在共计12个部位测定第二绝缘层7b的厚度尺寸。

另外，在如上述那样测定第二绝缘层7b的厚度尺寸的情况下，优选将各第二绝缘层7b的厚度尺寸设定为规定的大小，以使一方的轴向端面2c1的第二绝缘层7b的厚度尺寸与另一方的轴向端面2c2的第二绝缘层7b的厚度尺寸之差最大为0.1mm以下。

上述结构的外圈2例如通过以下所示的方法来制造。

即，针对上述结构的外圈2，例如具有如下的工序：热处理工序S1，通过规定的热处理而得到外圈主体6；第一粗加工工序S2，对热处理工序S1后的外圈主体6的轴向端面6c1、6c2实施基于规定的机械加工的粗加工；第二粗加工工序S3，对外圈主体6的外周面6b实施基于规定的机械加工的粗加工；第一精加工工序S4，对外圈主体6的圆筒内周面6d1、6d2实施基于规定的机械加工的精加工；喷镀工序S5，对外圈主体6的外表面喷镀陶瓷材料等绝缘材料而形成绝缘层7；第二精加工工序S6，对形成有绝缘层7的外圈主体6的轴向端面2c1、2c2实施基于规定的机械加工的精加工；第三精加工工序S7，对形成有绝缘层7的外圈主体6的外周面2b实施基于规定的机械加工的精加工；以及第四精加工工序S8，对形成有绝缘层7的外圈主体6的轨道面6a实施基于规定的机械加工的精加工。

在上述的一系列的工序S1～S8中的第一精加工工序S4中，对外圈主体6的圆筒内周面6d1、6d2实施作为最终精加工的规定的机械加工。因此，在结束该加工工序S4的时刻，各圆筒内周面6d1、6d2被精加工成最终产品状态。

另外，在喷镀工序S5中，使用规定的喷镀装置对外圈主体6的规定的表面(这里为外周面6b、轴向端面6c1、6c2、倒角部6e1、6e2、6f1、6f2)喷镀规定的绝缘材料，在上述规定的表面上形成绝缘层7。这里，作为能够应用的喷镀加工构件，只要能够喷镀绝缘材料则没有特别限定，能够应用任意的喷镀加工构件，例如能够适当地应用等离子体喷镀。上述的喷镀加工在保持着外圈主体6的内周面、例如在通过卡盘的扩径动作保持着轨道面6a的状态下进行。当然，也可以在保持着精加工完成的圆筒内周面6d1、6d2的状态下对外圈主体6实施喷镀加工。

另外，在第二精加工工序S6中，对绝缘层7中的覆盖外圈主体6的轴向端面6c1、6c2的第二绝缘层7b实施例如研磨加工作为精加工，由此能够将各第二绝缘层7b的厚度尺寸精加工成规定的大小。另外，此时，也可以将已经实施了最终精加工的状态的圆筒内周面6d1、6d2作为加工基准面而对第二绝缘层7b实施精加工。

另外，在第三精加工工序S7中，将已经实施了最终精加工的状态的圆筒内周面6d1、6d2作为加工基准面而对第一绝缘层7a的外周实施精加工，由此能够在确保与圆筒内周面6d1、6d2同心的状态下对外圈2的外周面2b进行精加工。

在第四精加工工序S8中，通过将已经实施了最终精加工的状态的圆筒内周面6d1、6d2作为加工基准面而对外圈主体6的轨道面6a实施精加工，也能够在确保与圆筒内周面6d1、6d2同心的状态下对轨道面6a进行精加工。

上述结构的外圈2配设于壳体11的内侧。在该情况下，外圈2的外周面2b、轴向端面2c2、外周面2b与轴向端面2c2之间的第一倒角部2e2、以及轴向端面2c2与圆筒内周面2d2之间的第二倒角部2f2成为被壳体11和从壳体11的轴向端部向径向内侧延伸的肩部11a覆盖的状态(参照图2)。在本实施方式中，由第一绝缘层7a构成的外圈2的外周面2b固定于壳体11的内表面，并且由第二绝缘层7b构成的外圈2的轴向端面2c2固定于壳体11的肩部11a的内表面。在该情况下，壳体11的肩部11a的内径尺寸D1比作为外圈2的最内径部的圆筒内周面2d2的内径尺寸D2小。

如上所述，根据本实施方式的绝缘轴承1，遍及外圈主体6的外周面6b和轴向端面6c1、6c2以及倒角部6f1、6f2而形成绝缘层7，因此能够尽可能地防止产生从壳体11的肩部11a的前端朝向外圈2的外表面中的未被绝缘层7覆盖的部分的放电的情况。另外，通过将绝缘层7中的覆盖外圈主体6的外周面6b的部分的厚度尺寸的最大值B相对于最小值A的比B/A设为1.0以上且1.2以下，将外圈2的外周面2b与轨道面2a的同心度设为3.0μm以下，不仅能够确保相对于内圈3和滚动体4的组装精度，还能够确保相对于壳体11的组装精度，因此能够提高轴承性能。

另外，在本实施方式中，在外圈2的内周与轨道面2a分开地设置内径尺寸在轴向上恒定的圆筒内周面6d1、6d2，将该圆筒内周面6d1、6d2设为先通过精加工进行精加工之后(作为圆筒精加工面之后)通过喷镀形成绝缘层7后的加工基准面。最近，用于喷镀加工的设备的通用化不断发展，在像外圈2那样在内周具有滚动体4的轨道面2a的一类物品的情况下，能够将轨道面2a作为支承面来进行夹持(保持)。因此，除了外圈2(外圈主体6)的外周面6b和轴向端面6c1、6c2以外，在从轨道面2a沿轴向分离的倒角部6f1、6f2处也能够无遗漏且容易地通过喷镀形成绝缘层7。另外，在通过喷镀形成绝缘层7之后，通过将设置于外圈2内周的圆筒内周面6d1、6d2(圆筒精加工面)作为以后的加工基准面，能够确保被绝缘层7覆盖的外圈2的外周面2b与外圈2的内周面(圆筒内周面6d1、6d2)的同心，并且，通过以圆筒内周面6d1、6d2为基准面对轨道面2a进行加工，能够确保圆筒内周面6d1、6d2与轨道面2a的同心。这样，通过针对全部的内周面2a、6d1、6d2以及外周面2b确保同等的同心度，能够高精度地实施形成绝缘层7之后的外周面精加工以及轨道面精加工，因此能够极力减小在形成于外圈主体6的外表面的绝缘层7的厚度尺寸上可能产生的偏差，从而能够确保所需的绝缘性能。另外，在通过喷镀形成绝缘层7时，轨道面2a被卡盘等治具支承，因此能够避免喷镀粉附着于轨道面2a的情况。因此，能够不费事且低成本地实施上述的绝缘层7的形成工序(喷镀工序)。

以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明的绝缘轴承并不限定于上述例示的方式，在本发明的范围内能够采用任意的方式。

例如在上述实施方式中，作为外圈2的制造工序，例示了按照热处理工序S1、对外圈主体6的轴向端面6c1、6c2实施粗加工的第一粗加工工序S2、对外圈主体6的外周面6b实施粗加工的第二粗加工工序S3、对外圈主体6的圆筒内周面6d1、6d2实施精加工的第一精加工工序S4、喷镀工序S5、对形成有绝缘层7的外圈主体6的轴向端面2c1、2c2实施精加工的第二精加工工序S6、对形成有绝缘层7的外圈主体6的外周面2b实施精加工的第三精加工工序S7、对形成有绝缘层7的外圈主体6的轨道面6a实施精加工的第四精加工工序S8的顺序依次实施一系列的工序S1～S8的情况，但当然不限于此。只要在第二～第四精加工工序S6～S8之前实施喷镀工序S5且实施第一精加工工序S4，则各工序S1～S8的顺序原则上是任意的。

【实施例1】

以下，对本发明的实施例进行说明。

即，在本实施例中，为了验证本发明的效果，如图2所示，准备了在外圈主体的圆筒内周面与轴向端面之间设置有倒角部，通过喷镀在该倒角部设置有绝缘层的结构(实施例1～3、比较例1～3)。另外，作为比较例4～6，准备了在外圈的轴向端面设置有如图3所示的台阶部的结构。

尺寸在实施例、比较例中均为外径尺寸125mm。另外，关于实施例1～3，如上述实施方式所例示的那样，按照热处理工序S1、第一粗加工工序S2、第二粗加工工序S3、第一精加工工序S4、喷镀工序S5、第二精加工工序S6、第三精加工工序S7、第四精加工工序S8的顺序实施加工。与此相对，关于比较例1～6，按照热处理工序S1、第一粗加工工序S2、第二粗加工工序S3、第一精加工工序S4、对外圈主体的轴向端面实施精加工的第二精加工工序、对外圈主体的外周面实施精加工的第三精加工工序、对外圈主体的轨道面实施精加工的第四精加工工序、喷镀工序S5、对形成于外圈主体的外周面的绝缘层实施精加工的第五精加工工序、对形成于外圈主体的轴向端面的绝缘层实施精加工的第六精加工工序的顺序实施了加工。

另外，关于实施例1～3，将外圈主体的圆筒内周面作为圆筒精加工面，将该圆筒精加工面作为第三精加工工序S7和第四精加工工序S8中的加工基准面。与此相对，关于比较例1～3，不像实施例1～3那样将圆筒精加工面作为外圈外周面和轨道面的精加工工序中的加工基准面而实施各工序。关于比较例4～6，将台阶部的底面作为轴向端面的精加工工序中的加工基准面。

对于如上述那样制作的实施例1～3和比较例1～3的绝缘轴承，利用与上述实施方式所例示的方法相同的方法，分别在12处测定绝缘层中的覆盖外圈主体的外周面的部分的厚度尺寸和覆盖外圈主体的轴向端面的部分的厚度尺寸。

另外，对实施例1～3测定外圈的轨道面与外周面之间的同心度。这里，将同心度测定为轨道面中的最底部的部分(最大径部)处的振动的最大值与外圈的外周面的最外径部处的振动的最大值之差。

另外，如图2所示，测定将实施例1～3、比较例4～6的绝缘轴承配设于壳体的内侧的情况下的外圈与壳体之间的绝缘电阻的值。壳体肩部的内径尺寸为113mm，测定时的电压为1000V。

将实施例1～3的上述测定位置的绝缘层的厚度尺寸的值示于表1。另外，将比较例1～3的上述测定位置的绝缘层的厚度尺寸的值示于表2。

【表1】

【表2】

另外，将实施例1～3的外圈轨道面与外周面之间的同心度的值示于表3。

【表3】

另外，将实施例1～3中的外圈与壳体之间的绝缘电阻的值示于表4，将比较例4～6中的外圈与壳体之间的绝缘电阻的值示于表5。

【表4】

【表5】

如表1所示，在实施例1～3中，外圈外周面的绝缘层的厚度尺寸的偏差最大为0.03mm。另外，在将绝缘层中的覆盖外圈主体的外周面的部分的多个部位的厚度尺寸的最小值设为A、最大值设为B时，B/A为1.0以上且1.2以下(实施例1～3均为1.15)。外圈的各轴向端面中的绝缘层的厚度尺寸的偏差最大为0.03mm。另外，在将绝缘层中的覆盖外圈主体的轴向端面的部分的多个部位的厚度尺寸的最小值设为C、最大值设为D时，D/C为1.0以上且1.2以下(实施例1～3均为1.15)。另外，双方的轴向端面的厚度尺寸之差最大为0.03mm。与此相对，在比较例1～3中，虽然外圈的各轴向端面的绝缘层的厚度尺寸的偏差最大停留在0.04mm左右，但双方的轴向端面的厚度尺寸之差最大达到0.14mm。

另外，如表3所示，在实施例1～3中，外圈的轨道面与外周面的同心度最大为0.21μm，收敛在满足作为轴承的功能的范围(3.0μm以下)内。

另外，如表4所示，在实施例1～3中，即使在壳体肩部的内径尺寸比外圈的内径尺寸的最小值小的情况下，也在外圈内周面与轴向端面之间的倒角部的整周范围内形成有绝缘层，因此能够在外圈与壳体之间确保所需的绝缘性能。与此相对，在比较例4～6中，由于设置台阶部而外圈主体的金属表面露出，因此产生放电(通电)。即，发现绝缘性能降低。