絶縁

セラミック転動体で絶縁性能を実現した電食を防ぐベアリング

電動機や発電機などに使用されるベアリングの損傷の一つに電食という現象があります。電食とは、回転中のベアリング内部を電流が通過したとき、スパークが発生し、接触部の表面が溶融する損傷です。
発電機やモーターを利用する機器などでは、この電食を防ぐため、ベアリングに電流を通過させないバイパス構造を用いるか、絶縁性能を有するベアリングが必要になります。ジェイテクトでは、セラミックスの優れた絶縁性能に着目し、転動体にセラミックスを用いることで絶縁性能を実現しています。
また、同時に求めらえる複合要件に合わせて、転動体はセラミックスで、外輪・内輪が一般的な高炭素クロム軸受鋼や、ステンレス鋼を用いる組み合わせタイプと、外輪・内輪にもセラミックスを用いる総セラミックタイプがあります。

絶縁性能データ

電食には、一見するとピッチング状(ピット)になるものと転がり接触部分が洗濯板状(リッジマーク)になるものとがあり、それぞれ図4-2 と図4-3 に示します。
軸受に電食が発生するメカニズムの推定を図4-4 に示します。

図4-2 一般軸受に生じた電食(ピット)
図4-2 一般軸受に生じた電食(ピット)
図4-3 一般軸受に生じた電食(リッジマーク)
図4-3 一般軸受に生じた電食(リッジマーク)
図4-4 電食(波状摩耗)発生メカニズムの推定図4-4 電食(波状摩耗)発生メカニズムの推定図4-4 電食(波状摩耗)発生メカニズムの推定
図4-4 電食(波状摩耗)発生メカニズムの推定

この対策として、軸受に電流を通過させないようなバイパスを設けるかまたは、軸受自体が電流を流さない絶縁軸受を用いる方法とがあります。
セラミックスは優れた絶縁性能を持つことから、転動体にセラミックスを用いた組合せセラミック軸受によって絶縁軸受とすることができます(図4-5)。
組合せセラミック軸受は電食防止に加えて回転中の軸受温度上昇の低減、またグリース寿命向上の効果も期待できるので、長期メンテナンスフリー、装置の高速化にも最適な軸受といえます。

図4-5 絶縁軸受(組合せセラミック軸受)
図4-5 絶縁軸受(組合せセラミック軸受)

また、窒化けい素と比べて同等の絶縁性を有することに加え、線膨張係数が内外輪材に使用される金属に近いという特性を有している酸化物系セラミックスを転動体に用いた組合せセラミック軸受も対応可能にしました。この特性により、温度変化による内外輪と玉のすきま変化を従来よりも小さくすることができ、より幅広い温度環境に適応することができます。

図4-6 絶縁軸受(酸化物系セラミックス球)
図4-6 絶縁軸受(酸化物系セラミックス球)
長期メンテナンスフリー用途や装置の高速化にも
ジェイテクトの組み合わせセラミック軸受は、電食防止に加え、回転中の温度上昇の低減、グリース寿命向上の効果も期待できるため、メンテナンスフリー化や装置の高速化にも貢献致します。

絶縁対応製品

製品名 許容回転速度 使用温度
(℃)
真空度
(Pa)
クリーン度(2)
(クラス)
即納対応
可能サイズ
の有無
dn値(1) 最大(min-1
高耐食セラミック軸受 <10,000 1,000 ~200 10-5 1,000
耐食セラミック軸受 <10,000 1,000 ~200 10-5 1,000
セラミック軸受 <10,000 1,000 ~200 10-5 1,000
コロガードプロベアリング <10,000 1,000 ~300 10-5
耐食組合せセラミック軸受 <10,000 1,000 ~200 10-5 1,000
総玉形セラミック軸受 <4,000 500 ~800 10-10
非磁性組合せセラミック軸受 <10,000 1,000 ~200 10-5 1,000
組合せセラミック軸受 一般軸受の1.2倍以上 ~120 大気

(1)dn値:軸受内径(mm)×回転速度(min-1
(2)クリーン性は使用条件や周囲の構造などにより異なる場合があります。

絶縁使用事例

  • 風力発電機

    製品名
    組合せセラミック軸受

    風力発電機はメンテナンスフリーが強く求められています。ジェネレータに用いる軸受は電食による損傷が発生し易く故障の原因の一つになっています。
    そのため軸受の耐久信頼性に優れた組合せセラミック軸受が採用されています。

    • 電食防止
    • グリース寿命延長(当社一般軸受比 約3倍)
    使用条件
    回転速度 2,700min-1
    温度 氷点下~約60 ℃
    潤滑 グリース
    風力発電機
  • DVD スパッタリング

    製品名
    組合せセラミック軸受

    より信頼性を向上させるために、組合せセラミック軸受が採用されています。

    • 絶縁効果
    使用条件
    回転速度 300min-1
    温度 室温
    潤滑 グリース
    DVDスパッタリング
  • ファンモータ

    製品名
    組合せセラミック軸受

    各種のモータでは、電食による軸受故障が発生しています。
    電食対策として組合せセラミック軸受が採用されています。

    • 電食防止
    使用条件
    回転速度 5,000min-1
    温度 -10 ℃ ~ 120 ℃
    潤滑 グリース
    ファンモータ
  • 写真フィルム製造

    製品名
    組合せセラミック軸受(特殊仕様)

    写真フィルム製造ラインでは、高電圧をかけてフィルムの表面処理をおこないます。
    このような環境下では、絶縁用として内輪と玉にセラミックスを用いた組合せセラミック軸受が採用されています。

    • 高電圧環境下での絶縁効果
    使用条件
    回転速度 200min-1
    温度 室温
    潤滑 グリース

    本製品はカスタマイズ品のため、詳しくはジェイテクトまでお問い合わせください。

    写真フィルム製造
  • エアコン用モータ

    製品名
    組合せセラミック軸受

    エアコン用モータなどインバータ制御でモータを使用する場合、モータ用軸受に電食の不具合が発生する可能性があります。軸受の転動体に絶縁物であるセラミックスを使用して電食を完全に防止できます。

    • 絶縁性能にて電食防止
    使用条件
    回転速度 3,000min-1
    荷重(予圧) 1.5% C
    潤滑 グリース
    エアコン用モータ

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