JP2007224966A - 転動装置及び該転動装置を備えたモータ - Google Patents

Abstract

【課題】高温焼付き性と、低温トルク特性の双方に優れた転動装置を提供する。
【解決手段】外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備え、基油としてイオン性流体を含むグリース組成物が封入された転動装置により解決する。本発明は、転動装置に封入する潤滑剤としてイオン性流体を含むグリース組成物を用いてなるため、高温焼付き性と、低温トルク特性の双方に優れた転動装置を提供することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、転動装置及び該転動装置を備えたモータに関し、詳しくは、高温焼付き性と低温トルク特性の双方に優れた転動装置及び該転動装置を備えたモータに関する。

冷却ファンや送風ファン等を駆動するための電動ファンモータは、例えば図１に示すような構成となっている。ケーシングの１の内側中心部には、回転軸２を、１対の転がり軸受３，３により回転自在に支持している。上記回転軸２の中間部にはロータ４を、上記ケーシング１の内面でこのロータ４に対向する部分にはステータ５，５を、それぞれ固定している。また、上記ケーシング１の内部にはブラシ６を支持し、このブラシ６の先端面と、上記ロータ４の内径寄り部分に設けた図示しない整流子とを摺接させている。

なお、電動ファンモータとしては、図２に示すように、回転軸２をケーシング１の片側の壁にのみ支持したものや、図３に示すように、ブラシ６を整流子７の外周面に摺接させたものがある。

何れの構造の場合も、ケーシング１に対して回転軸２を回転自在に支持するための転がり軸受３は、図４に示すように構成している。この転がり軸受３は、内周面に外輪軌道８を有する外輪９と、外周面に内輪軌道１０を有する内輪１１とを同心に配置してなる。そして、外輪軌道８と内輪軌道１０との間に複数個の転動体１２を転動自在に設けることにより、外輪９を内嵌固定したケ−シング１（図１〜３）の内側に、内輪１１を外嵌固定した回転軸２（図１〜３）を回転自在に支持している。

また、外輪９の内周面と内輪１１の外周面との間に存在し、上記複数個の転動体１２を設置した空間１３の両端部は、それぞれ円輪状である１対のシールド板１４，１４により塞がれている。

これら両シールド板１４，１４は、それぞれの外周縁部を外輪９の内周面両端部に係止し、それぞれの内周縁部を上記内輪１１の外周面両端部に全周にわたって形成された凹部１５，１５に、非接触状態で進入している。

さらに、１対のシールド板１４，１４に挟まれて複数個の転動体１２を設置した空間１３部分には、図示しないグリース組成物が封入されて、転動体１２の転動面と、外輪軌道８および内輪軌道１０との当接部を潤滑している。

また、上記シールド板１４，１４の内周縁部の断面形状は、図４〜５に示すような断面形状に限らず、図６に示すようにシールド板１４，１４の内周縁部の断面形状を鉤形にして、この内周縁部と凹部１５の内面との間にラビリンス隙間を形成する場合もある。

図７は、電子制御モータに使用されている密封転がり軸受の一種である、接触ゴムシール付密封深溝玉軸受を示す要部断面図である。図７に示すように、接触ゴムシール付密封深溝玉軸受は、外周面に内輪軌道１８を有する内輪１９と、内周面に外輪軌道１６を有する外輪１７とを同心に配置し、内輪軌道１８と外輪軌道１６との間に保持器を介して複数個の転動体（玉）２０を転動自在に設けることで構成されている。

また、外輪１７の両端部内周面には、それぞれ円輪状のシール材２４の外周縁を係止し、両シール材２４によって図示しないグリース組成物を封じ込めて、転動体２０の転動面と、外輪軌道１６および内輪軌道１８との当接部を潤滑するとともに、外部からの塵芥の進入や、軸受内部で発生したダストが外部に漏洩するのを防止している。
近年、自動車は居住空間拡大の要望により、エンジンルーム空間の減少を余儀なくされ、エンジンルーム内の各種部品の小型・軽量化が進められている。更に、静粛性向上の要望によりエンジンルームの密封化が進み、エンジンルーム内の高温化が促進されるため、各種部品に耐え得ることも必要となっている。
電子制御スロットル用軸受、アイドル回転制御バルブ (ＩＳＣＶ）用軸受、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）用軸受などの自動車電子制御モータ用軸受についても同様の傾向にあり、軸受サイズの減少による高速化やエンジンルーム空間の減少による高温化が問題となってきている。また、冬期や極寒地域などでの低温環境においても速やかな起動が求められるため、グリース組成物の特性として、低温トルクに優れることが重要である。

なお、上述した電動ファンモータ用軸受や電子制御モータ用軸受に使用される潤滑剤としては、一般的には、基油としてエステル系化合物または合成炭化水素系化合物を含むグリース組成物や、高温での耐久性と低温トルク特性のバランスに優れたフッ素系化合物を含むグリース組成物が用いられている。

一方、潤滑剤として、イオン性液体の利用が一部の分野で検討されている。常温溶融塩であるイオン性液体は、様々な有機イオンの組合せによって、低粘度で、優れた熱安定性が得られることが分かってきている（特許文献１及び非特許文献１〜５）。
特開２００４−１８３８６８号公報 社団法人 日本トライボロジー学会 予稿集 東京2004-5 p163-p164 社団法人 日本トライボロジー学会 予稿集 東京2004-5 p165-p167 機能材料 シーエムシー出版 2004年11月号 p63-68 社団法人 日本トライボロジー学会 予稿集 鳥取2004-11 p569-p570 社団法人 日本トライボロジー学会 予稿集 鳥取2004-11 p571-p572

上述したように、一般に潤滑剤としてはエステル系または合成炭化水素系、フッ素系のグリース組成物が主体であるが、図１〜３に示す電動ファンモータ用転がり軸受の場合、電動ファンモータの運転に伴って周囲にブラシ６の摩耗粉（通常は，カーボン粉末）が浮遊する。この摩耗粉がシールド板１４，１４の内周縁と凹部１５，１５の内面との間に存在する隙間を通じて空間１３内に入り込むと、この空間１３内に充填しているグリース組成物が劣化し、転がり軸受３の寿命が低下するという問題があった。

上記空間１３の両端開口部をふさぐ密閉部材として、非接触型シールド板１４，１４に代えて、図７に示す接触型のシールド板を使用すれば、上記グリース組成物の劣化を抑え、転がり軸受の寿命延長を図ることができる。

しかし、接触型のシールド板を組み込んだ転がり軸受は回転トルクが大きくなるため、低温でのトルク特性が低下する。一方で、低温トルク特性の向上を図ろうとすると、高温焼付き性が著しく低下するという問題があった。

そこで、本発明は、高温焼付き性と、低温トルク特性の双方に優れた転動装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、イオン性液体が有する特性に着目し、転動装置の潤滑剤としての応用を検討した。その結果、イオン性液体を基油としたグリース組成物を封入した転動装置が、従来品以上の高温焼付き性と低温トルク特性を兼ね備えていることが判明した。本発明はかかる知見に基づきなされたものであり、下記発明を提供することにより、前記目的を達成したものである。

１．外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備え、基油としてイオン性流体を含むグリース組成物が封入された転動装置。

２．前記イオン性流体が、脂肪族アミン系、脂環式アミン系、イミダゾリウム系、ピリジン系、及びホスホニウム系からなる群より選択されるカチオンを含むイオン性液体である、１に記載の転動装置。

３．前記グリース組成物が、更に、増ちょう剤を含む、１又は２に記載の転動装置。

４．前記グリース組成物が、更に、酸化防止剤及び防錆剤としてカルボン酸及びカルボン酸塩、エステル系化合物及びアミン系化合物から選択される２種以上を含有する、１〜３の何れか１に記載の転動装置。

５．１〜４の何れか１に記載の転動装置を備えたモータ。

６．前記モータが、電動ファンモータである、５に記載のモータ。

７．前記モータが、電子制御モータである、５に記載のモータ。

本発明は、転動装置に封入する潤滑剤としてイオン性流体を含むグリース組成物を用いてなるため、高温焼付き性と、低温トルク特性の双方に優れた転動装置を提供することができる。

また、上記転動装置を備えてなるモータは、高温焼付き性と、低温トルク特性の双方に優れているため、広い温度範囲で高温耐久性と低温トルク特性を発揮することができる。

以下、本発明を好適な実施形態に基づいて説明する。本実施形態に係る転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備え、基油としてイオン性流体を含むグリース組成物が封入されたものである。

本実施形態において、「イオン性流体」とは、常温付近でも溶融状態にある有機塩のことをいう。イオン性流体は、蒸気圧が極めて低い、比較的低粘性である、耐熱性が高い、液体温度範囲が広い、電気伝導性が極めて高い等の特性を有している。

本実施形態に用いられるグリース組成物中のイオン性流体は、その種類に制限されるものではないが、例えば、脂肪族アミン系、脂環式アミン系、イミダゾリウム系、及びピリジン系、ホスホニウム系等のカチオン（下記式に示す）を含む各イオン性液体を挙げることができる。

上記各式中、Ｒはアルキル基またはアルコキシ基を示す。同一分子中に含まれる複数のＲは同一でも異なっていてもよい。カチオンの対イオンであるアニオン（Ｘ^-）とし
ては、例えば、ＢＦ₄ ^-，ＰＦ₆ ^-，［（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ］^-，Ｃｌ^-，Ｂｒ^- 等を挙げることができる。

特に、イミダゾリウム系カチオンを用いたイオン液体が好ましく、さらにはイミダゾリウム系カチオンに含まれるＲ（炭素鎖長）を長くすることが好ましい。炭素数としてはＣ２以上の組合せが好ましい。特に側鎖炭素鎖長を伸ばすことで、イオン間の静電気相互作用が弱まり流動点が下がる。一方、炭素鎖の分子間相互作用が働き、動粘度を増加させることができることから、幅広い温度領域での使用が可能となる。

上記Ｒが示すアルキル基またはアルコキシ基におけるアルキル基部分の炭素数が多く分子量が大きい程、動粘度が大きくなる。４０℃動粘度は、およそ１２ｍｍ²／ｓ〜２６０ｍｍ²／ｓ程度のものが知られる。このため、上記のイオン性液体を単独又は組合わせることによって、適切な粘度の基油を得ることができる。

また、融点が−４５℃以下のイオン性液体も実在し、潤滑油としてのグリース組成物の使用範囲を十分満たしている。

本実施形態に使用されるグリース組成物には、前述のイオン性液体のほかに、軸受用のグリース組成物として一般に用いられる各種の成分を含むことができる。

本実施形態において使用されるグリース組成物には、増ちょう剤として、基油中にコロイド状に分散して、基油を半固体または固体状にする物質を含むことができる。増ちょう剤としては、基油を保持する能力があればその種類に特に制約はないが、高温下でのグリース組成物の性状変化を抑えるために耐熱性の良好な増ちょう剤が好ましい。

かかる増ちょう剤の具体例としては、例えば、金属石けん又はウレア化合物を挙げることができる。

また、複合化剤との共晶によって形成された金属複合石鹸は、耐熱性に優れているため特に好ましい。複合化剤としては二塩基酸またはそのエステルの他にリン酸またはホウ酸、サルチル酸のような芳香族酸のリチウム塩があるが、二塩基酸を用いることが好ましい。二塩基酸としては、例えば、アジピン酸、スペリン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等が挙げられる。

また、ウレア化合物では、イソシアネートの末端基として芳香族系炭化水素、脂環族系炭化水素、脂肪族系炭化水素主体のジウレア化合物が好適である。

用途によっては、導電性カーボンブラック、グラファイト、ベントナイト、マイカ、ポリテトラフルオロエチレン等の固体微粒子の使用も可能である。その場合、転がり軸受等にグリース組成物を封入した際、それに含まれる固体微粒子が軸受の振動に影響するため、軸受の音響が過大になる恐れを防止する観点から、固体微粒子の一次粒子径を２μｍ以下にすることが好ましい。

増ちょう剤の含有量は、トルク過大や、油分の割合が少なくなり潤滑寿命を損ねる恐れを防止する観点からは、グリース組成物の全量を基準として、５０質量％以下であることが好ましく、３〜４０重量％であることがより好ましく、５〜２５重量％であることが更に好ましい。増ちょう剤は、かかる割合で基油中に分散される。３重量％より少ないとグリース状態を維持することは困難となり、また、４０重量％より多くなると硬くなりすぎて十分な潤滑状態を得ることができない。

グリース組成物のちょう度（硬さ）は、本実施形態の転動装置が軸受用途であることを考慮すれば、２００〜３５０程度であることが好ましく、更に好ましくは２６５〜３５０の範囲である。ちょう度が２００未満の場合グリースの流動が悪く、軸受トルクが安定しない恐れがある。また、ちょう度が３５０を超えると軸受などに封入した際、グリース漏洩を引き起こす起これがある。

本実施形態において使用されるグリース組成物には、必要に応じて公知の添加剤を添加することができる。添加剤としては、例えば、酸化防止剤、防錆剤、金属不活性化剤、油性向上剤、極圧剤、摩耗防止剤等を使用することができる。これらの添加剤は単独又は２種以上混合して用いることができる。

酸化防止剤としては、例えば、アミン系化合物、フェノール系化合物、硫黄系化合物、ジチオリン酸亜鉛化合物、ジチオカルバミン酸亜鉛化合物などを挙げることができる。

防錆剤としては、亜硝酸ナトリウム等の環境負荷物質は使用せず、カルボン酸及びカルボン酸塩、エステル系、アミン系が好適に使用される。具体的に、カルボン酸及びカルボン酸塩として、モノカルボン酸ではステアリン酸など、ジカルボン酸ではアルキルまたはアルケニルコハク酸及びその誘導体、ナフテン酸、アビエチン酸、ラノリン脂肪酸、アルケニルコハク酸のカルシウム、バリウム、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉛などの金属塩が使用でき、特に、アルケニルコハク酸、ナフテン酸亜鉛が好適に使用される。エステル系として多価アルコールのカルボン酸部分エステルではソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ペンタエリスリットモノオレエートやコハク酸ハーフエステルなどが挙げられ、特にソルビタンモノオレエート、コハク酸ハーフエステルが好適に使用される。アミン系としてアミン誘導体ではアルコキシフェニルアミン、二塩基性カルボン酸の部分アミド等が好ましく使用される。

金属不活性剤としては、例えば、ベンゾトリアゾールなどを挙げることができる。

油性向上剤としては、例えば、脂肪酸、動植物油などを挙げることができる。

極圧剤としては、例えば、リン系、ジチオリン酸亜鉛、有機モリブデンなどを挙げることができる。

摩耗防止剤としては、例えば、Ｓ−Ｐ系添加剤などを挙げることができる。

なお、これら添加剤の添加量は、本発明の目的を損なわない程度であれば特に限定されるものではない。

グリース組成物自体が半固体性物質であるため、添加剤は、ニーダやミーリングによって均一混合することも可能であるが、イオン性液体に可溶であるものが好ましい。

転動装置としては、上述したグリース組成物を軸受に封入することができるものであれば特に制限はなく、従来公知の転動装置を利用することができる。例えば、図１〜６で説明した非密封転がり軸受や、図７で説明した密封転がり軸受のいずれも利用することができる。殊に、広い温度範囲で高温耐久性と低温トルク特性の両立が要求されるモータ用軸受、例えば、電動ファンモータ用転がり軸受や電子制御モータ用転がり軸受が好適である。

以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜他の変更形態とすることができることは言うまでもない。

［試験例］
表１に示す増ちょう剤および基油（イオン性液体）を含むグリース組成物を調製し、このグリース組成物を封入した軸受の効果の確認を行った。なお、増ちょう剤としては、（表１中、「ウレア化合物」と表記する）又はポリテトラフルオロエチレン（表１中、「ＰＴＦＥ」と表記する)を用いた。また、基油（イオン性液体）としては、ピリジン系のイオン性液体である下記イオン性液体Ａ又は脂環式アミン系のイオン性液体である下記イオン性液体Ｂを用いた。

なお、基油の動粘度（ｍｍ²／ｓ、４０℃）及び調製したグリース組成物の混和ちょう度を併せて表１に示す。

＜高温焼付き試験＞
軸受の高温焼付き性を評価するため、以下の要領で高温焼付き試験を行った。内径１７ｍｍ、外径４０ｍｍ、幅１２ｍｍの接触ゴムシール付き深溝玉軸受を用い、その軸受空間容積の３０％を、上記のように調製したグリース組成物で封入した。そして、内輪回転速度６０００ｍｉｎ^-1、軸受外輪温度１８０℃、ラジアル荷重１９．６Ｎ、アキシャル荷重１９６Ｎの条件で軸受を連続回転させた。その後、焼付きが生じて軸受外輪温度が１９０℃以上に上昇したとき、試験を終了した。そして、比較例１の寿命時間を１として、比焼付き寿命を算出し、比較評価を行った。

＜低温トルク試験＞
軸受の低温トルク特性を評価するため、以下の要領で低温トルク試験を行った。内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅７ｍｍのシールド板付き転がり軸受を用い、その軸受空間容積の３０％を、上記のように調製したグリース組成物で封入した。そして、内輪回転速度１８００ｍｉｎ^-1、雰囲気温度−３０℃、ラジアル荷重０、アキシャル荷重２９．４Ｎの条件で３０分間回転させ、そのときの低温トルクを測定した。そして、比較例１の低温トルクを１として比低温トルクを算出し、比較評価を行った。

本発明によれば、イオン性液体を基油としたグリース組成物を封入することにより、高温耐久性と低温トルク特性の双方を向上させた軸受を提供することができる。

非接触シールド板付き深溝玉軸受を備えた電動ファンモータの一例を示す断面図である。 非接触シールド板付き深溝玉軸受を備えた電動ファンモータの一例を示す断面図である。 非接触シールド板付き深溝玉軸受を備えた電動ファンモータの一例を示す断面図である。 非接触シールド板付き深溝玉軸受を示す要部断面図である。 非接触シールド板付き深溝玉軸受を示す要部断面図である。 非接触シールド板付き深溝玉軸受を示す要部断面図である。 電子制御モータに使用されている接触ゴムシール付密封深溝玉軸受を示す要部断面図である。

符号の説明

１：ケーシング、２：回転軸、３：軸受、４：ロータ、５：ステータ、６：ブラシ、７：整流子、８：外輪軌道、９：外輪、１０：内輪軌道、１１：内輪、１２：転動体、１３：空間、１４：シールド板、１５：凹部、１６：外輪軌道、１７：外輪、１８：内輪軌道、１９：内輪、２０：転動体、２１及び２２：シールリング、２４：シール材

Claims (7)

1. 外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備え、基油としてイオン性流体を含むグリース組成物が封入された転動装置。
2. 前記イオン性流体が、脂肪族アミン系、脂環式アミン系、イミダゾリウム系、ピリジン系、及びホスホニウム系からなる群より選択されるカチオンを含むイオン性液体である、請求項１記載の転動装置。
3. 前記グリース組成物が、更に、増ちょう剤を含む、請求項１又は２に記載の転動装置。
4. 前記グリース組成物が、更に、酸化防止剤及び防錆剤としてカルボン酸及びカルボン酸塩、エステル系化合物及びアミン系化合物から選択される２種以上を含有する、請求項１〜３の何れか１項に記載の転動装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の転動装置を備えたモータ。
6. 前記モータが、電動ファンモータである、請求項５に記載のモータ。
7. 前記モータが、電子制御モータである、請求項５に記載のモータ。
   
   

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