JP2007270127A

JP2007270127A - グリース及び自動車の電子制御モータ用軸受

Info

Publication number: JP2007270127A
Application number: JP2007028061A
Authority: JP
Inventors: Michita Hokao; 道太外尾; Nobuaki Izawa; 信明井澤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2027-02-07
Also published as: JP5145722B2

Abstract

【課題】１８０℃以上の高温環境下においても優れた耐焼付き性を有し、且つ、低温から高温までの広い温度範囲にわたって低トルクであるとともにトルク安定性能に優れる自動車の電子制御モータ用軸受を提供する。
【解決手段】深溝玉軸受は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の転動体３と、内輪１及び外輪２の間に複数の転動体３を保持する保持器４と、内輪１及び外輪２の間の隙間の開口を覆うシールのような密封装置５，５と、を備えている。また、内輪１及び外輪２の間に形成され転動体３が配された空隙部内に、深溝玉軸受の潤滑を行うグリースＧが封入されている。このグリースＧは、パーフルオロポリエーテル油と、フッ素樹脂と、一次粒径が５０ｎｍ以下の超微粒子と、を含有している。
【選択図】図１

Description

本発明はグリースに係り、特に、自動車に用いられる電子制御モータに組み込まれる転がり軸受に好適なグリースに関する。また、本発明は、自動車に用いられる電子制御モータに組み込まれる転がり軸受に関する。

近年、自動車（乗用車）は小型軽量化や居住空間の拡大が望まれていることから、エンジンルーム空間の縮小が余儀なくされており、そのためエンジンルーム内に配される各種部品（電装部品やエンジン補機など）の小型軽量化がより一層進められている。このことに加えて、静粛性の向上が望まれエンジンルームの密閉化が進んでいるため、エンジンルーム内の高温化が促進されている。そのため、前記各種部品には高温に耐える性質も必要とされてきている。

また、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）用軸受等のような自動車の電子制御モータ用軸受についても、前記各種部品の場合と同様に、軸受の小型化による高速化や、エンジンルームの密閉化による高温化が問題となっている。また、エネルギーロスの低減や−３０℃以下の低温環境下における作動性のために、低トルクであることが求められ、しかもトルクが迅速に安定する性能も求められている（以降においては、このようなトルク性能をトルク安定性能と記す）。

このような事情から、上記のような自動車の電子制御モータ用軸受の潤滑には、１８０℃以上の高温環境下においても優れた耐焼付き性が得られ、且つ、低温から高温まで広い温度範囲にわたって低トルクであることから、フッ素油を基油としフッ素樹脂を増ちょう剤とするフッ素グリースが用いられてきた。
特開平１０−１８４７０６号公報

しかしながら、従来のフッ素グリースを用いた場合は、前述のような耐焼付き性や低トルク性は優れているものの、トルク安定性能については十分とは言えず、更なる性能向上が求められている。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、トルク安定性能に優れるグリースを提供することを課題とする。また、本発明は、１８０℃以上の高温環境下においても優れた耐焼付き性を有し、且つ、低温から高温までの広い温度範囲にわたって低トルクであるとともにトルク安定性能に優れる自動車の電子制御モータ用軸受を提供することを併せて課題とする。

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、本発明に係る請求項１のグリースは、フッ素油とフッ素樹脂と一次粒径が５０ｎｍ以下の超微粒子とを含有することを特徴とする。
また、本発明に係る請求項２の自動車の電子制御モータ用軸受は、外面に軌道面を有する内輪と、前記内輪の軌道面に対向する軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、前記両軌道面と前記転動体との間の潤滑を行う潤滑剤と、を備え、自動車に用いられる電子制御モータに組み込まれる転がり軸受において、前記潤滑剤を、フッ素油とフッ素樹脂と一次粒径が５０ｎｍ以下の超微粒子とを含有するグリースとしたことを特徴とする。

潤滑剤であるグリースは、一次粒径が５０ｎｍ以下の超微粒子を含有しているため、流動性が良好であり、且つ、前記両軌道面や前記転動体の転動面に摩擦摩耗特性に優れる強固なグリース膜を形成する。よって、本発明の自動車の電子制御モータ用軸受は、１８０℃以上の高温環境下においても優れた耐焼付き性を有し、且つ、低温から高温までの広い温度範囲にわたって低トルクであるとともにトルク安定性能に優れている。

超微粒子の一次粒径が５０ｎｍ超過であると、超微粒子が研摩材として作用して、前記両軌道面や前記転動体の転動面の摩耗を促進させるおそれがある。ただし、超微粒子の一次粒径が３ｎｍ未満であると、超微粒子の凝集性が強くなるので、グリース中に安定して存在することが難しくなる。このような不都合がより生じにくくするためには、超微粒子の一次粒径は３ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。また、優れたトルク安定性能及び低トルク化のためには、超微粒子の一次粒径は３ｎｍ以上２０ｎｍ未満であることが好ましい。

本発明のグリースは、優れたトルク安定性能を有している。また、本発明の自動車の電子制御モータ用軸受は、１８０℃以上の高温環境下においても優れた耐焼付き性を有し、且つ、低温から高温までの広い温度範囲にわたって低トルクであるとともにトルク安定性能に優れる。

本発明に係るグリース及び自動車の電子制御モータ用軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る自動車の電子制御モータ用軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す縦断面図である。この深溝玉軸受は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の転動体（玉）３と、内輪１及び外輪２の間に複数の転動体３を保持する保持器４と、内輪１及び外輪２の間の隙間の開口を覆う密封装置５，５（例えば接触形ゴムシールやシールド）と、を備えている。なお、保持器４や密封装置５は備えていなくてもよい。

内輪１及び外輪２の間に形成され転動体３が内設された空隙部（軸受空間）内には、軌道面１ａ，２ａと転動体３との間の潤滑を行うグリースＧが配されている。このグリースＧの基油はフッ素油、増ちょう剤はフッ素樹脂であり、一次粒径５０ｎｍ以下の超微粒子が添加されている。

このような深溝玉軸受は、グリースＧが一次粒径５０ｎｍ以下の超微粒子を含有しているので、超微粒子を含有していない従来のフッ素グリースを用いた場合と比べて、トルク安定性能に優れている。また、１８０℃以上の高温環境下における耐焼付き性や、低温から高温までの広い温度範囲にわたる低トルク性についても、従来のフッ素グリースを用いた場合と同等以上の優れた性能を有している。
よって、本実施形態の深溝玉軸受は、自動車に用いられる電子制御モータに組み込まれる転がり軸受（例えば、電子制御スロットル用軸受，ＩＳＣＶ用軸受，ＥＧＲ用軸受）として好適である。

以下に、グリースＧを構成する各成分について詳細に説明する。
〔超微粒子について〕
グリースＧに含有される超微粒子の種類は特に限定されるものではないが、無機化合物の超微粒子が好ましく、例えば、ＳｉＯ₂，ＴｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＳｎＯ₂，ＣｕＯ等の金属酸化物、ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＷＣ等の金属炭化物、Ｓｉ₃Ｎ₄，ＴｉＮ，ＡｌＮ等の金属窒化物、カーボンブラック，ダイヤモンド等の炭素化合物があげられる。これらの中ではＳｉＯ₂（シリカ）が特に好ましく、表面処理等を施していない親水性シリカが好ましい。

転がり軸受のトルク特性に影響するグリース特性の一つとしてチャネリング性（転動体の通る溝が軌道面にできること）があげられるが、このチャネリング性が高いほど（転動体の通る溝ができやすいほど）トルクが早期に安定する（すなわちトルク安定性能が優れている）ことが分かった。また、グリース構造を強固にしてグリースの流動特性を最適化することにより、チャネリング性を高めることができることが分かった。さらに、軌道面や転動体の転動面に摩擦摩耗特性に優れる強固なグリース膜を形成することにより、定常トルクの低減及び耐摩耗性，耐焼付き性の改善がなされることが分かった。

上記のような超微粒子（好ましくはシリカ、さらに好ましくは親水性シリカ）は、グリース構造を強固にする作用が強く、上記のようなグリースの流動特性の最適化やグリース膜の形成がなされやすい。よって、超微粒子を含有するグリースを用いた軸受は、優れたトルク安定性能を有している。また、１８０℃以上の高温環境下においても優れた耐焼付き性を有し、且つ、低温から高温までの広い温度範囲にわたって低トルクである。
超微粒子の製造方法は特に限定されるものではなく、公知の方法で製造可能である。例えば化学気相析出法（ＣＶＤ法），物理気相析出法（ＰＶＤ) 等の気相法や、共沈法，金属アルコキシド法，ゾル−ゲル法等の液相法があげられる。

グリースＧ中の超微粒子の含有量は特に限定されるものではないが、グリースＧ全体の０．０１質量％以上５質量％以下が好ましい。超微粒子の含有量が０．０１質量％未満であると、十分なトルク低減効果が得られないおそれがある。一方、５質量％超過であると、超微粒子がグリース中で凝集しやすくなるため、耐摩耗性や耐焼付き性に悪影響が出るおそれがある。このような問題がより生じにくくするためには、超微粒子の含有量は、グリースＧ全体の０．０５質量％以上１質量％以下であることがより好ましく、０．１質量％以上１質量％以下であることがさらに好ましい。

〔フッ素樹脂について〕
増ちょう剤であるフッ素樹脂の種類は特に限定されるものではないが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や、テトラフルオロエチレンと全体又は一部分がフッ素化された他のエチレン系不飽和炭化水素モノマーとの共重合体が好ましい。

〔基油について〕
グリースＧの基油として使用されるフッ素油の種類は特に限定されるものではないが、パーフルオロポリエーテル油（ＰＦＰＥ）が好ましい。ＰＦＰＥには、例えば下記の化学式（Ｉ）で表されるような直鎖状のものと、例えば下記の化学式（II）で表されるような分岐鎖状のものとがある。

直鎖状のＰＦＰＥは、高い粘度指数を有していて、極低温における流動性に優れているため、自動車の電子制御モータ用軸受に用いるグリースの基油として好適である。
なお、グリースの低温流動性不足による低温起動時の異音発生や、高温で油膜が形成され難いために起こる焼付きを抑制するためには、フッ素油の４０℃における動粘度は、２０ｍｍ²／ｓ以上４００ｍｍ²／ｓ以下であることが好ましく、３０ｍｍ²／ｓ以上２００ｍｍ²／ｓ以下であることがより好ましい。また、広い温度範囲にわたって安定した流動性を確保するため、フッ素油の粘度指数は１００以上４００以下であることが好ましく、２００以上４００以下であることがより好ましい。

〔添加剤について〕
グリースＧには、グリースに一般的に使用される添加剤を、超微粒子とともに添加しても差し支えない。例えば、酸化防止剤，防錆剤，金属不活性化剤，油性剤，摩耗防止剤，極圧剤等があげられる。これらの添加剤は単独で用いてもよいし、２種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。

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の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、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、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ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。

〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。以下に示すような組成の３種のグリースを用意して、そのトルク及び耐焼付き性を評価した。
まず、グリースについて説明する。実施例１，２のグリースは、直鎖状のＰＦＰＥ（４０℃における動粘度は８５ｍｍ²／ｓで、粘度指数は２８６である）を基油とし、ＰＴＦＥを増ちょう剤とするベースグリース（これを比較例１とする）に、グリース全体の０．５質量％の超微粒子を添加したものである。

実施例１のグリースに添加した超微粒子は、一次粒径１２ｎｍの親水性シリカ（フュームドシリカ）であり、実施例２のグリースに添加した超微粒子は、一次粒径１６ｎｍの疎水化シリカ（フュームドシリカに疎水化処理を施したもの）である。なお、実施例１，２及び比較例１のグリースの混和ちょう度は、いずれも２８０であった。

〔常温におけるトルク試験について〕
内径８ｍｍ，外径２２ｍｍ，幅７ｍｍのシールド板付き深溝玉軸受にグリースを封入し、内輪回転速度１８００ｍｉｎ^-1，雰囲気温度３０℃，ラジアル荷重０Ｎ，アキシアル荷重２９．４Ｎの条件で回転させた。そして、回転初期のトルク値と定常時のトルク値との中間値になるまでの時間（以降はトルク半減期と記す）を測定して、このトルク半減期によりトルク安定性能を評価した。なお、グリースの封入量は、軸受空間容積の３０体積％である。

結果を図２のグラフに示す。このグラフにおけるトルク半減期は、比較例１のグリースのトルク半減期を１とした場合の相対値で示してある。図２のグラフから分かるように、超微粒子を含有する実施例１，２のグリースは、超微粒子を含有していない比較例１のグリースと比べて、トルク半減期が短かった。そして、疎水化シリカよりも親水性シリカの方が、トルク半減期が短かった。

〔低温におけるトルク試験について〕
前述の実施例１のグリースにおいて、超微粒子の含有量を０．００５質量％から８質量％まで種々変更したものを用意した。これらのグリースの混和ちょう度は２２０〜２８０であった。そして、前述の常温におけるトルク試験と同様の深溝玉軸受にグリースを同量封入して、雰囲気温度が−４０℃であることを除いて同条件で深溝玉軸受を回転させ、回転初期のトルク値（低温トルク）を測定した。
結果を図３のグラフに示す。このグラフにおける低温トルクは、比較例１のグリースの低温トルクを１とした場合の相対値で示してある。図３のグラフから分かるように、超微粒子の含有量が０．０１〜５質量％であると、低温におけるトルクが低かった。

〔高温における焼付き試験について〕
内径１７ｍｍ，外径４０ｍｍ，幅１２ｍｍの接触形ゴムシール付き深溝玉軸受に、前述の低温におけるトルク試験で用いたグリースを封入し、内輪回転速度６０００ｍｉｎ^-1，軸受外輪温度２００℃，ラジアル荷重１９．６Ｎ，アキシアル荷重１９６Ｎの条件で回転させて、焼付きが生じるまでの時間を測定した。１種の軸受につき１０個の試験を行ってＬ₁₀寿命を算出し、この値をその軸受の焼付き寿命とした。なお、グリースの封入量は、軸受空間容積の３０体積％である。
結果を図３のグラフに示す。このグラフにおける焼付き寿命は、比較例１のグリースの焼付き寿命を１とした場合の相対値で示してある。図３のグラフから分かるように、超微粒子の含有量が０．０１〜５質量％であると、焼付き寿命が優れていた。

本発明に係る自動車の電子制御モータ用軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す縦断面図である。常温におけるトルク試験の結果を示すグラフである。超微粒子の含有量と低温トルク及び焼付き寿命との相関を示すグラフである。

符号の説明

１内輪
１ａ軌道面
２外輪
２ａ軌道面
３転動体
Ｇグリース

Claims

フッ素油とフッ素樹脂と一次粒径が５０ｎｍ以下の超微粒子とを含有することを特徴とするグリース。
外面に軌道面を有する内輪と、前記内輪の軌道面に対向する軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、前記両軌道面と前記転動体との間の潤滑を行う潤滑剤と、を備え、自動車に用いられる電子制御モータに組み込まれる転がり軸受において、
前記潤滑剤を、フッ素油とフッ素樹脂と一次粒径が５０ｎｍ以下の超微粒子とを含有するグリースとしたことを特徴とする自動車の電子制御モータ用軸受。