JP2011112073A - モータ用転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】水素脆性による軸受転走面での剥離を効果的に防止できるとともに静寂性に優れ、長時間使用可能なモータ用転がり軸受を提供する。
【解決手段】モータの回転子を支持するモータ用転がり軸受１であって、該モータ用転がり軸受１は、金属製軸受部材として、内輪２と、外輪３と、この内・外輪間に介在する複数の転動体４と、この転動体４を保持する保持器５とを備えてなり、上記金属製軸受部材から選ばれた少なくとも一つが、該部材の摺動面または転動面に、植物由来の多価アルコール化合物にて被膜処理を施された部材である。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの回転子を支持するモータ用転がり軸受に関する。

近年、モータの小型化が進み、モータの回転子を支持する転がり軸受がより高速、高面圧下で運転される傾向にある。また、家電用モータや自動車機器用モータでは静寂性が必要とされ、産業機械用モータでは高温耐久性も必要とされている。これらのモータ用転がり軸受の潤滑には主としてグリースが用いられている。従来、高温耐久性に優れ、冷時異音を抑え、高温高荷重下での剥離性に優れたグリースなどの潤滑組成物として、合成炭化水素油とエステル油とからなる基油にウレア系増ちょう剤等を配合した潤滑組成物が知られている（特許文献１および特許文献２参照）。

しかし、上記小型化・高性能化の要求に伴ない、高速回転、高面圧などの使用条件が過酷になることで、転がり軸受の転走面に白色組織変化を伴った特異的な剥離が早期に生じ、問題になっている。この特異的な剥離は、通常の金属疲労により生じる転走面内部からの剥離と異なり、転走面表面の比較的浅いところから生じる破壊現象で、グリースの分解等によって発生する水素が原因の水素脆性と考えられている。

このような早期に発生する白色組織変化を伴った特異な剥離現象を防ぐ方法として、例えばグリースに不動態化剤を添加する方法（特許文献３参照）や、ビスマスジチオカーバメートを添加する方法（特許文献４参照）が知られている。

特開平９−２０８９８２号公報 特開平１１−２７０５６６号公報 特開平３−２１０３９４号公報 特開２００５−４２１０２号公報

しかしながら、近年の産業機械用モータなどでは、高速運転−急減速運転−急加速運転−急停止（急加減速）が頻繁に行なわれることが多くなり、モータ回転子を支持する転がり軸受の使用条件がより過酷化され、特許文献３の不動態化剤や特許文献４のビスマスジチオカーバメートを添加する方法では剥離現象を防ぐ対策として不十分になってきている。

また、モータ回転時の静寂性が求められるため、特許文献３の不動態化剤や特許文献４のビスマスジチオカーバメートを添加する方法においては、固体微粉末を添加するため静寂性に劣る。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、水素脆性による軸受転走面での剥離を効果的に防止できるとともに静寂性に優れ、長時間使用可能なモータ用転がり軸受の提供を目的とする。

本発明のモータ用転がり軸受は、モータの回転子を支持するモータ用転がり軸受であって、該モータ用転がり軸受は、金属製軸受部材として、内輪と、外輪と、この内・外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体を保持する保持器とを備えてなり、上記金属製軸受部材から選ばれた少なくとも一つが、該部材の摺動面または転動面に、植物由来の多価アルコール化合物にて被膜処理を施された部材であることを特徴とする。特に被膜処理を施された部材が、上記内輪、外輪から選ばれた少なくとも一つであることを特徴とする。

上記被膜処理を施された部材は、該部材の摺動面または転動面に酸化鉄被膜を有することを特徴とする。また、上記被膜処理は、水および／または有機溶媒に上記植物由来の多価アルコール化合物を分散または溶解させた処理液中に、被膜処理を施す金属製軸受部材を浸漬する処理であることを特徴とする。

上記植物由来の多価アルコール化合物は、クルクミンまたはその誘導体であることを特徴とする。また、上記植物由来の多価アルコール化合物は、ケルセチンまたはその誘導体であることを特徴とする。

上記植物由来の多価アルコール化合物は、クロロゲン酸またはその誘導体であることを特徴とする。また、上記植物由来の多価アルコール化合物は、コーヒー酸またはその誘導体であることを特徴とする。上記植物由来の多価アルコール化合物は、キナ酸またはその誘導体であることを特徴とする。

上記植物由来の多価アルコール化合物は、没食子酸またはその誘導体であることを特徴とする。また、上記植物由来の多価アルコール化合物は、エラグ酸またはその誘導体であることを特徴とする。

本発明のモータ用転がり軸受は、該軸受を構成する金属製軸受部材のから選ばれた少なくとも一つの部材の摺動面または転動面に、植物由来の多価アルコール化合物にて被膜処理が施されているので、転走面で生じる白色組織変化を伴った特異的な剥離を効果的に防止でき、軸受寿命に優れる。また、静寂性にも優れる。このため、産業機械用モータ、自動車機器用モータ、家電用モータなどに用いる転がり軸受として好適に使用できる。

本発明のモータ用転がり軸受の一実施例を示す深溝玉軸受の断面図である。 本発明のモータ用転がり軸受を用いたモータを示す図である。

モータ用転がり軸受について、植物由来の多価アルコール化合物にて軸受部材表面を処理したものを用いて、急加減速試験を行なったところ軸受寿命を延長できることがわかった。これは、上記植物由来の多価アルコール化合物の作用により、金属製（軸受鋼）の軸受部材表面に酸化鉄被膜が形成されて該表面に酸化膜が形成され、グリース組成物の分解による水素の発生が抑制され、軸受転走面における水素脆性に起因する特異な剥離を防止できるためと考えられる。本発明はこの知見に基づくものである。

本発明のモータ用転がり軸受を図面に基づいて説明する。図１は本発明のモータ用転がり軸受の一実施例である深溝玉軸受の断面図である。図１に示すように転がり軸受１は、外周面に転走面２ａを有する内輪２と、内周面に転走面３ａを有する外輪３と、上記両転走面２ａ、３ａ間に介在する複数の転動体４と、この転動体４を保持する保持器５とからなる。外輪３等に固定されるシール部材６が、内輪２および外輪３の軸方向両端開口部８ａ、８ｂにそれぞれ設けられ、転動体４の周囲に封入されたグリース７をシールしている。内輪２、外輪３、転動体４、または保持器５が金属製軸受部材であり、該金属製軸受部材から選ばれた少なくとも一つの部材の摺動面または転動面に、後述の植物由来の多価アルコール化合物にて被膜処理が施されている。

本発明のモータ用転がり軸受の他の実施例を図２により説明する。図２は本発明のモータ用転がり軸受を用いたモータの断面図である。モータは、ジャケット９の内周壁に配置されたモータ用マグネットからなる固定子１０と、回転軸１１に固着された巻線１２を巻回した回転子１３と、回転軸１１に固定された整流子１４と、ジャケット９に支持されたエンドフレーム１７に配置されたブラシホルダ１５と、このブラシホルダ１５内に収容されたブラシ１６と、を備えている。上記回転軸１１は、転がり軸受１と、該軸受１のための支持構造とにより、ジャケット９に回転自在に支持されている。ここで、転がり軸受１に用いられる内輪、外輪、転動体、または保持器が金属製軸受部材であり、該金属製軸受部材から選ばれた少なくとも一つの部材の摺動面または転動面に、後述の植物由来の多価アルコール化合物にて被膜処理が施されている。

本発明のモータ用転がり軸受を適用できるモータとしては、例えば、換気扇用モータ、燃料電池用ブロアモータ、クリーナモータ、ファンモータ、サーボモータ、ステッピングモータなどの産業機械用モータ、自動車のスタータモータ、電動パワーステアリングモータ、ステアリング調整用チルトモータ、ワイパーモータ、パワーウィンドウモータなどの自動車機器用モータ、または家電用モータなどを挙げることができる。

本発明のモータ用転がり軸受１に用いる、内輪２、外輪３、転動体４、保持器５などの軸受部材は周知の軸受用金属材料からなる。本発明においては、少なくともいずれかの金属製軸受部材が、植物由来の多価アルコール化合物による被膜処理が可能な金属材料から構成される必要がある。具体例として、軌道輪用材料としては、軸受鋼（高炭素クロム軸受鋼ＪＩＳ Ｇ ４８０５）、肌焼鋼（ＪＩＳ Ｇ４１０４等）、高速度鋼（ＡＭＳ ６４９０）、ステンレス鋼（ＪＩＳ Ｇ４３０３）、高周波焼入鋼（ＪＩＳ Ｇ４０５１等）などが挙げられる。また、保持器材料としては、打ち抜き保持器用冷間圧延鋼板(ＪＩＳ Ｇ ３１４１等)、もみ抜き保持器用炭素鋼(ＪＩＳ Ｇ４０５１)、もみ抜き保持器用高力黄銅鋳物(ＪＩＳ Ｈ ５１０２等)などが挙げられる。また、他の軸受合金を採用することもできる。

シール部材６は、金属製またはゴム成形体単独でよく、あるいはゴム成形体と金属板、プラスチック板、セラミック板等との複合体であってもよい。耐久性、固着の容易さからゴム成形体と金属板との複合体が好ましい。

本発明のモータ用転がり軸受は、軸受内部に潤滑油またはグリース等の潤滑剤を塗布または充填したモータ転がり軸受である。また、軸受形式は、ラジアル玉軸受、スラスト玉軸受などの形式を特に限定するものではない。潤滑剤としては、一般に軸受に使用される潤滑剤であれば、特に種類を限定するものではない。

本発明のモータ用転がり軸受において、金属製軸受部材の摺動面または転動面に施される被膜処理は、植物由来の多価アルコール化合物の作用により該面に酸化鉄被膜が形成される処理であればよく、被膜処理方法は特に限定されない。被膜処理方法として、例えば、植物由来の多価アルコール化合物を水および／または有機溶媒に分散または溶解させた処理液中に、被膜形成対象となる金属製軸受部材を浸漬し、部材表面に酸化鉄被膜を形成させる方法を採用できる。この方法では、被膜形成を速めるため加温しながら行なうことが好ましい。

また、植物由来の多価アルコール化合物を、水や有機溶媒に分散または溶解させた処理液を、被膜形成対象となる金属製軸受部材の摺動面などに塗布することによって該面に酸化鉄被膜を形成することもできる。

本発明において使用できる多価アルコール化合物は、後述する植物由来のものである。これらの化合物を用いた被膜処理を軸受部材に施すことで、水素脆性による転走面での剥離を効果的に防止できるとともに静寂性に優れ、かつ、環境負荷の低いモータ用転がり軸受となる。

本発明において使用できる植物由来の多価アルコール化合物としては、例えば、没食子酸、エラグ酸、クロロゲン酸、コーヒー酸、キナ酸、クルクミン、ケルセチン、ピロガロール、テアフラビン、アントシアニン、ルチン、リグナン、カテキンなどが挙げられる。また、植物由来のセサミン、イソフラボン、クマリンなどから得られる多価アルコール化合物も使用できる。以上のような多価アルコール化合物は、単独で用いても２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

これらの中で、被膜処理の際に、金属製軸受部材表面に酸化鉄被膜を形成しやすいことから、没食子酸またはその誘導体、エラグ酸またはその誘導体、クロロゲン酸またはその誘導体、コーヒー酸またはその誘導体、キナ酸またはその誘導体、クルクミンまたはその誘導体、ケルセチンまたはその誘導体を用いることが好ましい。

本発明に用いる没食子酸は、フシノキ、茶の葉などに含まれる多価アルコール化合物であり、下記式（１）に示す構造を有する。また、本発明に用いるエラグ酸は、レッドラズベリーなどに含まれる多価アルコール化合物であり、下記式（２）に示す構造を有する。

本発明に用いる没食子酸の誘導体としては、没食子酸メチル、没食子酸エチル、没食子酸プロピル、没食子酸ブチル、没食子酸ペンチル、没食子酸ヘキシル、没食子酸ヘプチル、没食子酸オクチル等の没食子酸エステルや没食子酸ビスマス等の没食子酸塩が挙げられる。また、エラグ酸についても、同様の誘導体を用いることができる。

本発明に用いるクロロゲン酸は、コーヒー豆などに含まれる多価アルコール化合物であり、下記式（３）に示す構造を有する。

本発明に用いるコーヒー酸およびキナ酸は、クロロゲン酸の加水分解で得られる多価アルコール化合物であり、コーヒー酸は下記式（４）に、キナ酸は下記式（５）にそれぞれ示す構造を有する。

本発明に用いるクルクミンは、ウコンなどに含まれる多価アルコール化合物であり、下記式（６）に示す構造を有する。

本発明に用いるケルセチンは、柑橘類などに含まれる多価アルコール化合物であり、下記式（７）に示す構造を有する。

以下に示す各実施例に用いた多価アルコール化合物は、全て東京化成社製試薬を用いた。

実施例１〜実施例７
表１に示した多価アルコール化合物 0.5 g を表１に示す溶媒 99.5 g に加えて処理液を調整した。該処理液中に、６２０３軸受（軸受寸法：内径 17 mm、外径 40 mm、幅 12 mm 材質：ＳＵＪ２）を浸漬したまま 4 時間回転させ、転がり軸受の金属製軸受部材の表面全体に酸化鉄被膜を形成させた。この軸受に、グリース（ＮＴＮ社製；Ｅ５グリース）を封入し、転がり軸受試験片を得た。得られた転がり軸受試験片を以下に示す急加減速試験に供し、剥離発生寿命時間および静寂性を測定した。結果を表１に併記する。

＜急加減速試験＞
モータの一例であるサーボモータを模擬し、回転軸を内輪で支持する転がり軸受として、上記転がり軸受試験片を試験機に取り付け、急加減速試験を行なった。急加減速試験条件は、回転軸先端に対する負荷荷重を 1960 N 、回転速度は 0 rpm〜18000 rpm で運転条件を設定し、さらに、試験軸受内に 0.1 A の電流が流れる状態で試験を実施した。そして、軸受内に異常剥離が発生し、振動検出器の振動が設定値以上になって試験機が停止するまでに費やした時間を剥離発生寿命時間（時間（ｈ））として計測した。また、試験開始直後の静寂性について、比較例１を基準に聴覚で判定した。

比較例１
金属製軸受部材に表面処理を施さずに６２０３軸受（軸受寸法：内径 17 mm、外径 40 mm、幅 12 mm）に実施例１と同じグリースを封入し、転がり軸受試験片を得た。得られた転がり軸受試験片を上記の急加減速試験に供し、剥離発生寿命時間および静寂性を測定した。結果を表１に併記する。

比較例２
グリース全体に対して不動態化剤（亜硝酸ソーダ）を 1 重量％添加したグリースを用いたこと以外は比較例１と同様に処理し、転がり軸受試験片を得た。得られた転がり軸受試験片を上記の急加減速試験に供し、剥離発生寿命時間および静寂性を測定した。結果を表１に併記する。

表１に示すように、実施例１〜実施例７は、急加減速試験において寿命が全て 480 時間以上の優れた耐久性を示した。これは、特定の多価アルコール化合物により酸化鉄被膜が形成され、グリースの分解による水素の発生が抑制され、軸受転走面における水素脆性に起因する特異な剥離を防止できるためと考えられる。一方、比較例１では、実施例１〜実施例７と比較して寿命が短かい結果となった。また、比較例２は寿命が長いものの振動が増加し、静寂性が劣る結果であった。

本発明のモータ用転がり軸受は、金属製軸受部材から選ばれた少なくとも一つの部材の摺動面または転動面に植物由来の多価アルコール化合物にて被膜処理を施したので、転走面で生じる白色組織変化を伴った特異的な剥離を効果的に防止でき、軸受寿命および静寂性に優れる。このため、産業機械用モータ、自動車機器用モータ、家電用モータなどに用いる転がり軸受として好適に利用できる。

１ 転がり軸受（モータ用転がり軸受）
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ グリース
８ａ 両端開口部
８ｂ 両端開口部
９ ジャケット
１０ 固定子
１１ 回転軸
１２ 巻線
１３ 回転子
１４ 整流子
１５ ブラシホルダ
１６ ブラシ
１７ エンドフレーム

Claims (11)

1. モータの回転子を支持するモータ用転がり軸受であって、
   該モータ用転がり軸受は、金属製軸受部材として、内輪と、外輪と、この内・外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体を保持する保持器とを備えてなり、
   前記金属製軸受部材から選ばれた少なくとも一つが、該部材の摺動面または転動面に、植物由来の多価アルコール化合物にて被膜処理を施された部材であることを特徴とするモータ用転がり軸受。
2. 前記被膜処理を施された部材が、前記内輪、外輪から選ばれた少なくとも一つであることを特徴とする請求項１記載のモータ用転がり軸受。
3. 前記被膜処理を施された部材は、該部材の摺動面または転動面に酸化鉄被膜を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のモータ用転がり軸受。
4. 前記被膜処理は、水および／または有機溶媒に前記植物由来の多価アルコール化合物を分散または溶解させた処理液中に、被膜処理を施す前記金属製軸受部材を浸漬する処理であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のモータ用転がり軸受。
5. 前記植物由来の多価アルコール化合物は、クルクミンまたはその誘導体であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載のモータ用転がり軸受。
6. 前記植物由来の多価アルコール化合物は、ケルセチンまたはその誘導体であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載のモータ用転がり軸受。
7. 前記植物由来の多価アルコール化合物は、クロロゲン酸またはその誘導体であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載のモータ用転がり軸受。
8. 前記植物由来の多価アルコール化合物は、コーヒー酸またはその誘導体であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載のモータ用転がり軸受。
9. 前記植物由来の多価アルコール化合物は、キナ酸またはその誘導体であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載のモータ用転がり軸受。
10. 前記植物由来の多価アルコール化合物は、没食子酸またはその誘導体であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載のモータ用転がり軸受。
11. 前記植物由来の多価アルコール化合物は、エラグ酸またはその誘導体であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載のモータ用転がり軸受。

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