JP2016061394A - モータ用グリース封入軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】微小な往復運動や振動などを伴う環境で、耐フレッチング性を有し、軸受転走面などでの摩耗を防止できるモータ用グリース封入軸受を提供する。【解決手段】グリース封入軸受１は、モータの回転子１３を回転軸１１で支持するものであり、転動体の周囲に、基油と増ちょう剤と添加剤とを含むグリース組成物を封入され、上記基油がエステル油を含み、かつ、４０℃における動粘度が２０〜５０ｍｍ２／ｓであり、上記添加剤が、式（１）で表されるリン酸エステルを含み、該リン酸エステルの含有量が、基油および増ちょう剤の合計量１００重量部に対して０．５〜４重量部である。（式（１）において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、それぞれアルキル基である。また、Ｒ１とＲ２とＲ３とは、同一の基であっても異なる基であってもよい。）【選択図】図２

Description

本発明は、グリース潤滑されるモータ用グリース封入軸受に関し、特に産業機械用、電装機器用、電気自動車駆動用のモータなどに使用される転がり軸受に関する。

微小な往復運動や振動などを伴う環境で使用されるモータでは、一般に微動摩耗と呼ばれる摩耗現象（以下、フレッチングという）が生じる可能性がある。例えば、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では、駆動時の振動や、微小な往復運動により軸受転走面にフレッチングが生じるおそれがある。また、自動車などに用いられる電装機器用モータ、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動用モータなどでは、エンジンなどの動力による微振動や、走行中の路面環境による微振動により、軸受転走面などにフレッチングが生じるおそれがある。

また、近年のモータの小型化に合わせて、モータの回転子を支持するモータ用軸受の小型化が進められている。そのため、モータ用軸受を構成する部材に負荷される接触面圧が高くなる傾向にある。また、モータの回転の高速化も進められており、モータの起動の際および停止の際において、モータ用軸受の回転の加減速が大きくなる傾向にある。転動体と軌道輪との間における面圧の上昇や急加減速によるすべりの増大は、該部分における油膜切れ（潤滑不良）を起こしやすくする。これにより、金属接触が発生して、転動体や軌道輪が摩耗しやすくなり、上記フレッチングが生じるおそれも高まる。

従来、このようなフレッチングを防止するために種々の方法が提案されているが、その一つとして、適切な潤滑剤を選択してフレッチングを防止する方法がある。その中で、ウレア系増ちょう剤に酸化パラフィン、ジフェニルハイドロゲンホスファイトおよびヘキサメチルホスホリックトリアミドから選ばれた少なくとも一つを配合したグリースが提案されている（特許文献１参照）。

特許第２５７６８９８号公報

しかしながら、特許文献１のグリースは、微小な往復運動や振動が生じやすいモータ用途において、十分なフレッチング防止を図ることは困難であると考えられる。

また、潤滑に用いるグリースによる、耐フレッチング性の向上効果については十分に解明されていないのが現状である。例えば、同一の増ちょう剤を配合したグリースであっても試験法によっては耐フレッチング性について相反する結果を与える場合がある。また、添加剤についてもリン酸塩やリン酸エステルなどのリン化合物を含むものが好ましいとする報告が多いが、その耐フレッチング性はリン化合物の構造により大きく異なっている。その他、組み合わせる基油によっても効果は異なる場合がある。

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、微小な往復運動や振動などを伴う環境で使用されながら、優れた耐フレッチング性を有し、軸受転走面などでの摩耗を防止できるモータ用グリース封入軸受を提供することを目的とする。

本発明のモータ用グリース封入軸受は、モータの回転子を支持するモータ用グリース封入軸受であって、該軸受は、内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、上記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられるシール部材とを有し、上記転動体の周囲に、基油と、増ちょう剤と、添加剤とを含むグリース組成物を封入してなり、上記基油がエステル油を含み、かつ、４０℃における動粘度が２０〜５０ｍｍ^２／ｓであり、上記添加剤が、式（１）で表されるリン酸エステルを含み、該リン酸エステルの含有量が、上記基油および増ちょう剤の合計量１００重量部に対して０．５〜４重量部であることを特徴とする。なお、基油の動粘度はＪＩＳ Ｋ ２２８３にて測定される動粘度である。

（式（１）において、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３は、それぞれアルキル基である。また、Ｒ_１とＲ_２とＲ_３とは、同一の基であっても異なる基であってもよい。）

上記増ちょう剤が、ウレア化合物であることを特徴とする。また、上記式（１）において、Ｒ_１およびＲ_２がオレイル基であり、Ｒ_３が２−エチルヘキシル基であることを特徴とする。また、上記グリース組成物の混和ちょう度が、２００〜３５０であることを特徴とする。

上記モータ用グリース封入軸受が、深溝玉軸受であることを特徴とする。また、上記モータ用グリース封入軸受が、産業機械用、電装機器用、または電気自動車駆動用のモータの回転子を支持するものであることを特徴とする。

本発明のモータ用グリース封入軸受は、封入するグリース組成物について、基油として４０℃における動粘度が２０〜５０ｍｍ^２／ｓのエステル油等を用い、添加剤としてリン酸エステルの中でも特に上記式（１）に表されるものを所定量配合した組成物を用いることで、微小な往復運動や振動などを伴う環境で使用されながら、優れた耐フレッチング性を有し、軸受転走面などでのフレッチングの発生を防止できる。

このため、本発明のモータ用グリース封入軸受は、産業での利用分野が極めて広く、各種の機器に使用できる。例えば、喚起扇用モータ、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電装機器用モータ、電気自動車駆動用モータ、などの回転子を支持する軸受として好適に利用できる。

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の断面図である。

モータの回転子を支持するモータ用グリース封入軸受の一例を図１に示す。図１は、グリース組成物が封入されている深溝玉軸受の断面図である。深溝玉軸受１は、外周面に内輪転走面２ａを有する内輪２と内周面に外輪転走面３ａを有する外輪３とが同心に配置され、内輪転走面２ａと外輪転走面３ａとの間に複数個の転動体４が配置される。この複数個の転動体４を保持する保持器５が設けられている。また、外輪３など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ている。少なくとも転動体４の周囲にグリース組成物７が封入される。このグリース組成物７は、所定の基油に、添加剤として所定のリン酸エステルを配合したグリース組成物である。

本発明のモータ用グリース封入軸受を適用したモータの一例を図２に示す。図２はモータの構造の断面図である。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、深溝玉軸受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。該軸受１が本発明のモータ用グリース封入軸受である。

本発明のモータ用封入軸受として、図１に示す深溝玉軸受のほか、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト円すいころ軸受、スラスト針状ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受なども使用できる。これらの中で高速回転での回転精度、耐荷重性、低コストを備える、深溝玉軸受を用いることが好ましい。

本発明のモータ用グリース封入軸受に封入するグリース組成物は、基油と、増ちょう剤と、添加剤とを含み、上記添加剤が、所定のリン酸エステルを含むものである。

上記グリース組成物に使用する所定のリン酸エステルは、下記式（１）で表されるリン酸エステルである。この式で表されるリン酸エステルは、１種を単独で用いても、２種以上を混合してもよい。

（式（１）において、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３は、それぞれアルキル基である。また、Ｒ_１とＲ_２とＲ_３とは、同一の基であっても異なる基であってもよい。）

式（１）において、Ｒ_１〜Ｒ_３は、直鎖状および分岐状のいずれであってもよい。これらの炭素数としては１〜２４が好ましく、６〜２０がより好ましい。また、Ｒ_１およびＲ_２の炭素数が、Ｒ_３の炭素数よりも多いことが好ましい。好適なリン酸エステルの具体例としては、式（１）において、Ｒ_１およびＲ_２がオレイル基であり、Ｒ_３が２−エチルヘキシル基であるリン酸エステルが挙げられる。

上記グリース組成物において、上記リン酸エステルの含有量は、基油および増ちょう剤の合計量１００重量部に対して０．５〜４重量部である。リン酸エステルの含有量が０．５重量部未満であると、耐フレッチング性の向上が図れない可能性がある。また、リン酸エステルの含有量が４重量部をこえても、耐フレッチング性がそれ以上に向上しにくい。なお、２種以上のリン酸エステルを用いる場合は、その合計量を上記範囲内とする。

上記グリース組成物は、添加剤に上記所定のリン酸エステルを用いることで、他の硫黄系石油添加剤等を配合する場合と比較して耐フレッチング性に優れる。また、従来、フレッチングや表面起点剥離を防止するために配合していた、ジチオリン酸亜鉛、リン酸トリクレシルなどの他のリン化合物などを配合しない場合でも、フレッチングの発生を防止できる。

また、上記グリース組成物には必要に応じて、上記リン酸エステル以外の公知の添加剤を含有させてもよい。このような添加剤として、フェノール系、アミン系などの酸化防止剤、カルボン酸塩、スルホン酸塩などの防錆剤、ポリアルキレングリコール、グリセリンなどの耐摩耗剤、塩素化パラフィン、有機モリブデン化合物などの極圧剤、高級脂肪酸、合成エステルなどの油性向上剤、グラファイト、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤などが挙げられる。なお、これらは、単独または２種類以上組合せて添加できる。

上記グリース組成物の基油は、４０℃における動粘度が２０〜５０ｍｍ^２／ｓであり、より好ましくは２０〜４０ｍｍ^２／ｓである。４０℃における動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ 未満の場合は粘度が低すぎて油膜切れを起こしやすくなり、また油の蒸発も多くなる。一方、４０℃における動粘度が５０ｍｍ^２/sより高いと、転走面への潤滑油の供給性に劣り、微小な往復運動や振動などを伴う環境で使用されるモータ用途では、フレッチングが起こりやすくなる。また、軸受のトルクが上昇するため、モータ駆動の際における動力損失が大きくなり、発熱も大きくなる。なお、基油として混合油を用いる場合は、該混合油の動粘度が上記範囲内であることが好ましい。

また、上記グリース組成物の基油は、合成油であるエステル油を必須成分として含む。必要に応じて他の合成油や鉱油を一部混合してもよいが、本発明においては、エステル油単独（複数種のエステル油を混合する場合を含む）とすることが最も好ましい。

エステル油は、分子内にエステル基を有し室温で液状を示す化合物であり、例えば、ポリオールエステル油、リン酸エステル油、ポリマーエステル油、芳香族エステル油、炭酸エステル油、ジエステル油などが挙げられる。これらの中でも、芳香族エステル油またはポリオールエステル油が好ましい。

芳香族エステル油は、芳香族多塩基酸またはその誘導体と、高級アルコールとの反応で得られる化合物が好ましい。芳香族多塩基酸としては、トリメリット酸、ビフェニルトリカルボン酸、ナフタレントリカルボン酸などの芳香族トリカルボン酸、ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ナフタレンテトラカルボン酸などの芳香族テトラカルボン酸、またはこれらの酸無水物などの誘導体が挙げられる。高級アルコールとしては、オクチルアルコール、デシルアルコールなどの炭素数４以上の脂肪族１価アルコールが好ましい。芳香族エステル油の例としては、トリオクチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテートなどが挙げられる。

ポリオールエステル油は、ポリオールと一塩基酸との反応で得られる分子内にエステル基を複数個有する化合物が好ましい。ポリオールに反応させる一塩基酸は単独で用いてもよく、また混合物として用いてもよい。なお、オリゴエステルの場合には二塩基酸を用いてもよい。ポリオールとしては、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ネオペンチルグリコール、２-メチル-２-プロピル-１，３-プロパンジオールなどが挙げられる。一塩基酸としては、炭素数４〜１８の１価の脂肪酸が挙げられる。例えば、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、エナント酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、牛脂酸、ステアリン酸、カプロレイン酸、ウンデシレン酸、リンデル酸、ツズ酸、フィゼテリン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、ペトロセリン酸、オレイン酸、エライジン酸、アスクレピン酸、バクセン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、サビニン酸、リシノール酸などが挙げられる。ポリオールエステル油の例としては、トリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールペラルゴネートなどが挙げられる。

その他、ジエステル油の例としては、ジトリデシルグルタレート、ジ２−エチルヘキシルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジ３−エチルヘキシルセバケートなどが挙げられる。

上記グリース組成物の増ちょう剤は、特に限定されず、通常グリースの分野で使用される一般的なものを使用できる。例えば、金属石けん、複合金属石けんなどの石けん系増ちょう剤、ベントン、シリカゲル、ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、フッ素樹脂などの非石けん系増ちょう剤を使用できる。金属石けんとしては、ナトリウム石けん、カルシウム石けん、アルミニウム石けん、リチウム石けんなどが挙げられる。ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物としては、ジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、他のポリウレア化合物、ジウレタン化合物などが挙げられる。これらの中でも、耐熱耐久性、転走面などへの介入性と付着性に優れ、フレッチングを防止しやすくなることから、ウレア化合物の使用が好ましい。

ウレア化合物は、イソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させることにより得られる。反応性のある遊離基を残さないため、イソシアネート化合物のイソシアネート基とアミン化合物のアミノ基とは略当量となるように配合することが好ましい。

ジウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミンとの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネー卜などが挙げられる。モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、アニリン、ｐ−トルイジン、シクロヘキシルアミンなどが挙げられる。ポリウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネート、モノアミンとしては、ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられる。ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなどが挙げられる。

モータでは、その使用用途上から、静音性および低トルクが要求されるため、上記ウレア化合物の中でも、ジフェニルメタンジイシアネートなどのジイソシアネートと、オクチルアミンなどの脂肪族モノアミンとを反応させて得られた脂肪族ウレア化合物を用いることが好ましい。

基油に、上記ウレア化合物などの増ちょう剤を配合して、上記の各添加剤を配合するためのベースグリースが得られる。なお、ウレア化合物（ジウレア化合物）を増ちょう剤とするベースグリースは、基油中で上記ジイソシアネートとモノアミンとを反応させる等して作製する。

ベースグリース１００重量部中に占める増ちょう剤の含有量は、３〜４０重量部が好ましく、５〜３０重量部がより好ましい。この範囲内であることが、グリース組成物本来の潤滑性を得るために適する。増ちょう剤の含有量が３重量部未満では、増ちょう効果が少なくなり、グリース化が困難となる。増ちょう剤の含有量が４０重量部をこえると得られたベースグリースが硬くなりすぎ、所期の効果が得られ難くなる。

上記グリース組成物の混和ちょう度（ＪＩＳ Ｋ ２２２０）は、２００〜３５０の範囲にあることが好ましい。ちょう度が２００未満である場合は、低温での油分離が小さく潤滑不良となり、フレッチングが起こりやすくなる。一方、ちょう度が３５０をこえる場合は、グリースが軟質で軸受外に流出しやすくなり好ましくない。

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、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、ブロワーモータ、ワイパーモータ、パワーウィンドウモータなどの電装機器用モータ、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動用モータなどが挙げられる。また、微小な往復運動や振動などを伴う環境で使用される他のモータにも適用できる。

本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、これらの例によって何ら限定されるものではない。

実施例１〜実施例３および比較例１〜比較例４
表１に示すごとく、増ちょう剤、基油を選択してベースグリースを調整した。ベースグリースの組成は、増ちょう剤、基油を合計して１００重量部としてある。ここで、表中の増ちょう剤である「ウレア」を増ちょう剤とするグリースについては、表に示した基油の半量に、ＭＤＩ（ジフェニルメタンジイソシアネート）を溶解し、残りの半量の基油にＭＤＩの２倍当量となるオクチルアミンを溶解し、これらを撹拌しながら混合することで得た。また、表中の「エステル油」は、ポリオールエステル油である。また、表中の添加剤である「リン酸エステル」は、上述の式（１）において、Ｒ_１およびＲ_２がオレイル基であり、Ｒ_３が２−エチルヘキシル基である化合物である。

上記で作製したベースグリース１００重量部に対して、表に示す割合で添加剤を添加して攪拌脱泡機にて十分攪拌して供試グリースを得た。得られた供試グリースについて、以下に示すフレッチング試験に供し、摩耗深さを測定した。その結果を表１に併記した。

＜フレッチング試験＞
微小すべりに対する摩耗特性を確認するために、フレッチィング試験を行った。鋼材平板（２０ｍｍ角で厚さ５ｍｍ）型試験片にグリースを塗布し、室温（２５℃）において、ＳＵＪ２製の鋼球１個を９８Ｎの荷重で押し当て、最大接触面圧２．５ＧＰａ、振幅０．４７ｍｍ、振動数３０Ｈｚで８時間微小往復摺動させた。この試験後の鋼材平板の摩耗深さ（μｍ）で評価した。

比較例１に示すように、添加剤を添加しない場合では、耐フレッチング性能に劣った。また、各実施例と比較例２〜４に示すように、各実施例では、他の硫黄系石油添加剤を配合する場合と比較して、優れた耐フレッチング性を得ることができた。

本発明のモータ用グリース封入軸受は、微小な往復運動や振動などを伴う環境で使用されながら、優れた耐フレッチング性を有し、広い温度領域において軸受転走面などでのフレッチングの発生を防止できるので、産業機械用モータ、電装機器用モータ、電気自動車駆動用モータの回転子を支持する軸受として好適に利用できる。

１ 深溝玉軸受（モータ用グリース封入軸受）
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ グリース組成物
８ａ、８ｂ 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 (6)

1. モータの回転子を支持するモータ用グリース封入軸受であって、該軸受は、内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、前記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられるシール部材とを有し、前記転動体の周囲に、基油と、増ちょう剤と、添加剤とを含むグリース組成物を封入してなり、
   前記基油がエステル油を含み、かつ、４０℃における動粘度が２０〜５０ｍｍ^２／ｓであり、
   前記添加剤が、式（１）で表されるリン酸エステルを含み、前記リン酸エステルの含有量が、前記基油および前記増ちょう剤の合計量１００重量部に対して０．５〜４重量部であることを特徴とするモータ用グリース封入軸受。
   

   

   （式（１）において、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３は、それぞれアルキル基である。また、Ｒ_１とＲ_２とＲ_３とは、同一の基であっても異なる基であってもよい。）
2. 前記増ちょう剤が、ウレア化合物であることを特徴とする請求項１記載のモータ用グリース封入軸受。
3. 前記式（１）において、Ｒ_１およびＲ_２がオレイル基であり、Ｒ_３が２−エチルヘキシル基であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のモータ用グリース封入軸受。
4. 前記グリース組成物の混和ちょう度が、２００〜３５０であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項記載のモータ用グリース封入軸受。
5. 前記モータ用グリース封入軸受が、深溝玉軸受であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項記載のモータ用グリース封入軸受。
6. 前記モータ用グリース封入軸受が、産業機械用、電装機器用、または電気自動車駆動用のモータの回転子を支持するものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項記載のモータ用グリース封入軸受。

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