JP4989191B2 - インバータ駆動モータ用グリース封入軸受 - Google Patents

Description

本発明はインバータ駆動モータ用グリース封入軸受に関し、特に産業機械や自動車電装補機用のインバータ駆動モータに用いられるグリース封入軸受に関する。

自動車における電装部品や補機、産業機械におけるモータ等は、年々小型化や高性能化、高出力化が求められており、使用条件が厳しくなってきている。これらには、密封深溝玉軸受が一般的に使用されており、インバータ制御のモータにおいても多く使用されている。インバータ制御することによる利便性（保守点検の簡易化、高速化、可変対応可能等）のため、インバータモータの比率は増加しており、今後もその増加傾向は続く見込みである。インバータ制御は、電圧と周波数とを調整するものであり、インバータ駆動モータに組み込まれる転がり軸受は、インバータ回路からの高周波の電流が流れ込むことにより起こる「電食」と呼ばれる損傷を転走面等において受けることがある。

このような不具合を発生させないように、従来では、軸受を構成する転動体をセラミックスで形成して絶縁することにより、電食による損傷を回避することが提案されている（ 特許文献１および特許文献２参照 ）。
しかしながら、セラミックス製の軸受は非常に高価であり、一般的な対策とは言い難い。
特許第２９９１８３４号 特許第２９３４６９７号

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、安価でかつ電食による損傷を効果的に抑制できるインバータ駆動モータ用グリース封入軸受の提供を目的とする。

本発明のインバータ駆動モータ用グリース封入軸受は、インバータ制御により駆動されるインバータ駆動モータの回転子を支持するインバータ駆動モータ用グリース封入軸受であって、該グリース封入軸受は、内輪と、外輪と、この内外輪間に介在する複数の転動体とを備え、この転動体の周囲に封入されたグリースを封止するためのシール部材を上記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けてなり、上記グリースは、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースに少なくともリン酸化合物を含む添加剤を配合してなり、該リン酸化合物の配合割合はベースグリース 100 重量部に対して 0.05〜10 重量部であることを特徴とする。

上記リン酸化合物がリン酸トリクレジル、リン酸オクチル、リン酸トリフェニルから選ばれた少なくとも一つのリン酸エステルであることを特徴とする。

上記増ちょう剤は、ウレア系またはリチウム石けん系増ちょう剤であることを特徴とする。
また、上記基油は、エステル油、ポリ-α-オレフィン油から選ばれた少なくとも一つの油であることを特徴とする。

本発明のインバータ駆動モータ用グリース封入軸受は、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースに、所定のリン酸エステル、リン酸金属塩等のリン酸化合物を配合したグリースを封入してなるので、インバータ回路からの高周波の電流が流れ込むことにより起こる転走面等での損傷（電食）を抑制し、長時間の使用が可能となる。また、軸受材質にセラミックス等を使用する必要がないため安価に得られる。

本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。モータの回転子を支持するインバータ駆動モータ用グリース封入軸受の一例を図１に示す図１（ａ）は、モータ用軸受を出力モータ用軸受に使用したモータの概略断面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ部拡大図である。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、モータ１０は、主軸１１と連動するプーリ１７にベルト１８を装着して負荷を回転させている。モータ１０は、主軸１１にロータ１３が取り付けられ、その一端にプーリ１７が取り付けられ、空調用ファンなどを回転させるベルト１８が装着されている。また、主軸１１は、ロータ１３の両端に取り付けられた第１ラジアル玉軸受１５および第２ラジアル玉軸受１６（モータ用軸受）によってフランジ１４に回転自在に軸支されている。フランジ１４にはロータ１３に対向してステータ１２が固定されている。さらに、波形ばね座金１９がフランジ１４と第２ラジアル玉軸受１６との間に位置して予圧を付与している。

図１（ｂ）では、ばねを用いて予圧する方法が採用され、さらばね、波形ばね座金１９などがフランジ１４と第２ラジアル玉軸受１６との間に位置して予圧を付与している状態を示している。上記の第１ラジアル玉軸受１５および第２ラジアル玉軸受１６は、それぞれ、図１（ｂ）に示す内方部材としての内輪２、外方部材としての外輪３、転動体としての複数の玉４、および複数の玉４を保持する保持器５によって形成されている。なお、波形ばね座金１９が、上記のように、フランジ１４と第２ラジアル玉軸受１６との間に位置して予圧を付与している。また、玉４の中心を通過する中心線は、ベルト１８によって主軸１１がラジアル方向の荷重が加わり、そのひずみが軸受の内輪２にもおよんで玉４の負荷分担が垂直接触面よりも傾斜した状態になっている。
本実施の形態では、第１ラジアル玉軸受１５および第２ラジアル玉軸受１６として、深溝玉軸受を使用している。なお、深溝玉軸受の他に、たとえばアンギュラ玉軸受や円筒ころ軸受などを使用することもできる。

図２に深溝玉軸受の断面図を示す。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および外輪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ている。少なくとも転動体４の周囲に後述するリン酸化合物を添加剤として配合したグリース７が封入される。

本発明に使用できるリン酸化合物としては、リン酸エステル、リン酸金属塩などが挙げられる。リン酸エステルの具体例としては、リン酸トリクレジル（ＴＣＰ）、リン酸トリオクチル（ＴＯＰ）、リン酸トリフェニル（ＴＰＰ）、リン酸トリブチル（ＴＢＰ）、亜リン酸エステル、酸性リン酸エステルなどが挙げられる。また、リン酸金属塩の具体例としては、リン酸リチウム、リン酸カルシウムなどが挙げられる。これらリン酸化合物は単独で、または 2 種類以上組み合せてグリースに添加してもよい。
これらの中で、金属表面への吸着力が高く、電食による摩耗を低減できる被膜を容易に形成しやすいことからリン酸エステルを用いることが好ましい。特に好ましくは、熱安定性に優れることから、リン酸トリクレジル、リン酸トリオクチル、リン酸トリフェニルである。

本発明に用いるグリースにおいて、添加剤として以上のようなリン酸化合物を配合することにより、リン酸鉄やリン化鉄等の被膜が軸受転走面に生成される。軸受転走面に生成したこれらの被膜は、通電時の摩耗を低減させる効果があり、電食を防止できる。

リン酸化合物の配合割合は、後述するベースグリース 100 重量部に対して 0.05〜10 重量部であることが好ましい。より好ましくは 0.1〜5 重量部 である。リン酸化合物の配合割合が、0.05 重量部未満であると転走面等での電食による摩耗を十分に低減できない。また、10 重量部をこえると異常摩耗を生じる。

本発明に使用できる基油としては、スピンドル油、冷凍機油、タービン油、マシン油、ダイナモ油等の鉱油、高度精製鉱油、流動パラフィン油、ポリブテン油フィッシャー・トロプシュ法により合成されたＧＴＬ油、ポリ-α-オレフィン油、アルキルナフタレン、脂環式化合物等の炭化水素系合成油、または、天然油脂、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、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、アルキルベンゼン油、フッ素化油等の非炭化水素系合成油等が挙げられる。これら基油は単独で、または 2 種類以上組み合せて用いることができる。
これらの中で、耐熱性、潤滑性および低騒音性に優れたエステル油、ポリ-α-オレフィン油を用いることが好ましい。

本発明に使用できる増ちょう剤としては、ベントン、シリカゲル、フッ素化合物、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、力ルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物が挙げられる。
これらの中で、低騒音性、耐熱性、コスト等を考慮するとウレア系またはリチウム石けん化合物が望ましく、より望ましくはウレア系化合物である。

ウレア系化合物は、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ソシアネート、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等が挙げられ、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等が挙げられる。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、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等が挙げられる。

基油にウレア系化合物等の増ちょう剤を配合して、上記リン酸化合物を配合するためのベースグリースが得られる。ウレア系化合物を増ちょう剤とするベースグリースは、基油中でイソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させて作製する。
ベースグリース 100 重量部中に占める増ちょう剤の配合割合は、1 重量部〜40 重量部、好ましくは 3 重量部〜25 重量部配合される。増ちょう剤の含有量が 1 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り、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。

また、本発明においてリン酸化合物とともに、必要に応じて公知のグリース用添加剤を含有させることができる。この添加剤として、例えば、有機亜鉛化合物、アミン系、フェノール系化合物等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾールなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤、金属スルホネート、多価アルコールエステルなどの防錆剤、有機モリブデンなどの摩擦低減剤、エステル、アルコールなどの油性剤等が挙げられる。これらを単独で、または 2 種類以上組み合せて添加できる。

本発明に用いるグリースは、電食による摩耗を抑制できるので、インバータ駆動モータ用グリース封入軸受の寿命を向上させることができる。このため、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等の封入グリースとして使用できる。

実施例１〜実施例６および比較例１〜比較例３
表１に示した基油の半量に、４，４-ジフェニルメタンジイソシアネート（日本ポリウレタン工業社製、ミリオネートＭＴ、以下、ＭＤＩと記す）を表１に示す割合で溶解し、残りの半量の基油にＭＤＩの２倍当量となるモノアミンを溶解した。それぞれの配合割合および種類は表１のとおりである。
ＭＤＩを溶解した溶液を撹拌しながらモノアミンを溶解した溶液を加えた後、100℃〜120℃で 30 分間撹拌を続けて反応させて、ジウレア化合物を基油中に生成させた。
これにリン酸エステルおよび酸化防止剤を表１に示す配合割合で加えてさらに 100℃〜120℃で 10 分間撹拌した。その後冷却し、三本ロールで均質化し、グリースを得た。

得られたグリースの急加減速試験を行なった。試験方法および試験条件を以下に示す。また、結果を表１に示す。

＜音響測定＞
表１に示すグリースを 0.1 g 封入した転がり玉軸受（軸受寸法：φ8×φ22×7(mm)）を用意し、この軸受に 7.8 N のアキシアル荷重をかけ、1800 rpm で 30 秒運転し、振動値Ｇ(ＲＭＳ値)を測定した。下記のように３段階評価した。
◎：振動値が 25 mG 未満
○：振動値が 50 mG 未満
×：振動値が 50 mG 以上

＜通電摩耗試験＞
転がり軸受（５１１０６）に各実施例で得られたグリースをそれぞれ 1 g 封入し、室温、アキシアル荷重 1450 N 下で 2 A の電流を外輪、内輪間に負荷した状態で 2600 rpm の回転数で回転させ、24 時間後に、電食による内、外輪の摩耗量を重量減少量にて測定した。下記のように３段階評価した。
◎：摩耗量が 1 mg 未満
○：摩耗量が 2 mg 未満
×：摩耗量が 2 mg 以上

表１に示すように、各実施例は転がり軸受の転走面で生じる電食を効果的に防止できた。

本発明のインバータ駆動モータ用グリース封入軸受は、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースにリン酸化合物を添加剤として配合したグリースを封入しているので、インバータ回路からの高周波の電流が流れ込むことにより起こる損傷（電食）を抑制し、長時間の使用が可能となる。このため、インバータ制御のモータに用いられる軸受として好適に利用できる。

（ａ）モータ用軸受を出力モータ用軸受に使用したモータの概略断面図である。（ｂ）（ａ）のＡ部拡大図である。 深溝玉軸受の断面図である。

符号の説明

１ インバータ駆動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
８ａ 開口部
８ｂ 開口部
１０ モータ
１１ モータ主軸
１２ ステータ
１３ ロータ（回転子）
１４ フランジ
１５ 第１の玉軸受
１６ 第２の玉軸受
１７ プーリ
１８ ベルト
１９ 波形ばね座金

Claims (4)

1. インバータ制御により駆動されるインバータ駆動モータの回転子を支持するインバータ駆動モータ用グリース封入軸受であって、該グリース封入軸受は、内輪と、外輪と、この内外輪間に介在する複数の転動体とを備え、この転動体の周囲にグリースを封止するためのシール部材を前記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けてなり、
   前記グリースは、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースに少なくともリン酸化合物を含む添加剤を配合してなり、該リン酸化合物の配合割合はベースグリース 100 重量部に対して 0.05〜10 重量部であることを特徴とするインバータ駆動モータ用グリース封入軸受。
2. 前記リン酸化合物が、リン酸トリクレジル、リン酸トリオクチル、リン酸トリフェニルから選ばれた少なくとも一つのリン酸エステルであることを特徴とする請求項１記載のインバータ駆動モータ用グリース封入軸受。
3. 前記増ちょう剤は、ウレア系またはリチウム石けん系増ちょう剤であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のインバータ駆動モータ用グリース封入軸受。
4. 前記基油は、エステル油、ポリ-α-オレフィン油から選ばれた少なくとも一つの油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記載のインバータ駆動モータ用グリース封入軸受。

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