NTN TECHNICAL REVIEW No.75（2007） [ 解説 ] 電装・補機用商品の技術動向と開発商品 Technology trends and development products for accessory 藤庭郁雄* Ikuo FUJINIWA 村松誠* Makoto MURAMATSU 田中唯久* Tadahisa TANAKA 自動車の環境対応，高機能化などの要求を受けて，NTNでは電装・補機用商品の長寿命化，高機能化，及び軽量・コンパクト化に貢献する商品を開発した．本稿ではこれら開発商品の構造，特長並びに評価試験結果を紹介する． In response to the demand of environmental correspondence,high performance, etc. for automobile, NTN developed the accessory products which contribute to long-life, high performance, light weight,and compact . In this paper,we introduce the structure, the feature, and evaluation test result of these development products. 1. にどのように関わり，貢献しているかを紹介する．はじめになお，クラッチ内蔵プーリについては，商品紹介「オルタネータ用小型クラッチ内蔵プーリ」に別掲と自動車は20世紀末から21世紀にかけて，パッシブする．セーフティからアクティブセーフティへの進化，環境保護意識の高まり，利便性の向上要求等の要素が絡み合い，安全，環境（低燃費），快適性，そして低コストを大きな柱に発達してきた．それに伴い，電装・補機を始めとする自動車部品に補機ベルト用オートテンショナオルタネータ用軸受対して，長寿命化，信頼性向上（＝安全），環境負荷物質の廃止，軽量化，コンパクト化（＝環境，低燃費），振動軽減，静粛性向上，手動から電動への移行（＝快適性）等，要求される水準はますます厳しくなってきている． NTN ではこれらの要求に対し，軽量コンパクトな電磁クラッチ用軸受，電気負荷増大に対応するオルタネータ用軸受，補機ベルトの静粛性・長寿命化を支える補機ベルト用オートテンショナやクラッチ内蔵プーリユニット等の商品を開発することで応えている．な電磁クラッチ用軸受お，これらの商品には，環境負荷物質が一切含まれてクラッチ内蔵プーリいないことは言うまでもない．図1にエンジン概略図と上記NTN商品の適用例を示図1 エンジン概略図 Engine and accessory device す．以下の各章ではこれら NTN 商品が自動車の発展 ***自動車商品本部自動車技術部 -110- 電装・補機用商品の技術動向と開発商品 2. 以上に加えて開発した軸受の特長を以下示す．電磁クラッチ用複列軸受 1 耐泥水性向上・従来品に対して泥水浸入量を約1/10に抑制カーエアコンの電磁クラッチ用軸受は，外部からの（図4）水分や塵埃が侵入し易い環境で使用されるため，軸受本来の寿命を確保するには，高い密封性を有するシー・高速回転時においても安定した耐泥水性を確保ル機能を具備することが必須である．また，近年の信・薄肉軸受（断面高さが標準品の約70％）にも対応可能頼性向上要求に対して，グリースの高温長寿命化が課 2 高温長寿命題となっている．今回，これらの要求に応えた軸受を・従来品に対して約２倍の長寿命を確保（図5）開発したので紹介する． 3 環境対応開発したシールは，FEMや品質工学によりシール・亜硝酸ソーダを含有しないグリースリップの接触角度，先端形状やシールが接触する相手摺動面の表面粗さを最適化し，低速回転から高速回転表1 グリース性状表 Grease properties まで安定した密封性を有している．図2に電磁クラッチ用複列軸受の断面図を，図3に従来品と開発品のシ当社従来品開発品ジウレアジウレアエーテル油＋PAO エーテル油ールリップ部形状を示す．また，グリースの長寿命化増ちょう剤については，外輪回転に適したウレア系増ちょう剤の基油適用によって従来品比2倍の長寿命グリースを開発し基油粘度 mm2/s（40˚C） 72.3 た．発錆率 % 10.2 0.8 亜硝酸ソーダ含有非含有表1に従来品と開発品のグリース性状を示す． 100 電磁クラッチ当社従来品図2 電磁クラッチ用複列軸受 Cross-section of double-row bearing for electromagnetic clutch 開発品図3 シールリップ部の形状 Cross-section of seal lip 800 0.4 700 泥水浸入量 g 0.35 0.3 0.25 焼付き寿命 h 試験条件回転数：2,000min-1 荷重：1,960N 泥水量：1L/min 10wt% 試験時間：3時間 0.2 0.15 600 500 回転数：7,000min-1 荷重：1,470N オフセット：13mm 軸受温度：160℃ 雰囲気温度：120℃ 400 300 0.1 200 0.05 100 0 試験条件 0 他社品当社従来品他社品開発品図4 シール性の評価試験結果（シール泥水試験） The evaluation test result of seal nature 当社従来品開発品図5 耐久性の評価試験結果 The evaluation test result of durability -111- NTN TECHNICAL REVIEW No.75（2007） 3. 要求される．軸受各構成部品の特長は以下のとおりでオルタネータ用高温長寿命玉軸受ある．自動車用発電機は当初，ダイナモと呼ばれる直流発 1 軸受材質電機であったが，電装品の装着率増加に伴い，小型で発電能力の大きいオルタネータが使われるようになっ軸受材には高炭素クロム軸受鋼（SUJ2）を採用た．オルタネータには通常，2個の深溝玉軸受が使用し，安価で長寿命を実現した．さらに，特殊熱処されており，オルタネータの小型化，軽量化，高出力理を施して高温での寸法安定性を確保するととも化に寄与している．に，耐脆性剥離性を向上させた．図8に脆性剥離寿命比較試験結果を示す．快適性や安全性，および燃費向上のため車載の電動 2 保持器化が進んだ現在では，オルタネータのさらなる発電量アップが求められている．そのため，運転時の軸受の保持器にはボールの進み遅れによる荷重が絶えず温度は，現在の150℃から180℃程度まで上昇する負荷されるため，高い強度が必要とされる．また，ことが予測され，高温下で寿命が長く，かつオルタネボールを安定して保持するためには，広い温度範ータ用軸受に特徴的な剥離（脆性剥離）のない軸受が囲でポケットすきまが安定していることが重要で求められている．今回，180℃でも連続使用可能なある．本保持器材料には，高温性に優れた芳香族オルタネータ用玉軸受を開発したので紹介する．ポリアミド樹脂を採用し，これら要求に対応して図6にオルタネータの構造図，図7に軸受概略断面いる．図を示す．軸受はロータ，ファン，プーリを含む軸を 3 シール支持し，ハウジングに取り付けられている．フロントゴム材質は，新開発の耐熱アクリルゴムを使用し，軸受は荷重点（プーリ）に近いことから耐荷重性が， 180℃での使用を可能にした．図9にシールゴムリア軸受は周囲の放熱性がよくないことから耐熱性が材料の耐熱寿命線図を示す．フロント軸受リア軸受フロント軸受図6 オルタネータ概略図 Cross-section of alternator 160 10000 100 80 ACM 開発材時間 h 120 時間 h 図7 オルタネータ用高温長寿命玉軸受 Cross-section of bearing and seal 軸受：6303 回転数：0∼20,000min-1 ラジアル荷重：1,617N 電流：1.0A 雰囲気温度：室温 140 リア軸受 60 1000 100 40 20 10 0 開発軸受 SUJ2標準 150 160 180 温度 ℃ 図8 脆性剥離寿命試験結果 Test result of brittle flaking life 図9 ゴム材料耐熱寿命線図 Durability by seal material -112- 200 電装・補機用商品の技術動向と開発商品また，常に締代を確保した公差設定とし，低トル 4. クで，かつグリース洩れや外部からの異物侵入を防止したリップ形状を形成している．補機ベルト用オートテンショナ近年，環境への配慮が高まる中，エンジンの小型軽 4 グリース量化のため，補機類を1本のベルトで駆動するサーペ水素結合力を強化させたウレア系増ちょう剤を使ンタイン式が多く採用され，ベルトの伸びや張力調整用し､添加剤を工夫して高温での寿命を従来比にオートテンショナが必要となっている． 50％向上させた．表2に開発グリースの性状表を，補機ベルト用オートテンショナには，ダンパの構造図10に180℃グリース寿命試験結果を示す．同として，摩擦式と油圧式の2種類があり，NTNでは，高時に，脆性剥離寿命も従来品に対して2倍に向上いダンパ力と高い信頼性により油圧式を採用している．させた． NTN 製オートテンショナの特徴を以下に，構造をなお，このグリースは，亜硝酸ソーダを含有しな図11に示す．い環境対応グリースである． 5 膨張補正軸受 1 軽量リア軸受は，通常は外輪とハウジングの間はすき油圧ダンパ部のケースであるシリンダとばね座は，ま嵌合される．ハウジング材質はアルミであるこアルミダイカスト製とし，鋼製のバルブスリーブととが多く，運転中に軸受がクリープしてハウジンの組合せにより軽量化と耐摩耗性を両立している．グが摩耗すると，発電性能に悪影響を及ぼす． 2 高信頼性 NTNでは，外輪外径部に，線膨張係数が大きく耐油圧ダンパ部の作動オイルの密封にオイルシール熱性に優れた樹脂製リングを冠した膨張補正軸受を採用し，ダンパ内部を気液二層構造とすることを開発し，ハウジングの摩耗防止を図っている．でオイル漏れに対する信頼性を確保している．プーリアーム部とエンジン側それぞれの連結部には，高強度のゴム製ブッシュを採用し，耐摩耗性表2 グリース性状表 Grease properties 増ちょう剤基油を向上させ悪環境下での使用を可能にしている．開発グリース従来グリース芳香族ウレア芳香族ウレア 3 チューニング一般的なレシプロエンジンにおいて，オートテンエーテル+PAO エーテル+PAO 53.5 72.3 100˚C 8.5 10.1 286 300 >260 227 基油動粘度 mm2/s 40˚C 混和ちょう度（60w）滴点（˚C）ショナには図12に示すエンジンクランクの角速度変化に起因する回転2次の正弦波状荷重が入力される．また，図13に示すように，エンジンの回転領域においては，エンジンや補機類の負荷に応じたベルト張力変化が発生し，回転数の低い領域（2000min-1 1000 以下）では特に大きなベルト張力変化があるため，時間 h 高いダンパ力が必要とされる場合が多い．試験温度：180℃ 回転数：10,000min-1 800 油圧ダンパの減衰としては，図14に示すような一方向ダンパであり，そのダンパ力は，エンジン毎 600 の特性に合わせて高ダンパ仕様や低ダンパ仕様な 400 ど最適設定を行うことが可能である．また，リターンスプリングをケースの外側に配置し，多様な 200 ベルト張力要求にも対応可能である． 0 開発グリース従来グリース更に，エンジンの小型軽量化や低燃費に貢献する商図10 グリース寿命試験結果 Test result of grease life 品として，一層小型軽量で低コストを追求した小型補機ベルト用オートテンショナ（図15）の開発も進めていく． -113- NTN TECHNICAL REVIEW No.75（2007）連結部（ゴム製ブッシュ）プーリ部ばね座（アルミダイカスト）シリンダ（アルミダイカスト）止め輪オイルシール空気ロッド油圧ダンパ部ウェアリングリターンスプリングオイルプランジャチェックボールバルブスリーブ（鋼製）バルブリテナプランジャスプリングアーム部連結部（ゴム製ブッシュ）図11 補機ベルト用オートテンショナ構造 Sectional view of auto-tensioner for accessory belt 高ダンパ仕様 3000 最大荷重 2000 1000 最小荷重 0 360 0 720 1080 1440 クランク角度 deg 図12 クランク角速度の生波形 Angular velocity of crank pulley テンショナ発生荷重 N テンショナ入力荷重 N 5000 4000 4000 3000 低ダンパ仕様 2000 1000 ばね力 0 -0.6 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 振幅 mm 「ベルト張力変化大」テンショナ入力荷重 N -0.4 図14 ダンパ特性 Damping characteristics 4000 3000 2000 最大荷重 1000 最小荷重 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 エンジン回転数 min-1 図13 オートテンショナへの入力荷重変動 Auto-tensioner input load variation depend on engine speed 図15 小型補機ベルト用オートテンショナ Compact auto-tensioner for accessory belt -114- 電装・補機用商品の技術動向と開発商品 5. おわりに本稿では，自動車の電装補機品の動向及び， NTN の取り組みについて紹介した．このような電装補機用商品が自動車の安全性，環境対応要求に合致した商品として広く市場展開されることを期待する．また，電装補機用商品に対する要求はますます高まってくることが予想されるため，要求環境に対応できる高機能商品の開発を一層進めていきたい．参考文献１）北野，田中，中川：NTN TECHNICAL No.73 P116 (2005) REVIEW 執筆者近影藤庭郁雄村松誠田中唯久自動車商品本部自動車技術部自動車商品本部自動車技術部自動車商品本部自動車技術部 -115-