(57)【要約】【課題】  従来のモータの軸受装置では、モータの回転軸とこれを回転自在に保持する軸受との摺動接触部分に生じるフリクションの低減が望まれていた。【解決手段】  モータケース１２に収容したモータの回転軸１７を軸受１９で回転自在に保持する装置であって、回転軸１７と軸受１９とが、エステル油及び／又はエーテル油を基油とするグリースを介して摺動接触しており、回転軸１７及び軸受１９の少なくとも一方の摺動接触面に硬質炭素薄膜が形成してあると共に、硬質炭素薄膜の水素含有量を２０原子％以下とすることで、摺動接触部分のフリクションの大幅な低減を実現した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータケースに収容したモータの回転軸を同モータケース内に設けた軸受で回転自在に保持する装置であって、回転軸と軸受とが、エステル油及び／又はエーテル油を基油とするグリースを介して摺動接触しており、回転軸及び軸受の少なくとも一方の摺動接触面に硬質炭素薄膜が形成してあると共に、硬質炭素薄膜の水素含有量が２０原子％以下であることを特徴とするモータの軸受装置。
【請求項２】
硬質炭素薄膜の水素含有量が１０原子％以下であることを特徴とする請求項１に記載のモータの軸受装置。
【請求項３】
硬質炭素薄膜の水素含有量が０．５原子％以下であることを特徴とする請求項１に記載のモータの軸受装置。
【請求項４】
硬質炭素皮膜が形成される部材の基材の表面粗さが、硬質炭素薄膜の被覆前において、Ｒａで０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のモータの軸受装置。
【請求項５】
グリースが、カルシウム若しくはリチウムを含有する金属セッケン、又はウレア系化合物を増ちょう剤とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のモータの軸受装置。
【請求項６】
硬質炭素薄膜の膜厚が、０．３〜２．０μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のモータの軸受装置。
【請求項７】
硬質炭素薄膜が、ＰＶＤ法により成膜したＤＬＣ薄膜であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のモータの軸受装置。
【請求項８】
軸受が、グリースを含浸した焼結金属から成るメタル軸受であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のモータの軸受装置。
【請求項９】
モータが、エンジンの吸気経路等に設けるバルブ装置の駆動源として用いられる減速機構付モータであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のモータの軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車用エンジンにおいて、吸気経路等に設けたバルブ装置の駆動源として用いるのに好適なモータの軸受装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばエンジンのバルブ装置の駆動源には、減速機構付のモータが用いられる。この種のモータは、回転軸に固定したウォームギアを含む減速機構とともにモータケースに収容してあり、このような減速機構付モータでは、ウォームギアを介した回転伝達によって回転軸にスラスト荷重が生じることから、モータケース内にスラスト軸受（メタル軸受）を設け、このスラスト軸受により回転軸を回転自在に保持するようにしている。
【０００３】
一方、近年では、地球の温暖化やオゾン層の破壊など地球規模での環境問題が大きくクローズアップされ、とりわけ地球の温暖化に大きな影響があるといわれているＣＯ２の削減については、各国でその規制値の決め方をめぐって大きな関心を呼んでいる。このＣＯ２削減については、自動車の燃費の低減を図ることが大きな課題の一つであり、各種の摺動機構を有する自動車においては、摩擦係数の低い摺動機構を実現して燃費低減を図るうえで、摺動材料と潤滑油が果たす役割は大きい。
【０００４】
自動車において、摺動材料の役割は、摩擦摩耗環境が苛酷な部位に対して耐摩耗性に優れ且つ低い摩擦係数を発現することであり、最近では、種々の硬質薄膜材料の適用が進んできている。そして、一般に、硬質炭素材料、とくにＤＬＣ（ダイヤモンド  ライク  カーボン）材料は、空気中や潤滑油不存在下における摩擦係数が、酸化チタン（ＴｉＮ）や窒化クロム（ＣｒＮ）といった耐摩耗性の硬質被膜材料と比べて低いことから低摩擦摺動材料として期待されている。
【０００５】
さらに、潤滑油における省燃費対策としては、１，低粘度化による、流体潤滑領域における粘性抵抗の低減、２，最適な摩擦調整剤と各種添加剤の配合による、混合及び境界潤滑領域下での摩擦損失の低減、が提言されており、摩擦調整剤としては、モリブデンジチオカルバメイト（ＭｏＤＴＣ）やモリブデンジチオフォスフェート（ＭｏＤＴＰ）といった有機モリブデン化合物を中心に多くの研究が成されており、従来の鋼材料から成る摺動面においては、使用開始初期に優れた低摩擦係数を示す有機モリブデン化合物を配合した潤滑油が適用され、効果を上げていた。
【０００６】
このようなＤＬＣ材料の摩擦特性や、有機モリブデン化合物の摩擦調整剤としての性能については、例えば非特許文献１及び２報告されている。
【非特許文献１】加納、他，日本トライボロジー学会予稿集，１９９９年５月，ｐ．１１〜１２
【非特許文献２】加納、他（Ｋａｎｏ  ｅｔ  ａｌ．），ワールド・トライボロジー・コングレス（Ｗｏｒｌｄ  Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ）２００１．９，Ｖｉｅｎｎａ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｐ．３４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、エンジンにおけるバルブ装置の駆動源に用いられるモータの軸受装置は、当然のことながら高温の環境下で使用されるが、このような環境下で連続作動させると、オイル切れが発生し易くなり、回転軸と軸受との摺動接触部分のフリクションが増大して応答性や耐久性が低下するという問題点があった。このため、摺動接触部分におけるフリクションを低減させるうえでの改善が望まれていた。
【０００８】
また、非特許文献１には、空気中において低摩擦性に優れる一般のＤＬＣ材料が、潤滑油存在下においては、その摩擦低減効果が必ずしも大きくないことが報告されており、また、非特許文献２によれば、このような摺動材料に有機モリブデン化合物を含有する潤滑油組成物を適用したとしても摩擦低減効果が充分発揮されないことがあることもわかってきた。
【０００９】
さらに、上記したように高温の環境下で使用されるモータの軸受装置については、潤滑剤として潤滑油ではなくグリースが使用されるが、このようなグリースとＤＬＣなどの硬質炭素材料との併用については、未だ検討されていない。
【００１０】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、モータケースに収容したモータの回転軸を同モータケース内に設けた軸受で回転自在に保持する装置において、回転軸と軸受との摺動接触部分に硬質炭素材料とグリースを採用することで、大幅なフリクションの低減を実現することができるモータの軸受装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のモータの軸受装置は、モータケースに収容したモータの回転軸を同モータケース内に設けた軸受で回転自在に保持する装置であって、回転軸と軸受とが、エステル油及び／又はエーテル油を基油とするグリースを介して摺動接触しており、回転軸及び軸受の少なくとも一方の摺動接触面に硬質炭素薄膜が形成してあると共に、硬質炭素薄膜の水素含有量が２０原子％以下であることを特徴としており、これにより回転軸と軸受との摺動接触部分におけるフリクションの大幅な低減を実現する。
【００１２】
また、本発明に係るモータの軸受装置の好適形態は、上記グリースが、カルシウム若しくはリチウムを含有する金属セッケン、又はウレア系化合物を増ちょう剤とすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のモータの軸受装置は、モータの回転軸とこの回転軸を回転自在に保持する軸受との摺動接触部分にＤＬＣなどの硬質炭素材料と特定のグリースを採用したことにより、摺動接触部分のフリクションを大幅に低減することができる。
【００１４】
これにより、高温環境下で連続動作させても、回転軸と軸受との摺動接触部分における焼き付き等の不具合を未然に防止し、耐久性を高めて長寿命化を実現することができ、また、モータの回転速度並びに応答速度の向上やトルクの向上を実現することができると共に、モータの小型化を図ることもでき、これに伴って周辺機器を含むレイアウトの自由度の向上、電力節減及び低コスト化などにも貢献し得るものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明について、さらに詳細に説明する。なお、本明細書において「％」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１６】
図１は、本発明に係わるモータの軸受装置を備えた減速機構付モータを説明する図である。図示の減速機構付モータＭは、図２に示すように、自動車用エンジンの吸気経路に設けたバルブ装置の一例である可変吸気コントロールバルブ（タンブルコントロールバルブ）の駆動源として用いられる。
【００１７】
可変吸気コントロールバルブは、バタフライ式のバルブであって、インテークマニホルド１において、各気筒に対応する個々の吸気経路に設けてあり、低中速時に閉じることにより実効吸気ポートの長さを大きくし、また、高速時に開くことにより実効吸気ポートの長さを小さくして、夫々の回転域でのトルク向上を図るものである。
【００１８】
上記の可変吸気コントロールバルブは、インテークマニホルド１のフランジ２に形成したポート３を開閉する板状のバルブ４と、インテークマニホルド１に対して各ポート３内を通過するように貫通させたバルブ軸５を備えており、インテークマニホルド１内でバルブ軸５を回転自在に保持すると共に、このバルブ軸５にバルブ４がねじ止めしてある。
【００１９】
そして、可変吸気コントロールバルブは、バルブ軸５の端部とフランジ２との間にベアリング６及びリップシール７を介装し、フランジ２にパッキング３０を介して減速機構付モータＭを連結すると共に、同モータの出力部とバルブ軸５の一端部とを連結し、同モータＭによりバルブ軸５及びバルブ４を一体的に往復回動させてポート３の開閉を行う。
【００２０】
上記の減速機構付モータＭは、モータ本体１１を収容するモータケース１２と、モータケース１２の一部を構成するエンドブラケット１３と、減速機構を収容するギアケース１４と、ギアケース１４の端部に嵌合したキャップ１５とによって外観を構成しており、エンドブラケット１３には、図示しない外部電源との接続を行うためのコネクタ１６が一体的に設けてある。なお、モータ本体は、とくに限定されるものではなく、例えばＤＣモータやステップモータなどの各種回転機である。
【００２１】
モータ本体１１は、軸線方向両側に突出した回転軸１７を備えていると共に、エンドブラケット１３内に設けたコイルばね１８によってギアケース１４側に付勢されている。モータ本体１１の回転軸１７は、鋼等の鉄基合金やアルミ合金などの非鉄金属合金に代表される各種金属材料から成るものであって、エンドブラケット１３側では、実質的にモータケース１２内となるエンドブラケット１３の内側に設けた軸受１９により回転自在に保持してあり、また、ギアケース１４側には、減速機構を構成するウォームギア２０が固定してある。
【００２２】
ここで、回転軸１７には、ウォームギア２０を介して回転伝達を行うことでスラスト荷重が生じる。そこで、軸受１９は、スラスト荷重及びラジアル荷重の両方に対処し得るメタル軸受であり、より望ましい例として、後記するグリースが含浸可能な焼結金属から成るメタル軸受を採用している。
【００２３】
減速機構は、上記したウォームギア２０のほか、モータ本体１１の回転軸１７に対して直交する伝達軸２１と、この伝達軸２１と平行な出力軸２２を備えると共に、伝達軸２１に、ウォームギア２０に係合するヘリカルギア２３と、これと同軸状態となるピニオンギア２４を備え、さらに、出力軸２２に、ピニオンギア２４に係合する出力ギア２５を備えている。出力ギア２５は、当該モータＭが往復回動を行うことから、その回動範囲に対応した部分のみに歯を有しており、内部には、例えばバルブ４の開度を間接的に検出するための回転検出用センサなどを設けることができる。
【００２４】
上記構成を備えた減速機構付モータＭは、回転軸１７を軸受１９で回転自在に保持する軸受装置において、回転軸１７と軸受１９が摺動接触する。そこで、当該軸受装置では、回転軸１７と軸受１９との少なくとも一方の摺動接触面に、水素含有量が２０原子％以下である硬質炭素薄膜を形成すると共に、バルブ軸５とバルブ軸受部６との間に、エステル油及び／又はエーテル油を基油とするグリースを介在させた状態にし、これにより摺動接触部分におけるフリクションを大幅に低減している。
【００２５】
また、上記したような減速機構付モータＭにおける軸受装置は、エンジンの高周波振動や圧力脈動（低圧側及び高圧側）を直接受けるとともに高温の環境下で使用されることから、このような環境をも考慮したうえでフリクション低減を図る必要がある。エンジンの種類と高周波振動及び圧力脈動の例を表１に示す。
【００２６】
【表１】
2006220281.tif 000003
【００２７】
そこで、本発明では、上述したように、回転軸１７と軸受１９との摺動接触部分に、エステル油及び／又はエーテル油を基油とするグリースと、水素含有量が２０原子％以下である硬質炭素薄膜を用いることで、上記の環境下においても、摺動接触部分のフリクション低減を実現するものとしている。
【００２８】
これにより、高温環境下で連続動作させても、回転軸１７と軸受１９との摺動接触部分における焼き付き等の不具合を未然に防止し、耐久性を高めて長寿命化を実現することができ、さらに、モータの回転速度並びに応答速度の向上やトルクの向上を実現して、エンジンの性能向上に貢献し得ると共に、モータの小型化を図ることもでき、これに伴ってエンジンルーム内でのレイアウトの自由度の向上、電力節減及び低コスト化などにも貢献し得るものとなる。
【００２９】
また、フリクション低減に伴って、騒音低減の効果も得られると共に、摺動接触部分の温度上昇が抑えられ、これによりさらなる高温の環境下での作動も可能になり、また、軸受１９として、グリースが含浸可能な焼結金属から成るメタル軸受を用いることで、グリースの保持や給油が容易に行われ、これによっても耐久性の向上等を実現する。
【００３０】
上記の硬質炭素薄膜としては、炭素を含有する結晶質又は非晶質の薄膜、とくに、ダイヤモンド薄膜及びＤＬＣ薄膜を挙げることができ、例えば、各種ＰＶＤ法、具体的には、アーク式イオンプレーティング法により形成したＤＬＣ薄膜（ダイヤモンドライクカーボン薄膜）であることが望ましい。
【００３１】
上記ＤＬＣ薄膜は、いわゆるＤＬＣ材料から構成されるものであって、このＤＬＣ材料は、炭素原子を主体として構成された非晶質のものであり、炭素原子同士の結合形態がダイヤモンド構造（ＳＰ３結合）とグラファイト結合（ＳＰ２結合）の両方から成る。
【００３２】
具体的には、炭素原子のみから成るａ−Ｃ（アモルファスカーボン）、水素を含有するａ−Ｃ：Ｈ（水素アモルファスカーボン）、及びチタン（Ｔｉ）やモリブデン（Ｍｏ）などの金属原子を一部に含むＭｅＣが挙げられるが、本発明においては、水素含有量が少ないものほど好ましく、水素含有量が２０原子％以下のもの、好ましくは１０原子％以下、特に０．５原子％以下、更には水素を含まないａ−Ｃ系（アモルファスカーボン系）材料を好適に用いることができる。
【００３３】
硬質炭素薄膜の膜厚としては、対象とする回転軸及び軸受の夫々の種類や要求性能、回転軸及び軸受を構成する夫々の材料の種類、摺動部の表面粗さなどに影響を受けるが、ＤＬＣ薄膜にあっては、例えば０．３〜２．０μｍ程度とするのが良い。
【００３４】
また、硬質炭素薄膜の形成前における基材の表面粗さも、対象とする回転軸及び軸受の夫々の種類や要求性能、回転軸及び軸受を構成する夫々の基材の種類、摺動部の表面粗さなどに影響を受けるが、回転軸及び軸受にＤＬＣ薄膜を適用するに際して、基材が鋼の場合には、硬質炭素薄膜の被覆前の表面粗さが、Ｒａで０．１μｍ以下にすることが好ましい。
【００３５】
さらに、基材がアルミニウム合金の場合は、Ｒａで０．０２μｍ以下、プラスチックの場合はＲａで０．１μｍ以下にすることが好ましい。
【００３６】
さらに、上記硬質炭素薄膜は、通常、回転軸及び軸受の少なくとも一方の摺動面全体に被覆されるが、少なくとも一方の摺動面の一部に被覆されてもよい。
【００３７】
次に、使用するグリースとしては、先述の如く、エステル油及び／又はエーテル油を基油とするものであるが、この基油は、エステル油又はエーテル油のみを含むものに限定されるものではなく、これら以外の天然油や合成油を含んでいてもよい。他の基油成分としては、鉱油やシリコーン油、フルオロカーボン油などを挙げることができる。
【００３８】
エステル油としては、潤滑剤の成分として使用できるものであれば、天然油であるか合成油であるかは不問であるが、具体例としては、ジトリデシルグルタレート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジオクチルセバケート、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、トリメチロールプロパンイソステアリネート、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を挙げることができ、トリメチロールプロパンカプリレートが好適に用いられる。
【００３９】
エーテル油としては、潤滑剤の成分として使用できるものであれば、天然由であるか合成油であるかは不問である。具体例としては、ポリオキシアルキレングリコール、ジアルキルジフェニルエーテル及びポリフェニルエーテルなどを挙げることができ、ジアルキルジフェニルエーテルが好適である。
【００４０】
上述のような成分を含む基油は、代表的には１００℃における基油粘度が２〜１００ｍｍ２／ｓ程度、好ましくは２〜４０ｍｍ２／ｓ程度、さらに好ましくは１０〜２０ｍｍ２／ｓ程度となる。
【００４１】
なお、動粘度が２ｍｍ２／ｓ未満の場合には、充分な耐摩耗性が得られないうえに、蒸発特性が劣る可能性があるため好ましくない。一方、動粘度が１００ｍｍ２／ｓを超えると、低摩擦性能を発揮しにくく、低温性能が悪くなる可能性があるため好ましくない。
【００４２】
また、かかる基油の粘度指数は、代表的には１００以上、好ましくは１２０以上、さらに好ましくは１４０以上となる。粘度指数が高い基油を選択することにより、低温粘度特性に優れるだけでなく、オイル消費が少なく、低温粘度特性、省燃費性能及び摩擦低減効果に優れた組成物を得ることができる。
【００４３】
一方、上記グリースに含まれる増ちょう剤としては、各種の金属せっけん系材料や非金属せっけん系材料を挙げることができる。  金属せっけん系材料としては、高級脂肪酸のナトリウム、カルシウム、アルミニウム、リチウム、バリウム、銅及び鉛塩や、高級脂肪酸と低級脂肪酸又は二塩基酸などとの複合塩を挙げることができる。これらの金属せっけん系材料としては、カルシウムステアレート、リチウムヒドロキシステアレート、リチウムステアレート、ナトリウムステアレート及びアルミニウムステアレートが好適である。
【００４４】
また、非金属せっけん系材料としては、シリカゲルやベントナイトなどの無機系材料（有機増ちょう剤）、銅フタロシアニン、アリル尿素、イミド誘導体及びインダスレンブルーなどの有機系材料（無機増ちょう剤）を挙げることができる。これらの非金属せっけん系増ちょう剤としては、尿素系化合物、例えば、例えば、ジウレア、ナトリウムテレフタラメート及びＰＴＦＥが好適である。
【００４５】
上述したグリースには、上記基油及び増ちょう剤にも、酸化防止剤、清浄剤、摩耗防止剤及び固体潤滑剤などを添加することが可能である。
【００４６】
酸化防止剤としては、特に限定されるものではなく従来からグリースに使用されているものを挙げることでき、例えば、アミン化合物、フェノール、硫黄化合物及びカルバメートを挙げることができる。
【００４７】
また、清浄剤としては、特に限定されるものではなく従来からグリースに使用されているものを挙げることでき、例えば、スルホネート、フェネート、サシリレート及びアミン化合物を挙げることができる。
【００４８】
摩耗防止剤としては、特に限定されるものではなく従来からグリースに使用されているものを挙げることでき、例えば、リン酸エステル、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、硫黄化合物及び塩化物を挙げることができる。
【００４９】
さらに、固体潤滑剤としては、特に限定されるものではなく従来からグリースに使用されているものを挙げることできる。
【００５０】
なお、上述のグリース自体の性状は、使用する摺動機構の目的や作動状況などに影響を受けるが、代表的には、ちょう度が２６５〜２９５程度、滴点が１００〜３００℃程度のものが好ましい。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５２】
（実施例１〜４）
図３に示すように、シリンダ−オン−ディスク単体往復動摩擦試験機を用いて摩擦係数の測定を行うべく、シリンダー状試験片１００及びディスク状試験片２００をＳＵＪ２鋼で作成した。これらのシリンダー状試験片１００及びディスク状試験片２００が回転軸及び軸受に相当する。
【００５３】
次いで、ディスク状試験片２００の上部摺動面表面に、ＰＶＤアークイオン式イオンプレーティング法により、水素原子量０．５原子％以下、ヌープ硬度Ｈｋ＝２１７０ｋｇ／ｍｍ２、表面粗さＲｙ＝０．０３μｍ、厚さ０．５μｍのＤＬＣ薄膜を成膜し、シリンダー状試験片１００とディスク状試験片２００を摺動部材とする本例の摺動機構を製作した。
【００５４】
次に、表２に示すグリースを約０．３ｇ、シリンダー状試験片１００とディスク状試験片２００との間に塗布し、下記の条件下で摩擦試験を行い摩擦係数を測定した。試験片材料及びグリースの成分表示を表２に示す。また、試験１０分後における各例の摺動機構の摩擦係数をグラフ化して図４に示した。
【００５５】
［摩擦試験条件］
・試験装置    ；シリンダーオンディスク単体往復動摩擦試験機
・摺動側試験片；φ１５×２２ｍｍシリンダー状試験片
・相手側試験片；φ２４×７．９ｍｍディスク状試験片
・荷重        ；１００Ｎ（摺動側試験片の押し付け荷重）
・振幅        ；１．５ｍｍ
・周波数      ；５０Ｈｚ
・試験温度    ；８０℃
・測定時間    ；１０ｍｉｎ
【００５６】
（比較例１〜６）
ディスク状試験片２００にＤＬＣ薄膜を成膜しなかった以外は、実施例１〜４と同様の操作を繰り返し、摩擦係数を測定した。得られた結果を図４に示す。
【００５７】
【表２】
2006220281.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係わるモータの軸受装置を備えた減速機構付モータを説明する側部断面図（ａ）及び水平断面図（ｂ）である。
【図２】減速機構付モータを駆動源とする可変吸気コントロールバルブを説明するバルブ正面図である。
【図３】シリンダ−オン−ディスク単体往復動摩擦試験機を概略的に説明する斜視図である。
【図４】摩擦係数を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
Ｍ    減速機構付モータ
１１  モータ本体
１２  モータケース
１３  エンドブラケット（モータケース
１７  回転軸
１９  軸受
【図１】
2006220281.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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