For New Technology NetworkR

TECHNICAL REVIEW No.85
特集
特集

October 2017

自動車商品，電動モジュール商品
corporation

環境保護のため再生紙を使用しています。

自動車商品，電動モジュール商品

ISSN 0915-0528 OSAKA, JAPAN大阪大学「NTN次世代協働研究所」を設立

NTN株式会社（以下、NTN）は、新規事業の創出と技術革新の加速を目的に、国立大学法人大阪大学（本部：大阪府吹田市、総長：西尾章治郎様、以下、大阪大学）大学院工学研究科に「NTN次世代協働研究所」を9月1日に設立いたしました。

NTNは、2018年3月に創業100周年を迎えるにあたり、次の100年に向けた基盤技術の強化と新商品による新たな領域での事業創出に取り組んでいます。このたび大阪大学の協働研究所制度*を活用し、同大学内に「NTN次世代協働研究所」（以下、本研究所）を設立いたしました。研究所長には大阪大学大学院工学研究科の、研究副所長には大阪大学大学院の田中敏宏工学研究科長が就任いたします。
赤松良信特任教授（元NTN執行役員）

NTNは大阪大学と共同で、創薬や再生医療への適用を目的に、大阪大学のiPS由来細胞を用いた細胞積層化技術と当社独自技術である微細塗布装置を用いた、革新的な人工三次元細胞組織の研究開発を進めています。また、本研究所では人工知能（AI）を活用して自動車、鉄道車両、工作機械などの軸受の損傷状態や潤滑剤（グリース）の劣化状況を推定し、軸受余寿命を予測する開発や、軸受に多機能センサを付与することで軸受運転時の傾向管理や破損の未然防止を可能にする技術開発に着手する予定です。また、省エネルギーや自動車の低燃費化に向けた高度なシミュレーション技術を適用した軽量・コンパクトな商品開発や、開発期間の短縮に貢献する研究にも取り組んでまいります。

NTNは、本研究所での活動を通じて、最先端技術を有する大阪大学との産学連携の強化とともに、最新技術の取り込みによる基盤技術の強化、次世代新規事業の創出に向けた研究開発に取り組んでまいります。

＊企業と大阪大学が共通の場で相互に研究の情報・技術・人材・設備等を利用して、研究成果の産業への活用促進、研究高度化、双方の高度人材育成を目指す制度。

NTN TECHNICAL REVIEW No.85
印 刷・発 行

発 行 人

寺阪 至徳
持 田 陽一郎

発行所

大阪市西区京町堀1丁目3番17号

印刷所

NTN株式会社

日本写真印刷コミュニケーションズ株式会社

編 集 人【NTN次世代協働研究所の概要】

名
称
設置場所
開 所 日
研究所長

NTN次世代協働研究所

大阪大学大学院工学研究科内（〒565-0871 大阪府吹田市山田丘2番1号）
2017年9月1日〜
赤松 良信

2017年 10月24日【禁無断転載】京都市中京区壬生花井町3

NTN TECHNICAL REVIEW No.85
自動車商品，電動モジュール商品「自動車商品，電動モジュール商品 特集号」に寄せて

巻頭言

常務取締役

寺阪至徳

大阪大学 大学院工学研究科 ビジネスエンジニアリング専攻 准教授

倉敷哲生

自動車の電動化・自動運転化の課題【 寄稿文 】

【展

特集号 ● 目 次

電動化・自動運転化へのNTNの取り組み

望】

常務執行役員 電動モジュール商品事業部 事業部長

● 電動モジュール商品

14

雅

18

浩希

26

EVモジュール事業部 シャシーシステム技術部 鈴木雄大／程 違鵬EVモジュール事業部 駆動システム技術部 小坂秀一

33

高部真一

40

仲

46

電動モジュール商品事業部

事業推進部

牛田公人／西村説】モータ・ジェネレータ機能付HUBモジュールの開発
商品開発研究所

【論

2

小特集

【商品紹介】電動モータ・アクチュエータシリーズの開発
【解

亀高晃司

1

西川 健太郎／矢田雄司／藤田康之／川村光生／薮田

文】車体運動が G-Vectoring 制御に及ぼす影響● 概説・解説・商品紹介【概説】等速ジョイントの歴史
自動車事業本部【概ドライブシャフト技術部

説】アクスル用軸受の歴史
自動車事業本部【商品紹介】自動車用アルテージ円すいころ軸受

自動車ユニット技術部

自動車事業本部【商品紹介】高速回転対応プーリ用軸受

藤掛泰人／石川貴則／宮入自動車軸受技術部

自動車事業本部

自動車軸受技術部

佐々木克明／和久田貴裕
先端技術研究所 水貝智洋

【商品紹介】低フリクションハブベアリング

56

62

自動車ユニット技術部

関

誠

67

自動車事業本部

自動車ユニット技術部

鬼丸好一

72

ドライブシャフト技術部

小林智茂

78

先端技術研究所川村隆之

84【商品紹介】リア用軽量ドライブシャフト「Ｒシリーズ」
自動車事業本部【解51

自動車事業本部【商品紹介】中・大型二輪車エンジン向けチェーンテンショナ【解進

自動車軸受技術部 川口隼人／深間翔平
自動車事業本部 適用技術部 井上正晴

【商品紹介】トランスミッション用超低フリクションシール付玉軸受自動車事業本部大介

説】潤滑剤による転がり軸受の水素脆性はく離の対策
説】針状ころ軸受の動力学解析における保持器応力と運動の自由度との関係
自動車事業本部

CAE技術部澁谷直人／坂口智也

90【商品紹介】自動車の低燃費化，高機能化に貢献する複合材料商品の紹介
複合材料商品事業部 新商品開発部 堺 香代
複合材料商品事業部 複合材料技術部 山下智典／淺田 一
NTN精密樹脂（株）技術部 石井卓哉

97

●受賞案件の紹介《2016年度「日本粉末冶金工業会 工業会賞 新製品賞・デザイン部門」受賞》

昇圧装置用ハイブリッド磁性材リアクトルコア

複合材料商品事業部 新商品開発部 勝浦 肇／尼野慎也／鈴木翔平
NTNアドバンストマテリアルズ（株）もの造りセンター 高楠利啓

103《2016年度「日本粉末冶金工業会 工業会賞 新製品賞・デザイン部門」受賞》

複層焼結含油軸受《2016年

超複合材料商品事業部 新商品開発部 山口 貴嗣／毛利敏彦
複合材料商品事業部 複合材料技術部 高井一輝

104

モノづくり部品大賞 環境関連部品賞受賞》

低トルクシールリング

NTN精密樹脂（株）技術部 筧幸三／石井卓哉／山添佑樹／山本 宗一郎
複合材料商品事業部 営業技術部 近藤 巧

105

新技術紹介

106

新商品紹介

107

NTN TECHNICAL REVIEW No.85
CONTENTS
Preface

For Automotive Products and Electric Module Products
1

Yoshinori TERASAKA

Issues on Electrification and Autonomous Driving for Automobiles
Contribution

Perspective

Tetsusei KURASHIKI

Dr. Eng. Associate Professor Management of Industry Technology,
Graduate School of Engineering, OSAKA UNIVERSITYNTN Approach toward the Electrification and Autonomous Driving
Koji KAMETAKA

2

14● Special Issue for Electric Module Products
Development of Electric Motor, Actuator Series

18

Kimihito USHIDA and Masashi NISHIMURA

Hub Module with Motor and Generator Function
Kentaro NISHIKAWA, Yuuji YADA, Yasuyuki FUJITA, Mitsuo KAWAMURA and Hiroki YABUTA

Influence of Vehicle Body Motion on the Effects of G-Vectoring Control
Yuta SUZUKI, Shuichi KOSAKA and Weipeng CHENG

26

33● Technical Articles and New Products
History of Constant Velocity Joints

40

Shinichi TAKABE

History of Axle Unit Bearings for Automobile

46

Daisuke NAKAULTAGE Tapered Roller Bearing for Automotive Application
Yasuhito FUJIKAKE, Takanori ISHIKAWA and Susumu MIYAIRIHigh Speed Rotation Ball Bearing for Pulley
Hayato KAWAGUCHI, Shouhei FUKAMA and Masaharu INOUE

Ultra Low Friction Sealed Ball Bearing for Transmission
Katsuaki SASAKI, Takahiro WAKUDA and Tomohiro SUGAI

Low Friction Hub Bearing

51

56

62

67

Makoto SEKI

Chain Tensioner for Motorcycle Engine

72

Kouichi ONIMARU

Light Weight Drive Shaft for FR vehicle「R series」
Tomoshige KOBAYASHI

Effects of Lubricant on Hydrogen-Related Rolling Contact Fatigue Life Improvement
Takayuki KAWAMURA

Relationship between Cage Stress and Degree of Freedom of Motion in Dynamic Analysis for Needle Roller Bearings

78

84

Naoto SHIBUTANI and Tomoya SAKAGUCHI90

Proposal of Low Fuel Consumption and High Functionality of Composite Material Products for Automobile

97

Kayo SAKAI, Tomonori YAMASHITA, Hajime ASADA and Takuya ISHII● Award Winning Products
Japan Powder Metallurgy Association Awards 2016 in the New Products Category (New Design)

Hybrid Magnetic Material Reactor Core for Booster

103

Hajime KATSUURA, Toshihiro TAKAKUSU, Shinya AMANO and Shouhei SUZUKI
Japan Powder Metallurgy Association Awards 2016 in the New Products Category (New Design)

Multi Layer BEARPHITE®

104
Takashi YAMAGUCHI, Toshihiko MOURI and Kazuki TAKAI

2016 “Cho” MONODZUKURI Innovative Parts and Components Award, Environmental Components Award

Low Torque Seal Ring

105

Kouzou KAKEHI, Takuya ISHII, Takumi KONDOU, Yuuki YAMAZOE and Souichirou YAMAMOTO

Our Line of New Technology
Our Line of New Product

106
107

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[ 巻頭言 ]

「自動車商品、電動モジュール商品」特集号に寄せて

常務取締役

寺阪 至徳

地球温暖化、環境汚染等より低炭素化社会の実現が求められて久しく、最近の大きな動きとして
CO2排出削減が強く求められています。「自動車」に対しては、フランス･英国の両政府が相次いで「2040年以降、化石燃料車の販売禁止」との方針を発表し、EV化シフトが鮮明に打ち出されました。
自動車の世界最大市場である中国も追随する動きを見せており、今後、車両のEV化、それに伴う各種部品の電動化が加速し、自動車部品の大きな転換期が到来します。
さらに、別のトレンドとして、車両安全性の向上を目的に自動運転化の実用化開発が急速に進んでおり、すでに部分自動運転となる「レベル2」が市場投入済みで、今後、急激に「レベル3〜5」に進むものと考えられ、自動車の各機械部品に対して高精度・高応答性の電動化制御装置が必要になります。
今後、エンジン車からEVへの転換が進む中で、NTNの基盤製品である軸受、ハブベアリング、等速ジ
ョイントには一層の高機能化の要求が強まり、低トルク化・高効率化とともに、大幅な軽量化についても益々磨きをかける必要があります。
また、EV化に伴う電動化トレンドに向けて、NTNのコアコンピタンスである、トライボロジー、精密加工、解析等を活かし、これまでの空圧・油圧の代替商品として、高精度・高応答性を実現した「電動モータ・アクチュエータ」を開発し、カタログ標準品として販売を開始しました。これまでにない軽量・コンパクト化を実現したモジュール商品であり、トランスミッション、車載ポンプ、各種バ
ルブ等と組み合わせた電動システム商品の対応も含めて、車両のEV化、電動化に貢献しています。
新しい取り組みとして、技術開発の加速と新規事業の創出を目的として、本年9月1日に国立大学法人大阪大学大学院 工学研究科に「NTN次世代協働研究所」を設立し、NTNの技術・技能と大学の知を集結・融合させる次世代技術の研究開発拠点とします。人工知能（AI）を活用することで、自動車、
鉄道車両、工作機械などに適用した転がり軸受の運転状況を検知し軸受余寿命を予測する開発や、軸受に多機能センサを内蔵させ、軸受運転時の傾向管理や破損の未然防止の技術を確立し、軸受の新たな付加価値の創出を目指します。

NTNは2018年3月に創業100周年を迎えます。また、2015年から取り組んでいる中期経営計画「NTN100」の仕上げの時期でもあります。「NTN100」で実施している“次の100年を見据えた変革および礎づくり”を進めるとともに、企業理念「新しい技術の創造と新商品の開発を通じて国際社会に貢献する（For New Technology Network：新しい技術で世界を結ぶ）」のもと、次の100年に向けた「安全・安心」を継続できる新商品の開発を通じて、社会の持続的発展に貢献してまいります。

-1-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[ 寄稿文 ]

自動車の電動化・自動運転化の課題
Issues on Electrification and Autonomous Driving for Automobiles

倉敷 哲生

Tetsusei KURASHIKI

大阪大学 大学院工学研究科 ビジネスエンジニアリング専攻 准教授

自動車を中心とした製造産業分野における我が国の技術開発の大型プロジェクトを俯瞰し，次世代自動車を取り巻く課題と市場予測ならびに自動車の電動化・自動運転化の動向と課題について概説する．さらに，経済産業省 新産業ビジョンにおける移動分野の検討状況・ロードマップについて概説する．自動車の電動化・自動運転化に関しては数多くの課題を有す
るものの，我が国の強みである高い「技術力」と高度な「現場力」を活かし，ソリューショ
ン志向の新たな産業社会に向かって関係者が一丸となって産学官の叡智を結集し，新たな付加価値創出の加速が重要と考える．

An overview of large-scale R&D projects of our country in the manufacturing industry field on automobiles was described.
Technical issues and market forecast on next generation-automobiles, special issues on electrification/autonomous driving,
and the roadmap in the transportation field were also described with public information of each ministry in our country. It is
important to develop additional value with cooperation of industry/academia/government aimed to solution-oriented“connected industries” based on Japan’s high technologies and faculties in the manufacturing filed.

1. はじめに

2. 我が国の製造産業分野の技術開発
プロジェクト

人口減少・グローバル競争など，我が国を取り巻く
経済社会情勢の中長期的な厳しさが増している中で，研究開発プロジェクト俯瞰の一例として，製造産業

イノベーションによる新たな価値創造はこうした状況

技術関連の施策に関するH29年度の各府省の取り組を打破する原動力の一つである．

みを図1に示す．製造産業技術を「資源」，「材料開発」，

中でも自動車産業は，我が国のリーディング産業で「部材加工（製造プロセス）」，「最終製品」に分け，あり高い国際競争力を有し外貨を稼ぎ，国内において各々の領域に関わる案件を開発フェーズ（基礎研究，

は広大な裾野産業と雇用を抱え，地域経済を支えてい研究開発，実用化・実証）の観点で整理したものである．また，その100年余りの歴史の中で，品質・信る．円グラフの大きさはH29年度予算を示しており，

頼性・生産性を不断に追及する姿勢を一貫して推し進文科省・内閣府・経産省における各府省の取り組みをめ，その姿勢を通じて働く人々が成長を遂げていく人

色分けにより示している．予算規模10億円以上のプづくりの役割も担う国民産業である．

ロジェクトを中心に整理しており，我が国の製造産業

本稿では，自動車を中心とした製造産業分野におけ技術の縮図とも言える．

る我が国の技術開発の大型プロジェクトを俯瞰し，自いずれのプロジェクトも複数年にわたり，一企業で動車の電動化・自動運転化の課題について，各府省・は困難な他社との協業が図れる協調要素がある．自動NEDOの公開情報を基に概説する．また，2017年5

車分野に関する主な大型事業としては，革新的新構造

月に公開された経済産業省「新産業構造ビジョン」で材料等技術開発が内閣府・経産省において進められての移動分野（自動走行等）の政策課題と今後の方向性いる．エネルギー使用量及びCO2排出量削減を図るたについても紹介する．

め，その効果が大きい輸送機器（自動車，鉄道車両等）の抜本的な軽量化につながる技術開発を行うものであり，革新鋼板・非鉄金属材・CFRP等の高機能化とコ-2-

自動車の電動化・自動運転化の課題

経産省プロジェクト

文科省プロジェクト

内閣府戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)

基礎研究

研究開発

革新的省エネ化学
プロセス技術開発

資源
確
保・石油資源探索・海底鉱物資源・人工光合成・水素技術
・資源回収 等材料
開発

文科省51.2億円
・製鉄、革新鋼板【H22〜】
・非鉄金属材料
・ファインセラミックス
植物等の生物を・熱電・断熱材料用いた高機能品
・希少金属，レアアース
生産技術の開発
・炭素繊維，CFRP
経産省21.0億円
元素戦略
・CNT，グラフェン
プロジェクト 【H28〜32】
・セルロースナノファイバー 文科省19.9億円
・機能性材料 等【H24〜33 】

経産省21.9億円【経産省H24〜33】

部
材
加
工

・接合技術
・3Dプリンタ
・印刷技術
・レーザー加工

最終
製
品

・自動運転技術・エンジン技術
・車載電池
・宇宙・航空機
・ロボット
・住宅
・インフラ
・建設機器
・発電分野
・エレクトロニクス 等

分
野
横
断

等

・ビッグデータ・AI・IoT
・統合システム 等

実用化・実証

革新的水素エネルギー
貯蔵・輸送等技術開発※金額はH29年度予算

環境調和型製鉄
プロセス技術開発

経産省10.0億円【H25〜34】
SIP 34.9億円【H26〜30】

先端的低炭素化技術開発(ALCA)(各府省公開情報に基づく)

経産省21.0億円【H25〜29】

未利用熱
エネルギーの革新的活用技術開発経産省6.5億円【H25〜34】

革新的新構造材料等
技術開発
経産省36.0億円【H25〜34】
SIP 40.0億円【H26〜30】

次世代構造部材システム技術開発
経産省27.0億円【H27〜31】

高輝度・高効率
次世代レーザー技術開発

3次元造形技術を核としたものづくり革命プログラム
経産省3.5億円【H26〜30】
SIP 10.0億円【H26〜30】

経産省20.0億円【H28〜32】

高温超伝導 大規模インフラの維持管理・
次世代パワー
超低消費電力型
更新等のための高性能
エレクトロニクス 光エレクトロニクス実装 実用化促進
技術開発
モニタリングシステムの技術開発
システム技術開発
省エネ型建設機械
経産省14.0億円
研究開発事業
経産省22.0億円
経産省18.0億円
導入補助事業
経産省5.0億円【H28〜32】【H25〜31】【H24〜33】

SIP 24.0億円【H26〜30】

AI/ビッグデータ/IoT/
サイバーセキュリティ
統合プロジェクト
文科省71.1億円【H28〜】
SIP26.2億円【H27〜31】

経産省29.0億円【H28〜32】

経産省10.0億円【H26〜30】
SIP 31.3億円【H26〜30】

IoT推進のための横断技術開発

計算科学等による
先端機能材料の技術開発

経産省14.1億円【H26〜30】【H29〜30】

革新型蓄電池インフラ維持管理・更新等の 実用化促進
社会課題対応システム開発 基盤技術開発

経産省47.0億円【H28〜32】

経産省24.0億円【H28〜33】

自動走行システム
研究開発・実証事業
経産省26.0億円【H28〜30】
SIP 33.2億円【H26〜30】

ロボット介護機器開発・導入促進事業

経産省16.4億円【H25〜29】

ロボット活用型市場化
適用技術開発経産省17.5億円【H27〜31】

次世代人工知能・ロボット
中核技術開発IoT推進のための経産省45.0億円【H27〜31】
社会システム推進事業
経産省13.4億円【H28〜30】

図1 我が国の製造産業技術開発施策の俯瞰 (各府省公開情報に基づく)
Overview of R&D projects of our country in manufacturing industry field based on public information of ministry

スト競争力を同時に向上させた軽量材料の開発や，小リチウムイオン電池から革新型蓄電池への飛躍型・高効率モータを実現する高性能磁石の開発，接合革新型蓄電池の車載・実用化により，EV の航続距離はガソリン車並に技術，マルチマテリアル化の最適設計手法の開発等が2030 年

革新型蓄電池（亜鉛空気電池 等）行われている．H26〜H34年度までの9年間にわたる事業であり1），現在使用されている輸送機器の原材料を革新的新構造材料に置換することで，抜本的な軽量化（自動車車体の場合50%軽量化），及びH42年

SPring-8
航続距離 250〜300km
エネルギー密度：250Wh/kg

現行

リチウム
イオン電池

度において約373.8万トン／年のCO2排出量削減を目指している．

J-PARC

航続距離 500km 程度
エネルギー密度：500Wh/kg

2020 年頃

先進リチウムイオン電池〈主な解析研究施設〉

リチウムイオン電池の性能限界を大幅に上回る革新型蓄電池によって実現航続距離 120〜200km
エネルギー密度：60〜100Wh/kg

図2 革新型蓄電池実用化促進基盤技術事業
Research & development initiative for scientific innovationof new generation batteries

電動化に関しては，経産省において革新型蓄電池実用化のための基盤技術の開発事業が推進されている1）．
車載用蓄電池市場を巡る中韓メーカ等との国際競争が激化する中で，高度な解析技術を高めつつ革新型蓄電載化に向けて克服不可能な課題がないことを5Ah級の池の研究開発を加速する事業である（図2）．車載用

大型施策セルを用いて確認する計画となっている．詳として求められる耐久性・安全性と高エネルギー密度細については後述の4章で説明する．

はトレードオフ関係にある．高いレベルで両者を両立

自動運転化に関しては，自動走行システムの研究開できる新たな材料や，革新型蓄電池のH42年の車発・実証事業が行われている．経産省では，公道を含載・実用化を目指し，H28〜32年度までの5年間でむ実証事業等を通じ，図3に示す高度な自動走行シス

現状のリチウムイオン電池の5倍（500Wh/kg）のテム（管制自動走行やトラックの隊列走行等）の社会

エネルギー密度を有し，耐久性・安全性等について車実装に必要な技術の開発や事業環境等の整備が行われ-3-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）ている 1）．平成42年度までにトラック隊列走行技術

3. 次世代自動車を取り巻く課題と市場予測を確立し，1台あたり10%程度以上の省エネを目指している．また，内閣府では，大規模実証実験を軸と

3. 1 自動車産業が直面する課題

した研究開発の推進や，事業化・ビジネスモデル構築，

環境・エネルギーの制約，高齢化社会への対応など，

地方展開・産学官連携，国際連携・標準化活動の4分

自動車産業を取り巻く情勢は今後益々厳しさを増す．

野に注力し，事業を推進している（図4） 2）．ITS

今後，10-20年で我が国の自動車産業が直面する課（Intelligent Transport Systems：高度道路交通シ

題としては，自動車産業戦略2014によれば下記の点ステム）による先読み情報等を活用し，信号情報や渋が挙げられる3）．

滞情報等のインフラ情報を活用するシステム（SAE（1）環境・エネルギー制約

レベル4）の市場化が2025年を目途に可能となるよ

地球環境問題の観点から，燃費規制，排ガス規制は，う，協調領域に関わる研究開発が進められている．詳制度および技術の両面においてより深刻となる．

細については後述の5章で説明する．

エネルギーセキュリティの観点から，車も含めて石油依存後の低減を目指した取り組みが本格化する．

①利用者（高齢者等）
は無人自動走行車を呼び出し乗車。

（2）人口増加・一人当たりGDPの増大
遠隔操作・監視2025年までに世界人口は81億人に拡大する．そ②無人自動走行

管制センターの後，アフリカ以外の人口増加は鈍化し，2050年までに横ばいか減少に至る．

④無人自動走行車が自動回送。

③利用者は最終目的
で降車。
地
（自宅等）

人口成長，経済成長により，新興国の中間層が増大

最終目的地
（自宅等）

し，2025年以降，一人当たりGDPが先進国に近づく．

管制自動走行（3）高齢化
2025年までに先進国の，2035年までに新興国の高速道路等

高齢化が進展する．2050年までにアフリカ・インド
以外が高齢化し，的確な対応がなされなければ，自動有人

車保有台数の減少，交通事故の増加へとつながる可能
性がある．

無人

（4）都市の過密化と地方の過疎化

無人

世界の都市人口は2025年に約45億人，2035年

トラックの隊列走行に53億人，2050年に63億人に至る．都市化に伴い，

図3 高度な自動走行システムの実証のイメージ
Image of verification for advanced autonomous
driving system
H26(2014)

H27(2015)[Ⅰ]自動走行システムの開発・ダイナミックマップ構造検討
・ドライバーとシステム間の権限移譲方法
・車車・路車・歩車間通信システムの実証
・情報セキュリティ強化技術 等

H28(2016)

H29(2017)

自動車による社会問題が深刻化する中で，都市インフ
ラ・交通システムの在り方などの問題は重要なテーマとなる．

H30(2018)

重 ①ダイナミックマップ
要 ・データフォーマットなどISOへ
5

2025年以降，過疎化により地方において人口が減

国際標準提案 等

少する一方で，自動車ニーズが高まる可能性がある．

課
題
へ ②情報セキュリティ
統 ・共通モデルに基づいた評価法・
簡略署名検証方式の開発 等合[Ⅱ]交通事故死者削減・渋滞低減 ︵研 ③HMI
実用化に向けたのための基盤技術の整備
究 ・ドライバー/車/歩行者間の相互大規模実証実験
開認識や意思疎通方法の開発
等
・事故低減効果算出シミュレーション構築 発
重要5課題を中心に，の・CO2排出量削減効果測定手法検証 等
実用化への課題抽出
統 ④歩行者事故低減
合 ・歩行者位置高精度化・低コスト ＆解決を加速化
インフラレーダーの開発 等
・[Ⅳ]次世代都市交通への展開
加・ART車両制御システム開発と検証
速 ⑤次世代都市交通
・インフラ情報システム(PICS,PTPS等) 化 ・実運用に向け，ART開発成果の︶織り込み 等
開発 等[Ⅲ]国際連携の構築
・国際連携に向けた体制構築・標準化推進
・国際的に開かれた研究開発環境整備 等（5）新しい価値観の台頭
多様で新しい価値観（デジタルネイティブ，ボーダ
レス，エイジレス等）を持つ顧客層が主要な自動車販売層に成長する．
世界の1990年代以降生まれの人口は，2035年に過半数を超える（2025年に31%，2050年に70%）．

・国際標準に係るキーパーソンとの関係強化
・国際理解、社会受容性向上策の実行

図4 内閣府SIP「自動走行システム」研究開発の工程表
Progress schedule of SIP-adus automated driving
for universal services-4-

自動車の電動化・自動運転化の課題

3. 2 次世代自動車の普及予測

年までに最大30%を目指すとしている．この目標は，温暖化抑制策を重視する国際エネルギー機関(IEA)の

図5に主要国・地域における自動車販売額の推移予測を示す3）．今後，新興国の人口増加と経済発展に連シナリオと比べても極めて野心的なものである．

動して2025年には世界販売が1億台を突破し，市場

また，図6にIEAによる世界の車種別販売台数の将規模は約250兆円になると試算されている．人口増

来予測を示す．IEAでは，2012年に発表したEnergy

加・所得向上に伴い，海外の自動車市場は今後急速にTechnology Perspectivesにおいて，いくつかのシ拡大する中で，我が国の人口は減少し国内市場の縮小

ナリオごとに見通しを公表している．EV・PHVの普圧力や労働力不足といった形で，我が国の自動車産業

及が最も進む2DS improve シナリオ（図6）では，に大きな影響を与える可能性がある．

2025年 に HEV・ PHVが 約 28%， EVが 約 4%，

また，環境・エネルギー制約への対応として，電動2035年にHEV・PHVが約52%，EVが約11%の販車両の導入は重要な解決策である一方で，内燃機関自売シェアを占めると予測されている．また，主要各国

動車は価格競争力も高く，技術革新を続けながら今後政府も2020年〜2050年に向かう中で，EV・PHV

モータリゼーションを迎える市場を中心に需要が拡大

を100万台規模で普及する目標を掲げており，そのする．したがって，グローバルな市場動向を踏まえた

目標達成のため，EV・PHVおよび充電インフラの導上での戦略が必要であり，我が国の自動車産業がグロ入支援（補助金制度），自動車・蓄電池産業に対するーバルに市場シェアを拡大し，新規市場を開拓してい開発・設備投資の支援等，様々なインセンティブ施策

くための最適投資や最適貿易が実現されるよう，障壁を積極的に推進している．
我が国として温暖化対策を率先して進めるととものない市場環境を構築することが重要となる．
エネルギーセキュリティの向上や環境制約への対に，EV・PHV の先進市場の早期確立を目指すならば，

応，自動車産業の競争力強化の観点から，次世代自動パリ協定で共有された目標も踏まえ2DSシナリオに車の普及拡大は自動車産業政策の重要な課題である．

準ずる水準の目標設定が望ましい．こうした点から「日本再興戦略改訂2015」においては，「2030年まEV・PHVロードマップ検討会4）では，官民によるこでに新車販売に占める次世代自動車の割合を5割かられまで以上の取り組みと最大限の成果の発現を前提7割とすることを目指す」とされている．次世代自動に，2020年までで最大で100万台を目指した目標

車の中でもEV・PHVは，FCVと同様にCO2排出削減設定と取り組みが検討されている。

効果が高く，また，災害時に非常用電源として活躍す
表1 乗用車車種別普及目標（政府目標）
Government target of motorization

るなど，これまでの自動車にはなかった新たな価値が期待できることから，国としても普及に支援がなされ2015 年（実績） 2030 年目標ている．表1に政府目標として掲げている乗用車車種

従来車

73.5%

30〜50%

次世代自動車26.5%

50〜70%

ハイブリッド自動車（HV）

22.2%

30〜40%

電気自動車（EV）
プラグインハイブリッド自動車（PHV）

0.27％
0.34％

20〜30%

インドネシア

燃料電池自動車（FCV）

0.01%

〜3%

メキシコ

クリーンディーゼル自動車（CDV）

3.6%

5〜10%

別普及目標を示す4）．EV及びPHVに関しては2030（百万台）120

300
（兆円）

250

100

200

80

タイ

南ア
中国

Passenger LDV sales (million)

インド
ロシア
150

60

ブラジル
オーストラリア

100

40

韓国
カナダ

50

20

米国
欧州
日本

0

0
2035年

2030年

2025年

2020年

2015年

2010年

2005年

2000年

図5

総販売台数

200

FCEV
Electricity

150

Plug-in hybrid
dieselPlug-in hybrid
gasoline

100

Diesel hybrid

50

CNG/LPG

GasolinehybridDiesel

0
2000

2010

2020

2030

2040

2050

Gasoline

出典：IEA/ETP (Energy Technology Perspectives) 2012

主要国・地域における自動車販売額の推移予測
Prospection of sales total for automobiles
by major countries and area

図6 世界の車種別販売台数の将来予測
Prospection of number of vehicle purchases in the world-5-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

自動車メーカがEVの電動走行距離伸長を目指す上

4. 車載用蓄電池の課題

での大きな課題の一つは電池の価格である．ガソリン

4. 1 蓄電池の研究開発の動向と課題

自動車との価格差の主要部を占めており，航続距離の

外部からの充電や再生可能エネルギー由来の電力が制約要因となっている．航続距離の課題の抜本的な解利用可能であり，電力を高効率で利用して走行するEV

決に向けては研究開発を十分に進める必要があり，経およびPHVは低炭素化技術の決め手であり，車載用蓄産省では図7のロードマップを踏まえて，現在の主流電池の技術革新がその普及拡大の鍵を握っている．

であるリチウムイオン電池の高性能化を目指す「リチ

図7にNEDOにより策定されている二次電池技術ロ

ウムイオン電池応用・実用化先端技術開発事業」

ードマップを示す5）．重量当たりのエネルギー密度お（2012〜2016年度）が進められた．また，リチウ

よび出力密度，コスト，寿命を指標として技術開発のムイオン電池のエネルギー密度には工業的な限界が近方向性を示したものである．LIB搭載HEVならびにづいていると言われ，リチウムイオン電池の性能限界

PHV用二次電池を「出力密度重視型二次電池」，EVを大幅に上回る革新型蓄電池の研究開発を実施する用二次電池を「エネルギー密度重視型二次電池」とし，「革 新 型 蓄 電 池 先 端 科 学 基 礎 研 究 事 業 」 (2009〜

用途毎に分類されている．電池コストやエネルギー密

2015年度）が進められた．なお，本事業は2016年

度，出力密度の目標値はセル，モジュール，パックの度からは5年間事業（図2）として，高度解析技術のどれを対象にするかで大きく異なるが，材料系・電池

確立と，車載用蓄電池としての基盤技術の確立が進め系間で比較をする上ではセルを対象にするのが好ましられている．図8にはNEDOによる革新型蓄電池の技

く，セルをベースに公表されている．

術マップを示す5）．革新型電池については明確な定義（BMU 導を含むパックでの表記）

二次電池の用途
出力密度重視型
二次電池

現在（2012 年度末時点）

2020 年頃

エネルギー密度：30 〜 50Wh/kg，出力密度：1,400 〜 2,000W/kg
コスト：約 10 〜 15 万円 /kＷｈ

200Wh/kg,2,500W/kg
約 2 万円 /kWh

カレンダー寿命：5 〜 10 年，サイクル寿命：2,000 〜 4,000

10 〜 15 年，4,000 〜 6,000

LIB 搭載 HEV 用
PHEV 用PHEV の諸元（EV 走行で電池利用率60％とした場合）

エネルギー密度重視型
二次電池

普及初期

（電池利用率 100％とした場合）

60km
50kg
10kWh
20 万円

25 〜 60km
約 100-180kg
5 〜 12kWh
50 万円

エネルギー密度：60 〜 100Wh/kg、出力密度：330 〜 600W/kg
コスト：約 7 〜 10 万円 /kＷｈ

250Wh/kg, 〜 1,500W/kg
約 2 万円 /kWh 以下

500Wh/kg, 〜 1,500W/kg
約 1 万円 /kWh

700Wh/kg, 〜 1,500W/kg
約 5 千円 /kWh

カレンダー寿命：5 〜 10 年，サイクル寿命：500 〜 1,000

10 〜 15 年，1,000 〜 1,500

10 〜 15 年，1,000 〜 1,500

10 〜 15 年，1,000 〜 1,500

EV 用
本格的 EV をめざした
車両の諸元

2030 年以降

普及期
普及期

普及初期
走行距離：
搭載パック重量：
搭載パック容量：
電池コスト：

2030 年頃

普及期

普及初期
走行距離：
120 〜 200km
搭載パック重量：
200 〜 300kg
搭載パック容量：16 〜 24kWh
電池コスト，車両コスト：110 〜 240 万円程度，260 〜 376 万円

250 〜 350km
100 〜 140ｋg
25 〜 35kWh
50 〜 80 万円，200 〜 230 万円

500km 程度
80kg
40kWh
40 万円，190 万円

700km 程度
80kg
56kWh
28 万円，180 万円

二次電池の課題
現行 LIB
課
題
と
な
る
要
素
技
術

正

極

先進 LIB

スピネル Mn 系 他

高容量化・高電位化 等

電解液

炭酸エステル系混合溶媒 他

難燃性・高耐電圧性 等

負

炭素系
微多孔膜

極

セパレータ
電池化技術

長期的基礎・基盤技術の強化
その他課題

ブレークスルーが必要

高容量化 等
複合化，高次構造化・高出力対応 等

革新電池
金属̶空気電池（Al,Li,Zn 等）
金属負極電池（Al,Ca,Mg 等）
等

新電池材料組み合わせ技術 / 電極作製技術 / 固一液・固一固界面形成技術等
界面の反応メカニズム・物質移動現象の解明，劣化メカニズムの解明，熱的安定性の解明，「その場観察」技術・電極表面分析技術の開発 等システムとしての安全性・耐環境性の向上，V2H/V2G，中古利用・二次利用，リサイクル，標準化，残存性能の把握，充電技術 等

図7 NEDO自動車用二次電池ロードマップ
NEDO Roadmap of secondary battery for automobiles-6-

自動車の電動化・自動運転化の課題に，EVから各家庭やビルに電力を供給するシステム

5（V2X電力供給）が現在，着目されている．

リチウムイオン電池

図9に示すV2H（Vehicle to Home）では，EVを

4

作 3
動
電
圧
(V)

ナトリウム
イオン電池

住宅・オフィスビル等に接続することにより，電力ピ

金属̶空気電池

ークシフト，停電時のバックアップ対策，夜間電力活用等に利用可能である．V2G（Vehicle to Grid）でリチウム硫黄電池

2は，夜間や休日等で停車中のEVを地域の電力系統に

2,000Wh/kg

10

金属負極電池（カルシウム，マグネシウム，
アルミニウム等）
0

200

400

600

接続することで車載用蓄電池をスマートグリッド全体

1,000Wh/kgの帯電設備の設置負担軽減を目指すものである．

500Wh/kg

800

1,000

1,200

2014年4月には，屋内配線に給電を行うV2Hと電気容量密度 (Ah/kg)

機器に直接給電を行うV2L（Vehicle to Load）に

図8

革新型電池の技術マップ（容量密度と作動電圧）
Technology map for new generation batteries(Relation between capacitance density and voltage)

ついて，電気安全および車両と接続機器の互換性を確保するために，「電動車両用充放電システムガイドライン」が策定されている．また，2015年8月には，
電気安全環境研究所において「V2H用パワーコンデ

はないが，2030年頃に要求される現行の電池系ではィショナーの系統連系認証（電気自動車等搭載蓄電池

到達し得ない高い性能を達成し得る可能性がある電池（直流接続型）用系統連系保護装置等の認証）」が開始

系について，容量密度と作動電圧の関係を示したもの

されるなど，V2X電力供給の普及が官民により進めである．例として，金属—空気電池，リチウム硫黄電られている．太陽光発電系統からの電力とEV・PHV

池，金属負極電池等が挙げられる．これらの革新型電の蓄電池からの電力を最適に組み合わせて活用する系

池系も現行の電池系と同様に二つの用途（自動車用，

統連系タイプも市場に投入されており，今後の普及が定置用）について展開され，次第に置き換わるものと期待される．

考えられる．

再生可能エネルギーの導入促進の壁として，時間帯

ただし，各電池においては多くの技術課題が存在すや季節・気象条件等による出力変動の調整が挙げられる．NEDO TSC Foresight6） によれば，金属—空る．ユーザがEVを使用する際に十分な電力が車載用

気電池の場合，負極金属における放電生成物の可逆性

蓄電池に充電されていなければ走行距離が不十分となの問題があり，充放電サイクルを繰り返した際の著しり，本来の自動車としての利便性が失われる．車載用い容量低下が指摘されている．また，リチウム硫黄電

蓄電池について高エネルギー密度化や低コスト化，蓄池では，有機電解液を用いた際の充放電時に生成する電容量の増大は避けられない課題である．

多硫化物イオンが電解液中に溶出することが問題とさ

また，東日本大震災では，エネルギーインフラが復れており，これにより充放電効率が低下し寿命が短く

旧するまでの間，自動車が非常用の電源や暖房源としなることが知られている．金属負極電池においても，て利用された事例がある．EV・PHVでは一般家庭の金属—空気電池およびリチウム硫黄電池と同様に負極数日分に相当する電力の供給が可能であり，災害対策

金属の溶解溶出に関する不可逆性の問題がある．様々な革新型蓄電池の候補に関する研究開発が世界全体で活発化している中で，我が国の自動車・蓄電池関連産
業の競争力を維持・向上する観点からも，研究開発の
電力網

さらなる加速を産学官で取り組む必要がある．

V2G

4. 2 V2X機能の活用

V2H

EVは外部から供給された電力を大容量の蓄電池にHEMS貯蔵できることが特長の一つである．外部への給電機

電気自動車

電気自動車

能を備えた車両もあり，放電機能付き充電器等を介せ

図9

ば家庭や施設に電気を供給することも可能である．特-7-

V2G，V2H (NEDO,2015)
V2G, V2H (NEDO, 2015)

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）を含めその価値をより積極的に活用することが望まれ

表2 自動運転レベルの定義概要
Definition of driving automation level

る．ただし，漠然と非常時に備えるというだけではユーザがメリットをイメージすることが困難であること

レベル

安全運転に係る監視，対応主体

概 要から，ユーザや社会にどのような利益が生じるのかを運転者が全てあるいは一部の運転タスクを実施

より明確にし情報提供や普及に努める必要がある．

SAE レベル 0
運転自動化なし¡ 運転者が全ての運転タスクを実施

運転者

SAE レベル 1
運転支援¡ システムが前後・左右のいずれかの車両制御に係る運転タスクのサブタスクを実施

運転者

SAE レベル 2
部分運転自動化¡ システムが前後・左右の両方の車両制御に係る運転タスクのサブタスクを実施

運転者

我が国ではこれまで資源エネルギー庁の「次世代エネルギー・社会システム実証事業」において，V2Hやデマンドレスポンスの技術実証も行われている．今後

自動運転システムが全ての運転タスクを実施

もEV・PHVや再生可能エネルギーの普及状況，電力¡ システムが全ての運転タスクを実施（限定領域内※）システム
SAE レベル 3¡ 作動継続が困難な場合の運転者は，システム （作動継続が困難
条件付運転自動化
な場合は運転者）の介入要求等に対して，適切に応答することが期待されるシステム改革の動向等を踏まえて，技術実証の成果を社会に実装していくための取り組みが求められる．

5. 自動走行における現状と政策課題
5. 1 自動走行の動向
我が国では第10次交通安全基本計画（平成28年3

SAE レベル 4
高度運転自動化¡ システムが全ての運転タスクを実施（限定領域内※）¡ 作動継続が困難な場合，利用者が応答することは期待されないシステム

SAE レベル 5
完全運転自動化¡ システムが全ての運転タスクを実施（限定領域内※ではない）¡ 作動継続が困難な場合，利用者が応答することは期待されないシステム※ここでの「領域」は必ずしも地理的な領域に限らず，環境，交通状況，速度，時間的な条件などを含む．

月）において，「2020年までに交通事故死者数を2,500人以下とし，世界一安全な道路交通を実現する」との国家目標が掲げられている．平成28年の死

実用化者数は3,904人と2年ぶりに減少へ転じたものの，国家目標への到達にはまだ相当の努力が必要である．特に，交差点事故や歩行者事故，自転車・二輪車事故は大きな課題であり，自動車のみならず交通環境の改善
や人への啓発等を含めた統合的なアプローチに取り組

完全運転
自動化

¡ システムが全ての運転タスクを実施（限定領域内※1 ではない）
SAE
レベル 5 ¡ 作動継続が困難な場合，利用者が応答する
ことは期待されない

高度運転
自動化

¡ システムが全ての運転タスクを実施（限定領域内※1）
SAE
レベル 4 ¡ 作動継続が困難な場合，利用者が応答することは期待されない¡ システムが全ての運転タスクを実施
条件付運転 SAE
（限定領域内※1）
自動化
レベル 3 ¡ 作動継続が困難な場合の運転者は，システムの介入要求等に対して，適切に応答することが期待される

む必要がある．
自動運転レベルおよびそれを実現する自動走行シス
テム・運転システムの定義については，米SAE
Internationalが平成28年9月に定めたSAE J
3016の定義がある．定義概要を表2に示す2）．いず
れのレベルにおいても，ドライバーはいつでもシステ
ムの制御に介入することができる．
図10に自動走行システムの実現期待時期を示す2)．

¡ システムが前後・左右の両方の車両制御に係る運転タスクのサブタスク
を実施

部分運転
自動化

SAE
レベル 2

運転支援

¡ システムが前後・左右のいずれかのSAE
車両制御に係る運転タスクのサブ
レベル 1
タスクを実施計画

2025 年目途※2

2020 年目途※2

2017 年

自
動
運
転
レ
ベ
ル
は
道
路
環
境
に
応
じ
て
変
化

¡ 運転者が全ての運転タスク
運転自動化 SAE
を実施
なし
レベル 0

市場化期待時期として，2020年までにSAEレベル3，
2025年を目途にSAEレベル4のシステムの市場化が※1 ここでの「領域」は必ずしも地理的な領域に限らず，環境，交通状況，
速度，時間的な条件などを含む．
※2 民間企業による市場化が可能となるよう，政府が目指すべき努力目標の時期として設定．

可能となることが期待されている．
自動走行システムに関連する新産業は裾野も広い．

図10 自動走行システムの実現期待時期
Target of automated driving system

車載センサ（カメラやレーダー等）を始め，車載通信機，路側通信機，携帯通信機器等の情報通信機器など，
デジタルインフラストラクチャー関連を中心とした大5. 2 自動走行の課題と取り組み

幅な市場拡大が期待できる．また，自動走行システムの実用化・普及に応じ，高精度3次元地図の作成技術

交通事故死者低減の国家目標の達成には，運転支援

や，自動走行システム以外の多方面での情報整備や運システム及び自動走行システムの開発ならびに実用用・高精度位置情報活用サービスといった新たな産業化・普及を促進し，交通事故死者のデータ解析とシミの創成につながる．

ュレーション技術を深化させ，安全施策の効果予測と-8-

自動車の電動化・自動運転化の課題

連続的な実験・開発を行う予定となっている．

検証を可能とする技術開発が重要である．また，2025年を目途にSAEレベル4のシステムの市場化がまた，①のダイナミックマップについては，大規模可能となるよう，協調領域に関わる技術開発を推進す

実証実験においてダイナミックマップの実用化に向ける必要がある．さらに，2020年の東京オリンピッ

た検証を行い，静的高精度地図データの仕様・精度のク・パラリンピックを見据え，東京の発展と高齢化社

検証や，データの生成・更新・配信システムの検証が会を念頭とした，我が国の次の世代に資する次世代交

進められている．

通システムの実運用と，それらの社会実装に向けた社②のHMIについては，標準化提案に向け評価法を確会受容性や制度面といった点が課題として挙げられ

立し，テストコースおよび公道においてドライバー状

る．

態のデータを収集・蓄積することとなっている，

こうした点を鑑み，内閣府SIP (戦略的イノベーシ③の情報セキュリティについては，参加各社の車両

ョン創造プログラム)の「自動走行システム」では，を用いて，対ハッキング性能検証のためのブラックボ

自動走行についてH29年度は下記の5つを重点的に取ックステスト等が行われている．

り組むべき課題として設定している2）．

④の歩行者事故低減については，H28年度までに①ダイナミックマップ（自動走行システムにおいて進得られた成果から，さらなる位置精度向上および地図

路生成のために，従来の地図情報に加え，道路の構を活用したアプリケーション開発を進め，歩行者事故

造や走路の環境等の情報を統合化した地図情報），低減に向けた歩車間通信技術の有効性を公道で検証することとなっている．

②HMI（Human Machine Interface)，⑤の次世代都市交通については，正着制御技術を中③情報セキュリティ，④歩行者事故低減，心としたART（次世代都市交通システム）車両の制⑤次世代都市交通図11に研究開発テーマの分類を示す 2）．自動車産

御技術開発とダイナミックマップと連携したART情業が中心となって実施する自律型システム等の競争領報センター構想の実現に向け，公道での実証を含め具域に対し，SIPでは官民連携での取り組みがより必要体的な形で提案することとなっている．

な基盤技術および協調領域（協調型システム関連）に

上記の大規模実証実験を軸とした研究開発の推進とついての開発・実用化が主として推進されている．

ともに，事業化・ビジネスモデルの構築，地方展開・

さらにSIPでは，大規模実証実験を軸とした研究開

産学官連携，国際連携・標準化活動も重要である．我発が推進されている．平成29年度より常磐道〜首都が国が先導的な役割を果たすことにより得られる価値

高速〜東名高速〜新東名高速300kmとお台場周辺のは社会的にも産業的にも大きく，世界に対する我が国

一般道で大規模実証実験を開始し，H30年度末までとしての貢献にも資することが期待される．

[Ⅰ]自動走行システムの開発・検証[Ⅲ]国際連携の構築①国際的に開かれた研究開発環境の整備と標準化推進

道路交通システム

ドライバー

交
通
環
境

認知
⑤システムセキュリティ
の強化技術
認知

判断

操作
④ドライバーと自動走行システムのHMI技術
判断
操作①地図情報の高度化技術（ダイナミックマップ）

競
争
領
域

②ITS先読み情報の生成技術③センシング能力向上技術②自動走行システムの社会受容性の醸成③国際パッケージ
輸出体制①地域マネジメントの高度化②次世代公共道路
交通システムの開発③アクセシビリティの改善と普及クルマ①死者低減効果見積もり手法＆国家共有データベース②ミクロ・マクロデータ解析とシミュレーション技術③地域交通CO2排出量可視化技術[Ⅱ]交通事故死者削減・渋滞低減のための基盤技術の整備[Ⅳ]次世代都市
交通への展開[Ⅴ]大規模実証実験
協調領域（SIPの取り組み領域）

図11 SIP自動走行システム 研究開発テーマ
R&D theme of SIP-adus automated driving for universal services-9-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

よる価値創出や世代を超えた技能継承などを促すこと

6. 新産業構造ビジョンにおける移動分野の戦略が期待されている．
一例として図13にAI等の共通基盤技術と技術，データのつながりによる革新的な製品・サービスの事例

6. 1 Society 5.0とConnected Industries
IoT，ビッグデータ，人工知能といった破壊的イノを示す7）．AI等の技術革新・データ利活用により，今ベーションによる第4次産業革命が進みつつある中まででは対応しきれなかった「社会的・構造的課題＝で，これらの発展がどのような経済・社会的インパク

顧客の真のニーズ」への対応が可能となる．新技術・トをもたらし，これに向けて我が国はどのような対応

データを活かし，世界の課題解決と我が国の経済成長を取っていくべきか，官民でビジョンを共有し戦略的につなげ，一人一人にとってより豊かな社会を実現すに対応することが不可欠となっている．このような認ることが望まれている．

識の下，経済産業省では産業構造審議会内に「新産業第4次産業革命技術の社会実装が進むにつれ，図14

構造部会」（部会長 伊藤元重 東京大学教授）を設置し，に示すような新たな産業構造転換が考えられ7），業種

官民が共有できるビジョンの策定を進めると共に，官の壁が限りなく低くなる．これにより，全く別の産業

民に求められる対応について検討が進められており，も飲み込む新たなサービスプラットフォームを創出す2017年5月に「新産業構造ビジョン〜一人ひとりの，る動きが拡大する可能性がある．

世界の課題を解決する日本の未来〜」として公開されている7）．以下に，本ビジョンの内容について概説する．

技術

関連データ

革新的な製品・サービス

こ の ビ ジ ョ ン で は ， 図 12に 示 す よ う に Society

運転制御技術

事故データ，
カメラ情報データ

無人自動走行による移動サービス
無人自動走行車 等

5.0（超スマート社会）の実現に向けて最大の鍵とさ生産管理技術事故・
ヒヤリハットデータ

異常・予兆の早期探知等による安全性・生産性向上、保険・格付けの高度化 等

生物データ

新規創薬、機能性食品、先端材料製
造、バイオエネルギー 等

医薬品開発技術
介護に係る技術

健康医療データ
介護データ

個別化医薬品自立に向けた介護ケアプラン 等

れ て い る 7 ）． そ の 中 で ， 新 た に 「 C o n n e c t e d

エネルギー需要設備制御技術

顧客データ

エネルギーデマンドレスポンス、
見守りサービス 等

Industries」の概念が提唱されている．Society 5.0

金融技術

購買・商流データ，
金融市場データ

取引・決済データによる与信、資産運用アドバイスサービス高度化 等れる第4次産業革命技術の社会実装（IoT，ビッグデ

共通基盤技術（人口知能，
IoT，
ロボット）

ータ，AI，ロボット等）により，潜在需要を開花させる新たな製品・サービスの創出や生産性革命が期待さを実現するため，多様な人，組織，機械，技術，国家

バイオインフォマティクス

ゲノム編集

図13 共通基盤技術×産業コア技術×データ
Common fundamental technology, Industrial coretechnology and data

がつながり，新たな付加価値を創出し社会課題を解決する産業社会の概念である．Connected Industriesの推進は，我が国製造業の課題である「付加価値創出・最大化」や人手不足などの課題が顕在化しつつあ

事業主体

る「強い現場の維持・向上」に対して，様々な産業・ヒトの移動<社会の変化>
農耕
社会

工業社会

情報社会

<産業の在り方の変化>

個々の産業ごとに発展

新たな
社会を形成

第2次産業革命
第3次産業革命
動力が革新
自動化が進む（電力・モータ） （コンピュータ）② ドローン製造

自動走行自動車・ドローンの製造③ 情報サービス④ 交通事業（バス・タクシー等）

無人交通サービス⑤ シェアリング事業

ライドシェアリングサービス⑥ 物流事業（トラック・鉄道・ドローン等）

無人物流サービス

図14 第4次産業革命における新たな産業構造転換
New transformation of industrial structure in Industry 4.0

・様々なつながりによる新たな付加価値 人間中心
課題解決型
の創出
・従来、独立・対立関係にあったものが融合し，変化
新たなビジネスモデルが誕生<技術の変化>
第1次産業革命
動力を取得（蒸気機関）

モノの移動

Society 5.0
超スマート社会

Connected Industries

第4次産業革命における再編の軸

第4次産業革命による技術革新の社会実装① 自動車製造
移動手段
提供者

組織・人・もの・技術・データなどがつながることに

狩猟
社会

従来の
再編の軸

もの×もの
人間×機械×システム
企業×企業
人間×人間
（知識や技能の継承）
生産×消費
日本の現場力×デジタル
多様な協働

6. 2 戦略分野「移動する」
産業構造ビジョンでは，我が国が活かすべき強み・機会として次の3点を整理している．

第4次産業革命
自律的な最適化が可能に
大量の情報を基に人工知能が自ら考えて最適な行動をとる

・多様で活用可能性の高い「リアルデータ」の蓄積（現場や市場で起きていることを丁寧に拾い上げる

図12 Society 5.0につながるConnected Industries
Connected industries aimed for Society 5.0

力を活かすことで，リアルデータから新たな価値を-10-

自動車の電動化・自動運転化の課題生み出していける可能性）

上記のように，技術発展に伴い，移動手段，システ

・「モノ」の強さ（先進技術をいち早く取り込み，モム・ネットワーク，雇用・労働，社会受容の各層でリノを刷新し続ける力．ハードとソフトの新たな融合

スクが考えられる．新産業構造ビジョンでは対応策もを実現する可能性）

検討し，ロードマップに織り込まれている．

・社会課題の先進性，大きさ（どこよりも早く多くの

6. 4 「ヒトの移動」のロードマップ

人を幸せにする答えを見出し，グローバルに展開していく可能性）図15に「ヒトの移動」における方向性を示す7）．

上記の各観点から，日本が取るべき戦略分野として自律的な移動手段により安全で多様な移動サービス

以下の4分野を特定している．

提供の実現をイメージしたものである．自動走行を実①「移動する」，②「生み出す・手に入れる」，

現するためには，アルゴリズム等のソフトウェアと，③「健康を維持する・生涯活躍する」，④「暮らす」

センサデバイス等のハードウェアの組み合わせによる

以下では，戦略分野「移動する」について，新産業安全確保のため，特に「認知」と「判断」を可能とす

構造ビジョンにおける見解を概説する．

ることが重要である．図16に「ヒトの移動」に関する重要技術の日本の強み・弱みを示す7）．情報処理を

6. 3 ヒト・モノの移動の課題

支える基盤として，半導体の重要性も高まるため，「認知」等の共通基盤となる車載半導体等の超高効率2030年代の目指すべき将来として，ヒトの移動でAI処理を可能とする技術開発も重要となる．

あれば，「安全に移動（交通事故低減）」，「移動困難者の解消」，「通勤・通学時間の有効活用」などが挙げら
れ，モノの移動であれば，「物流業等の労働需給逼迫

需給マッチングシステム・運行管理システムの解消」，「宅配再配達の負荷減少」，「災害時の緊急対応のカバー範囲拡大」，「離島の生活必需品流通の改自律的移動手段を支える
IT/ICT インフラ

屋内善」，ヒト・モノ移動共通として，「運輸部門のCO2排出量軽減」が挙げられる．革新的技術・データの利活

移動
したい

移動
したい

用により，国内外で「移動」に関連する様々な社会的・構造的な課題が解決される可能性がある．

モビリティロボット

一方で，下記に示す種々のリスクが顕在化する可能

自動走行車（バス・タクシー等），鉄道等

屋内（+ 近場数キロ）

近距離〜中・長距離図15 ヒトの移動における方向性
Future trend of transportation of human性がある．

①セキュリティリスク
自動走行車やドローンが外部により不正にハッキングされ制御不能となり，乗車している人や周囲の

要素技術
①認知

人物に事故が発生するリスク．

強み・弱み

競争の状況

ミリ波レーダー「目」となる
センサデバイス （物体（障害物）の検知）△

欧州系 56％，米系 34％，日系 10％

カメラ（物体（障害物）の識別）△

イスラエル mobileye が圧倒的存在感．
米 Intel による mobileye 買収表明など競争が激化

レーザーレーダー（走行可能な場所の検知）△

欧州系サプライヤが市場の大宗を占め，
日系サプライヤの存在感は限定的

走行経路や運転操作を決定する 自動車本体（アルゴリズム開発の鍵「脳」となる走行データの源泉）＊

日本にも優れた企業が生まれている一方，全体的な層は欧米が厚い「手」となる機構

電子制御ブレーキシステム（縦方向制御）×

欧州系 63％，米系 22％，日系 9％電動パワーステアリング（横方向制御）○日系 55％，欧州系 41％，米系 3％△

車載用マイコン：
欧州系 35％，日系 33％，米系 8％②システムリスク（誤情報の共鳴）
自動走行車がネットワークを通じて誤った情報を共有・増幅することで交通システムが麻痺し，事故②判断が生じるリスク．

③労働・雇用・社会保障リスク③操作

産業構造の変化に伴い，新たなスキル習得，労働条件が必要．こうした変化に，労働市場，雇用制度，
社会保障制度等が対応できないリスク．

④半導体 情報処理を支える基盤④社会受容リスク
自動走行車やドローンが社会に受け入れられる前

車載用半導体※人工知能向け半導体については米系がリード

図16 自動走行の技術における日本の強み・弱み
Advantage and weakness of Japan in automated driving
technologyに，大規模な人身事故が起きること等により嫌悪感や忌避傾向が顕著になる．その結果，技術的に可能であっても社会実装されないリスク．
-11-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

図17に新産業構造ビジョンの中で検討されているードマップを示す7）．隊列走行・自動走行トラックを「ヒトの移動」に関する目標逆算ロードマップを示す7）．

実現するには，隊列走行の後続無人での実証試験（高時期を短期(〜2018年)，中期（〜2020年），長速道路等），最適なトラック隊列の構成や管理を実現

期（2020年〜）に分け，取り組みについて(i)自律的する技術，運用ルールやインフラ面等での事業環境のな移動手段(エッジ)，(ii)基盤的なシステム・インフラ，整備などが重要となる．また，ドローンによる物流に(iii)ビジネス環境・ルールに分けて整理されたもので関しては，目視外ドローン飛行を可能とする技術開発，ある．図の技術開発に加えて，移動分野の課題を解決

運航管理や衝突回避の技術開発，機体の認証や操縦者するための制度改革等も加速する必要がある．

の資格制度等について検討・整備を行う必要がある．

（i）自律的なエッジ，（ii）システム・インフラ，（iii）ビジネス環境・ルール（i）自律的なエッジ，（ii）システム・インフラ，（iii）ビジネス環境・ルール

短期（〜2018 年）目標○モデル地域 10 箇所における自動走行実証iii

長期（2020 年〜）

時期

無人自動走行による特定地域での移動サービス等の実現

サービス地域の拡大 /無人自動走行の市場化

目標○東京オリパラプロジェクトの実現○無人自動走行車の普及（民間事業の拡大），安全基準等の
国際標準化

取
り
組
み
︵
隊
列
走
行
︶

○「認知」「判断」等の共通基盤となる AI 半導体等の技術開発支援（無人自動走行車の普及をターゲットに実現）○走行映像データ・事故データ等の戦略的活用○高速道路の 3 次元高精細地図
開発

取
り
組
み

中期（〜2020 年）○高速道路基盤地図の国際標準化，海外展開○主な国道，地方道における基盤地図の整備iii

目
標○県道，市町村道における基盤
地図の整備○ダイナミックマップの大規模実証○必要な通信インフラ等の選定○政府全体の制度整備方針を検討○新東名における無人隊列走行に向けた後続有人実証実験

中期（〜2020 年）

長期（2020 年〜）

高速道路での後続無人隊列走行の実現

高速道路での後続無人隊列
走行の事業化○新東名における後続無人隊列システムの実証○高速道路における無人隊列走行の距離・走行可能範囲の拡大（東京〜大阪間等）○旅客車両による貨物運送のための要件整理，施行，施行結果を踏まえた検討○隊列走行に用いる技術や実証実験の成果，運用ルール等に応じて，インフラ面等の事業環境の検討○隊列走行に関し，必要に応じてインフラ面等の事業環境の整備

目視外・無人地帯でのドローン
荷物配送の実施

都市を含む目視外・有人地帯でのドローン荷物配送の本格化○福島ロボットテストフィール
ドを活用した運航管理や衝突○ドローン物流等に用いる運航
管理システムや衝突回避技術○道路交通法等におけるルールの在り方 / 保険を含む責任関係の明確化○国際条約の在り方の検討○遠隔運行（1 対 N）のガイド
ライン整備○第三者上空飛行等に係る航空法に基づく審査要領の改訂

査要領の改訂につなげる

図19 「モノの移動」目標逆算ロードマップ
Roadmap of transportation of things

図17 「ヒトの移動」目標逆算ロードマップ
Roadmap of transportation of human

6. 5 「モノの移動」のロードマップ
図18に「モノの移動」における方向性を示す7）．
陸から空にわたる多様な輸送手段をシームレスにつなげる高度な物流サービスの提供をイメージしたものである．図19には「モノの移動」に関する目標逆算ロ

運行管理システム
当初：離島や山間部等への荷物配送

幹線物流
順次：都市を含む地域での荷物配送

事務所
住居○運航管理システムや衝突回避技術の高度化・知能化

取 i
回避の技術開発，性能評価基の確立○運航管理の本格的な社会実装
り
準の策定○国際標準化によるグローバル
組 ii
なサービス市場の獲得
み○重要インフラ・老朽化インフラ点検等の官需・準官需におけるドローン利活用の促進︵
ド○第三者上空飛行等に求める要 ○運航管理に関するルール○目視外飛行等に求める要件
ロ
件（機体，飛行させる者や体 ○操縦者や運航管理者の資格制度（機体，飛行させる者や体制にー
制に係る基準）を検討し，制 ○機体の認証・識別・登録に係係る基準）を検討し，2018
ン iii
る制度
度整備につなげる
年度早期の航空法に基づく審︶○必要な通信インフラの整備○車載セキュリティ確保のための行動計画策定iii

i
ii

短期（〜2018 年）

ドローン

落ちない：性能評価基準による認証等
ぶつからない：衝突回避技術の向上等

倉庫
店舗

ハブ
拠点
自動走行トラック

地域内物流の自動化

ハブ
拠点
隊列走行・自動走行トラック＋

地域間物流の自動化

図18 「モノの移動」における方向性
Future trend of transportation of things

-12-

事務所
住居

自動車の電動化・自動運転化の課題

参考文献

7. おわりに

1）経済産業省HP.
2）内閣府SIP 自動走行システム研究開発計画，(2017).
3）自動車産業戦略2014，経済産業省製造産業局自動車課，(2014).
4）EV・PHVロードマップ検討会報告書，(2016).
5）NEDO二次電池技術開発ロードマップ2013，(2013).
6）NEDO TSC Foresight, vol.5, (2015).
7）経済産業省 産業構造審議会 新産業構造ビジョン，(2017).

自動車を中心とした製造産業分野における我が国の技術開発の大型プロジェクトを俯瞰し，次世代自動車を取り巻く課題と市場予測ならびに車載用蓄電池・自動走行の動向と課題について概説した．さらに，新産業ビジョンにおける移動分野の検討状況・ロードマッ
プについて概説した．自動車の電動化・自動運転化に関しては数多くの課題を有するものの，我が国の強みである高い「技術力」と高度な「現場力」を活かし，ソリューション志向の新たな産業社会に向かって関係者が一丸となって産学官の叡智を結集し，新たな付加価値創出の加速が重要と考える．
なお，本稿作成に際し，経産省，内閣府，NEDOの関係各位に謝意を表する．

〈著者紹介〉倉 敷 哲 生（くらしき てつせい）
大阪大学

大学院工学研究科

ビジネスエンジニアリング専攻

准教授

博士（工学）

1997年3月

大阪大学大学院工学研究科生産加工工学専攻

博士後期課程修了

1997年4月〜2004年3月

大阪大学大学院工学研究科生産加工工学専攻

助手

2004年4月〜2014年4月

大阪大学大学院工学研究科ビジネスエンジニアリング専攻（2011年5月〜同年11月
製造産業局

准教授

ベルギーカトリックルーベン大学 Visiting Professor）

2014年5月〜2016年9月

経済産業省

戦略調整官

2016年10月〜現在

大阪大学大学院工学研究科ビジネスエンジニアリング専攻

准教授【専門分野】
複合材料工学，信頼性工学，数値シミュレーション，機能創成デザイン，リスクマネジメント【主な学会・団体等の活動】
日本材料学会

代議員，日本繊維機械学会

評議員，諮問委員，日本複合材料学会

日本学術会議 第180委員会 影響度・被害評価分科会

主査，

-13-

など多数

代議員，

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[展

望]

電動化・自動運転化へのNTNの取り組み
NTN Approach toward the Electrification and Autonomous Driving

亀 高 晃 司*Koji KAMETAKA

内燃機関の自動車が市場に現れてから，130年あまり経過するが，便利な移動手段である反面，(1)二酸化炭素排出による地球温暖化への影響，(2)事故による人的被害や渋滞による経済損失被害が課題になっている．前者に対しては，二酸化炭素排出量規制の強化が進められている．
自動車各社は，小排気量過給機付きエンジン，ディーゼルエンジン，ハイブリッド自動車（HEV/PHEV），電気自動車（EV）等を開発して市場投入しており，低燃費化のための補機製品の電動化，高効率化も進めている．後者に対しては，自動ブレーキ等の運転アシストを義務付ける方向にあり，自動車各社は自動運転化技術の市場投入を進めている．

NTNもこれらの動きに対して貢献すべく，新たに電動モータ・アクチュエータを開発した．既存のユニット，モジュール商品も含めて，電動化・自動運転化への取り組みを紹介する．
130 years have passed since the automobile with the internal combustion engine appeared on the market andit’s a convenient transportation, on the other hand, (1) the effect on carbon dioxide emission on global warming,and (2) economic loss caused by heavy traffics and human damage caused by the accident. For the former,
strengthen the regulation of carbon dioxide emissions and automobile companies are launched the small engine
with supercharger, diesel engine, hybrid vehicle (HEV / PHEV), electric vehicle (EV) etc. on the market. They
are also promoting the electrification and high efficiency of auxiliary machinery products for lower fuelconsumption. For the latter, it is in the direction to obligate driving assistance such as automatic braking, andautomobile companies are also moving on to introducing autonomous driving technology on the market.
In order to contribute to these trends, NTN also developed a new electric motor / actuator. I introduce NTN's
efforts for electrification and autonomous driving including existing units and module products.

燃料車から，二酸化炭素排出量が少なく燃費の良いハ

1. はじめにイブリッド自動車（HEV/PHEV）や二酸化炭素を全く排出しない電気自動車（EV），燃料電池車（FCV）

冒頭で述べたとおり，自動車はかつてないスピーなどの次世代自動車の開発と普及に努めている．

ドで変化を求められている．特に環境問題は深刻で，自動車の各部品は，燃費向上のための48V化も含

各国とも，2020年以降は非常に厳しい二酸化炭素めて電動化が進められている．

排出規制を施行予定である．この規制を満足できな
い自動車メーカには，高額のペナルティが課される

将来の自動運転への移行を見据えた電動化対応と，可能性がある．又，バッテリ価格が高価であるため，

システム／モジュール商品の開発が今後の燃費改善の電気自動車化の普及速度は遅く，多くの調査機関が，重要な課題になっている．本稿では，自動車の電動2050年でも，内燃機関を搭載した車両は50%以上

化・自動運転化に貢献する NTNの取り組みを紹介す残ると予測している．このため，各自動車メーカは，る．

電気自動車（EV）の開発と並行して，内燃機関の熱効率向上（現在最も優れるもので40％程度）も進め

2. 電動モータ・アクチュエータの開発と
適用事例

ている．
特に欧州での規制が厳しく，2021年の二酸化炭素の企業平均排出量を95g/kmと規制した．これは，自動車の駆動・制御においてさらなる普及が見込ま2008年度比38％以上の燃費改善が必要で，自動車れるバイワイヤ制御に不可欠な，汎用性の高い「電動メーカは従来のガソリン／ディーゼルエンジンの化石

モータ・アクチュエータ」をシリーズ開発した．

*常務執行役員

電動モジュール商品事業部 事業部長

-14-

電動化・自動運転化へのNTNの取り組み

近年，自動車分野においては自動運転化やさらなる

表1 電動モータ・アクチュエータのタイプ
Type of electric motor and actuator

低燃費化が求められており，駆動・制御をサポートする様々なシステムの普及拡大に伴うバイワイヤ制御を

タイプ

特 長

平行軸タイプ（ＢⅡ）¡ 樹脂製ハウジング採用による軽量化¡ パーキングブレーキなどに対応可能な，
逆入力回転防止ユニットを搭載可能¡ 大推力に対応可能なアドオン減速機
ユニット¡ 非接触リニアポジションセンサ内蔵

同軸タイプ
（ＢⅢ）

¡ 同軸配置によるコンパクト設計¡ マグネットとコアの重合構造により，サイズ，トルクと出力を最適化¡ モータの主要構成部品であるマグネッ
ト，コイルを共用化
非接触リニアポジションセンサ内蔵中心とした電動化が急速に進められている．
こうした市場の動向を踏まえ， NTNは，コア技術

1である軸受やボールねじの技術とモータの設計技術，
車両制御のための電子制御技術とを組み合わせ，「電動モータ・アクチュエータ」としてシリーズ開発をした．構成部品や諸元を共用化し，形式やサイズにバリ
エーションを持たせたラインナップにより個別設計が2不要となり，開発期間の短縮が可能となる．
開発した商品は，様々な車載アプリケーションに適応が可能であるが，将来的には自動車だけでなく幅広い分野への適用を目指している．NTNでは，まずは本

2. 1 電動モータ・アクチュエータの適応例

シリーズの早期量産を目指し，車載用途としてグロー

1）電動可変バルブタイミングユニット

バルで販売活動を進めるとともに，アクチュエータを

内燃機関の燃費向上への適応例として，クランクシ

活用したその他機器への適用の拡大を図って行く．

ャフトとカムシャフトの位相を可変として，アトキン
ソンサイクルを実現するカムフェイザーがある．

なお，適用アプリケーションに合わせ，モータの軸配置別に「平行軸タイプＢⅡ（図1）」，「同軸中空タ

従来の油圧方式では精密制御が難しいため，これをイプＢⅢ（図2）」の2タイプ（表１）およびブラシレ可能にした電動可変バルブタイミングユニット（図3）スDCモ ー タ の SPシ リ ー ズ を ラ イ ン ナ ッ プ し て いへ適用できる．この装置の精密制御とともに電動モーる．

タ・アクチュエータにより軽量コンパクト化にも寄与
できる．

駆動モータ

カムシャフト部

モータ（＋減速機）部

直動
出力軸

スプロケット部

ボールねじ

図1

図3

平行軸タイプ ＢⅡの写真と構成図
Picture and structure of B@ series

電動可変バルブタイミングユニット
Electric variable valve timing unit
モータ

中空ボールねじ

直動出力軸
モータコイル

図2

同軸中空タイプ ＢⅢの写真と構成図
Picture and structure of B# series

-15-

遊星ギヤ

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）2）電動EGRバルブユニット

走行時の燃費を向上させるためにベルト張力を低く維持する設定か，いずれか一方の設定を選択しなければ1）と同じく内燃機関の燃費向上に対する事例として，排気ガスを冷却して循環，燃費を向上させる機構ならなかった．

の電動EGRバルブユニット（図4）への適用も可能で「可変推力補機ISGテンショナユニット」は，エンある．バルブとしての制御性，軽量コンパクト化に寄ジンの状態に応じてテンショナの設定を自動的に最適与できる．

化することが可能で，ISGを搭載したエンジン車両において，エンジン再始動時の安定性と走行時の燃費向上の両立を実現した．

モータ部

油圧式のオートテンショナであり，内部設計を工夫することで，オイル流路を従来の経路から流路抵抗の異なる経路とし，その流路を補機ベルトによる力の伝達方向に応じて自動的に切り替える構造とした．これ
バルブ部により走行時には比較的低い張力を与え，燃費向上を
減速機構部

図4

可能にするとともに，エンジンの再始動時には瞬間的に必要な高い張力を確保している．

電動EGRバルブユニット
Electric EGR valve unit

また，切り替え機構のないNTN従来品と部品の共通化を図り，取り付けの互換性も確保した．
ベルト駆動ISG方式は，従来のエンジンから補機レ
イアウトの大幅な設計変更が不要であるとともに，素3. その他 自動運転化・電動化への取り組み

早く静かにエンジンを再始動できることから，マイル

1）可変推力補機ISGテンショナユニット

ドハイブリッドなどにも採用されており，今後さらなる普及が想定される．

アイドリングストップ付エンジン用に可変推力補機
ISGテンショナユニット（図5）を開発した．

2）後輪独立転舵システム

自動車の低燃費化を目的に，信号待ちなどの停車時にエンジンを停止するアイドリングストップ機構を採操舵システムの電子制御を可能にするステアバイワ

用する車両が増えている．アイドリングストップ機構

イヤ操舵システムの技術を応用した「後輪独立転舵シ

では，ドライバーの発進操作を検知してエンジンを再ステム（図6）」を開発した．

始動しており，始動方式として，ジェネレータ(発電自動車の後輪転舵は，高速走行時における車両安定機)がスタータ(始動用モータ)の機能も兼ねる「ISG方や，中・低速走行時のコーナリング性能を向上させる式」が主流となっている．しかし，これまでISG方式の補機ベルトの張力を調整するオートテンショナは，
アイドリングストップ状態からエンジンを再始動する時に必要なベルト張力を確保する設定か，通常の車両

テンショナ（揺動支点）

新規開発品
プーリ
体積：約 60％削減
質量：約 30％軽量化

従来開発品
アーム

図5 可変推力補機ISGテンショナユニット
Auto tensioner unit with variable damper mechanism for ISG

図6 後輪独立転舵システム
Rear-wheel independent steering system-16-電動化・自動運転化へのNTNの取り組み

機構で，後輪転舵の駆動には，電動アクチュエータがに伝達するため，ステアリングとタイヤの間に常時機用いられる．1つのアクチュエータで転舵する「左右械的に締結する要素がなく，路面の凹凸に影響されず，一体型」は左右トー角独立制御の機能がなく，左右そ

俊敏かつ正確なステアリング操作が可能になる．

れぞれにアクチュエータを配置して転舵を行う「左右また，ダイレクトアダプティブステアリングは機能

独立型」は，ばね下重量の増加による走行性能の低下が維持できない故障検出時のため，ハンドルとタイヤが課題である．

を機械的につなぐためのバックアップ機構も有している．

NTNの「後輪独立転舵システム」は，左右一体型
でありながら左右トー角独立制御が可能で，アクチュ「次世代ステアリング用メカニカルクラッチユニット

エータを車両側に設置する．さらに，タイヤの最大転（MCU）」は，ダイレクトアダプティブステアリング

舵速度を10度/秒(従来品:6度/秒)に向上させ，高速のバックアップ機構の実現に貢献している．電磁クラ走行時や緊急回避を必要とする場面などにおいて，車ッチとローラクラッチを組み合わせたコンパクトな構両挙動の応答性能を改善した．また，タイヤの最大転成で，ダイレクトアダプティブステアリング機能時に舵角を±2.5度と広い転舵領域を実現したことで，最は電磁クラッチに通電されることで，ローラクラッチ

小回転半径が小さくなり，駐車時などの運転負荷軽減が解放され，ステアリング操作は電気信号を介してタや将来の自動運転技術にも寄与することが期待できイヤに伝達される．一方，ダイレクトアダプティブス

る．

テアリングの故障検出時には，電磁クラッチへの電源

さらに，NTN従来品と同等の剛性を維持しつつ，体が遮断されるため，ローラクラッチが瞬時に締結し，積を約60%削減することで，質量を約30%軽量化し，ステアリング操作は機械的にタイヤに伝達される．さ車両への搭載性を向上させた．加えて，開発品は左右らに，高負荷容量設計により，機械的締結時の高い信一体の駆動方式で車両側に設置するため，ばね下重量

頼性を有している．

の増加がなく，乗り心地への影響もない．

4. おわりに

3）次世代ステアリング用メカニカルクラッチ
ユニット（MCU）

電気自動車，さらには自動運転化のトレンドには操日産自動車株式会社(以下，日産)が開発した，ダイ

作系，制御系の電動化対応として，電動モジュール／

レクトアダプティブステアリングに使用される，「次システム商品が必須と考える．NTNのコアコンピタン

世代ステアリング用メカニカルクラッチユニット

スであるトライボロジー技術，精密加工技術，精密測（MCU）（図7）」を開発し，2013年より市場展開を定技術，シミュレーション等の解析技術等が活かせる

開始した．

領域である．

従来のステアリングシステムは，ドライバーのステ

自動車分野は，環境の維持改善，安全性向上等の課

アリング操作を，シャフトを介してタイヤに伝達する．

題についてかつてない変化の時期を迎えているが，一方，ダイレクトアダプティブステアリングはドライ

NTNの技術，製品がこれら課題解決の一端となり，社

バーのステアリング操作を，電気信号を介してタイヤ会貢献することができれば幸甚と考えている．
執筆者近影

亀高

図7 次世代ステアリング用
メカニカルクラッチユニット(MCU)
Mechanical clutch unit for next-generation steering晃司

常務執行役員電動モジュール商品事業部
事業部長

-17-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[ 商品紹介 ]電動モータ・アクチュエータシリーズの開発
Development of Electric Motor, Actuator Series

牛 田 公 人* Kimihito USHIDA西村
雅* Masashi NISHIMURA

世界的に自動車の燃費規制が進む中で，種々の電動化による燃費向上への取り組みが加速している．また今後，自動運転技術の実用化が進み『走る，曲がる，止まる』の機能を中心に，バイワイヤ化が大きく進むと予測される．こうした状況下，電動化・バイワ
イヤ化に伴い，各機能を作動させる電動アクチュエータの適用が広がっている．本稿では，NTNが開発した電動モータ・アクチュエータシリーズについて紹介する．

Action to improve fuel economy by applying various electric devices is accelerated while the fuel efficiency
regulation of automobiles progress globally. In addition, the practical use of autonomous driving technology will
advance, and it is predicted that by-wire system will be greatly advanced mainly on the function of "running","
turning" and “stopping". Under such a situation, the application of electric actuators that operated for eachfunction with electrification and by-wire has been expanding. In this section, we introduce the electric motor /actuator series developed by NTN.

1. はじめに(g/km) 6.9L/100km

160

近年，地球温暖化が深刻な問題となっており，その140中で自動車の発展およびそれに伴う移動・物流の発達

CO2 120排出量 100

により，自動車の排気ガスが地球温暖化に与える影響は年々大きくなっている．例えば自動車の温室効果ガスであるCO2の排出比率は全体の2割近くを占め，そ160g/km米国

17km/L
136g/km中国

5L/100km
116g/km日本
EU

130g/km
17.8km/L

61.4mpg
89g/km20.3km/L
114g/km95g/km24.4km/L

80の削減が課題となっている．2016年11月には世界

41.4mpg
132g/km

4L/100km
93g/km3.2L/100km
74g/km

68 〜 78g/km（検討中）29.7 〜 34.1km/L（検討中）60
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030

的な温暖化防止の新たな枠組みであるパリ協定が発効(年)され，各国で温暖化ガス削減に向けた動きがさらに加図1

速している．自動車についても，欧州では2021年に各国の燃費規制1）

Fuel consumption regulation

乗用車のCO2排出量を95g/km以下とする現状では最も厳しい燃費規制を敷き，また米国では2025年を最終

一方で，交通事故による死傷者数の低減も大きな社年度とし乗用車・小型トラック全ての平均燃費として，

会的課題の一つとなっており，日本では内閣府を中心

CO2排出量を100g/km以下とする目標を設定していとしたSIP（戦略的イノベーション創造プログラム）

る．図1に各国の燃費規制を示す．

において，2020年までに交通事故発生後24時間以こうした厳しい規制値をクリアするため，自動車メ内の死者数2,500人以下を目標とする，第10次交通

ーカ各社は車両の電動化を進めており，EVやPHEV

安全基本計画を踏まえた自動走行システムの開発に関の開発に加えて，内燃機関についても，従来は油圧でする取り組みが進められている．東京オリンピック・作動していた車載装置の電動化によりエンジンの負荷

パラリンピックが開催される2020年までに準自動走軽減を図るなど，様々な面から自動車の省燃費化に関行システム（レベル3）を実用化し，2020年代後半以降する取り組みが進められている．

に完全自動走行システムの市場化を目指すとしている．

**電動モジュール商品事業部

事業推進部

-18-

電動モータ・アクチュエータシリーズの開発

図2にSIP自動走行システム研究開発計画に示されパワーシートている自動化レベルの定義を示す．

ワイパ

シートベルト プリテンショナ

ミラー

4WD カップリング（2WD⇔4WD 切替用）

ブレーキブースター

実用化

パワーウインドウ

パワーステアリング

サスペンション

ABS・ESC

計画

パーキングブレーキ

ヘッドライト光軸調整

完全運転
自動化

¡ システムが全ての運転タスクを実施（限定領域内※1 ではない）
SAE
レベル 5 ¡ 作動継続が困難な場合，利用者が応答する
ことは期待されない

高度運転
自動化

¡ システムが全ての運転タスクを実施（限定領域内※1）
SAE
レベル 4 ¡ 作動継続が困難な場合，利用者が応答することは期待されない¡ システムが全ての運転タスクを実施
条件付運転 SAE
（限定領域内※1）
自動化
レベル 3 ¡ 作動継続が困難な場合の運転者は，システムの介入要求等に対して，適切に応答することが期待される¡ システムが前後・左右の両方の車両制御に係る運転タスクのサブタスク
を実施

部分運転
自動化

SAE
レベル 2

運転支援

¡ システムが前後・左右のいずれかのSAE
車両制御に係る運転タスクのサブ
レベル 1
タスクを実施

後輪操舵システム（4WS）
グリルシャッター

2025 年目途※2

2020 年目途※22017 年

集中ドアロック

EV，HEV システム（駆動モータ）（エンジン周辺）
スロットルバルブ，EGR バルブ，
可変バルブタイミングコントロール，A/C コンプレッサ
ウォーターポンプ，オイルポンプ（T/M 用），スーパーチャージャー

自
動
運
転
レ
ベ
ル
は
道
路
環
境
に
応
じ
て
変
化

図3 車の電動化状況
Electrification of automotive

2. 電動モータ・アクチュエータシリーズの紹介
NTNでは車載装置の電動化に対応すべく，アクチ
ュエータのシリーズ化開発を進めており，使用用途を限定せずシャシー・エンジン・トランスミッションな¡ 運転者が全ての運転タスク
運転自動化 SAE
を実施
なし
レベル 0

ど様々なアプリケーションに対応可能とするため，平いずれのレベルにおいても，ドライバーはいつでもシステムの制御に介入することができる前提。準自動走行システム（レベル 3）および完全自動走行システム（レベル 4）については，民間企業による市場化が可能となるよう，政府が目指すべき努力目標の時期として設定．

ズおよびBLDCモータ（ブラシレスDCモータ）のSP

行軸タイプのBⅡシリーズ，同軸タイプのBⅢシリー
シリーズをラインナップしている．
以下に各シリーズの構造と特長を示す．

図2 自動運転の自動化レベル（SIP）2）
Automation level of autonomous driving

2. 1 BⅡシリーズ
自動車メーカ各社も安全性の向上・交通事故の削減

BⅡシリーズはモータの回転を平行軸歯車で減速を目的の一つとして自動運転技術の開発に取り組んでし，ボールねじで直動変換する電動アクチュエータでおり，自動車の基本機能である『走る，曲がる，止まある．本シリーズでは，モータと平行軸歯車の間に遊る』の機能を中心にバイワイヤ化へシフトしていく中

星減速機ユニットを付加し駆動力アップや，位置保持で，各機能を作動させる電動アクチュエータの存在がを行うための逆入力防止ユニットのオプション装着が非常に重要になってきている．

可能な設計としている．またケースやギヤなどを樹脂製とすることで軽量化を図った．

上述の通り，環境規制の強化や自動運転の拡大に伴い，自動車各部の電動化が進んでいる．従来はパワー

図 4， 図 5に BⅡシ リ ー ズ の 外 観 お よ び 構 造 を 示

ウインドウ，集中ドアロック，パワーシート，電動ミ

し，図6にBⅡシリーズのバリエーション，表１にラーなど主に快適性・利便性に関する装置を中心に電BⅡシリーズの仕様（代表）を示す．

動化が進んできたが，低燃費化や安全性がより重要になってくる中で，エンジンやトランスミッションの各部においても電動化が進んでいる．図3に自動車における主な電動化状況を示す．

NTNではこうした自動車を取り巻く状況の変化に対応し，自動車の燃費向上・自動運転化による安全・安心な社会実現に貢献すべく，コア技術である軸受やボールねじの製品技術とモータの設計技術，車両制御のための電子制御技術を組み合わせた電動モータ・ア
クチュエータシリーズを開発した．本稿ではその詳細

図4について報告する．

-19-

BⅡシリーズの外観（BⅡ00）
Appearance of B@series

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

遊星減速機ユニット※
Planetary reduction unit

駆動モータ
Motor

ストロークセンサ IC 収納部
Storage part for sensor IC

マウント用ボス
Mounting boss

逆入力防止ユニット※

Reverse input prevention unit

出力軸端部

Out put shaft end

ブーツ

まわり止め軸端部

Boots

Rotation stopper end

ボールねじナット軸受※オプション装着可能ユニット

Bearing unit for ball screw

図5

逆入力防止なし

BⅡシリーズの構造（BⅡ11）
Structure of B@series

呼称

図7にBⅡシリーズの作動ブロック図を示す．作動

BⅡ00

は，モータコントロールECUから供給される制御電

遊星なし

流によりモータが回転し，そのトルクが遊星減速機で逆入力防止あり

BⅡ01

増幅（減速）され，ドライブギヤからドリブンギヤに伝達される．さらに，ドリブンギヤに固定されたボー

逆入力防止なし

ルねじナットが回転し，回転規制されたボールねじシ

BⅡ10

ャフトが直動する．移動量は，ストロークセンサによ遊星あり
逆入力防止あり

図6

り計測され，都度，ECUに送信している．

BⅡ11

また，逆入力防止ユニットについては，ロック用モ

BⅡシリーズのバリエーション
Variation of B@series

ータの回転がすべりねじによって直動化され，そのすべりねじに取り付けられたロックプレートが，ドライ
ブギヤに設置したポケットに入ることにより，ギヤ回

表1

BⅡシリーズの仕様（BⅡ00）
Specification of B@series

型番

BⅡ00（DCモータ駆動式直動アクチュエータ）質量

1.1kg（ハーネス・ブラケット類含まず）

モータ

ストール電流46Ａ仕様

定格出力

20W

最大出力

100W

定格推力

400N

最大推力

1,400N

応答性

0.2s／25mm

最高速度

192mm/s

制御方式（ストロークフィードバックPID位置制御）

転を規制する機構となっている．

モータコントロール ECU

制御電流
制御電流

モータ
ロック用モータ

遊星減速機
ストローク情報

ドライブギヤロックプレート

すべりねじ

ドリブンギヤ
ボールねじナット
ストロークセンサ

図7-20-

ボールねじシャフト

回転規制

シャフトカバー

BⅡシリーズの作動ブロック図（BⅡ11）
Block chart of B@series電動モータ・アクチュエータシリーズの開発

2. 2 ＢⅢシリーズ

図10にBⅢシリーズの作動ブロック図を示す．作

BⅢシリーズは，NTNで開発した中空構造の高出力

動は，モータコントロールECUから供給される制御

BLDCモータとボールねじを組み合わせ，モータの中電流によりモータが回転し，（遊星減速機付きの場

空部に直動機構を配置したコンパクトな電動アクチュ

合，そのトルクが増幅され）その回転力がボールねじ

エータである．BⅢシリーズはBⅡと異なり，コンポ

ナットに伝わり，回転規制されたボールねじシャフト

ーネントに直接取り付ける用途を想定している．図8，が直線運動を行う．移動量は，ボールねじシャフトに9にBⅢシリーズの外観および構造を示す．

内蔵されたストロークセンサにより計測され，都度，
ECUに送信している．

モータコントロール ECU
制御電流
モータ
遊星減速機

ストローク情報

ボールねじナット
ストロークセンサ

図8

三相ブスバー

モータカバー

BⅢシリーズではマグネット・ステータコア・コイ

Bus barHall sensor IC board

回転規制

図10 BⅢシリーズの作動ブロック図（BⅢN）
Block chart of B#series

BⅢシリーズの外観（BⅢN）
Appearance of B#series

ホールセンサ IC 基板

ボールねじシャフトル（ボビン含む）などの磁気回路構成部品を共用化できる設計とし，シリーズラインナップを構築している． 具体的には，図11に示すようにBⅢH／BⅢN／
BⅢWは同一径でコアの厚み違いとし，BⅢN⇒BⅢL
は磁極数を12極から16極に変更するなど，構成部品を共有化しつつ胴長化や大径化・多極化により，それぞれ回転数アップやトルクアップを図り，様々なア

モータ動力線カプラ

Coupler for motor power

プリケーションに適用できるよう設計している．表2

ストロークセンサ IC 基板
Stroke sensor IC board

センサ信号用カプラにBⅢシリーズのラインナップを示し，図12にBⅢシ

Coupler for sensor signal

モータステータMotor stator

リーズの性能曲線を示す．
ボールねじナット
Ball screw nut⇒

中空ボールねじ軸
Hollow shaft ofball screw

回
転
数
ア
ッ
プ

コア

BⅢH

厚

Motor coil

遊星減速機※Out put shaft

BⅢS

Planetary gear
※オプション装着可能ユニット

2

巻線仕
チュー 様変更にて
ニング

直動出力軸
モータコイル

1/

・
ップ
径ア 化
極
多

BⅢL
コア厚
2倍

巻線仕
チュー 様変更にて
ニング

・ BⅢN 巻線仕様
チュー 変更にて
小径 化
ニング
少極
BⅢW 巻線
仕巻線
チュー 様変更にて
仕様
ニング
変
チュ
ーニ 更にてング

トルクアップ⇒

図9 BⅢシリーズの構造（BⅢN）
Structure of B#series

図11 ＢⅢシリーズ化のコンセプト
Concept of B#series-21-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）
表2

ＢⅢシリーズのラインナップ
B# series line-up

160

直動性能

BⅢS

最高
最高
外寸
最高
出力時
出力時
（mm）
出力
推力
速度
（W）
（mm/s） （N）
107
1,300
φ61ｘ45 140

BⅢSP

φ61ｘ53

型番

40

130

3,300

BⅡ
（参考）

140

全
ストローク
（mm）

BⅢS

（φ61）

最 120
高
出 100
力
時
速 80
度
60
mm/s

15
15

BⅢR

（φ70）

φ70ｘ40

145

95

1,500

10

40

BⅢRP

φ70ｘ48

140

36

3,800

10

20

20W

0

φ80ｘ49

155

48

3,200

10

φ80ｘ57

135

18

7,400

10

BⅢH

φ80ｘ35

155

96

1,600

10

BⅢW

φ80ｘ68

75

20

3,700

30

BⅢM

φ90ｘ50

150

40

3,800

10

BⅢMP

φ90ｘ58

140

15

9,300

10

BⅢL

□100ｘ83 110

31

3,600

40

BⅢLP

φ100ｘ91 110

12

9,000

40

BⅢM

（φ90）

BⅢL

（□100）

BⅢR
BⅢN

（φ80）

100W

50W

BⅢNP

BⅢN

200W

0

2,000

4,000

6,000

最高出力時推力

8,000

10,000N

図12 ＢⅢシリーズの性能マップ
Performance map of B#series

2. 3 ＳＰシリーズ
SPシリーズは NTNが開発したBLDCモータシリー
ズである．BⅢシリーズのモータ部をベースに設計しており，中空モータ構造で，中空部に減速機を組み込むことができるため，薄型で高トルクの回転アクチュ
エータとして適用が可能である．図13にSPシリーズの外観を示し，図14にSPシリーズの性能マップを示す．
図13 SPシリーズの外観
Appearance of SP motor series

4,000
3,500

最
大
出
力
時
回
転
数

3,000

薄型タイプ

200W

100W

標準タイプ
胴長タイプ

2,500
2,000
1,500

50W

min-1 1,000
500
0
0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5
3.0
最大出力時トルク Nm

3.5

図14 SPシリーズの性能マップ
Performance map of SP motor series

-22-

4.0

4.5

5.0

5.5

電動モータ・アクチュエータシリーズの開発

3. 電動アクチュエータの性能事例
電動アクチュエータの性能事例としてBⅢモータ性
能評価を以下に示す．
BⅢアクチュエータに適用するモータについては，
設計時に磁場解析ソフトを用いた磁気回路シミュレー
ションを行い，形状の最適化を行った．表3にシミュ
レーションを行ったBⅢモータの諸元を示す．

表3 モータ諸元Specification of motor
型式

BⅢN

極数

12

スロット数

18

結線方式

スター結線

相電流ピーク40Arms

最大出力※

209 W

最大トルク※

2.41Nm基底回転数※

740min-1

最高回転数※

2,170min-1※常温性能（25℃）

試作品を用いた単体試験を行い，解析通りのモータ
特性が得られているかを検証した結果，回転数に若干差異は認められるが，40Armsで発生するトルクは概ね一致し，ほぼ狙い通りの性能が得られた．磁場解

図15 磁束密度ベクトル図
Vector map of magnetic flux density

析ソフトによるシミュレーションの一例（磁束密度ベクトル図）を図15に，モータ単体測定結果を図16に示す．

4. 電動アクチュエータの適用提案例
NTN電動アクチュエータの適用提案例について以

3

下に示す．

実測値
シミュレーション結果

2.5

4. 1 トランスミッション・電動シフトセレクタ

2

ト
ル
ク 1.5
Nm

ATやCVTではシフトレバーがトランスミッションにリンケージなどで接続され，シフトセレクトを行うが，本部位にBⅡアクチュエータを適用することでシ1

フトセレクトを電動化することが可能である．シフト

0.5
0

セレクトの電動化によりシフトレバーの配置自由度の
0

500

1,000

回転数

1,500

min-1

2,000

向上や，シフトレバーをボタン・ダイヤル等に置き換

2,500えることが可能となり，自動車の運転席周りの設計・
デザイン自由度が増すなどの利点がある．また近年欧

図16 ＢⅢモータのトルク特性（sin-cos センサ制御駆動）
Torque characteristics of B#motor(sin-cos sensor control)

州を中心に拡大しているDCT（デュアルクラッチト
ランスミッション）のクラッチ・シフト用アクチュエータとしても適用可能である．
-23-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

図17にトランスミッション（CVT）へのBⅡアク
チュエータ適用例を示す．

BⅡアクチュエータ

カム
スプロケット部
クランクシャフト部

チェーン

図18 OHCエンジンのカムシャフト駆動構造
Camshaft driven structure of OHC engine
シフトポジションセンサ

シフトアクチュエータへの適用例
Shift actuator

バルブリフト量

図17※上図はあくまで使用例を示すものであり，現時点で特定の完成車メーカへの提供を示すものではない．

4. 2 電動可変バルブタイミングユニット< バルブオーバーラップ量が 0 の状態 >吸気

排気排気バルブ閉吸気バルブ開クランク角度ＯＨＣエンジンでは，クランクシャフトの回転を，バルブリフト量

チェーンを介してカムシャフト端部に取り付けられた
カムスプロケットに伝え，カムシャフトを回転させる
ことで吸排気バルブの開閉を行う（図18）．可変バルブタイミングコントロール機構は，そのスプロケッ< バルブオーバーラップ量が

正

の状態 >

吸気

排気

クランク角度
排気バルブ閉バルブオーバーラップ量

トとカムシャフトの位相を変更することで吸排気バル

吸気バルブ開ブの開閉タイミングを制御し，吸排気バルブのオーバ
バルブリフト量

ーラップ量（図19）の最適化による吸気効率の向上
や吸気バルブの遅閉じによる高膨張比サイクル化など
により燃費の向上を図る機構である．
従来はスプロケット内にベーンを設け，油圧によりベーンの角度を変化させることで，ベーンに接続され< バルブオーバーラップ量が

排気

負

の状態 >

吸気
クランク角度たカムシャフトの位相を変化させる構造が主流であっ排気バルブ閉た． しかし油圧式では低温始動時などに油の粘度が図19 バルブオーバーラップ3）
Valve overlap

高く十分な作動が得られない場合があり，低温始動性

吸気バルブ開を向上させるためにスプロケットとカムシャフトの間にモータと減速機を組み込み，モータの回転によりカカムシャフト部ムシャフトの位相を制御する電動可変バルブタイミン
グ機構の採用が拡大している．電動化しモータ駆動とすることにより，使用温度の影響を受けず必要な作動
角・作動速度を得ることができ，低温始動時から効率的なバルブタイミングでの運転が可能となる．

NTNのBⅢシリーズ用中空モータの中空部に減速機

スプロケット部を配置することにより，より薄型の電動可変バルブタ

モータ（＋減速機）部

イミング機構を実現し，エンジンの小型化に貢献でき

図20 電動可変バルブタイミングユニット
Electric variable valve timing unit

る（図20）．
-24-

電動モータ・アクチュエータシリーズの開発

4. 3 電動オイルポンプ
ATやCVTにおいては，湿式多板型のクラッチを油圧により締結・分離することにより変速制御を行うものが一般的であり，多板クラッチを作動させるためオ
イルポンプが設けられている．従来はエンジンの回転
マスタシリンダ部

によりオイルポンプを作動させる場合が一般的であったが，近年のアイドリングストップ車の増加に伴い，機械式ではエンジンが停止するアイドリングストップ

アクチュエータ部

時にオイルポンプも停止するため油圧が確保できない
ことから，エンジンの作動状態に影響されずに運転可

図22 電動液圧ブレーキ駆動ユニット
Electric hydraulic brake unit

能な電動オイルポンプを採用する事例が増えている．
電動オイルポンプの採用により，エンジンでオイルポンプを作動させる必要がなくなることから，エンジンの負荷が軽減され，燃費向上にも貢献する．

5. おわりにNTNのSPシリーズ高効率モータを本部位に適用す

NTNでは種々の電動アクチュエータの開発を進めることにより，電動オイルポンプの小型化に貢献できており，自動車のあらゆる部分を“なめらか”につなる（図21）．

ぎ，動かすことで，自動車の発展および安全・安心な社会作りに貢献していく所存である．
ポンプ部

参考文献
１）日経BP社,『2030年に向けた環境・安全制』,
日経Automotive, 2016年3月号, 43．
2）内閣府SIP 自動走行システム研究開発計画，(2017).
3）日経BP社,『メカニズム基礎解説 第1回 可変バル
ブタイミング機構』, 日経Automotive Technology
2014年7月号, 105．

モータ部

図21 電動オイルポンプ
Electric oil pump

4. 4 電動液圧ブレーキ
一般的なサービスブレーキは，エンジンの吸気時に発生する負圧を利用した倍力装置によりブレーキの踏力をアシストする構造となっている．しかしエンジンを搭載しないEVやエンジンが常に作動していない

執筆者近影PHEV，HVなどではエンジンの負圧を利用することができないため，電動モータと直動機構によりブレー
キの液圧シリンダを操作し，ブレーキを作動させる機構が採用されている．

NTNの中空モータ内部にボールねじを組み込んだ
BⅢシリーズアクチュエータを本部位に適用すること
で，電動液圧ブレーキシステムのコンパクト化に貢献

牛田

できる（図22）．

公人

電動モジュール商品事業部
事業推進部

-25-

西村

雅

電動モジュール商品事業部
事業推進部

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[解説]

モータ・ジェネレータ機能付HUBモジュールの開発
Hub Module with Motor and Generator Function

西川 健太郎* Kentaro NISHIKAWA 矢 田 雄 司* Yuuji YADA
藤 田 康 之* Yasuyuki FUJITA
川 村 光 生* Mitsuo KAWAMURA薮 田 浩 希* Hiroki YABUTA
自動車の燃費向上やCO2の排出規制強化が進むなか，欧州を中心に48Vマイルドハイ
ブリッドシステムの実用化が拡大している．NTNでは，既存の48Vシステムと組み合
わせ，さらなる燃費改善に貢献するシステムとして，ハブベアリングとモータ・ジェネ
レータとを複合化したHUBモジュールを開発している．

As the regulation on fuel consumption and CO2 emissions being strengthened, practical application of 48 V
mild hybrid systems is expanding mainly in Europe. The NTN is developing a HUB module that combines a Hubbearing and a Motor Generator in order to contribute to further fuel economy improvement in combination withthe existing 48 V system.

1. はじめに35
CO2 排出量 75g/km 以下

地球温暖化の要因の1つといわれる二酸化炭素30（CO2）を主とした温室効果ガスの抑制は，世界全体

日本

CO2 排出量 95g/km 以下

燃の課題となっている．自動車業界においては，自動車

米国

25

欧州

費

のCO2排出量に対する規制が年々厳しくなっており，

km/L

特 に 欧 州 は 2 0 2 1年 の 企 業 平 均 CO 2 排 出 量 を 95

中国

20
15

g/km以下，2025年には75 g/km以下へと規制を

10
2014

強化している．各国の燃費規制動向を図1に示す．この規制値は，内燃機関（ICE）の最適化や車両の軽量

2016

2018

2020

2022

2024

2026

化などの従来の手法だけで到達できる数値ではなく，

図1 各国の燃費目標値（CO2排出量から換算）1）,2）

自動車メーカはハイブリッド式電気自動車（HEV，

Fuel consumption targets of each country(Conversion from CO2 emission targets)

PHEV）やバッテリ式電気自動車（BEV），燃料電池式自動車（FCV）などの次世代自動車の開発と普及にの車両に容易に組み込み可能なHEVシステムとして努めている．

開発が進んでいる．2025年には，48V MHEVは

将来の自動車の主役はPHEV，BEV，FCVと目さ150万台以上で，PHEVと同等の市場規模になるとの予測もある3)．

れているが，コスト，バッテリの高容量化，地域によっては安定した電力供給の確保，インフラ整備などのNTNでは，グローバルシェアNo.1であるハブベア

課題を抱えており，目前に迫った規制に対応する手段

リング（HUB）に，これまで培ってきたインホイールと し て ， 欧 州 を 中 心 に 48Vマ イ ル ド HEV（ 48V

モータ（IWM）4)や電動モジュール商品5)の技術を応用

MHEV）が注目されている．日本では，48Vよりもして，48V MHEVに対応したモータ・ジェネレータ

高電圧で駆動するストロングHEVが一般的であり，機能付HUBモジュール（eHUB）を開発している．本

48V MHEVを導入する動きは少ないが，ICEの高効

稿では，eHUBの商品コンセプト，目標仕様および開率化による燃費改善に取り組んできた欧州では，既存発状況について紹介する．

**商品開発研究所-26-モータ・ジェネレータ機能付HUBモジュールの開発を搭載することで，EV走行を実現できる可能性があ

2. 48V MHEVと車両機能る．さらに，P4，P5はICEと独立して駆動可能であ2. 1 48V MHEVるため，全輪駆動走行やトルクベクタリングを実現で

これまで，12V MHEVからBEVまで様々な電気自きる．P5は左右輪を独立して駆動できるため，より動車が登場している．電気自動車は高電圧化し，モー

きめ細やかな車両制御が可能である．また，これらをタ出力や電源容量を大きくするほど，CO2排出量の低組み合わせることでさらなる高機能化も実現できる．

減効果も大きくなるが，安全対策や製造に係るコストも

例えば，P2，P3とP4，P5とを組み合わせること増大する．48V MHEVはストロングHEVと12V MHEV

で，EVモードでの走行領域の拡大やEV走行での全輪の中間の特性を有しており，DC60V以下の電源を利駆動走行が可能となる．

用することで安全規格への対応を簡素化している．

搭載位置の違いは，機能だけでなく，搭載コストや実装空間にも大きく影響する．既存のオルタネータか2. 2 モータ搭載位置と車両機能ら置換可能なP0は周辺構造をほとんど変えずに搭載

HEVにおける，モータ・ジェネレータ（M/G）の搭できるため低コストで実装できる．P1，P2，P3は

載位置は，図2に示すようにP0，P1，P2，P3，P4

ICE，変速機（T/M）周辺を大幅に変更する必要があに分類される．また，M/Gを車輪周辺に配置する，り，搭載コストが増加する．P4は荷室空間が狭くな

いわゆるIWMの構成を仮にここではP5と呼ぶ．

る．一方，P5はM/Gをホイール内に設置するため，
空間的な制約が生じない．

P3

P2

P1

P0

3. 商品コンセプト

P4
P5(eHUB)

P5
ICE

T/M
K1
フロント

3. 1 構造

開発品であるeHUBは，HUB外輪にM/Gのステー

K0

タを一体化し，ハブ輪とM/Gのロータとを一体で回

クラッチ

リア

転させる構造であり，回転センサをM/Gの内側に内

図2 ハイブリッドシステムの搭載位置
Mounting position of hybrid system

蔵している．また，BおよびCセグメントの車両のP5の位置に搭載し，主駆動源であるICEの駆動アシスト
および減速時等の回生制動を主機能とし，出力を限定

それぞれの特性を表1に示す．搭載位置によって実することで小型化を実現している．

現可能な機能が異なる．ICEと直結可能なP0，P1およびP2はスタータモータが不要で，アイドリングス

図3に示すように，ブレーキディスクの内側で，かトップが可能になる．クラッチ（K0）により，ICE

つ，ブレーキディスクと車体との間に実装することがと切り離すことが可能なP2とP3，および従動輪を動できる．これにより，大幅な設計変更を伴うことな作させるP4とP5は，減速走行においてより多くのエ

く，従来のHUBと同様に車体に実装することが可能

ネルギーを回生することができるほか，高出力M/Gである．

表1 搭載位置毎の車両特性
Vehicle characteristics for each mounting positionof hybrid system
項

目

回生充電
アイドリングストップ
発進トルクアシスト
加速トルクアシスト
EV発進＋クリープ
EVコースティング
全輪駆動
トルクベクタリング

外径はブレーキディスクの内径以下
車体取り付け位置

P0

P1

P2

P3

P4

P5

○
○
○
○
×
×
×
×

○
○
○
○
×
×
×
×

○
○
○
○
○
○
×
×

○
×
○
○
○
○
×
×

○
×
○
○
○
○
○
○

○
×
○
○
○
○
○
○

従来 HUB と同じ取り付け方法

図3 HUBモジュールの搭載位置
Mounting position of HUB module-27-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

3. 2 機

能P0

eHUBは，主駆動源とは独立して従動輪に搭載しており，個別に駆動・回生することが可能なため，走行条件に応じて，駆動アシスト，回生制動を制御するこ

ICE

T/M

とができる．駆動時には，従動輪で補助駆動力を発生

K0

し，主駆動源のエネルギー消費を軽減する．制動時には，回生制動により，通常のブレーキでは熱として放P5(eHUB)

フロントリア(a) P0+eHUB（P5）出されるエネルギーを，再使用可能な電気エネルギーへ変換する．
eHUBのモジュール構成を図4に示す．eHUBは左P0

P2

右輪にHUBとM/Gが一体となったHUBモジュールと，M/Gを動作させるモータコントローラで構成さ
れる．

T/M

eHUB システム

HUB モジュール
（左輪）

HUB

HUB モジュール
（右輪）

M/G

モータコントローラ

K0

P5(eHUB)

ICE

フロント

リア

(b) P0+P2+eHUB（P5）回転センサ

図5 eHUBシステム構成の例
Examples of eHUB system configuration

シール
その他
その他

図4 eHUBのシステム構成
eHUB system component

表2 eHUBを組み合わせた既存48V MHEVシステムの目標値
Target values of existing 48V MHEV system with eHUB
車両システム機能

システム目標値

25％
25％
制動方法
4輪回生制動（油圧レス）
EV発進＋クリープ
10s以上継続
エンジンオフコースティング
50〜130km/hで動作
発進アシスト
トラクションコントロール（TCS）
加速アシスト
姿勢制御
CO2排出低減率

3. 3 目標仕様

燃費改善率

eHUBは前輪駆動車をベースとした48V MHEVの従動輪である後輪に搭載することを前提としている．
eHUBを搭載した車両システムの例を図5に示す．
図5（a）のP0の位置にM/Gが内蔵されており，P0に搭載したM/Gによる制動時の回生エネルギーの余剰分をeHUBが利用することでより燃費改善に貢献する．
図5（b）のP0＋P2と組み合わせた例では，エンジ

表3 eHUB目標仕様（1輪当たり）
Target specification of eHUB (per 1 wheel)

ンから切り離した状態で電動での全輪駆動や減速時に回生制動だけで減速するなど，さらなる高機能化が可項能であり，燃費改善以外に車両運動性能の向上が期待

最大出力

kW

最大動作回数

min-1

最大トルク

Nm

できる．
eHUBを組み合わせた既存の48V MHEVシステム
車両の車両システム機能の目標値を表2に示す．開発の最大目標をCO2排出量削減，燃費改善効果に設定した．加速アシストやEV発進＋クリープ時はeHUBが最大トルクで駆動し，エンジンオフコースティング時
は，eHUBが定格トルクで駆動することを想定している．この機能向上を達成するためのeHUB目標仕様を表3に示す．車両の性能や形状によって，eHUBによる機能向上効果は変化する．

-28-

目

単

位

定格トルク

Nm

外

mm

径

数

値

10
2,600
60
20
φ160以下モータ・ジェネレータ機能付HUBモジュールの開発

4. 2 試験車両

4. 開発状況

Bセグメントの前輪駆動車にeHUBを搭載し，実車試験車両とした．試験車両への搭載状態を図7に示

4. 1 HUBモジュール
試作したHUBモジュールの構造を図6に，仕様をす．同図（a）にHUBモジュールの車両取付け状態を

表 4に 示 す ． 最 大 ト ル ク 60 Nm， 定 格 ト ル ク 20示す．前述の通り，既存のHUBに対して，軸方向にNmを目標値として，HUBモジュール最外径をブレー

オフセットしていることから，車体取り付け面とブレキディスク内に収める設計とした．既存のHUBに対ーキディスクを改造している．同図（b）に車室内にして軸方向に約50 mmオフセットすることから，車設置した制御システムとバッテリを示す．制御システ

体側の取り付け部の改造が一部必要であり，M/Gのムおよびバッテリは，車体後部座席と荷室空間に搭載

高トルク密度化，HUBモジュールの最適設計によしている．モータコントローラ，ハイブリッドコント

り，軽量・コンパクト化することが今後の課題である．

ーラ，および計測システムは，制御装置であるMicro

試作品は最大出力10 kWを目標としている．これ

Auto BoxⅡ（dSPACE社）を採用している．バッテ

は最高回転速度を現行車両が走行可能な最大車速までリおよびインバータは市販品を利用した．専用の電子向上させるためである．試作品の最大出力は5 kWで制御ユニット（ECU）は製作せず，汎用品を利用すあるが，モータ内部諸元の変更によって10 kW化へることでHUBモジュールの評価を優先的に実施可能の対応が可能である．

なRCP（Rapid Prototype Control）の環境を整えた．

モータケースM/G ロータ

ハブボルト

なお，本車両では，ECUの改造は行なわず，ICEとM/G ステータシール

eHUBは独立制御である．

車体取付け面コネクタ，ケース

HUB
回転センサ

図6

HUBモジュール
HUB module(a) HUB モジュール搭載
Setting of HUB module

表4 試作品の仕様
Prototype specification
項

目

単

位

最大出力

kW

最大動作回数

min-1

最大トルク

Nm

定格トルク

Nm

外

mm

径

幅
質

mm
量

kg

数

値

5
10
1,200
2,600
60
60
25
20
φ159
115
13

制御装置
バッテリ
BOX

インバータ

(b) 車室内に搭載した制御システムとバッテリ
Control system and battery set in the test vehicle
図7 試験車両へのeHUBの搭載
Setting eHUB in the test vehicle-29-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

4. 3 車両評価

PHEVや BEVな ど の 外 部 給 電 を 行 う 車 両 を 除 い

車両評価項目を表5に示す．燃費改善の効果だけでて，燃費試験では試験前後のバッテリー充電率

なく車両の運動性能への影響についても評価してい（SOC：State Of Charge）の変化量をゼロに近づる．以下，評価項目のうち，燃費改善効果とトラクシ

ける必要がある．今回の試験では，eHUBの駆動，回ョンコントロールについて結果を示す．

生のタイミングの制御方法を変化させ，燃費改善率が高く，かつSOC変化量が小さい条件を探索した．
eHUBの 制 御 条 件 を 変 え た 場 合 の 燃 費 改 善 率 と表5 車両評価項目
Evaluation point of vehicle test
試験項目

SOC変化量の関係を図9に示す．SOC変化量がマ

代用特性試験

イナスになるほど燃費は向上する傾向がみられる．

定速走行燃費
燃費改善効果図10にSOC変化量±1%の範囲の拡大図を示す．燃燃費モード走行
EV発進＋クリープ走行

費改善率が高く，かつSOC変化量が最も小さい条件

加速アシスト

追い抜き加速（図10の条件A）における燃料消費量およびSOCのトラクションコントロール【発進アシスト】

静止→発進

時間推移を図11に，区間毎およびEx-High区間の有

低μ路発進

ヨートラクションコントロール【車両姿勢安定】
ダイレクトヨーコントロール【旋回性（操舵性）】

無での燃費を表6に示す．Ex-High区間の有無に関わ

低μ路直進（修正操舵）

らず，総合燃費が3％以上向上した．

定常円旋回
低μ路旋回

以上より，エネルギーマネジメントの最適化や

スラローム

eHUBの軽量化，高効率化によって，さらなる燃費改

ダブルレーンチェンジ

善が期待できる．

4. 3. 1 燃費改善効果
モード走行燃費試験は，WLTC（Worldwide

20

harmonized Lightduty Test Cycle）モードを採用

燃 15（市街地），Middle（郊外），High（高速道路），

費
改 10
善
率 5

Ex-High（超高速）の4つの区間に分けて燃費を計測％した．図8に示すように，WLTCモードでは，Low

する．日本においては超高速走行の頻度が少ないた

Ex-High なし
Ex-High あり

0
-5
-10

め，Low，Middle，Highの3区間のみを，欧州ではEx-Highも含めた全区間を対象として燃費を評価す
る．WLTCモードは，エンジンが冷えた状態から試験-50

SOC 変化量％5

図9 燃費モード走行試験結果
Driving test result on WLTC modeを開始する「コールドスタート」が標準であるが，今回は，異なる条件で多くの試験を実施・確認するため，エンジンが暖まっている「ホットスタート」で試8験を実施した．
150

車

Low

MiddleHigh

Ex-High

100

速
km/h

燃
費
改
善
率

6

％

0

0

Ex-High あり

4

条件 A

2

-2
50

Ex-High なし

-1

-0.5

0

SOC 変化量

0

500

1,000

時間

1,500

0.5

1

％

図10 燃費モード走行試験（拡大図）
Driving test result on WLTC mode (Enlarged view)

2,000

s

図8 燃費モード走行試験
Driving test result on WLTC mode-30-

モータ・ジェネレータ機能付HUBモジュールの開発

150

車
速

100

km/h

2

車速
燃料消費量（eHUB なし）
燃料消費量（eHUB あり）
SOC 変化量

燃
料
消
費
1 量
L
︐
S
O
C
0
変
化
量
％
-1

50

0

0

500

1,000

時間

1,500

試験車両

低μ路

図12 低μ路試験方法
Driving method of low friction road2,000

表7 低μ路試験条件
The condition of low friction roads

図11 条件Aにおける燃費モード走行試験結果
Driving test result on WLTC mode (condition A)
表6 条件Aにおける区間燃費とトータル燃費
Section and fuel efficiency (condition A)
燃費改善率

％

SOC変化量

Low

3.40

0.05

Middle

4.74

−0.27

High

3.40

−0.06

Ex-Hi

2.30

0.22

Ex-Highなし

3.81

−0.28

Ex-Highあり

3.22

−0.06

区間毎

目標走行ライン

12

％

deg

左輪

右輪

安定制御

制動

駆動

制御なし

̶

̶

不安定制御

駆動

制動

安定制御
制御なし
不安定制御

10

ヨ
ー
角

ヨー角制御

8
6
4
2
0

実燃費を低減する方法として，渋滞時や駐車時など

0

5

走行距離

のクリープ状態でのEV走行が有効である．3.3節の

10

15

m

図13 低μ路試験結果
Test result on low friction road

P0＋eHUBのシステムを想定し，eHUBのみを駆動させた状態での発進および10 km/h以下での走行の可能性を確認した．車重，路面状態や風，勾配などにより要求される駆動トルクは変化するが，一般的な平5. おわりに坦なアスファルト路面でEV発進し，約180 秒の間，

本稿では小幅な車両の変更で，48V MHEVシステ

eHUBのみで駆動できることを確認した．

ム搭載車両の燃費および走行性能を向上させるモー
タ・ジェネレータ機能付HUBモジュールの開発状況

4. 3. 2 トラクションコントロールを紹介した．試作したeHUBシステムを試験車両に搭

車両安定性への貢献を確認するため，左右輪でタ
イヤ接地面のμが異なる路面での直進性を確認した．

載し，実車試験を行い，以下の結果を得た．

図12に示した通り，右タイヤ側が低μの路面におい¡WLTCモードにおいて，eHUBアシストによる燃費て，ステアリング角度を固定した状態で直進侵入し，低減効果あり目標走行ラインに対するずれをヨー角として計測し¡EV発進＋クリープ走行を180 秒持続可能

た．走行条件は表7に示した3条件で試験した．試験¡低μ路において直進安定性が向上

結果を図13に示す．eHUBを車両安定側に駆動させ今後はeHUBの改良だけでなく，既存の48Vることで，車両の回転を抑制し，直進性が向上するこ

MHEVと組み合せた際の燃費改善効果やエネルギーとが確認できた．

マネジメントについて検討し，商品化を進める．

-31-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

参考文献
1）2017年版 HEV, EV関連市場徹底分析調査，富士経済，30, 37.
2）Fourin 世界自動車技術調査月報 No34(2),(2017)，株式会社FOURIN
3）2017年版 HEV, EV関連市場徹底分析調査，富士経済，5.
4）NTN TECHINICAL REVIEW No 79, (2011) 2228.
5）NTN ホームページ
http://www.ntn.co.jp/japan/news/new_products/
news201600042.html

執筆者近影

西川

健太郎

商品開発研究所

矢田雄司

商品開発研究所

藤田康之

商品開発研究所

-32-

川村

光生

商品開発研究所

薮田浩希

商品開発研究所

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[論文]

車体運動がG-Vectoring制御に及ぼす影響
Influence of Vehicle Body Motion on the Effects of G-Vectoring Control

鈴 木 雄 大*程違鵬*
小 坂 秀 一**Yuta SUZUKI
Weipeng CHENG
Shuichi KOSAKA

自動車において，ドライバーが安心かつ安全に運転できることがますます重要となっている．それらを実現する制御方法の一つに，車両の横運動に連携して前後運動をコントロールするG-Vectoring注） Control（以下，GVC）がある．この制御をアンチダイブ機構が調整可能なFull-Drive-By-Wire車両に適用し，旋回時に発生するロール運動とピッチ運動が連成するダイアゴナ
ルな運動がドライバーにどのような影響を与えるのか評価した．

G-Vectoring control (GVC) which controls longitudinal acceleration in coordination with lateral motion has been
installed in an experimental vehicle that can adjust the anti-dive mechanism. Only the pitch motion
characteristics of the vehicle body were changed during lane changes, and the vehicle planar motion
characteristics itself are kept unchanged. Drivers’ steering model parameters during lane change for the vehicle
with/without GVC are identified. Then, the handling quality evaluations by the drivers are compared andanalyzed by using the driver parameters identified and the influence of the vehicle body motion on GVC effect isinvestigated. It is found as a result of the study that the nose-dive pitch motion caused by the control is importantfor GVC to be effective in improving the vehicle handling quality.
注）「G-Vectoring」は，日立オートモティブシステムズ株式会社の登録商標です．

性を利用し，ロール運動とピッチ運動の連成，すなわ

1. はじめにちロール運動の発生と共にピッチ運動が発生するダイ

近年，電気自動車への注目が集まる背景には，従来アゴナルな運動（以下，ダイアゴナルロール）をさせのガソリンエンジン車よりもエネルギー効率が高く排る場合とさせない場合で，ドライバーが感じる操舵特出ガスをゼロにできる他に，モータ駆動により高精度性を客観的かつ定量的に評価した2）3）．
以上は，神奈川工科大学との共同研究で得られた成かつ高応答な制御が可能になることが挙げられる．と果である．

りわけ，インホイールモータになれば，車輪に制駆動
力を直接発生させることができ，さらなる精度と応答性の向上とともに独立制駆動力制御を容易に実現でき

2. G-Vectoring Controlに関してる．
本論文では，4輪にインホイールモータを搭載した

本章では，GVCの概要について述べる．これまで

Full-Drive-By-Wire車両に，横運動に連携して前後加の研究で，横運動に応じて前後運動を連携させるため速度を発生させるGVCを適用した場合と適用しないの基本的な制御指針として，神奈川工科大学の安部名

場合で，ドライバーが感じる操舵特性を客観的かつ定誉教授と山門教授らは，（1）に示す式を提案した．こ

量的に評価した 1）．また，実験車両はサスペンショ

れを，前後・横のG のベクトルを統合制御するというンのジオメトリを変更することで，ロール剛性は変え意味で「G-Vectoring Control（GVC）」と呼んでいる．

ずにピッチ運動だけを変化させることができる．つまGXC = sgn Gy Gx(

り，制御による平面での車両運動は同じでも，3次元的に見た車両姿勢を変化させることができる．この特**EVモジュール事業部**EVモジュール事業部

シャシーシステム技術部
駆動システム技術部

-33-

Cxy

) 1+ T G ………………（1）SyNTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

GXC は車両前後方向の加速度指令，Cxy は制御ゲイ
・ン，Gy は車両横方向の加速度，G y は車両横加速度の一階微分値である横加加速度である．この制御アルゴリ
ズムは，Jターン中における熟練ドライバーの運転操
作を注意深く観察することで導かれたものである．式・からも分かるように，基本的に横加加速度G y の絶対値にゲインCxy を掛けただけの非常にシンプルなアルゴリズムになっている．
図2 実験車両
Experimental vehicle

図1に示すように，GVCは車両横加加速度に応じて加減速を行い，合成加速度G の方向をなめらかに変化させる．本研究では，図1の最下部に記載されている

表1 車両諸元
Vehicle parameters「減速のみ」のGVCを評価対象とし，比較対象として「制御なし（GVCなし）」も評価した．

Turn-in

Steering

名

称

質

量

記

前輪トレッドDecelerate

Accelerate

1.012 [m]df1.415 [m]1.038 [m]1.415 [m]0.417 [m]

hs

重心高さ

512 [kg・m2]

hs

ヨー慣性モーメント

accelerationlfdr

後輪トレッドLateral jerk

709 [kg]

lr

後輪から重心までの距離値

2.05 [m]l

前輪から重心までの距離

Turn-out

数m

ホイールベース

Steady stateLongitudinal号

3. 2 サスペンションジオメトリの調整変更
実験車両は，サスペンションジオメトリの調整によってアンチダイブ力/アンチスカット力を変化させることができる．サスペンションがダブルウィッシュボ

Decelerate

図1 GVCアルゴリズムの概念図
Schematic concept of GVC algorithm

ーン形式の車両を真横から見た時（図3），アッパー
アームとロアアームの仮想の延長線の交点が「サスペンション回転中心」となる．このサスペンション回転
中心とタイヤ接地中心を結んだ線に対する地面との成3. 実験車両

す角を，本報では「アンチダイブ角（アンチスカット角）」と呼ぶ．同じ制駆動力を与えた時にこの角度が3. 1 車両諸元
実験車両について紹介する．図2に示す実験車両

大きいほど，車体を押し下げる「アンチリフト力」もは，各輪にインホイールモータと前後にステアバイワ

しくは車体を押し上げる「アンチスカット力」が大きイヤユニットが搭載されているため，4輪独立駆動とくなる．

4輪独立転舵が可能である．

Progressing
direction

本車両には，ルーフ上に2つのGNSSセンサとシー

Upper arm

ト下にジャイロセンサを搭載しており，相互に補完し合うことで高精度な位置情報や角速度などをセンシン

Lower arm

グする．

Front

Rear

また，ハンドル角はハンドル部に取り付けられた磁気エンコーダで検知する．車両の前後に搭載されたイ

Xf・tanθf

ンバータは，各輪のモータに電力を与えてトルクを発

Xfθf

Suspension
rotation center

Xr・tanθr
θr
Xr

生させると共に，モータの回転速度を検知する．表1

図3に車両諸元を示す．

-34-

アンチダイブ/アンチスカット ジオメトリ
Anti-dive/anti-squat geometry車体運動がG-Vectoring制御に及ぼす影響

図2に示す実験車両は，アンチダイブ角を0°から行中のドライバーの動き（ハンドル操作）と車両の動30°ま で 多 段 階 に 変 更 す る こ と が で き る ． 今 回 ，き（横変位）からドライバーパラメータを同定するこ

GVCによって4輪に制動力を発生させるため，アンチとで，GVCのあり/なしによる定量的な評価と比較がダイブ角を0°よりも大きく設定すれば，前輪に「ア可能となる．
一定の車速において，シングルレーンチェンジ中にンチスカット力」，後輪に「アンチリフト力」が働く

おけるハンドル角と横変位の関係を伝達関数として表ことで，ピッチ運動が抑制される．

現すると，式（2）のように記述できる．

本論文では，アンチダイブ角を前後0°に設定してピッチ運動を抑制しない場合と，アンチダイブ角をδ30°に設定してピッチ運動を抑制した場合において，

y L 0 − (1 + τ h s )y

ドライバーが感じる操舵特性と車両挙動にGVCあり/=h……………………（2）1+τ Ls

ここで，δはハンドル角，yは横変位，yL0 は目標横なしが与える影響を評価する．

変位である．また， τLは人間の総合的な遅れ（LED点灯による操舵指令から実際にドライバーが操舵を開4. 操舵特性の評価方法

始するまでの時間），τh は前方注視時間（レーンチェ

4. 1 実験コース

ンジ開始から終了までの時間），hは操舵ゲイン（操舵角の大きさに比例した比例ゲイン）であり，これら3ドライバーの操舵特性を評価するため，シングルレ

つのドライバーパラメータを同定する．

ーンチェンジ実験を行った．実験は，図4に示す一般的なシングルレーンチェンジコースで実施した．ドラ

各パラメータの詳細を説明するhとτL はドライバー

イバーは，速度40km/hでコースに進入し，速度を一のゲインと速応性を表している．例えば，車両の定常定に維持したままレーンチェンジを行う．レーンチェ

ゲインが小さくなれば，ドライバーはそれと釣り合わ

ンジ方向はレーンチェンジ区間直前でランダムに決定せるためにゲインhを大きくする．また，ドライバー

され，フロントガラス左右に取り付けられたLEDの点が τL を大きくしている場合は，ドライバーが余裕を灯によって提示される．

もって車両をコントロールしていると考えることができる．微分動作時間 τh はドライバーの微分動作を表しており，これはドライバーが前方を見ることによって予測した制御動作が含まれていると考えられる．
18[m]

2.5[m]

この内， τLは車両の操舵特性と強く関係している

2.5[m]と過去の研究4）からわかっており，τL が大きな車両は余裕をもって運転できるということで，車両の操舵特性が優れていることに相当する．
以上の流れを「人—自動車系のブロック線図」として表現すると図5のようになる．

図4 シングルレーンチェンジコース
Single lane-change course

Driver

4. 2 ドライバーモデルを用いた操舵特性の評価

yL0

一般的なドライバーによる主観的評価は，テストド
ライバーのような熟練ドライバーとは異なり，信頼性

+
−

h
1+τLs

Steering angle δ hVehicleCourse errorが低い．そこで，簡易的なドライバーモデルを用いて

1+τ hsドライバーパラメータを同定し，客観的かつ定量的に

図5 簡易ドライバーモデル
Simplified driver model

操舵特性の評価を行う．
ドライバーは車両の操舵特性の変化に適応し，予め定められたタスクを完遂するべくハンドル操作を行う．このことから，ドライバーパラメータは車両の操舵特性の変化を直接反映させると考えられるので，走-35-yNTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

4. 3 ドライバーパラメータ同定

いずれの被験者もGVCなしよりもGVCありのτL の本章では，ドライバーパラメータの同定方法につい方が大きくなっていることから，GVCによってドラて説明する．式（2）を変形すると，式（3）のよう

イバーは余裕を持って運転しているといえる．

に記述できる．
表2 予備実験の被験者
Drivers for the forgoing test

(1 + τ L s)δ (s) = −h {(1+τ h s ) y (s) − y L0 (s )} ……（3）
ここで，δ* をシングルレーンチェンジ実験で計測

被験者

性別

年齢

運転歴

運転頻度

した人の操舵操作の時刻歴（ハンドル角）， y* をその

A

男

22

4年

週末のみ

B

男

21

2年

毎日

C

男

23

4年

毎日

置き換える．人の操舵操作モデルが現実の人の操作に

D

男

23

4年

週末のみ

近ければ，式（3）の左辺と右辺の差が小さくなるは

E

男

21

3年

毎日

時の車両の横変位とし，これらを式（3）の δ， yとずである．この差が小さくなるようなドライバーパラ
メータτL ，τh ，hを求めるため，式（4）に示す評価関数を定義する．
T［J = ∫ δ *+ τ L
0

GVC なしGVC あり

100
80
60
ハ
40
ン
20
ド
0
ル
角 -20
-40
［deg］
-60
-80
-100

2

dy*
dδ *
+｛
h y*+ τ h
− yL 0 ｝ dt ……（4）
dt
dt

］

この評価関数 J を最小にするように，式（5）を解くことにより各パラメータを算出する．

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

2.5

3

3.5

4

2.5

3

3.5

4

2.5

3

3.5

4

時間［s］

∂J
∂J
∂J
= 0,
= 0,
= 0 …………………（5）∂ (hτ h )
∂τ L
∂h

40

ヨ
ー
レ
ー
ト

本研究では，上記のパラメータの内， τL （人間の総合的な遅れ）を評価パラメータとして用いる．

30
20
10
0
-10

［deg/s］

-20
-30
-40

0

0.5

1

1.5

5. 実車実験

2

時間［s］

G
V
C
に
よ
る
減
速
力

5. 1 予備実験
車体のピッチ運動がGVCに与える影響を評価する
前に，GVC自体の効果をシングルレーンチェンジ実
験で検証した．実験車両のアンチダイブ角は前後共に

［N］

300
200
100
0
100
200
300

0°に設定した．被験者は表2に示す5名に協力して

0

0.5

1

1.5

2

時間［s］

頂いた．いずれも20代の男性であるが運転歴と運転頻度に違いがある．実験の際はインフォームドコンセ

3
2.5

ントに則り，被験者には実験中に体調が悪くなった場

横変位合など，被験者の意思によりすぐに実験を中止するこ［m］とを伝えた上で実験を実施した．

2
1.5
1
0.5
0

図6は，GVCあり/なしによるドライバーと車両の-0.5

動作を時系列データで比較したものである．GVCな

0

0.5

1

1.5

2

時間［s］

しに比べて，GVCありの時はハンドル角が小さくゆ

図6

っくり操舵しているのが分かる．この時のヨーレート
も，GVCありの方が小さくなっている．
次に，ドライバーパラメータ τL を同定し，被験者ごとにGVCあり/なしで比較した結果を図7に示す．
-36-

GVCあり/なしにおけるドライバー — 車両の動作
Driver-vehicle behavior with/without GVC

車体運動がG-Vectoring制御に及ぼす影響

アンチダイブ角が0°（図9）では，GVCの制動力に0.18

よってアンチリフト力とアンチスカット力が発生しな

0.17

いため，ロール運動の発生と同時に前下がりのピッチ

0.16

運動が発生する，ダイアゴナルロールが発生していτL 0.15

る．GVCによる前後加速度は，最大で0.06 m/s2と

0.14

[s]

非常に小さい値であるにも関わらず，GVCありの方

0.13

がハンドル角の波形が安定している．この時の τL

0.12
0.11

Driver A

Driver B

Driver C

GVC な し図7

Driver D

は，予備実験と同様に被験者全員がGVCなしよりも

Driver E

GVCありの方が大きくなっている（図8（a））．

GVC ありアンチダイブ角が30°（ 図10）では，GVCの制動

ドライバーパラメータτL で評価したGVCによる操舵特性への効果
Effect of GVC on handling quality evaluatedby the driver parameter τL

力によってアンチリフト力とアンチスカット力が発生したため，ピッチ運動が抑制されダイアゴナルロールが発生していない．ハンドル角とヨーレートの波形
は，アンチダイブ角が0°の時に比べて，不安定になっ5. 2 アンチダイブ角（アンチスカット角）ており，τL も被験者によってはGVCありよりもGVC

あり/なしの比較

なしの方が大きくなるケースがあった（図8（b））．

車両のアンチダイブ角を前後共に0°と30°に設定以上のことから，平面上では同じ車両の動きをしてし，車体のピッチ運動の違いがGVCに与える影響をいても，旋回時におけるピッチ運動の違いによって評価する．表3に示す4名の被験者に協力して頂い

GVCの効果に変化が生じることを確認した．人にとた．

って運転しやすい車両特性の実現には，平面運動とし次頁に示す図9と図10は，ある被験者1名が実験をての車両挙動に加えて，ダイアゴナルな車両姿勢も重行った時に得られた時系列データを複数重ねて比較し要だと考えられる．

たグラフである．

表3 本実験の被験者
Specifications of research participants
被験者

性別

年齢

運転歴

A

男

27

9年

毎日

B

男

23

5年

週末のみ

C

男

22

4年

毎日

D

男

23

3年

週末のみ

0.28
0.27
0.26
0.25
0.24
0.23
L 0.22[s] 0.21
0.2
0.19
0.18
0.17
0.16

運転頻度

0.28
0.27
0.26
0.25
0.24
0.23
L 0.22[s] 0.21
0.2
0.19
0.18
0.17
0.16

τ

τ

Driver A

Driver B

GVC なしDriver C

Driver D

Driver A

GVC ありDriver B

GVC なし（a）アンチダイブ角：0°

Driver C

GVC あり（b）アンチダイブ角：30°

図8 アンチダイブによるτL の影響
Effect of anti-dive for driver parameterτL-37-

Driver D

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

100
80
60
ハ
40
ン
20
ド
0
ル
角 -20
-40
［deg］ -60
-80
-100

GVC なしGVC あり

0

0.5

1

1.5

2

時間［s］

2.5

3

3.5

100
80
60
ハ
40
ン
20
ド
0
ル
-20
角
-40
［deg］ -60
-80
-100

4

3
2
1

0

0.5

1

1.5

2

時間［s］

2.5

3

3.5

0
-10

0

0.5

1

1.5

2

時間［s］

2.5

3

3.5

0

0.5

1

1.5

4

2

2.5

3

3.5

4

2

2.5

3

3.5

4

2

2.5

3

3.5

4

2

2.5

3

3.5

4

2

2.5

3

3.5

4

0

時間［s］

4
3
2
1
0

0.5

1

1.5

2

時間［s］

2.5

3

3.5

-4

4

0.3

前下がり

0.2

ピ
ッ
チ
角

0.1
0
-0.1
-0.2
0

0.5

0.1
0
-0.1
-0.2

1

1.5

2

時間［s］

2.5

3

3.5

-0.3

4

G
V
C
に
よ
る
減
速
力

200
100
0
100
200
0.5

1

1.5

2

時間［s］

2.5

3

3.5

前
後
加
速
度

0.2

0
-0.2
-0.4
-0.6

［m/s2］
0

0.5

1

1.5

2

時間［s］

2.5

3

3.5

図9 ピッチ運動を抑制しない場合のドライバー — 車両の動作（アンチダイブ角：0 [deg]）
Driver-vehicle behavior with pitch motion free

1

1.5

0

0.5

1

1.5

0

0.5

1

1.5

時間［s］

100
0
100
200

時間［s］

0.8
0.6
0.4
0.2

0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8

4

0.5

200

4

0.8
0.6
0.4

前上がり
0

300

［N］ 300
0

時間［s］

前下がり

0.2

［deg］

前上がり

300

-0.8

0

3.5

-1
［deg］ -2
-3［deg］

［m/s2］

1.5

3

-10

ロ
ー
ル
角

0.3

前
後
加
速
度

1

2.5

10

-30

1
0

［N］ 300

0.5

2

時間［s］

20

4

-1
［deg］ -2
-3

G
V
C
に
よ
る
減
速
力

0

4

［deg/s］-20

4
3
2

-0.3

1.5

3.5

30

［deg/s］-20

ピ
ッ
チ
角

1

3

0

ヨ
ー
レ
ー
ト

10

-4

0.5

2.5

1

-0.5

4

20

ロ
ー
ル
角

0

2

時間［s］

0.5

30

-30

1.5

1.5

［m］

0

ヨ
ー
レ
ー
ト

1

2

横
変
位

0.5
-0.5

0.5

2.5

1.5

［m］

0

3

2.5

横
変
位

GVC なしGVC あり時間［s］

図10 ピッチ運動を抑制した場合のドライバー — 車両の動作（アンチダイブ角：30 [deg]）
Driver-vehicle behavior with pitch motion restrained-38-

車体運動がG-Vectoring制御に及ぼす影響

参考文献

6．まとめ

1）田中利緒，安部正人ほか「インホイールモータ型電気自動車を用いたG-Vectoring制御の操舵特性評
価」2016年秋季大会学術講演会，講演予稿集，No045
2）田中利緒，安部正人ほか「車体運動がG-Vectoring
制御に及ぼす影響」2017年春季大会学術講演会，講演予稿集，No163
3）M.Yamakado, R. Tanaka etc「Influence ofvehicle body motion on the effects of GVectoring Control」IAVSD 2017 14-18
August4）阿部翔太，安部正人ほか「ロールの大きさがドライ
バーの操舵特性評価に及ぼす影響」2015年春季大会学術講演会，講演予稿集，No31-15S

GVCによる前後加速度の発生によって，ドライバ
ーの感じる操舵特性が改善されることが確認できた．
ロール剛性を変えずにピッチ運動を抑制しない場
合，どのドライバーもGVCありのτL が大きくなったが，ピッチ運動を抑制する場合，GVCなしのτL が大
きくなるドライバーもいた．
レーンチェンジにおいて，ロール運動とピッチ運動が連成することで生じるダイアゴナルロールがGVCの効果を適切に得るために必要であることがわかった．
運転しやすい車両特性の実現には，平面運動だけでなくロール運動やピッチ運動も含めた3次元的な車体運動を考える必要がある．

執筆者近影

鈴木

雄大

EVモジュール事業部
シャシーシステム技術部

程偉鵬

EVモジュール事業部
シャシーシステム技術部

小坂秀一

EVモジュール事業部
駆動システム技術部-39-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[概説]

等速ジョイントの歴史
History of Constant Velocity Joints

高 部 真 一*Shinichi TAKABENTNが日本で初めて等速ジョイント（Constant Velocity Joints，以下CVJと記す）の量産を開始したのは1963年である．NTNは自動車産業の変化に対応してCVJの開発に取り組み，CVJはNTNの基盤商品へと成長した．
本稿では，NTN創業100周年を記念して，CVJの歴史を振り返る．

In 1963, Constant Velocity Joints (CVJ) have been started production by NTN for the first time in Japan. NTN
responded to changes in the automobile industry and worked on the development of CVJ. And CVJ has grown tobe the foundation product of NTN. In this article, to celebrate the 100th Anniversary of NTN, I look back on thehistory of CVJ.

代にRzeppa（ツェッパ，ハンガリー）により考案さ

1．はじめにれ，その後，1959年にバーフィールドジョイントが欧州の自動車に採用され，FF車の歴史が大きく動き

CVJは，入力軸と出力軸が任意の角度（作動角）

始めた．

で回転する際に，回転変動がなくなめらかに動力を伝達する継手の総称である．現在は当然のごとく自動車

日本では，1963年に NTNが初めてCVJの製造をや産業機械の駆動部品に使用されているが，前輪駆動開始した．それから半世紀以上が経過し，今では多く

車（FF車）での必要性から誕生し，自動車や産業機の海外拠点で製造するに至り，累計で7億2千万本

械の進歩と共に進化した．

（2017年6月時点の自動車用CVJ）を世界中に届けている（図1参照）．

CVJの原型であるツェッパジョイントが1930年
技術部門
研究開発
工場
J.V.

NTN-AT( ドイツ ) 2006 年〜
北京瑞韓
（中国）

岡山製作所 1982 年〜

NTN-SNR シビウ( ルーマニア ) 2009 年〜

磐田製作所 1973 年〜
技術部
研究開発部門( 北米 ) 2016 年〜
技術部（北米）桑名製作所 1963 年〜

上海 NTN（中国）2003 年〜
技術センター 2011 年〜

袋井製作所 2007 年〜

NTE クレザンシー

TAIWAY( フランス ) 2008 年〜( 台湾 )NTK ( 北米 )2004 年〜

NNMI バワール( インド ) 2007 年〜

NMM ( メキシコ )UNIDRIVE

NNMI チェンナイ

NTE ( フランス ) 1998 年〜

SEOHAN-NTN( 北米 )

広州 NTN（中国）2003 年〜

技術部（フランス）

2016 年〜( オーストラリア )( インド ) 2011 年〜

NDI ( 北米 ) 1989 年〜
NDA ( 北米 ) 2017 年〜

NMT ( タイ ) 1998 年〜
襄陽 NTN（中国）2015 年〜

図1 CVJの生産・技術拠点
Manufacturing & engineering location of CVJ*自動車事業本部

NTN-BOWER

ドライブシャフト技術部-40-

NDB ( ブラジル )2011 年〜

等速ジョイントの歴史

用された．それまでのジョイントに比べて騒音や振動

2．車両変遷とCVJの歴史が少なく，操縦安定性が飛躍的に向上した．

自動車の駆動方式は時代と共に変化し，この変遷に日本でもFF車が脚光を浴び始め，1963年にスズ

NTNのCVJは少なからず貢献してきた．車両変遷を

キ・スズライトにNTNのボールフィクストジョイント

交えてCVJの歴史を振り返る（表１参照）．

（BJ）が日本で初めて採用された．
当時は，軸方向にスライドするしゅう動式CVJがなく，車輪側にBJを用い，作動角が小さいディファ2. 1 CVJの発明以前（〜1960年）
今ではFF車が大半を占めるが，1960年以前は，

レンシャルギヤ側（デフ側）にはクロスジョイントをほとんどが後輪駆動車（FR車）であった．FR車のエ用いて，軸方向のしゅう動はシャフトに設けたスライ

ンジン動力は推進軸（プロペラシャフト）を介して後ドスプラインで吸収する方式であった．

輪に伝達されるが，当時，左右の後輪は軸と一体に直2. 3 FF車の市場拡大（1965年〜）

結され，独立した上下動ができない構造（リジッドア
クスル）であり，CVJは必要なかった．一方，前輪は，

NTNは，クロスジョイントとスライドスプライン

ハンドル操作による転舵のみでエンジン動力を伝達しの組み合わせで発生する振動を解決するため，軸方向なかったため，同様にニーズがなかった．

にしゅう動可能なダブルオフセットジョイント（DOJ）
を開発し，1965年にBJ＋DOJの駆動軸が富士重工（現(株)SUBARU）のスバル1000で初めて採用され2. 2 CVJの登場（1960年代初頭）

た．この構造は現在も使用される駆動軸の原型となっ

CVJの開発以前は，FF車や4輪駆動車（4WD車）ている（図2参照）．

の前輪の駆動軸（ドライブシャフト）にクロスジョイ
ント（カルダンジョイント）が使われた．しかし，不等速で，作動角が大きくなると走行時に振動や騒音が発生し，コーナーリング時の操縦安定性が悪かった．
この対策にトラクタジョイントやワイスジョイント，デフ
タイヤ

ダブルカルダンジョイントなどが開発されたが，前輪の駆動軸としての性能は十分でなかった．

駆動軸（BJ+DOJ）

その後，1956年にイギリスのハーディスパイサー社がバーフィールドジョイントを開発し，1959年に

図2 駆動軸の構造
Structure of driveshaft

BMC社のオースチン・ミニを始め，欧州のFF車に採表1 NTNのCVJ歴史年表
History of NTN CVJ
年代 1960

1970

1980

1990

2000

の動向

●燃費規制の強化●第二次オイルショック

市場・自動車●日系自動車メーカの海外生産拡大●国産 FF 車登場●AT 車比率の増加●FF 車ブーム●BJ (1963 年)●HV，EV の登場●4WD車の拡大●UJ(1988年) ●EBJ(1998年) ●VBJ (2010年)●EUJ (2002年)●VUJ (2012 年)

固定式
駆動軸

CFJ (2012 年)●REBJ (2015年)●DOJ (1965 年)

しゅう動式●TJ (1983年)●SFJ (1997年)●DOJ-RPC (1984年)●DOJ-RPCF (1986年) ●EDJ (2002年)●AC-TJ (1987年)●ETJ (2002年)

固定式
しゅう
動式

●REDJ (2015年)●PTJ (2002年)●FTJ (1989 年)

推進軸

2010

●新興国市場の拡大●第一次オイルショック●EPTJ (2005年)●HEBJ(2005 年)●LJ(1985 年)●HLJ(1997 年)●DOJ-RPCF(1987年)●AC-TJ(1991年)-41-●HEDJ(2005 年)●HETJ(2006 年)

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）1970年代には自動車各社がFF車を市場投入し，Dレンジでブレーキを踏んで停車している際に，エン1978年の第2次石油危機を契機にFF化の流れが加速

ジンの軸方向振動が駆動軸から車体に伝わって，アイした．そして，1980年代にはFF車の普及に伴ってドリング振動を発生した．NTNは微小なエンジン振動

静粛化ニーズが高まり，CVJの改良によりFF化の対を吸収できるDOJ-RPC，DOJ-RPCFを開発し，こ象は小型車へと広がり，CVJの使用が拡大していった．

の課題を解決した．また，しゅう動抵抗が小さい新構
造のしゅう動式CVJ「トリポードジョイント（TJ）」を

2. 4 IRS車の台頭（1976年〜）

1983年に量産し，AT車を中心にTJの採用が広がった．
現在では，AT車のほとんどにTJタイプのCVJが採FR車は，乗り心地改善のためにリジッドアクスル

用されている．

から独立懸架方式（IRS : Independent Rear Suspension）に変化し始めた．IRSは左右の後輪が独立して上下動

3. 1 しゅう動式CVJの低振動化（1983年〜）するため，駆動軸にCVJが必要となり，1976年にトヨタ・マークⅡでBJ＋DOJがIRS車で初めて採用

自動車の快適性や静粛性の要求は，自動車の進歩にされた．その後，IRS仕様のFR車の推進軸にも，振合 わ せ て 高 度 化 し た ． 自 動 車 の NVH（ Noise，

動性能の改善を狙ったCVJの適用が増加した．

Vibration， Harshness＝ 騒 音 ， 振 動 ， 乗 り 心 地 ）の一例として，TJのシャダー（Shudder＝横揺れ）

2. 5 4WD車の普及（1980年代〜）

対策の歴史を記す．

（1）TJ（1983年〜）

4WDは，当初，オフロード車に限定されていたが，1972年の富士重工（現(株)SUBARU）のレオーネ

TJは，角度を取って回転すると，ローラと外輪の4WDや1980年代の欧州メーカによるフルタイム

ローラ溝間で周期的に変動するすべりが発生し，これ4WD車の登場以降はオンロード車にも採用され始め，に起因する外輪軸方向の力（誘起スラスト）が発生する．

1980年代半ばに4WD車が広まった．4WD車の後この誘起スラストが発進時や加速時にエンジンマウン

輪にはIRSが採用され，前後輪の4輪すべてにCVJをトの振動と共振してシャダーを発生させることがある．

用いた駆動軸が必要となった．

（2）AC-TJ（1987年〜）

オンロード車への4WDの普及に伴い，4WD車の外輪のローラ溝断面をゴシック形状にしてローラと

騒音，振動性能の向上が求められ，推進軸のクロスジ

角度を持ってアンギュラコンタクトする構造とし，低ョイントとスライドスプラインに代わってしゅう動式

μウレアグリースと組み合わせて誘起スラストを低減

CVJが採用されるようになった．

した（図3参照）．

（3）FTJ（1989年〜）

推進軸は，駆動軸より高速回転するため，ガタが少なく回転バランスに優れたクロスグルーブジョイント

ローラの外側にもう一つのローラ（フリーリング）（LJ）が適用された．その後，微振動を吸収できるを設け，フリーリングが外輪のローラ溝に対して常に

DOJやしゅう動抵抗が小さくて発熱が少ないTJ，そ一定の姿勢を保つ構造とし，誘起スラストを大幅に低してクロスジョイントより高角で使用できる固定式

減した（図4参照）．

CVJのBJが推進軸用に改良して採用された．

（4）SFJ（1997年〜）

オンロード4WD車の推進軸へのCVJ適用が拡大

FTJのフリーリング端面が外輪のローラ溝の鍔部にし，次第にオフロード4WD車へも波及した．

強く当たって誘起スラストが増大することを防止するため，外輪のローラ溝の鍔部がない構造にした（図5参照）．

3．CVJ技術の変遷（5）PTJ（2002年〜）

CVJは，自動車の性能に大きく影響するため，

トリポードのジャーナル断面を変則楕円形状とし，NTNは，CVJの改良を通じ，自動車の性能向上に貢そこに首振り自在なローラカセットを組み込んで，外献してきた．

輪のローラ溝に収める構造とした．大きな作動角を取1980年頃，日本の自動車はマニュアルトランスミってもローラカセットは外輪のローラ溝上を一定の姿ッション（MT）に代わってオートマチックトランス

勢を保ってなめらかに転がるため，作動角に依存せず

ミッション（AT）が増加する時代を迎えた．AT車は，誘起スラストを常に低く維持できる（図6参照）．
-42-

等速ジョイントの歴史

表2 固定式CVJの最大作動角の変遷
Transition of max. angle of fixed CVJ
最大作動角

量産開始時期

CVJタイプ

42.5度

1963年〜

BJ

44.5度

1980年〜

BJ

46.5度

1982年〜

BJ

47 度

1998年〜

EBJ

1988年〜

UJ

2012年〜

VUJ

図3 AC-TJの構造
Structure of AC-TJ

図4 FTJの構造
Structure of FTJ

50 度

図5 SFJの構造
Structure of SFJ

図6 PTJの構造
Structure of PTJ

図7 BJの構造
Structure of BJ

図8 EBJの構造
Structure of EBJ

図9 UJの構造
Structure of UJ

図10 VUJの構造
Structure of VUJ

50 度

3. 2 高作動角化（1）固定式CVJ（1980年〜）
デフ中心と車輪の中心は自動車の上下前後方向の位置に差があるため，車輪側とデフ側のCVJは，初期状態で角度（常用角）を取る．そして，車輪側のCVJは転舵で生じる角度との合成角度がCVJの作動角となる．自動車の旋回半径はCVJの最大作動角で決まり，自動車のロングホイールベース化や常用角の高角化による旋回半径の増大を抑えるため，CVJの高作動角化

3. 3 軽量・コンパクト化が求められる．

（1）第一期（1981年〜）

当初は42.5度であったBJの最大作動角は46.5度

車両スペックに適合するよう，CVJの呼称サイズまで高角化され，さらに50度を取ることができるアを細かくシリーズ化した．

ン ダ ー カ ッ ト フ リ ー ジ ョ イ ン ト （ UJ） を 開 発 し ，また，外輪は，浸炭鋼から中炭素鋼を用いて高周波

1988年に富士重工（現(株)SUBARU）のレガシー

焼入れする製造方法に変更して強度を向上させ，よりに採用された．UJは，BJと同様の部品構成で，外輪，小さいサイズの選定を可能とした．

内輪のボール溝の一端をストレート形状とし高角化を（2）第二期（1992年〜）図っている．

中炭素ボロン鋼の高強度シャフトと長寿命ウレアグ

なお，現在は，BJはEBJ（最大作動角：47度）に，リースを開発し，第一期より1サイズ小さなCVJの選UJはVUJ（最大作動角：50度）にそれぞれ内部設計定を可能とした．

が進化している（表2，図7〜図10参照）．

（3）第三期（1998年〜）（2）しゅう動式CVJ（1984年〜）

BJと同等の負荷容量を維持して軽量・コンパクト

デフ側のCVJも常用角アップや車両のバンプ，リ化を図るため，ボールサイズを小さくしてボール数をバウンド時の作動角変動に対応するため高角化が求め6個から8個に増やしたEBJを開発し，1998年にスられ，当初23度であったDOJの最大作動角は25度

ズキ・カルタスクレセントワゴンに採用された．

に高角化し，さらに30.5度設計品も量産した．

また，しゅう動式CVJも，ボール数が8個のEDJや-43-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）（3）リア用軽量ドライブシャフト「Rシリーズ」

内部設計を刷新したETJを開発した．また，PTJをコンパクト化したEPTJも量産した．

後輪の駆動軸に用いるCVJは，前輪用を流用して一方，推進軸は，LJを推進軸用に軽量・コンパク

いるが，FR車や4WD車の後輪専用設計として，軽ト化，かつ，しゅう動量を拡大したHLJを開発し，EBJ，

量・コンパクトを追求したREBJとREDJを開発しEDJ， ETJを 推 進 軸 用 に 改 良 し た HEBJ， HEDJ，た．前輪用CVJで世界最高水準の軽量・コンパクトを

HETJを開発した．

誇るEBJ，EDJに対し，中間軸への中空シャフト使用も含めて駆動軸全体で30％の軽量化に成功した

3. 4 グリースとCVJブーツ（図12参照）．

当初は二硫化モリブデン入りのリチウム石鹸グリースを使用していたが，1980年代からウレアグリースに着目し，CVJの「耐久性」「低振動」「高効率」「低発熱」などの性能向上を図った．有機モリブデン等を

図12 リア用軽量ドライブシャフトの構造（REBJ＋中空シャフト＋REDJ）
Structure of light weight driveshaft for rear
(REBJ + hollow shaft + REDJ)

配合した高性能なウレアグリースを開発し，現在はウレアグリースを主に使用している．
一方，CVJブーツは，クロロプレンゴム（CR）を使用していたが，外傷や材料劣化による疲労での破損が多かった．材料改良や設計改良を行ったが，前輪の3. 6 駆動軸の高機能化

固定式CVJでの使用には十分でなかった．

（1）ダイナミックダンパー（DD）付き中間軸

1985年頃，熱可塑性ポリエステル系エラストマー

駆動軸の中間軸の曲げ固有振動数とエンジン振動に製ブーツ（樹脂ブーツ）を開発し，ブーツ寿命は飛躍的によって共振することがある．その共振周波数をずらす

伸びた．今では固定式CVJのほぼすべてに樹脂ブーツ

手段として，中間軸にDDを装着する．
自動車の静粛性向上により，駆動軸への制振要求がが採用され，しゅう動式CVJにも適用が広がっている．

多彩になった．1990年代までは，1つの共振周波数

3. 5 CVJの高機能化（2010年〜）を解消する1マス仕様のDDであったが，1990年代後半からは2つの共振周波数を解消する2マス仕様の高機能化を図ったCVJについて説明する．

（1）固定式CVJ「VUJ」

DDを適用した．更に，2000年代中盤には，2つの共振周波数を1つのマスで解消できるデュアルモード

グローバルでのSUV人気の高まりから，最大作動角が大きいUJの要求が高まった．そこで，UJを軽量・コのDDが適用されている．

ンパクト化，かつ，ロバストネスを向上したVUJを開（2）一体型中空シャフト
駆動軸には高剛性が求められるが，剛性アップのた

発し，2012年から量産している．

（2）次世代高効率固定式CVJ「CFJ」1）

めに中間軸を太くすると重量が増える欠点がある．そこで，中間軸を中空状にして軽量化を図る．

環境対策や経済性を求めて自動車の低燃費化が進んで

従来はパイプ材の両端にCVJと嵌合する軸部を溶いるが，その貢献策としてCVJの軽量化の他に，CVJの接した中間軸を適用していたが，スウェージング加工

伝達効率向上に取り組んでいる．

による一体型中空シャフトを2003年から量産していBJに対してトルク損失を20％低減したEBJを量産し，さらに，そのEBJに対しトルク損失を60％低減した

る．

CFJを開発した．

（3）左右等長仕様の駆動軸

CFJは，外輪と内輪FF車は，トランスミッションの配置から駆動軸ののボール溝を軸方向に全長が左右で異なる．中間軸の太さを変えて左右の剛

互い違いに傾斜した構性バランスを合わせても限界があり，特に高出力車で造（クロスグルーブ）

はトルクステアが発生する場合がある．
そこで，デフ側の外輪ステム長を左右で異なる長さとし，内部摩擦を少な
くしてトルク損失を低減した（図11参照）．

（長軸と短軸）にし，駆動軸の中間軸を左右等長にす

図11 CFJの構造
Structure of CFJ

ることで左右の常用角を合わせる仕様が採用されてい-44-

等速ジョイントの歴史

動力や車両設計が多岐に渡っても，ドライブトレー

る．長軸外輪は，軸受やブラケット等を介してデフにン構造は現在のものがベースになって進化する．その接続される．

中で駆動軸は不可欠であると共に，担う役割は更に増

長軸外輪は，カップ部とステム部を一体で製造するものや，カップ部とステム部を別々に製造して接合す

す．

るものがある．カップ部は共通仕様とし，ステム部は駆動軸に求められる性能は，動力や車両設計の違い

車両仕様毎に設計したものを電子ビーム溶接（EBW）

により変化するが，その要素は，「軽量」「高角化」で接合したEBW外輪を開発し，2016年から量産し「高剛性」「静粛性」「高効率」「高速化」にあり，NTNている（図13参照）．

はニーズを的確に捉えて先取りし，駆動軸の開発にス
ピードを緩めることなく取り組んで進化を続ける．

5. まとめ
50年前は画期的な駆動方式であったFF車が，現在は世界中を走っている．100年前には想像できなかったと思われるFF車の発展に， NTNのCVJが貢献できたことを誇りに思う．
断面Inside section

NTN創業100周年を機にCVJの歴史を振り返った．

図13 電子ビーム溶接（EBW）による接合部
Combined by electron beam welding

この先の100年後を想像し，その想像も上回る進化をしたCVJを世界中に届けていきたい． NTNは，今後もCVJの歴史を刻みながら成長を続ける．

4. 今後の展望

参考文献
池田武：自動車用等速ジョイントの変遷と最近の技術
NTN TECHNICAL REVIEW No.70（2002）
8〜171）藤尾輝明：次世代高効率固定式等速ジョイント「CFJ」
NTN TECHNICAL REVIEW No.81（2013）
64〜67

自動車の動力はHEVやEVが台頭して来たが，ディーゼルエンジンやガソリンエンジンも日進月歩で技術革新している．一方，車両設計は軽自動車から大型乗用車，SUVなど，多岐に渡る上にそれぞれに応じた動力性能や乗り心地が高いレベルで要求される．

執筆者近影

高部

真一

自動車事業本部
ドライブシャフト技術部-45-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[概説]

アクスル用軸受の歴史
History of Axle Unit Bearings for Automobile

仲 大 介* Daisuke NAKA
アクスル用軸受は周辺部品とのユニット化が進む一方で，市場のニーズに応えるべく，軽量・コン
パクト化，信頼性の向上及び高剛性・低フリクション化に取り組んできた．創業100周年記念としてアクスル用軸受の歴史，及び最近のNTN技術について紹介する．

Axle unit bearing has been innovated by integrating the surrounding components. This
article introduces the transition of bearing type and the latest NTN’s technology.

1. はじめに

2. 市場ニーズ

一般の転がり軸受は，ISOやJISなどの規格に沿っ

アクスル用軸受は，自動車メーカのニーズ（取り付て標準化されているが，自動車の車輪支持用転がり軸

け方法，許容スペースと軸受サイズ，軸受負荷容量，受（以後，アクスル用軸受と呼ぶ）については，過去

フリクション，耐泥水性，剛性，強度など）によりから現在にわたり，その形式・材料や設計仕様につい様々な設計仕様が求められるが，過去から現在までて大きな変遷があった．

のアクスル用軸受に対する要求は，次のとおり分類

また，近年は自動車産業全体を取り巻く環境問題へされる．

の対応として，自動車構成部品の小型・軽量，低燃費a）軸受の組立性が強く求められている1）．

b）軸受すきま調整作業の簡略化または省略化
c）小型軽量でかつ大きな軸受負荷容量

この市場要求に応える技術開発の一方で， NTNのd）メンテナンスフリー

アクスル用軸受の生産・技術拠点は，現在グローバルに展開するに至っており（図1），その歴史を市場ニ

特にシール付き軸受としてグリース交換作業やーズを交えて振り返ってみる．

外部シールの省略化

アヌシー / アレス / セノー / メテ工場 ( フランス )メットマン工場 ( ドイツ )シビウ工場 ( ルーマニア )カナダ工場 ( カナダ )南京工場（中国）

エルジン工場 ( アメリカ )磐田 R&D センター（日本）
岡山製作所（日本）

NTN-SNR（フランス )NCIC（中国 )NAC ( アメリカ )メキシコ工場 ( メキシコ )上海工場（中国）
チェンナイ工場 ( インド )タイ工場 ( タイ )生産（15 拠点）
開発・技術（4 拠点）

図1 アクスル用軸受 生産・技術拠点
Axle unit bearing global production and R&D location*自動車事業本部

自動車ユニット技術部-46-

クリティバ工場 ( ブラジル )アクスル用軸受の歴史

3. 2 GEN2から，GEN3への進化e）部品点数の削減
f） 軸受単体と周辺部品の単価に作業工賃を含めた1980年代に入り，自動車構成部品の更なる軽量化

トータルコストの低減

やサイズダウンの要求が高まり，それまでアクスル用以上の要求に対し， NTNは約40年にわたり順次

軸受の周辺部品であった軸（ハブ）やハウジング（ナGEN1，GEN2，GEN3を量産化開発し，市場に投ックル）とユニット化することで，部品点数の削減と入してきた2）．

軽量化をさらに進めた結果，GEN2へ進化した（NTN
では，アクスル用軸受のうち，ユニット化したGEN2

3. アクスル用軸受の変遷

以降をハブベアリングと呼ぶ）．NTNは1979年より

3. 1 標準軸受から，GEN1まで

1983年より量産を開始した．GEN2の量産化開発でGEN2の量産化開発に着手し，日本国内では最も早く1970年代までは，アクスル用軸受もISO規格に適は，ハブフランジと外輪軌道面をユニット化する必要

合する標準軸受（深溝玉軸受または円すいころ軸受）があり，炭素鋼に高周波熱処理を施すことで，軸受部を2個配列し，スペーサリングの選択及びナット締付に要求される転がり疲労寿命とハブフランジ部に要求力の管理等で軸受の組立後すきまを調整する方式が主される回転曲げ疲労強度および路面からの大荷重負荷流であった．

を想定した破壊強度の確保を図った．GEN2の量産採

しかし，標準軸受の活用では軽量化や小型化に限界

用は1980年代から2000年代にかけて増大し，そのがあることから，車両への組立性が良く，小型軽量化

長所が市場に十分に認識されている．

要求に応えられるユニット化（すきま調整不要）した

その後，内輪の相手部品との一体化により，ハブベ

シール付き密封形式の市場ニーズが高まってきた．

アリングの車両組立ラインでの組立性を向上させた

1970年代後半にGEN1と呼ばれるシール付き複列ア

GEN3へと進化を遂げた1）．

ンギュラ玉軸受（アンギュラユニット）とシール付き

NTNでは1980年代半ばに日本国内で初のGEN3

複列円すいころ軸受（テーパユニット）が実用化され，の量産を開始した．それ以降，GEN3が本格的に採用

21世紀になった現在も乗用車用のアクスル用軸受とされるのは1990年代後半であり，その後は全世界的して広範囲に採用され続けている．NTNも日本国内おに一気にその波が押し寄せた形となり，現在に至ってよび海外工場で量産中である．

いる．

表1 NTN世代別アクスル用軸受の特長
Characteristics of NTN axle unit bearings
世 代

コンベンショナル

GEN1

GEN2

GEN3

量産開始時期〜1970年代

1970年代後半〜

1983年〜

1980年代半ば〜

特 徴・2個の単列軸受を使用

・2個の単列軸受を一体化

車両への組立性

☆

☆☆

☆☆☆

☆☆☆☆

コンパクト度

☆

☆☆

☆☆☆

☆☆☆☆

剛 性

☆
☆

☆☆
☆☆

☆☆☆
☆☆☆

☆☆☆☆
☆☆☆☆

☆☆

☆☆☆

☆☆☆☆

駆動輪

構造

従動輪

予圧管理
回転トルク

☆
優劣の順位

☆☆☆☆＞☆☆☆＞☆☆＞☆

-47-

・相手部品との取り付け用フランジを外輪，内・相手部品との取り付
輪と一体化
け用フランジを外輪
・相手部品への軸受圧入
と一体化
が不要

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

スには次の機能が求められる．

その間，GEN3は車両組立ラインでの予圧管理を容易にし，組立性を向上させた軸端加締め仕様や，アン①摩擦及び摩耗の軽減

チロックブレーキシステムに使用される車輪速センサ②軸受寿命の延長を内蔵することで，小石等による損傷や泥塩水による③錆の防止

発錆を防止でき，信頼性が向上した仕様など進化を遂④異物の侵入防止

げている．

⑤フレッティング摩耗の防止（2）グリース

NTNは長年にわたり蓄積した軸受の固有技術を基盤として，アクスル用軸受に対する市場要求に応え続NTNのアクスル用軸受に使用しているグリースのけている．

特長を表2に示す．NTNでは当初から，高度精製鉱油

前頁の表1に，ユニット化以前の標準軸受2個使用を基油とし，ウレア系有機化合物を増ちょう剤としたの時代を含めた，NTNの世代別アクスル用軸受の変遷

グリースを使用してきた．その後，耐錆性を向上させと特徴を示す．

たグリースを標準仕様とした．また，寒冷地の長距離貨車輸送によるフレッティング摩耗防止を目的に，添3. 3 軌道輪材料・グリース・シールの進化

加剤の配合を工夫し，耐低温フレッティング性を向上（1）軌道輪材料させたグリースを量産した．また，近年の全世界的なNTNではGEN1までのアクスル用軸受の内外輪軌

燃料のコスト上昇，及び地球温暖化などの環境問題に

道輪材料には，一般軸受用として使用されている高炭より，日米欧などで2021年に向けて行われる予定の

素クロム軸受鋼を使用している．GEN 2・GEN 3の

厳しい燃費規制を背景として，アクスル用軸受の低ト

外輪・ハブ輪には前述の通り，軌道面に高周波熱処理

ルク化が求められている．上記を背景にNTNでは新たを施し，転がり疲労寿命を確保し，鍛造性に優れた炭に基油・動粘度・ちょう度等を見直した低トルクグリ

素 鋼 を 使 用 し て い る ． GEN 2・ GEN 3の 内 輪 は ，ースを開発し，量産展開している．

GEN1同様に高炭素クロム軸受鋼を使用している．

（3）シールアクスル用軸受では取扱いが容易で，密封装置の設

アクスル用軸受のシールは使用環境から，泥水の浸計も簡素化できる最も経済的な潤滑剤として，グリー入防止と気密性・低トルクが要求される．NTNのアクス潤滑を使用している．アクスル用軸受の内部グリー

スル用軸受に使用しているシールの形状と特長を表3

表2 NTNアクスル用グリ−スの特長
Characteristics of NTN axle unit greases

性能

耐フレッティング性
低トルクグリース
向上グリース

従来グリース

標準グリース

耐錆性

☆

☆☆☆

☆☆☆

☆☆☆

耐フレッティング性

☆☆

☆☆

☆☆☆

☆☆☆

トルク

☆☆

☆☆

☆☆

☆☆☆

優劣の順位

☆☆☆＞☆☆＞☆

表3 NTNアクスル用シールの形状と特長
Characteristics of NTN axle unit seals
ハイパックシール
形

式

2リップシール

1サイド
リップシール☆

☆☆

2サイド
リップシール

磁気エンコーダ付
2サイドリップシール

断面形状

耐泥水性
耐グリース漏れ性能 トルクシールランド部の耐錆性
気密性

☆☆☆

☆☆☆

☆☆
☆☆☆

☆

☆☆☆

☆☆☆
優劣の順位

☆☆☆
☆☆☆

☆☆☆

☆☆☆＞☆☆＞☆

-48-

アクスル用軸受の歴史に示す．ラジアルリップのみで構成された2リップシ

ハブベアリング（H/B）

等速ジョイント（CVJ）

ールから，サイドリップを追加し耐泥水性を向上させると共に，ステンレス製スリンガを追加し，シールラ
ンド部の耐錆性能を大幅に向上させたハイパックシー
ルへと進化している．更に前述の低トルク化要求に対応すべく，シールリップ接触（しゅう動）面の最適化，
シールリップ塗布専用グリースの開発により，低トル
ク化にも成功した．また，スリンガの側面に磁性ゴムを加硫し磁気エンコーダを一体化することで付加価値

新結合方式

締結用ボルトを高めたシールも量産展開している．
図2 PCS-H/Jの構造
Structure of PCS-H/J

3. 4 次世代ハブジョイント
GEN3の量産化開発後，GEN4として等速ジョイ
ント（以下，CVJ）との統合化を図った次世代ハブベ構造が一般的で，スプライン嵌合長を長く設計する必アリングを開発完了させたが，自動車メーカでの車両要がある（図3(a)のL1）．新締結方式であるプレスコ

組立ラインの大幅な変更を伴うことから採用には至っ

ネクト方式ではハブベアリング内径にCVJステムスプていない．

ラインより歯幅の狭いスプラインを予め成形することそのため， NTNでは，CVJとハブベアリングの新で，スプライン歯は，すきまがない嵌合状態でボルトしい締結方法を開発した．自動車メーカの組立ライン

締結により組み立てることが可能であり，スプラインを変更することなく組み立て可能で，かつ大幅な軽量全域でトルクを受けることができるため，嵌合長を大化を達成したプレスコネクトスプライン・ハブジョイ

幅に短くすることができる（図3(b)のL2）．
プレスコネクト方式を採用したPCS-H/Jにより，ント(以下、PCS-H/J)について紹介する（図2）．
従来は，CVJとハブベアリングの双方をスプライ

CVJステム長さを約65%短縮，ハブ輪内径部の肉抜ンで嵌合し，ナットで締結させる構造であり，スプラ

きおよびナットのボルト化等により，最大で12%のイン歯はすきま嵌合でねじれ角を付けてガタをなくす

質量低減とスプライン嵌合ガタ“ゼロ”が実現できた3）．

ハブ輪
内径部肉抜き

L2

φ80

L1

100

45

12% の質量低減

φ80

100
45

ナット：M22×1.25
Ｘ

Ｘ

Ｘ

Ｘ

ボルト：M12×1.25
100

35

CVJ ステム長短縮

歯面の接触状態（X̶X 断面）歯面の接触状態（X̶X 断面）
H/B

スプライン境界W1
W2

空隙 H/B

W2
W1

W1 ＜ W2

W1 ＞ W2
歯面すきまあり

CVJ

空隙

歯面すきまなし

歯面すきま

CVJ

b) PCS-H/Ja) 従来構造

図3 PCS-H/Jの適用例及びスプライン歯の接触状態
Example of The Application and Spline Cross Section of PCS-H/J

-49-

締め代

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

4. まとめ
約 40年 に わ た り ， ア ク ス ル 用 軸 受 を 進 化 さ せ ，
2008年 に NTN-SNRとの統合による市場拡大を経て，現在その市場シェアはトップとなった．
本稿は， NTN100周年を機にアクスル用軸受の歴史を振り返ったが，これまでの発展はアクスル用軸受のユニット化開発に取り組んできた先人たちの苦労の賜物であり，大変誇りに思うとともに，今後もこの開発精神を絶やさず，さらに100年後を想像し，より高機能で快適な車両の実現に向け，引き続き開発業務に邁進していきたい．

参考文献
1）船橋 英治，NTN TECHNICAL REVIEW No.70，
52-57，(2002)．
2）加藤正雄，森下比呂志，日比建治，乙竹邦茂
NTNベアリングエンジニア，NTN TECHNICALREVIEW No.52，40-53，(1986)．
3）乗松 孝幸，永田 勉, NTN TECHNICAL REVIEW
No.81，58-63，(2013)

執筆者近影

仲

大介

自動車事業本部
自動車ユニット技術部-50-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[ 商品紹介 ]自動車用アルテージ円すいころ軸受
ULTAGE※1 Tapered Roller Bearing for Automotive Application

藤 掛 泰 人*石 川 貴 則*宮入進*Yasuhito FUJIKAKE
Takanori ISHIKAWA
Susumu MIYAIRINTNは軸受内部設計の最適化により，世界最高水準の高負荷容量と高速回転性能を実現した「自動車用ULTAGE※1(アルテージ)円すいころ軸受」を開発した．本稿では，省燃費化に貢献する本開発品の構造及び性能について紹介する．

NTN has developed the “ULTAGE Tapered Roller Bearing for Automotive Application” that delivers the world's
highest standard of high-load capacity and high-speed rotational performance with optimal internal design ofbearing. Tapered roller bearings for automobiles are used in transmission components such as transmissions anddifferentials, and need to have a high-load capacity to operate conditions that are becoming increasingly harsh inrecent years, including the greater loads due to higher power output of automobiles, as well as greater unbalanced
loads caused by the lower rigidity due to lightweight housings. The tapered roller bearings also need to provide low
torque required for lower fuel consumption and high-efficiency and high-speed rotational performance in low
temperature. The developed “ULTAGE Tapered Roller Bearing for Automotive Application” is a new, compact
series lineup that has been modified with optimal design technology for the shape of tapered rollers that maximize
the rolling operating life as used for the Large Size Tapered Roller Bearing. This design maximizes the potential
operating life with minimize of contact surface pressure between the rolling element (rollers) and raceway (innerand outer ring), even when there are high loads or unbalanced loads. It is introduced design and performance of“ULTAGE Tapered Roller Bearing for Automotive Application” contributing to fuel saving.

の過大な圧力（エッジロード）の発生を抑制する特殊

1. まえがきなクラウニング形状（ころ径をマイクロメートル単位

CO2排出量増加に伴う地球温暖化や異常気象の発で端部に向かって小さくする形状）を転動体（ころ）生等が，社会問題として取り上げられる中，低炭素社に適用することで，ロバスト性の高い転動疲労寿命を会実現への取り組み 1）が急務となっている．これら最大化するクラウニング最適化技術を開発した3）．

社会情勢に合わせるように，各国において自動車の燃

この設計技術を適用した『産業機械用大形アルテー

費基準・CO2排出規制が年々厳しくなっており2），省ジ円すいころ軸受』を2014年に発表 4） し，軸受外燃費化のためトランスミッションやディファレンシャ

径φ280mm以上を対象に標準シリーズ化し量産販売

ル等のユニットも小形・軽量化傾向にあり，これに伴を開始している．

い小形軸受のニーズが高まっている．この結果，軸受今般，転動疲労寿命を最大化する最適設計技術を，への荷重の増加や，軽量化されたハウジングの剛性低

新たに自動車用小形円すいころ軸受（軸受外径φ

下に伴う偏荷重の増加など，過酷さを増す使用条件に150mm以下）に改良適用した『自動車用アルテージ

おいても長寿命となる軸受が求められる．

円すいころ軸受』を開発した．本稿では本軸受の構造と特長について紹介する．

この対応として NTNでは，ころ軸受の転がり接触部における接触面圧を最小化し，かつ，接触領域端部※1

ULTAGE®（アルテージ）とは，究極を意味する【Ultimate】とあらゆる場面での活躍を意味する【Stage】
を組み合せた造語で，世界最高水準のNTN新世代軸受のシリーズ総称です．

*自動車事業本部

自動車軸受技術部-51-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

2. 構

造

大

従来円すいころ軸受 6）
自動車用アルテージ円すいころ軸受

自動車用アルテージ円すいころ軸受の概略構造を

接
触
面
圧

図1に示す．
図1に示す通り，ころに特殊クラウニング形状を適用し接触面圧の最小化を図ると共に，ころと内輪及び小保持器とのすべり接触部も形状を最適化することで軸受運転中の昇温を抑え，許容回転速度の向上を可能と

軌道面軸方向幅

した．材料は，清浄度が向上し，熱処理しやすくグロ

図2 軌道面に生じる面圧分布
Contact stress distribution on raceway

ーバル調達が可能な軸受鋼を採用した．前述の内部設計最適化と軸受鋼に標準焼入れを適用した仕様を「標準タイプ」とする．硬質異物混入など過酷な潤滑条件

殊クラウニングの適用により，接触領域端部の過大なで使用する場合にはNTN独自のFA熱処理5）を組み合圧力（エッジロード）を抑えつつ，接触面圧分布全体わせた「高機能タイプ」も開発した．

が最小化されることから，軸受寿命の向上につながる．

3. 1 特殊クラウニングによる長寿命化のメカニズム

形状最適化により温度上昇を抑制

最適化クラウニングの検討に際しては，『内部せんころ形状の最適化により接触面圧を最小化

断応力が大きくなるにつれ内部起点はく離が生じる確率が高まる』という転動疲労寿命計算式の基本概念に基づき，内部最大せん断応力の最小化を図った．従来

外輪は加工上の制約のため，クラウニング形状を内輪・外輪・ころの転動面それぞれに分配していた．この場合，軸受運転中のころの挙動によるクラウニング設定位置
保持器

内輪のズレにより，同せん断応力及び接触面圧分布が崩れころると転動疲労寿命の低下につながる．これに対し，こ

図1 自動車用アルテージ円すいころ軸受の構造
Structure of ULTAGE tapered roller bearing
for automotive application

ろにのみ最適な特殊クラウニング形状を付与すること
で，ころの挙動によらず同せん断応力及び接触面圧が最小となり，軸受が潜在的に持つ転動疲労寿命を最大3. 特化することができる．

長

3. 2 特殊クラウニング形状の検討方法

従来円すいころ軸受 6）との比較による自動車用ア

特殊クラウニング形状については，3つの設計パラ

ルテージ円すいころ軸受の特長を以下に示す．

メータを導入し新たに提唱した対数関数式 3）に，実（1）世界最高水準の高負荷容量機使用条件から算出した「軸傾き(ミスアライメント)」：基本動定格荷重 1.3倍と「負荷荷重」を与え，最適化アルゴリズムにより接（2）長寿命（基本定格寿命比）：標準タイプ

2.5 倍以上

触面圧を最小化する新たな設計手法を取り入れた．こ：高機能タイプ

3.8 倍以上

れにより，従来，複雑であった特殊クラウニング形状
を短時間かつ容易に自動で求めることが可能となる．

（3）世界最高水準の高速回転性能：許容回転速度 約10％向上

図3に最大面圧の最小化を目的関数として実行した特（4）許容傾き角（ミスアライメント量）

殊クラウニング形状の最適化例を示す．設計パラメー
タを種々の組み合わせで実行し最適解探索の結果、図：許容傾き角 最大で4倍3の通り，最大面圧が最小化する最適点が求まると共軌道面軸方向断面での接触面圧分布の計算例を図2に、この最適結果から，面圧の影響を最小限に抑えるに示す．自動車用アルテージ円すいころ軸受では，特範囲を考慮した公差設定も同時に行うことができる．
-52-

自動車用アルテージ円すいころ軸受＜設計パラメータ＞
・K1：クラウニング部の曲率の程度
・K2：クラウニング部幅の割合( 今回の最適化では固定 )・zm：クラウニング端部のドロップ※2 量

400

10
％ 300
寿
命

（※2：ころ径をマイクロメートル単位で端部に向かって小さくした時の半径の減少量）
8

ｈ

7

最
大 6
面
圧 5
GPa

200
100

最適点

0

4
3
0

10

20

zm µm

30

40

50

5

L10h=469h

500

4

3

2

1

0

L10h=29.4h
従来
円すいころ軸受

自動車用アルテージ
円すいころ軸受[ 標準タイプ ]図4 高ミスアライメント条件における清浄油寿命試験
Clean oil life time test under high misalignment condition

K1

図3 特殊クラウニング形状の最適化例
Optimize by case-study of special crowning shape

下のころの転動疲労寿命は許容面圧基準を超えることなく従来の円すいころ軸受比で寿命2.5倍以上を示す．自動車用アルテージ円すいころ軸受では，この理

4. 軸受性能論寿命比を基本定格寿命比として採用し，これを基本
動定格荷重の増加分に換算すると1.3倍となる．

4. 1 高ミスアライメント条件での清浄油潤滑寿命試験
自動車用アルテージ円すいころ軸受の寿命水準を確

4. 2 異物混入潤滑条件での寿命試験認するため，自動車の使用環境で想定される最大水準

硬質異物が混入した潤滑条件下で， NTN従来長寿の高ミスアライメント（0.002rad）条件での清浄油

命仕様ECO-Top円すいころ軸受（浸炭鋼に浸炭窒化寿命試験を行った．

処理を施した長寿命仕様）と自動車用アルテージ円す＜試験条件＞

いころ軸受の高機能タイプの寿命試験を行った．

¡軸受材料熱処理 ：SUJ2標準熱処理¡荷重＜試験条件＞：基本動定格荷重の26％¡ミスアライメント ：0.002rad
¡回転速度
¡潤

滑

¡軸受材料熱処理：4,000 min-1①アルテージ ：軸受鋼のFA熱処理：ISO VG100 ギヤ油 相当②ECO-Top¡JIS計算寿命 ：73h（a2係数（軸受特性係数）未考慮）¡荷重：浸炭鋼の浸炭窒化処理：基本動定格荷重の40％¡ミスアライメント：なし

試験結果を図4に示す．従来の円すいころ軸受では，¡回転速度

エッジロードが発生する試験条件のため，エッジ部起¡潤点の表面損傷が先行し10％寿命（L10h）は29.4hと

滑

¡異物条件

なりJIS計算寿命を満足しない結果となった．一方，：3,000 min-1：ISO VG56 タービン油：硬質ガスアトマイズ粉0.2g/L

NTNスペック異物

自動車用アルテージ円すいころ軸受[標準タイプ]で¡計算寿命

は，面圧分布の最適化を図ると共にエッジロードを解：113.8h（a2係数未考慮）

消した特殊クラウニングを適用したことにより，L10h

試験結果を図5に示す．従来長寿命仕様のECO-Top

は469hで，これは従来円すいころ軸受比で約16倍，

円すいころ軸受の10％寿命（L10h）がL10h=19.5hにJIS計算寿命比で6.5倍の長寿命となる．

対し，自動車用アルテージ円すいころ軸受［高機能タミスアライメントが増加しても長寿命化効果が得ら

イプ］では，FA熱処理の窒化処理と結晶粒微細化にれるアルテージ仕様の軸受について、例えば「Harris

よる転動疲労強度の向上によりL10h=32.8hとなり，の式」7）では高ミスアライメント（0.002rad以上）

約1.7倍の長寿命を示した．
-53-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）＜試験条件＞

40¡荷重：基本動定格荷重の9％L10h=32.8h¡潤滑 ：ISO VG32

30

10
％
寿 20
命

120

L10h=19.5h

10

ECO-Top
円すいころ軸受

自動車用アルテージ
円すいころ軸受[高機能タイプ]

外
輪
温
度

80

℃

40

20 試

60

験
回
転
15 速
度

11,110min-1

10,100min -1

×103[ 外輪温度 ] 自動車用アルテージ円すいころ軸受 5 min-1

20
0

25

温度安定領域

温度安定領域

100

ｈ

0

タービン油

[ 外輪温度 ] 従来円すいころ軸受
試験回転速度
0

2

4

6

時間

図5 異物混入潤滑条件における寿命試験
Life time test under contaminated lubrication condition

8

10

0

h

図6 昇温試験
Temperature rise test

ここで，自動車用アルテージ円すいころ軸受高機能

表1タイプの a2係数を検討する．ECO-Top円すいころ軸試験結果

Test results in stable region temperature summary

受の寿命試験結果を基準とし，まずは当該試験の異物回転速度（min-1）係数を想定する．
➢ 19.5（試験結果L10h）／[113.8（計算寿命）×2.8（a2係数）]＝0.0612

10,10011,110自動車用アルテージ
円すいころ軸受

91℃

94.3℃

従来円すいころ軸受

95.2℃

102℃

算出した異物係数0.0612を使い，自動車用アルテー
ジ円すいころ軸受高機能タイプのa2係数を算出する．

5. 小形・軽量化設計➢ 32.8（試験結果L10h）／[113.8（計算寿命）

自動車用アルテージ円すいころ軸受は，接触面圧最×2.5（アルテージ寿命比）×0.0612（異物係数）]小化により長寿命化が得られることから，同一寿命下≒1.9では軸受の小形・軽量化設計が可能である．本項では
小形・軽量化設計検討例を示す．

以上の結果より，自動車用アルテージ円すいころ軸
受高機能タイプのa2係数は安全側となるa2＝1.5を採

円すいころ軸受カタログ標準品32008Xに対しアルテージ仕様を適用した場合の小形・軽量化例を示す．

用する．

＜検討条件＞

4. 3 許容回転速度の確認試験¡荷重条件：

許容回転速度における昇温試験を行った．

運転条件中の最大荷重（自動車トランス

図6に昇温試験結果，表1に試験結果のまとめを示

ミッション1速フルトルク相当）

す．従来の円すいころ軸受は許容回転速度である¡寿命判定：

10,100min-1において，温度安定領域での軸受平均

動定格荷重を用いJIS計算寿命で算出

温度が95.2℃であったが，自動車用アルテージ円す¡面圧判定：NTN判定基準を満足

い こ ろ 軸 受 で は ， 許 容 回 転 速 度 の 1.1倍 に 当 た る¡小形・軽量化型番選定：

11,110min-1にて，温度安定領域での軸受平均温度

標準カタログシリーズの中から最もコンパク

が94.3℃となり，従来円すいころ軸受よりも低昇温トとなる型番を選定を示した．よって，自動車用アルテージ円すいころ軸

表2に検討結果を示す．自動車用アルテージ円すい

受は，従来品比で許容回転速度の10%向上が可能でころ軸受［標準タイプ］では質量が17%低減，アル

ある．
-54-

自動車用アルテージ円すいころ軸受

表2

小形・軽量化の検討例

Study example of downsizing and lightweight of applying the ULTAGE tapered roller bearing for automotive application
仕自動車用アルテージ円すいころ軸受 自動車用アルテージ円すいころ軸受［標準タイプ］［高機能タイプ］

従来円すいころ軸受

様32008X

17119/17244

32205R

軸受サイズ
軸受質量（従来標準比）

φ40×φ68×19
0.273kg

φ30.162×φ62×16.002
0.226kg（17％減）

φ25×φ52×19.25
0.181kg（34％減）

基本動定格荷重 Cr (N)

従来：50,000N

51,500N（従来：39,000N）

50,000N（従来：38,000N）

基準を満足［ただしエッジロード発生］

基準を満足［エッジロード発生なし］

基準を満足［エッジロード発生なし］

1.10

1.90

型

番

接触面圧判定結果（1st フルトルク相当荷重）
従来標準との寿命比

11916.002

19.25

ø52

ø25

ø62

ø30.132ø68ø40

軸受断面比例尺図

テージ仕様高機能タイプでは質量の34%低減が可能

参考文献

である．

1）環境省HP，低炭素社会づくりのためのエネルギーの低炭素化に向けた提言，また，上記とサイズが異なる型番においても，軽量

http://www.env.go.jp/earth/ondanka/rmsuggestion.html

化は概ね以下の水準となった．

2）環境省HP，諸外国における車体課税のグリーン化の動向，¡自動車用アルテージ[標準タイプ]：15%〜30%

http://www.env.go.jp/policy/tax/misc_jokyo.html¡自動車用アルテージ[高機能タイプ]：30%〜45%3）藤原 宏樹，川瀬 達夫，ころ軸受の対数クラウニングとその最適化手法，NTN TECHNICAL REVIEW，No.75 (2007)，140-148．
4）NTN，大形円すいころ軸受 アルテージ メトリック
シリーズ，カタログ，CAT.No.3035/J．
5）大木 力，前田 喜久男，中島 碩一，結晶粒の微細化による軸受鋼の長寿命化，NTN TECHNICALREVIEW，No.71 (2003)，2-7．
6）NTN，転がり軸受総合カタログ，CAT.No.2202VII/J．
7）Harris, T. A., Rolling Bearing Analysis, Forth
Edition, (2000), pp.728-729, John Wiley&Sons.

6. おわりに
環境負荷低減や自動車の省燃費化に寄与する『自動車用アルテージ円すいころ軸受』は，今後のスタンダードとして世界の車両に搭載され，低炭素社会に貢献する新商品と確信している．
なお，今回の開発では，新設計技術に対応できる新加工技術開発も同時並行で行い，「もの造り」での新技術も確立した．

NTNでは，継続して自動車用円すいころ軸受の技
術革新を進め，新商品の開発を通じ，今後も国際社会に貢献していく．

執筆者近影

藤掛

泰人

自動車事業本部
自動車軸受技術部

石川貴則

自動車事業本部
自動車軸受技術部

宮入進

自動車事業本部
自動車軸受技術部-55-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[ 商品紹介 ]高速回転対応プーリ用軸受
High Speed Rotation Ball Bearing for Pulley

川 口 隼 人* Hayato KAWAGUCHI
深 間 翔 平* Shouhei FUKAMA
井 上 正 晴** Masaharu INOUE
エンジンのダウンサイジングなどに伴い補機ベルトのレイアウト制限が厳しくなり，プーリ径の小型化が求められている．
NTNでは，この小型化要求に応えるため，外輪回転20,000min-1可能（6203
サイズ）な高速回転対応プーリ用軸受を開発した．
本稿では，高速回転対応プーリ用軸受の特長と性能を紹介する．

Layout of auxiliary belt becomes complicated by engine downsizing, and high speed rotation performance ofpulley bearings accompanying miniaturization of pulley diameter is required.
NTN has developed “High Speed Rotation Ball Bearing for Pulley” capable of handling 20,000min-1 at outerring rotation (by #6203).
This article introduces the feature and performance of the High Speed Rotation Ball Bearing for Pulley.

1. まえがき

2. 特長

近年，ダウンサイジング技術による自動車エンジン

高速回転対応プーリ用軸受の特長を以下に示す．

の小型化やISG搭載車の増加などによって，エンジン
補機類のレイアウトが複雑化し，使用される補機ベル

高速性

トおよびプーリ用軸受の設置レイアウトの制限が大き：許容回転速度20,000min-1（6203サイズの外輪回転にて）くなっている．プーリ径の小型化により設置レイアウ

耐冷時異音性トの自由度は高まるが，プーリ用軸受には高速回転が耐脆性はく離性：従来品と同等求められる．

：-40℃で冷時異音なし（NTN試験条件にて）また，自動車の快適性や信頼性向上を目的に，プー回転トルク

リ用軸受には耐冷時異音性や耐脆性はく離性と低トル：10%低減（NTN従来比)ク化に対する要求も高まっており，さらなる高機能化

高温耐久性が求められている1）．

：従来品と同等（NTN試験条件にて）高速回転対応プーリ用軸受は，保持器，シール，内外輪，鋼球，グリースを最適化し発熱を抑えることで，

3. 構造と性能

1分間に20,000回転（外輪回転）まで対応可能とな

3. 1 高速化についてった．
同時に，耐冷時異音性，耐脆性はく離性，低トルク

プーリ用軸受の高速回転時の問題点を図1に示す．

の維持と向上を実現した．

高速回転時，遠心力が作用するため保持器が変形し，以下に本開発品を紹介する．

鋼球や外輪と干渉し発熱する．また，プーリ用軸受は外輪回転で使用されるため，シールリップにも遠心力**自動車事業本部**自動車事業本部

自動車軸受技術部
適用技術部

-56-

高速回転対応プーリ用軸受

輪および鋼球との干渉が懸念される保持器爪先AとB
保持器の変形

遠心力によって保持器が変形し，鋼球や外輪に干渉し発熱（図4）において，回転速度条件がより厳しい高速回

シールリップの変形

遠心力によってシールリップが変形し，シール反力が変動→発熱またはシール性損失

グリース
供給不足

遠心力によって転動面へのグリース供給不足になり，発熱または焼付き，軸受寿命低下

転対応樹脂保持器の遠心力変形量が従来品より約30%低減できたことを確認した．

ポケット間肉抜き

転がり摩擦抵抗 高速回転により転がり摩擦抵抗が増加し，発熱または焼付き，軸受寿命低下
の増加

外輪

鋼球
シール
保持器

遠心力に
よる変形

ポケット底の
厚肉化

内輪

ポリアミドⅠ

ポリアミドⅡ（高剛性樹脂材）(a) 従来樹脂保持器(b) 高速回転対応樹脂保持器

図1 高速回転時の軸受の課題
Issues of bearing at high speed rotation

図2 保持器形状（従来品との比較）
Cage shape (Comparison of current and developed)が作用し，シール反力が変動することで，発熱もしく

最大応力

最大応力

はシール性損失となる．さらに，グリースの供給不足
や転がり摩擦抵抗の増加によって，焼付き，軸受寿命低下にもつながる．
これらの問題から，従来プーリ用軸受の許容回転速15,000min-1(a) 従来樹脂保持器

度は15,000min-1程度であった．

20,000min-1(b) 高速回転対応樹脂保持器

図3

保持器遠心力解析（従来品との比較）
Cage centrifugal analysis(Comparison of current and developed)

3. 2 開発品の設計狙い
高速回転対応プーリ用軸受（以下，開発品）の保持器とシール，内外輪，鋼球は，高速回転に耐える仕様

変形量約 30％低減

とした．

A

B

3. 2. 1 保持器
開発品の保持器形状は，EV・HEV用グリース潤滑

変形
量

高速深溝玉軸受で開発した樹脂保持器2）を採用した．
従来樹脂保持器との比較を図2に示す．

従来品
開発品

高速回転時の変形抑制のため以下3点を改良した．
①ポケット底の厚肉化

A→保持器剛性の向上

変形箇所

B

図4 遠心力変形量（従来品との比較）
Deformation amount of current and developed②保持器ポケット間の肉抜き→遠心力の軽減③高強度材料の採用→保持器剛性の向上
保持器の遠心力解析結果を図3，図4に示す．
回転速度条件は，従来樹脂保持器が15,000min-1，
高速回転対応樹脂保持器は20,000min-1とした．外-57-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

3. 2. 2 シール

2.5

NTNのプーリ用軸受標準シール概要を図5に示す．

2

シ
ー 1.5
ル
反
力

外輪

N

1
遠心力による0.5

鋼球

0

高速回転域で リップの挙動の反力ばらつきが大きい

締め代 max
締め代 nom
締め代 min
0

5,000

10,000回転速度①グリースリップ

15,00020,000min-1

図6 シール反力解析（従来品）
Seal centrifugal force analysis (Current)③ダストリップ
2.5②メインリップ

内輪

2

図5 NTNのプーリ用軸受標準シール
NTN standard bearing seal for pulley

締め代 max
締め代 nom
締め代 min

シ
ー 1.5
ル
反
力

プーリ用軸受標準シールは3つのリップで構成されN

る．

高速回転域での反力ばらつ
きが小さい

1

0.5

遠心力による
リップの挙動①グリースリップ0→内輪シール溝とのラビリンス構造により，メイ

0

5,000

10,000

回転速度

ンリップ近傍へのグリース流入を抑制し，グリ

15,00020,000min-1

図7 シール反力解析（開発品）
Seal centrifugal force analysis (Developed)

ース漏れを防止②メインリップ→外輪回転による遠心力が発生しても締め代を有し，グリース漏れ防止，水/ダスト侵入防止，低制できる．

トルクを確保

従来品と開発品のシール締め代およびトルク（計算③ダストリップ値）を図8，図9に示す．

→内輪シール溝とのラビリンス構造により，外部開発品はシール締め代を増加し，シールリップ追随

からの異物侵入を抑制性を向上させた．一方で，シールリップ腰厚を最適化

仮に侵入した場合でも，ダストリップのテーパすることで，リップ剛性を低減し，低トルク化と発熱形状により排出が容易抑制を実現した．

開発品のシール形状は，シールリップの重心位置とリップ腰厚を最適化し，高速回転域での反力ばらつきを従来品小さくすることで発熱を抑制し，低トルク仕様とした．

約40％増加開発品

シール反力の解析結果を図6，図7に示す．
従来品は初期のシール締め代に関わらず，回転速度が上昇するとシール反力が下がる傾向にあり，
20,000min-1付近の高速回転域でも，シール反力のばらつきが大きいため，シール締め代による発熱が不安定となる．

従来品

一方，開発品はシールリップの重心位置を最適化し
図8

開発品

シール締め代計算値（従来品との比較）
Seal calculation interference(Comparison of current and developed)ているため，初期のシール締め代が異なっても高速回転域では，シール反力のばらつきが小さく，発熱を抑-58-高速回転対応プーリ用軸受

使用条件
¡ 低温
¡ ラジアル荷重小¡ ベルト巻き角小

従来品
開発品

約60％低下軸受仕様¡ すきま小¡ グリース硬化

鋼球のアキシアル振動 / 自励振動
外輪のアキシアル振動，プーリ ASSY の共振

開発品

従来品

空気の疎密波発生

図9シールトルク計算値（従来品との比較）
Seal calculation torque(Comparison of current and developed)

冷時異音（HOOT 異音）発生

図10 冷時異音の発生メカニズム
Generation mechanism of hoot noise

3. 2. 3 軸受内部諸元
軸受内部諸元は，従来品と比較して，負荷容量を維

表2 グリース性状比較
Grease characteristics comparison

持しつつ，鋼球サイズの見直しによりPCDを下げ発熱を抑制できる仕様とした．
軸受内部諸元を表1に示す．

表1 内部諸元（従来品との比較）
Internal specification comparison of current and developed
仕

様

従来軸受

開発軸受

主要寸法 mm※内径×外径×幅

φ17×φ40×12←

鋼球サイズと個数9/32in-7個

17/64in-8個

基本動定格荷重 N

9,600

9,500

基本静定格荷重 N

4,600

4,700

項

目

従来
グリース①

従来
グリース②

開発
グリース

基

油

エステル
+PAO

エステル

エステル
+PAO

増ちょう剤

ウレア

ウレア

ウレア

基油流動点 ℃

−42.5

−42.5

−50以下

混和ちょう度

270

280

286

3. 3. 2 耐脆性はく離性
脆性はく離は，組織変化を伴う特異はく離で，自動車エンジンの電装補機に使用される軸受に見られ，プーリ用軸受にもまれに発生する．

3. 3 その他

脆性はく離の推定発生メカニズム1）3）を図11に示

プーリ用軸受の要求機能と対策

す．

3. 3. 1 耐冷時異音性
冷時異音とは低温時に発生する”ピー”という笛を吹いたような異音で，エンジン始動時の数秒間，プー要因

リ用軸受を起点に発生することが知られている．
冷時異音の推定発生メカニズムを図10に示す．

・荷重，振動
・急加減速
・温度
・グリース
・すきま
転動体
すべり

冷時異音は低温時のグリースちょう度低下が主な要

潤滑剤

油膜切れ，転走面の摩耗因と考えられているため，開発品には，低温流動性を

転動面
新生面の生成グリースからの水素発生向上させた新規開発グリースを採用した．
新生面の生成グリースからの水素発生

従来品と開発品のグリース性状比較を表2に示す．
開発グリースは低温流動点を下げ，ちょう度を軟ら

H

H

H

トライボケミカル反応

かく設定した．これにより， NTN測定条件において鋼中への水素侵入-40℃での冷時異音合格率（冷時異音発生なし率）が，従来の70%から100%になった．

HH H

転走面の亀裂進展

図11 脆性はく離の発生メカニズム
Generation mechanism of brittle flaking-59-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

開発品は，グリースの添加剤および内外輪の熱処理

開発品は，20,000min-1時の温度上昇が，従来品を工夫することで，鋼球のすべりおよび水素侵入を抑の 1 5 , 0 0 0 m i n -1時 よ り 低 く ， 許 容 回 転 速 度

制し， NTN試験条件にて従来品同等の耐脆性はく離

20,000min-1を達成した．

性を確保した．

3. 4. 2 高速耐久試験
回転速度20,000min-1時の耐久性を確認した．試3. 4 開発品の評価結果

験条件を表4に，試験後品の外観を図14に示す．

3. 4. 1 昇温試験

はく離，焼付き，破損及び異音発生がなく運転時間
400hをクリアし，従来品と同等の耐久性を確認した．

回転数増加に伴う温度上昇を昇温試験で確認した．
試験条件を表3に，試験機外観を図12に，測定結果を図13に示す．

表4 試験条件
Test condition
表3 試験条件
Test condition

軸受サイズ

6203
960

6203

ラジアル荷重 N
ベルト巻き角 °ラジアル荷重 N
ベルト巻き角 °960

プーリ回転速度 min-1

20,000180

雰囲気温度 ℃

80

雰囲気温度 ℃

100

運転時間 h

400

軸受サイズ

180

内輪

アイドラプーリ

外輪

シール

鋼球
保持器

試験サンプル

駆動プーリ

図14 試験後品の外観
Appearance of after test sample

図12 昇温試験機
Temperature rising tester

140

従来品の許容回転速度

15,000min-1

3. 4. 3 回転トルク
トルク低減効果を低温トルク試験で確認した．試験

135

条件を表5に，試験結果を図15に示す．

130

軸
受
内
輪
温
度
℃

開発品の低温トルクは，従来品よりも約15%低減

125

できたことを確認した．

120
115

表5 試験条件
Test condition

110

従来品

105
100

開発品
0

5,000

10,00015,000

プーリ回転速度20,000

軸受サイズ

6203

ラジアル荷重 N

無負荷(試験治具自重のみ)

内輪回転速度 min-1

0→12,000(60sスイープ)

外輪温度 ℃−40

25,000min-1

図13 昇温試験結果
Temperature rising test result-60-

高速回転対応プーリ用軸受

参考文献

約15％低減

10.001）川村隆之，三上英信 電装補機軸受用長寿命グリース『NA103A』の開発 NTN TECHNICALREVIEW No.75 (2007).
2）里田雅彦，中尾吾朗 EV・HEV用グリース潤滑高速
深溝玉軸受 NTN TECHNICAL REVIEW No.83(2015).
3）野崎誠一，藤本広司郎，玉田健治 電装・補機用軸受の脆性剥離と長寿命化 NTN TECHNICALREVIEW No.61 (1992).

従来品
開発品

7.50

ト
ル
ク

5.00

N・cm
2.50

0.00

開発品

従来品

図15 低温トルク試験結果
Torque measurement results at low temperature

4. おわりに
本稿では高速回転対応プーリ用軸受を紹介した．本
開発品は，保持器，シール，グリース，軸受内部諸元を最適設計することで，6203サイズの外輪回転数で20,000min-1を可能にするとともに，プーリ用軸受としての要求機能（耐冷時異音性，耐脆性はく離性，
低トルク）を同時に実現することができた．
エンジンのダウンサイジング，省燃費への貢献が期待でき，今後積極的に市場展開していく．また，今後のさらなる高性能化に対応した商品開発も推進する．

執筆者近影

川口

隼人

自動車事業本部
自動車軸受技術部

深間翔平

自動車事業本部
自動車軸受技術部

井上正晴

自動車事業本部
適用技術部

-61-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[ 商品紹介 ]トランスミッション用超低フリクションシール付玉軸受
Ultra Low Friction Sealed Ball Bearing for Transmission

佐々木 克 明* Katsuaki SASAKI
和久田 貴 裕* Takahiro WAKUDA
水 貝 智 洋** Tomohiro SUGAI
自動車の省燃費化に伴い，構成部品の軽量・コンパクト化，低トルク化の要求が強まっている．本稿では，トライボロジー技術を駆使して開発した，低トルクと長寿命を両立したトランスミッション用シール付玉軸受の特長と性能を紹介する．

Along with fuel-saving of automobiles, demands for lightweight, compact and low torque are increasing. In thisreport, we will introduce characteristics and performance of developed products with both low torque and longlife of sealed ball bearing for transmission to utilize tribology technology.

1. まえがき

3. 構造と性能
3. 1 開発品の設計手法について

トランスミッション内の潤滑オイル中に，ギア摩耗
粉などの硬質異物が浮遊する過酷な軸受使用環境下で従来は，接触シールの低フリクション化達成のため，の寿命低下を抑えるため，従来は接触シールの採用や以下項目の最適化を図ってきた.

特殊な軸受材料に特殊熱処理を施すこと（オープン品）

・シール緊迫力

で耐異物性を向上させてきた．しかし，接触シール付

・面粗さ

軸受はシールしゅう動抵抗により軸受回転トルクが・ゴム硬さ増加するので省燃費化 1）に逆行する．また，特殊熱本開発品では上記に加え，くさび膜効果が増大する

処理軸受はコストアップの要因となるデメリットがあシール形状に着目した.これによりシールリップ接触った．そこでトライボロジー技術を駆使することで，部のフリクションは従来接触シールがストライベック

特殊熱処理軸受同等以上の寿命水準を保ちつつ，大幅曲線（図1）の境界〜混合潤滑領域であるのに対し，な回転トルク低減を目標に，新機構のシール付玉軸受

開発品は実回転域で流体潤滑領域になるため，劇的なを開発したので，その内容について紹介する．

トルク低減が可能となった．

2. 特

境界
潤滑

長

開発品の特長を以下に示す．

混合潤滑

流体潤滑

摩
擦
係
数

・回転トルク80％低減（接触シール比）
・軸受寿命5倍以上（オープン品比）
・高シール周速（50m/s以上）への対応
・有害な異物侵入防止

軸受特性数

図1

**自動車事業本部**先端技術研究所

自動車軸受技術部-62-

G

ストライベック曲線
Stribeck curveトランスミッション用超低フリクションシール付玉軸受

3. 2 シール設計の狙い

表1 解析条件
Analysis condition

シールリップしゅう動面に円弧状の微小突起を複数

回転速度 min-1

個均等配（図2）で設けることで，トランスミッショ
ンの油潤滑環境下でくさび膜効果（図3）が発現し，

1,500

潤滑油

CVTF

軸受温度 ℃−40〜120実回転域で流体潤滑領域となる．
微小突起の形状設定は『ゴムの弾性を考慮した流体
潤滑解析（ソフトEHL解析）』から導き出された最適形状（図4）を採用．これにより低トルクと長寿命の両立を実現している．
開発品を表1の条件でFEM解析した例を図5に示す．この解析により最小油膜厚さを求めた結果を図6に示す．図6の温度範囲の最小油膜厚さはストライベック曲線（図1）の流体潤滑領域であることを確認した．

図5 油膜圧力分布
Calculation result of oil film pressure distribution

50
40

最
小
油
膜
厚
さ

開発品断面図μm

円弧状の微小突起（上カット図では 5 箇所）

20
10
0
-40

図2 開発シール
Developed seal

圧力分布

30

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

温度 ℃

図6 温度と最小油膜厚さの関係
Temperature and oil film thickness
シール

3. 3 開発品の評価
試験軸受は日本国内でシェアの高いCVT車用支持

油膜軸受を想定し，代表型番6010相当品を使い評価確認
を行った.

内輪

回転方向

3. 3. 1 回転トルク

図3 くさび膜効果
Wedge film effect（1）軸受温度と回転トルク
軸受温度を変えて回転トルクを測定した．試験条件
を表2に，測定結果を図7に示す．

凸R

凸高さ

表2 試験条件
Test condition

凸間隔

図4 微小突起設定
Setting of micro convex-63-

ラジアル荷重

0.05C

回転速度 min-1

1,500

潤滑油

CVTF

軸受温度 ℃

35〜120NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）（3）回転速度と回転トルク

開発品は80％のトルク低減（従来接触シール比）
を実現し，非接触シールと同等の低トルクを達成した．

回転速度を変えて回転トルクを測定した．試験条件
を表4に，測定結果を図9に示す．
開発品は60—80％のトルク低減（従来接触シール比）を達成した．

回
転
ト
ル
ク

表4 試験条件
Test condition

80％低減
開発品
従来非接触シール
従来接触シール

N・m

0

20

40

60

80

100

120

ラジアル荷重

0.05C

回転速度 min-1

500−6,000

潤滑油

CVTF

軸受温度 ℃

80140

軸受温度 ℃

図7 軸受温度と回転トルクの関係
Bearing temperature and rotation torque
回
転
ト
ル
ク

（2）締め代と回転トルク

60-80％
低減
開発品
従来接触シール

N・m

締め代を変えて回転トルクを測定した．試験条件を
表3に，測定結果を図8に示す．
開発品はくさび膜効果で締め代によるトルク変化が

0

1,000

2,000

ほとんど認められないことを確認した．

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

-1

回転速度 min

図9
表3 試験条件
Test condition

回転速度と回転トルクの関係
Rotation speed and torque（4）ギヤによる油はねかけ想定の回転トルク

ラジアル荷重

0.04C

回転速度 min-1

1,500

潤滑油

CVTF

軸受温度 ℃

40，80，120

油はねかけ条件を想定し，回転トルクを測定した．
試験条件を表5に，測定結果を図10に示す．
表5 試験条件
Test condition
アキシアル荷重0.09C

回転速度 min-1
回
転
ト
ル
ク

5,000

潤滑油

タービン油VG32

軸受温度 ℃
軸受温度 40℃
軸受温度 80℃
軸受温度 120℃

N・m

非接触

下限

中央値

シール締め代300mL投入

自然昇温

油投入 300mL

回
転
ト
ル
ク

上限

mm

開発品

N・m

図8 締め代と回転トルクの関係
Interference and rotation torque

オープン品

0

20

40

60

80 100 120 140 160 180 200 220

時間 s

図10 油はねかけ条件下の回転トルク
Rotational torque under oil splash lubrication-64-

トランスミッション用超低フリクションシール付玉軸受（2）多量異物貫通確認試験

開発品は微小突起間の微小すきまの効果で，油の過度な浸入が抑制でき，安定的なトルク推移が認められイレギュラーな異物粒径および異物量を含む油潤滑

た．一方，オープン品は油がはねかかることで油の撹下を想定し，縦型試験機を使って耐異物性能を確認し拌抵抗が上昇しトルクが高くなる．

た．試験条件を表7に，測定結果を図13に示す．

3. 3. 2 寿命・耐久試験

開発品は微小突起の効果で想定以上の硬質異物を含（1）異物潤滑下寿命試験

む潤滑下でも軸受内部への異物侵入を抑制することが異物潤滑下の軸受寿命を確認した．試験条件を表6確認された．なお，侵入した異物粒径，異物量は，（1）に，測定結果を図11 2），図12に示す．

で示した異物潤滑下寿命試験後軸受と同等レベルであ開発品は微小突起の効果で軸受内への有害異物侵入った．

を抑制し，開発品の全サンプルが計算寿命の10倍の表7 試験条件
Test condition

運転時間でも未はく離でサスペンドした．L10寿命で比較するとオープン品の5倍以上の軸受寿命を達成し低トルク性能も維持していた．

表6 試験条件
Test condition
ラジアル荷重

0.33C

回転速度 min-1

2,000

ミスアライメント

2/1,000rad

潤滑油

CVTF 軸心油浴

軸受温度 ℃

120

異物条件 0.15g/L

スチールビーズ〜50μm 97wt％
50〜100μm 3wt％

異物潤滑下寿命試験
98

軸受温度 ℃

自然昇温

異物条件 1.0g/L

スチールビーズ〜50μm 40wt％
50〜100μm 30wt％
100〜180μm 30wt％

運転時間 h6×100倍

図13 試験後内輪の転動面外観
Appearance of inner ring surface after test

L10
L50
e
1

オープン 開発品
102.0
511.0
182.6
742.6
3.23
3.23
5

シール高周速耐久試験を行った．試験条件を表8に，測定結果を図14に示す．

10

50

寿命

100

500

1,000

開発品は異常昇温もなくサスペンド停止した．また，

h

微小突起に顕著なゴム摩耗は認められず低トルク性能

図11 異物潤滑下の軸受寿命
Bearing life under contaminated lubrication
×20倍

タービン油 VG10（3）シール高周速耐久試験

10

2

3,000

潤滑油

オープン
開発品

累
積
破
損
確 20
率
％

回転速度 min-1

×20倍

サスペンドは，塗りつぶし

90
80
70
60
50
40
30

0.05C

アキシアル荷重

た．また，微小突起の顕著なゴム摩耗は認められず，も維持している．
表8 試験条件
Test condition

×100倍

ラジアル荷重

50

潤滑油

CVTF 70℃×100mL
強制給油 軸心油浴

軸受温度 ℃
運転時間 h

図12 試験後内輪の転動面外観
Appearance of inner ring suface after test

-65-

0.05C

周速 m/s

自然昇温
30

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）120

表10 試験条件
Test condition

運転停止

100

温

80

度

60

℃

40

軸受温度
給油温度
雰囲気温度

20
0

0.05C

アキシアル荷重

0

5

10

15

20

25

30

35

回転速度 min-1

5,000

潤滑油

タービン油VG10

軸受温度 ℃

自然昇温

運転時間 s

100mlのオイル貫通までの時間を測定

40

100mL の油が貫通する時間 s

時間 h

図14 シール高周速耐久
Seal high peripheral speed endurance（4）油潤滑下での急加減速耐久試験
油潤滑下での急加減速耐久試験を行った．試験条件を表9に示す．
開発品は異常昇温や微小突起の顕著な摩耗もなくサ
スペンド停止し，低トルクを維持している．なお，ソ開発品

フトEHL解析にて数十min-1からシールと内輪間に油膜

表9 試験条件
Test condition

周速 m/s4. おわりに

0.05C
0 ⇔ 50
立上げ2s，立下げ2s

潤滑油

CVTF 70℃×100mL
強制給油 軸心油浴

軸受温度 ℃

自然昇温

運転時間 h2.5

従来接触シール

図15 貫通油量測定
Oil through timeが形成され，流体潤滑領域になることを確認している．

ラジアル荷重通油性
8 倍以上

本稿ではトランスミッション用超低フリクションシール付玉軸受の技術を紹介した．本開発品は，新規の設備投入を必要とせず，シール付玉軸受の高機能化が実現できる軸受である．今後，NTNのトランスミッシ
ョン用玉軸受の主力商品として積極的に市場展開していく．

3. 3. 3 貫通油量
潤滑油の貫通油量測定を行った．試験条件を表10に，測定結果を図15に示す．

参考文献

開発品はシールリップの微小突起間の微小すきまに

1）環境省HP，諸外国における車体課税のグリーン化の動向.
http://www.env.go.jp/policy/tax/misc_jokyo.html
2）藤田工，転動疲労寿命試験の計画と寿命データの解釈，
NTN TECHNICAL REVIEW No.84（2016）.

より，従来接触シールよりも約8倍以上の貫通油量であることを確認した．
これにより，希薄潤滑下においても軸受への潤滑油の供給が適切に行える．
執筆者近影

佐々木

克明

自動車事業本部
自動車軸受技術部

和久田貴裕

自動車事業本部
自動車軸受技術部

水貝智洋

先端技術研究所-66-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[ 商品紹介 ]低フリクションハブベアリング
Low Friction Hub Bearing

関誠*

Makoto SEKI

燃費規制の強化に伴い，世界市場では低燃費化が大きな要求となっている．NTN
では，この要求に応えるため，ハブベアリングの低フリクション化開発に取り組んでいる．本稿では，従来品に対し約50%のトルク低減を達成した，「低フリクションハブベアリング」を紹介する．

The fuel efficiency regulations has been strengthening, therefore the good fuel efficiency is one of theimportant requirement from the field. Based on this background, NTN has been developing the low friction hub
bearing continuously.
The hub bearing applicable to such around 50% low friction requirement is introduced in this report.

1. まえがきアウタシール
ハブボルト

近年，自動車はエンジンを動力源とした従来車両かインナシールら，エンジンと電動機とを組み合わせたハイブリッド
自動車や電動機だけで駆動する電気自動車への取り組
みが進んでいる．背景には全世界的な燃料のコスト上
昇，及び地球温暖化などの環境問題が存在する．車両
内輪

走行時に必要とされるエネルギー削減が重視され，日転動体

米欧などでは2021年に向けて厳しい燃費規制が行われる予定で，自動車メーカーや自動車ユニットメーカ

ハブ輪ーが日々競って次々と新技術をグローバル市場に投入

外輪

図1 3世代ハブベアリングの構造例
Structure example of generation 3 hub bearing

している．
乗用車用ハブベアリングで高いシェアを持つ NTN
は，低燃費化を達成する技術を種々提案している1)，2)．

に示す通り，これまでフリクション低減技術が開発さ本稿では，低燃費化を達成する技術として，グリー

れており，転がり抵抗の低減では軸受諸元の最適化，

スとシールの改良で約50%のトルク低減を達成した

保持器材質の樹脂保持器化に取り組み，しゅう動抵抗

低フリクションハブベアリングを紹介する．

の低減では，シールゴム材質の低フリクション化，シール構造・締め代の最適化が挙げられる．
本開発では，さらなる低フリクション化を推進する

2. 低フリクション化への取り組み

ため，転がり抵抗に関しては，基油・動粘度・ちょう

3世代タイプのハブベアリングの構造例を図１に示度等を見直した軸受内部グリースの新規開発を行っす．

た．また，しゅう動抵抗に関しては，軸受と同じようハブベアリングにおけるフリクションは，軸受部ににリップ塗布グリースの新規開発，リップ接触面の最おける転がり抵抗とシール部のしゅう動抵抗に大きく適化，シール構造見直しによるリップ接触枚数の削減

分けられ，それぞれの抵抗は50%程度である．図2を行うことでシール部のフリクション低減を行った．

*自動車事業本部

自動車ユニット技術部-67-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

また，長距離輸送時の振動によるフレッティング摩ボール個数

耗を抑制するため，低流動点基油と摩耗防止剤を配合

与圧

軸受諸元

し，低温時のフレッティング性能も向上させた．

溝曲率
軸受
基油の組成

転がり抵抗
約 50％

軸受内部グリース

表1 開発グリース コンセプト
Concept of grease property

基油動粘度

グリース性状

ちょう度
保持器

トルク
100％

基

材質
基油の組成

リップ塗布グリース

油

従来品との比較
高粘度指数基油の適用
低流動点基油の適用

基油動粘度

基油動粘度
ちょう度

低温から常温：低減
高温：従来品同等

増ちょう剤

最適化

添加剤

摩耗防止剤適用シール
しゅう動抵抗約 50％

締め代
シールリップ部を本稿で選定

2. 1. 2 評価試験

接触状態

開発グリースを封入したハブベアリングで，シール

接触枚数を取り外し回転トルク試験を実施した．

図2 軸受フリクションの影響因子
Influence factor of bearing friction

結果を図3に示す．従来品に対するトルク低減率は24%となり，軸受内部グリースの低粘度化による転がり粘性抵抗の低減効果を確認した．
また，要求機能を確認するため，表2に示す信頼性

2. 1 転がり抵抗の低減評価試験を実施した．開発グリースを適用した軸受は，

2. 1. 1 要求機能と開発グリースの仕様

すべての試験項目で開発目標を達成し，軸受内部グリ

ハブベアリングの内部グリースには低フリクションースに要求される機能を満足する結果となった．

性に加え，次の機能が求められる．
（1）ハブベアリングの荷重，温度，速度条件下において，油膜切れや焼付きを起こさず長寿命であ

1

ること

24％低減

0.8

（2）低温での耐フレッティング性に優れること

回
転 0.6
ト
ル
ク 0.4
比

（3）充分な防錆性と耐漏洩性を持つこと（4）異物の侵入を防止すること
上記の要求機能を踏まえ，今回の開発グリースの仕0.2

様を以下のように決定した．

0

トルク低減のため，グリースの基油動粘度を下げた
り，グリースを柔らかくすることで撹拌抵抗を抑える

開発品

従来品

図3 回転トルク試験（室温）Rotation torque test (room temp.)

手法は一般的であるが，油膜切れによる軸受はく離やグリース漏れの可能性がある．特に，高温になると基

表2 軸受グリース信頼性評価試験
Bearing grease reliability evaluation test

油動粘度の低下が顕著になるため，はく離の可能性が
高まる．

試験項目

そこで表１に示した通り，低フリクション化を追求

結果

車両旋回時の軸受寿命*1

定格寿命に対し3倍以上

高速回転時の焼付き性*2

軸受軌道面に焼付き無しに高粘度指数基油を適用し，常温から低温の基油動粘低温フレッティング*3

摩耗量78%低減（従来比）

度を下げつつ，高温の基油動粘度を従来品と同等に設*1 旋回荷重：0.6G負荷条件*2 車速200km/hの回転速度条件*3 -20℃環境下での微動摩耗試験

しつつ背反する高温時の潤滑不良を解消すべく，基油

計すると共に，更なる撹拌抵抗低減のため，増ちょう剤の最適化を実施した．
-68-

低フリクションハブベアリング

2. 2 しゅう動抵抗の低減

成させることが可能となった．シール表面の凹凸の粗2. 2. 1 要求機能と開発シールの仕様

さについては，フリクション低減効果及び耐泥水性，気密性が損なわれない領域で設定した．

3世代ハブベアリングに採用しているアウタシー

2. 2. 3 シール専用グリース

ル，インナシールの構造例を図4に示す．図4 (a)に示すアウタシールは標準的に使用されている3リップ

シールリップ先端に塗布するグリースは，軸受内部

シールタイプである．同図(b)に示すインナシールはグリースとの混合を避けるため，通常は軸受内部に封しゅう動部材をステンレスとしたスリンガを一体化し入するグリースと同じものを塗布するが，シール要求

たカセット式のハイパックタイプ設計である．ハブベ

機能に特化したシール専用グリースを開発しフリクシ

アリングのフリクションの約50%をシールのしゅう

ョンの低減を行った．

動抵抗が占めるため，シールの最重要機能である耐泥シール専用グリースの開発においては，基本的なシ

水性や気密性が低下しないよう改良に取り組んだ．

ール性能を確保することを前提に，以下2点をポイン
トに仕様を設定した．

本開発では，シールリップ接触（しゅう動）面の最適化，シールリップ塗布専用グリースの開発，周辺構・基油動粘度を小さくし，しゅう動抵抗を減少させる．

造の最適化によるシールリップ接触枚数の削減によっ

・内部グリースと混合しても軸受機能に影響を及ぼさない．

て，従来品に対する低フリクション化を達成した．

2. 2. 4 シールリップ接触枚数の削減
シールリップは必要な耐泥水性を確保するため，リップを3枚接触させる構造が一般的であるが，更なるサイドリップ
中間リップ

サイドリップ A

低フリクション化を推進するため接触枚数の削減を行

サイドリップ B

った．

スリンガ

図6に開発品のシール構造例を示す．接触枚数の削

ラジアルリップ(a) アウタシール

減による耐泥水性の低下は，ラビリンス構造を外側に(b) インナシール

設けると共にそのシール形状を工夫することで防止し

図4 シール構造 従来品例
Structure example of seal

た．

2. 2. 2 シールリップ接触の最適化
従来のシールリップ接触面は表面に凹凸がなく，相ラビリンス構造

手部材に対して，円周一様に接触している．一方，図5

ラビリンスリップに示した通り，開発品はしゅう動面もしくはシールリ

サイドリップップ表面に微小な凹凸を形成している．この微小な凹

ラジアルリップ

凸により，相手部材との接触面積を減らし，かつ凹部(a) アウタシール

がグリースを保持するため，接触面に充分な油膜を形(b) インナシール

図6 シール構造 開発品例
Structure example of developed sealZ

図5

シールリップ表面（Z方向から見た拡大写真）
Seal lip surface (the enlargement from Z)-69-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

2. 2. 5 評価試験

3. 低フリクションハブベアリングの性能

シール単体で回転トルク試験を実施した．結果を図7に示す．

開発した軸受内部グリースと低フリクションシール

開発品は，シールリップの接触面の最適化と接触枚を組み合わせたハブベアリングのフリクション性能を数の削減及びシール専用グリースの適用により，従来

図8に示す．転がり抵抗，及びアウタ・インナシール

品に対するトルク低減率は約70%となり，回転に伴それぞれのしゅう動抵抗を低減したことによって，ハうシールのしゅう動抵抗を大幅に低減した．

ブベアリング全体で約50％のフリクション低減効果

また，シールへの要求機能を確認するため，表3にが得られた．

示すNTNスペックの信頼性試験を実施した．リップ枚

また，主なハブベアリングへの要求機能項目につい数の削減はリップ自体の耐泥水性能低下をもたらす恐て，性能評価チャートを図9に示す．

れがあるが，ラビリンス構造の設定により接触リップ

全ての要求項目について，従来品同等以上の性能を部への泥水流入量を低減させ，従来品同等の耐泥水性確保した．特に，低温における耐フレッティング性がを確保した．

向上していることから，より過酷な環境下における使用も考慮できる軸受と考える．

1

1

0.8

シ
ー
ル 0.6
ト
ル
ク 0.4
比

しゅう動
抵抗
回
転
ト
ル 0.5
ク
比

約 70％低減

0.2
0

転がり
抵抗

開発品

従来品

図7 回転トルク試験（室温）Rotation torque test (room temp.)0

図8

表3 低フリクションシール信頼性評価試験
Low-friction seal reliability evaluation test
試験項目

結

果

耐泥水性*1

従来品同等

気密性*2

従来品同等

耐熱性*3
*1 NTN耐泥水性試験*2 NTN回転気密性試験

従来品同等*3 ダンベル片使用

約 50％低減

従来品

開発品

ハブベアリングのフリクション性能（一例）
Friction performance of the hub bearing

低フリクション性
5
4
3

開発品
従来品

2

120℃×1,000hグリース浸漬

1
軸受寿命

0

耐泥水性

図9 性能評価チャート
Performance evaluation chart

-70-

耐フレッ
ティング性
（低温）

低フリクションハブベアリング

4. あとがき
低燃費化への要求に対応するため，ハブベアリングの軸受内部グリース及び低フリクションシールを開発
し，ハブベアリングのフリクションを低減するとともに，従来品同等以上の信頼性を有するハブベアリングを商品化した．軸受内部グリースについてはすでに一部自動車メーカで採用されている．
今後さらなる低フリクション化及び信頼性向上を継続し，グローバルニーズに対応した商品開発によって社会貢献に取り組む所存である．

参考文献
1）長谷陽夫，丹羽健，ハブベアリング軽量化開発への
形状最適化手法の適用, NTN TECHNICALREVIEW No.73，(2005) 14-19.
2）柴田清武，乗松孝幸，アクスルベアリングの技術動
向と開発商品, NTN TECHNICAL REVIEW
No.75，(2007) 29-35.

執筆者近影

関

誠

自動車事業本部
自動車ユニット技術部-71-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[ 商品紹介 ]中・大型二輪車エンジン向けチェーンテンショナ
Chain Tensioner for Motorcycle Engine

鬼 丸 好 一*Kouichi ONIMARU

NTNでは，四輪エンジンのカムシャフト駆動に用いられるタイミングベルトやタ
イミングチェーン用の油圧式オートテンショナの開発・量産を行っている．一方，二輪車エンジンでは従来から，ばねや摩擦力を用いた機械式オートテンショナが採用されていたが，エンジンの高出力化に伴い大型車やスポーツタイプの二輪車
では油圧式オートテンショナへの切替も進んでいる．
NTNでは，2004年から二輪車エンジン向けにタイミングチェーン用油圧式オー
トテンショナの量産を開始し，エンジンの耐久性・静粛性を含めた機能向上に貢献してきた．本稿ではこれらNTNの二輪車エンジン向けオートテンショナについて紹介する．

NTN has developed the hydraulic auto tensioner of timing belt drive and timing chain drive unit for engine
camshaft drive application.
Since 2004, NTN has started to supply timing chain tensioner for motorcycle engine application.
Today I would like to introduce new technology of auto tensioner to reduce engine noise and increase
durability performance.

1. はじめに

2. 二輪車エンジン向け
チェーンテンショナの現状

OHCエンジンでは，クランクシャフトの回転をカ

2. 1 システム構成と要求機能

ムシャフトに伝達し，かつ，それぞれのタイミングを同期させるため，歯付きベルトやチェーンを用いる．

前述の回転同期をチェーンで行う場合，チェーンはオートテンショナは，これら歯付きベルトやチェーン

チェーンレバーやチェーンガイドなどにしゅう動案内の張力を適正に保つ役割を果たし，エンジンの寿命とされている（図1）．それら案内部品とチェーンのし

静粛性の向上に寄与している．
二輪車のエンジンでは，上記回転同期に歯付きベル
トよりもチェーンが用いられることが多く，また，チ
ェーン用のオートテンショナ（以下，チェーンテンショナ）にも二輪車エンジン特有の機能が要求される．
チェーンレバー

NTNでは，それらの要求に対応するチェーンテン
ショナを開発し，商品化してきた．本稿では，これらチェーンテンショナ

二輪車エンジン向けチェーンテンショナの構造並びに特長について紹介する．

チェーンガイド

図1 レイアウト例
Structure example of Layout example 3 Hub Bearing*自動車事業本部

自動車ユニット技術部-72-

中・大型二輪車エンジン向けチェーンテンショナ

2）内部部品の脱落防止

ゅう動抵抗がフリクションロスとなるため，チェーン張力の適正化が重要である．チェーン張力が過大な場

メンテナンス等でチェーンテンショナの取り外しを合，フリクションロスは大きくなり，燃費の悪化や出行う際，内部部品のエンジン内部への脱落防止機構が力低下，また，最悪の場合はチェーン破断につながる．

必要となる．

反対にチェーン張力が過少の場合，チェーンのバタ

2. 2 他社製チェーンテンショナ

つきが大きくなり，騒音・振動が増大し，ひいてはチェーンの摩耗伸びにもつながる．従って，チェーン張二輪車エンジンでは機械式チェーンテンショナが用力の調整部品であるチェーンテンショナの仕様最適化

いられており，ばねとラチェットのみの簡易な構造や，が重要となることから，エンジン毎に減衰力などの最ねじの摩擦力で減衰させる製品が採用されてきた．

適化を行っている．
通常，エンジン始動からオイルポンプにより潤滑オ

3. NTNのチェーンテンショナ

イルが各部品まで到達するにはタイムラグが生じる．
油圧式の減衰機構を採用しているチェーンテンショ

チェーンテンショナにおける以下の取り組みを紹介

ナでは，エンジン始動からチェーンテンショナの圧力する．

室内にオイルが充填されるまでの間，チェーンのバタ①静粛性・信頼性向上

つきによる異音発生が懸念される．そのため，エンジ②省スペース・軽量化

ン停止時の押し込まれを防止するノーバック構造が必③作業性向上要となる．

④油圧減衰力の安定

二輪車エンジン向けチェーンテンショナはエンジン

3. 1 静粛性・信頼性向上の外側から挿入され組み付けられる場合が多いことから，上記の他に以下の機能も要求される．

静粛性・信頼性向上に関わるノーバック機能を実現

1）初期セット機構のエンジン外部からの解除する構造は2種類ある．以下にこれらの構造について

チェーンテンショナは内部部品をシリンダ内部に押紹介する．

し込んだ状態（初期セット）で納入される．エンジン

1）鋸歯ねじ式チェーンテンショナ

組み付け後に初期セットを解除し，テンショナ内部部
品がチェーンレバーに当接するまで突出させる必要が

NTN独自技術の鋸歯ねじを活用したノーバック構ある．そのため，押し込んだ状態（初期セット）を外造（図3）により，エンジン始動直後でチェーンテン

部から操作，または自動で解除する構造が要求されるショナへの給油がなく，油圧による減衰力が働かない（図2）．

状態においてもチェーンの振れ幅を小さく抑えることができる（図4，図7）．
二輪用

四輪用

鋸歯ねじ

取り付けはエンジンの外から， エンジン内部に全て収める．
脱着時にカバーを外す必要はな 脱着はカバーを外して行う．
く，内部の省スペース化が可能． 初期セットの解除はカバーをつ組み付け後の外部からの操作は ける前にテンショナのセットピ不可であり，初期セットは自動 ンを外せばよい．
解除構造が必要．

リターンスプリング

図3 鋸歯ねじ式チェーンテンショナ
Buttress thread type chain tensioner

図2 チェーンテンショナ組み付け状態
Installation of chain tensioner-73-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

鋸歯ねじはエンジン停止時のテンショナ先端の位置変化に追従したプランジャの軸方向移動量となるように関わらずノーバック機能が働くため，エンジン始動

ノーバック機能が働くまでのバックラッシュ量を設定

時の静粛性に大きく貢献できる．

する必要がある．高回転域を許容し回転速度の変化がまた，鋸歯ねじは始動時だけでなく，通常運転中も大きい二輪車エンジンでは，特に注意が必要である

ねじの摩擦力が減衰力の一部として機能する（表1）．

（図6）．

なお，近年はエンジンの高出力化に伴うカム軸の駆レジスタリングはプランジャが最突出状態となった

動トルク増大や，オイルポンプの小型化によりエンジ際のシリンダからの脱落を防止する機能も兼ねておン始動直後のチェーンテンショナ負荷が増加していり，エンジン外部からの組み付けが多い二輪車エンジ

る．NTNではこれらに対応するため，鋸歯ねじ諸元をンではメンテナンス性においても重要な役割を果たし見直すことで，テンショナの従来機能を維持しつつ負ている．

荷能力を向上した製品も市場投入している．

雌ねじ：プランジャ

レジスタリング

バックラッシュ：小プランジャ

雄ねじ：スクリューロッド

リターンスプリング〈押し込まれ時〉

〈突出時〉

図5

レジスタリング式チェーンテンショナ
Ring type chain tensioner

図4 鋸歯ねじの作動状態
Operation of buttress thread
表1 ノーバック構造別の各機能
Functions of each no-back mechanism
ノーバック構造

減衰機能

ノーバック機能

鋸歯ねじ

油圧＋（ねじの摩擦）

無段階

レジスタリング

油圧

有段階

突出方向
3段目

レジスタリング

2段目
1段目

図6

2）レジスタリング式チェーンテンショナ

レジスタリング式の構造
Structure of ring type

NTNでは鋸歯ねじの機能を簡素化し，プランジャ
プ
ラ
ン
ジ
ャ
変
位

外周の溝とレジスタリングによりノーバックが段階的に機能する構造（プランジャ外周の溝により突出方向
は自在，戻り方向には係止）のチェーンテンショナも展開している．有段階式のノーバック構造として，市場にはラチェット構造を採用した製品もあるが，NTN

油圧減衰力発生⇒振幅が減少油圧無しで始動
初期から振幅小回転速度

では円環形状のリングの弾性を利用し，かつ，チェー
ンテンショナのプランジャと同心上に配置することでコンパクトな設計としている点が特長である（図5）．

エンジン始動0

チェーンの走行ライン（テンショナのプランジャ位

1

2

3

時間 s

(a) 鋸歯ねじ

置）は，温度や回転速度によって変わる．レジスタリ

4

0

1

2

3

時間 s

4

(b) レジスタリング式

図7 ノーバック構造別エンジン始動時特性
Engine startup characteristic of each no-back mechanism

ング式のノーバック構造では，チェーンの走行ライン-74-中・大型二輪車エンジン向けチェーンテンショナ

3. 2 省スペース・軽量化

しかし，二輪車エンジンでは，組み付け後，セット

NTNでは従来からアルミ製シリンダを採用し，チピンを抜く作業スペースがなく，簡単かつ確実に解除ェーンテンショナの軽量化を図っているが，さらなるされる機構が求められていた．NTNでは図10に示す

軽量・小形化を果たすべく，エンジンに直接チェーン構造を採用することでこれらの課題に対応している．

テンショナをねじで組み付けることが可能な製品（セルフマウント式チェーンテンショナ）を開発し，2010年から市場投入している（図8）．本製品では，シリンダ外周に雄ねじ部を設けることでエンジン側に設けた雌ねじ穴に締め付けるだけで組み付けが可能である．そのため，従来の製品において必要であったエンジンへの固定ボルトや，ボルト座面のスペースも不プランジャ

要となり，省スペース・軽量化・エンジンへの組み付
け工数削減に貢献している．本製品は，エンジン内部

シリンダのスペースが無く，また，エンジン外部からチェーン

スナップリング（プランジャへの荷重入力）

テンショナを組み付けることの多い二輪車エンジンで特に有効である．なお，この製品は前述の鋸歯ねじ式・レジスタリング式の両方に対応可能である．

リターンスプリング

図10 初期セット解除機構
Release mechanism of initial setting(a) 鋸歯ねじ式

図8(b) レジスタリング式〈初期セット状態〉

セルフマウント式チェーンテンショナ
Self-mount type chain tensioner

・プランジャ外周とシリンダ内周に設けられた溝にス
ナップリングが縮径されてセットされている．
・プランジャは内部のリターンスプリング（図8）に

3. 3 作業性より突出方向に付勢され，初期セット位置に保持さ

1）初期セットの自動解除
四輪車エンジンでは，チェーンテンショナ組み付け

れている．

後の初期セットの解除は，チェーンテンショナのセッ〈初期セット解除〉

トピンを取り外し，その後，フロントカバーを組み付・プランジャへの荷重入力により押し込み方向に移動
すると，プランジャの溝とともにスナップリングもけることで対応していた（図9）．

軸方向に移動する．
・スナップリングがシリンダ内周の径が大きい側の溝に移動すると，スナップリングが拡径する．
・スナップリングが拡径した状態ではプランジャの突出を妨げることはなく，初期セットが解除される．

〈再初期セット〉
・メンテナンス等でエンジンから取り外した後も，プランジャを初期セット位置まで押し込むことで再度セットピン

スナップリングにより初期セットすることが可能で

図9 四輪用エンジン向けチェーンテンショナ
Chain tensioner for automotive engines

ある．
-75-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

この構造により，エンジンへのチェーンテンショナ

リークすきまのみで減衰力を調整する場合（図13），

組み付け後，エンジンのクランキングによりプランジ

に対し，リリーフバルブを追加することで油温，周波ャに負荷を与え変位させることで，自動で初期セット数（＝エンジン回転速度）の変化に対し，安定した減解除が可能となる．

衰力を発生することができる（図14）．

2）内部部品の脱落防止実機試験での比較（イメージ）を図15に示す．リ
リーフバルブの設定により高回転領域での荷重低減がレジスタリング式チェーンテンショナではレジスタ期待できる．

リングが内部部品の脱落防止として機能する．しかし，鋸歯ねじ式では同部品が無いため，図11に示すスナップリングを初期セット用のスナップリングとは別に設けている．

シリンダ

バルブシート

スナップリング（脱落防止用）

スプリング

鋼球

スナップリング（初期セット用）

チェックバルブ（閉）

リリーフバルブ（開）：Oil flow
シリンダ
プランジャ

プランジャ

高圧室

図11 部品脱落防止機構
Prevention mechanism of parts falling off

図12

リリーフバルブ構造および作動時のオイルフロー
Relief valve structure and oil flow

1,400

3. 4 油圧減衰力の安定化

50Hz
200Hz

1,200

1）リリーフバルブの設定
減衰
力

二輪車エンジンでは高出力化のため，エンジンの許
容回転速度も四輪車と比べて高い．油圧減衰機構では，

N

高回転域において減衰力が過大となる傾向にあるた

1,000
800
600
400
200

め，チェーン張力を抑制する手段が必要であった．従0

来のリークすきま管理によるシンプルな油圧減衰機構
では，低回転域と高回転域の減衰力を最適にすること

40℃

油温

110℃

図13 リークすきまのみで減衰力を調整
Adjust with leak clearance (without relief valve)は難しい．NTNでは，コンパクトなリリーフバルブを
チェーンテンショナに内蔵させることでこれらの課題に対応している（図12）．リリーフバルブの開弁圧は1,400

内部のスプリングの設定により変更でき，様々なエン

1,200

減
衰
力

ジンに適した減衰力の調整が可能である．これにより大型の二輪車やスポーツタイプなど，許容回転速度のN

高いエンジンにおいても対応が可能となり，多くの車両でNTN製チェーンテンショナを採用頂いている．

50Hz
200Hz

1,000
800
600
400
200
0

リ リ ー フ バ ル ブ の 効 果 を 確 認 し た 結 果 を 図 13，
図14に示す．なお，減衰力のチューニングは110℃・

40℃

油温

110℃

図14 リリーフバルブで減衰力を調整
Adjust with relief valve

200Hzの条件で実施した．

-76-

中・大型二輪車エンジン向けチェーンテンショナ

1,400

テ 1,200
ン
シ 1,000
ョ
ナ 800
へ
の 600
入
力
荷 400
重
N

4. おわりに

リリーフバルブ無し
リリーフバルブ有り

二輪車エンジン用チェーンテンショナの，とりわけ高出力でスポーツ性の高い車両向けに対して，機能・信頼性の要求に応えるべく開発を行ってきた．今後は二輪車においても環境規制への対応などから，チェー
ンテンショナに対する要求もさらに多様化していくと

2000考えられる．

NTNでは引き続きこれらの要求に応え，さらに幅

エンジン回転速度

広い車種への適用に対応すべく，チェーンテンショナ

図15 リリーフバルブ有無 実機特性比較（イメージ）
Comparison of characteristics with or without relief valveの開発を進める．

2）エア抜き機構の設定
油圧式チェーンテンショナでは油圧室内部に空気が参考文献

混入していると機能を満足することができない．その漁野嘉昭，他：エンジン用商品の技術動向と開発商品，
NTN TECHNICAL REVIEW，75（2007）62-71.
佐藤誠二：オートテンショナの技術動向，NTN
TECHNICAL REVIEW，79（2011）83-89.

ため，NTNでは使用用途に応じて最適な位置に配置できるよう，様々なエア抜き機構を採用している（図16，
図17）．

溝

Air

図16 リリーフバルブにエア抜き機構を追加
Added bleed mechanism to relief valve

Air

執筆者近影

図17 リーク調整部分にエア抜き機構を追加
Added bleed mechanism to leak adjustment part鬼丸

好一

自動車事業本部
自動車ユニット技術部-77-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[ 商品紹介 ]リア用軽量ドライブシャフト「Ｒシリーズ」
Light Weight Drive Shaft for FR vehicle「R series」

小 林 智 茂* Tomoshige KOBAYASHI
高級車に多く採用される後輪駆動方式においても，環境性能の向上を目的に軽量化が求められている．
本稿では，後輪駆動車用に開発した「リア用軽量ドライブシャフト：Rシリーズ」の特長と性能について紹介する．

For the purpose of improving environmental performance, weight reduction is also required in the rear wheel
drive system which is often adopted for luxury cars.
In this paper, I introduce the features and performance of "Light weight drive shaft for FR vehicle" developed forrear wheel drive car.

1. はじめに2. 開発品の構造と特徴

前輪駆動（FF）車用ドライブシャフトは，タイヤ

これまでNTNでは，FR車にもFF車用と共通設計の側に作動角が大きくとれる固定式等速ジョイント

CVJを適用してきた．しかし，リア用ドライブシャフ（CVJ），エンジン側に軸方向スライドが可能なしゅう

トでは，ステアリング転舵角に対応する高作動角が不動式CVJが使用されている．

要で，タイヤ側のCVJもサスペンションの上下動のみ

一方，後輪駆動（FR）車では，固定車軸タイプに追従可能であればよい．この点に着目し，後輪駆動（左右の車輪が車軸で一直線につながれるリジット

専用に最大作動角を抑え，車両の軽量化･低燃費化にアクスル）と，路面状態に合わせてタイヤが左右独立貢献できる軽量・コンパクトなリア用ドライブシャフ

して，上下動可能なサスペンション方式（独立懸架）

トを開発した．

がある．

今回開発したドライブシャフトは，①軽量・コンパク

独立懸架は，左右の車軸が独立しているためドライト化した新設計の固定式CVJと②しゅう動式CVJ，

ブシャフトが必要となるが，固定車軸に比べて乗り心

その間をつなぐ③減肉タイプの中空シャフトおよび④地と操縦安定性に優れるため，高級車に多く採用されグリース封入量も削減したコンパクトブーツで構成さている．

れており，従来品に対し，約30％の軽量化を達成した．

近年，高級車でもCO2排出量の規制が厳しくなっ新開発の「リア用軽量ドライブシャフト：Rシリーズ」の構成を図1に示す．

ており，低燃費化を目的に，後輪駆動車用ドライブシ
ャフトに対しても，軽量・コンパクト化が求められて開発品の仕様および従来品を基準とした質量軽減率

いる．NTNではそのニーズに応えるべく，「リア用軽を表1に示す．なお，車両への取り付け構造はユーザ

量ドライブシャフト」を開発した．

により様々な仕様となるため，図1に示す形状からス①リア用軽量固定式
CVJ REBJ③中空シャフト減肉タイプ（中央部薄肉加工）

ステム部④コンパクトブーツ②リア用軽量しゅう動式
CVJ REDJ

図1 リア用軽量ドライブシャフト「Rシリーズ」
Light weight drive shaft for FR vehicle [R series]*自動車事業本部

ドライブシャフト技術部

-78-

ステム部

リア用軽量ドライブシャフト「Ｒシリーズ」

表1 Ｒシリーズの質量低減率
R series mass reduction rate
開発品（Rシリーズ）

従来品

固定式CVJ（REBJ）

EBJ

▲28％

しゅう動式CVJ（REDJ）

EDJ
中実シャフト▲13％

中空シャフト
リア用コンパクトブーツ
及び封入グリース

フロントCVJ用ブーツ
及び封入グリース

質量低減率

▲53％
▲36％

ドライブシャフト
アセンブリ
▲30％

表2 REBJとEBJの比較
Comparison of REBJ and EBJ

テム部※を除いた形状で質量計算している．
項※ステム部：車両取り付けのための嵌合軸部

目

最大作動角
（deg）
外 径
（mm）
ボール径
（mm）

3. リア用軽量固定式CVJ「REBJ」
FF車用の固定式CVJは，サスペンションの上下動

質 量
（kg）

とステアリングの転舵角に対応するため，最大作動角
度が47〜50degの構造となっている．

開発品 REBJ95

従来品 EBJ95

19

47

φ80.8

φ83.6

φ15.081

φ15.0811.016
従来品比 ▲28％1.401

一方でFR車用の固定式CVJは，サスペンションの上下動に追従出来れば良く，実使用領域を考慮すると，
SUB-ASSY

ほとんどの車両において作動角度19deg以下で対応可能である．
これまで，FR車用の固定式CVJは，FF車で使用する固定式CVJと共通仕様としていたが，今回，19deg
以下での機能最適化を図り，軽量・コンパクト化を追ジョイントセンター

求した．

開発品
（REBJ）
19deg

必要機能を以下に示す．
①強

度

②耐久性

：最大作動角19deg以下で従来品と同等：従来品と同等③NVH性能 ：従来品と同等
ジョイントセンター

3. 1 特

従来品
（EBJ）

長

軽 量 化 を 図 っ た 開 発 品 「 リ ア 用 軽 量 固 定 式 CVJ

47deg（REBJ）」と従来品「EBJ」の比較を表2に示す．
本稿では，新設計の固定式CVJ（REBJ）としゅう
動式CVJ（REDJ）並びにグリース封入量も削減した

図2 ボール溝長さ比較（赤線部）
Comparison of Ball groove length (red line)

コンパクトブーツについて取り上げる．
最大作動角度を47degから19deg以下へ変更した

また．各部品のコンパクト化により，組み立て方法

ことによる設計見直しポイントを以下に示す．

を改善することができた．

（1）軸方向寸法

従来品（EBJ）では，ケージを外輪に対し90deg
傾けて組み込むため，外輪のカップ底にはケージを組

最大作動角を小さくすることで，ボールの可動範囲

み込むスペース（L2）が必要となる（図4）．

が縮小し，必要なボール溝長さが減少する（図2）．

一方，開発品REBJは，外輪のカップ端側のアンダしたがって，各部品の軸方向長さ（幅）を従来品にーカットが小さいため，ケージを水平方向に組み込む

対してコンパクトにすることができる（図3）．

-79-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）（2）外径寸法ことが可能となり，外輪カップ底のスペース（L1）を小さくできる．

最大作動角が小さくなることで，各部品への入力荷外輪カップ底は，ボール組み込みに必要な角度まで重が低下し，各部の薄肉化が可能となる（図6）．

ケージが傾ける最小限のスペースを確保できればよい
（図5）．

開発品
（REBJ）

以上のように，組み立て方法の違いも軽量・コンパ
クト化に寄与している．

開発品（REBJ）
従来品（EBJ）

図6 外径比較図
Comparison of Outer dia.
従来品
（EBJ）

3. 2 機能評価
開発品REBJと従来品EBJの静ねじり試験結果を図7に示す（n=各2）．軽量・コンパクト化したREBJは，
EBJと同等の強度を有している．

図3 軸方向長さ比較図
Comparison of axial length

耐久試験結果の一例を図8に示す．開発品REBJの耐久性は，従来品EBJと同様に開発目標を十分にクリ開発品（REBJ）

アしている．

開発目標
従来品
（EBJ）

破
損
ト
ル
ク
kN・m

図4 ケージ組み込み方法
Cage built-in method

開発品（REBJ）

従来品（EBJ）

図7 静ねじり強度試験結果（θ＝16deg）
Results of static torsional strength test
ケージと外輪の干渉

CVJ
46deg

REBJ95

EBJ95

ボール組み込み

No
1
2
3
4
1
2
3

4

損傷表／点検時間（h）
100
230
350

○：異常なし △：不具合小 ×：不具合大

：開発目標

図5

図8

ボール組み込み
Built in ball-80-

高負荷耐久試験結果（θ=6deg)
Results of durability test

リア用軽量ドライブシャフト「Ｒシリーズ」

最大作動角度を25degから19degとしたことによ

4. リア用軽量しゅう動式CVJ「REDJ」

る設計見直しポイントを以下に示す．

固定式CVJと対で使用されるしゅう動式CVJには，（1）軸方向寸法

様々なタイプがあるが，高級FR車では駆動系のガタ最大作動角が小さくなることで，ボールの可動範囲を極力小さくするニーズがあり，トリポートタイプよが縮小し，必要なボール溝長さは減少する（図9）．

りクロスグルーブタイプやダブルオフセットタイプが好まれる．

NTNでFR車用に多く適用しているEDJは軽量コン

開発品（REDJ）

パクトであるが，最大作動角は25degで固定式CVJと同様に，FR車用でもFF車用と共用していた．
そ こ で ， し ゅ う 動 式 CVJに お い て も ， 作 動 角

19deg

19deg以下での機能最適化を目的に，さらなる軽量・コンパクト化を進めた．
必要機能は固定式CVJと同様に下記①〜③項であ

従来品（EDJ）

る．
①強

度

②耐久性

：最大作動角19deg以下で従来品と同等：従来品と同等

25deg③NVH性能 ：従来品と同等

4. 1 特長

軽量化を図った開発品「リア用軽量しゅう動式

図9 ボール溝長さ比較（赤線部）
Comparison of Ball groove length (red line)

CVJ（REDJ）」と従来品「EDJ」の比較表を以下に示す（表3）．

内輪・ケージの軸方向長さ（幅）が小さくなること

表3 REDJとEDJの比較
Comparison of REDJ and EDJ
項

目

最大作動角
（deg）
外 径
（mm）
ボール径
（mm）
質 量
（kg）

で，外輪カップ長さも短縮でき（L1＜L2），コンパ

開発品 REDJ95

従来品 EDJ95

19

25

φ79

φ82

φ15.875

φ15.8751.124
従来品比 ▲13％1.294

クト化が図れる（図10）．

開発品（REDJ）L1

SUB-ASSY
従来品（EDJ）※ スライド量：40ｍｍ

L2

図10 外径および軸方向長さ比較
Comparison of Outer dia. and axial length-81-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）（2）外径寸法4. 2 機能評価

固定式CVJ（REBJ）と同じように，最大作動角が開 発 品 REDJと 従 来 品 EDJの 静 ね じ り 試 験 結 果

小さくなることで，各部品への入力荷重が低下し，各を図13に示す（n=各2）．

部の薄肉化が可能となる（図10）．

軽量・コンパクト化したREDJは，従来品EDJと同また，最大作動角が小さくなることで，ケージ窓内等以上の強度を有している．

のボールの移動範囲が小さくなり，ケージ窓長さが短耐久試験結果の一例を図14に示す．

くなると共に，ケージ外径テーパ部の角度も小さくな

開発品REDJの耐久性は，従来品EDJと同等以上のる．

耐久性を有している．

よって，ケージ柱部の断面積が増加してケージ単体
が強度アップすることで，径方向のコンパクト化が図
開発目標れる（図11）．
破
損
ト
ル
ク

12.5˚

9.5˚

ケージ強化

窓長さ

窓長さ

kN・m

開発品（REDJ）

従来品（EDJ）

図13 静ねじり強度試験結果（θ＝16deg）
Results of static torsional strength test
開発品（REDJ）

従来品（EDJ）

CVJ

図11 ケージ比較図
Comparison of REDJ cage and EDJ cage

REDJ95

各部品の詳細寸法は，ＦＥＭ応力解析により最適化
EDJ95を図り、評価試験にて妥当性を検証している．
図12にケージのFEM応力解析例を示す．開発品（REDJ）は従来品（EDJ）と同レベルの応力バランス

1
2
3
4
1
2
3
4

損傷表／点検時間（h）
100
230
350

○：継続運転可能 ×：継続運転不可：開発目標を確保し，コンパクト化を達成していることがわかる．

図14 高負荷耐久試験結果（θ=6deg)
Results of durability test

High Stress

開発品（REDJ）

No

従来品（EDJ）

Low Stress

図12 開発品REDJケージFEM応力解析
FEM analysis of REDJ cage-82-

リア用軽量ドライブシャフト「Ｒシリーズ」

5. ブーツ6. おわりに最大作動角が小さくなることで，ブーツについても本稿では，後輪駆動車用に開発した「リア用軽量ド

小型軽量化を図ることができ，内容積を縮小したこ

ライブシャフト：Rシリーズ」の特長と性能についてとで封入するグリース量も削減することができた

紹介した．

（図15）．

あらためて，本開発品の性能を一般的なリア用ドラ

固定式CVJ用としゅう動式CVJ用のブーツおよびイブシャフトと比べ表5に示す．基本性能を確保しつ

グリースの質量比較結果を表4に示す．

つ大幅な軽量化を達成した本開発品が，総合的に最も優れたドライブシャフトであることがわかる．
表5 ドライブシャフト別性能比較
Comparison of performance according to drive shaft

開発品

従来品

図15 ブーツの小型化
Miniaturization of boots
表4

ブーツ・グリース質量（＃95サイズ）
Mass of boots and grease
開発品（REBJ＋REDJ）

従来品（EBJ＋EDJ）

ブーツ質量（g）

62120

グリース量（g）

151

215

項

目

固定式＋しゅう動式

しゅう動式＋しゅう動式

開発品「Rシリーズ」BJタイプ+TJタイプ

LJタイプ＋LJタイプ

質量

★★★

★★

★★

強度

★★★

★★

★★

耐久寿命

★★★

★★

★★

NVH

★★
★★★

★★
★★

★★
★★

伝達効率

優劣の順位

★★★＞★★

高級車に多く採用される後輪駆動車においても，近年，環境性能向上が求められており，大幅に軽量化した本開発品は，ニーズに応え得るものと期待する．

参考文献
登根 宏，寺田 健二，中村 正道
高効率等速ジョイント「Ｅシリーズ」，
NTN TECHNICAL REVIEW No.70（2002）18-23
友上 真
等速ジョイントの技術動向と開発商品
NTN TECHNICAL REVIEW No.75（2007）10-15

執筆者近影

小林

智茂

自動車事業本部
ドライブシャフト技術部-83-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[解説]

潤滑剤による転がり軸受の水素脆性はく離の対策
Effects of Lubricant on Hydrogen-Related Rolling Contact Fatigue Life Improvement

川 村 隆 之*潤滑剤・水分Takayuki KAWAMURA

すべり

H2

H

H

H

H

鋼新生面

H2

自動車の電装補機軸受など過酷環境下で使用される転がり軸受では，特異な白色組織変化を伴う早期はく離がまれに発生する場合がある．この特異はく離の主因は，鋼同士の金属接触により，接触面に介在する潤滑剤や水分が分解し，発生した水素が鋼中に侵入して生じる水素脆化によると考えられている．本稿では，転がり軸受の水素脆性はく離の発生機
構とその潤滑剤による防止策を概説する．

In rolling bearings used under severe conditions such as automotive electrical instruments and auxiliary device,
an early bearing damage is occurred and accompanied by unique white microstructures below the raceway
subsurface. The main cause is thought to be the result of hydrogen embrittlement. One of the possible
mechanisms of this flaking failure is due to metal contact between the steel surfaces, i.e. exposing active fresh
metal surfaces, by which the lubricants decompose. Subsequently, hydrogen is generated and penetrates into
steels. This report introduces the outline of NTN’s hypothesis concerning about the hydrogen-related failure
mechanism and in addition, countermeasure by lubricant.

滑面などからの対策手段の中で，最も経済性に優れた

1. はじめに潤滑剤による対策技術を紹介する.

自動車電装補機の駆動ベルトがVベルトからVリブ
ドベルトに変更された1980年代後半から90年代初頭にかけて，電装補機軸受の固定輪軌道面に早期はく

荷重点移動方向離が発生し問題になった1）．このはく離は，図1に示すように，外観的には小さいにもかかわらず，周方向
断面に柳状の白色組織変化を伴うき裂が負荷域の広範囲で観察され，従来の疲労現象では見られない特異な形態である．
はく離部外観この特異はく離の原因究明のために，実験検証に基づく様々な仮説 2—5）が提唱されてきたが，近年ではNTNが主張してきた水素脆性に起因するとの考えが有軌道面力である6—8)．
現在では主に対策グリース 9）の進化により市場での不具合は激減しているものの，CVT用軸受や風力発電機用軸受など，電装補機以外の用途でも特異はく離が散見されており 6,10），詳細な発生機構の解明とより確実な対策が求められている。

周方向断面

図1 特異はく離の外観と周方向断面Appearance of peculiar flaking failure
and its circumferential cross-section

本報では，特異はく離の発生機構に関する仮説とその検証状況を概説するとともに，考え得る材料面，潤*先端技術研究所-84-

潤滑剤による転がり軸受の水素脆性はく離の対策

水素チャージ

2. 特異はく離の特徴と水素脆化との関係
2. 1 特異はく離の特徴
厳しい使用環境下で発生する従来型の疲労組織変化と，特異はく離の柳状の白色組織変化の発生条件を比較すると表1のようになる．この特異はく離は作用応

Pmax＝2.1GPa

力よりも水素などの環境因子の影響が大きいことが示

回転速度：3,000min-1
すべり率：2％

唆される．

軌道面

表1

特異はく離と従来型はく離の発生条件の違い
Difference of occurrence condition
between peculiar and conventional flaking failure
特異はく離

従来型はく離作用荷重，応力

小さい

大きい

負荷回数

少ない

多い

潤滑剤の影響

大きい

小さい

図3

水素チャージした2円筒試験後の軌道面の表面き裂と周方向断面
Photographs of surface cracks and their circumferential
cross sections after two cylinder rolling contact
fatigue test with hydrogen charge

2. 2 水素予添加による疲労強度の低下と特異はく離の再現11）が発生し，侵入水素量が多い場合に図1と同様の特異あらかじめ陰極チャージにより水素を添加した試験

な白色組織が再現する。

片により，水素による寿命低下と組織変化の再現を試みている。試験中の水素の散逸を抑えるべく，高速負これらの結果から，軸受鋼に水素が侵入すると，水荷が可能な超音波疲労試験により評価した結果を図2

素脆化により著しく疲労強度が下がり，柳状の白色組に示す．水素チャージなしに対して，水素チャージあ

織変化を伴った特異はく離が発生することがわかる．

りは疲労強度が著しく低下し，電流密度が大きくなる

このため，これを水素脆性はく離と考えている．
以上より，NTNの考える水素脆性はく離のメカニズ

ほど疲労強度は低下している。
また，図3に示すように，水素チャージ後の2円筒ムを図4に示す．この確認には，実際の使用環境でも転がりすべり試験では，水素の影響により早期にき裂

水素が鋼中に侵入する可能性を示すことが必要になる．
潤滑剤・水分1,400

水素チャージなし

応
力
振
幅

1,000

MPa

800

トライボケミカル反応

H20.1mA/cm2

H

H

H

H

0.5mA/cm2
1.E+06

潤滑剤・水の分解による水素の発生

1.E+07

水素脆性はく離

図4 水素脆性はく離の発生メカニズム
Hydrogen embrittlement flaking failure mechanism

0.3mA/cm2

1.E+05H2

鋼中への水素の侵入
鋼新生面

600

400
1.E+04

金属接触による摩耗（鋼新生面の露出）

すべり

1,200

急加減速運転などによるすべりの発生

1.E+08

負荷回数

図2

超音波疲労試験での疲労強度に及ぼす
水素チャージの影響
Effects of hydrogen charge on stress amplitude
at ultrasonic fatigue testing-85-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

真空槽

3. 水素の発生・侵入の確認
荷重

TMP

水素供給源には，炭化水素成分を含有する潤滑剤や

水素検出

油膜

雰囲気中の水分などが考えられる．また，潤滑剤や水QMS
RPから水素を発生させる駆動力には，転がり軸受が過酷な環境で使用されることに伴う，①急加減速運転など

排気で生じるすべりや振動，②通電，静電気などの電気的鋼球な影響，が考えられている12）．

平板モータ

ここでは，水素の発生と鋼中への侵入に及ぼすすべりの影響を調べた結果を示す．

3. 1 すべりによる水素発生の確認13）
すべりによる水素発生を確認するために，真空中で

試験片

鋼級／平板

材

SUS440C

質

Pmax

1.0GPa

すべり速度207mm/s

真空度

10-5Pa

ボールオンディスク型のしゅう動試験により発生する

しゅう動

水素を検出した結果を図5に示す．図は，しゅう動 —×10-116

停止を3回繰り返して，発生する水素（赤線）と摩擦係数（青線）の変化を調べている．図中のしゅう動中

5

また，1回目の開始直後は水素が発生しないのに対し

水
素
イ
オ
ン
電
流
値

て，2，3回目では開始直後から水素が発生することA1に増加した水素イオン電流値の面積を水素発生量と定義すると，しゅう動回数が増えるほど水素発生量は増加しているのに対して，摩擦係数はほぼ一定である．

がわかる．

2回目

3回目

120%
UP

45%
UP

4

0.6
0.5
0.4

摩
擦
0.3 係
数

3
2

0

この結果から，以下のような現象が生じていると推

1回目

0.2
0.1
0

300

600

900

0
1,200 1,500 1,800

時間 s

測できる．

図5

①通常の軸受軌道表面は酸化膜などに覆われ不活性な状態であり 14），まずしゅう動による摩耗で酸化膜

真空しゅう動試験での摩擦係数と水素発生量の関係
Coefficient of friction vs. hydrogen generationfrom lubricant during sliding test in vacuumなどが剥がれ，活性な鋼の新生面が露出し，図4に示すメカニズムで水素が発生する．

3. 2 すべりによる水素侵入の確認 13，15）②真空中でのしゅう動試験で雰囲気中の酸素量が少ないことから，一度露出した鋼新生面は停止中でも修

すべりによる鋼中への水素侵入を確認するために，復されにくく，薄い酸化膜しか被覆されないために，5種類の供試油で実環境に近い油浴中で，3ボールオ

次のしゅう動で容易に酸化膜が剥がされる．

ンディスク型のしゅう動試験により試験片に侵入した③しゅう動を繰り返すことで摩擦面が徐々に荒れて，水素を検出した結果を図6に示す．摩耗が大きくなる

しゅう動開始直後に鋼新生面がより露出しやすくなほど鋼中侵入水素量も多くなる傾向が認められた．
また，雰囲気中の水分の影響を検証するために，湿り，水素発生量も増加する．
すなわち，一定荷重のため摩擦熱を摩擦係数と等価度制御したアブレシブ摩耗試験により，雰囲気中の水と考えると，水素発生には摩擦熱よりも鋼新生面の露分が水素供給源として働き，容積絶対湿度（＝雰囲気出度が影響すると解釈される．

中の水分量）が多いほど鋼中侵入水素量も多いこともわかっている（図7）．
これらの結果は，すべりを伴う金属接触で露出した
鋼新生面のトライボケミカル反応16）により，潤滑剤
や水分が分解し，水素が発生，鋼中に侵入することを示唆している．
-86-

潤滑剤による転がり軸受の水素脆性はく離の対策

荷重

荷重

4. 潤滑剤による水素の発生・侵入の防止策

油浴

荷重

これまで検証した水素脆性はく離の発生機構の中で鋼球潤滑剤が影響する過程は，「金属接触による摩耗」と「トライボケミカル反応」であり，その防止策として潤滑剤中への「摩耗防止剤（作用：高速すべり下での摩耗低減）」と「腐食抑制剤（作用：鋼表面への酸化

水素分析

平板試験片
試験片

膜形成）」の添加が有効と考えられる．その添加効果

鋼級／平板

質

SUJ2

を，すべりによる水素侵入の抑制効果と実軸受を使っ

Pmax

3.0GPaた再現試験で確認した．

すべり速度300mm/s

材

時

間

20h

油

温

100℃

4. 1 すべりによる水素侵入の抑制効果の検証13）
すべりによる水素侵入を抑制する添加剤の効果を検1.2証するために，水グリコール油に摩耗防止剤（有機亜鉛＋有機モリブデン），または腐食抑制剤（モリブデ

全
鋼
中
水
素
量

0.8

ン酸塩，タングステン酸塩）を添加してしゅう動させ

未しゅう動

た場合の水素を検出した結果を図8に示す．

水グリコール
鉱油

0.4

いずれの添加剤でも無添加油に比べて鋼中水素量がPAO

wt-ppmエステル

0少なく，特にモリブデン酸塩の水素侵入抑制効果が高

エーテル

0

5

10

摩耗深さ

15

いことがわかる．

20

μm

図6

油中しゅう動試験での摩耗深さと水素侵入量の関係
Wear depth vs. amount of penetrated hydrogen
after sliding test in oil

1.2

全
鋼
中
水
素
量

0.20

0.8
未しゅう動
無添加油

0.4

摩耗防止剤
モリブデン酸塩
タングステン酸塩

wt-ppm拡
散性
水素
量wt-ppm

0.15

0

20℃設定

図8
0.05

30℃設定

0

5

10

15

容積絶対湿度

図7

5

10

摩耗深さ

0.10

0.00

0

20

25

15

20

μm

油中しゅう動試験での添加剤の水素侵入抑制効果
Effect of additive on prevention ofhydrogen penetration after sliding test in oil

4. 2 実軸受での再現試験での検証17）30

鋼中への水素侵入を抑制できた摩耗防止剤（有機亜g/m3

鉛＋有機モリブデン）と腐食抑制剤（モリブデン酸塩，
タングステン酸塩）の水素脆性はく離防止効果を調べ

アブレシブ摩耗試験での湿度と水素侵入量の関係
Absolute humidity vs. amount of penetratedhydrogen under an abrasive wear condition

るために，油潤滑下で評価した．図9に寿命のワイブ
ル分布を示す．破損した軸受は、いずれも水素脆性はく離であることを確認している．摩耗量が小さかった
モリブデン酸塩および摩耗防止剤の添加油が長寿命を示し，特にモリブデン酸塩が有効であることがわかった．
-87-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

また，図10にXPS（X線光電子分光法）を用いた

酸化膜

試験後の内輪表面の酸素の存在比率の深さ方向分析結果を示す．同じ腐食抑制剤の中でもモリブデン酸塩が厚い酸化膜を形成することがわかる．
以上から，図11に示すように，モリブデン酸塩は摩

無添加油

耗低減と厚い酸化膜の形成により，鋼新生面の露出とモリブデン酸塩

鋼新生面

反応膜

酸化膜

水素の発生・侵入を抑制し，長寿命化できたと考える．
荷重
支持軸受

主軸

摩耗防止剤

油浴

図11 添加剤の作用機構
Mechanism of tested additive action

回転

油浴

9）

5. 対策添加剤のグリースへの適用

試験軸受
基

油

水グリコール油（32mm2/s@40℃）

モリブデン酸塩のグリースでの有効性を検証するた

試験軸受

針状ころ軸受Pmax

2.61GPa

めに，無添加のベースグリースに摩耗防止剤（有機亜100℃

鉛＋有機モリブデン），または腐食抑制剤（モリブデ

急加減速＊（500⇔300min-1）

ン酸塩）を添加して，加速再現試験法によりグリース

油

温運転パターン＊加速：1s ⇒ 速度維持：1s ⇒ 減速：1sの繰り返し
99

潤滑玉軸受で評価した．図12に寿命のワイブル分布を示す．破損した軸受は、いずれも水素脆性はく離でL10=11.8h L10=27.1h80あることを確認している．モリブデン酸塩添加グリー

L10=44.7h

累 50
積
破
損 20
確
率 10
%

スは，油潤滑と同様に水素脆性はく離を抑制できることがわかる．

NTNでは，この技術を応用した独自グリースを開5発し，各種用途の水素脆性はく離対策に幅広く利用し

無添加油
摩耗防止剤
モリブデン酸塩
タングステン酸塩

L10=11.2h

1
101

102

寿命

ている．

103

h

無添加

XPS(X 線光電子分光法 )

%

80

無添加油
モリブデン酸塩
タングステン酸塩

40
30

1
101

20

0

50

100

150

スパッタリング深さ

nm

寿命

h

図12 グリース潤滑下での水素脆性
はく離寿命のワイブル分布
Weibull distributions of hydrogen-related rolling
contact fatigue life under grease lubrication

100

モリブデン酸塩

累
積 50
破
損 20
確
率 10
%
5

60
50

摩耗防止剤

99

図9 水素脆性はく離寿命のワイブル分布
Weibull distributions of hydrogen-relatedrolling contact fatigue life

酸
素
の
存
在
比
率

タングステン酸塩

200

図10 内輪軌道面接触部の酸化膜の深さ方向分析
Oxygen depth profile on worn portion of inner ring raceway

-88-

102

潤滑剤による転がり軸受の水素脆性はく離の対策

6）木野伸郎, 山本建, 尾谷敬造, 内山典子：水素脆性型
早期剥離の要因解析, 機会学会論文集 (A編) 70,
696 (2004) 54.
7）H. Uyama, H. Yamada, H. Hidaka, N.
Mitamura：The Effects of Hydrogen on
Microstructural Change and Surface
Originated Flaking in Rolling Contact Fatigue,
Tribology Online, 6, 2 (2011) 123.
8）木南俊哉：水素脆性型の転動疲労強度に及ぼす侵入水素の影響, 電気製鋼, 84, 1 (2013) 55.
9）川村隆之, 三上英信：電装補機軸受用長寿命グリース「NA103A」の開発, NTN Technical Review, 75(2007) 116.
10）M. H. EVANS：White Structure Flaking (WSF)
in Wind Turbine Gearbox Bearings: Effects of
Butterflies and White Etching Cracks (WECs),
Material Science and Technology, 28, 1(2012) 3.
11）濱田洋志, 松原幸生：軸受鋼の引張・圧縮疲労及び
転がり疲労に及ぼす水素の影響, NTN Technical
Review, 74 (2006) 50.
12）宇山英幸：転がり軸受に及ぼす水素の影響,トライボ
ロジスト60, 10 (2015) 658.
13）M. Kohara, T. Kawamura, M. Egami：Study on
Mechanism of Hydrogen Generation from
Lubricants, Tribology Transactions, 49(2006) 53.
14）山本雄二, 兼田楨宏：トライボロジー (第2版), オー
ム社 (2010) 11.
15）伊藤元博：アブレシブ摩耗下の鋼に侵入する水素量と湿度の影響, NTN Technical Review, 82(2014) 88.
16）森誠之, 七尾英孝：表面科学からみたマイクロトラ
イボロジー, 表面科学, 19, 6 (1998) 379.
17）M. Itoh, T. Kawamura, H. Mikami：Effects ofAdditives on Hydrogen-Related Rolling
Contact Fatigue Life Improvement,International Tribology Conference, Tokyo(2015) 748.

6. おわりに
本稿では，水素脆性はく離の発生機構を概説するとともに，潤滑剤による対策技術を紹介した．環境保全の観点から社会の省エネルギー化要求が高く，転がり軸受も必然的に油膜が薄く金属接触しやすい状態（＝
低粘度基油の使用）で潤滑される傾向にあり，適切な対策技術を盛り込んだ潤滑剤への需要は高まる一方である．今後は，各種アプリケーションに適合するように，化学組成，性状面でよりきめ細やかな設計を施した潤滑剤の開発が益々求められよう．
また，水素脆性はく離を材料，潤滑剤だけの問題ではなく，転がり軸受の使用条件と発生確率を定量的に結び付け，総合的な現象解明につなげることがより一層重要になると考える．

参考文献
1）野崎誠一, 藤本広司郎, 玉田健治：電装・補機用軸受の脆性剥離と長寿命化, NTN Technical Review,
61 (1992) 36.
2）玉田健治, 前田喜久男, 対馬全之：電装・補機用軸受にみられる新しいタイプのミクロ組織変化, NTN
Technical Review, 61 (1992) 29.
3）K. Tamada, H. Tanaka：Occurrence of Brittle
Flaking on Bearings used for Automotive
Electrical Instruments and Auxiliary Devices,Wear, 199 (1996) 245.
4）村上保夫, 武村浩道, 中道治, 小川隆司, 桃野達信, 岩本章，石原滋：オルタネータ用軸受疲労メカニズムの解明, NSK Technical Journal, 656 (1993) 1.
5）柴田正道, 後藤将夫, 小熊規泰, 三上剛：エンジン・
補機用軸受における転がり疲れによる新しいタイプのミクロ組織変化 , Koyo Engineering
Journal, 150 (1996) 16.

執筆者近影

川村 隆之
先端技術研究所-89-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[解説]

針状ころ軸受の動力学解析における保持器応力と運動の自由度との関係
Relationship between Cage Stress and Degree of Freedom of motion in
Dynamic Analysis for Needle Roller Bearings

澁 谷 直 人* Naoto SHIBUTANI
坂 口 智 也* Tomoya SAKAGUCHI
保持器の弾性変形を考慮した転がり軸受の動力学解析は，運動中の保持器の応力も計算できるが長い計算時間を要す．解析時間短縮のため，運動の自由
度を3自由度のみに限定した2次元解析が報告されているが，自由度を限定したことの影響は明らかにされていない．
そこで本報では，遊星変速機内の針状ころ軸受を対象に2次元および3次元の解析をそれぞれ実施し，保持器応力の最大値および発生過程に及ぼす運動の自由度を限定することの影響を報告する．

In dynamic analysis considering elastic deformation of cage, it requires a long time to calculate cage stress. To
shorten calculation time, a two-dimensional analysis was conducted whose degrees of freedom of motion wererestricted to three. However, an influence of the restricted degrees of freedom in this analysis was not clarified.
In this paper, the influence of the restricted degrees of freedom on cage stress and its generating mechanism are
discussed by calculating both two-dimensional and three-dimensional analysis for needle roller bearings inplanetary gears.

体仮定で，保持器応力は検討されていない．

1. はじめに坂口ら 2）は，保持器の弾性変形を考慮した軸受の一般的な転がり軸受は，内輪，外輪，複数の転動体

動力学解析により，保持器応力を計算している．さらおよび保持器から構成される．保持器の主な役割は転に，遊星変速機内のプラネットギヤの支持部の軸受を

動体を等間隔に配置することである．軸受の負荷容量対象とし，ラジアル平面上の3自由度の運動のみを考を向上させるために転動体数を増やすと，保持器のポ

慮した2次元動力学解析も試み，保持器応力を計算しケットの柱は細くなるため，保持器自体の破損の危険ている3）．

性が高まる．したがって，保持器に発生する応力を予

3自由度の2次元解析は，6自由度の3次元解析と比測した上で軸受を設計する必要がある．回転する保持

べ，計算時間は短いものの，軌道輪，ころおよび保持器の応力を測定することは容易ではないため，動力学

器の傾きを考慮できない．また，保持器応力の動力学の解析で予測することは有効な手段といえる．

解析に及ぼすこれらの自由度の差異の影響は明らかになっていない．

ところで，保持器に大きな荷重が作用する軸受アプ
リケーションに，遊星変速機内のプラネットギヤの支本報では，プラネットギヤ支持部の軸受に対して保

持部がある．大きな荷重が作用する原因は，遊星運動

持器を弾性体とし，2次元および3次元の動力学解析

による遠心加速度が軸受自体に常に働くためである．

を行い，両者の特徴を明らかにする．合わせて，プラ

鈴木ら1）は，遊星運動下の針状ころ軸受に対して，

ネットギヤの自転速度，公転速度および入力トルクを

3次元的な挙動を考慮した動力学解析を行い，ころの変化させた時の保持器応力の発生理由についても考察スキューにより生じるスラスト方向の力および回転トする．

ルクの発生要因を報告している．ただし，保持器は剛*自動車事業本部

CAE技術部-90-

針状ころ軸受の動力学解析における保持器応力と運動の自由度との関係②外輪は，ラジアル平面上の2並進の運動の自由度を

2. 動力学解析モデル

持ち，一定速で自転する．
③ころおよび保持器は，ラジアル平面上の2並進およ

解析対象となる遊星変速機のプラネットギヤには，

び1回転の運動の自由度を持つ．

図13）のように，種々の荷重が作用し，プラネットギ④プラネットギヤ自身の遠心力は，軸受のみで支持さヤを支持する針状ころ軸受に作用する荷重が定まる．

れる．

本報では，この軸受の保持器に生じる応力を動力学解析で求める際の運動の自由度の影響を検討する．動力⑤サンギヤおよびリングギヤからプラネットギヤへ作

学解析は，ラジアル平面上の3自由度の運動のみを考用する力のラジアル方向成分は，釣り合うと仮定す慮した2次元解析，および6自由度の運動を考慮したる．よってプラネットギヤの公転方向には，変速機

3次元解析をそれぞれで行う．

の入力トルクにより生じる力のみが作用する（図2）．
一方，3次元の動力学解析での主な仮定は，以下の2次元解析での計算方法は既報3）と同じであり，解析モデルの簡略化のため以下の5つの仮定を導入す通りである．

る．その結果，図1は図2のように簡単化することが①内輪および外輪の運動は，2次元解析と同じとする．

できる．

②ころおよび保持器は，6つの運動自由度を持つ．

①キャリアに固定された内輪軌道の中心は，キャリア③外輪は，保持器と接触するつば面を有する．
④保持器は，ころ，外輪軌道面，および外輪鍔面と接中心周りの円軌道上を一定速度で運動する．すなわ

触し得る．

ちキャリアは，その中心位置を固定したまま，一定⑤2次元解析での仮定④および⑤は，3次元解析でも速で自転する．

同様に用いる．

FRingGear :Ring gear force

Ring gear

2次元解析でのころと保持器の接触計算では，図3

Rotationに示すように，保持器の柱上に設定した線ところとの干渉量に応じて，設定した線の両端へ保持器に作用す

planetgear

yRotationx

Carrier force(input torque)る力が負荷される．

Revolution
Force fromroller to cage

FPCent :Centrifugal force

Bar

RollerContact line

FSunGear :Sun gear force
Sun gear

図3 2次元解析でのころと保持器の接触計算方法
Contact calculation method between roller and cage in
two-dimensional analysis

プラネットギヤへの荷重とその運動3)

図1
Actual forces and motions on a planet gear

一方，3次元解析でのころと保持器の接触計算では，
図4のように，ころと接触する保持器ポケット面上にConstant
speedplanet gear

多数の節点を設け，ころとの干渉量に応じて，これらの節点に作用する力を計算する．

Constant
revolution speed

FPCentComposite force
due to the gears(Reaction force
of input torque)

Centrifugal force

Contact plane

Marker for contact

図4 3次元解析でのころと保持器の接触計算方法
Contact calculation method between roller and cage inthree-dimensional analysis

図2 プラネットギヤへの荷重と解析モデル3)
Analyzed forces and motions on a planet gear

-91-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

これらの仮定に加え，2次元および3次元の両解析

2.0

two-dimensional analysis

におけるころ/軌道輪間および保持器/軌道輪間の接触

three-dimensional analysis

Dimensionless stress

部の計算方法は，既報 1）3）と同じである．上記いずれの解析でも，見かけ力（遠心力および慣性力など）
はすべて考慮される．
以降，2次元解析を“2D解析”，3次元解析を“3D解析”と表記する．

3. 解析対象

1.5

1.0

0.5

0.0

解析した遊星変速機構および針状ころ軸受の諸元を

0

10,00020,00030,00040,00050,00060,000

Planet gear rotation speed Np, min-1

表1に示す．保持器は，外輪案内形式の鋼製保持器

図5 プラネットギヤ自転速度と保持器応力の関係（プラネットギヤ公転速度 Nc=5,000 min-1）
Cage stress with various rotation speeds of planet gear
(orbital rotation speeds of planet gear Nc=5,000 min-1)(NTN製の“KMJ-S“型)である．表中に記載した運転条件は，本解析での基準条件である．なお，遊星変速機構への入力トルクは，キャリアに作用する場合を想定する．

なお，2D解析においては，図3に示すように，ころから保持器の柱に作用する力の計算において，柱の表1 遊星変速機構および針状ころ軸受の諸元
Specifications of needle roller bearing andplanetary gear system
遊
星
機
構
軸
受
諸
元

運
転
条
件

サンギヤのピッチ円直径, mm
プラネットギヤのピッチ円直径, mm
リングギヤのピッチ円直径, mm
プラネットギヤの質量, kg
外輪軌道径, mm
内輪軌道径, mm
ころ直径, mm
ころ有効長さ, mm
ころ本数, 本プラネットギヤの公転速度 Nc, min-1
プラネットギヤの自転速度 Np, min-1

95.3
28.7
152.7
0.05
19.85
13.85
2.997
13.8
11
5,000
17,000

入力トルクにより作用する
軸受1個あたりの荷重, N

300

潤滑油

鉱油
ISO VG100

潤滑油の代表温度, ℃

100

軸方向中心断面上に荷重評価点を配置したため，3D解析の場合に比べ荷重評価点がポケットの柱の根元から遠くなる．保持器応力は柱の根元部で上昇するため，
2D解析での保持器応力は3D解析に比べ高めに計算されることになる．これが，2D解析での保持器応力が3D解析に比べやや高い主な理由と推定する．

4. 2 プラネットギヤの公転速度の影響
プラネットギヤの自転速度を17,000min-1に固定
し ,プ ラ ネ ッ ト ギ ヤ の 公 転 速 度 を 2,500 min-1か ら
20,000 min-1に変化させた場合の保持器の無次元最大主応力を図6に示す．2D解析での保持器応力は3D
8

two-dimensional analysis
three-dimensional analysis

Dimensionless stress

7

4．保持器応力の計算結果
4. 1 プラネットギヤの自転速度の影響
プラネットギヤの公転速度を5,000 min-1に固定
し，プラネットギヤの自転速度を11,000 min-1から

6
5
4
3
2

53,000 min-1まで変化させた2Dおよび3D解析によ1る保持器応力を図5に示す．図の縦軸は保持器の最大0

主応力を材料の疲労強度で除した無次元数(無次元最

0

5,000

10,00015,00020,00025,000

Planet gear rotation speed Np, min-1大主応力)である．2D解析での保持器応力は3D解析

図6 プラネットギヤ公転速度と保持器応力の関係（プラネットギヤ自転速度 Np=17,000 min-1)
Cage stress with various orbital rotation speeds of planetgear (rotation speeds of planet gear Np=17,000 min-1)

よりもやや高いものの，両解析の差異は小さく，自転速度の上昇とともに応力は増加する．

-92-

針状ころ軸受の動力学解析における保持器応力と運動の自由度との関係

解析よりもやや高いものの，両解析の差異は小さく，公転速度の増加により応力は増加する．この応力の変化は，公転速度のほぼ2乗に比例している．
図5と図6を比較すると，保持器応力に及ぼすプラ
ネットギヤの公転速度の影響は，プラネットギヤの自転速度よりも大きいといえる．

4. 3 入力トルクの影響
プラネットギヤの公転速度を5,000 min-1,自転速度を17,000 min-1に固定し，入力トルクにより作用する軸受一個当たりの荷重を0 Nから1,200 Nまで
図8 5,000 min-1でプラネットギヤが公転する場合に最大の保持器応力が生じた瞬間の2D解析の結果
Result in two-dimensional analysis when the maximum cagestress occurs at the planet gear orbital speed of 5,000 min-1

変化させた場合の保持器の無次元最大主応力を図7に示す．2D解析では最大主応力が荷重に応じて変化したが，3D解析では変化が小さい．この理由は後で考察する．
なお，上記の計算において，2D解析に要した計算

トルクにより，5時（図中の軸受を時計に見立て，軸

時間は，3D解析と比較して10〜30分の1であり，受内の位置を表す）付近の4つのころで軸受荷重を支3D解析と比べ大幅に短い．

えている． 最大主応力は負荷圏の出口から2番目のポケットで発生した．その他に比較的高い応力が生じる

2.0

箇所は，負荷圏内および9〜10時のポケットであった．

two-dimensional analysis

一方，3D解析において，公転速度5,000 min-1で保Dimensionless stressthree-dimensional analysis

持器応力が最大となった瞬間の計算結果を図9に示す．

1.5

2D解析と異なり，最大主応力は負荷圏出口のポケットで発生した．負荷圏内および9時のポケットにも1.0

比較的高い応力が認められた．2D解析と比較すると，最大主応力の発生ポケットの場所は異なるが，最大主応力を含めた比較的高い保持器応力が発生する場所は0.5

同じである．
0.0

0

500

1,000

1,500

Reaction force of input torque N

図7

入力トルクによる軸受荷重と保持器応力の関係（Np=17,000 min-1，Nc=5,000 min-1）
Relationship between reaction force of input torque andcage stress (rotation speeds of planet gear Np=17,000 min-1,
orbital rotation speeds of planet gear Nc=5,000 min-1)

5. 保持器応力の発生原因
2D解析において，プラネットギヤが5,000 min-1で公転し，保持器の主応力が最大となった瞬間の計算
結果を図8に示す．軸受は右方向へ公転し，外輪は時

図9 5,000 min-1でプラネットギヤが公転する場合に最大の保持器応力が生じた瞬間の3D解析の結果
Result in three-dimensional analysis when the maximum cagestress occurs at the planet gear orbital speed of 5,000 min-1

計回り方向へ自転する．キャリアの回転中心は図の下方であり，遠心力は上部へ作用する状態である．プラ
ネットギヤの遠心力とキャリアへの右回転方向の入力-93-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

これらの計算結果において，保持器に作用する主な果 を 図11お よ び 図12に そ れ ぞ れ 示 す ． 公 転 速 度

力は，図10のように5つに分類できる．

5,000 min-1の場合と比べると，以下の特徴がある．

①FRfc：主にころの遠心力によって，ころから保持器¡ころの遠心力が大きいため，保持器応力も約6倍とポケット前方の柱に作用する力高い．

②FRrc：主にころの遠心力によって，ころから保持器¡プラネットギヤの遠心力も大きいため，負荷圏が広ポケット後方の柱に作用する力

く，かつ負荷圏の中心は6時に近づく．

③FRi：負荷圏中のころから保持器に作用する力¡2Dおよび3D解析ともに，保持器の最大主応力は非④FFg：外輪案内面から保持器に作用する摩擦力

負荷圏で発生する．

⑤FNg：外輪案内面から保持器に作用する垂直力

公転速度5,000 min-1での2Dおよび3D解析は，Centrifugalforce

い保持器応力が発生したが，15,000 min-1では高い公転速度による遠心力がFRfcおよびFRrcの影響度を高め，2Dおよび3D解析ともに非負荷圏で最大主応力を② FRrc :Roller
forces acting on
the rear bar bycentrifugal force

Reaction force
of input torque① FRfc :Roller
forces acting on thefront bar bycentrifugal force

ころと保持器の衝突によりFRfcおよびFRiが増加し，高④ FFg :Friction force from gulding land
⑤ FNg :Normal force from guiding land生じさせたと説明できる．

Load zone

planet gear’s rotation③ FRi :Roller forces in load zone

図10 保持器に作用する主な力
Principal forces acting on cage

図8および図9において，非負荷圏のほぼすべてのポケットで，FRfcまたはFRrcのいずれかが発生する．
そして，保持器の中心位置および回転速度はほぼ一定とみなせることから，保持器に作用する力およびモーメントはほぼ釣り合うと考えることができる．よって

図11 15,000 min-1でプラネットギヤが公転する場合に最大の保持器応力が生じた瞬間の2D解析の結果
Result in two-dimensional analysis when the maximum cage stressoccurs at the planet gear orbital rotation speed of 15,000 min-1

FRiは，FRfc，FRrcおよびFFgによる保持器のモーメントと釣り合うように生じることになる．
このような力学的特徴を踏まえると，最大主応力の発生過程は，以下のように説明できる．
¡負荷圏を出たころは，遠心力で加速され，保持器ポケット内の公転方向前方の柱と衝突する．この時，FRfcが急増する．
¡衝突により保持器の自転速度が上昇するが，非負荷圏のころは自由に動けるため，FRrcの変化は小さい．
¡負荷圏中のころは軌道輪に挟まれて自由に動けないため，加速された保持器ところが衝突し，保持器は減速する．つまり，FRiはFRfcによるモーメントを相殺するために急増する．
このように，負荷圏を出たころが保持器に衝突することで，FRfcおよびFRiが急増し，これらの力を受ける
ポケットの応力が上昇する．

図12 15,000 min-1でプラネットギヤが公転する場合に最大の保持器応力が生じた瞬間の3D解析の結果
Result in three-dimensional analysis when the maximum cage stressoccurs at the planet gear orbital rotation speed of 15,000 min-1

次に，公転速度が15,000 min-1で，保持器の主応力が最大となった瞬間の2Dおよび3D解析での計算結-94-

針状ころ軸受の動力学解析における保持器応力と運動の自由度との関係

受一個当たりの荷重が300 Nの場合において，2Dお6. 2Dおよび3D解析の比較

よび3D解析のそれぞれで，最大主応力が発生した瞬

本章では，4.3節に記した入力トルクを変化させた

間のころから保持器に作用する力を図15および図16

場合の2D解析および3D解析での応力変化の傾向の差に示す．3D解析の特徴は，図16のように保持器に作異について考察する．

用する力を計算する際に軸方向の分布が考慮されることである．そして，これらの力の計算には，ころの傾

まず，入力トルクの変化の影響およびこれによりきも考慮される．

2D解析での保持器応力が変化した理由を記す．
図13 a)は入力トルクが小さい場合の負荷圏および

図15および図16において，ころから保持器に作用保持器に作用する力FRfc，FRrcおよびFRi の状態である．

する力の合計を整理すると，2D解析では61N，3D

入力トルクが増加すると図13 b)のように，負荷圏は解析では31Nであった．これらの力の差異は，以下右側に偏るため，非負荷圏も同様に偏る．その結果，に記すようにころのスキューの有無に起因するものとFRfcとFRrcの差が増加するため，保持器のモーメント推定する．

の釣り合いからFRi が増加することになる．負荷圏を2Dおよび3D解析においてころが保持器に衝突す出たころが保持器ポケットの柱に衝突する力は，遠心る際のイメージを図17に示す．2D解析では，ころと力によるころの加速度に依存するため，図14に示す保持器の柱が衝突しても，ころは傾かない．一方，こように，負荷圏の出口の角度が重要であり，入力トルろの傾きが考慮される3D解析では，ころが保持器ポクが小さい場合の方が高くなる．

ケットの柱に衝突した際，並進運動だけでなく傾き方向の回転運動も変化する．それぞれの運動の変化のピ

このように保持器にかかる力が変化し，2D解析でークは，同時に起こることはまれであるため，衝突時は保持器応力が図7のように変化したといえる4）．

の垂直力は時間軸方向に分散される．すなわち，回転次に，入力トルクが変化しても3D解析での保持器運動が考慮されることにより，ころと保持器の柱との応力が変化しなかった理由を詳述する．
プラネットギヤの公転速度が5,000 min-1，自転速度が17,000 min-1，入力トルクにより作用する軸Centrifugal
force

Reaction force
of input torque
FNfc
FNrc
FRl

Load zone

Rollera) Small input torqueLoad zone

図15 2D解析で最大主応力が保持器に生じた
瞬間のころから保持器に作用する力
Roller force on cage when the maximum cage stressoccurs in two-dimensional analysisb) Large input torque

図13

入力トルクが変化した場合の負荷圏および保持器に作用する力
Load zone and principal forces acting on cage underlarge and small reaction forces of input torques

Cage bar

Direction ofcollision

Centrifugal
force
RollerLoad zonea) Small input torqueLoad zoneb) Large input torque

図16 3D解析で最大主応力が保持器に生じた
瞬間のころから保持器に作用する力
Roller force on cage when the maximum cage stressoccurs in three-dimensional analysis

図14

入力トルクが変化した場合の負荷圏の位置
およびころの加速度
Location of load zone and acceleration of roller by centrifugal
force under large and small reaction forces of input torques-95-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）
Two-dimensional analysis

Roller collides with cage

Three-dimensional analysis

変化に起因する応力変化が認められたが，3D解析で

cage

は保持器応力がほとんど変化しなかった．3D解析でrollerはころの傾きが考慮されるために，ころが保持器に衝突する際の力が分散され，その最大値が減少するため

Roller collides with cage
Normalforce

Cage bar deforms
by contactである．
以上の検討より，2D解析では，衝撃時の力を過大評価し，保持器応力も高めに算出される傾向があるとCage bar deforms
and roller skews

いえる．比較的短時間で計算できる2D解析を先に行い，保持器強度を検討すれば，安全側での保持器設計が効率的に行えると考える．

Roller leaves cage

ところで，本解析では軸受内部に存在する潤滑油のCage bar deforms
and roller skews

減衰作用を無視している．そのため，実際のころと保
持器間の衝突力は，本計算で得られた値よりも，小さくなると予想するが，その程度は不明であり，今後の技術課題といえる．

Roller leaves cage

図17 2D解析および3D解析でのころと保持器との衝突の差異
Difference in collision between roller and cage in twodimensional and three-dimensional analysis

8. おわりに
近年，自動車部品の設計や開発の短納期化が進んで接触時間が長くなる．その結果，3D解析において衝いる．一方で，その中での解析の重要性も増している．

突時に観察される力の最大値は，2D解析に比べ小さ

よって，解析仮定の特徴を十分に把握し，解析結果をくなる．

迅速に出すことで商品開発の効率化を推し進めていき

以上が，3D解析において入力トルクを変化させた

たい．

際の保持器応力の変化が小さくなった理由である．
なお，遠心力が働いたころは，比較的長い時間，こ

参考文献
1）鈴木篤史：針状ころ軸受のトルク損失に関する動的挙動解析，日本機械学会論文集(C編)，79巻801号，(2013) 1386-1395.
2）Sakaguchi, T., et al : Dynamic Analysis ofCage Stress in Tapered Roller Bearings,
Proc. ASIATRIB 2006 Kanazawa, Japan，(2006) 649-650．
3）坂口智也：遊星運動下の針状ころ軸受の動力学解析，
NTNテクニカルレビュー, No75, (2007) 94.
4）澁谷直人：遊星運動下の針状ころ軸受の動力学解析，
自動車技術，Vol.71，No.9 (2017) 97-101.

ろが保持器に接触するため，衝突的ではない．また，負荷圏内でのころと保持器の接触も，衝突的ではない．
そのような状況下では，ころの傾き方向の回転運動の考慮の有無があっても，接触時間の長さはほぼ変わらないはずである．図5および図6において3D解析の結果が2D解析と類似したのは，上記のように，比較的長い時間接触する現象で保持器応力が支配されていたためである．

7. まとめ

執筆者近影遊星運動下の針状ころ軸受において，保持器の弾性変形を考慮した2次元および3次元の動力学解析を行い，保持器応力に及ぼす運動の自由度の影響を調査した．
その結果，プラネットギヤの自転速度，公転速度を変化させた時，2D解析と3D解析ともに回転速度の上昇に応じて応力が高くなる傾向が確認された．一方，

澁谷 直人

坂口 智也

入力トルクを変化させた場合，2D解析では負荷圏の自動車事業本部
CAE技術部

自動車事業本部
CAE技術部-96-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[商品紹介]

自動車の低燃費化，高機能化に貢献する複合材料商品の紹介
Proposal of Low Fuel Consumption and High Functionality ofComposite Material Products for Automobile
堺 香 代* Kayo SAKAI
山 下 智 典** Tomonori YAMASHITA
淺 田 一** Hajime ASADA 石 井 卓 哉*** Takuya ISHIINTNグループでは，樹脂や金属粉末を成形した複合材料商品を製造，販売している．これらの商品は，形状の自由度が高く，様々な機能を付与することができる
ことから，幅広い分野で使用されている．本稿では，自動車の低燃費化，高機能化に寄与する複合材料商品について紹介する．
We manufacture and sell composite material products molded from resin and metal powder. These products areused in a wide variety of fields because of their high degree of freedom in shape and their ability to impart various
functions. In this paper, we introduce composite material products that contribute to low fuel consumption and highperformance of automobiles.

1. はじめに

2. トランスミッション用シールリング

NTNでは，樹脂や金属粉末を原料にし，独自のデ自動車のトランスミッションには，外径15〜

ザインを組み合わせた複合材料商品を，図1に示す

60mmの樹脂製シールリングが複数個使用されてい関係会社で製造している．複合材料商品は，使用条件

る．シールリングには，低燃費化のため低トルク，低に合わせて，樹脂や金属粉末，添加剤の配合を変える

オイルリークが求められている．NTNはPEEK（ポリことができ，幅広い分野で使用されている．また，金エーテルエーテルケトン）製シールリングの側面にV型によって成形するため，形状の自由度が高く，複雑

字状潤滑溝を設けることで（図2），従来の溝なし品

な形状でも量産性に優れている．NTNでは自動車や産と同等の低オイルリークで，トルクを60％低減した

業機械など幅広い分野に，流体動圧軸受を含む含油軸

低トルクシールリング1）を開発し，量産を開始した．

受や樹脂軸受，しゅう動部品，ギヤやカム等の機械部

しかし，自動車の燃費規制が今後益々厳しくなる中品，磁気センサやリアクトル等の磁性製品を製造販売

で，さらなる低トルク化の要求がある．低トルクシー

している．

ルリングのＶ字状潤滑溝を最適化した開発品では，さ

本稿では，自動車の低燃費化，高機能化に寄与するらに10〜15％のトルク低減を達成した．

複合材料商品について紹介する．

シールリングは，トランスミッションの油圧回路内
で相対運動する軸とハウジング間に組み付けられる．

ベアリー ®

油圧によりハウジング内径と軸溝側面に押し付けら

NTN 精密樹脂（株）
複
合
材
料
商
品
事
業
部

樹脂軸受，射出成形品
樹脂機械加工，コーティング部品

合い口

ベアファイト ®，ニカメット ®

NTN アドバンストマテリアルズ（株）

V 字状潤滑溝

焼結含油軸受，焼結機械部品
磁性材料商品，樹脂成形品

動圧ベアファイト ®

NTN Manufacturing (Thailand) Co.,Ltd
流体動圧軸受部品

図1 NTN関係会社と複合材料商品群
Composite material products of NTN group

図2***複合材料商品事業部 新商品開発部***複合材料商品事業部 複合材料技術部***NTN精密樹脂（株）技術部-97-

低トルクシールリング
Low torque seal ring

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

れ，しゅう動しながらオイルを密封し，油圧回路内の【試験条件】
シールリング試験機 油圧 0.4 〜 1.2MPa 回転数 2,000min-1
鉄系ハウジング・軸 ATF（油温 80℃）

圧力を保持する（図3）．シールリングと軸溝側面の接触面積はハウジング内径面との接触面積よりも小さ

低トルクシールリング（従来品）
低トルクシールリング（開発品）

いため，ハウジングまたは軸が回転すると，しゅう動

0.14

抵抗がより小さい軸溝側面とシールリング側面がしゅ

0.12

う動する．そのため，シールリング側面に潤滑溝を設けることは，トルク低減に効果的であり，各社その形トル
ク

状を工夫している．

N・m
ハウジング

潤
滑
油

シール
リング

油
圧

0.10
0.08
0.06
0.04

軸
溝
側
面

0.02

シ
リ

0

0.5

油圧

MPa

1

1.5

図4 トルクの油圧依存性
Torque versus oil pressure

油圧
軸

3. 電動ウォーターポンプ用樹脂すべり軸受
図3 シールリングの作動状態
Operating state of seal ring

電動ウォーターポンプは，自動車の電動化，低燃費化に伴いエンジン車，ハイブリッド車，電気自動車へ

NTNの低トルクシールリングは，動圧効果によりVの搭載が進んでいる.動力源がバッテリで適宜作動す

字状潤滑溝の端部が高圧となるため，トルクが低減するので，流量を任意に制御できる利点があり，エンジ

る．溝を対称形状にしているので，方向性なしに軸へ

ン，インバータ，モータ等の冷却や車内の暖房に使用組み付けることができる．

されている．これら電動ウォーターポンプには，ポリフェニレンサルファイド（PPS）に特殊充填剤を配合

表1に示す低トルクシールリングの従来品および開したベアリーAS5704すべり軸受2）が採用されてお発品について，トルクの油圧依存性を図4に示す．

り，電動ウォーターポンプの省電力化に貢献している.

低トルクシールリングの開発品は，従来品から10電動ウォーターポンプの市場規模（グローバル）は，〜15％トルクが低減している．
Ｖ字状潤滑溝の個数を増やすことは，動圧効果が高2015年の実績が2,080万台に対して，2020年にまりトルク低減要因となるが，溝間のしゅう動面積が3,475万台，2025年に5,470万台と拡大が見込ま増加しトルク増加要因にもなる．そこで，開発品ではれている.
代表的な電動ウォーターポンプの構造を図5に示

潤滑溝の個数の最適化と同時に，潤滑溝の幅，周方向

す．インペラ（羽根車），マグネット，すべり軸受を

長さなどの最適化も図った．

一体化したロータがポンプ室に収納され，マグネット
表1に対向してステータが配置されている．ロータはすべ試験シールリング
Test seal rings

試験シールリング低トルクシール

V字状

リング（従来品）

12個

低トルクシール

V字状

リング（開発品）

24個

り軸受を介して軸に支持されている．ステータへの通電により発生する磁界でロータを回転させ，インペラ側面の潤滑溝の形状

によりポンプ室に吸入された冷却水を移送する構造となっている．
ロータ回転時にはラジアル荷重およびアキシアル荷重が発生するため，すべり軸受の内径と軸，及びすべり軸受端面とスラスト受がしゅう動する．

シールリング寸法：外径45mm，肉厚2mm，幅2.4mm

電動ウォーターポンプには，カーボンすべり軸受が多く使用されてきた．カーボンすべり軸受は，冷却水-98-自動車の低燃費化，高機能化に貢献する複合材料商品の紹介

冷却水 OUTのPPS軸受と比較して小さく，炭素繊維配合軸受のステータ

1/5以下である．また，ベアリーAS5704軸受の摩

マグネット

インペラ
スラスト受

擦係数は最も低く，安定している．

スラスト受【試験条件】
リングオンディスク型試験機 水中 室温
面圧 0.4MPa 速度 25m/min 相手材 SUS304

冷却水 IN

ポンプ室

軸（固定）

比
摩
耗
量

すべり軸受

図5 電動ウォーターポンプの構造
Structure of electric water pump

0.6

600

0.4

500

0.2 動

400

0

300

×10-8
mm3/(N・m)

200

摩
擦
係
数

100
0

による腐食の心配がなく，インペラとの一体成形も可

50h

700

ベアリー
AS5704

PPS+
ガラス繊維

PPS+
炭素繊維

PPS+
PTFE

図7 PPS軸受の材料と摩擦摩耗特性
Relation between PPS bearing materials
and sliding property

能であるが，成形素材からの機械加工品となるため，形状の自由度が低く，高コストである．
PPSからなる樹脂すべり軸受は，自己潤滑性，耐薬品性に優れ，射出成形が可能で形状を含めた設計の4. パワーウィンドウ，ファンモータ用軸受

自由度が高く，安価である．射出成形時に軸受の内径面や端面に潤滑溝，軸受外径面にインペラからの抜け

焼結含油軸受は自動車や産業機械に広く使用されて止め（Dカット，突起など）を容易に設けることがでおり，その材料は青銅系と鉄系および両者を組み合わき，機械加工なしでインペラと一体成形できる．

せた銅鉄系に大別される．パワーウィンドウやファン

すべり軸受には，冷却水中での低摩擦特性，長寿命，モータなどの自動車電装品や，複写機やレーザービー

相手部品を摩耗損傷させないことが求められる.そのムプリンタなど，軸受に高いしゅう動性能が求められため，図6に示すベアリーAS5704すべり軸受が採る用途に対しては，青銅系材料が適している．しかし，用されている．本軸受の特長を以下に示す．

近年の銅価格の上昇から，銅の使用量を削減し，青銅【特長】

系に代わる新しい材料として，ベアファイトCL3）を①水中での摩耗量が汎用PPSすべり軸受の1/5以下．

開発した．

②ステンレス鋼などの相手材の摩耗損傷が少ない．

ベアファイトCLの特長は，特殊銅粉を使用するこ③射出成形品であるため，設計の自由度が高い．

とで銅使用量を抑えた上で，青銅系材以上の耐PV④不凍液，酸・アルカリ液中でも使用可能．

値特性と，銅鉄系材以上の耐摩耗性を示すことである.
特殊銅粉を使用することで表層に銅の薄層を形成し，これが優れたしゅう動性に寄与する．内部は安価な鉄粉であり，青銅系材より耐摩耗性に優れる．軸受の断面を図8に示す．図の上側が軸受内径面であり，表層に銅の薄層が形成され，内部は鉄粉である．
化学成分を表2に示す．銅の配合量は，20%程度であるが内径面の約60%以上は銅が露出している．

図6 電動ウォーターポンプ用樹脂すべり軸受
Plastic sliding bearings for electric water pump

限界PV値の測定結果を図9に示す．
本結果から，ベアファイトCLは低PV値領域から青ベアリーAS5704軸受とガラス繊維，炭素繊維，

銅系品と同等の摩擦係数を示し，かつ，高PV値領域

PTFEを配合したPPS軸受の比摩耗量，動摩擦係数をまで低い摩擦係数を維持していることがわかる．この

図7に示す．ベアリーAS5704軸受の比摩耗量は他ため，広いPV値領域での使用が可能である．
-99-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）

銅薄層

5. AFS，EGR用すべり軸受
高温環境下では潤滑油が熱で気化し，周辺を汚染する恐れがあるため，しゅう動部には潤滑油やグリースが使用できない．このような潤滑油が使用できない環
境下で新たなしゅう動部材として，NTNでは固体潤滑材である黒鉛を多量に添加し，潤滑性を向上させた自鉄粉

己潤滑性焼結しゅう動部材4）を開発している．

図8 ベアファイトCLの断面
Section of BEARPHITE CL

ヘッドランプの熱により高温となるAFS（Adaptive
Front-Lighting System）（図11）や高温の排気ガス

表2 ベアファイトCLの化学成分
Chemical components of BEARPHITE CL
化学成分
開発品

に曝されるEGR（排気再循環）装置のバルブ用軸受等に適用される．

wt%

Cu

Sn

C

Fe

15〜22

0.5〜2.5

0.5〜2.5

残【試験条件】
・軸材質 ：SUS420J2
・軸受寸法：内径 6× 外径 12× 幅 6mm
青銅系品

・試験温度：常温

銅鉄系品 (20%Cu)

ベアファイト CL

0.16
0.14

図11 自己潤滑性焼結しゅう動部材（AFS用）
Self-lubricating sliding material (For AFS)

0.12

摩
擦
係
数

0.10
0.08

黒鉛粉はかさ密度が低いため，多量に添加すると材

0.06

μ

料粉の流動性が低下し，成形できる形状や寸法が制限

0.04
0.02
0.00

される．また，成形できる形状であっても成形サイク
050

ルが遅くなり，相対的にコストが高くなる．開発した

100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

PV 値 MPa・m/min

自己潤滑性焼結しゅう動部材は，特殊処理により黒鉛

図9 ベアファイトCLの限界PV値
Limit PV value of BEARPHITE CL

粉の流動性を高めることで，黒鉛添加量を増加しながらも高い形状自由度と生産性を確保した．本開発材は潤滑油が使用できない環境でも優れた低摩擦特性，耐耐摩耗性の評価を，運転試験前後の軸受内径寸法の摩耗性を有する．

変化量(摩耗量)で行った．評価結果を図10に示す．
開発品の摩耗量は青銅系品，銅鉄系品よりも少なく，【特長】①ドライ環境での摩擦摩耗特性に優れる

優れた耐摩耗性を有していることがわかる．

②特殊黒鉛により，高い形状自由度を確保【試験条件】
・周速：38m/min
・面圧：4.0MPa
・軸受寸法：内径 6× 外径 12× 幅 6mm ・軸材質：SUS420J2
・試験温度：常温・試験時間：8h

開発材の化学成分を表3に示す．一般的な青銅系材料と比較し，黒鉛添加量を2倍以上に増量している．
自己潤滑性焼結しゅう動部材の摩擦摩耗試験条件を

1098

表4に，試験結果を表5に示す．自己潤滑性焼結軸受の摩擦係数は，無含油状態での一般青銅系材の約1/2，

内 7
径 6
摩
耗 5
量 4
μm

耐摩耗性は一般青銅系材の約40倍まで向上した．
表3

3
2
1
0

青銅系品

材

銅鉄系品 (20%Cu) ベアファイト CL

図10 ベアファイトCLの耐摩耗性
Abrasion resistance of BEARPHITE CL-100-

自己潤滑性焼結しゅう動部材の化学成分
Chemical components

質

化学成分

％

Cu

Sn

C

一般青銅系材

残

7〜11

1〜2

開発材

残

7〜11

4〜7

自動車の低燃費化，高機能化に貢献する複合材料商品の紹介

示す．リアクトルは通電される電流が大きくなると性

表4 摩擦摩耗試験条件
Test conditions for friction and wear property
荷重 Ｎ
回転速度 min-1
試料寸法 mm（内径×外径×幅）
相手材
試験時間 min
潤滑状態

①摩擦試験

②摩耗試験

98

15

1,000

450

φ6×φ12×6

φ6×φ12×6

SUJ2

SUS420J29060

無含油（ドライ）

無含油（ドライ）能が低下する．どれくらいの電流まで性能を維持できるかを示す特性は重畳特性と呼ばれており，特に重要な指標とされている．一般に重畳特性の改善にはコア
中にすきま（ギャップ）を設けるが，ギャップから漏れる磁力は損失や発熱の増加原因となる．これに対し

NTNハイブリッド品は，特性の異なるコア部品を組み合わせることでギャップを設けることなく重畳特性を改善したものである．

表5 摩擦係数および比摩耗量
Specific wear rate and friction coefficient
摩擦係数
比摩耗量
m3 / (N・m)×10-12

開発材

一般青銅系材0.2〜0.3

0.45

0.08

3.56

一般に広く用いられるトロイダル形はリング状のコ
アにコイルを巻いたリアクトルである．直流重畳特性を改善する場合には，空気層によるギャップを必要とするため漏れ磁束が懸念される．冷却面においてはコ
イルを直接冷却できるが，コアを冷却する場合にはリ
アクトル全体を樹脂封止する必要がある．
新たに開発したEEP形のハイブリッドリアクトルを

6. 低背型リアクトル

図13に示す．EEP形リアクトルはポット形リアクト

近年，自動車や自動車部品の電動化に伴い，自動車

ルの導線の引き出し口を大きくしたような形状である．

にはコンバータやインバータなどの電源装置が多数搭

開発品はポット形従来品 4）の特長であるコアのギ載されるようになった．リアクトルはこれら電源装置

ャップレスでの優れた重畳特性に加え，放熱性向上のにおいて電圧を調整するために用いられている．電源ためリアクトルの設置スペース内で設置面積を大きく装置の小型化を目的に，装置を高周波駆動する傾向にできる方形に近い形状に変更し，かつ製品高さを低くあり，リアクトルには高周波帯域まで低損失で安定しした低背型にすることで放熱経路を短くしてコア形状た特性を維持できることが求められている．

を最適化した．

リアクトルは，コアと呼ばれる軟磁性材料の成形体と，コイルと呼ぶコアに巻きつけた導線で構成される．
コイルに電気が流れるとコアに磁力が発生するが，リアクトルにはコイルに流れる電力を磁力に変換してコアに蓄積し，蓄積した磁力を電力に再変換してコイルから放出する機能がある．リアクトルはこの変換機能によって電源回路中で電圧を昇圧または降圧させる際に利用される．
図13 EEP形ハイブリッドリアクトル(開発品)
EEP type hybrid core

リアクトルの一例として NTNのポット形ハイブリ
ッドリアクトル（以後，ポット形従来品）を図12に【特長】①ギャップレスでの優れた重畳特性
射出成形コア AS10②優れた放熱性による低い温度上昇③製品高さが低い低背型

圧縮成形コア AL60

開発品と NTN製ポット形従来品および一般的なトロイダル品との比較を表6に示す．
開発品とポット形従来品の磁界解析結果を表7，図コイル

14に，発熱解析結果を図15に示す．発熱解析は冷却板への固定を想定して設置面（下側）の温度を60℃

図12 ポット形ハイブリッドリアクトル(カットモデル)
Pot type hybrid coreとし，雰囲気温度も60℃とした．
-101-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）
135 ℃

開発品は，ポット形従来品と同等の重畳特性，損失および同程度の設置スペース（幅と奥行き）で製品高

120

さを22%低減した．また，同程度の損失にも関わら105

ず 発 熱 温 度 に つ い て，開発品は117℃（上昇温度9057℃），従来品は134℃（上昇温度70℃）となり，

75

設置面の形状変更と低背化によって放熱性能を約開発品

19%改善できた．

従来品

60

図15 発熱解析結果
Thermal analysis results

表6 各種リアクトルの性能比較
Characteristics comparison
放熱性能

開発品
◎

ポット形従来品
○

トロイダル
△

漏れ磁束

○

○

△

部品高さ

◎

○

◎

◎：優

○：良

7. おわりに
本稿では，小型・軽量化による自動車の低燃費化，
しゅう動特性の改善等による高機能化に寄与する複合△：可材料商品について紹介した．
今後，自動車や構成ユニットの電動化が進む中で，

表7 磁界解析による鉄損と銅損
Iron loss and copper loss by magnetic field analysis
開発品

従来品

体格, mm

W46×D44×H32

φ42×H41

鉄損※

3.1

3.4

銅損※

13.1

13.3

益々要求が厳しくなり，既存品から複合材料商品への置き換えも加速すると考えている．
今後，部品単体の付加価値を高めるだけでなく，周辺構造も含めたモジュール化・ユニット化にも対応※直流20Aにリップル率30%正弦波電流重畳時

し，市場トレンドに合致した商品を提供し，自動車業界の発展に貢献したい．

200

参考文献

イ
ン 150
ダ
ク 100
タ
ン
ス 50

開発品

μH

0

1）筧幸三, 近藤巧, 石井卓哉, 吉野真人：自動車の変速
機用低トルクシールリングの開発，NTN
TECHNICAL REVIEW, No.81（2013）68-73．
2）伊藤紀男, 石井卓哉：次世代電池向け電動ポンプ用樹
脂すべり軸受, NTN TECHNICAL REVIEW,
No.77（2009）49-53.
3）山下智典：青銅系代替銅鉄系焼結含油軸受, NTN
TECHNICAL REVIEW, No.82（2014）30-33．
4）堺香代, 島津英一郎, 後藤隆宏, 淺田一, 石井卓哉,
自動車分野への複合材料商品の紹介，NTN
TECHNICAL REVIEW, No.83（2015）54—59．

従来品
0

10

20

重畳電流 A

図14 重畳特性
DC bias characteristics

執筆者近影

堺

香代

複合材料商品事業部
新商品開発部

山下 智典
複合材料商品事業部
複合材料技術部

淺田一

複合材料商品事業部
複合材料技術部

-102-

石井 卓哉
NTN精密樹脂（株）
技術部

NTN TECHNICAL REVIEW No. 85（2017）

受賞案件の紹介2016年度「日本粉末冶金工業会 工業会賞 新製品賞・デザイン部門」受賞

昇圧装置用ハイブリッド磁性材リアクトルコア
Hybrid Magnetic Material Reactor Core for Booster
勝浦

肇*

尼野

Hajime KATSUURA

慎也*

鈴木

Shinya AMANO

翔平*

Shouhei SUZUKI

1. はじめに

3. 特「昇圧装置用ハイブリッド磁性材リアクトルコア」が，

高楠

利啓**

Toshihiro TAKAKUSU

長

ハイブリッド磁性材リアクトルコアの特長は以下のと日本粉末冶金工業会の2016年度第38回工業会賞を受

おり．

賞した．

（1）従来のフェライト材と比較して，磁気飽和なし

射出成形のアモルファ（2）従来のフェライト材と比較して，大電流時（300A）

ス磁性材料品と圧縮成形の直流重畳特性低下1/2以下のアモルファス磁性材料（3）従来のFe-Si材と比較して，高周波数時（100kHz）

品をハイブリッド化し，の損失1/10大電流・高周波領域での4. 効

性能向上と小形化を両立させた点が評価された．

従来材料であるフェライトやFe-Si系材料と比較し，

図1 用途例（MRI）

以下のような効果が得られ，装置の小形化や性能向上にApplication example (MRI)

2. 構

果

貢献できる．
（1）体積比1/8

造（2）最大印加電流2.6倍（100A→260A）（3）回路動作周波数5倍（10kHz→50kHz）

ハイブリッド磁性材リアクトルコアの構造を図2に示す．圧縮成形と射出成形による異種成形材のハイブリッド化と磁場解析による形状最適化により，小形化と高磁5. まとめ

気特性を両立させた．

本商品は異なる成形加工品をハイブリッド化することで，単独成形品では達成できない特性を持たせることが圧縮成形コアAL60

できるため，さらに広範囲の用途に展開していきたい．

射出成形コアAS10

参考文献
沖 芳郎：成長市場に向けた樹脂・焼結金属・磁性材料複合化技術と商品紹介 NTN TECHNICAL REVIEW 82,(2014) 12-20.

図2 ハイブリッドリアクトルの構造
Structure of Hybrid magnetic material reactor
執筆者近影**複合材料商品事業部 新商品開発部**NTNアドバンストマテリアルズ もの造りセンター
勝浦

肇

複合材料商品事業部
新商品開発部

尼野慎也

複合材料商品事業部
新商品開発部鈴木翔平

高楠

複合材料商品事業部
新商品開発部利啓

NTNアドバンストマテリアルズ
もの造りセンター-103-

NTN TECHNICAL REVIEW No. 85（2017）

受賞案件の紹介2016年度「日本粉末冶金工業会

工業会賞

新製品賞・デザイン部門」受賞

複層焼結含油軸受
Multi Layer BEARPHITE®
山口 貴嗣*

毛利

Takashi YAMAGUCHI

敏彦*

高井

Toshihiko MOURI一輝**

Kazuki TAKAI

1. はじめに外層

一般鉄系構造材料

内層

高硬度鉄系構造材料「複層焼結含油軸受」が,日本粉末冶金工業会の2016
年度第38回工業会賞を受賞した．
建設機械用の大型焼結軸受について，しゅう動性・耐摩耗性を向上させた内層，強度・靱性を向上させた外層の二層構造にすることで，浸炭焼入れや切削加工の廃止につなげた点について新規性，独自性が大きく評価された．

図2 複層焼結含油軸受の構造
Structure of the Multi Layer BEARPHITE®

油圧ショベルなどの関節部用（図1）として開発した「複層焼結含油軸受」は，低摩擦・耐摩耗および高強度を低コストで実現した点が評価された．

の鉄系材料に銅を加えた材料を用いた．外層には，強度に優れ安価な鉄系材料に低融点金属を配合し，浸炭焼入

関節部の軸受れを行なうことなく，従来品と同等の機械特性を確保した．

3. 特

長

圧環強さは焼入れ等の熱処理なしで 500MPa以上を実現し，従来行っていた熱処理を廃止した．さらに，サイジングによる矯正が可能となり，切削加工が不要となった．

4. まとめ
図1 用途例
Application example

異なる材料を一体成形することで，低摩擦・耐摩耗性と強度の両立を実現した．今後も新商品の開発を通じて市場に貢献していきたい．

2. 構

造
参考文献

複層焼結含油軸受の構造を図2に示す．

須貝洋介，毛利敏彦： 複層焼結含油軸受, NTN
TECHNICAL REVIEW 80, (2012) 83-86.
毛利敏彦、伊藤容敬，須貝洋介，湯浅栄二： 受賞案件の紹介, NTN TECHNICAL REVIEW 84, (2016) 115.

内層と外層で異なる材料の二層構造を，圧入や接着ではなく，粉末成形で一体成形している．
内層には，低摩擦と耐摩耗性を両立するため，高硬度
執筆者近影

複合材料商品事業部 新商品開発部
複合材料商品事業部 複合材料技術部
山口貴嗣

複合材料商品事業部
新商品開発部毛利敏彦

複合材料商品事業部
新商品開発部高井一輝

複合材料商品事業部
複合材料技術部-104-

NTN TECHNICAL REVIEW No. 85（2017）

受賞案件の紹介2016年“超”モノづくり部品大賞

環境関連部品賞受賞

低トルクシールリング
Low Torque Seal Ring筧 幸三*

石井 卓哉*

山添 佑樹*

Kouzou KAKEHI

Takuya ISHII

Yuuki YAMAZOE

山本 宗一郎*

近藤 巧**

Souichirou YAMAMOTO Takumi KONDOU① トルク60％低減

1. はじめに② 摩耗量1/10③ 同等の低オイルリーク特性

自動車の変速機（図1）用に低トルク，低オイルリー
クを両立した低トルクシールリング1)を開発し，量産を【試験条件】
油圧0.5〜2MPa

開始した．トルク低減による変速機の高効率化，自動車の低燃費化への貢献が評価され，日刊工業新聞社主催の2016年“超”モノづくり部品大賞

回転数4,000min-1

ATF(油温110℃)

1.5

環境関連部品賞を

従来シールリング受賞した．

低トルクシールリング

ト
ル
ク

1.0

（2 本分）
N・m 0.5

0.0
0.0

0.5

1.0

油圧

1.5

MPa

2.0

2.5

図3 トルクの油圧依存性
Torque versus oil pressure
図1 自動変速機
Automatic transmission

3. まとめ自動車の燃費規制は今後益々厳しくなるため，なお一

2. 特層の低トルク化が要求されている．V字状潤滑溝を最適長化した改良品により，さらに10〜15％のトルク低減を達成した．今後も，市場の要求に応えるために，さらな低トルクシールリングの形状を図2に示す．従来のる低トルク化を探求していく．

PEEK製シールリングの側面にV字状の潤滑溝を射出成形時に設けることで，従来と同等の低オイルリークであ

参考文献

りながら、トルクを60％低減した（図3）．これはV字筧幸三，近藤巧，石井卓哉，吉野真人：自動車の変速機用低トルクシールリングの開発
NTN TECHNICAL REVIEW No.81(2013)68-73.

状潤滑溝の端部に発生する動圧効果によるものである．
低トルクシールリングは，従来のシールリングと比較して次の特長がある．

執筆者近影（代表者）

合い口
V 字状潤滑溝**NTN精密樹脂㈱ 技術部**複合材料商品事業部 営業技術部

図2 低トルクシールリングの形状
Shape of low torque seal ring筧幸三

NTN精密樹脂㈱
技術部

-105-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[ 新技術紹介 ]薄型・高精度 角度センサ
産業機械分野の回転部分で絶対角検出を高精度，薄型・軽量で実現
8.2

ゴム磁石

ゴム磁石

副トラック

φ44

φ51.5

主トラック

芯金

マグネシートを貼って着磁パターンを観察
芯金

着磁イメージ

副トラック

特

主トラック

長

① 薄型で中空構造のため，回転部の小型化と配線の内蔵化が容易② 軽量で慣性モーメントが小さいため応答性への影響が小さい③ 高精度
従来品 角度精度±0.2°（取り付け誤差を除く）
開発品 角度精度±0.1°（取り付け誤差を除く）

構

造

用

途

着磁極対数の異なる2つの磁気トラック（64/63極対）¡ロボット関節角度検出のためのエンコーダ

を高精度で着磁¡モータ回転角検出のためのエンコーダ

項

目

磁

石

ゴム磁石

着磁極対数

64/63 極対（N,S 合わせて 128 極 /126 極）

サイズ

外径φ51.5mm，内径φ44mm，幅 8.2mm

重

10.7g

量

磁気センサ

複列磁気エンコーダ
R64（ラジアルタイプ）

慣性モーメント

6.3×10-6 kg m2

使用温度−40 〜 +120℃

軸受
複列磁気エンコーダ

軸受への使用例-106-

NTN TECHNICAL REVIEW No.85（2017）[ 新商品紹介 ]風力発電装置主軸用
左右列非対称自動調心ころ軸受
ころの左右列非対称設計により，長寿命化と耐摩耗特性を向上
外輪

リア列ころ

フロント列ころ

内輪
保持器

特

長

構

造

① 長寿命
：計算寿命が約2.5倍に向上

ころの左右列非対称設計によりフロント列とリア列で効② 耐摩耗性：PV 値約30％低減により，耐摩耗特性向上

上を実現③ コンパクト・軽量：従来品と同等の寿命を持つ軸受を内径約10％減，質量約30％減で設計可能

フロント列ころ( ロータヘッド側 )用

率的に荷重を分担することで，長寿命と耐摩耗特性の向

L1

リア列ころ
( 発電機側 )L2

途¡風力発電装置用（使用箇所）
主軸受

主軸受
発電機

α1

α2

風荷重
（アキシアル荷重）▷ 接触角：α2 ＞α1

α1：フロント列の接触角
α2：リア列の接触角▷ ころ長さ： L2 ＞ L1

L1：フロント列のころ長さ
L2：リア列のころ長さ
ロータヘッド風力発電装置 内部構造

断面図

-107-

ご照会・技術相談は…… 下記支社・営業所にお申し付けください。
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本社

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2017