特集●環境対応
December 2009ISSN 0915-0528 OSAKA, JAPANNTN TECHNICAL REVIEW No.77
環境対応特集号 ● 目 次

環境対応特集号に寄せて

巻頭言

常務取締役

福村善一

1

環境負荷低減活動【解説】NTNの環境への取組み
新商品・知的財産戦略本部

【解

環境管理部

平田正和／梅本昇説】SNRの環境への取組み
SNR

Didier SEPULCHRE DE CONDE／Jean-Hervé BULIT

2
9

環境対応生産技術【解説】素形材加工における環境負荷低減への取組み
世良

生産技術研究所【解昌／斎藤久常／中野健一／牧野俊介

説】産業用ロボット活用による作業環境改善
生産技術研究所

松下茂樹／名倉元治

1620

環境対応商品／技術【解【解説】風力発電装置の大型化と軸受技術

二之湯伸幸
八木 壮一
丹羽
健

産機商品本部

応用設計部
産機商品本部
産機商品本部 製品設計部

26

説】SNRの環境に優しい商品開発
SNR Product Innovation & Mechatronic

Siegfried RUHLAND／Ludovic SAUNIER／Cynthia TSEN
SNR Automotive Transmission Engineering Bernard LIATARDSNR Automotive Equipment Engineering Gérald MIRABEL

32【製品紹介】電動ブレーキ用アクチュエータ
商品開発研究所

自動車モジュール商品開発部
山崎達也／江口雅章
商品開発研究所 電子応用研究部
牧野祐介【製品紹介】自動車用電動ボールねじアクチュエータ
自動車商品本部

自動車技術部

池田良則／吉田平和【製品紹介】次世代電池向け電動ポンプ用樹脂すべり軸受
伊藤紀男／石井卓哉

NTN精密樹脂（株）技術部【製品紹介】低トルクローラリフタユニット
雅54

アクスルユニット技術部

平井

功

60

自動車商品本部 アクスルユニット技術部
自動車商品本部 等速ジョイント技術部

梅木田光
淺野祐一

【製品紹介】超高負荷容量円すいころ軸受
自動車商品本部【製品紹介】新型自動調心ころ軸受

ULTAGE（アルテージ）

自動車技術部

上野崇／松下知樹シリーズEA･EMタイプ
産機商品本部

製品設計部

津森幸久

産機商品本部

応用設計部

糸見正二

要素技術研究所

大平晃也

要素技術研究所
自動車商品本部 自動車技術部
大阪大学大学院工学研究科

藤原宏樹
辻本 崇
山内和人

【製品紹介】コンパクトフリー型トルクダイオード【解【論説】DLC膜の特性とその応用
文】円すいころ軸受ころ大端面の最適曲率半径【 座談会 】

49

西村

【製品紹介】自動車用省資源仕様ハブベアリング【製品紹介】Vシリーズハブジョイント45

ニードル軸受技術部

自動車商品本部
自動車商品本部40

等速ジョイント解析技術の進歩と将来

65
71
78
83
87
94

104

受賞案件の紹介《2009年度

超モノづくり部品大賞

奨励賞受賞》

高負荷容量円すいころ軸受《2008年度

超モノづくり部品大賞

資源循環技術・システム奨励賞受賞》

鉄鋼ダストの固形化処理装置の開発とリサイクルシステムの構築

新製品紹介

108

等速ジョイント技術部

山崎健太

109

元生産技術研究所
生産技術研究所
要素技術研究所

後藤正三
山田郁夫
村松勝利

110

自動車技術部

上野

自動車部品賞受賞》

ステアリング用等速ジョイント（CSJ）の開発《2008年度

崇自動車商品本部

112

NTN TECHNICAL REVIEW No.77
CONTENTS

Yoshikazu FUKUMURA

Preface1● Activity for Reducing Environmental Impact
Initiatives for Environmental Conservation
Masakazu HIRATA and Noboru UMEMOTO

Approach on Environment by SNR
Didier SEPULCHRE DE CONDE and Jean-Hervé BULIT

2
9● Environment-responsive Production Engineering
An Approach the Reduction of Environmental Loads in the Material Processing
Akira SERA, Hisatsune SAITO, Kenichi NAKANO and Syunsuke MAKINO

Improvement the Work Environment with Factory Robot
Shigeki MATSUSHITA and Genji NAGURA● Environmentally-friendly Products and Technology
Market Trend of Wind Turbine and Bearing Technologies
Nobuyuki NINOYU, Souichi YAGI and Tsuyoshi NIWA

Eco-friendly Products Development SNR Roulements
Siegfried RUHLAND, Ludovic SAUNIER, Cynthia TSEN, Bernard LIATARD and Gérald MIRABEL

Actuator for Electromechanical Brake
Tatsuya YAMASAKI, Masaaki EGUCHI and Yusuke MAKINOElectric Ball Screw Actuator for Automotive
Yoshinori IKEDA and Hirakazu YOSHIDA

Plastic Bearings of Electric Pump for the Next Generation Cell
Norio ITOH and Takuya ISHII

Low-torque Roller Lifter Unit
Masashi NISHIMURA

Hub Bearing for Automobiles for Saving Resources
Isao HIRAI

V-series Hub Joint
Mitsuru UMEKIDA and Yuuichi ASANO

Extreme High Load Capacity Tapered Roller Bearings
Takashi UENO and Tomoki MATSUSHITANew Spherical Roller Bearings “ULTAGE” Series Type EA and EMYukihisa TSUMORI

Compact Free type Torque Diode
Shoji ITOMICharacteristics and Applications of DLC films
Kouya OOHIRA

Optimized Radius of Roller Large End Face in Tapered Roller Bearings
Hiroki FUJIWARA, Takashi TSUJIMOTO and Kazuto YAMAUCHI

Round-table talk

Advance and Future of Analysis Technology for Constant Velocity Joints

16
20

26
32
40
45
49
54
60
65
71
78
83
87
94

104

● Our Line of Award Winning Products"2009 'CHO' MONOZUKURI Innovative Components Awards" Encouragement Award

High Capacity Tapered Roller Bearing

108

Takashi UENO
"2008 'CHO' MONOZUKURI Innovative Components Awards" Automotive Component Award

Constant Velocity Steering Joint (CSJ)

109

Kenta YAMAZAKI"2008 Resource Recycling Technology and Systems" Encouragement Award

Development of Briquetting Machine and Accomplishment Recycling System for Steelmaking Dust

110

Shozo GOTO, Ikuo YAMADA and Katsutoshi MURAMATSU

Our Line of New Products112

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[ 巻頭言 ]

環境対応特集号に寄せて

常務取締役

福村 善一

大気中の温暖化ガスの濃度は，産業革命前より約30%上昇しており，このまま温暖化ガスの放出が続くと，地球の温度上昇は21世紀末には産業革命以前の2倍近くに達すると言われています。
2009年末にコペンハーゲンで開催されたCOP15（第15回国連気候変動枠組み条約締約国会議）では，中長期削減目標が討議されました。各国では温暖化ガスの削減に取組んでおり，電気自動車などの次世代型自動車，太陽光発電や風力発電など，新エネルギー分野での開発を積極的に推進しなければなりません。
このような状況下，NTNでは，本年7月1日付で新商品・知的財産戦略本部を新設し，将来の成長が見込める自然エネルギーや電気自動車などの，地球環境・省エネ・省資源対応をキーワードに，
長期的な事業戦略の立案を担う部署を立ち上げました。該部門においては，当社の要素技術を活用するとともに，産学官や異業種との連携を推進し，新エネルギーなどの新たなニーズに応える自動車部品，産業機械の新製品開発のスピードアップを図っています。
このように，NTNでは，環境負荷低減を目指した要素技術開発，環境に配慮した製品開発を最優先として取組んでいます。
一方，生産現場では，地球環境の保全，循環型社会の構築，環境管理体制の充実を課題として，
環境管理活動のレベル向上に努め，特に，生産活動におけるCO2削減に対して積極的に取組んでいます。
今回，NTNの環境対応特集と題して，NTNとNTNグループに加わったSNR（本社，フランス）の

環境負荷低減活動 ， 環境対応生産技術 ， 環境対応製品・技術について紹介することにな

りした。また，元NTN取締役の木全博士と「等速ジョイント解析技術の進歩と将来」と題した座談会をご紹介後，昨年度，本年度の受賞開発商品3件（ 超モノづくり部品大賞，資源循環技

術・システム表彰）についても紹介しております。

NTNは本年4月からの2年間を，新中期経営計画『NTN次への2010』として，企業理念「For
New Technology Network：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」の原点に立ち，規模に依存しない経営の体質実現を目指すとともに，「地球環境との共生」のため，環境にやさしい製品の開発を推進し，社会の持続的発展に貢献してまいります。

-1-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[解 説]

NTNの環境への取組み
Initiatives for Environmental Conservation

平田梅本正 和* Masakazu HIRATA
昇* Noboru UMEMOTONTNでは「環境基本方針」を定め，これに基づいた事業活動を行っており，環境への負荷を低減するための取組みを組織的，継続的に行い，地球環境との共生を目指している．本稿では，生産活動におけるCO2削減
や製品開発での環境への取組み，社会貢献活動などNTNの環境への取組
みを解説する．

NTN has been conducting its corporate activities based on “NTN Environmental Policy”, aiming at the harmony
with the global environment through systematic and continuous initiatives for reduction of the impact on theenvironment. In this article, We introduce CO2 reduction efforts in manufacturing and R & D as well as social
contribution.

NTN は，温暖化防止に向けたCO 2排出量の削減お針を以下の4項目に整理して，環境保全活動を推進しよび廃棄物の削減にグループ全体で取組んでいる．摩ている．

擦によるエネルギー損失を低減する軸受や等速ジョイi）環境にやさしい製品の開発と販売

ントは，もともと「エコ商品」であるが，さらにそのii）環境への負荷低減：製造〜物流〜販売のあらゆる活用領域でも，自然エネルギーを利用した風力発電や面でエネルギー効率の改善と負荷物質の徹底管理

クリーン輸送機関としての鉄道車両などに採用され環を図り環境への負荷低減に努める

境に貢献している．また，新工場設立時は，太陽光発iii）法令遵守と環境管理体制の充実

電や風力発電を導入することで自然エネルギーを有効

iv）社会貢献，自然環境保護への取組み

利用し，製造工程においては，油の使用をなくした環

この環境基本方針を推進・実現するため，全社環境

境にやさしい加工方式，コンパクトな生産ラインの構管理委員会を中心にグループ全体の環境管理体制を構

築や「研削スラッジ固形化装置」による廃棄物削減で，築し，「地球環境の保全」，「循環型社会の構築」，「環地球環境に配慮したやさしい工場を実現している．

境管理体制の維持・推進」の3分野で毎年「環境目標」

本誌は NTN の技術広報誌であり，主に， NTN の製（表2）を策定し，計画的な環境活動を推進している．

品技術を紹介してきたが，昨今，地球環境保全や石油
エネルギーの枯渇が大きな話題となっており，企業に2. 生産活動での環境への取組み

も温暖化ガス排出の抑制や地球環境に優しい取組みが求められている．本稿では，主にCO2削減への取組み「環境目標」のうち「地球環境保全」，「循環型社会を中心に，NTNの環境への取組みについて解説する．

の構築」などの大部分は生産現場で対応している．ここでは主にCO2削減への取組みを中心に，生産活動における環境への取組みを紹介する．

1. 環境基本方針と環境目標
当社は『NTN環境基本方針』（表1）を制定しており，「地球環境との共生」を最重要課題に掲げ，取組み方*新商品・知的財産戦略本部

環境管理部

-2-

NTNの環境への取組み
表1 NTN環境基本方針
NTN Environmental Policy
私達NTNグループは，地球環境との共生を最重要課題に掲げ，企業活動が環境に及ぼす負荷を継続的に低減するとともに，社会の持続的発展に貢献できるよう，不断の努力を行います。
1. 環境にやさしい製品の開発と販売¡高精度加工技術やトライボロジー技術を駆使し，環境にやさしい製品の開発を行うとともに，それらを社会に提供することにより，全世界の省エネルギー化に貢献します。
2. 環境への負荷低減¡原材料，部品等の調達から製造，物流，販売までのあらゆる事業活動においてエネルギー効率の改善を図り，地
球温暖化防止に努めます。
¡資源の有効利用に留意し，3R（リデュース，リユース，リサイクル）の徹底により廃棄物の削減に努めます。
¡製品及び製造工程で用いる環境負荷物質の管理を徹底するとともに，有害性が疑われる化学物質については積極的に代替物質へ転換し，環境汚染の未然防止を図ります。
3. 法令遵守と環境管理体制の充実¡法令や条例の遵守はもとより，地域やお客さまからの要請にも積極的に応えるため，より厳しい自主基準及び社内規程を定め，これを遵守します。
¡環境管理の組織や運営の方法を整備するとともに，環境監査を実施することにより，環境マネジメントシステムの維持・改善に努めます。また，環境への取組み状況を情報発信し，社会とのコミュニケーションを推進します。
¡環境教育，社内広報活動等を通じ，NTNグループ及びそこで働く全員に環境基本方針の周知と環境保全に関する意識向上を図ります。
4. 社会貢献，自然環境保護への取組み¡地域の社会貢献活動や自然環境保護活動に積極的に参画することにより，近隣社会との交流を図り，地域とともに歩む企業を目指します。
表2 2009年度NTN環境目標
Environmental targets in fiscal 2009 and fiscal 2010
目的2009年度
国内

CO2排出量の削減

目標

2010年度¡CO2総排出量：25万トン／年¡CO2総排出量：31.7万トン／年¡CO2排出量原単位：1997年度比 △8％¡CO2排出量原単位：1997年度比 △25％

地
海外 ¡CO2排出量原単位：2006年度比 +3％球
環¡ハロンからCO2消火器への切替え：70台
境（2009年度末残台数：54台）の保 大気・水質・土壌汚染防止 国内 ¡PRTR法対象物質の取扱量削減：
全
2006年度比 △38％
¡宝塚閉鎖に伴う土壌調査，浄化への対応¡CO2排出量原単位：2006年度比 △15％¡ハロン消火器全廃¡PRTR法対象物質の取扱量削減：
2006年度比 △40％
¡改正土壌汚染対策防止法への対応

自然環境保護活動への参画 国内 ¡地域緑化活動の推進(企業の森活動等)

循
環型 廃棄物削減社
会の構 資源保護
築
環
境
管
理
体
制
の
維
持
・
推
進

社内体制

目標

−

¡ゼロエミッションの推進 ：リサイクル率 99.5％ ¡ゼロエミッションの推進：リサイクル率 99.5％
国内¡最終処分量：25トン／月以下¡最終処分量：25トン／月以下

海外 ¡ゼロエミッションの推進：リサイクル率 96.3％
国内
国内
海外

¡ゼロエミッションの達成：リサイクル率 98.3％¡紙の購入重量：1998年度比 △46.2％¡紙の購入重量：1998年度比 △ 50％¡発泡スチロールの削減：1999年度比 △92.4％¡発泡スチロールの削減：1999年度比 △96.1％¡新規事業場の認証取得に向けた体制準備¡全事業所（グローバル）でのISO14001認証取得

グリーン調達の推進¡サプライチェーンへのグリーン調達基準の遵守徹底¡環境負荷物質調査への確実な対応
国内（REACH対応システムの運用スタート）¡環境負荷物質監査の推進（内部監査，取引先監査）¡受入検査の継続実施

サプライチェーンの
環境経営推進国内

新規法令への対応

国内 ¡改正省エネ法，改正PRTR法¡取引先のISO14001等の取得支援：
認証取得率 90％−

¡全取引先での認証取得−-3-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

ネルギー効率は年々改善されてきたと言える．2007

2. 1 CO2排出削減への取組み

年度の原単位は1.46で，1997年度比△18%となり，

1997年に開催された気候変動枠組条約第3回締約目標を達成した．

国会議（COP3）で，各国のCO2削減の数値が合意されたことを契機に，国内の地球温暖化対策への取組み

一方，CO2排出量は2003年度から2007年度までが本格的に検討され始め，産業界においては，1997

生産量の増加とともに，年々増え続けている．しかし，年に経団連の環境自主行動計画が策定された．

2008年度は，下期からの急激な生産減少に伴い，排当社では，この環境自主行動計画に参加し，ベアリ出量は大きく減少したが，原単位は生産量に見合ったング工業会として設定されたCO2排出量目標：2010

エネルギー使用量となっておらず，大きくなっている．

年度の排出量原単位 ＊1）を，1997年度比の13%削

2004年度，2008年度の燃料種別のCO2排出量お減を上回る25%削減という自主目標値を設定し，よび消費エネルギーを，図2，3，表3に示す．当社

CO2削減活動に取り組んでいる．

のCO2排出の大半は，電力の使用によるものであり，＊1）原単位とは付加価値生産額（百万円）当たりのCO

石油の割合は，2008年度は2004年度と比較して少2総排出量（トン）のこと

ないことがわかる．2008 年度は2004年度に比べ，さらに，2008年から京都議定書の約束期間が始ま灯油が減り，都市ガスが2倍に増えている（表3）．熱り，CO2総排出量での目標設定の重要性が高まるなか，処理炉などの燃料転換や空調機の更新により，灯油か

当社グループのCO2排出量が年々増加していた2008

ら都市ガスあるいは電気使用に切り替えたことが要因

年3月に，国内事業場のCO2総排出量を目標に加えた．

である．

当社グループからのCO2発生は生産活動に伴うものであり，総排出量目標達成のため，2008年4月に工石油, 8％

場におけるさらなるCO2削減の可能性を検討し展開する「CO2削減プロジェクト」を発足し，1年間にわた
ガス, 12％って活動を展開した．プロジェクトでは，最新省エネ
技術の情報入手と導入，各製作所で進行中の省エネ改

CO2
総排出量
31万トン/年

修・設備導入事例の情報交換と他事業所への展開計画を協議し，また，他社の熱処理炉などの設備の見学，
外部の専門家を招いての技術紹介も受け，全事業場で約2万トンのCO2削減計画（2007年度の排出総量の約6%）を立案した．

電力, 80％【CO2排出量および原単位の推移】
年度別に見た国内事業場のCO 2 排出量原単位は，

図2 燃料種別CO2排出量（2004年度）
CO2 emissions by power source (2004)2007年まで減少傾向で推移し，CO2排出に係わるエ石油, 6％
原単位（トン-CO2/百万円）
2.0

排出量（万トン）
60.0
45.0

1.5

排出量
原単位

2008年

2007年

2006年

2005年

2004年

2003年

0.0

2002年

0.0

2001年

0.5

2000年

15.0

1999年

1.0

1998年

30.0

1997年

ガス, 13％

CO2
総排出量31万トン/年

電力, 81％

図1 CO2排出量および原単位の推移（国内事業場）
Change in total CO2 emissions and CO2 emissions rate
(At operating sites in Japan)

図3 燃料種別CO2排出量（2008年度）
CO2 emissions by power source (2008)-4-

NTNの環境への取組み立を図った．また，蓄熱媒体として水の2倍の蓄熱容

表3 燃料種別消費エネルギー
Energy consumption by power source
エネルギー種2008年度

510

520

LPG
ブタン（トン）
プロパン

7,310

6,810

都市ガス（km3）

3,220

6,330

重油（kL）

3,520

2,620

灯油（kL）

電力（GWh）

ガス

油量を持つ「水和物スラリ」を用い，蓄熱効率の向上と2004年度

4,250

2,590

ガソリン（kL）

160

160

軽油（kL）

130

130

媒体の搬送エネルギーを低減した．本システム導入により，年間1,000トンのCO2削減を見込んでいる．

【生産工場でのCO2削減の取組み】
当社では，生産活動におけるCO2削減に向け，専門家の視点から問題点の指摘や抜本的な対策の提言を受けるために，独立行政法人 新エネルギー・産業技術

図4 （磐田）温排水パイプラインと熱交換器
Wastewater pipeline and heat exchanger at Iwata Works

総合開発機構（NEDO）が助成する省エネ診断を，2005年より継続的に受診し，省エネ改修計画を立案してきた．
その成果として実施した省エネ改修の事例，および独自に実施した事例について説明する．
磐田製作所では，2006年に自家発電設備の設置とともに，該設備から排出する温排水を，等速ジョイン
ト工場にパイプラインで運び（図4)，熱交換すること
で冬期の暖房などを賄い，冬期1シーズンで約1,500
トンのCO2を削減し，さらに灯油ボイラーの燃料費も削減することができた．
また，2008年には，ESCO事業（省エネ支援事業）
により，エアコンプレッサを最新型のターボ式コンプ

図5 （磐田）高効率ターボ式エアコンプレッサ
High-efficiency screw compressor at Iwata Works

レッサ（図5）に切り替えるとともに，台数制御や吸気冷却機の採用，エア配管の漏れ対策，エアブローの改善に取組み，2009年度から年間4,000トン/年のCO2削減を見込んでいる．
桑名製作所では，熱処理設備の都市ガスへの燃料転換を進めており，2005年には22設備の切り替えを行い，熱処理に起因するCO2発生量を約10%削減し，この燃料転換は現在も継続して実施している．
岡山製作所では，2008年に，経済産業省の助成金（平成20年度「先導的負荷平準化機器導入普及モデル事業」）を受けて，蓄熱式空調システム（図6）への更新を行った．従来の「灯油タイプの吸収式冷温水機」
を，高効率な「電気ターボ冷凍機」に置き換え，さら図6 （岡山）空調システム用蓄熱槽
A thermal storage tower for the new air conditioning
system installed at Okayama Worksに安価でかつ効率運転が可能な深夜電力を利用できる
蓄熱システムを併用することでCO2とコスト削減の両-5-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）（株）NTN金剛製作所では，2008年に環境省の助NTN全事業場において，エア漏れ対策（図9）を実成金を得て，同製作所の4工場で，高効率空調（図7），

施し，漏れ検出器を導入することでエア配管の漏れを高効率照明，高効率コンプレッサ，高効率エアブロー

定期的に調べ改善を行っている．

などの導入工事をESCO事業にて実施した．また，本

このように当社では，大規模な省エネ改修と小さな案件は助成金の受給により，2009年度の環境省「自省エネ活動を積み重ね，CO2削減に向け日々取り組ん

主参加型国内排出量取引制度」に参加し，年間でいる．

3,000トンのCO2削減目標を約束している．
照明の省エネとして，2007年には，桑名製作所の熱処理工場の水銀灯185灯を，高効率なメタルハラ
イドランプ（図8）に切り替え，年間185トンのCO2を削減した．また，NTN鋳造（株）では，インバータ式蛍光灯などを導入し，照明の高効率化を図った．これにより，年間690トンのCO2を削減した．さらに，
光精軌工業では，2007年に工場内全照明を従来品より明るくかつ，環境にやさしいインバータ式蛍光灯に交換することで，総灯数を520灯から392灯に削減
し省エネ化を図った．

図9 エア漏れ検出器による測定
Check by air leak detector

2. 2 廃棄物削減・資源保護
循環型社会の実現に向け，廃棄物削減については最終目標リサイクル率100%を目指し，資源のリサイ
クル化を進めている．2008年度実績では，国内でのリサイクル率99.6％と目標の99％を上回ったが，海外での削減目標は達成できなかった．また，廃棄物削減と同時にリサイクル装置の開発も進めており，電炉メーカのダイワスチール株式会社殿と共同開発した「鉄鋼ダストの固形化処理装置の開発とリサイクルシ
ステムの構築」技術が，2008年度に経済産業省の委

図7 （金剛）空調システム用ターボ冷凍機・冷却塔
Turbo refrigerator and cooling tower for the airconditioning system at NTN Kongo Corporation

託機関財団法人クリーン・ジャパン・センター主催の「資源循環技術･システム表彰」の奨励賞を受賞した．

2. 3 グリーン調達の推進
当社は，｢グリーン調達基準書｣を制定し，協力会社
と共に環境保全と製品の環境性能向上に取組んでいる．とくに欧州連合（EU）のRoHS指令，ELV指令やREACH規則など環境負荷物質に関する規制・法令の遵守のため，受入時の分析体制や，負荷物質に特化した監査体制を整備した．
2007年6月に発効した欧州連合(EU)のREACH規則は，EUで使用されるすべての物質，調剤および製品から意図的に放出される化学物質について，製造・輸入者に登録と安全性評価を義務づけている．当社グ

図8 （桑名）熱処理工場のメタルハライドランプ
Metal hydride lamps at heat treatment plantof Kuwana Works

ループでは，EUに年間1トン以上輸出するグリース-6-

NTNの環境への取組み!1水銀灯は使用禁止（効率の高いメタルハライドランなどに含まれる化学物質について，19品番をリスト

プの採用）アップし，すべての原材料メーカで予備登録が行われ!2夜間の自動販売機の運転停止（タイマーの設置）たことを確認した．また，2008年10月に発がん性や生体蓄積性がある15種類の高懸念物質（SVHC）
が欧州化学品庁から公表された．その中の1つ，フタ

3. 製品開発での環境への取組み

ル酸エステルはゴムシール，CVJブーツに含有されているので開発部門と協業で非含有の材料開発を進めて当社の主力製品である軸受，等速ジョイントなどはいる．

トライボロジー技術を駆使した製品である．回転部，回転を伴う動力伝達部の摩擦摩耗を低減するためにあ2. 4 工場･建屋新設時の環境対応ガイドライン

り，そのものが環境配慮型製品

即ちエコ商品

地球温暖化防止のためのCO2排出量削減，エネルギと言える．本誌，別項では，当社の低摩擦化技術によーコスト削減に向け，新規工場や新規建屋建設時のガる高効率CVJやDLC，省資源化設計技術を駆使したイドラインを制定している．

省資源仕様ハブベアリングなど環境対応商品・技術を【環境対応ガイドライン】

紹介する．

1事務所，厨房の電力を太陽光，風力発電でまかなう

また，前項で示したように製品からの環境負荷物質（図10）の排除も重要な課題となる．RoHS，ELVへの対応は

2オール電化厨房，エコキュート（省エネ給湯器）を既に済んでおり，これからは，REACH規則における高懸念物質への対応を迅速に進めることになる．

採用
3事務棟は屋上緑化，窓は遮光・遮熱フィルム

今後は，製品の製造〜使用〜廃棄に至るまでの環境

4建屋の屋根は遮熱塗装または二層屋根

負荷をいかに低減するかが，製品開発の側面からの最5人の通行が少なく，安全上問題のない場所は人感セ

重要課題になると言える．開発段階から，1製造工程

ンサ付き照明においてのCO2の発生を抑制する設計，2マテリアル

6自然採光を活用

ロスを減らす設計，3レアメタルの使用量削減，4使

7空調は成層（置換）空調方式

用時におけるエネルギーロスの削減(省エネ)に取組

8夜間の低い外気温，低電力料金を活用した蓄熱空調

む．この一環として，数値的な把握の手法であるシステムを利用

LCA(ライフサイクルアセスメント)の推進を開始して9都市（天然）ガス式自家発電機の導入とその排熱のいる．現在は工程の把握を進めており，今後は使用中活用を検討（熱利用のニーズが高く，都市ガスのイのLCA把握がポイントになると言える．

ンフラがある場合）!0白熱電球は使用禁止（インバータ式蛍光灯，電球型

4. 社会貢献活動

蛍光灯の採用）当社は各事業所で地域と一体となった社会貢献活動を推進している．
植樹活動もそのひとつであり，たとえば，磐田製作
所は，2008年7月，磐田市敷地外四ヶ字財産区および静岡県と「しずおか未来の森サポーター」制度に調印し，県や地域の方々と協働して，自然とふれあうことのできる「NTN企業の森」活動を展開している．岡山製作所でも2008年8月，岡山県美作市との「企業と協働の森づくり」協定に調印し，2013年3月までの5年間，市有林約3.5haを無償で借り受け，「NTN
企業の森」として森づくりを進めている．両製作所は，
図10 （NTN三重製作所）第1工場の風力発電機
Wind power generator at the first factoryof NTN Mie Corporation

これまでも地元自治体とともに森林保全活動を継続しており，この調印を機に，さらなる活動の拡大をはか-7-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

ることにしている．これら森づくりは地域の方々の憩いの場になるだけでなく，従業員やその家族にとっても，自然にふれあう良い機会と場を提供していると言える．

5. まとめ
前項までに示したように，当社では製造工程〜製品，
物流〜使用，廃棄に至るまで環境保全に注力しているが，他にも，新しい工場・施設を建設する際には，太図11 桑名製作所の太陽光発電システム
Solar power generation system at Kuwana Works

陽光や風力など自然エネルギーを取入れることを基本方針としており，CO2削減の一助として自然エネルギ
ーの導入を積極的に行っている．2008年度は新たに

700

桑名製作所で94kW（図11），三重製作所で62kWの

600

kW

太陽光発電機を設置した．これまでに太陽光発電機
10基，風力発電機14基，風力と太陽光を併用したハ

累計出力

イブリッド発電機13基を導入しており，CO2排出量に換算すると290トン/年の削減に相当する（図12）．

NTN の夢は

風と光で軸受を造り，限りなく省資

源・省エネとなる軸受

400

太陽光

300
200

を提供すること．製造工程〜

100

製品，物流〜使用，廃棄に至るまで環境負荷を下げる

0

よう日々の活動を続けていく．

自然エネルギー累計

500

風力

2003

2004

2005

年

2006

2007

2008

度

図12 自然エネルギーによる発電量の推移
Natural energy output

執筆者近影

平田

正和

新商品・知的財産戦略本部
環境管理部

梅本

昇

新商品・知的財産戦略本部
環境管理部

-8-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[解 説]

SNRの環境への取組み
Approach on Environment by SNR

Didier SEPULCHRE DE CONDE*
Jean-Hervé BULIT**

エネルギー消費削減を含め環境への配慮が全世界で進められている中，自動車、家電製品から航空宇宙用途に至るあらゆる分野で使用されている軸受においてもその要求は高まっている．
1994年よりSNRは環境への配慮を事業活動に取り入れ発展してきた．
環境方針は、環境保護だけでなく経営や企業イメージ向上などSNRにとって重要な位置づけとして、全事業所のみならず納入メーカにおいても環境改善の基盤となっている．

When we think about it the bearing is present anywhere in our everyday life, from household appliances to aerospace
applications without forgetting the automotive market. By reducing energy needs for everything around us, it’s a primary
component focusing on sustainable development. Since 1994, SNR ROULEMENTS has integrated environmental
concerns into its developments. The environment policy is a major stake for SNR ROULEMENTS not only for ecologicalreasons but also economic and image reasons. That is the reason why our environment policy has been implemented
from the head office down to all the workshops and our suppliers.

1. 環境管理システム

2. 組 織

SNRの環境管理システム（EMS）は，ISO14001

環境部門は品質管理部に属しており，SNRの社長に基づき当初より全事業所を対象に確立された．

直属の部門としている．図1に環境管理部門の組織図

EMSはすべての部署・事業に共通する部分（書類，を示す．

教育，監査管理など）の品質管理システムに基づいてフランスの各拠点では，技術責任者が専門性を高め，いる．

役割・責任を広げることで環境マネージャとして各拠EMSはSNR環境方針の基盤であり，PDCA

点でＥＭＳ運営の責任者となっている．

（Plan, Do, Check, Action）の基本原則に基づいた

アヌシー本社兼工場には，軸受の生産工場，研究部

継続的改善活動により目標達成を目指している．環境門，製品・機械試験センター，生産技術部門，技術サ

方針・株主の方向付け・業務の環境への影響・環境にービス部門（実験室・精密測定センターを含む）があ

関する新たな規制・内部および外部監査結果などに従り，各部署では

い，会社の年間ガイドラインが制定され，全事業所のージャ

計画設定のベースになり，各種の指標でプロジェクト
マルチサイトが， 事業所環境マネとして仲介役を果たしている．

海外事業所では，環境問題の責任は品質マネージャの進捗および達成のフォローを行っている．
全事業所は1999年以来

環境推進役に委任されている．
として本社環境マネージャ

は，全事業所の環境マネー

ISO 14001で認定されており，最新の更新は2008

ジャが参加する定期ミーティングを主催し，EMSの年である．

運営と活動が計画通りに実行されているかを常時確認
している**SNR社長**SNR環境マネージャー-9-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

SNRでは優れた環境システムツール（環境データ

3. 軸受の生産とその影響

ベース・環境専用分析ソフト・環境規則監視ソフト）を構築し，日常の環境解析をサポートすると共に全事

図2に軸受の生産に伴う環境への影響要因を示す．

業所間のデータ共有化を図っている．

各事業所で調査した結果，軸受生産工程における主な環境的側面は以下の通りである．
q生産活動および暖房によるエネルギー消費

品質管理部

q生産工程や冷却装置で使う水や化学物質の消費補佐

品質管理システム部門

顧客品質部門

q水分蒸発や揮発性化学物質の大気中への放出
q主として旋削や研削で生じる固形廃棄物

環境部門

q洗浄機の廃水，生産工程，加工液に関連する廃液【軸受生産工程】

部門長会

1機械加工やプレス加工による素材（チューブ，バー材）からの軌道輪成形
生産工場

品質・環境
部門

環境技術

環境
推進役

環境
推進役

環境
推進役

2 熱処理
3研削，超仕上げ
4組立（軌道輪，転動体，保持器）
5軸受形式によってグリース封入とシール装着

拠点責任者

環境推進役
（兼品質マネージャ）

図1 SNRにおける環境管理部門の組織図
Organization of SNR Environmental Management
Department

資

影響要因

源

空

鉄 鋼
：1.27kg
エネルギー ：3.65kWh
電 力：3.03kWh
天然ガス ：0.62kWh
水消費量 ：3.38R※その他：0.12g

中
蒸発

軸受1kg

廃棄物
水
産業廃棄物（有害）：0.18kg
研削スラッジ：0.07kg

産業廃棄物（無害）：0.07kg
金属廃棄物：0.32kg

産業廃水 ：0.21R
衛生廃水 ：0.9R※その他：グリース，シール，樹脂材，クーラント，洗浄液などである．

図2 環境影響の変化
Environmental Impacts-10-SNRの環境への取組み

4. エネルギー消費削減

5. 二酸化炭素排出量削減

エネルギー消費削減活動の実施例を以下に示す．

グリーンハウス効果への影響を評価するため，電1従来のエアーコンプレッサを高効率スクリュー式エ

気・油・ガスのエネルギー消費を 二酸化炭素排出量

アーコンプレッサに置き換え，さらにエアー漏れのに換算している．

定期点検を実施（メテ工場）．

二酸化炭素排出量に換算すると，SNRのエネルギ

2高オイルミスト設備に排気装置を設置したことで，ー節約は，生産量が一定の場合約3400トンの二酸化

特に冬場には新鮮な空気が作業場へ供給されるよう炭素排出量削減に相当する．ただし，これはフランスになり，現場の作業環境改善を実現した．その結果，の事業所のみを対象とした値である．図5に二酸化炭

排気装置の電気およびボイラーガスの消費量が低減

素排出量の年次変化を示す．

（メテ工場）．
3休止および停止中の設備のエネルギー節約に対する42台の旧式燃料ボイラーを１台の新しいガスボイラ
ーに置き換えたことで作業場の環境汚染を改善，かつエネルギーの節約を達成（アヌシー工場）．

トン

意識向上（全工場，事務所）．

16000

CO2量

17000

15000

図3に加工エネルギーの原単位，図4に暖房に使用

14000
13000
2005

されるエネルギーの原単位，それぞれの年次変化を示

2006

す．

2008

年

図5 二酸化炭素排出量
Discharge of CO2

0.76

原単位 MWh/kO

2007

0.74

6. 水消費量削減

0.72

水消費量削減活動例を以下に示す．
1水冷装置付きの古いソルトバス熱処理設備の一部を

0.7
2005

新しい焼入れ設備に置き換え，残りの設備について
2006

2007

年

熱処理後の洗浄システムをオーバーフロー式に改善2008

したことで消費削減を実施（アヌシー工場）．

図3 加工エネルギーの原単位
Energy of processing

2加工工程用冷却水システムに新しいクーリングタ
ワ−を導入し，バクテリア増殖のリスクを低減する
図6に水消費量に対する原単位の年次変化を示す．

2.4
2.2
2

1

1.8

0.96

原単位 m3/kO

原単位 MWh/平均温度と同時に水消費量を削減（メテ工場）．
2.6

1.6
1.4
2005

2006

2007

年

2008

0.92
0.88
0.84
0.8
2005

図4 暖房エネルギーの原単位
Energy of heating

2006

2007

年

図6 水消費量の原単位
Consumption of water

-11-

2008

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

7. 有機化合物の大気放出量の削減

8. 産業廃水の削減

揮発性有機化合物（VOC）のような汚染物質は，都市の廃水処理設備は家庭用廃水を処理するための地表に近い大気中で太陽光により光化学汚染物質を発ものであり，産業廃水から発生するすべての汚染物質

生させ，健康や植物に悪影響を及ぼす．生産工程でのを処理することはできない（処理工場の土壌を通ってVOC発生は主に軸受の洗浄，脱脂に使用する揮発油，自然環境へ排出される可能性も考えられる）．そのた

フロン，アルコール溶剤によるものである．

め生産工程（主にバレル研磨工程）からの廃水は工場

有機化合物放出量の改善例を以下に示す．

内で事前処理後，都市の廃水処理工場へ排出する必要

1軸受最終洗浄に使用している油溶剤を揮発性の少ながある．産業排水削減活動例を以下に示す．
1汚染度の著しい熱処理後の洗浄水は，特別な廃水装いタイプに切り替え（全事業所）．
2非破壊検査前の軸受洗浄に使用していたフロンを洗置で処理し都市廃水処理工場へは排出しない（アヌ剤に切り替え（アルゴネ工場）．

シー工場）．
2以前は廃水処理工場へ放出していた廃水を高性能の以上のような活動で，フランスの事業所のみで大気中へのVOC排出を約152トン削減した．

フィルターで処理後洗浄タンクへ戻し，再使用する

図7，8に有機化合物の原単位および放出量の年次ことで廃水の削減と水消費量の削減に繋がっている

変化を示す．

（メテ工場）．
図9に工場廃水の再利用における原単位の年次変化
を示す．

1.50

原単位 kg/kO

工業排水などを一般家庭の廃水として人口に換算す
ると，SNRの環境汚染対策効果は590人分の廃水量

1.00

0.50

原単位 m3/kO

0.15
0.00
2006
2007

2008

年

図7 有機化合物の原単位
Organic compound

0.1

0.05

0
2005

2006

トン

200

放出量

150

2007

年

250

2008

図9 工場廃水の再利用における原単位
Reuse of industrial wastewater

800

2006
2007

年

人数

50

600

使用量

700
100

400

500
300
200

2008

100
0

図8 有機化合物の大気中への放出量
Emission of organic compound to atmosphere

2005

2006

2007

年

2008

図10 工業廃水の一般家庭使用量(人数)への換算
Conversion to household use (number of people)
from industrial use (wastewater)-12-SNRの環境への取組み

削減に相当し，SNRからの廃水量は現在160人分に

10. 環境改善技術まで削減されている．図10に工業廃水量を一般家庭
における一人当たりの使用量に換算した場合の年次変

長年にわたって実施してきた軸受の開発・改良およ化を示す．

び生産工程の改善技術は，すべて環境改善に寄与しており，一例を以下に示す．

【開発・改善の例】

9. 廃棄物管理¡鋼の性能改善
工場の現場で発生する廃棄物は，家庭用廃棄物と共に処理される
れる

無害廃棄物

有害廃棄物

軸受サイズの小型化により原材料の消費量を削減．

と，特別な設備で処理さ¡内部構造の最適化に分類される．無害廃棄物は，家軸受の摩擦を低減したことで機械駆動用エネルギー

庭用廃棄物よりリサイクル率が高く，90％リサイクの節約に貢献．

ルが可能である（紙，カートン，プラスチック，ガラ¡グリース品質の改善

スなど）．SNRでは，一部の有害廃棄物をリサイクル

封入量を削減したことで化学物質消費量の削減に貢献．

可能な材料に転換する研究を現在実施している．図¡シール性能の最適化

11，12に無害廃棄物と有害廃棄物原単位の年次変化

軸受の長寿命化とグリース漏れ低減．

を示す．

¡REACH法令順守
登録された化学物質のみ使用することを保証．

【生産工程改善の例】

38

原単位 kg/kO¡旋削から鍛造へ変更したことで原材料ロスを削減．
¡熱処理技術の改善により軌道輪の変形が低減したこと

36

で，研削工程での取代およびエネルギー消費を低減．
¡CETIM（機械産業フランス技術センター）の協力を34

得て，廃棄物に関する種々の調査を行っている．
32
2005

2006

2007

年

10. 1 蒸気濃縮装置に関する試験

2008

廃液の成分は主に水であり，蒸気濃縮処理装置では

図11 無害廃棄物の原単位
Innocuous waste

蒸留によって汚染液体から水を分離する．
最新型の蒸気濃縮装置の試験をアレス工場で実施
し，性能，および環境への影響データ算出が可能とな

55

り，改善効果の検討を開始した．図13に蒸気濃縮処

原単位 kg/kO

理装置の原理を示す．
50

3
4

45

M
5

40
2005

2006

2007

年

廃棄液入口
2008

凝結液出口

図12 有害廃棄物の原単位
Harmful waste

6
1
2
濃縮液出口
1 復熱装置
4 圧縮機 ROOTS

2 蒸発室
5 交換器浸漬型

3 水滴分離器
6 凝結液貯蔵図13 VACUDESTの原理（VACUDEST:設備名）
Principle of VACUDEST-13-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）10. 2 洗浄式バイオ処理の試験

11. 環境活動への投資

洗浄タンクからの廃液は油の含有量が非常に多い．
バイオ浄化装置では，油の含まれた廃液をバクテリア

SNRは，環境改善活動を継続するために2005年

によって油を除去するバイオ反応装置へ送り，その後，から2008年に約5百万ユーロを投資した．図16に洗浄機へ再送する．アヌシー工場でこの試験設備の有

環境改善項目別の投資比率を示す．

効性を確認した．図14に洗浄式バイオ浄化装置の構
造を示す．

圧縮空気
バイオ反応装置

廃棄物処
雨水排出
理と貯蔵
1.3％
4.4％
大気放出
7.4％
リスク防止：
有機物の貯蔵1.2％

バイオ活性剤タンク
pH調整溶液
洗剤タンク
タンク

騒音対策
1.7％

リスク防止：
PCB変圧器39％

土質汚染除去15.4％
リスク防止：
レジオネラ病
5.6％
省エネ
6.5％

法令調査と対策
9.3％

産業廃水放出8.1％

図16 投資比率
Investments

洗浄タンク

図14 洗浄式バイオ浄化装置
Biological purification unit

12. 環境意識の向上
環境活動への理解を深めるため，新入社員へ基本的

10. 3 研削スラッジ固形化
研削工程で生ずるスラッジには鋼材の研削粉の他にな環境教育を行っており，特に環境リスクの高い職場

クーラントが含まれていることから，スラッジは有害の従業員には特別なカリキュラムを実施している．

廃棄物に分類される．セノー工場では，このスラッジ

社外活動については，大学（Ecole Centrale deをクーラントと研削粉に分離し，研削粉を固形ブロッ

Lyon, Polytech Savoi），一般展示会（科学祭）やク状に圧縮する．この固形ブロックはリサイクル材と環境問題に対する特別セミナー（世界ベアリング連盟，

して鋼材メーカで再利用される．

ADEME）にて，環境に関する講習をSNR技術者がスラッジ固形化装置（図15）はNTN所有の固形化

積極的に対応している．図17に地元環境展示会に設技術情報を共有化して開発し量産工程に適用してい営したSNRブースの様子を示す．また，学校対抗のる．なお，他のスラッジを固形化する試験も継続して

エコランレース（１リッター燃料での最長走行距離をいる．

競う）用特殊車両開発にも協賛している．図18にエ

図15 研削スラッジ固形化装置
Grinding sludge briquetter

図17

-14-

地元環境展示会に設営したSNRブース
SNR booth at local exhibition

SNRの環境への取組み

コランレースで快走するSNR製ハブベアリング付き

13. まとめ車両を示す．

今回紹介した環境改善活動による成果は，SNRが長年継続して築き上げた環境への取り組みによるもの
であり，その基となる環境管理システムが効果的に運営されていることを示している．
1999年以降，フランス全事業所およびブラジル，
ルーマニアの海外事業所においても，ISO 14001認証を取得しており，将来的にはカーボンフットプリン
ト（二酸化炭素排出量表示）を活用し，地球環境への改善効果の総括的測定評価を実現する．
図18 Shellエコランレースで快走する
SNR製ハブベアリング装着車両
Fuel-efficient vehicle with SNR made wheel bearings at
Shell Eco-Marathon®

執筆者近影

Didier SEPULCHRE DE CONDE
SNR社長

Jean-Hervé BULIT
SNR環境マネージャー-15-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[解 説]

素形材加工における環境負荷低減への取組み
An Approach the Reduction of Environmental Loads in the Material Processing

世良昌* Akira SERA
斎 藤 久 常* Hisatsune SAITO
中 野 健 一* Kenichi NAKANO
牧 野 俊 介* Syunsuke MAKINO
環境負荷低減，作業環境改善を目指し，白色系潤滑剤による鍛造加工技術を開発した．また使用材料削減への取組みとして，鍛造ビレット重量ばらつき低減技術，製品形状変更および鍛造加工工程の改善を行った．これらの技術を等速ジョイントの鍛造加工に応用した事例を紹介する．

We developed forging processing technique with the white lubricant to achieve the reduction of environmentalloads and the improvement of operational environment in the forging processing.
We introduce the technology of reduction of the forging billet weight variation and the technology of yield rate
improvement by changing of product shape and forging processing.

1. 等速ジョイント鍛造加工への白色系潤滑剤適用
1. 1 白色系潤滑剤の特徴

近年，各企業において環境問題への取組みが重要と

白色系潤滑剤は有機酸塩とポリマーを主成分としたなってきている．等速ジョイント鍛造加工においても，

水溶性潤滑剤であり，特徴を表1に示す．

環境への負荷低減，作業環境向上を目的に，黒鉛潤滑剤（黒鉛を水あるいは鉱油に分散した潤滑剤）から白
色系潤滑剤（有機酸塩とポリマーを主体とする水溶液）

表1 白色系潤滑剤の特徴
The characteristic of white lubricantsへの転換が進められている．
一般的に，熱間鍛造で使用される潤滑剤は，黒鉛潤

白色系潤滑剤

潤滑剤

滑剤が加工性能（潤滑性，離型性，金型寿命）に優れていることから，広く使用されてきた．しかしながら，

主成分

黒鉛潤滑剤を用いる作業場は汚れやすく，プレススラ
イドギブから混入する油との分離が難しい．また，黒特鉛潤滑剤に油が過剰に混入すると潤滑性能が落ちるた徴

め交換する必要があるが，産業廃棄物となるため，環カルボン酸系

水ガラス系

アルキルマ
レイン酸塩

フタル酸
リン酸塩
スルホン酸

ケイ酸ガラス
コロイドシリカ

冷

却

性

△

×

△

乾

燥

性

△
◎

△
△

△
△

油の回収性

◎：優

境へ与える影響が大きい．

高分子系

○：良

△：可

×：悪

注1）白色系潤滑剤の成分には，高分子系・カルボン酸系・水ガラス
系などのさまざまな種類があり，それぞれの特徴を活かして開発が進められている．

一方，白色系潤滑剤は作業環境を改善できるとともに，油との分離性が良く，回収が容易であることから，

注2）有機酸塩の水溶液は透明であり，適温へ加熱された金型へ付着
後，水分の蒸発に伴い白色の潤滑被膜を形成する．

廃棄物を大幅に抑制することができる．

NTN では環境重視の観点から白色系潤滑剤適用を進めており，本取組みに対する実施内容を紹介する．

*生産技術研究所-16-

素形材加工における環境負荷低減への取組み

図2に固定式等速ジョイントのアウターレース成形

1. 2 黒鉛潤滑剤と白色系潤滑剤の比較用パンチに対する被膜状態を示す．

黒鉛潤滑剤と白色系潤滑剤について，加工性能・作業性・安全性を比較した結果を表2に記す．鍛造コス最適な潤滑被膜形成条件の調査を行なうため，潤滑トに最も影響する加工性能比較においては，黒鉛潤滑剤の塗布時間，塗布タイミングおよびエアーの吹き付剤が優れているが，作業性・安全性の面で比較した場

けの条件出しの後，加工評価テストを行ない，製品の合，白色系潤滑剤の方が優れている．したがって，白成形性・金型寿命について良好な結果を得ることがで

色系潤滑剤適用のためには加工性能を黒鉛潤滑剤と同きた．
上述のように，等速ジョイントアウターレースの鍛等レベルへ向上させることが重要となる．

造加工に対し，主として作業環境改善を目的として，
白色系潤滑剤を用いて，適正な潤滑剤選定，金型温度

表2 黒鉛潤滑剤と白色系潤滑剤の性能比較
Comparison of capability Graphite with white lubricant
機
加工性能

能

◎：優

◎

△

金型寿命

◎

△

作業環境

×

◎

○

○

△

◎

摺動部や潤滑剤経路固着に対する保守性○△

火災に対する安全性

×

◎

○：良

結果を得た．今後はさらなる金型寿命向上と型番展

黒鉛潤滑剤 白色系潤滑剤

潤滑性・離型性

段取り・金型交換
作 業 性 潤滑剤腐敗に対する特性

安 全 性

管理，潤滑条件管理などを行なうことにより，良好な△：可

開・サイズ展開を進めていく予定である．

表3 打鍛時の金型温度に対する被膜状態
The film situation by die temperature during the test
金型温度

金型被膜状態

室温〜低温 潤滑剤の水分は蒸発せず，液体の状態

×：悪

低

温

潤滑剤の水分は蒸発し被膜形成するが，時間が
かかる

適

温

潤滑剤の水分蒸発と被膜形成が速やかに行われる

高温潤滑剤が，金型表面を玉状に転がるように弾き，金型表面に付着せず被膜を形成しない

1. 3 潤滑条件設定およびテスト結果
白色系潤滑剤では，乾燥被膜ができないと潤滑剤としての効果が十分得られないため，乾燥被膜を生成させることが必要である．これには，金型温度管理が重要項目であり，最適な潤滑被膜形成を得る加工条件を検討し評価を行なった．
図1に熱間加工時の金型温度の測定例を示す．潤滑剤の塗布時間やエアーの吹き付け時間を調整し，乾燥被膜が生成しやすい温度領域（表3）を確定後，潤滑条件の定量化を図った．

金型表面温度測定結果

図2 アウターレース成形用パンチの潤滑被膜形成状態
The film situation of the Punch for the Outer Race Joint

温

度

℃

High

パンチ
ダイス

Low
0

60

120

180

240

時間

sec.

300

360

420

図1 温度測定結果の一例
Example of the result for die temperature check-17-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

2. 鍛造用素材の重量ばらつきの抑制
近年，原材料費の高騰と環境保護の観点から，製品

せん断機本体の軽量化，および製品を構成する部品の歩留り向上と径計測装置

ニアネットシェイプ化の要求が高まっている．
鍛造工程は，図3に示すように，せん断より始まる．
取代削減の第1ステップとして，加工されるブランク
材の重量精度を上げることは重要であり，以下に本取素材

組み内容を紹介する．
なお，せん断工程での重量ばらつきを抑制するため
ピンチローラには，せん断時の長さばらつきと材料の外径ばらつき

図4 径計測装置付せん断機外観図The outside drawing of a shear press with Feed Forward
System of Bar O/Dを抑制する必要がある．

鍛造工程
せ
ん
断

プリコー
ティング

前
鍛
造

ボ
ン
デ

冷
間
鍛
造

切断面

旋

固定刃

削
移動刃

図3 鍛造工程The Forging process

鋼材

2. 1 せん断機（径計測装置）とせん断工具の概要
図4に径計測装置付せん断機の外観図を示す．該機は，せん断機本体，鋼材用の送材装置，径計測装置で定寸ストッパ構成されている．径計測装置については，せん断前に

図5 せん断金型の構成図
The image drawing of Shear Tooling

鋼材全領域の外径測定を行ない，測定結果をフィード
フォワードする．外径寸法に変動を生じた場合，リア
ルタイムで定寸ストッパを移動させ，重量補正を行なうことができる．

2 鋼材外径ばらつき補正方法

図5にせん断金型の構成図を示す．鋼材をせん断す
る手順は，鋼材が金型の固定刃側から定寸ストッパま（原因）鋼材の外径寸法は，同ロット内でもばらつきで挿入され，次に移動刃が下降し，鋼材をせん断し排が存在する（参考例：φ70×100の素材径が出する．以後の本説明において，せん断後の材料をφ70.1へ変化した場合，素材質量は11ｇの変『ビレット』と呼ぶ．

化に相当）．
（対策）図4の径計測装置を使用して，鋼材外径の全2. 2 ビレット重量ばらつき対策

領域を測定し，狙い径との寸法差分の重量を長

1 ビレット全長ばらつき対策

さへ補正し，適正重量を確保した．

（原因）せん断加工開始時に鋼材が移動刃により押しφ69.5の鋼材をモデルに，現状の寸法調査および，曲げられる状態が発生し，鋼材の姿勢が不安定

ビレット全長ばらつきと外径ばらつき対策を行なったな状態で切断される．

ところ，図6のように重量ばらつきを6割程度低減す（対策）定寸ストッパおよび金型の形状変更を行ない，ることができた．

鋼材を水平な安定した状態で加工した．

NTNでは製品そのものの軽量化を進めるとともに，-18-

素形材加工における環境負荷低減への取組み

製品の加工技術においても使用材料を削減し，環境負3. 等速ジョイントの歩留まり向上と使用材料削減への取組み

荷低減に繋がる様々な開発を行なっている．その一環として，径計測装置によってビレット投入重量バラツ
キを低減した鍛造部門でのニアネットシェイプ化を紹

環境への負荷低減の一環として，製品構成部品の材介した．鍛造部門においても環境に優しいもの造りを

料使用量の削減，製造時の消費エネルギーの抑制，廃更に推進すべく技術開発を継続している．

棄物の低減などが求められている．等速ジョイントイ
ンナーレース，アウターレースの製造においても同様
で，これらの目的達成のために歩留まり向上を推進している．取組みの主な項目を以下に示す．

補正有無による重量ばらつき比較

ビレット重量重量大1 必要な機能を満たしつつ鍛造加工面の機械加工を省略できるよう製品設計を変更する．

2 解析などを併用することで鍛造加工工程を従来の0工程から見直し，金型寿命確保とニアネットシェ
イプ化を両立させる．
補正なし

重量小
0

100

200

補正あり
300

400

3 製品設計から見直し，従来品と同等な性能を維持

規格範囲
500

600

しつつ製品の小型，軽量化を図る．

700

データ数

図7は上記1〜3の考え方を取り入れた開発製品の

図6 径計測装置使用前後の重量ばらつき
Weight variation before and after used by Feed Forward
System of Bar O/D.

一部である．製品に鍛造面を多用することで旋削の廃止や工程省略，鍛造精度向上による旋削取り代の削減
および製品そのものの小型・軽量化により，使用材料の削減と加工負荷の低減を達成し，環境への負荷を低減することができた．
今後も使用材料の削減，後加工負荷の低減・工程省略を目指した技術の開発を進めるとともに，製品の複合材料化も含めた軽量化への取組みを進め，環境に優しいもの造りを実現していく．

図7 各種等速ジョイント部品
Variation of Constant Velocity Joint parts

執筆者近影

世良

昌

生産技術研究所

斎藤

久常

生産技術研究所

中野

健一

牧野

生産技術研究所

俊介

生産技術研究所-19-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[解 説]

産業用ロボット活用による作業環境改善
Improvement the Work Environment with Factory Robot

松 下 茂 樹* Shigeki MATSUSHITA
名 倉 元 治* Genji NAGURA
人作業中心の組立工程は，人間の感覚や経験が必要なため，自動化（省人化）が難しいとされていた．近年技術進歩が著しいセンサ技術，ロボット技術，シミュレー
ション技術を活用し，変形しやすい部品または，位相合わせが必要な部品を要する
等速ジョイントの組立工程の作業環境改善および自動化を達成したのでその事例を紹介する。

Sense and experience are necessary for the assembling process. Therefore, the automation (mechanization)
was difficult. We used the sensor technology, the robot technology, and the simulation technology withremarkable technological improvement in recent years, and succeeded in the working environment improvementin the assembly process of Constant Velocity Joint (CVJ).
It introduces the case in this text.

（2）完成品形状の特徴

1. はじめにCVJは部品のみならず，製品の機能上，完成品も等速ジョイント（以下CVJ）は駆動力伝達部品と形状の自由度は高いため，通常の搬送装置では扱いにして多くの自動車に採用されており，NTNの主力商品

くく，完成品の搬送は人作業が中心となっている．
また，完成品の質量は，大形の製品では10kg程度の一つである．

となるので，工程間搬送，姿勢変換作業は作業者にとCVJの組立工程では，12〜16点ほどの部品を順って身体的負荷の高い作業である．

次組み立てる．図1に標準的なＣＶＪ組立工程を示す．
様々なタイプのCVJでもほぼ共通な1から3まで（3）精密な位相合せ作業

を組立前工程，CVJのタイプごとに異なる4から6ま

CVJ構成部品（ゴムブーツ，シャフト，内輪，外でを組立後工程として2工程に大別して対応してい輪など）の多くは，部品同士の位相を合わせて組み立る．

てなければならない．

大量に生産しているCVJであるが，以下の理由から，その組立方法は人作業に頼るところが多く，作業

これらは，嵌合部，ブーツ挿入部の切り欠きあるい

難易度の高さと共に，作業者への負荷も高い工程であは突起などの形状的な特徴を利用して，お互いの位相った．

を合わせて組み立てるが，嵌合締め代が微少であった（1）部品形状の特徴

り，軟質と硬質部品の組み合せであることから，熟練者の人作業で対応している．

CVJ構成部品の中にはゴムブーツや樹脂ブーツ，

人作業では目視と触感によって，部品の位相を合わ

更に薄板製の環状ブーツバンドなど，その材質や形状せながら組み立てるが，自動組立では予め全ての部品により変形しやすい部品が多数含まれている．
これら形状の不安定な部品を自動組立する際は，姿の位相を検出し，その位相情報を順次次行程に伝達し

勢整列・供給および組立加工時のハンドリングが課題ながら，部品位相がずれないようにして組み立てなけとなる．そのため，部品の姿勢確認を目視で行い，部ればならず，自動化する上での課題となっていた．
これらの理由から，高難易度作業および高負荷作業

品の移載および組立は人作業で対応している．

*生産技術研究所-20-

産業用ロボット活用による作業環境改善を削減して，組立工程の環境改善を図るべく，人間に

2. ロボットを適用した自動化へのアプローチ

近い動作が可能な6軸垂直多関節ロボット（以下ロボット）を用いたCVJ組立工程の自動化技術の開発に取り組んだ．

今回開発したロボット組立ラインの狙いは，作業負荷の軽減を目的とした『ロボットによる人作業の自動化』
であり，以下の4つのアプローチで開発を推進した．

I/Bブーツ＋小バンド

O/Bブーツ＋小バンド（1）作業工程分析
ロボットを適用した組立工程を検討する際に，全工1程の人作業を分析して数値化し，各工程ごとに整理する．その上でロボットに適した作業手順で再構築して，
クリップ

I/B内輪

熟練者による高難易度作業の自動化を実現する．

（2）適用範囲の拡大

2

動作自由度の高いロボットと，ロボット作業の補助止め輪を目的とした簡単な構造のステーションを組み合わせ

O/Bサブアッシーて協調作業を行なう．これによりロボット単体では難
しい，複雑な作業への対応を可能とし，自動化の適用

3

範囲を拡大する．
O/B
大バンド（3）搬送作業の安定化
ロボットハンドの小形化と軽量化，および動作速

4度・範囲の最適化を行ない，ロボットによる搬送作業の安定性を向上させる．これにより高負荷作業である
製品搬送作業の自動化を実現する．

I/B外輪

5

（4）感覚作業の数値化
作業者の目視や触感で確認していた項目を，機構やセンサを工夫して代用特性として検出し，感覚作業のI/B大バンド

数値化を行う．この信号をロボット動作にフィードバ
ックすることで，ロボット作業の確実性を向上させる．
これらのアプローチを進めるにあたり，人作業の分
析データと，3次元モデルを用いた動作シミュレーシ
ョンを実施した．これにより設備レイアウト，設備干渉，サイクルタイムの事前検証が可能となり，最適な組立手順・レイアウトの決定と共に，開発期間の短縮

組立前工程

1シャフトにブーツと小バンドを挿入
2I/B内輪とO/Bクリップを装着
3I/B止め輪とO/Bサブアッシーを組立

組立後工程

4サブアッシーにO/B大バンドを挿入
5I/B外輪を挿入しブーツを被せる
6I/B大バンドを挿入し全バンドを加締める

検査工程

7機能検査と外観検査が図れた．
図2に3次元動作シミュレーション画面を示す．

注）インボード（I/B）とは自動車車体に取付けられた後のエンジン
側を，アウトボード（O/B）とはホイール側を示す。

図1 標準的なCVJの組立工程
Standard CVJ assembly processss

図2 ロボット動作シュミレーション
Robot simulation-21-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

3. 2 セレーション嵌合作業の自動化

3. 自動化への課題と解決手段

CVJを構成する主要部品の多くは，部品同士の位ロボットを用いたCVJ組立の主な課題として，以下相を合わせて組み立てなければならず，その一つであの4項目を挙げ，その課題と解決手段について述べる．

るセレーション嵌合作業は，自動化における大きな障（1）部品姿勢の認識害であった．

（2）セレーション嵌合作業の自動化

図5に示すようにシャフト両端の外径部と，そこに（3）形状不安定部品組立作業の自動化

組み込まれる内輪の内径部には歯形のセレーションが（4）ロボット作業の効率化

加工されており，人作業でも位相合せを間違えやすい
デリケートな感覚を要する作業である．
今回，セレーションの嵌合には2つの方式を開発し，

3. 1 部品姿勢の認識

部品の形状に合わせて適用した．

自動組立を実現するには，部品の位置・位相・表裏（1）探り方式などの部品姿勢を認識することが重要である．
そこで，撮像画像により部品の位置・位相データと2部品を接触させて位相を探りながら嵌合する方式

表裏姿勢を判定し，その情報をロボットに送信する機

で，両部品の位相が合った時の微細な感覚をセンサの能を有すると共に，常に同じ姿勢の部品を所定位置に信号に置換えて挿入開始信号として出力する．

定配する機能を持つインテリジェント部品整列供給装置（2）計測方式
事前に2部品各々のセレーション形状をセンサで計を開発した．この装置の開発により，ロボットでの部品測し，その位相情報を用いて挿入する方式である．

移載の安定性が向上し，作業者にとっては部品投入時の姿勢整列作業の負荷が軽減できた．図3にインテリ
ジェント部品供給装置，図4に部品撮像画像を示す．

シャフト外径セレーション部

シャフト

内輪

内輪内径セレーション部

図5 セレーション嵌合部
Serration fitting portion
図3 インテリジェント部品供給装置
Intelligent parts supply device

3. 3 形状不安定部品組立作業の自動化（1）ブーツバンド挿入作業
ブーツバンド挿入作業は，ゴムブーツ小径部の外周にブーツバンドを挿入する作業であるが，ゴムブーツと，薄板製ブーツバンドという相互形状の相違が大きい部品同士の組み立てであり，作業の安定性に課題があった．
そこで，補助ステーション上にバンド挿入専用のガ
イド治具を設置して，部品の形状を矯正した状態で組

位相情報み立てる方式を考案した．
この方式では，両部品共に形状が矯正された状態で組み合わされるので，ブーツバンド挿入作業の安定性

図4 撮像画像と位置・位相情報
Tripod and phase informationが向上した．
-22-

産業用ロボット活用による作業環境改善（2）ゴムブーツ装着作業

3. 4 ロボット作業の効率化

ゴムブーツ装着作業は，ゴムブーツ大径部に外輪をロボットを効率的に用いるために複合ロボットハン挿入する作業であるが，ブーツ内径と外輪外径の形状

ドを開発した．

特徴から，両部品の位相を合わせて挿入しなければな

一般的には，予め用意した数種類のハンドを，ロボらず，単純に押し込むだけでは装着できない．図6にット自らが交換しながら使用するため，ハンドチェン

TJ型ブーツと外輪の装着部形状を示す．

ジのロスが発生するという課題がある．

熟練者は，角度や力をかける支点など，経験から得今回開発した複合ロボットハンドは，複数の機能をた感覚で都度調整しながら作業を行なっている．

1つのロボットハンドに盛り込んでいるが，これは複そこで，熟練者によるブーツ装着動作を分析して数数のロボットハンドを単純に組み合わせただけでな

値化し，その軌跡をロボットにトレースさせることで，安く，それぞれの作業時に部品や周辺機器と干渉しない

定したロボットによるゴムブーツ装着作業を実現した．

よう設計し，駆動部を共用化することで小形でかつ軽量な構造とした．

ブーツ内径

図8にブーツと小バンドの両方をチャックできる複外輪外径合ロボットハンドを示す．
これにより効果的に1台のロボットを複数の工程に用いることができ，かつ，ハンドチェンジのロスがなくなった．

図6 TJ型CVJ用ブーツ内径形状と外輪外径形状
Shape of TJ boot bore and outer ring O.D.

（3）ブーツバンド加締め作業
ワンタッチタイプのブーツバンド加締め工程は，ブーツバンド留め具を変形させて加締め固定する作業であるが，薄板製で変形しやすいブーツバンドに対して複雑な加締め動作を行なわなければならず，安定した品質と生産性を確保するには人作業が必要であった．
図7に大，小ブーツバンドの形状を示す．
図8 複合ロボットハンド動作写真（上段：ブーツチャック，下段：小バンドチャック）
Operation of combined robot hand
(Upper: boot chuck, Lower: small band chuck)

この複雑な作業をロボット化する場合，特殊なロボ
ットハンドが必要となり，人作業をそのままトレース
することができなかった．このため，元の作業動作を基本としながらも，ロボットに合わせた動作に変更・再構
築することで，単純に人作業をトレースした場合よりも効率的で安定したロボット加締め動作を実現した．
小径ワンタッチブーツバンド

大径ワンタッチブーツバンド

図7 ワッタッチブーツバンド形状
Shape of one-touch boot band

-23-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

4. ロボット組立ライン開発の成果

5. まとめ今回開発したロボットを適用したCVJ組立技術を，

これからもロボットを適用した組立ラインは，時代工場のCVJ組立ラインの全行程へ導入し，自動化が完の要請に応じて様々な形に変化しながら進化を続ける了した．図9に工場に導入したCVJロボット組立ライ

と考える．

ンを示す．

産業用ロボットの性能が日々向上していく中で，ロ開発の成果として，従来方式の課題であった高難易ボットを使用するユーザー側の知識と活用技術も常に度作業や重量物搬送による高負荷作業の廃止，および研鑽する必要があると感じている．

負荷軽減を実現し，作業環境の向上と従来方式と比較

そのため，今後もCVJの組立工程に限らず， NTN

して60％の省人化が図れた．

製品のあらゆる製造工程へのロボット適用技術開発にまた，インテリジェント部品供給装置による投入時

積極的に挑戦し，安全で人間への負荷が軽く，作業環の部品チェック機能により，組立間違いを防止するこ境改善に繋がる生産方式の確立に努めていきたい．

とができ，品質の向上にも貢献している．

図9 CVJロボット組立ライン
CVJ robot assembly line

執筆者近影

松下

茂樹

生産技術研究所

名倉元治

生産技術研究所

-24-

-25-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[解 説]

風力発電装置の大型化と軸受技術
Market Trend of Wind Turbine and Bearing Technologies

二之湯 伸幸*Nobuyuki NINOYU
八 木 壮一** Souichi YAGI
丹 羽
健*** Tsuyoshi NIWA
地球温暖化防止に貢献する風力発電はクリーンなエネルギーとして世界で積極的に導入が進んでいる．風力発電装置の大型化に伴い軸受も大型化し，軸受仕様選定時の実機相当シミュレーション試験が容易ではなくなってきており，軸，軸箱等を含む構造解析が重要となっている．本報ではこの解
析技術の一端を紹介する．

Wind power generation which contributes to the prevention of global warming has been actively
introduced to the market worldwide as a clean energy. The bearings are growing in size accordinglywith the growth in size of wind power generation equipments. The evaluation tests of the bearings tosimulate the actual performance, which are important to select the suitable bearings, are becoming
difficult nowadays, and it is needed to conduct structural analysis including shafts, bearing housing
and etc. This is to introduce a part of the analysis.

CO2を排出しないクリーンなエネルギーである風力1. はじめに発電装置が世界で支持され，年率20％以上の成長を続けている．1)

世界の風力発電装置の総容量は，2008年末で約風力発電装置の技術開発も市場の持続的な成長に伴122GWに上り，2007年度比30%の増加が報告さ

い加速している．特に注目される点は大型化と洋上化れている．

であり，その動向と合わせ軸受技術の一端を紹介する．

2004年から2008年までの世界の総容量の推移と主要国の推移を図１に示す．国別では米国，ドイツ，
中国の3カ国で総設備容量の約50%を占め，特に米2. 市場動向

国と中国の伸びが大きく，2008年新設導入の50%

2. 1 大型化を占めるに至っている．

風力発電機装置の定格出力は1985年当時50kW翼径15mであったが，約20年で定格5,000kW（5MW）

(MW)
その他

140000中

総容量120000翼径126mの大型機を量産するに至った．

国

技術面では翼のカーボン繊維一体含浸製造などによ

ドイツ
米 国

10000080000

る強度の向上やタワー，ナセル部の構造物の強度設

60000

計・解析技術の進歩，軸受の大型化対応など設計と製40000

造技術の進歩が大型化を可能とした．

20000
0

超大型化の研究は主として洋上風力発電装置で進め
2004

2005

2006

2007

2008

Year

られており，その対象は10MW〜20MWに及んでい

図1 風力発電装置総容量の推移
Cumulative global wind power development

る．

***産機商品本部 応用設計部***産機商品本部***産機商品本部 製品設計部-26-

風力発電装置の大型化と軸受技術

2. 2 洋上化

3. 軸受技術

陸地では風力発電に適する風況の良い地が少なくな
り，欧州を中心に洋上風力発電が増加している．図2

3. 1 大型軸受の解析取組みにその一例を示す．

3. 1. 1 主軸受
風力発電装置の大型化により，主軸，増速機，発電機の各部位に使用される軸受のサイズも大型化している．特に大型翼を支持する主軸軸受では，外径φ2000を超えるサイズも増加しており，自動調心ころ
軸受，複列円すいころ軸受，円筒ころ軸受等が採用されている．
主軸軸受の仕様決定には，長期間安定した性能を発揮するため，選定時の実機相当シミュレーション試験が重要であるが，実軸受を使用した実機シミュレーシ
ョン試験は，大掛かりな設備・コスト・長期に渡る試

図2 スコットランド北部Beatriceに建設中の洋上風力発電機
Under construction of offshore wind turbine

験準備期間が必要なため容易ではない．そこでNTNでは，実機シミュレーション試験と並行して，軸受や軸箱，架台などの軸受周りを含めた有限要素法による構造解析（以下FEM解析）を行い，より信頼性の高い

2. 2. 1 欧州の洋上風力発電

軸受設計を実施している．

欧州では水深40m程度の大陸棚が広がっており海

図4，5は主軸系を解析した事例である．外部荷重

底に基礎を設けた着床式が主流で欧州北部を中心に大によって軸受と共に軸箱や軸も変形する．風力装置の型洋上計画がある．2）図3に欧州北部の2020年までの洋上計画を示す．
洋上計画（2020年迄）
英国
：40GW
ドイツ
：15GW
オランダ
：6GW
デンマーク ：4GW
ベルギー
：2.5GW
スウェーデン ：1.5GW

図3 欧州北部の洋上風力発電計画
Plan of offshore wind farms in north Europe

図4 主軸構造例
Main shaft model

ブレード側

2. 2. 2 日本の洋上風力発電
日本では着床式の適用が難しく，浮体式の研究が産

増速機側学連携の下，進められている．浮体式には係留式（浮12

体構造を海底の碇で固定する方式）とセイリング式

3（浮体構造が海上で移動できる方式）がある．水深が深い地形と我が国で培われた造船技術を適用できることからセイリング式の研究に注目が集まっている．

複列円すいころ軸受（内径φ750，外径φ1100）

円筒ころ軸受（内径φ710，外径φ1050）

図5 主軸構造の解析例
Analysis example of main shaft model-27-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

大型化に伴って外部荷重による変形量が軸受すきまに

円すいころ軸受（図5の1列）ころ本数34本

与える影響が大きくなり，解析上その変形を考慮する必要がある．NTNでは，構造全体の変形の影響も考慮した上で設計検討を行い，風力発電装置にとって最適

31
30

27 28
25 26
29

0

23

13

17 18 19 202122場合の計算が可能となる．

弾性体
剛 体

軸箱，軸受の変形を考慮した場合，変形により負荷圏が広がるため，荷重ピークの緩和が起こり，全体と

寿命比＝

16

とすれば変形を考慮しない

15

転動体番号
（1〜34）

要素を用い変形解析

14の2条件についての転動体荷重分布を示している．
剛体

100

24

図7は，変形を考慮する場合と変形を考慮しない場合を行うが，要素を

200
9軸箱等の変形の影響を調べた解析例を図7に示す．

FEM解析では通常， 弾性体

300

10 11
12

図6はこの解析に用いた軸受の構造図である．

58速機側に円筒ころ軸受を適用した構造の事例を示し，

4

400

7

主軸支持軸受にブレード側に複列円すいころ軸受，増36な軸受仕様の決定を行っている．図5では，ナセル内32

荷重［kN］

1 2
500

34
33

弾性体
剛

＝1.2

体

円すいころ軸受（図5の2列）ころ本数34本

して転動体荷重が低減されていることが示されている．軸受寿命については，剛体とした場合に比べて，
31

27 28
25 26
29

300

10 11

0

24

12

適設計を行っている．

100

9ため，NTNでは装置全体の変形解析を行い，軸受の最2008によっては軸受寿命の大幅減となる場合も懸念される

5

7

本例では変形により寿命増の結果となったが，条件46との結果が得られている．

3

400

30

円すいころ軸受が約20％増，円筒ころ軸受が10％増

32

荷重［kN］

1 2
500

34
33

23

13
14

15

16

17 18 19

20

21

22

転動体番号
（1〜34）

円筒ころ軸受（図5の3列）ころ本数27本
荷重［kN］

1
27
1200

26

2

3

4

24

25

6

23

5

800

円筒ころ軸受
21

0

9

20

8

図6 解析に用いた軸受構造図
Bearing structures for analysis

19

10

18

11

14

15

16

17

弾性体
剛 体

寿命比＝

13

転動体番号
（1〜27）

12

複列円すいころ軸受

7

22

400

弾性体
剛

体

＝1.1

図7 軸受内の転動体荷重分布
Load distribution of each rolling elements-28-

風力発電装置の大型化と軸受技術

筒ころ軸受1〜4列の各列転動体荷重は，変形を考慮

3. 1. 2 増速機用遊星軸受
図8，9は2〜2.5ＭＷクラスの大型増速機内の軸受しない場合に比べて緩和される．変形を考慮した場合を含む構造解析事例である．ドライブトレイン系伝達の軸受計算寿命は考慮しない場合に比べて実機によりトルクによるキャリア，ピニオン軸，遊星歯車の変形近い状態であるが，本件の場合，2つの複列円筒ころを考慮し，遊星軸受の仕様検討を行った例である．

軸受の総合寿命は約50％増加する結果となった．

図9では，遊星歯車に歯車荷重と遠心力が作用した
場合の歯車の変形モードを示している．
主モードとして，図9に示す2つの接線方向荷重 Ftの合力がラジアル荷重として軸受に作用する．ここに，2つの半径方向荷重 Fr により外輪が変形し，負荷圏が広がる．
図10に計算結果を示す．入力トルクによるキャリ

0.6

ア及び遊星歯車の変形を考慮した場合，2つの複列円

0.5

Fr
Ft

0.3

複列円筒ころ軸受
12 34列

ピニオン軸

0.4

0.2
入力トルク

0.1
遠心力

0.0

キャリア

図8 遊星歯車構造
Planet gear

2

19 80

3

18

13
18

12

16

16

8

13

15

14

7

8

13

6

6

15

40
20
0

7

14

3

60

5

4列目

5

0

2

4

40
20

1

17

体

4

17

剛

19 80

＝1.5

9

12

10

図10 軸受内の転動体荷重分布
Load distribution of each low

-29-

11

11
60

弾性体

10

16

16
15

14

10
総合寿命比＝

3

9

13

9

2

12

1

8

18

弾性体
剛 体

11

15

14

0

8

19 80

11

12

3列目

20

7

7

転動体番号
（1〜19）

40

6

6

0

3

5

5

20

2

60

17

2列目

40

1

4

17

60

4

1列目

1

10

19 80
18

図9 遊星歯車解析例
Analysis example of planet gear

9

荷重［kN］

Ft

Fr

遊星歯車

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

また，熱解析による軸受温度分布推定については，

3. 1. 3 熱解析
大型の風力発電装置では，熱変形も考慮する必要が合わせ込み（解析結果と実験による実測値を近似させあり，図11に熱解析例を示す．本例では，軸受を熱る技術）を用いている．実機各ポイントでの実測温度源として周囲への放熱性から装置全体の温度分布を求を解析結果に盛り込み熱伝達率を調整することで，温めている．熱・構造連成解析によって，より実際状態度分布解析の信頼性向上を図る技術である．

に即した軸受仕様検討を行うことが可能である．但し，図14の軸箱内部の軸受温度分布には，外気温度，

熱解析は，表面性状，天候，気温，湿度，風速等によ

ナセル内温度，外輪外径温度等の実測値が盛り込まれり，熱伝達率や放射等の特性が左右されるため，フィている．熱解析の結果と実測値の比較を表2に示す．

ールドテストの結果をフィードバックし，精度を高め
0.50mmた例を後述する．

0.40
0.30

ブレード側

減速機側

50

0.20

45

0.10

40

0.0
-0.10

35

-0.20

30

-0.30

25

A点
-0.40

20
-0.50

15

図12 FEM解析例
Example of FEM analysis
図11 熱解析例
Example of heat transfer analysis
表1 モーメント試験結果
Test result
A点の変位量（mm）

3. 2 実機シミュレーション試験

運転前

運転後

解析値

0.403

0.326

実測値

0.424

0.259

誤

5%

25%

NTNでは，2〜2.5MWクラスの主軸用超大型軸受を実機相当の負荷でシミュレート可能な試験装置を所有し，試験とFEM解析を並行して行い，FEM解析の精度を上げることで，開発期間の短縮につなげている．

差

2〜2.5MWクラス用の試験軸受（複列円すいころ
複列円すいころ軸受直上

軸受：ころセットのピッチ径φ2000）に，モーメン

軸箱表面温度分布

ト荷重1700kN･ｍを内輪に作用させた場合のFEM解50析結果を図12に示す．

45

内輪傾斜量が最大となる点（図中A）について，

40

FEM解析結果と実測値の比較を表1に示す．
35

表1の試験結果では，解析値と実測値の運転前の誤差は5％であり，その値はよく合致しているが，運転30後の誤差は，25％と大きい．運転後の解析について

25

は，運転に伴う軸受予圧量の増加と剛性の変化に関し

20て，内外輪温度上昇を元に決定した熱伝導率を熱解析

15に取り入れた解析事例を紹介する．
図13 熱解析例
Analysis model

図13の軸箱内には複列円すいころ軸受が使用されており，連続運転した場合に軸受と軸箱がどのような温度分布になるのかを解析した例である．
-30-

風力発電装置の大型化と軸受技術

複列円すいころ軸受部

4. おわりにハウジング

クリーンエネルギーである風力発電は年々拡大している．今後更に設置台数が増えると想定される洋上風車は更に高出力かつ大型化が進むと同時に，より厳し軸

い自然環境に耐え得る信頼性の高い製品が必要とされている．
軸受についても従来の基準を踏襲した設計だけでな
く，個々の風車に適した詳細な解析技術と検討に基づ
く専用の設計が求められている．

図14 熱解析例
Example of thermal analysis

NTN は地球の温暖化防止策のひとつである新エネ
ルギー風力発電の発展に貢献するべく，信頼性が高く

表2 軸受温度分布
Bearing temperature distribution

耐久性に優れた製品開発と安定供給を図る所存である．

内外輪温度差（℃） 外輪外径温度（℃）
解析値

2.2

50.5

実測値

未測定

50.0

−

1%
(合わせ込み後の差)

誤

差

参考文献
1）BTM Consult ApS International Wind Energy
Development World Market Update 2008
2）スコットランドと英国の洋上風力発電
SCOTTISH Development International

表2で推定した内外輪温度差の解析値から，運転時の軸受すきまの減少量を推定し，軸受初期すきまを決定している．この結果，誤差は1%となった．
これらの解析結果で得られた成果を考慮し，最適設計した軸受は現在実機に組み込まれ，安定した運転を継続している．

執筆者近影

二之湯

伸幸

産機商品本部
応用設計部

八木

壮一

産機商品本部丹羽健

産機商品本部
製品設計部-31-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[解 説]

SNRの環境に優しい商品開発
Eco-friendly Products Development SNR Roulements

Siegfried RUHLAND*
Ludovic SAUNIER*
Cynthia TSEN*
Bernard LIATARD**
Gérald MIRABEL***

欧州各国では，二酸化炭素（CO2）排出量削減を推進しており，自動車メーカ各社も様々な角度から対応策を検討している．
CO2削減には，軽量化・低トルク化が有効であり，自動車および部品メーカは，既存製品を含めその限界に日々挑戦している．本稿では，SNRの軽量化および低トルク化に対応した開発製品を紹介する．

Reduction of CO2 emission is being promoted at Europe, and each automobile company is also
considering various measures. "Mass reduction" and "torque reduction" is effective in CO2 reduction,
and automobile and parts makers are challenging its limit every day including an existence product.
Products which corresponds to "mass reduction" and "torque reduction" of SNR are introduced bywriting.

2. 1. 1 自動車用ハブベアリングの設計

1. まえがき実使用時の荷重条件（回転曲げ，ハブボルト締め付

地球温暖化を含めた環境問題に関して，二酸化炭素力等）を用いてH/Bに生じる応力を解析した．図1に（CO2）の排出量削減が課題となっており，自動車業

解析事例を示す．図に示すように最大応力はフランジ

界では車両の燃費向上を図るため自動車部品の軽量

締め付け部分とフランジ根元の面取り部分に発生する化・低トルク化に取り組んでいる．本稿では，SNRことを確認した．そこで，開発品では，軌道面，ディにおける自動車用ハブベアリング，トランスミッショ
ン用軸受，サスペンション用軸受それぞれの軽量化・低トルク化技術を紹介する．
低応力領域

2. 軽量化の取組み
高応力領域

本章では，自動車用ハブベアリング（以下H/B）とウォータポンプ用軸受の軽量化の取組みを述べる．

2. 1 自動車用ハブベアリング
SNRは，ブレーキディスクとホイールリムを支持するフランジ付き第2世代および第3世代に適用可能な，新しいコンセプトのH/Bを開発した．開発品は，
H/Bの最適形状設計によって優れた強度と耐久性を維

図1 ハブの応力解析結果
Stress analysis on the hub bearing

持しながら15％の軽量化を達成した．
*SNR Product Innovation & Mechatronic**SNR Automotive Transmission Engineering-32-***SNR Automotive Equipment Engineering

SNRの環境に優しい商品開発

スク，ホイール挿入部など，重要部位の設計は変更せ

2. 2 自動車ウォータポンプ用軸受

ず，ハブの材料配分を低応力領域から高応力領域へシ

図4に従来の自動車エンジン冷却用ウォータポンプ

フトさせて応力緩和を図った．

の外観図，図5に構造を示す．今日の自動車エンジン

図2に従来品と開発品の形状を示す． 開発品はボル

冷却用ウォータポンプの多くは，内輪をなくして軸にト締め付け部分を2つのリブで強化したフランジ形状

直接軌道面を設けた軸付き軸受を使用している．

としており，外輪で20％，H/B全体としては15％の図5に示す構造の場合，ベルト張力が偏荷重となっ軽量化を達成した．これにより自動車の一車軸にあたて接触面圧が大きくなることから長寿命化の阻害要因

り最大1300ｇの軽量化となる．

となっていた．また，ミスアライメントが原因でシールを通過した水が軸受内に侵入してグリースが漏えい
し，潤滑不足になって異音の発生および軸受寿命低下を招いていた．

20%
重量低減

抜き穴
シール

プーリ

ポンプロータ

図2 従来品（左）と開発品（右）の形状比較
Conventional design (left) and new optimized design (right)

2. 1. 2 開発品の性能
開発品の重量は前述したように大幅に軽減されたが，剛性については従来品と同等であり，さらにリブ駆動シャフトの強化を図ったことで，フランジ根元部に発生する応力は図3に示すように35％低減された．

ハブ（プーリシート）
ポンプボディ

図4 ウォータポンプの外観
View of Water pump

応力

応力35%減少

ベルト荷重

従来品

開発品

図3 応力解析結果
Stress analysis results

軸付き軸受

図5 ウォータポンプの構造
Water pump structure-33-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

ベルが改善される．

2. 2. 1 開発品の構造
音響性能向上および軽量化・長寿命化を目的として生産技術の改良によって，軸受，フランジおよび軸軸とフランジを一体化した外装型軸受を開発した．図を一体化させ，軸受負荷容量の向上，ポンプ容量の増

6に新たに開発した外装型軸受の外観，図7にその構加，長寿命化，音響特性改善および･重量軽減を達成

造を示す．本構造を採用することによって，ベルト張した．図8にウォータポンプ用軸受の外観および重量力が軸受中心に作用するため，ミスアライメントの発の年代変化を示す．

生を防止できる．従来品に対して，ボールと軌道面間の接触面圧を低減できるため耐久性が向上する．加えて，ミスアライメントによるモーメント荷重が生じな
ベルト荷重いことからボールは溝底で転動することになり音響レ

フランジ

軸

外装型軸受

図6 外装型軸受（開発品）の外観
View of external bearing

図7 外装型軸受（開発品）の構造
Structure of external bearing

ポンプ容量増大

外輪に補機ベルトを直接掛けるため省スペース設計

寿命向上

ボールサイズアップによる接触面圧の低減、圧入の影響減少

軽量化

21％

ウォータポンプの最適化

改善点･軸受負荷容量･ポンプ容量
･寿命時間
･音響
･重量

451g

571g
2004

年

代

図8 ウォータポンプ用軸受の推移
Process of water pump bearing

-34-

2008

SNRの環境に優しい商品開発

2. 2. 2 ボールと軌道面間の接触面圧の確認

CO2排出量削減のためのトランスミッション用軸受

車両が寿命に至るまでポンプ補修を不要にするために対するSNRの取組みを以下に示す．

には軸受寿命が走行距離3×10 5kmを満足すること（1）軸受の内外輪および転動体の標準材料100Cr6が要求されている．この要求寿命を満足するためには，に特殊熱処理を行い，過酷潤滑条件下での長寿軸受内部の接触面圧が疲労限を超えないように内部設命化を達成

計を決定する必要がある．同時にシールの締め代，グ（2）自己潤滑性を備えたギヤボックス用軸受の開発

リース封入量，封入位置の最適化も重要である．

（固形潤滑剤を使用した自己潤滑軸受の例を図

寿命時間，温度，部品公差，最小・最大すきま，締10に示す）

め代を含めた条件を検討し，機能試験および図9に示（3）アイドラーギヤ用滑り軸受を保持器付針状ころす耐久試験機によって各種試験を実施し，要求寿命を軸受等の転がり軸受に置換えて低トルク化満足する設計仕様を確立した．

（4）新規開発の技術計算ソフトウェアを用いたトラ
ンスミッション軸受の荷重およびトルク解析による最適軸受設計（計算例を図11に示す）（5）軸受の内部設計改善による摩擦トルク低減対策

3. 2 低トルク玉軸受
トランスミッションの摩擦トルク損失低減には，円
すいころ軸受より玉軸受を選定する方が有利であるが，円すいころ軸受と比較して玉軸受は負荷容量が小さいため，目標寿命を満足するためには軸受が大型化
図9 ポンプ寿命試験機
View of pump lifetime test

3. 低トルク化の取組み
本章では，自動車トランスミッション用軸受，ハブ
ベアリング，サスペンション用軸受の低トルク化の取組みを述べる．
図10 固形潤滑剤を使用した自己潤滑軸受
Autonomous bearings using solid lubricant

3. 1 自動車トランスミッション軸受
トランスミッションの操作性向上とCO2排出量削減に向け様々な改良が行われている．SNRは，各種ト
ランスミッションの最適化のため，軽量化および効率向上（低トルク化）に取り組んでいる．
トランスミッションのトルク損失の約50％は潤滑油の撹拌抵抗が占めている．潤滑剤の選定はトランスミッション低トルク化の重要な項目であり，低粘度かつ最小限の潤滑油が使用される傾向にある．トランスミッションの効率は，作動していないアイドラーギヤのトルク損失によっても大きな影響を受けることから，軸受トルクもトランスミッションにおけるトルク

図11 トランスミッションシミュレーション
Transmission simulation

損失の重要な要因となっている．
-35-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）する傾向にある．一方，トランスミッション用軸受の一般的な破損形態は，材料の疲労による寿命ではなく，異物混入潤滑油による軌道輪の圧痕を起点とする表面損傷である．したがって，軸受内部への異物の侵入を防いで軸受を長寿命化する対策として図12に示すようなフィルターシール付軸受が用いられる．フィルターシールの設計では，優れたフィルター性能に加えて

図12

潤滑油を軸受内部へ取り込こんで潤滑と冷却性能を両フィルターシール付軸受（従来品）
Bearing with filter seals

立させる最適設計が必要である．
フィルターシール付軸受では多くの場合，軸受幅寸

油の流れ

法を広げエラストマー製フィルターシールを追加しているが軸受の摩擦トルクが増大する．SNRが開発した方式は，図13に示すように分割タイプポリアミド保持器にフィルター機能を設けた設計である．特長を以下に示す．

15.5
分割型ポリアミド製保持器（1）小型・軽量化が可能

図13 ダブルフィルターシール付き（分割型ポリアミド製保持器一体型）軸受
Bearing with double filter seals into a clipped double
polyamid cage（2）保持器とレース間のラビリンスすきまを精度よく管理可能（3）油の入り口を２箇所設けたことで，軸受内部への潤滑油流量を増加

フィルター効果，油量（4）低コスト
標準フィルターシールと開発品のダブルフィルター
シールの比較を下記に記す．
油浴潤滑条件下での軸受内部通過油量を測定した結果 を図14に示す．図の縦軸はフィルター効果およびフィルター効果油量

フィルターを通過して潤滑に寄与する油量を示している．開発品のダブルフィルターシールは，従来品と比

フィルター
シール
(従来品)

較して，フィルター効果は，ほぼ同等であるが，軸受内部を通過する油量は多く，潤滑性が改善されている．

ダブルフィルター
シール（開発品）

図14 軸受汚染防止効果
Efficiency against pollution

開発したダブルフィルターシール付軸受の回転トル
クを従来品と比較した結果を図15に示す．転がり抵抗等の軸受内部トルクは同一であるが，シールトルク

0.350

が大幅に低減された結果，開発品のトルクは65％低

軸受内部
シール

0.300

回転トルク N・m減された．温度上昇も同様に低く抑えられ，耐焼付き性も改善されている．フィルター機能は従来品とほぼ同等であり，軸受幅を小さくできることからコンパク
ト化設計が可能で，軽量化できることも大きな特長で
ある．

0.250
0.200

65%減少

0.150
0.100
0.050
0.000

従来品

開発品

図15 回転トルクの比較結果
Torque test results-36-SNRの環境に優しい商品開発

トランスミッション用軸受での25％のトルク損失

3. 3 低トルク円すいころ軸受
円すいころ軸受は，他の軸受形式に比べ小さなサイ低減は，車両当たりおよそ2g/kmのCO2排出量削減

ズで大きな複合荷重を負荷できることから，トランスになる．また，低トルク円すいころ軸受を使用するこミッション用軸受として多用されている．しかしながとによって耐焼付き性および変速操作性も向上する．

ら摩擦トルクの低減が課題である．

3. 4 自動車用ハブベアリング

SNRのトランスミッション用円すいころ軸受は，NTNの低トルク円すいころ軸受設計技術と生産技術を

ホイール軸受の摩擦トルクの約50％はシール接触

採用することによって摩擦トルクを低減した．特長を面のしゅう動抵抗であり，しゅう動抵抗を減らすこと

以下に示す．

が車両のCO2排出量削減に有効である．シールのしゅ（1）特殊熱処理により疲労強度と異物による耐圧痕

う動抵抗低減は，シール性能低下につながることが多いことから，しゅう動抵抗を低減しつつ密封性能を向性向上上させることが課題であった．

（2）標準鋼板保持器に比べ油のせん断摩擦を低減す

SNRではシールリップ部のしゅう動面の潤滑性をるポリアミド製保持器の採用（3）負荷容量・剛性向上，ミスアライメント対応お向上することにより，しゅう動抵抗を約11％低減し，よび摩擦トルク低減のための内部設計変更（こ密封性能を22％向上したトライボロジー効果付きシ

ろ個数とサイズ，軌道面と転動面の特殊クラウールを開発した．本開発コンセプトを現行シールに付

ニング加工）

加することによってコスト低減および開発リードタイ
ムの短縮も可能となった．

（4）内輪つば面，ころおよび軌道面の接触位置の最適化

3. 4. 1 トライボロジー効果付きシールの特長（5）内輪つば面ところ端面の表面粗さ向上により，開発したトライボロジー効果付きシールでは，スリ

ころ端面の滑り摩擦トルクを低減

ンガのリップしゅう動面を油膜形成能力の高い表面形
図16にSNRのトランスミッション用円すいころ軸状にしている．その結果，低トルクと発熱低減効果が受と他社製とを回転数を横軸として比較した図を示得られた．図17に本シールの断面形状とスリンガ接す．SNR品は他社品と比較して25〜50％のトルク触部を示す．スリンガ接触部には微小空孔が存在し，損失低減を達成した．

この空孔によってシールリップとスリンガとの間に油

1.0

N・m
回転トルク

他社製円すいころ軸受
0.8

0.6

0.4

SNR低トルク円すいころ軸受
0.2

0
0

200

400

600

800

1000

1200

回転数

min-1

1400

図16 軸受の回転速度とトルク
Torque measurements with rotations

-37-

1600

1800

2000

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

膜が形成され，シールリップの摩耗が低減される．さ3. 5 自動車サスペンション軸受

らに，スリンガ接触部の微小空孔によって異物の侵入

密封形ストラット軸受に関しては，過酷な使用条件と噛み込みによる摩耗を防止する作用もある．

（泥水等の環境）に対応するため，信頼性とシール性能の向上が求められている．SNRでは，回転トルク

3. 4. 2 トライボロジー効果付きシールの性能とシール性能の両者を満足するフローティングシール

図18，図19は，従来品のシールと新たに開発した付低トルク密封形ストラット軸受を開発した（図21）．

トライボロジー効果付シールのトルクおよび泥水下での寿命試験結果を示す．シール抵抗の低減効果により，

3. 5. 1 密封形ストラット軸受の特徴

回転トルクは11％低減し，泥水下での寿命は22％向

耐泥水性はシールのリップ性能で支配されることか上した．

ら高いシール性能と安定した低回転トルク性能の両者を満足するシール開発が重要である．今般，新たにフローティングシール付低トルク密封形ストラット軸受

微小空孔を開発した．現行品を図20に，開発品を図21に示す．
なお，比較のため，他の形式であるオーバモールドされたリップシールの構造を図22に示す．

スリンガ接触部の拡大

図17

シールの断面形状とスリンガ接触部断面
Seal shape on the slinger

トルク N・m

0.7

11％
低減回転

0.6
0.5
0.4

図20 現行品
Usual design

シール部分
軸受部分

0.3
0.2
0.1
0

従来品

トライボロジー
効果付きシール

図18 従来品と開発品のしゅう動抵抗の比較
Comparison of rotational friction between development
seal and current one

図21 SNRデザイン:フローティングシール
SNR design: floating seal

700

泥水寿命 h

600

22％

500
400
300
200
100
0

従来品

トライボロジー
効果付きシール

図19 従来品と開発品の密封性能の比較
Comparison of muddy water resistance between
development seal and current one

図22 オーバモールドされたリップシール
Competitor design: overmolded lip seal-38-

SNRの環境に優しい商品開発

3. 5. 2 試験結果

4. あとがきストラット軸受の回転トルクに及ぼすシールの寄与度を図23に示す．開発品のフローティングシール品

本稿は環境に優しい自動車用軸受に関する軽量化と（図21のSNRデザイン）のトルクは，現行品と比較

低トルク化に関する対応策を概観した．SNRでは更して18％増大する．しかし，オーバモールドされたなる軽量化・低トルク化に向けて新技術・商品開発を

リップシールに対しては50％の低減効果がある．

継続しており，並行してハイブリッドや電気自動車な

図 2 4に泥水試験結果を示す．開発品（ 図21の

どの長期プロジェクトにも取り組んでいる．

SNRデザイン）は，現行品と比較して優れたシール性により軸受内部への水浸入が大幅に改善され，シール性の改善が認められる．オーバモールド品は，初期のシール性能は優れるものの，オーバモールドされたリップの摩耗があり，SNRの開発品の方が38％優れることが確かめられた．

シール部分
軸受部分

％
水浸入度

回転トルク

回転トルク
50％減少

水浸入度
38％減少

現行品

SNR
デザイン

オーバモールドデザイン

現行品

図23 回転トルク試験結果
Torque test results

SNR
オーバモールドデザイン
デザイン

図24 泥水試験結果
Muddy water test results

執筆者近影Siegfried RUHLAND

Ludovic SAUNIER

Cynthia TSEN

Bernard LIATARD

Gérald MIRABELSNR Product Innovation& Mechatronic

SNR Product Innovation& Mechatronic

SNR Product Innovation& Mechatronic

SNR Automotive
Transmission Engineering

SNR Automotive
Equipment Engineering-39-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[ 製品紹介 ]電動ブレーキ用アクチュエータ
Actuator for Electromechanical Brake

山 崎 達 也* Tatsuya YAMASAKI
江 口 雅 章* Masaaki EGUCHI
牧 野 祐 介** Yusuke MAKINO
電動ブレーキシステムは，従来の油圧ブレーキに対し，車両の安全性改善やシステムの簡素化などのメリットがある．また，近年注目が集まっているHEVやEVにおいても，
電動ブレーキを適用し回生ブレーキと協調制御することで，更に燃費が改善されると期待されている．一方，ブレーキは車両のばね下に搭載されることから，小型，軽量であることが求められる．そこで，NTNでは，独自の直動機構を採用し，小型・軽量な電動ブレーキ用アクチュエータを開発した．

Electromechanical Brake (EMB) has some advantages such as safety improvement of vehicle andsimple system. And in HEV and EV in which attention has gathered in recent years, it is expected to
improve the fuel economy in addition by applying EMB and controlling cooperatively withregenerative braking. On the other hand, it is requested that the brake is compact and lightweight,
because it is installed under the spring of the vehicle. NTN has developed the small actuator for EMB
with original linear motion device.

を実現する手段として，電気を駆動源とする電動ブレ1. はじめにーキシステムの実用化が期待されている．しかし，従近年，車両の走行安定性に大きく寄与するブレーキ

来から開発されているボールねじやボールランプを直において，油圧制御技術の改良によりABS，ESC，ブ

動機構として採用したシステムでは，大きな減速比をレーキアシストなどの安全性向上が図られてきた1)，2)．

有する減速機が必要であり，アクチュエータの小型化が困難であった．

一方で，地球環境への関心が高まるにつれ，低燃費なHEVや化石燃料を使用しないEVなどのモータを動NTN では，独自に考案した直動機構を適用するこ力源として走行する車両が相次いで市場投入されておとで，従来より小型化が可能な電動ブレーキ用のアク

り，今後の需要拡大が予想される．

チュエータを開発した3)．本稿では，内部諸元を見直すことで性能向上を図った電動ブレーキ用アクチュエ

HEVやEVでは，減速時にモータを発電機として使ータについて報告する．

用する回生ブレーキによりエネルギーを回収しているが，より効率的にエネルギーを回収するためには，ブレーキと回生ブレーキの協調制御の精度をさらに向上

2. 電動ブレーキ用アクチュエータの構造させる必要がある．また，HEVやEVでは，エンジン

2. 1 直動機構（遊星ローラねじ機構）で発生する負圧が不十分もしくは利用できないため，直動機構の構成とその作動原理について説明する．

従来のブレーキシステムを利用する際には，別途負圧

図1に示すように，直動機構はサンローラ，遊星ローを発生させるシステムが必要となる．
以上のように，従来のブレーキシステムでは解決が

ラ，アウタリング，キャリア，支持ピン，ばねおよび困難なブレーキの更なる高機能化および環境性能向上

軸受によって構成されている．遊星ローラは，入力で**商品開発研究所 自動車モジュール商品開発部**商品開発研究所 電子応用研究部-40-電動ブレーキ用アクチュエータ

支持ピン 自転支持軸受

キャリパ（ハウジング）突出

遊星ローラ公転遊星ローラ自転

遊星ローラ
公転支持軸受

回転

摩擦伝導
サンローラ
（入力）
アウタリング（出力）ばね

サンローラ回転キャリア

図1 直動機構概略
Schematic of linear motion device

あるサンローラと出力として軸方向へ移動するアウタ

アウタリングから受ける荷重

リング間に円周等配に配置されている．サンローラの押圧力

トルクは摩擦伝動によって遊星ローラへと伝達される．遊星ローラの外径面には，アウタリングの内径面に設けたねじと互いに嵌合するよう同一ピッチで異なるリードのねじ溝あるいは円周溝を設けている．遊星
ローラを支持するキャリアは，回転可能且つ軸方向へ移動不能となるよう，キャリパ(ハウジング)に支持される．このような構造により，サンローラを回転させると，遊星ローラは自転および公転し，最終的にアウ
タリングの軸方向の移動へと変換される．

サンローラから受ける荷重

図2 遊星ローラに作用する荷重（概念）
Load acting on planet roller

次に，サンローラと遊星ローラ間の摩擦伝動に必要な法線荷重を与える手段について説明する．前報では，
遊星ローラを，サンローラおよびアウタリング間に焼きばめによって配置し，必要な法線荷重を与えていた

2. 2 電動ブレーキユニット

3)．今回の開発品では，支持ピンの両端に配置したばねによって，遊星ローラをサンローラ側へと押し付け

前節で説明した直動機構をモータと共にキャリパにている．また，遊星ローラおよびアウタリングの接触組み込み，1500ccクラスの車両の前輪用として設部は，一定のフランク角を有する斜面とすることで，計した電動ブレーキユニットの構成を図3に示す．ユ

図2に示すようにアウタリングに軸方向荷重が作用しニット全体の軸方向長さを短縮するため，直動機構とた場合，この接触面から遊星ローラをサンローラへ押駆動源であるモータを並列に配置し，歯車にて動力伝し付ける方向の荷重が作用する．

達を行っている．開発品の主な仕様を表1に示す．尚，

本構造により，トルク伝達面の摩耗などによる寸法

本アクチュエータ用のモータは，NTNにて設計した．

変化が法線荷重に与える影響を小さくし，安定した法モータの構造および主要諸元を図4および表2に示す．

線荷重を付与できる．さらに，遊星ローラおよびアウタリングの接触部のフランク角を適正に設定すること
で，高荷重負荷時においてもサンローラと遊星ローラ間に過大な滑りを発生させることなく，トルク伝達することが可能となる．
-41-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

キャリパ（ハウジング）

ブレーキパッド

歯車

70m
m

直動機構

ホイール
137

84.5mmモータmm

ブレーキディスク

図3 電動ブレーキユニット概略図
Schematic of EMB unit

表1 電動ブレーキユニット仕様
Specifications of EMB unit
項

目

仕

最大押圧力
荷重保持機能様

備3. 性 能考

30kN

1500ccクラス前輪用と同等

無遊星ローラおよびアウタリン
グのねじ諸元を変更することで「有」とすることも可能

サイズ

137mm×70mm×84.5mm（パッド挟持部を除く）

3. 1 効 率
図5に，モータのトルクと押圧力および効率の関係を示す．なお，図5中の計算値は，前報で紹介した効率計算手法3）を用いて求めた．実験と計算結果は概ね−

質量（パッドを除く）

5.6kg

−

潤滑方式

グリース

−

一致しており，設計通りの性能を有している．

40

80

30

60

20

40

φ70

%
10

押圧力
効 率
出力軸

0
0

ロータ

効率

押圧力 kN

ステータ

20

計算 実験

0
0.2

0.4

0.6

0.8

1

トルク Nm54.5

図5 電動ブレーキユニット効率（開発品）
Efficiency of EMB unit (developed)

図4 モータ構造
Structure of motor
表2 モータ仕様
Specifications of motor

3. 2 押圧力変化率項

目様のパッドおよびディスクを使用して押圧力の変化率

形式

DCブラシレスサイズ

φ70×54.5

印加電圧

12V

最高回転数

5000min-1（無負荷時）

最大トルク

0.8Nm

仕

図3に示すキャリパ形状にて，実際のブレーキと同様について評価した．雰囲気温度20℃，一定電圧(12V)を印加した場合における評価結果を図6に示す．また，式(1)〜(4)により定義される応答時間および押圧力変化率を表3に示す．
-42-

電動ブレーキ用アクチュエータ

押圧力

印加電圧

押圧力

印加電圧

40

押圧力 kN，印加電圧 v

押圧力 kN，印加電圧 v

40

Fa
30

0.75Fa
20

10

t0

0
-0.1

t1

t1'

0

0.1

Fa
30

20

10

t2
0.2

t3
0

0.3

t4

t5

0

0.1

0.2

時間 sec時間 sec（a）昇圧時（初期隙間：0.0mm）（b）減圧時0.3

図6 ユニットの押圧力変化率
Thrust variation rate of EMB unit (developed)

表3 応答時間と押圧力変化率
Response time and thrust variation rate
項

目

応答時間

押圧力変化率昇圧時0.172 s(=ΔtINC)

170 kN/s(=VINC)

減圧時

0.146 s(=ΔtDEC)

221 kN/s(=VDEC)3. 3 耐久性
乗用車用ディスクブレーキキャリパアッセンブリの台上試験方法を規定したJASO C 448-89を基に実施した耐久試験項目を表4に示す．本開発品では，表4に示すすべての項目での耐久性を達成している．

表4 耐久試験
Durability test

ΔtINC＝t1−t0 ………………………………………（1）ΔtDEC＝t5−t3 ………………………………………（2）

試験項目

0.75・Fa
VINC＝―――― ……… … … … ……………………（3）t1'−t1トルク耐久強度

制動トルク 0.6G相当
制 動 回 数 20×104回

高圧耐久強度

押圧力
回 数

30kN
1×104回

常温作動耐久

温 度
押圧力
回 数

4〜35℃
15kN
50×104回

高温作動耐久

温 度
押圧力
回 数

120℃
15kN
7×104回Fa
VDEC＝―――― ……………………………………（4）
t5−t4
Fa

：最大押圧力=30kN

t0：作動開始時点（昇圧時）

t1'：昇圧開始時点t1：最大押圧力の75%到達時点（昇圧時）

t2：最大押圧力到達時点

t3：作動開始時点（減圧時）t4：減圧開始時点

t5：解除終了時点

VDEC：押圧力変化率（減圧速度）

VINC：押圧力変化率（昇圧速度）

振動耐久

ΔtDEC ：応答時間（減圧時）ΔtINC ：応答時間（昇圧時）

-43-

試験内容

加振加速度 ±20G（上下方向）
加振周波数 60Hz
加 振 回 数 500×104回

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

4. おわりに
本稿では，独自の直動機構を適用した，小型電動ブ
レーキ用アクチュエータについて紹介した．
今後，HEVやEVなどモータを駆動源とした車両の普及により，ブレーキの電動化の要求は益々高まっていくものと予想される．NTNでは，引き続き耐久性改善や応答性の改良を行い，電動ブレーキとして適用可
能なアクチュエータの開発を進めていく．

参考文献
1）足立智彦：スタビリティコントロールシステム(ESC)に関する動向，自動車技術，Vol.60，No.12(2006) 28-33．
2）成 波・谷口哲夫・波多野 忠・廣瀬敏也：緊急時のブレーキアシスト装置の効果評価について，自動車技術会学術講演会前刷集，No.20065894(2006).
3）山崎，江口，牧野：電動ブレーキユニットの開発，
NTN TECHNICAL REVIEW，75(2007)53-61.

執筆者近影

山崎

達也

商品開発研究所
自動車モジュール商品開発部

江口雅章

商品開発研究所
自動車モジュール商品開発部

牧野祐介

商品開発研究所
電子応用研究部-44-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[ 製品紹介 ]自動車用電動ボールねじアクチュエータ
Electric Ball Screw Actuator for Automotive

池 田 良 則* Yoshinori IKEDA吉 田 平 和* Hirakazu YOSHIDA
ハイブリッド車を含め，ガソリンエンジン車の低燃費化によりCO2排出量の削減
等，排気ガスのクリーン化が進められている．一方，これまでの手動機構を電動モータ駆動にして車両快適性や確実な作動による安全性向上を目指す開発も進められている．
NTNでは自動マニュアルトランスミッションやエンジン制御用ボールねじの実績をさらに発展させ，周辺部品をモジュール化した自動車用電動ボールねじアクチュエータユニットを開発した．本稿では本アクチュエータの構造および特長について紹介する．

In the automotive market, a lot of new hybrid cars and low fuel consumption and low emission
engine have been developed to reduce of CO2 and to be cleaned exhaust. At the same time, many
projects are going on for market to achieve more car amenity or safe driving to apply quick andreliable electric motor drive , already in the market as AMT and for engine control, NTN developed
the new electric ballscrew actuator, by modularized with peripheral parts.
This article introduces the development result and the feature of this ballscrew actuator unit.

1. はじめに

2. アクチュエータの構造

自動車のバイワイヤ（BY−WIRE）化はスロット

アクチュエータの構造を図1に示す．

ルを始め，徐々に進展している．近年一部の車両では

ボールねじはボールねじの軸端に設けたインボリュ

ブレーキのバイワイヤ化が達成されたものもあり，車ートスプラインを介してモータと連結され，トルク伝

両快適性や安全性を追求する中で発展を続けている．

達を行う．

今般， NTN はこれらバイワイヤシステムに適用可

ボールねじ軸の軸端の一方には，複列アンギュラ玉

能な高レスポンス，かつ高推力を有する自動車用電動軸受を配置し，アルミケースに位置決め保持される．

ボールねじアクチュエータ（以下，アクチュエータ）ボールねじと作動シャフトは連結アームによって連動を開発した．

する構造とした．作動シャフトの両側は，左右対称に
リニアボールベアリングおよびオイルシールを配置し本稿では，本アクチュエータの構造と特徴について

た．

紹介する．
オイルシール作動シャフト

リニアボールベアリング

ブーツ

オイルシール
シャフトキャップ

連結部材
連動アーム

DCモータ

複列アンギュラ玉軸受
ロックナット
アルミケース
ボールねじナット

ボールねじ軸図1 アクチュエータの構造
Structure of actuator*自動車商品本部

自動車技術部-45-

インボリュートスプライン

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

リニアボールベアリングは，作動シャフトを軸方向

3. 1 高効率・低フリクション化

移動可能に低フリクションで支持している．リニアボ

本アクチュエータに採用したボールねじの正・逆回ールベアリングの外側に設けたオイルシールは，アル

転変換効率は共に90％以上の仕様とした．また作動

ミケース内への異物混入を防止する．作動シャフトのシャフトは，低フリクション化によって手動での動作

軸端に配置された連結部材に作動用のワイヤなどが連も容易な設計となっている．

結される．

表1にボールねじの仕様，図4に理論効率を示す．
リード角4˚47'において，滑りねじの効率が32％であるのに対し，本アクチュエータに採用されたボール

3. アクチュエータの特長

ねじは92％と高効率であることがわかる．

本アクチュエータを図2に，ボールねじを図3に示

図5に作動シャフト両端を支持するリニアボールベ

す．

アリングを示す．このように，作動シャフトはリニア

アクチュエータは，水，雪，泥，砂利，塵埃などのボールベアリングによって転がり接触で支持されてい環境条件を想定した各種試験，振動・衝撃試験などのるため摩擦が小さく，円滑な作動を実現している．

過程において改良を重ね，高い信頼性を確保した．本アクチュエータは以下の特長を有する．

表1 ボールねじ仕様
Spec. of ballscrew（1）高効率ボールねじの採用および可動部位の低フ軸

リクション化により高応答性でかつ高推力

径

リード

リード角

14.5mm4mm

4˚47'（2）十分な耐食性，防塵・防水性
100

ボールねじ

92% 90効率％

各特長について下記に詳述する．

（摩擦係数：0.005）

80
正効率
70
逆効率
60
50
40
30
20
10
0
0
1
2

（参考）
滑りねじ
（摩擦係数：0.1）

正効率
3

4

5

6

リード角 deg

図4 ボールねじ理論効率
Efficiency of ballscrew

図2 アクチュエータ
Ballscrew actuator

図5 リニアボールベアリング
Liner ball bearing

図3 ボールねじ外観
Ballscrew for actuator-46-自動車用電動ボールねじアクチュエータ

図8に示す推力測定結果より理論計算値1200Nが3. 2 耐食性，防塵・防水性得られることを確認した．同一諸元の滑りねじではそアクチュエータは様々な環境条件において，長期間の1/3程度になる．

の性能維持を要求される．特に本アクチュエータでは，ケース外に露出してストロークする作動シャフトがあるため，作動シャフト両端には，往復運動用オイルシ

稼動部

アクチュエータールを装着し，異物侵入を防止した．
耐食性を高めるため，作動シャフトには特殊めっき

ロードセル
固定部

を施している．さらに，ブーツとシャフトキャップを配置して，シャフトが周辺環境に直接暴露しない対策

荷重方向を施している（図6）．

作動シャフトオイルシール

図7 推力測定試験機
Appearance of thrust force test

シャフトキャップ

3000
ブーツ

発生軸方向力 N

2500
リニアボールベアリング（2箇所）

図6 シール構造
Structure of sealing of shaft

2000
1500
1200N
1000
500

4. 評価テスト0
3.5

信頼性の高い電動アクチュエータの開発のため，各

4.5
滑りねじ

種試験を実施し，十分な性能，信頼性確保がされてい時ることを確認した．主要な試験項目について述べる．

間 sec.

図8 推力測定結果
Thrust force measurement

4. 1 推力試験
4. 2 環境作動耐久試験

ボールねじの負荷トルクは次式で求められる．

環境作動耐久試験として高温雰囲気中にて所定の荷P・LT＝―――― ………………………………………（1）2π・η

重を負荷して耐久試験を行った．アクチュエータが作動しながら一定荷重を負荷されるよう，荷重負荷用に

T ：負荷トルク（Nm）

別のボールねじを用いる専用の耐久試験機を製作しP ：アキシアル荷重（Ｎ）

た．図9に耐久試験機を示す．作動時の最大荷重を負L ：ボールねじリード（ｍ）

荷して車両走行寿命相当回数の耐久試験を実施し，耐η ：効率 0.92

久試験完了後にアクチュエータの応答性試験を行っ式（1）より，推力は式（2）で得られる．

た．
図10に耐久試験前後のアクチュエータを用いて応T・2π・η
P＝――――― ……………………………………（2）L

答性試験を行なった結果を示す．耐久試験後もアクチ試験では，図7に示すように連結部材と固定部の間の低下はなかった．

ュエータの高応答性は保たれ，試験前に対し応答性能にロードセルを配置し，荷重を測定した．

以上により，環境作動耐久試験後のアクチュエータ
が耐久試験前と同等の性能であることを確認した．
-47-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

4. 3 複合腐食試験
複合サイクル試験機内にアクチ

荷重負荷装置ュエータを設置し，塩水噴霧，高温乾燥，高温多湿の環境条件を複移動
アクチュエータ

数回繰り返す試験を行い，耐食性の確認を行った．
図11に複合腐食試験後のアクチ
ュエータの外観を示す．試験後のロードセル

後退端センサアクチュエータ内部に錆などの発生はなく，試験後のアクチュエー

後退端センサタの特性についても問題はなかった．

図9 耐久試験機
Appearance of durability test

5. おわりに
20
15

本稿では高応答性，高推力化に寄与する各種要素技

位

置 mm

10

術を採用した自動車用電動ボールねじアクチュエータ

耐久試験後

5

0.16秒

を紹介した．

0

車両の可動部位の電動化が進む中，制御との親和性

-5

耐久試験前

が高く，モータサイズを小さくできるボールねじ駆動-10を検討するケースが増えており，さらなる市場拡大が-15期待される．

-20
0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

時

間 sec.

0.7

0.8

0.9

1

NTN ではさらにアクチュエータの軽量化および機能向上を図るため，ボールねじを含めた要素部品の改

図10 作動時間測定例
Example of operating time measurement

良に留まらず，センサやモータといった周辺部品の改良にも取り組んでおり，アクチェータの適用拡大を推進していく．

参考文献
1）立石，他 「機械式自動マニュアルトランスミッシ
ョン用ボールねじ」NTN TECHNICAL REVIEW
No.73(2005)
2）数野 「ＶＥＬ用ボールねじユニット」NTN
TECHNICAL REVIEW No.75(2007)
執筆者近影

図11 複合腐食試験後の内部状況
Internal condition after cyclic corrosion test

池田良則

自動車商品本部
自動車技術部

-48-

吉田

平和

自動車商品本部
自動車技術部

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[ 製品紹介 ]次世代電池向け電動ポンプ用樹脂すべり軸受
Plastic Bearings of Electric Pump for the Next Generation Cell

伊 藤 紀 男* Norio ITOH
石 井 卓 哉* Takuya ISHIICO 2排出量削減に向け，次世代電池を搭載した装置の需要が高まっている．
燃料電池コージェネレーションシステム，電気自動車，ハイブリッド車には，電池やモータの冷却システムに，冷却水を循環する電動ポンプが使用されており，軸受には自己潤滑性，耐薬品性に優れ，設計の自由度が高い射出成形可能なベアリーAS5704製すべり軸受が採用されている．本稿ではベアリー
AS5704製すべり軸受の特長，使用例を紹介する．

In order to reduce CO2 emission , apparatuses with the next generation cell are introduced or on
the market. Fuel cell co-generation system ,electric vehicle and hybrid vehicle have electric pumps tocirculate cooling water in the cooling systems for cells and motors. BEAREE AS5704 bearings,whichhave excellent self-lubricity, chemical resistance and high flexibility of designing,are used in theseelectric pumps.
This article introduces the characteristics and applications of BEAREE AS5704 bearing.

1. まえがき
近年，CO2排出量削減に向け，従来の化石燃料を使

ック内を一定温度に維持するための冷却系統(冷却水用しない次世代電池を搭載した装置の需要が高まって循環)に電動ポンプが用いられている．本電動ポンプ

おり，業務，家電分野では燃料電池コージェネレーシ

の必要性能は，高効率，コンパクトであり，マグネッョンシステム，自動車分野では電気自動車，ハイブリ

トドライブ式の遠心ポンプが主流となっている．

ッド車への導入が加速されている．これらの発熱を抑える冷却システムには，冷却水を循環するための電動

2. 2 電気自動車，ハイブリッド車の冷却システム

ポンプが内蔵されている．本稿では電動ポンプに適す

従来の内燃機関を動力とした自動車では，エンジンる樹脂すべり軸受について，使用例を含めて紹介する．

を冷却するラジエータ水の循環に遠心ポンプが搭載されており，エンジンの回転をベルトを介してポンプ主軸に入力しポンプを稼動させている．

2. 各システムでの電動ポンプ

一方，電気自動車ではエンジンがなく，ハイブリッ
ド車ではアイドリングストップ時にエンジンが停止す

2. 1 燃料電池コージェネレーションシステム

1）

燃料電池は水素と酸素の電気化学反応で電気を発生るため，電池あるいはモータなどの冷却系統に電動ポさせるものであり，酸素は空気を利用，水素は都市ガンプが必要となる．この電動ポンプもマグネットドラスなどを改質器などを介して変換し，燃料電池セルス

イブ式の遠心ポンプが主流となっている．

タックにて電気化学反応で電気を発生させる．燃料電
池セルスタックでの反応は発熱反応であり，セルスタ*NTN精密樹脂（株）技術部-49-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

樹脂すべり軸受は，機械加工なしにてインペラと一3. 電動ポンプの構造体成形できる．

一般的にポンプは，水，燃料，潤滑油，有機溶剤，

運転時にはラジアル荷重およびアキシアル荷重が発酸・アルカリなどの液体を移送するために用いられ生し，軸受内径と固定軸，軸受端面とスラスト受が摺る．ポンプには，主に遠心式，容積回転式，容積往復

接する．この樹脂すべり軸受に NTN のベアリーAS

動式の3種類あり，回転軸支持部に軸受が使用される．

5704材が採用されている．

移送される液体が水，酸・アルカリなどの場合，一般

抜け止め（Ｄカット）

的な金属製軸受では腐食の問題が懸念されるため，カーボンすべり軸受や樹脂すべり軸受が使用される 2）．
樹脂すべり軸受は自己潤滑性，耐薬品性に優れており，射出成形材では，形状を含めた設計の自由度が高い利

潤滑溝
（4箇所）

点がある．

3. 1 マグネットドライブ式遠心ポンプ

図2 軸受
Bearing

マグネットドライブ式遠心ポンプの構造を図1に示す．モータ軸に取り付けたマグネットが回転し，磁力によりケーシング中のマグネットと一体化したインペ

4. ベアリーAS5704製樹脂すべり軸受

ラ（羽根車）を回転させることで液体を移送する構造となっている．

4. 1 特 長
ベアリーAS5704製樹脂すべり軸受は，PPS（ポ液体 OUTリフェニレンサルファイド）樹脂に特殊充填剤を配合ケーシングした軸受である．

マグネット
ケーシング

軸受

スラスト受

＜特

長＞

1 水中での摩耗量が汎用PPS製樹脂すべり軸受のモータ軸1/5以下に低減．
液体IN

2ステンレス鋼などの相手材の摩耗損傷が少ない．

モータ

3射出成形品であるため，設計の自由度が高い．
4不凍液，酸・アルカリ液中でも使用可能．

固定軸
インペラ

マグネット

4. 2 一般物性

図1 マグネットドライブ式遠心ポンプの構造
Structure of magnet drive centrifugal pumpベアリーAS5704材の一般物性を表1に示す．
表1 ベアリーAS5704材の一般物性
Basic characteristics of BEAREE AS5704

3. 2 樹脂すべり軸受
従来のマグネットドライブ式遠心ポンプには，カー

試験方法

単

比 重
引張り強さ
伸 び
曲げ強さ
曲げ弾性率

ASTM D792

―
MPa
%
MPa
GPa

要である．一方樹脂すべり軸受は，射出成形の際に軸

線膨張係数

TMA法

1/˚C

受の内径面や端面には潤滑溝を，軸受外径面にはインロックウェル硬さ

ASTM D785

R
スケール

112

ペラからの抜け止め（Ｄカット，突起など）を容易にアイゾット衝撃強さ ASTM D256
（ノッチ式）

J/m

27

項

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インペラとの一体成形が可能であるが，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，衝撃による割れ強度およびコスト面でも改善が必設けることができる（図2）．

目

ASTM D638
ASTM D790※上記値はすべて代表値である．

-50-

位

特性値
1.64
54
0.7
103
10
MD : 2.0×10-5
CD : 4.5×10-5

次世代電池向け電動ポンプ用樹脂すべり軸受

各材料を用いたすべり軸受の性能比較を表3に示

4. 3 各種軸受（樹脂材料）の比較
液中で使用される代表的な樹脂すべり軸受には，フす．ベアリーAS5704製軸受は，PPS樹脂を基材とェノール樹脂系，PTFE(四ふっ化エチレン)樹脂系がしているため，耐薬品性，吸水寸法安定性にも優れて挙げられる．ベアリーAS5704材，カーボン材とのいる．

耐摩耗性を比較するために，水中での摩耗試験を実施

4. 4 PPS樹脂軸受の比較した．試験条件を表2，比摩耗量注）を図3に示す．

ベアリーAS5704材とガラス繊維，炭素繊維，

ベアリーAS5704材の耐摩耗性は最も優れており，カーボン材より低摩耗であった．

PTFE樹脂配合の3種類のPPS樹脂材について，摩擦注）比摩耗量とは，試験前後の摩耗量から算出した単位すべり
距離当たり，単位荷重当たりの摩耗体積を示す．比摩耗量が小さいほど，摩耗量は小さくなる．

摩耗特性の比較試験を表2の試験条件にて実施した．
動摩擦係数の経時変化を図4，比摩耗量を図5に示す.
ベアリーAS5704材の動摩擦係数は最も低く，安定しており，比摩耗量は炭素繊維を配合したPPS材

表2 摩耗試験条件
Wear test condition
項

内

目

試験機
面

の1/5以下であった．試験後の相手材（SUS304）の摩耗深さを測定すると，炭素繊維配合材が約5μm

容の損傷に対し，ベアリーAS5704材では相手材の摩水中リングオンディスク型

圧

耗は認められない（図6，7）．

0.4 MPa

すべり速度

25 m/min（Hv200，0.4μmRa）

相手材

SUS304雰囲気

水中（常温，温度管理なし）

試験時間

50h

ベアリーAS5704
PPS樹脂＋ガラス繊維
PPS樹脂＋炭素繊維
PPS樹脂＋PTFE樹脂

0.6

動摩擦係数

比摩耗量，×10-8mm3/（N・m）

0.8
500
400
300
200

0.4

0.2

100
0.0

0

10

0
ベアリー
AS5704

カーボン

射出成形

耐摩耗性(水中)

◎

○

△

×

耐薬品性

◎

◎

△

◎

吸水寸法安定性

○

×

△

○

衝撃による割れ

○

×

×

○

衝撃時の変形○○○×

設計の自由度

◎

×

○

×

×

○

×

価 格
◎：優

○：良

◎
△：可

機械加工 射出・圧縮成形

比摩耗量，×10-8mm3/（N・m）

表3 各種軸受性能の比較
Comparison of features various bearings

加工方法

40

図4 PPS樹脂軸受の動摩擦係数
Coefficient of dynamic friction of PPS bearings

図3 各種軸受の比摩耗量
Specific wear of various bearings

ベアリー
フェノール樹脂 PTFE樹脂
カーボン
AS5704(黒鉛配合)(黒鉛配合)

30

時間，h

フェノール樹脂 PTFE樹脂（黒鉛配合） （黒鉛配合）

軸受の種類

20

機械加工

500
400

300
200
100

0
ベアリー
AS5704PPS樹脂＋
ガラス繊維

PPS樹脂＋
炭素繊維

図5 PPS樹脂軸受の比摩耗量
Specific wear of PPS bearings

×：不可

-51-

PPS樹脂＋PTFE樹脂50

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

4. 6 ベアリーAS5704材の摩耗曲線
表6に示す試験条件にて，経時的に摩耗量を測定し，摺動部

摩耗曲線図8を得た．試験開始時から50時間までに初期摩耗が認められるが，その後は定常摩耗状態となっており，摩耗量の増加はほとんど認められない．
表6 摩耗試験条件
Wear test condition

1mm

項

図6 ベアリーAS5704の試験後の相手材表面粗さ形状
Surface roughness of mating material after test

目容

水中高速リングオンディスク型

面

1.15 MPa

圧

すべり速度

摺動部

内

試験機

170 m/min

相手材

SUS304（Hv200，0.4μmRa）

雰囲気

不凍液（常温，温度管理なし）

試験時間

500h

摩耗量，μm301mm

図7 炭素繊維を配合したＰＰＳ樹脂の試験後の相手材表面粗さ形状
Surface roughness of mating material after test

20

10

0
0

100

200

300

400

500

時間，h

4. 5 ベアリーAS5704材の限界PV値
表4に示す2つの速度条件にて，各々1時間毎に面

図8 摩耗曲線
Wear curve

圧を1MPa上げ，摩耗量が20μm以上，または摺動面が溶融したときの面圧を限界面圧と判断した．試験
速度と限界面圧から算出した限界PV値を表5に示す．

5. 樹脂すべり軸受を使用する上での注意点

表4 限界PV試験条件
Limit PV test condition
項

目

試験機
すべり速度

内

容

樹脂すべり軸受と相手軸とのすきま設定には，樹脂

水中高速リングオンディスク型

材料の線膨張係数を配慮しなければならない．一般的

100，300 m/min

相手材

SUS304（Hv200，0.4μmRa）

雰囲気

不凍液（常温，温度管理なし）に，樹脂材料の線膨張係数は金属に比較して大きい．
例えば，軸受を一体化したインペラの材質が金属であったり，摺動部の発熱により軸受とインペラに温度差が生じたりした場合，軸受は内径側へ膨張する．従っ

表5 限界PV値
Limit PV valueて，すきま設計を誤ると，相手軸とのクリアランスがすべり速度（V）

限界面圧（P）

限界PV値

100m/min

7 MPa

700 MPa・m/min

300m/min

3 MPa

900 MPa・m/min

なくなり，異常摩耗を発生させる場合がある3）．

-52-

次世代電池向け電動ポンプ用樹脂すべり軸受

参考文献

6. 特殊用途材について

1）田島收：固体高分子形燃料電池（PEFC）の開発状
況2，電機（2004）35
2）林工：機械部品・要素，プラスチックス57巻4号（2006）50
3）NTN株式会社編集チーム：ベアリングがわかる本（2007）154
4）沖芳郎，石井卓哉：水中でのPTFE複合材の摺動特性，月刊トライボロジ13巻12号（1999）48

ポンプは様々な分野(環境)で使用されている．NTN
ではベアリーAS5704材以外にも，用途に応じてPTFE樹脂を基材としたベアリ−FL3700，
FL3642をラインナップしている（表7）．
FL3700は基材，充填剤ともに耐薬品性に極めて優れ，ほとんどの薬品に侵されることがないため，ケ
ミカルポンプ用として採用されている．
食品機械用途では非黒色であることが求められ，淡黄色であるFL3642が採用されている4）．

表7 特殊仕様での軸受
Bearings under special condition
軸

受

基

材

特

長

ベアリーFL3700

PTFE樹脂耐薬品性

ベアリーFL3642

PTFE樹脂 非黒色，食品・飲料水との接触可

7. あとがき
今後，電気自動車，ハイブリッド車の普及が更に進むことで，電動ポンプの需要は拡大することが期待される．ポンプには高効率化，長寿命化，コンパクト化が求められ，樹脂すべり軸受のさらなる機能向上が必要となる．今後も研究・開発を継続し，さらなるすべりのメカニズムの解明を進め，すべり軸受の機能向上を図っていく．今後，低摩擦・低摩耗特性を必要とす
る樹脂すべり軸受の要求は益々増加すると考えられ，本稿が各位の参考になれば幸甚である．

執筆者近影

伊藤

紀男

石井

卓哉

NTN精密樹脂（株）

NTN精密樹脂（株）

技術部

技術部

-53-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[ 製品紹介 ]低トルクローラリフタユニット
Low-torque Roller Lifter Unit

西村雅*

Masashi NISHIMURA

自動車の燃費向上や排気ガス規制の要求が世界的に高まっている中で，自動車メーカでは，
新燃費基準達成のための手段の一つとしてガソリン直噴エンジンの性能向上に取り組んでいる．直噴エンジンに使用される燃料ポンプにおいても，効率向上のため，燃料圧縮時のフリクション低減・高圧化などが求められている．

NTNでは，これらの要求に対応するため，燃料ポンプ駆動用の低トルクローラリフタユニットを開発した．

The demand of fuel consumption improvement and exhaust emissions control to the car has
increased on a global basis in recent years. The automobile companies are working to develop thegasoline direct-injection engine as one of the means to achieve new fuel-efficient target. And there isa demand such as the increase of fuel pressure and reduction of the friction in fuel compression
process in the high-pressure fuel pump used for the direct-injection engine.
Then, NTN has developed Low-torque Roller Lifter Unit to correspond these demands.
This report introduces the feature of the NTN Low-torque Roller Lifter Unit.

表1 2015年度燃費基準（2004年度実績に対する燃費改善率）2)
2015 year fuel-efficient target(Improvement rate compare with 2004)

1. はじめにEUでは，2012年に乗用車1台あたりの平均CO 2

2004年度
実績値

2015年度
推定値

2004年度実績
からの燃費改善率

排出量を現行の20%減となる130g/km以下に削減

自動車の種類する規制の導入を決めている．また，米国では乗用車，

乗用車

小型トラックなどのガソリン消費量を2020年までに小型バス

8.3（km/R）

8.9（km/R）

7.2%

小型貨物車

13.5（km/R） 15.2（km/R）

12.6%

平均40%改善することを目標に掲げるなど 1），自動13.6（km/R） 16.8（km/R）

23.5%

車への燃費向上および排気ガス規制の強化は今後ます
直噴エンジンは，空気のみをシリンダ内に吸入・圧

ます加速すると思われる．
日本でも，2015年度を目標年度とする新しい燃費

縮し，燃料ポンプで高圧化した燃料をシリンダ内に直基準（表１参照）が法制化され，乗用車については目接噴射することが特長であり，吸気管内で生成された

標年度において，2004年度実績に比べて燃費が

空気と燃料の混合気をシリンダ内に吸入する通常のエ

23.5%改善されることになる2）．

ンジン（ポート噴射）に比べ，以下の作用により燃費の向上が可能とされている3）,4）．

このような状況下で自動車メーカは，ハイブリッド
車・電気自動車の開発，ガソリンエンジン車において（1）耐ノック性向上による高圧縮比の実現

は，例えば可変動弁系やアイドリングストップなどの（高出力化）

技術を用いて燃費向上に取り組んでおり，その中の一つの手段としてガソリンエンジンの直噴化が進められ（2）正確な空燃比のコントロールている．

（3）低負荷域でのポンピングロスの削減*自動車商品本部

ニードル軸受技術部-54-

低トルクローラリフタユニット

効率を向上させるために20MPaの圧力で噴射される

2. 直噴エンジン燃料ポンプの周辺構造とローラリフタユニットの適用箇所ものもあり5），今後，燃料の高圧化はさらに進むと予想される．

図1にローラリフタユニットの外観，図2に直噴エ

燃料高圧化により，リフタへの負荷は大きくなるた

ンジンの燃料ポンプ部周辺の構造図，図3にローラリ

め，特にカムとの接触面がすべりとなる従来のタイプ

フタユニットの適用箇所を示す．

のリフタではフリクション増大による燃費の悪化が懸念される．

ローラリフタユニットは，直噴エンジンの燃料ポンプ駆動部において，カムとの組み合わせにより，エンまた，燃料高圧化のためには，リフタの耐荷重性向

ジンからの回転運動を往復運動するプランジャへ効率

上はもちろんのこと，カムによる圧縮回数の増加（カ良く伝える部品である．

ム回転速度の上昇，カム山数の増加），カムリフト量

従来はカムとの接触部がすべりとなるタイプが使用の増加などが必要となり，その結果，ベース円寸法がされていたが，カムとの接触による摩擦損失低減やカ同じであればカムの外周長が長くなることから軸受にムの高回転化のために，転がりタイプのローラリフタ

おいては，特に高速化への対応が必要とされる．

ユニットが一部の自動車メーカで採用されている．
通常，直噴エンジンでは4〜13MPa程度の圧力で燃料が噴射されるが，一部のエンジンではさらに燃焼

燃料ポンプ

図1 ローラリフタユニットの外観
Appearance of roller lifter unit

図2 直噴エンジン燃料ポンプ部周辺の構造
Direct injection engine, fuel pump

ローラリフタユニット
燃料ポンプ

相手ガイド穴
吸気カムシャフト

燃料ポンプ駆動用カム

図3 ローラリフタユニットの適用箇所
Application of roller lifter unit

-55-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）ころタイプと同等以上の仕様とした．

3. NTN低トルクローラリフタユニットの構造と特長さらに，ケース各部の肉厚を最適化し，必要な強度を確保しつつ軽量化を図ることで往復運動時の慣性力を低減させ，高速運転時のカムへの追従性向上を図っ

前述のように，従来はカムとの接触部がすべりとなた．

るタイプのリフタが使用されていたが，摩擦損失低減

図4にNTN低トルクローラリフタユニットの仕様をのため転がりタイプの軸受を用いたローラリフタユニ

示す．

ットが一部の自動車メーカで採用されており，耐荷重
性や寿命の面で優れた総ころタイプ ※1 を適用している．しかし，カムからの断続的な荷重やローラリフタ

4. 性能評価ユニットと相手ガイド穴とのすきまにより発生する傾きの影響で，ころのスキューに起因する軸受の横走り

燃料の高圧化により，リフタへ負荷される荷重が大が発生し，発熱や回転トルクが増大するなどの課題がきくなることから特にカムとの接触面がすべりとなるあった．

従来タイプのリフタではフリクションが増大し，燃費の悪化などが懸念される．また，燃料の高圧化のためNTNでは軸受部の横走りを抑制するため，保持器付にリフタには高速耐久性が求められる．

きタイプを採用し，ころのスキューの発生を抑え，軸受部の回転トルクを低減させると共に，高速耐久性を

そこで性能評価として軸受のトルク測定や温度上昇向上させた．また， NTN独自の熱処理技術であるFA

試験などを実施した．ここでは，その評価結果の一部処理などの適用により長寿命化を図り，計算寿命で総を紹介する．

【外輪】
【ころ】
FA処理

30

【保持器】
※2
【回り止めピン】【軸】
特殊高周波熱処理
中空（軽量化）
φ26【ケース】

軸受部サイズ：内径φ8×外径φ16×幅18

図4 NTN低トルクローラリフタユニットの仕様
Specification of NTN low-torque roller lifter unit

※1

総ころタイプとは軸受に保持器を用いない構造であり，ころ本数を多く設定できるため定格荷重が大きいが，ころが保持器によって案内されていないため，ころのスキューが起こりやすいなどの問題がある．

※2 回り止めピンは相手ガイド穴に設けられた溝に沿って摺動し，ローラリフタのケース周方向への回転を防止する．

-56-

低トルクローラリフタユニット

4. 1 トルク測定

4. 1. 2 トルク測定結果

従来のすべりタイプリフタおよび総ころタイプのロ

図6にトルク測定結果を示す．

ーラリフタユニットに対し，保持器付きタイプである

NTN低トルクローラリフタユニットの仕様である保

NTN低トルクローラリフタユニットの摩擦損失低減効

持器付きタイプでは，すべりタイプリフタに対し起動

果を確認するため，軸受部のトルク測定を実施した．

トルクで85%，回転トルクで73〜86%の低減効果を確認した．また総ころタイプに対しても，各条件に4. 1. 1 トルク測定条件

おいて8〜29%の低減効果を確認した．

表2にトルク測定条件，図5に測定装置の概要図を示す．

回転トルク（負荷荷重 500N）
回転トルク（保持器付きタイプ）
回転トルク（すべりタイプリフタ）
トルク比（対 すべりタイプリフタ）

0.8

0.6

0.6

0.4

0.4
0

1000

3000

6000

軸受回転速度

回転トルク（総ころタイプ）
トルク比（対 総ころタイプ）

回転トルク（保持器付きタイプ）
回転トルク（すべりタイプリフタ）
トルク比（対 すべりタイプリフタ）

1

1.4
1.2

0.8

0.6

0.6

0.4

0.8

1

0.4

0.2

0.2
0

1000

3000

6000

軸受回転速度

9000

min-1

荷重
保持器付きタイプ

起動トルク
モータ

0

回転トルク（負荷荷重 1000N）※3 すべりタイプリフタについては、カムとの接触面が平らな円筒形のタペットのため、径と高さ寸法を示す。
※4 転がり軸受（保持器付きタイプ，総ころタイプ）の外輪回転速度を示す。
すべりタイプリフタについては、転がり軸受の測定時と同等の回転速度で駆動ロールを回転させて測定。
※5 外輪外径に駆動ロールを接触させて、駆動ロールの回転に追従し、外輪を回転させる試験方法。（実機：外輪回転で使用）

測定サンプル

9000

min-1

N・m

潤 滑

潤滑油：動粘度0W-20のエンジンオイル
潤滑温度：常温
給油方法：はねかけ（油面レベル: 駆動ロール軸芯）

0.2

0.2

回転トルク

軸受回転速度

1000min-1，3000min-1，6000min-1，9000min-1
起動トルクは0 ⇒ 3000min-1への立ち上げ時の値を測定（外輪回転 ※5）

※4

0.8

1

500N，1000N （起動トルクは500Nで測定）

荷重条件

1

1.2

トルクメータ

総ころタイプ
すべりタイプリフタ

駆動ロール

図5 測定装置の概要図
Diagrammatic illustration of test machine

N・m

温度測定位置（軸端面）

1.2

起動トルク

1.4

0.8

1
0.6
0.4
0.2
0

図6 トルク測定結果
Result of rotational torque measurement

-57-

0

保持器付きタイプトルク比

測定サンプル・転がり軸受（保持器付きタイプ）
サイズ：内径φ8×外径φ16×幅18・転がり軸受（総ころタイプ）
サイズ：内径φ7.67×外径φ16×幅16・すべりタイプリフタ
サイズ：径φ30×高さ25 ※3

1.4

N・m

トルク測定機（外輪回転試験機にトルクメータを加えたもの）

回転トルク

測定装置

回転トルク（総ころタイプ）
トルク比（対 総ころタイプ）

保持器付きタイプトルク比

表2 トルク測定条件
Rotational torque measurement conditions

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

4. 2 温度上昇試験

4. 3 軸受寿命試験

総ころタイプのローラリフタユニットに対し，保持NTN 低トルクローラリフタユニットの軸受部は保器付きタイプであるNTN低トルクローラリフタユニッ

持器付きタイプのため，総ころタイプに対してころ本

トの高速耐久性を確認するため，軸受の温度上昇試験

数が減少し，負荷容量が低下するため，寿命が低下すを実施した．

る．そこで，NTN低トルクローラリフタユニットでは寿命の低下を補うために，3項で述べたように，ころ4. 2. 1 温度上昇試験条件にFA処理・軸に特殊高周波熱処理を実施している．
これらの長寿命効果を確認するために，軸受部の寿命

表3に温度上昇試験条件を示す．

試験を実施した．
表3 温度上昇試験条件
Temperature-rise test condition
試験装置

外輪回転試験機（図5参照）

試験サンプル・転がり軸受（保持器付きタイプ）
サイズ：内径φ8×外径φ16×幅18・転がり軸受（総ころタイプ）
サイズ：内径φ7.67×外径φ16×幅16

4. 3. 1 軸受寿命試験条件
表4に寿命試験条件を示す．

表4 寿命試験条件
Life test conditions

荷重条件

P/C=0.22*転がり軸受（保持器付きタイプ）に対し試験装置

外輪回転試験機（図5参照）

軸受回転速度4500→9000→13500→18000→22500→27000→
31500→36000min-1の8ステップ（外輪回転）測定サンプル・転がり軸受（保持器付きタイプ）
サイズ：内径φ8×外径φ16×幅18

潤 滑

潤滑油：動粘度0W-20のエンジンオイル
潤滑温度：常温，潤滑量：150ml/min
給油方法：循環給油

荷重条件

P/C=0.22

軸受回転速度

28000min-1（外輪回転）

潤 滑

潤滑油：動粘度0W-20のエンジンオイル
潤滑温度：常温，潤滑量：150ml/min
給油方法：循環給油

JIS計算寿命

97h（参考）総ころタイプの場合，計算寿命は203h

4. 2. 2 温度上昇試験結果
図7に温度上昇比較結果，図8に転がり軸受（総ころタイプ）の試験後の焼付き状況を示す．
総ころタイプは18000min -1で軸受の横走りによる焼付きが発生したのに対し，NTN低トルクローラリ
フタユニットの仕様である保持器付きタイプでは36000min -1 まで運転しても焼付きは発生しない．
したがって，保持器付きタイプの高速耐久性は，総ころタイプに比べ2倍以上であることを確認した．

総ころタイプは18,000min-1で焼付き発生

温度上昇 ˚C

60
50

保持器付きタイプ
総ころタイプ

40
30
20
10
0

4,500

9,000

13,50018,000 22,500 27,000

31,500 36,000

軸受回転速度 min-1

図8 試験後の幅面焼付き状況（総ころタイプ）
Appearance of test sample

図7 温度上昇比較結果（保持器付きタイプvs総ころタイプ）
Comparison of temperature-rise-58-

低トルクローラリフタユニット

4. 3. 2 軸受寿命試験結果

5. おわりに

図9に試験結果を示す．
ころにFA処理，軸に特殊高周波熱処理を実施した

本稿では NTN 低トルクローラリフタユニット，お結果，基本定格寿命は1370hとなり，JIS計算寿命

よびその技術を紹介した．

（97h）に対して14倍の寿命を有していることを確認

燃費改善の手段である直噴エンジンの市場は，今後した．

ま す ま す 拡 大 す る こ と が 予 想 さ れ る ． NTN で は ，エンジンの平均回転速度を3000min-1（ローラリ

NTN低トルクローラリフタユニットの市場展開ととも

フタユニット軸受部の平均回転速度7500min-1相当に，さらなる高機能化を推進していく．

※6），負荷される平均荷重を1000N※7と仮定した場

合，上述したJIS計算寿命の14倍を適用すると，ローラリフタユニットの軸受寿命は5×104hとなり，27年の寿命に相当する※8．乗用車の耐用年数を15年と参考文献仮定すれば本軸受は耐用年数を十分満足している．

1）（社）日本自動車工業会ホームページ
2）国土交通省ホームページ
3）安藤弘光『ガソリン直噴エンジンの技術展望』エンジンテクノロジーレビュー，Vol.1 No.1
April2009，pp18〜23（2009）4）瀬名智和・桂木洋二，エンジンの科学入門，初版 ，グランプリ出版，pp173〜183（1997）5）筒内直接噴射，カーメカニズム大全 エンジン編，

カム回転速度1500min-1相当，カム外周長を軸受外周長の5

※6

倍と仮定
※7 燃料圧力13MPa，ポンププランジャ径φ10と仮定

累積破損確立 %※8 乗用車の一日の平均使用時間を5hと仮定

95
90
80
70
60
50
40
30
20

2009年8月臨時増刊，pp111〜115（2009）

10
5

8

9

1
103

1.5

2
103

2.5

3

寿命時間 h

図9 寿命試験結果
Life test result

執筆者近影

西村

雅

自動車商品本部
ニードル軸受技術部-59-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[ 製品紹介 ]自動車用省資源仕様ハブベアリング
Hub Bearing for Automobiles for Saving Resources

平井功*

Isao HIRAI

地球温暖化などの環境問題と資源の有効利用が自動車用部品においても要求されている．
本稿では，これらの要求に応えるため，従来品よりも軽量，かつ加工時の材料歩留
り向上により材料使用量を削減した「自動車用省資源仕様ハブベアリング」を紹介する．

Automotive parts are being requested reaction to environmental issues such as global warming,and to effective use of natural resources.
This article introduces "Hub bearing for automobiles for saving resources" in order to meet thesedemands, to designed achieving lighter than conventional products and reducing the amount ofmaterials used to improve the yield in the material during processing.

1. まえがき

2. 構造と特徴

環境問題の一つに地球温暖化があり，近年，この影「自動車用省資源仕様ハブベアリング」は，自動車

響と思われる災害が世界各国で問題となっている．地の従動輪用（前輪駆動車では後輪にあたる）の3世代

球温暖化防止のためには温室効果ガス（主に二酸化炭

ハブベアリングをモデルケースとして開発を行なっ

素（CO2））の排出量削減が必要であり，自動車業界た．その際，以下を目標とした．

においても走行時のエネルギー削減に繋がる軽量化や¡従来品との取付互換性を有する

低フリクション化，製造時の材料使用量削減などの要¡従来品比10%以上軽量化する

求が急速に高まっている．

¡ 質量の割合の高いハブ輪と外輪の材料使用量を20%以上削減する

NTN においても，地球環境との共生を最重要課題とし，以前より各種部品の軽量化，低フリクション化¡特殊な材料や熱処理を使用せず，転がり疲れ寿命，に取り組んでいる．本稿では自動車の足回り用部品で強度，剛性などの機能は従来品と同等以上とする¡生産コストは従来品と同程度とするあるハブベアリングについて，機能・特性面で従来品

これらの目標を達成するため，製造面では鍛造加工と同等以上とし，材料使用量を削減した「自動車用省技術を向上し，設計面ではFEMなどの構造解析を活資源仕様ハブベアリング」を紹介する．

用した．機能を維持しつつ鍛造時の材料廃棄量と機械加工部分を削減する形状設計により，製品の軽量化と共に材料使用量の削減を達成した．

*自動車商品本部

アクスルユニット技術部-60-

自動車用省資源仕様ハブベアリング

これら材料歩留りの向上とハブ輪の軽量化とを両立

2. 1 ハブフランジ
従動輪用3世代ハブベアリングの形状例を図1に示させるため，図5に示す形状とした．本形状決定に際す．回転体となるハブ輪には，ホイールとブレーキデ

してはFEM解析を利用し，強度と鍛造成形性についィスクの取付部となるハブフランジが設けられていての最適化を行なった．具体的には，外径部分に大きる．従来，ハブフランジは図2に示す丸形状が多く用な半径Rの凹部を設けることで，外径凸部の鍛造時のいられ，軽量化のために図3に示すフランジ部に軽量成形性を改善し，かつ，旋削工程で加工性を悪化させ化穴を設けた製品，もしくは図4に示す十字形状の異る断続切削となる部分が少なくなる形状としている．

形フランジ形状の製品が存在する．
ハブ輪は，鋼材丸棒の材料素材から鍛造，旋削，熱処理，研削などの工程を経て部品として完成する．この鍛造工程に投入した鋼材の質量に対する完成部品の質量の割合が，材料歩留りである．
前述の軽量化穴は鍛造時に打ち抜いており，軽量化

軽量化穴の反面，材料歩留りは低下していた．また，異形フランジとした場合には，鍛造時の成形性の面から，所定より大きな形状に鍛造後，所定形状に打ち抜いており，歩留り低下の原因となっていた．
ハブボルト挿入孔

図3 ハブフランジの軽量化穴Lighter holes in hub flange

ハブボルト
外輪

異形フランジ

転動体

ハブフランジ

ハブ輪

内輪

ハブパイロット

外輪パイロット

図1 従動輪用3世代ハブベアリングの構造
Structure of Gen3 hub bearing for non-driven wheel

図4 十字形状ハブフランジ
Cross shaped hub flange

外輪フランジ

外径凹部

ハブフランジ

ハブフランジ

外径凸部

図5 ハブベアリング開発品形状
Shape of developed hub bearing

図2 丸形状ハブフランジ
Round shaped hub flange-61-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）必要となるなどの問題点が考えられた．そこで，図8

2. 2 ハブパイロット
ホイールとブレーキディスクを取り付ける際のガイに示すように鍛造加工によりパイロットの周方向端部

ドとなるハブパイロットが，ハブ輪に設けられている．

に斜面を設けることで，加工具とパイロット部が接触

ハブパイロットは従来，図6に示すように外径部を機する際の衝撃の緩和，およびバリ発生の抑制を図り，械加工し円筒状としていた．また，機械加工により除加工具寿命を改善し，加工工数増加を抑制した．また，去された部分は切り粉として廃棄されていた．

図7に示すように，ハブフランジ外径凹部と同位相位

本開発では，軽量化とともに機械加工によって除去

置上にパイロットを設けることで，ハブフランジ外径される部分を削減するため，従来円筒状であったパイ凸部と凹部の断面積の差を縮小でき，鍛造成形性も改ロット部を，図7に示す鍛造で成形した爪形状の断続善した．

ハブパイロットとした．
パイロットの断続形状は，軽量化および機械加工面

断続ハブパイロットの削減による材料歩留りの向上にはなるが，断続切削になるため旋削加工具の寿命低下につながる．また，
角部が多くなるためバリ除去を目的とした面取加工が

周方向端部に斜面を設ける

図8 ハブパイロット部断続切削の対策
Measure for intermittent cutting of hub pilot

2. 3 外輪パイロット

ハブパイロット

ハブベアリングを車体（サスペンション）に取り付

図6 従来のハブパイロット例
Example of conventional shaped hub pilot

ける際に車体との締結部となる外輪には，ガイドとなる外輪パイロットが設けられている．
外輪パイロット部も，機械加工面の削減と軽量化のために断続形状とした．しかし，ハブパイロットと異断続ハブパイロット

なり，外輪パイロット内径部にはハブベアリング内部
への水や埃の侵入を防止するためのシールが装着される．そこで，図9に示すように内周部は連続とし，外周部のみ断続化した．
ただし，取付精度の向上および泥水の侵入によるフランジ面の腐食を抑制するため，外輪パイロットのフランジ近傍は連続する加工面とした．断続切削となる箇所にはハブパイロットと同様に，加工具の寿命改善のため，外径に対し傾斜させた鍛造面を採用した．
外径凸部

外径凹部

パイロット外周の機械加工面となる箇所は，図9に示すようにフランジの外径凸部と同位相に設けた．こ図7 断続ハブパイロット
Discontinuous shaped hub pilot

れは，ハブベアリングの車体への取付け易さ，強度・-62-

自動車用省資源仕様ハブベアリング

外径凸部

外周機械加工面

3. 評価試験
これまでに述べた軽量化，材料使用量削減項目を盛り込んだ「自動車用省資源仕様ハブベアリング」について，FEM解析による机上検討だけでなく，下記5項目について試作品による台上評価試験を行い，機能面で従来品と同等であることを確認した．
1軸受の転がり疲れ寿命：旋回荷重寿命試験

断続外輪パイロット

2ハブフランジの疲れ強さ：疲労強度試験

拡大

シール

3ハブベアリングの剛性：剛性測定
4ハブベアリングの強度：静強度試験
5異形フランジの回転釣合い：アンバランス測定

外周部

3. 1 旋回荷重寿命試験
旋回荷重寿命試験の結果を表1に示す．転がり疲れ

内周部

寿命は目標の定格寿命に対し6倍以上あり，十分な耐久性を確認した．
フランジ近傍に全周加工面

表1 旋回荷重寿命試験結果
Results of durability test with curving moment

図9 外輪パイロット
Shape of outer ring pilot

対

象

結

開発品

果

定格寿命比6倍以上剛性向上を狙ったものであり，外輪フランジの張り出
しが小さいため，前項に示した鍛造成形性の改善より，

3. 2 疲労強度試験

こちらを優先することができた．

表2に示すハブフランジの疲労強度試験では，目標回転数以上を運転した．従来品以上の運転時間でもハ2. 4 軽量化および材料使用量削減

ブフランジには破損は認められず，十分な疲労強度を

上記の材料使用量削減・材料歩留りの向上により，有することを確認した．

従来設計品と比較し，ハブベアリングとして約10%

表2 疲労強度試験結果
Results of fatigue strength testの軽量化，ハブ輪と外輪の材料使用量合計は約20%の削減となった．また，加工に伴う材料の廃棄量もハ

対

ブ輪と外輪の合計で約30%の削減となった．

象

結

果

開発品

目標回転数比1.9倍以上
フランジ破損なし

従来品

目標回転数比1.7倍以上
フランジ破損なし

3. 3 剛性測定
表3に剛性測定結果を示す．開発品のハブフランジ部の剛性は，従来品とほぼ同等である．
表3 剛性測定結果
Measurement of stiffness with curving moment
対

-63-

象

ハブフランジ傾き剛性

開発品

21

従来品

22

kN/˚

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

3. 4 静強度試験

4. あとがき

静強度試験では，縁石への側面衝突を想定した旋回
横G=2.0の負荷で破損なきことを目標値とした．表4

二酸化炭素の排出量削減に貢献する取組みとして，に示すように開発品は目標を満足し，従来品と同等の設計改良による軽量化とともに，鍛造加工技術の向上

強度を有することを確認した．

による材料使用量の削減を図った．
使用車両・使用箇所によって仕様が異なるため，本表4 静強度試験結果
Result of static strength test
対

象

稿で紹介した全ての検討項目が適用できるとは限らないが，随時適用を進めていく．NTNでは今後，既に開破損時荷重の相当旋回横G

開発品

2.4

従来品

2.4

発済である「高密封・低トルクシール内蔵ハブベアリ
ング」などの既存技術と本稿の「自動車用省資源仕様
ハブベアリング」の技術を融合することで，ハブベア
リングの軽量化および低フリクション化を推進し，自動車走行時の消費エネルギー削減に貢献するととも

3. 5 アンバランス測定に，環境対応の要求に応える新たな技術開発を行ってハブ輪の異形フランジ形状が，回転バランスに及ぼいく．

す影響を確認するため，アンバランス測定を行った．
その結果はJIS B 0905のG16以上であり，自動車用車輪の釣合い良さのJIS推奨値：G40を十分満足した．

参考文献
1）柴田清武，乗松孝幸，NTN TECHNICAL REVIEW
No.75（2007）p29

これらの結果より，「自動車用省資源仕様ハブベアリング」は従来品と同等の機能を有することが確認できた．これら機能面と製造面について，開発品と従来品の比較イメージを図10に示す．

開発品
従来品

軽量化
回転バランス

省投入材料

強度

省廃棄材料

コスト

剛性
寿命

執筆者近影

良

図10 比較イメージ
Image for comparison

平井功

自動車商品本部
アクスルユニット技術部-64-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[ 製品紹介 ]Vシリーズハブジョイント
V-series Hub Joint梅木田
光* Mitsuru UMEKIDA淺 野 祐 一** Yuuichi ASANO
車両の燃費向上のため，自動車部品に対する軽量化の要求が高まっている．
NTNでは，これらの要求に応えるべくハブベアリングおよび等速ジョイン
トの軽量化開発を行ってきた．
本稿では，ハブベアリングと等速ジョイントをNTN独自技術であるプレス
カット接合でモジュール化することによって軽量化した「Vシリーズハブ
ジョイント」を紹介する．

To improve the fuel efficiency, lightening weight for axle units is required.
NTN has developed various products of hub-bearing and CV joint to meet this requirement.
This report introduces “V-series hub joint” which is integrated hub-bearing and CV joint by NTN
original press-cut fitting. This product meets the lighter weight by integration of hub-bearing and CV
joint.

での補修性を考慮し，分離可能な構造とした「分離型」

１．まえがきの2種類を開発した．
本稿では，プレスカット接合および「一体型」と

近年，地球温暖化などの環境問題により，温室効果「分離型」の構造について説明する．

ガスの一つであるCO2排出量削減が最重要課題となっている．自動車業界では二酸化炭素排出量を削減する

2. 1 従来の結合方法

ため，燃費の良い車両の開発が進められ，最近ではハ

従来のH/BとCVJの結合方法について説明する．

イブリッド車の需要拡大が進んでいる．
本稿では，ハブベアリング（以下H/B）と等速ジョ

図1に従来のセレーション嵌合の構造を示す．CVJ外

イント（以下CVJ）をプレスカット接合と称するNTN

輪ステム外径部およびH/Bの内径部には，セレーショ

独自技術である接合法によりモジュール化することでンが設けられ，双方が嵌合することでトルクを伝達し客先での組立性・生産性を向上させるとともに，従来ている．また，CVJ外輪ステム先端ねじ部にハブナッ

品に対し12％の軽量化を達成したVシリーズハブジ

トを締結することで両者が固定されている．
CVJからH/Bへのトルク伝達は，セレーションのョイント（以下VシリーズH/J）について紹介する．

歯面接触部で行われるが，双方の加工精度（歯のピッチ相互差）を考慮すると両者を密着嵌合させることは

2. 構造と特長

困難で，図2に示すように歯面すきまにバラツキが発生し，円周方向ガタが存在する．

ハブジョイント（以下H/J）とはH/BとCVJとを一体化した製品で，プレスカット接合を適用したもの

嵌合時の円周方向ガタ防止対策として，CVJ側セをVシリーズH/Jと称している．NTNでは，Vシリー

レーションに捩れ角を設ける方法があるが，セレーシズH/Jとして最軽量設計を行った「一体型」と，市場

ョン軸の先端側と根元側で片当たり状態となることに**自動車商品本部 アクスルユニット技術部**自動車商品本部 等速ジョイント技術部-65-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

加え，歯のピッチ相互差の影響で，歯全面で荷重を受2. 2 プレスカット接合

けることができない．

従来方式では，CVJおよびH/B双方にセレーショ

上述したように，従来方式ではセレーション全体でン加工を行っているのに対し，プレスカット接合ではトルクを受けることができず，セレーション嵌合長を図3に示すようにCVJ外輪ステムのみに特殊セレーシ

あらかじめ大きくしておく必要があった．

ョン（凹凸溝）を設け，接合前のH/Bの内径は円筒形状としている．
CVJ外輪ステムは熱処理により硬化しているが，CVJの外輪ステム外径部およびH/Bの内径部に設けたセレーションが嵌合

H/Bの内径は非硬化とし，両者に硬度差を設けている．
このため，接合時にはCVJ外輪ステムのセレーション
でH/Bの内径部にセレーションを形成することにな
る．NTNでは，この接合方法をプレスカット接合と称

H/B

している．
プレスカット接合の際，H/Bの内径面は弾性変形を伴って切削されているため，CVJの外輪ステムの凸部とH/Bの内径に形成される凹部は，締代をもって嵌合する．このことから，接合部に予圧が付与され，図4に示すように双方が密着嵌合した状態となる．
このため入力トルクを全ての歯，かつ歯面全域で均
ハブナットによる固定

CVJ外輪ステム

一に受けるため，許容トルクが増大し，従来と比較してセレーション嵌合長の大幅短縮が可能となる．

図1 セレーション嵌合（従来方法）
Fitting by serration (previous method)【CVJ外輪ステム】
・特殊セレーション（凹凸溝）
・熱処理により硬化【H/B内径面】
・円筒形状（接合前）・非硬化（未熱処理）

図3 プレスカット接合（接合前）
Press cut fitting (before fitting)
歯面すきまセレーション境界

歯面すきまにバラツキ有歯面すきま無し

図2 歯面の接触状態（従来方法）
Contact condition of teeth (previous method)

図4 歯面の接触状態（プレスカット接合）
Contact condition of teeth (Press cut fitting)-66-

Vシリーズハブジョイント

2. 3 Vシリーズハブジョイントの構造
プレスカット接合を用いたVシリーズH/Jには「一体型」と「分離型」があることを前述した．下記にそれぞれの構造について説明する．
ステム先端加締部
外輪バック面

2. 3. 1 一体型 H/J「一体型」では，H/BとCVJを一体化することで軽量化を図っている．図5にＶシリーズ一体型H/Jの断面図を示す．
揺動加締部

前述の通り，接合部は密着し，予圧が付与された状態のため，使用時は分離しない．しかし，抜けに対す

図5 Vシリーズ一体型H/J
V-series H/J (Non-separable type)

る予防策として，「一体型」ではCVJ外輪ステム先端を加締めてCVJとH/Bを固定している．
VシリーズH/Jは，従来品に対しセレーション嵌合長を短縮化したことと，固定用ハブナットが不要とな【一体型の構造と特長】

ることから軽量化が可能となる．

一体型の構造と特長を図6に示す．

従来の嵌合方法（図1）ではCVJからH/Bにトルク

1プレスカット接合…H/BとCVJのセレーション歯が入力されたとき，H/Bの揺動加締部とCVJ外輪バ面接触部にすきま無し

ック面の接触部において急激な滑りが発生した場合，

2H/Bの外輪ナックル取付用フランジ無し…圧入固定

スティックスリップ音と呼ばれる異音が発生することして軽量化がある．スティックスリップ音防止には，接触部の低3ハブパイロット無し…軽量化（図6フランジ外径A

面圧化が有効である．

部がパイロット）

プレスカット接合は，従来構造と異なり接合部自体

4H/B-CVJ接触部低面圧化…スティックスリップ音に抜け耐力を有し，プレスカット接合時の軸方向押付防止構造

力をコントロールできるため，接触部の面圧低減が可能となる．このため，本接合方式はスティックスリッ

5VシリーズCVJ

プ音の発生防止にも有効である．

6ステム軸端加締

6ステム軸端加締
1プレスカット接合
4H/B−CVJ接触部低面圧化

5VシリーズCVJ
A部

2H/B外輪フランジ無し

3ハブパイロット無し

図6 Vシリーズ一体型H/Jの構造と特長
Structure and characteristics of V-series H/J Non-separable typeÅr

-67-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

前述の通り，プレスカット接合部は予圧状態のため，

2. 3. 2 分離型 Ｈ／Ｊ
H/JはH/BとCVJを一体化した製品であるが，市

H/BとCVJを従来品のように簡単に分離できない．

場での補修を考慮し，分解・再組立が可能な「分離型」

また，再組付も同様である．そこで，以下に「分離型」の構造を図7と図8に示す．

の分解方法と再組立方法を記載する．

H/BとCVJの分離を可能にするため，CVJ外輪ス＜分解方法＞

テムの軸端加締ではなく，ボルト締結を採用している．
なお，本ボルトは再組立時に，CVJ外輪ステムを

図9に示すようにCVJ外輪ステムのタップ穴にボルH/Bの内径部へ引込むときにも使用する．そのため，

トを装着し，プーリ抜きをH/Bに固定する．ステム押H/Bに内壁を設け，CVJ外輪ステム中心部にボルト

出しボルトを回転させ，CVJ外輪ステムを押出すこと締結用のタップ穴を設けている．

で，分解可能となる．

本構造とすることで，必要に応じてH/BとCVJの分解・再組立が可能となる．
ステム押出しボルト

ボルト
プーリ抜き

図9 分離型の分解方法
Separate method of separable type

H/B内壁

タップ穴

図7 Vシリーズ分離型H/J
V-series H/J (Separable type)

ステム引込みボルト
プレスカット接合

再組立時位相合せ用ガイド溝

図8 Vシリーズ分離型H/Jの構造と特長
Structure and characteristics of V-series H/J (Separable type)-68-

Vシリーズハブジョイント＜再組立方法＞（2）両振り捩り疲労強度試験（一体型）

プレスカット接合部は，密着嵌合で予圧を有してい両振り捩り疲労強度試験の結果を図12に示す．

るため，一旦分離するとCVJ外輪ステム凸部とH/B

CVJの作動角を0˚と43˚のサンプルで評価した．両凹部の周方向位相合せができない．そこで，図10に者とも目標の繰返し数を満足し，十分な耐久性を有す

示すようにH/Bの内径入口部に位相合せ用ガイド溝をる．

設けている．なお，H/Bのガイド溝は，CVJ外輪ス（3）静捩り強度試験（分離型）

テムのセレーションより一回り大きな径としている．
再組立時に，CVJ外輪ステムをH/Bのガイド溝に分離型の静捩り強度試験の結果を図13に示す．

セットし，ステム引込ボルトを規定トルクまで締付け

分解/再組立品での静捩り強度を評価した．分解・ることで再組立が可能となる．

再組立を実施したサンプルでも強度劣化は無く，十分な強度を有した．

H/B：ガイド溝
静捩り強度

破損トルク

CVJセレーション
再組立時位相合せ用ガイド溝

目標値
圧入代規格
プレスカット圧入代

図11 一体型の静捩り強度試験結果
Static torsional strength test

両振り捩り疲労強度
ステム引込みボルト
θ＝0°
負荷トルク

図10 分離型の再組立方法
Re-assemble method of separable type

目標値

θ＝43°

3. 機能評価試験
繰返し数

プレスカット接合部の要求機能は，CVJからH/B

図12 両振り捩り疲労強度試験結果
Bi-directional torsional fatigue strength test

への伝達トルクに対する静捩り強度と捩り疲労強度お
よびCVJの高角時の曲げモーメントに対する耐久性である．

静捩り強度：分離型評価試験では，プレスカット接合部に対して十分大破損トルク

きな静捩り強度を持つCVJを使用し，プレスカット接合部を破損させる条件で試験を実施している．

（1）静捩り強度試験（一体型）

目標値

一体型の静捩り強度試験の結果を図11に示す．
分離/再組立無し

圧入代（CVJの外輪ステムのセレーション大径とH/Bの内径の差）規格内で目標値を満足し，十分な強分離/再組立
１回品

分離/再組立５回品

図13 分離型の静捩り強度試験結果
Static torsional strength test (Separable type)度を有する．
-69-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

4. あとがきH/BとCVJを NTN独自技術であるプレスカット接合で一体化することで，軽量化を達成したVシリーズ
ハブジョイントを開発した．本Vシリーズハブジョイ
ントには最軽量設計の「一体型」および補修を考慮した「分離型」の2種類それぞれの構造・特徴を紹介した．今後，本技術を応用し，ハイブリッド車および電気自動車用のコーナーモジュール商品の開発に取組ん
でいく．

執筆者近影

梅木田

光

自動車商品本部
アクスルユニット技術部

浅野祐一

自動車商品本部
等速ジョイント技術部-70-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[ 製品紹介 ]超高負荷容量円すいころ軸受
Extreme High Load Capacity Tapered Roller Bearings

標準設計

上野
崇* Takashi UENO
松 下 知 樹* Tomoki MATSUSHITA

超高負荷容量設計

自動車の燃費向上を目的として，トランスミッションおよびデファレンシ
ャルギヤ用に，極限までころ本数ところ長さを増加して負荷容量を向上させた超高負荷円すいころ軸受を開発した．
本稿では，開発品の構造，性能について紹介する．

NTN developed an “Extreme high load capacity tapered roller bearing” so that the fuel cost of the
car might improve. This new bearing has improved capacity by increasing it to the number and lengthof roller. This bearing is used for the transmission and differential gear. It is introduced design andperformance of “Extreme high load capacity tapered roller bearing”.

1. まえがき2. 超高負荷容量円すいころ軸受の構造

地球温暖化防止および大気環境改善に対する関心が従来の高負荷容量円すいころ軸受は保持器と外輪と世界的に高まる中，日本では排ガス規制が強化され，のすきまを小さくし，保持器のピッチ円径を大きくす

2015年までに2004年比で平均23.5％燃費向上のることで，保持器柱幅のスペースを確保し，ころ間す

目標値が設定された1）．燃費向上への取組みを加速さ

きまを狭めて総ころとほぼ同等のころ本数としたもの

せている中で，トランスミッションおよびデファレン

である．

シャルギヤでは使用油の低粘度化や小型軽量化による今回開発した超高負荷容量円すいころ軸受（図1右）

フリクション低減の検討が進められており，軸受におは本構造に加えて樹脂製保持器を採用し，ころ長さをいては寿命と剛性確保が課題となっていた．このようさらに極限まで長くしたもので，1内輪小つば無し構な課題に対して，NTNは同一寿命で軸受の小型軽量化

造および2内輪小つば有り構造の2種類がある．

もしくは同一サイズで長寿命化が可能な高負荷容量円

2.1

すいころ軸受2）を開発し，市場展開している．
今般，さらなる小型・軽量・長寿命を備えた「超高内輪小つば無し構造

図2に内輪小つば無し構造，図3にその３Dモデル

負荷容量円すいころ軸受」を開発した．本開発品は，図を示す．

先に開発した高負荷容量円すいころ軸受に保持器と内保持器突出量および内輪幅寸法共に寸法制約が有輪にさらなる技術改良を加えることで，ころを極限まり，内輪小つばを設置するスペースが無い場合に内輪で長くしている．これにより，荷重負荷時の接触面圧

小つば無し構造を採用する．特徴を下記に示す．

をさらに低減させ，過酷な潤滑条件下または異物混入（1）保持器：保持器小径リブの必要強度を満足する

潤滑条件下での寿命向上を図ると共に高剛性化を同時

最小限のリブ幅とする．

に実現した．本稿では，本軸受の構造と特徴を紹介す（2）ころ長さ：保持器突出量の許容範囲内で，内・る．

*自動車商品本部

外輪軌道面幅の最大限までころ長さを延長する．

自動車技術部-71-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

高負荷容量品

標準品
外輪と保持器のすきま

超高負荷容量品

外輪と保持器のすきまを小さく

外輪と保持器のすきまを小さく

樹脂

鉄板
係止構造
小つば無し

小つば分ころ長さを延長

1内輪小つば無し構造
保持器柱幅

保持器柱幅
樹脂

小つば有り
ころ間すきまころ間すきま（小さく）

2内輪小つば有り構造

図1 超高負荷容量円すいころ軸受の構造
Structure of extreme high capacity tapered roller bearing（3）保持器爪による係止構造：内輪・ころ・保持器
アッシーを非分離構造とするため，保持器大径側に爪を設け，内輪大つば部の外径溝に引っ掛ける係止構造とする．

2. 2 内輪小つば有り構造
図4に内輪小つば有り構造の例を示す．
保持器突出量に寸法制約がある一方で内輪幅寸法は延長可能な場合に内輪小つば有り構造を採用する．特図3 超高負荷容量円すいころ軸受の3Dモデル
3D model of Extreme High Capacity tapered roller bearing

徴を下記に示す．

保持器突出量(1)ころ長さを外輪軌道面幅最大限まで増加(3)保持器爪による係止構造

保持器突出量(1)保持器小径
リブの薄肉化(2)保持器小径
リブの薄肉化(3)内輪小つばを設ける(2)ころ長さを内輪軌道面幅最大限まで増加

図2 内輪小つば無し構造の超高負荷容量円すいころ軸受
Structure of extreme high capacity tapered roller bearing
without inner ring small side rib

図4 内輪小つば有り構造の超高負荷容量円すいころ軸受
Structure of extreme high capacity tapered roller bearing
with inner ring small side rib-72-

超高負荷容量円すいころ軸受（1）保持器：使用条件下における保持器小径リブのころ本数の増加ところ長さの延長により最大接必要強度を満足し，最小限のリブ幅とする．

触面圧を低減させることで，油膜厚さが増大し，（2）ころ長さ：保持器突出量が許容量内となる範囲

金属接触発生時の応力が緩和される．その結果，

で，内輪小つば寸法を確保し，外輪軌道面幅の油膜が形成され難い潤滑下での金属接触に起因す

最大限までころ長さを延長する．

る表面起点型はく離を抑制し寿命が延長した．
¡異物混入潤滑条件下での実寿命が向上
ころ本数の増加ところ長さの延長により最大接3. 超高負荷容量円すいころ軸受の特徴

触面圧を低減させ，異物による圧こんの大きさと圧こん周りの盛り上がり部に発生する応力を小さ

超高負荷容量円すいころ軸受はころ本数の増加およくし，異物混入下での寿命向上を実現した．

びころ長さの延長により，標準品と比較して以下のよ
うに機能が向上する．

（1）定格荷重の増大

4. 超高負荷容量円すいころ軸受の性能¡基本動定格荷重：最大16％増大（計算寿命で最大64％向上）

超高負荷容量円すいころ軸受は，ころ本数・ころ長¡基本静定格荷重：最大21％増大

さの増加および内輪小つば無し構造では保持器大径側（安全率が最大21％向上）

での係止構造において標準品とは異なる構造としてい（2）高剛性化

る．これら特殊構造の軸受機能への影響を確認するた¡軸受剛性：最大14％向上

め，試験軸受として表1に示す標準品と超高負荷円すいころ軸受（内輪小つば無し構造）を用いて機能評価（弾性変位量が最大14％低減）（3）長寿命化試験を行った．

¡清浄油潤滑条件下での実寿命が向上

表1 軸受諸元比較
Comparison of bearing internal design
標準品
保持器突出量 1.5max.
16.25

高負荷容量品

超高負荷容量品

保持器突出量 1.5max.

保持器突出量 1.5max.

16.25

16.25

φ25

φ52

φ25

φ25×φ52×16.25

軸受サイズ
定格荷重
(標準品
との比較)

φ52

φ25

φ52

概略図

基本動定格荷重 Cr =31.5kN

基本動定格荷重 Cr =34.0kN（8％増加）

基本動定格荷重 Cr =36.5kN（16％増加）基本静定格荷重 C0r =34.0kN

基本静定格荷重 C0r =37.0kN（9％増加）

基本静定格荷重 C0r =41.0kN（21％増加）

ころ本数

16本

17本

17本

ころ長さ

10.5mm

10.5mm

11.8mm

保持器材質

鉄板

鉄板

樹脂

-73-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）（1）ポンプ作用比較試験結果（２）ころ落ち着き性比較試験

超高負荷容量円すいころ軸受は，保持器大径側の係超高負荷容量円すいころ軸受の内輪小つば無し構造

止構造，ころ本数・ころ長さの増加が特徴である．図を採用している場合は，ころ位置を制約する内輪小つ

5は，空間容積を比較した図で，超高負荷容量品は，

ばが無くなるために，ころ落ち着き性が変化すること

ころ本数増加によりころ間すきまが狭まり，軸受内部が考えられる．

の空間容積が減少していることが分かる．

ここで，ころ落ち着き性について説明する．外輪に両軸受における運転時の軸受内部を通過する潤滑油

対し内輪アッシーを上方から組合せた場合，通常内輪量の比較試験を行った．ポンプ作用試験の概略を図6

軌道面幅よりもころ長さが短いため，内輪大つば部にに示す．軸受内部およびハウジング内部に潤滑油を溜すきま（図8参照）ができる．運転中のころは内輪大めた状態で軸受を運転すると，ポンプ作用により軸受つば面に案内され回転するため，なじみ運転を行い，の大径側から潤滑油が排出される．一定時間回転させころを内輪大つば面と接触する正規の位置まで移動さたときの排出油量を測定した結果を図7に示す．超高せる必要がある．ころを正規位置状態にするまでのな

負荷容量円すいころ軸受は，軸受内部の空間容積は減

じみ運転回数が少ないほど予圧設定しやすい．

少しているが，標準品と同等の通過油量を示している．

20
荷重条件：アキシアル荷重 Fa=500N
回転速度：1500min-1
潤 滑 油：ATF

0.6m

1.1m

空間部分

排出油量 ml15mm（a）標準品（b）超高負荷容量品

105

図5 軸受内部の空間容積Space volume of bearing inside0

標準品

超高負荷容量品

図7 ポンプ作用比較試験
Test result of oil flow

N

初期潤滑油位置すきま有り（a）なじみ運転前

すきま0（b）なじみ運転後

図8 なじみ運転前後での内輪軌道面溝ところとのすきまの関係
Clearance change between inner
raceway width and rollerFa

図6 ポンプ作用の測定方法
Evaluation of oil flow through bearing inside-74-

超高負荷容量円すいころ軸受

図9にころ落ち着き性の試験方法を，図10にころ

標準品では，ころの落ち込みは内輪小つば端面によ落ち着き性試験結果を示す．試験結果より，超高負荷って制限される．このとき，保持器はころ大端面と接容量品はおよそ5回転，標準品はおよそ13回転で落触しているため，なじみ運転が始まると各部品間の作ち着く結果となった．超高負荷容量品が良好な落ち着用力により，ころに内輪大つば側へ動こうとする推力き性を示した理由は以下の通りである．

が働くが，常に保持器を持ち上げながら，ころが内輪
大つば側に移動することになる．

標準品および超高負荷容量品について，ころが落ち

これに対し超高負荷容量品のころの落ち込みは，保込んでいる状態の模式図を図11に示す．

持器ポケット小径側端面に制限される．なじみ運転が始まると，ころが内輪大つば側に動き，ころと保持器

ダイヤルケージ

重り

ポケットとのすきま分移動して，ころと保持器ポケッ
ト大径側端面が接触した後，標準品と同様に保持器を持ち上げながら，ころが内輪大つば端面まで移動する．
上述で示した構造の違いにより，超高負荷容量品は，

試験軸受

概輪固定
ハウジング

ころの落ち込み量は大きいが，なじみ運転時の初期は保持器を伴わず，ころのみが内輪大つば側に移動することになり，1回転毎のころの移動量が大きくなるた
め，早期にころが落ち着く．

荷重条件：アキシアル荷重 Fa=302N
測定方法：軸受を回転させたときの内輪落ち込み量を測定

図9 ころ落ち着き性試験方法
Testing method of roller settling

5. 超高負荷容量円すいころ軸受の小型・軽量化設計

内輪落ち込み量μm

20

自動車の低燃費化・快適性からエンジンの高出力化対応およびトランスミッションの多段化は今後ますま15

す進むと予想される．これらの要求に対して軸受には，同一取付寸法で負荷容量の増加，もしくは同一負荷容

10
超高負荷容量品

量で小型・軽量化が求められる．本稿では，超高負荷標準品
5容量設計を適用して，同一負荷容量，同一軸径を前提

ころ落ち着き条件とした場合の小型・軽量化設計の検討例を表2に

ころ落ち着き
0

0

5

10

15

示す．小型・軽量化設計により軸受の回転トルク低減

20

効果も得られることから低トルク化効果も記載し，本回転回数 revolution

結果の回転トルク計算条件を表3に示した．

図10 ころ落ち着き性試験結果
Test results of roller settling

高負荷容量品では軸受重量を16.2%，回転トルク

ころと保持器ポケットとのすきま

ころと保持器ポケットとのすきま

ころと内輪大つばとのすきま

ころと内輪大つばとのすきまころの保持位置（a）標準品（b）超高負荷容量品

図11 ころ落ち着き性に影響するすきま位置
Clearance to determine roller settling property-75-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

表2 小型・軽量化の設計検討例
Study of down sizing under same load capacity
標準品

高負荷容量品

基本動定格荷重 Cr=31.5kN

定格荷重
軸受サイズ

超高負荷容量品

基本静定格荷重 C0r=34.0kN

φ25×φ52×16.25

φ25×φ49.3×15.4

φ25×φ49×15

軸受質量(標準品に対する低減率)

0.154kg

0.129kg(16.2%減少)

0.115kg(25.3%減少)

回転トルク計算結果※(標準品に対する低減率)

0.293Nm

0.287Nm(2.0%減少)

0.271Nm(7.5%減少)保持器突出量 1.5max.

保持器突出量 1.5max.

16.25

保持器突出量 1.5max.

15.4

15

φ25

φ49

φ25

φ49.3

φ25

φ52

概略図

※潤滑油による攪拌抵抗は含めない

表3 回転トルク計算条件
Calculation condition of rotating torque
ラジアル荷重 Fr

5000N

アキシアル荷重 Fa

5000N

回転速度

5000min-1

潤滑油

ATF

潤滑油温度

90˚C

が求められる．さらに，円すいころ軸受用保持器材料として必要な軸受への組込み性および耐久性を考慮す
ると，樹脂材料には強度・靭性・耐熱性に優れた特性も必要である．これらの条件を基に検討を行い，超高負荷容量円すいころ軸受用保持器として必要な特性を有したPPS（ポリフェニレンサルファイド）樹脂製保持器を開発した．
図12に各種樹脂材料の耐油性評価試験結果を示す．

を2%低減することができる．超高負荷容量設計を適PPS樹脂は浸漬2000時間でも引張破断伸びに劣化用すると，軸受重量を25.3%，回転トルクを7.5%が認められず，高い耐油性を有していることが認めら低減することができるので，小型・軽量化・低トルク

れる．

化が可能である．

6. 特殊保持器構造について

4.0

PA66

PA46

PPS

3.5

％

超高負荷容量円すいころ軸受の保持器は，大径側の引張破断伸び爪付き構造，小径側リブ部の幅狭化により極限までころ長さを増大しているが，形状が特殊で鉄板では成形困難なため樹脂製の保持器を適用している．以下に樹
脂材料および，特殊保持器構造に関する強度検討につ

3.0
2.5
2.0
1.5

いて述べる．
1.0（1）樹脂材料

0

500

1000

1500

2000

浸漬時間 h
浸漬油：デファレンシャル油 GL-5，油温：150℃

トランスミッションおよびデファレンシャルの潤滑
油は，極圧添加剤としてリンや硫黄成分が多く含まれ

図12 耐油性試験
Test result of oil resistanceている場合があり，保持器の樹脂材料には高い耐油性-76-超高負荷容量円すいころ軸受

なお，リンや硫黄成分が多く含まれていない潤滑油

7. まとめ環境下で使用する場合は，軸受保持器の樹脂材として一般的に使用されているPA46,PA66(ポリアミド地球温暖化防止，大気環境改善に伴い自動車の燃費

46，66)材を適用することも可能である．

向上は加速されており，軸受の小型，低トルク，長寿命化要求はさらに強まると考える．

（2）超高負荷容量保持器の動力学解析

今回，既に実機搭載されている高負荷容量円すいこ

超高負荷容量円すいころ軸受用保持器の特徴として

ろ軸受にころ長さを極限まで延長

および

新たに

いる保持器小径リブにおける必要強度を検討し，必要開発した樹脂製保持器を採用

最小限のリブ幅を設定している．軸受運転中に保持器を取り入れ，小型化・軽量化・高剛性を実現した「超に発生する応力を求めるために，NTNで開発した円す

高負荷容量円すいころ軸受」を紹介した．

という新しい設計技術

いころ軸受用の3次元動力学解析ツール3）を使用した．

NTN は，今後も軸受技術・商品の開発を継続し，動力学解析結果の一例を図13に示す．保持器各部

さらに厳しくなる使用環境および構造変化に貢献して位の中で最も大きな応力は，小径側リブ部に発生する

いく．

ことを示しており，保持器小径リブ部の設計に際しては，動力学解析の結果を反映し，必要強度を確保する
寸法設定を行っている．

参考文献
1）国土交通省ホームページアドレス
http://www.mlit.go.jp/kisha/kisha07/09/090702_.html
2）辻本崇，望月次郎『高負荷容量円すいころ軸受』
NTN TECHNICAL REVIEW No.73 (2005)
3）原田和慶，坂口智也『高負荷容量円すいころ軸受の動力学解析』NTN TECHNICAL REVIEW No.73(2005)

負荷圏入り口
小径リブ部

最大応力部
図13 動力学解析結果の解析モデル
Model of dynamic analyzed bearing

執筆者近影

上野

崇

自動車商品本部
自動車技術部

松下知樹

自動車商品本部
自動車技術部-77-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[ 製品紹介 ]新型自動調心ころ軸受
ULTAGE（アルテージ） シリーズEA･EMタイプ
New Spherical Roller Bearings “ULTAGE” Series Type EA and EM

津 森 幸 久* Yukihisa TSUMORI

建設機械，鉄鋼設備などの産業機械に使用される自動調心ころ軸受について，内部設計の大幅な見直しを行い，世界最高の負荷容量と許容回転速度を達成した．本軸受は，環境対応社会に貢献する新型自動調心ころ軸受「ULTAGE（アルテージ）」シリーズとして，2009年3月から販売を開始している．

About the spherical roller bearings such as a construction machine, iron and steel facilities and soon that used for an industrial machinery, we achieved the world’s best load capacity and limited
speed, by the large review internal design. This bearing starts sale as the new standard “ULTAGE”
series from March, 2009, contributing to the society for environment.

1. はじめに

2. 新型自動調心ころ軸受アルテージ
シリーズの構造環境対応社会に貢献するため，あらゆる産業機械で技術革新が進められている．

従来のＢタイプ自動調心ころ軸受を図1に示す．本産業機械の回転部位に使用される軸受には，「長寿軸受は非対称ころを採用し，運転時に生じる誘起スラ命」，「高負荷容量」，「高速性」および「取扱い性」のストを内輪中つばで受ける構造を持つ．ころは内輪中向上が求められ，NTNは世界最高の性能を達成した軸

つばに案内されて回転するため，安定した姿勢が保た受を「ULTAGE※（アルテージ）」シリーズとして商品れ，大型軸受や高速回転で使用される軸受には効果的化している．なお，本「ULTAGE」は既に工作機械主な構造である．
一方，最近の自動調心ころ軸受は高速化に加え，長軸用に精密級のアンギュラ玉軸受および円筒ころ軸受

寿命化・高剛性化の要求も増大しており，軸受メーカ

をシリーズ化している．
今回，高速性と共に高負荷容量・長寿命化を達成した新型自動調心ころ軸受EAタイプ（鋼板打抜き保持器）EMタイプ（銅合金もみ抜き保持器）を標準化しアルテージシリーズに加えた．

鋼板打抜き
保持器

※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

非対称ころ
内輪中つば

語で，世界最高水準のNTN新世代軸受のシリーズ総称
誘起スラスト

図1 Ｂタイプ自動調心ころ軸受
Spherical roller bearings (type B)*産機商品本部

製品設計部

-78-

新型自動調心ころ軸受

ULTAGE（アルテージ） シリーズEA･EMタイプ

表1 タイプ比較
Comparison of spherical roller bearing type
タイプ

Bタイプ

Cタイプ

Eタイプ

こ ろ

非対称ころ

対称ころ

対称ころ

保持器

鋼板打抜き

鋼板打抜き

樹脂成形

中つば

有

無（案内輪付）無断面図

各社は保持器形状も含め，ころのサイズをアップした

し大幅な負荷容量の向上を図った．また，高剛性かつ取り組みを行っている．

シンプルな形状を持つ新型保持器を採用することにより，内輪中つばの廃止，最長ころと最多ころ本数の確

自動調心ころ軸受のタイプ比較を表1に示す．NTN

保が可能となった．

でも内輪中つばを廃止し，案内輪を設けたCタイプ自動調心ころ軸受や，樹脂保持器でころの姿勢を安定化

EAタイプの鉄板保持器は，図3のように保持器のさせたEタイプ自動調心ころ軸受をシリーズ化し高負相互端面案内を行なう形式を採用しており，さらに図

荷容量化を図っているが，今後これらをアルテージシ

4に示す保持器のころポケットに設けた4箇所のタブ

リーズに統合していく．

（突起）が運転時のころ姿勢の安定化と軸受内の潤滑新しく開発したアルテージシリーズの構造・特徴を

油の円滑な流れ（図5）を可能としている．また，鉄図2（EAタイプ）に示す．EAタイプ・EMタイプと板保持器全面に特殊表面処理を施すことで，耐摩耗性

もに，対称ころを採用し，ころ径，ころ長さを最大化の向上を図っている．

外輪
¡油溝，
油穴付
¡最適溝曲率設定ころ¡大径ころ採用¡ころ長さ最長¡最多ころ本数

内輪¡つばなし¡最適溝曲率設定

保持器¡かご型鋼板打抜き¡端面案内採用¡特殊表面処理

図2 アルテージシリーズEAタイプ
Ultage series type EA spherical roller bearings

4つのポケット
タブが，ころの姿勢を安定させます。

油の流れ保持器端面案内図3 EAタイプ保持器案内形式
Cage guide type of EA spherical roller bearings

図4 ポケットタブ形状
Design of cage pocket tabs

-79-

図5 油の流れView of oil path

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

EMタイプの構造・特徴を図6に示し，高力黄銅も300

基本動定格荷重 kN

み抜き保持器について図7に示す，本保持器はころ案
内形式を採用しており，運転時のころ姿勢の安定化を図った．保持器は左右一体型となっており，ころの脱落防止のため内輪は外つば付となっている．特に振動・衝撃の厳しい条件下で使用する場合に有効であ
る．

250
200
150
100
50

なお，軸受内部諸元はEAタイプと同一である．

0¡大径ころ採用¡ころ長さ最長¡最多ころ本数

内輪

保持器

300

¡一体型もみ抜き¡ころ案内採用

250

基本静定格荷重 kN

¡油溝，
油穴付
¡最適溝曲率設定¡外つば付¡最適溝曲率設定

Ａ社

Ｂ社

Ｃ社

図8 基本動定格荷重（Cr）カタログ値比較
Catalogue comparison of basic dynamic load rating (Cr)22216(φ80×φ140×33)

ころ

外輪

EA
（開発品）

図6 アルテージシリーズEMタイプ
Ultage series type EM spherical roller bearings

200
150
100
50
0

EA
（開発品）

Ａ社

Ｂ社

Ｃ社

図9 基本静定格荷重（Cor）カタログ値比較
Catalogue comparison of basic static load rating (Cor)22216(φ80×φ140×33)

5,000

許容回転速度 min-1

一体型もみ抜き保持器

図7 EMタイプ保持器形式
Cage type of EM spherical roller bearings

3. アルテージシリーズ自動調心ころの特徴

油
4,000

グリース
3,000
2,000

1,000
0

EA
（開発品）

3. 1 負荷容量
最大ころ径と最多ころ本数の採用により，世界最高

Ａ社

Ｂ社

Ｃ社

図10 許容回転速度カタログ値比較
Catalogue comparison of allowable speed
22216(φ80×φ140×33)の負荷容量を達成した．
1基本動定格荷重：他社品との比較例を図8に示す．
2基本静定格荷重：他社品との比較例を図9に示す．

3. 2 許容回転速度
高剛性かご形鋼板打抜き保持器を採用した本軸受の許容回転速度は，図10に示す他社品カタログ値との比較で，世界最高の許容回転速度を達成した．

-80-

新型自動調心ころ軸受

また，循環給油条件下での軸受温度上昇比較試験結ULTAGE（アルテージ） シリーズEA･EMタイプ

3. 5 取り扱い性の向上

果を図11に示す．本軸受は他社品に比べ温度上昇がシンプルな形状のかご型鋼板打抜き保持器の採用に低く抑えられ，低トルクであることが認められる．

より，組立て・分解・グリース塗布の作業性が向上した．
1ころ表面へのグリース塗り込みが容易．（図12）90EA（開発品）Ａ社
Ｂ社

外輪温度 ˚C

80
70
60
50
40

0

2000

4000

回転速度

6000

8000

min-1

図11 温度上昇試験結果
Test results of temperature rise22216(φ80×φ140×33)

図12 グリースの塗り込み
Grease application

2保持器からのころ飛び出しが少なく，スムーズに元3. 3 使用温度範囲の状態に戻るため，軸受の分解・組立が容易．（図特殊熱処理の採用により，使用温度範囲を最高13）200℃とした．

3. 4 ダウンサイジングと軽量化
基本動定格荷重を従来比最大65％，基本静定格荷重を従来比最大35％，許容回転速度を従来比最大20％向上することができた．
高負荷容量化は，軸受のダウンサイジングと軽量化を可能にする．表2に検討一例を示したが，従来型番
22220B（φ100×φ180×46）は，高負荷容量
新シリーズ22218EA（φ90×φ160×40）へのダウンサイジングが可能であり，軸受容積，質量共に30％程度削減でき，産業機械の軽量・コンパクト化
図13 分解・組立
Assembly / disassemblyに貢献できるものと考える．

表2 ダウンサイジング例
Example, compact and lightweight
型番

定格荷重
(kN)

主要寸法
(mm)

容積
(cm3)

質量
(kg)

Cr

Cor

315

415

φ100×φ180×46

810

4.95

22218EA
385
(開発品)

398

φ90×φ160×40

600

3.28

△25%

△34%

22220B(従来品)-81-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

4. 標準シリーズ化

5. まとめアルテージシリーズ 自動調心ころ軸受EAタイプ・

今回，標準自動調心ころ軸受の高機能化を図り，EMタイプは，今後外径420mm以下すべてのシリー

NTN次世代軸受のアルテージシリーズに加えた．

ズにおいて対応する．

環境対応社会に貢献するため産業機械で技術革新が従来タイプ（B,C,E）は，順次置き換えを図ってい進められている現在，軸受の高負荷容量化と高速化は，く予定をしており，詳細については当社まで確認願い

軽量・コンパクト・長寿命を要求する市場ニーズに対たい．

応できるものと考える．

なお，新シリーズの呼び番号については以下を参照

今後も各種市場ニーズに応え，さらなる改善と高機されたい．

能化，低コスト化を図り，次世代軸受の開発を推進して行く所存である．

●軸受呼び番号例
Bearing Number

222 20 EA K D1 C3
内部すきま記号C3：C3すきま記号なし ：普通すきま

油穴油溝記号
D1 ：油穴油溝付（D1仕様のみ）
W33 ：油穴油溝付（欧州仕様）

軌道輪形状記号記号なし ：内径円筒穴
K
：テーパ穴

タイプ記号
EA：かご型鋼板打抜き保持器（EM：左右一体型高力黄銅もみ抜き保持器）

内径番号
寸法系列記号

執筆者近影

津森

幸久

産機商品本部
製品設計部-82-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[ 製品紹介 ]コンパクトフリー型トルクダイオード
Compact Free type Torque Diode

糸 見 正 二* Shoji ITOMINTNは，入力軸から出力軸へ動力を伝達するが，出力軸が駆動される場合は入力軸へ動力が伝達されないフリー型トルクダイオード（TDF）を既に開発済みである．この度，TDFを小型・軽量化したコンパクトフリー型トルクダイオードを開発したので以下に紹介する．

NTN developed Free Type Torque Diode that has function to rotate output shaft by turning the input
shaft , but not to rotate the input shaft by turning the output shaft. Recently ,NTN has developed
small and light Free type Torque Diode ”Compact Free type Torque Diode”.
This report introduces structure and function of this product.

1. まえがき
フリー型トルクダイオード(TDF)は回転機器の電動と手動の自動切換えや，モータの安全・保護機構として幅広く採用されている．更なる用途拡大として小型精密機器への適用可能な「コンパクトフリー型トルク
ダイオード」を開発した．

2. 寸法と特徴

開発品

図1 開発品と現行品のサイズ比較
Comparison of size of developed productand current product

図1，図2に開発品と現行品のサイズ比較を示す．
開発品は現行品に対して1/3に小型化されている．

10

カム面

開発品
出力軸

φ10

φ10

φ4

φ4

入力軸

16.7

φ30.5

外輪

現行品

図2 開発品と現行品のサイズ比較
Comparison of size of developed product and current product*産機商品本部

現行品

応用設計部

-83-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

以下に開発品の特徴を示す．

してトルクが伝達されないタイプを「フリー型」と称【特徴】

して両者を区別する．
ここでは，フリー型トルクダイオードの入・出力軸（1）出力軸をカム面にも利用し，外径10mm×の回転トルク伝達の関係を表1に示す．

10mmのサイズに小型化（従来比1/3）

開発品であるコンパクトフリー型トルクダイオード（2）ハウジングと入力軸を樹脂化し，28gに軽量化の構造および動作原理を図3，図4に示す．

（従来比2/5）（3）摺動部を少なくして，回転トルク※を低減

外輪は，入力軸とトルク伝達可能に連結されており，（トルク5mN･m以下，従来比1/25）

外輪内周にはカム面が形成されている．保持器は，こ（※ここでの回転トルクは無負荷時のトルク）

ろとボールを保持し，ボールはばねによって外輪端面とふた側面に押し付けられる構造となっている．

（4）ハウジングを樹脂化し，ハウジングの取付形状の自由度大表1 フリー型トルクダイオードの入・出力軸の回転トルク伝達の関係
Relation of input and output shaft rotationof Free type Torque Diode

3. フリー型トルクダイオードの原理
トルクダイオードとは，入力軸からの回転トルクは

入力軸

出力軸

回転

回転

出力軸に伝達されるが，出力軸からの回転トルクは入力軸に伝達されないという逆入力遮断クラッチであ（入力軸を回すと出力軸も回転）

る．逆入力の場合に出力軸がロックし入力軸へトルク回転しないが伝達されないタイプを「ロック型」，出力軸が空転（出力軸を回すと出力軸のみ回転）

ばね

外輪端面

ころ

ふた側面

回転

入力軸からの回転入力により，外輪が回転し，出力軸が回転する

外輪
ボール
両方向回転可能接触

両方向回転可能

出力軸

入力軸

保持器

図3 入力軸から回転入力する場合
Case of input shaft rotating

ころ
外輪は停止しているので、入力軸は回転しない
出力軸からの回転入力
接触しない

図4 出力軸から回転入力する場合（入力軸は回転しない）
Case of output shaft rotating (Input shaft not rotating)-84-コンパクトフリー型トルクダイオード

次節で，入力軸からトルクを入力する場合と出力軸4. 耐久試験からトルクを入力する場合のトルク伝達経路の相違を説明する．

図5の正逆回転試験機を用い，表2に示す耐久試験
条件にて入力軸を正逆回転して出力軸を回転させ，耐3. 1 入力軸から回転トルクを入力する場合

久性の確認を行った．

入力軸が回転すると入力軸に連結された外輪が回転試験結果を表3に示す．11×10 4サイクル運転後し，保持器は，外輪と同方向に約1/2の速度で回転すの回転トルク，内部状態およびバックラッシは，運転る．保持器に保持されたボールは，外輪端面とふた側前後で大きな変化はなく，良好な結果が得られた．

面を転がり，ころは外輪と保持器の回転速度差によって，外輪のカム面まで移動して外輪カム面と軸の間で

表2 耐久試験条件
Test condition of endurance test

ロックし，出力軸は外輪と一体になって回転する（図3）．

3. 2 出力軸から回転トルクを入力する場合
出力軸からトルクが入力される場合，ころは保持器

回転数

100min-1

試験機

正逆回転試験機（図5参照）

運転パターン

1s正転，0.5s停止，1s逆転，0.5s停止を
１サイクルとして運転

負荷トルク

50mN･cm（両方向トルクリミッタで負荷）によって外輪カム面に接触しない位置で保持され，こ温

ろは外輪カム面に噛み込まず，出力軸が回転しても入

出力軸

度

室温
φ4のニードルピンを使用（硬度HRC60以上）

力軸は回転しない（図4）．
表3 試験結果
Test results

注）入力軸の回転が止まった後に，入力軸を逆方向に少し回転することにより，ころはカム面から離れ

運転時間11万サイクル（61 時間）て図4の状態になり，出力軸の回転は入力軸に伝

無負荷時の
回転トルク

運転前後とも3mN･mで，変化なし

内部状況

接触部の摩耗は軽微残存グリースは大きな変化なし

わらなくなる．

バックラッシ

試験前後で変化なし

コンパクトフリー型トルクダイオード
出力軸

入力軸

両方向トルクリミッタ(負荷)

図5 正逆回転試験機
Forward and reverse rotation test machine-85-

モータ（入力）NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

5. 用 途
カメラ・ビデオのレンズズームのモータ駆動と手動の切換え等に使用される．

6. まとめ従来，回転機器の電動と手動の切換えは電磁クラッチなどの電気部品，または手動レバーによる回転経路の切り換えで行っていたが，フリー型トルクダイオー
ドを使うことによりスイッチレスでの自動切換えを可能とした．
今回開発したコンパクトフリー型トルクダイオード
により，小型機器の電動・手動の自動切換えが可能となる．今後は更にコスト低減，性能向上を進めるとともに，他の用途にも提案し，省エネルギー機器の開発に貢献していく．

執筆者近影

糸見

正二

産機商品本部
応用設計部-86-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[解 説]

DLC膜の特性とその応用
Characteristics and Applications of DLC films

大 平 晃 也* Kouya OOHIRA
環境・エネルギー問題の観点から，摺動部の摩擦・摩耗を低減するためのコー
ティング膜の研究開発が盛んに行われている．特にDLC膜は他のコーティング
膜と比べ低摩擦で，耐摩耗性に優れるため，トライボロジーの分野では注目度が高い．しかしDLC膜は成膜方法，成膜条件および使用環境により，摩擦・摩耗特性が大きく変化するため，使用条件に合わせて最適なDLC膜を選択する必要がある．本報では，DLC膜の各種特性について紹介する．

From the view point of environment and energy issues, vigorous efforts have been put into
research and development activities for tribological coating films in order to reduce friction and wearof sliding surfaces. In particular, DLC (Diamond-Like Carbon) coatings have superior low-friction andanti-wear properties compared with other coating films, and they are attracting a lot of attention of
tribology researchers and engineers. Friction and wear properties of DLC films, however, depend on
their use conditions as well as their production process, and thereby it is necessary to choose anappropriate DLC films according to its use condition and engineering purpose. This article shows
various properties of DLC films.

1.

はじめに

NTN グループでは地球環境との共生を最重要課題

例えば，水素を多量に含むDLC膜，a-C:H（Hydro-に揚げ，企業活動が環境に及ぼす負荷を継続的に低減

genated amorphous carbon）は窒素ガスもしくするため，エネルギー効率の改善，資源の有効利用なは真空中で摺動させた場合，摩擦係数0.001というどに取り組んでいる．例えば，軸受部品の潤滑には，

超低摩擦を示す例が報告されている1, 2）．一方，水素

潤滑油やグリースが使用されるが，環境負荷低減の観を含まないDLC膜，ta-C（Tetrahedral amorphous

点から，潤滑剤に含まれるMoなどの希少材料の使用

carbon）は，自動車ガソリンエンジン用オイル潤滑

量削減，低トルク化のための潤滑油使用量削減および下で低摩擦を示すとの報告例がある 3）．このように低粘度化などが検討されてきた．しかし，そのようなDLC膜には様々な種類があり，成膜方法，成膜条件

場合，軸受部品の潤滑条件は悪化し，既存の技術で十および使用環境で摺動特性が大きく変化するため，使分な潤滑状態が得られない場合も想定される．

用条件に合わせた最適なDLC膜を選択する必要があ

トライボロジー特性を飛躍的に向上させる手法としる．本報では，DLC膜の諸特性および金型への応用て，表面改質技術が注目されており，摺動部の摩擦・例について紹介する．

摩耗低減対策として，各種硬質膜が検討されている．
その中でダイヤモンドライクカーボン（Diamond
Like Carbon，以下DLC）膜は，高硬度，優れた耐摩耗性，低摩擦係数を示し，自動車部品，金型，工具などへの応用が進められている．

*要素技術研究所-87-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）2.
2.1

ta-C ：テトラヘドラルアモルファスカーボン
a-C：アモルファスカーボン
a-C:H ：水素化アモルファスカーボン
ta-C:H ：水素化ta-C
sp3

DLC膜の特徴
DLC膜とは？

ダイヤモンドDLC膜は，ダイヤモンド構造に対応するsp 3 結合

ta-C

（図1）を有する炭素と，グラファイト構造に対応す

ta-C:Hるsp2結合（図2）を有する炭素が不規則に混在した

a-C:H

アモルファス構造の膜である（図3）．DLC膜を理解

有機ポリマー

a-Cする概念図として，FerraiとRobertson4)が図4に示

有機ガス

グラファイトグラッシーカーボン
パイローカーボン

すような3元相図を提案している．上の頂点がダイヤ
モンド，左下の頂点がグラファイト，右下の頂点が水素に相当する．

H

sp2

図4 アモルファス炭素膜の分類
Classification of amorphous carbon

グラファイト，ダイヤモンド，DLC膜などの炭素系材料の一般物性を表1に示す．DLC膜のヤング率，硬さおよび電気的性質はダイヤモンドと類似しており，熱伝導率はグラファイトに近い．DLC膜の物性値に幅があるのは，sp3結合とsp2結合の割合および水素含有量の違いで様々な組成や構造のDLC膜が存
図1 ダイヤモンド構造（sp3結合）
Structure of diamond

在し，物性が大きく変化するためである5, 6, 7)．

表1 炭素系材料の特性比較
Comparison of characteristics of carbon material
グラファイト

ダイヤモンド

DLC

2.25

3.52

1.0〜3.0

電気比抵抗（Ω・cm）

10-3

1012〜1016

109〜14

熱伝導率（W/cm/K）

0.4〜2.1

1000〜2000

0.2〜30比

重a=0.2456

a=0.3567…

c=0.6708（層間）

…

…

ヤング率
（GPa）

…

1000〜2000

100〜800

硬さ（Hv）…

10000〜12000 1000〜8000

酸化開始温度

400〜450

格子定数（nm）

図2 グラファイト構造（sp2結合）
Structure of graphite

sp2

sp3

図3 DLC膜の構造（sp3，sp2が混在）
Structure of DLC films

-88-

600

300〜500

DLC膜の特性とその応用

表2 各成膜方法で得られたDLC膜の諸特性
Characteristics of various DLC films

2. 2 DLC膜の成膜方法
DLC膜は固体カーボンもしくはメタン，アセチレ

CVD法

PVD法

ン，ベンゼンなどの炭化水素系ガスから合成される．
DLC膜の成膜は主に真空容器中で行われ，炭素供給源の違いにより，以下の二つの方式に分類される．

UBMS法

AIP法

プラズマCVD法

成膜原料

固体カーボン

固体カーボン

炭化水素系ガス

成膜温度
（˚C）

＜250

＜300

＜200

硬さ（Hv）

2000〜5000

5000〜8000

1000〜2000

1物理蒸着法（PVD：Physical Vapor Deposition）

表面粗さ

○

△

◎

固体カーボンを原料に使用し，炭素を蒸発させて基

付き回り性

△

△

◎

板上に成膜する手法．

密着力

◎

○

○

2化学蒸着法（CVD：Chemical Vapor Deposition）

耐摩耗性

◎

○

△

コスト

△

△

○

ガスを原料に使用し，チャンバー内でガスを分解させて基板上に成膜する手法．
PVD法では固体カーボンを蒸発源に使用するため，げることによりイオンアシスト（イオンが基板に衝突）

炭素のみからなる膜の合成が可能である．一方，効果が増大し，密度，密着性などの膜特性を向上させ

CVD法は炭化水素系ガスを原料とするためDLC膜はることができる8）．

必ず水素を含有する．水素含有量は約15〜50atm%

AIP（アーク・イオン・プレーティング）法は，タである．PVD法，CVD法のそれぞれについて様々なーゲットである固体カーボンをカソード（陰極），チ方法が存在する．DLC膜の成膜に使用されている主ャンバー内壁をアノード（陽極）としてアーク放電をな成膜法を図5に示す．

発生させ，ターゲット表面からカーボンを蒸発させる．

成膜方法の異なるDLC膜の一般特性の一例を表2に

これをイオン化し，負のバイアス電圧を印加したワー示す．原料，添加元素，成膜条件などの違いにより，ク表面にイオンを堆積させる方法で，密着性に優れた合成で得られるDLC膜の特性は大きく異なることが被膜を形成することができる5）．

知られている5, 6, 7）．

プラズマCVD法は，チャンバー内で炭化水素系ガ

表2に示したUBMS（アンバランスド・マグネトロス（メタン，アセチレン，ベンゼンなど）を分解，イン・スパッタリング）はスパッタ法の一種で，非平衡オン化し，生成した炭化水素イオンをマイナスに印加磁場を用いることでプラズマ層を基板付近まで広げた

した基板に加速衝突させて成膜する．CVD法は原料ことを特徴としている．基板近傍のプラズマ密度を上にガスを用いるため「付き回り性」が良く，複雑形状部品の成膜に適している．ワークを回転させることな
く，均一な被膜を形成できる．

スパッタリング法

2. 3 DLC膜と各種硬質膜の比較

アークイオンプレーティング法

2. 3. 1 一般的性質
PVD法

DLC膜と各種硬質膜の特徴を表3に示す．DLC膜

イオン蒸着法は各種硬質膜の中で特に高硬度であり，耐焼付き性に
イオンビーム法優れている．逆に，DLC膜には，内部応力が高いこと，さらに炭素が化学的に安定であるがゆえに異種材

レーザアブレーション法と凝着しにくいため，基材との密着性が乏しいというプラズマCVD法
CVD法

欠点もある．従って，密着性の改良が重要な課題とな
っている．

熱CVD法

2. 3. 2 摩擦摩耗特性

光CVD法

UBMS（アンバランスド・マグネトロン・スパッ

図5 各成膜方法の分類
Classification of coating methodsタリング）法で成膜したDLC膜および各種窒化物系-89-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

表3 DLC膜と各種硬質膜の特徴
Characteristics of DLC films and other hard coating films
膜

種

色

調

硬度（Hv）

耐食性

耐酸化性 耐焼き付性

密着性

用

途

DLC

灰色〜黒色

1000〜8000

○

○

◎

△

工具，金型，機能膜TiN

金色2000〜2400

○

○

○

◎

工具，金型，装飾品

ホワイトゴールド 2000〜2200

○

△

△

○

装飾品

ZrN
CrN

銀白色

2000〜2200

◎

○

◎

◎

機械部品，金型

TiC

銀白色

3200〜3800

△

△

○

○

工具，金型

TiCN

紫色〜灰色

3000〜3500

△

△

○

○

工具，金型

TialN

紫色〜黒色

2300〜2500

○

◎

○

○

工具，金型，装飾品

硬質膜について，NTN式サバン型摩耗試験機を用いて摺動特性を評価した．本試験機は，試験片平面（表面錘に評価対象の被膜が形成されている）と回転するリン

ロードセル

試験片

グ状相手材の外周面とが摺接する形態である．図6に相手材試験機の概略，表4に試験条件をそれぞれ示す．本試
験機では，相手材の外周面に曲率を設けて片当たりの発生を排除することで精度の高い評価を可能としている．比摩耗量は試験後に形成された摩耗痕の幅から計

図6 NTN式サバン型摩耗試験機略図
Wear test rig

算で求めた．摩擦係数はロードセルで測定した摩擦力から求めた．試験結果を図7に示す．

表4 試験条件
Test conditions

DLC膜の比摩耗量は，窒化物系硬質膜の中で最も小さな値を示すTiN膜の1/6以下であり，耐摩耗性が非常に優れている．また，摩擦係数は他の硬質膜が試験片

SUS440C焼入れ鋼，外径48mm，厚さ7mm
表面粗さ0.005μmRa

0.4〜0.8であるのに対し，DLC膜は0.2程度であり，相手材

SUJ2焼入焼戻品，曲率R60mm，硬さHv784
表面粗さ0.01μmRa

摩擦特性も優れており，DLC膜は機械部品，金型，荷

重50N（最大接触面圧0.5GPa）

工具などの表面処理として非常に有望であることがわ

速度

0.05 m/s

かる．

時

間

3 min（摺動距離9m）
乾燥空気吹き付け，湿度0〜20％RH

40000

1

32000

0.8

24000

0.6

16000

0.4

8000

0.2

0

DLC

TiN

TiSiAlN

TiCN

TiAlN

CrN

CrAlN

CrSiN

0

図7 各試験片の比摩耗量および試験終了時の摩擦係数
Wear property and coefficient of friction of each specimen specimens-90-

試験終了時の摩擦係数

比摩耗量，×10-10mm3/(N・m)雰囲気

DLC膜の特性とその応用

3. 成膜方法によるDLC膜の特性の変化
3. 1 摩擦摩耗特性
2.2項で紹介したUBMS法，AIP法およびプラズマ
CVD法で成膜した計3種類のDLC膜について， NTN式サバン型摩耗試験機で摺動特性を評価した結果を図0.1mm8に示す．各被膜の成膜法，硬さおよび膜厚を表5に示した．試験条件は2.3.2項で示したものと同様で，

図9 DLC膜（A）の圧痕部
Indentation of DLC film(A)

試験時間のみ30分に変更した．
3種類のDLC膜の中で，耐摩耗性はUBMS法で成膜したDLC膜（A）が最も優れることがわかる．摩擦係数はAIP法で成膜したDLC膜（B）が最も低いこと

500

0.5

400

0.4

300

0.3

200

0.2

100

0.1

0.1mm

試験終了時の摩擦係数

比摩耗量，×10-10mm3/(N・m)がわかる．

図10 DLC膜（B）の圧痕部
Indentation of DLC film(B)00A（UBMS）

B（AIP）C（CVD)

図8 各試験片の比摩耗量および試験終了時の摩擦係数
Wear property and coefficient of friction of each specimen0.

表5 各DLC膜の成膜法，硬さおよび膜厚
Coating method, hardness, thickness of DLC films
試験片

成膜法

硬さ，GPa

膜厚，μm

A

UBMS

26

1.2

B

AIP

53

1.0

C

CVD

15

2.0

図11 DLC膜（C）の圧痕部
Indentation of DLC film(C)DLC膜（C）は圧痕周辺も著しいはく離が生じた．
一般的にDLC膜は高硬度であること，内部応力が高いこと，などから剥がれ易いため，基材との密着性確保が重要な課題である．密着性を向上させる手法と

3. 2 基材との密着性して，3.1項で評価した各DLC膜の基材との密着性につい1基材の硬度UP（窒化処理，ショットピーニングなて，ロックウェル圧痕試験法を用いた密着性評価試験

ど），を行った．ロックウェル圧痕試験は，円すい状のダイ

2アンカー効果活用（エッチング，ブラスト処理など），

ヤモンド圧子を被膜上に一定荷重(1470N)で押し当

3基材とDLC膜の両方に親和性の高い中間層の活用てて圧痕を形成し，圧痕周囲の被膜のクラックやはくなどがあり，使用条件に合わせて適した対策を採用

離発生の状態から，基材とDLC膜の密着性を評価すすることにより，密着性の確保が可能である．

るものである．試験結果を図9〜11に示す．
今回の評価では，DLC膜（A）はクラック，はく離

以上のようにDLC膜といっても成膜方法や条件に共に発生しなかった．DLC膜（B）ははく離は発生しよって特性は様々に変化する．用途や要求特性に合わなかったが，放射状のクラックが生じている．一方，せた選択が極めて重要な材料であることがわかる．
-91-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

で超硬合金の1/20であり，摩耗が著しく軽減された．

4. 金型への応用例−焼結金属成形金型への適用−

軟質材の銅系焼結金属との摺動で超硬合金が摩耗する現象は，焼結金属の主成分である銅が，超硬合金中

DLC膜の金型への応用例を紹介する．

の結合剤であるコバルト粒子表面に拡散し，超硬合金

銅系焼結合金部品の成形には，一般的に耐摩耗性に成分のWC粒子と結合剤の界面Cu濃度が増加すること優れた超硬合金製金型が使用されている．しかしながで界面強度が低下したためと推測される．銅と反応しら，銅系焼結合金部品の成形においては銅に比べて超難く，かつ耐摩耗性のあるDLC膜を超硬合金表面に硬合金の方が圧倒的に高硬度であるにも拘わらず，超成膜することにより，金型の摩耗を大幅に減らすこと

硬合金製金型表面の摩耗が観測されており，金型の更が可能となった．なお，実際の銅系焼結合金用金型をなる長寿命化が求められている．そこで金型の長寿命用いた耐久性試験においても，DLC処理を施した金化を図るため，耐摩耗性に優れるDLC膜の適用を検型は未処理のものに比べ，寿命が大幅に伸びることが討した．

確認できた．

超硬合金および超硬合金にDLC膜を成膜した各試
験片の耐摩耗性をNTN式サバン型摩耗試験機で評価し
表6 試験条件
Test conditions

た．なお，DLC膜はUBMS法を用いて成膜した．試験条件を表6，摺動部の摩耗痕観察結果を図12およ試験片

超硬合金（WC-Co），外径48mm，厚さ7mm
表面粗さ0.005μmRa

相手材

銅系焼結合金（Cu58%，Fe40%）
表面粗さ0.3μmRa

超硬合金のみの場合，軟質材である銅系焼結合金と

荷

重

50N

の摺動にも拘わらず，摺動部に明確な摩耗痕が観察さ

速度

0.1 m/s

れ，その最大深さは0.8μmを示した．一方，超硬合時

間30 min（摺動距離180m）

金にDLC膜を成膜した試験片の摩耗深さは0.04μm

雰囲気

び13，表面形状測定結果を図14および15にそれぞれ示す．

乾燥空気吹き付け，湿度0〜20％RH

形状測定箇所

形状測定箇所

0.3mm

0.3mm

図12 摺動部の摩耗痕（超硬合金）
Wear of sliding part (WC)

図13 摺動部の摩耗痕（超硬合金＋DLC膜）
Wear of sliding part (WC + DLC film)

図14 摩耗痕（超硬合金）の表面形状
Surface profile of wear (WC)図15 摩耗痕（超硬合金＋DLC膜）の表面形状
Surface profile of wear (WC + DLC films)-92-

DLC膜の特性とその応用

5. まとめ本報で紹介したように，DLC処理は金型・工具な
どの長寿命化に有効な手法である．耐摩耗性に優れ，かつ低摩擦を示すDLC膜は，環境・エネルギー問題の観点から非常に有望な技術であることから，今後，更なる高性能化および用途拡大を図っていく．

参考文献
1）A.Erdemir et al., SAE Paper, 2000-01-0518
2）J.Andersson et al., Wear, 254(2003),
1070-1075
3）M.Kano et al. : Proceedings of The Third Asia
International Conference on Tribology,
October 2006, Kanazawa, 399
4）A.C.Ferrari, J.Robertson, phys.Rev., B61,
14095（2000）
5）池永勝監修, 高機能化のためのDLC成膜技術, 日刊工業新聞社（2007）6）大竹尚登, 表面,22-35,45,9,(2007)7）池永勝, 鈴木秀人, ドライプロセスによる超硬質皮膜の原理と工業的応用, 日刊工業新聞社（2000）
8）大竹尚登監修, DLCの応用技術, シーエムシー出版社（2007）

執筆者近影

大平 晃也
要素技術研究所-93-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[論 文]

円すいころ軸受ころ大端面の最適曲率半径注）Optimized Radius of Roller Large End Face in Tapered Roller Bearings

藤 原 宏 樹*Hiroki FUJIWARA
辻本
崇** Takashi TSUJIMOTO
山 内 和 人*** Kazuto YAMAUCHI

円すいころ軸受は，ラジアル荷重とアキシアル荷重が複合した重荷重を支持することができ，自動車，鉄道車両，その他産業機械に広く利用されている．円
すいころ軸受は，ころ大端面と内輪大つばの接触によってアキシアル荷重の一部を支持しており，この接触部は転がりすべり状態となっている．ころ大端面は球面であり，内輪大つば面は円すい面である．この接触部は弾性流体潤滑（EHL）状態にあり，低速あるいは重荷重といった使用条件によって油膜形成が不足すると表面に何らかの損傷が発生する可能性がある．損傷を防止するためには油膜はできるだけ厚いほうが望ましい．
本稿では，ころ大端面および内輪大つば面の表面粗さ突起部の接触ところのスキューを考慮してEHL解析モデルを構築し，パラメータスタディにより，高荷重の場合，油膜形成性の最も優れるころ端面R比が85%であることを示した．

Tapered roller bearings can support heavy combined radial and thrust loads, and are widely used forautomobiles, railcars and industrial machines. The bearings have an inner ring rib into which roller large ends
are thrust, and the contacts are accompanied with rolling-sliding motion. The roller large end and the rib surface
are spherical and conical in shape, respectively. The typical lubrication regime of the contact iselastohydrodynamic lubrication (EHL), however, some surface damage may occur if the oil film formation is notenough due to low-rotational and/or heavy-load operations. The film thickness is desired to be thick enough toprevent the damage in a given operating condition. In this paper, an EHL numerical model is developed inconsideration of both asperity contact and roller skewing. A parameter study shows that the optimum radius of
the roller large end face is about 85 % of that of the rib face conical surface to form thicker oil films.

れて案内される．ころが転動面で純転がり運動をして

1. 緒 言も，ころ大端面と大つばの間は，すべりを伴った転がり接触となる．

円すいころ軸受は，円すい状のころを円すい面の軌道を有する内外輪間に配置したころ軸受である．1個

円すいころ軸受の断面図を図1(a)に示す．ころ大の軸受で比較的高負荷のラジアル荷重と一方向のアキ端面と接触する内輪の大つば面は通常，円すい面の一シアル荷重を同時に支持することができるため，自動部で構成されており，ころ大端面は球面の一部で構成

車や鉄道車両の駆動系，製鉄機械，その他産業機械にされている．接触点でのつば面の曲率半径ところ大端広く使用されている．円すいころ軸受の内外輪軌道面面の曲率半径が一致するとき，最も面圧が低くなるが，

およびころ転動面の円すいの頂点が軸受中心線上で一ころがわずかでも図1(a)のY 軸回りに回転すると，こ致するため，機構学的には円すい面でのすべりは発生

ろ大端面の面取のエッジがつば面と接触し，損傷を生せず，ころは純転がり運動をする．ところが，軸受にじることがある．そのため，ころ大端面の曲率半径は荷重が作用するところにはアキシアル方向の分力が生

つば面の曲率半径よりわずかに小さくなっている．なじる．これを支えるため，一般的には内輪に大つばがお，Y 軸回りの回転運動をスキューと呼び，X 軸回り設けられ，ころの大端面が内輪の大つばに押しつけらの回転運動をチルトと呼ぶ．

*要素技術研究所**自動車商品本部

自動車技術部***大阪大学大学院工学研究科

注）日本機械学会論文集 C編 75巻(2009) pp.2319-2326を加筆・修正-94-

円すいころ軸受ころ大端面の最適曲率半径いる5）．
ろは，ミスアライメントなどの誤差要因がなくともス

lg

rm

rB

ところで，Haradaらが指摘するように，円すいこ
キューを生じる6）が，これまで，スキューを考慮した
EHL解析は少なく，さらにころ大端面の最適曲率半径lrについて実験により検証した例は見られない．本稿では，ころのスキューを考慮してEHL解析を行い，その結果，油膜形成性の点からころ大端面の最適曲率半径を提案し，これを実験により確認する．

(a) 半径方向断面と記号

2. 円すいころ大端面／
つば間の弾性流体潤滑解析
2. 1 等温EHL解析
円すいころ軸受のころ大端面／大つばの接触について，EHL解析を行った．本稿での速度や荷重，粘度は，接触部での潤滑油に著しい発熱を生じるような厳しい
条件ではないので，等温と仮定する．すなわち，¡スターベーションは発生しない．
(b) ころ大端面と内輪大つばの接触状態と座標系¡潤滑油のせん断発熱は無視する．

図1 円すいころ軸受
Tapered roller bearingとの仮定の下で¡Reynolds方程式¡半無限弾性体接触理論による弾性変形

ころ大端面とつば面の接触部は，低速あるいは潤滑¡潤滑油の高圧粘度特性

油量が不足すると十分な油膜が形成されにくいため，¡力とモーメントの釣合い

高荷重でのすべりとなり軸受の摩擦トルクが増大するの連立方程式を数値的に解く．

とともに，表面損傷や焼付きが発生する可能性が高く

図1(b)からもわかるように，接触部の全領域でこなる．潤滑油量が不足した状態をスターベーションとろ大端面とつば面は x および y 方向に速度分布を持つ

呼ぶ．

ため，Reynolds方程式にはストレッチ項（式(1)右これまでにも，この接触状態については，実験的手

辺第3，4項）を考慮する必要があり，法や理論解析による検討ならびに改良が行われてきた．実験的研究の例としては次のようなものがある．

（） （ρh3 ∂p

Yamadaは，低回転域での油膜形成性について表面∂x12η ∂x

粗さの観点から実験を行い，ころ大端面とつば面の表

∂(ρh)
∂(ρh)
∂vm
∂um
= um
＋ρh
＋ρh
＋ vm
…（1）
∂x
∂y
∂y
∂x

面粗さを小さくすることで低回転域での低トルク化に＋∂ρh3 ∂p∂y12η ∂y）∂

成功している1）．岡本らは，ころ大端面とつば面の接触点を内輪軌道面に近づけ，すべり率を低減することと書ける．ここで，hはすきま，ηは潤滑油の粘度，pによって，耐焼付き性の向上を図っている2）．

は圧力，ρは潤滑油の密度，um，vmはころ大端面とつ

EHL（Elastohydrodynamic Lubrication：弾性ば面の平均速度の x 方向成分とy 方向成分である．

流体潤滑）解析を適用した例としては次のような研究

潤滑油の高圧粘度特性について，Roelandsが与えが挙げられる．Jiangらは非ニュートン流体を仮定した高圧下での粘度の計算式をHoupertはSI系に変換した熱EHL解析を行い，形状と油膜厚さの関係についてている7）．同式は温度変化を考慮しているが，本稿で論じている3）．西田らは，Patir-Chengの平均流れモ

は等温粘度を求めるため温度に関わる項を無視し，次デル 4）を導入して，混合潤滑でのEHL解析を行っての式を用いる．
-95-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

｛

［

z

（

］｝

∂

η=η0 exp［lnη0＋9.67］−1＋（l＋5.1×10-9p） …（2）∂x

ここで，η0 は常圧粘度であり，z=α0
5.1×10-9（lnη0＋9.67）

φxρh3 ∂p12η ∂x

） （
＋

∂

φy

∂y

ρh3 ∂p12η ∂y）∂(ρh) ur−ui ∂（ρφsx）
σ
= um
＋
∂x
2
∂x

………………………（3）＋vmである．α0 は粘度-圧力係数であり，次のWu-Klaus-∂(ρh)

Dudaの式 8）で与える＋ρhα0=（0.1657＋0.2332log10v）m×10-8 ……………（4）＋ρh

ここで，v は動粘度（mm2/s），m はWalther-ASTM

∂y
∂um
∂x
∂vm
∂y

＋

vr−vi

σ

∂
（ρφsy）∂y2＋ρσφsx＋ρσφsy…………（7）（ ）（ ）∂ ur−ui∂x2∂ ur−ui∂y2の式 9）に現れる粘度傾度である．
粗さ突起が接触するとき，その接触面圧 pa はGreenwood-Trippの理論10）により，

2. 2 表面粗さの影響

pa= kc E'F2.5

れモデル 4） を採用し，表面粗さ突起間の接触には，Greenwood-Trippの混合流体潤滑理論 10）を導入し果に確定論的に固体接触部が現れるような手法ではな

kc =

い．
Patir-Chengの平均流れモデル 4）に関し，本稿は等方性粗さのみを扱った．圧力流量係数

（

σ

）

2

σ

exp −α2

φs= A2 exp −0.25

σ

＋α3

σ

σ

= hc t−
σ

8√
2

σ
2

π
（Nβσ)

15

hc

σ

f *（t）
dt ……………（9）σ…………………（10）βについて，Patir-Chengは次の

（ ）｛

F2.5

hc

=

σ

hc 6.804 hc
σ ＜4のときσhc
σ ＞4のとき（ ）4.4086×10-5 4−
0

h

σ

h

h

σ

σ

≤5 のときh cは中央油膜厚さである．N，β，σの値について，
従来の研究では Nβσおよびσ/βの形式で与えている．Greenwood-TrippはNβσ＝0.03〜0.05とし＞5 のときており10），本稿でも Nβσ＝0.05とする．一方，σ/βについて，Patir-Chengはσ/β＝100としている………………（6）

h
ただし

σ

h

hc 2

…………………（11）（ ） ｛ （ ）（ ）｝（ ）φs= A1h5∞

近似式を与えている12）．

………………（5）断流量係数11）α1hcである．関数 F2.5と，ころ大端面が平滑面であると仮定したときのせんh……………………………（8）（ ）∫（ ）
（ ）
（）

F2.5

確率論的に取り扱っており，圧力や膜厚分布の計算結hσで与えられる．ここで，た．なお，ここで採用した上記2モデルは表面粗さを

φx=φy =1−0.90exp −0.56

hc

（ ）

表面粗さの影響については，Patir-Chengの平均流＞5 のとき12）が，本稿の計算では著者らの過去の経験によりσ/A1=1.899β＝20と仮定する．
また，境界摩擦係数μaは経験的に0.12〜0.15程

α1=0.98

度とされており，本稿ではμa＝0.12を採用する．

α2=0.92
α3=0.05

2. 3 境界条件

A2=1.126

通常のEHL解析ではHrertz接触面の大きさに対し，を用いて，Reynolds方程式(1)は次のように修正され数倍程度の計算領域を設定して，計算領域端部で圧力る．

を0とする境界条件を与える．ところが，ころ大端
面／つばの接触では，図1(b)のようにHertz接触面の大きさに対し，ハッチングで示した油膜の発生領域が-96-

円すいころ軸受ころ大端面の最適曲率半径十分に大きいとはいえないので，次の境界条件を導入
した．
圧力は，接触物体であるころ大端面および大つば平
坦面が相対する領域でのみ発生し，その他の領域では

rm

0とする．

2. 4 運動に関する仮定
ころと内外輪の運動に関しては次のような仮定を導入した．
¡ころと内外輪の角速度は機構学的関係から定ま
φ¡遠心力，重力は無視できる．

rBる．
¡ころ転動面／軌道輪間，ころ／保持器間の干渉はころのスキューに影響しない．
¡ころはチルトしない．
¡スキューはころ大端面／つば間の油膜圧力分布，
トラクション，表面粗さ突起の固体摩擦によって生じる．
図2 ころのスキュー
Skewing of roller

3. 弾性流体潤滑下のころのスキュー
一般に弾性流体潤滑下では，油膜圧力は流体の入り
μt, max=

口側で徐々に増大し，Hertz接触部の出口で急激に低下する．したがって，接触中心に対して非対称となり，

0.09
×α0 p α0 p≤ 25のとき
25……（13）

0.09
μt, max=25

接触物体を回転させようとする力のモーメントが発生する．これによって，ころは図2のようにスキューす

α0 p＞25のときで与えられる．ここで，α0 は粘度-圧力係数である．

る．ころ大端面／つば間では20%程度のすべりが生

スキュー角は高々0.05˚程度であるから，スキューにじており，トラクションによる力のモーメントも存在よる微小な変化を無視すると，すべり率 s はする．さらに，固体接触が発生している場合にはそれによる摩擦力もモーメントを生じる．ころは，油膜圧s（x, y）=

ur−ui（ur＋ui）/2

力，油膜によるトラクション，固体摩擦，外力（つば………………………（14）力）が釣合うように回転する．以下，この回転に関与となる．ここで，ur，uiはそれぞれ，ころ大端面の速度，するモーメントについて検討するが，回転の中心をこ

大つば面の速度である．最大トラクション係数を示す

ろの重心とする．

すべり率を smaxとすると，トラクション係数μtはLeeHamrockのcircular-model14）を利用して図1で示した座標系のもとに，油膜圧力pによる力のモーメントMhはμt =∫∫xpdxdy ………………………………（12）Mh=s / smax
2
1＋（s / smax）

μt, max ………………（15）で求められる．したがって，トラクション力 Ft はで計算できる．このときの原点は，図1(b)のx，y

Ft =μt ∬pdxdy ……………………………（16）軸の交点である．

であり，トラクションによるモーメント Mt は，接触点

トラクションによるモーメントは次のようにして求からころ重心までの距離を lgとするとめる．最大トラクション係数μt,maxは，大野らの実験13）

Mt = lg Ft ……………………………………（17）

から

である．

-97-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

固体接触の摩擦力はGreenwood-Trippの理論10）よ

変形部は潤滑油の主たる流れの方向であるx方向に長り，境界摩擦係数をμ a，見かけの接触面積を A0 とす

軸を持つ楕円形状をなしており，出口部で馬蹄形のくると，突起接触部の摩擦力 Fa はびれが生じていることがわかる．油膜の形状は一方向Fa=μa A0 pa

のみの流れの場合とは異なり，厳密にはy＝0のx軸に………………………………（18）対して対称ではない．

で与えられる．FaによるモーメントMaは
Ma= lg Fa…………………………………（19）
表1 解析条件
Analysis condition

である．
ころのスキューによって，ころ大端面におけるつば

Cup tapered angle
Roller tapered angle
R ratio of roller large end face
Roller length
Young's modulus
Poisson ratio
Oil kinematic viscosity at 40˚C
Oil kinematic viscosity at 100˚C
Oil density…
Viscosity - pressure coefficientとの接触位置が移動するので，接触力のベクトルはころ中心を通らなくなる．したがって，つばからスキューを復元させるモーメント Mr が発生する．ころとつばの接触位置ところ中心間とx方向の距離，すなわち接触
点の移動量をlshiftとすると
Mr= lshift P …………………………………（20）P はつば荷重である．ここで，lshiftとスキュー角φの関Rotating speed
Rib load
Oil temperature
Root mean square roughnessof roller large end face
Root mean square roughnessof cone back face rib

係は幾何学的に
lshift =rB（rm−lg）
sinφ
rB−rm

…………………（21）と与えられる．rm，rB，lgは図1，2に示す長さである．

deg.
deg.
mm
GPa
mm2/s
mm2/s
kg/m3
Pa-1
min-1
N
˚C

57.62
8.5
0.8
13.52
208
0.3
32.2
5.45
850
1.93〜10-8
2000
200
40

µm

0.025

µm

0.1

以上より，スキュー角φはMh ＋ Mt ＋ Ma ＋ Mr = 0…………………（22）Pressure
GPaを解いて求められる．

4. 計算結果
4. 1 計算結果の詳細の一例
表1の条件で計算を実行すると図3のような結果が得られる．表1中のころ大端面R比は，図1の記号を用いて，rm/rBで定義される．表1の条件は，粘度グレ
ードISO VG32の潤滑油を40℃として，円すいころ(a) 油膜圧力分布

軸受30306Dに9.8kNの純アキシアル荷重を与え，内輪を2000min-1で回転させた場合に相当する．
Oil film thicknessμm

図3(a)は油膜圧力の分布図であり，図3(b)は油膜厚さの分布図である．xおよびy軸は図1(b)と同一であり，実線の内部が潤滑油膜が発生可能な領域である．
2面はおおむね，x軸正の向きに移動する．図3(a)からわかるように，流れの出口付近でEHL特有の圧力ス
パイクが発生している．ころには−0.019°のスキューが発生しており，これはくさび膜効果により油膜μmが発生しやすくなる方向である．スキューによって，(b) 油膜厚さ分布

最大油膜圧力の発生点が0.2mm程度x軸方向正の向き

図3 ころ大端面と大つば間のEHL解析例
Result of EHL analysis between roller large end faceand cone back face ribに移動しており，スキューを考慮しない場合と比較して，入り口部の面積が拡大している．図3(b)より，-98-円すいころ軸受ころ大端面の最適曲率半径4. 2 スキュー角の実験検証

4. 3 表面粗さの影響

Haradaらは，円すいころ軸受32310を用いて運流体の流れは，主として2面間に分布する圧力勾配

転中のスキュー角を測定している6）．この報告の中で，と，2面間の相対速度によって決定される．粗さの突

等粘度−剛体領域を仮定したころ大端面／大つばの接起が存在すると，圧力勾配が局所的に変化する．また，

触解析プログラムを用いてスキュー角を計算した結粗さの谷の中の流体が表面とともに移動するため，2果，絶対値にかい離が見られている．Haradaらはこ

面間の相対移動によって生じる流量に影響する実質的の原因について，計算では等粘度−剛体領域を仮定しな2面間の油膜厚さが減少する．このため，流量の期ているが，実験では高粘度−弾性体領域にあるためで待値が変化することになる．Patir-Chengの平均流れモ

はないかと推察している．

デル4）によれば，圧力流量係数とせん断流量係数を用

Haradaらの実験結果と本稿の方法での計算結果をいることで2次元粗さの影響を定量的に評価できる．

比 較 し た ． 結 果 を 図 4 に 示 す ． 図 中 ，「 E x p . 」 は圧力流量係数は粗面と平滑面の平均圧力流れの比でHaradaらの実験結果である．「EHL」は本稿のEHLあり，せん断流量係数は粗面の移動による付加的流れ

解析による計算結果であり，「HL」はHaradaらが行に関するものである．圧力流量係数とせん断流量係数

った等粘度−剛体領域を仮定したころ大端面／つばのは粗さの方向性パラメータの影響を受けるが，ここで流体潤滑解析の結果である．HLに対してEHLは実験

は等方性粗さを仮定する．

に近い値が得られている．これは，HLが弾性変形を

表面粗さを表1に示す値として粗さの有無による油考慮していないために，圧力の積分としての力が入り膜厚さの変化の様子を図5に示す．

口側に大きく偏るのに対して，EHLでは油膜圧力がここで実施した条件では粗さを考慮した方が最小油

Hertz圧に近いために圧力の積分による力の作用点が膜厚さが若干増加した．ころ大端面／大つばの接触で接触中心に近いためである．
回転速度の影響が定性的に実験と異なり，計算ではEHLにせよHLにせよ回転速度を増大させるほどスキュ

1Center oil film thicknessµm

ー角の絶対値が大きくなっている．ただし，1000min-1と回転速度の低い領域では，実験とEHLのスキュー角が定量的にも一致している．このことから，スターベーションが発生していないと考えられる低速域では，本稿におけるEHL解析は実験の潤滑状態をよく再現しており，実験では高速域ではスターベーションの発生

0.8
0.6
0.4

Smooth
0.2

Rough
0

によって入り口部の圧力が低減し油膜圧力によるモー

0

500

1000

1500

2000

Rotating speed min-1(a) 中央油膜厚さ

メントが減少したためにEHLによる計算結果よりスキュー角が小さくなったと推察される．

Skewing angle deg

0.07

Exp.1000 min-1

0.06
0.05

Exp.2000 min-1
Exp.3000 min-1

0.04
0.03
0.02

EHL1000 min-1
EHL2000 min-1

HL2000 min-1

0

50

100

150

200

0.3
0.2

Smooth
0.1

Rough
0
500

1000

1500

2000

Rotating speed min-1(b) 最小油膜厚さ

HL1000 min-1

0

0.4

0

EHL3000 min-1

0.01
-0.01

Minimum oil film thicknessµm

0.5

HL3000 min-1

軸受：30306D
つば荷重：200 N
潤滑油動粘度 ：32.2 mm2/s

Rib load

図4 スキュー角の実験結果と計算結果の比較
Comparison between experiment and calculation of
skewing angle

図5 油膜厚さに及ぼす表面粗さの影響
Effect of surface roughness on oil film thickness-99-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

は，大つばのほうが粗さが大きく，かつ表面速度が速を論じる上では特に考慮する必要のない運転条件と言い．したがって，ころ大端面の粗さによって流入を阻える．一方，油膜厚さが小さい低粘度の領域では，粘害される油量よりも，つばの粗さの移動によって付加度が最適R比に及ぼす影響は小さい．

される流入油量の方が多いために，接触領域への流入

5. 3 荷重の影響量が増加し，油膜厚さが増大したと考えられる．

図6(c)から、荷重の増加に伴って最適R比が小さくなる傾向にあることがわかる．さらに，高荷重になる

5. 油膜形成性を設計基準とした場合の最適端面R比ほど，最適R比以上のR比を与えたときの最小油膜厚さの低下が顕著になっている．したがって，油膜の薄い高荷重の場合には，R比を小さくする必要がある．

接触物体が焼付きを起こすとき，その発生条件として，臨界油膜厚さ，臨界温度，臨界摩擦損失などの条

Minimum oil film thicknessµm

件が提案されている．しかし，いずれにしても固体接触を防止することが肝要であるから，可能な限り油膜を厚くすることが望ましい．そこで，円すいころ軸受のころ大端面とつばの接触について，最小油膜厚さが最大となるようにころ端面R比を最適化する．最適値
は運転条件の影響を受けると考えられるので，ここでは，速度，粘度，荷重をパラメータとして，油膜厚さ

0.64000 min-1

0.53000 min-1

0.4

2000 min-1

0.3

1500 min-1

0.21000 min-1
500 min-1

0.1
0
70

の計算を行った．

80

90

100

R ratio of roller large end face %(a) 速度の影響
Effect of rotating speed
つば荷重：200 N
動粘度：32 mm2/s

図6に各運転条件をパラメータとしたときのころ大
端面R比と油膜厚さの関係を示す．これらから，定性
1いずれの条件でも油膜厚さが最大となるR比に対して，R比を小としても油膜厚さはそれほど減少しな
いが，R比を大とすると油膜厚さは急激に減少する．
2最小油膜厚さを最大とするR比には，高粘度の場合を除いて，回転速度，粘度の影響はあまり見られな
い．

Minimum oil film thicknessµm

的に次のようなことがわかる．
2

335 mm2/s
117 mm2/s

1.5

32 mm2/s

1

11 mm2/s
0.5
05.5 mm2/s
70

80

90

100

R ratio of roller large end face %以下に速度，粘度，荷重と最適R比の関係について(b) 動粘度の影響
Effect of oil kinematic viscosity
回転速度：2000 min-1
つば荷重：200 N

考察する．

5. 1 速度の影響
Minimum oil film thicknessµm

図6(a)よりわかるように，500min-1ではR比93%で最小油膜厚さが最大となっており，高速にすると最適R比はやや減少して4000min-1では88%となっている．ただし，油膜厚さが小さい低速になるほど最適R比前後での最小油膜厚さの変化は小さくなっており，最適R比に対して速度の影響はあまり考慮しなくてもよいと言える．

0.5
20N

0.4

100N
0.3

200N

0.2

350N

0.1

500N

0

70

80

90

100

R ratio of roller large end face %(c) つば荷重の影響
Effect of rib load
回転速度：2000 min-1
動粘度：32 mm2/s

5. 2 粘度の影響
図6(b)より，動粘度が335mm2/sの場合にはR比が78%のとき最小油膜厚さが最大となっているが，油膜厚さの絶対値が大きく，油膜形成性とR比の関係-100-

図6 ころ端面R比と最小油膜厚さの関係
Relationship between R ratio of roller large end faceand minimum oil film thickness

円すいころ軸受ころ大端面の最適曲率半径以上の結果から，油膜の形成性とR比の関係につい6. 結 言て，ここで与えた運転条件の範囲では，速度，粘度の影響については特に考慮する必要はなく，高荷重の場

円すいころ軸受のころ大端面／つば間の接触につい合にはR比は85%程度とし，低荷重の場合には95%て，スキューを考慮して等温EHL解析を行った．ころ

程度が適当であると言える．また，R比が最適値を超

大端面／つばの潤滑に関して次のような特徴が見られえると油膜厚さは急激に薄くなることから，R比は最た．

適値より小さく設計することが望ましい．

¡表面粗さに方向性がないと仮定すると，表面粗さを考慮した方が油膜厚さの絶対値は大きくなる．

5. 4 実験検証¡EHLを仮定すると，ころスキュー角の計算値は接触

ころ端面R比を97%，91.7%，80%として軸受

物体の変形を考慮しない場合より小さく，実測値にを製作し，回転速度を上昇させたときの外輪温度上昇

近い．

を測定した．結果を図7に示す．つばは通常，超仕上

また，油膜厚さの最大化を目的とした端面R比の設げ加工が施されるが，つば部の潤滑状態の影響が顕著

計指針について，次のような知見が得られた．

となるように，本実験では研削加工とした．R比97%¡油膜厚さが最大となる最適端面R比は，速度，粘度，と91.7%は各々2000min-1，3000min-1で温度上荷重条件によって変化し，特に，重荷重の場合は昇が著しく運転不能と判断した．一方，R比80%の85%程度である．ただし，端面R比が最適値を超場合には5000min-1においても正常に運転できていえると油膜は急激に薄くなるので，端面R比の設計

る．前節までで，R比を85%以下とすることによっ

値は最適値より小さくする方が良い．

て，油膜厚さを向上できることを解析によって示した¡実用上問題となる最小油膜厚さが小となる条件におが，その傾向を実験的に確認できた．

いて，低速もしくは低粘度であるために油膜が減少する場合は，速度，粘度は最適端面R比にほとんど影響を及ぼさない．

Bearing temperature ˚C

以上のことから，重荷重での使用に耐え得るために
160

は，端面R比は85%程度を上限に設計することが望140

ましいと言える．

120

なお，本稿の執筆にあたっては日本機械学会論文集100

C編 75巻(2009) pp.2319-2326を加筆・修正し80
60

R ratio 97%

40

R ratio 91.7%

20

R ratio 80%

た．

0
0

2000

4000

参考文献

6000

1）T.Yamada, Torque Control and Operational
Improvement of Tapered Roller Bearings, SAE
Technical Paper Series, (1986), 860726.
2）岡本, 辻本, ECO-Top 円すいころ軸受, NTN テクニ
カルレビュー, 68(2000), 34-43.
3）X.Jiang et al., Thermal Non-Newtonian EHL
Analysis of Rib-Roller End Contact in Tapered
Roller Bearings, Tansactions of the ASME,
Journal of Tribology, 117(1995), 646-654.
4）N. Patir and H.S.Cheng, An Average Flow
Model for Determining Effects of ThreeDimensional Roughness on Partial
Hydrodynamic Lubrication, Tansactions of
the ASME, Journal of Lubrication Technology,
100(1978), 12-17.

Rotating speed min-1
軸受：30306D
ラジアル荷重：19.6 kN
アキシアル荷重：6.9 kN
潤滑油粘度グレード：ISO VG 56

図7 軸受温度の測定結果―ころ端面R比の影響
Result of measurement of bearing temperature: Effect of
R ratio of roller large end face-101-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）5）西田ほか, 円すいころ軸受のころ大端面とつば面間の混合潤滑解析, トライボロジー会議 2001年 秋 宇
都宮 予稿集, (2001), 277-278.
6）K.Harada and T.Sakaguchi, Rolling Element
Skew in Dynamic Analysis for Tapered roller
Bearings, Proceedings of The Third Asia
International Conference on Tribology,(2006), 647-548.
7）L.Houpert, New Results of Traction Force
Calculations in Elastohydrodynamic
Contacts, Trans. ASME, J. Tribol., 1072(1985), 241-248.
8）C.S.Wu, E.E.Klaus and J.L.Duda, Developmentof a Method for the Prediction of PressureViscosity Coefficients of Lubricating Oils
Based on Free-Volume Theory, Trans. ASME,
J. Tribol., 111-1(1989), 121-128.
9）ASTM, Annual Book of ASTM Standards,
Section 5, Vol.05.01 Petroleum Products,
Lubricants, and Fossil Fuels, (1987), 197.

10）J.A.Greenwood and J.H.Tripp, The Contact of
Two Nominally Flat Rough Surfaces,
Proceedings of IMechE, 185(1970-71), 625633.
11）N.Patir and H.S.Cheng, Application of
Average Flow Model to Lubrication Between
Rough Sliding Surfaces, Trans. ASME, J. Lub.
Tech., 101(1979), 220-230.
12）N.Patir and H.S.Cheng, Effect of Surface
Roughness Orientation on the Central Film
Thickness in E.H.D. Contacts, Proc. of 5TH
Leeds-Lyon Symp. on Tribol., (1978), 15-21.
13）大野ほか, 高圧下で固化した潤滑油のトラクション
挙動に及ぼす体積弾性係数の影響,トライボロジスト,
38(1993), 927-934.
14）R.T.Lee and B.J.Hamrock, A Circular NonNewtonian Fluid Model: Part I - Used in
Elasto- hydrodynamic Lubrication,
Tansactions of the ASME, Journal of
Tribology, 112(1990), 486-496.

執筆者近影

藤原

宏樹

要素技術研究所

辻本崇

自動車商品本部
自動車技術部山内

和人

大阪大学大学院
工学研究科

-102-

-103-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[ 座談会 ]

座談会「等速ジョイント解析技術の進歩と将来」
Advance and Future of Analysis Technology for Constant Velocity Joints
出席者
木全

圭 元取締役平 田 正 和 （知的財産戦略部）
寺 阪 至 徳 （等速ジョイント技術部）
藏久 昭 （等速ジョイント技術部）
友上
真 （等速ジョイント技術部）
山崎起佐雄 (等速ジョイント技術部）
藤 尾 輝 明 （等速ジョイント技術部）
船 橋 雅 司 （等速ジョイント技術部）
吉 田 和 彦 （商品開発研究所）
木全

圭

元取締役

平田：木全元取締役は2008年12月に，論文『ボール形等速自在継手の解析法に関する研究』で，名古屋大学から工学博士号を授与されました．木全さんは1998年に退社されましたが，在職中は軸受技術研究所長，NTN
精密樹脂（株）の社長などを歴任され，その間は取締役をなされておりま
した．退職後も研究を続けられ72歳で学位論文をまとめられました．今
回は，大先輩でもある木全さんと共に「等速ジョイント解析技術の進歩と将来」と題し，若手技術者を含めた座談会の場を設けさせていただき

平田

ました．

友上：ここにいる3名の若手技術者は，今回，木全さ『ボール形等速自在継手の解析法』とAdamsとの相違

んが論文を仕上げるにあたり，数値解析のお手伝いをさせていただいたメンバーです．数値解析を進める中で理論の勉強をさせていただき，

木全：私の論文の主要な内容は，ボール形CVJの静力

貴重な経験をさせていただきました．ありがと

学解析と動力学解析に関するものです．動力学

うございます．

解析では運動方程式としてオイラーの運動方程

現在，私どもは開発のスピードアップのため式を使いました．Adamsは機構の動力学解析に，等速ジョイント（以下，CVJ）の開発に解の汎用ソフトで，ラグランジュの運動方程式を

析を活用することに取り組んでいます．解析の使っているとされていますので，動力学解析の手法として市販の動的機構解析の汎用ソフトで基本に関しては同じであると思います．

あるMSC.Adams ※(以下，Adams)を利用し数値解析のデータを正しく解釈するには，解ておりますが，木全さんの『ボール形等速自在析理論についての知識が必要であると思いま

継手の解析法』とAdamsとの相違に，木全さす．Adamsを利用する場合も，その結果の解んのご意見をお聞かせください．

釈においてはCVJを対象とした解析理論が役に(※MSC. Software社の登録商標)

立つと思います．
静力学解析はCVJの基本的な特性を知るうえで大変役に立ちます．動力学解析の結果を理解する上でも役に立つと思います．
-104-

座談会「等速ジョイント解析技術の進歩と将来」

左から

吉田，友上，寺阪，藤尾，船橋，山崎，藏

は有効であると考えています．ただし，塑性変解析技術の活用について

形を伴う場合や破壊を伴う場合は数値解析では
友上：つまり，Adamsによる解析で出てきた結果に困難なケースが多いのが実情です．機構解析とついて，解析理論から考えて妥当かどうか常に有限要素法解析の両方を取り組んでいく必要が検証する気持ちが大切ということですね．我々あります．特に小型化に際しては塑性変形量のの開発，特に自動車向け部品の開発では，試作割合が大きくなり解析が複雑になりますが，若品を作って評価し結果を考察する手法，つまり手の力で解決していきたいと思っています．

トライ＆エラーが主流になっていると思います

寺阪：心強い発言ですね．(笑)

が，その進め方について，若手の皆さんはどのように考えていますか？

将来に向けた解析技術の向上

山崎：解析では，製品を試作しなくても性能の評価が木全：解析技術の向上として弾塑性解析への取組みができるので，開発の期間短縮とコストダウンの効果はあると思います．反面，結果が適切か，現象がしっかり再現できているかは不確実です

必要ですね．技術部門での取り組みは進んでいますか？
藤尾：特にCVJの開発で取り組む必要がある解析は，から，解析と実験をうまく使って進める必要がCVJの内輪や外輪とボール接触部の塑性変形にあると考えています．

起因するCVJの破壊だと考えています．この部

藤尾：開発を進める中で，もちろん，解析を行っています．特に，新しいCVJの設計をするときは，
たとえば，内部の接触荷重が従来品に比べどの分の解析に動的有限要素法を応用し開発のスピ
ードアップをはかりたいと思います．

ように変化するのかを検討するのにAdamsに

平田：要素技術研究所でも，基礎技術のひとつとして，よる解析を活用しています．解析では条件変更

複数の部品で構成される機構の動力学解析とそが簡単にできるので便利です．Adamsでは計の構成部品の変形解析を連成させる連成解析技

算結果の内部力ベクトルを可視化できることも術の構築に取り組んでいます．

便利です．

木全：動力学に基づく機構解析と弾塑性有限要素法解

解析主導で開発を進めていければいいのです析を一つのプログラムで処理できるとよいのでが，現段階では全ての現象が正確にシミュレー

すが，現時点ではその実現は非常に難しいです

トできるとはいえない状況であり，今後も新しね．ダイナミックに解析するためには，大容量い方法を検討していきたいと考えています．

で高速のコンピュータが必要です．
動力学解析で力の状態を求め，それを入力条

船橋：Adamsによる解析は新しい構造の初期検討で-105-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

件として有限要素法で弾塑性解析するというよ析は必要な条件を考慮しつつ，どこまで単純化うな手法を繰り返し適用していくしかないのかするかということが肝要であると思います．

も知れないですね．

CVJの将来船橋：私もそう感じています．現状では細かなステッ
プごとで解析することが一番適切なのかと思い

友上：さて話題を変えてCVJの将来技術についてお話ます．

をしたいと思います．皆さんご存知のとおり，
自動車においても環境対応が非常に重要なテー

吉田：CVJの試験に低速で一定回転した状態で捩り破マになっています．自動車の駆動部品である断させる準静捩り試験があります．この破壊の

CVJは成熟商品と言われていますが，お客様のメカニズムを明確にするため，動的弾塑性有限要素法解析に取り組んでいます．このモデルは，
準静捩りの破断メカニズムを定性的にシミュレすること，トルク伝達効率をさらに向上させること，などの課題に取り組んでいます．

ートできるレベルにあり，現在，定量的にシミュレートできるモデルの改良に取り組んでいま

寺阪：軽くする，小さくする，薄くする．いずれにしす．

ても剛性や変形を考慮していかなくてはならな
いですが，どこまでできるのかを突き詰めてい

木全：CVJの専門メーカとして，CVJの弾塑性解析

くのが難しいと考えています．どういうアプロの取り組みは継続して欲しいと思います．

ーチがあるとお考えでしょうか？
木全：設計面では，応力の集中を減らすという観点が効率的な開発の進め方

必要と思います．NTNが進めている，ボール

友上：開発スピードをさらに上げていこうとすると，の数を増やすという考え方もひとつの解決法になっていると思います（EシリーズCVＪ）．

解析の最新技術を活用していかなくてはならな藏

ニーズに応えるため，より軽量・コンパクトにいと思いますが，開発業務を進めている若手技

ボールサイズを小さくし，多数のボールで力術者に木全さんからアドバイスをいただけますを受けるようにすれば荷重点の応力を低下させか？

ることが可能です．応力の集中を減らせれば，鉄以外の材料適用の可能性が出てきますね．

：先ほども議論しましたが，データの解釈の部分

ところでCVJへの樹脂材料の適用は既にできで，動力学解析や実験のデータの解釈の仕方にているのですか?

よって次のステップの進み方が変わってくると

吉田：プロペラシャフトアッセンブリーで，従来はジ思うのですが？

ョイントを3個使うところを，CFRPシャフト

木全：データを的確に評価することが必要ですね．そを用いることで軽量化し，ジョイントを2個にれには，そのデータが出てくるメカニズムを把することを可能にしました．

握することが大切と思います．動力学解析の結果のグラフは形が複雑ですが，静力学的解析の山崎：ドライブシャフトの場合は，プロペラシャフト

結果が，回転運動によって生ずる摩擦力の影響に比べ軸径が細く，入力トルクが大きいため，で変形したものです．静力学解析のデータと動接触面圧，せん断応力が高くなります．現時点

力学解析のデータをつきあわせて見ると理解しでは，まだ，ドライブシャフトのような高強度やすくなる場合があります．摩擦力の働き方を

部品への樹脂材料の適用はしていませんが，適考慮して検討することにより，一見複雑に見え用の可能性を検討しています．

る動力学解析のグラフを読み解くことができた

平田：非鉄材料ではセラミックスも弾性率と強度が高という経験があります．

く，強度部品への適用が考えられますが．

解析ではできるだけ単純化したモデルから考友上：軽くて魅力ある材料ですが，靭性や加工性，価えるほうがわかりやすいのです．ある意味，解-106-

座談会「等速ジョイント解析技術の進歩と将来」

格が現時点の課題となっています．

きるだけ小さくすることだと思います．CVJの内部では接触部の相対運動（すべりないしは転木全：そういう意味で鉄の時代が続くと思うが･･

がりすべり）の状態により摩擦係数は一定ではなく，接触面の状態やグリースにより変わって

平田：長い目で見たときには，鉄以外の新素材にもかくると思います．

かわっていく必要があるのではないかと考えその意味で表面改質は良い手段だと思いまて，要素技術の立場から取り組みを進めているす．

状況です．将来を見たときはこれらの新素材に取り組む必要があると確信しています．
藏

山崎：最近，開発したCVJ用ボールへのHL加工がそ：ボールタイプCVJなどと全く違った，すべりタ

れに相当します．CVJ用ボールへのHL加工とイプの等速ジョイントなどを検討されたことがそれにマッチしたグリースの組合せで，大きなありますか？

トルク損失低減効果が得られています．

木全：TJタイプのCVJで検討したことがありますが，若手技術者への激励

結局は，うまく行きませんでした．往復運動のすべりでは油膜ができにくいために難しいので

寺阪：先ほどからいろいろなお話を伺って，最後になはないかと思います．当然，摩擦力が大きくな

りましたが，永年にわたりCVJに関する解析なる．大きな荷重を受けるには，ケージみたいにど研究開発の仕事をされた中で，壁にぶつかっ

どうしてもすべりにならざるを得ない部分を除たこともあったかと思います．一つは，物事をいて，転がり，ないし転がりすべりがよいのでまず単純化して考えるとのお話がありましたはないでしょうか．その理由は，潤滑性が良い

が，その他で何か問題があって難しいなと思わからです．

れたときに，考え方の基本になっていることはどのようなことがありますか？

平田：CVJのすべり用途に，表面改質やグリースの検討を行ったことがありますが，おっしゃるよう

木全：基本に立ち返って考えるということかと思いまに，転がりすべりではグリースがうまく補給さす．基本に立ち返るという訓練をしているとれるのですが，すべりだけだとグリースが排除

色々な思考力が付いてくると思います．

されるので性能が低下したという経験があります．
藏

寺阪：例えば実験値と自分で考えた理論が相反するとき，どうすすめたらいいのでしょうか？

：やはり転がりすべりを上手く使いながら，新しいジョイントを考えていくということですか

木全：とことんチェック，確認をすることでしょうね．

ね．

実験の仕方に間違いがなかったか，解析についてもやはり基本に立ち返って見直してみること

木全：低摩擦で負荷容量が大きいすべり材があれば良ですね．自分がやったことが間違いないと過信いのですが・・・．

してしまうことが一番危険です．私も何回か失敗していますが，常に基本に返って考え，理論

さらに効率を上げるにはとの矛盾がないか見直すことが大切です．
平田：本日は長時間にわたり，貴重なお話をうかがう

友上：CVJの効率をさらによくするためのヒントをおことができました．ありがとうございました．

願いします．

全員：ありがとうございました．

木全：当たり前のことですが，接触面の摩擦係数をで-107-

NTN TECHNICAL REVIEW No. 77（2009）

受賞案件の紹介2009年度超モノづくり部品大賞

奨励賞受賞

高負荷容量円すいころ軸受
High Capacity Tapered Roller Bearing

上野崇

Takashi UENO

外輪と保持器のすきま

1. はじめにモノづくり推進会議と日刊工業新聞社主催（後援：
経済産業省，日本商工会議所）の「2009年

保持器柱幅

標準品

超

ころ間すきまモノづくり部品大賞」で，NTNの「高負荷容量円すい
外輪と保持器のすきま（小さく）ころ軸受」が奨励賞を受賞しました．

保持器柱幅
（同等）

高負荷容量円すいころ軸受は，既存のサイズを変更
せず，基本動定格荷重で最大10%向上(計算寿命で最高負荷容量品

大37%向上)，基本静定格荷重で最大15%増大(安全ころ間すきま（小さく）率が最大15%向上)させるとともに，軸受剛性を最大

図1 高負荷容量円すいころ軸受の構造
Structure of high capacity tapered roller bearing

10%向上(弾性変位量が最大10%低減)することを実現しました．また，接触面圧も低減し，低粘度オイルが使用される環境下でも長寿命を実現しました．1）

2. 高負荷容量円すいころ軸受の構造
高負荷容量円すいころ軸受の構造は，保持器と外輪とのすきまを小さくし，保持器のピッチ円径を上げて保持器位置を外輪に近づけることにより，保持器柱幅【左：標準品を標準品と同等のままで，ころ間すきまを狭めてころ
本数を極限まで増加（総ころと同等数）しました．

右：高負荷容量円すいころ軸受】

図2 高負荷容量円すいころ軸受のころ間すきまの写真
Figure of high capacity tapered roller bearing(図1，図2参照)

参考文献
1）辻本 崇，望月 次郎：高負荷容量円すいころ軸受，
NTN TECHNICAL REVIEW No.73（2005）

3. まとめ
長寿命・高剛性な高負荷容量円すいころ軸受は，自動車の低燃費化に伴う課題を解決する軸受であり，更にNTN独自のFA熱処理による長寿命化技術および低トルク化設計技術を併用することにより，大幅な小型・軽量化とともに，回転トルクを大きく低減するこ

執筆者近影とが可能で，自動車の低燃費化に貢献できる商品として幅広く市場への展開を図ります．
上野崇

自動車商品本部
自動車技術部-108-

NTN TECHNICAL REVIEW No. 77（2009）

受賞案件の紹介2008年度超モノづくり部品大賞

自動車部品賞受賞

ステアリング用等速ジョイント（CSJ）の開発
Constant Velocity Steering Joint (CSJ)山崎健太

Kenta YAMAZAKI

1. はじめに

3. ステアリング用等速ジョイントCSJの特性

モノづくり推進会議と日刊工業新聞社主催（後援：
経済産業省，日本商工会議所）の「2008年

超従来のステアリング用等速ジョイント（D-CJ）との性能比較結果を以下に示します2）．

モ1）回転方向ガタ比較結果

ノづくり部品大賞」で，NTNの「ステアリング用等速ジョイント『CSJ』」が自動車部品賞を受賞しました．

図2に示すようにCSJは，D-CJと比較してヒステ『CSJ』は，ジョイント内部に独自の予圧付与機構

リシスが小さく，高い捩り剛性を有しています．

を設けることでガタをなくし，内部設計を最適化する

2）回転トルク比較結果

ことにより，「滑らかな回転」と「ハンドルの遊びの

図3に回転角度とトルクの関係を示します．CSJの低減」の両立を実現しました．

回転トルクには大きな変動がなく，ステアリング用ジ

従来のステアリング用等速ジョイントであるダブル

ョイントに適した特性です．

カルダンジョイント（以下D-CJと呼ぶ）に対し，重+量，体積が約1/2であると共に，使用可能領域（0〜

CSJ
D-CJ

グシステムの柔軟なレイアウト設計が可能です．

+

捩り剛性が低い
ヒステリシスが大きい

0捩り剛性が高い

2. ステアリング用等速ジョイントCSJの構造

0-

CSJの基本構造 1）は，ドライブシャフト用として多用されているBJ（ボールタイプの固定式等速ジョ

0

60

120

180

240

300

360

回転角度
-

0
捩り角度

+

図2 回転方向ガタ
Rotational bach lashイント）をベースに，内部にプランジャーとスフェリ

CSJ
D-CJ

回転トルク

負荷トルク

48˚）でガタがなく等速であることから，ステアリン

図3 回転トルク（無負荷時)
Rotational torqueカルプレートを追加しました（図１参照）．プランジ
ャーのばね力により，内輪が図の右方向に変位するこ4. まとめとで，ボールと内輪および外輪のボール溝が常に当接CSJは，世界初のステアリング用ボールタイプ等する状態を保ち，部品間のすきまをゼロにして回転方

速ジョイントで，高機能であるだけでなく，従来品D-

向ガタを抑制します．

CJ比 約50％の大幅な軽量・小型化によって自動車の環境負荷低減にも貢献する商品です．

外輪

スフェリカルプレート

参考文献

ボール

ケージ

1），2）山崎 健太：ステアリング用等速ジョイント（CSJ），
NTN TECHNICAL REVIEW No.73（2005）
内輪

執筆者近影

軸方向変位
プランジャー山崎

図1 予圧付与機構説明図
Structure to reduce rotational play健太

等速ジョイント技術部-109-

NTN TECHNICAL REVIEW No. 77（2009）

受賞案件の紹介2008年度

資源循環技術・システム

奨励賞受賞

鉄鋼ダストの固形化処理装置の開発とリサイクルシステムの構築
Development of Briquetting Machine and Accomplishment
Recycling System for Steelmaking Dust

概後 藤 正 三*山 田 郁 夫**

Shozo GOTO

Ikuo YAMADA

村 松 勝 利***Katsutoshi MURAMATSU

要

日本における製鋼用電気炉では，年間約50万トン

ないで円筒状のブリケットに加圧成形し，スクラップの鉄鋼ダストが発生しており，その処理として，従来，とともに電炉へ投入するものである．

埋立て処理，脱亜鉛処理，再利用処理が行われている．

ブリケットに含まれるカーボンは，燃料，還元剤と今日，埋立て処理は，処理場の確保が困難になり，して機能するので溶融効率が高い．また，ダストを直処理費用の負担も大きい．また，脱亜鉛処理も同様に，

接，あるいは造粒ペレットとして電炉に投入する従来

移送費を含め処理費用の負担が大きく，処理量削減がの方法と比較し密度が高いので，溶湯内で溶融し，鉄求められる．

として回収される率が高い．

再利用処理については，いろいろな方法があるが，本開発により，経済性の向上，埋立て処理量全廃，溶融効率やコストの点から，今回，ダイワスチール（株）

電力利用効率向上によってダストの再利用量が増加

殿と共同で，環境負荷低減とコスト削減を同時に実現（回収鉄分が増加）することで，脱亜鉛処理量が削減する新たな再利用方法を開発した．

され，環境負荷低減に貢献することができた．

新しい再利用方法は，図1に示す鉄鋼ダストにカー

環境対応が求められる中，本システムは循環型社会

ボンと水を加え造粒したペレットを，接着剤を使用し実現に大きく貢献している．

鉄鋼製品のリサイクル
スクラップ
電炉から出る鉄鋼ダストのリサイクルダスト 排ガスブリケット（φ150×120H）

1 電炉

2 フィルタ

鉄鋼製品

鉄鋼ダスト

カーボン
水

3 造粒機

執筆者近影（代表）
ペレット

鉄分

5 脱亜鉛装置
亜鉛地金

4 NTN鉄鋼ダスト固形化

図1 鉄鋼ダストの固形化装置とリサイクルシステム
Briquetting Machine and Recycling System for Steelmaking Dust
*元生産技術研究所**生産技術研究所***要素技術研究所

-110

後藤

正三

元生産技術研究所

-111-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）[ 新製品紹介 ]インテリジェント・インホイール
モータ・ブレーキ・センサの融合・コンパクト化で，より最適な回生・車両安定制御や運転性能に貢献！

特

長

用

1 燃費と運転時の安全性が向上

途¡電気自動車，燃料電池車

2 車両の設計やデザインの自由度が比較的に向上
3 ユーザニーズに基づいた運動性能の獲得が可能

構

造
電動ブレーキインホイールモータ

ハブベアリング
荷重センサ
センサ情報
操舵角
アクセル開度
インホイールモータ
電動ブレーキ
荷重センサ

モータ制御
ブレーキ制御車輪速（モータ回転速度）

車両制御
コントローラ駆動力（モータ電流）
ブレーキ力
接地荷重

操舵角制御
サスペンション制御

コーナリング力-112-

新製品紹介広域・高分解能小型センサ内蔵ハブベアリング
2種類の信号で車両安全制御の高度化に貢献！

特

長

構

造

1 極低速から高速まですべての領域を検出し，処理能力の負荷も低減

磁気エンコーダ

高分解能センサ

2 高分解能の回転検出(従来比40倍)で，車輪の動きを1mm単位で検知可能
3 前進/後退の判別が可能となり，坂道発進時の後退が検出可能
4 小型センサの適用により製品の小型化を実現

用途
高分解能信号（従来比40倍）とABS信号

乗用車用ホイールハブベアリング¡車両姿勢制御¡ヒルホールド制御

着磁エンコーダの磁極
高速走行時用のABS信号
低速走行時用の高分解能信号-113-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

高効率固定式等速ジョイント（EUJ-S）
トルク伝達ロス30％低減で燃費向上！
小型・軽量な高作動角(50˚)対応等速ジョイント

特長（従来品比）構

1 トルク伝達ロス：約30％低減
2 強度・耐久性：同等

3 最大作動角：同等（50˚）

用

造〜 従来品（EUJ）との比較 〜¡内部設計の見直し・最適化により，各部品の接触による摩擦損失を低減¡新開発の低μグリースと表面改質の適用により，摩擦損失を低減

途¡自動車用ドライブシャフト
しゅう動式等速ジョイント

外輪

固定式等速ジョイント（EUJ-S）

タイヤ

-114-

ケージ

ボール

内輪

新製品紹介プロペラシャフト用

高効率・低発熱10個ボール等速ジョイント（HELJ）
トルク損失低減・低発熱・軽量化を実現し高機能・低燃費に貢献！

特長（従来品比）構

1 高効率：トルク損失率を50％低減
2 低発熱：温度上昇を50％低減
3 軽 量：重量を5％軽量化

用

造〜 従来品(HLJ)との比較 〜¡ボール溝傾斜角の最適化により，ボールの軸方向移動時の抵抗を軽減し低発熱化¡ボール径を小径化，ボール数を6個から10個とし，内輪・外輪・ケージを小型・軽量化

途

互いに逆方向に傾いたボール溝¡自動車用ドライブシャフト(FR車，4WD車のプロペラシャフト)

内輪

ボール ケージ

新商品（HELJ）
ボール数：10個

従来品（HLJ）
ボール数：6個

プロペラシャフト

断面比較

-115-

外輪

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

アクチュエータ用長寿命ボールねじ
小型・軽量化で長寿命を実現し，電動化対応・低燃費に貢献！

新商品

従来品

特

長（従来品比）構

1 寿 命：6倍向上（同一寸法時）
2 寸 法：軸方向7％小型化
同等寿命時
3 重 量：30％軽量化¡リードを超えるボールサイズ
極限までボールサイズを大きくし，負荷容
量をアップ

｝

用

造

途

¡自動車用連続可変バルブ機構，電動駆動部
ータ部
アクチュエ
【新商品】

ボールねじ

【従来品】

ロッカーアーム
コントロールシャフト
アウトプットカム
リンク
バルブリフタリンク

ドライブシャフト

リード

バルブ

リード＜ボールサイズ

-116-

リード
リード＞ボールサイズ

新製品紹介超低トルクバックアップロールユニット
大幅なトルク低減により，生産性向上や環境負荷抑制に貢献！

特長（従来品比）構

造

1 回転トルク：40％低減
2 温度上昇 ：20％低下

用

低トルクニードル軸受

途
新規シール構造（間座とOリング）¡薄板製造設備，テンションレベラ

バックアップロールユニット

鋼板

中間ロールユニット
ワークロールユニット
巻取り06-3
巻取り-117-

NTN TECHNICAL REVIEW No.77（2009）

2ウェイ分別フィーダ
新発想の部品搬送機構により，生産効率向上に貢献！

特

長

構

造

1 反対方向への搬送
一対の板ばね取付方法の工夫で反対方向への搬送が可能2 増速・減速
部品の整列供給を行うアタッチメント部の速度変更が可能

部品搬送機構3 傾斜シュートへの振動伝達
シュート内での部品停滞を防止
正方向：ボウルフィーダの搬送方向

反対方向：部品搬送機構部の搬送方向

用

途¡自動車部品，電機部品，医療機器部品他の
整列供給
増速・減速

-118-

傾斜シュート新製品紹介事務機器用新型 ワンウェイクラッチ（NCT）
樹脂部品へ容易に組込み可能としながら、
クラッチ機能の高信頼性を維持！

長構

1 樹脂部品との一体化が可能(外輪外径部に回り止め部を設置)

造

熱加締め
（5個所）

2 取扱い性向上
・外輪と蓋部品を熱加締めで単体化(非分離タイプ）・組込み方向の識別を色相で確認可能(ロック方向も製品に明示)
・ロック方向の変更は，クラッチの組み込
み方向の変更で可能

φ12

特

回り止め部

6
φ

7

外輪フランジ部用

外輪保持器一体蓋途¡プリンタ，コピー機の紙送り部

3 高信頼性・耐久性
・ユニットタイプ(NCZ)と同等

トレイ部

4 ラジアル荷重の負荷が可能
・クラッチの保持器内径面で負荷

適用部位

給紙トレイ

-119-