JP2003230248A

JP2003230248A - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP2003230248A
Application number: JP2002024519A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Matsushita; 一夫松下; Shinji Fujita; 慎治藤田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】車両用交流発電機の回転軸を支持する軸受のう
ち、負荷の大きい駆動プーリ側の軸受寿命を長寿命化す
る。【解決手段】端部に駆動プーリ５が取付けられた回転軸
２を片持ち状に支持する二つの軸受３、４のうち、駆動
プーリ５と反対側の軸受４のグリース中に、グリース組
成物全量の１．０〜４０体積％、好ましくは２．０〜３
０体積％、更に好ましくは６．０〜２０体積％のカーボ
ンブラック等の通電性物質を混入し、駆動プーリーベル
ト間で発生する静電気を除電し、軸受内外輪間の放電現
象を回避することにより、水分分解に伴う水素の発生を
回避し、もって組織変化を伴う剥離を防止して長寿命化
を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばエンジンに
よって駆動され、交流電流を発電する車両用交流発電機
に関し、特に端部に駆動プーリが取付けられた回転軸を
片持ち状に二つの軸受で支持する車両用交流発電機に好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の小型・軽量化に伴って、
エンジン補器類にも小型・軽量化と、高性能化、高出力
化が求められている。そうした中で、例えば車両用交流
発電機であるオルタネータでは、エンジンによって高速
回転される回転軸の軸受に高振動、高荷重（重力加速度
で４Ｇ〜２０Ｇ程度）が作用し、その結果、駆動プーリ
側の軸受の固定輪である外輪軌道輪に早期剥離が生じ、
軸受の寿命を短くする原因となっている。

【０００３】この早期剥離の要因としては、高振動によ
る応力の増大や、それに伴って油膜を形成することが困
難になることにより、軸受潤滑用のグリース中の０．１
％程度の水分が分解し、表面接触（金属接触）を生じや
すくなるためであると考えられる。また、一般に、車両
用交流発電機では、エンジンのクランクシャフトから伝
達される高速回転運動により、ベルトと前記駆動プーリ
との間に静電気が発生する。通常、軸受回転中は、潤滑
剤の油膜により、内外輪は絶縁状態になっているが、内
外輪の電位差が大きくなる（約１００〜５００Ｖ程度）
と、内外輪間で放電現象が生じ、これによりグリース或
いは潤滑中に混入した水が分解し、水素イオンを発生さ
せる。水素イオンが発生すると、それが軌道輪の軌道面
に吸着し、水素原子となって高歪み場（最大剪断応力位
置近傍）に集積され、これが応力腐食割れ型剥離の要因
となっているとも考えられる。また、軸受内での水分の
発生原因として、エンジン運転中は補機も高温となり、
エンジン停止後に大気温度まで冷却されるため、軸受内
の僅かな空間に存在する空気が結露することも考えられ
る。

【０００４】この対策として、例えば特開平１１−１１
７７５８号公報に記載されるハイブリッドプーリを用い
ることが考えられる。このハイブリッドプーリは、内部
が絶縁物質で構成されているため、ベルトープーリ間で
発生した静電気が回転軸に流れず、その結果、軸受内で
の放電現象を抑制することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、車両用
交流発電機は、更なる高速回転化が予測されるため、そ
れに伴って増大する静電気の回転軸側への流れを前記ハ
イブリッドプーリで抑制するのにも限界がある。つま
り、回転軸を支持する軸受の内外輪間の放電現象自体を
積極的に回避する必要がある。

【０００６】本発明は前記諸問題を解決すべく開発され
たものであり、回転軸を支持する軸受の内外輪間の放電
現象を回避することにより、軸受寿命の優れた車両用交
流発電機を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる諸問題を解決する
ために、本発明者等は、図３に示す試験装置を用いてベ
ルトープーリ間の静電気の放電現象について研究を行っ
た。この試験装置は、特開平９−８９７２４号公報で提
案したものであり、車両用交流発電機、つまりオルタネ
ータの回転軸と軸受、駆動プーリ等を模したものであ
る。この試験装置は、回転軸を支持する二つの軸受のう
ち、駆動プーリ側の軸受を試験軸受とし、当該試験軸受
を支持するアルミニウムハウジングは、ボルトなどの締
結部材によってハウジング本体に簡易に締結している。
一方、回転軸そのものはスリップリングを介して接地す
ることで、軸受内外輪の電位差はない。この状態で、駆
動プーリに負荷をかけ、前記アルミニウムハウジングの
振動の状態を振動計で検出しながら、試験軸受の寿命試
験を行った。そして、例えば９秒程度に設定された所定
時間毎に回転数を９０００ｍｉｎ^-1と１８００ｍｉｎ^-1
とに切換え、荷重条件をＰ（負荷荷重）／Ｃ（動定格荷
重）＝０．１０、試験温度８０℃一定で、軸受潤滑用に
Ｅグリースを用いて寿命試験を行った。寿命試験の結果
は、サンプリング数１０個で、２０００時間試験を継続
しても剥離を起こさず、軸受の内部にも組織変化は観察
されなかった。つまり、軸受内外輪の電位差をなくすこ
とは試験軸受の寿命向上に有効な手段であると考えられ
るが、実際のオルタネータの回転軸を、スリップリング
を用いて接地することは不可能であることから、何らか
の他の手段を開発する必要があった。

【０００８】上記問題を解決するため、本発明のうち請
求項１に係る車両用交流発電機は、端部に駆動プーリが
取付けられた回転軸を片持ち状に二つの軸受で支持する
車両用交流発電機において、前記二つの軸受のうち、前
記駆動プーリと反対側の軸受のグリース中に通電性物質
を混入したことを特徴とするものである。なお、通電性
物質としては、カーボンブラック等のナノスケールの粉
末状のものが好ましい。また、通電物質をグリース中に
混入する軸受は、駆動プーリ側ではなく、駆動プーリと
反対側である必要がある。それは、グリース中に通電物
質を混入すると耐焼付性が低下するため、荷重の大きい
駆動プーリ側の軸受では焼付きが発生する恐れがあるた
めである。

【０００９】また、本発明のうち請求項２に係る車両用
交流発電機は、前記請求項１の発明において、前記通電
性物質はグリース組成物全量の１．０〜４０．０体積％
としたことを特徴とするものである。また、前記軸受に
おける内外輪の通電性を確実なものにするためには、シ
ール部材を導電性材料にすることが有効である。従っ
て、本発明の車両用交流発電機では、通電性シール部材
を備えた軸受を用いることが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は本実施形態の車両用交流発電機の断
面図である。この車両用交流発電機の回転子、所謂ロー
タ部分はハウジング１内部に収納され、その回転軸２
は、二つの軸受３、４で回転自在に支持されている。前
記回転軸２の図示左方端部はハウジング１から外部に突
出しており、この突出部分に駆動プーリ５が取付けられ
ている。つまり、端部に駆動プーリ５が取付られた回転
軸２は、片持ち状に、二つの軸受３、４で支持されてい
る。そして、前記駆動プーリ５がエンジンによって回転
されることで、回転軸２と共に回転子が回転し、コイル
に交流電流が発生する。

【００１１】この車両用交流発電機を用い、前記回転軸
２を支持する二つの軸受３、４の寿命試験を行った。前
記駆動プーリ５側の軸受３は、ＪＩＳ呼び番号６３０３
であり、試験荷重はＰ（負荷荷重）／Ｃ（動定格荷重）
＝０．１とした。また、前記駆動プーリ５と反対側の軸
受４は、ＪＩＳ呼び番号６２０２であり、試験荷重はＰ
（負荷荷重）／Ｃ（動定格荷重）＝０．０５とした。そ
して、各軸受の内・外輪及び転動体は全て軸受鋼２種
（ＳＵＪ２）を用い、通常熱処理（８３０〜８５０℃で
焼入れ加熱、油冷却後、１８０〜２４０℃で焼戻し）を
施した。内・外輪、転動体の表面硬さはＨＲＣ５７〜６
３、残留オーステナイト量は０〜２０％、内・外輪の表
面粗さは０．０１５μｍＲａ、転動体の表面粗さは０．
００３〜０．０１０μｍＲａとした。

【００１２】そして、回転数を例えば９秒程度に設定さ
れた所定時間毎に９０００ｍｉｎ^-1と１８００ｍｉｎ^-1
とに切換え、夫々の軸受に下記表１に示す組成のＥグリ
ースを封入する。このＥグリース中に添加する通電性物
質の体積％を種々に変更して寿命試験を行った。

【００１３】

【表１】

【００１４】この車両用交流発電機の前記駆動プーリ側
軸受の計算寿命は１３５０時間であり、駆動プーリと反
対側の軸受の計算寿命は６４３０時間である。前述した
ように、この種の車両用交流発電機の回転軸を支持する
軸受のうち、組織変化を伴う剥離の発生により短寿命と
なるのは、駆動プーリ側軸受であるから、寿命試験打ち
切り時間は１５００時間とした。試験は、初期振動に対
して、振動値が５倍に増加したときを寿命と見なし、試
験を中断し、剥離並びに組織変化の有無を確認した。試
験個数（サンプリング数）は夫々１０個である。寿命試
験の結果を表２及び図２に示す。

【００１５】

【表２】

【００１６】前記表２及び図２から明らかなように、実
施例４〜実施例７では、駆動プーリ側、駆動プーリと反
対側の夫々の軸受において、全て１０個中１０個、寿命
試験打ち切り時間の１５００時間に達しても剥離発生が
認められなかった。これは、駆動プーリと反対側の軸受
のグリース中に通電性物質を６．０〜２０．０体積％混
入したことにより、軸受回転時に駆動プーリと反対側の
軸受の内外輪を通電させることができ、これによりベル
トープーリ間で発生した静電気をハウジングに除電し、
軸受の内外輪間の放電が回避され、その結果、前述のよ
うなグリース中の水分の分解による水素の発生を抑制防
止できたためであると考えられる。

【００１７】実施例１〜実施例３では、実施例４〜実施
例７と比較して、駆動プーリと反対側の軸受のグリース
中の通電性物質が少ないために、軸受回転時の通電性が
さほど良好ではなく、その結果、１０個中１個〜２個剥
離が生じてしまった。また、実施例８〜実施例１１で
は、通電性物質を多量に添加しているため、通電性は良
好であり、剥離を起こすことはなかったが、多量の通電
性物質のためにグリースのちょう度が低くなり、１０個
中１個〜２個焼付きを生じてしまった。しかしながら、
後述する比較例１〜比較例１０と比較すると寿命は３倍
〜６倍も長じている。

【００１８】これに対し、比較例１では、駆動プーリ側
及び駆動プーリと反対側の軸受の何れのグリースにも通
電性物質を一切混入しておらず、その結果、短時間のう
ちに、１０個中１０個とも、駆動プーリ側の軸受に剥離
が生じた。比較例２は、グリースに通電性物質を混入す
る代わりに、例えばグラファイト入りニトリルゴム製な
どの通電シールを用いたものであり、比較例１と比較す
ると長寿命傾向が認められたものの、凡そ５５０時間程
度で、１０個中１０個とも、駆動プーリ側軸受に剥離が
生じた。これは、寿命試験をするに従ってシールが変形
してしまい、内・外輪が絶縁状態となったため、内・外
輪に電位差が生じ、放電現象が生じたためであると考え
られる。

【００１９】また、比較例３では、駆動プーリと反対側
の軸受のグリースに０．５体積％の通電性物質を混入し
たものであるが、軸受回転時の通電性が良好ではなく、
４１０時間程度の比較的短時間に、１０個中６個、駆動
プーリ側軸受に剥離が生じた。また、比較例４、比較例
５では、駆動プーリと反対側の軸受のグリースに、夫
々、４５体積％、５５体積％の通電性物質を混入したも
のであり、軸受回転時の通電性は良好であるために剥離
は生じなかったが、グリースのちょう度が低くなり、夫
々、５９０時間、３９０時間という比較的短時間のうち
に、夫々、１０個中５個、１０個中７個、焼付きが生じ
た。

【００２０】比較例６、比較例７では、駆動プーリ側の
軸受のグリースにのみ通電性物質を混入したものである
が、夫々、４９０時間、３８０時間という短時間に、夫
々、１０個中５個、１０個中７個、駆動プーリ側の軸受
で焼付きが生じた。これは、駆動プーリ側の軸受の方
が、反対側の軸受よりも荷重が２倍ほど高いために焼付
いてしまったものと考えられる。また、比較例８〜比較
例１０では、駆動プーリ側の軸受のグリースにも、駆動
プーリと反対側の軸受のグリースにも通電性物質を混入
したものであるが、夫々４２０時間、２８０時間、４０
０時間という短時間に、夫々、１０個中８個、１０個中
８個、１０個中７個、駆動プーリ側の軸受で焼付きが生
じた。この理由も、前記比較例６及び比較例７と同様で
あると考えられる。

【００２１】以上より、本発明の車両用交流発電機で
は、駆動プーリと反対側の軸受のグリースに通電性物質
を混入することが有効であり、その添加量は、グリース
全量に対して１．０〜４０．０体積％である。通電性物
質のグリースへの混入量がこれより少ないと、十分な通
電性を得ることができずに、静電気の放電による水素発
生に伴い剥離が生じ、これより多いと、グリースのちょ
う度が低下してグリースそのものが硬化し、焼付き寿命
が低下する。軸受内・外輪の通電性を確かなものとし、
焼付き寿命の低下を考慮するなら、通電性物質の混入量
はグリース全量に対して２．０〜２０．０体積％が望ま
しく、更に好ましくは６．０〜２０．０体積％とするの
が望ましい。結果として、通電性物質添加後のグリース
ちょう度はＮＬＧＩＮｏ．１〜Ｎｏ．３であることが
より望ましい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の車両用交
流発電機によれば、回転軸を支持する二つの軸受のう
ち、駆動プーリと反対側の軸受のグリース中に通電性物
質を混入したことにより、駆動プーリとベルトとの間で
発生する静電気を除電し、回転軸を支持する軸受の内外
輪間の放電現象自体を回避することにより、軸受の長寿
命化を図ることができる。

【００２３】また、グリースに混入する通電性物質はグ
リース組成物全量の１．０〜４０．０体積％としたこと
により、回転軸の内外輪間の放電現象を確実に回避し、
もって軸受の更なる長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両用交流発電機の一実施形態を示す
断面図である。

【図２】図１の車両用交流発電機における軸受寿命試験
の結果の説明図である。

【図３】車両用交流発電機をシミュレートした軸受寿命
試験装置の説明図である。

【符号の説明】

１はハウジング２は回転軸３、４は軸受５は駆動プーリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J101 AA01 AA42 AA52 AA62 AA82 CA12 EA64 EA72 FA11 FA32 FA35 GA01 GA24 5H605 AA12 BB01 CC04 EB10 FF13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】端部に駆動プーリが取付けられた回転軸
を片持ち状に二つの軸受で支持する車両用交流発電機に
おいて、前記二つの軸受のうち、前記駆動プーリと反対
側の軸受のグリース中に通電性物質を混入したことを特
徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】前記通電性物質はグリース組成物全量の
１．０〜４０．０体積％としたことを特徴とする請求項
１に記載の車両用交流発電機。