新要素を掛け合わせたベアリングで、電動車のモータの高速化に対応
持続可能な社会の実現に向け、多くの産業でさまざまな取り組みが進められています。自動車産業では環境負荷が少ない電動車の普及が進んできていますが、課題もあります。今回は、電動車向けのベアリングを開発しているエンジニアに、電動車の課題とベアリングに求められることなどを聞きました。
プロフィール
岩永 泰弘（写真左）
自動車技術総合開発センター パワートレイン軸受技術センター
パワートレイン軸受技術部 副主務
下川 義統（写真右）
自動車技術総合開発センター パワートレイン軸受技術センター
パワートレイン軸受技術部
電動車に求められること
岩永 CASE*と呼ばれている自動車技術の革新に伴って、自動車業界では自動車や要素部品の電動化が進んでいます。電動車といってもEVやPHVなどいろいろな種類があるなかで、共通している課題が一つあります。それは1回の充電で十分な遠距離走行ができない、ということです。電動車の主要部品であるモータを小さくすると、車体が軽くなり、少ない電力で走ることができるのですが、モータを小さくしてしまうと、従来のモータと同じ回転数のままではパワーが落ちてしまいます。ではどうすればいいかというと、パワーを補うために、回転速度を上げなくてはなりません。そのため、モータの中に使われるベアリングなどの部品には小さく軽くなるだけでなく、高速回転に対応することも求められてきます。
*CASE：Connected（接続性）、Autonomous（自動運転）、Shared & Services（共有）、Electric（電動化）の変化の総称
EV用駆動システムに使われるベアリングのイメージ
下川環境面から考えると、モータを含めた電動車の部品を小さく軽くすれば、空いたスペースにバッテリーを積むことができますよね。燃費や電費が向上して、1回の充電での走行距離が長くなり、結果として環境貢献につながります。また、電動車は、ガソリン車に比べてCO2排出量が少なくなるため、環境にやさしい乗り物であることは言うまでもありません。
電動車にはさまざまな種類が
EV（Electric Vehicle）:電気自動車。モータで車を駆動する。
HV（Hybrid Vehicle）：ハイブリッド自動車。エンジンとモータを搭載し、どちらか一方または両方を使って車を駆動する。外部からの充電はできず、モータ用の電力はエンジンやブレーキなどの動力を電気エネルギーに変換することで得る。
PHV（Plug-in Hybrid Vehicle）：プラグインハイブリッド自動車。外部電源から充電できる。電気自動車のメリットとエンジンとモータの併用で遠距離走行ができるハイブリッド自動車の長所を併せ持つ自動車。
FCV（Fuel Cell Vehicle）：燃料電池車。水素と酸素を化学反応させて電気をつくる「燃料電池」を搭載し、モータで車を駆動する。
多くの新たな取り組みで、世界最高レベルの高速対応を可能に
岩永 NSKはこれまでもモータの高速化に対応した製品を開発してきましたが、2年前に改めて高速化に特化した開発チームが発足しました。そのチームが開発した初めての製品が、今年3月に発表した「電動車駆動モータ用高速回転玉軸受」です。このベアリングは、電動車の駆動モータ用グリース潤滑ベアリングとしては世界一の高速回転性能を持っており（NSK調べ、2020年3月時点）、dmN*という高速回転性を示す指標が、従来品と比較して約2.5倍まで向上しています。
*dmN：「ベアリングのピッチ円径(dm)」と「回転数(n)」の積であり、ベアリングの回転性能を示す指標。
「電動車駆動モータ用高速回転玉軸受」の位置付け ～他社比較～
下川 ベアリングは、速く回れば回るほど内部の熱が高まり、摩擦を低減する油膜が形成されにくくなります。その状態がさらに進むと、部品同士の触れ合う面にこげてしまったような「焼付き」という現象が発生します。そこでまず、NSKが独自開発した高速回転に対応できるグリースを使用することにしました。このグリースを使用することで、油膜を形成することができ、焼付きの発生が抑えられ、従来品に比べて製品寿命を延長することができました。ベアリングの寿命が延びることで、モータの寿命も延び、省資源、省エネルギー化にもつながります。
また、ベアリングには転動体であるボールがお互いにぶつかり合わないように位置を定める保持器という部品があるのですが、この保持器も高速回転すると、遠心力によってその形状が変わってしまいます。このベアリングの開発では、保持器の形と素材を見直し、より高速化にも耐える保持器を開発しました。
ボールベアリングの構造
さらなる高速化にも耐えられる形と素材の保持器を開発
開発にあたっては、部品の形や素材、グリースなど多くの新要素があったため、その分、開発の難易度も高くなりましたが、失敗を繰り返しながら、製品化につなげることができました。その際に活かされたのは、NSKがこれまで積み重ねてきた経験と技術力です。
岩永 製品化には他の部署との連携が不可欠でした。自動車産業以外でも電動化や高速化のニーズが高まっていることもあり、NSKでは、私たちのチーム以外にも、高速化に対応する製品を開発している部署があります。そうした部署の知見を借りて開発を進めてきました。また、NSKの技術を支える基盤となっているコア技術を研究している部門の存在が、開発品の解析や評価をする面でとても心強かったです。というのも、この開発の目標はまだどこの企業も実現していない、駆動モータ用グリース潤滑軸受で140万dmNを実現することにあったので、評価の方法はおろか、試験機すら社内にありませんでした。そこで、ベアリングの開発と並行して、コア技術の研究部門と協業しながら評価設備の開発も進めていきました。いろいろな部署と横断的に開発を進められたことが、非常に短い期間での製品化につながったのだと思います。
知見を共有しながら、社会に必要とされる製品を生み出していきたい
下川 今回の開発を通して得た学びや気付きを他の部署と共有して、NSK全体の知見として蓄積し、今後の開発に活かしていきたいと思います。高速化のニーズが高まる工作機械向け製品など、自動車向け以外の製品などにも技術を活用できるのではないかと考えています。
他社も、高い要求に応える新製品をどんどん開発してきますが、常に他社に先行できる開発を進めていきたいと思います。私たちの開発がNSKの活性化につながるように取り組んでいきます。
岩永 NSKの技術力を活かして、ベアリングの使い方や潤滑方法までを開発し、お客様に提案できるまでの力をつけたいと思います。提案の際は、お客様に余計な負担をかけずに使っていただけるように、お客様の評価の方法や使っているシステム、条件を理解して提案することを心掛けていきます。お客様に、「やっぱりNSK」と思っていただけるよう、社会に必要とされ、エンドユーザーの喜びにつながる製品をこれからも開発していきます。
本記事に関するプレスリリース：電動車駆動モータ用高速回転玉軸受を開発