JP2004263837A

JP2004263837A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2004263837A
Application number: JP2003057324A
Authority: JP
Inventors: Kiyotoshi Ueda; 清利上田; Yukio Oura; 大浦　　行雄
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】微量の潤滑油による最小限の潤滑環境下であっても、転動体表面におけるバンド状摩耗の発生及び光沢の喪失等の損傷を防止することができ、人工衛星姿勢制御用フライホイールに適した転がり軸受を得る。
【解決手段】本発明にかかる転がり軸受は、外輪１２、内輪１１及び転動体１３のうち、少なくとも転動体１３の材質がセラミックスである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工衛星姿勢制御用フライホイールに用いられる転がり軸受の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、人工衛星姿勢制御用フライホイールに用いられる転がり軸受としては、低トルクかつトルクの変動を最小限に抑えるといった要求を満足させるため、潤滑油量を最小限に絞るとともに、潤滑油を安定して供給するといった手法が採られる。このような構造においては、予圧を付与した組み合わせアンギュラ玉軸受が一般的に用いられている。また、潤滑方式としては、例えば、内外輪の軌道面に塗布させた微量潤滑油及び保持器から塗布潤滑油及び含浸潤滑油を供給し、別に設けた外部潤滑手段から潤滑油の供給が開始されるまで、これら塗布潤滑油及び含浸潤滑油のみによって潤滑を行う方式が挙げられる（例えば、特許文献１など）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２３８５４５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような微量の潤滑油による最小限の潤滑環境下では、転動体表面に短期間のうちにバンド状摩耗（転動体表面における周方向に残る摩耗痕）が発生するか、又は、転動体全面において光沢が失われる等の損傷が生じる恐れがあった。
これらの損傷は、目視によってバンド状摩耗又は光沢の喪失として識別可能であるが、摩耗量としては極めて小さく、あらさにおいてその変化が認められる程度である。しかし、このような損傷は、長期間の運転によって摩耗が進み、軸受機能の喪失に至るものであり、外部異物の除去又は洗浄方式の改善といった方法のみによっては解決できなかった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、微量の潤滑油による最小限の潤滑環境下であっても、転動体表面におけるバンド状摩耗の発生及び光沢の喪失等の損傷を防止することができ、人工衛星姿勢制御用フライホイールに適した転がり軸受を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、人工衛星姿勢制御用フライホイールに用いられる転がり軸受であって、外輪、内輪及び転動体のうち、少なくとも転動体の材質がセラミックスであることを特徴とする転がり軸受によって達成される。
セラミックスの種類としては、特に限定されず、例えば窒化珪素、炭化珪素等が挙げられる。
【０００７】
上記転がり軸受によれば、例えば、微量の潤滑油による最小限の潤滑環境下において、転がり軸受の低トルクかつ最小限のトルク変動での運転中に、転動体表面の油膜が薄くなった場合でも、少なくとも転動体の材質がセラミックスであるため、転動体表面に傷付く等の不具合が回避される。このため、転動体表面にバンド状摩耗の発生が防止される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる転がり軸受の一実施形態を示す断面図である。図２は、図１の転がり軸受を適用された人工衛星姿勢制御用フライホイールを示す概略図であり、図３は、図２の人工衛星姿勢制御用フライホイールに組み込まれる人工衛星姿勢制御用フライホイール向け軸受ユニットの断面図、図４は、図２の人工衛星姿勢制御用フライホイールにおけるランニングトルクの経時変化を示すグラフである。
【０００９】
図１に示すように、本実施形態の転がり軸受１０は、アンギュラ玉軸受であり、外周面に軌道面が形成された内輪１１と、内周面に軌道面が形成された外輪１２と、内輪１１及び外輪１２間に組み込まれた複数の玉（転動体）１３とを備えている。複数の玉１３はそれぞれ、保持器１４に形成された複数のポケット部１４ａに転動自在に保持されており、周方向に略等間隔に配置されている。
【００１０】
転がり軸受１０は、外輪１２、内輪１１及び玉１３のうち、少なくとも玉１３の材質がセラミックスである。
本実施形態において、玉１３はそれぞれ、例えば窒化珪素又は炭化珪素等のセラミックス製である。
【００１１】
図２及び図３に示すように、本実施形態の転がり軸受１０は、人工衛星姿勢制御用フライホイール向け軸受ユニット（以下、軸受ユニットという。）２０に組み込まれた状態で使用される。
軸受ユニット２０には、図４に示すような安定したランニングトルクの経時変化がもたらされる。このように、軸受ユニット２０には、低トルク且つ小さいトルク変動で駆動される。また、軸受ユニット２０は、人工衛星に使用するため、使用中において潤滑油を供給することが困難である。
【００１２】
図３に示すように、軸受ユニット２０は、ラビリンスシール２１と、オイルリザーバ２２と、スプリング２３とを備えている。ラビリンスシール２１は、軸受ユニット２０の内部に塵埃が侵入しないように、転がり軸受１０が配された空間を外部から遮断している。スプリング２３は、転がり軸受に軸方向の予圧を付与している。
【００１３】
微量の潤滑油による最小限の潤滑環境下において、アンギュラ玉軸受１０の低トルクかつ最小限のトルク変動での運転中に、玉１３表面の油膜が薄くなった場合でも、玉１３の材質がセラミックスであることにより、玉１３表面が傷付く等の不具合が回避され、玉１３表面のバンド状摩耗の発生が防止される。
したがって、上記転がり軸受は、低トルクかつ最小限のトルク変動で駆動される人工衛星姿勢制御用フライホイールに好適である。
【００１４】
（実施例１）
上記実施形態のアンギュラ玉軸受１０、及び従来構造のアンギュラ玉軸受（図示しない。）を用い、下記の条件で実験を行って各アンギュラ玉軸受１０の玉１３，３０表面の損傷の状態を調べた。
供試体：内径２０ｍｍ、玉径６ｍｍ、玉数１２個のアンギュラ玉軸受
運転条件：回転数４０００ｍｉｎ^−１、予圧４０Ｎ
潤滑条件：内輪、外輪におけるそれぞれの軌道面に合計８ｍｇの潤滑油を塗布し、保持器に約５０ｍｇの潤滑油を含浸させる。
潤滑油：９０ｃＳｔ（４０℃）
運転時間：４０時間連続運転
【００１５】
結果を、図５（ａ）及び（ｂ）に示す。
上記実施形態のアンギュラ玉軸受１０の玉１３では、図５（ａ）に示すように、表面にバンド状摩耗の発生は認められなかった。一方、従来構造のアンギュラ玉軸受の玉３０では、図５（ｂ）に示すように、表面にバンド状摩耗３１の発生が認められた。
【００１６】
以上のように上記実施形態によれば、転がり軸受１０の各玉１３はそれぞれセラミックス製であるので、微量の潤滑油による最小限の潤滑環境下においても、玉１３表面におけるバンド状摩耗の発生及び光沢の喪失等の損傷を確実に防止することができる。このため、転がり軸受は、低トルクかつ最小限のトルク変動という人工衛星姿勢制御用フライホイールに好適に用いることができる。
【００１７】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
例えば、上記転がり軸受１０は、玉１３だけでなく、内輪１１又は外輪１２の材質をセラミックとすることができる。また、内輪１１及び外輪１２の材質をセラミックとすることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、微量の潤滑油による最小限の潤滑環境下であっても、転動体表面におけるバンド状摩耗の発生及び光沢の喪失等の損傷を防止することができ、人工衛星姿勢制御用フライホイールに適した転がり軸受を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である転がり軸受を示す要部概略断面図である。
【図２】図１の転がり軸受が適用された人工衛星姿勢制御用フライホイールを示す概略図である。
【図３】図２の人工衛星姿勢制御用フライホイール向け軸受ユニットの要部断面図である。
【図４】図２の人工衛星姿勢制御用フライホイールのランニングトルクの経時変化を示すグラフである。
【図５】（ａ）実施例において本発明にかかる転がり軸受の玉の表面の状態を示す図である。（ｂ）実施例において従来の転がり軸受の玉の表面の状態を示す図である。
【符号の説明】
１０転がり軸受
１１内輪
１２外輪
１３転動体（玉）
１４保持器
１４ａポケット部
２０人工衛星姿勢制御用フライホイール向け軸受ユニット

Claims

人工衛星姿勢制御用フライホイールに用いられる転がり軸受であって、
外輪、内輪及び転動体のうち、少なくとも前記転動体の材質がセラミックスであることを特徴とする転がり軸受。