JP2017106559A - 転がり軸受 - Google Patents

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広道 國米
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奈央 林
大地 伊藤
Daichi Ito
大地 伊藤
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Abstract

【課題】 宙空間などの放射線性暴露下かつ低温低真空環境下で好適に使用される固体潤滑方式の転がり軸受を提供する。【解決手段】 外周面に軌道面４が形成された内輪２と、内周面に軌道面５が形成された外輪３と、前記内輪２と外輪３の軌道面４，５との間に組み込まれる複数の転動体６と、前記転動体６を円周方向に間隔をおいて保持し、固体潤滑剤を含有する保持器７とを備えた転がり軸受１において、前記保持器７は、ポリエチレンを主成分とする。【選択図】 図１

Description

この発明は、宇宙空間などの放射線性暴露下かつ低温低真空環境下で好適に使用される転がり軸受に関し、特に固体潤滑方式を採用した転がり軸受に関する。
ロケットエンジンなどの宇宙機器用軸受は、真空／極低温環境下の特殊環境下で使用されることが多いため、軸受潤滑剤として一般に使用されている潤滑油やグリースは用いられず、軸受の軌道輪や転動体の両方もしくは一方に自己潤滑膜被膜が施され、固体潤滑剤を含有する保持器から転動体を介して固体潤滑剤を軌道輪に供給する固体潤滑方式が採用されている。
この個体潤滑方式の軸受に用いられる保持器としては、例えば、特許文献１（特開２００２−１３０３００号公報）などに開示されており、機械的特性（強度、耐熱性）に優れたＰＴＦＥ等のフッ素樹脂やポリイミドなどのエンプラを主成分とし、これに二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を添加したものが使用されている。
特開２００２−１３０３００号公報
しかし、長期的に宇宙空間など放射線を浴びる環境で使用される場合、軸受の耐放射線性能も必要となることから、ＰＴＦＥは放射線に対する脆化の問題があった。また、ポリイミドは成形温度が高く固体潤滑剤の添加が容易ではない点に加え、吸水性が高く寸法変化安定性の面でも問題となっていた。
そこで、この発明は、宇宙空間などの放射線性暴露下かつ低温低真空環境下で好適に使用される固体潤滑方式の転がり軸受を提供しようとするものである。
上記の課題を解決するため、この発明の転がり軸受においては、外周面に軌道面が形成された内輪と、内周面に軌道面が形成された外輪と、前記内輪と外輪との間に組み込まれる複数の転動体と、前記転動体を円周方向に間隔をおいて保持し、固体潤滑剤を含有する保持器とを備えた転がり軸受において、
前記保持器は、ポリエチレンを主成分とすることを特徴とする。
また、前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデンとすることができる。
上記構成において、前記固体潤滑剤と同種の潤滑被膜が、前記内輪及び外輪の軌道面と、転動体表面の少なくとも一方に施されることが好ましい。また、前記内輪及び外輪は、マルテンサイト系ステンレスで構成されていることが好ましい。
また、前記保持器は、繊維強化材を添加して強度を高くすることもできる。
この発明の転がり軸受は、主成分としてポリエチレンを使用し、固体潤滑剤を含有した保持器を用いて構成されているため、耐放射線性能及び寸法安定性に優れた固体潤滑方式の転がり軸受を実現することができる。したがって、本発明の転がり軸受は、宇宙空間などの放射線性暴露下かつ低温低真空環境下で好適に使用することができる。
本発明の第１実施形態の転がり軸受の断面図である。 図１の転がり軸受に用いられる保持器の構成を示す斜視図である。 図１の転がり軸受の部分拡大側面図である。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
以下、この発明の実施形態に係る転がり軸受を添付図面に基づいて説明する。本実施形態にかかる転がり軸受は、宇宙空間などの極低温環境下での使用に適用した転がり軸受であり、例えば、人工衛星などに用いられる。
この転がり軸受１は、図１に示すように、外周面２ａに軌道４を有する内輪２と、内周面３ａに軌道５を有する外輪３と、内輪２の軌道４と外輪３の軌道５の間に介在された複数の転動体である玉６と、この複数の玉６を周方向に間隔をおいて保持する保持器７とを備えるラジアル深溝玉軸受である。
内輪２、外輪３、及び玉６は、通常の軸受材料を使用することができ、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼を用いることができる。マルテンサイト系ステンレス鋼は、強度や硬度が大きく耐摩耗性にも優れるため、軸受の用途に優れている。マルテンサイト系ステンレス鋼の硬度はロックウェル硬さＨＲＣが５６以上であることが好ましい。
なお、玉６としては、セラミックスボールであってもよい。セラミックスを使用する場合、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、炭化珪素（ＳＩＣ）、アルミナ（ＡＩ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、サイアロン等が挙げられる。
保持器７は、ポリエチレン樹脂を主成分とし、固体潤滑剤を含有する。ポリエチレン樹脂としては、超高分子量ポリエチレンを用いることが好ましく、特に圧縮成形、高摺動特性に優れたものを用いることが好ましい。一例としては、三井化学株式会社製の高摺動性特殊ポリエチレン、商品名「リュブマー」（登録商標）や、三井化学株式会社製の超高分子量ポリエチレン「ミペロン」（登録商標）などが好適に使用することができる。
固体潤滑剤としては、グラファイト、二硫化タングステン又は二硫化モリブデンを使用することができる。特に、二硫化モリブデンは３５０℃以上の高温環境下では徐々に酸化が促進され、三酸化モリブデンに変性するため、特性が失われるおそれがあり、後述するように、射出成形温度が低いポリエチレンに配合する固体潤滑剤として好適に使用することができる。
さらに、二硫化モリブデンは下記式（１）に示すように、水と反応し三酸化モリブデンとなる。酸化と同様に高温環境下で反応が促進され、ポリイミドのような吸水性の高い材料では、添加した二硫化モリブデンを水にさらすことになり、さらに反応が促進されるおそれがある。
ＭｏＳ2＋Ｈ2Ｏ→ＭｏＯ2＋２Ｈ2Ｓ
２ＭｏＯ2＋Ｏ2→２ＭｏＯ3
また、保持器７には、強化材として、ガラス繊維や炭素繊維などをの繊維強化材を含有させることができる。
保持器７はポリエチレン樹脂が７０〜９５体積％、固体潤滑剤を５〜３０体積％、強化材を０〜２０体積％とし、圧縮成形又は射出成形等の手段により作成することができる。なお、成形温度は主成分がポリエチレン樹脂であるため、３００℃以下で行われる。
本実施形態の保持器７の主成分であるポリエチレン樹脂は、下記表１に示すように、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂やポリイミドなどのエンプラに較べ機械的特性（強度、耐熱性）は劣る反面、耐放射線性能を有し、吸水性が低く、さらに成形温度が低いという特徴を有する。また、ポリエチレンは前記性質に加え、自己潤滑性を有した材料であるため、放射線性が照射されかつ低速/低温環境下で使用される軸受にポリエチレンを主成分とし、固体潤滑剤を添加したものは、真空/極低温環境下でかつ放射線を浴びる環境において好適に使用される。
Figure 2017106559
保持器７は、図２に示すように、玉６が１つずつ収容される複数のポケット８を有し、図示例では２０個のポケット８が円周方向等間隔に設けられる。玉６は、各ポケット８のポケット面８ａで接触支持されて、ポケット８内に保持される。本実施形態にかかる転がり軸受１に使用される保持器７は、径方向の位置が外輪３の内周面３ａによって案内される外輪案内方式の保持器となっている。
図示を省略しているが、この転がり軸受１の潤滑は、固体潤滑方式であり、内輪２の軌道４と外輪３の軌道５及び玉６の表面の少なくとも一方には、固体潤滑剤又はこれを含んだ複合体による固体潤滑層が設けられる。固体潤滑剤は、保持器に使用された同種の固体潤滑剤であって、グラファイト、二硫化タングステン又は二硫化モリブデンが使用される。上記の通り、保持器７には固体潤滑剤を含むため、運転時において、ポケット面８ａに接触する玉６を介して適量の潤滑剤が内輪２及び外輪３の軌道面４，５に供給される。また、軌道面４，５の表面の表面粗さＲａは０．１μｍ以下となるようにすることが好ましい。
以上、本実施形態に係る玉軸受によれば、主成分としてポリエチレン樹脂を使用し、固体潤滑剤を含有した保持器を用いて構成されているため、耐放射線性能及び寸法安定性に優れた固体潤滑方式の転がり軸受を実現することができる。したがって、本発明の転がり軸受は、宇宙空間などの放射線性暴露下かつ低温低真空環境下で好適に使用することができる。またポリエチレン樹脂は、低い成形温度で成形可能であるため、含有する固体潤滑剤の変性を抑制することができる。
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
なお、以上の実施形態は、玉軸受について述べたが、本発明は、玉軸受に限定されるものではなく、例えば、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受、自動調心玉軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受など、種々の転がり軸受に適用可能である。
１ ：転がり軸受
２ ：内輪
２ａ：内輪外周面
３ ：外輪
３ａ：外輪内周面
４ ：内輪軌道
５ ：外輪軌道
６ ：玉
７ ：保持器
８ ：ポケット
８ａ：ポケット面

Claims (5)

  1. 外周面に軌道面が形成された内輪と、内周面に軌道面が形成された外輪と、前記内輪と外輪との間に組み込まれる複数の転動体と、前記転動体を円周方向に間隔をおいて保持し、固体潤滑剤を含有する保持器とを備えた転がり軸受において、
    前記保持器は、ポリエチレンを主成分とすることを特徴とする転がり軸受。
  2. 前記固体潤滑剤は、二硫化モリブデンであることを特徴とする、請求項１に記載の転がり軸受。
  3. 前記固体潤滑剤と同種の潤滑被膜が、前記内輪及び外輪の軌道面と、転動体表面の少なくとも一方に施されたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の転がり軸受。
  4. 前記内輪及び外輪は、マルテンサイト系ステンレスで構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の転がり軸受。
  5. 前記保持器は、繊維強化材が添加されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の転がり軸受。
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