KR20230172006A - 우주용 롤링 베어링 및 우주용 파동기어장치 - Google Patents

우주용 롤링 베어링 및 우주용 파동기어장치 Download PDF

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요시히데 기요사와
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가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
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Abstract

우주용 파동기어장치(1)의 웨이브 베어링(43)은, 베어링강으로 이루어지는 내륜(45)과, 마텐자이트계 스테인리스강으로 이루어지는 외륜(44)과, 세라믹스로 이루어지는 볼(46)을 구비하고 있다. 베어링강으로 이루어지는 내륜(45)에는, AD법에 의하여 형성한 세라믹스 피막(48)이 방청용 피막으로서 형성되어 있다. 고체윤활(분체윤활)이 채용되는 우주용 파동기어장치(1)에 있어서, 웨이브 베어링(43)의 베어링강으로 이루어지는 내륜(45)의 방청을 확실하게 실시할 수 있다. 내륜(45), 외륜(44), 볼(46)의 선팽창계수를 적절하게 설정함으로써 대폭적인 온도변화가 발생하는 우주환경에 있어서, 웨이브 베어링(43)의 래디얼 간극의 변화를 실용상 지장이 없는 범위로 억제할 수 있다.

Description

우주용 롤링 베어링 및 우주용 파동기어장치
본 발명은, 환경온도가 약-70°C ∼ 약-270°C의 극저온(極低溫)이 되고, 진공도가 약10-4Pa 이하의 고진공(高眞空) 혹은 초진공(超眞空)이 되는 우주공간에서 사용되는 우주용 롤링 베어링 및 우주용 파동기어장치에 관한 것이다.
극저온·진공의 우주공간을 항행(航行)하는 인공위성, 우주선 등에 탑재되는 기구, 예를 들면 로봇암 관절 등에는 감속기(減速器)로서 파동기어장치가 사용되는 경우가 있다. 파동기어장치는, 공지된 바와 같이, 강성의 내치기어, 가요성의 외치기어 및 파동발생기의 3부품으로 구성된다. 파동발생기는, 강성의 캠판과 그 외주면에 장착한 웨이브 베어링을 구비하고 있다.
극저온·진공의 환경에서 사용되는 웨이브 베어링, 그 이외의 롤링 베어링에서는, 윤활유, 그리스 등의 윤활제를 사용할 수 없다. 윤활대상부위에 고체윤활제의 피막을 형성하거나 또는 윤활대상부위에 고체윤활제 분말을 공급하여 윤활대상부위를 윤활하고 있다. 극저온환경에서 사용되는 롤링 베어링으로서, 특허문헌1, 2에는, 외륜, 내륜이, 마텐자이트(martensite)계 스테인리스강, 베어링강 등으로 형성되고, 전동체가 세라믹으로 형성된 롤링 베어링이 제안되어 있다.
특허문헌1: 일본국 공개특허 특개2000-220641호 공보 특허문헌2: 일본국 공개특허 특개2000-74069호 공보
강재제(鋼材製)의 내외륜(內外輪)과 세라믹스제의 전동체(轉動體)를 구비한 롤링 베어링에 있어서는, 강재와 세라믹스의 선팽창계수(線膨脹係數)가 다르기 때문에 저온일수록 베어링 내부의 간극이 감소된다. 특히, -70°C정도 이하의 극저온 환경하에서는, 강재와 세라믹스의 선팽창계수가 다른 것에 기인하여 내외륜의 사이의 래디얼 간극(radial 間隙)이 감소해버려, 전동체의 적절한 전동운동(轉動運動)이 저해되는 등의 폐해가 발생한다.
이러한 점을 비추어 보면, 우주용 롤링 베어링으로서, 세라믹스제의 전동체, 마텐자이트계 스테인리스의 외륜 및 베어링강의 내륜의 조합을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 이들의 부품의 선팽창계수의 차이를 이용함으로써, 대폭적인 온도변화에 기인하는 롤링 베어링의 래디얼 간극의 변화를 억제할 수 있다.
그러나 베어링강은 녹슬기 쉽고, 특히 진공중에 있어서 고체윤활(분체윤활)이 이루어지는 우주용 롤링 베어링에 사용하는 경우에는 방청이 곤란하다. 또한 일반적인 방청용의 피막을 베어링강으로 이루어지는 내륜에 코팅하면, 코팅시에 내륜에 가해지는 열에 의하여 베어링강이 소둔(燒鈍; anneal)되어서 강도 등이 저하된다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 온도변화에 기인하는 래디얼 간극의 변동을 억제할 수 있고, 고체윤활 혹은 분체윤활되는 궤도륜(軌道輪)에 적절한 방청처리가 실시된 우주용 롤링 베어링을 제공하는 것 및 상기 우주용 롤링 베어링을 웨이브 베어링으로서 사용한 파동발생기를 구비한 우주용 파동기어장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 우주용 롤링 베어링은,
내륜과, 외륜과, 상기 내륜 및 상기 외륜 사이에 전동 가능한 상태로 배치되어 있는 복수개의 전동체를 구비하고, 고체윤활제 피막 혹은 고체윤활제 분말에 의하여 윤활되어 저온·진공환경에서 사용되며,
상기 내륜은 베어링강으로 형성되고,
상기 외륜은 마텐자이트계 스테인리스강으로 형성되고,
상기 전동체는 세라믹스으로 형성되고,
상기 내륜의 표면의 적어도 일부에는 방청용 피막이 형성되어 있고,
상기 방청용 피막은, 에어로졸 증착법(AD법)에 의하여 형성된 세라믹 피막인 것을 특징으로 하고 있다.
AD법에서는, 방청용 피막의 원료인 세라믹스 미립자를 가스중에 분산되게 한 에어로졸을, 베어링강으로 이루어지는 내륜기재의 표면에 고속으로 충돌시켜서, 세라믹스 미립자로 이루어지는 피막을 내륜 기재의 표면에 형성한다. 원료의 세라믹스로서, 알루미나, 지르코니아 등의 산화물계 세라믹스, 질화규소, 탄화규소 등의 질화물 등의 탄화물계 세라믹스가 사용된다. AD법에 의한 방청용 피막의 형성은 실온하에서 실시할 수 있다.
여기에서 방청용 피막의 막두께는 1μm∼5μm로 하는 것이 바람직하다. 또한 내륜의 외주면에 형성되어 있는 전동체의 전동면에 방청용 피막을 형성한 경우에는, 전동체의 통과에 의한 접촉저항에 의하여 방청용 피막에 박리(剝離)가 발생할 가능성이 있다. 따라서 내륜의 표면에 있어서 전동면 이외의 부분에 방청용 피막을 형성해 두는 것이 바람직하다.
또한 내륜의 재료인 베어링강을 SUJ2로 하고, 외륜의 재료인 마텐자이트계 스테인리스강을 SUS440C로 하고, 전동체의 재료인 세라믹스를 Si3N4 로 할 수 있다.
본 발명의 우주용 롤링 베어링을 사용하면, -70°C정도 이하의 극저온환경하에 있어서 온도변화에 기인하는 내외륜의 사이의 래디얼 간극의 감소를 실용상 지장이 없는 범위내로 억제할 수 있어, 세라믹스제의 전동체의 적절한 전동상태를 유지할 수 있다. 또한 극저온·진공상태에서 고체윤활(분체윤활)에 의하여 윤활되는 베어링강으로 이루어지는 내륜에는, 방청용 피막으로서 AD법에 의한 세라믹 피막이 형성되어 있다. AD법에 의하면, 피막형성시에 베어링강이 고온에 노출되는 일이 없으므로, 방청피막형성시의 열에 의하여 베어링강으로 이루어지는 내륜에 강도저하 등의 폐해도 일어나지 않고, 또한 녹의 발생도 확실하게 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 우주용 롤링 베어링을, 파동발생기의 웨이브 베어링으로서 사용함으로써 극저온·진공의 환경에서 사용하는 데에도 적당한 우주용 파동기어장치가 얻어진다. 즉 본 발명에 의한 우주용 파동기어장치는,
강성의 내치기어와,
상기 내치기어와 교합 가능한 가요성의 외치기어와,
상기 외치기어를 반경방향으로 휘게 해서 상기 내치기어에 대하여 부분적으로 교합시켜, 양 기어의 교합위치를 상기 내치기어의 원주방향으로 이동시키도록 구성된 파동발생기를
구비하고 있고,
상기 파동발생기는, 강성의 캠판과, 이 캠판의 외주면과 상기 외치기어의 내주면 사이에 장착된 웨이브 베어링을 구비하고 있고,
상기 웨이브 베어링은, 상기 구성의 우주용 롤링 베어링인 것을 특징으로 하고 있다.
우주용 파동기어장치에 있어서는, 각 윤활대상부위를 고체윤활제 분말에 의하여 윤활할 수 있다. 이 경우에, 우주용 파동기어장치는, 외치기어와 웨이브 베어링 사이의 슬라이딩 부분, 웨이브 베어링 기타 윤활대상부위를 윤활하는 고체윤활제 분말을 공급하는 윤활기구를 구비하고 있다.
윤활기구로서 다음과 같이 구성된 기구를 사용할 수 있다. 즉 윤활기구는, 망목구조(網目構造)를 한 가요성이 있는 시트소재로 이루어지는 분말수납자루를 구비하고, 상기 고체윤활제 분말은 상기 분말수납자루에 수납되어 있고, 상기 분말수납자루는, 상기 외치기어에 있어서의 상기 파동발생기에 의하여 반복하여 휘어지는 부위에 부착되어 있고, 상기 분말수납자루의 그물코(網目)를 통하여 상기 고체윤활제 분말이 방출되도록 상기 고체윤활제 분말의 입경 및 상기 그물코의 크기가 설정되어 있다.
또, 고체윤활제로서는, 은(Ag), 납(Pb) 등의 연질금속계, 2황화 몰리브덴(MoS2), 2황화텅스텐(WS2), 그래파이트 등의 층상결정구조(層狀結晶構造) 물질, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리이미드(PI) 등의 고분자계의 3종류가 알려져 있다. 예를 들면 고체윤활제 분말로서 층상결정구조 물질이 사용된다.
[도1A]본 발명을 적용한 실시형태1에 관한 실크햇형의 우주용 파동기어장치를 나타내는 종단면도이다.
[도1B]도1A의 파동기어장치에 있어서의 강성의 내치기어에 대한 가요성의 외치기어의 교합상태를 나타내는 설명도이다.
[도2A]본 발명을 적용한 실시형태2에 관한 컵형의 우주용 파동기어장치를 나타내는 종단면도이다.
[도2B]도2A의 파동기어장치의 끝면도이다.
[도3A]본 발명을 적용한 실시형태3에 관한 플랫형의 우주용 파동기어장치를 나타내는 종단면도이다.
[도3B]도3A의 파동기어장치의 끝면도이다.
이하에, 도면을 참조해서 본 발명의 실시예에 관하여 설명한다. 실시형태는, 본 발명을 적용한 우주용 볼베어링을 파동발생기의 웨이브 베어링으로서 사용한 우주용 파동기어장치에 관한 것이다. 본 발명의 우주용 롤링 베어링은, 볼베어링에 한정되지 않고 롤러 베어링, 크로스 롤러 베어링 등 그 이외의 롤링 베어링에도 적용 가능하다. 또한 본 발명의 우주용 롤링 베어링은, 파동기어장치 이외의 우주용 구동기구의 베어링에도 적용 가능하다.
(실시형태1)
도1A는, 본 발명을 적용한 실시형태1에 관한 우주용 파동기어장치를 나타내는 종단면도로서, 웨이브 베어링의 부위를 확대한 부분 확대도를 더불어 표시하고 있다. 도1B는, 우주용 파동기어장치의 강성의 내치기어와 가요성(可撓性)의 외치기어의 교합상태를 나타내는 설명도이다. 우주용 파동기어장치(1)(이하, 간단하게 「파동기어장치(1)」라고 한다)는, -70도∼-270도(본 문서에서 온도는 특별한 기재가 없는 한 섭씨를 나타낸다) 정도의 극저온이고 또한 진공도가 10-4Pa 이하의 우주공간에 있어서 사용된다.
파동기어장치(1)는, 원환상의 강성의 내치기어(2)와, 실크햇 형상(top hat shape)을 하는 가요성의 외치기어(3)와, 타원모양 윤곽의 파동발생기(4)를 구비하고 있다. 외치기어(3)는, 반경방향으로 휘어지는 원통모양 몸통부(31)와, 원통모양 몸통부(31)의 후단으로부터 반경방향의 외방으로 넓어지는 다이어프램(32)과, 다이어프램(32)의 외주 가장자리에 일체로 형성되어 있는 원환상의 강성의 보스(33)와, 원통모양 몸통부(31)의 선단측의 외주면 부분에 형성되는 외치(34)를 구비하고 있다. 외치(34)는 내치기어(2)의 내치(24)와 교합 가능하다.
파동발생기(4)는, 강성의 캠판(41)과, 캠판(41)의 타원모양 윤곽의 외주면(42)에 장착한 웨이브 베어링(43)을 구비하고 있다. 웨이브 베어링(43)은, 반경방향으로 휘어지는 외륜(44) 및 내륜(45)과, 이들의 사이에 전동 가능한 상태로 장착된 복수개의 볼(46)과, 각 볼(46)을 원주방향으로 일정한 간격으로 홀딩하고 있는 볼리테이너(47)를 구비하고 있다. 웨이브 베어링(43)은, 본 발명을 적용해서 구성된 우주용 볼베어링이다. 웨이브 베어링(43)의 외륜(44), 내륜(45)은 진원형상을 하고 있지만, 캠판(41)의 타원모양 윤곽의 외주면(42)에 장착되어서 타원모양으로 휘게 되어 있다.
도1B에 나타나 있는 바와 같이 파동발생기(4)에 의하여 타원형상으로 휘게 되어 있는 외치기어(3)는, 타원형상의 장축(L)의 양측의 부분에 있어서 내치기어(2)와 교합하고 있다. 파동발생기(4)가 도면에 나타내지 않은 모터 등에 의하여 회전하게 되면, 양 기어(2, 3)의 교합위치가 원주방향으로 이동하고, 양 기어의 톱니수 차이에 따른 상대회전이 양 기어의 사이에서 발생한다. 일방의 기어가 고정되어, 타방의 기어로부터 감속회전이 출력된다.
웨이브 베어링(43)에 있어서, 내륜(45)의 소재는 베어링강, 예를 들면 SUJ2이다. 외륜(44)의 소재는 마텐자이트계 스테인리스강, 예를 들면 SUS440C이다. 볼(46)의 소재는 세라믹스, 예를 들면 Si3N4이다.
도1A의 부분 확대도를 참조하여 설명한다. 내륜(45)의 표면에는 방청처리가 실시되어 있다. 방청처리로서 내륜(45)의 표면에 방청피막이 형성되어 있다. 방청피막은, 에어로졸 증착법(AD법)에 의하여 형성된 세라믹스 피막(48)이다. 세라믹스 피막(48)의 막두께는 약1μm ∼ 약5μm이다. 내륜(45)의 원형 외주면에는, 원주방향으로 연장되는 만곡면의 부분이 전동면(45a)으로 되어 있다. 본 예에서는, 내륜(45)의 표면 중에서 전동면(45a) 및 캠판의 외주면(42)에 체결되는 내주면(45b)을 제외하는 표면부분(45c)을 덮도록 세라믹스 피막(48)이 형성되어 있다. 또, 내륜(45)의 내주면(45b)에도 세라믹스 피막(48)을 형성해 두어도 좋은데, 이것은, 다음의 실시형태2, 3에 있어서도 동일한다.
본 예의 웨이브 베어링(43)에 있어서, 진원상태의 내륜(45)과 진원상태의 외륜(44) 사이의 궤도부분의 래디얼 간극의, 환경온도의 변화에 기인하는 변화량을 ΔR이라고 하면, 이 변화량 ΔR을 다음식(1)에 의하여 규정할 수 있다.
ΔR = (D+d)(1-αΔT)-(D-d)(1-βΔT)-2d(1-γΔT) (1)
다만, d : 볼(46)의 직경(mm)
D : 볼(46)의 피치원 직경(PCD)(mm)
α : 외륜(44)의 선팽창계수(1/도(섭씨))
β : 내륜(45)의 선팽창계수(1/도(섭씨))
γ : 볼(46)의 선팽창계수(1/도(섭씨))
ΔT : 환경온도의 변화량(도(섭씨))
환경온도가 변화되어도 래디얼 간극이 변화되지 않는 것이 이상적(理想的)이다. 이상상태(理想狀態)의 변화량 ΔR을 0으로 할 수 있는 조건은, 다음식(2)을 충족시키도록, 외륜(44), 내륜(45), 볼(46)의 선팽창계수 α, β, γ를 각각 규정하는 것이다.
D/d(β - α)-(α + β - 2γ) = 0 (2)
본 발명자는, -70도∼-270도의 극저온환경에 있어서 사용하는 웨이브 베어링(43)에 있어서, 웨이브 베어링(43)의 볼(46)의 피치원 직경 D, 볼(46)의 직경 d가 주어진 경우에, 다음의 조건식(3)을 충족시키도록, 외륜(44), 내륜(45), 볼(46)의 선팽창계수 α, β, γ을 설정하면, 래디얼 간극의 변화량 ΔR을 실용상 지장이 없는 범위로 억제할 수 있는 것을 확인하였다.
-5×10-6 < D/d(β-α)-(α+β-2γ)<10×10-6 (3)
웨이브 베어링(43)에 있어서, 예를 들면 볼(46)의 피치원 직경(PCD)은 80mm이며, 볼(46)의 직경 d는 8mm이다. 또한 내륜(45)의 재료인 베어링강은 SUJ2이며, 그 선팽창계수 β는 12.5×10-6이다. 외륜(44)의 재료인 마텐자이트계 스테인리스강은 SUS440C이며, 그 선팽창계수 α는 10.2×10-6이다. 볼(46)의 재료인 세라믹스는 Si3N4이며, 그 선팽창계수 γ는 2.6×10-6이다.
환경온도의 변화량 ΔT를 260도로 하였을 경우에,
D = 80mm
d = 8mm
α = 10.2×10-6
β = 12.5×10-
6γ = 2.6×10-6
이므로,
D/d(β-α)-(α+β-2γ) = 5.5×10-6
이 되어, 상기한 조건식 (3)을 충족시키고 있다.
또한 식(1)로부터 구해지는 래디얼 간극의 변화량 ΔR는,
ΔR = 0.011
으로서, 실용상 지장이 없는 범위에 들어가 있다.
또, 파동기어장치(1)에는 도면에 나타내지 않은 윤활기구가 구비되어 있다. 파동기어장치(1)의 윤활대상부위에는, 웨이브 베어링(43)의 슬라이딩 부분, 웨이브 베어링(43)의 외륜(44)과 외치기어(3)의 내주면 사이의 슬라이딩 부분이 있다. 이들의 윤활대상부위는, 윤활기구로부터 공급되는 고체윤활제 분말에 의하여 윤활된다. 또는, 윤활기구로서, 윤활대상부위의 표면에 형성되는 고체윤활제 피막이 사용되고 있다. 또한 볼리테이너(47)에는, 페놀수지 등으로 이루어지는 자기윤활형의 리테이너가 사용되고 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 예의 파동기어장치(1)의 웨이브 베어링(43)에 있어서는, 내륜(45)이 베어링강으로 형성되고, 외륜(44)이 마텐자이트계 스테인리스강으로 형성되고, 볼(46)이 세라믹스로 형성되어 있다. 이에 따라 -70도∼-270도의 극저온에서, 260도 정도의 온도변화가 발생하는 우주환경에 있어서, 웨이브 베어링(43)의 래디얼 간극의 변화량 ΔR을, 실용상 지장이 없는 범위로 억제할 수 있다. 또한 베어링강으로 이루어지는 내륜(45)의 방청처리를 위하여, AD법에 의한 세라믹스 피막(48)이 형성되어 있다. 이에 따라 고체윤활제 피막 혹은 고체윤활제 분말에 의한 윤활이 이루어지는 웨이브 베어링(43)의 내륜(45)의 방청을, 내륜(45)의 강도저하 등의 폐해를 초래하지 않고 확실하게 실시할 수 있다.
상기의 예는, 본 발명의 우주용 롤링 베어링을 실크햇형의 파동기어장치의 웨이브 베어링에 적용한 것이다. 본 발명은, 컵형(cup-profile)의 파동기어장치, 플랫형의 파동기어장치의 웨이브 베어링에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
(실시형태2)
도2A, 도2B는, 본 발명을 적용한 실시형태2에 관한 컵형의 우주용 파동기어장치의 일례를 나타내는 단면도 및 끝면도이다. 컵형의 우주용 파동기어장치(100)(이하, 간단하게, 「파동기어장치(100)」라고 한다)는, 강성의 내치기어(120)와, 이 내측에 배치되어 있는 컵형상을 하는 가요성의 외치기어(130)와, 이 내측에 삽입되어 있는 타원형 윤곽의 파동발생기(140)를 구비하고 있다. 외치기어(130)에 있어서의 외치(134)가 형성되어 있는 원통모양 몸통부(131)는, 파동발생기(140)에 의하여 타원형으로 휘게 되어 있다. 외치(134)에 있어서 타원형의 장축(L)의 양단 부분이, 원환상의 내치기어(120)의 내치(124)와 교합하고 있다.
파동발생기(140)는, 회전입력축(170)의 외주면에 고정된 강성캠판(141)과, 강성캠판(141)의 타원형상을 하는 외주면(142)에 장착한 웨이브 베어링(143)을 구비하고 있다. 웨이브 베어링(143)은, 본 발명을 적용해서 구성된 우주용(극저온 환경용) 볼베어링이다. 웨이브 베어링(143)은, 강성캠판(141)에 의하여 타원형으로 휘어지는 상태에서 외치기어(130)의 내측에 삽입되어 있고, 외치기어(130)와 강성캠판(141)을 상대회전 가능한 상태로 홀딩하고 있다.
웨이브 베어링(143)은, 예를 들면 풀볼(full-ball) 형태의 홈이 깊은 볼베어링으로 이루어진다. 웨이브 베어링(143)은, 반경방향으로 휘어지는 원형의 내륜(145) 및 반경방향으로 휘어지는 원형의 외륜(144)과, 이들의 사이에 형성되는 원환상의 볼 궤도에 전동 가능한 상태로 삽입되어 있는 복수개의 볼(146)을 구비하고 있다. 인접하는 볼(146)이 서로 접촉한 상태 또는 약간의 간극이 있는 상태에서, 각 볼(146)이 볼 궤도홈에 삽입되어 있다.
본 예의 웨이브 베어링(143)에 있어서도, 그 내륜(145)은 베어링강으로 형성되고, 외륜(144)은 마텐자이트계 스테인리스강으로 형성되고, 볼(146)은 세라믹스으로 형성되어 있다. 또한 볼(146)의 직경을 d, 그 피치원 직경을 D, 외륜(144)의 선팽창계수를 α, 내륜(145)의 선팽창계수를 β, 볼(146)의 선팽창계수를 γ라고 하면, 이들의 값은 상기한 조건식 (3)을 충족시키도록 설정되어 있다.
여기에서 웨이브 베어링(143)에 있어서, 내륜(145)의 소재는 베어링강, 예를 들면 SUJ2이다. 외륜(144)의 소재는 마텐자이트계 스테인리스강, 예를 들면 SUS440C이다. 볼(146)의 소재는 세라믹스, 예를 들면 Si3N4이다.
내륜(145)의 표면에는 방청처리가 실시되어 있다. 방청처리로서 내륜(145)의 표면에 방청피막이 형성되어 있다. 방청피막은, 에어로졸 증착법(AD법)에 의하여 형성된 세라믹스 피막(148)이다. 세라믹스 피막(148)의 막두께는, 약1μm ∼ 약5μm이다. 도2A의 부분 확대도에 나타나 있는 바와 같이, 내륜(145)의 원형 외주면에는 원주방향으로 연장되는 전동면(145a)이 형성되어 있다. 본 예에서는, 내륜(145)의 표면 중에서, 전동면(145a) 및 강성캠판의 외주면(142)에 장착되는 내주면(145b)을 제외하는 표면부분(145c)을 덮도록 세라믹스 피막(148)이 형성되어 있다.
한편, 파동기어장치(100)에는 윤활기구(150)가 구비되어 있다. 파동기어장치(100)의 윤활대상부위에는, 웨이브 베어링(143)의 슬라이딩 부분, 웨이브 베어링(143)의 외륜(144)과 외치기어(130)의 원통모양 몸통부(131)의 내주면 사이의 슬라이딩 부분이 있다. 이들의 윤활대상부위는, 윤활기구(150)로부터 공급되는 고체윤활제 분말(160)에 의하여 윤활된다.
본 예의 윤활기구(150)는, 망목구조를 하는 가요성이 있는 시트소재로 이루어지는 분말수납자루(151)를 구비하고 있다. 고체윤활제 분말(160)은 분말수납자루(151)에 수납되어 있다. 분말수납자루(151)는, 외치기어(130)에 있어서의 파동발생기(140)에 의하여 반복하여 휘어지는 부위에 부착되어 있다. 본 예의 분말수납자루(151)는, 외치기어(130)의 다이어프램(132)의 내측 끝면에 대응하는 크기의 원환상의 자루로서, 다이어프램(132)의 내측 끝면에 접착제 등에 의하여 부착되어 있다. 또한 펀칭메탈(punching metal)제의 환상고정판(152)이 외치기어(130)의 보스(133)에 고정되어 있고, 이 환상고정판(152)과 다이어프램(132) 사이에 있어서, 분말수납자루(151)가 다이어프램(132)의 내측 끝면을 따른 상태로 홀딩되어 있다.
분말수납자루(151)의 그물코를 통하여 고체윤활제 분말(160)이 방출되도록, 그물코의 크기는 고체윤활제 분말의 입경(粒徑)보다도 크다. 파동기어장치(100)의 구동시에는, 파동발생기(140)에 의하여 외치기어(130)의 각 부가 반복하여 휘어진다. 다이어프램(132)의 부분(部分)도 반복하여 휘어진다. 다이어프램(132)을 따라 배치되어 있는 분말수납자루(151)에도 진동, 변형이 가해져서, 수납되어 있는 고체윤활제 분말이 그물코로부터 외치기어(130)의 내측공간(135)으로 방출된다. 내측공간(135)으로 방출된 고체윤활제 분말(160)이 윤활대상부위에 공급되어 윤활대상부위가 윤활된다. 분말수납자루(151)는, 외치기어(130)에 있어서 다이어프램(132) 이외의 부위, 예를 들면 원통모양 몸통부(131)의 내주면을 따라 배치할 수도 있다.
(실시형태3)
다음에 도3A, 도3B는, 본 발명을 적용한 실시형태3에 관한 플랫형(flat-profile)의 우주용 파동기어장치를 나타내는 종단면도 및 끝면도이다. 플랫형의 우주용 파동기어장치(200)(이하, 간단하게 「파동기어장치(200)」라고 한다)는 강성의 내치기어로서, 정지측의 내치기어(221) 및 구동측의 내치기어(222)를 구비하고 있다. 내치기어(221, 222)는 동축으로 배치되고, 이들의 내측에는 원통형상의 가요성의 외치기어(230)가 배치되어 있다. 외치기어(230)의 내측에는 타원모양 윤곽의 파동발생기(240)가 삽입되어 있다. 파동발생기(240)에 의하여 외치기어(230)는 타원모양으로 휘게 되어, 타원형상의 장축(L)의 양단부분에 있어서 외치(234)가 내치기어(221)의 내치(221a) 및 내치기어(222)의 내치(222a)의 쌍방과 교합하고 있다. 예를 들면 정지측의 내치기어(221)의 톱니수는, 구동측의 내치기어(222)의 톱니수보다도 2n개(n은 양의 정수) 많고, 외치기어(230)의 톱니수는 구동측의 내치기어(222)의 톱니수와 동일하다.
파동발생기(240)는, 강성의 캠판(241)과, 캠판(241)의 타원모양 윤곽의 외주면(242)에 장착한 웨이브 베어링(243)을 구비하고 있다. 웨이브 베어링(243)은, 반경방향으로 휘어지는 외륜(244) 및 내륜(245)과, 이들의 사이에 전동 가능한 상태로 장착되는 복수개의 볼(246)과, 각 볼(246)을 원주방향으로 일정한 간격으로 홀딩하고 있는 볼리테이너(247)를 구비하고 있다. 웨이브 베어링(243)은, 본 발명을 적용해서 구성된 우주용 볼베어링이다. 웨이브 베어링(243)의 외륜(244), 내륜(245)은 진원형상을 하고 있지만, 캠판(241)의 타원모양 윤곽의 외주면(242)에 장착되어서 타원모양으로 휘게 되어 있다.
파동발생기(240)에 의하여 타원형상으로 휘게 되어 있는 외치기어(230)는, 타원형상의 장축(L)의 양측의 부분에 있어서 내치기어(221, 222)와 교합하고 있다. 파동발생기(240)가, 도면에 나타내지 않은 모터 등에 의하여 회전하게 되면, 정지측의 내치기어(221)와 외치기어(230)의 교합위치가 원주방향으로 이동하여, 외치기어(230)가 감속회전 한다. 외치기어(230)와 일체가 되어서 회전하는 구동측의 내치기어(222)로부터 감속회전이 출력된다.
본 예의 웨이브 베어링(243)에 있어서도, 그 내륜(245)은 베어링강으로 형성되고, 외륜(244)은 마텐자이트계 스테인리스강으로 형성되고, 볼(246)은 세라믹스으로 형성되어 있다. 또한 볼(246)의 직경을 d, 그 피치원 직경을 D, 외륜(244)의 선팽창계수를 α, 내륜(245)의 선팽창계수를 β, 볼(246)의 선팽창계수를 γ라고 하면, 이들의 값은, 상기의 조건식 (3)을 충족시키도록 설정되어 있다.
또한 내륜(245)의 표면에는 방청처리가 실시되어 있다. 방청처리로서 내륜(245)의 표면에 방청피막이 형성되어 있다. 도3A의 부분 확대도에 나타나 있는 바와 같이, 방청피막은, 에어로졸 증착법(AD법)에 의하여 형성된 세라믹스 피막(248)이다. 세라믹스 피막(248)의 막두께는 약1μm ∼ 약5μm이다. 내륜(245)의 원형 외주면에는, 원주방향으로 연장되는 전동면(245a)이 형성되어 있다. 본 예에서는, 내륜(245)의 표면 중에서 전동면(245a) 및 내주면(245b)를 제외한 표면부분(245c)을 덮도록, 세라믹스 피막(248)이 형성되어 있다.
또, 파동기어장치(200)에는 도면에 나타내지 않은 윤활기구가 구비되고 있다. 파동기어장치(200)의 윤활대상부위에는, 웨이브 베어링(243)의 슬라이딩 부분, 웨이브 베어링(243)의 외륜(244)과 외치기어(230)의 내주면 사이의 슬라이딩 부분이 있다. 이들의 윤활대상부위는, 윤활기구로부터 공급되는 고체윤활제 분말에 의하여 윤활된다. 또는, 윤활기구로서, 윤활대상부위의 표면에 형성된 고체윤활제 피막이 사용되고 있다. 또한 볼리테이너(247)에는, 예를 들면 페놀수지 등으로 이루어지는 자기윤활형의 리테이너가 사용되고 있다.

Claims (8)

  1. 내륜과, 외륜과, 상기 내륜 및 상기 외륜의 사이에 전동(轉動) 가능한 상태로 배치되어 있는 복수개의 전동체(轉動體)를 구비하고, 고체윤활제 피막(固體潤滑劑 被膜) 혹은 고체윤활제 분말(固體潤滑劑粉末)에 의하여 윤활되어, 저온·진공환경에서 사용되는 우주용 롤링 베어링(宇宙用 rolling bearing)으로서,
    상기 내륜은 베어링강(bearing鋼)으로 형성되고,
    상기 외륜은 마텐자이트(martensite)계 스테인리스강으로 형성되고,
    상기 전동체는 세라믹스으로 형성되고,
    상기 내륜의 표면의 적어도 일부에는 방청용 피막이 형성되어 있고,
    상기 방청용 피막은, 에어로졸 증착법(aerosol deposition)에 의하여 형성된 세라믹스 피막인 우주용 롤링 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방청용 피막의 최대막두께는 5μm인 우주용 롤링 베어링.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방청용 피막은, 상기 내륜의 상기 표면에 있어서, 상기 전동체가 전동하는 전동면을 제외하는 부분에 형성되어 있는 우주용 롤링 베어링.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내륜의 재료인 베어링강은 SUJ2이며,
    상기 외륜의 재료인 마텐자이트계 스테인리스강은 SUS440C이며,
    상기 전동체의 재료인 세라믹스는 Si3N4인 우주용 롤링 베어링.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방청용 피막은, 상기 내륜의 상기 표면에 있어서, 상기 전동체가 전동하는 전동면을 제외하는 부분에 형성되어 있고,
    상기 방청용 피막의 최대막두께는 5μm이며,
    상기 내륜의 재료인 베어링강은 SUJ2이며,
    상기 외륜의 재료인 마텐자이트계 스테인리스강은 SUS440C이며,
    상기 전동체의 재료인 세라믹스는 Si3N4인 우주용 롤링 베어링.
  6. 강성의 내치기어와,
    상기 내치기어와 교합(咬合) 가능한 가요성(可撓性)의 외치기어와,
    상기 외치기어를 반경방향으로 휘게 해서 상기 내치기어에 대하여 부분적으로 교합시켜, 양 기어의 교합위치를 상기 내치기어의 원주방향으로 이동시키도록 구성된 파동발생기를
    구비하고 있고,
    상기 파동발생기는, 강성의 캠판(cam板)과, 이 캠판의 외주면과 상기 외치기어의 내주면 사이에 장착된 웨이브 베어링을 구비하고 있고,
    상기 웨이브 베어링은, 제1항 내지 제5항 중의 어느 하나의 항의 우주용 롤링 베어링인 우주용 파동기어장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 외치기어와 상기 웨이브 베어링 사이의 슬라이딩 부분 및 상기 웨이브 베어링을 윤활하는 고체윤활제 분말을 공급하는 윤활기구를 구비하고 있는 우주용 파동기어장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 윤활기구는, 망목구조(網目構造)를 한 가요성이 있는 시트소재(sheet素材)로 이루어지는 분말수납자루를 구비하고, 상기 고체윤활제 분말은 상기 분말수납자루에 수납되어 있고,
    상기 분말수납자루는, 상기 외치기어에 있어서 상기 파동발생기에 의하여 반복하여 휘어지는 부위에 부착되고 있고,
    상기 분말수납자루의 그물코(網目)는, 상기 고체윤활제 분말이 통과 가능한 크기인 우주용 파동기어장치.
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