太空用滚动轴承及太空用波动齿轮装置的制作方法

本发明涉及在环境温度为约-70℃～约-270℃的极低温、真空度为约10-4pa以下的高真空或者超真空的太空空间中使用的太空用滚动轴承及太空用波动齿轮装置。

背景技术：

1、关于搭载于在极低温、真空的太空空间中航行的人造卫星、宇宙飞船等的机构、例如机械臂关节等，作为减速器，有时使用波动齿轮装置。众所周知：波动齿轮装置由刚性的内齿齿轮、挠性的外齿齿轮、以及波动发生器这三个部件构成。波动发生器具备刚性的凸轮板、以及装配于该凸轮板的外周面的波动轴承。

2、对于在极低温、真空的环境中使用的波动轴承、其他滚动轴承，无法使用润滑油、润滑脂等润滑剂。在待润滑部位形成固体润滑剂的覆膜、或者向待润滑部位供给固体润滑剂粉末而对待润滑部位进行润滑。作为在极低温环境中使用的滚动轴承，专利文献1、2中提出了外圈、内圈由马氏体系不锈钢、轴承钢等形成且滚动体由陶瓷形成的滚动轴承。

3、现有技术文献

4、专利文献

5、专利文献1：日本特开2000-220641号公报

6、专利文献2：日本特开2000-74069号公报

技术实现思路

1、关于具备钢材制的内外圈和陶瓷制的滚动体的滚动轴承，由于钢材与陶瓷的线膨胀系数的差异，温度越低则轴承内部的间隙越减小。特别是，在-70℃左右以下的极低温环境下，因钢材与陶瓷的线膨胀系数的差异而导致内外圈之间的径向间隙减小，产生滚动体的适当的滚动运动受到阻碍等弊端。

2、鉴于这一点，作为太空用滚动轴承，期望使用陶瓷制的滚动体、马氏体系不锈钢的外圈以及轴承钢的内圈的组合。这种情况下，利用这些部件的线膨胀系数差而能够抑制因大幅温度变化所引起的滚动轴承的径向间隙的变化。

3、然而，轴承钢容易生锈，特别是，在用于在真空中进行固体润滑(粉体润滑)的太空用滚动轴承的情况下难以防锈。另外，如果将通常的防锈用的覆膜涂敷于由轴承钢形成的内圈，则存在因涂敷时施加于内圈的热而导致轴承钢韧化、强度等降低的问题。

4、本发明的目的在于：提供能够抑制因温度变化所引起的径向间隙变化且对待固体润滑或者粉体润滑的轨道圈实施了适当的防锈处理的太空用滚动轴承，并且，提供具备将该太空用滚动轴承用作波动轴承的波动发生器的太空用波动齿轮装置。

5、本发明的太空用滚动轴承的特征在于，

6、具备内圈、外圈、以及多个滚动体，该多个滚动体以能够滚动的状态配置于所述内圈与所述外圈之间，由固体润滑剂覆膜或者固体润滑剂粉末润滑、且在低温、真空环境下使用，

7、所述内圈由轴承钢形成，

8、所述外圈由马氏体系不锈钢形成，

9、所述滚动体由陶瓷形成，

10、在所述内圈的表面的至少一部分形成有防锈用覆膜，

11、所述防锈用覆膜为利用气溶胶沉积法(ad法)而形成的陶瓷覆膜。

12、ad法中，使作为防锈用覆膜的原料的陶瓷微粒分散于气体中而得到的气溶胶以高速冲撞由轴承钢形成的内圈基材的表面，在内圈基材的表面形成由陶瓷微粒构成的覆膜。作为原料的陶瓷，使用氧化铝、氧化锆等氧化物系陶瓷、氮化硅、碳化硅等的氮化物等碳化物系陶瓷。利用ad法形成防锈用覆膜可以在室温下进行。

13、此处，防锈用覆膜的膜厚优选设为1μm～5μm。另外，在形成于内圈的外周面的滚动体的滚动面形成有防锈用覆膜的情况下，有可能因由滚动体通过带来的接触阻力而导致防锈用覆膜发生剥离。据此，优选预先在内圈的表面的除滚动面以外的部分形成防锈用覆膜。

14、另外，可以将作为内圈的材料的轴承钢设为suj2，将作为外圈的材料的马氏体系不锈钢设为sus440c，将作为滚动体的材料的陶瓷设为si3n4。

15、如果使用本发明的太空用滚动轴承，则能够将因-70℃左右以下的极低温环境下的温度变化所引起的内外圈之间的径向间隙的减小抑制在实际应用时没有障碍的范围内，从而能够维持陶瓷制的滚动体的适当的滚动状态。另外，在极低温、真空下通过固体润滑(粉体润滑)而润滑的由轴承钢形成的内圈形成有利用ad法而得到的陶瓷覆膜作为防锈用覆膜。根据ad法，由于形成覆膜时轴承钢不会暴露于高温，所以，也不会因形成防锈覆膜时的热而在由轴承钢形成的内圈发生强度降低等弊端，另外，还能够可靠地防止生锈。

16、另外，通过将本发明的太空用滚动轴承用作波动发生器的波动轴承而获得适合于在极低温、真空的环境下使用的太空用波动齿轮装置。即，本发明的太空用波动齿轮装置的特征在于，具有：

17、刚性的内齿齿轮；

18、挠性的外齿齿轮，该外齿齿轮能够与所述内齿齿轮啮合；以及

19、波动发生器，该波动发生器构成为使所述外齿齿轮在半径方向上挠曲而相对于所述内齿齿轮在局部啮合，并使两个齿轮的啮合位置在所述内齿齿轮的圆周方向上移动，

20、所述波动发生器具备刚性的凸轮板以及波动轴承，该波动轴承装配于该凸轮板的外周面与所述外齿齿轮的内周面之间，

21、所述波动轴承为上述结构的太空用滚动轴承。

22、关于太空用波动齿轮装置，能够利用固体润滑剂粉末对各待润滑部位进行润滑。这种情况下，太空用波动齿轮装置具备：供给对外齿齿轮与波动轴承之间的滑动部分、以及波动轴承等其他待润滑部位进行润滑的固体润滑剂粉末的润滑机构。

23、作为润滑机构，可以使用以如下方式构成的机构。即，润滑机构具备由呈网眼结构的具有柔性的片状材料形成的粉末收纳袋，所述固体润滑剂粉末收纳于所述粉末收纳袋，所述粉末收纳袋安装于所述外齿齿轮的因所述波动发生器而反复挠曲的部位，以使得经由所述粉末收纳袋的网眼而释放出所述固体润滑剂粉末的方式设定所述固体润滑剂粉末的粒径及所述网眼的大小。

24、应予说明，作为固体润滑剂，已知：银(ag)、铅(pb)等软质金属系、二硫化钼(mos2)、二硫化钨(ws2)、石墨等层状结晶结构物质、聚四氟乙烯(ptfe)、聚酰亚胺(pi)等高分子系这3种。例如，作为固体润滑剂粉末，使用层状结晶结构物质。

技术特征：

1.一种太空用滚动轴承，所述太空用滚动轴承具备内圈、外圈、以及多个滚动体，该多个滚动体以能够滚动的状态配置于所述内圈与所述外圈之间，所述太空用滚动轴承由固体润滑剂覆膜或者固体润滑剂粉末润滑、且在低温、真空环境下使用，

2.根据权利要求1所述的太空用滚动轴承，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的太空用滚动轴承，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的太空用滚动轴承，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的太空用滚动轴承，其特征在于，

6.一种太空用波动齿轮装置，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的太空用波动齿轮装置，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的太空用波动齿轮装置，其特征在于，

技术总结
太空用波动齿轮装置(1)的波动轴承(43)具备：由轴承钢形成的内圈(45)；由马氏体系不锈钢形成的外圈(44)；以及由陶瓷形成的滚珠(46)。在由轴承钢形成的内圈(45)形成有利用AD法形成的陶瓷覆膜(48)作为防锈用覆膜。针对采用固体润滑(粉体润滑)的太空用波动齿轮装置(1)，能够可靠地进行波动轴承(43)的由轴承钢形成的内圈(45)的防锈。通过适当地设定内圈(45)、外圈(44)、滚珠(46)的线膨胀系数，在发生大幅温度变化的太空环境中，能够将波动轴承(43)的径向间隙的变化抑制在实际应用时没有障碍的范围内。

技术研发人员：清泽芳秀
受保护的技术使用者：谐波传动系统有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19