(57)【要約】【課題】ロケットターボポンプ用軸受の保持器の案内側軌道輪との滑り接触による摩耗を低減することである。【解決手段】内輪１および外輪２がマルテンサイト系ステンレス鋼で形成され、保持器４の少なくとも表層部がＰＴＦＥで形成されたロケットターボポンプ用軸受において、保持器４を案内する外輪２の内径面２ａを、算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下の表面粗さに加工することにより、保持器４の外輪２との滑り接触による摩耗が従来よりも大幅に減少するようにしたのである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪および外輪がマルテンサイト系ステンレス鋼で形成されており、前記内輪と外輪との間で複数の転動体を保持し、内輪の外径面または外輪の内径面で案内される保持器が、少なくともその表層部をポリテトラフルオロエチレンで形成されたロケットターボポンプ用軸受において、前記内輪外径面と外輪内径面のうちの前記保持器を案内する面の表面粗さを、算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下としたことを特徴とするロケットターボポンプ用軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体ロケットエンジン用ターボポンプの回転支持部に使用される転がり軸受（以下、「ロケットターボポンプ用軸受」と記す。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体ロケットエンジン用のターボポンプでは、ポンプの小型化のために回転支持部を液体水素や液体酸素等の極低温ポンプ流体中に設けているので、回転支持部に使用される転がり軸受（ロケットターボポンプ用軸受）は通常の潤滑油やグリースによる潤滑ができない。そこで、この軸受では、極低温下でも潤滑性の高いポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）をガラス繊維で強化した複合材を用いて保持器を形成し、保持器から転動体および内外輪へＰＴＦＥを移着させて、転動体と各軌道輪との間の潤滑を行っている。また、潤滑性をさらに向上させるため、保持器成形時にその表層のガラス繊維をフッ酸で溶解、除去する処理を行って、使用中に転動体に移着したＰＴＦＥが保持器のガラス繊維で削り取られないようにしている（非特許文献１参照。）。
【０００３】
このようなロケットターボポンプ用軸受には、例えば本発明の実施形態である図１に示すように、内外輪１、２間で複数の転動体としての玉３を保持する保持器４が外輪２内径面で案内されるタイプのアンギュラ玉軸受が多い。ここで、内輪１、外輪２および玉３の材質は、軸受が極低温下で高速運転されることから、一般に強靭性を備えたマルテンサイト系ステンレス鋼が採用される。一方、保持器４については、上述したように、潤滑性を確保するため、ＰＴＦＥとガラス繊維の複合材で形成され、表層のガラス繊維をフッ酸で除去する処理が行われている。なお、図１の例では保持器が外輪内径面で案内されているが、保持器を内輪外径面で案内する形式のものもある。
【０００４】
ところが、上記の構成の軸受では、保持器がこれを案内する軌道輪（案内側軌道輪）と滑り接触するため、玉や軌道輪の転がり疲労による寿命に達する前に、保持器の摩耗が大きくなって保持器が正常に機能しなくなり、軸受寿命が短縮されてしまう場合がある。
【非特許文献１】野坂正隆、「ロケットターボポンプ用軸受の保持器複合材の潤滑特    性」、日本複合材料学会誌、第２０巻、第６号、1994年、p.215-223
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、ロケットターボポンプ用軸受の保持器の案内側軌道輪との滑り接触による摩耗を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明は、内輪および外輪がマルテンサイト系ステンレス鋼で形成されており、前記内輪と外輪との間で複数の転動体を保持し、内輪の外径面または外輪の内径面で案内される保持器が、少なくともその表層部をポリテトラフルオロエチレンで形成されたロケットターボポンプ用軸受において、前記内輪外径面と外輪内径面のうちの前記保持器を案内する面の表面粗さを、算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下としたのである。
【０００７】
ここで、保持器案内面の表面粗さを上記の範囲としたのは、実験により案内面の表面粗さと保持器の摩耗量との関係を調査した結果、案内面の表面粗さが一般的な研磨加工で達成される範囲（Ｒａで０．２μｍ程度まで）では保持器摩耗量の変化は小さいが、案内面に精密研磨仕上げを施してその表面粗さをＲａで０．２μｍよりも小さくすると、保持器摩耗量の減少割合が大きくなるという知見を得たからである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、上述したように、軌道輪の保持器案内面の表面粗さをＲａで０．２μｍ以下として、保持器の案内側軌道輪との滑り接触による摩耗を減少させたので、従来よりも軸受寿命を延長することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１に示した実施形態のロケットターボポンプ用軸受は、軸受の種類としてはアンギュラ玉軸受であり、前述したように、内輪１と外輪２との間で複数の転動体としての玉３を保持する保持器４が、外輪２内径面で案内されるようになっている。
【００１０】
前記内輪１、外輪２および玉３は、マルテンサイト系ステンレス鋼で形成され、極低温下における高速回転に耐えられるようになっている。なお、玉の材質はセラミックとしてもよい。また、外輪２の内径面２ａは、通常の研磨加工後にラッピング加工を施すことにより、表面粗さを算術平均粗さＲａで０．２μｍ以下としている。一方、前記保持器４は、ＰＴＦＥをガラス繊維で強化した複合材で形成され、表層のガラス繊維をフッ酸で溶解、除去する処理を施されている。
【００１１】
この軸受は、上記の構成であり、極低温下でも潤滑性の高いＰＴＦＥが保持器４から玉３および内外輪１、２へ移着するとともに、玉３に移着したＰＴＦＥが保持器４のガラス繊維で削り取られないようにして、玉３と各軌道輪１、２の間の潤滑性を確保している。そのうえ、保持器４を案内する外輪２内径面がＲａで０．２μｍ以下の表面粗さに加工されており、保持器４の外輪２との滑り接触による摩耗が進展しにくい。従って、保持器４の摩耗が軸受寿命の短縮につながりにくく、従来よりも長寿命である。
【００１２】
次に、上述した実施形態の軸受の保持器摩耗低減効果を確認するための実験を行った。実験は、回転ディスクにピンを押し付けるピンオンディスク摩耗試験機を使用し、その試験環境はマイナス１９６℃の液体窒素とした。ディスクはマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）で、ピンはＰＴＦＥでそれぞれ形成し、ディスクの表面粗さを変えてピンの摩耗量を測定した。図２は、測定したピンの摩耗量を、ディスク表面粗さがＲａで０．２μｍの場合を基準（１００％）として表したものである。
【００１３】
図２から明らかなように、表面粗さがＲａで０．２μｍを超えるとピン摩耗量の変化は小さいが、０．２μｍ以下の領域では表面粗さが小さくなるほどピン摩耗量の減少割合が大きくなり、０．０５μｍ以下とすれば、ピン摩耗量は基準としたケースに対して２０％以上減少する。従って、図１に示した軸受の外輪２内径面の表面粗さをＲａで０．２μｍ以下、望ましくは０．０５μｍ以下とすれば、保持器４の摩耗量を大幅に低減できることが確認された。
【００１４】
なお、本発明は、実施形態で説明したアンギュラ玉軸受に限らず、液体ロケットエンジン用のターボポンプの回転支持部に使用される転がり軸受であれば、保持器が内輪外径面で案内される形式のアンギュラ玉軸受や、転動体としてのころを保持する保持器が内輪外径面または外輪内径面で案内されるころ軸受等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態のロケットターボポンプ用軸受の正面断面図
【図２】図１の軸受の材料を用いた摩耗量測定実験の結果を示すグラフ
【符号の説明】
【００１６】
１  内輪
２  外輪
２ａ  内径面
３  玉
４  保持器
【図１】
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【図２】
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