セラミックハイブリッドベアリング: 空の旅の進化

航空宇宙における 1 世紀以上のイノベーションにより、ティムケンは、ヘリコプターの発明から最初の月と火星への着陸に至るまで、多くの航空の初物を可能にしました。 今日、ティムケンのエンジニアは、摩擦管理、動力伝達、および冶金学の専門知識を適用して、空中消防や民間航空機エンジンなどのアプリケーションの信頼性を最大化しています。

現在、航空機の設計者は、性能を最適化し、次のレベルの効率を達成するために可能なことの限界を押し広げています。 ハイブリッド円筒およびテーパーローラーベアリングのエンジニアリングと製造におけるティムケンの能力は、飛行の新時代に向けて航空機と回転翼航空機の性能を最適化します。

「当社は 120 年以上にわたり、鋼材に関連する摩擦、摩耗、潤滑、および軸受設計に関する知識を収集してきました。これは、窒化ケイ素の特性を理解すること、および両方をうまく設計および製造する方法を理解することにつながります。」

ジョン・ロウリー
チーフ航空宇宙エンジニア

ハイブリッド航空宇宙ベアリング: 効率向上に不可欠
エネルギー、コスト、および環境を節約したいという欲求に駆り立てられて、航空宇宙の顧客は、各航空機システムおよびコンポーネントから可能な限りの効率を引き出したいと考えています。 スチール製のティムケンの航空宇宙用ベアリングは、すでに非常に効率的です。 将来の効率向上を達成するために、エンジニアは市場に提供できるハイブリッド ベアリング タイプの範囲を拡大しています。

「ハイブリッド」ベアリングは、スチール リングとセラミック転動体を組み合わせているため、そのように名付けられていますが、従来のベアリングは両方にスチールを使用しています。 セラミックローラーの窒化ケイ素は「ベアリンググレード」で、最高品質です。

「窒化ケイ素は、軸受鋼のほぼ 2 倍の硬さであり、より軽量で、より強く、高速での性能を向上させる追加の特性を備えています」と、航空宇宙のチーフ エンジニアであるジョン ローリーは述べています。 「これは非常に過酷な条件に耐え、転がり軸受で優れた性能を発揮するセラミックです。」

航空宇宙ベアリング用のセラミック転動体の実験は数十年前にさかのぼり、1990 年代初頭に NASA のスペースシャトル エンジンで使用されました。 最適化されたソリューションの開発競争が加速するにつれて、航空機エンジン、発電機、スターター、回転翼航空機のギアボックスの効率を高めるために、より幅広い種類のハイブリッド ベアリングが登場しています。

ティムケンのエンジニアは最近、防衛航空機メーカーと緊密に協力して、既存の低バイパス ターボファンよりもはるかに強力で効率的になるように設計された航空機タービン エンジンの開発を含む、いくつかの用途向けのハイブリッド ローラー ベアリングを開発しました。

ティムケンのトライボロジーのスペシャリストは、R&D において重要な役割を果たし、ローラーに隣接するベアリング コンポーネントの製造に通常使用されるさまざまな鋼種に対してセラミック ローラーの強度をテストしました。 材料がどのように相互作用するかは、パフォーマンスに直接影響します。

ティムケンの違い: 独自の製造プロセス
「当社は 120 年以上にわたり、鋼材に関連する摩擦、摩耗、潤滑、および軸受設計に関する知識を収集してきました」と Lowry 氏は述べています。 「これは、窒化ケイ素の特性を理解すること、および両方をうまく設計および製造する方法を理解することにつながります。」

航空宇宙プログラム マネージャーの Melissa Kerney 氏は、使用されている窒化ケイ素は入手可能な最高グレードであり、非常に高い基準で処理されていると述べています。

「航空宇宙グレードの製品を実現するための差別化は、2 つの段階で行われます。どちらも製造段階です」と彼女は言います。

最初に、ニアネットシェイプの「ブランク」ローラーが、窒化ケイ素粉末を使用して形成されます。 粉末の配合によって、最終的にセラミックローラーになる「ブランク」に材料がどのように耐えられるかが決まります。

次に、ティムケンは、独自の研削および超仕上げプロセスを使用して、これらのブランクを社内で正確な要件に仕上げます。

「とてもやりがいがあります」とカーニーは言います。 「窒化ケイ素はスチールよりもはるかに強く、仕上げ、測定、検査にはまったく異なるアプローチが必要です。私たちは、材料科学に関する知識を取り入れ、それを製造およびツーリングの専門知識と組み合わせます。その結果、業界の検査要件を満たす、非常に耐久性が高く信頼性の高いベアリングが生まれました。」

ハイブリッドローラーベアリングのエンジニアリングと製造が完全に開発されたため、ティムケンは製造能力に投資して、窒化ケイ素ローラーを特徴とするテーパーおよび円筒ベアリングの業界で最も完全な製品ラインの1つを製造しました。 ティムケンは、2023年までに航空宇宙の顧客をサポートするために完全な生産を開始する予定です。

なぜ航空宇宙、そしてなぜ今なのか? Kerney 氏は次のように述べています。

ティムケンのエンジニアは、セラミックを使用して、多くの重要な産業でベアリングの性能を向上させています。 小さなセラミック粒子を特徴とする特殊な耐摩耗性コーティングが、風力タービンや農業機器の効率をどのように改善するかをご覧ください。

Last Updated: 2023/06/21

Published: 2022/05/11