低温ベアリングとは？

低温用軸受は、高温用軸受のように高温環境下で安定的に動作するようには設計されていません。その代わり、摩擦を減らし、摩擦発熱を最小限に抑えるために、特殊な材料と構造で設計されており、長時間の運転でも低温を維持します。

60℃以下で使用される軸受は低温用軸受と呼ばれる。

液化天然ガス、液体窒素（水素、酸素）、ブタン、ロケットやミサイル、宇宙船など、さまざまな液体ポンプに主に使用されている。

低温ベアリング動作温度

動作温度は、世界中の高級ベアリングメーカーにとって重要な性能指標です。これは、ベアリングの材料、設計、製造プロセスの技術的洗練度と精度を評価するための重要な指標として機能します。

低温ベアリングの動作温度は、その製造に採用された高度な冶金学、熱処理技術、および表面工学の直接的な反映です。このパラメータは、特に極低温または氷点下の環境において、最適な効率と寿命を必要とする用途にとって極めて重要です。

測定プロトコルは、標準化された動作試験中にベアリングの外輪と循環冷却潤滑油の温度差を監視することが一般的です。この方法により、異なる軸受設計や製造業者間の正確な比較が可能になります。

運転温度の低下は、軸受寿命の延長、エネルギー効率の改善、および全体的な性能の向上と強い相関関係があります。熱応力の低減は、材料の疲労を最小限に抑え、潤滑油の完全性を維持し、長期にわたってより厳しい公差を維持します。

大手ベアリングメーカーは、独自の技術と材料科学の専門知識を活用して、低温ベアリング市場で競争上の優位性を獲得しています。これらの技術革新は、航空宇宙、極低温工学、先端製造などの要求の厳しい産業に対応しています。

例えば、ティムケンの自動調心ころ軸受は、厳しいテストと最適化を経て、同等の製品よりも約15.5℃低い動作温度を実現しました。この大幅な改善は、ベアリングの設計、材料の選択、および表面仕上げ技術におけるティムケンの進歩を示しています。これとは対照的に、他の有名な国際的ブランドの中には、ティムケンのベンチマークよりも19℃以上高い動作温度を示すものもあり、業界全体における性能のばらつきと、より低い温度での動作の継続的な追求を強調しています。

低温ベアリング 製品分類

低温用軸受は、主に単列深溝玉軸受と円筒ころ軸受で構成され、極低温環境でも性能を維持できるように設計されています。これらの特殊な軸受は、外的要因（温度変動など）と内的要因（シャフト、ハウジング、軸受部品間の熱膨張係数の差など）の両方によって発生する可能性のあるジャミング現象を緩和するように設計されています。

低温用途での詰まりの問題は、温度変化が大きい場合に悪化する。異なる材料が不均等な速度で収縮するため、ベアリングアセンブリ内の作動クリアランスが減少し、焼付きにつながる可能性があります。この問題に対処するためには、特に極低温用途において、広い温度範囲で作動する機器の徹底的な熱分析と材料選定を行うことが極めて重要です。

低温軸受システムを設計する場合、エンジニアは、関係するすべての材料の熱膨張係数を注意深く計算し、寸法安定性を確保し、動作温度範囲全体で適切なクリアランスを維持するために、同様の係数を持つ部品を選択する必要があります。このアプローチは、極端な低温条件下でもベアリングの性能と寿命を維持するのに役立ちます。

構造設計の観点からは、低温用途のシャフトの両端に円すいころ軸受を使用することは避けるべきです。この構成は、温度によるシャフトの長さの変化により、軸受間の距離が長くなり、過大な予圧やジャミングが発生する可能性があるためです。

低温用軸受のより効果的な設計戦略は、シャフトの一端に一対の円すいころ軸受を使用して正確なアキシャル方向とラジアル方向の位置決めを行い、反対側の端に円筒ころ軸受または深溝玉軸受を使用することです。この構成では、シャフトのアキシャル方向の熱膨張と熱収縮を所定の範囲内で許容することができ、ラジアル方向の支持を維持しながら、温度変動による寸法変化に対応することができます。

低温ベアリングの材料選択

低温ベアリング用鋼の選択

低温用軸受は通常、9Cr18や9Cr18Moなどのステンレス鋼、またはベリリウム青銅、セラミックなどの材料で作られています。

極低温（限界温度-253 ℃）には6Cr14Mo材を選択できるが、真空環境でのみ使用しなければならない。

注：低温ベアリングを使用する場合は、潤滑による火傷に注意することが重要であるため、適切な潤滑剤を適宜選択すること。

ベアリングの材質と使用温度