機械新刊 2月號/2025 第99期

斯凱孚股份有限公司 
內文 
專注細節只為一次完美的旋轉｜SKF與陶瓷混合軸承共舞的極致想像

    軸承在許多產業應用裡面，確實是不可或缺的存在，如果沒有這樣極致的旋轉，你會發現，很多我們日常中習以為常的作動，都會變成難以跨越的高峰，尤其是過去被歸類在精密行業應用的陶瓷混合軸承，也因為技術的持續發展與材質、應用等研究的不斷投入，在不同領域上愈來愈容易看到它的身影，而推動這一趨勢持續進展的SKF，對於陶瓷混合軸承的發展，確實充滿信心。


    雖然陶瓷這個材質聽起來是「新星」級的角色，但其實它在軸承上的應用，已是頗有「歷史」的不可或缺，而SKF正是其穩佔鰲頭的重要推手。臺灣斯凱孚東北亞工具機應用工程部經理許景逵分析，其實在1970年代左右，就已經應用在航太工程領域，當時美國SKFMarlin Rockwell Corp. (MRC) 即設計了首批陶瓷軸承，應用在需要承受極端溫度的航太領域上，「最初的嘗試，集中在開發能夠承受噴射引擎中高溫和高轉速的應用，SKF利用以氮化矽為主要材質的陶瓷滾珠達成了這項目標，從而為陶瓷混合軸承建立了相當好的基礎。」所謂的陶瓷混合軸承，結合了軸承鋼軌道和通常由氮化矽製成的陶瓷滾珠，具備了獨特的機械特性，因此一開始在像是航太應用等高附加價值的精密機械中獲得青睞，此後，這個因為其獨特的材質特性，在各種各樣不同的行業開始展露頭角，成為機械行業中不可或缺的重要角色。

    為什麼陶瓷會在軸承行業中展現其獨一無二的價值？許景逵分析，這是從它的材質特性中找到的「獨特定位」：「相較於軸承鋼，陶瓷的密度比鋼輕60%，一方面可以減輕重量，另外在較大的軸承中，陶瓷滾珠因為較輕，在高速運轉時可顯著降低軸承上額外的離心力，加上高硬度與光滑的表面，讓它在與金屬接觸時更能減少摩粗與損壞，這樣的軸承在應用在高速旋轉的場域，像是工具機的應用上，就非常適合。」許景逵說，陶瓷混合軸承在90年代因為這樣的特性，工具機行業也開始利用陶瓷球重量輕、速度快的特性而展露頭角，而後又開始應用於用於幫浦與壓縮機等應用領域，透過其邊界潤滑條件和使用粘度低於潤滑油的流體作為潤滑劑的條件，以及其優異地耐腐蝕特性，創造出其在酸性氣體壓縮機等嚴苛領域的應用。在愈來愈多的領域可以見到它的身影的現況下，近年來陶瓷混合軸承已逐步進入主流應用領域，像是汽車動力系統或是風力發電系統等，啟動了產業對陶瓷材質的更大規模生產系統投資，SKF就是其中的要角。

從製造到品質控制全方位整合技術與應用領域

    許景逵說，面對這樣的趨勢，SKF其實在陶瓷材料和軸承應用方面，很早就以投入廣泛的研發資源，從最基本原材料——氮化矽粉末規格，到軸承性能預測的整個價值鏈，SKF都著墨甚深，從先進摩潤學、軸承設計和製造工藝的深入了解，乃至於前進產業應用第一線的解決方案設計，觸角深入各個領域：「你可說，SKF自1960年代就開始研究陶瓷材料，並在 1970 年代設計了第一批陶瓷軸承，而我們的工程與研究中心(ERC)也在持續不斷地研究和開發陶瓷材料，加上第一線工程師深入各領域統整產業需求，以滿足產業因應新應用領域的急速發展，同樣的也帶動了陶瓷軸承的技術持續前進。」從最前端的材料出發，SKF近年與Sinoma成立合資企業，以加速混合陶瓷球軸承的大規模應用，更投資於瑞典Ljungaverk的工廠，以增加氮化矽粉末的產能，許景逵說，這些投資不但凸顯了SKF對陶瓷軸承市場增長的信心，以及為滿足客戶需求而持續創新，「所以你可以說SKF從製作過程開始，從材料觀點就投入研究與投資，從而從陶瓷滾珠乃至於整個陶瓷混合軸承進行全方位的的整合，這樣的觀點是全面性的。」

    除了技術精進之外，SKF也重視產品的高品質與可靠性。許景逵指出，SKF對品質控制極度重視，透過每一批元件全面檢驗的過程，確保每一批軸承都符合規格，「甚至每一顆滾珠都有一個特殊的後綴，透過在實驗室裡面一顆一顆用顯微鏡檢查裡面有沒有瑕疵，檢查是否有毛孔或裂痕的存在。」他說，SKF瞭解生產始終如一的高品質氮化矽滾珠的挑戰，面對每一環節都並仔細嚴苛地透過開發特定的「微結構」來確保元件的高韌性與強度；此外，過去業界以軸承鋼為材質核心所計算的元件壽命，2015年SKF特別針對陶瓷材質開發了新的「軸承壽命理論」去重新推估元件壽命，讓使用者更容易預期元件的使用狀況，從而因應設備的使用狀況預做準備，「SKF 開發了先進的計算工具，像是SKF SimPro與SKF GBLM，這些可用於模擬和預測混合陶瓷軸承的性能的工具。」許景逵說，這些工具能使工程師優化軸承設計，並在各種應用條件下評估軸承的壽命和可靠性，他也認為未來將會出現更精密的設計和分析工具，以進一步提高陶瓷軸承的性能和可靠性。

技術極致發展應用領域多元展露頭角

    確實，陶瓷混合軸承的應用已愈來愈廣泛。從台灣來看，除了前面提到精密工具機產業，許景逵指出，包括電動車產業、風力發電機、半導體製造、交通產業，乃至於流體機械與食品飲料業都是陶瓷混合軸承可以發揮的絕佳領域：「因為陶瓷材質的高轉速能力、電絕緣性與延長潤滑脂壽命等特性，讓陶瓷混合軸承在這些領域中足以脫穎而出，它有助於拓展電動馬達的可靠運行。陶瓷滾珠的也可以降低軸承在高速運轉時產生的額外離心力與防止電腐蝕，以及它可以承受高溫、高腐蝕等惡劣環境的特性，你可以說在愈來愈多工業應用的領域，陶瓷混合軸承在應用需求提升時展露頭角。」

    不過，許景逵也認為，目前SKF在陶瓷混合軸承所面臨的課題，除了製程的優化，讓陶瓷滾珠的品質能做得更穩定、更均勻之外，另外針對現在市場的需求量愈來愈大的需求引領下，陶瓷滾珠如何更容易地被製造出來，以及如何讓成本可以更「平民化」一點，更接近一般的軸承鋼材質的應用，都是目前需要克服的挑戰。隨著生產規模的擴大和工藝的改進，預計陶瓷軸承的成本將會降低，使其更具競爭力，「成本的降低，將有助於陶瓷軸承在更多應用中獲得更廣泛的採用，這是魚幫水、水幫魚的積極效果。」

    許景逵認為，陶瓷混合軸承相當具有未來性，在可見的未來在各個應用領域上都會更容易發現到它的身影，「現在各個產業都追求更高速更有效的節能的使用條件，陶瓷混合軸承在可靠度大幅的提升強況下，產業浪費的資源會相對變小，所以是未來不管是任何應用場合都是它的主場，在成本可以控制的狀況下，會有更好的發展。」陶瓷軸承技術在不斷發展，未來將在更廣泛的應用領域中發揮更重要的作用，隨著材料性能的提升、成本的降低、設計和分析工具的改進以及更環保的製造流程的採用，陶瓷軸承將成為滿足未來工業需求的最重要的關鍵技術。

發行人的話
       最高時速約300公里的高速鐵路出現後，大幅的擴大了人們的生活圈，改變了工作與旅遊的樣貌。磁浮列車則具備更高速的行駛能力，大家不陌生的上海磁浮線，便以最高每小時431公里的速度為旅客服務。而在日本，磁浮列車技術早從1970年代便開始被注目，先在宮崎縣進行了時速成功達500公里的試驗線之後，在山梨縣朝著實用化的步調持續進步。在2003年完成了最高時速581公里的載人測試後，研發團隊開始著手延長軌道的工程，將18.4公里的測試路線擴增到42.8公里，並且加掛多節車廂做營運測試。

       由於日本是個地形高低起伏的島國，磁浮列車軌道建置無法避面需要上上下下的規劃，這狀態所面臨到的重大挑戰，是車體在磁力作用下可離地漂浮的高度極限。有一定的高度，列車上下坡時才可避免造成與軌道面的接觸摩擦。比起行駛於平原地形的上海磁浮列車1cm上浮之設計，日本磁浮列車則以上浮10cm為基準，利用最新的超電導技術加以實現。這條名為中央新幹線的磁浮列車大計畫，2027年將實現40分鐘從東京到名古屋，2037年再實現67分鐘從東京到大阪的夢想。

       本期軸承專輯，SKF斯凱孚的軸承專家張偉欽先生在前言中談到了軸承套圈材料必須同時具備硬度與韌性的特質，如何建構這相互矛盾的條件於一身，真是精彩有趣的過程。關於專輯內容，張主編為讀者準備了軸承在農業機械的應用、滾動軸承的選用、軸承塗層的介紹、綠色鋼鐵在軸承的應用與影響等文章。在封面故事裡，SKF斯凱孚展現了在陶瓷混合軸承應用領域裡的深耕與自信。在AI-AOI專欄中，台大機械系終身特聘教授陳亮嘉先生，為讀者安排了對於半導體光學檢測品質提升大有幫助的AI光學反卷積之超解析成像技術。接著，台大工學院院長江茂雄教授在離岸風電專欄中介紹了DTU 10MW離岸風機固定式支撐結構之疲勞評估程序。在技術動向單元，TPI東培工業對於大氣氮鋼等高性能不銹鋼軸承材料有深入的研究。

最後祝福每一位機械新刊的好朋友，新年恭喜！蛇年平安健康發大財！

(黃立翰為日本東京大學博士，臺灣機械工業同業公會理事，大豐機器股份有限公司董事長)

文1. 發行人的話 ─ 黃立翰

■封面故事
文2. 專注細節只為一次完美的旋轉 SKF 與陶瓷混合軸承共舞的極致想像
     ─ 張世文

■人生偶拾
文6. 曆法演變的三項驚奇 ─ 黃博治

■特別企劃
文11.【AI-AOI專欄】基於 AI光學反卷積之超解析成像技術
      ─ 鄭育廷、李維耘、劉明杰、簡維信、陳亮嘉

■軸承專輯
文20. 軸承專輯前言 ─ 張偉欽
文22. 軸承在農業機械的應用 ─ 張偉欽
文32. 滾動軸承的選用(下) ─ 陳瑋儒
文46. 軸承塗層的介紹 ─ 蘇柏安
文55. 綠色鋼鐵在軸承的應用與影響 ─ 潘育忻

■離岸風電專欄
文62. DTU 10MW 離岸風機固定式支撐結構之疲勞評估程序
      ─ 林晉宇、賴文政、黃金城、陳彥中

■技術動向
文72. 新的高性能不銹鋼軸承材料與應用 ─ 胡宇光 (東培)

■產業掃描
文92. 上銀科技展現永續發展實力入選DJSI 新興市場指數成分股
文94. 大銀深耕永續教育 培育智造綠金人才
文96. TIMTOS 2025 主題演講及產業論壇亮點搶先看(貿協)
文98. 齒輪與齒輪類工件製造最佳設備與周邊(渼科斯)
文101. 滾珠螺桿(Ball screw)之改進 提升工具機價值(光騰)
文102. igus® 開發出新型免潤滑平面軸承材料，不含PTFE

■一平雜談
文106. 高騰與皮爾森 ─ 林一平

■華麗邂逅
文114. 黃立翰攝影

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