基本的な定義
ベアリングは動く部品を支え、その動きを望ましい運動に拘束します。多くの機械では回転する軸が対象で、ベアリングは軸を軸線上に保持し、軸に作用する力を受け止め、できるだけ小さな摩擦と摩耗で回転できるようにします。ベアリングがなければ、軸はハウジングと直接擦れ合い、発熱し、摩耗し、やがて焼き付いてしまいます。
この言葉が指す部品は幅広く、ドアのヒンジに使う青銅ブッシュから、クラッシャーに使われる自動車の車輪ほどの大きさの球面ころ軸受まであります。技術者は大きく二つの系統に分けます。転がり軸受は、二つの輪の間に玉やころを置き、表面が滑るのではなく転がるようにしたものです。すべり軸受（滑り軸受、ブッシュとも呼ばれます）には転動体がなく、軸が青銅、ポリマー層、油膜などの低摩擦面の上を滑ります。買い手から寄せられるベアリングに関する質問の大半は転がり軸受に関するものなので、本稿は転がり軸受を中心に説明します。すべり軸受には専用のページがあります。
転がり軸受の四つの部品
一般的な転がり軸受は四つの部品で構成されます。それぞれが別個の製造工程であり、多くの場合は別個の供給元でもあります。そのため中国のベアリング産地には、完成品メーカーのほか、玉、保持器、シールの専門メーカーも集まっています。
| 部品 | 役割 | 主な材料 |
|---|---|---|
| 内輪 | 軸に取り付けられ、多くの設計では軸とともに回転する | GCr15 / 52100 などの高炭素クロム鋼 |
| 外輪 | ハウジングに収まり、外側の軌道面を持つ | 同じ鋼材を焼入れ・研削したもの |
| 転動体 | 両輪の間で荷重を伝える玉またはころ | クロム鋼。ハイブリッド軸受ではセラミック |
| 保持器 | 転動体を等間隔に保つ | プレス鋼板、切削黄銅、ガラス繊維入りナイロン |
多くのベアリングは、グリースを封入したうえで、側面にシールまたはシールドを備え、グリースの流出と異物の侵入を防ぎます。密封形ベアリングは多くの場合、グリースが生涯封入されています。開放形ベアリングは、機械側から供給される油またはグリースに頼ります。
多くの軸で、転がりがすべりより優れる理由
転がり接触は、すべり接触に比べて動き出しに必要な力がはるかに小さくなります。そのため転がり軸受は始動が容易で、高速でも発熱が少なく、広い速度範囲にわたって摩擦がほぼ一定に保たれます。寿命も予測しやすく、定格寿命は ISO 281 の方法で荷重と回転数から計算できるため、設計者はたとえば 20,000 時間の運転を想定してベアリングの大きさを決められます。この計算はベアリング寿命とL10で説明しています。
それでも、すべり軸受が優位な場面はあります。衝撃や異物に強く、半径方向のスペースが小さくて済み、静かに動作し、単純で低速の揺動部では安価になることもあります。たとえばエンジンのクランクシャフトは、加圧された油膜が非常に大きな荷重を支えるため、油膜式のすべり軸受で回転しています。
荷重：ラジアル、アキシアル、複合
ベアリングを選ぶ際にもっとも役立つ問いは、荷重はどちらの方向に押すのか、ということです。
- ラジアル荷重は、プーリーの重さやベルトの張力のように、軸に対して直角に作用します。深溝玉軸受や円筒ころ軸受はこの荷重のために作られています。
- アキシアル荷重（スラスト荷重とも呼ばれます）は、プロペラやはすば歯車の押しのように、軸に沿って作用します。スラスト玉軸受とスラストころ軸受は、アキシアル荷重だけを受けます。
- 複合荷重は、その両方が同時に作用するものです。アンギュラ玉軸受と円すいころ軸受はこのために設計されており、ホイールハブやギアボックスの出力軸に使われるのもそのためです。
玉は軌道面に点で接触するため、玉軸受は低摩擦で高速回転できる一方、受けられる荷重は小さくなります。ころは線で接触するため、ころ軸受はより低い回転数でより大きな荷重を受けます。このトレードオフが選定判断の大半を左右するもので、玉軸受ところ軸受の比較で取り上げています。
主な種類の一覧
| 種類 | 強み | 主な使用先 |
|---|---|---|
| 深溝玉軸受 | 汎用性が高く、静かで高速 | モーター、ファン、ポンプ、家電 |
| アンギュラ玉軸受 | 複合荷重、高精度 | ポンプ、工作機械の主軸 |
| 円筒ころ軸受 | 大きなラジアル荷重 | ギアボックス、大型モーター |
| 円すいころ軸受 | 大きな複合荷重 | ホイールハブ、車軸、減速機 |
| 球面ころ軸受 | ミスアライメントを伴う大荷重 | 鉱山、製紙機械、振動ふるい |
| ニードルローラ軸受 | 半径方向の断面が小さい | ギアポンプ、トランスミッション、ロッカーアーム |
| ハウジング付きユニット | フレームへの取り付けが容易 | コンベヤ、農業機械 |
製品カタログでは、当デスクが扱う 31 品目を、玉軸受、ころ軸受、特殊軸受、部品、キット・アクセサリーに分類しています。
よくある三つの誤解
「番号が同じなら同じベアリング」。呼び番号が定めるのはサイズと基本設計であって、品質ではありません。鋼の清浄度、熱処理、軌道面の仕上げ、保持器の設計は工場ごとに異なり、それが騒音と寿命を左右します。信頼できる比較方法は、サンプル試験だけです。
「密封形なら永久にメンテナンス不要」。密封形ベアリングは、通常の条件下で想定される使用期間にわたって潤滑されています。高温、高速、あるいは湿気や粉塵の多い現場ではグリース寿命が短くなり、外から見て異常がなくても早期に故障します。
「きつい軸受ほど良い軸受」。内部すきまは、用途のはめあいと温度に合わせて選ぶものです。取り付け後のすきまが小さすぎると、発熱と早期故障を招きます。モーター用ベアリングが、標準すきまではなく C3 で指定されることが多いのはそのためです。
ベアリングの識別方法
標準ベアリングは、6204-2RS C3 のような呼び番号で識別されます。数字は形式、寸法系列、内径を表し、補助記号はシール、内部すきま、保持器、精度等級、グリースを表します。主要寸法は ISO 15 に従うため、呼び番号によって内径、外径、幅が定まります。同じ呼び番号のベアリング同士は同じ軸とハウジングに適合しますが、鋼の品質、騒音、寿命は異なる場合があります。呼び番号ガイドでは、この体系を一行ずつ解説しています。
発注時に買い手が伝えるべきこと
有効な見積依頼とは、工場がどのみち尋ねる事項にあらかじめ答えているものです。
- 呼び番号。不明な場合は内径、外径、幅。
- シールまたはシールド、内部すきま、精度等級。
- 速度、温度、騒音に関わる場合は、保持器の材質とグリースの種類。
- 用途、荷重、回転数、使用温度を一、二文で。
- 呼び番号ごとの数量、マーキングと梱包、希望納期。
これらの情報があれば、サプライヤーは一般的な価格表ではなく、条件に合った選択肢と目安となる MOQ を提案できます。見積フォームからお送りください。