ベアリング究極のガイド

機械が停止し、自動車が動かなくなり、私たちが知っている日常生活が崩壊する世界を想像してみてください。この悪夢のようなシナリオは、現代の機械においてベアリングが果たす重要な役割を浮き彫りにしています。見過ごされがちなベアリングは、摩擦を減らし、スムーズな回転を確保し、さまざまな装置の安定性を維持するために不可欠な部品です。自動車から家電製品に至るまで、ベアリングはあらゆるものを効率的に動かす静かな働き者なのです。この記事では、ベアリングの基本的な概念、その重要性、そしてベアリングの背後にある技術について解説し、この欠かすことのできない機械的驚異に関する知識を提供します。

目次

レッスン1:ベアリングとは?

理解しておくべき基礎知識とベアリングの機能。

ベアリングとはどんな機械部品かご存知ですか?ベアリングは「機械工業の定番」と呼ばれ、様々な機械に広く使われている重要な部品です。ベアリングコラムLesson1では、ベアリングの基本的な知識と働きを解説します。

1. ベアリングとは?

ベアリングとは、物体の回転を助ける部品である。その名の通り、ベアリングは機械内部で回転する「軸」を支える部品です。

ベアリングが使われている機械には、自動車、飛行機、発電機などがあります。また、冷蔵庫、掃除機、エアコンなどの家電製品にもベアリングが使われています。これらの機械では、車輪、歯車、タービン、ローターなど、さまざまな部品を取り付けた「軸」を支え、軸がスムーズに回転するようにするのがベアリングの役割です。

ベアリングは、さまざまな機械に多くの回転する「軸」が使われているため、"機械業界の定番 "とも呼ばれる、なくてはならない部品です。ベアリングは一見目立たないが、実はなくてはならないもの。これがなければ、私たちは普通の生活を送ることができません。

2. ベアリングはなぜ重要なのか?ベアリングの機能とは?

機械をスムーズに動かすために、ベアリングは具体的にどのような役割を果たしているのでしょうか?

ベアリングの主な機能は2つある:

<機能1> 摩擦を減らして回転をスムーズにする

回転する "シャフト "とそれを支える "サポート "の間には摩擦が生じるが、ベアリングを間に挟むことで摩擦を減らし、回転をスムーズにしてエネルギー消費を抑える。これがベアリングの機能です。

<機能2>回転サポートを保護し、回転する「シャフト」を正しい位置に保つ

回転する「シャフト」とその支持構造には大きな力がかかる。ベアリングは、この力による回転支持体の損傷を防ぎ、回転する「軸」を正しい位置に保つ働きをします。機械を長く繰り返し使うことができるのは、このようなベアリングの働きのおかげなのです。

3.ベアリングは何個使われていますか?もしベアリングが使われていなかったら?

ベアリングは直接目で見ることができないだけに、どれだけのベアリングが私たちの生活を支えているかは想像を絶する。一般的な自動車を例に考えてみよう。小さい頃、電池で動くレーシングトイで遊んだことがあるだろうか。そのとき、車の車輪を支える部分にベアリングが入っていたことを覚えている人も多いのではないだろうか。では、自動車には果たして何個のベアリングが必要なのだろうか?

ベアリングを使用する自動車の主要部品

パワートレイン・システム(コンポーネント)

例交流発電機、ターボチャージャーなど

ステアリングシステム(構成部品)

例ステアリングギア、ポンプなど

送電システム(コンポーネント)

例トランスミッション、ディファレンシャルギアなど

サスペンションシステム(構成部品)

例ホイール、サスペンションなど

高級車には150個ものベアリングが使われており、そのすべてが重要な役割を担っている。もし、自動車にベアリングがなかったら、部品はスムーズに回転せず、エネルギーを消費し、回転を支える部品はすぐに破損し、安全で快適な走行ができなくなってしまいます。そのため、私たちの素晴らしい生活の裏では、無数のベアリングが黙々と働いているのです。

結論

私たちの生活を支えているベアリング部品。軸受は、私たちの生活を支える重要な部品であるため、歴史を通じて高い耐久性と精度が要求されてきました。また、機械技術の日進月歩に伴い、過酷な環境に適応する特殊な新軸受の開発・適用が進んでいます。

今後もベアリングは改良と開発を続け、私たちの生活を支えていくだろう。

レッスン2:レオナルド・ダ・ヴィンチ、"ベアリングの父" ベアリングの意外な歴史

第1課で紹介したように、ベアリングは摩擦を減らし、物体のスムーズな動きを助ける道具である。しかし、いつ、どのように発明され、どのように進化し、普及していったのでしょうか?このレッスンでは、ベアリングの意外な歴史をご紹介します。

ミラノ・スカラ座のレオナルド・ダ・ヴィンチ像

1.ベアリングの起源は西暦以前?

太古の昔、人類は摩擦を減らすためにさまざまな方法を考え出した。

巨大な "重い石塊 "を積み上げて造られた巨大なピラミッドは、今日でも世界中の多くの人々に畏敬の念を抱かせている。では、古代の人々はこの「重い石塊」をどのように動かしていたのだろうか?その答えは、古代エジプトで発見された数々の壁画からおおよそ推測されている。

古代エジプトの壁画には、ピラミッド建設の様子が描かれたものがいくつかあるが、その中には、「重い石の塊」の下に円形の木の物体を置いて転がしている場面が描かれているものもある。古代エジプト人は、木の物体を転がすことで摩擦を減らし、より少ない力で「重い石の塊」を動かしていたことが推測できる。

この輸送方法は、ベアリングにおける転動体(ローラー)の使用を想起させる。

圧延丸太の摩擦を減らす方法。

人類が摩擦を減らそうとした記録は、時代や方法こそ違えど、世界中に見られる。このことは、人類の歴史を通じて、摩擦を減らすことによって物資をスムーズに輸送することに大きな価値があったことを示している。

2.保持器付きベアリングはレオナルド・ダ・ヴィンチが発明したのか?

レオナルド・ダ・ヴィンチはルネッサンス期のイタリアが生んだ天才芸術家です。彼はベアリングと深い関わりを持ち、"近代ベアリングの父 "と呼ばれています。

ダ・ヴィンチはあらゆることに深い好奇心を抱き、機械設計に多大な貢献をした。彼の手稿には、機械装置に不可欠なベアリングの設計スケッチが含まれていた。

彼は比類なき創造力で、摩擦を大幅に低減するベアリング構造を生み出した。その構造とは、2枚の円形プレート(軌道輪)の間に転がり玉(転動体)を挟み込む装置である。驚くべきことに、このベアリングの設計スケッチには、転がり玉同士の接触を防ぐ「保持器」も含まれていた。

この構造は、現代のベアリングに使われているものとほぼ同じである。

レオナルド・ダ・ヴィンチの設計スケッチをもとに、ジェイテクトのエンジニアが再構築した保持器付きベアリング。

したがって、軌道輪、転動体(「ボール」や「ローラー」など)、保持器からなる「ベアリングの基本構造」が発明されたのは、今から約500年前のことである。天才レオナルド・ダ・ヴィンチは、その創造性でベアリングに革命を起こした。

しかし、ベアリングの基本構造が発明されても、実際の製造や大量生産は容易ではなかった。ベアリングが機械に広く使われるようになったのは、産業革命以降のことである。

3.ベアリングの普及は産業革命とともに始まった

18世紀半ばから19世紀にかけての産業革命により、鉄鋼が大規模に生産されるようになった。そのため、高強度鋼ベアリングが大量生産され、さまざまな分野で広く使われるようになった。

産業革命で生まれた偉大な発明のひとつが、"ベアリングを使った車軸 "である。最初に広く使われた転がり軸受は、自転車の車軸に使われた多目的ボールベアリングでした。その後、ころを転動体とする車軸用のころ軸受も発明された。

ベアリングを利用した車軸」の登場は、機動性と輸送効率を飛躍的に向上させた。その結果、当時の多くの産業機械にもベアリングが積極的に導入され、産業の発展に大きく貢献しました。

産業革命を経て、ベアリングは産業の発展を陰で支える重要な部品となり、人々の生活に欠かせない道具となった。

結論

ベアリングの発展の歴史は、人類の文明の進歩の歴史でもあります。ベアリングの発明がなければ、人間は今でも重いものを動かすのに苦労していたでしょうし、私たちの生活に便利で快適なサービスを提供してくれる機械がこれほどたくさんあるはずもありません。

ベアリングの誕生と進歩は、文明の発展に多大な影響を与えてきました。ベアリングは、先人たちの知恵と技術の結晶であり、"産業発展の歴史 "を支える縁の下の力持ちであると言えます。

第3講 ベアリングの構造-摩擦を減らす構造と各部品の役割

レクチャー3では、ベアリングの構造と各部品の機能を紹介する。

1.ベアリングの原理

ベアリングは、転がり運動を利用して摩擦を減らしている。図1に示すように、「軸」が回転を始めると、ベアリング内の複数の「転動体」(「ボール」や「ローラー」など)が転がり始めます。ベアリングは、この転がり運動を利用して摩擦を低減している。

図1:ベアリングとすべり軸受の構造

すべり運動」のすべり軸受に比べ、「ころがり運動」を利用した軸受は、摩擦を減らし、回転エネルギーの消費を最小限に抑えることに優れています。では、ベアリングとはどのような構造をしているのでしょうか。以下に詳しくご紹介します。

2.ベアリング構造

現代のベアリングには多くの種類があるが、基本的な構造は約500年前にレオナルド・ダ・ヴィンチが考案したベアリングの構造に似ている。

ベアリングの構成部品には次のようなものがある:

  • レースリング...リング状の部品
  • 転動体...軌道輪の間を転がる部品(転動体には「ボール」と「ローラー」がある)
  • ケージ...転動体同士の接触を防ぎ、一定の距離を保つ部品

レースリング

軌道輪は、図2に示す「ラジアル軸受」の場合、軸に対して垂直に働く力を支えます。玉軸受の転動体は玉であり、ころ軸受の転動体はころである。

図2.ラジアル軸受の構造

このタイプのラジアル・ベアリングには軌道輪が使用される。

シャフトの内側に組み付けられる軌道輪を内輪と呼ぶ。

外周側の軌道輪はアウターリングと呼ばれ、ハウジングに組み付けられる(※1:図3参照)。

住宅

ハウジングとは、ベアリングの組み立て時にベアリングの外輪と接触する部分を指す。

図3.住宅

レースウェイリング

図4に示す軸受は「スラスト軸受」と呼ばれ、軸と同じ方向の力を支える。

このタイプのスラスト・ベアリングには軌道輪が使用される。

シャフト側に組み付けられた軌道輪はシャフトリングと呼ばれる。

ハウジング側に組み付けられた軌道輪はシートリングと呼ばれる。

図4.スラストベアリングの構造

滑らかな回転を実現するために、ベアリングの軌道輪の転動体が転がる表面は入念に平滑化されている。

ローリング・エレメント

表1に示すように、転動体には「ボール」と「ローラー」がある。

表1 転動体の種類

 ボールボールベアリング 
 円筒ころ円筒ころ軸受 
  ニードルローラー
  円錐ローラー
 自動調心ころ(樽型)

負荷容量や回転速度などの使用条件によって、様々な種類の転動体が選択できます。軸受の種類については、第4講の軸受の項で説明しますので、興味のある方は次ページを参照してください。

ホルダー

図5に示すように、軸受の内輪が回転すると、転動体も転がり始めます。軸受内に保持器がない場合、隣接する転動体同士が接触することになります。

接触面上の2つの転動体の転動方向が逆であると、転動体の転がり運動を妨げる。

図5.保持器がない場合の転動体の転がり運動

これを防ぐために、隣り合う転動体を離間させ、スムーズに転がるようにするのが保持器です。保持器には様々な種類があり、軸受の負荷容量や回転速度などの使用条件に応じて選択することができます。図6に代表的な保持器を示す。

図6.代表的なリテーナーの種類

軌道輪、転動体、保持器がそれぞれ異なる役割を果たしていることがわかる。これらの役割は、軸受がスムーズに回転するために互いに補完し合っています。

しかし、これらの構成部品だけでは、ベアリングは安定した状態で連続的に滑らかに回転することはできません。次に、ベアリングのもう一つの重要な構成部品を紹介する。

3.安定した回転に必要な潤滑剤

ベアリングが安定してスムーズに回転するためには、転がり運動の摩擦を減らし、部品の摩耗を防ぐ必要がある。そこで登場するのが潤滑剤です。

ベアリングに使用される潤滑剤の多くは、半固形(ペースト状)の "グリース "と液体の "オイル "である。

また、潤滑剤は回転するベアリング内部の熱を抑え、ベアリングの寿命を延ばす効果もある。そのため、潤滑剤はベアリングの安定したスムーズな回転を確保するための「重要な部品」でもある。

結論

ベアリングの安定した滑らかな回転を確保するためには、部品と潤滑油が必要である。

ベアリングの構成部品には、軌道輪、転動体、保持器があり、それぞれが異なる役割を担っています。これらの役割が互いに補い合うことで、ベアリングはスムーズに回転することができるのです。

さらに「潤滑剤」は、転がり運動の摩擦を減らし、部品の摩耗を防ぐのに役立っている。それぞれの部品が重要な役割を果たすことで、ベアリングは安定した状態で連続的にスムーズに回転することができるのです。

講義4:様々な種類のベアリングの違い - ベアリングの種類と特徴。

1.ベアリングの分類

ベアリングはさまざまな方向から力を受けるので、「力の方向」によって分類することができる。

まず、ベアリングにかかる力を紹介しよう。

図1は、タイヤを装着した自動車のホイールに使われているベアリングにかかる力を示している。1つは車の重量を支える力(図1の青矢印)で、ベアリングは車の車輪の軸に垂直な力を負担しなければならない。

また、車が回転すると遠心力が発生し(図1の赤矢印)、ベアリングは車軸と同じ方向の力を負担することになる。

図1.自動車の車輪に使用されるベアリングにかかる力

上記のように、軸受は通常、異なる方向からの力に耐えます。従って、軸受は力の方向と軸受容量によって分類することができます。軸受はラジアル荷重とアキシアル荷重に耐えます。軸受が耐える力を「荷重」といい、軸に垂直な方向の力を「ラジアル荷重」、軸と同じ方向の力を「アキシアル荷重」といいます。

図2.ラジアル荷重とアキシアル荷重

ベアリングの分類

軸受が負担する力の方向と転動体の形状によって、軸受は表1に示す4つのタイプに分けられる。

表1:ベアリングの分類

 ローリング・エレメント
ボールローラー
主な力の方向   シャフトに垂直(ラジアル荷重)ラジアル玉軸受ラジアル玉軸受
 シャフトと同じ方向(アキシアル荷重)スラスト玉軸受スラスト玉軸受

2.ラジアル玉軸受

ラジアル玉軸受

ラジアル玉軸受は、「軸の方向に対して垂直」に力を負担する「玉」軸受です。深溝玉軸受(玉軸受)は、ラジアル玉軸受の一種です。

深みぞ玉軸受は、一般的に使用されている軸受です。

深溝玉軸受は、ラジアル荷重だけでなく、ある程度の両方向のアキシャル荷重にも耐えることができます。より大きなアキシアル荷重に耐える場合は、後で紹介するアンギュラ玉軸受を使用します。

アンギュラ玉軸受

アンギュラ玉軸受は、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重に同時に耐えることができます。双方向のアキシャル荷重を受ける場合は、2個以上のアンギュラ玉軸受を組み合わせて使用します。

図3.アンギュラ玉軸受の組合せ 双方向アキシャル荷重。

軸受が「ラジアル荷重」と「アキシアル荷重」を受ける場合、軌道輪と転動体が受ける荷重の方向と、軸に直角な方向とのなす角度を接触角という。

図4.ラジアル荷重 "と "アキシアル荷重 "を受けるアンギュラ玉軸受の構造。

接触角は一般的に15°、30°、40°に分けられ、それぞれC、A、Bの文字で表される。

3.ラジアルころ軸受

ラジアルころ軸受は、「軸の方向に対して垂直」に力を受ける「ころ」軸受です。ラジアルころ軸受は、ラジアル玉軸受よりも大きな荷重に耐え、ころの種類によって、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受などがあります。

円筒ころ軸受

ころ軸受は「円筒ころ」を使用します。円筒ころ軸受は、深溝玉軸受よりも大きなラジアル荷重に耐え、衝撃力を発生する機械にも使用できます。

針状ころ軸受

ころ軸受は、「針状ころ」を使用します。針状ころ軸受は、図5に示すように、円筒ころよりも小径の針状ころを使用します。この針状ころは、断面高さが低いため ベアリングの種類 機械の小型化・軽量化に貢献する。

図5.円筒ころ軸受と針状ころ軸受の断面高さの比較。

円すいころ軸受

円すいころ軸受は、円錐形の「円すいころ」を使用しています。

円すいころ軸受は、ラジアルころ軸受に広く使用されており、ラジアル荷重と一方向のアキシャル荷重に同時に耐えることができます。両方向のアキシャル荷重に耐える場合は、2つ以上の円すいころ軸受を組み合わせる必要があります。

図6.双方向アキシアル荷重に耐える円すいころ軸受の組み合わせ

自動調心ころ軸受

自動調心ころ軸受は、図7に示すような樽形の「自動調心ころ」を「球面付き外輪軌道面」と「内輪軌道面」の間に組み込んで使用します。そのため、自動調心ころ軸受の内輪、転動体、保持器は、外輪に対して傾いた状態で回転することができます。

図7.自動調心ころ軸受の構造。

図8に示すように、自動調心ころ軸受は、大きな荷重に耐え、シャフトが曲がりやすい機械に使用されます。図8 自動調心ころ軸受の用途

図8.シャフトのたわみ

概要

荷重の方向や大きさによって、様々なタイプの「ベアリング」があります。荷重の方向と大きさによって、適切な "ベアリング "の種類を選ぶ必要があります。 機械構造 または使用方法。ここで紹介したタイプ以外にも、多くの「ベアリング」タイプがある。

第5講 ベアリングの用途(前編)

ベアリングの自動車への応用分野。

1.ベアリングは自動車にどのように使われていますか?

このコラムでは、自動車でエンジンの動力を車軸に伝えるトランスミッションとデファレンシャルギアを例に、ベアリングがどのように使われているかを説明します。

図1.エンジンの動力を車軸に伝える装置。

2.トランスミッションに使用されるベアリング

自動車に必要な駆動力は、高速走行や坂道で大きな駆動力を必要とするなど、走行条件によって異なる。トランスミッションは、エンジンの動力を走行に適した駆動力に変換し、車軸に伝達する装置です。トランスミッション内部には、それぞれの役割を果たすために様々な種類のベアリングが使用されており、自動車部品にも多くのベアリングが使用されています。

トランスミッションは大きく分けてマニュアルとオートマチックの2種類がある。マニュアルトランスミッションの場合、シフトレバーは運転席側にある。

図2.マニュアルトランスミッションのシフトレバー。

運転者が手動でシフトレバーを操作し、エンジンの動力を走行状況に適した駆動力に変換する。マニュアルトランスミッションは、シャフトとギアで構成されています。これらを支える軸受を紹介する。

図3.マニュアルトランスミッションの構造。

図4.マニュアルトランスミッションの原理。

シャフトを支えるベアリング

シャフトの回転を支えるエンジンの動力と、ギアが発生させる力の大きさに応じて、適切な種類のベアリングが選択される。

表1.シャフトを支えるベアリング。

ラジアル荷重アキシアル荷重ベアリングの種類
小さい小さい深溝玉軸受(ボールベアリング)
大型小さい円筒ころ軸受
大型大型円すいころ軸受
図5.サポートシャフト用深溝玉軸受

ギアを支えるベアリング

マニュアルトランスミッションでは、ギアは常に噛み合って回転している。

走行に適した駆動力を伝達するには、レバーを操作して適切なギア(A)を選択します。選択したギア(A)はシャフトに連結され、シャフトと同じ速度で回転します。

走行状態が変化し、異なる駆動力を車輪に伝達する必要が生じた場合、レバー操作によりシャフトに連結されたギヤ(A)をシャフトから持ち上げ、異なる駆動力に適したギヤ(B)を選択する。選択されたギヤ(B)はシャフトに連結され、シャフトと同じ速度で回転する。

このとき、シャフトから持ち上げられたギヤ(A)は、シャフトとは異なる速度で回転する。ギヤとシャフトが異なる速度で回転するために、ギヤの内周面(内側)とシャフトの外周面(外側)の間にニードルローラベアリング(針状ころと保持器を持つ部品)を取り付け、両者の間を転がす。

図6.トランスミッションのギアとシャフトの速度

図7.歯車支持用軸受(針状ころと保持器を持つ部品)

3.ディファレンシャルギアに使用されるベアリング

クルマが左右に曲がるとき、内側の車輪軸の速度は下がり、外側の車輪軸の速度は上がる。デファレンシャルギアは、トランスミッションからの駆動力をより大きな駆動力に変換して左右の車輪軸に伝達し、異なる速度を実現する装置である。

図8.旋回時の車輪の回転

デファレンシャルギアは、小ギアの車軸(トランスミッション側のシャフト)と車軸側のギアが垂直に噛み合うように取り付けられている。軸受けは、軸の回転と歯車から発生する力を支える。

図9.ディファレンシャルギアの原理。

図10.ディファレンシャルギアの構造

シャフト支持用円すいころ軸受

円すいころ軸受の組み合わせは、ラジアル荷重と両方向のアキシャル荷重を支え、ギアの適切な噛み合いを保証し、左右のホイールアクスルに大きな駆動力を伝達する。

図11.低トルク円すいころ軸受

概要

今回は、エンジンから輪軸に動力を伝達する装置に使われているベアリングを紹介したが、自動車には他にも多くの部品に多くのベアリングが使われている。

それぞれのベアリングがそれぞれの役割を果たし、自動車の走行性能や安全性を向上させています。自動車の安全性・快適性をさらに向上させるため、ベアリングに求められる性能・信頼性は今後もますます高まっていくでしょう。

第6講 ベアリングの用途(その2)-製品製造に使われるベアリング

エネルギー製造」「原料製造」「製品加工」の3分野の機械に使われている軸受を紹介する。

1.エネルギー製造に使用されるベアリング - 風力タービン

発電機は、私たちの日常生活に必要なエネルギーを生み出す重要な機械である。風力タービンは世界中で絶大な人気を博している。

しかし、風力タービンは設置場所が高いため、メンテナンスに大きな課題があります。そのため、風力タービンに使用される軸受には、故障が少なく長寿命という高い信頼性が求められます。

風力タービンには多くのベアリングが使用されていますが、ここでは風からの回転力を受け入れて発電機に伝える役割を担う主軸ベアリングについて説明します。

図1.高所に設置された風力タービン。

図2.風力タービンの構造

主軸ベアリング

風力タービンは、風の力を利用して主軸を回転させ、回転エネルギーを発電機に伝えて発電する。

主軸軸受は、ブレードと回転部品の重量を支える一方で、大きさや方向が異なる不規則な風圧力にも耐える役割を担っています。このような厳しい機能要件のため、自動調心ころ軸受は、大きな力を支える能力と優れたセルフアライメント特性で知られる主軸軸受の主要な選択肢となっています。

セルフアライメント特性とは何ですか?

 セルフアライメントとは、外輪が傾いても内輪、転動体、保持器がスムーズに回転する品質のこと。

大きな荷重を支えるため、主軸軸受には一般的に1mを超える大型の自動調心ころ軸受が使用される。

図3:風力タービンの主軸に使用される大型自動調心ころ軸受。

2.原材料製造に使用されるベアリング - 鋼圧延工場

用途に応じた様々な形状の鋼材を製造し、原料製造の基幹をなす機械設備が圧延設備です。この設備を紹介しよう。

図4.鋼材の一般的な形状

原料製造に使用されるベアリング - 鋼圧延機 圧延機では、鋼材は2つの逆回転するロールの間でプレスされ、圧延されます。

さらに、「鉄は熱いうちに打て」ということわざがあるように、鋼材は高温で圧延されることが多い。従って、このような状況で使用されるベアリングは、ローラーが回転するための高温と力に耐えなければなりません。

図5.鉄鋼圧延工場の構造

ワークロールベアリング

鋼鉄圧延機の作業ロールは、圧延工程で発生する非常に大きなラジアル荷重と2方向のアキシャル荷重に耐えるため、4列円すいころ軸受で支持されています。

図6.ワークロールに使用される4列円すいころ軸受

バックアップロールベアリング

圧延中に発生する大きな荷重によってワークロールが変形する傾向がありますが、バックアップロールはこの現象を効果的に抑制します。バックアップロールには、大きなラジアル荷重を支える4列円筒ころ軸受と、アキシャル荷重を支える多列円すいころ軸受が使用されています。

図7:バックアップロールに使用されるベアリング

3.製品加工に使用されるベアリング - マシニングセンタ(工作機械)

最後に、製品加工によく使われる機器を紹介する。

さまざまな製品や部品を用途に応じて加工するための装置を "工作機械 "と呼ぶ。近年では、コンピュータ制御で加工を行うマシニングセンタの普及が進んでいる。

マシニングセンタは、加工時間を大幅に短縮しながら、手作業では困難な精密・微細加工を実現することができる。

図8.製品加工に使用されるマシニングセンター

マシニングセンタの主軸(工具を取り付ける部分)には、加工時の発熱によるワーク寸法の変化や加工精度の低下を避けるため、熱膨張率の低い軸受が要求される。

図9 マシニングセンタの構造と主軸マシニングセンタの構造と主軸

主軸ベアリング

マシニングセンターの主軸には、加工時のラジアル荷重とアキシャル荷重に耐えるアンギュラ玉軸受が使用されている。

図 10.主軸に使用されるアンギュラ玉軸受

軸受材料にセラミックスを使用した軸受です。高速回転時の熱膨張が小さく、ワークの寸法変化を抑えることができる。

さらに、このベアリングは、熱が発生する適切な場所にのみ必要な潤滑油を供給し、素早く排出することができるため、オーバーヒートを防ぐことができる。

要約:私たちの生活を支えるベアリング

エネルギーや材料、製品などを製造する機械は、私たちの日常生活にはあまり馴染みがないように思えますが、これまで見てきたように、多くのベアリングが機械の運転を支えています。これらの軸受は、機械の回転を支えているだけでなく、私たちの日常生活をも支えているのです。

レクチャー7:特殊材料と潤滑剤を使用した特殊環境用軸受

1.特殊な環境で使用される特殊な材料や潤滑剤を使用したベアリングとは何ですか?

一般的な軸受の構成部品は金属材料でできており、潤滑油やグリースを潤滑剤として使用している。しかし、電気が発生したり、磁気が発生したり、酸やアルカリで腐食しやすい環境で使用すると、すぐに破損してしまい、スムーズに回転できなくなります。

上記の条件下での使用を保証するために、特殊な材料と特殊な使用環境用の潤滑剤を使用した軸受が開発されている。

2.より良い暮らし」を支える - エアコン用ベアリング。

画像1 - エアコン室外機

エアコンの室外機には外気を送るファンが付いており、このファンを支えているのがベアリングである。近年、ファンの回転速度を制御できるモーター(周波数変換)が普及している。しかし、モーターはその特性上、運転中に高周波電流による電圧が発生することがある。

電圧があるレベルまで蓄積されると、電流がベアリング内部を流れ、ベアリングの故障を引き起こす可能性がある。この現象を "電食 "という。そのため、軸受の転動体には絶縁性能に優れた(電気を通しにくい)セラミック軸受が必要となる。

画像2 - エアコン室外機ファンのベアリング

また、インフラ関連施設や病院の機械モーターなど、突発的な設備故障を防ぐために重要な機器にもセラミック・ベアリングが使われている。

3.健やかな暮らし」を支える - 医療機器用ベアリング

画像3 - MRI(磁気共鳴画像装置)

画像4 - MRI用モーター

高齢化が深刻化する中、人々の健康への関心は高まり、医療機器も世界的に増加の一途をたどっている。MRI(磁気共鳴画像装置)は、強い磁力を利用して臓器や血管をとらえ、内部を検査する装置である。

MRIの強い磁気の下で通常のベアリングを使用すると、磁場と干渉してしまい、精密な検査ができません。また、ベアリングはスムーズに回転することができません。

そのため、MRIに使用する場合は、強い磁気の影響を受けないベアリングが必要となる。

画像5 - MRIモーター用セラミック・ベアリング

軸受ライナーの軌道輪と転動体には、磁気の影響を受けにくいセラミックを採用。保持器には潤滑性能に優れた樹脂を使用し、精密な検診に貢献します。

4.充実した人生」を支えるスケートボードのベアリング

オリンピック選手が使用するスケートボードでは、選手の期待に応えてベアリングが新たに開発された。スケートボードの4つの車輪には、それぞれ2つのベアリングが使用されている(合計8つ)。

画像6 - スケートボード・ウィール

このスケートボードには、セラミック・ボールを使用したベアリングが搭載されており、そのベアリングは特殊なものである。 表面処理 レースウェイ・リングとケージの上で、「軽くスムーズな回転」と「快適な乗り心地」のフィーリングを高めている。

さらに、レース終盤までスピードを維持できるため、より難易度の高いスキルに挑戦することができる。そのため、"ヒールフリップ "のような難しい技の動きを成功させることに貢献する。

画像7 - インラインスケート用ベアリング(セラミックボール付き)

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シェーン
著者

シェーン

MachineMFG創設者

MachineMFGの創設者として、私は10年以上のキャリアを金属加工業界に捧げてきました。豊富な経験により、板金加工、機械加工、機械工学、金属用工作機械の分野の専門家になることができました。私は常にこれらのテーマについて考え、読み、執筆し、常にこの分野の最前線にいようと努力しています。私の知識と専門知識をあなたのビジネスの財産にしてください。

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