ラジアルベアリングとは
ラアジアルベアリング(英語:Radial Bearing)は、シャフト(回転軸)の軸中心に対して直角方向の、ラジアル方向に荷重が加わる場合に適用するベアリングです。
通常は、「ラジアル荷重」と「スラスト荷重」のどちらがかかるかで選定します。ただし、ラジアル荷重とスラスト荷重の両方ともに支持できる種類もあるので、主にどちらの荷重が加わるかで決定します。
ラジアルベアリングの使用用途
ラジアルベアリングは、回転するシャフトを備えたあらゆる機械に使用されています。身近な家電製品・玩具から、一般産業用の機械・設備、航空機・鉄道車両・自動車など多くの場所で、さまざまな種類が使用されています。
ラジアルベアリングの原理
図1. ラジアル荷重
ラジアルベアリングの原理は、以下のような機能で、接触面の摩擦による抵抗を低減することで、シャフトは滑らかに回転し、ラジアル荷重を支持します。ラジアルベアリング、シャフトと荷重の関係は、図1 ラジアル荷重を参照して下さい。
1. ローラーベアリング(転がり軸受)
インナーリング(内輪)とアウターリング(外輪)の軌道輪間で、ボール(玉)やローラー(ころ)などの転動体が転がることで、低い摩擦抵抗でシャフトを回転させることができます。
2. メタル、ブッシング(滑り軸受)
図2. ベアリングの原理
摩擦抵抗の小さい金属や潤滑剤を含侵した部品で、シャフトを支持することで、低い摩擦抵抗でシャフトを回転させることができます。
ラジアルベアリングの種類
図3. ラジアルベアリングの種類
ラジアルベアリングは、構造・機能・用途により多くの種類があります。
1. ローラーベアリング(転がり軸受)
ボールベアリング(玉軸受)
深溝ボールベアリング(深溝玉軸受)
深溝ボールベアリングは、最も代表的で一般的なベアリングで、「摩擦抵抗が小さい」「高速回転に適応していて、振動は少なく騒音も低い」という特長があります。転動体のボール(玉)は、インナーリングとアウターリングの軌道輪間に配置され回転します。
また、リテ―ナ(保持器)を備えたものは、でボールの位置を維持し回転を補助することで、より正確で滑らかな回転が可能になります。ボールの保護がない開放形や、ボール部分にグリースを密封した、シール形とシールド形あります。
アンギュラボールベアリング(アンギュラ玉軸受)
アンギュラボールベアリングは、アウターリング・インナーリング・ボールの接触点を結んだ直線はラジアル方向に対して角度がついています。これを接触角と呼び、接触角は15度、30度、40度があります。
この接触角により、「1方向のアキシアル荷重もしくはラジアル荷重との合成荷重に適している」「精度の高いシャフトの回転に適している」という特長があります。通常スラスト荷重が加わる場合は、2個(2列)～4個(4列)の単列形を組み合せて使用します。
複列アンギュラボールベアリング(複列アンギュラ玉軸受)は、インナーリングとアウターリングが一体構造で、スラスト荷重が加わる場合でも単体で使用が可能です。接触角とベアリングの組み合わせは、図4 アンギュラボールベアリング を参照して下さい。
図4. アンギュラボールベアリング
自動調心ボールベアリング(自動調心玉軸受)
自動調心ボールベアリングは、アウターリング内側の軌道面中心が球面形状で、インナーリング外側は軌道用溝が2列あるベアリングです。インナーリング・ボール・リテーナは、アウターリングに対してある程度の傾きで回転することができます。
よって、ベアリングの取り付けによる芯出しの狂いや、シャフトやハウジングの加工誤差は、自動的に調整されます。ただし、あまり大きいなスラスト荷重を受けることはできません。ボールベアリングの形状などは、図5 ボールベアリング(玉軸受)を参照して下さい。
図5. ボールベアリング(玉軸受)
ローラーベアリング(ころ軸受)
シリンドリカルローラーベアリング(円筒ころ軸受)
シリンドリカルローラーベアリングは、転動体のローラー外形が円筒状で、インナーリング・ローラー・アウターリングの軌道面は線接触になり、大きなラジアル荷重を支持することができます。ローラーは、インナーリングとアウターリングのつばでガイドされ、安定した回転を行うことができ高速回転用に適しています。また、片方向もしくは両方向のスラスト荷重を支持することができるものもあります。
テーパーローラーベアリング(円すいころ軸受)
テーパーローラーベアリングは、転動体のローラー外形が円すい状で、テーパーローラーの頂点とインナーリングとアウターリングの軌道面が、ベアリング全体の中心線上の1点で交差する形状になっています。
ローラーは、インナーリングとアウターリングの軌道面で「真の転がり運動」の回転をします。また、インナーリングとアウターリングの軌道面による合成された外力で、インナーリングのつばに押しつけられてガイドされます。
自動調心ローラーベアリング(自動調心ころ軸受)
自動調心ローラーベアリングは、転動体のローラー外形が樽状で、アウターリング軌道面の中心とベアリング全体の中心は一致しています。自動調心ボールベアリングと同様に、自動調心性があります。ラジアル荷重と両方向のスラスト荷重、またこれらの合成された荷重を支持することができます。振動や衝撃力のかかるような用途にも使用することができます。ローラーベアリングの形状などは、図6 ローラーベアリング(ころ軸受)を参照して下さい。
図6. ローラーベアリング(ころ軸受)
ニードルベアリング(針状ころ軸受)
ニードルベアリングは、細い直径の長いニードル(針状ころ)の転動体を組み込んだベアリングです。断面が小さく省スペースで設置可能で、ある程度大きい荷重でも支持することができます。ニードルベアリングの形状などは、図7 ニードルベアリング(針状ころ軸受)、メタル、ブッシング(平軸受)を参照して下さい。
図7. ニードルベアリング(針状ころ軸受)、メタル、ブッシング(平軸受)
2. メタル、ブッシング(滑り軸受)
メタル、ブッシング(滑り軸受)は、直接的に軸受の滑り面で、シャフトの回転や部品の直線移動を支持するベアリングです。シャフトもしくは移動部品と軸受の滑り面は、直接接触しているため摩擦力は大きく、摩擦熱が発生します。
そのため、相互の接触面をオイルで潤滑したり、軸受の滑り面に潤滑剤を含侵させた金属を使用したり、潤滑性に優れた樹脂素材などを使用しています。ドライベアリングは、潤滑剤を使用していない滑り軸受です。
滑り軸受は、比較的に安価で、寸法の自由度は高く安価で使い勝手も良く、さまざま種類が使用されています。メタル、ブッシング(滑り軸受)の形状などは、上記 図7 ニードルベアリング(針状ころ軸受)、メタル、ブッシング(平軸受)を参照して下さい。
参考文献
https://www.nachi-fujikoshi.co.jp/jik/radial_t/index.htm
https://www.nachi-fujikoshi.co.jp/jik/radial_k/index.htm
https://koyo.jtekt.co.jp/2019/02/column01-04.html
https://jp.misumi-ec.com/tech-info/categories/machine_design/md05/g0018.html