ベアリングユニットとは
ベアリングユニット (英語: Bearing Units) とは、ハウジング (軸受箱) 、深溝ボールベアリング (深溝玉軸受) で構成されたベアリングです。
玉軸受ユニットも同義語として使われます。ベアリングユニットは、あらかじめハウジングにボールベアリングが組み込まれています。ハウジングは、ピロータ形、角フランジ形、ひしフランジ形など複数の形状があり、取り付ける場所や状況に応じて、最適な形状を選択することが大切です。
ハウジングの取り付け穴を利用して、ボルトなどで容易に装置や設備などに設置することができるため、さまざまな回転運動をするコンベヤやローラーなどの多くの機械で使用されています。特に、ベアリングユニットの仕様や寸法は標準化されているため、ベアリング周辺の設計も汎用的で標準化することが可能になります。
ベアリングユニットの使用用途
図1. シャフトの固定方法
ベアリングユニットは、主にシャフトの回転とラジアル荷重の支持に使用されます。ベアリングユニットはさまざまな種類があり、取付場所・周辺構造や取付環境に合わせて、形状や取り付け方法、シャフト固定方法、保護構造 (カバー、シールなどの有無) 、材質など、最適な選定が必要です。
シャフトの固定方法の詳細は、上記の図を参照してください。
ベアリングユニットの原理
図2. ベアリングユニットの構造
ベアリングユニットには、他のベアリングと同様に「ラジアルベアリング」と「スラストベアリング」があります。
ベアリングに加わる荷重は、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加わる「ラジアル荷重」、シャフト (回転軸) の軸中心に対して平行方向のアキシアル方向に加わる「スラスト荷重」になります。
ラジアルベアリングはラジアル荷重が加わる場合に、スラストベアリングはスラスト荷重が加わる場合に使用します。基本構造は、ハウジング (軸受箱) と転動体のボール (玉) 、軌道輪のアウターリング (外輪) とインナーリング (内輪) です。転動体のボールは、軌道輪のアウターリングとインナーリングに挟まれ、軌道輪内で回転します。ケージ(保持器)により、転動体のボールの間隔を維持します。
転動体のボールは、軌道輪間で摺動し回転するために摩擦が発生します。この摩擦を低減する軽減するためには潤滑が必要です。潤滑方式としては、潤滑剤のグリースがあらかじめ封入されているタイプと、ハウジングに取り付けられたグリースニップルから、アウターリングの穴を通してグリースを給脂するタイプがあります。
ベアリングユニットの種類
図3. ベアリングユニットの種類(1)
ベアリングユニットの種類は、「ベアリング型式」「ハウジング型式」「ハウジング材質」の観点から分類することができます。非常に種類が多いため、用途に応じて適切なものを選定することが大切です。
1. ベアリング型式
図4. ベアリングユニットの種類(2)
- 円筒穴形止めねじ式
インナーリング (内輪) の穴形状は円筒穴で、シャフトをインナーリングに組込み、インナーリングの止めねじを締め、ベアリングとシャフトを固定する方式です。 - 円筒穴形偏心カラー式
インナーリング (内輪) の穴形状は円筒穴で、シャフトをインナーリングに組込み、偏心カラーをインナーリング片側に取り付け締め付け止めねじで回り止めして、ベアリングとシャフトを固定する方式です。 - テーパ穴形アダプタ式
インナーリング (内輪) の穴形状はテーパ穴で、シャフトとインナーリングの間に専用アダプタを取り付け、ロックナット (ベアリングナット) で締め付けることで、ベアリングとシャフトを固定します。ロックナットの緩み止めとして専用ロックワッシャを使用します。
※テーパ穴は、円錐状に先細り (先太り) している穴形状です。 - 円筒穴形しまりばめ式
インナーリング (内輪) の穴形状は円筒穴で、シャフト外径とインナーリング内径のはめ合いを「しまりばめ」の関係にすることで、ベアリングとシャフトを固定します。
※「しまりばめ」は、シャフトと穴の間に隙間がなく、穴の最大許容寸法よりシャフトの最小許容寸法が大きい場合となります。
2. ハウジング型式
図5. ベアリングユニットの種類(3)
- ピロー形
ピロー形は、最も一般的なハウジングの形式で、ベアリングを収納する円筒形の部分と、ベアリングユニットを固定するボルト用穴加工されたベース部分で構成されています。動力伝達機構や一般機械など多くの場合で使用されています。 - 角フランジ形
角フランジ形は、ハウジング外形が四角のフランジ形状で、ボルト４本で装置や設備の壁面に取り付け使用します。 - 丸フランジ形
丸フランジ形は、ハウジング外形が丸いフランジ形状で、ボルト４本で装置や設備の壁面に取り付け使用します。 - ひしフランジ形
ひしフランジ形は、ハウジング外形がひし形のフランジ形状で、ボルト2本で装置や設備の壁面に取り付け使用します。外形寸法が比較的小さく、省スペースで取り付けることができます。 - テークアップ形
テークアップ形は、ハウジング左右面にスライド用溝が加工されていて、この溝が装置などのガイドに嵌り込み、ベアリングユニット全体が左右または上下に移動するような場合で、シャフト位置を移動させることが必要な場合などに適用します。 - カートリッジ形
カートリッジ形は、ハウジング外形がベース形状やフランジ形状はなく単純な円筒形状です。ハウジングとアウターリングは球面状で調心性があります。アキシアル方向に移動させるような、シャフトの伸縮を吸収させるような使用方法に適用します。伸縮の自由側 (移動側) に使用します。 - ハンガー形
ハンガー形は、ハウジングの１面にねじ穴を設け、吊り下げ軸等をねじ込みシャフトの中間支持するような使用方法に適用します。
3. ハウジング材質
- 鋳鉄
ハウジング材質は、JIS G5501 ねずみ鋳鉄品 FC200 を使用しています。最も汎用的で標準的なハウジング材質になります。 - 球状黒鉛鋳鉄
ハウジング材質は、JIS G 5502 球状黒鉛鋳鉄品 FCD450-10 を使用しています。鋳鉄製ハウジングよりも高い機械的強度が必要な場合に適用します。 - 一般構造用圧延鋼材
ハウジング材質は、JIS G 3101 一般構造用圧延鋼材 SS400 を使用しています。 - ステンレス鋳鋼
ハウジング材質は、JIS G 5121 ステンレス鋼鋳鋼品 SCS13 を使用しています。屋外使用の環境や水飛沫がかかる場合、耐硝酸や耐硫酸腐食が必要な環境に適用します。ボールとインナーリング・アウターリングは、マルテンサイト系ステンレス鋼 SUS440C などが使用されています。 - ガラス繊維強化樹脂
ハウジング材質は、熱可塑性ポリエステル樹脂やポリプロピレン・ポリエチレンを使用しています。水や海水がかかる環境や水中でも使用が可能で、耐硫酸や耐塩酸腐食性が必要な環境に適用します。
参考文献
https://www.asahiseiko.co.jp/product/bearings/series.html
https://www.nsk.com/jp/products/bearingunit/ball/index.html
https://www.ntn.co.jp/japan/products/bearingunit.html
https://www.ntn.co.jp/japan/products/bearingunit/feature.html
https://www.keyence.co.jp/ss/products/measure-sys/machine-elements/bearing/strength.jsp
https://koyo.jtekt.co.jp/2019/02/column01-04.html