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ID-S64 ベアリングはどこまで使えるようになっているのか 転がり軸受、ボールねじ、転がり直動案内などベアリングは、いまどこまで使うことができるようになっているのでしょうか。 形式、大きさ、機能、運転条件など、ベアリングの一番についての話を述べましょう。 ●一番多く使われる転がり軸受の形式は 転がり軸受には、いろいろの形式の軸受があります。日本で生産されている軸受の数を調べると表１のようになります。すなわち、数の上ではラジアル玉軸受、針状ころ軸受、円すいころ軸受の３つの形式で全体の約90％を占めます。その他の形式の軸受は、それぞれ数％の程度です。  そして、ラジアル玉軸受の80％以上は深溝玉軸受です。１個の軸受でラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重を受けることができ、しかも標準の内径、外径、幅の寸法で、予め潤滑グリースを封入した密封玉軸受があることが、この形式を一層使い易いものにしています。その上、後述のように、一番精度の高い軸受があるのもラジアル玉軸受です。 ●一番小さい寸法のベアリングは ・転がり軸受の形式ごとに、一番小さい主要寸法を表２に示しました。一番小さい寸法をもつ軸受形式は、深溝玉軸受の内径１mm×外径３mm×幅１mmです。最近の機械の軽薄短小化のために、ミニアチュア玉軸受の需要が増えています。  ・ボールねじでは、ねじ軸の直径２mm、ねじ軸の１回転でナットの進む距離を示すリード１mm、そのナット外径6.5mmが一番小さいものです。 ・リニア・ボールベアリングで一番小さいのは、内接円径３mm×外径７mm×幅10mmです。 ・リニア・ガイドでは、レール高さ5.5mm×幅９mmでベアリング組立て高さ6.5mm×幅15mmのものがあります。 ・転動体で一番小さいものを表３に示した。一番小さいのは玉直径0.3mmである。仁丹の銀玉の直径が2.5mmであるのに比べて、如何に小さいかがわかります。 ●一番大きい寸法のベアリングは ・転がり軸受では、旋回輪軸受と呼ばれる玉軸受で外径5.7ｍ、重量17ｔ、原子炉“もんじゅ”の遮蔽プラグに使われています。海外の軸受メーカのカタログには、一体形で外径８ｍ、軌道輪を分割して製造し、組立てた外径15ｍの転がり軸受の例があります。 ・ボールねじでは、ねじ軸外径300mm×長さ16ｍ、ナット外径420mmがあります。その重量は11トンもあり、製鉄所の高炉に使われています。 ・リニア・ガイドではベアリングの組立て高さ150mm×幅290mmがある。レールは継いで使うことができるので、いくらでも長くすることができます。 ・転動体で一番大きいものを表３に示した。直径114mmの玉が一番大きいです。  ●一番精度の良いベアリングは ・転がり軸受の中で一番高い回転精度をもつのはラジアル玉軸受です。アメリカ軸受製造業協会ＡＦＢＭＡ規格の計器用精密軸受Class 9Pが一番高い精度です。この規格に従った軸受は日本でも製られています。それは表４のように軌道輪の振れ精度が1.3μｍ以下です。玉軸受で支えられたスピンドルの軸心の振れは、0.2μｍ以下にできます。 （ＡＢＥＣ規格−９Ｐ級）  ・動圧グループ軸受や静圧空気軸受を使ったスピンドルの軸心の振れは0.05μｍ以下にすることができます。 ・ボールねじの動的精度は、ねじ軸１回転に対してナットが軸方向に進む距離を示すリードの変動誤差（よろめき）で表されます。一番高いリード精度はＣＯ級で、ねじ部の有効長さ内で任意に選んだ300mmに対して、リードの変動は3.5μｍ以下、ねじ軸の１回転内で任意の回転角に対応するリードの変動は2.5μｍ以下です。 ・リニア・ガイドでは、動的精度はレールに組合わされたベアリング移動テーブルをレール長手方向に移動させたときの、レール基準面に対する移動テーブルの変動で表わされる。この走り平行度の一番高い精度はＰ３級で、レール全長800mmで２μｍ以内、3150mmで６μｍ以内です。 ・転動体の一番高い精度を表５に示しました。一番高い精度は玉の等級３で、直径0.3〜12mmについて真球度0.08μｍ以下、直径の相互差0.13μｍ以下、表面粗さ0.012μmRa以下です。  ●一番高速で使われているベアリングは ・転がり軸受の高速回転については、回転角速度の大きい軸受と周速の大きい軸受の２つの考え方があります。 回転角速度の大きな軸受としては、内径3.175mm×外径6.350mm×幅2.380mmの歯科用スピンドルの深溝玉軸受が50×104rpmで使われています。 高周速の軸受としては、航空ジェットエンジンの主軸受に使われる玉軸受と円筒ころ軸受がdn値2.2×106で実用化され、dn値３×106が実験室で実現しています。ここでｄ：軸受内径mm、ｎ：軸受回転速度rpmです。この主軸受の軸受内径は120〜250mmなので、dn値３×106は内径面周速で160m／s程度になります。 転がり軸受の高速回転限界は、軸受材料の遠心力による破壊によって決まります。 ・ボールねじでは、ナットの送り速度はねじ軸の回転速度とリードの積で決まり、ＮＣ工作機械では24m／min、パンチプレスやロボットでは90m／minで使われています。ボールねじのリードは軸径の２倍の寸法まで製られており、Ｄmｎ値は15×104まで使われています。ここで、Ｄm：ボール中心径mm、ｎ：回転速度rpmです。 逆に、一番低い送りができるボールねじには、ねじ軸径40mmで、リード２mmのものがあります。 ●一番高い温度で使われるベアリングは 航空ジェットエンジンの主軸受では玉軸受と円筒ころ軸受が軸受温度190〜220℃で、ＣＴスキャナのＸ線発生用管球の中の真空中で軸受温度300〜500℃の玉軸受が使われています。 ●一番低い温度で使われるベアリングは 日本の宇宙ロケットの液体燃料用ポンプでは、−253℃の液体水素の中で、玉軸受と円筒ころ軸受が使われています。 「出典」 |
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