関東学院大学 理工学部 講師

堀田 智哉

2017/3     博士(工学) 東京理科大学
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2017/3     博士(工学) 東京理科大学
2017/4‐2020/3  関東学院大学理工学部助教
2020/4     関東学院大学理工学部講師
[専門分野] 転がり軸受工学、機械要素・機械設計、トライボロジー、材料工学

コラム執筆にあたって

転がり軸受(ベアリング:Bearing)は、さまざまな機械に使用される重要な機械要素ですので、機械系の技術者であれば、一度は目にしたことがあるのではないでしょうか。しかしながら、転がり軸受については大学などで教えることは、ほとんどありません。本連載では、そんな転がり軸受の基本について解説していきます。

 第 1 回目となる今回は、転がり軸受の種類について解説します。

軸受の種類

 軸受とは、字のごとく軸を受けるものを指します。「軸受」が正しい表記ですが、「軸受け」と送り仮名をつけて表記されていることもあります。回転軸や直動軸とハウジング間に使用される機械要素で、以下のような目的で使用されています。

 ・ 摩擦および摩耗の低減
 ・ 騒音および振動の低減
 ・ 回転精度の向上
 ・ 振動の減衰
 ・ メンテナンスコストの抑制

 また軸受は、すべり軸受と転がり軸受に大別され、それぞれの特性は一般的に表 1 のようになります。さらに、すべり軸受には、黄銅などの軟質金属を円筒形状にしたメタルブッシュや、回転軸が回転する際に生じる動圧によって軸を浮上させる動圧型流体軸受、外部から加圧した液体や気体を送り込むことで軸を浮上させる静圧型流体軸受、磁力によって軸を浮上させる磁気軸受などさまざまな方式の軸受が存在しています。各軸受の需要と性能・コストの分布はおおよそ図 1 のようになっており、転がり軸受は中程度の性能・価格を有することから、非常に多くの機械で使用されています。

表 1 すべり軸受と転がり軸受の比較
すべり軸受 転がり軸受
定常荷重
衝撃荷重


起動時摩擦 不良(静圧軸受などを除く)
軸受寸法
(軸方向寸法) (軸径の 1/4 ~ 2 倍) (軸径の 1/5 ~ 1/2 倍)
振動減衰 不良
騒音 不良
寿命
価格 優(単純形式,大量製品)
不良(精密軸受,個別生産品)
互換性 不良(個別生産品)
優(大量生産品)
図 1 軸受の需要と性能

転がり軸受の形式と呼び番号

 転がり軸受は、「軸受の寿命と振動(1)」で述べたように、外輪、内輪、転動体および保持器、また必要に応じて、シールやシールドなどの密封装置や潤滑剤(グリースまたは潤滑油)で構成されています(図 2)。

図 2 転がり軸受の構成

 基本的に軸受の形式は、荷重を主として受けることのできる方向と、転動体の形状により分けられています。転がり軸受の業界においては、荷重方向のうち半径方向をラジアル方向、軸方向をアキシアル方向と呼びます(図 3)。そして、ラジアル方向を主として受けることのできるものをラジアル軸受、アキシアル方向を主として受けることのできるものをスラスト軸受と呼びます。また転動体は、球形状の玉と円筒形状のころに大別され、ころの中には、円すいころや球面ころなどの形状のものも存在します。なお、直径 \(5mm\) 以下で長さが直径の 3 ~ 10 倍の小さなころは針状ころ(ニードルローラ)と呼ばれます。
 玉軸受は点接触のため、転がり抵抗が小さく、低トルクとなりますので高速使用に適します。さらに静音性にも優ています。対して、ころ軸受は線接触のため、剛性が高く、負荷能力も大きいです。
 よく使用されている転がり軸受の系統を図で示すと図 4 のようになります。

図 3 方向と呼び方
図 4 転がり軸受の系統

 さらに、大きさによっても分けられる場合があり、メーカーによって基準は若干異なりますが、おおよそ表 2 のように分類されます。

表 2 軸受の大きさ
区分 内径(\(mm\)) 外径(\(mm\))
ミニチュア 9 未満
小 径 10 未満 9 以上
小 形 10 以上 80 以下
中 形 80 ~ 180
大 形 180 ~ 800
超大形 800 を超える

 次回は、転がり軸受の呼び番号について解説します。