NACHITECHNICALREPORT
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Sep/2009■ 技術講座知りたいトライボロジー講座⑩

トライボロジーの「過ぎたるは・・・・」
機能部品事業

Things to Know about Tribology"Too Much Could Be as Good as Nice Little"〈キーワード〉クラウニング・調心軸受・偏心軸受・揺動運動・必要磨耗

部品事業部

渡辺 孝一
Kouichi WATANABE知りたいトライボロジー講座⑩ トライボロジーの「過ぎたるは・・・・」

要旨

1.直線は、まっすぐだけが良いとは限らない

これまで、摩擦・磨耗を総括的に扱うトライボロジーの目で、日常生じている現象を見つめ直したり、接触その転動体に「ボール｣を使う玉
転がり軸受には、面で生じている変形度合いや潤滑油の役目などをころ軸受にお軸受と｢ころ｣を使うころ軸受があるが、あえて異解説してきたが、ここでは、軸受の状態が、いてはその事例は具体的に存在する。クラウニングを論じて常な状態になったものは価値があるのか、という技法である。

みたい。
ひょんなことから、とんでもない機能が生まれ出ずることがある。
「不完全性なるもの」は、「価値」にもな
ここでは、りうることを、トライボロジーの視点で見てみたい。

1

もともと、ころ軸受というのは、ころとこれをはさむ※1

軌道輪とが、直線状の接触面を形成して接触するようにすることで、外力負荷能力を向上させる方策として考案されたものだが、これが余りにもまっすぐな形状になると、却って接触面の端だけが、外力分担に過敏になる弊害を招いてしまうことがある。これAbstractをエッジロードという。これがひどくなると、軸受耐久

Some phenomena in our daily lives havebeen reviewed, and the degree of contact surface
deformation and the role of lubricant have been
explained so far from the viewpoint of tribologythat is the comprehensive study of friction andwear. In this article, the value of a bearing that isin an abnormal condition is discussed.
Unbelievable function may originate in anunexpected status. Observed here from the viewpoint of tribology is the fact that the imperfection
can hold some value.になる。

性が想定外に短くなり、頻繁な軸受交換を招くこと

今日では、このメカニズムは理屈的にも解明されどうすればよいか。いっそのこと、強く固定するとており、これを回避するには、外力に応じてまっすぐいう線接触の考え方を捨てたらどうなるかである。こさ加減からどれだけ逸脱・乖離すれば、適切になる

クラウ
れが自動調心ころ軸受である。あえて言えば、かが計算できるようになっている。

ニングとは形容しがたい程の、とんでもないダレ量を、この形状がクラウニングというものであり、円筒ころ軸受や円錐ころ軸受には標準的に設計展開されて軌道輪にもころにも設けた転がり軸受である。
これの極みとして、外輪の軌道は球状になっている。強い拘束力はほとんどなく、外輪と内輪がフラフいる。
※2線接触軸受は、負荷容量が大きく、強く軸を固定ラする文字通りの自動調心軸受になる。軸受を精その背反として、軸が大きく傾いしてくれるのだが、度よくとり付けることができない産業機械に多用されたりすると、今度は強く固定することの代償に、クラている。

ウニングでは補填できないくらいのエッジロードが発生することがある。

軽荷重

重荷重

外輪
内輪

クラウニング無し
ころ保持器

クラウニング有り

図1 クラウニングによるエッジロード回避

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図2 自動調心ころ軸受の断面図2

知りたいトライボロジー講座⑩ トライボロジーの「過ぎたるは・・・・」

2. 円は必ずしも真円が良いとは限らない
転がり軸受に使用されているボールは、大量生産丸さを追求していく延長線上に乗ればいいのかされている工業製品ではピカ一の精度を誇る。このボーというと、実はそれとは全く逆の方向をとる。固定輪

ルは、外輪と内輪の軌道の間に挟まれて、外力を受である外輪の軌道は、あえて疑似3角形のようにすけながら、回転運動を行なう。

るなど、真円から逸脱していくのである。

一方で、ボールが、両軌道の間から外力を受けた

この大きな理由は、高速回転になるとボールの遠ときのつぶれる量（これを「弾性近接量」と呼ぶ）はボールが外輪軌道面に張り心力が大きくなるので、数ミクロンのオーダであることが計算上でも実験上で付いてしまい、内輪とボールの接触が不足気味になっも検証されている。ボール表面の凸凹は少ないのだて、ボールと内輪の間ですべりが発生してしまうからから、軌道の表面もこの程度でないと、外力を受けスキッデイングといって、である。このようなケースでは、たり、受けなかったりするボールが発生してしまい、滑った表面が早期に損傷してしまうことがある。

軸受が振動してしまうことになる。だから、軌道輪表これを対策するひとつの方法として、外輪の軌道面の凹凸もきわめて小さくなるように加工されている。

をあえて真円から逸脱させることで、負荷圏領域をボールの真球度並とは言わないが、真円からの乖拡大し、遊びボールを少なくして、回転力（これを駆離はきわめて小さい。転がり軸受が精密機械部品動力という）を確保するボール数を増やすのである。といわれるゆえんである。そして、真円になればなるこうして、すべり現象が回避しやすくするものである。

ほど、外力を支持できる転動体の数は理論値に近くなってくる。
標準の深溝玉軸受だと、計算上は軸受のスキマを考慮すると、外力を支持してくれるボール数は全ラジアル
荷重体で8〜10ケ程度あっても、実質2〜4ケ程度である。
※3

外輪の軌道が3角形状になっていて、まばらだが、ほぼ全円周上の転動体に荷重が発生してる。

他のボールは負荷圏に来ない以上は遊んでいる。
通常では問題にはならないのだが、超高速では真円は却って弊害になるのである。

1）高速回転では、遊ぶボールのすべりは傷をもたらす
軸受はどれだけでも早く回転できるというものでは軸受メーカーない。これを示すのが許容回転数であり、のカタログにはその数値が、軸受ごとに記載されている。

2）精度を追求するには振れ0
意識的に大きくすれば別機能
軸受の軌道輪、特に回転輪は円周方向の肉厚-1と回転数n（min ）を乗じ概略、軸受内径d（mm）不同（これを同心度という）が小さくなるように加工たdn値の許容値が、軸受形式により、ほぼ一定値ラされている。これのお客様から見た規格用語は、になることが多く、軸受サイズが変わっても、この考えジアル振れである。小さくすることの理由は、主に回方を用いて推定することができる。
しかし、これ以上これの弊害は、高速回転軸が振動するからであり、に回転させなければならないことがある。軸受サイズ

転になればなるほど顕在化していく。このため、公共を小さくすれば、より高速回転に適用することができ規格で定められた「ラジアル振れ」の規格値よりも、るのだが、負荷容量を犠牲することができないときは、はるかに小さい数値で加工されるのが一般的であり、これを乗り切らないといけない。とくに、航空機エン精度等級の向上につれて、「振れ」の大きさは小さ

この技
ジンの場合で、超高速が求められる場合は、くなる。

術が問われることになる。
3

図3 ジェットエンジン主軸用に応用される外輪軌道形状

これを意識的に大きくしたらどうなるか？

受を回転させると、軸受の端面がアキシャル方向にミリ単位で大きくしてみると、いわゆる偏たとえば、その最大振れ量のことをいう。
振れ、心軸受ができ上がる。図4では、外輪の偏心を意識
これを外輪外径の芯を的に大きくしたものをつくり、これは、内輪にも外輪にも存在し、内輪での極端な事例を、図5に示す。

中心に回転させた状況を示した。内輪の芯が外輪軸受そのものでは、本来あってはならないもので外径の芯の周りに、偏心量の半径で公転運動するあるが、たとえばこれをミリの単位で大きくし、内輪にことがわかる。内輪は自転および公転をしうるが、転これを設けて、内輪回転、外輪回転停止させると、動体があるので内輪の自転を防止させる構造を付

外輪が軸方向に揺動する機構を構成することがで加することができうる。

きる。

クランク軸には応このような構造を応用すれば、回転運動を直動運動に変換する代表的な機能

クランク構造のコンプレッサのダウンサイジ用が効き、部品は「ねじ」であり、回転の抵抗を少なくしたもの

ング化に応用が可能になり、一部実用化もすすんでがねじ部のすべり摩擦を転がり摩擦に変えた「ボーいる。これは、軸受のラジアル振れの概念を利用しこれらの機能は、産業部品に多くルねじ」であるが、たものだが、アキシャル方向の振れを利用した構造

ストロークを多く取れる利点使用されているものの、でもひょんな価値は造りうる。この実用例を次に紹の代わりに、往復運動は、回転方向を正逆にするこ介する。とにより行なわねばならないという欠点がある。
これは、慣性が大きい場合は、駆動エネルギの大3）アキシャル振れは回転をアキシャル方向揺動運動に置き換えれる

きい消費をもたらすが、ここで紹介したような機構で軸受のアキシャル振れとは、主に軌道の回転方往復運動を構成できる利点がある。この応用は、実向が軸受端面と平行になっていないことにより、軸際にハンマドリルの往復運動に適用されている。

ストロークの小さい場合は、同一回転方向であれば、意識的に造った大きい
外輪ラジアル振れ・・・・偏心量

0°

図4

45°

90°

180°

外輪ラジアル振れを意識的に大きくした軸受の外輪回転時の内輪公転運動

アキシャル振れの発生する軌道形状

0°

図5
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180°
回転

360°
回転

内輪アキシャル振れを利用した往復揺動運動の構成例

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アキシャル振れを利用すればドリルの往復運動を形成できる4知りたいトライボロジー講座⑩ トライボロジーの「過ぎたるは・・・・」

3. 磨耗は必ずしも悪ではない
摩擦が必ずしも悪ではなく、むしろなくてはならな
いこともありうるのだということは、前にも書いた。

新品の靴を買っても、この形に至るまでには、比較的早く磨耗する。安定形状に至ったあとは、人も一般にはガタガタになっ機械部品に磨耗が生じると、靴も居心地がよくなる。
したがって、まさしくオーダメて使い物にならなくなるので、にくき磨耗といわれがイドであり、ひとつとして世の中に同じ靴はない。名なけ
ちだが、実は、磨耗もなくてはならないというか、前を書かなくても、靴を見分けられるゆえんである。

ればものづくりはできない。硬いものが磨耗しにくくその硬いものとなるので、喜ばれるかも知れないが、て望みの形状にするには、削らなくてはいけないのである。

2）機械部品での必要な磨耗
実は、軸受も含めて、ほとんどの機械部品には多このようなことが生じている。
かれ少なかれ、削るという行為は、積極的な磨耗を生じさせるとい機械は基本的に部品の集合体である。これが回うことに他ならない。言い換えれば、にくき磨耗ではあっ転など動作をすると、各部品間に押し合いへし合いても、いっそのこと積極磨耗を推進したのが、加工との動作が発生すると考えられている。動作時の断いうことである。硬いものは、だから、それより硬いも面写真を仮に瞬間的にいつでも撮れるものと仮定ので削らなければならない。加工工具にダイヤモンド

すると、果たして、動作前の写真とどれもがぴったりやセラミックスコーティングという用語をよく耳にすると重なるであろうか？

ゆえんである。

1）日常生活での磨耗の恩恵

微視的にみれば、窮屈な思いをしている部品はたいてい存在する。この窮屈さから逃れるため、部品はわずかに自分の身を削り、居心地を確保する

飲み屋さんへ行って、帰りに靴を履いたら居心地のである。この居心地のための磨耗を造るには、急という経験はあが悪い、よく見たら他人の靴だった、激な動作で行なってはならない。包丁をゆっくり磨るであろう。足と靴のサイズの不一致もあるかも知れ耗させるのは「研ぐ」という行為だが、グラインダで急ないが、歩きはじめたらもっとよくわかると思う。理由は、激に磨耗させると、焼けることがあるのと同じ理屈で変形や磨耗の違いの差である。実は、靴に限らず、ある。取れた磨耗粉を系外へ排出しながら、漸次磨可動するものはすべて多かれ少なかれ磨耗している。

耗を促進しなければならないからである。

どのように磨耗するか？それは系としての動作系

高速回転する工作機械で、組み付け直後に一気がもっとも楽になるように磨耗する。つまり、靴にすに高速回転まで回転域を上昇させると昇温が止まられば、靴のダメージが最も進まないように、人にしてなくなるが、ゆっくりと時間をかけて高速回転域まで見れば最も歩きやすいように、靴は自ら自分の身を削っ増速させるならし回転をさせると、その後、一気増速て、わずかではあるが磨耗し、その形で安定になろう

よく聞くが、メカさせても温度は安定するという話を、としているのである。

ニズムはこの「必要磨耗」の成立如何にかかわっていることだと考えられる。

53）摩擦とは、つなぎとめておいた2物体を分けるのに必要な力と解釈できる免震装置があり、かってはトルク制限器があった。免すべり軸受から転がり軸受に変わって、摩擦は一震装置は、この講座で動作原理を説明してある。

※4

この代表的な事例は、NACHIの扱っている商品に、気に1/10〜1／100に減じることができた。エアベア

トルク制限器とは、ボルト締めを作業を行なうとき、リングでは、さらに一桁小さくなっている。
しかし、摩必要以上の締め付け力が加わらないようにするため、擦低減の技術がいかに進もうと、接触という現象が或る以上の力が加わると、締め付け工具が空回りすある以上、摩擦0はありえないと考えたほうがいい。

るように構成されたツールである。

摩擦0が完全遊離ならば、摩擦無限大はいわゆる原理は、組みあわされた2ケのリングの間に摩擦完全密着である。だから、摩擦を議論するのは完全発生機構を設け、一方のリングを動力側に、あと一遊離を果たせないが故の問題であり、遊離させたい方のリングをボルト側に固定することで、所定の締めのだが接触せざるを得ないケースに限られる。接触付け力が入力されるまでは、2ケのリングはあたかも問題といわれるゆえんである。

一体化されたひとつのリングとして挙動するが、入したがって、摩擦は見方を変えれば、分離した2ケ力が大きくなりすぎると、摩擦がそれに負けて、2ケのの物体をつなげておいたのを引き裂くための力ともリングが離れてしまう、つまり空回りする機構になっ考えられる。

たものである。
このように、物事の現象は見方次第では、新たな価値の発見につなげることもできるのである。

摩擦発生機構部：入力はこの要素を伝って出力側へ伝達されるので、大きい負荷が発生したら、この摩擦が負けて空回りする
動力側に接続する

締め付けられる
ボルト側に接続する

図6 トルク制限器の概観と構造図

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4. 価値の発見
精度追求、性能追及は確かに製品そのものの性能を向上させることができる。
しかし、それはその機そんな考え方をここでは述べたつもりである。不完
全は決して「悪」ではない。

構の延長線上の話であり、仮に極みにいたっても、過ぎたるは・・・・・完全になることもある、そんな見その機構が持つ価値以上のものは成立しえない。

方と価値の発見が、今後の技術課題のように思わ見方を変えれば、却って精度劣化、性能劣化が別れる。の価値を生み出すことがありえる。

用語解説

関連記事

※1 軌道輪転動体をはさみ、一方はハウジングに固定され、一方は軸に固定され回転する2ケのリングのことをいい、各々外輪および内輪と呼ばれるが、これらの総称をさす。

1）渡辺孝一：知りたいトライボロジー講座①「トライボロジー入門」
NACHI-BUSINESS news、Vol.7 D1、May／2005※2 線接触軸受
転動体に「ころ」を使用して、接触痕が点ではなく、線状になる転がり軸受
ボールを用いたものは、接触痕が点になるので、点接触軸受と呼ばれる。
※3 負荷圏軸受内部で、外力を支持する円周方向での領域を言う通常は外輪に転送跡がつくので、目視でをその領域確認できる軸受にスキマがある以上は、そ以下になる。の角度範囲は180°※4 エアベアリング
転動体の機能を圧縮エアで持たせた軸受回転抵抗が少なく高速回転に適しているが、外力支持能力は低い。

2）横山 良彦・渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座②「摩擦・摩耗」
NACHI-BUSINESS news、Vol.9 D2、November（2005）
3）高木 俊行・渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座③「転がり接触について」
NACHI-BUSINESS news、Vol.10 D1、June（2006）
4）渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座④「弾性流体潤滑理論（EHL理論）」
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.11 D1、October（2006）
5）菅洞 英樹・渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座⑤「転がり運動について」
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.13 D1、June（2007）6）渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座⑥「転がり接触面下の応力」
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.14 D1、October（2007）
7）岡島 正和：知りたいトライボロジー講座⑦「潤滑グリースについて」
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.16 D1、June（2008）8）渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座⑧「免震とトライボロジー」
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.17 D1、October（2008）9）渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座⑨「生活の中のトライボロジー」
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.18 D1、February（2009）

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September / 2009〈発行〉 2009年9月1日
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