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ベアリングの予圧

アガトンガイドの基礎知識Vol3にて予圧とは何か?という事を説明していますがより詳しく見ていきます。
ボールガイドやローラーガイドに使われているベアリングには予圧が掛けられて摺動しています。「予圧」は予め掛けれている圧力であり、英語では「プリロード(preload)」
とも呼ばれ「予圧」というのはベアリング・軸受け業界ではよく使われる用語です。「ベアリングに予圧が掛けられている。」というのは簡単に説明しますと何μmかボールが潰されながら転がっているという事です。しかし潰されるといっても塑性変形するわけではなく弾性変形しながら摺動しています。
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予圧量が大きくなれば接触面積が大きくなり、予圧量が小さくなれば接触面積も小さくなります。この接触面積は荷重を受ける上で有利です。仮に球Aの予圧を受けた面積が1平方ミリメートルの接触面積と球Bの予圧を受けた面積が2平方ミリメートルの面積で100Nの荷重を受けた場合、Bは1平方ミリメートルあたり50N/m㎡となり、Aよりも大きいと考えられます。

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一方、摩耗という観点から見た場合、予圧量が大きい球程、接触面積も多く摩耗量が大きいというネガティブな面もあります。下の図は摩耗後の様子です。ベアリングは予圧が掛かった状態で一定のストロークで往復運動していくと徐々に摩耗します。予圧が掛かった状態は弾性変形状態ですが、摩耗の結果、非弾性変形状態になります。こうなるとリテーナ内のベアリングは機能しません。つまりリテーナの交換時期は非弾性変形状態になった時が交換時期となります。摩耗が進んだボールは予圧が掛からなくなります。そうなりますと金型の中で上下に摺動していたのが段々下に落ちてきたり上に飛んだりするようになります。そうなると加工している製品の精度にもばらつきが出たり、歩留まりが悪くなり出しますので早めに交換しましょう。

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ベアリングごとの弾性変形量

下の表はベアリングの形状とベアリングに荷重をかけた際の弾性変形量のグラフを示しています。弾性変形量の大きさを見ていくとボールが最も大きくローラーが小さくなってい

deformationます。これは上記の予圧と接触面積で示したように接触面積が大きいと単位面積当たり荷重が小さくなります。よって接触面積が大きくなるほど弾性変形量が小さくなることが分かります。ボールは2点接触、アガトンローラーは4点接触、プロファイルローラーは3箇所線接触となっています。一番接触面積を確保しているのはプロファイルローラーとなり、接触面積が大きい

→単位面積当たり荷重が小さくなる→弾性変形量が小さくなる。となります。ベアリングの弾性変形量が大きいという事は金型における精度の可変要因となります。もしリテーナの径が小さくベアリングの数が少ないという場合に球を5μm弾性変形するぐらいの偏荷重が掛けられた場合、製品の公差も5μmズレるという事に繋がります。その場合は①ガイドの径を太くしベアリングのサイズを上げより剛性の高いベアリング球を使用する。②リテーナーの長さを伸ばしベアリング使用量を増やす。③リテーナ設置に寸法的な厳しさがある場合はローラーリテーナーを使用する。という事が精度改善の為の要素として考えられます。

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