ジョークラッシャーベアリング

ジョークラッシャーのベアリング部品の詳細な紹介

I. ベアリングの構成と構造

1. 内輪
   偏心軸に干渉嵌合するリング状の部品です。内輪の内径は、軸と公差嵌合（通常H7/k6）を形成します。外面には、ローラーの動きをガイドするための軌道（球面または円弧状）が機械加工されています。内輪の両側には、ローラーの軸方向変位を制限するフランジが設けられています。フランジの高さはローラーの長さ（通常、ローラー径の1/3～1/2）と一致しており、均一な力の分散を確保します。
2. 外輪
   スイングジョー軸受ハウジングまたはフレームの内径に中間ばめを備えたリング状の部品です。外輪の外径は、軸受ハウジングの内径（通常J7/h6）と公差ばめあいを形成します。内周面には内輪に対応する球面軌道が設けられ、軌道の曲率中心は軸受軸と一致しています。これにより、内輪は外輪に対して±2°～3°の角度変位が可能となり、取り付け誤差や軸のたわみを補正します。
3. 転がり要素
   内輪と外輪の間の荷重支持部品で、主に樽型（球面）ローラーです。ローラーの数はベアリングサイズによって異なります（小型・中型ベアリングでは8～12個、大型ベアリングでは15～20個）。ローラーは精密研磨（表面粗さRa ≤ 0.4 μm）され、高強度クロム軸受鋼（GCr15SiMn）で製造されています。高い硬度（60～65 HRC）と耐摩耗性を備え、ラジアル衝撃荷重に耐えます。
4. ケージ
   転動体を分離・ガイドするフレーム構造で、材質は黄銅（H62）、打ち抜き鋼板（SPCC）、または強化ナイロン（PA66+GF25）です。大型ベアリングでは、高強度のためソリッド黄銅製ケージが、小型・中型ベアリングでは軽量設計のため打ち抜き鋼板製ケージが使用されることが多いです。ケージは、ローラーの均一な分布と相互摩擦の防止を目的として、窓型または波型構造を採用しています。
5. シーリング装置
   ベアリング両端には、シールリング（ニトリルゴムまたはフッ素ゴム）とダストカバーからなる防塵部品が取り付けられています。シールリングは内輪と干渉嵌合し、リップは外輪の内側をしっかりと閉じることで、潤滑剤の漏れや粉塵/水の侵入を防ぎます（粉塵の多い粉砕環境では重要であり、IP54以上の保護等級が必要です）。

II. ベアリングの製造工程

（1）内輪・外輪の製造

1. 原材料の準備

• 高炭素クロム軸受鋼（GCr15）熱間圧延丸棒を選定し、軸受サイズに応じて直径を決定します（5～10mmの加工代を確保）。超音波探傷検査（ユタ州）により、内部に亀裂や介在物がないことを確認します。

2. 鍛造

• 丸棒を850～900℃に加熱し、据え込み、打ち抜き、拡管を経て、リング状（内輪）またはカップ状（外輪）の鍛造品に型鍛造します。鍛造品は空冷することで、結晶粒界の連続性を維持し、耐疲労性を向上させます。

3. 熱処理（中級）

• 球状化焼鈍：780～800℃に加熱し、3～4時間保持した後、600℃まで徐冷して空冷する。これにより炭化物が球状化され、硬度が207～255HBWに低下し、被削性が向上する。

4. 荒加工

• 旋削加工：CNC旋盤で内外径、端面、および内外輪のフランジを加工し、1～2mmの仕上げ代を残します。端面の平行度は0.1mm/100mm以下、内外径の同軸度は0.05mm以下です。

• 穴あけ（外輪）：外輪フランジに、ベアリングハウジングのオイル通路と一致するように、位置公差±0.5 mmで潤滑穴（直径3～5 んん）を穴あけします。

5. 熱処理（最終）

• 焼入れ：830～860℃に加熱し、油焼入れ（冷却速度50℃/秒以上）して、内輪/外輪のHRCを61～65に達成します。

• 低温焼戻し：150～180℃で2～3時間保持して焼入れ応力を軽減し、微細組織を安定化させます（残留オーステナイト≦5%）。

6. 仕上げ加工

• 研削：センターレスグラインダーは外径を、内面グラインダーは内径（IT5 公差）を、表面グラインダーは端面（平行度 ≤ 0.01 んん/100 んん）を、レースウェイグラインダーは球面レースウェイ（表面粗さ ラ ≤ 0.1 μm、曲率半径偏差 ≤ 0.005 んん）を加工します。

• 超仕上げ：レースウェイを超仕上げ（0.005～0.01 mmを除去）して粗さをRa ≤ 0.025 μmに低減し、接触精度と耐摩耗性を向上させます。

（2）転動体製造

1. 冷間圧造

• GCr15 鋼線を切断し、冷間圧造して寸法公差 ±0.1 んん で表面にひび割れのない樽型のブランクを作ります。

2. 熱処理

• 焼入れ：830～860℃の油焼入れで62～66 HRCまで。

• 焼き戻し：応力を緩和するために150～180℃で2時間焼き入れする。

3. 研削と超仕上げ

• センターレスグラインダーは外径を加工します（公差±0.002 んん）。球面研削盤は球面を加工します（曲率半径偏差≤0.003 んん）。超仕上げではRa≤0.02 μmを達成します。

（3）ケージ製造

1. 真鍮ケージ: 真鍮棒を旋削およびフライス加工して窓型構造に加工します。窓の寸法公差は±0.05mmで、ローラーとのクリアランスは0.1～0.2mmを確保します。

2. 打ち抜き鋼製ケージ: SPCC シートをスタンピングで成形し、バリ取りされた窓エッジと亜鉛メッキ表面（厚さ 8 ～ 12 μm）により防錆性を高めています。

3. ベアリングの品質管理プロセス

1. 原材料検査

• 化学分析：分光分析によりGCr15の組成（C：0.95～1.05％、Cr：1.3～1.65％、P≦0.025％、S≦0.025％）が確認されました。

• 非金属介在物試験: 早期故障の原因となる大きな介在物を回避するため、評価 ≤ 2.5 (イギリス/T 10561 に準拠)。

2. 寸法精度検査

• 内輪／外輪：座標測定機は内径／外径と軌道面の曲率（偏差≤ 0.005 んん）を検査します。真円度試験機は真円度（≤ 0.001 んん）をチェックします。

• 転動体: レーザー直径ゲージにより、直径 (許容差 ±0.002 んん) と寸法の一貫性 (偏差 ≤ 0.003 んん) を検証します。

3. 機械的特性試験

• 硬度試験: ロックウェル硬度計は、リングの場合は 61 ～ 65 HRC、ローラーの場合は 62 ～ 66 HRC を検証し、硬度の均一性は 3 HRC 以下です。

• 衝撃靭性: 低温靭性を確認するために、-40°C 衝撃テスト (衝撃エネルギー ≥ 20 J) 用のサンプルを採取します。

4. 表面品質検査

• 磁性粒子検査 (MT): リング/ローラー (長さ ≤ 0.5 んん) の表面のひび割れを検出します (折り目や傷は除く)。

• 粗さ試験: レーザー干渉計により、レースウェイの粗さ (ラ ≤ 0.1 μm) と超仕上げ ラ ≤ 0.025 μm を検証します。

5. 組立品質検査

• クリアランス テスト: 専用機器でラジアル クリアランスを測定します (イギリス/T 4604 に準拠、偏差 ±5 μm)。

• 回転精度: ベアリング テスターは、定格速度でのラジアル振れ (≤ 0.01 んん) と軸方向の移動 (≤ 0.02 んん) をチェックします。

6. 生命検証

• 加速寿命試験：サンプルは定格荷重の1.2倍の負荷で1000時間運転し、異常な振動（振幅≤ 0.01 んん）および過度の温度上昇（≤ 40°C）がないことを確認。分解試験により、レースウェイの剥離や著しい摩耗がないことを確認する。

ベアリングはジョークラッシャーの重要な部品です。一般的にはロケットローラーベアリングが使用されます。ベアリングの具体的なモデルは、ベアリングサイズ、ベアリング精度、ベアリング内部クリアランスの3つの側面から決定されます。

ベアリングサイズ

偏心軸のサイズは、破砕力から算出されます。フレームベアリングと可動ジョーベアリングにおける偏心軸のジャーナルが初期決定された後、これに基づいてベアリングの仕様が初期決定されます。通常、ベアリングの理論的な耐用年数を確認するために、可能な限り中幅シリーズの仕様が選択され、関連規格を満たします。

B ベアリング精度

ベアリング精度には、寸法公差と回転精度の 2 つの側面が含まれます。これは、ベアリングの各コンポーネントの幾何学的公差であっても、回転中の半径方向および軸方向の振れ誤差であっても同じです。ジョークラッシャーは 300r/分 未満のスピンドル速度で移動するため、通常の精密ベアリングで要件を満たすことができます。

C ベアリング内部すきま

ロケットローラーベアリングにはラジアルクリアランスのみがあります。規格では、ラジアルクリアランスは5つのグループに分けられており、メーカーが工場出荷前に選択・調整しています。このクリアランスは「初期クリアランス」と呼ばれます。ベアリングを組み立てると、初期クリアランスは減少します。可動ジョーベアリングの場合、偏心軸は干渉嵌合で組み立てられます。可動ジョーベアリングを加熱した後、内輪を膨張させて偏心軸に取り付けます。内輪の膨張により、ベアリングの「初期クリアランス」が減少します。

2. ジョークラッシャーベアリングの摩耗

シャフトの摩耗がごくわずかであれば、旋盤でジャーナルを正しい幾何学的形状に加工し、形状を修復することができます。その後、ベアリングの内径を適宜縮小します。ただし、このような処理を複数回行った後でも、ジャーナルのサイズが元のサイズより5%以上小さくなる場合は、旋削加工は行わず、新しいシャフトに交換する必要があります。

3.ジョークラッシャーベアリングの取り付け

a. 取り付け前に錆がないか確認してください。軽油または灯油で清掃できます。その後、ベアリングのラジアルクリアランス、内穴のサイズと精度、偏心軸アセンブリジャーナルのサイズが要件を満たしているかどうかを確認してください。

b. 搭載ベアリングのジャーナルの余剰量（許容できる範囲または最大）が大きいため、通常はホットフィックス方式で取り付けます。ベアリングを約100℃に加熱し、軸穴をジャーナルサイズよりも大きく拡張してから組み立てます。ホットローディング方式では、オイルバスを用いて加熱するため、ベアリングの各部品が均一に加熱され、変形や硬度の低下を防ぎます。

c. ベアリングを組み立てた後、完全に冷却した後、隙間ゲージを使用してベアリングのラジアルクリアランスを点検してください。クリアランスが小さすぎる場合、または全くクリアランスがない場合は、速やかに原因を特定してください。原因が特定できない場合は、ベアリングを取り外して再組み立てする必要があります。クリアランスが適切であれば、グリースを塗布してから、他の部品を組み立てることができます。