ステンレス鋼製深溝玉軸受：選択と耐食性のガイド

ステンレス鋼製深溝玉軸受が厳しい環境に最適な理由

ステンレス鋼製深溝玉軸受 は世界で最も広く使用されているベアリングのタイプですが、それには十分な理由があります。ディープレースウェイの形状により、ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方を同時に処理できる一方、ステンレス鋼構造により、標準のクロム鋼ベアリングでは到底太刀打ちできない耐食性、湿気、化学物質への曝露に対する耐性が得られます。 水、食品、化学物質、または高湿度を伴う用途では、ステンレス鋼深溝玉軸受が標準的なエンジニアリングの選択肢となります。

1mm から 150mm 以上までのほぼすべてのボア サイズが用意されており、低摩擦で高速で動作し、適切にシールされていれば最小限のメンテナンスで済みます。構造、材料グレード、定格荷重、およびシーリングのオプションを理解することは、エンジニアやバイヤーが各用途に適したベアリングを選択するのに役立ち、間違った選択から生じる高価な故障を回避するのに役立ちます。

深溝玉軸受の構造

名称にある「深溝」とは、内輪・外輪それぞれに加工された連続した軌道溝のことを指します。この溝は、ボールの直径に比べて、アンギュラコンタクトまたはスラストベアリングよりも深いです。通常、溝の半径は ボール直径の51.5～53% 。この形状により、ベアリングは、別個のスラストベアリングを必要とせずに、ラジアル荷重に加えて両方向のアキシアル荷重に耐えることができます。

標準の深溝玉軸受は 4 つのコンポーネントで構成されます。

• 内輪： 回転シャフトにフィットします。内輪軌道溝が付いています。
• 外輪： ハウジングの穴にフィットします。外輪軌道溝が付いています。
• ボール補足: 精密研磨された鋼球が軌道内を転がり、リング間で荷重を伝達します。
• ケージ（リテーナー）： ボールを円周上に均等な間隔で配置し、ボール間の接触を防ぎ、熱と騒音を軽減します。用途に応じてスチール、真鍮、PTFE から作られます。

ステンレス鋼バージョンでは、リングとボールは、汎用ベアリングの標準である完全硬化クロム鋼 (AISI 52100) ではなく、耐食性鋼合金で製造されています。この違いにより、2 つのタイプ間のほぼすべてのパフォーマンスの違いが決まります。

ベアリング製造に使用されるステンレス鋼のグレード

すべてのステンレス鋼ベアリングが同じ合金から作られているわけではありません。使用されるグレードは、耐食性、硬度、耐荷重、最大動作温度に直接的かつ重大な影響を与えます。ベアリング生産の主要なグレードは次の 3 つです。

AISI 440C (マルテンサイト系ステンレス鋼)

ステンレス鋼製深溝玉軸受の最も一般的な材種。 AISI 440C には約 17% クロムと 1% カーボン 、ロックウェル硬度まで熱処理することができます。 58–62 HRC — 標準の軸受鋼に匹敵します。この硬度は、耐荷重性と疲労耐性にとって不可欠です。クロム含有量により、軽度の腐食性環境において良好な耐食性が得られますが、440℃は海水や強酸に長時間浸漬するのには適していません。

AISI 316 (オーステナイト系ステンレス鋼)

AISI 316 の内容 クロム 16 ～ 18%、ニッケル 10 ～ 14%、モリブデン 2 ～ 3% 。モリブデンは塩化物孔食や隙間腐食に対する耐性を大幅に強化するため、316 ベアリングは 440C では破損する海洋、製薬、化学処理用途の標準となっています。トレードオフは硬度です。316 はベアリンググレードの硬度まで熱処理することができず、通常は 25 ～ 35 HRC 。これにより、静的および動的負荷容量がおおよそ次のように制限されます。 440C 相当の 30 ～ 50% したがって、316 個のベアリングは、負荷が軽く、腐食性の高い環境用に予約されています。

AISI 304 (汎用オーステナイト系)

AISI 304 は世界で最も広く生産されているステンレス鋼ですが、440C や 316 ほど精密ベアリングには使用されていません。良好な一般耐食性を備えていますが、耐塩化物性は 316 より低く、硬度は 440C より低くなります。これは、耐荷重リングやボール自体ではなく、主にケージのコンポーネント、シールド、ハウジングに発生します。

シールとシールドのオプションとそれらがパフォーマンスに与える影響

ベアリング番号の指定サフィックスは、そのシール構成を示します。これは、実際のベアリングの寿命にとって最も重要な選択の 1 つです。主なオプションは次の 3 つです。

オープンベアリング (サフィックスなし)

オープンベアリングには両側にカバーがありません。潤滑剤の自由な流れを可能にするため、外部潤滑システムを使用するアプリケーションや、熱放散が重要な高速動作に適しています。ただし、汚染からは保護されないため、清潔で管理された環境でのみ適切です。

シールドベアリング（ZZまたは2Z）

金属シールドは片側または両側の外輪溝に圧入されます。それらは非接触です - シールドと内輪の間に小さなランニングクリアランスがあります - そのため、 実質的に追加の摩擦や抗力がありません 。これらは大きな粒子がベアリングに入るのを防ぎますが、微細な塵、水、または液体の汚染に対しては効果がありません。 ZZ 指定は、両側がシールドされていることを意味します。シールド付きステンレスベアリングにはグリースが塗布されており、高速でクリーンだが制御されていない環境に最適です。

シールドベアリング（2RSまたはRS）

ゴムまたは合成接触シールは内輪の溝に接触し、シールドよりも湿気、微粒子、液体の排除に優れています。 2RS 指定は、両側がシールされていることを意味します。トレードオフは、摩擦トルクのわずかな増加です - 通常 シールド付き同等品よりも 2 ～ 5 倍高い始動トルク — そして最大許容速度も若干低下します。湿潤環境、食品加工環境、または化学環境で使用されるステンレス鋼ベアリングの場合、ほとんどの場合、2RS シーリングが正しい選択です。腐食性の使用では、シールリップの材質も指定する必要があります。 バイトン (FKM) シール オイル、燃料、および多くの化学薬品において標準的な NBR ゴムよりも優れた性能を発揮します。

耐荷重: ステンレス鋼とクロム鋼の比較

クロム鋼ではなくステンレス鋼を指定する場合の最も重要なトレードオフは、耐荷重です。ステンレス鋼合金、特に 440C は AISI 52100 クロム鋼よりもわずかに柔らかく、疲労特性が異なるため、同等の軸受寸法では動的および静定格荷重が低くなります。

実際的なルールとしては、 440C ステンレス ベアリングは、同等のクロム鋼ベアリングの動定格荷重 (C) の約 80 ～ 85% に耐えます。 。一般的な 6205 ベアリングの場合、クロム鋼の動定格荷重は通常約 14.8 kN です。 440C ステンレス 6205 は約 12 ～ 13 kN に耐えます。この違いは、高負荷、高サイクルのアプリケーションでは重要ですが、軽負荷または断続的なサービスでは無視できます。

316 ステンレスベアリングの場合、耐荷重の低下はさらに深刻です。 クロム鋼よりも 50 ～ 70% 低い 達成可能な硬度がはるかに低いためです。これらのベアリングは、316 の耐食性が真に必要であり、荷重解析によって適切であることが確認された場合にのみ選択してください。

共通軸受シリーズと寸法規格

ステンレス鋼深溝玉軸受は、クロム鋼軸受と同じ ISO および ABEC 寸法規格に従っており、ハウジングやシャフトの設計を変更することなく互換性があります。主なシリーズは次のとおりです。

ベアリング番号はその寸法をエンコードします。たとえば、 6205-2RS ステンレス ベアリングの内径 (内径) は 25 mm、外径は 52 mm、幅は 15 mm で、ISO 15 規格に従って、メーカーに関係なく他の 6205 と同じです。接尾辞 2RS は、両側のゴム製シールを示します。

ステンレス鋼製深溝玉軸受が使用される産業と用途

ステンレス鋼深溝玉軸受の耐食性と多用途性により、以下のような幅広い業界で不可欠なものとなっています。

食品および飲料の加工

コンベヤードライブ、混合装置、充填機、洗浄環境には、頻繁な高圧水や洗浄剤への曝露に耐えられるベアリングが必要です。食品グレードのグリース（NSF H1 認定）を使用したステンレス鋼 2RS ベアリングが標準仕様です。 FDA と EHEDG は両方とも、316 ステンレスが食品に直接接触するゾーンに許容されるものとして認めています。

海洋および海洋機器

塩水にさらされると、クロム鋼ベアリングは急速に腐食します。保護しないと場合によっては数日以内に腐食します。ステンレス 440C または 316 ベアリングは、この環境が避けられないボートのステアリング システム、ウインチ、釣り用リール、船舶用ポンプ、デッキ機器に使用されています。完全に水没した場所や干潟での用途の場合、 316 ステンレス、バイトンシール付き が最適な仕様です。

医療および医薬品機器

滅菌サイクル (蒸気オートクレーブ、EtO ガス、または化学物質のいずれであっても) には、繰り返し曝露されても腐食または劣化しない材料が必要です。ステンレス鋼ベアリングは、外科用ハンドピース、歯科用ドリル、診断機器、実験用遠心分離機などに使用されています。これらのアプリケーションでは、 乾式または PTFE 潤滑ステンレスベアリング 多くの場合、無菌環境の潤滑剤汚染を避けるために必要となります。

化学処理とポンプ

酸、アルカリ、溶剤を扱う遠心ポンプ、撹拌機、化学薬品供給装置には、関係する特定の化学薬品に対する耐性のあるベアリングが必要です。 440C と 316 のどちらを選択するかは化学薬品によって異なります。316 は塩酸および塩化物溶液の処理に適しており、440C は多くの有機溶媒および弱酸環境で適切に機能します。

半導体およびクリーンルーム装置

クリーンルーム環境では、標準のグリースを塗布したベアリングからガスが発生し、粒子が放出されます。 PTFE ケージと乾式潤滑剤または真空対応グリースを備えたステンレス鋼深溝玉軸受は、粒子の発生とガス放出を最小限に抑える必要があるウェーハハンドリングロボット、精密位置決めステージ、および真空チャンバー機構で使用されます。

ステンレス鋼ベアリングの潤滑の選択

潤滑済みのステンレス鋼深溝玉軸受には通常、標準のリチウム錯体またはポリウレア グリースが塗布されていますが、特殊な用途では特定の潤滑剤が必要です。

• 食品グレードのグリース (NSF H1): 食品との接触または食品の近接用途に必要です。通常は、白色鉱油または FDA 承認の増粘剤を含む合成基剤です。一般的な製品には、Mobilgrease FM 102 および Kluber Paraliq GTE 703 が含まれます。
• PTFE ドライフィルムまたは PTFE 増粘グリース: ガス放出や粒子の発生を制御する必要があるクリーンルーム、真空、または医療用途向け。 PTFE 潤滑剤は極端な温度にもうまく対応します — 動作範囲は通常 -200°C ～ 260°C .
• パーフロロポリエーテル（PFPE）グリース： 極端な温度、攻撃的な化学薬品、高真空環境向けの最高のパフォーマンスのオプション。航空宇宙、半導体装置、極低温用途で使用されます。大幅に高価になる - 多くの場合 標準グリースのコストの 10 ～ 20 倍 .
• 無潤滑/乾式： 一部のステンレスベアリングは、プロセス流体が潤滑剤として機能する用途 (ウォーターポンプ)、または潤滑剤が環境と適合しない用途向けに、潤滑剤なしで供給されます。負荷と速度を注意深く分析して、適合性を確認する必要があります。

精度等級と公差等級

ステンレス鋼深溝玉軸受は、クロム鋼軸受と同じ ABEC (ANSI/ABMA) または ISO 公差クラスに従って製造されています。グレードは、寸法精度、振れ、そして最終的にはアセンブリの振動と騒音の性能に直接影響します。

• ABEC 1 / ISO P0: 標準的な工業用グレード。ほとんどの一般機械、コンベヤ、農業機械に適しています。ボア公差は通常、25mm ボアで ±12 µm。
• ABEC 3 / ISO P6: 精度が向上しました。中程度の速度で動作する高品質のモーター、ポンプ、工作機械に使用されます。
• ABEC 5 / ISO P5: 高精度。 3,600 RPM を超える電動モーター、精密スピンドル、医療機器に必要です。穴公差は 25mm 穴で ±8 µm まで厳しくなります。
• ABEC 7 / ISO P4 および ABEC 9 / ISO P2: 高速スピンドル、航空宇宙用ジャイロスコープ、精密機器用の超精密グレード。これらのグレードはステンレスで入手できますが、コストが大幅に高くなり、性能上の利点を得るにはハウジングとシャフトの公差が一致する必要があります。

ほとんどの工業用ステンレス鋼ベアリング用途では、 ABEC 1 または ABEC 3 で十分です 。周囲の機械加工された嵌合が対応する公差に保たれていない場合、アプリケーションで必要とされるよりも高い精度の等級を指定すると、コストが増加しますが、パフォーマンス上のメリットは得られません。

取り付け、取り付け、および取り扱いに関する考慮事項

最高品質のステンレス鋼ベアリングでも、正しく取り付けられないと早期に故障します。いくつかの実践が重要です。

1. 転動体を介して取り付け力を加えないでください。 プレス力は、取り付けられているリングを通過する必要があります。内輪はシャフトのはめ込み、外輪はハウジングのはめあいに使用されます。ボールを通る駆動力により軌道が損傷し、直ちに疲労破壊が発生します。
2. シャフトとハウジングの公差を負荷の種類に合わせてください。 回転内輪 (最も一般的) では、フレッチング腐食を防ぐためにシャフトに締まりばめ (k5 または m5 公差) が必要です。固定ハウジングの外輪は、中間ばめまたはわずかなすきまばめ (H7 または J7) を使用します。
3. 衝撃による取り付けは避けてください。 ベアリングプレスまたはフィッティングツールを使用します。インパクトハンマリングによりブリネリングが発生し、軌道に永久的なくぼみができ、振動や早期故障の原因となります。
4. 取り扱い中はステンレスベアリングを清潔に保ってください。 指紋は塩化物の堆積物を残し、440℃ の表面で腐食を引き起こす可能性があります。腐食性のサービス用途では、清潔な手袋を着用して取り扱ってください。
5. 組立後は作動クリアランスを確認してください。 内部ラジアルすきま (C2、CN、C3) は、荷重分散と熱挙動に影響します。ほとんどの標準的なアプリケーションでは CN (通常) クリアランスが使用されますが、温度が大幅に上昇するアプリケーションやハウジングのはまりがきつい場合は、ベアリングの加熱による予圧を防ぐために C3 (通常より大きい) クリアランスが必要になる場合があります。