ベアリングのはめあい公差：失敗しないハウジング内径とシャフト径の指定方法

ベアリングのはめあい公差とは、ベアリングの内輪または外輪と、相手となるシャフトまたはハウジングの内径との間の干渉やすきまを管理することです。これを間違えると、ベアリングが回転し、ハウジングをフレッティングし、転動体を破壊するカスを発生させます。締めすぎると、ベアリングが内部で予圧を受け、高温になり、早期に破損します。このガイドでは、ISOのはめあいクラス、干渉はめあいとすきまはめあいの使い分け、加工図面での公差の表し方、設計レビューで最もよく見られるはめあい仕様の間違いについて説明します。.

ベアリングの選定が注目される。ベアリングのはめあい公差は、何かが故障するまで無視される。.

軸受メーカーの定格荷重は、軸受が正しく取り付けられていることを前提としています。つまり、内輪はシャフトによって一様に支持され、外輪はハウジングによって一様に支持されていることを意味します。どちらの前提も、正しいはめあい公差を必要とします。荷重を受けながら回転するシャフトに対して、0.01mmでも緩すぎる干渉はめ合いは、リングのマイクロスリップを引き起こします。このマイクロスリップは、フレッティング腐食を発生させ、酸化鉄粉を生成し、軌道面の疲労を引き起こします。.

これを防ぐためのはめあい公差の指定は複雑ではありません。複雑なのは、シャフトの材質、ハウジングの材質、使用温度、負荷の方向、回転速度、取り付け方法など、一般的なガイドラインでは十分に把握できないような相互作用があることです。このガイドでは、体系的なアプローチをご紹介します。.

で イーセン精密, ベアリングの内径とシャフトのジャーナルは、通常IT5とIT6の公差で管理されています。以下は、これらを正しく指定するための技術的な枠組みです。.

ベアリングのフィットを理解する：数字の意味するもの

ISO公差システムの基本

この公差システムでは、文字（公称値に対する位置）と数字（公差等級、またはIT等級）を使用して、公差ゾーンの位置とサイズが定義されています。.

シャフトの場合、小文字を使用します：k、m、nは干渉嵌合、hはスライディング嵌合、g、f、eはクリアランス嵌合。ハウジングの内径には大文字を使用する：K、M、Nは干渉嵌合、Hは中立、G、F、Eはすきま嵌合。.

IT等級番号は、許容範囲の合計を定義する。IT5はIT6よりも許容変動幅が小さく、IT7よりも許容変動幅が小さい。ベアリングシートの場合

• IT5は高精度アプリケーション（工作機械のスピンドル、精密機器）に使用されます。
• IT6は、ほとんどの産業用アプリケーションの標準です。
• IT7は、軽負荷または非重要なベアリングの場所に使用されます。

これらの組み合わせ：k6のシャフト仕様とは、IT6の公差等級を持つ干渉フィッ ト（k）を意味する。ハウジングの仕様がH7であれば、IT7公差等級によるニュートラル・クリアランス・フィット（H）を意味します。実際に生じる干渉またはクリアランスは、公称内径サイズとISO 286の表にある特定の公差値によって決まります。.

インターフェアレンス・フィットとクリアランス・フィットの使い分け

どのベアリング・リングが荷重に対して相対的に回転するか？

これが重要な問題である。ルールは簡単で、負荷方向に対して回転するリングは、干渉フィットを使わなければならない。負荷に対して静止しているリングは、すきまばめでも軽い干渉でもよい。.

典型的な電動モーターシャフトアプリケーションでは、シャフトは回転し、ハウジングは静止しています。軸受にかかる荷重（ベルトの張力、歯車の力、または重力による）は空間的に固定されており、シャフトの回転に関係なく常に同じ方向を向いています。そのため、内輪は荷重に対して相対的に回転し、外輪は荷重に対して相対的に静止しています。.

結果：インナーリングは干渉フィットが必要（シャフトにk6またはm6）。アウターリングは、より緩いフィット（ハウジングのH6またはH7）を使用することができます。.

負荷がシャフトと一緒に回転する場合（車輪のハブのようにハブが回転し、シャフトが静止している場合）、論理は逆転します。外輪は回転するハブの内径に干渉嵌合し、内輪は静止しているシャフトに軽く嵌合します。.

これを間違うことは、最も一般的なベアリングのはめあい仕様の間違いの一つである。回転負荷アプリケーションでクリアランスフィットの内輪は、数カ月以内に所定の位置で回転します。.

用途別標準フィットの推奨

通常のラジアル荷重、シャフト回転：

• シャフト: d < 100 mmの場合はk6 (light interference)、d 100-140 mmの場合はm6
• ハウジングH7（ニュートラルまでのクリアランス）
• 典型的な干渉の発生シャフト上で+5～+20 µm

重荷重または衝撃ラジアル荷重、シャフト回転：

• シャフト：N6またはP6（ミディアムからヘビー干渉）
• ハウジングH6（標準より厳しいハウジング公差）
• 典型的な干渉：シャフト上で+15～+40 µm

アキシアル荷重のみ（スラストベアリング）：

• どちらのリングもルーズフィットを使用することができます。荷重はボアとの接触ではなく、リング面を通して伝わります。
• シャフト：J6またはH6
• ハウジングH7またはG7

回転外輪（ホイールハブ用途）：

• ハウジングの内径N7またはM7（回転部材の干渉）
• シャフト: h6 または g6 (固定部材にスライドフィット)

精密工作機械用スピンドル

• シャフト：j5またはk5（IT5等級、より厳しい公差範囲）
• ハウジングH5またはJ5
• 機械加工された形状にIT5以上が必要 - 標準的な旋盤加工ではなく、精密研削または微細ボーリングで達成可能

熱膨張がフィット計算に与える影響

室温での干渉フィットの計算は出発点であり、終着点ではない。動作温度は干渉を変化させる。.

スチールシャフトとスチールベアリングの熱膨張係数はほぼ同じです（約12 µm/m℃）。スチールハウジング内のスチールシャフト上のスチールベアリングは、温度によって劇的にフィット感が変化することはありません。.

アルミニウム製ハウジングが問題だ。アルミニウムの膨張速度はおよそ23μm/m°Cで、スチールのほぼ2倍です。アルミニウム製ハウジングの場合、20℃で指定された干渉フィットが、80℃の動作温度ではクリアランスフィットになる可能性があります。.

計算：アルミ製ハウジング内径62mm、スチール製外輪の場合、60℃の温度上昇でおよそ62 mm × (23 - 12) µm/m°C × 60°C = 40.9 µmの追加クリアランス。室温では15 µmの干渉だったはめ合いが、使用温度では26 µmのクリアランスになる。外輪が回転するようになった。.

アルミニウム製ハウジングの場合は、最高使用温度での熱膨張差による初期干渉を締め付けます。または、ハウジング内径にスチール製スリーブインサートを指定すると、ベアリングシートでのアルミニウム膨張の問題が解消されます。.

機械加工図面上のベアリング公差の呼び出し

図面上の公差の呼び出しは、機械加工サプライヤーが製造するものを決定します。曖昧な公差は、正しく見える部品を作り出しますが、組み立て時の適合チェックで失敗します。.

シャフトジャーナル： シャフトの公称直径、公差の指定（例：φ25 k6）、および明確にするために括弧内に明示的な上下の偏差値を指定します。φ25 k6の場合、偏差は+15/+2 µmで、完成したシャフトの直径は25.002～25.015 mmでなければなりません。円筒度公差（真円度だけではない）は、ITグレードの半分かそれ以上でなければなりません。.

ハウジングの内径： 公称内径、公差指定（例：φ52 H7）、明確な偏差を指定する。φ52 H7の場合、偏差は0/+30 µmで、内径は52.000～52.030 mmでなければなりません。円筒度と、軸中心線に対する内径軸の直角度を指定してください。.

表面仕上げ： ベアリングシートにはRa 0.8μm以上が必要です。表面が粗いと、取り付け時に表面のピークがつぶれ、有効なベアリング接触が公称干渉よりも小さくなるため、有効な干渉が減少します。精密な用途では、Ra 0.4 µmが研削シャフトジャーナルの標準です。.

で イーセン精密, ベアリングジャーナルとハウジングボアは、Ra 0.8µmの表面仕上げでIT5とIT6で定期的に製造されています。出荷前のCMM検証は標準です。.

取り付け方法と必要なフィット感への影響

ベアリングがどのように取り付けられるかは、どのような初期干渉を指定する必要があるかに影響します。.

コールドプレス (室温での機械プレス）が最も一般的な設置方法である。最大プレス力はおよそここで、μは摩擦係数、pは干渉による界面圧力、dは内径、Bはベアリング幅である。40mmのシャフトにk6をはめ込む場合、プレス力は通常10～30kNです。これを超えると転動体が損傷します。転動体を介して力を加えてベアリングをプレスすることは絶対に避けてください。.

サーマルインストール (スリップ取り付けのためにベアリングを加熱して内径を拡張する)ことは、より重い干渉フィットやより大きなベアリングに使用されます。常温より80～100℃高い温度で加熱すると、100 mmの内径が約120～150 µm拡大し、P6サイズでもスリップ取り付けのためのクリアランスが得られます。120℃を超えると、ベアリングの寸法安定性と硬度に影響を与える可能性があります。.

油圧マウント シャフト内の油圧継手を介してオイルを注入し、取り付け時に一時的に表面を分離します。プレスやサーマル方式が実用的でない150mm以上の大径テーパーベアリングに使用されます。.

設計文書に取り付け方法を指定することで、指定する干渉が実際的なものに変わります。組み立てチームが冷間プレスを計画しているシャフトに油圧マウントを必要とするP6フィットは、設計ミスです。.

結論

ベアリングのはめあい公差は細かい問題ではありません。根本的な原因は、間違った公差クラスで加工された内径やシャフトであるにもかかわらず、ベアリングの品質、潤滑、荷重計算のせいだと誤認される主な故障モードです。.

負荷の方向と回転に基づいて適合を指定する。ハウジングがアルミニウムの場合や、使用温度が周囲温度よりかなり高い場合は、熱膨張を補正する。機械加工図面には公差を明記する。また、表面仕上げを指定してください：ベアリングシートのRa 0.8μmはオプションではありません。.

Yicen Precisionに見積もりを依頼する ベアリング・ハウジングの内径とシャフト・ジャーナルをIT5およびIT6に加工し、CMMで検証。.

よくある質問

ベアリングハウジングの内径の標準公差は？ 

回転シャフトと固定ハウジングを使用するほとんどの産業用アプリケーションでは、ハウジング内径はH7として指定されます。これは、公称値（H = 下限偏差ゼロ）から公称値にIT7公差値を加えた範囲に及ぶ公差ゾーンです。52mmのハウジング内径の場合、H7は内径52.000～52.030mmを指定します。より厳しい用途にはH6が使用されます。精密工作機械のスピンドルには、中ぐりではなく研削が必要なH5以上が使用される場合があります。.

ベアリングの取り付けが緩すぎるとどうなりますか？ 

相手面に対して緩すぎるベアリングリングは、荷重がかかるとマイクロスリップを起こし、荷重がかかるたびにリングがわずかに振動します。これによりフレッティング腐食が発生し、酸化鉄粉が生成され、界面で疲労き裂が発生します。この破片は転動体経路に移動し、軌道面の摩耗を加速させます。不具合はベアリング表面の損傷として現れますが、はめあい仕様をトレースします。標準的な診断：シャフトのジャーナルまたはハウジングの内径表面にフレッティングマーク（赤褐色の酸化物）。.

アルミ製ハウジングの熱膨張はどのように考慮すればよいですか？ 

使用温度範囲におけるアルミニウムとスチールの熱膨張の差を計算してください。アルミニウムは23 µm/m°C、スチールは12 µm/m°Cで膨張します。温度が1度上昇するごとに、アルミニウム製ハウジングはスチール製ベアリング外輪よりも11µm/m膨張します。内径に11µm/m℃と予想される温度上昇を掛けると、使用温度で発生する追加すきまが得られます。この値を常温干渉仕様に加え、使用温度でも十分なはめあいを確保します。.

ベアリング・シャフトのジャーナルにはどのような表面仕上げが必要ですか？ 

Ra 0.8μmは、一般産業用途のベアリングシャフトジャーナルの標準要件です。表面を粗くすると、取り付け時に表面のピークがつぶれ、実際の接触が想定される公称干渉計算よりも小さくなるため、有効干渉が減少します。精密スピンドル用途では、Ra 0.4μm以上が標準であり、一般的に旋削加工後に円筒研削を行うことで達成されます。研削なしの旋削加工面は、送り速度と工具の状態によって異なりますが、通常Ra 0.8～1.6µmを達成します。.

内輪と外輪の両方に同じはめあい仕様を使用できますか？ 

それぞれのリングのはめあいは、負荷方向に対して回転するかどうかによって異なります。回転するリング（負荷に対して相対的）は干渉を必要とし、静止しているリングは軽いはめあいやクリアランスを使用することができます。ほとんどの電動モーターやギアボックスの用途では、インナーリングはシャフトと一緒に回転するので干渉が必要ですが、アウターリングはハウジングの中で静止しているので、H7または同様のものを使用します。両方のリングに干渉を使用することは間違いではありませんが、取り付けの難易度を上げ、固定リングには不要です。. 

---