予圧調整

主にベアリングの動作を円滑にし、機械の寿命を延ばすために重要な「予圧調整」。本記事では、クリアランスを精密に調整するシムリングを用いた予圧管理の目的や、適切なシムの選び方について、基礎から分かりやすく解説します。

ベアリングにおけるシムを用いた予圧調整の役割

ベアリングは、摩擦抵抗を減らし動力伝達効率を向上させる重要な部品です。その性能を正しく発揮させるためには、適切なクリアランス（隙間）の確保が欠かせません。このクリアランスや軸方向の位置決めを精密に調整するためにシムリングが用いられます。

シムで適切な予圧（あらかじめ加える荷重）を与えることで、剛性が向上し、振動や騒音を効果的に抑制できます。また、シャフトやハウジングへの正確な位置決めが可能となり、分解や組み付けを繰り返しても高い精度を維持できるため、機械全体の動作を円滑にする重要な役割を担っています。

クリアランスが過大だと、軸の振れが大きくなり異音や振動、早期摩耗の原因となります。逆に過小な場合は、摩擦抵抗が増大し、発熱や焼き付きといった致命的なトラブルを引き起こすリスクがあります。

そのため、シムリングを用いた正確な予圧管理が不可欠です。用途に応じて適切な予圧を加えることで、ベアリング内部の剛性を高め、不要なガタつきを抑制します。これにより、局部的な負荷を分散させ、機械の長寿命化と安定稼働を目指せます。

実際の機械設計において、シムを用いた調整は様々な軸受配列で活用されています。例えば、小型電動機や小型減速機など、比較的小さな機械で軽い予圧を与える配列が代表的です。

この場合、一方のベアリングの外輪側面に、厚さを精密に調整したシムリング（またはばね）を挿入します。これにより、軸の伸縮を逃がしつつ適切な予圧をかけ、安定した回転精度を確保します。

ベアリングに予圧を与え、高い動的回転精度や耐衝撃性を持たせるためには、複数の軸受を適切に組み合わせる必要があります。予圧を加える方法には、シムやスペーサーを挟み込む方法や、軸受の側面を研削して所定の予圧を得る方法などがあります。

軸受の組合せ方によって、荷重への耐性や軸の傾きに対する許容度が大きく変化するため、機械の用途や要求される剛性に合わせて適切な方式を選択しなければなりません。また、予圧の強さも「微予圧」から「重予圧」まで区分されており、トルクと剛性のバランスを考慮して決定されます。

予圧を与える際の代表的な軸受の組合せには、以下の3種類があります。

作用線が外側に向かうため耐モーメント荷重が高く、ラジアルおよびアキシアル方向の正確な位置決めに優れています。

作用線が内側に向かうため耐モーメント荷重はDBより小さくなりますが、軸の傾きを吸収しやすいのが特徴です。

負荷能力と剛性を高める目的で使用されますが、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重しか受けられない点に注意が必要です。

要求される軸受剛性やトルクの大きさに応じて、予圧には主に4つの区分が設けられています。用途に合わせて適切なレベルを選定してください。

予圧区分	特徴・用途
微予圧（S）	軸受剛性は不要で、低トルクを最も重視する場合に使用。
軽予圧（L）	軸受剛性と低トルクの両立が必要な環境に適応。
中予圧（M）	軸受剛性を重視し、やや高トルクが許容される用途向け。
重予圧（H）	軸受剛性を最優先とし、高トルクとなる過酷な条件で使用。