ボール（ベアリング）

ベアリングボールは、球面度が高く滑らかな特殊なボールで、ボールベアリングに最もよく使用されますが、フリーホイール機構などの部品としても使用されます。ボール自体も一般的にボールベアリングと呼ばれます。^{[ 1 ]}これは提喩の例です。ボールには様々なグレードがあります。これらのグレードは、ベアリングボールの精度基準を定める米国ベアリング製造者協会（ABMA）などの団体によって定義されています。ベアリングボールは、その用途に合わせて特別に設計された機械で製造されます。

2008年、アメリカ合衆国は57億7800万個のベアリングボールを生産した。^{[ 2 ]}

学年

ベアリングボールは、その幾何公差を定義する特定のグレードに従って製造されます。グレードは2000から3までで、数字が小さいほど精度が高くなります。グレードは「GXXXX」と表記され、例えばグレード100は「G100」となります。^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}グレードが低いほど、平面部、ピット、軟らかい部分、切れ目などの欠陥が少なくなります。表面の滑らかさは、表面粗さと波状性の2つの方法で測定されます。^{[ 4 ]}

サイズとは、ボール表面と接触する2枚の平行板によって測定される、ボール表面上の2点間の最も遠い距離を指します。最初のサイズは公称ボール径、つまり理論上のボール径です。ボールサイズは、ボール径の測定値の最大値と最小値の差であるボール径のばらつきを測定することで決定されます。特定のロットにはロット径のばらつきがあり、これはロット内の最大ボールの平均直径と最小ボールの平均直径の差です。 ^[⁴^]

球度とは、真の球形からの偏差（真円度からのずれ）を指します。^{[ 4 ]}これは、4グラム（0.14オンス）未満のゲージ力で、ボールをリニアトランスデューサーに対して回転させることによって測定されます。得られた極座標グラフを可能な限り小さな円で外接し、この外接円とボールの公称直径との差が偏差となります。^{[ 4 ]}

メートル法サイズの等級公差^{[ 4 ]}
学年	球形度 [mm]	ロット直径ばらつき[mm]	公称ボール径公差 [mm]	最大表面粗さ（Ra）[μm]
3	0.00008	0.00008	±0.0008	0.012
5	0.00013	0.00013	±0.0013	0.02
10	0.00025	0.00025	±0.0013	0.025
25	0.0006	0.0006	±0.0025	0.051
50	0.0012	0.0012	±0.0051	0.076
100	0.0025	0.0025	±0.0127	0.127
200	0.005	0.005	±0.025	0.203
1000	0.025	0.025	±0.127

インチサイズの等級公差^{[ 4 ]}
学年	サイズ範囲 [インチ]	球形度 [in]	ロット直径のばらつき[インチ]	公称ボール径公差 [インチ]	最大表面粗さ（Ra）[μin]
3	0.006～2	0.000003	0.000003	±0.00003	0.5
5	0.006～6	0.000005	0.000005	±0.00005	0.8
10	0.006～10	0.00001	0.00001	±0.0001	1.0
25	0.006～10	0.000025	0.000025	±0.0001	2.0
50	0.006～10	0.00005	0.00005	±0.0003	3.0
100	0.006～10	0.0001	0.0001	±0.0005	5.0
200	0.006～10	0.0002	0.0002	±0.001	8.0
1000	0.006～10	0.001	0.001	±0.005

製造業

ベアリングボールの製造は、ボールの材料の種類によって異なります。

金属

金属ボールはワイヤーから作られます。ワイヤーはせん断され、ボールとほぼ同体積で、所定の外径（OD）を持つペレットになります。このペレットは、その後、大まかな球形に成形されます。次に、ボールはバリ取り機に送り込まれ、余分な材料を除去して滑らかな表面に仕上げられます。この機械は、リルプレートと呼ばれる2枚の重い鋳鉄^{[ 5 ]}または硬化鋼板の間でボールを移動させることで機能します。一方のプレートは固定され、もう一方のプレートは回転します。上側のプレートには、ボールがリルプレートに出入りするための開口部があります。これらのプレートには、ボールが移動する細かい円周溝が刻まれています。ボールは、各ボールがこれらの溝を多数通過するように、機械内を十分な時間移動します。これにより、特定の溝が規格外であっても、各ボールのサイズが正確に一定になります。制御可能な機械変数は、加える圧力、プレートの移動速度、そしてボールが機械内に留まる時間です。^[⁶^]

運転中、リルプレート間には冷却剤が注入されます。これは、プレート間の高圧と摩擦によってかなりの熱が発生するためです。また、ボールに加わる高圧は冷間加工を誘発し、ボールの強度向上に役立ちます。^{[ 6 ]}

精度を向上させるために、ボールはその後、ソフトグラインディング工程を経ることがあります。これは同じタイプの機械で行われますが、リルプレートの代わりに砥石が使用されます。^{[ 5 ]}

ボールが鋼製の場合は、熱処理が行われます。熱処理後、残留物や副産物を除去するためにスケール除去が行われます。 ^{[ 5 ]}

次に、ボールはハードグラインディングされます。研磨は以前と同じタイプの機械で行われますが、冷却剤に研磨剤を混ぜるか、回転プレートを非常に硬い微粒子の研削ホイールに交換します。この工程で、ボールの精度は±0.0001インチ（0.0025 mm）以内に抑えられます。ボールにさらなる精度が必要な場合は、ラップ仕上げが行われます。これも同じタイプの機械で行われます。ただし、この場合は、リルプレートがより柔らかい素材（通常は鋳鉄）で作られ、圧力も少なく、プレートはゆっくりと回転します。この工程により、ベアリングボールは光沢のある外観になり、ボールのグレードは10から48までになります。^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}

さらに高い精度が必要な場合は、独自の化学的・機械的プロセスが通常使用されます。^{[ 5 ]}

ベアリングボールの検査は、フレデリック・ウィンスロー・テイラーの古典『科学的管理法の原則』におけるケーススタディの 1 つでした。

プラスチック

プラスチックベアリングボールは、上記の金属ベアリングボールと同じ方法で製造されます。^{[ 6 ]}

セラミック

セラミックベアリングボールは焼結材料から作られ、その後、上記と同じプロセスでサイズと形状に研磨されます。一般的な材料には、窒化ケイ素（Si₃北₄）および二酸化ジルコニウム（ZrO₂）。^{[ 8 ]}

材料

一般的な材料としては、炭素鋼、ステンレス鋼、クロム鋼、真鍮、アルミニウム、炭化タングステン、プラチナ、金、チタン、プラスチックなどが挙げられます。その他、あまり一般的ではない材料としては、銅、モネル、k-モネル、鉛、銀、ガラス、ニオブなどがあります。^{[ 9 ]}

一般的なベアリングボールの材質比較^{[ 10 ]}
材料	UNS 52100	ステンレス鋼440C	M50	BG-42	REX-20	440NDUR	ヘインズ 25	Si ₃ N ₄	ベリリウム銅	455	C276
硬度[HRC]	60	58	62	62	66	60	50	70	40	50	40
温度制限 [°F]	300	300	400	400	600	300	1200	1500	400	500	1000
耐食性^{[ m 1 ]}	1	3	1	2	1	4	5	5	1	4	5
コスト^{[ m 1 ]}	1	1	1	2	3	1	5	5	3	2	4
空室状況^{[ m 1 ]}	1	1	2	2	2	4	5	3	3	2	4
磁気	磁気	磁気	磁気	磁気	磁気	磁気	非磁性	非磁性	非磁性	磁気	磁気
電気伝導性	導電性	導電性	導電性	導電性	導電性	導電性	導電性	非導電性	導電性	導電性	導電性
サイズ制限	なし	なし	なし	なし	なし	なし	1.5インチ（38 mm）	トルクチューブなし	なし	なし	5インチ（130 mm）
相対荷重容量^{[ m 1 ]}	3	2	4	4	5	3	1	5	1	1	1
相対疲労寿命^{[ m 1 ]}	3	2	4	4	5	3	1	5	1	1	1

^ ^a ^b ^c ^d ^e 1が最低で5が最高です

参照

スチールショット

参考文献

^ [1]メリアム・ウェブスター
^ MA332Q - 減摩ベアリング、米国国勢調査局、2008年。
^ボールの定義 - 仕様では、表面の完全性、サイズ、球形度の3つのパラメータが定義されています。表面の完全性とは、表面の滑らかさ、硬度を指します。
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ABMA定義、 2009年10月8日にオリジナルからアーカイブ、 2009年11月16日取得
^ ^a ^b ^c ^d ^e Manufacturing 、 2009年5月7日のオリジナルからアーカイブ、 2009年7月2日取得。
^ ^a ^b ^c ^dボールベアリングのボールはどうやってこんなに完璧に丸く滑らかになるのか？、2000年11月15日、 2009年7月1日閲覧。。
^標準グレード24のクロム鋼球の製造工程、 2008年5月17日にオリジナルからアーカイブ、 2009年7月2日取得。
^ Ley, Wilfried; Wittmann, Klaus; Hallmann, Willi (2009-06-16).宇宙技術ハンドブック. Wiley. ISBN 978-0-470-69739-9。
^資料、 2009年7月3日取得。
^ Ball Material Types、2008年2月28日アーカイブ、 2010年10月6日取得。

[table_note-11] 1が最低で5が最高です

[1] [1]メリアム・ウェブスター

[2] MA332Q - 減摩ベアリング、米国国勢調査局、2008年。

[3] ボールの定義 - 仕様では、表面の完全性、サイズ、球形度の3つのパラメータが定義されています。表面の完全性とは、表面の滑らかさ、硬度を指します。

[definitions-4] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ABMA定義、 2009年10月8日にオリジナルからアーカイブ、 2009年11月16日取得

[abbott_man-5] Manufacturing 、 2009年5月7日のオリジナルからアーカイブ、 2009年7月2日取得。

[hsw-6] ボールベアリングのボールはどうやってこんなに完璧に丸く滑らかになるのか？、2000年11月15日、 2009年7月1日閲覧。。

[7] 標準グレード24のクロム鋼球の製造工程、 2008年5月17日にオリジナルからアーカイブ、 2009年7月2日取得。

[8] Ley, Wilfried; Wittmann, Klaus; Hallmann, Willi (2009-06-16).宇宙技術ハンドブック. Wiley. ISBN 978-0-470-69739-9。

[9] 資料、 2009年7月3日取得。

[10] Ball Material Types、2008年2月28日アーカイブ、 2010年10月6日取得。

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ m 1 ]