軸受

I

プロローグ

ベアリングともいう。機械類において、回転する部分の軸を、小さな摩擦で、正確な位置を保持して運動させる機械部品をさす。ふつう、軸受がささえるところでは、回転している部分を運動が横方向などほかの方向にずれないようにしている。

軸受の歴史は古く、車輪と同時に発明された。車輪は車軸にとりつけられ、車輪と車軸が接したところが軸受であった。昔の軸受は木か皮の表面で、動物の脂肪を潤滑油とした。18世紀には、リグナムバイタという木がつかわれた。

現代の軸受には、すべり軸受ところがり軸受がある。すべり軸受にはジャーナル(ラジアル)軸受とスラスト軸受がある。ジャーナル軸受は、おもに軸に対して垂直方向の荷重(ラジアル荷重)をささえ、スラスト軸受は軸方向の荷重(スラスト荷重)をうけるために、おもに垂直にとりつけられた回転軸の下にくみこむ。ころがり軸受には玉軸受ところ軸受とがある。

II

すべり軸受

すべり軸受は、構造的にはころがり軸受より単純であるが、理論と作用ではより複雑になる。軸受で支持される回転軸で軸受の中にはいっている部分をジャーナルとよび、その外側をつつんでいる部分をスリーブとよぶ。ほとんどの軸受のスリーブは黄銅、青銅、またはスズにアンチモンと銅をくわえた、バビットメタル、ホワイトメタルなどで製作されている。すべり軸受は、一般にジャーナルの穴を通じ、あるいは軸受をおさめたハウジングから圧力で潤滑油をおくる。スリーブには、油が平均していきわたるように軸受の表面に溝をきざんである。

ジャーナルは、ごくうすい油膜の上に支持されていて、ジャーナルとスリーブは実際には接触していない。回転速度がますと、他の変数は一定のまま油膜は厚みをまして、速度に正比例するよりは少なめに摩擦がふえる。逆に、速度がおちると、他の要素がかわらなければ油膜はうすくなる。しかし、速度が極端におちると、油膜がこわれてジャーナルとスリーブの金属面が直接接触する。そこで、機械が始動するときは摩擦が大きくなる。そして始動時に大きな応力がかかれば、軸受が破損することもある。これにくらべて、ころがり軸受は始動時の摩擦は小さい。

宝石類をつかった軸受は、精密な時計などの微小なシャフトをとりつけるのに利用される。これはシャフトの両端がごく硬い物質にとりつけられる摩擦型の軸受である。軸受は微量の高純度の潤滑油でなめらかにする。

III

ころがり軸受

玉軸受は、ボールベアリングともいい多くのボールが内輪と外輪の間で自由に回転する。内輪は回転軸に固定され、外輪は軸をとりつけるハウジングに固定されている。玉も内外輪も硬度の高い金属でできていて、ふつうきわめて高い精度でしあげられている。玉は一般に均等に配置され、こすりあわないようにケージやセパレーターという保持器でわけておかれている。玉軸受の潤滑油としては、グリースかオイルをつかう。

ころ軸受は玉軸受と原理は類似しているが、玉のかわりに円筒形、円錐の頂部をとりさった形や樽(たる)形の金属がつかわれる。この金属をころ(転)という。玉軸受にくらべ、ころ軸受は、荷重をささえる面積が広いので、大きな荷重をささえられるが、摩擦は増大する。

IV

特殊軸受

遠心分離機など高速回転につかわれる軸受は、高速で噴出する空気を潤滑剤としてつかい、きわめて小さな摩擦抵抗にするものがある。磁石の反発力で、リニアモーターカーのように、近接する部分にすきまをつくる軸受もある。