メカニカルベアリング解説：機能、種類、用途

メカニカルベアリングとは

メカニカルベアリングは、可動部品間の摩擦を低減し、相対運動を制約して操作を滑らかにするために設計された重要な機械要素です。メカニカルベアリングには幅広い種類があり、その設計は軸上の自由な直線運動、固定軸周りの回転操作、またはコンポーネントに作用する作業力/荷重のベクトルを調整して特定の動きを防止するのに適している場合があります。

ほぼすべてのメカニカルベアリングの目的は、操作における摩擦を最小限に抑えて所望の運動を生み出すことです。最もシンプルな形態のメカニカルベアリングは、動く部分と働く部分に形成されるベアリング面です。これらはサイズ、粗さ、制御能力、面の位置で異なります。

フレキシブルな使用で容易に見つかる他のメカニカルベアリングは、フライス盤などの工作機械や機械部品に取り付けられる個別デバイスです。最も高度なメカニカルベアリングは、最も重要で高精度な用途向けに、現在の最高レベルの技術で製造されています。

メカニカルベアリングの用途

メカニカルベアリングの多様な設計により、最大効率、信頼性の高い操作、装置耐久性で高性能を達成する様々な産業加工用途が可能になります。メカニカルベアリングは、ラジアル回転（車軸回転）、球面回転（ボールジョイント）、直線運動（引き出し）、ヒンジ運動（ドア）の支援が可能です。

回転荷重の支持に焦点を当てると、回転ベアリングは回転軸とアクスルを様々な機械システム内で保持できます。また、ラジアルまたはアキシアル荷重を発生源から構造体に向けて支持・輸送できます。ほとんどのタイプのメカニカルベアリングでは、潤滑がシステムの摩擦を低減するためにベアリング構造を助ける上で不可欠です。最も一般的なメカニカルベアリングタイプであるプレーンベアリングは、ベアリングが接触面を利用して回転軸や摺動軸と摺動するため、オイルやグリースなどの潤滑剤を必要とします。

メカニカルベアリングの種類

メカニカルベアリングは、プレーンベアリング、転がり軸受、流体ベアリング、磁気ベアリング、フレクチャーベアリングなど、6つの広く使用されるタイプに分類できます（これらに限定されません）。

● プレーンベアリング：

転がり要素を持たず、プレーンベアリングは穴の中で回転するベアリング面のみで構成されます。ブッシュベアリング、スリーブベアリング、ジャーナルベアリング、ライフルベアリング、複合ベアリングなど、特定の設計と用途を持つプレーンベアリングタイプがあります。プレーンベアリングの特徴は次のセクションで説明します。

● 転がり軸受：

名前が示す通り、ボールや円形断面のローラーなどの転がり要素が、回転側と固定側の軸受リングの間に配置され、摺動摩擦を低減します。ボールベアリングとローラーベアリングは広く使用される2つのスタイルです。前者は球形ボールを転がり要素として使用し、後者は円筒形、テーパー形、球形、ニードルローラーを使用します。ローラーベアリングについては後で詳しく説明します。

● 玉軸受（ジュエルベアリング）：

ジュエルベアリングは、一方の面がサファイアなどのガラス質材料で作られたプレーンベアリングで、軸の摩耗と摩擦を減らします。このタイプのメカニカルベアリングは、軸をわずかにオフセンターで回転させて荷重を担います。予測可能な摩擦を減らす能力により時計の精度を確保できるため、機械式時計やクロックでよく利用されます。

● 流体ベアリング：

このタイプのメカニカルベアリングは、薄いガスまたは液体の層を利用して荷重を支持する非接触ベアリングです。例えば、エアベアリングです。流体ベアリングは回転によって液体から潤滑ウェッジを作り出します。ボールベアリングが使用できない高精度、高荷重、高回転数用途で使用できます。

● 磁気ベアリング：

荷重は磁場によって磁気ベアリングで担われます。磁気ベアリングは非常に低い摩擦を持ち、潤滑剤なしや真空中で作動可能です。このスタイルのメカニカルベアリングは、モーターと発電機への適用が増えています。

● フレクチャーベアリング：

運動は、ある部分が他の2つに接合する曲げ要素によって担われ、ヒンジのようなものです。適切な材料と設計で製造されれば、フレクチャーベアリングは著しく耐久性があります。このメカニカルベアリングのもう一つの利点は、疲労に対する理想的な抵抗性です。転がり要素に依存する他のメカニカルベアリングは、ボールやローラーが互いに扁平化すると疲労することがあります。

プレーンベアリングの特徴とメリット

ブッシュベアリングは、様々なプレーンベアリングの中で産業加工で最も広く適用されるタイプです。プレーンベアリングは一般的に回転軸や摺動軸で利用されます。転がり要素を持たないプレーンベアリングは、最もシンプルでコスト効率の良いメカニカルベアリングタイプです。

また、プレーンベアリングは軽量でありながら同時に大きな荷重容量を持っています。これらの利点により、蒸気タービンやコンプレッサーなど、エンジンとターボマシン用途の大規模なバリエーションでますます人気があります。プレーンベアリングは低速軸にも適しています。例えば、船のプロペラシャフト、または多くの一般的な直線、断続運動など、コスト効率が良く効果的です。ほとんどのプレーンベアリングは潤滑剤との組み込みを必要とし、摩擦を低減します。一部のプレーンベアリングは、食品加工業界で使用されるプラスチックタイプのように、埋め込み潤滑剤で製造されています。

転がり軸受

転がり軸受は基本的にラジアルベアリング、アンギュラコンタクトベアリング、スラストベアリングに分類できます。比較的軽荷重を支持する場合、ボールベアリングが理想的な選択肢です。一方、比較的重荷重、またはコーナリングで荷重が変化する可能性がある場合は、テーパータイプを使用すべきです。

ボールベアリングは通常、ステンレス鋼またはクロム鋼で作られ、ボールを使用して2つのリングの間で分離・作動させます。ボールベアリングは一般的にローラータイプより低い荷重容量を持ちます。これはボールがレースに対してより小さな接触面積を持つためです。

最大の強みは、内輪と外輪の不同心を許容できることです。一方、ローラーベアリングは特にラジアル荷重用途でより高い荷重容量を持ちます。しかし、アキシアル荷重にはあまり適していません。通常、このタイプのメカニカルベアリングの様々な転がり要素の半分未満が相当な荷重部分を支持し、外部荷重はローラー間で操作中に常に寄与されます。