ベアリングとは？使われる場所や仕組み・役割も紹介！

ベアリングと聞いて、すぐ的確に説明できる人は少ないのではないでしょうか。

「そもそも今まで見たこともない」「どんなものかも分からない」という人もいるでしょう。

ベアリングは、日常的にあまりなじみがありませんが、さまざまな機械を利用している現代社会においては必要不可欠なものです。

この記事では、ベアリングとはどのようなものか、どのような役割があって、どこで使われているのかを解説します。

 ベアリングとは

ベアリングは、機械の中にある軸の回転を滑らかにするものです。

軸受（じくうけ）といわれることもあり、その名の通り、軸の回転を受ける働きをします。

内輪・ボール・外輪の3層になっており、外輪は機械に固定されています。

軸を安定させるために内輪の中に軸をはめ込み、軸を滑らかに回転させるのです。

ベアリングが使われる場所

ベアリングは、風力発電機や飛行機、電車や自動車など、さまざまな場所で使われています。

例えば風力発電機では、2m以上もある大きなベアリングが、発電機の羽の回転を支えています。

飛行機では、200℃の高熱に耐えられるベアリングを使用することで安全な運行が可能になっています。

自動車には、1台に100～150個ものベアリングが使われています。

このように用途に応じた大きさや強度、適切な個数のベアリングを使うことで、安全・快適に機械を使用できるのです。

ベアリングの種類

ベアリングには、「すべり軸受」と「ころがり軸受」があります。

すべり軸受

すべり軸受は、スライドベアリングともいわれ、油膜により潤滑することで摩擦を減らしています。

軸と軸受が直接触れる場合に使われる仕組みです。

金属以外にもプラスチックを使った樹脂軸受や金属の粉を焼き固めて作った焼結含油軸受などがあります。

材料によって水を通しにくかったり電気を通さなかったりといった特徴がありますが、ずべり軸受は構造が簡単なので小型化しやすく、振動にも強いのが特徴です。

ころがり軸受

「ころがり軸受」は、「ころ」という円柱形の部品やボールを使って、軸との摩擦を減らしています。

ころを使ったベアリングはころ軸受やローラーベアリングと呼ばれ、ボールを使ったベアリングは玉軸受やボールベアリングともいわれます。

ころがり軸受は高速回転に強いのが特徴です。

ベアリングの構造

ベアリングは、軌道輪・転動体・保持器・潤滑剤などから構成されています。

各部品の役割は以下の通りです。

軌道輪

軌道輪は、リング状の部品です。

軸に対して上下方向に力を受ける場合に使うラジアルベアリングに使用します。

内側の軌道輪を「内輪」、外側の軌道輪を外輪といいます。

外輪は、外輪と接触するハウジングという部品に組み込まれています。

また軸と同じ方向の力を支えるベアリングを、スライドベアリングといい、スライドベアリングでは、軌道輪ではなく軌道盤を使用します。

転動体

転動体には、「玉」と「ころ」があります。

「玉」を使うベアリングをボールベアリング、「ころ」を使うベアリングをローラーベアリングといいますが、「ころ」はさらに、円筒ころ・針状ころ・円すいころ・凸面ころなどの種類があります。

回転速度など、条件によって適切な転動体が使い分けられているのです。

保持器

保持器は、隣り合う転動体が滑らかに転がるために必要な部品です。

ベアリングが回転したときに転動体同士がぶつかり合うと、ベアリングの動きを妨げることになります。

隣り合う転動体を保持器で分けて配置することで、転動体が滑らかに転がるようになるのです。

保持器には、抜き打ち保持器やもみ抜き保持器などの種類があります。

ベアリングを効果的に使うためにも、条件に応じた保持器を使わなくてはなりません。

潤滑剤

潤滑剤は、部品同士の摩擦や摩耗を減らす役割があります。

ベアリングの潤滑剤としてよく使われるのは、半固形状のグリースや液体状の潤滑油です。

また潤滑剤をベアリングに供給するための、供給装置や密封装置も必要です。

給油装置は、ベアリングの種類や使い道によっていろいろな形式があります。

近年では、集中給油装置を使うことが多いようです。

密封装置はベアリングの内部に異物が入ったり、ベアリングから潤滑剤が漏れたりするのを防ぎます。

給油装置・密封装置・潤滑剤、それぞれの働きによって、ベアリングがより効果的に動くようになります。

ベアリングの役割

ベアリングの役割として、摩擦を減らすことと回転軸を正しい位置に保つことが挙げられます。

それぞれの役割を詳しく見ていきましょう。

摩擦を減らす

ベアリングの役割は、摩擦をゼロに近づけることです。

軸が回転するときの摩擦を減らすことで、より滑らかな回転が実現します。

摩擦が大きいほど軸の回転に大きなエネルギーが必要になり、軸の回転は鈍くなるでしょう。

摩擦が少ないほど少ないエネルギーで軸を回転させられます。

 回転軸を正しい位置に保つ

ベアリングが回転するときは、回転軸に大きな負荷がかかります。

大きな負荷がかかると、部品の故障にもつながりかねません。

回転の負荷で軸が壊れないように、回転軸を正しい位置に保つのも、ベアリングの重要な役割です。

ベアリングにかかる荷重

ベアリングにかかる荷重は、ラジアル荷重・アキシャル荷重・モーメント荷重の3種類に分類されます。

ラジアル荷重

ラジアル荷重は、ベアリングに対して垂直にかかる荷重です。

ラジアル荷重を支えるベアリングを、ラジアル軸受と呼びます。

アキシャル荷重

アキシャル荷重は、ベアリングに対して並行にかかる荷重です。

アキシャル荷重を支えるベアリングは、アキシャル軸受またはスラスト軸受と呼ばれます。

モーメント荷重

モーメント荷重は、ベアリングの偏心でかかる荷重です。

モーメント荷重がかかっている場合、ベアリングの寿命が大きく低下するので注意が必要です。

ベアリングの寿命

ベアリングの寿命は、軌道面や転動面の表層が剥がれてくるフレーキングが起こるまでの総回転数で定義されています。

部品の摩耗や錆びによっても使えなくなりますが、これは寿命ではなく故障です。

ベアリングの定格には、基本定格寿命・基本定格荷重・補正定格寿命があります。

これらはベアリングの製造メーカーが保証した、性能の限度です。

定格のほか、機械別に決められている必要寿命もあります。

例えば、家庭用電気器具や電動工具、農業機械などを短時間または断続的に使用した場合の必要寿命時間は、4,000～8,000時間となっています。

家庭冷暖房器用電動機や建設機械、エレベーターなどは、常に使わなくても確実に運転するものとした場合の必要寿命時間は、8,000～12,000時間です。

まとめ

ベアリングは、機械の回転軸を滑らかに動かすために必要な部品です。

普段はあまり目にすることもありませんが、さまざまな機械を使う現代の暮らしにおいて欠かせないものだといえるでしょう。

自動車や航空機から、エアコンや掃除機など身近な家電製品まで、日常生活の多くの場面で活躍しています。

たくさんの種類があり、構造や使っている材料によって特徴も違います。

用途によって、さまざまなベアリングが使い分けられているのです。