空気の力を利用して、超高速回転を実現! 軸受(ベアリング)の進化は、宇宙開発からも注目されている

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空気の力を利用して、超高速回転を実現!
軸受(ベアリング)の進化は、宇宙開発からも注目されている

2019.04.01

提供:大同大学

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空気の力を利用して、超高速回転を実現!
軸受(ベアリング)の進化は、宇宙開発からも注目されている

工業製品の分野ではコスト削減などを目的に、あらゆる部品の小型化・軽量化への要求が高まっています。モノの回転を助ける部品である“軸受(ベアリング)”もそんな小型化が求められている部品の一つ。毎分100万回以上の回転を支える軸受の小型化は、簡単な技術ではありません。しかし、それが実現することでコスト面以外にも、様々な可能性へとつながっていくのも事実です。

この記事をまとめると

  • 工業製品には欠かせない軸受。日本は軸受技術のトップクラス
  • 空気動圧軸受の進化で、ロケットの小型化が実現できる
  • 身の回りにある日用品を、高精度の実験に活用杣谷研究室では身の回りにある日用品を、高精度の実験に活用

日本の工業製品を支えてきた質の高い“軸受”

さまざまなすべり軸受。

さまざまなすべり軸受。

モノづくりや機械に興味のある方なら、“軸受(じくうけ)”という言葉を聞いたことがあるかもしれません。“軸受”は“ベアリング”とも呼ばれており、一言で説明すると「回転する部品の軸を支え、回転をなめらかにするための部品」です。何かが回転する時には摩擦が発生するため、回転エネルギーが失われます。また、回転する軸がずれてしまうことでも回転効率は悪くなります。そこで軸受を用いることにより、回転する軸を正しい位置に保ち、より少ない力で長く安定した回転を促しているのです。車輪や歯車、タービン、ローターなど、あらゆる機械には回転する軸が多くあり、必ずと言っていいほど軸受が使用されることから、“機械産業のコメ”と呼ばれているほどです。

実は日本はこの軸受について世界でもトップクラスの技術力を誇っており、精密なサイズの軸受を安定して生産できることで、日本の工業製品の品質の高さを維持してきたといっても過言ではありません。世界のベアリング生産における日本企業のシェアは3分の1を超えると言われています。さらに軸受の手法には、軸受の内側と外側に金属の球体を入れて回転させる“転がり軸受”や、軸になる部品と軸受の間に油や空気を流す“すべり軸受”、回転部分を磁気で支える“磁気軸受”など、いくつかの手法があります。

ロケットやエンジンの小型化に欠かせない技術

工学部 機械工学科 杣谷啓先生

工学部 機械工学科 杣谷啓先生

そんな様々な手法がある軸受の中でも、最近注目されている技術の一つが、大同大学の杣谷先生の研究室がテーマにしている「超小型・超高速ターボ機械用、空気動圧軸受」です。
近年、自動車やロケットなどエンジンや電源に使われる部品の小型化の要求が高まっており、10mm以下の小さな軸を毎分100万回以上で超高速回転させる、超小型・超高速回転ターボマシンに関する研究が活発になっています。このような超高速回転軸を実現するためには高性能な軸受が必要不可欠。空気の力を利用する“空気動圧軸受”は、部品部分を浮かせて回転させるため、理論上は摩擦が限りなくゼロに近くなるというメリットがあります。

これらの研究が進むと、今まで以上にエンジンなどの小型化、高性能化が実現可能に。一般的に宇宙開発の分野では、ロケットが1kg軽くなると、その打ち上げコストは100万円ダウンできるといわれています。手のひらサイズの軸受部品を採用することができれば、それはそのままロケットの小型化にもつながっていきますので、世界の宇宙開発の技術者たちからも、その実用化に注目が集まっています。

最先端の研究だから、実践装置も手作りする

自分たちで製作した、空気動圧軸受の実験装置

自分たちで製作した、空気動圧軸受の実験装置

「超小型で高性能な空気動圧軸受が実現すれば、宇宙開発だけでなくドローンや燃料電池の小型化など、さまざまな分野にも応用されていくことでしょう」と杣谷先生。ただこの研究も一筋縄ではいきません。問題点の一つに、今までにない高性能・小型化に挑戦しているため、実験装置の利用などに大きなコストが掛かってしまうのです。

そこで杣谷先生の研究室では、軸受の研究開発だけでなく、その実験装置も自分たちの手でつくることにチャレンジしています。高い費用を掛けなくても、身近な日用品を代替品にすることで簡単に実験ができることもあります。例えば、わずか0.01mm分だけ装置の位置を調整しなければならない時に、厚みが0.01mmのどこにでもあるアルミホイルを装置に貼り付けることで解決したり。「私たちの身の回りにあるものが、意外に精度が高いことが発見できて楽しいですよ」。誰もが頭を悩ますような問題でも、意外に身近なところから解決法が見つかる…というのもよくある話です。

【広告企画】提供 : 大同大学

この記事のテーマ
工学・建築」を解説

工業技術や建築技術の発達は、私たちの生活を画期的に快適で安全なものに変えてきました。先人たちの生み出した知恵に新しい技術をプラスすることで、その進歩はいまも日々、進んでいます。インフラの整備や災害に強い街作り、エネルギー効率の高い動力機械や高い知能を持ったロボットの開発など、工学や建築に求められるものはますます増えるでしょう。自然との共生も大きなテーマです。理系の中でもより実地的な分野だと言えます。

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この記事で取り上げた
「機械工学」
はこんな学問です

生活と産業に使われる機械類の仕組みを研究し、新しい機械を創造するための学問。目的に適した原理を力学的に研究する「設計工学」のほか、機械の安全・安定性を研究する「計測・制御工学」、空気や水の中で働く力について研究する「流体力学」、材料加工をテーマに研究する「加工工学」「材料工学」など研究分野はさまざま。このほかにも「精密工学」「熱力学」など、機械工学といっても、その研究範囲は多岐にわたっている。

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