来たる5G時代に求められる
“世界最小”の流体動圧軸受の開発に挑む

なぜ「動圧溝」をつけるのか

「当社が最初に動圧ベアファイトを開発したのは、2000年代初頭に遡ります。それから20年ほどの間、試行錯誤を重ねながら現在の開発法を確立してきました。しかし、従来品ですでに内径1.5mmまで小さくなっているものを、さらに小さくすることは大きな挑戦となりました」

開発リーダーの伊藤が言う。難しさは何と言っても、内径0.6mmをいかに実現させるかということだった。それが今回の開発のポイントである。が、そこに話を進める前にまず、動圧ベアファイトとはどういうものかをさらに詳しく見ていこう。

繰り返しになるが、動圧ベアファイトとは、焼結によって作られ、かつ動圧溝を持つすべり軸受のことである。NTNの特許技術であるが、この軸受にはどのようなメリットがあるのだろうか。それを知るためのカギとなるのが、焼結という方法を採ることの意味、そして溝をつける理由である。まず、溝をつける意味について、加藤が説明する。

「すべり軸受は、軸と軸受のすき間に油膜を作り、それによって軸を支え、摩擦を低減させています。その際、軸受の内径面に溝があるかないかで油膜のでき方が違ってきます。まず、軸受に溝がない場合は、回転している軸の中心が、荷重によって軸受の中心から少しずれる、つまり“偏心”することで、すき間の油が押しのけられ、その作用で圧力が発生して、軸が油膜に支えられます。すなわち偏心しないと油膜はできません。一方、軸受の内径面全周に渡って溝があると、“動圧”という力が軸受の全周に均一に発生します。すると、回転する軸が偏心せずに中心位置に保たれるため、軸と軸受がより接触しにくくなり、その結果、高い回転精度、低騒音、長寿命化へとつながります」

動圧溝のあるすべり軸受（動圧ベアファイト、左）と動圧溝のないすべり軸受（右）、
それぞれの摩擦低減の仕組み

ヘリングボーン型の動圧溝

このように溝が動圧の発生をうながすため、この溝を動圧溝という。通常、動圧溝は、図のように魚の骨に似た形状になっており、「ヘリングボーン型」と呼ばれる（ヘリングは魚のニシンの意味）。

焼結は、内部にできる空孔がカギ

一方、焼結によって軸受を作る意味はどこにあるのか。これは、油膜を形成するための油をどのように供給するかに関わってくる。改めて焼結とは、金属などの粉末を融点以下の温度で熱して固める方法だ。融点以下の適切な温度で熱せられると粉末は固体のままで互いに硬く結びつく。そして、粉末同士の間に空孔（ポーラス）と呼ばれる無数の穴ができた状態で固まるのだが、それが大きな意味を持つ。加藤が続ける。

焼結によって作られた軸受の表面
無数の空孔が見える

「焼結によって生じる空孔には、あらかじめ油を染み込ませておくことができます。すると、軸が回転する際に空孔内の油がにじみ出て、それが油膜を作る役割を果たすのです。一方、焼結ではなく、金属（真鍮など）を削って作った軸受は、内部に油を含有させることができないため、別途油を点滴する必要が生じます。つまり焼結軸受は、油を元々含有させることができるため、焼結でない軸受に比べて多くの油を保持できます。その結果、長寿命が期待できます。それが焼結で軸受を作ることの一番のメリットです。加えて焼結の場合、粉末の金属を固めて成形するため、金属を削り出したりする必要がなく、無駄なく金属を使うことができます。材料を無駄にしないという点でも、焼結には利点があるのです」

5つの工程によって作られる

では次に、動圧ベアファイトはどのように作られるのかを見ていこう。工程は次の5つに分けられるという。

１．混合　各種金属粉末や添加粉末を混合器の中に入れて混ぜ、均一の粉末にする。
２．成形　１でできた粉末をプレス機で圧縮し、多孔質（多数の小さな孔がある状態）の圧粉体とする。
３．焼結　２の圧粉体に、熱を加えて融着させ強固にする。
４．サイジング（整形）　焼結工程を経て固まったものをプレス機に入れ、内径・外径を精度良く仕上げる。この工程で動圧溝をつける。
5．含油　サイジングされた製品を、タンクに入れて減圧して気孔内の空気を抜き、そこに油を染み込ませる。完成。

動圧ベアファイトの製造工程

「成形」の工程で基本的な形状はできるが、この段階ではまだ、粉をギュッと固めただけという状態。「焼結」の工程を経て、硬さを得ることになる。そして「サイジング」の工程において、圧縮して最終的な寸法に整えると同時に、ヘリングボーン型の動圧溝が付与される。さらに「含油」の工程を経て、動圧ベアファイトが完成するのだ。

今後、広く求められていく

試験の成功によって完成を知る

しかし、本当に喜べたのは、もう少しあとのことになる。仕様通りに作ることができても、要求された機能を出せなければ意味がないからだ。できあがった軸受を、顧客が使用するのと同じ条件で試験した。規定の負荷をかけても問題がないかを確かめた。するとうまくいった。無事に試験をクリアできたのだ。

「この段階にまで至って、ようやくほっとすることができました」

当時を思い出して伊藤が言う。それは3人の開発担当者が、それぞれの役割を果たし、完成の喜びに浸ることができた瞬間だった。

その後2年ほどの時間をかけて、量産に向けた体制がつくられていった。《世界最小サイズの流体動圧軸受「動圧ベアファイト」を開発》と題されたプレスリリースが出されたのは、2023年10月のことだった。

サイズが変わるとさまざまな条件が変わる

現在は、一部の顧客からの評価を待っているところだというが、今後、この商品のニーズが拡大していくことには確信があると加藤は話す。

「日々、お客さまとやり取りしていると、いろいろな分野で機器の小型化が進んでいることを実感します。さらに、人体に近いところで使う機器も多くなってきています。それゆえに今後、今回の商品が広く求められていくことは間違いないと思います。いま販売拡大を進めていますが、もっと大きくPRして、広く使ってもらえるようにすることを目指しています」

今後、さらに小さいサイズを目指したりすることもあるのだろうか。尋ねると伊藤は言った。

「内径0.6mmは、このタイプの軸受としては限界値まで来ている可能性もあります。私たちが今後やっていくことはおそらく、さらに小さいものを、というより、この軸受について、さらに寿命を伸ばすために工夫する、といったことが中心になろうかと思います」

そして最後に加藤は、今回の開発を通じての発見についても話してくれた。

「このような小さなサイズのものを作るとき、既存のサイズと同じ考えで設計しても上手くいかないこともあるということを今回強く感じました。サイズが変わるとさまざまな条件が変わってくる。そのことをあらためて実感できたことは、今後の自分自身にとっても、大きな学びになりました」

私たちが日々使うあらゆる機器が、軸受なしでは動かない。目の前の小さなモバイル機器にも、彼らのような開発者たちの、技術と思いが詰まっている。

※取材内容、および登場する社員の所属はインタビュー当時のものです。