バビット（合金）

バビット金属またはベアリング金属は、滑り軸受のベアリング面に使用されるいくつかの合金のいずれかです。

オリジナルのバビット合金は、1839年に米国マサチューセッツ州トーントンのアイザック・バビット[1]によって発明されました。彼は合金の配合の1つを公開しましたが、他の配合は企業秘密としました。[ 2 ]^他の配合^は後に開発されました。^[3]同名の語源が長い間重要視されていなかった他の用語（ディーゼルエンジンや耳管など）と同様に、バビット金属という用語は、小文字で表記されることがよくあります。 ^[3]^{[4]この用語}は、亜鉛ダイカスト金属、鉛ベースの合金、スズベースの合金、およびベアリング金属を指す「ホワイトメタル」という用語よりも好まれています。

バビット金属は、複雑な複数金属アセンブリの薄い表面層として最も一般的に使用されますが、元々は現場鋳造のバルク軸受材料として使用されていました。バビット金属は、かじりに対する耐性が特徴です。バビット金属は柔らかく、損傷しやすいため、軸受面には適していない可能性があります。ただし、その構造は、より柔らかい金属に分散した小さな硬い結晶で構成されているため、技術的には金属マトリックス複合材になります。軸受が摩耗すると、より柔らかい金属がいくらか侵食され、実際の軸受面を提供する硬い高所の間に潤滑剤の経路が作成されます。より柔らかい金属としてスズを使用すると、摩擦によってスズが溶けて潤滑剤として機能し、他の潤滑剤がない場合でも軸受を摩耗から保護します。

内燃機関では、周期的な負荷に耐えられるため、主にスズをベースとしたバビット金属が使用されます。

従来のバビットベアリング

バビット金属ベアリングの従来のスタイルでは、鋳鉄製のピローブロックがシャフトの周りに緩い嵌め合いとして組み立てられ、シャフトはほぼ最終位置になります。鋳鉄製のピローブロックの内面には、ベアリング金属を鋳造する際に位置を特定するためのキーを形成するために穴が開けられることがよくあります。シャフトは離型剤としてすすでコーティングされ、ベアリングの両端は粘土で詰められて鋳型を形成し、溶融金属がシャフトの周りの空洞に注がれ、最初にピローブロックの下半分が満たされます。ベアリングを剥がし、金属をピローブロックの上面に合わせて切り戻します。凝固したバビット金属は、ナイフや鋭利なノミで切断できるほど柔らかいです。

下部ベアリングの表面を保護し、ピローブロックのキャップをシャフトから離すために、スチール製のシムが挿入されます。粘土で端を再密封した後、ピローブロックのキャップ上部の穴からさらに金属を注ぎ、最終的に潤滑ポートとなるピローブロックのキャップを埋めます。

次に、ベアリングの 2 つの半分をシムで分割し、シムを取り外し、オイル穴から金属を取り除き、新しいベアリングの表面にオイルウェイを切り込みます。シャフトにエンジニアブルーを塗り、ベアリング内で回転させます。ベアリングを分解すると、ブルーがくぼみを埋め、高い部分がこすれて見えるようになります。高い部分が削り取られ、シャフトを取り外したときに均一で均等に分散したブルーのパターンが現れるまで、このプロセスを繰り返します。次に、ベアリングを洗浄して潤滑し、シムを調整して、シャフトがベアリング内でしっかりと保持されるものの、拘束されないようにします。次に、低負荷と低速回転で大量の潤滑剤を塗布してベアリングを「慣らし」、硬いベアリング表面を露出させるプロセスを完了します。シムの最終調整後、非常に信頼性が高く、高負荷能力のベアリングが完成します。

低コストの電気モーターが登場する前は、何百ものバビットベアリングで動く頭上シャフトを介して、中央エンジンから工場全体に電力が分配されていました。この回転力を作業機械に伝達するために、皮革、布、またはゴムのベルトが使用されることが多かったです。

「ランベアリング」という表現もこのタイプのベアリングに由来しており、潤滑が不十分だとベアリング内の摩擦により熱が蓄積し、最終的にはベアリングの金属が溶けてピローブロックから流れ出てしまいます。

現代のバビットベアリング

1950 年代半ばまで、自動車用途では、注入バビットベアリングが一般的でした。バビットは、型を使用してブロックまたはキャップに注入されました。コネクティングロッドとクランクシャフトにかかる衝撃荷重に耐えられるため、スズベースのバビットが使用されました。注入バビットベアリングは薄く保たれました。ロッドとキャップには、バビットが摩耗すると剥がれるシムが付いていました。フォードは、各キャップに 0.002 インチの 2 つのバビットを使用していたことで知られています。バビットは、86% の錫、7% の銅、7% のアンチモンで構成されていました (モデル Tの KRW カタログを参照)。現在使用されている真鍮のシムは時間の経過とともに圧縮される傾向があり、ベアリングの寿命が短くなるため、スチール製のシムが使用されました。注入式バビットベアリングは、通常、交換が必要になるまで 50,000 マイル以上使用できます。注入式バビットベアリングは、故障しても問題なく、長期間にわたって車を運転できることでも知られています。故障したベアリングがクランクシャフトを損傷する可能性は低いです。

現在の自動車エンジンのクランクシャフトとコネクティングロッドのビッグエンドベアリングは、ベアリングキャップにキー留めされた交換可能なスチールシェルで作られています。スチールシェルの内面はブロンズコーティングでメッキされており、さらにベアリング面としてバビット金属の薄い層でコーティングされています。

この金属層を敷設するプロセスはバビッティングとして知られています。

代替ベアリング

多くの用途では、ボールベアリングやローラーベアリングなどの転がり軸受がバビットベアリングに取って代わっています。このようなベアリングは滑り軸受よりも摩擦係数が低いですが、主な利点は潤滑剤を継続的に加圧供給しなくても確実に動作できることです。ボールベアリングとローラーベアリングは、ラジアルスラストと軸方向スラストの両方を支える必要がある構成でも使用できます。ただし、転がり軸受には、バビットなどの流体膜軸受が提供する有益な減衰機能と衝撃荷重機能がありません。