なぜボールベアリングが私たちの身の回りにあるのか

デザレットニュースのイアン・サリバン

私が自転車に乗れるようになったときのことを覚えています。5 歳、身長 3.5 フィートのときでした。最初はバイクが重くて扱いにくく、何度もアスファルトに衝突しました。しかしその後、私はバランス、ペダルの踏み方、操縦の仕方を理解し、空を飛べるようになりました。私は自分の人生をほとんど静止した物体として過ごしてきたことに気づきましたが、今では車輪があり、自分自身の速度を持っています。ぐるぐる回ったり、直線で速く走ったりできました。それは自由のように感じました。魔法のように感じました。

当時、私は、5 歳児がほんの少しの努力や自制心で鳥のように飛び回ることができるということに疑問を抱きませんでした。私はそれを当然のことだと思っていました。自転車が存在したので、それに乗りました。楽しみのために。できたから。自転車がパンクした以外に故障したとき、私はそれを直す方法を知りませんでした。結局、新しいものを手に入れることになりました。私は機械のことも、魔法が実際にどのように機能するのかも知りませんでした。

19歳のとき、大学に通うために家を離れました。車を持っていないので自転車が必要だったのですが、キャンパスの向かいに自転車屋がありました。私は店に入り、長髪の整備士に、高速でよく曲がって故障しないバイクが欲しいと言いました。彼はフランス製の赤と黒のモトベカンを持ち出した。私はそれに乗って恋に落ちました。

しかし、整備士はバイクが故障していると私に警告しました。彼は、「これは良いコンポーネントを備えた良いバイクですが、最高のバイクであってもメンテナンスが必要です。」と述べました。

彼によると、自転車は軽量でボールベアリングで回転するため、これまでのところ最も効率的な移動手段だという。ホイール、ペダルとクランク、ステアリングコラムなど、すべての可動部品はボールベアリングで回転します。

「見えないよ」と彼は言った。「それらは中に隠されています。ドーナツ型の殻の中で回転する鋼球のリング、あるいはベーグルの両面の間に挟まれているようなものです。」

彼はベーグルを握るように手を握った。「きつすぎるとボールは回転しません。緩すぎるとボールはぐらつきます。しかし、その間には摩擦がない魔法のスポットがあります。」

彼はベンチに横たわっている前輪を拾い上げ、車軸を両手で持つように私に言い、そして回してみました。

彼は、「ベアリングが緩んでいて、車輪がぐらついていたので、ある男がこの車輪を持ち込んできました。」と言いました。

私の手の中のホイールは、バターの上で回転しているように感じました。静かに、振動もなく、決して止まらないように感じました。

「ベアリングを調整しました」と彼は言いました。「もういいよ。」

私のバイクのベアリングも今のところは良好だが、最終的にはすべての軸がずれて調整が必要になるだろうと彼は言いました。

「それが現状だ。だから、自分の方向性を維持する方法を学ぶ時が来たんだ」と彼は言った。

私は自転車とたくさんの工具を購入しました。彼が必要だと言うものでした。

それからどのくらい経ったのか、なぜ具体的に自転車を分解し始めたのかは覚えていませんが、ある瞬間、自転車がばらばらになり、キッチンの床に小さな鋼球が100個転がっていました。完璧に機能していた機械を混乱に陥れたので、「これはうまくいかないかもしれない」と思いました。

ボールベアリングは私たちの周り、すべての車輪やモーターの内部にあることがわかりました。これらは設計によって隠され、囲まれているため、実際に動作しているのを見ることはできません。しかし、それらはここ、私たちの扇風機、掃除機、ジェットエンジン、そして自転車、車、トラックの中にいます。それらは文字通り、私たちが転がる方法なのです。ボールベアリングがなければ、私たちが知っている文明は音を立てて停止するでしょう。それにもかかわらず、私たちは彼らにほとんど認識も敬意も与えません。彼らがどこから来たのか、どうやってここに来たのか、私たちは考えません。私たちは彼らに依存していることを知りません。

ベアリングにはたくさんの種類があります。ボールやローラー要素を備えたものと、備えていないものがあります。これらすべてに共通しているのは、摩擦を軽減する機能です。今日、これは私たちが必要とし、望んでいることです。つまり、さまざまな意味での摩擦の減少です。しかし、人類の歴史のほとんどにおいて、摩擦は問題ではなく、軽減したり克服したりする必要のあるものではありませんでした。摩擦はかつては良いものでした。こうやって歩いているときに滑らないようにしました。そうやって私たちは火を起こしたのです。

しかし、約 1 万年前、人々は神聖な巨石記念碑を建設するために地面に大きな岩を移動し始めました。私たちが話しているのは、地球と空を結ぶ構造物、魔法の力を持った構造物を建てるために、しばしば何マイルも運ばれた象やクジラほどの大きさの岩のことです。このとき、摩擦が初めて問題になり、ベアリングへの依存が始まりました。

彼らは石器時代の人々であり、扱うための石器しか持っていませんでした。馬はまだ家畜化されていませんでした。彼らが移動させて設置した巨大な岩は、今もアフリカ、ヨーロッパ、アジア、太平洋の島々に残っています。内容を書き留めていないため、なぜ彼らがそうしたのかは誰にもわかりません。当時は書き言葉はありませんでした。したがって、彼らがどのようにしてそれを行ったのかはわかりませんが、可能性は1つだけであるようです。

4,600 年前、現在のイングランドのソールズベリー平原に建てられたストーンヘンジについて考えてみましょう。外輪にある高い立石は、高さ 13 フィート、幅 7 フィート、厚さ 4 フィートで、それぞれの重さは最大 30 トンで、25 マイル離れた採石場から運ばれてきました。

私たちが 4,600 年前の採石場に立って、地面に横たわっている長さ 13 フィート、重さ 30 トンの石の 1 つを眺めながら、それを 15 マイルどころか 1 フィートでもどうやって動かすのかと不思議に思っているところを想像してみてください。

私たちには基本的な問題が 1 つあります。それは、摩擦が多すぎるということです。摩擦は、表面が互いに滑ったり転がったりすることで発生します。接触する表面積が増えるほど、より多くの摩擦が発生します。石がボールのような形であれば、地面に触れる表面積が少なくなり、転がすことができますが、ボールの代わりに長いスラブを使用します。地面の上を滑らせるのは不可能に思えます。

私たちの唯一の望みは、岩と地面が接触する表面積を減らすことです。すでに答えを思い付いているかもしれません。私たちは岩の下で滑らかな丸太をローラーピンとして使用します。石斧で木を何本か切り倒し、幹を滑らかにして、次々と岩の下に置きます。岩は地面に触れず、転がる丸太の上に乗ります。これにより、摩擦が大幅に減少します。

これが彼らがやったことだと私たちが考える方法です。確かなことはわかりませんが、他の唯一の答えは魔法か宇宙人によるものです。

これらは最初のベアリングであり、摩擦力を克服するための最初のステップでした。私たちは今ではそれらをローラーベアリングと呼び、今でもコンベヤーベルトに使用しています。

摩擦を減らすための 2 番目の大きな革新は、車輪の発明でした。車輪と車軸は常に一体となっているため、車輪と車軸の発明と言うべきでしょう。ホイールが車軸を中心に回転するこの場所、それが新しいベアリングでした。今ではそれをすべり軸受と呼んでいます。

何千年もの間、車輪を組み立てる方法と実践は本質的に同じままでした。 1869 年、フランスの自転車整備士ジュール・スリレイが自転車の車輪用のボールベアリングを設計、製造したことで、すべてが変わりました。ベアリングの進化とフリクションの低減により、自転車は大きく前進しました。

その始まりは、1817 年に発明されたランニングマシンでした。自転車に似ていますが、ペダルがありませんでした。フレームは木製で、車輪は木製でプレーンベアリングが付いていました。前進または後進するには、地面に沿って歩くか走らなければなりません。フランス人はそれをヴェロシペデと呼びました。 1860 年までに、パリのベロシペードは、かなり美しい軽量鋼合金フレームを備えていました。その後数年かけてペダルが追加され、自転車が誕生しました。初期の自転車には大きな前輪が付いていました。そうすることで、ペダルを回すたびにより遠くへ、より速く進むことができるからです。

1869 年までに、パリのあちこちで自転車レースをする若者たちがいました。人々は、石畳の道路でぶつかったり跳ねたりする自転車を骨を揺るがす自転車と呼んでいました。これらの衝撃や跳ね返りの力は、まず前輪のプレーンベアリングに伝わり、次にスチールフレームを通ってライダーの骨に伝わります。

ベアリングも下部椎骨と同様に摩耗します。可動部品は、地面を横切って移動し、重力や横方向の加速力を受けながらも、すべてが正しい形状とサイズを保ち、整列した状態で、ユニットとして機能する必要があります。最初はすべてがうまく連携して機能しますが、最終的には摩擦によって熱が発生し、膨張してさらに多くの摩擦が発生します…そして、特に衝撃や跳ね返りがある場合、ユニットはバラバラになってしまいます。

私たちは、スリレイがパリの鍛冶屋兼自転車整備士だったことを知っています。私たちは彼がレピュブリック広場の近くに店を持っていたことを知っています。しかし、残念ながら、彼の個人的な経歴やボールベアリングの設計をどのように思いついたのかについてはほとんど知られていません。

私は、パリ中の若者たちが壊れた自転車をスリレイに持ってきて、もっと速く走れるように修理してほしいと頼んだのではないかと想像しています。彼らは競争力を求めていました。スライレイさんは自転車を見て、前輪のベアリングが摩擦や酷使によって磨耗していることに気づきました。摩擦を減らすことができれば、バイクはより速く進み、より長持ちするでしょう。

1869 年 11 月 7 日、パリからルーアンまで 130 マイルの田舎を走る初の長距離自転車レースが開催される予定だったことがわかっています。スライレイはボールベアリングを発明したのではなく、実際に車輪と車軸として機能するボールベアリングを初めて作った人にすぎません。彼は鋼球を手でヤスリで削り、旋盤を使って丸いハーフシェルを 2 つ作り、それからボールが車軸と車輪の間で自由に回転できるように、それらを所定の位置に保持する方法を考え出しました。きつすぎず、緩すぎずです。。彼のデザインはシンプルで、とてもうまくいきました。基本的には現在私たちが使用しているものと同じデザインです。ホイールをスピンさせたときは本当に気持ちが良かったに違いありません。魔法のように感じられたかもしれません。

レースのスタートには120人のライダーが凱旋門に現れた。コースはでこぼこした田舎道に沿って進み、自転車を押して行かなければならない上り坂セクションがありました。スライレイの自転車に乗っていた20歳のイギリス人、ジェームス・ムーアが2位と3位を15分上回って1位でゴールした。ムーアは有名になり、スリレイはボールベアリングを備えた自転車のホイールを製造する事業を始めました。

そして1870年に普仏戦争が始まり、パリは戦場となった。もう自転車に興味を持つ人は誰もいませんでした。

自転車の製造はドイツ、イギリス、アメリカに移りました。ボールベアリングは標準部品になりましたが、特に鋼球は手作業で一つ一つ形を整え、ヤスリで削ったため、製造が困難でした。その後、1883 年にドイツの自転車メーカー、フリードリッヒフィッシャーは、100 分の 2 ミリメートル以下の高精度で大量の鋼球を製造できるボール研磨機を発明しました。

1890 年までに、自転車は今日とほぼ同じように見た目も扱い方も変わりました。前輪と後輪は同じサイズで、空気注入式のゴムタイヤが付いていました。ペダルはフレームの中央にあり、後輪にチェーンが接続されており、すべての可動部品 (ブレーキを除く) はボールベアリングで回転していました。骨シェイカーよりもはるかに安全で乗りやすいため、彼らはこれを安全自転車と呼びました。

1890 年代半ばまでに、自転車のブームがヨーロッパとアメリカに広まりました。何百もの自転車メーカーがあり、何百万人もの人々が自転車に乗っていました。自転車は人々、特に女性に新たな自由の感覚を与えました。

自転車に乗る女性たちは、選挙権などの平等な権利を要求し始めた。彼らは、自転車に乗っているときだけでなく、生活のあらゆる場面で摩擦のない自由を望んでいたのです。

しかし、20 世紀初頭、手頃な価格の自動車が大量生産され、男性が運転席に戻ると、状況はすべて変わりました。

ボールベアリングは、自動車、その後飛行機、さらには発電機や電気モーターにも使用されました。摩擦を軽減するボールベアリングがなければ、これらの新しい機械の回転部分が加熱して固着してしまうでしょう。

このようにして、私たちの体に水が不可欠であるのと同じように、ボールベアリングは私たちの文化に不可欠なものになりました。この例としては、第二次世界大戦中のシュヴァインフルト爆撃が挙げられます。 1943 年当時、シュヴァインフルト市は、第三帝国の戦闘機械内で回転するボールベアリングの約 50 パーセントを製造していました。したがって戦略は、ボールベアリング工場を爆撃して戦闘機械を無力化することでした。

1943 年 8 月 17 日の朝、230 機のアメリカの B-17 爆撃機がイギリスから離陸し、海峡を越えてドイツのシュヴァインフルトに向かいました。爆撃機は20マイルにわたって編隊を組み、空を覆い尽くした。大陸を通過すると、ドイツのメッサーシュミット戦闘機が迎撃し、撃墜を開始しました。すべての飛行機のプロペラシャフトの周囲にはボールベアリングが取り付けられていました。それはボールベアリングによる、ボールベアリングのための戦いでした。

工場は攻撃を受けたものの、一時的な被害にとどまった一方、アメリカ軍は飛行機と乗組員の約20パーセントを失い、死亡または捕虜となった。明らかに、爆撃任務は成功しませんでした。そこで連合軍はそれを何度も繰り返し、合計22回も繰り返した。それでも、ドイツの戦闘機はボールベアリングに悩まされることはありませんでした。

現在、当社はボールだけでなくローラーピンやローラーコーンに乗る最も優れたベアリングを提供しています。流体や空気に乗るベアリングもあります。たとえば、ラップトップコンピューターのディスクは、固体表面が接触しないエアベアリング上で回転するため、摩擦がほとんどゼロになります。今日、摩擦はもはや解決すべき問題ではありません。

私たちの今の問題は、私たちの周りで回転する車輪とモーターが多すぎることです。氷河が後退し、種が絶滅する一方で、私たちは氷河とそれを動かし続ける化石燃料に依存するようになりました。

私たちが今本当に必要としているのは、新しい種類の軸、純粋に概念的なもの、科学と宗教、あるいは私たちと彼らといった、2つの相反する思想や信念を、摩擦なく一緒に動けるように保持できる軸です。イエスと仏陀は、概念的な意味として、慈悲はこのように機能すると考えましたが、慈悲は常に不足していたり、必要なときに存在しなかったりするようです。

キッチンの床に散らばった鋼球を見つめていたのは大学時代以来46年ぶりだが、自分の姿勢を維持する技術や、きつすぎず、緩すぎず、完璧な位置を見つける技術をまだ習得できていないことを告白しなければならない。 — でも、私はそれに取り組んでいます。

この話は Deseret Magazine の 10 月号に掲載されています。購読方法について詳しくは、こちらをご覧ください。