境界潤滑とは？流体潤滑・混合潤滑との違いや発生原因・3つの対策を解説
自社機械のスムーズな動作と長期的な運転を維持するためには、潤滑状態を正しく把握する必要があります。
摩擦面における潤滑状態は、おもに3つの形態に分かれますが、なかでも早急な対応が必要となるのが「境界潤滑」です。
この記事では、3種類の潤滑状態の一つ「境界潤滑」について詳しく解説します。
流体潤滑・混合潤滑との違いやおもな発生原因はもちろん、境界潤滑状態を予防するために必要な対策も紹介します。
自社機械にとって最適な潤滑状態を実現したい方は、ぜひ参考にしてください。
境界潤滑とは
境界潤滑とは、潤滑箇所の状態を示す専門用語の一つです。
具体的には、潤滑箇所の油膜が極めて薄くなり、摺動面同士が部分的に接触している状態を意味します。
ここからは、境界潤滑が生じるメカニズムや摩擦係数などについて詳しく解説します。
境界潤滑が生じるメカニズム
境界潤滑は、機械の摩擦面におけるさまざまな条件が重なり、適切な厚みの油膜を形成できないことで生じます。
なお、潤滑箇所における油膜の厚みは「相対速度 × オイル粘度 ÷ 荷重」の式に比例して変化するのが特徴です。
したがって、以下のような潤滑環境・条件は「油膜の厚みを確保しづらい＝境界潤滑状態に陥りやすい」といえます。
- 潤滑剤の粘度が低い
- 摺動部の相対速度が遅い
- 摩擦面にかかる荷重が高い
ただし、摺動部の相対速度と摩擦面にかかる荷重に関しては、機械側の要件であるため、使用者にはコントロールしづらい部分です。
境界潤滑を防ぐためには、自社機械の要件にマッチした粘度・性能を持つ潤滑剤の選定が必要となります。
境界潤滑状態の摩擦係数
境界潤滑状態における摩擦係数は0.01〜0.1程度です。
摩擦係数とは、物体が潤滑剤に接触した際の滑りにくさを表す指標を意味します。
0〜1の値で示され、数字が大きいほど摩擦力も増大するのが特徴です。
なお、完全に乾燥した固体同士が接触する場合の摩擦係数は、0.3〜1の非常に高い値をとります。
一方、理想的な潤滑状態である「流体潤滑状態」の摩擦係数は、0.001〜0.01と摩擦抵抗が極めて小さくなります。
摩擦係数に関しては、以下の記事で詳しく解説しているので、ぜひ合わせてご確認ください。
【関連記事】潤滑油の摩擦係数とは？上昇で起こる3つのデメリットと対処法を解説
境界潤滑と流体潤滑・混合潤滑の違い
境界潤滑と流体潤滑・混合潤滑のおもな違いは、以下の通りです。
| 特徴 | 摩擦係数 | |
| 境界潤滑 | ・摺動面同士が部分的に接触している状態 ・極めて薄い油膜が形成されている ・適切な潤滑ができてない |
0.01〜0.1 |
| 流体潤滑 | ・摺動面同士が直接接触していない状態 ・十分な厚みの油膜が形成されている ・理想的な潤滑状態 |
0.001〜0.01 |
| 混合潤滑 | ・摺動面同士が局所的に接触している状態 ・薄い油膜が形成されている ・境界潤滑と流体潤滑が混じり合った状態 |
0.001〜0.1 ※おもに0.01〜0.1の範囲で収まる傾向 |
境界潤滑は油膜が薄く、摺動面が部分的に接触・摩擦している状態であるのに対して、流体潤滑は十分な厚みの油膜により、理想的な状態で保護されています。
一方、混合潤滑は、境界潤滑と流体潤滑が混合している状態です。境界潤滑よりも厚い油膜が形成されていますが、局所的に摺動面の接触が発生します。
なお、3つの潤滑状態と摩擦係数の関係は、以下の「ストライベック曲線」が示す通りです。
境界潤滑は他の潤滑状態と比較して、適切な潤滑ができておらず、機械部品に強い摩擦力が発生している状態といえます。
一定間隔で部品が直接的に摩擦し続けるため、摩耗や焼き付きなど、機械の故障につながるトラブルが発生しやすくなるでしょう。
【関連記事】流体潤滑とは？境界潤滑との違いや適切な潤滑状態をキープする方法を解説
境界潤滑状態に陥るおもな原因例
境界潤滑状態が発生するおもな原因として、以下のパターンが考えられます。
- 潤滑箇所に適したオイルを使用していない
- 温度や湿度など外的要因の影響を受けている
- 潤滑不足によって十分な油膜を形成できない
自社機械のスムーズな動作につながる最適な潤滑状態を維持するためにも、境界潤滑状態の具体的な発生原因を確認しておきましょう。
原因①：潤滑箇所に適したオイルを使用していない
潤滑箇所に適したオイルを使用していない場合、境界潤滑状態に陥りやすい傾向があります。
たとえば、相対速度が低く、高荷重がかかるギヤ部品に低粘度の潤滑剤を使用すると、必要十分な厚みの油膜を確保できない可能性が高いでしょう。
そのため、上記のような潤滑条件では、粘度の高い潤滑剤が適切です。
ただし、必要以上に油膜が厚くなるとかえって摩擦係数が増加し、機械の動作を妨げる要因になるため、あくまでも適切な粘度の選定を心がけましょう。
原因②：温度や湿度など外的要因の影響を受けている
境界潤滑状態の原因として、温度や湿度など外的要因の影響も無視できないポイントです。
潤滑剤は温度や湿度などの影響を受け、粘度や性質が変化します。
たとえば、高温下では潤滑剤の粘度が低下しやすいため、油膜も薄くなる傾向があります。
粘度や性質の変化に伴い、形成される油膜の厚みも変わるため、適切な潤滑状態を維持できない可能性があるでしょう。
原因③：潤滑不足によって十分な油膜を形成できない
潤滑不足も境界潤滑状態に陥るおもな原因の一つです。
たとえ潤滑条件に適したオイルを使用していても、油量が不足している状態では、適切な厚みの油膜を形成できません。
その結果、摺動面の摩擦力が増加し、部品の劣化や破損につながる可能性があるでしょう。
【関連記事】潤滑油の油膜とは？自社機械の長寿命化を実現する高性能な製品を紹介
境界潤滑の発生を防ぐ3つの対策
境界潤滑の発生を防ぐためには、以下のような対策が必要です。
- 環境に見合った粘度・性能の潤滑剤を選定する
- 耐熱性や耐水性の高い潤滑剤を使用する
- こまめな注油やメンテナンスを心がける
紹介する3つの対策を適宜取り入れ、適切な潤滑状態を維持しましょう。
対策①：環境に見合った粘度・性能の潤滑剤を選定する
境界潤滑の発生を防ぐためには、環境に見合った粘度・性能の潤滑剤を選定する必要があります。
そのためには、自社機械における潤滑条件を把握することが大切です。
摺動部の相対速度と摩擦面にかかる荷重を把握し、自社機械にとって最適な潤滑剤の粘度を導き出しましょう。
なお、JAX JAPANでは油圧作動油やギヤ油、耐圧グリースなど、耐荷重性に優れた各種潤滑剤も提供しております。
摩擦や荷重がかかりやすいハードな環境において、高い潤滑性能を発揮する潤滑剤をお探しの方は、ぜひ以下の製品ラインナップをご確認ください。
対策②：耐熱性や耐水性の高い潤滑剤を使用する
境界潤滑の発生を防ぐためには、必要に応じて耐熱性や耐水性の高い潤滑剤を使用することも重要です。
たとえば、場内の温度や潤滑箇所が高温になりやすい場合は、耐熱性の高い潤滑剤が適しています。
耐熱性の高い潤滑剤であれば、高温下でも粘度の変化が少なく、熱による変性・劣化のリスクが少ないため、外的要因に左右されず適切な潤滑環境を維持しやすいでしょう。
なお、JAX JAPANでは、高温・低温下や湿潤環境など、さまざまな環境で優れた潤滑性能を発揮する各種製品を取り扱っています。
自社の潤滑環境に最適な性能を持つ潤滑剤をお探しの方は、ぜひ以下の製品ラインナップをご確認ください。
対策③：こまめな注油やメンテナンスを心がける
境界潤滑を防ぐためには、こまめな注油やメンテナンスが必要不可欠です。
定期的な注油によって、機械部品の保護に必要な油量を維持することで、境界潤滑状態の解消につながるでしょう。
また、注油だけでなく、機械本体と潤滑剤の状態をこまめに確認し、必要に応じてメンテナンスすることも重要です。
潤滑剤は使用しているうちに劣化・変質していく消耗品です。
たとえ摺動部に十分な油量が存在していても、潤滑剤が本来の性能を失っている場合は、適切な潤滑状態を維持できているとはいえません。
定期的に潤滑剤の劣化状況や摺動面の状態を確認し、適宜オイルの交換や清掃などのメンテナンスを行いましょう。
【関連記事】潤滑油の正しい使い方とは？最適なオイルの選び方や給油方法について解説
境界潤滑状態の予防につながる高品質な潤滑剤をお探しの方へ
境界潤滑状態の予防につながる潤滑剤をお探しの方は、JAXJAPANまでご相談ください。
JAX JAPANでは優れた潤滑性能はもちろん、過酷な環境下でも高いパフォーマンスを発揮する各種潤滑剤を取り揃えています。
自社の用途や環境に適した高品質の潤滑剤をお探しの方は、ぜひJAX製品の使用をご検討ください。
また、最適な潤滑剤選びだけでなく、境界潤滑対策に関する疑問点や不安なポイントがある場合も、専門的な知見を基にアドバイスいたします。
潤滑剤に関するお困りごとは、JAX JAPANまでお気軽にご相談ください。
【関連記事】粘度指数とは？計算方法や粘度指数向上剤のメリット・デメリットを解説
【関連記事】工業用潤滑油の種類・粘度・選び方を徹底解説！最適な潤滑油を見つけよう
