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摩擦と潤滑油

油断すれば焼きついてしまうから

“油断とは油の断たれることなり”と古人がいったかどうかは定かではありませんが、二面間に入り込んでいる潤滑油も、あまりに厳しすぎる摩擦条件のもとでは断たれてしまいます。

すると、膜の下地の固体表面が露出し、固体同士の摩擦が生じてしまいます。そして、二面間に強い凝着が起こり、ついには焼きつくという現象が起こります。金属の場合には、あたかも溶接したようにくっついてしまうので、機械としては致命傷です。

ここでいう厳しい条件とは、高い荷重、高い温度などのことです。その昔、自動車のエンジンが高速・長時間の運転で焼けてしまったのも、高温による潤滑膜の破断が原因でした。

「ストライベック曲線」

図4 ストライベック曲線
今までいろいろな潤滑形態をお話してきましたが、それを理解する手助けとして図-4のような曲線があります。これがいわゆる「ストライベック曲線」と呼ばれるもので、摩擦の議論をするときにはよく登場します。

この曲線は、縦軸に摩擦係数、横軸に[粘度×速度/荷重]をとったもので、機械の運転条件を変化させると、一般的に図のような曲線を描きます。

粘度は上げても下げても損

さて、この曲線を用いて、潤滑油の粘度はいったいどのくらいが良好であるかを見てみることにしましょう。すべり軸受に見られるような流体潤滑の領域[A]では、粘度を上げると摩擦係数も上がります。水をかきまわすより水飴をかきまわす方が力がいるのと同じ理屈です。摩擦力が上がってしまうので、それが発熱や動力損失の原因となってしまいます。そこで、粘度は悪影響が出ない程度に、なるべく下げて設定すべきだということが分かります。

逆に、粘度を大幅に下げすぎると、[B]の領域に入り、やはり摩擦力が上がってしまいます。これは微視的に見て、油膜が破断していくことによる現象です。添加剤で摩擦係数を下げるという手はありますが、すべり軸受のように軸を浮かせるような部品には不向きです。このように、「ストライベック曲線」を用いることで、粘度、速度、荷重について、潤滑状態を考察することができます。

潤滑油は縁の下の力持ち

今まで潤滑についての大まかな説明をしてきましたが、実際には、さまざまな機械や材料や接触条件(温度、荷重、すべり速度、雰囲気…)が存在します。潤滑油は、これらの条件に対応して、最適の摩擦状態を作るように設計されているのです。

加えて、技術の進歩につれ、潤滑油への要求も多岐にわたるようになってきました。例えば、大きな動力を伝達するための「摩擦力が大きい(!)」潤滑油、自動車の乗り心地を良くするため「速度によって摩擦力が変わる」潤滑油なども求められるようになっています。

また、ここでは詳しく述べませんでしたが、摩擦を低減することのほかに、機械の摩耗を防ぐのも潤滑油の大きな役目です。その他、機械の冷却や圧力の伝達、防錆、電気の絶縁といった役割を担うこともあります。

摩擦と潤滑油−縁の下の力持ちといわれる潤滑油は、私たちの社会に決して欠かすことのできないものといえるでしょう。

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