NACHITECHNICALREPORT
Components

18D1

Vol.

Feb/2009■ 技術講座知りたいトライボロジー講座⑨「生活の中のトライボロジー」
機能部品事業

Things to Know about Tribology"Tribology in Daily Life"〈キーワード〉トライボロジー・
摩擦・摩耗

部品事業部

渡辺 孝一
Kouichi WATANABE知りたいトライボロジー講座⑨「生活の中のトライボロジー」

要旨

身の周りに生じていることが、トライボロジーで説明

トライボロジーとは、摩擦、摩耗のメカニズムを調べ、この理屈を使えば意外と役に立つできることがあり、これを産業に活かしていく学問大系のことだが、身知見が得られることがある。ここでは、一日の生活のトライボロジー的視の周りで生じている様々のことが、中で経験することをトライボロジー的な視点から見つ点で見つめ直すと理解されやすいことが多い。

め直すこととして、硬さということの意味、硬さには限トライボロジーは気づかれることは少ないのだが、界がある、硬いものでも摩耗する、摩耗という現象は何らかの形で、全ての産業に関わりあっている。そというようなことを解説した。
避けられない、れくらい幅広い学問なのだが、地味で目立たない特

これに抗する摩擦、摩耗はさけられないものだが、メカニズムが不用意なスリップを招くなど、対策が裏目に出ることもありうる。

徴がある。
LuDeMaという言葉がある。Lubrication、Design、Materialの各々頭文字の組みあわせである。工業現象をトライボロジー的な視点で理解した上で、上製品が何かの問題にあたったときは、潤滑、材料お手につきあい、知見を広める工夫という意味で、生というものでよび設計そのもので改善するしかない、活の中の科学を紹介する。

トライボロジーに携わる人にとっては、ある。それくらい、

Abstract
Things happening around us in our daily lives
can be explained with tribology. A tribologicalmechanism can provide us with useful knowledge. In this course, we will observe our experience in our daily lives from the viewpoint of tribology and explain the meaning of hardness,
perimeter of hardness, wear that can occur tohard materials and unavoidable wear.
Friction and wear are unavoidable and themechanism to avoid such friction and wear canbring about unprepared slippage. We will explainsuch occurrences and the occasional, unintended
reversal from the measures that are taken.
We will introduce science in daily life in orderfor us to understand various phenomena in ourlives from the viewpoint of tribology and to better
handle them with broader knowledge.

1

1. LuDeMaの視点トを占める視点になっている。
LuDeMaは大きいウエイ
ここでは、日常生活の中で、トライボロジーを発見し、無意識であれ、その恩恵に預かっている事例を紹介していくこととする。

2. 一日の生活の中で
1）歯磨き粉は小さな研磨剤

2）雨の日はあわててはならない

目を覚ますと何人かの方は歯を磨かれるので朝、時間がないといって、あわてて外へ飛びだしたらはないだろうか？ねばねばしていた口内がすっきりす雨が降っていた。小さな子供がシューズを履いて飛る。歯に舌を当てるとツルッとする。清涼剤が含まれびだしたら、玄関先で転んでしまった。でも、革靴をているので、爽快感があるのかもしれないが、これを履いたお父さんはすべらない。このような光景を目に除いたとしても、歯磨き行為は爽快感をもたらしてくここでもトライボロジーで説明することができる。
したら、ピカピカになるのか。
れる。なぜ、
実は、歯磨き粉には非常に微少な研磨剤が入っ軟らかいものほど、表面がなめらかなほど、接触面のスライドする速度が速いほど、膜ができやすいので、ているのである。炭酸カルシウムCaCO 3や水酸化ア

ゴムシューズの子供はすべってしまうのである。

ルミニウムAl（OH）3がそれである。身体の中で最も革靴や下駄は硬いので、膜ができにくい。だからす硬いエナメル質といえども、摩耗の危険性があるとべりにくくなっているのである。

いうことになる。

これは流体潤滑理論で膜の形成が数式化されこのため、乳歯も含めて小児のような軟らかい歯ていて、ある程度予測することが可能になっている。

ブラシだけで磨くようにした方がよいといの場合は、自動車のタイヤは軟らかいので、元々膜は形成しやわれている。研磨剤であることを実感させてくれるすくなっている。膜を破断するために、タイヤには溝のは、汚くなった硬貨に歯磨き粉をつけ、手指で擦っが掘ってある。溝そのものの形状の所以は理解しててみればいい。歯磨き粉が灰色のように汚れ、やがいないが、少なくともツルツルになったタイヤはスリッ

もし、キャンプなどに出かけ、て硬貨はピカピカになる。

プしやすくなるので気を付けねばならない。この理

洗剤を忘れたら、歯磨き粉で代用できるということを屈も、流体潤滑理論で説明できる。

知恵として知っていれば得になると思う。

図1

歯磨き粉には研磨剤が入っている

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.

18 D1

図2 シューズはすべりやすいが革靴はすべりにくい2知りたいトライボロジー講座⑨「生活の中のトライボロジー」

3）身の周りの機械には摺動部が山ほどある

4）砂は鉄よりも硬い

ギ−ッと音がする。
車に乗ろうとしてドアを開けたら、しかし、雨が降ってきたのでワイパーを動かした。

ドアのちょうつがい部分からの音と分かった。この部フロントガラスがすっきりしない。こんな経験もたいて位に限らずとも、たいていの方はこのような経験を持っいの方はされていると思う。てはいないだろうか？

ワイパーのゴム理由は、砂などの噛み込みにより、車にはそのような場所はかなりあり、軽い荷重の表面がわずかとはいえ、摩耗したためである。乾い場合は、摺動部といえども、とくにその手当はされてごく表面にたフロントガラスでワイパーを作動すると、ないことが多い。油膜ができていないところでは、摺付いた砂を噛みこんで傷付けてしまう。

動すると一般には振動ないしは音をだすことが多い。

ここでも膜をつくって作動すれば、傷は付きにくく振動や音は、異常のサインであり、手を打つことが必なる。水をフロントガラスにかけた後、作動するように要である。このような場合は、グリースを米粒ほど塗すれば摩耗は減らせると考えられる。

グリースが手元になければ、エれば解消する。もし、ゴムは砂により、簡単に傷付いてしまうことは理解

ンジンオイルの量を測るために差し込まれたオイルゲーしやすいが、鉄と砂はどうであろう。実は、砂は鉄よりジをとり外して、ちょうつがい部に滴下すれば、それも硬いのである。砂には、酸化珪素SiO2という石英（水で十分である。音はしなくなる。

晶）に含まれるような、硬い物質が含まれている。

自動車は動く機械部品であるから、回転体と固定

硬いということは、ある力で接触しあったときに、硬体があちこちで存在し、摺動部は多く存在する。こい方が軟らかい方を傷付けるということである。もとのため、すべり、転がりをあわせて、100個以上の軸

もと、硬さは、基本的に比べあう2個を傷付けあい、受が使われているといわれている。

傷のついたほうが軟らかいとしたのである。

最も身近な軸受は、タイヤを支えるホイールベアリ

このような方法で硬さの大小比較をし、並べたもングであろう。タイヤ交換するときに、ゆるめたナットをのに、モース硬度がある。鉱物を10段階に硬さ分類

タ
はずしたら出てくるボルトは、今日ではほとんどが、したものだが、10段階の数値間は比例しておらず、イヤを支える軸受と一体になっていて、軸受メーカー

定量的評価でもないが、屋外などで分析装置がなでつくられているものである。

その物質をある程度特定するには有効い場合は、そのほか、変速機、ハンドルや座席シートのリクライな手段となりうる。

ニング部など多数箇所に軸受が使われているが、あまり目につかない。
外からは、こす
モース硬度では、石英（水晶）は硬さ7であり、りあわせるとガラスや鋼鉄などに傷がつくとされている。
■モース硬度
1.滑石
2.石膏
3.方解石
4.蛍石
5.燐灰石
6.正長石
7.石英（水晶）8.トパーズ（黄玉）9.コランダム（鋼玉）10.ダイヤモンド（金剛石）図3 ちょうつがいの音がしたとき、グリースがなければエンジンオイルを滴下する

3

これを身近に感じる事例は裁縫のはさみであろう。

これをわかりやすくするため、10mmのボールを地裁縫のはさみで紙を切ると、そのうちに布が切れなく球（直径12,700km）の大きさに拡大するとその製造工程で砂が微量とはいえ侵なる。紙には、その表面の凸凹はこれがはさみの刃を摩耗させるのであ入してしまい、0.00025×12,700×1,000／10＝317.5mる。だから、紙を切るはさみは刃こぼれしているので、（高さ333m）程度になる。となって、東京タワー軟らかい布は切れにくくなるのである。
ご
裁縫の好きなご婦人がいらっしゃる家庭では、婦人専用のはさみで紙は切らないよう、気を付けた

宇宙から見た地球は丸く、東京タワー程度の凹凸は区別することができない。それくらい丸いのである。
まさに、ダイヤモンド級の精度といえる。

方がよい。

拡大

図4

裁縫ばさみと紙ばさみは区別する

12,700km

図55）ボールは工業製品のダイヤモンド級精度

いかに丸いかを実感する方法として、軸受に使大人になると、たいていの方は、1度はパチンコに用されるボールを、定盤といって平面度の優れた分手を染めることがあると思う。パチンコ玉には約厚い鋼板に、上から自由落下で落として見ればよい。

10mmの炭素鋼でできたボールが使われている。約

ボールは垂直に跳ね上がってくる。

ボールはそのほとんどが、インチ10mmといったのは、パチンコ玉はそうはいかない。熱処理してないこ

ミリサイズはあまりサイズで今日でも製作されており、ともあるが、そもそも精度が軸受に使用されてるボー流通していないからである。

ルとは比べものにならないからである。この精度は、とびに規格化さ単位は1／64インチ（0.3968mm）

正しく軸受を使うことで、はじめて維持される。侵入れているが、この単位幅ではあまり入手できない。

たいていの場合、鉄よりも固い物したゴミなどには、とびが、いつでせいぜい1／32インチ（0.7938mm）

質があるので、簡単に傷付いてしまい、音響が悪くも入手できる寸法の限界である。このボールは、工なる。

業製品としてはかなり大量に製造されているのだが、その割にはきわめて精度の高い製品になっている。

10mm

東京タワーが見えないくらい丸い

これだけの精度があるからこそ、静か逆にいえば、な回転音で済んでいるということができる。

（G）である。
その精度度合いを示すのがグレード
そのボールの極端ないい方になるが、G10というと、真球度（丸さ加減を示す精度）は、10×100万分の1インチ以下になっている。換算すれば0.00025mmである。表面の面粗度もこの程度以下に仕上がっている。

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.

18 D1

4知りたいトライボロジー講座⑨「生活の中のトライボロジー」

6）硬さには限界がある

軸受も含めて、一般に機械部品には変動荷重や工業製品には、一般的に硬さが決められている。

その一生の間に数回は負荷されることが衝撃力が、材料の破断に抗する力と硬さとは比例するからであ「割れる、割れない」を問題にするときに、このある。

る。硬さを得るには、通常熱処理で、金属材料の組脆さが話題にされる。

織を変える。このことにより硬くなるので、熱処理前の材料を生材と呼ぶこともある。
硬さのものさしが必要だが、軸受のような硬い部「靱性」と呼ばれる特性である。
脆さのものさしは、そして、一般的には硬さが大きくなるほど靱性は低下し脆くなっていく傾向がある。

ビッカース硬さ（単位HV）
ないしはロッ品を扱うには、きわめて靱性は低い。脆いセラミックスは硬いが、が用いられる。
クウエル硬さのCスケール（単位HRC）のである。金属とこすりあっても傷は付かないが、簡ダイヤモンドの触子で傷を付けて、その傷いずれも、単に割れることがある。プラスチックのコップは落としの大きさで硬さを決めるものである。

ガラスのコップは割れてしまうのとても割れにくいが、この2つの単位には比例関係があり、したがって、相互に変換が可能になっている。
また、硬いということは傷が付きにくいということで、似ている。傷をとるか、割れをとるか、適切な判断が軸受という商品に折り込まれていることを知ってほしい。

破断の耐力があるということ。このことは、硬さと破ということになっている。
断に対する抗力は比例する、したがって、硬くすればするほど強度が得られるので、硬さをとことん大きくしたい気持ちになるのが人情である。
しかし、硬さには限界がある。鉄鋼材料
ビッカース硬さでHV1,000、ロックウエル硬であれば、さでは、HRC68が限界といわれている。

図6 プラスチックコップはガラスコップより割れにくい

軸受に使われるボールは、大体HRC62〜65程度である。いかに硬いかが理解されると思う。それでも、にはおよばない。
SiO2、石英（水晶）術があり、加工工具などにはすでに応用されている。
炭化珪素SiCなどを材料表面に溶射して数ミクロン

7）硬さも「過ぎたるはおよばざる」の膜を付けるのだが、このことで表面硬度が増し、耐硬さが大きいことは確かに優れた特性が多いが、摩耗性も向上するなどの特性が得られる。今日では反面「脆い」という欠点を招くことがある。その代表

比較的低温でコーティングが可能になってきており、はセラミックスであろう。セラミックスとは、元もと粘土を今後の展開が予想されている。

固めて焼いたもののことを指すが、今日では、炉の中で焼いたものを全て総称しているらしい。

セラミックスはきわめて硬い物質なので、ただし、鉄鋼材料の上に溶射するのは、冬の季節の田んぼ

転がり軸受でも、セラミックスはボール材として採の上に薄氷を張るのと似ている。膜が割れたり剥が用されることがある。ただし、狙いは硬いことではなく、かえって仇になることも考えられる。
れたりすると、高温に強いことや密度が小さく高速回転に適していることの特性を利用したものである。

5

コーテング技セラミックスの特性を応用したものに、コーティング膜の密着性をいかにして高めるかが、技術の秘訣のひとつになっている。

3. 軸受は身の周りの労苦を助ける、環境に優しい工業商品

工業製品は、基本的に動力伝達を行なう要素をもっているので、回転体の固まりになっている。
回転体があるということは、止まっている部品もあるということで、摺動部分が必ずあるということになる。
このことは、程度の差こそあれ、軸受が必ず必要でということである。
ある、ものを移動するのに必要な力が、転がり軸受のなかった時代の人に比べ、1／10〜1／100に減じているのである。環境にやさしいというのは当然のことであろう。

2）摩耗も小さい軸受が産業の米といわれる所以である。転がりすべり部分というものを皆無にするということは、日本国内だけでも年間7,000軸受は、統計によれば、世の中にあるすべての物体が弾性体であるとする億円程生産され、身の周りには必ずといっていいほ

したがって、多かれ少なかれ、限り不可能なことである。

ど、使われている。

物は必ず摩耗する。

トライボロジーを応用した、
この軸受というものがなかっ摩耗が生じると、製品にガタが発生したり、やせ細っとんでもないほどのたら、回転体を回転させるのに、て使い物にならなくなる。例えば、タイヤの摩耗はやエネルギーを使わねばならないのである。

せ細ってしまい、溝がなくなってしまう。メタルベアリ
ングは一般に軟らかい材料でできていることが多いが、

1）摩擦が小さい

これも摩耗してしまうと、ガタが発生してしまい、芯ブ

オーダーでものを考えると、世界が変わって見える。

レが大きくなって使い物にならなくなる。転がり軸受

例えば、高さというスケールでみたとき、どんなものがはどうかということになるが、摩耗はするが他の軸受目に入るかを記載してみる。に較べ、摩耗量は少ない。

1m：一般家庭の建物、庭木
オフィスビル
10m：道路の電柱、100m：超高層ビル

理由は、硬いことにもよるが、材料そのものが摩耗しにくい合金でできているからである。
したがって、比較的長持ちする。身の周りで使う工業製品で、軸受がおかしくなって機械の動作が1,000m：山岳地帯
10,000m：航空機の飛行高度100,000m：行ったことがないから分からないが、宇宙衛星の飛行高度か？
今度はこれと逆方向に、スケールを変えてみたとき、停止したという経験は、かなり少ないはずである。それくらい、現在の転がり軸受は優れたものになっている。問題は、摩耗も少なく、硬くもなっているものを、どうやって加工するかである。
転がり軸受は、熱処理して硬くなった後は、研削どんなものが目に入るかを試されることを薦める。といって、砥石で表層をわずかに削りとる加工が施・・・・である。
0.1m、0.01m、0.001m、0.0001m・される。研削行為そのものは、実は積極的な摩耗をこれと同じように、摩擦係数の大きさをみてみる。

発生させているのと等価であり、研削砥石には鉄よ0.1：乾燥摩擦での接触しあう2面の摩擦
0.01：上記に油をたらしたときの摩擦0.001：さらに、転がり軸受にしたときの摩擦
ただし高価な機械に0.0001：エアーベアリング、使用され、流通は少ない
転がり軸受は、流通性が高い割には、いかに小さりも硬いアルミナ系か炭化ケイ素系などの粒子（これを砥粒という）が埋め込まれている。
それでも現実的には、HRC60前後におけるHRC1の硬度差ですら、大量生産では加工性難易性に影響するといわれている。
転がり軸受は、まさにギリギリの線でつくられた、高精度大量省エネ商品といえる。

い摩擦係数を有しているかがわかる。
NACHI TECHNICAL REPORTVol.

18 D16

4. トライボロジーが教えてくれるもの
軸受のことを英語でbearingと書き、bearには「耐あり、bはその文字の形から、人間の耳のように思ええる」という意味があって、文字通りに軸受は「縁のまさしく「聞く」である。
ることがある。bをhにすれば、下の力持ち」になっているというのは、よく聞かれる軸受をお使いいただく方々に耳を素直に傾け、回話である。暗い感じがするが、本当にそうだろうか？

転体を支えさせていただくのである。ずーっと機械と呼ばれる。
免震業界もそうだが、中国語では「支承」

まさしく片腕のように、生涯を共部品の中にあって、「ササエうけたまわる」である。にしなくてはならない部品である。

日本文化的な解釈を勝手にしてるのだが、丁寧な印象がする。

軸受に携わっている方々には、そんな謙虚な思いが自ずと備わっているように思われる。

筆者には、飲み物のbeerの発音に近いかもしれないが、b−earのように思えるときがある。earは耳でLuDeMaを使い、全ての問題をclearしなければならないのである。

関連記事
1）渡辺孝一：知りたいトライボロジー講座①「トライボロジー入門」
NACHI-BUSINESS news、Vol.7 D1、May／2005

7）渡辺 孝一：≪基礎講座≫転がり軸受の潤滑グリース
マシナリールブリケーション 2007年 11・12月号

2）横山 良彦・渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座②「摩擦・摩耗」
NACHI-BUSINESS news、Vol.9 D2、November（2005）8）岡島 正和：知りたいトライボロジー講座⑦「潤滑グリースについて」
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.16 D1、June（2008）3）高木 俊行・渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座③「転がり接触について」
NACHI-BUSINESS news、Vol.10 D1、June（2006）

9）渡辺 孝一：情報・財産を地震から守る免震台「マグニクレードル」
NACHI-BUSINESS news、Vol.4 B3、August（2004）

4）渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座④「弾性流体潤滑理論（EHL理論）」
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.11 D1、October（2006）10）笠松 利安：小型・軽量・組合わせ自在形免震台「マグニクレードル Ｇシリーズ」
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.14 D1、February（2007）

5）菅洞 英樹・渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座⑤「転がり運動について」
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.13 D1、June（2007）11）渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座⑧「免震とトライボロジー」
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.17 D1、October（2008）

6）渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座⑥「転がり接触面下の応力」
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.14 D1、October（2007）

NACHI TECHNICAL REPORT

Vol.18D1

February / 2009〈発行〉 2009年2月1日
株式会社 不二越 開発本部 R&D企画部
富山市不二越本町1-1-1 〒930-8511
Tel.076-423-5118 Fax.076-493-5213