低摩擦コーティングとは？種類とすべり性を上げる選び方を解説

機械の摺動部で発生する引っかかりや異音、搬送物の滞留などは、接触面の摩擦が原因となっている場合があります。こうした問題への対策として、部品の表面に低摩擦性の皮膜を形成する「低摩擦コーティング」が活用されています。

本記事では、低摩擦コーティングの仕組みや主な種類、すべり性が求められる用途について解説します。また、潤滑油を使えない工程での選び方や、常温で施工できるフッ素コーティングについても紹介します。

低摩擦コーティングとは、非粘着コーティングの応用分野の一つで、部品や設備の表面に摩擦係数の低い皮膜を形成し、接触する物体同士の摩擦抵抗を小さくする表面処理技術です。非粘着性の根源となる分子間力の弱さを基礎としながら、摩擦面の表面粗さや静電気などの要因も関係します。部品のすべり性を高めることで、動作時の引っかかりや摩耗、摩擦に起因する異音を抑える効果が期待できます。

低摩擦コーティングは主に、機械の摺動部やガイド、搬送設備など、部材同士が接触しながら動く箇所に使用されます。低摩擦性を付与する方法には、フッ素樹脂や二硫化モリブデンを含むコーティング剤を塗布する方法のほか、DLC皮膜を形成する方法があります。

低摩擦コーティングの特徴は、潤滑油やグリースを塗布する方法とは異なり、部品の表面に形成した皮膜によって摩擦を低減できる点です。潤滑油やグリースの使用量を減らせるため、油の飛散や周辺部品への付着を避けたい工程でも活用でき、設備の安定稼働やメンテナンス負担の軽減につながります。

摩擦は、接触している2つの物体が互いに動こうとするときに生じる抵抗です。部品の表面には目に見えない微細な凹凸があり、接触部分で生じる凝着や、表面の突起が相手材に食い込むことなどが摩擦の原因となります。また、分子間力だけでなく、摩擦面の表面粗さや静電気なども摩擦特性に影響します。

摩擦を低減する方法には、主に潤滑剤を使用する方法と、部品の表面に低摩擦性の皮膜を形成する方法があります。

潤滑剤を使用する方法は、部材同士が接触する面に潤滑油やグリースを供給し、摩擦抵抗を小さくする方法です。接触面に潤滑膜を形成し、部材同士の直接接触を減らすことで、摩擦や摩耗を低減します。

潤滑油は流動性が高く、摩擦部分への供給や熱の排出に適しています。一方、グリースは潤滑油に増ちょう剤などを加えた半固体状の潤滑剤で、接触部分にとどまりやすい特徴があります。

ただし、潤滑油は使用中に漏れや飛散が生じることがあり、劣化に応じた補給や交換が必要です。グリースは潤滑油に比べて漏れや飛散が少なく、長期間使用できるものの、使用に伴って潤滑性能が低下するため、定期的な点検や補給が求められます。

表面に皮膜を形成する方法は、部品の摺動面に低摩擦性の皮膜を設け、接触面の摩擦抵抗を小さくする方法です。潤滑油やグリースを供給する方法とは異なり、形成した皮膜自体の特性を利用して摩擦を低減します。

例えば、フッ素樹脂や二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を利用したコーティングがあります。固体潤滑剤を含む塗料などで乾性潤滑皮膜を形成する方法は、ドライコーティングとも呼ばれます。また、DLCコーティングでは、炭素を主成分とする硬質な薄膜を形成し、低摩擦性や耐摩耗性を付与します。

皮膜によって摩擦を低減できるため、油の飛散や漏れを避けたい箇所にも活用できます。また、潤滑剤と併用することで、摩擦や摩耗をさらに抑えることも可能です。ただし、皮膜は使用に伴って摩耗するため、荷重や摺動条件に適した材料・施工方法を選ぶことが重要です。

低摩擦コーティングには、フッ素樹脂系・二硫化モリブデン系・DLCなどの種類があります。

いずれも部品の摩擦抵抗を小さくするために使用されますが、低摩擦性を発揮する仕組みや耐熱性、耐摩耗性、施工方法には違いがあります。使用環境や母材の特性に合わせて選ぶことが重要です。

フッ素樹脂系コーティングは、フッ素樹脂の低い摩擦係数を利用して、部品のすべり性を高める表面処理です。代表的な材料であるPTFE（ポリテトラフルオロエチレン）は、低摩擦性に加えて非粘着性や耐薬品性にも優れており、機械部品の摺動面や搬送部材などに使用されます。

焼成型のPTFEコーティングは、一般的に塗布後の高温焼成によって皮膜を形成します。連続使用温度が約260℃の製品もありますが、施工時にはさらに高い温度が必要です。そのため、高温に耐えられる金属などの母材に適しており、熱に弱い樹脂や精密部品への施工には制約があります。

一方、常温フッ素コーティングは、高温焼成を行わずに皮膜を形成する方法です。常温乾燥型のコーティング剤を使用することで、加熱が難しい部品にも低摩擦性を付与できます。薄く透明な皮膜を形成できる製品もあり、外観を保ちながら、膜厚による寸法への影響を抑えたい部品にも適しています。

二硫化モリブデン（MoS₂）系コーティングは、固体潤滑剤である二硫化モリブデンを利用した表面処理です。二硫化モリブデンは層状の結晶構造を持ち、層同士が滑りやすい性質によって摩擦抵抗を低減します。

高い荷重がかかる摺動部や、潤滑油を使用しにくい真空環境などで活用されています。歯車や軸などの機械部品にも使用されます。ただし、湿度や温度などの環境条件が摩擦特性に影響するため、使用環境に応じた選定が必要です。

DLC（Diamond-Like Carbon）コーティングは、ダイヤモンドに似た結合構造を含む炭素系の硬質薄膜を形成する表面処理です。低摩擦性と高い硬度、耐摩耗性を兼ね備えており、摩擦だけでなく部品の摩耗も抑えたい用途に適しています。

主に自動車部品や精密機械部品、金型などに使用されます。一般的にPVDやCVDなどの真空成膜技術を利用するため、専用設備が必要です。また、成膜時の温度や母材との密着性を考慮する必要があり、施工できる部品の材質や形状に制約があります。

代表的な低摩擦コーティングについて、摩擦係数・耐熱温度・膜厚・母材の制約を比較すると、以下のようになります。

※数値はおおよその目安であり、皮膜の仕様や使用条件によって異なります。

低摩擦コーティングを選ぶ際は、摩擦係数の低さだけでなく、使用温度や荷重、必要な膜厚、母材の耐熱性を確認することが重要です。例えば、潤滑油を使用しにくい高荷重の摺動部には二硫化モリブデン系、耐摩耗性も重視する部品にはDLCが候補となります。また、高温焼成が難しい部品には常温フッ素コーティングが選択肢になります。

フロロテクノロジーでは、常温乾燥で皮膜を形成できる低摩擦性コーティング剤「フロロサーフ」を製造・販売しています。塗布後は乾性皮膜となり、摩擦や引っかかりを抑えるため、潤滑油による周辺への汚染を避けたい用途にも活用できます。

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低摩擦コーティングは、部品同士が接触しながら動く箇所や、製品・材料を滑らかに移動させる工程などで使用されます。摩擦抵抗を小さくすることで、動作時の引っかかりや摩耗、摩擦に起因する異音の低減が期待できます。

主な用途として、機械の摺動部やガイド・レール、搬送部材、ねじ・締結部品などが挙げられます。

機械の摺動部やガイド・レールは、部材同士が接触しながら移動するため、摩擦抵抗が動作の滑らかさに影響します。摩擦が大きいと、動き始めに引っかかりが生じたり、繰り返しの動作によって接触面が摩耗したりすることがあります。

低摩擦コーティングを施すことで、接触面のすべり性を改善し、動作抵抗や摩擦に起因する異音の低減が期待できます。特に、潤滑油の供給が難しい箇所や、周辺部品への油の付着を避けたい設備では、乾性皮膜による摩擦低減が選択肢になります。

ただし、荷重や摺動速度によって皮膜の摩耗状態が変わるため、使用条件に適した仕様を選ぶ必要があります。

フロロテクノロジーでは、潤滑油を使用できない美容器具のローラー摺動部に対し、低摩擦性コーティング剤を提案した事例があります。周囲への油の付着を避け、ローラーの滑らかな回転と長期間の異音抑制を図るため、金属部分に塗布して乾性潤滑を維持する方法を提案しています。

搬送設備のガイドやシュートでは、製品や原材料が接触面を滑りながら移動する場合があります。表面の摩擦抵抗が大きいと、搬送物が引っかかったり、途中で滞留したりする原因になります。特に、重力を利用して材料を移動させるシュートでは、接触面のすべり性が搬送の安定性に影響します。

搬送物と接触する部分に低摩擦コーティングを施すことで、材料が滑らかに移動しやすくなり、引っかかりや搬送不良の軽減が期待できます。ただし、搬送物の材質や形状、重量によって適した皮膜は異なります。粉体や硬い材料を扱う場合には、摩擦係数だけでなく、皮膜の耐摩耗性も考慮することが重要です。

ボルトやナットなどの締結部品では、締め付け時にねじ山同士や座面に摩擦が生じます。摩擦の状態は締め付けトルクと軸力の関係に影響するため、摩擦係数にばらつきがあると、同じトルクで締め付けても得られる軸力が変わることがあります。

ねじ部や座面に低摩擦コーティングを施せば、締め付け時の摩擦を低減・調整できます。また、摩擦係数を安定させることで、軸力のばらつきを抑える効果も期待できます。

しかし、摩擦係数は低ければよいとは限りません。摩擦が小さくなると、同じ締め付けトルクでも軸力が大きくなる場合があるため、指定された締め付け条件に適合する皮膜を選び、必要に応じてトルクと軸力の関係を確認することが重要です。

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潤滑油やグリースを使用できない工程では、乾性皮膜によって摩擦抵抗を低減するコーティングが選択肢となります。油の飛散や漏れによる周辺部品の汚染リスクを抑えられるほか、潤滑剤の補給が難しい箇所にも適用できます。

ただし、皮膜の性能は使用条件によって異なるため、用途に応じた選定が必要です。

まず確認したいのは、潤滑油を使用できない理由です。製品への油の付着を防ぎたい場合と、設備の構造上、潤滑剤の供給が難しい場合では、求められる性能が異なります。

また、食品に接触する設備部品や医療機器などでは、低摩擦性だけでなく、使用材料の安全性や適用される法令・規格への適合性も確認する必要があります。

次に、荷重や摺動速度、使用温度などの条件を整理します。比較的低い荷重で滑らかな動作が求められる箇所ではフッ素樹脂系、高荷重の摺動部では二硫化モリブデン系などが候補になります。一方、摩耗への耐性も重視する場合はDLCが選択肢となります。

また、使用温度が皮膜の耐熱温度を超えていないかも確認が必要です。摩擦係数や耐摩耗性は相手材や使用環境にも左右されるため、材料の種類だけで判断することはできません。

母材の材質や寸法精度も重要な選定基準です。高温焼成が必要なコーティングは、熱に弱い樹脂やゴムなどへの施工が難しい場合があります。また、精密部品では皮膜の厚さが寸法や部品同士の隙間に影響するため、皮膜形成後の寸法が許容範囲に収まるかを確認する必要があります。高温での処理が難しい部品には、常温乾燥型のフッ素コーティング剤も候補となります。

なお、潤滑油を使用しないことと、施工時に溶剤を使用しないことは別です。コーティング剤によっては塗布時に溶剤を使用するため、母材への影響や施工時の安全対策についても確認する必要があります。

皮膜の耐久性やメンテナンス性も考慮します。潤滑油の補給が不要でも、繰り返しの摺動によって皮膜が摩耗したり、剥がれたりする可能性があります。そのため、実際の使用条件に近い環境で摩擦係数や摩耗状態を評価し、必要に応じて再施工の可否や点検周期を検討することが重要です。

摩擦低減の効果だけでなく、施工条件や長期使用時の耐久性まで含めて選ぶことが、安定した設備稼働につながります。

金属だけでなく、樹脂やゴム、ガラスなどにも施工できるコーティングがあります。ただし、対応する母材はコーティングの種類によって異なります。特に、樹脂やゴムは熱や溶剤の影響を受けやすいため、母材の耐熱性や耐薬品性、皮膜の密着性を確認することが重要です。

主な違いは皮膜の形成方法です。焼成型PTFEコーティングは高温での焼成が必要ですが、常温フッ素コーティングは高温焼成を行わずに皮膜を形成できます。ただし、耐熱性や耐摩耗性、膜厚なども異なるため、施工温度だけでなく使用条件に応じた選定が必要です。

低摩擦コーティングを施すことで、潤滑油を使わずに摩擦を抑えられる場合があります。ただし、すべての部品で潤滑油が不要になるわけではありません。部品に大きな力がかかる場合や、高速で動く場合には、潤滑油との併用が必要になることもあります。

接触面の摩擦状態を改善することで、摩擦に起因する異音を低減できる場合があります。ただし、異音の原因が部品の振動や組み付け不良、摩耗によるがたつきなどにある場合は、コーティングだけでは解決できないこともあります。異音の発生原因を確認したうえで、適切な対策を選ぶことが重要です。

皮膜の耐久性は、使用する材料や荷重、摺動速度、温度、相手材などによって異なります。長期間使用できる場合もありますが、繰り返しの摩擦によって皮膜が摩耗し、すべり性が低下する可能性があります。そのため、使用できる期間は一律ではなく、部品の使い方や使用環境によって異なります。