金属摩耗粉の発生原因と対策｜油中粒子の解析

金属同士の接触で生じる「金属摩耗粉」は、放置すると設備の突発的な故障を引き起こす要因となります。本記事では、摩耗のメカニズムやコンタミとの違い、油中粒子解析による監視手法、予防対策を解説します。

金属摩耗とは？摩耗粉発生のメカニズム

金属摩耗とは、金属が他の固体と接触し、摩擦力によって表面が削られたり損傷したりする現象です。金属の摩耗は、主に以下の4つの種類に分けられます。

• 凝着摩耗：金属同士の摩擦によって発熱し、接触面が結合して千切れるように剥がれ落ちる現象。
• アブレシブ摩耗：硬い突起や外部から入り込んだ硬い粒子が、柔らかい金属材料の表面を削り取る現象。
• 腐食摩耗：水や酸などの化学反応によって金属表面が腐食し、強度が落ちた部分が摩擦によって脱離する現象。
• 疲労摩耗：金属の表面に繰り返しの応力がかかることで内部から割れが生じ、表面が剥離する現象。

これらが発生することで金属摩耗粉が生じます。自社設備の環境（高温、水分の有無、外部の粉塵など）と照らし合わせることで、どの摩耗が起きやすいかを推測する手立てとなります。

摩耗粉とコンタミの違い・形状からわかる異常兆候

潤滑油中に含まれる異物には、「コンタミ」と「摩耗粉」があります。コンタミとは、砂やシリカなど外部から侵入した異物を指します。このコンタミが金属表面を傷つけることがきっかけとなり、設備内部から摩耗粉が発生します。

発生した摩耗粉は油中を循環し、研磨材のように作用するため、さらなる摩耗を加速させる悪循環を引き起こします。そのため、摩耗粉の粒径や変化量を監視することが、通常摩耗か異常摩耗かを判断する材料のひとつとなります。

また、摩耗粉の形状を確認することで、設備の異常兆候を診断できる場合があります。

• フレーク状（薄片状）：ベアリングなどの剥離（フレーキング）が起きている兆候。
• 球状粉：高温摩擦や焼付きの予兆。

粗い粉や微細な粉の増加度合い、およびその形状を観察することで、設備内部のどの部分に異常が起きているかを推測しやすくなります。

油中粒子の解析と状態監視の手法

潤滑油中の粒子数が多いからといって、直ちに設備の故障につながるとは限りません。一般的なパーティクルカウンタを使用する場合、外部からのコンタミと内部で発生した摩耗粉を完全に区別できないことがあるためです。

そのため、単に粒子数を確認するだけでなく、摩耗粉の粒径、形状、材質、そして発生量の「時間的な変化」を継続して監視することが求められます。

具体的な診断方法として、定期的なオフラインでの油中分析に加えて、オンラインセンサを導入した連続監視が挙げられます。また、マグネットキャッチャを使用して鉄粉の付着状況を確認する方法や、光学顕微鏡を用いて摩耗粉の形状を観察する方法も有効な選択肢のひとつです。

さらに、これらの油中粒子の解析と振動解析を組み合わせることで、設備の初期故障をより早期に診断できる可能性があります。自社の保全体制や予算に合わせて、適切な監視手法を選択することが重要です。

金属摩耗粉を減らすための対策

金属摩耗粉の発生を防ぐには、現場での保全対策と設備自体の材料選びの両面からのアプローチがあります。

現場レベルの対策として基本となるのが、正しい潤滑管理です。油量、油種、給脂間隔を適切に管理し、油膜切れを防ぐことが摩耗の低減に寄与します。また、シールやフィルタを交換・追加してコンタミの侵入を防ぐことや、芯ずれ・偏荷重による摩耗粉の急増を防ぐためのアライメント調整も有効な手段です。

材料側の対策としては、接触する部品に異種金属を使用することや、材料の硬度を上げる処理、コーティングなどの表面処理を行うことが挙げられます。日常のメンテナンス改善で対応するか、部品の交換・改良に踏み切るか、現場の状況に応じた対策を検討することが求められます。