固体潤滑コーティングとは？種類・特性・工程・選び方を解説

こんにちは。「吉田SKT」ブログ編集チームです。

吉田SKTではテフロン™フッ素樹脂コーティングや表面処理でお客様の生産設備のお悩みを改善しています。

固体潤滑剤には複数の使い方があります。本記事では、PTFEなどの固体潤滑剤を含む材料を部品表面へコーティングし、潤滑機能を持つ被膜を形成する方法を中心に解説します。

固体潤滑コーティングは、PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）、二硫化モリブデン（MoS2）、グラファイトなどの固体潤滑剤を部品表面に保持し、摩擦・摩耗・かじりを抑える表面処理です。油やグリースを供給しにくい箇所だけでなく、低速・高荷重、始動・停止の繰り返し、周囲への油の付着を避けたい箇所などで検討されます。

摩擦係数や寿命は、コーティングの仕様に加えて、下地処理、膜厚、相手材、面圧、速度、温度、湿度の影響を受けます。本記事では、材料の違いから加工工程、評価方法、用途に合った選び方までをご紹介します。

固体潤滑コーティングとは

固体潤滑剤は、固体の状態で摩擦面に介在し、滑りを助ける材料です。固体潤滑コーティングでは、この潤滑剤を樹脂などに分散させ、基材に密着する被膜を形成します。乾性被膜潤滑剤や固体被膜潤滑剤とも呼ばれ、使用時に油と異なり流れにくいことが特徴です。

比較項目	油・グリース	固体潤滑コーティング
潤滑材の状態	液体または半固体	使用時は固体の被膜
補給	定期的な給油が必要な場合がある	再給油を減らせる場合があるが、被膜寿命は有限
周囲への移動	漏れ、にじみ、飛散が起こる場合がある	流れにくいが、摩耗粉が発生する場合がある
得意な条件	連続的に油膜を形成できる条件	低速・高荷重、始動停止、給油困難、油の付着を避けたい条件など
併用	添加剤や表面処理との組み合わせがある	油・グリースと併用する設計もある

※使用条件に応じて、固体潤滑コーティングの単独使用と、油・グリースとの併用を使い分ける必要があります。

固体潤滑コーティングが検討される条件

流体潤滑では、摩擦面の間に油膜を形成して直接接触を減らします。しかし、低速・高荷重や始動・停止の繰り返しでは、十分な油膜を保ちにくく、摺動面同士が部分的に接触する境界潤滑の影響が大きくなることがあります。固体潤滑コーティングは、こうした接触部に被膜を介在させ、摩擦や凝着を抑える方法の一つです。

対応できる環境はコーティングの種類によって異なります。温度、湿度、真空度、薬品、水分などの使用条件を踏まえ、用途に適した仕様を検討することが大切です。

固体潤滑コーティングに使われる代表材料

固体潤滑剤	主な特徴	検討しやすい条件	選定時に考慮すること
PTFE	低摩擦、非粘着性、耐薬品性	軽い作動、滑らかな摺動、油やグリースの付着を避けたい用途	耐摩耗性、耐荷重性、使用温度はコーティング仕様で変化
二硫化モリブデン（MoS2）	層状構造、耐荷重性、低速域での潤滑	金属同士、低速・高荷重、真空を含む特殊環境	湿度や酸化環境で摩擦・寿命が変化し得る 色写りする可能性
グラファイト（黒鉛）	層状構造、導電性、高温域で用いられる種類がある	空気中、高温域を含む摺動用途	乾燥・真空での摩擦や摩耗、色移りへの考慮が必要
その他	WS2、h-BN、軟質金属など	温度、真空、導電・絶縁などの特殊条件	実用温度域、酸化、環境規制、コスト、調達性の個別検討が必要

※上表は材料単体の一般的な傾向です。コーティングとしての性能は、材料、下地、膜厚、加工条件で変わります。

PTFE（フッ素樹脂）

PTFEは、フッ素樹脂の中でも摩擦係数が低く、摺動性に優れるため、固体潤滑材として利用されています。動き出しの抵抗やスティックスリップを抑え、なめらかな滑りを得たい用途で選ばれます。

吉田SKTのフッ素樹脂コーティングでは、PTFEのほか、PFA、FEP、変性タイプなどを取り扱っています。低摩擦性や固体潤滑性を重視する用途ではPTFEが中心となり、使用温度、膜厚、相手材、必要な耐摩耗性に応じた仕様選定が必要です。

二硫化モリブデン（MoS2）

MoS2は層状結晶構造を持ち、層間がせん断されやすいため、低速・高荷重の摺動やかじり防止に用いられます。真空や乾燥雰囲気で選ばれることもあります。湿度や酸素がある環境では摩擦や摩耗寿命が変化するため、実際の使用雰囲気に合わせた評価が必要です。

グラファイト（黒鉛）

グラファイトも層状構造を持つ固体潤滑剤です。水分などが表面に吸着することで潤滑性を示し、乾燥雰囲気や真空では摩擦や摩耗が増えることがあります。選定にあたっては、黒色の摩耗粉、相手材への転写、導電性も考慮する必要があります。

その他の固体潤滑剤

用途に応じて、二硫化タングステン（WS2）、窒化ホウ素（h-BN）、、銀などの軟質金属が選ばれることがあります。温度や雰囲気などの要求条件に適合する材料が候補となります。

被膜の構造と性能を左右する要素

固体潤滑コーティングは、潤滑性を担う固体潤滑剤と、それを基材に保持する樹脂などのバインダーで構成されます。用途に応じて、耐摩耗性や耐熱性などを補う材料を加えます。被膜材料を基材表面に付与した後、材料に応じて乾燥または加熱し、基材に密着した被膜を形成します。

固体潤滑コーティングのメリット

摩擦、摩耗、かじりを抑えやすい

被膜が金属同士などの直接接触を減らし、摩擦と凝着の進行を抑えます。用途に適した仕様を採用することで、摺動抵抗の低減、摩耗寿命の延長、組付け時のかじり防止、初期なじみの改善が期待できます。

給油や周囲への油の付着を減らせる

油やグリースを使わずに潤滑できる仕様では、給油作業、油のにじみや飛散、ほこりの付着を抑えられる場合があります。補給が難しい箇所や、周辺への油の付着を避けたい機構部品に適しています。

用途に応じて複数の機能を持たせられる

コーティングの種類によっては、非粘着性、耐薬品性、電気絶縁性、導電性、耐食性などを組み合わせた仕様もあります。必要な機能と使用条件に応じた品番選定が必要です。

固体潤滑コーティングのデメリット

固体潤滑コーティングの被膜は、摺動によって徐々に摩耗します。そのため、必要な寿命を踏まえて仕様を選定し、交換や再処理の時期も考慮する必要があります。また、薄膜であっても膜厚は寸法や公差に影響するため、ねじ、嵌合部、シール部などでは処理範囲と膜厚の設定が重要です。

基材の硬さが不足すると、下地の変形によって被膜が損傷することがあります。相手面の粗さが大きい場合も被膜を削る作用が強くなるため、基材と相手材の材質、硬さ、表面状態を組み合わせて検討する必要があります。

前処理や硬化条件は、被膜の密着性と耐久性に影響します。焼成を伴う仕様では、基材、熱処理、接合部、樹脂部品などが加工温度に耐えられることも必要です。さらに、真空、湿度、薬品、高温への適性や、摩耗粉の量・色・電気特性・周囲への影響はコーティングごとに異なるため、使用環境に即した評価が欠かせません。

基材側の粗さは密着性に、相手面の粗さは被膜の摩耗に影響します。そのため、基材側には密着に適した前処理を行い、相手面も被膜を削りにくい状態に整える必要があります。

固体潤滑コーティングの一般的な加工工程

1. 仕様確認：基材、形状、処理範囲、膜厚、公差、使用温度、相手材、荷重、速度、要求寿命が主な確認項目です。
2. 洗浄・脱脂：油分、汚れ、離型剤など、密着を妨げる物質を除去する工程です。
3. 下地処理・マスキング：処理範囲に合わせて必要箇所を保護し、ブラストや化学的前処理などで密着に適した表面状態に整える工程です。実際の順序は仕様によって異なります。
4. コーティング：被膜材料を部品表面に付与する工程です。材料、部品形状、処理範囲によって適した方法が異なります。
5. 乾燥・焼成：材料に定められた温度と時間で乾燥または焼成し、被膜を形成する工程です。
6. 検査：外観、膜厚、密着性などが主な検査項目です。必要に応じて、摩擦、摩耗、硬さ、耐食性なども評価対象となります。

ここで示したのは代表的な工程です。前処理、マスキング、コーティング、乾燥・焼成の内容と順序は、材料、基材、処理範囲によって異なります。

摩擦係数と摩耗寿命の評価方法

摩擦係数は、荷重、速度、温度、湿度、相手材、表面粗さ、ストローク、試験時間などによって変わります。評価では、初期値に加えて、摩擦係数の時間変化と被膜が機能する期間の確認が必要です。

評価項目	確認する内容	評価時の留意事項
摩擦係数	初期の摩擦係数、摺動に伴う変化と変動幅、静摩擦係数と動摩擦係数	同じ試験条件での比較が必要
摩耗寿命	摩擦係数上昇までの回数・距離、被膜の減少量	終了判定と上限回数の明記が必要
被膜・相手材	剥離、摩耗痕、相手材の摩耗、転移膜	被膜摩耗と密着不良の区別が必要
摩耗粉	量、粒径、色、付着先、機構への影響	発塵・汚染の要求を含めた評価が必要
環境	温度、湿度、真空、薬品、油の有無	実機に近い条件設定と試験条件の記録が必要

※ピンオンディスク／ボールオンディスク、往復摺動などの試験法があります。試験結果は材料の組み合わせの比較に用いられます。実機寿命の評価には、実際の荷重、速度、温度、相手材などを踏まえる必要があります。

PV値（面圧P×すべり速度V）は、すべり軸受などの使用条件を表す指標の一つです。薄膜コーティングの仕様選定では、PV値に加えて、接触形状、温度上昇、始動停止や往復運動の有無、摩耗粉の排出状態なども考慮する必要があります。これらは仕様選定に必要な情報ですが、実機での性能や寿命は、実際の使用環境でお客様に評価いただく必要があります。

固体潤滑コーティングの選び方

1. 課題の明確化：摩擦、摩耗、かじり、異音、油の飛散、給油工数など、改善したい現象の特定が出発点です。
2. 摺動条件の整理：荷重または面圧、速度、ストローク、摺動方向、始動停止、連続・間欠運転が主な確認項目です。
3. 環境条件の確認：最低・最高温度、湿度、真空、粉じん、薬品、水分、油の有無が選定条件になります。
4. 接触材料の確認：基材と相手材の材質、硬さ、表面粗さ、既存の表面処理、接触形状によって被膜の性能が変わります。
5. 製品要求の明確化：膜厚、公差、色移り、摩耗粉、導電・絶縁、耐食性、食品用途、PFAS・シリコーンの使用可否などについて、要求値や可否を定める必要があります。
6. 加工条件の確認：部品形状、処理範囲、マスキング、焼成温度への耐性、量産数、検査方法も加工可否と品質に関わります。
7. 実機条件での比較：摩擦係数だけでなく、耐久回数、損傷形態、相手材への影響、ばらつきまで含めた評価が必要です。

摩擦係数だけでなく、必要寿命、相手材への影響、量産時のばらつきも重要な評価項目です。使用条件に近い試験で比較すると、用途に適した候補を絞り込みやすくなります。

吉田SKTの摺動・潤滑性を高める表面処理

吉田SKTでは、摺動・低摩擦性・固体潤滑性を目的とするフッ素樹脂（PTFE）コーティング、潤滑性と耐摩耗性・高硬度を兼ね備えたバイコート®、高潤滑・高温耐久・PFAS不使用を特徴とするFFLCシリーズを取り扱っています。温度、相手材、荷重、速度、必要寿命、使用できない材料によって、適した仕様が異なります。各処理の位置づけは、摺動・潤滑・滑り性に優れた表面処理のページでもご覧いただけます。

フッ素樹脂（PTFE）コーティング

吉田SKTでは、フッ素樹脂（PTFE）コーティングを、摺動・低摩擦性・潤滑性を高める表面処理として提案しています。オイルやグリースを使いにくい箇所で、接触面の摩擦を抑え、なめらかな動きを得たい場合に適しています。使用温度、膜厚、相手材、必要な耐摩耗性に応じた仕様選定が必要です。

バイコート®

フッ素樹脂コーティングよりも高い耐摩耗性や硬度が求められる摺動部では、バイコート®にあがります。バイコート®は、フッ素樹脂に金属やセラミックスなどの無機材料を組み合わせた有機無機複合コーティングです。

非フッ素系高潤滑コーティング FFLCシリーズ

FFLC（pFas Free Lubricant Coating）シリーズは、吉田SKTが2024年に開発したPFAS不使用の非フッ素系潤滑コーティングです。高温下の摩擦摩耗耐久性を重視した品番、食品衛生法ポジティブリスト制度への対応やシリコーンフリーを考慮した品番、相手材への色移りを抑えた品番などがあります。

品番	主な位置づけ	最高使用温度	膜厚（目安）
FFLC-101	高硬度・高温域潤滑、食品衛生法PL対応、シリコーンフリー	200℃	20～50μm
FFLC-102	常温～200℃の潤滑、食品衛生法PL対応、シリコーンフリー	200℃	20～50μm
FFLC-111	常温～250℃の潤滑	250℃	20～50μm
FFLC-211	耐熱・摩擦摩耗耐久性を重視	250℃	20～50μm
FFLC-221	150℃以下の耐久性、黒色転写低減、絶縁性	200℃	30～50μm

※数値は参考値です。形状、基材、要求性能により仕様が変わります。食品用途への採用時は、対象品番、接触条件、適用法令、使用条件をご相談ください。

社内比較試験では、テーバー摩耗試験（摩耗輪CS-17、荷重1,000gf〔約9.8N〕、1,000回）後の摩耗量が、PTFE系OCP-033で14.7mg、FFLC-211で5.7mg、FFLC-221で8.5mgでした。200℃での鉛筆硬度は、OCP-033が4B、FFLC-211とFFLC-221がFでした。いずれも特定仕様を同一条件で比較した参考値です。実機への適用にあたっては、基材、相手材、荷重、速度、温度などの条件に合わせた評価が必要です。

固体潤滑コーティングの活用例

一般的な活用例

吉田SKT製品ページに掲載している用途例

FFLCシリーズの製品ページでは、軸受、ブッシュ、コンプレッサー部品、ピストンリング、シールリング、OA摺動部品などを用途例として掲載しています。品番ごとに特徴があり、使用温度や相手材などの条件に応じた選定が必要です。

既存のメッキ被膜から発生した硬い摩耗粉が、ソレノイドのプランジャ動作を妨げていた事例では、変性フッ素樹脂コーティングを提案しました。お客様の試験で、摺動性と耐摩耗性の両立を確認しています。採用にあたっては、部品形状や使用条件に合わせた評価が必要です。

よくある質問

固体潤滑コーティングで油やグリースを完全に不要にできますか？

無給油で使用できるかどうかは、荷重、速度、温度、必要寿命によって異なります。無給油で使える仕様と、油やグリースを併用する仕様があるため、接触部全体の条件を踏まえた選定が必要です。

摩擦係数が最も低い材料を選べばよいですか？

選定には、摩擦係数とともに、摩耗寿命、密着性、相手材への影響、温度、湿度、摩耗粉、量産時のばらつきの比較が必要です。摩擦係数の比較には、荷重、速度、相手材、温度などの試験条件をそろえることが重要です。

高温や真空では、どの固体潤滑剤が適していますか？

高温や真空で選ばれる材料は、温度、雰囲気、相手材によって異なります。MoS2は真空で用いられることがあり、湿度や酸化によって摩擦や寿命が変化します。グラファイトは水分などの吸着種が潤滑に関与するため、真空・乾燥では摩擦や摩耗が増えることがあります。PTFE系では、使用温度と高温時の被膜強度の確認が必要です。

PFASを使用しない潤滑コーティングはありますか？

吉田SKTのFFLCシリーズは、全品番でPFASを使用していません。温度、潤滑性、耐久性、食品用途、シリコーンの使用可否によって適した品番が異なります。

まとめ

固体潤滑コーティングは、部品表面に潤滑機能を持つ被膜を形成し、摩擦・摩耗・かじりを抑える表面処理です。材料、被膜構成、相手材、使用環境の組み合わせによって性能が変わります。

候補を絞るには、温度、荷重、速度、相手材、必要寿命などの条件設定が重要です。実機に近い条件で、摩擦の変化、耐久性、相手材への影響、量産時のばらつきまで評価する必要があります。

固体潤滑コーティングの選定でお困りの方へ

使用温度、相手材、荷重、速度、必要寿命、PFAS・シリコーンの使用可否などをお知らせください。吉田SKTが取り扱う表面処理の中から、用途に適した仕様をご提案します。