焼き付き現象の学術的な原因

質問

組立設備の開発を行っているものです。
装置の各部に金属同士のﾒｶｽﾗｲﾄﾞを設けていますが、
焼き付きトラブルが発生し問題になっています。
基本的には、グリース溝+グリースｱｯﾌﾟを実施しています。
油やｸﾞﾘｰｽ、表面処理で焼き付き寿命を延ばせることは理解していますが、
そもそも、焼き付き現象とはどのようなことが金属物質に発生
しているのでしょうか？学術的な原因を知りたいのですが、よろしくお願いします。

回答No.3

noname#230359

ＨＴさんも仰られていますが、この問題を学術的（物性物理等）にここで説明することはこ困難のように思います。
これで回答を終わってもいいのですが、それでは寂しいので私なりの意見をお答えします。
金属どうしで考えると良く分かりませんが、たとえば車のタイヤで考えるとどうでしょうか。
無茶な使い方をしないと考えると基本的にはタイヤのほうがアスファルトに負けてすり減ります。
ですが、もしタイヤが金属や道路と同じアスファルトならばどうなるでしょうか。

話を戻しますが、この話を前提にすると金属どうしの場合でも同じことになることが予測できると思います。
要は金属の引っ張りの強さがどのくらいあるのか？金属どうしにどれだけ力をかけるか？というのが問題になると思います。
私なりの結論を言いますと焼きつきは引っ張りの強さが低いほうの鋼材がよくすり減り（あまり力を加えないとき）、焼きつく（力を加えたとき）ということになります。

よく分からないアドバイスになってしまいましたが、
参考になれば幸いです。

お礼

ご回答ありがとうございます。
焼きつきという言葉で、熱い状態を想像しましたが、どうやらそうではないようですね。ありがとうございました。

回答No.2

noname#230359

学術的な説明はできませんが、簡単に言ってしまえば、摩擦により発熱する。
発熱すると熱膨張する。
熱膨張するとクリアランスが少なくなる。
クリアランスが少なくなると摩擦抵抗が増え、さらに滅膨張してクリアランスがゼロになり、動かなくなってしまう。このときどちらかにわずかでも傷がつば傷が傷を呼び最悪の状態になるわけです。
悪循環の繰り返しとも言えるでしょう。

SUS304 等のステンレスが嫌われるのは、熱伝導率が悪く（放熱性が悪いとも言えます）、膨張率が高いからです。

すでに書かれていますが、摩擦による発熱を防ぐために潤滑油を塗ります。
スライド軸受けに真鍮（オイレスベアリングなど）を使うのは軸を摩耗させないためと、焼き付けを防ぐためです。

補足

ご回答ありがとうございます。
熱膨張ということは、片側がバネなどでフリーになっている面では、どうでしょうか？熱膨張しても公差のクリアランスがゼロになることはありません。経験的には、オイルがないと、前記のスライドでも焼き付き（カジリ）が生じます。
・カジリ
・焼き付き
とは違う現象でしょうか？

回答No.1

noname#230359

NOGUCHIさんの希望する学術的説明は私の手に負えないのでできませんし、
専門家からすると稚拙な回答かと思いますが参考に。
焼き付きとは何か？の定義はあまり興味がないので勉強していませんが、
今回の”焼き付き”のメカニズムとしては、油膜が分断（せん断）され
金属同士が金属結合やイオン結合などによって強い凝着を起していることを言うのだと思います。
逆に言えば油膜が材料表面に絶えず形成されていれば起こらないと言えます。（厳密には少ない無いようですが）
凝着は同材質同士で起き易く、異種材質同士の方がし難いようです。
アルミ同士よりアルミと真鍮の組み合わせが良いと言うことです。
また、表面は度を過ぎた平滑同士より、ある程度荒れていた方が凝着し難いようです。
また、潤滑油を金属間に入れるのは金属同士が直接接触して凝着することを
防ぎ、摩擦・磨耗から金属を保護する。
また、摩擦係数を低減させる役割があると思います。
他にも洗浄効果や直接接触による金属の発熱防止。
ここに発熱が油膜分断と関係する例としては、熱伝導率や線膨張係数が
異なる金属を摺動させると、互いのスキマが小さくなり油膜を分断させる
ことが考えられます。
よって熱膨張を考慮した材質選定や部品構成も考慮必要と思います。
ホントに学術的焼き付きのメカニズムを知りたいなら、その手の書籍で
勉強した方がよいですし、ここで説明できる程容易な分野ではないこと
書き添えておきます。

お礼

さっそくのご回答ありがとうございます。
凝着という現象が関連しているようですね。
勉強してみます。
ありがとうございました。