潤滑剤｜摩擦制御で性能と寿命を向上

潤滑剤

潤滑剤とは、固体接触面の間に介在して摩擦と摩耗を低減し、発熱を抑え、表面損傷を防ぐ物質である。主に油（鉱物油や合成油）およびグリースが用いられ、流体膜の形成により直接接触を避け、荷重分担と振動減衰、腐食防止、シール補助、洗浄・スラッジ分散、放熱といった副次機能も担う。機械要素（軸受、歯車、カム、油圧機器）から建築設備、製造ラインに至るまで適用範囲は広く、学術領域としてはトライボロジーに位置づけられる。適切な潤滑剤選定は信頼性、効率、寿命の鍵である。

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潤滑モード

潤滑剤による潤滑は、粗さより厚い膜が形成される流体潤滑、転がり接触で弾性変形を伴うEHL（弾性流体潤滑）、境界膜が支配的な境界潤滑、両者が混在する混合潤滑に分類される。作動粘度、相対速度、面圧の関係はストライベック曲線で表され、無次元数（ηV/P）や膜厚比λが状態判別の指標となる。適正な潤滑剤と供給条件により、摩擦係数を低減しつつ焼付きやピッチングを防止できる。

基油の種類

  • 鉱物油：精製しやすく汎用の潤滑剤として広く使用。
  • PAO（ポリαオレフィン）：酸化安定性と低温流動性に優れ、高信頼用途に適する。
  • エステル：高温安定性と洗浄性が高く、航空・環境対応での潤滑剤に用いられる。
  • PAG：水溶性や低摩擦が特長で、ギヤやコンプレッサの特殊用途向け。
  • シリコーン／フッ素油：極端温度や化学的攻撃に耐える特殊潤滑剤。

グリースの構成

グリースは基油に増ちょう剤（リチウム、リチウム複合、ポリウレア、カルシウムスルホネート等）を分散させた半固体潤滑剤である。油を保持して漏れにくく、封入寿命が長い一方、放熱性は油より劣る。転がり軸受、密封部、補給困難部位で有効である。せん断で柔らかくなるチキソ性や滴点は適用温度域選定の指標となる。

添加剤の機能

  • ZDDP：耐摩耗・酸化防止。境界潤滑下で保護皮膜を形成し潤滑剤寿命を延長。
  • EP添加剤：極圧下の焼付防止。硫黄・リン系が荷重に応じ反応皮膜を生成。
  • 摩擦調整剤：低μ化やNVH改善。摩擦係数を安定化して効率を向上。
  • 防錆・防腐・消泡・清浄分散・粘度指数向上剤：系の安定運転に不可欠。

粘度と粘度指数

潤滑剤の性能決定因子は粘度である。動粘度は40℃で測定され、ISO VG（例：VG32, VG68）として等級化される。粘度指数（VI）が高いほど温度による粘度変化が小さく、広温度域で安定する。低温流動点、引火点、HTHS粘度も選定に影響する。高速低荷重は低粘度、低速高荷重や高温は高粘度が一般指針である。

規格と表示

  1. ISO VG：工業用油の粘度等級で潤滑剤選定の基本。
  2. SAE：エンジン油・ギヤ油等の粘度分類。
  3. NLGI：グリースの硬さ等級（例：NLGI 2）。
  4. JIS/ASTM試験：粘度（ASTM D445）、滴点、酸化安定性等の評価。

油とグリースの使い分け

連続冷却や汚染排出が必要な開放ギヤ・高速軸受には循環油系潤滑剤が有利である。封入性と簡易保全を重視する小型軸受や摺動案内にはグリースが適する。飛散や漏洩許容度、シール構造、給脂可否を総合比較して選択することが望ましい。

設計指針とストライベック

設計では目標膜厚と表面粗さからλ＝h/σを算出し、λ≧3を流体潤滑の目安とする。負荷容量、周速、接触形状に応じて潤滑剤粘度と供給法（油浴、ミスト、ジェット、グリース封入）を決める。歯車のEHL条件では粘度指数の高い基油やEP添加剤が有効である。

劣化と状態監視

潤滑剤は酸化、熱分解、剪断による粘度低下、添加剤枯渇、水分・粉じん混入で劣化する。油分析では粘度トレンド、酸価（TAN）、全塩基価（TBN）、粒子数、鉄分、FTIRが有用で、グリースは滴点変化や油分離率をみる。傾向監視により交換時期とフィルタリング計画を最適化できる。

清浄度と汚染管理

粒子は接触面に三体摩耗を生じさせ、早期損傷の主因となる。密閉保管、乾燥窒素パージ、ブリーザでの除湿、適正フィルタβ値、フラッシングは潤滑剤の清浄度維持に不可欠である。水分は油膜強度と添加剤機能を損なうため、脱水や水分監視を併用する。

材料適合性と環境配慮

潤滑剤はシール材や塗装との相溶性を確認すべきで、NBR, FKM, PTFE等で膨潤差が生じる場合がある。食品機械ではNSF H1適合や無毒性が求められ、生分解性油は流出リスクの低減に有効である。VOCや排水規制、廃油処理も設計段階から考慮する。

典型的な不具合と対策

焼付きは境界潤滑の過度化で生じ、粘度不足や供給不良、EP不足が要因である。ピッチングはEHL下の疲労損傷で、清浄度悪化や過荷重、表面粗さ不適合が誘因となる。スラッジ堆積は高温酸化と汚染が原因で、適正温度管理と潤滑剤更新、フィルタ強化で抑制できる。

安全衛生と取り扱い

SDSに従い保護具を着用し、皮膚長期接触やミスト吸入を避ける。異種潤滑剤の混合は増ちょう剤や添加剤の不適合を招くため、互換性を確認する。保管は直射日光と湿気を避け密栓し、先入先出で管理する。漏洩時は吸着材で回収し、廃油は法令に基づき適正処理する。