潤滑グリース
著者；高井 順矢
グリースは、ベースオイルに増粘剤および添加剤を混合して作られる固体または半固体の潤滑剤であり、機械の摩擦や摩耗を低減します。部品の作動時にグリースはオイルを放出し、流動化して潤滑作用を発揮します。静止状態では、スポンジ状の増粘剤マトリックスが再び固まり、グリースを所定の位置に保持します。
潤滑グリースは、オイルの状態では流れ落ちてしまうような部品に使用され、その配合は自動車、製造、鉱業、建設、農業などの産業分野の用途に合わせて調整されています。
グリースとオイル：その違いとは？
グリースは、ベースオイルに増粘剤およびオイル添加剤を配合して改質したものです。液状潤滑油とは異なり、グリースは固体または半固体であり、作動時や振動下でも表面に強く付着するため、長期的な潤滑が必要な可動部品での保持性に優れています。また、グリースはオイルよりも添加剤配合の自由度が高く、配合設計者が性能特性を微調整できるという利点もあります。
グリースは特性の調整が可能であり、部品を密封して汚染物質の侵入を防ぎ、必要な場所にしっかりと留めることができます。そのため、潤滑油が所定の箇所に留まることができず保持性が問題となる用途、例えば使用頻度の低い機械や定期的な再潤滑が困難な部品などによく選ばれます。一方、オイルは、流動性と放熱性が特に重要となる高速用途においてよく使われます。
潤滑グリースの組成
潤滑油を固体または半固体のグリース状に改質する増粘剤に加え、製品の最終的な特性を向上させる目的で、添加剤によるオイルの改質もしばしば行われます。
潤滑油（含有量は一般的に75～90%）
潤滑油はグリースの流動体ベースを形成し、接触面間の摩擦を低減して摩耗や損傷を防ぎます。グリースにせん断力が加わると、粘度が低下してベースオイルの粘度に近づきます。潤滑油は作動温度などの重要な特性にも影響を与えるため、用途の要求事項に応じて選択されます。
増ちょう剤（含有量は5～25%）
増ちょう剤は潤滑油中に分散または乳化され、スポンジ状の構造と固体としてのちょう度を付与します。石けんは最も一般的な増粘剤ですが、より高い耐久性やその他の望ましい特性を得るために、固体粉末が使用されることもあります。増ちょう剤は、構造や粘度だけでなく、グリースの耐熱性、耐水性、耐薬品性にも影響を与えます。
添加剤（含有量は0～10%）
グリースの作動原理
グリース中で、増ちょう剤がベースオイルと乳化または分散することで、高い初期粘度を持つスポンジ状の固体構造が形成されます。グリースにせん断力が加わると（例えば、グリースを塗布した2つの部品が互いに滑動し始めるときなど）、増ちょう剤の粒子によって形成されたマトリックスが引き離されます。この現象はせん断減粘と呼ばれ、グリースの粘度を低下させます。これにより、グリースは油のような粘度に戻って流動化し、潤滑作用を発揮します。
せん断力がなくなると、増ちょう剤の粒子が再び凝集してスポンジ状の構造が再形成され、グリースは元の固体状態に戻ります。せん断減粘により、グリースは潤滑が必要な時に流動化し、その後は粘着性のある固体に戻って部品に付着し、潤滑剤の流出を防ぎます。
グリースは、摩耗や摩擦を軽減し、腐食を防ぎ、耐水洗性を有し、シーラントとして機能するほか、潤滑性を失うことなく重荷重による極圧にも耐えることができます。
グリースの種類とその用途
グリースは一般的に増ちょう剤の種類によって分類されます。増ちょう剤は、粘度、耐熱性、耐水性、耐摩耗性、および化学的安定性に影響を与えます。
リチウムグリース
リチウムグリースは、ステアリン酸リチウムを主成分とする一般的なグリースです。耐久性、粘性、安定性に優れており、高温下でも摩耗、酸化、腐食を防ぎます。十分な耐水性と耐圧性能を備えているため、産業機械から家庭用まで幅広い用途に適しています。
リチウムコンプレックスグリース
これらの製品は、ステアリン酸リチウムに錯化剤（アゼライン酸やアジピン酸など）を配合して製造されており、耐熱性および耐圧性が向上しています。リチウムコンプレックスグリースは高価ではあるものの、リチウムグリースよりもはるかに高い温度下でも、優れたせん断安定性、耐水性、および離油耐性を維持します。リチウムグリースと並び、最も広く普及している多目的グリースです。
カルシウムスルホネート（またはカルシウムコンプレックス／スルホネート）グリース
需要が拡大しているこのカテゴリーのグリースは、優れた耐圧性、耐水性、および防錆性が求められる用途でよく使用されます。カルシウムコンプレックスグリースは、リチウムコンプレックスグリースと同等の高温耐性も備えています。カルシウムコンプレックスグリースは耐久性に優れ、長寿命であり、重工業や船舶用途で広く使用されています。
アルミニウムコンプレックスグリース
アルミニウムコンプレックスグリースは、極めて高い温度下でも優れたせん断安定性と防錆性を維持します。カルシウムグリースやカルシウムコンプレックスグリースと同様に、優れた耐水性も備えています。アルミニウムコンプレックスグリースは、食品・飲料産業用機械のほか、自動車、製鉄、農業などの分野で広く使用されています。
バリウムコンプレックスグリース
バリウムコンプレックスグリースは高性能なグリースですが、規制や環境への配慮から、主に特殊な用途で使用されています。高負荷および高速条件下でも、優れた耐熱性、耐水性、耐酸化性、および耐薬品性を発揮します。高性能グリースとして、一般産業、航空宇宙、および船舶産業など、要求性能の厳しい用途で使用されています。
ベントナイト（クレイ）グリース
ベントナイトグリースは、吸収性の高いベントナイトクレイで増粘されているため、石けんが主成分のグリースとは異なり、滴点を持たないという特徴があります。つまり、高温でも溶けて流出することはありません。また、優れたせん断安定性、耐水性、耐摩耗性、および付着性も備えています。これらの特性を併せ持つベントナイトグリースは、製鉄、製造、鉱業、セラミックスなどの高温・高摩耗用途に最適です。
ポリウレアグリース
この高性能グリースは、従来の金属石けんではなく、ポリウレアを主成分としています。その結果、優れた耐熱性、耐水性、酸化安定性、防錆性、機械的安定性、および長期耐久性を、他に類を見ないレベルで兼ね備えています。ポリウレアグリースは高価でありながら優れた特性を持つため、主に電気モーターや重機など、過酷な条件下において再潤滑なしで長期間稼働する必要がある機器に使用されます。
ナトリウムグリース
ナトリウムグリースは高温に強く、良好な潤滑性を示しますが、一般的に耐水性および耐酸化性は劣ります。そのため、現在では特定の高温・低速用途、または混合増ちょう剤グリースの配合成分としてのみ使用されています。
その他のグリース
特殊な用途のニーズに応えるため、以下のようなさまざまなグリースの配合が開発されています。
シリコーングリース：シリコーンオイルと増ちょう剤で構成されています。この電気絶縁性グリースは、配管、歯科、スキューバダイビング、電力設備、および化学実験室におけるゴム部品の潤滑剤として使用されます。また、一部の電子機器では絶縁体や保護シーラントとしても使用されています。
PTFEグリース：耐久性、潤滑性、柔軟性に極めて優れたグリースであり、化学的不活性が求められる高性能環境で使用されます。
食品グレードグリース：食品に対して安全な潤滑剤ベースオイルと増粘剤で構成され、産業用の食品加工・包装機器で使用されます。
水系グリース類似物質：無毒性かつ非オイル系の材料にグリースのような特性が求められる用途では、水系溶液を増粘してグリース類似物質を形成することができます。
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ニーズに合ったグリースを選ぶ際に考慮すべき要素
グリースを選定する際は、ベースオイル、増ちょう剤、およびオイル添加剤によってもたらされる特性が、対象となる用途の要求特性とどのように適合するかを考慮してください。
ベースオイル
ベースオイルは、使用時のグリースの粘度および潤滑性能を決定づけます。ベースオイルは一般的に、鉱物油、合成油、植物油に分類されます。鉱物油は安価で短期的な使用に適しているのに対し、合成油は良好なせん断安定性を備え、耐久性や耐熱性に優れた潤滑性を得るための標準的な選択肢です。植物油は、材料特性や寿命において比較的劣るものの、無毒で環境に優しく、食品に対して安全なグリースの配合に最適です。
増ちょう剤
増ちょう剤には、金属石けん、複合金属石けんまたはその混合物、およびベントナイトクレイやポリウレアなどの非石けん系増粘剤があります。増ちょう剤を選定する際は、相溶性、せん断安定性、寿命、粘度、耐熱性、耐水性、および耐薬品性に関する要件を考慮してください。
添加剤
オイル添加剤は、グリース配合における重要な構成要素であり、これによりメーカーは用途に特化させ、性能を向上させるとともに、オイルと増粘剤の基本配合における潜在的な弱点を補うことができます。一般的な添加剤は、腐食や酸化を防止したり、付着性を高めたり、粘度調整剤として機能したりします。その他の添加剤には、極圧下での摩耗を防止するもの（グラファイトや二硫化モリブデン）、離型剤として作用するもの（銅やセラミック粉末）、あるいは保油性を維持して寿命と性能を向上させるもの（クラレの〈セプトン®〉）などがあります。ベアリングなど、公差が極めて厳しい部品に使用するグリースを検討する際は、グラファイトやセラミック粉末などの固体添加剤の使用を避けてください。
ちょう度
ちょう度とは、せん断減粘を起こす前のグリースの柔らかさ、または硬さを表す指標です。グリースを確実に塗布するには、ちょう度が重要な検討事項となります。グリースには、潤滑箇所全体に十分に広がるだけの作業性だけでなく、塗布後に表面にしっかりと付着するだけの粘着性が求められるためです。
グリースは、NLGIちょう度等級に基づいて000から6に分類されます。NLGI 000～1のグリースはほぼ液状から半軟質、NLGI 3～6のグリースは硬質から極硬質までの硬さを示します。しかしながら、市場に出回っている製品の大部分は、中程度のちょう度を持つNLGI 2のグリースです。
軟らかいグレードはギアやトランスミッションなどの部品に、中程度のグレードは転動体やベアリングに、硬いグレードは主にシーリンググリースとして使用されます。
ちょう度の測定：針入度
グリースのちょう度は、標準規格であるASTM D217試験方法に基づき、針入度を測定することによって決定されます。この試験では、針入度計をグリース表面に正確に5秒間落下させ、その後引き上げます。その針入深さを記録し、NLGIちょう度の判定に用います。通常、グリースはまず不混和の状態で試験されます。その後、長期間使用した後のちょう度を再現するため、混和器や混練機で機械的に混和させてから試験を行います。
グリースの滴点
一定の温度に達すると、ほとんどのグリースは半固体の構造を失って完全に流動化し、潤滑が必要な箇所への付着能力が低下します。この温度はグリースの滴点と呼ばれます。予防措置として、ほとんどのグリースは滴点より50℃以上低い温度で使用することが推奨されています。
グリースの滴点は、標準規格であるASTM D566 / D2265試験によって測定されます。ASTM D566（滴点250℃まで）では、グリースを入れた試験カップを高温のオイルバス中で、グリースから油滴が滴下するまで加熱します。一方、ASTM D2265試験（滴点330℃まで）では、オーブン内のアルミニウムブロックで試料を加熱します。
リチウムコンプレックスグリースは、高い滴点を持つグリースとして最も一般的なタイプです。より特殊な高滴点グリースとしては、カルシウムコンプレックスグリース、アルミニウムコンプレックスグリース、バリウムコンプレックスグリースなどが挙げられます。ベントングリースは金属石けんを主成分とするグリースではないため、滴点を持たないという点で特徴的です。
dmN値
dmN値（DN値またはNDm値とも呼ばれます）は、高速ベアリング用のグリースを選定する際の指標として用いられます。これは、高速回転下ではグリースの潤滑維持能力が低下し始める可能性があるためです。ボールベアリングのdmN値は、ベアリングの平均径（mm）にその回転数（RPM）を乗じた値です。この計算方法は、ベアリングの種類によって異なる場合があります。ベアリングのdmN値は、最適なグリース粘度を決定する際に役立ちます。
その他の特性
用途に最適なグリースを選定する際は、以下の点も考慮してください。
耐水性および耐薬品性：水濡れや湿気の多い環境で稼働する機械を長期的に保護するには、耐水性グリースが必要です。オイル、化学薬品、または溶剤にさらされる産業用および建設用機械には、優れた耐薬品性を備えたグリースが必要になる場合があります。
機械的安定性：持続的な荷重、せん断、または振動を受ける長寿命グリースの場合、保油性と潤滑性を維持するために機械的安定性を優先してください。
グリースの相溶性：新しいグリースに変更する場合、またはグリースを混合する場合は、グリース間に相溶性があり、問題なく混合できることを確認してください。
コスト：高価な高性能グリースの中には多くの望ましい特性を兼ね備えているものもありますが、適切な添加剤を使用すれば、低コストの配合でも用途によっては同等の性能を発揮する可能性があります。
用途
グリースは、定期的な再潤滑を行わずに、摩擦点において安定した潤滑を必要とするあらゆる用途で使用されます。これには以下のような産業が含まれます。
自動車：自動車産業において、グリースはホイールベアリング、モーターベアリング、ボールジョイント、ユニバーサルジョイント、シャーシ部品、アクチュエーターなど、様々な箇所の潤滑に使用されます。
鉄道および船舶：潤滑グリースは、長寿命と耐水性・耐熱性が求められる搭載機器やモーターだけでなく、摩擦や騒音を低減させるためにレールにも使用されます。
工業製造：製鉄、コンベアベルト、ファン、ポンプ、プレス機などの工業製造用途の場合、高温・高速で稼働させるにはグリースが不可欠です。
鉱業、建設業、農業：鉱業、鉱石処理、産業建設、農業などで使用される重機は、過酷な稼働条件に耐えるため、高性能グリースで潤滑する必要があります。
家電製品と電子機器：パソコン、スマートフォン、エアコン、扇風機、コピー機、電動工具、家電製品などの電子機器に使用されるモーター、ベアリング、ファンは、グリースによる長期的な潤滑が必要です。
特長と利点
- 様々な種類のグリースで効果的な摩擦低減
- 優れた油溶性とグリースへの容易な配合性
- 優れた増粘効果
- 低VOC含有量
- 無色透明
〈セプトン®〉
クラレの高性能な水添スチレン系ブロック共重合体である〈セプトン®〉は、リチウムグリースにおける性能が実証されており、グリースの性能向上に寄与する理想的なオイル添加剤です。
〈セプトン®〉は、極めて高効率かつ費用対効果の高い粘度調整剤として機能し、低温下での優れた性能を維持し、保油性を向上させながらグリースの粘度を調整します。〈セプトン®〉は、リチウム、リチウムコンプレックス、カルシウム、カルシウムスルホネートコンプレックス、ポリウレアなど、主要なすべてのグリース増粘剤と配合することができます。
特長と利点
- 保油性の向上
- 長期的な信頼性の向上
- 優れた低温性能
- 高い増ちょう効果
- リチウムグリースにおける高価なリチウム使用量の削減
- 全ての主要なグリース増粘剤と配合可能
- 鉱物油および合成油との幅広い相溶性
- 無毒性かつリサイクル可能
結論
グリースは、長寿命と安定した潤滑が求められる高性能用途において不可欠です。摩耗や摩擦を低減し、腐食を防止し、耐水性シール剤として機能することで、機械を保護します。
