潤滑油

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潤滑油(じゅんかつゆ)とは、機械歯車などを、効率よく潤滑するための、潤滑剤として使われるであり、時には冷却にも益する。エンジンオイルもこの一種。 また、この化学的性質を例えとして、物事が円滑に運ばれるための仲立ちとなる物や人を指す言葉としても使われる。

概要[編集]

油は分子量が大きく、液体としてはなどに比べ粘性が高く皮膜が丈夫で、物体間の摩擦を軽減させる。このため多くの機械装置の潤滑には油が利用される。また機械装置に利用する上では、電気的性質が中性で金属(酸化)を誘発させないなど都合がよい。絶縁の性質も強いものが多い。

潤滑油は、機械の機械要素間に働く摩擦を軽減するために利用される油全般を指す表現で、一般には機械油とも呼ばれるが、機械油自体は切削油伝熱材としての利用など、潤滑以外に利用されている油も含まれ、潤滑油を含む概念である。

こういった油の多くは、特に機械装置内を潤滑する場合に於いて長期間粘度が変わらないことが求められ、そのためには酸化し難いことや温度変化で極端に粘性が変化しないことなどが求められる。特に内燃機関では高温の環境下で変質したり燃焼しないよう、高い沸点のものが利用される。また難燃剤添加剤などを加え、沸点を押し上げることも行われるが、この添加剤によっては有害なものもあり、注意が必要である(カドミウムなど)。

潤滑油の種類[編集]

潤滑が必要な場所や性質によって様々な種類があり、また鉱物油(石油を原料とする)から動植物より得られるものまで様々な油が利用されてきた。

鉱物性[編集]

合成油[編集]

シリコーン
性質が安定しているため、広い範囲で使われる。

植物性[編集]

ヒマシ油
粘度が高い。
菜種油
食用油の代表格だが、日本では照明にも使われたため比較的広い範囲で菜種が栽培され得易かったため、築城などの折に大きな石の運搬で、ソリの潤滑にも使われた。
ワックス(
固形で照明にも使われるが、建具などの潤滑にも利用される。障子の溝に塗るのはその一例。

動物性[編集]

マッコウクジラの油
低温環境でも硬化せず、寒冷地仕様の腕時計などにも利用された。安定した性質の合成油ができてからは余り需要もなくなったが、それまでの1970年代までは他に代わる潤滑油が無かった。
ラード(豚脂)・牛脂(ヘット)
古くからもっとも身近にありふれた動物性油脂であり、潤滑剤として広く利用されていた。融点が高く、常温では半固形状となるためグリースに類する用途で使用される他、鉱油で不足する油性を向上する目的で添加する場合もあった。硫化することで安定性や潤滑性を向上させたものも利用される。含まれる脂肪酸は合成潤滑剤の原料として利用される。

潤滑油添加剤[編集]

基本的に潤滑油には性能の向上や付加のために添加剤が混入されている[1][2]

清浄分散剤[編集]

エンジンなどの運転で生成する有害な不純物を潤滑面から取り除き、エンジン等内部を清浄に維持する。また、焼き付きや故障を防ぐ。一般的に清浄分散剤を使用するとエンジン等の寿命が長くなる。主にエンジンオイルに用いられる。通常、添加量は2~10%であり、他の添加剤と比べて基油に対する配合量が高い。米国や日本では添加剤需要量における清浄分散剤の比率が50%前後に達すると考えられている[1]

不純物とは不溶性金属粉(スラッジ)であり、金属表面が摩擦すると微少ながら金属が削れて溶解性金属分子のスラッジ前駆体(スラッジプリカーサ)が現れる。スラッジ前駆体が油中に蓄積していくと多数の前駆体が重合して高分子量の不溶性成分となる。不溶性成分が凝集若しくは沈殿してスラッジとなる[3]。潤滑面に存在すると摩擦や磨耗の原因となり、潤滑油に混入すると潤滑油の酸化や劣化の原因となる。すると、機械の焼き付きや故障につながる。

清浄分散剤は多機能であり、スラッジの分散作用、スラッジ前駆体の可溶化作用、燃料の燃焼生成物や潤滑油の劣化生成物に由来する酸性物質の中和作用を持つ。さらに、スルホネートは防錆作用も、フェネートは酸化防止作用も有する。

酸化防止剤[編集]

潤滑油の酸化を防止し、かつ、油の酸化に起因するワニスやスラッジの生成を抑制する。酸化防止剤は、ワニスやスラッジの生成要因である遊離イオンや過酸化物と反応して安定な物質に変換する。ジチオリン酸亜鉛有機硫黄化合物ヒンダードフェノール芳香族アミンN,N'-ジサリシリデン-1,2-ジアミノプロパンなど。通常、添加量は0.1~1%。

潤滑油は空気中の酸素分子によって酸化され、潤滑油成分はアルコール類やケトン類となる。下記に潤滑油の酸化反応を示す[4]

RH(炭化水素) + エネルギー(熱、光、触媒) → R*(ラジカル) ・・・(1)
R* + O2 → R-O-O*(遊離基) ・・・(2)
R-O-O* + RH → R-O-O-H + R* ・・・(3)

上記(1)~(3)はエネルギーが付加された際に潤滑油中の炭化水素が酸化される過程である。 酸化生成物であるラジカルや遊離基はそのまま別の炭化水素の酸化反応を引き起こす。したがって、一度でも炭化水素からラジカルが生じると酸化は下記の終結反応まで繰り返される。すなわち、潤滑油の酸化は連鎖反応である。終結反応を下記に示す。

2 R* → R-R ・・・(4)
R* + R-O-O* → R-O-O-R ・・・(5)
2 R-O-O* → R-O-O-H + O2 ・・・(6)

これら高活性な有機物が蓄積して重縮合するとスラッジとなる。潤滑油の酸化は使用時の高温作用、剪断による撹拌作用、および金属表面の活性金属の触媒作用により促進される。ここで不活性金属とは第一に遊離の金属イオンや過酸化物であり、金属表面の摩擦により生成される。第二に、金属石鹸といった潤滑油添加剤である。また、使用中だけでなく、保管条件によっては保管中にも酸化は進行する。

耐荷重添加剤[編集]

潤滑油の潤滑性能と耐荷重性能を向上させる添加剤。これにより磨耗や焼き付きを防止する。

錆止め剤[編集]

鉄の錆を防止する添加剤。作用機序としては第一に、金属表面に保護膜を形成し、錆の原因物質である酸素分子や水を金属に接触させなくする。この効果は耐荷重添加剤も有するため、錆止め剤かつ耐荷重添加剤である物質も存在する。第二に潤滑油内の酸性物質を中和して錆の発生を防止する。錆止め剤にはカルボン酸スルホネートリン酸塩アルコールエステルなどがある。通常、添加量は0.1~1%。

腐食防止剤[編集]

鉄以外の金属の錆(腐食)を防止する添加剤。基本的に作用機序は錆止め剤と同じ。含窒素化合物(ベンゾトリアゾールおよびその誘導体、2,5-ジアルキルメルカプト-1,3,4-チアジアゾール)、ジチオリン酸亜鉛などがある。通常、添加量は0.4~2%。

粘度指数向上剤[編集]

温度変化に伴う潤滑油の粘度変化、特に低温時での粘度増加を低減する。主な用途はエンジン油であり、他の一般的な潤滑油には粘度指数向上剤は用いられない。エンジン油の場合、起動直後および、冬場や寒冷地での低温で粘度指数が悪いとエンジンの立ち上がりや運転が非効率となる。粘度指数向上剤の添加は省燃費性の向上、エンジン油の消費量低減、エンジン油の交換時期の延長、エンジンの長寿命化、低温での始動の効率化が得られる。ポリメタクリレートオレフィンコポリマースチレンオレフィンコポリマーポリイソブチレンなどがある。通常、添加量は2~20%である。

流動点降下剤[編集]

潤滑油の流動点を低下させ、潤滑油として使用可能な温度範囲を低温側に広げる添加剤。作用機序については、低温における潤滑油中の蝋分の結晶化を防止する。結晶化が進行すると流動性が無くなり、潤滑性能が失われる。ポリメタクリレートアルキル化芳香族化合物、フマレート酢酸ビニル共重合物エチレン・酢酸ビニル共重合物などがある。通常、添加量は0.05~0.5%である。

消泡剤[編集]

潤滑油の泡を破壊し、潤滑油の泡立ちを抑制する添加剤。ポリメチルシロキサンシリケート有機フッ素化合物金属石鹸脂肪酸エステルリン酸エステル高級アルコールポリアルキレングリコールなどがある。通常、添加量は1~1,000ppmである。

乳化剤[編集]

油を乳化し、生成したエマルションの安定性を保つ界面活性剤。エチレンオキサイド付加物、エチレンオキサイドプロピレンオキサイドブロックポリマーエステルカルボン酸塩、硫酸エステルスルホン酸塩、リン酸エステルアミン誘導体、第4級アンモニウム塩などがある。通常、添加量は3%未満である。

抗乳化剤[編集]

エマルションを破壊する。また、潤滑油の乳化を防止する。エチレンオキサイド付加物エチレンオキサイドプロピレンオキサイドブロックポリマーアルキルフェノールホルマリン縮合物のエチレンオキサイド付加物、第4級アンモニウム塩などがある。通常、添加量は3%未満である。

カビ防止剤[編集]

エマルション中に生存する細菌、カビ、酵母などの微生物の増殖を防ぎ、それらに起因する障害を抑制する。フェノール化合物ホルムアルデヒド供与体化合物、サリチリアリニド化合物などがある。

潤滑油の分類[編集]

業界では以下の様に添加剤配合の有無による分類も存在する。現代では一部を除く殆どの潤滑油は高級潤滑油となるため用いられることはあまり多くない。

並級潤滑油[編集]

基油(鉱油)のみで構成され添加剤を含まないストレート油。マシン油(スピンドル油)、並モーター油、絶縁油(一部)など。

高級潤滑油[編集]

基油に添加剤を配合した潤滑油。高い性能が要求される現代の潤滑油では何かしらの添加剤が配合されるため、自動車、産業、工業用の潤滑油の大多数は高級潤滑剤に分類される。

なお戦前戦中など添加剤を配合する事が一般的ではなかった時代において言及される「高級潤滑油」は添加剤の有無ではなく、一定以上の性能を持つもの、強いて言えば粘度指数および精製度が相当に高いもの(例:当時の高性能モビール油、航空潤滑油など)を指す事があるため混同しない様に注意が必要となる。 この粘度指数と精製度で定義した場合、現在流通する並級潤滑油の大多数は当時の高級潤滑油に相当する。

潤滑油が適さない例[編集]

小さい力で動くよう設計されている精密機械では油の粘性がかえって邪魔になることもある。例えば腕時計のような微小な装置や、カメラシャッターのような高速で動くことを前提とした機構では、粘度の高い潤滑油の場合は動作を不確実なものとしてしまう。

そのほか、空気中の埃など微細な汚れを吸着し、作動不良を招くことがある。例えば古く動作の固くなった鍵穴に潤滑油を挿すと、その時は動作が軽くなるが、後々砂などがくっついてしまい、余計に動作が悪くなることがある。

こういったものの潤滑には専用の潤滑剤を特に摩擦の影響を受け易い場所だけに適量塗布したり、あるいは脱脂などで余計な汚れや油を取り除いたりする。

極端には潤滑油の使用を避け、固体潤滑剤を使用する。宇宙機のように真空に暴露されるので液体ではすぐに揮発してしまう場合などは、固体被膜潤滑剤が必須である。

脚注[編集]

  1. ^ a b 潤滑油添加剤の種類・用途”. ジュンツウネット21. 2017年1月16日閲覧。
  2. ^ 添加剤の種類と使用目的”. ジュンツウネット21. 2017年1月16日閲覧。
  3. ^ 内燃機関のオイル劣化判定装置”. astamuse. 2017年1月16日閲覧。
  4. ^ 豊口満. 潤滑油酸化防止剤について. https://www.jstage.jst.go.jp/article/yukigoseikyokaishi1943/13/11/13_11_512/_pdf. 

関連項目[編集]

外部リンク[編集]

  • 潤滑油』 - NPO法人・科学映像館Webサイトより
1959年、丸善石油(現・コスモ石油)の企画の下で東京シネマが制作した短編映画《現在、上記サイト内に於いて無料公開中》。