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June/2008■ 技術講座知りたいトライボロジー講座⑦「潤滑グリースについて」
機能部品事業

Things to Know about Tribology"Grease for Lubrication"〈キーワード〉グリース・密封軸受・開放型軸受・基油・増ちょう剤・酸化反応速度

部品事業部／技術一部

岡島 正和
Masakazu Okajima

知りたいトライボロジー講座⑦「潤滑グリースについて」要

旨 （グリースの歴史）

グリースを潤滑用語解説集で調べますと、次のように解説しています。
「半固体状の潤滑剤の総称で、英語では本来の意味である獣脂などと区別するためLubricating Greaseと呼ばれることが多い。」
起源はエジプト時代にさかのぼります。ピラミッドの発掘調査で、当時使われていたであろう戦車の車軸を分析したところ、カルシウムが検出され、石灰を獣脂に混ぜて使われていたことが分かりました。つ
まりは液状の潤滑剤を何とか固めて、長く保持させようとしていたことが分かります。

1.軸受寿命向上の潤滑剤

転がり運動には、性能維持、寿命向上のため潤滑が不可欠です。最も多用されている転がり軸受に、その後、動植物油が潤滑剤として使用されてきま

単列深溝玉軸受という軸受がありますが、この軸受したが、石油の発見によって安定した品質の潤滑には、潤滑剤であるグリースを軸受内に封入した密これらが主流になっ剤を手に入れられるようになり、封軸受と、使用環境に合わせてグリースを補給する

したがって、石油系潤滑剤をグリース化てきました。

開放型（オープン）軸受の2種類があります。単列深ごく近代の話です。
して使うようになったのは、断面図を図2に示します。
溝玉軸受の外観写真を図1、Abstract"Grease" is defined in the glossary of lubrication terms as the following. "Grease is ageneral term for semisolid lubricant and in
English it is often called Lubricating Grease todistinguish it from animal fat that is the original meaning of grease."
Its etymology traces back to the Egyptianera. During the excavation and research of
Pyramids, the axles of tanks used in that era
had been analyzed and calcium had been detected. Lime had been mixed in animal fat inorder to make liquid lubricant thicker and to
prolong its life.
Since then, a use of animal and plant oil
continued until the discovery of petroleum,
which brought about more stable lubricant,making it the mainstream of grease. Therefore, it is fairly recent that the petroleum-based
lubricating grease came into use. The development and application of grease are explainedwith some examples.

グリースのいずれもグリースで潤滑を行なう場合は、使用環境、使用条件により、軸受特性が大きく変わることが分かっています。
接触シール
軸受

非接触シール
軸受

シールド軸受開放型（オープン）軸受

図1

単列深溝玉軸受の外観写真封入グリース：空間体積の２５％前後が封入される

接触シール（ゴム）軸受

図2

1

密封型軸受

非接触シール（ゴム）軸受

シールド（金属）軸受

単列深溝玉軸受の断面図

2. グリースの成分

リチウム系の例※1

グリースの成分は、その80％前後が基油と呼ばれる潤滑に直接的にかかわる油であり、残りの20％前※2後が、増ちょう剤と呼ばれ基油を保持するものであり、これに数％の添加剤を加えて構成されています。
代表的な増ちょう剤の顕微鏡写真を、図3に示し

ウレア※3系の例

ます。増ちょう剤は基油を抱え込むスポンジのような

図3

このスポンジが切断もので、大きな剪断力を受けて、増ちょう剤の顕微鏡写真などされるとグリースの保持能力は低下し、軸受内部からグリースが流出する原因となります。基油およ

グリースの劣化を左右する因子は、回転数、外力

び増ちょう剤は、それ自身では防錆能力は一般にな

グリーの大きさ、水やダストの侵入などがありますが、く、その為、添加剤を加えなければいけません。ただし、スを密封できれば、劣化に対して最も大きく左右す添加剤は、その量がわずかではありますが、防錆以る因子は使用温度となります。この為、使用環境の外にも多くの効用を有しており、文字通り鼻薬となっ対策と併行して、グリースの開発は、高温性能向上ています。

を主眼に開発されてきました。

3. グリース寿命（グリースの耐久性を示す）計算式
軸受の密封性を高めるなどして、グリース劣化をアレニウスの式を積分等して、荷重および回転数グリースは次第に劣化します。
促す要因を排除しても、の影響度合いを実験などにより算出し、最終的に次その耐久性の指標として、現在最もよく用いられてのような計算式がE.Booserにより提唱されました。

いるものは、酸化反応速度です。酸化反応速度の（Arrhenius；スウェー
対数と絶体温度とはアレニウス
デン 1859〜1927）の式により、逆数の関係で表わさlogL＝ −2.3＋れます。

d・n
［dn］L

アレニウスの式
dx
E＝A exp
（−）
dt
RT

ここに Ｌ

ここにｘ；酸化物生成量ｔ；経過時間

T；絶体温度A,E,R ；定数
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2450
−0.301Sg −0.26
273＋T

−0.18

n・d・W
C2；グリース劣化時間ｈｒｓ

Ｗｂ；外力荷重ｌT；絶体温度Ｋｎ；軸受回転数ｒｐｍｄ；軸受内径ｍｍ［ｄｎ］Ｌ ；軸受種類に依存する定数
Ｓｇ；グリースファクタ2

知りたいトライボロジー講座⑦「潤滑グリースについて」

原式を尊重するため、単位はｌｂ（ポンド）など工学

Booserは、Sg＝0（ 長寿命石油系）、Sg＝1（ 従単位系で表わしてあります。今日では、質量単位系

来の石油系）、Sg＝2.9（エステル系）、の3ヶの数値

Ｎ（ニュートン）で表記されている場合もあり、そのときのみを与えていますが、Sgは様々なグリース固有のは係数が異なります。このほかに、各軸受メーカーが数値となるため､グリース銘柄毎にこの数値を公表し独自の計算式を公表していますが、基本的には上ている軸受メーカーもあります。

※4式と変わりません。酸化劣化に基づくBooserの式は、最も支持されている考え方となっているため、現実をうまく説明することができるようになっています。

4.計算式の意味（グリース増ちょう剤の耐高温性能）
Booserの計算式がつくられた過程で検証されてグリース寿命は、温度に逆比例して直線的に低いますが、いろいろな荷重条件や温度条件で計算どれだけ温度上昇しても直線性下していきますが、した場合、グリース寿命には次のような特徴があります。

を保つ訳ではなく、ある温度でその直線性が崩れて①回転数や外力荷重への依存度は小さく、温度がしまいます。それが実質のグリースの使用限界温度支配的。
②温度が10℃上昇すると、寿命は約1／1.5の比で低下する。
実際に軸受の耐久試験を行なうと、これらの特徴はほぼ妥当性があることが確認されています。
特に②の10℃上昇で1／1.5への寿命低下は、業界では10℃1.5と呼ばれ、Booserは100℃の実験でこのことを検証しています。この温度に対するグリース寿命を模式図で示した場合、図4のようになります。と考えられます。
グリース寿命を向上するためには、この直線性がおよび、崩れる温度域をより高温側に移動させること、より長寿命になるように改善
直線性を保つ範囲で、する必要があります。
使用温度域をより高温側へ移動させるためには、グリース
グリースの増ちょう剤の種類が大きく係わり、の長寿命化は基油が大きく係わってきます。
これらの関係を模式的に表わすと、図5のようになります。グリース開発の変遷は、増ちょう剤と基油の改善に拠るところが大きくなっています。

グリース寿命（対数表示）

グリース
寿命10℃（対数表示）

基油の耐高温性能を高める

B／A＝1／1.5

AB

増ちょう剤の耐高温性能を高める

3

使用温度

使用温度

図4 グリース寿命の温度依存特性の模式図

図5 グリース寿命向上の施策

5. 増ちょう剤と基油の種類およびそれらの組合わせによる特徴※5

現在、多く使われている増ちょう剤は、金属石け応じて選定され、静粛性や低トルク性を求める場合

基油は鉱油系、合成油、ん基とウレアがあります。また、はエステル系が用いられ、産業機械など一般的なエーテルおよびフッ素系があります。現在､比較的よ使い方では、コスト的に低く抑えられる鉱油系が多く耳にする増ちょう剤と基油の代表例を、耐高温特用されています。

性順に並べて、図6に示します。基油と増ちょう剤のエステル系の留意点としては、エステルが加水分組み合わせにより、高温時の長寿命化と使用温度解すると水を発生することです。このほか樹脂や軸限界の適正化が図られています。

受密封シールのゴム材質との適合性が問題になる

ただし、任意の増ちょう剤と基油とを全て組み合ことがあります。

ある程度の制限があり､代表わせられるとは限らず、ウレアもエーテルも共に、コストを抑えながら、高温特的な組み合わせ例を、図6に示します。高温特性を性を向上させるために開発されたものであり、一部向上させると、軸受トルクの増加や回転音の増加なの市場で使われ始めています。ウレアには用途にど背反事象が発生してしまうことがあり､グリース添またエーテルは一般に応じて数種類の構造があり、どう克服していくかが、グリース加剤の助けも借りて、高粘度で低温時の軸受トルクが大きくなるという欠の開発歴史といえます。

点がありますが、今日では調合方法により低温トルク※6ナトリウム石けん系は、工業生産グリースとして初対策もすすみ､比較的高温領域で使用される代表期の頃に開発されたものであり、低トルク特性を活か格になっており、開発競争が最も激しいものとなってして自動車用軸受に、広く使われたことがありました。

います。

例えば、マニュアル車に使用されるクラッチレリーズ

フッ素は燃えない限り安全ですが、燃えると有害部の軸受は、軸受を押しつける力でのみ回転するフッ素グリースを手で触り、ガスが発生します。例えば、機構となるため、軸受の回転抵抗が大きいと滑りがその手でタバコを吸うと、指先に付着したグリースが発生してしまうので、このナトリウム石けん系グリース

これが燃えて発生した有害
タバコ内部にしみこみ、

しかし、このグリースは吸湿が多用されていました。

ガスを人が吸うと、風邪に似た症状の体調変化が現性の欠点があり、次第にリチウム石けん系に置き換れることがあり､作業上の注意が必要となります。

※7

カルシウム石けん系
えられてきています。今日では、も含めて、ほとんど使われなくなっています。

フッ素系は炭素を含まないので、石油系グリーまた、スの劣化の最終姿である炭化という形を取らないた

現在はほとんどの使用に適し、万能グリースといめ、200℃を超えるような高温用途に使用されていまわれるリチウム石けん系で事足りることが多くなってす。このように、フッ素系は耐高温特性が優れていいます。基油はエステルや鉱油系など、使用条件にるなど、長所が多くありますが、最も高価となります。
より高温に耐える増ちょう剤

Na
石けん

Ca
石けん

Li
石けん

Ba
石けん

ウレア

基油

鉱油

エステル

合成油

エーテル

フッ素

アルバニア
（A社）

マルテンプSRL
（B社）

ニグエース
（C社）

各メーカーがさらなる開発を続けている

イソフレックスNBU15（D社）

図6
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増ちょう剤と基油の高温特性順配列と適用グリース例

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4知りたいトライボロジー講座⑦「潤滑グリースについて」

6. グリース選定ミスマッチによる不具合事例
軸受使用環境とグリースのミスマッチに拠る不具合事例を紹介しておきます。

対策は、高温に適した合成油系の基油に変更することで耐酸化性を向上させ、更に安全を期すため、使用箇所は自動車エンジンルーム内で、低トルク（金属）から接触シール（ゴム）へ非接触のシールド

エステル基油のグリースを使用するシー要求に基づき、

図7（ｂ）のように、の変更が実施されました。その結果、ルド軸受が選定されました。使用してみると、図7（ａ）

長期間走行してもグリースの劣化は認められなくなのように、短期間にグリース劣化が著しい軸受が散りました。ここでの問題は、グリースを選定するときに、見されるようになりました。詳細な使用箇所を確認

そのときまでに持ち合わせている知見の範囲内でしすると、エンジン点火プラグの高電圧を分配するディか、事態の予測はできず、それ以外は軸受への要ストリビュータ回転部でした。エンジンルームは硫酸ガ求特性からグリースを選定することにあります。

※8

スやＮＯＸなどの気体が漂う場所でもありましたが、エステル基油は、低トルクや静粛性では優れた特設定された仕様は高温環境下でも低トルクというこ性を有していますが、使用環境に対して背反特性もエステルをベースにしたグリースと、とに主眼がおかれ、このよう発生することがあります。カタログなどでは、コストを意識したシールド軸受が選定されていました。

なネガティブなことは一般に書かれていませんのでシールドと軸受のスキマから、これらの結論的には、グリース選定には使用環境、使用条件を考え注意をガスが侵入し、グリース基油のエステル成分を攻撃要します。

分解して、短期間に不具合を発生したものでした。

（a）
シールド軸受にエステル系基油グリースを封入したもの図75（b）接触シール軸受に非エステル系の合成油基油グリースを封入したもの

酸性ガス環境下でのグリース劣化例

7. グリースの長所と欠点を知り使い分ける
以上、グリースの開発、適用などについて、事例を交えながら解説しました。

間での絶対的な比較は、あまり当てにならないようです。
転がり軸受に使用するグリース選定で疑問が生じ

グリース開発の歴史は、国内のグリースメーカーがた場合は、軸受メーカーに問い合わせして下さい。

さらに詳細なことが書発行している技術解説書に、自社他社含めて、グリース軸受メーカーの技術陣は、かれていますので、興味がある場合はこれらを参考にまつわる多くの情報を収集し、使用経験も豊富です。
それぞ
全てのニーズにマッチするグリースはなく、にして下さい。
グリースメーカーが発行するグリース性状表は、また、

コ
れ長所と欠点があります。これらを認識した上で、その数値の意味や検査方法についてはJIS K2220

ストと寿命を考えて、適切なグリースの選定をお願いに詳しく書いてあり、検査標準が規格化されています。

します。

ただし、規格に定めてない数値での、異なるメーカー

用語解説

関連記事

※1 基油
潤滑油やグリースの基材として使用される油で、製品の品質に大きく影響する。グリースの使用目的により、低・中・高粘度の潤滑油が使用される。
エステルなどの合成油が使われることもある。

1）渡辺孝一：知りたいトライボロジー講座①「トライボロジー入門」
NACHI-BUSINESS news Vol.7 D1、May／2005※2 増ちょう剤
潤滑油基油に均一に分散させて、グリースを固体または半固体状にするもので石けん系と非石けん系の2種類に大別される。
※3 ウレア
非石けん系に分類され、高温での安定性がよく、油分離が少ない。耐水性、酸化安定性も良いなどの特徴がある。
※4 エステル系
脂肪酸とアルコールが反応して、水がとれて生じた化合物の総称。
※5 金属石けん
リチウム、カルシウムなど。

2）横山 良彦・渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座②「摩擦・摩耗」
NACHI-BUSINESS news Vol.9 D2、November／2005
3）高木 俊行・渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座③「転がり接触について」
NACHI-BUSINESS news Vol.10 D1、June／2006
4）渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座④「弾性流体潤滑理論（EHL理論）」
NACHI TECHNICAL REPORT Vol.11 D1、October／2006
5）菅洞 英樹・渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座⑤「転がり運動について」
NACHI TECHNICAL REPORT Vol.13 D1、June／2007※6 ナトリウム石けん
石けん系に分類され、滴点は160℃以上。120℃程度まで使用可。耐水性は悪く、せん断安定性もあまり良くない。

6）渡辺 孝一：知りたいトライボロジー講座⑥「転がり接触面下の応力」
NACHI TECHNICAL REPORT Vol.14 D1、October／2007※7 リチウム石けん
石けん系に分類され、滴点は180℃以上で耐熱性は良好。常用120〜130℃まで使用可、耐水性、せん断安定性とも良好。

7）渡辺 孝一：≪基礎講座≫転がり軸受の潤滑グリース
マシナリールブリケーション 2007年 11・12月号※8 シールド軸受
軸受の側面に鋼板製のシールド板をとり付けた軸受。

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