グリース

グリース（grease）またはグリスとは、液状潤滑油、またはその他の液状潤滑剤に増稠剤（ぞうちょうざい）が添加、均一に混合させられたものである。潤滑剤の一種で、油よりも粘度が高く流動性が低いため常温では半固体または半流動体である。
使用方法.
グリースの用途は、主にすべり軸受や転がり軸受（ベアリング）、あるいは潤滑面が動くために液体潤滑剤では潤滑剤の膜が付着した状態を保つのが難しい摺動面である。
グリースは使用中に異物の混入や高温による劣化などがあるため定期的な更新が必要。平滑面では定期的な洗浄と再塗布が、転がり軸受けではグリースガンを用いて新しいグリースを注入して古いグリースを押し出す方法が一般的。
組成.
グリースは基油、増稠剤、添加剤の三要素から成る。いくつかのグリースには性能を向上させるためにPTFE（ポリテトラフルオロエチレン）が加えられている。ギア用グリースは生石灰（酸化カルシウム）を混合して鉱油で薄めたロジンと数パーセントの水からなる。特殊な用途を持つグリースにはグリセリンやソルビタンエステルが添加されており、低温条件などで使用される。「極圧 (EP, extra pressure)」と名づけられたグリースは高い圧力や負荷がかかる場合のためのものであり、普通の物では圧縮により塗布した部品が接触して摩擦や磨耗が起こってしまうようなときに用いる。極圧グリースには通常グラファイトや二硫化モリブデンといった固体潤滑剤が含まれている。固体潤滑剤は金属の表面に結合し、金属面が互いに接触すること、および潤滑剤の膜が薄くなりすぎた際に摩擦・磨耗が起こることを防ぐ。
性質.
潤滑剤として一般潤滑油と比較した特徴を列記する。
塑性固体.
グリースは非ニュートン流体の塑性流体であり、加わられる剪断応力によってその粘度を変化させる。これに対して液体の潤滑油はニュートン流体であり、一定の温度では剪断応力に関わらず粘度が一定である。潤滑油のようなニュートン流体の（絶対）粘度はニュートンの粘性法則の比例定数（粘性係数）であり、計算者は剪断速度と掛けることによって剪断応力を導き出すことができる。このようにニュートン流体とグリースで粘度の意味合いと用途が大きく異なる。絶対粘度と区別するため、グリースのような非ニュートン流体の粘度は見かけ粘度（apparent viscosity）という。
剪断応力がない、または非常に小さいとき、グリースは固体である。流動性はない。このとき、グリース内部では増稠剤の繊維状の高分子同士は化学的な相互作用により結合している。この結合の発生を架橋（cross-linking）という。この相互作用により繊維は網目状の立体構造（網目構造、network structure）を形成している。グリース内部で基油は網目構造の間隙を満たしている。この網目構造が、微小な剪断応力範囲でグリースを固体にしている。網目構造が形成されてグリースが固体となっている状態をゲル状態といい、網目構造による高い粘性を構造粘性（structural viscosity）という。
剪断応力がある量以上となるとグリースは液体（ゾル状態）となる。この状態変化の境界、ゲル状態がゾル状態へ変化するための最低の剪断応力の大きさを降伏値（yield value）という。降伏値を上回る剪断応力が加えられると、グリースの繊維間の相互作用は切断され、網目構造は崩壊する。このとき構造粘性は消失している。そしてグリースは液体のゾル状態になる。
ゾル状態では剪断応力が大きくなるほど見かけ粘度は小さくなる。この粘度低下をずり流動化（ずり減粘、shear-thinning）という。ずり流動化の原因はゾル状態では繊維は徐々に分離し方位性配列するためである。方位性配列とは、分離が進行して繊維が剪断応力の方向に並び、粘度への寄与を小さくすることである。
一方、ゾル状態で剪断応力が小さくなると見かけ粘度は増加する。この粘度増加をずり粘稠化（shear thickening）という。ずり粘稠化は繊維の方向が無秩序に戻ることに伴う。剪断応力が降伏値を下回った時、再び繊維間は架橋し、立体構造は復活する。そしてグリースはゲル状態に戻る。
揺変性.
グリースのずり流動化の程度は剪断速度のみで一意に決まらず、荷重がかかる時間も関与する。例えば軸の回転速度を一定にして回転を続けたとき、軸と軸受けの間を満たすグリースの粘度は一定でない。時間経過とともに粘度は減少する。この性質を揺変性（チクソトロピー）という。揺変性は、グリースのゾル状態は時間とともに段階的に進行することに由来する。荷重の間に時間経過とともに増稠剤繊維の分離と方位性配列は進行する。
性状指標.
グリースの性状と性能を客観的に文書で明示するため、様々な指標が存在する。一般的に、これら指標は性状表という文書にまとめられており、グリースの購入前に仕入れ先から閲覧することができる。
用途別分類.
JIS規格に基づく分類.
日本工業規格では用途別にグリースを7種類に分類している。各分類項ではグリースの成分、性能、および稠度番号が定められている。
各分類項について説明する。
JIS規格に基づかない分類.
食品機械用グリース.
アメリカ国立科学財団（NSF）は、食品機械用潤滑剤の規格を定めている。この規格は「食品工場用潤滑油 NSFガイドライン」と呼ばれる。現在、この規格が食品機械用潤滑剤の規格として唯一である。日本においても食品機械用グリースの販売に際して同規格は参照されている。食品工場用潤滑油 NSFガイドラインの内容を以下に示す。
NSFは各規格の潤滑剤を登録している。衛生管理基準の国際的な規格FSSC22000は食品や包装容器メーカーを対象に、食品への意図的な異物混入の防止策などを規定している。FSSC22000では食品への潤滑剤混入リスク対策としてNSF H1登録潤滑剤の使用を推奨している。食品機械用グリースの用途としては煮物釜、オーブン、ミキサー、ミンチ機、食肉加工機、洗瓶機、瓶詰機、缶詰機、食品用コンベアなどである。
増稠剤・基油別分類.
JIS規格による用途分類とは別に、増稠剤や基油による分類方法が一般的に用いられている。
増稠剤別分類：石鹸型.
石鹸型グリースは一般に増稠剤として金属石鹸を含む。金属石鹸の高級脂肪酸が網目構造を形成しており、構造粘度を成り立たせている。基本的に、機械的安定性、耐水性、耐熱性は金属石鹸の種類によって決まる。
金属石鹸の原料の油脂類が高級脂肪酸のみであるものが通常の石鹸型である。これとは別に、高級脂肪酸とともに低級脂肪酸またはその他の有機酸が組み合わされた複合石鹸型がある。複合石鹸型の網目構造において構成繊維は太く、かつ高密度に絡まり、構造粘度は非常に高い。このため通常の石鹸型よりも複合石鹸型は耐熱性が高い。
増稠剤別分類：非石鹸型.
石鹸型のグリースの多くで使用温度が70–150℃に対して、非石鹸型は200℃以上で使用可能である。
基油別分類.
グリースの多くは基油を鉱油としている。合成油は鉱油と比べて高価であるが、硫黄といった不純物を含まない。合成油は特殊な用途の場合に採用される。
その他のグリース.
上記のもの以外に、室温では柔らかい固体であるような潤滑剤もしばしばグリースと呼ばれる。しかしながら、それらは油・脂肪酸塩グリースとは異なり塑性流体であるとは限らない。ワセリンのような石油ゼリーもグリースと呼ばれることがあり、食品類を扱うような機械・装置に一般的に用いられている。
製造方法.
製造工程はグリースの種類や、求められる性能によって異なる。石鹸型グリースと非石鹸型グリースで大別される。
石鹸型グリース.
石鹸型グリースの製造工程には、工程に石鹸の合成（鹸化工程）が含まれる方法（鹸化法）と、含めずに石鹸の完成品が利用される方法（混合法）とがある。鹸化法は1．鹸化工程、2．冷却工程、3．ミリング工程、4．脱泡工程、5．充缶工程に分かれる。また鹸化法は、鹸化工程が常圧で行われる常圧鹸化法と、高圧で行われる加圧鹸化法に分かれる。混合法では1の鹸化工程が無い。各工程について解説する。
非石鹸型グリース.
鹸化反応が無いため、石鹸型グリースの製造工程における鹸化工程と冷却工程が無い。潤滑油や増稠剤、添加剤を混合・分散した後の工程は石鹸型グリースと同様にミリング工程、脱泡工程、充缶工程へと進む。
管理方法.
グリースの性能を維持するためにはある注意事項を守って保管や運搬、使用をしなければならない。基本的な注意事項はグリースで共通である。正しい注意事項について知るためには製造者に問い合わせるのが良い。
運搬方法.
運ぶときは容器の向きに注意し、常に縦向きにすることが望まれる。一般的に運搬の際は、容器が縦向きを維持するようにし、フォークリフトやドラムポーター、クレーン等で移動させる。運搬器具がない場合はドラムを20度ほど傾けて転がす方法がある。
使用上の注意.
異種グリースの混合は様々な場面で起こり得る。例えば、塗布したグリースが古くなったため新しく高機能なグリースに切り替えるなど。理想的には塗布箇所を洗浄してグリースを取り除くことが望ましい。しかし、実際の工業現場には洗浄が行われることは少ない。洗浄を行わない場合、必要量以上に給脂量を増加して旧グリースをほぼ完全に押し出すことが推奨される。
劣化分析.
グリースの劣化分析の第一の目的は、グリースを塗布した潤滑面の潤滑状況を調査することと、その潤滑面の寿命について考察することである。機械部品の潤滑面の寿命および、寿命となる損傷形態やその原因は部品や運転条件によって千差万別である。使用前からのグリースの変化を分析することにより、その潤滑面が蓄積している損傷の形態や原因を特定できる。ただし、グリースの劣化が潤滑面の寿命の到達とは限らない。グリースが同程度に劣化したとしても、ある機械部品や運転条件では潤滑面は寿命となるが、別の場合では引き続き問題なく使用できることが多い。
グリース中の摩耗粉の定性・定量分析は潤滑面の潤滑状況の推定に役立つ。潤滑面の材料が鋼であれば鉄分、黄銅製保持器を有する転がり軸受の場合は銅分、樹脂材料の場合は樹脂成分が摩耗粉となり、定量分析で評価され得る。成分分析は錆やフレッチングなど、用途に特異的な損傷の検出も可能である。
グリースの劣化分析の第二の目的はグリースの劣化の程度を評価すること、そして劣化の原因を推定してその対策を決定することである。グリースの劣化がある程度まで進行するとグリースは十分な潤滑性能を失う（潤滑寿命に達する）。グリースの劣化評価において最も重要な分析項目は稠度である。稠度が増加してグリースが硬化、あるいは減少して軟化すると潤滑寿命となるためである。その他の検査項目として、一般的に、酸価や滴点、銅板腐食が初期値と比べて変化しているかで劣化は判定される。劣化の要因の特定には赤外分光法やフェログラフィ分析が用いられる。グリースの劣化要因は化学的要因（熱、酸化）、物理的要因（機械的剪断、熱、真空、遠心力）、異物の混入（摩耗粉、塵埃、水）の3つである。化学的要因および、摩耗粉や塵埃などによる異物の混入は赤外分光法で判定できる。物理的要因は残油分の定量および、電子顕微鏡による増稠剤の構造変化の観察で判定できる。水分の混入は水分試験で判定できる。
検査操作や分析装置にかけずにグリースの劣化を外見や臭気で判定できる場合がある。一般的にグリースは劣化すると、新品と比べて濃色となり、鼻がツンとするような酸っぱい臭いとなる。その他、明らかなグリース劣化の外観的特徴としては、表面に油が多量に浮く、鉄分の混入で黒色化、水分の混入でグリースが乳化、グリースから水が認められるなどである。
グリースは劣化により硬化（稠度低下）する場合と軟化（稠度増加）する場合のどちらもある。稠度の変化率が±15 - 20%以上である場合、一般的にグリースの交換を検討しなければならない。硬化の原因は遠心力による基油の分離、熱による増稠剤の重合などである。硬化の場合、潤滑面の焼き付きや摩耗が発生している可能性がある。軟化の原因は過剰な負荷による増稠剤の破断、または水の混入が多い。軟化の場合でも潤滑面から漏洩がなければ使用可能である。漏洩が見られれば速やかにグリースの補給や交換などが講じられる必要がある。
滴点は劣化に伴い低下する。一般的な基準では下記のようになると劣化と判定する。
赤外分光法はグリース中の成分とその量を分析することができ、比較的簡易な判定方法である。また、酸化防止剤の残量が分かるため、試料がこのまま継続して使用できるか推定できる。劣化要因となる異物（異種グリース、摩耗により金属表面から分散した酸化鉄、樹脂やゴムなどのシール材から滲み出たエステルなど）の混入も検出できる。
表示.
日本工業規格のJIS K 2220:2013はグリースの表示を定めている。JIS規格のグリースにおいて、容器の見やすい箇所に、容易に消えない方法で次の事項を表示しなければならない。1)種類。用途別または種別と稠度番号を示す必要がある。例：一般用グリース1種2号。2)正味質量。3)製造業者名またはその略号。4)製造年月日またはその略号。5)ロット番号。
国際標準化機構の国際規格ISO6743-9では、グリースの品質の表示について規格を定めている。この規格の表示法では5桁のアルファベットでグリースの品質を表す。グリース製品では5桁の最初をXとし、後ろの4桁がそれぞれ使用温度低温側下限、高温側上限、使用条件下での水の影響、耐荷重性能を指す。各桁の意味を下表に示す。例えばXBCEAの製品は、使用温度範囲が－20℃ - ＋120℃のグリースで、湿度のある作業環境下で使用可能な防錆性を有し、極圧性は無い。