「潤滑油の試験方法の概要と意義」　　2007/10

はじめに

潤滑油は自動車，船舶，工作機械など世の中のすべての機械で使用されていると言っても過言でなく，動力の伝達，プロセスの制御，金属の圧延，加工などその役割に応じた性能が要求されるため，使用される潤滑油も多種多様である。一般に潤滑油やグリースが機械設備などに使用される主たる目的は以下のようになっている。

（1）摩擦，摩耗の低減
（2）摩擦面の冷却
（3）潤滑個所へのごみの侵入防止や摩耗粉の除去
（4）腐食やさびの防止

このような目的に合致した適油を選定する場合，運転条件，給油方法，使用環境などの外的条件と潤滑油自身が持つ性能，性状など十分に把握して行うことが重要である。このため使用される潤滑油は，機械設備などのメーカーが認証した油種か潤滑油メーカーと機械メーカーが主導し需要家などと協議して決められている。

しかし，適油であっても使用時間とともに劣化することは避けられず，当初の性能が低下し機械設備などの故障やトラブルを誘発することが多々ある。このため産業界では潤滑油の性状管理を行い，また，必要に応じて実験室的な手法で潤滑油の性能を評価して潤滑に起因した故障やトラブルを未然に防止し，機械設備の安全な運転で生産性の向上や経済性の向上に結びつける努力がなされている。

本稿では，潤滑油を管理するための重要な性状，物性とその測定方法および主要な実験室的性能試験について解説する。

1. 性状および物性の測定法とその意義

潤滑油は使用時間とともに，酸化や熱的劣化，機械的せん断，ごみ，水分，金属粉などの異物の混入による汚損などで劣化が進行し，この劣化があるレベル以上に達すると異常摩耗，焼付き，作動不良など種々のトラブルを誘発する。このため潤滑管理では使用油の劣化状況をJIS法など種々の測定法で把握している。

表1に潤滑油の状態を把握する一般的な試験，分析項目とその意義および測定方法を示す。

2. 潤滑油の代表的な性能評価試験

潤滑油は使用時間とともに潤滑油を構成している基油が劣化し，添加剤が変質，消耗するために性能が低下する。潤滑油の性能低下は酸化，熱分解，加水分解など様々の因子によって引き起こされ，また性状にも反映される。このため使用油の管理では，多くの場合比較的測定が容易な性状を測定して行っているが，潤滑油の寿命の予測や潤滑油に係わるトラブルでは，使用油を実験室的な性能評価試験で評価し，原因究明の一助とすることも少なくない。ここでは潤滑油の代表的な性能評価試験の概要を紹介する。

2.1　性能評価試験

1）酸化安定性評価試験
　潤滑油には鉱油など炭化水素化合物の基油に用途に応じて酸化防止剤など種々の添加剤が加えられている。潤滑油が酸化するとカルボン酸，ケトン，アルコールなどが生成し，さらに酸化が進むとこれら酸化物は重縮合して高分子化し，ワニスやスラッジ（不溶性物質）になる。その結果，潤滑油の酸価や動粘度が上昇し，またワニスやスラッジは不溶分を増加させ，機械の各部位に付着することで種々のトラブルを誘発することになる。

このように潤滑油にとって酸化安定性は重要な性能であることから，酸化に関する種々の加速因子を加味した評価試験法が開発されている。しかし，産業界で使用されている機械類は多種多様であり，潤滑油の使用条件も多岐に渡っているため，潤滑油の実機性能と実験室的評価結果に必ずしも良い相関があるとは言い難く，油種ごとに試験法が使い分けられている。

表2に潤滑油の酸化と性状変化，表3に代表的な潤滑油の酸化安定性試験方法を示す。また，回転ボンベ式酸化安定性試験器と内燃機関用潤滑油酸化安定性試験器の容器を図1と図2に示す。

2）熱安定度試験
　耐熱性に劣る潤滑油では，生成する熱変質物（炭質物）が不溶分を増加させ，粘度の増加，潤滑系統の清浄性の悪化，フィルター目詰まりトラブルなどの原因となり，さらにはリングの膠着やメタルの剥離など様々なトラブルを誘発する。特に高温のピストン，シリンダを潤滑し，かつ冷却しながら長期間使用されるエンジン油は，耐熱性に優れていることが重要になる。このため潤滑油の耐熱性，すなわち熱による変質度合いを調べるための試験はいくつか設定されているが，実機性能との相関は十分ではなく潤滑油の熱安定性（耐熱性）の大まかなふるい分けに使われているのが現状である。代表的な評価法を表4に示す。

3）耐摩耗性能（極圧性能，耐荷重性能）試験
　潤滑油の耐摩耗性能は摩擦個所の摩耗を抑制し，油膜破壊から金属接触を起こし焼付けに至るトラブルを防ぐための非常に重要な性能で，実機ではこの性能が長期にわたり維持できる潤滑油が望まれる。潤滑油の摩擦摩耗性能に係わる評価は実用機械を使用することができれば，得られた結果はそのまま適用できるが，この試験には膨大なコストや手間を要するため現実的でなく，簡便な実験室的評価法で行われている。

試験方法は摩擦する金属面の点，線および面の接触形態を考慮しているが，点および線接触では摩耗により接触面積が大きく変化する，試験球（試験カップ，試験ブロック）の材質や表面の仕上げなどと実機の軸受やギヤーなどのそれとは異なる，実機においてはころがり摩擦の影響がある，などの理由で実験室的な評価と実機の摩耗挙動が必ずしも一致するとは言えない。また，面接触では表面粗さが摩擦特性に大きな影響を与えることも相関を欠く要因になっており，この点を考慮して試験条件を可能な限り実機で要求される条件に合わせて設定し，試験をすることが広く行われている。

なお，四球試験やチムケン試験などは短時間で性能を評価できるため，潤滑油相互の性能比較や使用に伴う耐摩耗性能の経時劣化の把握に多用されているが，試験結果をそのまま実機へ適用する場合は注意する必要がある。代表性能試験を表5に示す。

4）抗乳化性・抗乳化性試験（JIS K2520）
　タービンや熱間圧延機など，水あるいは水蒸気が混入する恐れのある機械では潤滑油が乳化して種々のトラブルが発生する。このため，この種の機械に使用される潤滑油は乳化し難く，また乳化しても水分を分離しやすい性質（抗乳化性）に優れていることが必要になる。JIS
K2520では抗乳化性の試験方法として，

　a）抗乳化性試験方法：水に対する抗乳化の試験
　b）蒸気乳化度試験方法：蒸気に対する抗乳化の試験

が規定されている。ここでは抗乳化性試験方法の概要を紹介する。

＜抗乳化性試験方法＞
測定：規定のガラス製シリンダーに試料40mL，純水40mLを採取し，規定の試験温度（例えば82℃）に保ち，かき混ぜ板（ステンレス製：120×19mm）で1,500rpm×5minかき混ぜた後，直ちにかき混ぜ板を引き上げる。乳化した試験液を5分ごとに油層，水層および乳化層の容量を記録し，乳化層が3mL以下になったとき試験終了とする。

報告：油層（mL）－水層（mL）－乳化層（mL）〔経過時間　分〕で行う。

例1：15分経過後，乳化層が3mLを超えて残っていたが，20分経過後，完全に分離した場合。
　　　　40－40－0（20）

例2：20分経過後完全に分離しなかったが乳化層が3mLになった場合。

　　　　40－37－3（20）

例3：60分経過後も乳化層が3mLを超えていてNmLの場合。
　　　　39－36－N（60）

5）耐腐食性能・銅版腐食試験（JIS K2513）
　銅版を用いて石油製品全般の腐食性を調べる方法で，ボンベ法（航空燃料油に適用）と試験管法（燃料，潤滑油に適用）がある。研磨した銅版を約30mLの試料に完全に浸し，潤滑油の場合，100℃×3h試験を行う。試験後，銅版を取り出し洗浄し，表6に示した銅版腐食標準と比較して試料の腐食性を判定する。

6）さび止め性能・さび止め性能試験（JIS K2510）
　さび止め性能は潤滑系統内に混入した水分による金属部分のさびの発生を防止する性能で，高級潤滑油では性能向上のために腐食抑制剤が添加されている。JIS法では所定の容器に試料500mLを採取し，規定の金属試験板を一分間浸漬させた後，100mm／分の速度で引き出し，日光の直射と通風のない相対湿度70％以下，温度23℃の環境で24時間自然乾燥させる。さび止め性能の評価はこの試験板のさびの数を計測し，表7の発生度の表示にしたがって行う。

おわりに

1）「高い生産性は機械設備の安定した稼働にある」との認識から多くの企業では機械設備の保全活動の一環として潤滑油の管理を行っているが，昨今の管理目的は従来のトラブル発生後の事後保全的な対処からトラブルを未然に防ぐ予防保全的な要素が強くなっている。

2）潤滑油管理の基本である性状と物性の測定方法はJISなどにより確立されており，これらのデータは使用油の継続使用の可否や寿命の推定に用いられている。

3）潤滑油の実験室的な性能評価試験は実機の使用条件を模擬しながら時間を短縮して性能を評価するものであるが，実機との相関が良いとは言えない場合が多々ある。しかし，各試験は実機の条件のある部分を抽出していることは確かであり*1，試験の目的を意識しながら使用することにより，より有用な情報が得られるものと思われる。

今後，性能評価試験は，実機と相関のある技術としてさらに進歩し，現状の新油時の性能評価中心の活用から使用油の寿命を的確に予測し，性状，物性と合わせ潤滑油管理に役立つ技術へと成熟していくことが望まれる。

本稿が潤滑油を取り扱う方々に少しでもお役に立てば幸いである。

〈参考文献〉
*1 山田恭久：トライボロジスト，44，6（1999）426
*2 日本規格協会：JIS K 2414-1996
*3 新日本石油（株）資料：潤滑管理について（2003）
*4 JISハンドブック（2007） 石油
*5 山田邦雄：使用油分析の意義と分析方法について，潤滑経済，2003．6，p.4
*6 日本潤滑油学会編：「潤滑油ハンドブック」養賢堂

潤滑油の試験測定分析解説

潤滑油の試験方法の概要と意義（マルシメ　小泉　武雄） 潤滑管理に係わる試験分析（マルシメ　小泉　武雄） 潤滑油に関わる機器分析による実用（新日本石油　岩谷　久明） 実用性のあるオイル測定（インテクノス・ジャパン　門井　剛史）

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