潤滑剤

基油は、あらゆる液体潤滑油の主成分です。基油には、鉱物油と合成油の2種類があります。

潤滑油に性能特性を与えるために多数の添加剤が使用されています。現代の自動車用潤滑油には最大10種類の添加剤が含まれており、潤滑油の最大20%を占めています。主な添加剤のファミリーは次のとおりです。^{[ 4 ]}

• 流動点降下剤は、ワックスの結晶化を阻害する化合物である。長鎖アルキルベンゼン類はワックスの微細な結晶に付着し、結晶の成長を妨げる。
• 消泡剤は一般的にシリコーン化合物であり、表面張力を高めることで泡の発生を抑制する。
• 粘度指数向上剤（VII）とは、潤滑油が高温下でも粘性を維持できるようにする化合物である。代表的なVIIとしては、ポリアクリレート類やブタジエン類が挙げられる。
• 抗酸化剤は、潤滑油中の炭化水素分子の酸化分解速度を抑制します。低温では、ブチル化ヒドロキシトルエン などの立体障害フェノール類といったフリーラジカル阻害剤が使用されます。90℃を超える高温では 、金属が酸化反応を触媒するため、ジチオホスフェートがより有効です。後者の用途では、添加剤は金属不活性化剤と呼ばれます。
• 洗剤は、高温下で接触面に堆積物が形成されるのを防ぐことで、エンジン部品の清潔さを確保します。
• 腐食抑制剤（防錆剤）は通常、アルキルスルホン酸塩などのアルカリ性物質であり、金属部品を腐食させる酸を吸収する。
• 耐摩耗添加剤は金属部品上に保護膜「トライボフィルム」を形成し、摩耗を抑制します。表面への結合強度に応じて2種類に分類されます。代表的な例としては、リン酸エステル類やジチオリン酸亜鉛類が挙げられます。^{[ 9 ]}
• 極圧（耐摩耗性）添加剤は、摺動する金属部品の表面に保護膜を形成します。これらの添加剤は、ジチオホスフェートなどの硫黄化合物であることが多いです。
• 摩擦調整剤は、特に表面が直接接触する境界潤滑領域において、摩擦と摩耗を低減します。^{[ 10 ]}

粘着防止コーティングは、特定の材料の粘着性（接着性）を低減するように設計されています。ゴム、ホース、電線・ケーブル業界は粘着防止製品の最大の消費業界ですが、事実上あらゆる業界で何らかの粘着防止剤が使用されています。粘着防止剤は、特定の化合物の本来の粘着性を低減するように設計されている点で潤滑剤とは異なります。一方、潤滑剤は、2つの表面間の摩擦を低減するように設計されています。

潤滑剤は、システム内の可動部品を分離するために一般的に使用されます。この分離により、摩擦、摩耗、表面疲労が低減されるとともに、発熱、運転音、振動も低減されます。潤滑剤は、いくつかの方法でこれを実現します。最も一般的な方法は、物理的なバリアを形成することです。つまり、潤滑剤の薄い層が可動部品を分離します。これは、自動車のタイヤが水たまりを通過する際に路面から分離されるハイドロプレーニング現象に似ています。これは流体潤滑と呼ばれます。表面圧力や温度が高い場合、流体膜ははるかに薄くなり、力の一部は潤滑剤を介して表面間で伝達されます。

一般的に、潤滑剤と表面間の摩擦は、潤滑剤を使用しないシステムにおける表面間の摩擦よりもはるかに小さい。したがって、潤滑剤を使用することで、システム全体の摩擦が低減される。摩擦の低減は、発熱量の減少、摩耗粒子の形成抑制、および効率の向上という利点をもたらす。潤滑剤には、摩擦調整剤と呼ばれる極性添加剤が含まれている場合があり、これは金属表面に化学的に結合して表面摩擦を低減する。例えば、自動車エンジンの始動時にバルブトレインを保護する場合など、流体潤滑に必要なバルク潤滑剤が不足している場合でも効果を発揮する。基油自体も極性を持つ場合があり、その結果、ポリオールエステル油のように、金属表面に結合する性質を持つことがある。

気体潤滑油と液体潤滑油はどちらも熱を伝達できます。しかし、液体潤滑油は比熱容量が高いため、はるかに効果的です。通常、液体潤滑油はシステムのより低温の部分との間で常に循環されますが、温度制御が必要な場合は、潤滑油は冷却だけでなく加熱にも使用できます。この循環流量は、単位時間あたりに運び去られる熱量も決定します。高流量システムは大量の熱を運び去ることができ、潤滑油への熱ストレスを軽減するという利点もあります。そのため、より低コストの液体潤滑油を使用できます。主な欠点は、高流量では通常、より大きなオイルパンとより大きな冷却装置が必要になることです。二次的な欠点は、流量によって潤滑油を熱ストレスから保護する高流量システムは、突然のシステム停止時に壊滅的な故障を起こしやすいことです。自動車のオイル冷却式ターボチャージャーはその典型的な例です。ターボチャージャーは運転中に赤熱し、冷却油はシステム内での滞留時間が非常に短い（つまり流量が高い）場合にのみ生き残ります。システムが急停止した場合（高速走行後にサービスエリアに入りエンジンを停止した場合など）、ターボチャージャー内のオイルはすぐに酸化し、オイル通路に堆積物が詰まります。時間が経つにつれて、これらの堆積物はオイル通路を完全に塞ぎ、冷却効果を低下させ、結果としてターボチャージャーが完全に故障し、通常はベアリングが固着します。グリースやペーストなどの非流動性潤滑剤は、そもそも熱の発生を抑えることで効果を発揮しますが、熱伝達には効果的ではありません。

潤滑油循環システムには、システム内で発生した異物や外部から侵入した汚染物質をフィルターに運び、そこで除去できるという利点があります。自動車エンジンなど、異物や汚染物質を頻繁に発生させる機械用の潤滑油には、通常、異物や汚染物質をフィルターに運び、除去するのを助けるための洗浄剤や分散剤が添加されています。フィルターは時間の経過とともに目詰まりし、洗浄または交換が必要になります。そのため、車のオイル交換と同時にオイルフィルターも交換することが推奨されています。ギアボックスなどの密閉システムでは、発生した鉄粉を吸着するために、フィルターに加えて磁石が使用される場合があります。

循環システムにおいては、オイルの清浄度はフィルターの性能に左右されることは明らかであり、消費者が様々な自動車用フィルターのろ過能力を容易に評価できる業界標準が存在しないのは残念なことである。性能の低い自動車用フィルターは、機械（エンジン）の寿命を著しく縮めるだけでなく、システムの効率も低下させる。

油圧作動油と呼ばれる潤滑油は、静油圧動力伝達の作動流体として使用されます。油圧作動油は、世界中で生産される潤滑油の大部分を占めています。自動変速機のトルクコンバータも、潤滑油を用いた動力伝達の重要な用途の一つです。

潤滑剤は、2つの部品間の摩擦を低減することで摩耗を防ぎます。また、潤滑剤には、摩耗や疲労に対する性能を高めるために、耐摩耗剤や極圧添加剤が含まれている場合もあります。

多くの潤滑油は、腐食や錆を防ぐために、表面と化学結合を形成したり、水分を遮断したりする添加剤を配合しています。これにより、2つの金属表面間の腐食が軽減され、表面同士の接触が回避されることで、浸漬腐食を防ぐことができます。

潤滑剤は毛細管現象によって可動部品間の隙間を埋め、隙間を密閉します。この効果はピストンやシャフトのシールに利用できます。

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• 予備アルカリ度の測定と摩耗依存性の評価
• 使用済みオイルの品質検査、測定可能な項目一覧
• レスリー・R・ラドニック（2003）。潤滑油添加剤：化学と応用。CRC Press。ISBN 978-0-8247-4740-4。