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テクノロジーニュース

潤滑の傾向と問題

2020.06.23  基礎

著者:Jack McGuinn, Senior Editor

翻訳者:西部商工株式会社 瀬尾 拓海

歯車業界に関連する潤滑は、古いことわざの「きしむ車輪は油を差される(はっきりと自己主張をすれば、きちんと見返りを得ることができるという意)」ということわざよりもはるかに深い世界です。 実際、この世界の潤滑には、ギアオイル、クーラント、グリース、オイル、高性能潤滑剤が含まれます。ベアリングからギアボックス、ピニオン、機械へのカップリングなど、ギアに関連するすべてのものを対象としています。 合成油を含むこれらのさまざまな潤滑剤を必要な場所に届けるために使用され、非常に高性能な潤滑装置を追加すると多くのことが簡単に理解できます。

状況をある程度明確にするために、私たちは何人かの専門家を招いて、潤滑に関する多くの問題について彼らへ考えの提供を依頼しました。 これは、潤滑技術とその絶えず進化する開発と使用に本質的に関連する現在の傾向と課題に関する情報を探すための一般的なアプローチです。

合成潤滑油は現在、業界の中心的な問題です。 これが提示する問題は、「合成」潤滑油の業界で認められた定義があるかどうかです。 ご想像のとおり、次のオイル交換に合成油を使用することが適切かどうかを判断するよりも複雑です。

「ドイツでは、合成PAOを100%PAOと定義しています」とGEARTECHの社長であるRobert XX Errichello氏は言います。 「米国およびその他の地域では、合成PAOは1〜30%のPAOと鉱油のブレンドである場合があります。 これらのPAOは半合成と呼ばれることもあります。 PAGはすべての国で合成油と見なされています。

一方、WZLのギアテストエンジニアであるRenéGreschert氏は、「これについてはすでに法的な論争がありましたが、業界で認められた標準はありません。 したがって、「合成」という用語は非常に創造的に使用されています。 ただし、完全に化学的に調合されたオイルはほとんど「化学合成油―フルシンセティック」(つまり、完全合成の混合物)と呼ばれ、鉱油は「半合成」と呼ばれます。 一方、実際にミネラルオイルをベースにしている水素化分解油でも、おそらく「HC合成」として宣伝され、おそらくより価値があるように見えます。」

固定粘度グレードは、特にマイクロピッチング保護に関連する、潤滑剤のもう1つの重要な考慮事項です。 質問:何が最も効果的でしょうか。

「PAGはマイクロピッチング耐性が最も高く、PAOとミネラル は 比較的にマイクロピッチング 耐性が低いですが、耐性は似ています」とErrichello氏は言います。

一方、ペンシルベニア州立大学応用研究所の上級研究エンジニアでドライブトレインテクノロジーセンターの責任者であり、歯車研究所の所長であるAaron Isaacson氏は、次のように述べています。「フィルムの厚さがベースストックに依存するとは思いません」。 Greschert氏は、「マイクロピッチング抵抗とギアボックス効率の傾向(EHLフィルムの厚さと相関する)」を提供し、「したがって、潤滑油の性能は鉱物– PAO – PAGの順に向上する傾向があります。 ただし、潤滑は、潤滑剤の添加剤などの他の要因や、それらの複雑な相互依存性や副作用などの影響も受けるため、実際にさまざまな傾向を観察することは可能です。」

関連して、EHLフィルムの厚さは、潤滑のもう1つの重要な要素です。 アプリケーションで使用するための正しいベースストック(ミネラル、PAO、またはPAG)を決定する必要があります。

「それは歯車の歯の温度に依存します」とErrichello氏は述べています。 「PAGは、実用的な温度範囲全体にわたってPAOおよびミネラルよりも厚い膜を持っています。 70〜90°Cの範囲では、PAOとミネラルの違いはほとんどありません。 70°C未満では、ミネラルとPAGの膜はPAOよりも厚くなります。 90°Cを超えると、PAOとPAGの膜は鉱物よりも厚くなります。

ギアボックスの効率は、業界全体で常に改善の圧力を受けている状態です。 予想通り、潤滑はその改善に重要な役割を果たします。 また、その効率に最も影響を与える潤滑塗布パラメータはどれでしょうか。

「ギアボックスの効率を高める方法はたくさんあります」とIsaacson氏は言います。 「一般的に、あなたは損失を減らしたいでしょう。 損失は、摩擦、攪拌、および/または風損によるものです。 摩擦は、表面粗さの低減、歯車やベアリングなどの回転/スライドへの低摩擦コーティングの追加、潤滑剤への添加剤の添加など、いくつかの方法で低減できます。 攪拌損失は、より低い粘度の潤滑剤を使用するか、より高い潤滑剤温度で実行するか、または回転部品が強制的に攪拌される油のレベルを下げることによって減らすことができます。 ギアの周りにシュラウドを組み込むか、ギア設計に抗力低減機能(エアフォイルウィングレット)を追加することにより、ジェット潤滑ギアボックスでの風損を低減できます。

Errichello氏はさらに次のように付け加えます。「PAGは牽引係数が最も低く、したがって最高の効率をもたらします。 低粘度で低トラクション係数のPAGは、一般的に最高の効率をもたらします。」

これに関連して、Greschert氏はさらに次のように述べています。「一方で、粘度グレードは主にギアボックスの無負荷損失と相関しています。 粘度が高いと、撹拌損失が高くなり、効率が低下します。 一方、基油と添加剤の選択は、特にギアボックスの負荷に依存する損失に関する潤滑体制に影響を与えます。 この文脈では、PAGはPAOおよび鉱油よりも優れた性能を発揮すると報告されています。 基油間のその違いの1つの考えられる説明は、混合潤滑ではなく弾性流体潤滑(EHL)を確立するそれらの異なる可能性です。」

当然のことながら、安定した性能の潤滑には、堅牢なメンテナンス計画が必要です。 それがなければ、ダウンタイムと費用のかかる修理があなたを待っています。 では、堅牢なメンテナンスとは何でしょうか。

「基本的な実験室試験は、粘度、酸価、含水量、および分光分析です」とErrichello氏は言います。 「質問が基本的なテストから生じた場合、PQアナライザーによるフェログラフ、粒子数、鉄の破片などの他のテストを行う必要があります。」

「それは使用しているアプリケーションに依存します」とIsaacson氏は言います。 「ごみや粒子を大量に発生させている場合、あなたはおそらく粒子数を監視したいと思うでしょう。 高温で使用している場合は、粘度と添加剤の含有量を監視することをお勧めします。 水分やその他の汚染物質を拾うことについて心配している場合、あなたはそれらをテストしたいと思うでしょう。 知識のある石油分析会社と提携して、アプリケーションに適切なテストとサンプリング間隔を推奨することで、多くのことを学ぶことができます。 結果の解釈も必ずしも簡単ではありません。 したがって、目標を理解するテストラボを用意することが不可欠です。」

最後に、製造プロセスとそれに付随する要件は、一見すると猛スピードで進歩し続けています。 潤滑も例外ではありません。

「現在、潤滑剤と添加剤は非常に優れており、今後も改善され続けるはずです」とIsaacson氏は言います。 「現在の研究領域には、ナノ粒子添加剤、イオン潤滑剤、グラフェンベースの摩擦低減剤、ZDDP信頼性添加剤の最適化、粘度指数向上剤、その他の長いリストが含まれます。 ただし、予防保守に関する上記の質問は、私の集中的に努力している場所です。 潤滑監視システムまたは定期的なサンプリングスケジュールを実装すると、すぐに効果が得られますが、一方で次の大きな改善にはしばらく時間がかかる場合があります。」

WZLのGreschert氏は次のように説明しています。「潤滑剤の互換性を最適化し、その機能を拡張するための取り組みを現在観察しています。 互換性要件は、法的基準の結果(例:人体との互換性)、またはより普遍的なアプリケーション領域(例:シーリングエレメントとの互換性)の結果として増加しています。 たとえば、金属加工液には、優れた性能とシーリングの互換性を備えたハイテク合成エステルオイルがますます多く含まれています。 しかし、工作機械の製造業者とユーザーは、1990年代に最初に自然に生産されたエステル油の苦い経験から、それらを使用することに非常に慎重です。

別の興味深いトピックは、アプリケーションの開始時の慣らし手順の改善または置き換えです。 ギアの表面領域へのほとんどの変更は、その操作の非常に最初に行われます。 例えば表面の粗さが平坦化され、微細構造がきめ細かくなり、化学組成が変化します。 潤滑剤の塗布および機械要素における資源効率を改善するための慣らし手順とその作動メカニズムを理解し改善しようとする20以上の機関の大きな研究プログラム2012–2018(および2020年に継続が計画されています)。

そして、Errichello氏は言います。「電気自動車はギアボックス内のギアとローリングエレメントベアリングを潤滑するだけでなく、電気モーターを冷却する冷却剤としても機能するため、特別な潤滑剤が必要です。 モーターの極度の熱のため、ミネラル、PAO、およびPAGには望ましい特性がありません。 これは現在、ホットな研究トピックです。 おそらく、優れた高温性能と効率を高める潤滑性の向上を備えたポリエステルフルイドは、法案を満たすかもしれません。」

関連文献

  • Swedberg, S., “Motor Oil’s Day in Court,” Lubes’N’Greases, Vol. 20, No. 4, April 2014, pp. 6–13. 2.
  • Errichello, R., “Selecting Oils with High Pressure-Viscosity Coefficient- Increase Bearing Life by More than Four Times,” Machinery Lubrication, Vol. 4, No. Mar/Apr 2004, pp. 48–52.
  • Robert Errichello氏はGeartechの社長で、rlegears@mt(ドット)netに連絡できます。
  • Dr.-Ing. René Greschert氏は、RWTHアーヘン大学のWZL(工作機械および生産工学研究所)のギアテストエンジニアです。 彼はR.Greschert@wzl(ドット)rwth-aachen(ドット)deで連絡できます。

Aaron Isaacson氏は、ペンシルベニア州立大学応用研究所のドライブトレイン技術センターの上級研究エンジニアおよびヘッドであり、ギア研究所のマネージングディレクターです。 彼にはaci101@arl(ドット)psu(ドット)eduで連絡できます。

新規および継続中の潤滑の問題について

René Greschert氏

潤滑とその多くの用途に関して、発展中の傾向と最新および/または進行中の課題は何でしょうか。 ここではその質問に包括的に対処するのに十分な空きスペースはありませんが、WZLのRéneGreschert氏による、いくつかの良い話のポイントがあります。

潤滑性能の向上

たとえば、トランスミッション液には、以下に関する挙動を改善するための添加剤が含まれています。

  • スカッフィング
  • マイクロピット
  • 効率

これらの3つの異なるポイントについては、3つの異なるタイプの添加剤も必要であり、それらの間に相互作用がないことを確認する必要があります。 潤滑剤の1つの成分が変更された場合は、すべてのポイントを再度チェックして、全体的なパフォーマンスが変更されていないことを確認する必要があります。

潤滑剤の互換性の改善の例

反応性添加剤は人体に有害であってはなりません 。

エステル油はシーラントを損傷してはなりません。 特にこれら2つ(反応性添加剤とエステル油)は、潤滑剤の性能を向上させる優れたソリューションですが、互換性の点で慎重に扱う必要があります。 今日の金属加工液には、優れた性能と優れたシール適合性を備えた少量のハイテク合成エステルオイルが含まれています。 しかし、工作機械メーカーやユーザーはそれらの使用に非常に慎重でなければなりません。

アプリケーション開始時の慣らし手順の改善または置き換え

歯車の表面領域のほとんどの変更は、その操作の最初に行われます。つまり:

  • 表面粗さが平らになる
  • 微細構造がきめ細かくなる
  • 化学組成が変更される

慣らし手順とその動作メカニズムを理解および改善しようとする20を超える機関による重要な研究プログラム2012–2018(および2020年に継続が計画されています)がありました。

上記、記事はGEAR TECHNOLOGYを当社で翻訳したものです。

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