・ＣＣＳ粘度計（エンジン油）

・ＭＲＶ粘度計（エンジン油）

・スキャニングブルックフィールド粘度計（エンジン油）

・ブルックフィールド粘度計（自動車用ギヤ油、ＡＴＦ、油圧作動油等）
　なお、潤滑油が低温により流動性を失う温度（流動点）とこれら各種の低温粘度とは直接の相関はありません。
　
２．各種粘度計について

（１）ＣＣＳ粘度

　エンジン始動時にはセルモータでエンジンクランク軸を回転させますが、低温下でエンジン油が固くなっているとクランキングが重くなり、エンジンが始動できなくなります。そこでクランキングをシミュレートした粘度計（ＣＣＳ粘度計、Cold　Cranking　Simulator）でＣＣＳ粘度を測定し、エンジン油の低温始動性の評価を行ないます。この粘度はＳＡＥ　Ｊ３００の中に低温粘度の規格の一部として定められています。
　試験法はＡＳＴＭ　Ｄ　５２９３(Standard Test Method for Apparent Viscosity of Engine Oils Between -5 and -30℃ Using the Cold-Crankig Simulator)、ＪＩＳ　Ｋ２０１０（自動車エンジン油粘度分類　付属書Ａ　コールド・クランキング・シミュレータを用いた−４０℃から０℃のエンジン油の見掛け粘度試験方法）に規定され、エンジン油の粘度規格ＳＡＥ　Ｊ３００に用いられています。（ＡＳＴＭ　Ｄ　２６０２でもＡＳＴＭ　Ｄ　５２９３と同様の試験装置を用いますが測定温度が-２８．９℃、−１８（−１７．８）℃でした。これは実際のエンジンとの相関が低かったため、ＡＳＴＭ　Ｄ　５２９３に置き換わりました）。
　写真１は、自動ＣＣＳ粘度計の内部写真です。中央の黒い部分にロータとステータがセットされています。ロータとステータを取り出した状態が写真２および写真３です。
　

写真１

写真２

写真３

　
　ＣＣＳ粘度計は、せん断速度が１０４〜１０５／ｓという高速回転条件で０〜−４０℃における５００〜２００、０００ｍＰａ・ｓの粘度を測定できます。まず、試料油をロータとステータの間に満たし、規定温度まで急冷します。規定温度に達したらロータを規定トルクで回転させ､速度指示計の読みを記録します。あらかじめ粘度が既知の標準油で検量線を作成しておき、グラフから粘度を読み取ります。最近はコンピュータによる全自動計測が可能になっています。

（２）ＭＲＶ粘度

　低温下ではオイルパンの中のエンジン油は流動性を失い、オイルポンプはエンジン油を吸入できなくなってしまいます。この現象は二つの原因によって起こります。ひとつはエアバインディングといって、エンジン油を空気と共に吸入してしまうこと、もう一つはフローリミテッドキャビテーションといって吸入管内の流動性が失われるためにエンジン油を吸い込めなくなりキャビテーションを起こすことです。これらはいずれもエンジン損傷（ベアリング摩耗等）の原因となります。これらの現象と相関のある粘度を測定する装置がＭＲＶ粘度計（Ｍｉｎｉ　Ｒｏｔａｒｙ　Ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）です。この粘度はＳＡＥ　Ｊ３００の低温粘度の規格値として採用されています。
　試験法はＡＳＴＭ　Ｄ　４６８４(Standard Test Method for Determination of Yied Stress and　Apparent Viscosity of Engine Oils at Low Temperature)に規定されて、これがＳＡＥ　Ｊ３００に採用されています。同様の試験機を用いる試験法にＡＳＴＭ　Ｄ　３８２９(Standard Test Method for Predicting the Borderline Pumping Temperature of Engine Oil)があります。両者の違いは冷却速度にあり、ＡＳＴＭ　Ｄ　４６８４ではＴＰ−１サイクルと呼ばれる、ＡＳＴＭ　Ｄ　３８２９よりもゆっくりとした速度で冷却されます。ＴＰ−１サイクルが考案された理由は、実際のエンジンでの現象とより相関性が高いためです。ＭＲＶ粘度計では、上述したＣＣＳ粘度計よりもはるかに低い冷却速度・せん断速度となっています。ＭＲＶ試験機では、冷却によって生成したワックス分によるゲル構造を壊さないようにせん断速度が１〜５０／ｓという低い速度で測定が行なわれます。
　規定量のサンプル油をセル内（ステータ）（内径１９ｍｍ）に入れ、ロータ（外径１７ｍｍ、長さ２０ｍｍ写真４）を差し込んだ後にロータ軸（直径３．１８ｍｍ）に糸を巻き付けます。

写真４

写真５

　
　サンプル油を８０℃まで上昇させた後、ＡＳＴＭ　Ｄ　４６８４ではＴＰ−１冷却サイクルというプログラムされた冷却速度で、ＡＳＴＭ　Ｄ　３８２９では測定温度まで１０時間かけて冷却し、その後温度を保ったまま１６時間後に測定を開始します。
　まず、ローターシャフトの糸をプーリーにかけ、重り（１０ｇづつ）をつるしてシャフトが回転する荷重を測定します図１。
　

図１

　
　
　これをイールド・ストレス（Yield Stress　-　降伏応力）と言います。次におもりを１５０ｇに変え、目視で回転数を数えます。回転数から計算式によって粘度を算出します。
　イールド・ストレスはエアバインディングと、粘度はフローリミテッドキャビテーションと相関があるとされています。

（３）スキャニングブルックフィールド粘度

　ある種のエンジン油では市場においてゲル状化してエアバインディングをおこす事例が見つかりましたが、この現象は従来のＭＲＶ粘度計では評価できないことがわかりました。そこで新たな試験法が開発され、ASTM　Ｄ５１３３(Standard Test Method for Low Temperature, Low Shear Rate, Viscosity/Temperature Dependence of Lubricating Oils using a Temperature-Scanning Technique)として規定されました。この粘度の規格はＡＰＩ−ＳＪ（ＩＬＳＡＣ　ＧＦ２）から採用されています。
　MRV法のせん断速度はせん断応力５２５Ｐａ時に１００／ｓですが、スキャニングブルックフィールド法ではせん断速度が１．７／ｓ、せん断応力は最大７０Ｐａと、ＭＲＶ法に比較して小さな値となっています。
　粘度計はブルックフィールド粘度計を用いますが、スキャニングブルック粘度計には特に設計されたステータ・ロータが使用されます。ステータは長さ１４０ｍｍ、直径２２．０５ｍｍのガラス製試験管で、ロータは長さ６５．５ｍｍ、直径１８．４ｍｍとなっています写真６。試料油（２０ｍｌ）をセル（ステータ）に入れ、ロータを挿入して冷媒に浸漬します。冷媒を１℃／ｈの冷却速度で冷却しつつ、ロータを先程のせん断速度（０．３ｒｐｍ）で回転させ、トルクを連続的に記録していきます（トルクから粘度が求められます）。試験は−４０℃もしくは粘度が４００００ｍＰａ・ｓに達するまで行ないます。ゲル化するオイルではある温度から急激に粘度が上昇を示します。温度変化に対する粘度変化量からゲレーション・インデックスを求めます。具体的には、温度１℃毎に次式にしたがってX、Yから、-1×(X/Y)を求め、全測定温度範囲中のもっとも大きな-1×(X/Y)の値をゲレーション・インデックスとします。
　
　X　：　試験温度１℃毎のＬｏｇKの差　（Kは絶対温度）
　Y　：　試験温度１℃毎のＬｏｇＬｏｇ（η）の差　（ηは粘度、ｍＰａ・ｓ）
　

写真６

写真７

写真８

　
　写真７は粘度計を作業台に乗せてロータをセットした様子、写真８は冷却槽にセットされた様子です。
　ＩＬＳＡＣ　ＧＦ−２規格では、ゲレーション・インデックスを１２以下に規定しています。

（４）ブルックフィールド粘度

　自動車用ギヤ油、ＡＴＦおよび油圧作動油等の低せん断速度での低温粘度を測定するために使用されます。試験法はＡＳＴＭ　Ｄ　２９８３（Standard Test Method for Low-Temperature Viscosity of Automotive Fluid Lubricants Measured by Brookfield Viscometer）に規定されています。粘度の測定範囲は１０００〜１００万ｍＰａ・ｓで、温度範囲は−５〜−４０℃となっています。
　ブルックフィールド粘度計にはいくつかの太さのスピンドル（ロータ）が用意されていますが、この試験法では＃４を使用することになっています。セル（ステータに相当する）は直径２２ｍｍ、長さ１１５ｍｍの試験管です。このスピンドルとセルの組み合わせでは、せん断応力およびせん断速度は次の式で求められます。
　
　Ｔ（せん断応力、Ｐａ）＝１．２５３×Ｍ（粘度計の読み）
　Ｓ（せん断速度、／ｓ）＝０．２１５６×ｒｐｍ
　
　約３０ｍｌの試験油をセルに入れ、５０℃で３０分間加温した後、３０分間室温に放置し、次に測定温度に保った空気浴中に１５．５時間放置します。予想される粘度によってロータの回転数は決められており（０．６ｒｐｍ＠１００万ｍＰａ・ｓ最大から６０ｒｐｍ＠１０００ｍＰａ・ｓ最小まで７段階）、予め粘度計の回転数を設定しておきます。空気浴から手早くセルを取り出し、スピンドルをセットした粘度計を取り付け、測定温度に保った液体浴に移し替えて３０分後に測定を行ないます。粘度計の設定回転数でスピンドルを回転させ、その時の粘度計の読み（１００度目盛り）を記録します。各回転数ごとに係数が決めらているので、粘度計の読みに係数をかけることによって粘度を求めることができます。空気浴から１６時間後に取り出した後、セルを断熱容器に移して測定する方法でも良いのですが、この方法では測定時の温度変化が避けられないのであまり好まれないようです。