粘度

ビーカーに注がれる水・油・はちみつの流れ方の違いと、平行な2枚の板の間の液体の速さの分布を描いたイメージ(AI で生成)

水はさらさら流れ、はちみつはゆっくり流れます。この「流れにくさ(ねばりけ)」を数字で表したものが粘度です。このページでは、粘度の意味と式、単位(Pa·s・mPa·s・cP と動粘度の mm²/s)、身近なものの値、温度による変化、潤滑油の粘度グレード、粘度が一定でない液体(非ニュートン流体)、測り方、配管の計算例、ものづくりでの使い方を、できるだけやさしく説明します。

目次

ひとことで言うと

粘度とは

産業技術総合研究所(産総研)の解説は、平行に置いた2枚の板の間を液体で満たし、片方の板だけを横にずらして一定の速さで動かすと、板は液体から運動と逆向きの力を受けるとしています。単位面積あたりのこの力(ずり応力)は、多くの液体で速さの変わり方(速度勾配)に比例し、その比例定数が粘度です。これをニュートンの粘性法則と呼び、この法則が成り立つ液体をニュートン流体と呼ぶとしています。

つまり粘度は、同じ速さでずらすのに、どれだけ大きな力が要るかを表す数字です。粘度が大きい液体ほど「ねばい」「流れにくい」ことになります(編集部の解説)。

止まっている下の板と、力Fで引かれて速さVで動く上の板の間に液体があり、液体の速さが上ほど速く下ほど遅く直線的に変わる様子と、F÷A=μ×V÷h の式を示した図
図1 粘度の定義:2枚の板の間の液体
出典:産総研 計量標準報告 Vol.7 No.3、Wikipedia(英語版)をもとに AI(Claude)で作成

ニュートンの粘性法則

τ(ずり応力)= μ × du/dy(速度勾配=ずり速度)

2枚の板の例では F ÷ A = μ × V ÷ h

F:板を引く力 A:板の面積 V:上の板の速さ h:液体の層の厚さ μ:粘度

英語版ウィキペディアも、片方の板が止まり、もう片方が一定の速さで動く2枚の平行な板の例で粘度を説明し、ずり応力は速度勾配に比例し、その比例定数が粘度(μ または η)だとしています。日本語版ウィキペディア「粘度」も同じ式を示しています。

出典:産業界における液体粘度の測定ニーズと次世代粘度標準(山本泰之、2009年)|産総研 計量標準報告 Vol.7 No.3、Viscosity|Wikipedia(英語版)、粘度|ウィキペディア日本語版

単位:粘度は Pa·s、動粘度は mm²/s

粘度の単位 Pa·s・mPa·s・cP・P の関係と、粘度を密度で割った動粘度の単位 m²/s・mm²/s・cSt の関係を左右に並べ、20℃の水がそれぞれ約1になることを示した図
図2 粘度と動粘度の単位
出典:産総研 計量標準報告 Vol.7 No.3、ウィキペディア日本語版をもとに AI(Claude)で作成

産総研の解説は、粘度の SI 単位は Pa·s(パスカル秒)で、実用上はその千分の1の mPa·s がよく使われるとしています。昔の単位のポアズ(P)の百分の1の cP(センチポアズ)も古い規格などに残っていて、1 mPa·s = 1 cP、20℃の水の粘度はおよそ 1 mPa·sです。

同じ解説は、粘度を密度で割ったものを動粘度(ν = μ ÷ ρ)と呼び、単位は m²/s、液体ではその百万分の1の mm²/s がよく使われるとしています。1 mm²/s = 1 cSt(センチストークス)で、20℃の水の動粘度は約 1 mm²/sです。ENEOS の石油便覧は、軸受油について、粘性は動粘度で示されるとしています。

ポアズとストークス:人の名前の単位

日本語版ウィキペディアは、ポアズは1913年に提案された単位で、フランスの物理学者ポアズイユの名前からとられ、1 Pa·s = 10 P だとしています。動粘度の単位ストークスは、流体力学の基本の式(ナビエ–ストークス方程式)や、液体の中を落ちる球の抵抗の法則に名前を残すアイルランド生まれの数学者・物理学者ジョージ・ガブリエル・ストークス(1819〜1903年)からとられています。ポアズイユは、細い管を流れる量の法則(ハーゲン・ポアズイユの法則。ハーゲンが1839年、ポアズイユが1840年に独立に見つけた)でも知られます(コトバンク)。

出典:産業界における液体粘度の測定ニーズと次世代粘度標準(山本泰之、2009年)|産総研 計量標準報告 Vol.7 No.3、石油便覧 第2編 第2章 第4節|ENEOS、ポアズ|ウィキペディア日本語版、ジョージ・ガブリエル・ストークス|ウィキペディア日本語版、ポアズイユの法則|コトバンク

身近なものの粘度

空気約0.018、水約1.0、エタノール約1.07、オリーブ油約56、グリセリン約1,410、はちみつ約2,000〜10,000 mPa·s を対数の目盛りの横棒で比べたグラフ
図3 身近な液体・気体の粘度
出典:Wikipedia(英語版)、ウィキペディア日本語版をもとに AI(Claude)で作成
もの(温度)粘度(mPa·s)読み方(編集部)
空気(20℃)約0.018水の約55分の1
水(20℃)約1.00基準にしやすい
エタノール(25℃)約1.07水とほぼ同じ
オリーブ油(29℃)約56水の50倍以上
グリセリン(25℃)約1,410水の千倍以上
はちみつ(20℃)約2,000〜10,000種類や水分で大きく違う

値は英語版ウィキペディア「List of viscosities」(水・エタノール・オリーブ油・グリセリン・はちみつ)と日本語版ウィキペディア「粘度」(空気 1.8×10⁻⁵ Pa·s)によります。身近なものだけでも、粘度は10万倍以上の幅があるので、グラフは1目盛りで10倍になる対数の目盛りにしています(編集部の解説)。英語版の一覧は、値は代表値で、不確かさや、粘度が一定でない性質(非ニュートン性)は考えていないと注意しています。

粘度は温度で大きく変わるので、値には必ず温度を添えて比べることが大事です(次の節)。

出典:List of viscosities|Wikipedia(英語版)、粘度|ウィキペディア日本語版

温度で大きく変わる:液体は下がり、気体は上がる

水の粘度が0℃で約1.79、20℃で約1.00、100℃で約0.28 mPa·sと温度とともに下がるグラフと、空気の粘度が300 Kで18.5、400 Kで23.1、500 Kで27.1 μPa·sと温度とともに上がるグラフを並べた図
図4 温度による粘度の変化:水と空気
出典:Wikipedia(英語版)をもとに AI(Claude)で作成

英語版ウィキペディア「List of viscosities」によると、水の粘度は0℃で約1.79、20℃で約1.00、100℃で約0.28 mPa·s です。0℃から100℃で、水の粘度は約6分の1になります(編集部の計算)。一方、空気の粘度は 300 K(約27℃)で18.5、400 K で23.1、500 K で27.1 μPa·s と、温度とともに上がります。

英語版ウィキペディア「Temperature dependence of viscosity」は、液体は温度が上がると粘度が下がり、気体は上がるとし、その理由を、液体では熱で分子が分子どうしの引き合う力に打ち勝ちやすくなるため、気体では分子の動きで運ばれる運動量のやりとりが盛んになるためと説明しています。

粘度指数:温度で粘度が変わりにくい油ほど大きい

日本語版ウィキペディア「粘度指数」は、粘度指数(VI)を、潤滑油の粘度が温度でどう変わるかを表す数字で、大きいほど温度による粘度の変化が小さいとし、40℃と100℃の動粘度から求めるとしています(1929年にディーンとデイビスが考えた)。寒い朝も熱いときも同じように使いたい機械の油では、粘度指数の高い油が選ばれます(編集部の解説)。

出典:List of viscosities|Wikipedia(英語版)、Temperature dependence of viscosity|Wikipedia(英語版)、粘度指数|ウィキペディア日本語版

潤滑油の粘度グレード:ISO VG と SAE

ISO VG 32から460までの8つのグレードについて、40℃の動粘度の範囲(VG 32は28.8〜35.2 mm²/s、VG 46は41.4〜50.6 など)を対数の目盛りの横棒で示した図
図5 ISO 粘度グレード:40℃の動粘度の範囲
出典:ENEOSをもとに編集部が計算し、AI(Claude)で作成

工業用の潤滑油の粘度は、ISO の粘度グレード(ISO VG)で表します。ENEOS の石油便覧の工業用ギヤー油の表では、ISO VG 32 は40℃の動粘度が 28.8〜35.2 mm²/s、VG 46 は 41.4〜50.6、VG 68 は 61.2〜74.8 mm²/s です。VG の数字は40℃の動粘度の真ん中の値で、範囲はその上下10%にあたります(編集部の計算)。数字が大きいほど、ねばい油です。

エンジンオイルの「0W-20」

ENEOS の石油便覧は、エンジンオイルの SAE 粘度分類(SAE J300)は高温と低温の粘度で分類されているとし、表で、0W は −35℃での粘度(低温クランキング粘度)が 6,200 mPa·s 以下、「20」は100℃の動粘度が 6.9 mm²/s 以上 9.3 mm²/s 未満としています。「0W-20」は、W の付いた前の番号が低温での粘度、後ろの番号が100℃での粘度の区分です(W は Winter=冬の頭文字。編集部の補足)。ENEOS のオイル Q&A は、0W-20 を推奨する車に 5W-30 を入れても故障などのおそれはないが燃費が悪くなり、5W-30 を推奨する車に 0W-20 を使うと、油膜切れによる異音や異常摩耗、最悪の場合は焼き付きの原因になる場合があるとしています。

出典:石油便覧 第2編 第2章 第4節|ENEOS、石油便覧 第2編 第2章 第2節(自動車用潤滑油)|ENEOS、オイルQ&A|ENEOS

粘度が一定でない液体:非ニュートン流体

左は横にずり速度、縦に粘度をとり、ニュートン流体は水平、ずり流動化は右下がり、ずり粘稠化は右上がりになるグラフ。右は横にずり速度、縦にずり応力をとり、ニュートン流体は原点を通る直線、ビンガム流体は降伏値から始まる直線になるグラフ
図6 ニュートン流体と非ニュートン流体
出典:ウィキペディア日本語版、産総研 計量標準報告 Vol.7 No.3をもとに AI(Claude)で作成

水や油のように、かき混ぜる速さによらず粘度が一定の液体がニュートン流体です。日本語版ウィキペディア「非ニュートン流体」は、そうでない液体を、流れが強いほど流れやすくなる擬塑性流体、流れが強いほど流れにくくなるダイラタント流体、ある大きさの力(降伏強度)に達しないと流れ始めないビンガム塑性流体に分けています。身近な例では、ケチャップや塗料は擬塑性に、片栗粉を水で溶いたものはダイラタントに近いふるまいをします(編集部の補足)。非ニュートン流体では、粘度がずり速度で変わるので、「どのずり速度で測った値か(見かけ粘度)」を添えて比べます(編集部の解説)。

英弘精機は、チクソトロピー(チキソトロピー)を、粘度が時間に対して履歴をもつ現象とし、測る前に試料にかかった力の履歴をそろえる必要があるとしています。また、マヨネーズのような半固体を容器から押し出すときの、止まった状態から流れ出すまでの力を降伏応力の例に挙げています。

塗料:塗るときは流れ、塗った後は垂れない

Thermo Fisher Scientific のアプリケーションノートは、塗料は塗る・運ぶなどの工程ごとに広い範囲のずり速度にさらされ、保管中は低いずり速度でのふるまいと降伏のしかたが大事だとしています。降伏値は、垂直な壁に塗った塗料の垂れを予測するのに重要としています。塗るときは強くずらされて流れやすく、塗った後は止まって垂れにくい、という性質が求められるわけです(編集部の解説。課題「塗装の仕上がり不良(ゆず肌・タレ・ブツ)を減らしたい」)。

出典:非ニュートン流体|ウィキペディア日本語版、産業界における液体粘度の測定ニーズと次世代粘度標準(山本泰之、2009年)|産総研 計量標準報告 Vol.7 No.3、試料の特徴を捉える測定方法|英弘精機、塗料およびコーティング材のチキソトロピーおよびせん断回復挙動の調査(アプリケーションノート V274)|Thermo Fisher Scientific

粘度の測り方

回転粘度計(液体の中で円筒を回すトルク)、細管粘度計(細いガラス管を流れ落ちる時間)、落球粘度計(球が落ちる速さ)、粘度カップ(穴から流れきる秒数)の4つの測り方を並べた模式図
図7 粘度の測り方
出典:産総研 計量標準報告 Vol.7 No.3、英弘精機をもとに AI(Claude)で作成

産総研の解説は、粘度計を大きく細管式・回転式・落体式・振動式の4つに分けています。

  • 細管式:細い管を液体が流れ落ちる時間が動粘度に比例することを使う。ガラス製が一般的(ウベローデ型など)。非ニュートン流体には向かないが、不確かさ0.3%程度で測ることもできる
  • 回転式:円筒や円板、円すいと平板などを液体の中で回し、トルクを測る。単一円筒型(B型)は低い粘度から高い粘度まで広く測れ、非ニュートン流体には共軸二重円筒型や円すい-平板型を使う
  • 落体式:液体の中を球などが落ちる速さから求める(ストークスの法則)。比較的粘度の高い液体向き
  • 振動式:音叉などを液体の中で振動させる。小型で、すばやく簡単に測れる

同じ解説は、粘度計は標準液と比べて測る相対測定で、その大もとは「20℃の水の動粘度」だとしています。日本では液体の粘度の測り方が JIS Z 8803 に決められています(英弘精機の関連規格の一覧)。同じ一覧には塗料の粘度の規格(JIS K 5600-2-2)もあり、塗料の現場では、カップの底の穴から流れきる秒数で粘度を管理する方法もよく使われます(編集部の補足)。

出典:産業界における液体粘度の測定ニーズと次世代粘度標準(山本泰之、2009年)|産総研 計量標準報告 Vol.7 No.3、回転式粘度計関連規格|英弘精機

計算してみる:粘度と配管の圧力損失

内径10 mm・長さ5 mの管に毎分2 Lの油を流すとき、ISO VG 32の油では圧力損失約18.7 kPa(レイノルズ数約133)、VG 68では約39.7 kPa(約62)になることを比べた棒グラフとハーゲン・ポアズイユの式
図8 計算例:油の粘度と圧力損失
出典:コトバンク、ウィキペディア日本語版をもとに編集部が計算し、AI(Claude)で作成

コトバンク「ポアズイユの法則」は、円い管を流れる量は、圧力差と半径の4乗に比例し、粘度と管の長さに反比例するとし、流れが層流(レイノルズ数が約2,000以下)のときに成り立つとしています。これを変形すると、同じ流量なら、層流の圧力損失は粘度に比例することがわかります(編集部の解説)。

ハーゲン・ポアズイユの式(圧力損失の形)

Δp = 32 × μ × L × u ÷ D²

Δp:圧力損失 μ:粘度 L:管の長さ u:平均の流速 D:管の内径

内径10 mm・長さ5 m の管に、毎分2 L の油を流す場合で考えます(説明のための条件。油の密度は 860 kg/m³ とし、40℃の動粘度はグレードの中心値とした)。平均の流速は約0.42 m/s です。

油(40℃)粘度(mPa·s)レイノルズ数圧力損失
ISO VG 32(32 mm²/s)約27.5約133(層流)約18.7 kPa
ISO VG 68(68 mm²/s)約58.5約62(層流)約39.7 kPa

レイノルズ数(Re = 流速 × 内径 ÷ 動粘度)はどちらも2,000よりずっと小さく、層流なので式が使えます。動粘度が約2.1倍になると、圧力損失も約2.1倍になりました(編集部の計算)。同じ条件で20℃の水(動粘度 約1 mm²/s)を流すと、レイノルズ数は約4,200で層流ではなくなるため、この式は使えません。乱流の圧力損失は 基礎知識「レイノルズ数」、配管全体の対策は課題「流体抵抗・圧力損失を減らしたい」を参照してください。

油は冷えると粘度が大きく上がるので、寒い朝の始動では、同じ配管でも圧力損失やポンプの負荷がずっと大きくなることがあります(編集部の解説)。

出典:ポアズイユの法則|コトバンク、レイノルズ数|ウィキペディア日本語版

ものづくりでどう効くか

配管・ポンプ、軸受・歯車の潤滑、射出成形、塗装、接着剤・ペーストの塗布、撹拌・混合の6つの場面で、粘度がどう効くかを並べた図
図9 ものづくりで粘度が効くところ
出典:コトバンク、東京理科大学、ウィキペディア日本語版、Thermo Fisher Scientific、Wikipedia(英語版)をもとに AI(Claude)で作成

軸受・歯車の潤滑:油膜の厚さと損失

東京理科大学のトライボロジーの講義資料は、横軸に「粘度 × 回転速度 ÷ 荷重」、縦軸に摩擦係数をとったストライベック曲線で、潤滑の状態を境界潤滑・混合潤滑・流体潤滑に分けています。流体潤滑では固体どうしが触れず、摩擦は油がずらされる抵抗だけになります。粘度が低すぎたり、速度が遅く荷重が大きすぎたりすると、油膜が薄くなって混合潤滑・境界潤滑に入り、摩耗が進みます。逆に粘度が高すぎると、油をずらす抵抗やかき混ぜる損失が増えます(編集部の解説。課題「摩擦損失を減らしたい」、「軸受の寿命を延ばしたい」、基礎知識「摩擦係数」)。

射出成形:溶けた樹脂の流れやすさ(MFR)

日本語版ウィキペディア「メルトフローレート」は、MFR を、一定の温度で加熱・加圧した樹脂が10分間に押し出される量(g/10min)とし、測り方は JIS K 7210 に決められているとしています。温度や圧力で粘度が大きく下がる樹脂ほど流れやすく、一般に射出成形しやすいとしています。流れにくいと、型のすみまで樹脂が届かないショートショットなどの原因になります(編集部の解説。課題「射出成形の外観不良を減らしたい」、技術「射出成形」)。

撹拌・混合:ねばいほど動力が要る

英語版ウィキペディア「Power number」は、撹拌機の動力数を Np = P ÷(ρ n³ D⁵)(P:動力、ρ:密度、n:回転数、D:羽根の直径)と定義しています。撹拌の設計では、この動力数を撹拌のレイノルズ数(ρ n D² ÷ μ)と組み合わせて整理するのがふつうで、ねばい液体ほどレイノルズ数が小さくなり、混ざり方も要る動力も変わるのです(編集部の解説。課題「撹拌・混合のむらをなくしたい」)。

接着剤・ペーストの塗布

接着剤やはんだペーストをディスペンサーで塗るときは、粘度によって吐出量、糸を引くかどうか、塗った形が保たれるかが変わります。粘度は温度で変わるので、塗布の量をそろえるには、液の温度と粘度の管理が欠かせないことが多いです(編集部の解説。技術「接着剤」、課題「はんだ付け不良を減らしたい」)。

出典:トライボロジー講義資料(流体潤滑とストライベック曲線)|東京理科大学、メルトフローレート|ウィキペディア日本語版、Power number|Wikipedia(英語版)

似ている言葉との違い

粘度(粘性係数)、動粘度、ずり速度、見かけ粘度、粘度指数、MFRについて、何を表すかと主な単位を比べた表
図10 粘度のまわりの言葉の早見表
出典:産総研 計量標準報告 Vol.7 No.3、ウィキペディア日本語版をもとに AI(Claude)で作成

粘度(粘性係数、絶対粘度とも)は「ずらすのに要る力とずれる速さの比」、動粘度は「粘度を密度で割った値」です。カタログの数字が mPa·s(粘度)か mm²/s(動粘度)かを必ず確かめます。水では両方とも約1なので取り違えに気づきにくいのですが、密度が1から離れた液体では数字が変わります(編集部の解説)。「粘着」はものにくっつく性質で、粘度とは別のものです。濡れやすさは 基礎知識「表面張力(接触角・濡れ)」、密度は 基礎知識「比重・密度」を参照してください。

出典

  1. 産業界における液体粘度の測定ニーズと次世代粘度標準(山本泰之、2009年)|産総研 計量標準報告 Vol.7 No.3
  2. Viscosity|Wikipedia(英語版)
  3. 粘度|ウィキペディア日本語版
  4. 石油便覧 第2編 第2章 第4節|ENEOS
  5. ポアズ|ウィキペディア日本語版
  6. ジョージ・ガブリエル・ストークス|ウィキペディア日本語版
  7. ポアズイユの法則|コトバンク
  8. List of viscosities|Wikipedia(英語版)
  9. Temperature dependence of viscosity|Wikipedia(英語版)
  10. 粘度指数|ウィキペディア日本語版
  11. 石油便覧 第2編 第2章 第2節(自動車用潤滑油)|ENEOS
  12. オイルQ&A|ENEOS
  13. 非ニュートン流体|ウィキペディア日本語版
  14. 試料の特徴を捉える測定方法|英弘精機
  15. 塗料およびコーティング材のチキソトロピーおよびせん断回復挙動の調査(アプリケーションノート V274)|Thermo Fisher Scientific
  16. 回転式粘度計関連規格|英弘精機
  17. レイノルズ数|ウィキペディア日本語版
  18. トライボロジー講義資料(流体潤滑とストライベック曲線)|東京理科大学
  19. メルトフローレート|ウィキペディア日本語版
  20. Power number|Wikipedia(英語版)

※アイキャッチ画像は、AI(ChatGPT)で生成したイメージです。

情報の確認日:2026年10月7日

よかったらシェアしてね!
  • URLをコピーしました!
  • URLをコピーしました!

この記事を書いた人

目次