製造工場、鉱山現場、または重機ヤードを歩いたことがある人なら、おそらく大きくて不格好な機械がシューシューとゴロゴロと音を立てて作業を行っているのを見たことがあるでしょう。これらの機械は、加圧流体を使用して動力を伝達するポンプ、バルブ、シリンダー、ホースの複雑なネットワークである油圧システムに依存しています。しかし、多くのオペレーターが手遅れになるまで話さないこともあります。ほとんどの油圧機器のサイレントキラーは、過酷な使用や過酷な条件ではなく、汚染された作動油です。私は過去 12 年間、油圧オイル濾過システムのサプライヤーとして働いてきましたが、たとえ少量の汚れ、水、摩耗粉でも、わずか数か月で 50,000 ドルの油圧ポンプがスクラップの山になってしまうのをこの目で見てきました。今日は、適切に設計された濾過システムがどのようにオイルを浄化するだけでなく、油圧機器の寿命を延ばし、コスト、ダウンタイム、頭痛の種を節約するのかを正確に説明したいと思います。
基本的なことから始めましょう。油圧オイルを実際に汚染するものは何でしょうか?補充時の古いオイルのように、意図的に混入するものだけではありません。汚染はどこからでも発生します。新しい油圧システムを組み立てると、製造時に発生する小さな金属の削りくず、組立工場から出る粉塵、さらには残留シーラントがオイル中に閉じ込められます。システムが稼働すると、あらゆる可動部品が摩耗し、流体中に浮遊するマイクロメートルサイズの金属粒子が飛散します。環境要因も大きな役割を果たします。特に建設現場や農業作業などの屋外環境では、雨、湿気、空気中の湿気がブリーザー、シール、または接続不良を通じてシステムに浸透します。屋内施設であっても安全ではありません。ベルトコンベア、金属加工液、HVAC システムからの粉塵が時間の経過とともに貯水池に侵入する可能性があります。
ほとんどのオペレーターが気づいていないのは、汚染は小さな問題ではないということです。 National Fluid Power Association (NFPA) のデータによると、これが油圧システム故障の 70 ～ 80% の根本原因です。最も一般的で有害な 2 つの汚染物質、固体粒子と水について話しましょう。 1 ～ 100 マイクロメートルの範囲の固体の破片は、ほとんどの標準的なフィルターをすり抜けてしまうほど小さいですが、ポンプのピストン、バルブ スプール、シリンダー ボアなどの重要なコンポーネントを傷つけたり侵食したりするのに十分な大きさです。ポンプのスプールに深さわずか 0.001 インチの傷があると、内部漏れが発生し、ポンプの効率が 20% 以上低下し、システム全体に余分な負担がかかる可能性があります。時間の経過とともに、この浸食はコンポーネントの不均一な摩耗、位置ずれ、そして最終的には致命的な故障につながります。通常は、重要な生産稼働時など、考えられる最悪のタイミングで発生します。
水は作動油中に溶解水と遊離水の 2 つの形態で存在するため、さらに危険です。溶解水は目に見えませんが、飽和（ほとんどの作動油では通常約 100 ～ 200 ppm）に達すると、自由水に分離し始め、オイル リザーバーの底に沈殿します。自由水は直ちに問題を引き起こします。自由水はオイルの潤滑特性を低下させ、金属間の接触や摩耗の促進につながります。また、システム内部の腐食も促進され、ポンプ部品、バルブ、ホースが内側から外側に向かって錆びます。さらに悪いことに、水はオイルの添加剤（耐摩耗剤、酸化防止剤、防錆剤など）と反応してそれらを分解し、オイルの保護特性を奪います。時間の経過とともに、これによりオイルが劣化し、スラッジが形成され、粘稠なタール状物質がフィルターやバルブを詰まらせます。
ここで作動油濾過システムが役に立ちます。優れたシステムは、大きな破片の塊を濾すだけでなく、プロセスの適切なタイミングと適切な段階で固体汚染物質と水の両方をターゲットにします。これが油圧機器の主要コンポーネントごとにどのように機能するかを具体的に見てみましょう。たとえば、あらゆるシステムの心臓部である油圧ポンプを考えてみましょう。ポンプは、圧力を生成するために可動部品間の厳密な公差 (高圧ポンプでは 5 マイクロメートル程度) に依存しています。固体粒子や水がポンプに入ると、内部コンポーネントに対してサンドペーパーのように作用し、穴あき、傷、隙間の拡大を引き起こします。専用の濾過システム、特に微粒子濾過と水分離を組み合わせたシステムは、汚染物質レベルを ISO 4406 清浄度基準 (ほとんどの油圧システムで 16/14 以上のコードを推奨) よりも大幅に下回るレベルに保つことができます。当社の装置で実施したテストによると、これによりポンプの摩耗が最大 90% 削減され、ポンプの寿命が 1 ～ 2 年から 5 ～ 7 年に延長されます。
バルブももう一つの弱点です。方向制御バルブ、比例バルブ、およびサーボ バルブは、精密機械加工されたスプールとスリーブを使用しており、数ミリメートル以内でスムーズに移動する必要があります。たとえ小さな粒子であっても、バルブの固着、位置ずれ、漏れの原因となる可能性があります。サーボバルブに粒子が詰まって生産ラインが停止し、ダウンタイムで 1 時間あたり 10,000 ドルの損害が発生し、パニックになって当社に電話してきたお客様もいらっしゃいます。適切なサイズの濾過システム (密閉型作動油浄化システムなど) は、継続的なオンライン操作向けに設計されており、これらの粒子がバルブに到達する前に除去されます。密閉された設計により、プロセス中に外部から汚染物が侵入することがなく、当社が使用する微細フィルターは 1 マイクロメートルほどの粒子を捕捉できます。当社の鉱山顧客の 1 社は、昨年当社の密閉型システムにアップグレードしましたが、以前は月に 1 ～ 2 件だったのに対し、バルブ関連の故障は 10 か月間発生していません。それは修理コストの削減だけではなく、一貫した生産を実現します。
シリンダーとホースも、きれいなオイルから大きな恩恵を受けます。破片によるシリンダロッドの傷はシール漏れを引き起こし、加圧流体が漏れて力が低下し、動作が遅く不均一になる可能性があります。さらに悪いことに、シールに漏れがあると、システム内にさらに汚染物が侵入し、悪循環が生じる可能性があります。ホースは汚染された油にさらされるとより早く劣化します。油の分解による水と酸性の副生成物がゴム層を侵食し、水膨れや破裂、安全上の危険を引き起こします。当社の建設業のお客様は、水の汚れが原因で掘削機の油圧ホースを 6 か月ごとに交換していましたが、作動油水分離器を設置してからは 2 ～ 3 年ごとにホースを交換するようになりました。これにより、部品と人件費の大幅なコストが削減されるだけでなく、現場でのホースの破損による重傷や近くの機器の損傷のリスクも軽減されます。
ここで、さまざまな種類の濾過システムと、それらがさまざまな操作にどのように適合するかについて説明します。すべての顧客が同じニーズを持っているわけではありません。小規模な製造工場では、複数の機械間で移動できるポータブルな油濾過システムが必要になる場合がありますが、大規模な製鉄所では、メインの油圧ライン用に固定された高流量システムが必要になる場合があります。ポータブル システムは、オイル交換時や特定の機械のトラブルシューティングなど、オンデマンドでの使用に最適です。なぜなら、リザーバーまで移動して数分で接続でき、すぐにオイルの洗浄を開始できるからです。当社の自動車部品顧客の 1 社は、定期的なオイル交換の合間に当社のポータブル システムを使用してプレス機のオイルを洗浄し、オイルの寿命を 3 倍に延ばし、オイルの排出と交換の回数を減らしています。これは廃棄物が減るだけでなく、オイル交換によるダウンタイムも減ります。
連続稼動装置を使用する大規模な作業の場合、密閉型作動油浄化システムは状況を一変させます。これらのシステムは年中無休で稼働し、油層から油を取り出し、粒子と水をろ過してきれいに戻すように設計されています。密閉型の設計により、外部からの塵や湿気の侵入を防ぎ、オイルをより長くきれいな状態に保ちます。私たちは最近、これらのシステムの 1 つを風力発電所に設置しました。そこでは、タービンのピッチおよびヨー機構用の油圧システムが発電に重要です。以前は、風力発電所の運営者はオイルの交換と濾過のために 3 か月ごとにタービンを停止する必要がありましたが、当社の密閉型システムでは、オイルの完全な交換を 2 年ごとに行うだけです。これは、毎年数百万ドルの追加発電に加えて、メンテナンスコストの削減につながります。
廃油は、優れたろ過システムが機器の寿命を延ばすのに役立つもう 1 つの分野です。オイルが汚染されると、多くのオペレーターは自動的にオイルを排出して交換しますが、これにはコストがかかり無駄がかかります。廃油処理機は、使用済み油を油圧システムで再利用できるレベルまで浄化できるため、油の購入を削減し、廃油の処理（環境規制により面倒になる場合があります）の必要性を排除します。しかし、重要なのはここです。使用済みのオイル洗浄機などのシステムを使用してオイルを適切に洗浄すると、オイルのコストを節約できるだけでなく、再処理されたオイルが新しいオイルと同じ保護特性を備えているため、機器に新たな汚染を引き起こすことがなくなります。トラクターや収穫機用の新しい作動油に年間 50,000 ドルを費やしている農場の顧客がいました。当社の使用済みオイル洗浄機を使用した後、現在では 6 か月ごとにオイルを再処理しており、洗浄されたオイルは一貫していて汚染物質が含まれていないため、オイルのコストが 70% 削減され、ポンプやバルブの故障の報告も少なくなりました。
「濾過システムなんて余計なコストがかかるだけだ。代わりにオイルをもっと頻繁に交換すればいいのでは？」と考えている人もいると思います。もっともな質問ですが、計算が合いません。それぞれ 50 ガロンの油圧リザーバーを備えた 10 台の掘削機を所有する中規模の建設会社を考えてみましょう。 1 台の掘削機の一般的なオイル交換には約 1,500 ドル (オイル、フィルター、作業費、廃棄料) がかかり、年間では 15,000 ドルになります。オイル交換のためのダウンタイム (たとえば、1 台のマシンにつき 8 時間、生産損失で 1 時間あたり 500 ドル) を追加すると、さらに年間 40,000 ドルになります。これを、約 10,000 ドルに加えて年間 1,000 ドルのメンテナンス費用がかかるポータブル オイル濾過システムのコストと比較してください。 5 年間で濾過システムの費用は 15,000 ドル、オイル交換とダウンタイムの費用は 275,000 ドルになります。これは 95% のコスト削減に相当しますが、これにはコンポーネントの故障の減少による削減も含まれていません。油圧ポンプの修理に 1 年間 20,000 ドルを費やし、その後当社の濾過システムを設置した顧客もいますが、それ以来ポンプの故障は発生していません。それは結局のところお金です。
もう 1 つのよくある誤解は、すべてのフィルターが同じであるということです。安価な既製フィルターは大きな粒子を捕捉する可能性がありますが、最も摩耗の原因となるマイクロメートルサイズの粒子は捕捉できず、すぐに目詰まりして流量が減少し、ポンプに余分な負担がかかる可能性があります。当社のシステムは多段階の濾過を使用します。まず、粗いフィルターで大きなゴミを除去し、次に細かいフィルター (1 マイクロメートルまで) で小さな粒子を捕捉し、多くの場合、水分離器で遊離水を除去します。この段階的なアプローチにより、流量を制限することなくオイルが適切に洗浄されるため、油圧システムは最高の効率で動作します。また、施設から出荷される前にすべてのシステムをテストして ISO 清浄度基準を満たしていることを確認するため、お客様はどのレベルのろ過が得られているかを正確に知ることができます。
環境要因も、汚染が機器に与える影響に大きな影響を与えます。たとえば、沿岸地域では、塩気が油圧システムに浸透し、腐食が促進される可能性があります。作動油水分離器は水を除去するだけでなく、水に混入した塩粒子を除去して腐食を軽減することもできます。粉塵の多い砂漠環境では、浮遊粒子があらゆる場所に存在するため、より優れた粒子濾過機能を備えたシステムが重要です。密閉型作動油浄化システムは閉ループを形成するため、オイルの濾過中に外部の汚染物質がシステムに侵入することがないため、このような状況に特に適しています。当社は粉塵レベルが非常に高いアリゾナ州の鉱山作業に一連の密閉型システムを設置し、古い濾過設定と比較してコンポーネントの故障を 85% 削減しました。
ろ過システム自体を適切にメンテナンスすることも、ろ過システムが意図したとおりに機能するようにするための鍵となります。予定通りに交換されないフィルターは汚染源となります。フィルターが詰まると、粒子がフィルターをすり抜けたり、フィルター媒体が故障して破片がオイル中に放出されたりする可能性があります。当社では常にお客様に対し、フィルター交換についてはメーカーのガイドラインに従い、パーティクルカウンターまたは水テストキットを使用してオイルの清浄度を定期的にテストすることを推奨しています。当社のポータブルオイル濾過システムには、フィルターの交換時期を示すインジケーターも組み込まれており、メンテナンスが簡単です。また、濾過システムの良さは、それを使用する人によって決まるため、当社ではお客様のメンテナンス チームがシステムの正しい操作方法と手入れ方法を確実に理解できるようにトレーニングも提供しています。
本当の話でこれを締めくくりましょう。昨年、私は大型農機具を製造する工場を訪問しました。彼らは 18 か月ごとに油圧ポンプが故障するという多くの問題を抱えており、修理には 1 回の修理に 12,000 ドルとダウンタイムがかかりました。彼らはポンプをより長持ちする、より高価でハイエンドのポンプに交換することを検討していましたが、私はまず当社のポータブルオイル濾過システムを試してみることを提案しました。私たちはシステムを設置し、オイルのテストを開始しました。その結果、オイルの汚染レベルは ISO 20/18 であり、推奨される ISO 16/14 をはるかに上回っていることがわかりました。私たちはシステムを 2 週間稼働させ、汚染レベルを ISO 15/13 まで下げ、毎月の濾過とオイルのテストのスケジュールを与えました。 1 年後、私は確認の電話をしました。ポンプは 1 つも故障しておらず、オイル交換の間隔は 6 か月から 12 か月に延長されました。濾過システムには 8,000 ドルかかりましたが、ポンプの修理とオイル交換のコストで 40,000 ドルを節約できました。このような投資収益率が濾過システムに一銭の価値をもたらすのです。
予期せぬ油圧機器の故障、高額な修理費、オイル交換の無駄な出費にうんざりしているなら、油圧オイルの濾過を見直してみましょう。優れたシステムはオイルを浄化するだけではありません。最も高価な装置を保護し、生産をスムーズに実行し続け、機械の耐用年数にわたって数千ドルを節約します。オンデマンドで使用するためのポータブル システム、連続運転のための密閉型システム、水分を除去するための水分離器、または油を再利用するための廃油処理機が必要な場合でも、当社はお客様のニーズに合わせたソリューションを提供します。障害が発生して操業が停止するまで待たずに、機器の寿命を延ばし、収益を向上させる油圧オイル濾過システムに投資してください。今すぐお問い合わせいただき、お客様の具体的なニーズについて話し合い、施設に最適なソリューションを見つけてください。
参考文献
- 全国フルードパワー協会。 （2022年）。流体の汚染: 油圧システムの故障の主な原因。 NFPA 技術速報。
- 油圧研究所。 （2021年）。オイルの清浄度基準とコンポーネントの寿命への影響。エイチアイエンジニアリングレポート。
- トライボロジストおよび潤滑技術者協会。 （2020年）。油圧ポンプの摩耗に対する水と微粒子汚染の影響。 STLE ジャーナル オブ トライボロジー。
- 国際標準化機構。 （2017年）。 ISO 4406: 油圧流体動力 - 流体汚染 - 汚染レベルを分類するためのコード方法。 ISOプレス。