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引用していると連絡があり_非公開_  椅子や重機にも使われている油圧式の構造について知ろう!

2017.10.4

油圧という言葉を聞いたことはあるでしょうか。

普段使っている椅子や、もっと大きなところで言えば工事現場の機械などに使われている構造のひとつです。
油圧を利用した構造を、油圧式などと呼び、日常生活で幅広く利用されています。

今回は、中々聞きなれないこの油圧について、少しでも知ることで、日常のひょんなところに、隠れている構造を知っていただければと思います。

少しでも、知ることで、椅子など簡単なものならば、自分で修理もできてしまうかもしれません!
ぜひ、一度、確認してみてください。

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椅子にも使われている油圧式って簡単にいうとどんなもの?

油圧式の油圧とは、加熱した油を動力電圧の媒体として用いる技術です。

油圧システムとは、油圧のエネルギーを生成、伝達、制御及び変換するための油圧機器を主体として、これらに組み込まれる、センサ・コンピュータ・ソフトウェアなども含む技術手法の総称です。

私達の日常でよく見かける油圧式と言えば、建築現場が中心的となっています。

例えば、ブルドーザ、クレーン、ショベル、などの建設機械は、レバー1本を動かすことにも油圧式が利用されています。

そのため、建築現場では、油圧式の構造を利用して採掘や積込み、重量の上げ下げを行っています。

作動油を媒体として、動力を移送し負担を極力減らして進める油圧システムは、小型な装置であるにも関わらず、大きな力あるいはトルクを、取り出すことができるという長所を持っています。

そのため、建設機械、船舶、航空機、自動車などの日常生活の場面で広く利用されています。
その中で一番近いのが、貴方が座っている椅子かもしれません。

油圧式に使われている単語を知ろう!

油圧式には様々な構造を表す単語があります。
椅子などの修理などに利用する際、そういった専門用語がみられることもしばしばあります。

そのため、知っておくとよい単語をいくつかご紹介していきます。

流体:
気体や液体のように形状を自由に変化させて流動し、圧力差によって流れを生み出すこととができる物質をいう。

流体力学:
流体の運動及び、流体と境界との相互作用を、論じる力学である。
油圧では、油を媒体として、流体の動力が伝達されるため、流体力学は、油圧機器の仕組みや、作動原理を理解する上で、欠かせない学問である。

ポンプ:
駆動軸からの、機械的なエネルギーによって、流体にエネルギーを与えるもので、ターボポンプと、容積式ポンプに分類される。

ターボポンプ:
羽根車を、ケーシング内で回転させて、流体にエネルギーを与えるものである。

容積式ポンプ:
固定壁面や可動部材などで、覆われる空間の移動および、容積変化を利用して、作動油を吸い込み側から吐き出し側に押し出すものである。
油圧ポンプの特徴は、小型で高効率であり、高圧での流体の伝達に優れていることにある。

アクチュエータ:
流体や電気などのエネルギーを、機械的なエネルギーに変える機器である。
シリンダ、油圧モータ、揺動形アクチュエータの3種類に分類でき、作動油の持つ油圧動力(圧力と流量の積)をそれぞれ直線往復運動、回転運動、揺動運動させて機械的な動力(力と速度の積、あるいはトルクと角速度の積)に変換する油圧機器である。

モータ:
アクチュエータのなかのもので、回転運動を提供するもの。

バルブ(制御弁):
油圧ポンプにより、作動油に与えられた動力を、アクチュエータに伝達するに際して、流れの方向、圧力、流量を制御する機器である。
制御弁は、方向制御弁、圧力制御弁、流量制御弁に分類でき、それぞれアクチュエータの動きを、制御する役割を担っている。

油圧式の長所を知ろう!

重機や椅子に使われている油圧の特徴を一概に言及することは難しく、適用分野、使用用途、作用条件などで随分と変わってきます。

ただ、何と言っても、油圧駆動や油圧式の構造の特徴は「大きなパワーを迅速で精確に制御・伝達できる」ことです。

その中でも、長所を項目に分けて考えると、次のようになります。

1)わずかな電気的な操作信号を油圧機器に与えることで、大きな負荷の位置(角度)、速度(角速度)、力(トルク)、加速度(角加速度)などを、精密で高速に制御できる。

2)負荷を駆動する力(トルク)や速度(角速度)を、独立して無段階かつ広範囲に、調節することが容易である。
運動の方向も直線または、回転と自由に変えられる。

3)1台の油圧ポンプからの、管路やホースの長さを変え、柔軟に油圧動力を配分して、同時に複数のアクチュエータにより、個々の負荷を駆動できる。

4)過負荷が発生したとき、圧力制御弁により高圧油を自動的に逃がし、システムの安全性を確保できる。
また、突然な外部からの衝撃に対しても、頑丈で耐久性があり、重作業などに適している。

5)アクチュエータ単体での、パワー密度は、電気駆動や空気駆動に比べて高い。
したがって、アクチュエータが小型軽量となり、その可動部の慣性が小さいため、応答性を向上でき、衝撃も少ない。

6)作業油は、空気に比べ圧縮性がほとんどなく、油圧ポンプにより極めて高い圧力まで昇圧できる。
そのため、剛性の観点からアクチュエータによる位置決め精度や、速応性は十分に優れている。

7)アキュムレータを用いて作業油を用いて、作業油の持つエネルギーが蓄積でき、瞬時に高圧・大容量の作業油をアクチュエータに送り込み、重量物を高速に移動できる。

8)水圧に比べると、油圧での作業油は潤滑性、防錆性が良好なため、機器やシステムの保守管理が保守管理が容易である。

以上が、油圧駆動の長所になります。

油圧の短所も知っておこう!

しかし、油圧にも短所はあります。

油圧駆動や油圧式の構造の特徴の短所についても項目に分けて考えると、次のようになります。

1)作業油の漏れは工場設備の環境を害し、ひいては自然環境や、土壌の汚染をもたらす。
シール技術の進歩により、外部漏れが問題となることはほとんどないが、少ないコストの中では、皆無とすることは困難とされている。

2)油圧機器では、多くの狭い隙間に作業油が流れているため、油中に混入する汚染物質の管理は、厳しく行わなければならず、特に、サーボ弁に用いた油圧システムの信頼性向上には、必要不可欠とされる。

3)石油系作業油は、引火点が200~250℃程度の可燃性物質であるので、消防法が適用されることもあり、火災に対する配慮を怠ってはいけない。

4)油圧ポンプから引起こされる騒音は、人間の耳に嫌悪感を持つ周波数領域であり、また制御弁からも流体音が生じ、電気駆動と比較するとき、低騒音化は大きな課題とされている。
さらに油圧ポンプからの圧力脈動は、油圧回路内を伝播し、管路などを励振させ、油圧機器や装置に損傷を与えることもある。

5)機械エネルギーを、流体エネルギーに変化する油圧ポンプは、つねに摩擦や漏れによる損失を余儀なくされる。
特に、負荷が稼働していない状態でのエネルギー損失は、省エネ対策として、十分に抑えなければならない。

6)油圧ポンプ、原動機、油タンクなどから成る油圧源は、油圧システムに必須のものであり、設置場所を要する。

7)作業油の温度変化により、その粘度が変わるため、ときとして流量制御は難しくなり、制御精度の低下をきたすこともある。

8)油圧配管は、電気配線に比べて、パイプや継手などで接合するため手間が掛かり面倒である。

以上が、油圧駆動の短所になります。

これらのことを留意して、気を付けて扱うことが必要になってきます。

椅子の構造の中でも、自分で修理しようとして、間違った方法をとってしまうと危険にさらされてしまう可能性があります。

椅子にも使われている油圧式ってどんな構造があるの?

油圧装置もしくは油圧式の構造は以下のようにあります。

■油圧発生装置
▽油圧ポンプ
1)ねじポンプ
2)歯車ポンプ
3)ベーンポンプ
4)ブランジャポンプ

■油圧駆動装置
▽油圧シリンダ
1)単動形

▽複動形

▽特殊形

▽油圧モータ
1)歯車モータ

▽ベーンモータ

▽ブランジャモータ

■油圧制御装置
▽圧力制御弁
1)リリーフ弁
2)減圧弁
3)シーケンス弁
4)カウンタバランス弁
5)アンロード弁

▽流量制御弁
1)絞り弁

▽方向制御弁
1)パイロットチェック弁
2)逆止め弁
3)方向切換弁

■付属機器
▽作動油タンク・圧力計

■配管類
▽管・継手・シール

これらを合わせて構造を作ったものが、油圧式として様々な椅子などに使用されています。

椅子にも使われている油圧式って体に例えるとどんな構造をしているの?

これまでにもご紹介した通り、身近なもので言えば椅子、そのほかにも工事現場で使われている建設機械に油圧式の構造は使われています。

では、その構造をもっとわかりやすくすると、人間の身体で言えばどこに値するのでしょうか?

身体の内部構造からみてみましょう。

●循環器系

心臓:油圧ポンプ
肺:油タンク
腎臓:フィルタ
動脈:圧油管
静脈:戻り油管

●神経系

脳:制御指令、演算器等
運動神経:油圧制御弁
知覚神経:検出器等

●筋肉

頭、手、体、足等の筋肉:油圧シリンダ、油圧モータ、油圧揺動形アクチュエータ

いかがだったでしょうか。

難しい単語も、身体の一部に置き換えてみると、少しはどんな役割をしているか、わかりやすくなったのではないでしょうか?

どういったものかわからなかった部品も、もう一度体に置き換えた状態で、考え直してみるといいかもしれません。

身近にあるけど知られていない油圧式

今回は、身近にあるけれど、なかなか知られていない油圧式についてお伝えさせていただきました。

中でも、私たちの日常にある椅子は故障した際には、修理を自分でしようと試みる方もいるかもしれません。

そういったときに、油圧式の構造について知っておくと、便利かもしれません。

貴方が使っている椅子は、どんな構造のものでしょうか?

壊れる前に、一度確認しておきましょう!

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