旋回しても切れない油圧ホース、ショベルカーの回転継手に学ぶ

分析・見解

ホースをねじらず油だけを回す、中心の継手の仕組み

ショベルカーの上部旋回体は、下の足回りに対して無制限に回ります。ここにホースを直接つなぐと、数回転でねじれて破断します。そこで使われるのが、スイベルジョイント（＝回転継手）です。

中心に立つ軸と、それを包む外筒でできています。軸の外周には油の通り道となる溝が何本も刻まれ、外筒側の穴とそれぞれ対応しています。溝の上下はシールで仕切られているため、回転中でも各系統の油は混ざりません。つまり、ホースは回転する側と動かない側に分けて固定され、油だけが継手の内部で受け渡されるわけです。

高圧と回転を同時に受け止めるシールが寿命を決める

この部品の難しさは、30メガパスカル級の高い圧力と回転運動を同時に受け止める点にあります。圧力は家庭の水道のおよそ数十倍から百倍近くです。そこで樹脂製のリングやゴム製のOリングを何段にも重ね、摩耗と漏れを抑えています。

弱点はシールの摩耗です。作動油に混じった砂や金属粉が、軸と外筒の隙間で研磨剤のように働きます。内部漏れが進むと、走行速度が落ちたり、片側の履帯だけ力が出なくなったりします。典型的な症状ですが、ホースの不具合と誤認されやすい点に注意が必要です。

他の産業機械にも広がる、同じ発想の回転継手

同じ考え方は、ほかの機械にも使われています。ごみ収集車の回転機構、クレーン、食品工場の充填機、半導体装置の回転テーブルなどです。ショベルカーのように複数の油路を一本の軸にまとめる構造は、多くの系統を持つ機械ほど効果を発揮します。

一方で、継手にはどうしても動かせない限界があります。高速で回り続ける用途では発熱が増え、シールの寿命が急に縮みます。そのため、低速で長時間動く建機と、高速回転する工作機械とでは、材料や形状の設計思想が大きく異なります。

電動化が進んでも、油圧の回転継手は簡単に消えない

近年は電動ショベルや電動式の旋回機構も登場し、油圧そのものを減らす流れがあります。電気なら、回転部への給電はスリップリングという別の部品で済むためです。

しかし、バケットやブームを動かす大きな力は、いまも油圧が圧倒的に得意です。数十トンの掘削力を電気だけで出すには、重く高価な機器が必要になります。当面は油圧と電動を組み合わせた構成が続き、回転継手もしばらく現役であり続けると見られます。