低トルク&長寿命スイベルジョイント
LFR JOINT
1. はじめに現在、日本の大きな社会問題の1 つである人口高齢化は、働頻度の高さから、ホースのねじりを解消し負荷を軽減させるため、継手としてスイベルジョイントが用いられる場合がある。

バルカー技術誌

ものづくりの現場においても非常に深刻な事態となりつつある。特に現場熟練者の高齢化が進む中、若手技術者の人数や技術継承がそれに追いつかず、現場の技術力が衰退していくことは、最早どのような企業の生産現場においても当てはまる事象となってきている。また、海外での人口高齢化の動きも急速に加速してきており、グローバルな視点からみてWinter 2019も非常に重要な課題である。
そのような中で、各工程の運用コストを、設備のメンテナンスまで含めてトータルに考え効率化する動きが活発化してきた。限られた人数で最大の成果を得るためには、設備や資材購入費のような短期的なコスト削減だけでなく、メンテナンスにかかる工数や長期信頼性も含めたより恒久的な視点でNo.36の効率化が求められてきているためである。そして、このような課題は決して工程の主力となる設備だけに課せられるものではなく、シール材類や継手類など、いわゆる消耗品と位置づけられてきたものの果たすべき役割は大きいと考える。
本報で紹介するスイベルジョイント製品「LFR JOINT」は、そのような顧客現場における課題をヒアリングするなかで誕生した“ソリューション型製品”である。

Figure1

LFR JOINT のカットモデル図

当社がこれまで、シールメーカーとして培ってきた技術を活かし、顧客のメンテナンスコスト削減や、各設備の生産効率

しかし、一般にスイベルジョイントは回転時の抵抗が高く、の向上に大きく貢献する製品となっているため、紹介したい。

ホースへの負荷軽減の効果が十分でないため、ホースの早期破断を引き起こし、結果として工程の生産効率を大きく低2. 従来のスイベルジョイントの課題下させることが問題となっていた。

スイベルジョイントとは、低速での連続回転や揺動運動が温、高圧流体、粉塵など）で使用される場合では、スイベル可能な継手の総称である。これまで各工程の血液とも言えるジョイントに装着されているシール材が早期に摩耗を引き起こ

多種多様な流体（作動油 , 空気 , 水など）を運ぶ重要な部品し、生産ラインのメンテ期間が短くなるケースも少なくなかっとして広く用いられてきた。

た。

例えば、アルミダイカスト工程などの自動生産ラインで使用されるロボットのホース部では、ロボットの動きの複雑さと稼29

また、製鉄現場などの周辺環境が非常に苛酷な条件（高製品の紹介

Figure3にその断面図を示した。

Figure3

Figure2 ホース早期破断の例

LFR SEAL の断面図

5-1）低トルク化

前述のスイベルジョイントの2 つの課題である①高い回転動抵抗を低くする必要があるが、当社ではシール材の摺動抵抗、②短寿命は、使用されるシール材によるところが大き抵抗は、摩擦係数、相手面（回転軸）との接触面積、緊迫い。
スイベルジョイントにはこれまで、シール材として主にゴム材スイベルジョイントを低トルク化するためには、シール材の摺力に関係があると考えており、それぞれに対策を施すことにより、Figure3のような設計としている。

料を用いたOリングが使用されてきた。低速回転もしくは揺動流体の漏洩を防ぐ。
しかし、ゴム材料の性質上、回転軸と摺れる際の摩擦

Ⅰ. 摩擦係数

相手面（回転軸）に接触するシール内面に摩擦係数の低い樹脂を、エラストマーと同時成形することで複合化する。

抵抗は非常に高くなる。また、流体圧が高圧となる場合には更にこの傾向は顕著となる。よって、このことが要因となり、ス
イベルジョイントの回転抵抗は非常に高く、本来の機能であるはずの回転・揺動運動を妨げていた。

Ⅱ. 接触面積

流体圧力が作用した場合に、非圧力側のテーパー面が溝側面に接触することによって生じる傾きにより、回転軸と接また、一般にゴム材料は決して摩耗に強い材料ではな触する円弧状シール面の接触面積をコントロールする。このい。よって、特に高温、高圧下において、潤滑条件が悪いことにより、圧力の上昇に伴う接触面積の増加を抑える。

場合にはOリングは激しく摩耗し、スイベルジョイント自体の短Figure4に示す。

寿命化を引き起こしていた。

4.「LFR JOINT」による課題解決
LFR JOINT は、長年のスイベルジョイントの課題を解決し、低トルクと長寿命の両立を実現したスイベルジョイントである。
シール機構のみならず、シール溝に代表されるような周辺設計についてもシールメーカーならではの様々な独自設計を施しているが、本報ではそのシール機構について述べる。

5.「LFR JOINT」のシール機構
スイベルジョイントの課題解決のため、LFR JOINTでは独自に設計された回転用シール材 LFR SEALを用いている。

Winter 2019

運動時に、このOリングが回転軸と摺れることで隙間を埋め、バルカー技術誌

3. 課題の要因

Figure 4

接触面積のコントロール

Ⅲ. 緊迫力基部となるエラストマーの外径ボリュームを小さくし、シール面となる内面と外面を円弧状とすることで緊迫力を低減する。
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No.36

低トルク & 長寿命スイベルジョイント LFR JOINT

このことにより、回転によるホース材などの付属品にかかる負荷を大幅低減させている。
市場実績では、実際にホース材の耐用期間を延長させており、最大で10 倍以上の延長効果を生んでいるものもある。
6-2）継手寿命の向上
LFR JOINT と、Oリング使用のスイベルジョイントの寿命比較をFigure 7に、評価条件をTable 1に示した。
LFR JOINT は寿命が当社比で約2 倍以上に向上しておFigure5 エラストマー部の外径形状り、継手にかかるメンテナンスコストを削減できることがわかる。

5-2）長寿命化

バルカー技術誌

Winter 2019No.36

スイベルジョイントの寿命とシール材からの漏れは深く関わっていることから、スイベルジョイントを長寿命化するために、シール材の耐久性を向上させることは有効な手段と言える。
本シールでは、シール摺動面に樹脂を用いており、ゴム材料面で摺動するOリングと比較して耐摩耗性に優れている。

Figure7

寿命比較

また、5-1 項のように施した低トルク化の仕掛けは、シール摺Table1動時に発生する摩擦熱を軽減し、シール材の摩耗やヘタリを流体エアー抑制すると考えられる。

圧力0.7 MPa

温度120℃

揺動角度90 度

回転軸径φ426.「LFR JOINT」の効果
6-1）ホース材などの付属品寿命の向上

寿命比較の試験条件LFR JOINTとOリングを使用した一般のスイベルジョイント

また、Figure 8に寿命比較評価前後のシール材断面の比の回転トルクの比較をFigure6に示した。LFR JOINT は流較を示した。細線が評価前、実線が評価後の断面形状を表体圧力が増加してもトルクの上昇が非常に小さいことがわかしている。
既存スイベルジョイントのOリングは、約 20 万回の揺動による。

り大きく摩耗しており、この摩耗によって漏れが発生した。一方、LFR JOINTに装着されたLFR SEALは、約 40 万回の揺動後でも大きな摩耗はみられず、継続使用が可能な状態であった。
既存スイベルジョイントに装着されたOリング（約 20 万回で漏れ発生）

Figure6

回転トルクの比較
Figure831

LFR JOINTに装着された
LFR SEAL（約 40 万回後も継続使用可）

寿命評価前後でのシール断面比較

製品の紹介

7. おわりに

8. 参考文献

当社は、シール材製品のみならず、周辺サービスも一括提１）永野

晃広：バルカー技術誌．No.30，9-13（2016）

供する“H&S 企業”への脱皮を目指しており、本製品はその一環である当社初のユニット製品である。
今後も、市場が求める製品を開発するだけでなく、顧客と共にUnmet Needsを掘り起し、独創的技術とサービスとの融合によって、真のソリューションを提供すべく邁進したい。
＊「LFR JOINT」、「LFR SEAL」
は（株）
バルカーの日本における登録商標です。

バルカー技術誌

西 亮輔
研究開発本部
第１商品開発部

Winter 2019No.36

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