技術記事
圧延機油圧ユニットのジョーカップリング：スパイダが溶ける・粉化する・割れる原因と点検
圧延機の油圧ユニットで、ジョーカップリングのスパイダが交換して間もなく溶けたり、粉化したり、割れたりするなら、それはスパイダだけでなく駆動側の問題を示しています。こうしたユニットでのスパイダ破損は、たいていベルハウジングの芯出し、ポンプの負荷・無負荷サイクルと圧力スパイク、スパイダの材質や硬度の誤り、あるいはポンプ室の熱にさかのぼります。まず破損したスパイダを読み、次の項目を順に確認してから新しいスパイダを入れてください。
油圧ユニットがスパイダに厳しい理由
ロールギャップ制御、ロール交換、シリンダ供給用の油圧ユニットでは、ポンプが負荷と無負荷を絶えず繰り返し、弁の急な切替えによる圧力スパイクがポンプ軸を通じて戻り、運転トルクを大きく上回るピークトルクになります。カップリングは見えないベルハウジングの中にあり、モータ、ポンプ、熱い油からの熱がこもり、オイルミストがエラストマに届くこともあります。
ジョーカップリングがこの駆動に合うのは、エラストマのスパイダがポンプの脈動と衝撃を和らげ、スパイダが壊れてもジョーで駆動を続けられるからです。そのフェールセーフ性こそが問題を見逃させる原因でもあり、スパイダがなくなると金属のジョー同士がぶつかり、損傷はポンプとモータの軸受に広がります。
まず破損したスパイダを見る
破損したスパイダは保管し、突起部のどちら側が傷んでいるか、ハブに変色があるかを記録して、両方を撮影してください。破損形態はたいてい一つの主な原因を示します。
| スパイダの状態 | 主に示すこと |
|---|---|
| 突起部が溶けた、柔らかい、べたつく | ミスアライメントによる過熱、ベルハウジング内の熱、または温度範囲外でのエラストマの使用 |
| エラストマの粉化・崩れ | ミスアライメントや端面すき間不足によるこすれ、または油によるエラストマの侵食 |
| 片側だけ押しつぶされた突起部 | エラストマの能力を超えるピークトルク、または柔らかすぎるスパイダ |
| 突起部の根元や中心リングの裂け | 角度ずれ、すき間不足による軸方向の圧縮、または衝撃トルク |
| 硬化し割れたエラストマ | 熱や油による劣化、長期使用、または硬すぎるスパイダ |
スパイダの状態を、ベルハウジング付近の温度とポンプの負荷サイクルと合わせて判断してください。高い温度は過熱を裏付けますが、それだけで証明にはなりません。典型的な工況の例：モータを別メーカー品に交換してアダプタフランジを追加した後、スパイダが以前よりずっと早く壊れるようになった場合、原因はスパイダのロットではなく新しいインローのはまりにあると考えられます。
ベルハウジング内の取付点検
ベルハウジングはモータとポンプの芯を出すためのものですが、それはインロー、モータフランジ、ポンプフランジが同心でがたなくはまっている場合に限ります。インローの摩耗やゆるみ、ハウジングのひずみ、モータ交換後に追加したアダプタフランジは平行ずれを残すことがあり、カップリングが隠れているため誰も測りません。可能であれば点検窓からダイヤルゲージでハブの振れを測り、モータやポンプを外すたびにインローのはまりを確認してください。
ハブ端面間のすき間はカップリングの仕様に合っていなければなりません。すき間が小さすぎるとスパイダが軸方向に圧縮されて発熱し、根元から裂け、ポンプ軸受を押すこともあります。大きすぎるとジョーのかかりが短くなり、突起部の縁に荷重が集中します。
止めねじとキーを確認してください。止めねじがゆるむとハブが滑ってすき間が変わり、キーがゆるむとハブが軸上で揺れてフレッティングを起こします。ジョーも見てください。突起部が当たる位置に段差が摩耗していれば、新しいスパイダはその段差で切られてすぐに壊れます。
スパイダの材質、硬度、カップリングのサイズ
スパイダの材質によって、熱、油、湿気への耐性は異なります。たとえばポリウレタンとゴムのエラストマは、熱い作動油のミストの中で同じようには振る舞いません。当社のジョーカップリングの使用温度は−30 °C～+80 °Cなので、ベルハウジング内がその上限近くになるなら余裕はほとんどなく、換気やほかのエラストマ材質を検討すべきです。
硬度は材質と同じくらい重要です。柔らかすぎるスパイダはピークトルクで変形して発熱し、硬すぎるスパイダは衝撃をポンプに伝えて自らも割れます。ジョーの形状や突起部のはまりが合わないことがあるため、一つのカップリングに硬度の異なるスパイダや出所の異なるスパイダを決して混ぜないでください。
芯出し、すき間、材質に問題がないのにスパイダが壊れるなら、モータの定格トルク、この使用条件のサービスファクタ、圧力スパイクによるピークトルクに対してサイズを見直してください。当社のLMシリーズはGB/T 5272-2017に基づきLM50からLM400まであり、シリーズ全体で公称トルク28 N·m～14,000 N·m、軸穴径10 mm～160 mmで、定格値はサイズによって異なります。
ジョー同士が当たったとき：応急処置と全体交換
起動時や負荷変動時の打音と、ポンプの振動の増加は、ジョー同士が金属接触しているときによく見られる手がかりです。プロセスが許す限り早くユニットを止めてください。ジョーが接触したまま運転を続けると、ポンプ軸、モータ軸受、ハブ自体に衝撃荷重がかかります。
ジョーがきれいで角が立っており、ハブが軸にしっかり固定され熱による変色もなければ、スパイダだけを交換すれば十分です。ジョーに段差や欠けがある、ハブが割れているか熱で変色している、軸穴やキー溝がゆるんでいる場合はカップリング全体を交換してください。開放型の脚取付ポンプユニットでは、LMSダブルフランジ形なら機械を動かさずにエラストマを交換できます。
FAQ
油圧ユニットのジョーカップリングのスパイダはどのくらいの頻度で交換すべきですか？
決まった周期はなく、負荷サイクル、温度、芯出し、エラストマ材質によって変わります。ベルハウジングを開ける計画停止のたびにスパイダを点検して状態を記録し、打音が出るのを待つのではなく、自社の記録から周期を決めてください。
長持ちさせるために硬いスパイダを入れてもよいですか？
その硬度がそのカップリングと使用条件に指定されている場合に限ります。硬いスパイダは変形しにくい反面、ポンプにより多くの衝撃を伝え、割れやすくもなるので、まず芯出し、すき間、熱の問題を直してください。
スパイダが繰り返し壊れても、ジョーカップリングは適切な選択ですか？
原因を直せば、たいていはそうです。ポンプの脈動を和らげ、保守も簡単だからです。換気をしてもベルハウジング周辺がエラストマの使用温度範囲より高いままの場合や、取付スペースに収まるサイズの能力をピークが超え続ける場合は、エラストマを持たないカップリングのほうがその位置に合っていることがあります。
次のスパイダを入れる前に、破損した旧品を読み、インローのはまり、端面すき間、止めねじ、ジョーを確認し、エラストマの材質、硬度、サイズがポンプの使用条件と温度に合っているかを確かめてください。当社はジョーカップリング一式を供給し、図面、または旧品の写真と実測寸法から交換品を製作できます。軸穴はGB/T 3852に基づくY、J、Z（1:10テーパ）形、キー溝はご支給図面どおりで、標準サイズは最短10日で出荷でき、旧品の複製は最短20日です。図面を送って見積もりを依頼する際にモータとポンプのデータ、破損したスパイダの写真を添えていただければ、お使いの油圧ユニットに合わせてカップリングを確認します。
選定または既設品交換の技術確認が必要ですか？
出力、回転数、軸径、キー溝、取付寸法、図面または既設品写真をお送りください。使用条件を確認してから型式と見積を検討します。