油圧ホースアセンブリ設計：エンジニアのための完全ガイド

Josh Cosford氏寄稿、寄稿編集者

フィッティングやアダプターと同様、油圧ホースアセンブリは油圧設計者にとってしばしば後回しにされがちです。私も独自の油圧回路の設計に取り組みたいですが、機械設計への包括的なアプローチの重要性を忘れてはなりません。フルードパワー技術者はホースを専門的に製作・設置する上で不可欠なピースですが、設計者の先見性はコスト削減、設置容易化、信頼性向上に大いに貢献します。

あなたが油圧設計者（機械自体の設計エンジニアではない）と仮定すると、ホースアセンブリの選定と計画において多くの考慮事項があります。一般的に、機械のホースアセンブリを選定・計画する際には3つのことを考慮する必要があります：ホース構造、ホースエンド選定、ルーティングオプションです。

まず第一に：ホース構造

正しいホース構造スタイルを選択することは、顧客に効果的で安全な油圧機械を提供する上で最も重要な役割を果たします。圧力互換性はホース選定時に考慮すべき主要因子であり、出発点は以下のSAE J517油圧ホース規格チャートです。

油圧ホース構造規格 SAE J517

機械が経験する最大作動圧力範囲に基づいて油圧ホースを選択すべきです。この範囲は、最大径（最低圧力）と最小径（最高圧力）を考慮に入れており、これらは油圧の核心です。その本質上、小径ホースは大径ホースよりも高圧を容易に扱えるため、機械の流量に必要な径の圧力定格についてはホースプロバイダーに確認してください。

すべての油圧ホースは作動圧力で定格付けされており、これは耐圧の半分、さらにバースト圧力の半分です。システムに圧力スパイクが生じやすい場合、公称作動圧力よりわずかに高い定格のホースを選択する必要があるかもしれません。耐圧は油圧ホースが永久的な損傷を受ける点を表すため、圧力計のその境界線に近づけるのは避けるのがベストです。

多くの場合、機械が様々なホースサイズを持ちながら3,000 psi以上で動作する場合、由緒ある100R1と100R2規格は避けた方がよいかもしれません。多くの機械メーカーは、3/16から1インチまでのすべてのホースが3,000 psiで定格付けされている100R17などの等圧ホース指定のいずれかに標準化しています。その人気の高まりにより生産コストが削減され、多くのホースメーカーがこの設計に生産を拡大しています。

正しい内径のホースを使用することは非常に重要です。ホース内径を変更するとシステム圧力が変わる可能性があります。交換ホースが流量に対して小さすぎる場合、新たな制限を導入することになり、システム圧力が上昇します。
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3,000 psi以上で大口径ホースが必要な場合、4層または6層のスパイラル巻き補強ワイヤーを採用した100R12、100R13、100R15といったオプションを検討する必要があります。一部では作動圧力の25-50%以上で定格付けされたホースを選択することを提案していますが、現実には厳格なホースガイドラインがすでに圧力スパイクを考慮しており、メーカーはそれに合わせて製造しています。

流量の考慮事項

ホース構造タイプを決定した後、流量に最適な径が必要になります。差動シリンダーや、後退時のキャップポートから発生する加算流量といった特殊な状況を考慮に入れてください。面積比が高い場合、流量が2倍以上になることがあるため、ホースが適切にサイズ設定されていることを確認してください。

油圧ホースの流量容量に絶対的な記述はありません。なぜなら、最大流体速度を決定する4つのシナリオがあるためで、これは通常、圧力降下のような計算が難しいものよりも制限要因となります。下限では、吸引ラインでの過度な速度を防ぎ、真空によるキャビテーション（自然発生的なガス気泡形成）を防止します。経験則として、吸引ラインを3-4 ft/sec（約0.9-1.2 m/s）を超えないようにしてください；より低い方が常に良いため、スペースが許せば1 ft/sec（約0.3 m/s）を目指しても害はありません。

また、ケースドレインとパイロットラインは1 ft/sec（約0.3 m/s）以下の速度に制限してください。いかなる状況でもポンプ内部やコントロールの損傷をリスクにさらすべきではありません。圧力ラインとリターンラインの速度については、ほとんどの部分でより自由に設定できます。ポンプ圧力や作動ラインなどの圧力ラインは、圧力に依存して20-30 ft/sec（約6-9 m/s）の範囲になります。高圧システムは、圧力降下が最大圧力に対する相対値として少ないため、より高い速度に適しています。例えば、4,000 psiシステムで30 ft/secを実行するのは、1,000 psiシステムで30 ft/secを実行するよりも問題が少ないです。

リターンラインも速度を制限するようにサイズ設定すべきですが、吸引ラインほど厳しくありません。この場合、6-10 ft/sec（約1.8-3 m/s）程度での運転が妥当で、主な目標はバルブのタンクラインとケースドレインの背圧を制限すること、またリターンフィルターハウジングでの過度な圧力を防ぐことです。理想的な流体速度範囲内に収まっていても、非常に小さな吸引・圧力・リターンラインは避けるべきです。小径ラインは本質的に圧力降下しやすいためです。

小径ホース内径は、境界層を不均衡に流れるフルードからの高い摩擦力を受けます。逆に、大径ホースではフルードが中心を流れ、内管壁から離れて流れます。また、リターンラインと圧力ラインは乱流とエネルギー散逸を経験しやすく、圧力降下につながります。迷ったときは、径をケチってアンダーサイズのホースアセンブリによるトラブルをリスクにさらさないでください。実践では、油圧機械用のホースアセンブリセットを作る際、2インチ吸引ホース、3/4インチ圧力ホース、1インチリターンホース、1/2インチケースドレインホースという組み合わせをよく見かけます。

ホースエンドを見落とさない

ここで、機械の油圧圧力に最適な構造タイプを確定し、システム流量に合わせて内径を洗練させました；次にホースエンドを選択する必要があります。あなたは2025年の油圧設計者なので、無駄話はやめましょう；合成ゴムシールを使用した漏れのない接続のみを選択します。ごめんね、NPTとJIC——君たちは素晴らしかったし、思い出は大切にしているけど、合わないのは君たちの方だ。Oリングフェイス、Oリングボス、フランジはこの関係において遥かに多くを提供します。

ORFSは急速に接続の選択肢となり、JICスタイルのすべての利点に漏れのない接続を提供します。様々なサイズで利用可能で、45°と90°のホースエンドベンドがあり、メスエンドは設置容易性のためにスイベル装備です。簡単に交換可能なOリングはオスエンドのフェイスに位置し、漏れが発生した際のサービス作業を迅速にします。

SAE Code 61とCode 62スタイルなどのフランジフィッティングは、高圧および/または大流量接続で一般的に使用されます。スプリットフランジ接続により、技術者はホースエンドを適切にアラインメントしてバインドやねじれを回避でき、ORFSフィッティングと同様にOリングはオスエンドにあります（「メス」フランジは存在せず、オスがポートがある平らな接続面に取り付けられるため）。

通常、Oリングボスタイプフィッティングはホースエンドへの中間接続として使用されます。BSPPやメトリックと同様、これらはポートネジの頂部に位置するポリマーシールを使用し、ポートネジ内のキャビティ（ORB）またはボンデッドワッシャー（BSPPとメトリック）によって密封されます。しかし、ORBはオスフィッティングに高価なライブスイベルが必要なため、ホースエンドとして滅多に使用されません。ストレートや90°向きで入手可能ですが、多くの設計者はメスホース接続を好みます。

嫌なメールを防ぐために言及しておきますが、一部の機械はJICとNPTフィッティングで快調に動作しており、それはまったく問題ありません。しかし、この設計者ガイドは優れた技術に偏っており、交換可能なシールを持つホースエンド以外を推奨しないことは失職ものです。ORFSとフランジフィッティングは単純に優れているので、時代に合わせてそれらを使用してください。JICがチューブフレアリングシステムで使いやすいとはいえ、多くのメーカーがORFS用の2ピースチューブ接続を提供し、フランジフィッティングもチューブに溶接可能です。それに、この記事はチューブ配管ではなくホースアセンブリについてのものです。

ホースは高圧サージ時に長さが変わる可能性があるため、膨張のための十分なスラックを提供することが重要です。
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レイアウトとルーティング

油圧設計者にとっての最終考慮事項は、機械自体におけるホースアセンブリの物理的レイアウトです。ホースは単にポイントAからポイントBを接続するだけでなく、より良い扱いを受けるべきです。それらの向き、レイアウト、フィットメントは、摩擦摩耗、過度なジョイント圧力、ねじれ/トルク力を防止しなければなりません。油圧ホースアセンブリを機械に取り付ける様々な正しい方法と間違った方法が図示されており、クリンプジョイントでの曲げを防止しています。ホースの重量がクリンプジョイントでの曲げを促すことは決してあってはなりません。ホースの重量でたるみが生じる場合は、90°ホースエンドを使用して曲げをサポートし、ホースが自然に垂れ下がるようにします。

ホース長は、接続と締め付け時のストレスを防ぐのに十分な長さであるべきですが、長すぎて他のホースや表面と擦れたり振動したりしないようにする必要があります。長距離ホースランは、多くのテクノロジーの一つを使用して機械にクランプ固定する必要があります。メーカーはブロック、サドル、クランプ、様々なテクノロジーを提供し、溶接またはボルト留めで機械に取り付け、ホースを整然とクランプダウンします。

クランプを使用してホースを適切に支持すべきです。これにより、加圧時にホースが暴れるのを防ぎ、フィッティングに不必要な負荷がかからないようにします。LunchBox Sessions提供画像

このようなシステムにホース長を設置する際、クランプと接続間のホースの両方の過度な締め付けを避けてください。圧力と温度のサイクルを管理するため、各接続点間にわずかなスラックを持たせ、カバーや補強層を損傷する可能性のある過度なクランプを防止します。 ホースが硬い表面や他のホースとの擦れを防止できない場合、摩耗と摩擦を減らすための保護ラップを各ホースに装着して設置します。これらは周囲環境や環境による損害（工業的降下物や紫外線など）からも保護でき、ホースがチャンネルやビーム内をルーティングされる場合にも使用すべきです。

油圧設計者が自分の役割を包括的に捉えるとき、オリジナルの回路図から完成品まで、機械設計のあらゆる層が、最も効率的、経済的、効果的な設計のために知的に計画・整理されるべきです。ホースアセンブリは初歩的に見えますが、バーストや損傷したホースが油圧システムを悩ませるとき、機械の他の部分はほとんど問題になりません。

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