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潤滑技術 - 産業オイル編

省エネタイプの油圧作動油 – 原理とは?

省エネまずはエネルギー損失のメカニズムを知る!

まずは油圧回路で起きているエネルギー損失をみていくことにしましょう。下の図のように入力のエネルギーが100%であっても、その力を100%出力として使える訳ではありません。それは、配管やポンプなどでエネルギー損失が発生するからです。結果として仕事をするエネルギーは40~60%程度となってしまいます。


油圧作動油による省エネ技術は、どれだけエネルギー損失を削減し、伝達する出力を増加させるかが鍵となります。

しくみ1:油圧作動油の密度を下げる!

まず一つ目の省エネ技術の仕組みは「密度を下げる」ことです。
オイルが配管を流れる時に、配管との間に生じる摩擦でエネルギーが損失します。これを配管抵抗と呼びます。

 

この圧力損失を式で書くと以下の通りです。
この式には色々な因子が含まれていますが、油圧作動油由来で圧力損失に関わるものとしては「密度」があります。この関係式より、ΔP(圧力損失)が、ρ(油の密度)に比例する、ということが分かります。

 

圧力損失の公式に関する説明の図です。

つまり、例えば同じVG46の油圧作動油であっても、密度の低いオイルの方が、配管での損失が小さい、ということが言えます。
この配管での圧力損失の削減は、作動油の密度に依存するもので、摩擦調整剤などの添加剤では配管抵抗を下げることはできません。

しくみ2:油圧作動油の粘度指数を上げる!

2つの仕組みは、「粘度指数を上げる」です。
潤滑油の粘度は、温度の影響を強く受けます。しかし、温度に対する粘度の変化率は油圧作動油の種類によって異なります。その指標を表したものを「粘度指数」といい、温度変化に対して粘度変化が小さいオイルは粘度指数が高い値を示します。
下図は、縦軸に動粘度、横軸に油温を書いたものですが、高粘度指数油の方が、温度が変化しても粘度が変化しにくいことが分かります。

粘度指数を説明している図です。

冬場は、上図の初期油温で示すように油温が非常に低い状態で機械を立ち上げ時なくてはなりません。この時の粘度を確認してみると、高粘度指数油の方が粘度が低いため、ポンプでの抵抗や配管での抵抗も抑えられます。
続いて暖機運転にかかる時間を比較してみても、高粘度指数油の方が短い時間で済ませることが可能です。暖機運転中は機械で製品を製造できないため削減できる暖機運転時間分の電気代を削減することができます。