介護用バイオトイレ

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介護用バイオトイレでは、排泄物を安定して攪拌・分解するため、高い耐久性と安定動作が求められます。その一方で、高負荷による停止や軸受摩耗、コスト増加などの課題も発生しやすく、実負荷に適したモーター選定と構造設計が重要となります。

本ページでは、バイオトイレの代表的な故障や課題の改善事例を紹介します。

課題／トラブル1：
排泄物を攪拌・分解させるモーターが動かない

状況とその原因

この介護用バイオトイレの装置は、おがくずや木材チップを攪拌し、排泄物を分解するしくみでしたが、選定ミスによるもので、モーター出力が小さすぎました。

実際の負荷に対して適切なモーター選定が行われていなかったのが原因です。

提案／対応

お客様に実機を用意していただき、攪拌時のモーター電流波形を測定することで電流値から負荷が何mN・mあるかを算出し、実際の負荷条件を把握しました（画像参照）。

そのデータをもとにして、実際の負荷に適合したギアドモーターを再選定。装置の動作安定性と信頼性を向上させました。

結果／効果

おがくずが水分や湿気を含むことで負荷が大きくなり、「モーターが回らない」「攪拌羽から軸が外れる」といったトラブルが発生していました。 しかし、実負荷に基づいて適切なギアドモーターを再選定したことで、これらの不具合を大幅に軽減することができました。

その結果、メーカー側で発生していた改修対応や修理作業をほぼ解消し、装置全体の信頼性向上と運用コスト削減につながりました。

課題／トラブル2：
軸受けが摩耗する

状況とその原因

ラジアル荷重が大きいため、軸受の摩耗が発生していましたが、これは歯車と軸受メタルが直接擦れてしまうことが原因でした。

軸受けメタルの内径が、0.2mm程度摩耗しており、ダイカストケースの端面も削れています。（画像参照）
ダイカストケース端面の削り屑が、最終段大歯車上面～ダイカストケース内面間に挟まっていました。（右端・4つ目の画像参照）

提案／対応

結果／効果

ラジアル荷重が大きい場合、一般的には含油メタル軸受をボールベアリングへ変更する対応が取られます。
しかし、ベアリング化は部品代が高く、製品単価の大幅なコストアップにつながるという課題があります。

そこで、ベアリングを使用せずにワッシャーを追加することで、歯車と軸受の擦れを防止し、軸受メタルの摩耗を抑制する方法を採用しました。

この対策により、耐久性を確保しつつコストアップを回避。
結果として1台あたり約700円のコストメリットを実現しました。1,000台/年の生産数であったため、年間70万円ほどのメリットとなります。

課題／トラブル3：
価格を下げたい

状況とその原因

30年以上前の設計では、通常ACギアドモーターが使用されていましたが、近年では単価が高騰しており、コスト面での課題が大きくなっていました。

提案／対応

使用時間や負荷条件、耐久性への要求を詳細に確認したうえで、DCブラシ付きギアドモーターへの置き換えが可能と判断。

必要なスペックを満たすDCブラシ付きモーターを選定し、ACギアドモーター同等の性能を維持しながらコストダウンを実現しました。

結果／効果

同スペックで比較すると、ACギアドモーターに対してDCブラシ付きギアドモーターは本体サイズを小型化でき、装置側の設計自由度も向上します。 また、ACモーターとDCブラシ付きモーターでは単価が大きく異なり、DCブラシ付きモーターなら半分以下のコストで調達可能でした。

この装置では1台あたり2個のモーターを使用していたため、置き換えによるモーター部のコストメリットは、合計で4,000円以上となり、大幅なコストダウンを実現しました。