バックアップOリング：温度と圧力の選択に関するヒント

私は長年、油圧および回転シールシステムに携わり、OEMやメンテナンスチームに対し、シールスタックの設計と材料選定についてアドバイスを提供してきました。この記事では、バックアップOリング（はみ出し防止リング）がさまざまな温度・圧力条件下でどのように挙動するか、材料と形状の選定方法、そしてはみ出しを低減し、耐用年数を延ばし、高額な故障を回避するための実用的な設置および試験のヒントをまとめています。業界のガイダンスと規格を参照することで、データの検証と設計への適用を支援します。

高圧シールにおいてバックアップリングが重要な理由

シールスタックにおけるバックアップOリングの役割

バックアップリングは、一般的にアンチエクストルージョンリングまたはバックアップリングと呼ばれますが、主要なシール要素ではありません。私は、Oリングを高圧差圧下で支え、柔らかいエラストマーが嵌合部品間の隙間に押し出されるのを防ぐために使用します。適切なサポートがないと、エラストマーが押し出されたり、分解したり、切断されたりして、突然の漏れや徐々に性能が低下する可能性があります。Oリングとその用途の概要については、WikipediaのOリングに関する項目をご覧ください。ここ。

バックアップリングを指定する場合

システム圧力と嵌合部品間のクリアランス（隙間）が選択したエラストマーの許容範囲を超える場合は、バックアップリングの使用をお勧めします。典型的なトリガーとしては、ダイナミックロッドまたはピストン用途における200～300barを超える圧力、グランドクリアランスが狭い場合、エラストマーを軟化させる高温、急激な圧力上昇などが挙げられます。正確な閾値は、材料の硬度、グランド設計、および動作温度によって異なります。

バックアップリングの種類と幾何学的効果

バックアップリングには、一体型のリング、後付け用のスプリットリング、アングルリング、そして動的用途向けの低摩擦プロファイルなど、様々な形状と材質があります。形状は、Oリング全体にわたる荷重の分散、そして動的動作時にリングが転がったりくさび状に変形したりするかどうかに影響します。適切な断面積と内径／外径を選択することは、材料の選択と同様に重要です。

温度と圧力に応じた材料選択

エラストマーとバックアップリングの材質に関する考慮事項

私は常に、Oリングのエラストマー（NBR、FKM、FFKM、EPDM、シリコンなど）とバックアップリングの材質（PTFE、ナイロン、POM、または強化ポリマー）を別々に選定しています。エラストマーは変形と復元力によってシール性を提供し、バックアップリングは大きな変形を伴わずに機械的支持を提供します。エラストマーの上限温度に近づくと、化合物が軟化し、はみ出しリスクが高まるため、適切なバックアップリングの選定が不可欠です。

材料別の典型的な温度と圧力の範囲

以下は、一般的なエラストマーと、代表的な連続使用温度範囲および実用的な圧力ガイダンスの参考表です。値は業界標準の範囲です。ご使用のコンパウンドについては、必ずメーカーのデータシートをご確認ください。

出典：パーカーOリングハンドブックおよび材料メーカーのデータシートには、標準的な範囲が記載されています。パーカーの概要を参照してください。OリングハンドブックISOガイダンスISO 3601寸法とパフォーマンスを考慮します。

バックアップリングの材質と温度制限

一般的なバックアップリングの材質には、PTFE（および充填PTFE系）、ナイロン（PA）、POM（アセタール）などがあります。PTFEは優れた耐薬品性と耐熱性（バージンPTFEの場合、約260℃まで連続使用可能）を備えています。一方、ナイロンは耐熱性が低い（グレードによって約80～120℃）ものの、動圧シールにおける摩擦係数は低くなります。充填PTFE（ブロンズ充填、ガラス充填）は耐摩耗性が向上し、広く使用されています。充填PTFEの歴史的発展については、PTFE複合材料に関する文献に記載されています。ここ。

設計と設置のベストプラクティス

グランド設計とクリアランス制御

グランド寸法の精度を重視します。嵌合部品間のクリアランスが大きすぎると、押し出し隙間が大きくなり、バックアップリングへの負荷が増大します。動圧シールの場合は、ISO規格およびシールメーカーのグランド公差の推奨事項に従ってください。可能な場合は、押し出し隙間を最小限に抑えるか、金属同士のバリアを設けてリングの移動を抑制してください。

硬度、断面、スタックの向き

エラストマーの硬度（ショアA硬度）は、押し出し感受性に影響します。デュロメーター値の高い材料は押し出し耐性が優れていますが、適切に圧縮されていない場合は漏れが生じる可能性があります。バックアップリングは、Oリングの切断につながるような過度の干渉なしに荷重に耐えられるサイズにする必要があります。私は、組み立てを容易にするために、バックアップリングの内径にわずかなクリアランスを設けることを推奨しています。また、スプリットリングを使用する場合は、スプリットリングが高荷重領域から離れた位置に配置されていることを確認してください。

取り付け、潤滑、組み立てのヒント

適切な潤滑は、組み立て時の摩擦を低減し、バックアップリングの正しい装着を助けます。適合した組み立て潤滑剤を使用し、Oリングとバックアップリングを清潔に保ってください。分割型バックアップリングの場合は、分割部がOリングの押し出し経路と重ならないようにしてください。組み立て後、動作条件よりもわずかに高い圧力で圧力保持テストを実施し、適切な支持力があることを確認してください。

テスト、標準、トラブルシューティング

私が頼りにしている基準と試験方法

寸法規格および基本的なシールガイドラインについては、ISO 3601（Oリング）およびパーカーOリングハンドブックなどの業界ハンドブックを参照してください。清浄度と材料のトレーサビリティが重要な場合（例：航空宇宙、食品接触）は、関連するISO規格または業界固有の規格を参照してください。ISO 3601には、Oリングの許容差と命名法が規定されています。（ISO 3601）。

押し出し関連の障害の診断チェックリスト

O リングにはみ出し、傷、またはフラッシュ変形が見られる場合は、私が現場で使用している次のチェックリストに従ってください。

• 動作圧力と過渡的スパイクを検証します。必要に応じて圧力ログを使用します。
• 実際のグランドクリアランスを測定し、設計許容値と比較します。
• バックアップ リングの材質に摩耗やずれがないか検査します。スプリット リングは適切に保持されていない場合は移動する可能性があります。
• 動作温度を確認してください。温度が上昇するとエラストマーの硬度が低下し、押し出しのリスクが高まります。
• メディアの互換性を確認します。膨張や軟化により、シール動作が変化する可能性があります。

ケーススタディ：油圧ロッドシールスタックのアップグレード

私がコンサルティングしたある事例では、250barの圧力でNBR Oリングを使用した油圧シリンダーで、急速な戻りストローク中に急激な押し出しが発生しました。そこで、単一のソフトバックアップ（耐熱性ナイロン）をPTFE充填の押し出し防止リングに交換し、OリングをFKMコンパウンドに変更しました。変更後、押し出しはなくなり、メンテナンス間隔の平均時間は4倍に増加しました。これは、材料と形状の最適化の相乗効果を示しています。

Polypacの機能とメーカーとの連携の推奨事項

テクニカルシールパートナーを選ぶ理由

適切なバックアップOリングを選定するには、カタログから材料を選ぶだけでは不十分です。試験、化合物の理解、そして生産能力が不可欠です。私は、大学との研究開発連携や社内試験設備を備え、お客様の動作条件を再現し、材料の適格性を確認できるメーカーと協力することを好みます。

ポリパック：技術的強みと製品概要

ポリパックは、シール製造、シール材開発、そして特殊な作動条件に対応するカスタマイズされたシールソリューションを専門とする、科学技術に裏付けされた油圧シールメーカーおよびオイルシールサプライヤーです。ポリパックのカスタムゴムリングおよびOリング工場は、10,000平方メートルを超える敷地面積を誇り、工場敷地面積は8,000平方メートルです。同社の生産設備および試験設備は、業界最先端の水準を誇ります。中国最大級のシール製造・開発専門企業として、ポリパックは国内外の数多くの大学や研究機関と長年にわたる連携・協力関係を維持しています。

2008年に設立されたPolypacは、ブロンズ充填PTFE、カーボン充填PTFE、グラファイトPTFE、MoS2充填PTFE、ガラス充填PTFEなどの充填PTFEシールの製造から事業を開始しました。現在では、NBR、FKM、シリコン、EPDM、FFKMなど、様々な材質のOリングも取り扱うようになり、製品ラインを拡大しています。主な製品カテゴリーには、Oリング、ロッドシール、ピストンシール、エンドフェイススプリングシール、スクレーパーシール、ロータリーシール、バックアップリング、ダストリングなどがあります。

ポリパックが高温高圧プロジェクトをサポートする方法

サプライヤーを推薦する際には、ラボ試験能力（恒温槽、破裂試験／圧力試験）、材料開発経験、そして充填PTFEおよびFFKMコンパウンドの製造能力を重視します。Polypacの設備と学術機関との提携により、カスタマイズされたコンパウンドと試作が可能になり、標準的な材料が極端な温度や圧力サイクルで破損した場合の競争優位性となります。

よくある質問

1. バックアップ リングと O リングの違いは何ですか?

バックアップリング（はみ出し防止リング）は、Oリングが圧力を受けた際に嵌合部品間の隙間にはみ出すのを防ぐ機械的支持部品です。Oリングがシール機能を果たし、バックアップリングが構造的な支持機能を果たします。

2. バックアップ O リングは常にどのくらいの圧力で使用すればよいですか?

明確な閾値はありませんが、静圧が200～300barを超える場合、またはグランドクリアランスが狭い場合にバックアップリングを指定することがよくあります。材料の選択と動作温度によって閾値は下がります。精密なプロジェクトの場合は、候補材料を用いて圧力サイクル試験を実施してください。

3. PTFE バックアップ リングは高温でも使用できますか?

はい。PTFEおよび充填PTFEは耐熱性が高く（連続使用で約260℃まで使用可能）、高温シールに適しています。摩耗および摩擦特性については、充填グレードをご確認ください。

4. 分割バックアップ リングはダイナミック シールとして信頼できますか?

スプリットリングは既存のハウジングへの後付けや組み立てに便利ですが、接合部からのはみ出しを防ぐため、スプリットリングの位置を正しく調整する必要があります。高サイクルの動的用途では、一体型設計、または動的負荷に対応するように設計されたスプリットリング形状を推奨します。

5. 温度は押し出しリスクにどのように影響しますか?

一般的に、高温ではエラストマーが軟化（弾性率の低下）し、一定の圧力下では押し出し感受性が高まります。逆に、極端に低温では一部のエラストマーが脆化し、シール接触面が変化する可能性があります。予想される温度サイクル全体にわたって、コンパウンドの性能を必ず確認してください。

6. サプライヤーにどのようなテストを依頼すればよいですか?

アプリケーションに応じた圧力と温度における圧縮永久歪み、硬度、熱老化、および押し出し／伸長試験をご依頼ください。また、必要に応じて、ISOまたはメーカー規格に準拠した寸法証明書、および材料トレーサビリティの取得もご依頼ください。

特定のシリンダー、バルブ、または回転軸用のバックアップOリングの選定についてサポートが必要な場合は、私までご連絡いただくか、Polypacまでお問い合わせください。製品サンプルと材料データシートをご提供いたします。製品に関するお問い合わせ、カスタムコンパウンドの開発、試験サービスについては、Polypacの製品ページをご覧ください。または、お客様の動作条件と推奨シールスタックについてご相談に応じます。

お問い合わせ / 見積依頼: Polypac の Web サイトにアクセスするか、技術チームに電子メールを送信して、動作圧力、温度範囲、媒体、グランドの図面を共有してもらい、テスト済みの最適化されたソリューションを提案してもらいます。

参考文献: パーカーOリングハンドブックISO 3601の概要Oリングの一般情報、PTFE情報。