高圧システム向け油圧ロータリーシールの選び方

高圧システムに適した油圧ロータリーシールの選定は、機械の稼働時間、安全性、そして総所有コスト（TCO）に影響を与える重要な決定です。この記事では、長年のシール設計と現場でのトラブルシューティング経験に基づき、油圧用途におけるロータリーシールに共通する故障モード、材質と形状の評価方法、適用すべき試験規格と設置チェック、そして高圧、高速、そして過酷な環境下での運用をサポートできるサプライヤーの選定方法について解説します。比較データ、信頼できる参考文献、そして実践的な導入手順も掲載しており、お客様が機器に最適な、検証可能でリスクの低い選定を行えるよう支援します。

高圧システムにおける回転シールの課題を理解する

高圧がシーリング業界を変える理由

高圧油圧システム（多くの産業分野では通常200 bar / 2900 psi超ですが、一部のアプリケーションでは500 barを超えることもあります）は、回転シールに高い押し出し応力、熱応力、せん断応力を課します。圧力下では、柔らかいエラストマーが隙間にはみ出す可能性があり、摩擦による発熱は経年劣化による硬化や化学分解を加速させ、リップの動的なフラッターや位置ずれは摩耗を加速させます。私は常に、動作圧力、速度（表面速度）、温度範囲、そして流体の化学組成を定量化することからシールを選定します。なぜなら、これらの要素が、使用可能な材料と設計の選択肢を根本的に絞り込むからです。

一般的な故障モードとそれが明らかにするもの

ロータリーシールの故障は、通常、漏れ、急激な圧力低下、摩擦の増加、または微粒子汚染物質の侵入として現れます。私がこれまでに経験した一般的な根本原因としては、圧力ピーク時のシール材のはみ出し、汚染物質やせん断粒子による摩耗、接触力の低下につながる圧縮永久歪み、不適合流体による化学的膨潤などが挙げられます。故障パターンを理解することで、例えば、はみ出しを抑制するためのバックアップリングや、温度・圧力サイクルが厳しい場所でのスプリング駆動シールなど、対策を適切に選択することができます。

私が追跡している主要なパフォーマンス指標

候補となるシールを評価する際には、最大作動圧力、該当する場合はPV（圧力×速度）定格、温度限界（低温および高温）、耐薬品性（溶解性、膨潤性、可塑性）、試験条件下での動的リーク率を追跡します。これらの指標は多くの場合メーカーによって提供されており（独立した規格または試験報告書に照らして検証する必要があります）、公称動作点だけでなく、最悪の現場条件にも適合させる必要があります。

材料の選択と互換性

エラストマー、PTFE、複合材料：長所と短所

材料の選択は、最も影響力のある決定事項です。NBR（ニトリル）などのエラストマーは耐油性とコスト効率に優れていますが、温度と酸化に対する限界があります。FKM（バイトン）は高温と腐食性の高い流体に耐性があります。EPDMは鉱油には適していませんが、温水とグリコールには優れています。シリコンは極端な温度には優れていますが、耐摩耗性には劣ります。PTFEおよび充填PTFE材料（ブロンズ充填、カーボン充填、MoS2充填）は、優れた耐薬品性、低摩擦性、高温耐性を備えていますが、漏れを防ぐためには、正確な溝公差や通電戦略が必要です。

シーリング材選定表

以下は、仕様書案で私が実際に使用している比較表です。データ範囲は業界で認められたガイドラインです。サプライヤーのデータシートと照合してご確認ください。

出典: サプライヤーカタログ (SKF、Parker) および油圧システムの業界慣行の統合。常に製造元のテストデータで確認してください。

ケーススタディ: 350 bar ロータリーユニオンの漏れ経路の排除

350barの圧力下で回転ユニオンが断続的に漏れるプロジェクトに携わりました。根本原因分析の結果、過渡的な圧力上昇時に軸の突出が発生し、シャフトの位置ずれが発生していることが判明しました。解決策として、カーボン充填PTFE回転シールと通電スプリング、硬化バックアップリング、そしてRa 0.3µmの規定精度に再加工されたシャフトを組み合わせました。交換後のテストでは、圧力上昇とフルスピードで試験を行い、6ヶ月間のモニタリング期間を通じて漏れがゼロになりました。当初のコストは高額でしたが、予定外のダウンタイムと流体損失を大幅に削減できました。

カスタムソリューションを選択する場合

標準シールは多くの用途に適していますが、流体の腐食性が高い場合、温度が材料の限界を超える場合、あるいはスペースの制約により従来の設計が制限される場合は、特注の化合物、独自の充填剤（MoS2、グラファイト）、またはハイブリッド構造が必要になります。条件が標準データシートに近づく、またはそれを超える場合は、早期にサプライヤーと協議することをお勧めします。

ポリパックの機能とその重要性

Polypac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。Polypac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。当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、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年の設立以来、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。Polypacの油圧回転用途における主要製品には、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。

Polypacが優位性を持つ理由：私はサプライヤーを材料科学の能力、試験設備、そしてカスタマイズのスピードで評価します。Polypacは、高度な材料配合経験（低摩擦高圧サービス向けの充填PTFEを選択する際に重要）、一貫した品質と短いリードタイムを実現する大規模な生産能力、そして独立した検証のための学術機関との確固たる研究開発連携を提供しています。これらは、ミッションクリティカルな高圧回転システム向けシールの選定において決定的な要素となります。

よくある質問

1. 油圧ロータリーシールが処理できる最大圧力はどれくらいですか?

上限は一つではなく、シールの設計と材質によって異なります。エラストマーシールは、適切な設計により通常250～350 bar程度まで対応可能です。充填PTFEやスプリング駆動のシステムは、バックアップリングと精密な溝公差によってサポートされていれば、400～500 barを超える圧力にも対応できます。具体的な使用条件については、サプライヤーの試験データでご確認ください。

2. 高圧用バックアップリングは常に必要ですか?

200～250barを超える圧力では、柔らかいシール材の押し出しを防止するため、一般的にバックアップリングの使用が推奨されます。必要性は、隙間のサイズ、材料の硬度、および動的条件によって異なります。押し出し解析を実施し、不明な場合は押し出し防止リングの仕様を検討することをお勧めします。

3. ロータリーシールのシャフト表面仕上げはどの程度重要ですか?

非常に重要です。表面仕上げは摩耗と漏れに影響します。PTFEベースのシールの場合、通常はRa 0.2～0.4µmを指定します。エラストマーの場合はRa 0.4～1.6µmでも許容範囲です。また、シャフトにシールを摩耗させる可能性のある円周方向の工具痕がないことを確認してください。

4. 静的シール仕様を回転アプリケーションに変換できますか?

いいえ。回転ダイナミクスは、静的シールには見られない摩擦、リップフラッター、摩耗を引き起こします。動的使用に耐える設計と材料を使用し、PVデータまたは回転シール固有の試験レポートをサプライヤーに要求してください。

5. 流体添加剤はシール寿命にどのような影響を与えますか?

添加剤は、流体の極性、潤滑性、および化学的攻撃性を変化させる可能性があります。一部の耐摩耗性添加剤や消泡性添加剤は、特定のエラストマーを化学的に攻撃します。流体の配合は必ず材料適合性チャートで確認し、流体が規格外の場合は実験室での浸漬試験を検討してください。

6. プロジェクト中にシール製造業者といつ契約すればよいですか?

構想設計段階または詳細設計段階から早期に連携しましょう。早期の連携により、最適な溝寸法、材料配合、試験計画の選定が可能になります。遅い段階での連携は、設計手戻りのリスクを高め、カスタム部品のリードタイムを長期化させます。

特定の用途についてご相談、材料データシートのご請求、または検証試験のご予約をご希望の場合は、Polypacまでお問い合わせください。技術コンサルティングと製品オプションについてご説明いたします。Polypacの製品ページをご覧いただくか、高圧システムのニーズに最適な油圧ロータリーシールのカスタム提案をご希望の場合はお問い合わせください。

Polypac にお問い合わせください。見積りまたは技術相談を依頼して、回転シールの要件を評価し、動作条件に合わせたテスト データを入手してください。

参考文献: 業界文献およびメーカーのガイダンスから参照される一般的な材料およびシールの原則(例:Oリング、メカニカルシール、および大手シールメーカーから入手可能な技術リソースなどSKF）。