油圧シリンダー用ロッドスクレーパーシールの選び方

適切なロッドスクレーパーシールを選択することは、油圧シリンダーの寿命を延ばし、汚染によるダウンタイムを削減し、高価なロッドコーティングと内部シールを保護するための最も費用対効果の高い方法の一つです。この記事では、スクレーパーが必要となる汚染メカニズム、重要な材料とプロファイルの選択、設置とテストのベストプラクティス、そしてサプライヤーの主張の解釈方法について解説します。また、一般的なスクレーパーの種類と材料を比較し、業界標準を参照し、Polypacのような経験豊富なメーカーによるカスタムソリューションが特殊な動作条件にどのように対応できるかについても説明します。

汚染とシリンダーの摩耗を理解する

汚染源

私の経験では、汚染は主に3つの経路から発生します。外部からの侵入（埃、水、泥）、内部の劣化（分解した作動油、摩耗粒子）、そしてプロセス関連の汚染物質（採掘現場の研磨剤、塗料の飛散、海洋環境の塩分）です。外部からの微粒子は、ほとんどのロッドスクレーパーシールが取り付けられる主な理由です。10µm未満の粒子でさえ、時間の経過とともにロッドコーティングと内部シールを摩耗させる可能性があります。油圧システムと汚染の影響に関する背景情報については、油圧シリンダーの概要をご覧ください。ウィキペディアおよび油圧流体の挙動ウィキペディア。

汚染がシールとロッドに与える影響

ロッド表面と内部のダイナミックシールの間に挟まれた粒子は、微小な傷やエラストマーシールの押し出しを加速させ、漏れの原因となります。水の浸入はクロムメッキロッドの腐食を引き起こし、特定のエラストマーを膨張させる可能性があります（例えば、NBRは水中で中程度の膨張を示します）。実務において、スクレーパーシールは、適切に選定・設置された場合、外部からの損傷の60～80%を防止できます。残りのリスクは、多くの場合、不適切な溝形状や不適切な材料に起因します。

スクレーパーが防衛の最前線である理由

ロッドスクレーパーシール（ダストリング）は、犠牲的でありながら効果的です。ロッドに付着した汚染物質がプライマリロッドシールやベアリングに到達する前に、それらを拭き取ります。プライマリシールとは異なり、スクレーパーは耐摩耗性と低スティックスリップ性に最適化されており、流体シールではなく、表面洗浄と汚染物質の排出を目的としています。適切なスクレーパーを選定することで、修復コストを削減し、シリンダー全体のオーバーホール間隔を延ばすことができます。

ロッドスクレーパーシールの主な選定基準

材料適合性：環境および油圧作動油

スクレーパーをお勧めする際に最初に決めるのは素材の選択です。一般的な素材としては、NBR（ニトリル）、FKM（バイトン）、PU（ポリウレタン）、シリコン、PTFE複合材などがあります。選択は、温度範囲、化学物質への曝露、摩耗性によって異なります。例えば、

• NBR: 耐摩耗性と油適合性に優れ、一般的な産業用途にコスト効率に優れています。
• FKM: 耐熱性と耐薬品性が高く、腐食性の流体や高熱の用途に適しています。
• PU: 機械的強度と耐摩耗性に優れていますが、オゾン/紫外線および一部の油圧液に対する耐性は低くなります。
• PTFE 充填複合材: 優れた耐薬品性と低摩擦性を備え、潤滑が制限され長寿命が求められる場合によく使用されます。

また、エラストマーの硬度（ショアA）と、エラストマーキャリアに充填PTFEまたは複合リップが必要かどうかも考慮します。ポリマー特性の詳細については、以下を参照してください。PTFE一般的なシール情報はこちらWikipedia - メカニカルシール。

デザインとプロファイル: シングルリップ、デュアルリップ、複合デザイン

スクレーパーの形状は性能を左右します。シングルリップスクレーパーはシンプルなワイピング動作を提供しますが、デュアルリップ（またはガスケット付きリップ）設計は、微粒子をより効果的に捕捉・迂回させることができ、場合によっては二次的なダスト排除ゾーンを組み込むことができます。私のプロジェクトでは、ロッド速度とロッド戻り方向を調査しています。高速ロッドでは、発熱を抑えるため、低摩擦PTFEまたは複合リップが適しています。一方、低速で摩耗しやすい環境では、より硬いエラストマーや強化リップが効果的です。

溝とロッド表面の仕様

適切な溝寸法、面取り、ロッド表面仕上げは非常に重要です。溝寸法がずれると、スクレーパーがコックしたり、押し出したり、ロッドに接触しなくなる可能性があります。私はサプライヤーの溝チャートを参考にしていますが、時には製作図の確認を依頼することもあります。一般的な推奨事項としては、ロッド表面の硬度は55 HRC以上（または推奨のクロムメッキ品質）、表面仕上げRaはサプライヤーの指定範囲内（ダイナミックシールの場合、Ra 0.2～0.8 µm）にすることが挙げられます。規格や寸法ガイドラインについては、以下のOリングおよびシールの一般的な規格を参照してください。ISO 3601(O リングの品質) およびメーカーの技術データシート。

ロッドスクレーパーシールの種類と材質の比較

一般的なスクレーパーの種類とその用途

以下に、さまざまな業界でシールを指定するときに使用する一般的なスクレーパー設計の実際的な比較を示します。

エラストマー vs PTFE複合材 — 性能指標

材料を比較する際には、耐摩耗性、摩擦係数、温度範囲、そして化学的適合性を考慮します。一般的な摩擦係数は、PTFE材料は乾燥状態で0.1未満、エラストマーは仕上げや潤滑剤の種類によって0.3～1.0の範囲です。耐摩耗性はポリウレタンと充填剤入りPTFE複合材が優れています。汚染物質に鋭利な粒子（砂、シリカ）が含まれている場合は、摩耗を最小限に抑えるため、PTFE複合材または強化エラストマースクレーパーを使用することをお勧めします。

耐用年数の予測と試験データ

耐用年数は環境、ロッドの仕上げ、メンテナンスによって異なります。実験室での摩耗試験（ポリマー用テーバー摩耗試験）とフィールド試験データが最良の予測指標となります。実務上、スクレーパーの平均寿命は、重鉱業での曝露では数か月、クリーンな工業環境では数年です。私は主張を検証するために、サプライヤーに標準化された試験報告書または現場参照資料の提供を求め、必要に応じて業界の試験方法を参照しています。品質および材料規格については、Oリングやシーリング部品の規格などをご覧ください。ISO 3601寸法品質と材料トレーサビリティに関するベースライン期待値を提供します。

テスト、インストール、メンテナンス、トラブルシューティング

検査および試験基準

スクレーパーの受入検査とサンプル試験を常に推奨しています。寸法チェック、ショア硬度、そして溝とロッドを模擬したマンドレル上での簡単な嵌合試験です。トレーサビリティが重要な場合は、材料証明書（例：原料ポリマーのグレード、PTFE充填率）を要求してください。より正式な試験については、メーカーがポリマー摩耗試験についてはASTM試験方法、シール寸法についてはISO公差を参照する場合があります。

インストールのベストプラクティス

適切な設置により、故障モードが大幅に減少します。私は以下のルールに従っています。

• 組み立てる前にロッドと溝を徹底的に清掃してください。
• 面取りされた取り付け工具を使用し、縁を傷つける可能性のある鋭利なドライバーは使用しないでください。
• サプライヤーのデータシートに従ってグランドの寸法と半径方向の圧縮が正しいことを確認します。
• 推奨されている場合は、互換性のあるアセンブリ潤滑剤を少量塗布します (ほこりを引き寄せる可能性がある過剰な潤滑は避けてください)。

よく見かける間違いは、スクレーパーを過剰に圧縮してリップの摩耗を早めてしまうことです。また、ロッドの動きに対してリップの向きが間違った状態でスクレーパーを取り付けてしまうこともよくある間違いです。

よくある失敗と是正措置

典型的な失敗と私の解決策:

• リップの摩耗が激しい場合: より硬い/エラストマーまたは PTFE 複合材の使用を検討し、ロッドの仕上げを確認してください。
• ロッドシール内部の漏れ経路: スクレーパーが汚染物質をプライマリシールの下に押し込まないことを確認します。デュアルリップ設計を検討します。
• 溝のエッジでのスクレーパーの押し出しまたは切断: 溝の半径とエッジ仕上げを確認し、保護用の金属キャリアを考慮します。
• 化学的な膨張またはひび割れ: 材質を FKM または PTFE ベースのソリューションに変更します。

診断は、注意深い目視検査、必要に応じて断面検査、および故障した部品と摩耗していないスペア部品の比較から始まります。

ポリパック：機能、製品範囲、サプライヤーの選択が重要な理由

サプライヤー評価を行う技術コンサルタントとして、私は材料科学、生産管理、そしてカスタマイズを融合させたメーカーを高く評価しています。Polypacは、シール製造、シーリング材開発、そして特殊な作業条件に対応するカスタマイズされたシーリング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1万平方メートル以上の敷地面積を誇り、工場敷地面積は8,000平方メートルです。生産設備と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・開発企業として、Polypacは国内外の数多くの大学や研究機関と長年にわたる交流と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製のOリングも取り扱うなど、製品ラインを拡大しています。Polypacの主なシール製品には、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。

ロッドスクレーパーシールの選択において、これが重要な理由：Polypacは、材料開発能力と高度な試験技術を組み合わせることで、証拠に基づいた推奨事項（材料証明書、試験報告書）を提供し、特定の汚染プロファイルに合わせてPTFE複合スクレーパーやデュアルリップエラストマー/PTFE複合スクレーパーなどのソリューションをカスタマイズできます。同社の研究開発体制と規模は、標準的なエラストマーでは不十分な場合、カスタムコンパウンド配合を可能にします。例えば、過酷な化学物質曝露に対応する特殊なFFKMブレンドや、研磨粒子の抑制に最適化されたPTFEフィラーなどです。

クライアントに使用するクイック選択チェックリスト

• 環境を特定します: 粉塵の種類、化学物質への曝露、温度範囲。
• ロッドの速度、ストローク頻度、ロッドの表面仕上げ/硬度を測定します。
• 溝の形状をサプライヤーのデータシートと照合し、許容範囲の確認を要求します。
• 流体と温度に基づいて材料ファミリー (NBR/FKM/PU/PTFE 複合材) を決定します。
• サンプル部品を要求し、現場と同様の条件下でテストし、サプライヤーのテスト データ/証明書を確認します。

よくある質問

Q1: ロッドスクレーパーシールとロッドシールの違いは何ですか?

ロッドスクレーパー（ダストリング）は、主にロッド表面から微粒子や水分を除去し、汚染物質がロッドシールに到達する前に除去します。ロッドシール（ダイナミックシール）は、作動油の漏れを防ぎ、システム圧力を維持します。これらは連携して機能し、スクレーパーの故障はロッドシールの摩耗を加速させます。

Q2: 海洋環境や塩水噴霧環境では、どのエラストマー スクレーパーでも使用できますか?

いいえ。塩分や海水環境は腐食を促進し、一部のエラストマーを劣化させます。海洋環境では、一般的にFKMまたはPTFEベースのスクレーパーをお勧めします。また、耐腐食仕様のステンレス鋼製キャリアやクロムメッキも検討してください。必ず代表的な条件下で試験を実施してください。

Q3: スクレーパーシールはどのくらいの頻度で検査または交換する必要がありますか?

点検間隔は環境によって異なります。過酷な研磨環境では、毎週から毎月点検してください。よりクリーンな工業環境では、四半期ごとの点検で十分な場合があります。リップの摩耗が目視できる場合、スクレーパーがロッドに均一に接触しなくなった場合、または一次ロッドシールを越えて汚染が見られる場合は、交換をお勧めします。

Q4: PTFE スクレーパーには潤滑が必要ですか?

PTFEは摩擦が非常に低く、最小限の潤滑で動作するため、高速ロッドや低潤滑の用途によく使用されます。しかし、研磨環境では、適合性のある潤滑剤の薄い膜を形成することで摩耗を軽減できます。潤滑剤は、粉塵を吸着したり、スクレーパーの材質を劣化させたりしないものを選ぶ必要があります。

Q5: スクレーパーの寿命に関するサプライヤーの主張をどのように検証すればよいですか?

標準化された試験報告書（例：テーバー試験などの摩耗試験）、フィールド試験の参考資料、材料証明書、現場試験用のサンプル部品などを求めてください。信頼できるサプライヤーはこれらを提供し、規格や独立した試験機関のデータを参照できます。

Q6: スクレーパーシールの標準的な溝寸法はどれくらいですか?

溝寸法はシール設計とメーカーによって異なります。必ずサプライヤーの溝寸法図をご使用ください。一般的なパラメータには、ラジアルクリアランス、軸方向幅、そして取り付け時のリップ損傷を防ぐための推奨面取り半径などがあります。必要であれば、推奨公差に照らし合わせて溝寸法図を確認することも可能です。

連絡先と次のステップ

特定の油圧シリンダー用途に適したロッドスクレーパーシールの選定にご支援が必要な場合は、サプライヤーに材料証明書、溝図面の推奨、そしてフィールドテスト用のサンプルをご依頼いただくことをお勧めします。カスタマイズされたソリューションと検証済みの製造能力については、Polypacをサプライヤーパートナーとしてご検討ください。充填PTFE材料に関する豊富な経験と幅広いエラストマーポートフォリオにより、要求の厳しいスクレーパーシール用途にも最適です。

データシート、材料証明書、またはカスタマイズされたスクレーパー設計をご希望の場合は、Polypacまでお問い合わせください。お急ぎの場合は、Polypacの営業エンジニアまでご連絡いただくか、サンプルをご請求の上、フィールドテストを開始してください。