エンジン用高温ピストンシール材

高温エンジン用途向けシールの選択

エンジンのピストンシール材における材料選択が重要な理由

高温エンジンのピストンシールは、熱、機械、化学的な複合ストレス下で作動します。適切なピストンシール材料の選択は、リーク率、摩耗、耐用年数、そしてメンテナンス間隔に影響を与えます。常温では良好な性能を示す材料であっても、高温下、あるいは燃焼副産物、オイル、燃料の存在下では、硬化、膨潤、弾性の低下、あるいは化学的劣化を起こす可能性があります。このセクションでは、エンジン用ピストンシール材料を選定する際に考慮すべき主要な機能要件とトレードオフについて概説します。

高温ピストンシール材の性能要件

ピストンシールの材質を選択する際には、連続および断続的な温度限界、圧縮永久歪み抵抗、摩擦係数、耐摩耗性、化学的適合性（燃料、オイル、冷却剤、添加剤）、および押し出し抵抗二次的な要因としては、製造性、コスト、入手可能性などが挙げられます。エンジン用途では、通常、耐熱性と耐薬品性が選定の決め手となります。

一般的なピストンシール材料のオプションと温度範囲

このセクションでは、高温エンジンで広く使用されているピストンシール材料のクラスを比較します。NBR、FKM（Viton®）、シリコン、EPDM、PTFE（および充填PTFE）、パーフルオロエラストマー（FFKM）、PEEKなどの高性能熱可塑性プラスチックです。それぞれに長所と短所があるため、動作範囲に合わせて選定する必要があります。

温度範囲と特性に関する情報源は参考文献に記載されています。表は参考としてご利用ください。化合物のグレードによって特性は異なります。

ピストンシール材としての充填PTFEとエラストマーの比較

高温エンジンピストンの設計では、エラストマーピストンシール材（FKMなど）とPTFEベースのシールが一般的に選択されます。エラストマーは弾性シールを提供し、低圧シールや位置ずれに対する耐性に優れていますが、ポリマー骨格と添加剤によって耐熱温度と耐薬品性が制限されます。PTFEと充填剤入りPTFEは、極めて低い摩擦で、高温とほとんどの薬品に耐えることができますが、PTFEは固有の弾性を欠いているため、通常は接触を維持するためにバックアップスプリングまたはOリングエナジャイザーが必要です。

充填PTFEを選択する場合

• 動作温度は長時間にわたって約 200°C を超えます。
• 重度の化学物質への暴露（燃料混合物、酸素化物を含む燃料、刺激性の潤滑剤）。
• 低摩擦で熱の蓄積を抑えながら高速往復運動します。

耐熱性エラストマー（FKM/FFKM）を選択する場合

• 低圧での弾性回復とシーリングを必要とする動的往復運動。
• 中〜高温（FKM の場合は最大約 200°C）。より高い温度の場合は、FFKM を選択してください。
• コストと製造可能性 (成形、O リング形式) が重要な場合。

信頼性の高い高温ピストンシール材の設計と設置のヒント

材料の選択に加え、設計と取り付けもシール寿命に大きく影響します。エンジンピストンシールについては、以下の実用的なルールに従ってください。

• 熱膨張クリアランスを確保し、面取り溝やピストンランドなどの鋭利なエッジを避けます。
• 温度サイクルによって寸法が変化するため、接触を維持するために、PTFE ピストン シールと適切なエナジャイザー (スプリング、O リング) を使用します。
• クリアランスと温度によりシールの押し出しが発生する可能性がある場合は、バックアップ リングまたは押し出し防止装置の使用を検討してください。
• 接合する金属表面の表面仕上げと硬度を指定します。粗い表面や傷のある表面は高温でシール部分が急速に摩耗します。
• 選択したピストンシール材料と互換性のある潤滑戦略 (境界潤滑または制御潤滑) を使用します。

高温におけるピストンシール材の破損モードとその緩和方法

故障の特徴を認識することは、根本原因の診断と材料の改善に役立ちます。

• 硬化とひび割れ: 熱とオゾンによって酸化されたエラストマーでよく発生します。抗酸化剤を使用するか、より熱安定性の高い FFKM/充填 PTFE に切り替えます。
• 膨張および軟化: 化学的不適合性を示します。燃料/オイル適合性表を確認し、材料を切り替えます。
• 摩耗と損耗: 汚染された潤滑剤または不適切な相手材によって発生します。充填剤入り PTFE または PEEK などのより硬い熱可塑性プラスチックを使用してください。
• 押し出し: 圧力と高温により材料の強度が低下すると発生します。バックアップ リングを追加してクリアランスを減らします。

エンジンサービス用ピストンシール材の試験および認定

加速試験および用途固有の試験を指定してください。熱老化試験（ISO/ASTM熱老化試験）、耐薬品性浸漬試験、代表的な速度と温度での往復摩耗試験、圧縮永久歪試験、シール性試験などです。サプライヤーまたは独立機関による試験結果の文書化は、材料選定の際に不可欠です。比較のために、高温における標準的な圧縮永久歪率（%）、動摩擦係数、摩耗率（mm³/Nm）を要求してください。

コストと性能：生産に適したピストンシール材料の選択

FFKMや充填PTFEなどの高性能材料はユニットコストを増加させますが、高温エンジンのダウンタイムと保証期間を大幅に短縮できます。ライフサイクルコスト分析を活用し、材料コストに加え、想定される耐用年数、メンテナンス間隔、故障リスクを比較検討してください。量産乗用車用エンジンでは、コストと性能のバランスを慎重に検討する必要があります。一方、高温で作動し、腐食性の高い流体にさらされる特殊エンジン、産業用エンジン、ターボチャージャー付きエンジンでは、高品質のピストンシール材への投資が大きな効果を発揮します。

ポリパック：高温ピストンシール材とカスタマイズされたソリューションの能力

ポリパックは、シール製造、シール材料の開発、カスタマイズを専門とする科学的で技術的な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。シーリングソリューション特殊な作業環境にも対応可能です。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シールの製造からスタートしました。現在では、NBR、FKM、シリコン、EPDM、FFKMなど、様々な材質のOリングも製造しており、製品ラインを拡大しています。

ピストンシール材と部品にポリパックを選ぶ理由

• エンジンピストンシールに適した充填 PTFE および高温化合物に関する経験。
• 熱老化、圧縮永久歪み、摩耗を検証するためのカスタム化合物の開発と社内テスト。
• 最新設備による大規模製造により、一貫した品質と短いリードタイムを保証します。
• 研究機関との連携により、新しい材料を迅速に導入し、特殊な作業条件に合わせて最適化することが可能になります。

高温ピストンシールに関連するポリパックコア製品

ポリパックの製品にはOリング、ロッドシール、ピストンシールなどが含まれます。端面スプリングシール、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。エンジン用途では、充填材入りPTFE、FKM、FFKM、および特殊なゴムと金属を組み合わせたカスタムピストンシールを主に提供しています。これらの製品は、厳しい公差を満たし、過酷な温度や化学物質への曝露にも耐えられるように設計されています。

ピストンシール材料選択のための材料比較概要

このクイック選択ガイドは、出発点の選択に役立ちます。

• 温度≤120°Cおよびオイル環境: FKM (コスト効率が高く、堅牢)。
• 温度 150 ～ 250°C または腐食性化学薬品: 充填 PTFE または FFKM。
• 非常に高い温度スパイクと乾燥運転条件: エナジャイザーと摩耗を最適化した充填剤 (グラファイト、ブロンズ、MoS₂) を充填した PTFE。
• 弾性シールと低温柔軟性が必要な場合は、カスタマイズされた複合 FKM またはハイブリッド PTFE + エラストマー設計を検討してください。

FAQ - 高温ピストンシール材に関するよくある質問

1. 200°C を超えるエンジンに最適なピストンシールの材質は何ですか?

充填PTFEとパーフルオロエラストマー（FFKM）が主な選択肢です。充填PTFEは優れた耐熱性と耐薬品性を備えていますが、通電が必要です。FFKMはエラストマーとしての性質を備え、非常に高い耐熱性と耐薬品性を備えていますが、コストが高くなります。

2. 標準 FKM はターボチャージャー付きエンジンのピストンシール材として使用できますか?

標準的なFKMは約200℃まで使用可能で、オイルにさらされるピストンシールに広く使用されています。200℃を超える温度で繰り返しまたは継続的に使用される場合は、急速な劣化を防ぐため、FFKMまたは充填PTFEの使用をご検討ください。

3. 充填 PTFE ピストンシールは往復運動に適していますか?

はい。充填PTFE（グラファイト、ブロンズ、MoS₂）は、特に高温・高速運転時の往復ピストンシールによく使用されます。適切なエナジャイザー（スプリングまたはOリング）を設計し、表面仕上げと潤滑剤の適合性を確保することが不可欠です。

4. 現場展開前に候補のピストンシール材料をテストするにはどうすればよいですか?

代表的な温度、圧力、速度において、加速熱老化試験、代表的な流体に対する化学浸漬試験、および動的往復摩耗試験を実施します。また、温度サイクル下での圧縮永久歪みとリーク率も測定します。

5. 高温時にピストンシール材が押し出される原因は何ですか?また、それを防ぐにはどうすればよいですか?

高温下では、ポリマーの強度と弾性率が低下し、クリアランスと圧力が加わることで、はみ出しが発生します。公差の厳格化、バックアップリングの設置、はみ出し防止形状の採用、高弾性率材料や複合シール設計の選択などにより、はみ出しを防止します。

6. 高温のエンジンの場合、摩擦はピストンシールの選択にどのように影響しますか?

摩擦が大きいと局所的な温度が上昇し、摩耗が促進されます。高温のエンジンでは、低摩擦材料（PTFEまたは充填PTFEブレンド）を使用することで発熱を抑えます。適切な表面仕上げと潤滑戦略を組み合わせることが重要です。

お問い合わせと製品に関するお問い合わせ（CTA）

高温エンジン用のピストンシール材をご指定の場合は、Polypacが材料選定、試作、試験までお手伝いいたします。Polypacにご相談いただくか、サンプルやデータシートをご請求いただき、お客様のアプリケーションにおける性能検証をお願いいたします。Polypacの製品ページをご覧いただくか、当社の技術チームまでお問い合わせください。カスタムピストンシール、Oリング、充填材についてご相談させていただきます。PTFE部品厳しいエンジン環境向けに設計されています。

参考文献

• ポリテトラフルオロエチレン — Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Polytetrafluoroethylene (アクセス日 2025-12-11)
• フッ素エラストマー — Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Fluoroelastomer (アクセス日 2025-12-11)
• ニトリルゴム — Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrile_butadiene_rubber (2025年12月11日アクセス)
• シリコン — Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Silicone (アクセス日 2025-12-11)
• EPDMゴム — Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/EPDM_rubber (アクセス日 2025-12-11)
• ポリエーテルエーテルケトン — Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Polyether_ether_ketone (アクセス日 2025-12-11)
• パーカーOリングハンドブック — パーカー・ハネフィン（Oリングの選定と温度ガイドライン）。https://www.parker.com（検索：パーカーOリングハンドブック）（アクセス日：2025年12月11日）
• Kalrez®（デュポン）およびその他のパーフルオロエラストマーのメーカーデータシート — デュポン。https://www.dupont.com（検索：Kalrez パーフルオロエラストマー）（アクセス日：2025年12月11日）