油圧ピストンシールを正しく測定し交換する方法
油圧ピストンシールは、シリンダーの性能、効率、安全性にとって極めて重要です。正しい測定と交換は、漏れ、圧力低下、摩耗の加速、そしてコストのかかるダウンタイムを回避します。この記事では、シールの不具合の原因、ピストン、ロッド、グランドの寸法を正確に測定する方法、適切な材料（NBR、FKM、PTFE、FFKM、EPDM、シリコン）の選定方法、段階的な交換手順、そして予防策について解説します。技術者やエンジニアが検証可能で再現性の高い判断を下せるよう、実用的な許容値、ツール、規格の参考資料も提供しています。
油圧シールの故障の一般的な原因
摩耗、擦過傷、粒子汚染
固体粒子による汚染と摩耗は、油圧シールの故障の主な原因の一つです。硬い粒子と研磨性流体は摺動面に傷をつけ、シールリップを侵食し、漏れを加速させます。汚染された環境で稼働するシールは、適切な濾過装置、スクレーパー、ダストリングが使用されていない場合、早期に故障することがよくあります。
押し出し、ニブリング、圧力スパイク
高圧下またはグランドクリアランスが不適切な場合、エラストマーシールがピストンとボア間の隙間にはみ出し、せん断（ニブリング）される可能性があります。これは、バックアップリングの支持が不十分な場合、またははみ出し隙間がシール材料の許容範囲を超えている場合に特によく発生します。バックアップリング、高デュロメータ材料、またはPTFEベースの複合シールを使用することで、はみ出しのリスクを低減できます。
化学的な攻撃、熱による劣化、不適合な材料
化学物質（油圧作動油、水、溶剤）への曝露や高温は、エラストマーの膨潤、硬化、または軟化を引き起こします。流体環境に適さないエラストマー（例えば、高温でリン酸エステル系作動油に標準NBRを使用するなど）を選択すると、寿命が短くなります。交換用シールを選定する際は、材料適合性チャートと規格をご参照ください。
油圧ピストンシールの正確な測定
測定対象: ピストン、ロッド、グランド、押し出し隙間
交換用ピストンシールを注文する前に、次の主要な寸法を測定します。
- ピストン径 (D) - マイクロメーターまたはボアゲージを使用して複数の軸方向の位置で測定し、楕円度を検出します。
- ボア（シリンダー）ID - 内側マイクロメーターまたはボアゲージを使用します。真円度と表面仕上げはシール寿命に影響します。
- ロッドの直径（ロッドが同じグランドを通過する場合） - マイクロメーターで測定し、摩耗溝に注意してください。
- 溝の幅と深さ - ピストンの溝の自由幅と溝の底の直径を測定します。断面の選択に重要です。
- ラジアルクリアランス/押し出しギャップ - ボア ID とピストンの外径の差。グランド付近の軸方向クリアランスも確認します。
元の部品番号を文書化し、古いシールと溝の写真を撮ります。これは、非標準のプロファイルを識別するのに役立ちます。
ツールと測定方法
推奨工具：外側マイクロメーター（0～100mm）、内側ボアゲージ（ダイヤルボアゲージ）、ノギス（簡易チェック用）、隙間ゲージ（小さな隙間用）、そして溝の輪郭形状を測定する場合は光学式コンパレータ（入手可能な場合）。精密な用途では、真円度計と表面粗さ計（Ra）を使用してください。以下の手順に従ってください。
- 部品を徹底的に洗浄し、油やゴミを取り除きます。
- 偏心またはテーパーを検出するために、各寸法を 120° 間隔で 3 回測定します。
- 測定値を記録し、平均および最大偏差を計算します。
許容範囲と実用範囲
正確な許容誤差はシールの種類、圧力、速度によって異なります。業界全体で一般的に使用されている実用的なガイダンス（OEMおよびParkerやSKFなどの規格と照合）は次のとおりです。
| 特徴 | 標準範囲 | 注記 |
|---|---|---|
| ロッドとシール間のラジアルクリアランス | 0.03～0.10mm | 低速、高精度の場合は下限、わずかなずれの場合は上限 |
| ピストンとボアのラジアルクリアランス | 0.05～0.20mm | クリアランスが大きい場合は、押し出し防止装置が必要です |
| 溝幅公差 | ±0.05 mm | Oリング/リップシールの適切な圧縮を確保する |
| 表面粗さ（Ra） | 0.2～0.8µm | 滑らかすぎたり粗すぎたりすると、密閉性能が低下します。 |
これらの範囲は一般的なものです。正確なガイドラインについては、メーカーの技術データやパーカーOリングハンドブック（パーカーOリングハンドブック）、ISO 出版物、SKF 技術ノートなど。
交換手順
準備と安全
安全第一：システムの圧力を下げ、ロックアウト／タグアウトを行い、作動油を安全な容器に排出してください。個人用保護具（手袋、保護眼鏡）を着用し、清潔で糸くずの出ない作業場を維持してください。シリンダーメーカーのデータと、可能であれば交換用シールキットを収集してください。
部品を損傷することなく古いシールを除去する
シールをこじ開ける際は、プラスチック製または真鍮製の工具を使用してください。金属を傷つける鋼製のピックは絶対に使用しないでください。取り外す前に、部品の向きと溝の面に印を付けてください。ピストンとロッドの表面に溝、腐食、傷がないか点検してください。ロッドまたはボアが許容範囲を超えて損傷している場合は、新しいシールを取り付ける前に、部品を研磨するか交換してください。
新しいシールの取り付けと再組み立てチェック
インストールのベストプラクティス:
- 記録した測定値と照らし合わせてシールおよびコンポーネントの寸法を確認します。
- シールには、きれいな油圧作動油または互換性のあるアセンブリ グリースを塗布してください。エラストマーを膨張させる不適合な溶剤は使用しないでください。
- 取り付け中にシール部分が切れないように、保護スリーブを使用するか、ロッドの端をわずかに（0.5～1.0 mm）面取りしてください。
- 複合 PTFE シールの場合は、押し出しを防ぐために正しいバックアップ リングと方向を使用してください。
- 組み立て後、低圧で圧力および漏れテストを実行し、漏れや異常な温度上昇を監視しながら動作圧力まで上げます。
将来のメンテナンスを予測できるように、ファスナーのトルク値、シリンダーのプリロード、および初期動作条件を文書化します。
材料、選択、ベストプラクティス
材料の比較：温度、耐薬品性、一般的な用途
流体の種類、温度、圧力、動的条件に応じて材料を選択してください。以下の表は、一般的なエラストマーとPTFEコンパウンドをまとめたものです。
| 材料 | 標準温度範囲（°C） | 耐薬品性 | 代表的な用途 |
|---|---|---|---|
| NBR（ニトリル） | -30～+100 | 鉱物油や油圧作動油には適していますが、ケトンやリン酸エステルには適していません。 | 一般的な油圧シール、経済的なロッド/ピストンシール |
| FKM（バイトン） | -20～+200 | 石油系流体、高温、酸化に優れています | 高温油圧システム |
| EPDM | -50～+150 | 水グリコール液、ブレーキ液には適していますが、石油系オイルには適していません。 | 水圧式油圧 |
| シリコーン | -60～+200 | 高温/低温に強いが、油圧オイルの使用には制限がある | 低摩擦、極限温度シール（油圧用途限定） |
| PTFE / 充填PTFE | -200～+260 | 優れた耐薬品性と低摩擦 | 高温、化学薬品、高速ピストンシール。エラストマーエナジャイザーと組み合わせられることが多い。 |
| FFKM | -10～+320 | 優れた耐薬品性と耐熱性（高品質） | 重要かつ攻撃的な環境（コストがかかる） |
材料特性範囲の情報源としては、メーカーのデータシートやパーカーOリングハンドブック（パーカーOリングハンドブック) および SKF シーリング ガイド。
PTFEまたは複合ピストンシールを使用する場合
PTFEおよび充填PTFEシール（ブロンズ、カーボン、グラファイト、またはMoS₂充填）は、低摩擦、高温耐性、耐薬品性を備えています。高速または高温の用途、そして最小限のスティックスリップが求められる用途に最適です。PTFEシールは通常、エラストマー製のエナジャイザーまたは金属製のスプリングを必要とし、はみ出し防止のため、より厳しい加工公差やバックアップリングが必要になる場合があることにご注意ください。
選択を検証するための基準と参照
国際規格や技術ハンドブックを参考に、選択した内容を検証してください。参考資料：
- シーリングコンポーネントに関する ISO ガイダンス:ISO規格検索（油圧シールとOリングを検索）
- メーカーの技術ハンドブックなどパーカーOリングハンドブック
- 一般的な機器のコンテキスト:油圧シリンダー（Wikipedia）そしてOリング（Wikipedia）
メンテナンス、トラブルシューティング、カスタムシールを検討するタイミング
検査間隔と予知保全
定期点検には、外部漏れの目視確認、圧力と温度の監視、そしてシールや摺動面を検査するための計画的なダウンタイム点検が含まれます。一般的な点検間隔は稼働率によって異なりますが、中程度の稼働率の産業機器では、四半期ごとの目視確認と年1回の内部点検が一般的です。高稼働率またはミッションクリティカルなシステムでは、圧力センサーと温度センサーを備えた状態監視を使用して故障傾向を予測します。
よくあるインストールミスとその回避方法
よくあるミスとしては、溝寸法の誤り、流体に適さない材質の使用、シールのねじれや逆向きの取り付け、取り付け時のリップの保護不足などが挙げられます。詳細なチェックリストの活用、技術者のトレーニング、取り付け工具（保護スリーブ、面取り工具、組立潤滑剤）の使用などにより、これらのミスを防止してください。
カスタムシーリングソリューションを選択するタイミング
標準シールは多くの用途に対応しますが、極度の圧力、温度変化、腐食性の高い流体、研磨性媒体、または特殊な形状の場合は、カスタムシールと材料が必要となります。カスタムオプションには、充填PTFEプロファイル、特殊FFKMコンパウンド、PTFEとエラストマーエナジャイザーを組み合わせたハイブリッドシール、特殊コーティングなどがあります。
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。
ポリパックは2008年に設立され、当初はブロンズ充填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リングも取り扱うようになり、製品ラインを拡大しています。ポリパックの主な製品ラインナップには、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。
なぜPolypacを選ぶべきなのか？主なメリット：
- 包括的な社内研究開発および材料開発機能。
- 一貫した品質を保証する高度な生産およびテスト設備。
- 大規模な製造により、競争力のあるリードタイムとカスタムバッチが可能になります。
- 大学や研究機関と連携し、シーリング技術の最先端を維持します。
カスタマイズされたシーリング形状、特別な化合物の承認、または複合材料アセンブリ（例：エラストマー エナジャイザー上の PTFE）を必要とするプロジェクトの場合、Polypac はエンジニアリング コンサルティングとサンプル検証プログラムを提供して、指定された動作条件下での互換性とパフォーマンスを確保します。
クイックリファレンス表とトラブルシューティングチェックリスト
交換と修理のタイミング
| 観察された状態 | アクション | 根拠 |
|---|---|---|
| リップの摩耗はわずかですが、漏れはありません | 監視し、次回のシャットダウン時に交換を計画する | 残存寿命は十分である可能性が高いため、早期のダウンタイムを回避できる |
| 目に見える突出またはかじり | シールを交換し、溝を検査し、バックアップリングを検討する | 押し出しはサポート不足を示しており、すぐに漏れが発生する可能性がある |
| 深い溝やロッドの傷 | ロッド/ボアを修理/研磨または交換します。損傷した表面に新しいシールを取り付けないでください。 | 新しいシールは損傷した表面ではすぐに機能しなくなります |
| 適合性膨張または硬化 | 適合する材料と交換し、流体と温度を確認してください。 | 材料の劣化は化学的不適合を示す |
トラブルシューティングのチェックリスト
- システムの圧力と温度が設計範囲内であることを確認します。
- シール、ロッド、ボアの傷、腐食、摩耗を検査します。
- 重要な寸法を測定し、許容誤差と比較します。
- 流体の清浄度（粒子数）とろ過要素を確認します。
- シール材と油圧作動油および添加剤との適合性を確認します。
- 取り付け方向、溝のフィット、バックアップ リングの存在を確認します。
よくある質問
1. ピストンシールを交換する必要があるのか、それともシリンダーに問題があるのか、どうすればわかりますか?
まず症状の特定から始めましょう。ロッドが静止しているときにピストン部分でのみ漏れが発生する場合は、シールに問題がある可能性が高いです。ボアまたはロッドに傷や楕円がある場合は、機械的な修理が必要になる可能性があります。公差を測定し、表面を検査して、シールだけで問題が解決するかどうかを判断します。
2. 見た目に問題がなければ、古いシールを再利用できますか?
重要なシステムではシールの再利用は推奨されません。エラストマーは負荷がかかると変形し、外観からは確認できない微小な亀裂や永久変形が生じる可能性があります。シリンダーの再生時にシールを交換することが、予測可能な性能を確保するベストプラクティスです。
3. 油圧ピストンシールに最適な素材は何ですか?
最適な材料は一つではありません。流体の種類、温度、圧力、動的条件に応じて材料を選択します。鉱油システムではNBRが経済的で、高温や過酷な流体にはFKMが、高速・高温または過酷な環境にはPTFE複合材が適しています。
4. ピストンとボアのクリアランスはどの程度に狭くする必要がありますか?
ピストンとボア間のラジアルクリアランスは、用途に応じて0.05～0.20mmの範囲です。クリアランスを狭くするとシール性は向上しますが、アライメントと表面仕上げの精度向上が求められます。シールサプライヤーの推奨事項および機器のOEMデータと必ず照合してください。
5. バックアップリングはいつ使用すればよいですか?
運転圧力がシール材の押し出し抵抗を超える場合、またはラジアルクリアランスが大きい場合は、バックアップリングを使用してください。バックアップリングは、特にPTFEや低デュロメータエラストマーを使用した場合に、押し出しを防止し、シール寿命を延ばします。
6. PTFE ピストンシールはすべての油圧流体と互換性がありますか?
PTFEはほとんどの流体に対して優れた耐薬品性を備えていますが、シールアセンブリ全体（通電部、スプリング、接着剤）の適合性を確認する必要があります。ご使用の流体および添加剤については、データシートおよびサプライヤーのガイダンスをご確認ください。
連絡先と製品情報
ピストンシールの測定、選定、調達についてサポートが必要な場合は、Polypacが技術コンサルティング、カスタムシール設計、試作製作をご提供いたします。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、幅広い製品ラインナップをご用意しております。サンプルキットまたはCAD図面をご請求いただき、適合性をご確認いただけます。お見積もり、材料データシート、エンジニアリングサポートについては、Polypacまでお問い合わせください。
参考文献および参考文献:
- パーカーOリングハンドブック:https://www.parker.com/literature/O-リングハンドブック.pdf
- 油圧シリンダー（Wikipedia）：https://en.wikipedia.org/wiki/油圧シリンダー
- Oリング（Wikipedia）：https://en.wikipedia.org/wiki/Oリング
- ISO規格検索（シール）https://www.iso.org/standards.
Oリンググランド設計のマスター：完璧なシール性能のための完全ガイド
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製品
「AS568」とはどういう意味ですか?
シーリングアプリケーションに適した材料を選択するにはどうすればよいでしょうか?
シールは再利用できますか？
NBR と FKM 素材の違いは何ですか?
取り付け中にシールが損傷するのを防ぐにはどうすればよいですか?
油圧および空気圧ピストン用の信頼性の高い FKS シール。
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