ピストンロッドシールの故障モードと根本原因分析

ピストンロッドシールの性能と故障の理解

ピストンロッドシールの役割と故障の原因

ピストンロッドシール（ロッドシール）は、圧力下でのロッドの往復運動に対応しながら、作動油の封じ込めを維持します。適切な機能は、適切なシール形状、適合材料、正確な取り付け、表面仕上げ、潤滑、そしてシステムの清浄度に依存します。故障は通常、外部漏れ、摩擦の増加、騒音、摩耗の加速として現れ、それぞれの症状は1つ以上の根本原因を示唆しています。

故障解析が稼働時間とコスト効率を向上させる方法

根本原因分析（RCA）は、事後対応的な交換を、より適切な材料の選定、溝の再設計、表面仕上げの修正、ろ過性能の向上、あるいは運転手順の変更といった、的を絞った是正措置へと転換します。体系的なRCAは、故障の再発を減らし、作動油の消費量と汚染リスクを低減し、シールとシリンダーの寿命を延ばします。これらは、自動車用および産業用油圧機器において最も効果の高い介入です。

一般的な故障モード：症状、原因、診断

表面の損傷と摩耗

症状: ロッドに目に見える傷や溝ができ、シール部分が急速に摩耗し、油圧液に微粒子が混入し、漏れが徐々に悪化します。

根本原因：流体の汚染（研磨粒子）、ロッド表面の硬質／粗面仕上げ、スクレーパ／ダストリングの性能低下、または潤滑不足。診断には、流体分析（粒子数および鉄／非鉄金属含有量）、拡大鏡によるロッド検査、および防塵部品の点検が用いられます。

押し出しとニブリング

症状：シール材のエッジ部分の欠損、チャタリングマーク、高圧下での断続的な漏れ。バックアップ部が薄い場合や、シールと溝のクリアランスが大きすぎる場合によく発生します。

根本原因：断続的な高圧スパイク、シール断面の不適切さ、バックアップリングの欠落、グランドクリアランスの過大。圧力履歴記録と溝寸法検査で確認してください。

熱劣化と化学攻撃

症状: シール部分が硬くなったり、もろくなったり、膨らんだりする、色が変化する、摩擦が増して発熱する、化学的な攻撃に一致する臭いや残留物が発生する。

根本原因：エラストマーと流体または温度の不適合、高温での酸化、または強力な化学物質（例：溶剤、酸、アルカリ性洗剤）による汚染。材質適合性チャート、実験室での膨潤試験、動作温度および流体の化学的性質の確認によって確認してください。

根本原因マトリックスと是正措置

障害の特徴と推定原因（表）

是正措置の優先順位付け方法

段階的なアプローチを採用してください。1) 汚染源の排除（メンテナンスとろ過）、2) 形状および表面要因の修正（ロッド仕上げ、溝寸法）、3) 運転温度と流体の化学組成に合わせた材料選定の最適化、4) 急上昇を防ぐための油圧保護装置（アキュムレーター、圧力リリーフ）の追加。変更ごとに平均故障間隔（MTBF）を追跡し、改善状況を定量化します。

材料、設計、設置要因

材料選択ガイドライン

圧力、速度、温度、流体の適合性に基づいて、エラストマーまたはポリマーを選択してください。一般的な選択肢：

• NBR (ニトリル) — 汎用性に優れ、耐油性、中程度の温度に耐えます。
• FKM (Viton) - 耐熱性と耐薬品性が優れています。
• FFKM — 極めて高い耐薬品性と高温耐性を備えています。
• PTFE および充填 PTFE — 高圧下でも摩擦と押し出し抵抗が非常に低くなります。

検証済みの互換性データを確認し、カスタム流体または添加剤の加速膨潤テストを実行します。

設計: 溝の形状、バックアップリング、表面仕上げ

適切な溝の深さ、幅、およびコーナー半径は、はみ出しを防止し、シールリップの予圧を確保します。はみ出し隙間と圧力が高い場合は、バックアップリング（PTFEまたは熱可塑性樹脂製）が不可欠です。ロッドシールの表面仕上げは、通常、Ra 0.2～0.8 µmと指定されます。硬度とクロムメッキ/高周波焼入れは摩耗の低減に役立ちます。検査時には、ノギス、マイクロメーター、およびプロファイロメーターを用いて確認してください。

インストールのベストプラクティス

取り付け時の切り傷やねじれを防ぐため、ソフトエクスパンションコーンまたはPTFEスリーブを使用してください。シールリップをシステムオイルで潤滑し、グランドおよびロッドエンドの面取りに鋭利なエッジがないようにしてください。将来のRCA（Return on Control Analysis）におけるトレーサビリティを確保するため、組立時にバッチコードと材料コードを記録してください。

ケーススタディと実践的なトラブルシューティング

ケースA - 移動式掘削機：頻繁な使用後の断続的な漏れ

問題：オペレーターから、負荷がかかった状態で繰り返し作動した後、シリンダーヘッドからゆっくりと液だれが発生するとの報告がありました。点検の結果、ロッドに傷と砂の混入が見つかりました。根本原因：防塵リップの不備とスクレーパーの摩耗、そして粉塵の多い環境が重なっていました。対策：強化リップ設計のシールに交換し、堅牢なダストリングを装着し、メンテナンス間隔を延長し、濾過機能付きブリーザーを追加しました。結果：漏れを解消し、6ヶ月間で摩耗率を60%以上削減しました（オペレーターログ）。

ケースB - プレスシリンダー：高圧押し出しと急速なシール損失

問題：高圧部で繰り返しブローアウトが発生していた。根本原因：元のエラストマーは押し出し抵抗が不足していた。溝のクリアランスが許容範囲を超えており、バックアップリングも付いていなかった。対策：充填PTFEロッドシールとPTFEバックアップリングに変更し、溝の許容範囲を見直し、スパイクを除去するための圧力制限弁を設置した。結果：翌年には故障頻度がゼロに減少した。

監視と予測メンテナンス

オイル分析（粒子数、水分含有量）、圧力トレンドログ、そして定期的なボアスコープまたはロッド検査を実施してください。粒子の増加や圧力スパイクの傾向は、早期の兆候であり、予防的なサービス提供を可能にします。重要な設備については、動作条件とシール性能を相関させるため、シリンダー付近に振動センサーと温度センサーを設置することを検討してください。

ポリパック：メーカープロフィールと関連ソリューション

ポリパックの能力と製品範囲

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リングも製造しています。ポリパックの主力製品には、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。

ポリパックを選ぶ理由 - 技術的な差別化要因

ポリパックの差別化要因は、1) 高圧・高摩耗用途向けの高度な材料開発と充填PTFEに関する専門知識、2) 大規模な生産能力と実験室試験、そして大学との共同研究開発体制、3) 幅広いエラストマーポートフォリオ（NBR、FKM、FFKM、シリコーン、EPDM）によるカスタマイズ可能な適合性、4) 寸法および材料の一貫性を保証するISOレベルの品質プロセスとインライン試験装置です。ポリパックは、厳しい摩耗、押し出し、または化学的課題に直面しているお客様向けに、カスタムコンパウンド配合とPTFE部品の精密機械加工を提供しています。

実用チェックリスト：ピストンロッドシールの故障診断

ステップバイステップのオンサイトRCAチェックリスト

1. 動作条件（圧力、速度、温度、サイクル数）を文書化します。
2. 流体サンプルを収集して分析します (ISO 粒子数、水分含有量、添加剤の存在)。
3. ロッドの表面仕上げ、硬度、クロムの状態を検査し、欠陥を写真に撮ります。
4. シールを取り外し、故障パターン（摩耗、押し出し、熱亀裂、化学的膨張）を調べます。
5. グランドと溝の寸法を図面の許容範囲と照らし合わせて確認します。
6. 汚染イベントや圧力スパイクがないか、インストール履歴とメンテナンス ログを確認します。
7. 是正措置を定義します: 即時の修理 + 長期的な設計/材料の更新とろ過または油圧制御。

主要な測定対象

• ロッド表面仕上げ: ロッドシールの場合、通常 Ra 0.2～0.8 µm。
• ロッドの硬度: 55 HRC 以上、または高負荷用途向けの同等の硬質クロム。
• 流体の清浄度: アプリケーションに基づいて ISO 4406 コードを目指します。油圧式モバイル機器では、多くの場合 18/16/13 以上を目標とし、重要なシステムでは 16/14/11 以上を目指します。
• グランドクリアランス: 各シール断面については、製造元の推奨事項と ISO/OEM 仕様に従ってください。

よくある質問

1. ピストンロッドシールの故障の最も一般的な原因は何ですか?

汚染（研磨粒子、粉塵、水など）は最も一般的な根本原因です。摩耗、切り傷、摩耗の加速を引き起こします。効果的なろ過と堅牢な粉塵除去スクレーパーが主な予防策となります。

2.シール材質を変えずにはみ出しを防止できますか？

はい。バックアップリングの追加、グランド許容値の改善、圧力スパイクの低減（油圧ダンピングまたは圧力リリーフ）、および押し出しギャップの狭化により、材料が同じであっても押し出しを防止できます。

3. エラストマーシールと PTFE ベースのシールのどちらを選択すればよいですか?

一般的な用途には、摺動摩擦が低く、弾力性に優れたエラストマー（NBR、FKM）を使用してください。高圧、化学腐食、または極度の摩耗が発生する場合は、PTFEまたは充填PTFEを使用してください。PTFEは低摩擦で優れた耐押し出し性を備えていますが、弾性が低いため、適切なグランド設計が必要です。

4. ピストンロッドシールはどのくらいの頻度で点検または交換する必要がありますか?

点検頻度は、デューティサイクルと環境によって異なります。高負荷環境や汚染された環境では、毎月の目視点検と四半期ごとの詳細点検が一般的です。漏れが許容限度を超えた場合、または目視で摩耗が確認された場合は、シールを交換してください。オイル分析や圧力ログなどの予測モニタリングを活用して、点検間隔を最適化してください。

5. ロッドの表面を研磨するとシールの寿命は延びますか?

はい。ロッドの表面仕上げを規定のRa制限内に改善し、硬質クロムまたは同等の硬化処理を施すことで、シールの摩耗を低減できます。ただし、研磨しすぎには注意してください。表面が滑らかすぎると皮膜の保持力が低下する可能性があります。推奨仕上げ範囲（Ra 0.2～0.8µm）に従ってください。

6. シール材の化学的適合性を確認できるテストは何ですか?

膨潤試験（ASTM D471）、引張強度変化、流体暴露後の硬度変化、および温度加速劣化試験は標準試験です。重要な用途では、正確な流体配合および添加剤を用いた実験室での適合性試験の実施を推奨します。

お問い合わせ・製品に関するお問い合わせ

ピストンロッドシールの不具合診断、材質選定、カスタムシールの調達など、サポートが必要な場合は、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ソリューションをご提供いたします。Polypacの製品ラインナップをご覧いただき、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、ダストリングのサンプルをご請求ください。カスタマイズされたPTFE配合、耐押し出し設計、またはシール材の開発など、Polypacは研究開発に基づいたサポートと、産業ニーズを満たす生産規模をご提供いたします。

Polypac まで見積りまたは技術相談を依頼してください: sales@polypac.com (または当社の Web サイトにアクセスしてください) — 最も迅速な対応を得るには、アプリケーションの詳細 (圧力、速度、流体、温度、および障害の写真) を記載してください。

参考文献

1. SKF — 油圧・空気圧シール。SKF製品情報およびエンジニアリングガイダンス。https://www.skf.com/group/products/seals/hydraulic-and-pneumatic-seals (アクセス日 2026年1月11日)
2. パーカーOリングハンドブック — 材料と設計データ。パーカー・ハネフィン。https://www.parker.com/Literature/Seals%20Division%20Europe/English%20Seals%20Division%20Library/Parker%20O-Ring%20Handbook.pdf (アクセス日 2026年1月11日)
3. Wikipedia — 油圧シリンダー。油圧シリンダーの機能と構成部品の概要。https://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_cylinder (アクセス日 2026年1月11日)
4. ISO — ISO 3601 (Oリング). 寸法及び公差に関する規格（参考）. https://www.iso.org/standard/57210. (アクセス日 2026年1月11日)
5. 業界ガイダンス - 油圧・空気圧（シールの選択とメンテナンスに関する技術記事と実用的なヒント）。https://www.hydraulicspneumatics.com/（アクセス日：2026年1月11日）