油圧システムと空気圧システムのピストンロッドシールの選択

油圧・空圧システムに関する豊富な経験を持つシール製造コンサルタントとして、ピストンロッドシールの選定についてエンジニアの皆様にアドバイスをさせていただいております。この記事では、油圧ロッドシールと空圧ロッドシールの要件の違い、材質とプロファイルの選択、試験およびメンテナンスの方法をまとめ、性能と寿命を考慮した最適なピストンロッドシールを選定するための実用的なガイダンスを提供します。また、推奨事項を裏付ける業界資料も併せて紹介いたします。

ロッドのシーリングの基礎を理解する

ピストンロッドシールの役割

私の実務において、ピストンロッドシールとは、可動ピストンロッドとシリンダーハウジング間の流体漏れを防止する動的シール要素と定義しています。片側圧力を保持し、汚染物質を遮断し、ロッド速度に耐え、動作温度と化学環境に耐える必要があります。効果的なロッドシールは、システム効率を維持し、汚染リスクを低減し、ダウンタイムを短縮します。

主な封印機能と二次的な役割

ピストンロッドシールは、漏れを防ぐだけでなく、ワイパーとして汚染物質を排出したり、ロッドをガイドして摩耗を軽減したり、速度に敏感な用途では低摩擦を実現したりするなど、二次的な役割を果たします。私は設計を評価する際に、圧力保持、摩擦、耐摩耗性という機能要件を分離し、適切な材料と形状を選択できるようにしています。

油圧システムと空気圧システムの要求の比較

動作条件：圧力、速度、温度

油圧システムは通常、空気圧システム（一般的に最大120 psi / 8 bar）と比較して、はるかに高い圧力（産業用途では1000～4000 psi / 70～280 bar）で動作します。高圧に対応するには、より厚いリップ、強化されたプロファイル、そして優れた耐押し出し性を備えた材料が必要となります。空気圧システムは圧力は低くなりますが、ロッド速度が速く、サイクルサイクルの頻度が高くなるため、低摩擦と優れた耐摩耗性が求められます。

汚染物質、潤滑、媒体の適合性

油圧作動油は潤滑性に優れ、通常はシール界面に潤滑油膜を形成し、摩擦と摩耗を低減します。空気圧システムでは、エアオイラーやルブリケーターを使用しない限り乾燥した圧縮空気を使用します。一方、シールは材料特性に大きく依存します。汚染物質も異なります。油圧システムは微粒子による摩耗や作動油の劣化の影響を受けますが、空気圧システムは埃や湿気に非常に敏感です。これらの違いは、ワイパーやスクレーパーの追加を推奨するかどうか、またどのエラストマーやPTFEブレンドを選定すべきかという点に影響を与えます。

比較概要表

アプリケーションのガイダンス、テスト、メンテナンス

クライアントに使用する選択チェックリスト

シールの仕様を指導するときは、よくある間違いを避けるためにチェックリストを実行します。

• 動作圧力（最大および定常状態）および差圧スパイクが発生するかどうか。
• ロッドの表面硬度と仕上げ - 粗いロッドは摩耗を加速します。推奨される Ra は材質に応じて 0.2～0.6 μm です。
• ロッドの速度と加速度は、摩擦熱と摩耗モードに影響します。
• 温度（最小/最大）と熱サイクル。
• 媒体の適合性（油圧油の種類、空気圧潤滑、または汚染物質）。
• 宇宙エンベロープ - 複合または複数コンポーネントのシーリング パックが適合するかどうか。
• メンテナンス間隔とサービスの容易さ - モジュラー シール キットによりダウンタイムが短縮されます。

試験、寿命推定、一般的な故障モード

加速ベンチテストとフィールドトライアルは非常に重要です。圧力、速度、汚染プロファイルを再現する耐久テストを実施することをお勧めします。私が遭遇する一般的な故障モードとしては、押し出し（バックアップリングの不足または不適切な許容誤差による）、熱硬化（材料の温度範囲外）、汚染物質による摩耗、化学的膨潤などがあります。

材料の選択や標準化された試験方法の指針として、業界の参考資料や規格が役立ちます。例えば、Oリングの規格や寸法は、以下のような団体によって文書化されています。ISO大手メーカーのシール設計ハンドブックには、検証済みのテスト データが提供されています。

ポリパック：ピストンロッドシールの選択をサポートする機能と方法

ポリパックの概要と強み

Polypacは、シール製造、シール材開発、そして特殊な動作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兼オイルシールサプライヤーです。私は、材料科学と製造精度の融合が求められるプロジェクトでPolypacと緊密に連携しています。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を有し、工場スペースは8,000平方メートルです。同社の生産設備と試験設備は、業界最先端のものの一つです。

製品範囲と技術的範囲

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、同社の製品ラインには、NBR、FKM、シリコン、EPDM、FFKM製のOリングが含まれています。ピストンロッドシールに関連する主な製品には、以下のものがあります。

• Oリング
• ロッドシール
• ピストンシール
• 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

中国最大級のシール製造・開発企業であるPolypacは、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。同社の研究開発および試験リソースは、要求の厳しい油圧・空気圧アプリケーションにおける材料選定やシールプロファイルの検証に貢献しています。

カスタムロッドシーリングソリューションにPolypacを推奨する理由

私のコンサルティング経験から、ポリパックの競争優位性は、充填PTFE配合に関する深い材料専門知識、幅広いエラストマーポートフォリオ、高度な製造・試験設備、そしてカスタマイズされたシールキットを大規模に製造する能力にあります。これらの強みは、極度の圧力、特殊な媒体、あるいは既製の設計では対応できない特殊な環境において、最適なシーリングが求められる際に大きな力となります。

実用的な例とトラブルシューティングのヒント

ケース：押し出し加工による高圧油圧シリンダー

問題：250barの油圧シリンダーで、断続的な圧力上昇後にロッドグランドのリップが押し出されました。診断：バックアップリングのクリアランス不足と軟質のエナジャイザー。解決策：PTFE製スライディングリップ、より硬質のFKM製エナジャイザー、そしてカスタマイズされたPTFE製バックアップリングを備えた強化ロッドシールを指定しました。交換後、フィールドテストで漏れと押し出しは発生しなくなりました。

事例: 高サイクル摩耗空気圧アクチュエータ

問題：包装ラインの空気圧アクチュエータが摩耗により頻繁に故障していました。診断：乾燥した圧縮空気、高頻度サイクル、不適切なワイパー。解決策：カーボン充填PTFEロッドシールと堅牢なポリウレタンワイパーに切り替え、さらにシンプルなインラインエアフィルターとルブリケーターを追加しました。これにより、耐用年数が5～8倍に向上しました。

よくある質問

1. Q: 油圧シリンダーと空気圧シリンダーに同じピストンロッドシールを使用できますか?

   A: 通常は理想的ではありません。油圧シールは高い耐押し出し性が必要であり、油潤滑のため多少の摩擦を許容できます。一方、空気圧シールは、乾燥状態が多い状況で低摩擦と低摩耗を優先する必要があります。ハイブリッドソリューションも存在しますが、動作圧力、速度、媒体に基づいて選定する必要があります。

2. Q: ピストンロッドの表面仕上げはどのようにすればよいですか?

   A: ほとんどのダイナミックロッドシールでは、表面粗さRaを0.2～0.6μmにすることを推奨します。溝入れを防ぐため、クロムメッキロッドの場合、硬度は通常52 HRC以上、または同等の硬度が必要です。ベンダー固有の推奨事項はシール材質によって異なります。

3. Q: PTFE 充填シールとエラストマー リップ シールは、どのような場合に使用すればよいですか?

   A: 低摩擦、低潤滑性、または高速空圧用途、および耐薬品性が必要な場合には、充填PTFEを使用してください。作動油による油膜潤滑があり、ロッドのずれに対する弾力性が必要な場合は、エラストマーリップシール（NBR、FKM）の方が適していることが多いです。

4. Q: バックアップリングはどれくらい重要ですか?

   A: 高圧油圧システムでは非常に重要です。バックアップリングは、軟質エラストマーがクリアランスギャップに押し出されるのを防ぎます。圧力が材料固有の限界を超える場合、または押し出しギャップが大きい場合に指定する必要があります。

5. Q: ピストンロッドシールの寿命を延ばすメンテナンスは何ですか?

   A: 定期的なロッド表面検査、清浄な流体/空気、適切な濾過、正しい取り付けトルクの確保、そしてワイパーまたはシールの定期的な交換。ロッドの傷や腐食は、小さな欠陥がシールの不具合を早めるため、直ちに対処してください。

特定の油圧または空圧アプリケーション向けのピストンロッドシールの選定でお困りの場合、またはPolypacの製品カタログやカスタムサービスについてご検討されたい場合は、お気軽にお問い合わせください。ご相談とサンプル評価を承ります。お客様の運転データから、検証済みのシール仕様書を作成するお手伝いをいたします。

お問い合わせ・製品に関するお問い合わせ:カスタマイズされたソリューションと製品の詳細（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）については、Polypac の技術営業チームにお問い合わせのうえ、材料のオプションとテスト機能についてご相談ください。