重負荷産業機器向けPTFEオイルシール設計

高性能シールの設計原則

大型機器にPTFEオイルシールソリューションを選ぶ理由

重工業設備は、シール部品に極めて厳しい要求を課します。例えば、大きな温度変化、研磨性汚染物質、高圧、強力な潤滑剤、そして長いサービス間隔などです。PTFEオイルシールとは、一般的にポリテトラフルオロエチレン（PTFE）ベースのシールリップまたは部品（純PTFEまたは充填PTFEコンパウンド）を使用し、低摩擦、広い温度耐性、優れた耐薬品性を実現したシールを指します。従来のPTFEオイルシールと比較して、エラストマーシールPTFE ベースのシールは、エラストマーの押し出し、膨張、または熱劣化が懸念される厳しい環境でより優れた性能を発揮します。

材料のバリエーション：オイルシールに適した充填PTFEの選択

充填PTFEコンパウンドとそれがPTFEオイルシールの性能にどのように影響するかを理解する

純粋なPTFEは優れた耐薬品性と耐熱性を備えていますが、機械強度に限界があり、持続的な負荷がかかると低温流動（クリープ）の問題が生じます。これを克服するため、メーカーは充填剤入りPTFE（ブロンズ、カーボン、グラファイト、MoS₂、ガラス）を使用し、摩擦、耐摩耗性、寸法安定性を調整します。充填剤の選択は、慣らし運転時の挙動、相手材との適合性、潤滑剤との相互作用に直接影響します。

耐久性の高いPTFEオイルシールの設計要素

リップ形状、エナジャイザー、ハウジング設計

効果的なPTFEオイルシールの設計は、適切なシールリップ形状、適合性のあるエナジャイザー（スプリングまたはエラストマー製エナジャイザー）、そしてアライメントを維持し押し出しを防止するメカニカルハウジングの組み合わせです。一般的な設計要素には以下が含まれます。

• シングルリップとダブルリップの形状: ダブルリップは、汚染の排除や漏れ経路に対する二次的なシールを追加します。
• 圧力緩和機能: 背面のベベル、溝、または圧力緩和チャネルにより、PTFE リップへの過度の負荷を防止します。
• エナジャイザー: らせん状のスプリング、C リング、またはエラストマー エナジャイザーがリップ プリロードを供給します。適切な選択により、接触圧力と摩耗寿命のバランスが保たれます。
• 相手面の硬度と仕上げ: 研磨され硬化されたシャフト (Rc 50～60)、Ra が通常 0.4 μm 未満の場合、PTFE リップの寿命が延びます。柔らかいシャフトや粗いシャフトの場合、摩耗が増加します。

設計公差スタックでは、ラジアルクリアランス、押し出しギャップ、および熱膨張を考慮する必要があります。PTFE はエラストマーに比べて弾性回復率が低いため、負荷がかかった状態で漏れやリップの歪みが生じないように、慎重な公差設定が必要です。

性能限界：温度、圧力、摩擦、摩耗

PTFEオイルシールの材質と設計を動作範囲に適合させる

PTFEの使用可能温度範囲は広く（充填材と負荷に応じて、通常約-200°Cから+260°Cまで連続使用可能）、機械性能（耐クリープ性、摩耗率）は温度と圧力によって変化します。エラストマーとは異なり、PTFEは多くの流体中で膨潤しませんが、高い接触圧力と高いPV条件では摩耗が加速されます。設計者は、漏れ防止のためのシーリング接触圧力と摩耗増加のための摩擦熱のバランスをとる必要があります。システム圧力が高い場合（20 MPa超）、金属または複合材によるバックアップ/サポート構造と狭い押し出し隙間が不可欠です。

潤滑剤および汚染物質との適合性

PTFEオイルシールが油圧流体、オイル、汚染物質に対してどのように反応するか

PTFEは、鉱油、PAO、エステル、そして多くの腐食性媒体を含むほとんどの油圧作動油に対して化学的に不活性です。しかしながら、潤滑剤中の添加剤（例：洗浄剤、分散剤）は、シール設計に組み込まれたエラストマー部品（エナジャイザー、シーリングブーツ）に影響を与える可能性があります。水の浸入、微粒子、研磨剤は主な摩耗要因であり、PTFEシールの寿命を最大限に延ばすには、効果的な除去（スクレーパー／ダストリップ）とろ過が不可欠です。

PTFEオイルシールシステムの故障モードとトラブルシューティング

漏れや摩耗の一般的な原因と実用的な是正措置

一般的な障害モードは次のとおりです。

• 摩耗: リップとシャフトの間の粒子によって発生 - 軽減策: ろ過を改善し、ダスト リップ/スクレーパーを追加します。
• 過度のコールドフローまたは押し出し: 高圧および高温下 - 軽減策: 充填 PTFE (青銅、ガラス) を使用し、バックアップ リングを使用して押し出しギャップを狭めます。
• 熱劣化: 摩擦熱または高温流体によるもの - 軽減策: 潤滑性を向上させる、接触圧力を下げる、または高温充填剤を選択する。
• 硬い相手材の損傷: 粗いシャフトは PTFE の摩耗を加速します - 軽減策: シャフトを研磨して硬化し、Ra 仕様を維持するか、スリーブを使用します。

根本原因分析には、リップの摩耗パターン、シャフト仕上げ、潤滑剤の状態、および組み立て許容範囲の検査を含める必要があります。

PTFEオイルシールの試験、規格、検証

耐久性の高いシール性能を検証するためのベンチテストと標準

現場環境を再現したベンチテスト（動的摩耗試験、加圧下での漏れ試験、始動・停止時の乾燥摩擦試験、熱サイクル試験など）により、PTFEオイルシールの設計を検証します。参照すべき業界の試験方法および規格には、回転式および往復動式シールに関するISO規格やメーカーの試験プロトコルなどがあります。記録すべき典型的な試験パラメータは、PV限界、指定圧力および速度における漏れ率、漏れ開始圧力、シャフトの振れ許容値、耐久サイクルです。

選択チェックリスト：機器に適したPTFEオイルシールの選択

現場の要件をシール仕様に変換するための実用的なチェックリスト

PTFE オイルシールを指定するときは、次のチェックリストを使用してください。

• 動作温度範囲（最小/最大）
• 最大システム圧力と圧力過渡
• 相対運動の種類：往復運動、回転運動、振動運動
• 相手軸/ハウジングの表面仕上げと硬度
• 流体/化学物質の適合性と汚染物質の存在
• 予想されるメンテナンス間隔と許容漏れ率
• スペースと押し出しギャップの制約
• 摩耗、摩擦、剛性のニーズに基づいて推奨される充填剤（青銅、炭素、グラファイト、MoS₂、ガラス）

Polypac: カスタム油圧シールメーカーおよびPTFEオイルシールサプライヤー

ポリパック社が高耐久性PTFEオイルシールプログラムをサポートする方法

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条件に対応します。2008年に設立されたPolypacは、充填PTFEシール（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）の製造から事業を開始しました。現在、Polypacの製品ポートフォリオには、NBR、FKM、シリコン、EPDM、FFKM製のOリングとシールが含まれており、PTFEリップ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設計をサポートしています。

工場と能力:

• カスタムゴムリングおよびOリング工場面積：>10,000 m²、生産フロア：8,000 m²。
• 業界リーダーに匹敵する高度な製造およびテスト設備により、狭い押し出しギャップと制御されたリップ プロファイルの精密成形と後処理が可能になります。
• 強力な研究開発の連携: 国内外の大学や研究機関と長期にわたって協力し、カスタマイズされた充填剤や複合配合を開発します。

コア製品の強みと提供内容（競争上の差別化要因）:

• 摩擦、摩耗、剛性のアプリケーション固有のトレードオフに対応する幅広い PTFE 充填コンパウンド。
• カスタム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、ダストリングなど、単一コンポーネントの供給ではなく、完全なシーリングシステムを実現します。
• 社内での材料開発とテストにより、特殊な作業条件（高温、高圧、研磨媒体）のお客様の開発サイクルが短縮されます。
• プロトタイプ検証および現場テストの技術サポートと組み合わせた大量生産能力。

つまり、Polypac の技術的な深さ (材料科学、充填 PTFE の経験)、製造規模、およびシール システムのアプローチにより、同社は、カスタム コンパウンド チューニングや統合シール スイートが必要な場合など、耐久性の高い PTFE オイル シール プログラムの実用的なパートナーになります。

ケーススタディの洞察と推奨されるベストプラクティス

PTFEオイルシール技術を使用した高負荷設備からの設計上の教訓

現場プロジェクトから繰り返し得られる 3 つの教訓:

1. 相手面の品質はシールコンパウンドと同様に重要です。シャフトの硬度や仕上げを向上させることで、コンパウンドのみを変更するよりも寿命が大幅に向上することがよくあります。
2. ハイブリッド設計 (PTFE リップ + エラストマー/金属エナジャイザー) により、PTFE による低摩擦と耐薬品性、さらにエナジャイザーによるスプリング プリロードと弾力性の利点が最大限に発揮されます。
3. 予測される塩分や研磨性のある環境では、犠牲スクレーパーと強力なろ過が必要です。シールは重度の汚染に対する主な防御策ではありません。

コストとライフサイクル分析：PTFEオイルシールのアップグレードのROI

PTFEベースのシーリングシステムへの切り替えを正当化する方法

PTFEオイルシールとそれに伴う機械加工/公差のアップグレードにかかるコストは、標準的なエラストマーシールよりも高額になることが多いですが、多くの高負荷用途において、ライフサイクル全体でのメリットにより総所有コスト（TCO）の削減が期待できます。具体的には、交換頻度、停止回数の減少、平均メンテナンス間隔（MTBM）の延長、潤滑油の汚染低減などが挙げられます。ROIを評価する際には、直接的な交換頻度、1時間あたりのダウンタイムコスト、人件費とスペア在庫コスト、そして漏れによる二次的損害のリスクを考慮する必要があります。

設置、メンテナンス、一般的な現場チェック

PTFEオイルシールの寿命を延ばすための実用的なヒント

主なインストールとメンテナンスのヒント:

• 清潔さ: 清潔な環境で組み立て、PTFE リップに傷がつかないようにします。
• 組み立て時には、シャフトのエッジのリップが切れないように保護スリーブを使用してください。
• シャフトの振れと位置合わせを確認してください。過度のラジアルまたはアキシャルの振れは摩耗を加速させます。
• リップの摩耗パターン、バックアップ リング、エナジャイザーの状態を定期的に検査することで、重大な漏れが発生する前に予防的な交換を行うことができます。

FAQ — PTFEオイルシールに関するよくある質問

1. PTFE オイルシールの動作温度範囲はどのくらいですか?

PTFEの典型的な連続使用温度範囲は約-200°C～+260°Cですが、正確な温度範囲は充填剤の種類と機械的負荷によって異なります。充填剤入りPTFEコンパウンドは高温クリープ耐性を向上させることができますが、各コンパウンドは使用温度および圧力条件において検証する必要があります（出典：PTFE材料データ）。

2. PTFE オイルシールは回転用途と往復動用途の両方に使用できますか?

はい。PTFEの各種は、回転シールと往復動シールに使用されています。充填材とリップ形状の選択は、速度、ストローク、表面仕上げ、潤滑状態によって異なります。カーボン充填PTFEは、動的な回転用途に適していることが多く、ブロンズ充填PTFEまたはガラス充填PTFEは、高回転の往復動シールによく使用されます。

3. PTFE シールを使用した高圧アプリケーションでの漏れを減らすにはどうすればよいですか?

コールドフローを低減するために充填PTFEを使用し、バックアップリングによるタイトな押し出し隙間、圧力リリーフ設計、適切な通電を実施してください。また、ハウジングの公差、シャフトの硬度／仕上げを確認し、押し出しと摩耗を最小限に抑えてください。

4. PTFE オイルシールは油圧作動油や合成潤滑油と互換性がありますか?

PTFEは、ほとんどの油圧作動油、鉱油、合成潤滑油に対して化学的に不活性です。ただし、エラストマー系エナジャイザーや一体型部品との適合性を確認し、PTFE以外の部品に影響を与える可能性のある添加剤の化学的性質を考慮する必要があります。

5. PTFE リップシールの主な故障メカニズムとその診断方法は何ですか?

主な故障モードには、アブレッシブ摩耗、押し出し／コールドフロー、摩擦熱による熱損傷、および相手面の劣化による損傷などがあります。診断は、摩耗パターンの目視検査、漏れ率の測定、シャフト仕上げと潤滑剤の状態の分析によって行われます。

6. 新しい高耐久性シリンダー設計に PTFE オイルシールを指定するにはどうすればよいでしょうか?

動作温度、最大圧力および過渡現象、動作の種類と速度、シャフト／ハウジングの公差、流体の種類、汚染環境、想定されるメンテナンス間隔などをご提供ください。これらのデータに基づき、フィラーの種類、リップ形状、エナジャイザー、バックアップ装置を選定してください。最悪のサイクルを想定したプロトタイプテストもご検討ください。

連絡先と製品へのアクセス

カスタムPTFEオイルシールソリューションのリクエスト

用途に特化したPTFEオイルシール、カスタムコンパウンドの開発、あるいは高負荷機器向けの完全なシーリングシステムが必要な場合は、エンジニアリングサポート、サンプル、検証テストについてPolypacまでお問い合わせください。製品ライン（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）をご覧いただき、お客様の運用プロファイルに最適なPTFEオイルシール設計についてお見積もりまたは技術相談をご依頼ください。

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 2025-12-22).
• MatWeb — PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）の材料特性。https://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?matname=polytetrafluoroethylene（アクセス日 2025-12-22）。
• SKF — シール製品情報。https://www.skf.com/group/products/seals（アクセス日2025年12月22日）。
• Parker Hannifin — シールおよび PTFE 材料の技術リソース。https://www.parker.com (アクセス日 2025-12-22)。
• Chemours — テフロン（PTFE）の概要。https://www.chemours.com/en/brands/teflon（アクセス日2025年12月22日）。
• ISO — 国際標準化機構。https://www.iso.org（シールとテストの規格を参照。2025年12月22日にアクセス）。