PTFEオイルシールのカスタマイズ：リッププロファイルと補強

シール性能の最適化：PTFEオイルシールのリッププロファイルと補強

PTFEオイルシールが要求の厳しい用途に選ばれる理由

低摩擦、耐薬品性、広い温度範囲が求められる油圧、空圧、回転式アプリケーションにおいて、PTFEオイルシールの選択肢がますます増えています。PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）は、非常に低い摩擦係数、幅広い耐薬品性（多くの流体でpH 0～14）、そしてバージンPTFEで約-200℃から260℃までの使用温度範囲を兼ね備えています。これらの固有の材料的利点により、PTFEはオイルシールの優れたベース材料となっていますが、信頼性の高いシールを実現するには、リップ形状、補強、そしてエラストマーと比較して低い弾性回復率と高い冷間流動性を克服するための通電戦略に細心の注意を払う必要があります。（出典：Chemours Teflon製品情報、Wikipedia PTFE）

リッププロファイルの基礎とシール挙動への影響

リッププロファイルは、シールと接触面との間の主要なインターフェースであり、接触圧力分布、漏れ経路、摩擦、摩耗を左右します。PTFEオイルシールのカスタマイズでは、動作の種類（静止、往復、回転）、圧力、シャフトの硬度、表面仕上げ、速度に合わせてリップ形状を選択する必要があります。一般的なリッププロファイルの検討事項としては、シングルリップとダブルリップ、面取りリップとナイフエッジリップ、ワイピング機能と圧力バランス機能を組み合わせた複合形状などがあります。

一般的なPTFEリッププロファイルとアプリケーションガイダンス

以下は、選択に役立つ、PTFE オイルシールで一般的に使用されるリップ プロファイルの実際的な比較です。

PTFEオイルシールの強化戦略

バージンPTFEは比較的柔らかく、持続的な応力を受けると低温流動（クリープ）を示すため、補強材を用いることで耐荷重性の向上、押し出しリスクの低減、形状の安定化を図ることができます。主な補強材には以下のものがあります。

• ブロンズまたはガラス入りPTFE— 耐摩耗性を向上させ、クリープを低減します。摩擦特性の改善が必要な回転軸に役立ちます。
• 炭素またはグラファイト充填PTFE— 耐摩耗性能の向上と摩擦の低減を両立。ドライランニング能力が重要となる場合によく使用されます。
• 金属インサート/バックアップリング— 高圧アプリケーションにおいて、ラジアル剛性と押し出し抵抗を追加します。
• 春の活力剤— リップ部に埋め込まれた、または固定されたステンレス鋼のスプリングが、温度変化に対して信頼性の高い接触力を提供し、PTFE の限られた弾性を補います。
• エラストマーエナジャイザー/オーバーモールディング— エラストマー本体 (FKM、NBR など) 上の PTFE シール面により、PTFE 走行面を維持しながらプリロードと簡単な組み立てが実現します。

強化が材料の選択と製造に与える影響

充填PTFEと複合構造の選択によって、成形および機械加工の工程が変わります。充填PTFEグレードは機械加工性が異なりますが（一般的に耐摩耗性に優れています）、摩擦が若干高くなる場合があります。エラストマーにPTFEをオーバーモールドする場合は、特殊な共成形または接合プロセスと、層間剥離を防ぐための綿密な熱管理が必要です。スプリングで駆動するPTFEシールは、クリープや割れを加速させる応力集中を生じさせることなくスプリングをしっかりと固定するように設計する必要があります。

主な設計パラメータ：シャフト仕上げ、硬度、許容差、圧力限界

PTFEオイルシールのカスタム設計を成功させるには、リップ形状と補強をハードウェアに適合させる必要があります。一般的なエンジニアリングガイドライン（シールメーカーから提供された業界慣行の要約）：

• 推奨シャフト硬度: HRC 40～60。柔らかいシャフトの場合は、摩耗を減らすために硬化スリーブを使用してください。
• シャフト表面仕上げ (Ra): 動的 PTFE シールの場合 0.2～0.8 µm (8～32 µin)。表面が非常に滑らかな場合、摩耗は軽減されますが、流体保持に影響する可能性があります。
• シャフトの真円度と振れ: 偏心を最小限に抑えて、断続的なリップの浮き上がりや摩耗の加速を防止します。
• 圧力能力: 裏打ちされていない PTFE リップは通常、中程度の圧力に制限されますが、バックアップ リングと金属インサートにより、圧力能力が大幅に拡張されます (構成に応じて 10 ～ 20 MPa 以上)。

参考メモ: これらの範囲は、主要なシール製造業者および技術ハンドブックの業界ガイダンスと一致しています。正確な制限は、リップ プロファイル、エナジャイザー、および動作環境 (温度、媒体) によって異なります。

カスタムPTFEオイルシールのテスト、規格、検証

設計検証には、現場条件を反映したベンチテスト（加速摩耗試験、静的／動的条件下での漏れ試験、熱サイクル試験、耐薬品性試験、最大想定圧力での押し出し試験など）を含める必要があります。該当する場合は、ISO油圧シール試験プロトコルや各社独自のOEM耐久性試験などの参照標準規格も使用する必要があります。測定された漏れ量（cc/分）、摩擦トルク、および経時的な寸法変化を記載した試験報告書は、性能の検証可能な証拠となります。

コスト、リードタイム、製造可能性に関する考慮事項

カスタマイズは設計の堅牢性を高めますが、コストとリードタイムに影響します。単価に影響を与える要因には、複雑なリップツール（厳しい公差によりCNC/金型時間が長くなる）、充填PTFEコンパウンドの使用、多部品オーバーモールド、スプリングキャプチャー機能などがあります。認定されたカスタムPTFEオイルシール（試作ツール、サンプルテスト）の典型的なリードタイムは、複雑さとバックログに応じて4～12週間です。その後、量産のリードタイムはバッチサイズと仕上げ工程によって異なります。初期段階のDFMEA（設計故障モード影響解析）により、反復作業と市場投入までの期間が短縮されます。

アプリケーション例と選択チェックリスト

以下の質問を参考にして、PTFE オイルシールの要件に合わせてリップと補強材の選択肢を絞り込んでください。

1. 動作タイプ: 回転/往復/静止?
2. 動作圧力と最大圧力のスパイク?
3. 温度範囲と液体/化学物質への暴露?
4. シャフトの硬度、サイズ、表面仕上げ、振れは？
5. 許容できる摩擦と離脱トルクですか?
6. 二次リップまたはダストシールの汚染リスクとスペースエンベロープ?

例: 中程度の圧力と汚染を伴う高速回転軸 (3,000 rpm) の場合、二次ダスト リップと最適化されたナイフ エッジ一次リップを備えたエラストマー バックアップ上の複合 PTFE 走行面により、低摩擦、適応性、汚染耐性の最適なバランスが得られることがよくあります。

ポリパックのカスタムPTFEオイルシールおよび補強ソリューションの能力

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。

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。

ポリパックの主要製品と強み：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。競争上の強み：

• PTFE に関する深い専門知識 - カスタマイズされた耐摩耗性と摩擦特性を実現する複数の充填 PTFE グレードに関する経験。
• 高度な製造 - 精密機械加工、オーバーモールディング、スプリング キャプチャ テクノロジーにより、マルチコンポーネント PTFE シールを製造します。
• テストと研究開発のコラボレーション - 大学や研究機関と提携して、特殊な条件（高温、腐食性流体、真空）に対する材料とシールを検証します。
• 大規模施設 - 一貫した品質管理による試作と大量生産の両方を可能にする広大な工場敷地。

これらの機能により、Polypac は、リップ プロファイルの調整と適切な補強がパフォーマンスに重要となるカスタム PTFE オイル シール ソリューションを提供するのに最適です。

カスタムPTFEオイルシールを指定するエンジニア向けの実用的な推奨事項

見積依頼書 (RFQ) または技術仕様書を作成する際には、次の内容を含めます。

• 詳細な動作条件（温度、圧力、速度、媒体）
• シャフト/シリンダーの材質、硬度、表面仕上げ（Ra）および許容差
• 予想される寿命またはメンテナンス間隔と許容漏れ率
• 組立制約（半径方向/軸方向スペース）と設置方法
• 予算やリードタイムの​​制約

可能な場合は、実測値またはCADデータによる形状をご提供ください。シールサプライヤーと早期に連携し、予想される故障モード（摩耗、押し出し、熱劣化）について検討することで、再設計サイクルを短縮できます。

FAQ — よくある質問

Q1: 高速回転軸に最適なリッププロファイルは何ですか?
A1: 高速回転軸には、充填PTFEグレードのナイフエッジまたは薄型シングルリップが一般的に採用されています。これらのリップは摩擦を最小限に抑えるためです。スペースに余裕があれば、PTFEとエラストマーを複合させた設計により、予圧を高め、振動に対する感度を低減できます。

Q2: スプリング式 PTFE シールはいつ使用すればよいですか?
A2: 温度変化に関わらず安定した接触力、摩耗補正、または真空/低圧シールが必要な場合は、スプリング駆動型設計をご使用ください。特に、広い温度範囲で動作する静的および低速回転シールに適しています。

Q3: 充填された PTFE により、高圧時のバックアップ リングの必要性がなくなりますか?
A3: 充填PTFEは耐押し出し性を向上させますが、高圧下では、押し出しを防止し形状を維持するために、バックアップリングまたは金属インサートが必要になることがよくあります。必要性は、圧力、ギャップ寸法、リップ形状によって異なります。

Q4: PTFE シールにはどのようなシャフト仕上げが必要ですか?
A4: 動圧PTFEシールの一般的な推奨シャフト表面粗さは、Ra 0.2～0.8 µmです。表面が極端に滑らかだと流体保持力が低下し、シール挙動が変化する可能性があります。一方、表面が極端に粗いと摩耗が進行します。リップ形状と用途に合わせて仕上げを調整してください。

Q5: 化学的適合性と温度はリップと補強材の選択にどのように影響しますか?
A5: PTFEは幅広い耐薬品性と高温耐性を備えています。エラストマーエナジャイザーやオーバーモールドを使用する場合は、それらの耐薬品性と温度限界（例：FKMとNBR）を評価する必要があります。充填剤入りPTFEグレードは、化学的性質と熱的性質が若干変化する可能性があるため、対象環境における妥当性確認が必要です。

Q6: カスタム PTFE オイルシールの場合、サプライヤーにどのようなテストを要求する必要がありますか?
A6: リーク対圧力曲線、関連速度における摩擦トルク、加速摩耗試験（走行時間/kmまたはサイクル）、熱サイクルデータ、寸法安定性（クリープ）測定値をご請求ください。可能であれば、実システム条件下での社内検証用サンプルをご請求ください。

カスタマイズされたPTFEオイルシールソリューションについては、Polypacにお問い合わせください。

リッププロファイルの最適化から補強戦略、プロトタイプの検証まで、お客様に合わせたPTFEオイルシールソリューションが必要な場合は、Polypacの技術チームまでお問い合わせください。設計要件のご相談、エンジニアリングに関する推奨事項の提示、サンプルのご請求など、お気軽にお問い合わせください。製品カタログをご覧いただくか、お見積もりをご依頼ください。充填PTFEに関する当社の豊富な経験とマルチマテリアル製造技術が、お客様のシーリング課題にどのようにお応えできるかをご確認いただけます。

参考文献と参考文献

• ポリテトラフルオロエチレン（PTFE） — Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Polytetrafluoroethylene（アクセス日：2025年12月26日）
• Chemours — Teflon PTFE製品および技術情報。https://www.chemours.com/en/brands/teflon（アクセス日：2025年12月26日）
• SKF — シール：製品および技術リソース。https://www.skf.com/group/products/seals（アクセス日：2025年12月26日）
• 業界シール選定ガイダンス — メーカーの技術ノート（例：主要シールメーカーの技術ライブラリおよびハンドブック）。一般的なシャフト表面およびシールに関するガイダンスについては、上記のSKF技術リソースをご覧ください（アクセス日：2025年12月26日）。
• MatWeb — PTFEおよび充填PTFEコンパウンドの材料特性データベース。https://www.matweb.com/ (アクセス日 2025年12月26日)

具体的な試験規格およびプロトコルについては、油圧シールおよびポリマー試験に適用されるISOおよびASTM文書をご参照ください。Polypacなどのサプライヤーは、ご要望に応じて試験報告書や材料データシートを提供いたします。