ロッドスクレーパーシールの性能試験と品質基準

私は長年にわたり、OEMやメンテナンスチームにシーリングシステムに関するアドバイスを提供してきた実務経験に基づき執筆しています。この記事では、油圧ロッドを汚染物質から保護し、摩擦と漏れを最小限に抑える部品であるロッドスクレーパーシールの実用的な性能試験と品質基準を概説します。検証可能な試験方法、材料のトレードオフ、測定可能な合格基準、そしてシール関連のダウンタイムを削減し、部品寿命を延ばすために今日から実行できる対策に重点を置いています。推奨事項を検証可能かつ実践可能なものにするために、必要に応じて規格や技術資料を参照しています。

油圧システムにおいてロッドスクレーパーシールが重要な理由

主な機能とシステムレベルの影響

ロッドスクレーパーシール（ワイパーシールまたはダストシールとも呼ばれる）は、外部環境と油圧シリンダーとの間の最前線の防御壁です。その主な目的は、ピストンロッドがシリンダー内に引き込まれる際に、ロッドから埃、汚れ、液体の汚染物質を除去し、研磨粒子が油圧システムに侵入してロッドシール、ピストンシール、ベアリング、シリンダーボアを損傷するのを防ぐことです。スクレーパーが故障すると、汚染物質による摩耗が油圧回路全体で加速し、漏れの増加、効率の低下、そして部品の早期交換につながります。

一般的な故障モードと測定可能な症状

現場検査では、3つの故障パターンを日常的に目にします。(1) リップの摩耗または変形によるワイピング効果の低下、(2) エラストマーの硬化または化学的侵食によるシール機能の低下、(3) 保持力の低下または取り付け時のフィット感の低下によるシールのはみ出しまたは脱落です。典型的な測定可能な症状としては、作動油中の微粒子数の増加、ロッドシールからの漏れ率の上昇、ロッド自体の表面の傷や腐食などが挙げられます。これらの指標を追跡することで、スクレーパーの劣化を早期に検知できます。

監視すべき主要業績評価指標（KPI）

チームが監視することを推奨するKPIは、汚染物質侵入率（粒子数/mL、ISO 4406分類）、ロッド表面粗さの変化（µm Ra）、静的および動的リーク（指定圧力におけるmL/分）、スクレーパーリップ摩耗（百万サイクルあたりの摩耗量mm）です。これらのKPIは、ラボ環境と現場環境の両方で測定可能であり、耐用年数やメンテナンス間隔と直接相関しています。

ロッドスクレーパーシールの性能試験プロトコル

静的および動的漏れ試験

リークテストは、スクレーパーが加圧下または動作中に許容できない流体のバイパスを許容するかどうかを判定します。静的リークテストは一定圧力下での浸透を測定し、動的リークテストは代表的なロッド速度と温度における往復運動中の流体の移動を測定します。デバイスの最悪ケースの圧力と温度で動的リークテストを実施することをお勧めします。重要な用途では、最低10万サイクルの試験を実施してください。シール要素のリークテストの原理については、Oリングおよびシール設計に関する一般的な文献（例えば、Oリング流体動力命名法の概要とISOガイダンスISO。

摩耗、摩擦、粒子侵入試験

スクレーパーの汚染物質除去・保持能力は、管理された摩耗試験および粉塵侵入試験によって最もよく検証されます。私は通常、粒度分布が制御された砂粒またはシリカ粉塵を使用し、シール上に蓄積した異物と二次シールに到達した粒子の両方を測定します。エラストマーの標準化された摩耗試験（ラボドラム摩耗試験など）と、試験運転後の油圧作動油の粒子数測定は実用的です。曝露後のロッド表面粗さの変化を追跡すること（形状測定）も重要です。

圧力サイクル、押し出し、保持試験

スクレーパーは主要な圧力シールではありませんが、圧力差を受けるため、圧力スパイクやロッドのずれによるはみ出しや変位に耐える必要があります。圧力サイクル（シリンダーに繰り返し圧力勾配を加えること）は、はみ出しや保持力の弱点を露呈させる可能性があります。私が推奨する合格基準は、永久的なはみ出し、シールの脱落がなく、規定回数（例えば、高負荷用途では100万サイクル）の試験後もワイピング形状が維持されることです。

品質基準と材料の選択

材料の選択：トレードオフと経験的範囲

スクレーパーの動作範囲は、材料の選択によって決まります。私の経験から、業界で広く使用されている実用的な温度範囲と耐薬品性の範囲を以下に示します（代表的な範囲です。サプライヤーのデータシートでご確認ください）。

これらの範囲は、メーカーの文献や、次のような一般的な参考文献と一致しています。PTFEエラストマーデータの概要ウィキペディア正式なエラストマー分類についてはASTM D2000（ASTM D2000）。

寸法公差と製造品質保証

溝設計におけるシール効果と保持力の両方において、寸法精度は不可欠です。私は、寸法検査（CMMまたは校正済みゲージ）、製造ロット間の硬度（ショアA）マッピング、バッチトレーサビリティを含む包括的な検査計画を強く推奨します。許容差は溝設計とロッド表面仕上げに基づいて決定する必要があります。重要なシステムについては、サプライヤーが提供するPPAP形式の文書と初回品検査報告書を推奨します。

化合物の試験と認証

適合証明書（CoC）、材料証明書、および加速劣化試験報告書は、すべての製造ロットに添付する必要があります。加速劣化試験（熱、オゾン、液体浸漬試験）は、特性の損失を定量的に評価し（例：引張強度、伸び、硬度の変化率）、寿命予測をサポートします。調達部門で必要な場合は、顧客固有の規格または規制上の制約への準拠を確認し、認定試験機関に試験報告書を依頼して、製品の性能を検証してください。

設計、設置、実世界での検証

故障リスクを軽減するための設計上の考慮事項

優れた設計は試験負担を軽減し、現場での信頼性を向上させます。スクレーパーリップの形状は、過度の摩擦なしに汚染物質を拭き取るのに十分な低い接触圧を実現できることを確認してください。過酷な環境にはセグメント型またはダブルリップ型スクレーパーの使用を検討し、表面汚染や位置ずれのリスクが高い場合は、予備の保持機能（例：スナップイン設計、金属製の押し出し防止リング）も備えてください。調達書類には、ロッドの最大許容表面粗さ（例：シールの種類に応じてRa ≤ 0.4 µm）と耐腐食性ロッドコーティングを必ず明記することをお勧めします。

現場でのテスト、診断、メンテナンスの実践

ラボ試験は必要ですが、それだけでは十分ではありません。現場での検証には、定期的な流体粒子数測定（ISO 4406分類）、燃料棒表面検査、漏れおよび電力消費のモニタリングが含まれます。粒子数の増加や漏れ率の増加などのKPI閾値に基づいて開始される、状態ベースのインターバルを備えた構造化された保守プログラムにより、予期せぬ故障を防止します。オーバーホール中のビデオボアスコープ検査と燃料棒形状測定は、ラボでの予測と比較するための客観的なデータを提供します。

ポリパックの機能とサプライヤーが検証をサポートする方法

お客様が統合的なサポートを必要とする場合、私は材料の研究開発、生産規模、試験能力を兼ね備えたメーカーとの連携を推奨することがよくあります。Polypacは、シール製造、シール材料開発、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およびオイルシールサプライヤーです。

ポリパック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、そのうち工場面積は8,000平方メートルです。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・開発企業として、ポリパック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。

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。主な製品には、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。

私の経験上、Polypacのようなサプライヤーが他社と一線を画すのは、材料科学の専門知識、ラボ試験能力、そしてカスタムコンパウンドと形状を提供できる能力の組み合わせです。これは、工場との共同検証、カスタムメイドの加速劣化試験レポート、あるいは過酷な条件に対応するカスタムメイドのスクレーパーが必要な場合に特に役立ちます。

実践：テスト計画のチェックリストと受け入れ基準

サンプルテスト計画チェックリスト

以下は、ロッド スクレーパー シールの受け入れ前に検証するために使用する実用的なチェックリストです。

• 材料検証: 原材料証明書、ASTM/ISO 参照。
• 寸法検査レポート：初品およびバッチサンプル。
• 生産ロットの硬度および引張試験。
• 動的漏れテスト: 指定された圧力、温度、サイクル数。
• 下流の粒子カウントによる摩耗/粉塵侵入テスト。
• 圧力サイクルおよび押し出し抵抗テスト。
• 特性保持メトリックを使用した加速老化 (熱、オゾン、液体浸漬)。
• KPI モニタリング (粒子数、漏れ、ロッド表面の変化) によるフィールドパイロット実行。

受け入れ基準の例（説明）

以下は、大型油圧機器に推奨する控えめで実用的な目標です。

• 動的漏れ: 定常往復運動中の定格圧力で ≤ 0.5 mL/分。
• 粒子の侵入: 規定のテスト実行後、シール下流で 1 つの ISO 汚染クラス (ISO 4406) を超える増加はありません。
• リップ摩耗: 500,000 サイクル後でも 0.1 mm 未満の損失 (材質によって異なります)。
• 定格圧力の 1.5 倍の圧力サイクルを 1000 サイクル実行した後も、押し出しや永久変形は発生しません。

データ記録とトレーサビリティ

材料と試験結果のロットレベルのトレーサビリティを確保してください。機器のシリアル番号にリンクされたデジタル記録（PDF形式の試験報告書、製造ロットID、サプライヤーのCoC）を維持してください。これは、現場で故障が発生した場合の根本原因分析に非常に役立ち、保証請求や継続的な改善プログラムのサポートにも役立ちます。

よくある質問

Q1: 油圧シリンダーのロッドスクレーパーシールはどのくらいの頻度で交換する必要がありますか?

A: 交換間隔は環境と使用頻度によって異なります。粉塵や研磨性の高い環境では、3～6ヶ月間隔で点検を行い、KPI（粒子数の増加、目に見えるリップの摩耗）に基づいて交換することをお勧めします。クリーンで低負荷のアプリケーションでは、年1回の点検で十分な場合があります。可能な限り、固定カレンダー交換ではなく、状態ベースのメンテナンスを実施してください。

Q2: スクレーパーシールはロッドシールからの漏れを減らすことができますか?

A: 間接的には可能です。スクレーパーは、ロッドシールに到達する前に研磨性汚染物質を除去することで、一次ロッドシールの寿命と効率を延ばし、摩耗による漏れを低減します。ただし、スクレーパーは一次圧力シールとして機能するようには設計されていません。

Q3: 海洋環境におけるスクレーパーシールに最適な材料は何ですか?

A: 海水にさらされる場合、耐候性と耐水性に優れたEPDMがよく使用されますが、炭化水素や高温にさらされる場合はFKMが選択されることもあります。耐腐食性のロッドコーティングとステンレス鋼製リテーナーも、海洋環境での性能を向上させます。

Q4: サプライヤーのテスト要求をどのように検証すればよいですか?

A: 認定試験機関に完全な試験報告書を要求し、バッチレベルのトレーサビリティを確保し、可能であれば独立した第三者機関による試験検証を受けてください。試験機関のデータだけでは結論が出ない場合は、現場でのパイロット試験や製品サンプルの採取も有効です。

Q5: ロッドの表面仕上げはどのような役割を果たしますか?

A: ロッド表面仕上げは非常に重要です。粗すぎるとスクレーパーリップが摩耗し、滑らかすぎると材質によっては保持力や密着性に問題が生じる可能性があります。ロッド表面のRa（多くの油圧シールでは通常0.2～0.8µm）の指定と検証は重要です。推奨範囲については、シールサプライヤーにお問い合わせください。

Q6: 低摩擦アプリケーションに PTFE スクレーパーを使用できますか?

A: はい。充填された PTFE バリアントは優れた低摩擦性と耐薬品性を備えていますが、取り付け時の許容度が低くなる場合があり、保持力と密閉性を確保するために、サポート用エラストマー要素や特定の溝設計が必要になることがあります。

お問い合わせと次のステップ

これらの試験ガイドラインを貴社の船舶向け実用的な検証プログラムに反映させる上でサポートが必要な場合、またはカスタムロッドスクレーパーシールと試験サポートが必要な場合は、製品オプション、試験能力、サンプル請求についてPolypacまでお問い合わせください。Polypac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、ダストリングなどのカスタムシールを製造しており、厳しい作業条件にも対応できる技術試験データとカスタマイズされたソリューションを提供できます。

重要な用途では、小規模なパイロットテストから始めることをお勧めします。サンプルを要求し、必要な試験条件を指定し、ラボの結果とフィールドパイロットデータを比較します。このアプローチにより、リスクを最小限に抑え、本格的な生産段階にスケールアップする前に定量的な信頼性を得ることができます。