スクレーパーシール材質ガイド：PTFE vs ポリウレタン vs ゴム

適切なスクレーパーシール材料の選定は、機械の信頼性、コンタミネーション制御、そしてライフサイクルコストにとって非常に重要です。本ガイドでは、ロッド、ピストン、ハウジングに使用されるスクレーパーシールとして、PTFE、ポリウレタン（PU）、ゴム（エラストマー）を比較します。摩耗、薬品への曝露、温度、動的条件下における材料の挙動を解説し、実用的な選定マトリックスと試験/設置のヒントを提供します。さらに、カスタマイズされたシーリングソリューションに関する実際の推奨事項とサプライヤーの能力についても解説します。

スクレーパーシールの材料選択が重要な理由

スクレーパーシールの主な機能と故障モード

スクレーパーシール（ダストリング、ワイパー）は、媒体側シールが露出する前に、ロッドまたはシャフトから汚染物質（汚れ、水、研磨粒子）を除去するように設計されています。スクレーパーシールは、侵入による摩耗を低減し、流体の汚染を防ぎ、システムの稼働率を向上させます。一般的な故障モードは、摩耗、硬質粒子による切削、化学的侵食、圧縮永久歪み、そして漏れや摩擦の増加につながる弾性の低下です。

考慮すべき主要なパフォーマンスパラメータ

スクレーパーシールの材質選定にあたっては、耐摩耗性、弾性／回復性、摩擦係数（作動力に影響）、圧縮永久歪みおよび長期クリープ、プロセス流体および汚染物質との化学的適合性、動作温度範囲などを考慮する必要があります。現場での選定にあたっては、初期コストと想定される耐用年数およびメンテナンス頻度を比較検討する必要があります。

材料別分析：PTFE、ポリウレタン、ゴム

PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）：低摩擦、高耐薬品性

PTFEは化学的に不活性で、摩擦係数が非常に低いことから高く評価されています。スクレーパーシールには、化学的な攻撃や非常に広い温度範囲での使用が想定される場合、PTFEおよび充填PTFE（カーボン、ブロンズ、ガラス充填）が用いられます。PTFEは、腐食性の高い化学薬品や極低温から高温環境（最大260℃まで使用可能。詳細はPTFE — Wikipedia）。

制約：純粋なPTFEは弾性回復率が低く、静的荷重下ではコールドフローしやすいため、動圧スクレーパー用途では、エンジニアリング形状や充填材として使用されることが多い。充填材は耐摩耗性を高め、クリープを低減するが、摩擦とコストが増加する可能性がある。

ポリウレタン（PU）：クラス最高の耐摩耗性

熱可塑性または熱硬化性ポリウレタンは、砂や粒子による機械的摩耗が主な脅威となるスクレーパーシールに広く使用されています。PUは優れた耐引裂性、耐切断性、高い耐荷重性、そして優れた弾性を備えており、様々な条件下でロッドとの接触を維持します。一般的な使用温度範囲は配合によって異なります（通常は約-40℃～+80℃ですが、特殊グレードではより高い温度範囲となります）。詳細は、ポリウレタン — Wikipedia。

制限事項としては、特定の化学物質（強力な酸化剤、一部の炭化水素またはケトン）に対する脆弱性、および加水分解安定性のないグレードでは加水分解を受ける可能性があることが挙げられます。湿潤環境や化学薬品を使用する環境では、適切なグレードの選択が不可欠です。

ゴム（エラストマー）：多用途でコスト効率に優れている

スクレーパーシールには、ニトリルゴム（NBR）、EPDM、FKM（Viton）、シリコンなどのエラストマーが一般的です。これらは優れた弾力性、適度な耐摩耗性、そして低コストを兼ね備えています。ニトリルゴム（NBR）はオイルベアリングシステムによく使用され、適度な温度範囲と耐油性を備えています（ニトリルゴム — Wikipedia）。

制限事項：各エラストマーには、化学的性質と温度特性がそれぞれ異なります。例えば、EPDMは水や蒸気に対しては優れていますが、石油系油に対しては劣ります。一方、FKMは熱や多くの油に対して耐性がありますが、高価です。摩耗が激しい条件では、ゴムはPUよりも摩耗が早くなる可能性があります。

パフォーマンス比較: 横並びデータと選択表

下表は、スクレーパーシールの使用における実際的な違いをまとめたものです。値と定性評価は一般的な市販グレードの標準的なものであり、正確な特性は配合と充填剤によって異なります。Oリングおよびシールの寸法と試験に関する規格については、ISOガイダンス（例：OリングおよびエラストマーシールのISO 3601シリーズ）。

出典: 確立された参考文献からの材料の概要と特性、例:PTFE — Wikipedia、ポリウレタン — Wikipedia、 そしてニトリルゴム — Wikipedia寸法および試験規格については、ISO 3601シリーズ（ISO）。

現実世界の意思決定のための表の読み方

- 化学物質への曝露と広範囲な温度変化が主な原因の場合は、PTFE (摩耗が重要なスクレーパーシールには充填 PTFE) を選択します。
- 汚れ、砂、金属粒子による研磨性の汚染が主な問題である場合、PU は耐摩耗性と弾力性のバランスが最も優れています。
- コストと汎用的なパフォーマンスが優先され、汚染物質が中程度の場合には、エラストマー (NBR または EPDM) が適切です。

アプリケーション固有の推奨事項、テスト、およびインストールのヒント

油圧シリンダー用スクレーパーシール（ロッドスクレーパー/ワイパー）

一般的なベストプラクティス：高摩耗性のPUスクレーパー、またはワイパーを組み合わせた構造（一次PUスクレーパーに二次エラストマーリップを追加することで、確実なシール接触を実現）を使用してください。過酷な薬品や高温にさらされるシリンダー（例：オフショア、薬品注入）の場合は、劣化を防ぐため、充填材入りPTFEワイパーの使用をご検討ください。

実行すべきテストと適格性評価

本格的な導入前に、代表的なグリットを用いた動的摩耗試験（エラストマーの場合はASTM D4040形式の摩耗試験が有用）、代表的な流体を用いた化学浸漬試験（膨潤と硬度の変化を評価）、および温度サイクル試験を指定または実施してください。可能であれば、充填PTFEグレードのサプライヤーデータシートと第三者機関の試験報告書を要求してください。寸法および性能のベンチマークについては、エラストマーシールのISOシリーズや関連するASTM試験方法などの規格を参照してください（ISO）。

スクレーパーの寿命を延ばすための設置と設計のヒント

• スクレーパー リップが過度の抵抗なく接触を維持できるように、正しい溝の形状と軸方向のプリロードを確保します。
• ロッドの鋭いエッジを避け、推奨される表面仕上げ（多くのシールでは通常 Ra 0.2～0.8 µm）に研磨して、切断/摩耗を減らします。
• 複合設計を検討してください: 柔らかいシーリング リップ付きの PTFE バッキング、または交換可能な摩耗インサート付きの PU 本体。
• エラストマー/PUのデュロメータを選択する際は、耐摩耗性（硬さ）とシール性（柔らかさ）のバランスを考慮してください。スクレーパーに使用されるPUデュロメータの一般的な硬度は、用途によって異なりますが、ショアA硬度70～95です。

ライフサイクルコスト分析と調達ガイダンス

初期コストと長期サービスコストの比較

初期材料コスト：PTFE（最高）＞PU（中）＞ゴム（最低）。しかし、摩耗性が高くダウンタイムが長い条件では、高価なPUまたは充填PTFEスクレーパーを使用することで、メンテナンス間隔が大幅に長くなり、二次シールの損傷も軽減されるため、ライフサイクル全体のコストを削減できる場合が多くあります。材料を指定する際には、サプライヤーのライフサイクルデータや現場のケーススタディをご参照いただくことをお勧めします。

サプライヤーから確認すべき品質指標

潜在的なサプライヤーには、材料証明書（原材料のグレードと充填剤）、寸法公差、硬度／デュロメータ測定レポート、そしてラボまたはフィールドでの摩耗試験データを求めてください。業界標準への準拠、そして大学や試験機関との研究開発パートナーシップは、技術力の強力な指標となります。

調達のための仕様言語のサンプル

例：50mmロッド油圧シリンダー用スクレーパーシールを供給します。材質：耐加水分解性ポリウレタン（ショアA硬度85）、想定使用温度：-20℃～+80℃、耐摩耗性：ASTM D5963に基づくXサイクル以上、または同等の試験方法、寸法公差：±0.1mm。試験方法は貴社の業界標準に合わせて調整してください。サプライヤーは同等性を確認する必要があります。

ポリパック：技術力と製品提供

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。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製のOリングも取り扱うなど、製品ラインを拡大しています。

工場と能力：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、そのうち8,000平方メートルは工場敷地です。生産設備と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、Polypacは国内外の大学や研究機関と長期的な協力関係を維持しています。

競争上の強みと差別化要因:

• 材料研究開発: 耐摩耗性とクリープ性能のバランスをとる充填 PTFE 配合の経験。
• 最新のテストによる大規模生産：繰り返し可能な許容差管理と材料トレーサビリティ。
• カスタム ソリューション: 激しい摩耗、化学物質への曝露、または極端な温度の用途におけるスクレーパー シールの形状と化合物の最適化。

スクレーパーシール選定に関連する主な製品：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。特定の摩耗データやカスタム材料を必要とするプロジェクトについては、Polypacが試験報告書、サンプル、共同開発を提供いたします。

FAQ — よくある質問

1. 埃っぽい屋外の油圧機器のスクレーパーシールに最適な材質は何ですか?

ポリウレタンは、優れた耐摩耗性と耐引裂性に加え、優れた弾力性も備えているため、多くの場合最適な選択肢となります。化学薬品への曝露や温度変化の激しい用途では、優先順位に応じて、充填剤入りPTFEソリューションまたは複合設計（PU + エラストマー）をご検討ください。

2. 油圧シリンダー内のエラストマー ワイパーの代わりに PTFE スクレーパー シールを使用できますか?

はい、エラストマーが劣化するような、化学物質への曝露や高温が主な用途では可能です。ただし、純粋なPTFEは弾性が低いため、ワイピング性能や接触性能を維持するには、充填剤入りPTFEまたは特殊加工されたプロファイルの使用をお勧めします。

3. 取り付け前にスクレーパーシールの候補をどのようにテストすればよいですか?

代表的な汚染物質を用いた摩耗試験、シールが接触する可能性のある媒体での化学浸漬試験、および温度サイクル試験を実施してください。材料データシート、実験室での摩耗グラフ、そして可能であればフィールド試験用サンプルを要求して検証してください。

4. スクレーパーシールにはどのような加工/ロッド表面仕上げが推奨されますか?

滑らかで損傷のない表面仕上げは摩耗を低減します。多くのスクレーパーシールでは、ロッドのRaは0.2～0.8µmが許容範囲です。鋭利なエッジやバリは排除してください。硬質クロムメッキまたは窒化処理は、研磨環境におけるロッドの耐摩耗性を向上させます。

5. スクレーパー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、使用頻度と汚染レベルによって異なります。高負荷で研磨性の高い用途の場合は、主要メンテナンス間隔（例：月1回から四半期ごと）ごとに点検してください。目に見えるリップの摩耗、ひび割れ、またはワイピング機能の低下が認められた場合は交換してください。現場使用データに基づく予測メンテナンススケジュールが理想的です。

6. 素材の利点を組み合わせた複合スクレーパー設計はありますか?

はい。一般的な複合設計では、硬質または低クリープのバッキング（充填PTFE）と、より柔らかいエラストマーまたはPUリップを組み合わせることで、耐薬品性と良好なシール性、そして耐摩耗性を兼ね備えています。これらの設計は、特殊な油圧用途でよく見られます。

お問い合わせ／ご要望：材質選定、試験データ、サンプル、またはカスタムスクレーパーシールのカスタマイズについては、Polypacの技術営業チームまでお問い合わせください。お客様のアプリケーション条件（温度範囲、汚染物質、媒体、ロッド形状、想定寿命）をご確認ください。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、ダストリングの製品詳細をご覧いただき、お見積もりをご依頼ください。

参考文献と規格: PTFEの特性 (ウィキペディア）、ポリウレタンの概要（ウィキペディア）、ニトリルゴム（ウィキペディア）、ISOシール規格（例：ISO 3601）。