スプリング式PTFEシール：その仕組みと用途

スプリング駆動PTFEシール技術の理解

スプリング駆動PTFEシールは、エンジニアリングされたシーリングソリューションポリテトラフルオロエチレン（PTFE）の耐薬品性と耐熱性、そして接触圧力を維持するための金属製スプリングエナジャイザーを組み合わせたシールです。これらのシールは、従来のシールでは対応できない用途に対応します。エラストマーシールPTFEシーリングは、高温、強力な化学薬品、真空、あるいは長いサービス間隔といった様々な条件下でも機能しなくなります。この記事では、PTFEシーリングの原理、材質のバリエーション、性能のトレードオフ、選定のヒント、そして実際の用途について解説し、カスタマイズされたPTFEシーリングソリューションを提供する有能なメーカーであるPolypacをご紹介します。

スプリング式PTFEシールの仕組み：設計と動作原理

本質的には、スプリング駆動式 PTFE シールは 3 つの主要要素で構成されています。

• 低摩擦および耐薬品性を提供する PTFE（または充填 PTFE）シール リップまたはシール本体。
• 連続的な半径方向/軸方向の力を提供するためにリップの後ろに埋め込まれたらせん状または C 字型の金属スプリング (通常はステンレス鋼)。
• アセンブリを配置し、圧力下での押し出しに抵抗するキャリアまたはバックアップ構造。

取り付けると、スプリングがPTFEリップを相手材に押し付けて接触させます。ゴムの弾性変形を利用して接触を維持するエラストマーシールとは異なり、スプリングエナジャイザーは熱サイクル、摩耗、または押し出し現象においてもほぼ一定のシール力を提供します。PTFEのクリープ挙動はスプリングによって吸収され、スプリングがたるみを吸収して接触圧力を維持します。そのため、スプリングエナジャイザーPTFEシールは低圧用途に特に効果的です。ダイナミックシーリング化学的適合性と耐熱性が重要となる真空、往復または回転アプリケーションに適しています。

PTFEシールの材質と種類：充填PTFE、スプリング合金、キャリア

PTFEの各種バリエーションは、様々な環境に合わせてカスタマイズされた特性を提供します。一般的な配合は以下の通りです。

• バージン PTFE — 優れた耐薬品性と最も低い摩擦を持ちますが、低温流動性 (クリープ) は高くなります。
• ブロンズ充填 PTFE - 熱伝導性と耐摩耗性が向上し、金属同士の接触に役立ちます。
• カーボンまたはグラファイト充填 PTFE — 混合潤滑下での耐摩耗性が向上し、摩擦が低減します。
• MoS2 充填 PTFE — 乾式運転時の摩擦特性が強化されています。
• ガラス充填 PTFE - 荷重下でも剛性と寸法安定性が向上。

スプリングの材質は、耐食性と耐久性を確保するため、通常はステンレス鋼合金（例：302、316）です。腐食性の高い化学環境や高温環境では、特殊合金（インコネル、ハステロイ）が使用される場合があります。キャリアリングやバックアップリングの材質は、圧力と押し出しギャップの要件に応じて、金属またはポリマー製となります。

性能比較：スプリング式PTFEシールとエラストマーシール

スプリング式PTFEシールとエラストマーシール（NBR、FKM、シリコン）のどちらを選択するかは、温度範囲、化学物質への曝露、摩擦、リーク許容度、動的条件を評価する必要があります。以下の表は、メーカーと材料データに基づいて、一般的な性能の違いをまとめたものです。

これらの範囲の情報源としては、ポリマーのデータシートやシーリングメーカーの技術ガイダンスなどがあります (参考文献を参照)。

スプリング式PTFEシールの主な用途

スプリング式PTFEシールは、エラストマーでは要件を満たせない場合に広く使用されています。代表的な用途は以下の通りです。

• 高温または腐食性の流体で作動する油圧シリンダーおよび空気圧シリンダー。
• 耐薬品性と長寿命が不可欠なダウンホールおよび石油・ガス設備。
• 漏れを最小限に抑える必要がある極低温システムおよび真空アプリケーション。
• 過酷な媒体にさらされる回転シャフト、アクチュエーター、およびバルブ。
• 不活性で FDA 準拠のシーリング材 (適切な PTFE グレード) を必要とする食品、医薬品、化学処理プラント。

設計者は、温度サイクルや化学物質への曝露に対する安定性から、特殊バルブ、海中アクチュエータ、メーター、コンプレッサー、航空宇宙アクチュエータ用のスプリング駆動式 PTFE シールをよく選択します。

PTFEシールの設計と選択のガイドライン

スプリング駆動式 PTFE シールを選択または設計するには、次の構造化されたアプローチに従います。

1. 動作条件（圧力、温度、速度（表面速度）、媒体、予想される汚染、真空レベル）を定義します。
2. 摩耗、導電性、潤滑性に基づいて、PTFE 配合（バージンまたは充填済み（ブロンズ、カーボン、ガラス、MoS2））を決定します。
3. スプリングのタイプと材質を選択します。らせん状のスプリングが一般的ですが、腐食や温度の要件がある場合は、ステンレスまたはそれ以上の合金を選択します。
4. 押し出しギャップとバックアップ要件を評価します。システム圧力に金属製またはポリマー製のバックアップ リングが必要かどうかを判断します。
5. 嵌合部品の表面仕上げと硬度を確認してください。PTFEは比較的柔らかい表面でも使用できますが、非常に粗い表面では摩耗が加速されます。標準的なRaと硬度のガイドラインについては、シールサプライヤーにお問い合わせください。
6. プロトタイプとテスト: シミュレーション条件 (圧力、温度サイクル、化学物質への暴露) でのベンチ テストにより、本格的な展開前に検証を行うことができます。

表面の動的速度と潤滑には特に注意が必要です。PTFEは摩擦が低いですが、潤滑不足や研磨粒子は摩耗につながる可能性があります。漏れと摩擦のバランスをとるために、スプリングのプリロードとリップの形状を調整する必要があります。

PTFEシールの取り付け、メンテナンス、一般的な故障モード

期待寿命を達成するには、適切な設置とメンテナンスが重要です。

• 組み立て中に PTFE リップが切断されないように、溝の寸法と面取りされたエッジが正しいことを確認してください。
• 組み立て中にリップが損傷しないように、取り付けツールまたは一時的なコーティングを使用してください。
• 摩耗を加速させる可能性のある傷、腐食、溝がないか、接合面を検査します。
• システムの汚染レベルを監視します。研磨剤は摩耗を加速させる最も一般的な原因です。

典型的な故障モードとしては、微粒子による摩耗、バックアップが不十分な場合の高圧時の押し出し、PTFEグレードを超えた場合の熱劣化、スプリング材料への化学的な攻撃などが挙げられます。多くの場合、適切な材料選定と適切な保護対策（フィルター、スクレーパー、バックアップ）によって故障を予防できます。

PTFEシールを選択する際のコストとライフサイクルの考慮事項

スプリング式PTFEシールは標準的なエラストマーシールよりも一般的に高価ですが、ライフサイクル分析の結果、過酷な使用条件下ではPTFEが有利となる場合が多くあります。以下の点を考慮してください。

• 交換または漏れ事故によるダウンタイムコスト。
• 機器のメンテナンス頻度とアクセス性（遠隔地または海底資産の場合は寿命の長いシールが適しています）
• 互換性コスト - PTFE を使用すると、システム流体の交換や追加の保護コーティングの必要性が軽減されます。
• 規制または清潔さの要件（食品/医薬品）により PTFE が有利になります。

シーリングメーカーによる文書化された現場のケーススタディでは、腐食性または高温条件下でエラストマーシールから PTFE スプリングエネルギーシールに切り替えると、平均故障間隔 (MTBF) が長くなることがよくあります。

ポリパック：カスタムスプリング式PTFEシールと幅広いシール機能

ポリパックは科学的かつ技術的な油圧シールポリパックは、シール製造、シール材開発、そして特殊な作業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オイルシールメーカー兼サプライヤーです。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、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。

ポリパックは2008年に設立され、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リングも製造しています。ポリパックの主力製品には、Oリング、ロッドシール、ピストンシールなどがあります。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。

ポリパックの競争上の強み：

• PTFE およびゴム材料に関する高度な材料知識と社内コンパウンド開発。
• 一貫した品質を確保するための大規模な生産設備と自動テスト装置。
• 要求の厳しい用途（海中、極低温、化学処理など）向けに特注のスプリング駆動設計を生産する能力。
• 研究開発および加速寿命試験のために大学や研究機関と緊密に連携します。
• 単一のサプライヤーからシステムレベルのシーリング ソリューションを可能にする包括的な製品範囲。

カスタマイズされたシーリングアセンブリやスプリングエネルギーPTFEシールのラピッドプロトタイピングを必要とするOEMおよびメンテナンスチーム向けに、Polypacは設計レビュー、材料選択ガイダンス、および検証テストを提供し、シール性能をアプリケーションのニーズに適合させます。

PTFEシールが実際の問題を解決した実例とケーススタディ

スプリング駆動式 PTFE シールが測定可能な利点をもたらす例:

• 海中アクチュエータ: PTFE スプリング シールは、油圧オイル添加剤と海水の浸入を防ぎながら、長い耐用年数とメンテナンス間隔の短縮を実現します。
• 極低温バルブ: PTFE は、エラストマーが硬化して漏れが発生する非常に低い温度でも密閉性を維持します。
• ケミカルポンプ: エラストマーを急速に劣化させる強力な溶剤や腐食性媒体と互換性のある PTFE。

いずれの例でも、材料抵抗とスプリング補正を組み合わせることで、初期のシールコストが高くなるにもかかわらず、予定外のダウンタイムと総所有コストが削減されます。

FAQ - スプリング式PTFEシール

1. スプリング式 PTFE シールの一般的な温度制限はどれくらいですか?

PTFEの一般的な使用温度範囲は、充填材とスプリング材質によって異なりますが、約-200℃～+260℃です。正確な温度範囲は充填材の種類とスプリング合金によって異なりますので、サプライヤーのデータシートをご確認ください。

2. スプリング駆動式 PTFE シールは動的回転アプリケーションで使用できますか?

はい。スプリング式PTFEシールは回転軸によく使用されますが、設計においては表面速度、潤滑、そしてスティックスリップの可能性を考慮する必要があります。摩擦と摩耗を低減するために、充填PTFEグレードや特殊なリップ形状を採用しています。

3. スプリング式 PTFE シールは高圧油圧システムに適していますか?

これらは適している場合もありますが、高圧用途では適切なバックアップリングと押し出しギャップ制御が必要となる場合が多くあります。非常に高圧の場合は、金属製バックアップと組み合わせたソリューション、またはハイブリッドシールシステムが必要になる場合があります。

4. 汚染物質（粒子）は PTFE スプリング シールにどのような影響を与えますか?

早期摩耗の最も一般的な原因は研磨粒子です。汚染された環境下でPTFEリップを保護するには、ろ過、スクレーパー、そして適切なメンテナンス体制が不可欠です。

5. スプリング式 PTFE シールの一般的な取り付けミスは何ですか?

よくあるミスとしては、溝の寸法が不正確、組み立て時に鋭利なエッジがリップを切断、取り付け時にシールを破片から保護していないことなどが挙げられます。適切な面取り、取り付け工具、仮止めコーティングを使用することで、リスクを軽減できます。

6. シールに使用するバージン PTFE と充填済み PTFE のどちらを選択すればよいですか?

化学的不活性度と摩擦係数を最大限に高めるには、バージンPTFEをお選びください。耐摩耗性、寸法安定性、熱伝導性の向上が必要な場合は、充填剤入りPTFE（ブロンズ、カーボン、ガラス、MoS2）をお選びください。運転負荷と潤滑条件については、サプライヤーにご相談ください。

お問い合わせおよび製品に関するお問い合わせ

スプリング式PTFEシール、カスタム充填PTFE配合、またはシーリングシステム設計の全面的な見直しが必要な場合は、Polypacまでお問い合わせください。技術相談とサンプルをご提供いたします。当社の製品ラインナップ（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、試作品の製作、材料データシート、試験報告書をご依頼ください。

参考文献

• Chemours — テフロンPTFEの特性と用途。https://www.chemours.com/en/brands/teflon（2025年11月25日アクセス）。
• Trelleborg Sealing Solutions — スプリングエネルギーシールの製品および技術情報。https://www.trelleborg.com/en/seals/products/spring-energized-seals（2025年11月25日アクセス）。
• SKF — シールおよびシーリングソリューションの技術リソース。https://www.skf.com/group/products/seals（2025年11月25日アクセス）。
• エンジニアリングツールボックス — PTFEの特性と温度限界。https://www.engineeringtoolbox.com/ptfe-properties-d_1196. (2025年11月25日アクセス)
• Sealing Technology — スプリング式シールに関する記事と特集（業界誌）。https://www.sealingtechnology.com（2025年11月25日アクセス）。

追加の技術データ、テスト レポート、またはアプリケーション レビューについては、Polypac のエンジニアリング チームに問い合わせて、カスタマイズされた材料の推奨事項とプロトタイプの見積りを受け取ってください。