ワイパーリングのよくある故障とその予防方法

ワイパーリング（スクレーパーシールまたはダストリングとも呼ばれます）は、油圧および空気圧ロッドシールを外部からの汚染から保護し、ロッドの後退時​​に粒子、汚れ、水分を除去します。ワイパーリングを適切に選定、設置、メンテナンスすることで、シール寿命を大幅に延ばし、システムの汚染に起因する故障を低減できます。この記事では、一般的なワイパーリングの故障、診断サイン、根本原因、そして実証済みの予防策について概説します。シールエンジニアリングの原則、現場で実証された実践、そしてすぐに適用できる材料に関する推奨事項を組み合わせます。

油圧システムにおいてワイパーリングが重要な理由

機能と基本設計

ワイパーリングはロッドシールの第一防衛線です。主な機能は、汚染粒子を掻き取り、油圧シリンダへの異物の侵入を防ぐことです。一般的な設計には、薄いスクレーピングリップ、二次的なダスト保持機能、そしてワイパーを通過する汚染物質の侵入を防ぐための後部シーリングリップが含まれます。一般的なシール理論と分類については、メカニカルシールの概要をご覧ください。ウィキペディア。

材料と代表的なプロファイル

ワイパーリングの一般的な材質は、NBR（ニトリル）、PU（ポリウレタン）、FKM（フッ素エラストマー）、そして過酷な条件に対応するPTFEブレンドです。プロファイルは、シングルリップスクレーパーから、スクレーピングと保持機能を兼ね備えたマルチリップの複雑な形状まで多岐にわたります。材質の選択は、耐摩耗性、弾性回復、耐薬品性、そしてコストのバランスを考慮して行います。

ワイパーリングとロッドシールやダストリングとの違い

ワイパーリングは、高圧流体を保持することよりも、主に異物混入の防止を目的として設計されている点で、ダイナミックロッドシールとは異なります。ダストリングや二次ワイパーは、一次ワイパーを補完する役割を果たします。シールに関するより広範な情報については、以下の業界リソースをご覧ください。SKF油圧シール。

ワイパーリングの一般的な故障とその根本原因

摩耗と切断

症状: リップ形状の進行的な損失、ロッドストロークの荒さ、リップの目に見える溝、ワイパーを越えた粒子の侵入の増加。

根本的な原因: 研磨性の汚染物質 (砂、砂利) が多い、ロッドの表面仕上げが悪い、クリアランスが不十分でエッジ ローディングが発生している、または研磨環境で耐摩耗性の低いエラストマーを使用している。

押し出し、かじり、唇の変形

症状: リップの割れ、エッジの欠け、隙間への材料のはみ出し、圧力逆転時の断続的な漏れまたは汚染物質の侵入。

根本的な原因: 過度の半径方向または軸方向のクリアランス、圧力スパイク、サポート/バックアップ形状の欠如、または高い機械的ストレス下にある柔らかい化合物。

硬化、ひび割れ、化学攻撃

症状: 唇のひび割れ、弾力性の低下、物質の剥離、溶剤またはオゾンへの曝露後の突然の削り取り作用の喪失。

根本的な原因: 互換性のない油圧作動油、オゾン/紫外線への曝露、材料の限界を超える高温、または長期間にわたる化学的侵食 (例: 強力なクリーナー、NBR と互換性のない合成油)。

表のデータは業界標準のシール不良解析とメーカーのガイダンスに基づいています。基本的なシール原理については、Oリングシールサプライヤーからの概要と技術ノートSKF。

検査、設置、メンテナンスのベストプラクティス

インストール前のチェック

ワイパーリングを取り付ける前に、ロッド表面仕上げ（RaおよびRzの目標値は材質によって異なりますが、多くのロッドシールではRa 0.2～0.8 µmが一般的です）、リップの損傷を防ぐための面取り、適切な溝寸法、およびリップの向きを確認してください。過度のバリや鋭利なエッジは、早期故障の主な原因です。業界のガイドラインでは、摩耗を低減するためにロッドの研磨またはクロムメッキが推奨されることがよくあります。正確な仕上げ目標値については、メーカーの技術資料を参照してください。

正しい取り付け方法

取り付け工具を使用する際は、リップの伸びや回転を防いでください。適合油圧オイルをリップに薄く塗布し、せん断損傷なくリップがしっかりと固定されるようにしてください。ワイパーリップが環境側（スクレーピングエッジを外側に向ける）に面し、シール面が内側を向いていることを確認してください。分割ワイパーの場合は、パーティクルの侵入経路を防ぐため、分割ジョイントが溝から離れた位置に配置されていることを確認してください。

検査と監視

定期点検には、リップ摩耗の目視確認、脆化を検知するための硬度試験（ショアA）、ワイパー下流の粒子汚染測定による効果の定量化などが含まれます。メンテナンスログを作成し、サービス間隔、稼働時間、故障モードを記録して継続的な改善に役立ててください。

故障を防ぐための材料選択と設計戦略

適切な化合物の選択

材料の選択は重要です。一般的なガイドライン：

• NBR (ニトリル): 鉱油ベースの流体に適した汎用的な選択肢。耐摩耗性が中程度で、コスト効率に優れています。
• PU (ポリウレタン): 汚染された環境に対する優れた耐摩耗性と機械的強度を備えていますが、低温に対してはより敏感です。
• FKM (Viton): 腐食性の流体や高温に対する耐熱性と耐薬品性を備えています。
• PTFE および充填 PTFE (ブロンズ、カーボン、MoS2): 極端な条件でも優れた耐薬品性と低摩擦性を発揮し、ハイブリッド設計のリップまたはバックアップとしてよく使用されます。

材料を選択する際には、適合性表とサプライヤーのデータシートを参照してください。PTFE充填材の開発に関する詳細については、業界共同研究による研究概要やメーカーの材料ガイドをご覧ください。

プロファイル、バックアップリング、マルチコンポーネント設計

スクレーパーリップと二次ダートリテンションリップ、そしてバックアップリングを一体化した複雑なワイパー設計により、性能が向上します。バックアップリング（リジッドまたはセミリジッド）は、広いクリアランスにおけるはみ出しリスクを低減します。ロッドシールとワイパーカセットを一体化することで、組み立てを簡素化し、重度の汚染下でもシール性能を向上させることができます。

表面処理と部品の許容差

ロッドコーティング（硬質クロム、セラミック、または窒化処理）と制御された表面仕上げにより、摩耗が低減され、ワイパーの寿命が延長されます。溝寸法、リップ形状、および製品の同心度に対する厳格な製造公差により、エッジローディングと早期摩耗を防止します。推奨公差と設計の詳細については、オンラインで入手可能なParkerやSKFなどのシールメーカーの技術マニュアルを参照してください。

実践的な現場ソリューションと事例に基づく予防戦略

シーリングシステムの監査

シーリングシステムの監査を実施します。ロッド仕上げの検査、ろ過性能（ミクロン単位のろ過精度）、ブリーザー／フィルターベントの状態確認、シリンダーアライメントの点検を行います。アライメントのずれは、多くの場合、リップの摩耗を不均一にします。監査は、重大な故障が発生する前に根本原因を特定することで、ダウンタイムを短縮します。

標準ワイパーからエンジニアリングソリューションへのアップグレード

重度の汚染や高サイクル用途では、エンジニアリングされたスクレーパーシール（例：マルチリップポリマー/PTFEコンビネーションのPUワイパーや金属補強設計）へのアップグレードをお勧めします。これらのオプションは通常、初期費用は高くなりますが、交換頻度と機械のダウンタイムを削減できます。

在庫とスペアパーツ戦略

平均故障時間（MTTF）データに基づき、重要なスペアワイパーリングと対応するロッドシールの在庫を常に確保します。類似機械間で部品番号を標準化することで、SKUの複雑さを軽減し、故障発生時の対応を迅速化します。

ポリパック：技術力と製品ソリューション

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。

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、様々な材料を使用したOリングも製造しています。ポリパックの主な強みは、高度な材料開発能力、大規模な製造能力、そして新素材やプロファイルの開発を加速させる産学連携です。

ポリパックのワイパーリングシステム関連の主な製品は、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、ダストリングです。これらの製品ラインとカスタムソリューションは、汚染物質の侵入を低減し、シール寿命を延ばし、高温、高摩耗、または化学的に腐食性の高い特殊な環境への適応を実現します。

Polypac のようなパートナーを選択すると、代替化合物 (低摩擦スクレーピング用の MoS₂ 充填 PTFE など) をテストする場合、独自のロッド形状用のカスタム ワイパー プロファイルを開発する場合、または現場での汚染や圧力サイクルを再現する検証テストを実施する場合に役立ちます。

FAQ - ワイパーリングに関するよくある質問

1. ワイパーリングはどのくらいの頻度で交換する必要がありますか?

交換間隔は動作環境によって異なります。清浄な環境ではワイパーは数万サイクルも使用できますが、研磨性の高い環境では数百から数千サイクルごとに交換が必要になる場合があります。予測モニタリング（目視検査とパーティクルカウント）を活用して交換頻度を設定してください。

2. ロッドシールを交換しなくても、より高性能なワイパーに改造できますか?

はい。ワイパーのアップグレードの多くは、溝の寸法とスペースが許せば後付けできるように設計されています。ただし、ロッドシールとの互換性を確認してください。一部の高性能ワイパーでは、異なるクリアランスが必要であったり、汚染物質の移動特性が変化する場合があります。

3. ワイパーとロッドシールの寿命を延ばすには、どのようなロッド表面仕上げが最適ですか?

多くのロッドシールの推奨Ra値は0.2～0.8µmですが、材質や用途によって異なります。シールメーカーの仕様をご確認ください。研磨または適切なメッキを施したロッドは、摩耗を低減し、ワイパーシールとロッドシールの両方の寿命を延ばします。

4. ワイパーの故障の原因が材質の不適合性にあるかどうかはどうすればわかりますか?

膨潤、軟化、ひび割れ、または異常な硬化の兆候がないか確認してください。化学的腐食は、適合しない油圧作動油、洗浄剤、またはオゾンへの曝露後に発生することがよくあります。硬度と寸法を点検し、新品部品の基準値と比較してください。

5. PTFE ワイパーは常にエラストマー製ワイパーより優れていますか?

必ずしもそうとは限りません。PTFEおよび充填PTFEは優れた耐薬品性と低摩擦性を備えていますが、弾性回復率が低く、耐押し出し性を確保するために、異なる溝公差や裏打ち材が必要になる場合があります。エラストマー（NBR、PU、FKM）は弾性に優れ、狭い隙間でも容易にシールできます。汚染レベル、化学物質への曝露、温度、機械的応力に基づいてお選びください。

6. 発生源での研磨粒子の侵入を減らすにはどうすればよいですか?

環境制御（ベローズ、保護カバー）の改善、システム吸気口とブリーザーのろ過性能向上、ロッドベローズまたはシールドの設置、定期的な洗浄プロトコルの導入などを実施します。発生源での予防により、下流における摩耗関連の故障を大幅に削減できます。

お客様に合わせたアドバイス、材料データシート、またはカスタムワイパーリングソリューションをご希望の場合は、当社のエンジニアリングチームにご連絡ください。お客様のアプリケーションを評価し、検証用のサンプルをご提供いたします。製品ラインナップをご覧いただくか、今すぐテクニカルサポートをご依頼ください。

お問い合わせと製品のCTA:ご相談、カスタマイズされたシーリングソリューション、またはPolypacのワイパーリングおよび関連シール（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）のご確認については、Polypacの技術営業チームまでお問い合わせいただくか、製品ページをご覧ください。お客様の動作条件に合わせた材料選定ガイド、取り付け手順、試験レポートをご提供いたします。

参考資料：シールの基本と定義ウィキペディア; Oリングの基礎Wikipedia (Oリング); 業界の技術リソースSKFおよびメーカーの技術速報（Parker/SKF 製品資料）。