ワイパーリングの主要材質：PTFE、ゴム、PUの比較

概要：ワイパーリングの材質選定は、コンタミネーションコントロール、ロッド寿命、そして油圧システム全体の信頼性に直接影響します。この記事では、ワイパーリングの主要3材料ファミリーであるPTFE、ゴム（NBR/FKM/EPDM）、ポリウレタン（PU）について、それぞれの機械的特性、耐薬品性・耐熱性、摩耗性能、製造性、そして一般的な適用シナリオを比較検討します。エンジニアや調達チームがワイパーリングの要件に最適な材料を選択できるよう、実践的なガイダンス、検証済みの参考資料、そしてサプライヤーの検討事項を提供します。

ワイパーリングの仕組みと材料選択の重要性

機能、配置、一般的な故障モード

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る）はシリンダーヘッドに配置され、ロッドが後退する際に、汚れ、水分、フランジの堆積物などの汚染物質を拭き取ります。油圧キャビティへの侵入を防ぎ、摩耗やリークパスの原因となるシールの汚染を軽減します。一般的な故障モードとしては、摩耗（ワイピング能力の低下につながる）、化学的侵食（膨潤、軟化）、熱劣化、そして硬度の不適合や取り付け隙間によるはみ出しや永久変形などが挙げられます。

評価すべき主要なパフォーマンスパラメータ

ワイパーリングを選定する際には、少なくとも以下の項目を評価する必要があります。耐摩耗性、摩擦（静的および動的）、流体および汚染物質との化学的適合性、温度範囲、硬度および弾性、耐押し出し性、製造性（成形性または機械加工性）です。これらのパラメータは、油圧シリンダーおよび関連機器の耐用年数とメンテナンス間隔を決定します。

材質プロファイル: PTFE、ゴム変種、ポリウレタン

PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）：低摩擦、広い温度範囲

PTFEは、摩擦係数が極めて低く、化学的に不活性であり、動作温度範囲が非常に広い（材料グレードごとに-200°C～+260°C）という点で高く評価されています。（ソース）充填PTFEコンパウンド（青銅、カーボン、MoS₂、グラファイト、ガラス）は、滑り摩擦やスティックスリップを最小限に抑える必要がある動的シール要素やワイパーリングによく使用されます。利点としては、吸水性が極めて低く、腐食性の高い流体に対して優れた性能を発揮することが挙げられます。欠点としては、純粋なPTFEは弾性が比較的低く、回復力も低いため、接触を維持するために充填グレードやスプリングバック設計が必要となる場合が多いことが挙げられます。また、PTFEは高価で、機械加工や特殊な成形が必要になる場合が多いです。

ゴムエラストマー（NBR、FKM/FPM、EPDM）：柔軟性とシール弾力性

NBR（ニトリルブタジエンゴム）、FKM（フッ素エラストマー）、EPDMなどのエラストマーは、汎用油圧システムのワイパーリングに広く使用されています。NBRは優れた耐油性と耐燃料性を備え、コスト効率に優れており、標準的な動作温度は-40℃から+120℃です。（ソース）FKMは優れた耐薬品性と耐熱性（グレードによっては200℃まで対応）を備え、より過酷な流体環境で使用されます。EPDMは水や蒸気の用途に優れていますが、炭化水素には適していません。エラストマーは高い弾力性と追従性を備えており、ロッドの凹凸部への接触を維持し、形状を復元する能力に優れていますが、通常、PTFEよりも摩擦が大きく、汚染されたロッドに対しては摩耗が早くなります。

ポリウレタン（PU）：優れた耐摩耗性と機械的強度

ポリウレタンは、高い引張強度、優れた耐引裂性、耐摩耗性、そして弾力性を兼ね備えています。PUワイパーリングは、研磨性の汚染物質が存在し、ロッド表面が完全に清浄でない場合によく使用されます。PUの一般的な使用温度範囲は、PTFEや一部のエラストマーよりも狭くなっています（一般的に-40℃～+80℃ですが、配合によって異なります）。（ソース）PU は多くのエラストマーよりも摩擦が低く、研磨粒子に対する耐摩耗性に優れていますが、特定の化学物質 (強力な酸化剤、特定の炭化水素配合物など) の影響を受けやすく、時間の経過とともに攻撃的な水性環境で加水分解する可能性があります。

比較性能：適切なワイパーリングの選択

定量的な比較

以下は、ワイパーリングの選定に関連する一般的な材料特性の簡潔な比較表です。値は代表的な範囲を示しており、正確な特性はグレードとメーカーによって異なります。出典：材料データシートおよび一般的な参考文献（インラインリンクを参照）。

表の解釈 - 実際のアプリケーションにおけるトレードオフ

- 摩擦を最小限に抑え、化学的・温度的耐性を確保することが優先される場合（例：高速ロッド、高粘度流体）はPTFEを使用してください。摩耗の低減とクリープ／凍結の抑制には、充填PTFEの使用を検討してください。 - 弾力性、密閉性、低コストが重要となる場合（例：一般産業用油圧機器）は、エラストマー（NBR/FKM）が適しています。 - ロッドの汚染が頻繁に発生し、機械的摩耗が制限要因となる研磨性の高い条件では、PUが最適です。多くのシステムでは、ハイブリッド設計（例：PTFEリップ付きスクレーパーとエラストマーバックアップ、またはスプリング駆動PTFE）が利点を兼ね備えています。

アプリケーションガイド、選択の推奨事項、サプライヤーの考慮事項

アプリケーション固有の推奨事項

- 移動式油圧装置（露出ロッド、埃、水）：摩耗の程度に応じて PU ワイパーまたはゴム製ワイパーを使用します。極端な温度や化学物質への曝露が予想される場合は、FKM を使用します。 - 高速空気圧/油圧ロッド：低摩擦とスティックスリップの低減により、PTFE または PTFE 複合材製ワイパーが優れています。 - 食品、製薬、または化学的に腐食性の高い環境：PTFE グレードまたは FKM（互換性がある場合）を使用すると、汚染リスクが軽減されます。 - 低コストで需要の少ない工業用シリンダー：多くの場合、NBR ゴム製ワイパーで十分です。

設置、テスト、検査のヒント

適切な溝寸法、面取り、ロッド表面仕上げは、材料選定と同様に重要です。ワイパーのロッド表面粗さは、材料によって異なりますが、Rz 0.5～2.5µmが一般的です。シールメーカーの仕様をご確認ください。シールのずれ、リップの不適切な予圧、ロッドおよびグランドの鋭利なエッジは、寿命を大幅に短縮します。代表的な汚染、圧力サイクル、温度プロファイル下でのライフサイクルテストで性能を確認してください。規格やベストプラクティスについては、SKFの油圧シール概要などの技術資料をご覧ください。（SKF）パーカーのシーリングガイドのような業界ハンドブック（パーカー）。

製造パートナーの選択が重要な理由 - ポリパックの強み

ワイパーリングの安定した性能には、材料科学、精密製造、そして試験が不可欠です。Polypacは、シール製造、シーリング材の開発、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リング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兼オイルシールサプライヤーです。2008年に設立されたPolypacは、充填PTFEシール（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）の製造から事業を開始し、現在ではNBR、FKM、シリコン、EPDM、FFKMなどのOリングやエラストマーシールも手掛けています。

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を有し、8,000平方メートルの工場スペースと高度な生産・試験設備を備えています。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大学や研究機関と長期的な協力関係を維持し、研究開発、材料選定、カスタムコンパウンド開発、ライフサイクル検証などを支援しています。主要製品群には、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（ワイパー）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。

競争上の差別化要因: PTFE に関する豊富な経験と充填 PTFE の起源、NBR、FKM、特殊化合物にわたる幅広いエラストマー能力、短いリード タイムを実現する大規模で管理された製造拠点、および特定の汚染および流体シナリオでのシーリングに関する検証済みのパフォーマンス データを提供する強力な実験室テスト能力。

実用的な選択チェックリストとコスト寿命分析

選択チェックリスト

• 動作温度の極値と平均温度を特定します。
• 作動流体（油圧油、水グリコール、バイオオイル）および予想される汚染物質をリストします。
• ロッド速度とデューティ サイクルを推定します。スティック スリップを引き起こす振動運動に注意してください。
• 予想される汚染物質の粒子サイズと研磨性を評価します。
• ロッドの表面仕上げ、硬度、および位置合わせ許容範囲を確認します。
• 許容可能なメンテナンス間隔と初期材料コストを決定します。

コストと耐用年数の簡単な例

多くのエンジニアにとって、ライフサイクルコスト（LCC）は重要な指標です。現場調査でよく見られる現象として、高価なPUまたは充填PTFEワイパーリングは、研磨用途において安価なNBRワイパーと比較して、耐用年数を2倍または3倍に延ばすことができ、ダウンタイムとメンテナンスコストを十分に削減できるため、部品価格の高騰を正当化できます。正確なROIは、機械のダウンタイムコスト、交換頻度、設置人件費に基づいて算出する必要があります。サプライヤー（例：Polypac）と協力し、汚染レベルをシミュレートする加速摩耗試験を実施することで、耐用年数の改善を定量化できます。

よくある質問

1. ワイパーリングとロッドシールの違いは何ですか？

ワイパーリング（スクレーパー）は、主にロッドがシリンダーに入る前にロッドから汚染物質を除去するために設計されています。ロッドシール（ダイナミックシール）は、ロッドからの作動油の漏れを防ぎます。ワイパーリングはロッドシールを保護するもので、グランドアセンブリ内のロッドシールの外側に配置されます。

2. PTFE ワイパー リングは、あらゆる用途でゴム製ワイパーの代わりに使用できますか?

いいえ。PTFEは低摩擦性と耐薬品性に​​優れていますが、ゴムのような弾性回復力を持たないため、複合設計（PTFEリップとエラストマー裏打ち、またはスプリング駆動式）でない限り、粗面または位置ずれしたロッドではシール接触を維持できない可能性があります。コストと製造性も選定の要因となります。

3. 充填剤入り PTFE コンパウンドによってパフォーマンスはどのように向上するのでしょうか?

フィラー（青銅、炭素、ガラス、MoS₂）は、PTFEの耐摩耗性、熱伝導性、および耐クリープ性を向上させます。これらのフィラーは、低摩擦を維持しながら、コールドフローを低減し、寸法安定性を向上させます。フィラーの選択は、目標特性によって異なります。青銅は強度と放熱性を向上させ、炭素は摩耗と一部の機械的特性を向上させ、MoS₂は境界潤滑下でさらに摩擦を低減します。

4. 塩分の多い海洋環境に最適な素材はどれですか?

PTFEおよび適切なFKMグレードは、優れた耐薬品性に​​より、一般的に塩分を含む環境において良好な性能を発揮します。EPDMは耐候性と耐熱性を備えていますが、炭化水素油には適していません。耐腐食性のあるグランド材料を使用し、排水およびメンテナンスプロセスにおいて塩分汚染を考慮した設計を行ってください。

5. ワイパーリングの寿命にとってロッド表面仕上げはどの程度重要ですか?

非常に重要です。粗いロッドや傷のあるロッドはワイパーの摩耗を加速させ、背後のシールを損傷する可能性があります。推奨されるロッド仕上げは材質によって異なりますが、シールサプライヤーが指定するRaおよびRz値で研磨・ホーニングされた表面が一般的です。選択したワイパー材質については、必ずシールメーカーの推奨事項をご確認ください。

6. パフォーマンスを向上させるために材料を組み合わせることはできますか?

はい、ハイブリッド設計は一般的です。例えば、PTFEスクレーピングリップをエラストマーキャリアに取り付けたり、PTFEライナーをエラストマーバックアップで補強したりといった構成が挙げられます。これらの設計は、PTFEの低摩擦性と耐薬品性と、ゴムの弾力性、あるいはPUの耐摩耗性を組み合わせ、バランスの取れた性能を実現することを目指しています。

お問い合わせと製品に関するお問い合わせ（CTA）

お客様の機器に適したワイパーリングの選定や試験についてサポートが必要な場合は、Polypacまでお問い合わせください。技術コンサルティング、材料選定、カスタムシールの製造を承ります。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（ワイパー）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、幅広い製品ラインナップを取り揃えており、充填PTFE配合およびエラストマーコンパウンドに関する豊富な経験を有しています。お客様の用途に最適な材料を検証するために、Polypacの営業チームまでサンプル試験プログラムまたはお見積もりをご依頼ください。

選択された参考資料と技術リソース:SKF油圧シールの概要（SKF）; PTFEの特性（ウィキペディア）; NBRの概要（ウィキペディア）; ポリウレタンの概要（ウィキペディア）; 摩擦係数基準（エンジニアリングツールボックス）; パーカーシーリングハンドブック（パーカー）。