エアシール：空気圧シールソリューションの完全ガイド | Polypac

エアシール：空気圧シール技術特有の課題を克服する

工場自動化ロボットや包装機械から航空宇宙用アクチュエーターや医療機器に至るまで、空気圧システムはクリーンで効率的な空気圧によって、多種多様な重要な動作を駆動します。これらのシステムの信頼性の中核を成すのは、以下の特殊なコンポーネントです。エアシール空気やその他のガスのシールは、液体のシールとは根本的に異なる一連のエンジニアリング上の課題を伴います。漏れがなく、効率的で、長寿命の性能を実現するには、特殊な材料、設計、そして空気圧力学に関する深い理解が必要です。

ポリパックでは、ISO 9001およびIATF 16949認証の専門知識を活かし、多様な動作条件に対応するシーリングソリューションを設計しています。エアシール空気圧アプリケーションの特有の要求に合わせて最適化されたシールです。このガイドでは、空気圧シールに関する重要な考慮事項と、効率、速度、耐久性を考慮した適切なシールの選定方法について詳しく説明します。

エアシールとは何ですか?

エアシール空気圧シリンダー、バルブ、ロータリーアクチュエータ、および接続部内のガス（主に圧縮空気）を封じ込めたり、遮断したりするために特別に設計されたシーリング部品です。その主な機能は、漏れを最小限に抑えながらシステム圧力を維持し、アクチュエータの正確な力、動作制御、そしてエネルギー効率を確保することです。

油圧シールとは異なり、エアシール低粘度、低潤滑性の環境で優れた性能を発揮する必要があり、乾燥した運転条件での使用も想定されるため、材料の選択と摩擦管理が極めて重要になります。

空気と液体の密封における特有の課題

ガスの密封は、いくつかの重要な要因により、液体の密封よりも本質的に困難です。

1. 低粘度および潤滑性:空気はシール界面に実質的に潤滑油を供給しません。そのため、特に動的な用途では、摩擦の増加、発熱の増加、摩耗の加速につながります。

2. 微小漏洩の可能性:ガスは液体よりも粘度と分子サイズが低いため、はるかに小さな通路から漏れる可能性があります。シール設計では、ほぼ完璧なバリアを構築する必要があります。

3. 爆発的減圧：急激な圧力低下は、シール材に吸収されたガスを激しく膨張させ、内部に気泡やブリスターを発生させ、シールを内部から破壊する可能性があります。これは高圧空気システムにおける重大な故障モードです。

4. 温度変動:空気の圧縮と膨張は温度変化（断熱加熱／冷却）を引き起こします。シールはこの温度範囲全体にわたって弾性とシール力を維持する必要があります。

5. ドライ走行とスティックスリップ：空気圧システムは、外部潤滑剤をほとんど、あるいは全く使用せずに作動することがよくあります。特に低速時や起動時に、ぎくしゃくした「スティックスリップ」動作を防止するため、シールは本質的に低摩擦特性を備えている必要があります。

空気圧エアシールの主な種類

特定の空気圧コンポーネントのパフォーマンスには、適切なシール タイプを選択することが重要です。

1. 空気圧シリンダーシール

• ピストンシール:複動シリンダ内の圧力室を分離するためのものです。多くの場合、対称的で低摩擦のプロファイルを備えています。Uカップまたは一体型摩耗リングを備えた単動シール。

• ロッドシール:シリンダーロッドの主要な圧力保持シールです。低摩擦と効果的なスクレーパーを重視した設計により、ロッドの引き込み時に外部からの汚染物質の吸い込み（空気圧における重大なリスク）を防止します。

• ワイパー/スクレーパーシール:潤滑されていないシステムでは特に有害となる、埃や微粒子の除去に不可欠です。耐久性を高めるため、ポリウレタン製のものが多くあります。

2. ロータリーエアシール

• 空気圧モーター、ロータリーアクチュエータ、インデックステーブルなどに使用されます。潤滑油なしで連続回転するには、優れた耐摩耗性と低摩擦性を備えた材料が必要です。

• スプリング式PTFEシールPTFE の自然な潤滑性により、高速、長寿命の回転空気アプリケーションに最適な選択肢となることがよくあります。

3. 静的シールとガスケット

• 空気圧システムのフランジ、マニホールド、非可動接続部のシール用。Oリング(NBR またはポリウレタン製) が一般的ですが、気密シールに十分な圧縮を確保するには、適切なグランド設計が不可欠です。

4. 特殊な空気専用シール

• 低摩擦複合シール：PTFE スライド面などの材料とエラストマー エナジャイザーを組み合わせることで、高サイクル アプリケーションで摩擦をほぼゼロに抑え、長寿命を実現します。

• 空気不透過性材料:ガス透過性が低いため、水素化ニトリル (HNBR) または特定のポリウレタン化合物から作られたシールが選択されます。

エアシールの重要な材料選択

動作環境によって理想的なシール材質が決まります。

• ポリウレタン（PU / AU）：ダイナミック空気圧シールの最適な選択肢。優れた性能を提供します。耐摩耗性優れた機械的強度を有し、乾燥条件下でも良好な特性を維持します。シリンダーロッドやピストンに最適です。

• ニトリルゴム（NBR）：潤滑システムにおける静的シールおよび一部の動的用途に適した、費用対効果の高い選択肢です。一般的な特性は良好ですが、乾燥空気中では硬化する可能性があります。

• フッ素カーボン（FKM / Viton®）：高温の空気圧用途や腐食性ガスのシールに最適です。爆発的な減圧に対して優れた耐性を備えています。

• ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）：究極の低摩擦素材。複合シールやコーティング材として使用され、スティックスリップを最小限に抑え、無潤滑でも長寿命が求められる用途に使用されます。優れた耐薬品性も備えています。

• シリコン（VMQ）：高温の静的用途や特定のガスの密封に使用されますが、一般に動的用途では耐摩耗性が低くなります。

ポリパックの空気圧シールにおける優位性

当社は、空気圧システムの根本的な課題に対処するソリューションを開発しています。

1. 摩擦重視の設計哲学:当社では、ブレークアウトと動作摩擦を最小限に抑え、スティックスリップを防止し、「潤滑不要」のシステムでもスムーズで正確なアクチュエータの動きを保証するために特別にシールを選択し、設計しています。

2. 乾燥条件における材料科学:当社のポリウレタンおよび複合化合物は、低潤滑環境でも弾力性を維持し、摩耗に耐えるように配合されており、標準的なシールでは問題となる乾燥や硬化を防ぎます。

3. 汚染防御システム:堅牢性を重視しますワイパーシール乾燥した空気圧シリンダーに吸い込まれた単一の粒子が、シールとシリンダーボアの急速な損傷を引き起こす可能性があることを認識し、ソリューションを開発しました。

4. システム効率の重視:当社のシールは、漏れと摩擦を最小限に抑えることで、コンプレッサーのエネルギーを抑えながらシステム圧力を維持し、全体的な運用効率の向上とライフタイムコストの削減に貢献します。

結論

エアシールガス封じ込めの特有の物理特性に合わせて設計された高度なコンポーネントです。空気圧アプリケーションで成功を収めるには、液体シールの考え方を超え、乾燥、低粘度、微小漏れを克服する設計と材料を採用する必要があります。

正しい指定エアシール精度、信頼性、そして省エネへの投資です。これにより、空気圧システムは、コストのかかる空気損失やダウンタイムを伴わずに、安定した力、正確な動作、そして長寿命を実現します。

新しい空気圧システムの設計、あるいは既存システムのシール不具合のトラブルシューティングをお考えですか？空気の微妙なニュアンスを熟知した専門家にご相談ください。高性能な空気圧シールソリューションの選定については、Polypacの技術チームまでお気軽にお問い合わせください。