高圧用途に最適な油圧ピストンシールキットの選び方

高圧下で油圧シリンダーが故障した場合、コストは交換部品代だけではありません。掘削機、プレス機、あるいは重要な射出成形機の停止時間にも影響します。適切なシリンダーを選択することが重要です。油圧シリンダー修理キットの選択流体力学、材料科学、そして精密な公差のバランスをとるエンジニアリング上の決定です。ポリパック工業技術株式会社当社は 15 年以上に及ぶ研究開発と 10,000 平方メートルの施設を活用し、こうした極限の力に耐えるシールを設計しています。

クイックサマリー：適切なシールキットの選択

• 材質の硬度:400 バールを超えるシステムでは、高デュロメータ材料 (Shore 55D+) を優先します。
• 流体適合性:システムが鉱油、水グリコール、または生分解性流体で動作するかどうかを確認します。
• ギャップ分析:押し出しギャップを正確に測定します。高圧の場合は、より厳しい許容誤差またはバックアップ リングが必要になります。
• プロフィールの選択:ヘビーデューティーサイクリングには、両方向の漏れのないパフォーマンスを確保するために、ダブルアクティング プロファイルを使用します。

油圧ピストンシールキットとは何ですか?

油圧ピストン シール キットは、システム圧力を維持しながらシリンダー ヘッド全体の流体バイパスを防止するように設計された、動的シール、静的 O リング、および押し出し防止リングの精選されたアセンブリです。

システムから流体が漏れるのを防ぐロッドシールとは異なり、高圧油圧シリンダーシールピストンの部分はシリンダーの荷重保持能力を担っています。高圧用途（多くの場合5,000 PSIまたは350 barを超える）では、これらのキットには次のような高度なコンポーネントが含まれている必要があります。

• ピストンスライドリング:通常は摩擦を減らすために PTFE または高級ポリウレタンを使用します。
• エナジャイザー:スライド リングをボアに押し付けるエラストマー要素 (O リングまたはクワッド リング)。
• 摩耗バンド（ガイドリング）:ピストンとシリンダー壁の金属同士の接触を防止します。
• バックアップリング:シールがクリアランスギャップにはみ出すのを防ぎます。

主要な選択基準：STAMプロトコル

STAM プロトコルは、速度、温度、アプリケーション (圧力)、およびメディアを表す、シール選択の業界標準フレームワークです。

適切なキットを確実に選択するには、システムの動作条件を次の 4 つの変数に照らしてマッピングする必要があります。

1. 速度（速度）：高速ピストン（0.5 m/s超）は大きな摩擦熱を発生します。そのため、熱を効果的に放散し、シールの硬化を防ぐには、充填PTFEなどの低摩擦材料が必要です。
2. 温度：動作範囲を特定してください。標準的なNBRは100℃を超えると破損しますが、FKM（バイトン）は200℃まで耐えられます。寒冷環境では、シールの脆化を防ぐために特殊な化合物が必要です。
3. 用途（圧力）:システムは衝撃荷重を受けますか？掘削機や杭打ち機は公称定格をはるかに超える圧力スパイクを発生させるため、高い押し出し耐性を備えたシールが必要になります。
4. メディア：化学的な適合性を確認してください。標準的なウレタンシールを耐火性水グリコール系流体で使用すると、加水分解が発生し、シールが化学的に分解する可能性があります。

材料科学：ポリウレタンシールとPTFEシールの比較

一般に、熱可塑性ポリウレタン (TPU) は高圧耐性と靭性の面で優れた選択肢ですが、PTFE は低摩擦と高速性が求められる用途には不可欠です。

トレードオフを理解するポリウレタンシールとPTFEシール長寿には重要です:

• 熱可塑性ポリウレタン（TPU）：ポリパックの先進的なTPUコンパウンドは、卓越した耐摩耗性と引裂強度を備えています。他のほとんどのエラストマーよりも圧力下での変形に強く、重い荷物を保持する上での「ゴールドスタンダード」です。
• 充填PTFE（テフロン）:純粋なPTFEは高圧には柔らかすぎるため、青銅、カーボン、またはガラスで補強されます。これらの充填剤によって圧縮強度が向上します。PTFEは、「スティックスリップ」（静摩擦によって引き起こされるシリンダーのぎくしゃくした動き）を防ぐために不可欠です。

機械設計によれば、不規則な動きは振動を引き起こし、シールとシリンダーボアの両方に早期摩耗を引き起こす可能性があるため、油圧アプリケーションでの正確な制御にはスティックスリップを最小限に抑えることが重要です。

シールプロファイル：単動式と複動式

ダブルアクティングシールは、両方向（伸長と収縮）からの圧力を保持するように設計されており、ほとんどの大型移動機械や工業用プレスの標準となっています。

適切なプロファイルを選択することは、素材を選択することと同じくらい重要です。

• ダブルアクティングピストンシールプロファイル:これらは通常、中央にエナジャイザーを備えたスライドリングを備えています。単一の溝を共有するため効率が高く、ピストンヘッドのスペースを節約できます。
• 単動シール:これらは一方向のみの圧力をシールします。重力戻りシリンダー（ダンプトラックのホイストなど）でよく使用されます。単動シールを複動アプリケーションで使用すると、戻りストロークで即座にバイパスが発生します。

サイズとギャップ分析：はみ出し防止

ピストンシールの押し出し抵抗は、押し出しギャップのサイズとシステム圧力に対するシール材料の硬度によって決まります。

押し出しは、高圧油圧システムにおいて最も一般的な故障モードです。これは、圧力によってシール材がピストンとシリンダーボア間の小さな隙間に押し込まれることで発生します。ピストンが移動すると、この押し出された材料が削り取られ、最終的に壊滅的な故障を引き起こします。

これを防ぐには、厳格なハウジング設計基準を遵守する必要があります。ISO 5597:2018に概説されているように、システム圧力が上昇すると、許容押し出し隙間は減少します。例えば、

• 100バールの場合:0.4mmの隙間であれば許容範囲内でしょう。
• 400バールの場合:隙間を 0.15 mm 未満に減らすか、押し出し防止 (バックアップ) リングを使用する必要があります。

適切なフィット感を確保するための手順:

1. 測定するシリンダーボア直径を正確に測定します。
2. 測定するピストン溝直径。
3. クリアランス（ボア - ピストン外径）/ 2を計算します。
4. 隙間が圧力に対するメーカーの制限を超える場合は、堅牢なバックアップ リング付きのキットを選択してください。

専門家のヒント：避けるべき3つのよくある選択ミス

1. 圧力スパイクを無視する:ピーク衝撃圧力 (例: 5000 PSI) ではなく公称圧力 (例: 3000 PSI) に基づいてシールを選択すると、早期の吹き抜けが発生します。
2. 表面仕上げを見下ろす：高圧シールには、特定の表面粗さ（Ra 0.1～0.4 µm）が必要です。ボアが滑らかすぎると油膜を保持できず、摩擦が発生します。一方、粗すぎるとシールに対してヤスリのように作用します。
3. OEM 部品とアフターマーケット部品の混在:新品のシールと摩耗したシリンダー溝の許容差が合わないと、すぐに故障につながる可能性があります。Polypacは、アフターマーケットキットがOEM仕様を満たすか、それを上回る適合性を保証します。

よくある質問（FAQ）

高圧油圧ピストンシールに最適な素材は何ですか?

• 高品質の熱可塑性ポリウレタン (TPU) は、その強靭性と押し出しに対する抵抗力により、一般的に高圧耐性に最適です。
• ブロンズ充填 PTFE は、低摩擦と高速性が求められる高圧用途に最適です。
• 最終的な選択は、特定の圧力定格 (bar/PSI) と流体の種類によって決まります。

シングルアクティング シール キットとダブルアクティング シール キットのどちらが必要かはどうすればわかりますか?

• 油圧シリンダーが伸長ストロークと収縮ストロークの両方に動力を与える場合、必ず複動シールが必要です。
• 重力またはバネによってシリンダーが休止位置に戻る場合は、単動シールで十分です。
• ピストンの設計を確認してください。複動ピストンは通常、両方向のシール用に異なるプロファイルを備えています。

高圧下で油圧ピストンシールが故障する原因は何ですか?

• 押し出し：過度の圧力または大きな隙間により、シール材がクリアランスギャップに押し込まれます。
• 熱劣化:摩擦により熱が発生し、シール部分が硬化してひび割れが発生します。
• ディーゼル効果:シリンダー内部で圧縮された気泡が爆発し、シール材を燃焼させます。

ピストンシールの代わりにOリングを使用できますか?

• いいえ、O リングのみでは一般に動的高圧ピストンのシーリングには適していません。
• 溝の中で転がったり螺旋状に回転したりする傾向があり、すぐに破損してしまいます。
• O リングは通常、静的シール（ピストン ヘッドの下など）として、または PTFE ピストン シールのエナジャイザーとして使用されます。

油圧ピストンシールキットはどのくらいの頻度で交換する必要がありますか?

• デューティサイクルによって異なりますが、通常は 3,000 ～ 5,000 動作時間ごとです。
• シリンダードリフト（負荷が徐々に低下する）または外部漏れに気付いた場合は、ただちに交換してください。
• 予防保守スケジュールでは、大規模なオーバーホールの際に交換を指示されることがよくあります。

結論

高圧用途に適した油圧ピストンシールキットを選択するには、材料科学、圧力定格、そして正確なサイズ設定のバランスが重要です。高品質で耐加水分解性のある材料への投資は、コストのかかるダウンタイムを防ぎ、高負荷機械の安全性を確保します。キットの選択を確定する前に、必ず押し出しギャップと温度範囲をご確認ください。

今すぐ Polypac Industrial Technology Co., Ltd. に問い合わせて、具体的なニーズについて話し合い、当社の 15 年を超えるシーリングの専門知識を活用してください。