PTFE vs. 複合材：高圧システムに最適なピストンガイドリング材質の選択

適切なピストンガイドリング（摩耗バンド）の選択は、油圧シリンダー内での金属同士の接触を防ぐ上で最も重要な要素です。2026年には、油圧システムの圧力が400bar以上と高速往復速度へと高まるにつれ、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）および布強化複合材（フェノール性）もはやコストだけの問題ではなく、シリンダーの耐久性が重要になります。

このガイドでは、技術的な違い、負荷計算、選択基準を詳しく説明し、エンジニアが最適化できるよう支援します。ベアリングテープ材料早期の故障を防止します。

エンジニア向けの重要なポイント

• PTFE（ブロンズ/カーボン充填）：低摩擦、高速 (>5 m/s)、および正確な位置決め (低スティックスリップ) が必要なアプリケーションに最適です。
• 複合材（フェノール樹脂/布）：極限のラジアル荷重、衝撃荷重（モバイル油圧）、および研磨環境。
• 故障モード:誤った選択は、「ディーゼル効果」による損傷、押し出し、シリンダーボアの傷につながります。
• コストとROI:複合材は初期コストが高くなる可能性がありますが、その剛性により一次シールの寿命が大幅に延びます。

ピストンガイドリングとは何ですか？

ピストンガイドリングは、ピストンとシリンダーボアの接触を防ぐために油圧ピストンに取り付けられた非金属製の犠牲ベアリング要素です。

機能と規格:圧力を保持する一次シールとは異なり、ガイドリングの唯一の目的は、横方向（側面）の力を吸収し、同心性を維持することです。ISO 10766は、長方形断面の軸受リングのハウジング寸法を規定しており、これらの部品の正確な嵌合は、一次シールの押し出し隙間を維持するために不可欠です。ガイドリングが過度に圧縮されると、シール隙間が広がり、シールの押し出しにつながります。

• 同心：ピストンを中央に保ちます。
• 保護：高価なシリンダーチューブを守るために自らを犠牲にする。
• 負荷分散:計算された表面積にわたって放射状の力を分散します。

候補：材料組成と特性

1. PTFE（ブロンズまたはカーボン充填）

PTFE摩擦係数が非常に低いことで知られる熱可塑性樹脂です。しかし、バージンPTFEはガイド用途には柔らかすぎるため、製造業者は圧縮強度を高めるために充填剤を添加します。

• ブロンズ充填:業界標準油圧摩耗バンドブロンズは熱伝導率と硬度を高め、負荷時の冷間流動（クリープ）を軽減します。
• カーボン充填:水系流体や青銅が化学反応を起こす可能性のある用途に使用できます。優れたドライランニング性能を備えています。

2. 複合材（布強化/フェノール樹脂）

複合材料熱硬化性樹脂（フェノールまたはポリエステル）を含浸させ、高熱で硬化させた合成繊維（綿またはポリエステル）で構成されています。

• 構造：布地補強はコンクリートの鉄筋のように機能し、非常に高い構造的剛性を提供します。
• 潤滑:布地の組織は微量の液体を保持し、PTFE ほどではありませんが潤滑に役立ちます。

直接対決：高圧システムにおけるパフォーマンス

1. 耐荷重性

優勝者: 複合部門

高圧用途では、ラジアル荷重計算最も重要です。複合材料は340MPa（動的）を超える圧縮荷重に耐えることができますが、充填PTFEは通常、15～25MPa程度で大きな変形が発生します。

• 高負荷ガイドストリップ:衝撃荷重を受ける掘削機や採掘設備の場合、複合材は「マッシュルーム変形」に効果的に抵抗します。
• PTFEの制限:大きな横荷重がかかると、PTFE が変形し、ピストンが傾いてボアに傷がつくことがあります。

2. 摩擦とスティックスリップ

勝者: PTFE

精密ロボットやシミュレータでは、摩擦制御が鍵となります。PTFEは、静摩擦係数が動摩擦係数とほぼ同じです。

• スティックスリップなし:PTFE は、低速シリンダーで見られる「スタッター」運動を排除します。
• 効率：高速摺動時の発熱が少なくなります。

3. 押し出し抵抗

優勝者: 複合部門

トライボロジー研究によって定義されているようにリサーチゲート硬質ポリマー複合材料は、シリンダーの膨張（ブリーズ）により押し出し隙間が拡大しても形状を維持します。一方、PTFEはプラスチックであるため、圧力によってハードウェアが膨張すると、隙間に押し出されやすくなります。

選択フレームワーク: いつどれを選択するか?

このロジック ゲートを使用して、シリンダーに適した材料を選択します。

選ぶブロンズ充填PTFEとフェノール樹脂(PTFE) 場合:

1. スピードは速い：速度が4.0m/sを超えます。
2. 摩擦は重要です:アプリケーションでは、スムーズでジッターのない動きが必要です (例: フライト シミュレータ)。
3. メディアは腐食性がある:PTFE は、腐食性の液体に対して優れた耐薬品性を持っています。
4. 柔らかい接合面:シリンダーボアは、研磨性複合材によって損傷を受ける可能性のある柔らかい合金 (アルミニウム/青銅) で作られています。

選ぶ複合いつ：

1. 重い側面荷重:ロッドが斜めに完全に伸びた移動式油圧装置（クレーン、ブルドーザー）。
2. 衝撃荷重:突然の圧力上昇の影響を受けるシステム。
3. 汚染された油:複合材料は、硬質の青銅充填 PTFE よりも小さな異物をうまく埋め込むことができるため、傷が付くのを防止できます。
4. 温度：標準的なフェノール樹脂は最高 120°C まで耐えられますが、特殊樹脂ではさらに高い温度に耐えられます。

将来展望：2026年のガイドリング技術の動向

シーリング技術の状況は進化しています。ポリパック工業技術株式会社今後数年間にいくつかの重要な傾向が見られると予想されます。

• エコトライボロジー:世界的な持続可能性の目標を達成するために、複合材料におけるバイオベースの樹脂への移行。
• スマートウェアリング：現在、ガイドリングが臨界厚さまで摩耗するとセンサーを作動させる導電層が埋め込まれたプロトタイプが存在し、予測メンテナンスが可能になります。
• 3Dプリントされたジオメトリ:非標準の溝寸法のカスタム ガイド リング プロファイルの迅速なプロトタイピング。

専門家のヒントとよくある選択ミス

間違い1：「膨張効果」を無視する

複合材料、特に綿フェノール樹脂系は水分を吸収して膨張する可能性があり、水グリコール系流体ではこの膨張によりピストンがロックされる可能性があります。

• ヒント：寸法安定性を維持するために、水性流体には合成繊維複合材（ポリエステル）を使用してください。

間違い2：幅の計算が間違っている

エンジニアはガイド リングの幅を小さく設定することがよくあり、その結果、降伏点破損が発生します。

• 式： 幅 = ラジアル荷重 / (ピストン径 × 許容面圧)
• ヒント：許容圧力には常に安全係数 2.0 を適用してください。

間違い3：間違ったカットタイプ

• 角度カット（スカーフ）:流体圧力トラップからシールを保護するための往復ピストンの規格。
• バットカット:熱膨張の危険性があるため、油圧ではほとんど使用されません。
• ステップカット：ガイド リングの漏れを最小限に抑える必要がある場合にのみ使用します (ガイドの場合はまれですが、ピストン リングの場合は一般的です)。

経験と製造の卓越性

品質の高い製造は材料の選択と同じくらい重要です。ポリパック工業技術株式会社は、2008 年以来この分野のリーダーとして活躍しています。高度な試験設備を備えた 10,000 平方メートルの施設で業務を展開し、ブロンズ、カーボン、ガラス充填タイプを含む充填 PTFE シールや最新の複合ソリューションを専門としています。

国内外の大学との連携により、当社の材料配合は現代の油圧機器の厳しい要求を満たすことができます。標準の油圧摩耗バンドまたはカスタマイズ高負荷ガイドストリップ弊社のエンジニアリング チームがお客様のアプリケーション条件をシミュレートし、最適なものをご提案いたします。

結論

PTFEと複合材のどちらを選ぶかは、摩擦管理と荷重負荷の両立というトレードオフです。PTFEは比類のない滑らかさとスピードを提供し、複合材は重機に必要な強力な強度を提供します。ラジアル荷重計算環境要因を考慮することで、コストのかかるダウンタイムを防ぐことができます。

接触ポリパックお客様の具体的なニーズについてご相談いただき、カスタム材料選択ガイドをリクエストするには、今すぐお問い合わせください。