ロータリーシールの材質（PTFE、NBR、FKM）の選び方

ロータリーシールの材質（PTFE、NBR、FKM）の選び方

ロータリーシールにおける材料選択の重要性

ロータリーシールは、回転軸とカップリングから潤滑油を排出し、汚染物質を遮断します。不適切な材料を選択すると、漏れ、摩耗の促進、メンテナンスコストの増加、突然の故障につながります。このガイドでは、広く使用されている3種類のロータリーシール材料（PTFE、NBR（ニトリルゴム）、FKM（フッ素エラストマー））に焦点を当て、ロータリーシールから信頼性の高い性能を得るために、それぞれの材料をいつ選定すべきかを解説します。

回転シール材料を選択する際の主要な性能要因

材質を比較する前に、ロータリーシールが直面する動作要件を特定してください。主な要因は次のとおりです。

• 温度範囲（最小/最大連続および断続）
• 化学的適合性（油圧作動油、燃料、溶剤、オゾン）
• 表面速度と動摩擦（SHP - 表面硬度と潤滑）
• 研磨剤汚染と耐摩耗性
• 圧力と押し出しのリスク
• 効果的なシールのための硬度と弾性の要件
• 設置スペースと溝の形状

サプライヤーに連絡したり、カスタムロータリーシールを注文したりする前に、これらのパラメータを文書化してください。そうすることで、推測ではなく、実際の要求に合わせて材料特性を適合させることができます。

回転シール用PTFE、NBR、FKMの概要

PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）

PTFEは、優れた耐薬品性と広い温度範囲を備えた低摩擦熱可塑性樹脂です。充填PTFE（ブロンズ、カーボン、MoS2、ガラス）は、回転用途における耐摩耗性と追従性を向上させます。PTFEは、低摩擦、低摩耗、幅広い耐薬品性が求められる用途、例えば高速回転シールや腐食性の高い流体を扱う用途に最適です。

NBR（ニトリルブタジエンゴム）

NBRは、石油系オイルや油圧作動油への優れた耐性、優れた弾力性、そしてコスト効率に優れたシール材として広く使用されているエラストマーです。NBRは中程度の温度・圧力下でのロータリーシールに適していますが、高温のオイル、オゾン、一部の溶剤に対する耐性はFKMに比べて劣ります。NBRは、コストと耐油性が重視される汎用ロータリーシールによく使用されます。

FKM（フッ素エラストマー）

FKMはNBRと比較して優れた耐熱性と耐薬品性を備えています。高温下でも多くの作動油、燃料、そして強力な化学薬品に耐性があります。FKMは一般的にNBRよりも静的硬度が高く、弾性率が低いため、流体との適合性が重要となる高温回転用途に適しています。FKMはNBRよりも高価ですが、過酷な条件下での長期的な信頼性を確保するためには必須となることがよくあります。

材質比較表：PTFE vs NBR vs FKM

以下の表は、各材料の代表的な特性と一般的な適用ガイドラインをまとめたものです。特性範囲は配合や充填剤によって異なる場合がありますので、最終的な設計値については材料データシートをご参照ください。

出典: Parker O-Ring ハンドブック、MatWeb 材料データベース、SKF シーリング ガイド (最後にある出典リストを参照)。

選び方：回転シールの段階的な選定プロセス

この意思決定フローを使用して材料の選択肢を絞り込み、実用的で信頼性の高い選択に到達します。

1. 動作温度を定義します。連続温度またはピーク温度が 120°C を超える場合、NBR は不適切である可能性があります。FKM または PTFE を検討してください。
2. 流体と化学物質の特定：シールが接触する可能性のあるすべての流体（潤滑剤、水、溶剤、燃料）をリストアップします。適合性チャートを使用して、適合しない物質を排除します。
3. シャフト速度と摩擦限界を評価する: 表面速度が速い場合や低トルクが不可欠な場合は、PTFE (充填済み) が最適なパフォーマンスを発揮することがよくあります。
4. 摩耗と汚染を考慮してください。研磨環境では、保護設計（スクレーパー、ダストリング）を備えた充填 PTFE または FKM が必要になる場合があります。
5. 溝の形状と押し出しギャップを確認します。NBR や FKM などのエラストマーは、放射状の圧縮に対してより耐性があります。PTFE は、接触を維持するために、多くの場合、スプリング エナジャイザーまたは特定のプロファイルが必要です。
6. 耐用年数とコストの見積もり：初期材料費とダウンタイムおよび交換コストのバランスを取ります。多くの用途では、高価な材料を使用することで、ライフサイクル全体のコストを削減できます。
7. 試作とテスト：想定される流体、温度、速度でベンチテストとフィールドテストを実施します。代表的な条件下で、漏れ率、摩耗、摩擦を検証します。

回転シールの各材料に関する設計上の考慮事項

PTFE特有のガイダンス

- 回転シールには、耐摩耗性と熱伝導性を向上させるために、充填PTFEを使用してください。ブロンズ充填PTFEとカーボン充填PTFEが一般的な選択肢です。
- PTFE は弾性が低いため、許容範囲全体でシール接触を維持するために、スプリング駆動設計または二次エラストマー駆動装置を使用します。
- シャフトの表面仕上げと硬度が適合していることを確認します。PTFE は、適切な潤滑が施された研磨済みの硬化シャフトに対して最高の性能を発揮します。

NBR固有のガイダンス

- シールのプリロードと摩耗のバランスをとるために適切な硬度 (ショア A) を選択します。一般的な回転式 NBR シールでは 70±5 ショア A が使用されますが、異なる場合があります。
- NBR は適切な潤滑によって効果を発揮します。乾式操作では摩擦と摩耗が増加します。
- 高温の油、高温の燃焼ガス、または強力な溶剤への暴露が予想される場合は、NBR を使用しないでください。

FKM固有のガイダンス

- 使用流体に合わせて配合された FKM グレードを選択してください。フッ素エラストマーの耐薬品性プロファイルは多岐にわたります。
- 低温柔軟性に注意してください。一部の FKM 化合物は低温で硬化し、起動時に漏れる場合があります。
- 耐用年数が重要となる高温、化学物質にさらされる回転シールの場合、FKM の高価格は正当化されます。

テストと検証: 実際の条件下で材料が機能することを保証

実験室での試験では、温度サイクル、シャフト速度、流体への曝露、圧力、汚染などをシミュレートする必要があります。代表的な試験には以下のものがあります。

• 寸法変化を定量化するための液体浸漬および膨潤試験
• 温度と圧力下での動的漏れ試験
• 動作速度における摩擦とトルクの測定
• 代表的な汚染物質を用いた摩耗試験

これらの試験結果を用いて、材料グレードとシーリング形状を改良します。社内に試験設備を備えたメーカーは、このプロセスを迅速化し、手戻りのリスクを軽減します。

回転シールのコストとライフサイクルのトレードオフ

材料費は総所有コストを構成する要素の一つに過ぎません。以下の点を考慮してください。

• 交換やメンテナンスのためのダウンタイムコスト
• 障害の影響（環境、安全、機器の損傷）
• OEMメンテナンス間隔およびスペアパーツ戦略との互換性

重要なアプリケーションでは、予期しない障害を回避するために FKM または充填 PTFE に多額の投資をすると、総所有コストが削減されることがよくあります。

ポリパックが回転シールの選択と供給をサポートする方法

ポリパックは科学的かつ技術的な油圧シールシール製造、シール材料開発、カスタマイズを専門とするメーカーおよびオイルシールサプライヤーシーリングソリューション特殊な作業条件に対応します。2008年に設立されたPolypacは、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シールの製造からスタートしました。現在では、NBR、FKM、シリコン、EPDM、FFKMなど、様々な材質のOリングも製造しており、製品ラインを拡大しています。

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。

回転シールにポリパックを選ぶ理由は何ですか?

Polypacは、材料に関する専門知識、製造規模、そして試験能力を融合させ、信頼性の高い回転シールとカスタムシーリングソリューションを提供しています。そのメリットは以下の通りです。

• 低摩擦、長寿命の回転シール用の充填PTFE配合に関する専門知識
• 流体適合性のための幅広いエラストマーポートフォリオ（NBR、FKM、FFKM、シリコン、EPDM）
• 出荷前に性能を検証するための高度な製造およびテスト設備
• 特殊な作業条件に合わせたカスタムシール設計とラピッドプロトタイピング
• 大学や研究機関との強力な研究開発連携により、材料を最新の状態に保つ

回転シールシステム用ポリパックコア製品

Polypac は、信頼性の高い回転システムをサポートする幅広いシーリング コンポーネントを提供しています。

• Oリング
• ロッドシール
• ピストンシール
• 端面スプリングシール
• 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

各製品ラインは、長寿命を実現するために最適化された、カスタマイズされた材料選択、品質管理、製造許容範囲の恩恵を受けています。

実例: 用途に合わせて材料を合わせる

例1：高速産業用ローター

状況: シャフト速度 >10 m/s、潤滑環境、周囲温度 120°C。
推奨：低摩擦と摩耗を最小限に抑えるスプリングエナジャイザー付きの充填PTFEロータリーシール。最高の耐久性を実現するには、ブロンズまたはカーボン充填PTFEをご検討ください。

例2：建設機械の油圧モーター

状況: 中程度のシャフト速度、油圧オイルおよび外部の汚染物質への露出、温度 -20°C ～ 100°C。
推奨：コストと耐油性を考慮したNBRロータリーシール。摩耗性の高い条件では、ダストリングとバックアップリングを追加してください。高温または腐食性の高い流体が予想される場合は、FKMを使用してください。

例3: 自動車や航空宇宙産業の燃料ポンプ

状況: 燃料および高温への暴露。
推奨事項: 耐薬品性と耐熱性を備えた FKM ロータリー シール。コールド スタートが必要な場合は、低温グレードであることを確認してください。

ロータリーシールの寿命を延ばすための設置とメンテナンスのヒント

• シャフトの仕上げと硬度を検査し、必要に応じて修理または硬質クロムメッキを行います。
• 選択した材料の正しいグランド寸法と許容差に従ってください。
• 互換性のあるアセンブリ潤滑剤を塗布します。互換性のないエラストマーを含む石油ベースの潤滑剤は使用しないでください。
• 動作条件を監視します。温度の急上昇や予期しない液体は、非互換性が生じていることを示している可能性があります。
• 予備のシールは管理された保管場所に保管してください（オゾンへの曝露と高温を避けてください）。

FAQ - ロータリーシールと材料選定に関するよくある質問

Q: すべての回転シール用途において、NBR の代わりに PTFE を使用できますか?

A: いいえ。PTFEは低摩擦性と耐薬品性を備えていますが、弾力性に欠けます。中温域で柔軟性のあるシールを必要とするシンプルで低コストな回転シールには、NBRが適している場合があります。PTFEは、低摩擦、腐食性の高い流体、または高速回転が主な要件である場合に最適です。

Q: NBR ではなく FKM を選択すべきかどうかはどうすればわかりますか?

A: 動作温度が常に約120℃を超える場合、または腐食性の高い化学物質や燃料にさらされる場合は、FKMをお選びください。FKMは高価ですが、これらの条件下ではより長持ちします。

Q: 充填 PTFE とは何ですか? また、なぜ使用されるのですか?

A: 充填PTFEには、耐摩耗性の向上、コールドフローの低減、摩擦の低減を目的として、青銅、炭素、グラファイト、MoS2、ガラスなどの添加剤が含まれています。充填剤により、PTFEは動的回転用途において優れた性能を発揮します。

Q: 常にスプリング式の PTFE ロータリーシールを使用する必要がありますか?

A: 必ずしもそうとは限りませんが、スプリングエナジャイザーはPTFEの低い弾性を補い、さまざまな公差下でも接触を維持します。多くの回転用途において、スプリングエナジャイザー付きPTFE設計はシールの信頼性を向上させます。

Q: シャフトの表面仕上げはどの程度重要ですか?

A: 非常に重要です。硬く滑らかな仕上げ（研磨または研削、材質に応じて通常Ra 0.2～0.8µm）は摩耗と漏れを低減します。柔らかいシャフトや粗いシャフトはシールの摩耗を増加させるため、表面仕上げはシール材質に合わせてください。

お問い合わせ / 製品を見る

ロータリーシールの選定や調達にお困りの際は、Polypacまでお問い合わせください。技術相談、サンプルテスト、お見積もりの​​ご依頼を承っております。Oリング、ロッドシール、ピストンシール、エンドフェイスシールなど、製品カタログをご覧ください。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、ダストリングなど。カスタムロータリーシールと材料開発については、ご相談の上、動作パラメータをご提供いただければ、迅速なプロトタイプ作成が可能です。

出典と参考文献

• パーカーOリングハンドブック（一般特性と互換性ガイダンス）
• MatWeb 材料特性データベース (PTFE、NBR、FKM の標準範囲)
• SKF シーリング ソリューション ガイド (ロータリー シールのベスト プラクティスとシャフト仕上げの推奨事項)
• ポリパック社内の製品および試験記録（充填PTFEの開発履歴および生産能力）