適切なロッドシール材の選び方

適切なロッドシール材の選び方

ロッドシールの材料選択が重要な理由

ロッドシールは、油圧シリンダーおよび空気圧シリンダーのシステム性能と寿命に不可欠です。適切なロッドシール材料の選択は、漏れ制御、耐用年数、摩擦、応答性、そして流体や環境との適合性に影響を与えます。不適切な材料選択は、摩耗の加速、エネルギー消費の増加、ダウンタイム、そして高額な修理費用につながる可能性があります。このガイドでは、動作条件に基づいたロッドシール材料の選定方法を説明し、材料比較表を掲載するとともに、新規または既存の機器にロッドシールを選定する際に役立つ、選定と試験に関する実用的なアドバイスを提供します。

ロッドシールを選択する際に評価する重要な動作要因

材料選定は、まず動作範囲を記録することから始めましょう。ロッドシールの場合、最も重要な要素は以下のとおりです。

• 温度範囲: シールが受ける連続温度とピーク温度。
• 圧力: 最大システム圧力と圧力スパイク。
• 速度: ロッドの表面速度または往復周波数とストロークの長さ。
• 流体および化学物質への暴露: 油圧作動油、添加剤、溶剤、または汚染物質。
• 機械的負荷と押し出しギャップ: ギャップのサイズとバックアップ リングの必要性。
• 摩耗と汚染：粒子の侵入と表面仕上げ。
• 摩擦要件: 低い始動摩擦と安定した走行摩擦。

可能な限り、各パラメータを数値で記録してください。これにより、材料選定チャートやサプライヤーの設計推奨事項に有効な入力情報が得られ、選択したロッドシールが運転要件を満たすことが保証されます。

一般的なロッドシール材料とその代表的な強度

以下は、最もよく使用されるロッド シールの材質と、エンジニアがロッド シールにそれらを選択する理由です。

• ニトリルゴム（NBR）：汎用用途に広く使用されている油圧シール優れた耐油性、適切な温度範囲、競争力のあるコストによるものです。
• フッ素エラストマー (FKM/Viton): 高温または腐食性の流体環境において優れた耐熱性と耐薬品性を備えています。
• ポリウレタン (PU): 高い引裂強度、低い摩耗率、高圧の動的用途における優れた耐摩耗性。
• PTFE および充填 PTFE 化合物: 摩擦が非常に低く、温度範囲が広く、耐薬品性に​​優れており、複合シールのシール リップやベアリング インサートとしてよく使用されます。
• シランおよび VMQ (シリコン): 低温柔軟性と極度の温度に対して優れていますが、動的油圧ロッドのシーリングでは耐摩耗性が限られています。通常は圧力ではなく温度が主な懸念事項である場合に使用されます。
• FFKM: 従来の FKM では不十分な、最も攻撃的な化学物質や高温の用途向けの特殊なパーフルオロエラストマー。

材料の比較：温度、圧力、摩擦、耐薬品性

下表は、一般的なロッドシール材の標準的な性能範囲をまとめたものです。これは参考値としてご利用ください。実際の配合、充填剤、加工条件によって特性は変化します。圧力限界が示されている場合、これらはバックアップリングのないシングルリップロッドシールの目安であり、押し出し隙間と押し出し抵抗に依存します。

表データの出典はこの記事の末尾に記載されています。重要な設計については、必ず特定の化合物のデータシートとサプライヤーの試験データで検証してください。

速度と摩擦がロッドシールの材料選択に与える影響

動摩擦はシールとロッドの界面での発熱に影響します。摩擦が大きいと、スティックスリップ、応答速度の低下、摩耗の促進につながる可能性があります。低摩擦が不可欠な場合、例えば位置感応シリンダ、低出力アクチュエータ、高周波数でのロングストロークなどでは、PTFEまたはPTFE複合リップが一般的です。システムのシールに低透過性と優れた弾性回復性が求められる場合、NBRやFKMなどのエラストマーは有効ですが、摩擦が大きくなる可能性があります。ポリウレタンは、多くの高負荷往復動用途において、耐摩耗性と許容摩擦のバランスに優れています。

圧力、押し出し隙間、バックアップリングの役割

高圧下では、軟質材料がピストンロッドとグランド間の隙間にはみ出す可能性があります。PUや充填PTFEなどの材料は、単純なエラストマーよりも優れた耐はみ出し性を示します。非常に高圧の場合は、機械式バックアップリング（強化リング、布地補強バックアップリング）と適切なシールリップ材を組み合わせて使用​​してください。エラストマーエナジャイザーとPTFE低摩擦リップ、そしてバックアップリングの組み合わせは、要求の厳しいロッドシール設計において一般的な戦略です。

ロッドシールの化学的適合性と流体の選択

化学的適合性は譲れない条件です。使用中に膨潤、硬化、または軟化する材料は、早期に故障の原因となります。鉱物系作動油の場合、NBR、FKM、PU、PTFEは通常適合します。リン酸エステル系作動油、腐食性の高い作動油、またはグリコール含有量の高いシステムの場合は、FKMまたはFFKMが必要になる場合があります。水や蒸気の環境では、EPDMが必要になることがよくあります。新しい化合物と流体の組み合わせについては、必ず流体適合性チャートを参照し、本格的に使用する前に浸漬試験を実施してください。

摩耗、摩擦、表面仕上げに関する考慮事項

ロッドの仕上げと汚染物質は摩耗に影響を与えます。Ra 0.4マイクロメートル未満の研磨ロッドは、アブレシブ摩耗を最小限に抑えます。一方、粗悪な仕上げや粒子が付着していると、シールリップの損傷が加速されます。ポリウレタンは多くのエラストマーと比較して優れた耐摩耗性を備えており、汚染された環境に適しています。クリーンシステムにおける微調整と低摩耗を実現するには、PTFE複合リップが長寿命と低摩擦を実現します。

テストとプロトタイピングの推奨事項

生産量を決定する前に、シールの試作を行い、現場使用を模擬した環境でテストを実施してください。推奨されるテストは以下のとおりです。

• 可能な場合は、数百万サイクルの動作圧力と速度での油圧耐久テストを実行します。
• 作動流体が存在する状態での上限および下限の温度浸漬テスト。
• スティックスリップまたは抗力を評価するため、さまざまな速度で摩擦を測定します。
• 代表的な押し出しギャップとバックアップ リング セットアップを使用した押し出しテスト。

結果を文書化し、シールサプライヤーにご相談ください。コンパウンドの最適化についてはご相談ください。材料サプライヤーや先進メーカーは試験設備を備えており、加速寿命試験を実施して設計を検証することができます。

コスト対パフォーマンス：実践的な選択戦略

材料費は総所有コスト（TCO）を構成する要素の一つに過ぎません。以下の実用的なアプローチを検討してみてください。

1. 最低限許容できるパフォーマンス（シーリング、寿命、安全性）を定義します。
2. すべての動作条件を満たす材料を選択し、互換性のないオプションは早期に排除します。
3. ダウンタイム、メンテナンス間隔、摩擦によるエネルギー損失、在庫の複雑さなど、ライフサイクル全体のコストを考慮してください。
4. 試作と検証。高価な材料を使用することで、メンテナンス間隔が大幅に延長されたり、信頼性が向上したりする場合は、資産のライフサイクル全体でコストが削減される可能性があります。

ロッドシールの専門メーカーを選ぶ理由

専門メーカーは、材料開発、加工ノウハウ、試験設備を組み合わせ、特定の条件に合わせてロッドシールを最適化します。配合のカスタマイズ、複合リップ（エラストマーとPTFEインサート）の設計、そしてシール寿命を最大限に延ばすためのグランド形状やバックアップ部品の推奨など、幅広い対応が可能です。実績のある研究開発能力と生産能力を持つパートナーと連携することで、リスクを軽減し、市場投入までの時間を短縮できます。

ポリパックのプロフィール：カスタムロッドシール、材料開発および製造能力

ポリパックは、シール製造、シール材料の開発、カスタマイズを専門とする科学的で技術的な油圧シールメーカーおよびオイルシールサプライヤーです。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、Polypacは製品ラインを拡大し、NBR、FKM、シリコン、EPDM、FFKM製のOリングも取り扱っています。

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。

ポリパックの製品の強みとコアコンピタンス

ポリパックは、PTFEおよび充填材のシーリングコンパウンド、高度な成形および機械加工能力を自社開発しています。PTFE部品過酷な環境や特殊な機械的要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提供しています。主な製品ファミリーには以下が含まれます。

• 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

ポリパックの競争優位性は、充填PTFE技術に関する深い専門知識、幅広いエラストマーコンパウンド、高度な試験・製造設備、そして学術機関との共同研究開発体制にあります。これらの強みを組み合わせることで、エラストマーエナジャイザーを内蔵したPTFEリップロッドシール、高圧ポリウレタンシール、そして最も過酷な化学サービスにも対応できるFFKMコンパウンドなど、お客様一人ひとりのニーズに合わせたソリューションを提供できます。

ロッドシールを注文または指定する際の実用的なチェックリスト

注文時や仕様書の作成時にエラーを減らすために、このチェックリストを使用してください。

• 正確なロッド直径、グランド寸法、および押し出しギャップ許容差を提供します。
• 過渡的スパイクを含む動作温度範囲と最大圧力を指定します。
• 油圧作動油の種類、添加剤、および可能性のある汚染物質をリストします。
• 必要な耐用年数またはメンテナンス間隔、および満たすべき業界標準に注意してください。
• 材料データシート、摩擦テストデータ、推奨される設置手順をリクエストします。

カスタムロッドシールとテストサポートについては、Polypacにお問い合わせください。

極端な温度サイクル、研磨性汚染物質、非標準流体など、特殊な条件が適用されるアプリケーションの場合は、Polypacの技術チームにご相談ください。材料選定のアドバイス、試作、加速試験を実施し、量産前の性能検証を行います。お客様のアプリケーションに最適なロッドシールについては、製品カタログをご覧いただくか、お見積もりをご依頼ください。

よくある質問

Q: 汎用品に最適な素材は何ですか？油圧ロッドシール?
A: NBRは耐油性とコスト効率に優れているため、汎用油圧ロッドシールとしてよく使用されます。高温や腐食性の高い流体の場合は、FKMまたはPTFE複合材料が適している場合があります。

Q: ポリウレタンロッドシールは高温で使用できますか?
A: 標準的なPUコンパウンドの上限は通常90～100℃です。より高い温度の場合は、FKMまたはPTFEベースの材料をご検討ください。必ずコンパウンドのデータシートをご確認ください。

Q: 高圧時にシールが押し出されるのを防ぐにはどうすればよいですか?
A: 押し出しギャップを減らし、PU や充填 PTFE などの押し出し耐性に優れた材料を選択し、必要に応じてバックアップ リングまたは強化バックアップ要素を使用します。

Q: PTFE ロッドシールは動的往復ロッドに適していますか?
A: はい。充填PTFE材料は、低摩擦と広い温度範囲を特徴とするため、動的用途で広く使用されています。多くの設計では、低圧時のシール性を向上させるために、エラストマーエナジャイザーを備えたPTFEリップが使用されています。

Q: ロッドの表面仕上げはどの程度重要ですか?
A: 非常に重要です。滑らかで適切に研磨されたロッドは摩耗を軽減し、シールの寿命を延ばします。シール材質に応じて、Ra 0.2～0.6マイクロメートル程度の表面仕上げを目指してください。

連絡先と製品のCTA

ご相談、カスタム設計、サンプルのご依頼、またはPolypacのロッドシール、Oリング、ピストンシールなど全製品ラインナップのご確認については、営業チームまでお問い合わせいただくか、製品ページをご覧ください。Polypacは、お客様の動作条件に最適なロッドシール材質の選定をお手伝いし、検証用のプロトタイプをご提供いたします。

参考文献とデータソース

この資料で材料特性とガイダンスをまとめるのに使用した情報源

• パーカー O リング ハンドブック、パーカー ハネフィン コーポレーション。
• SKF シール材料ガイドおよび技術論文。
• MatWeb 材料特性データ、PTFE およびポリウレタンのデータシート。
• ASTM D2000 - 自動車サービスにおけるゴム製品の標準分類システム。
• 充填 PTFE コンパウンドに関する技術論文およびメーカーのデータシート。