耐腐食性ロックスドリルシール：過酷な条件下でも耐久性に優れる

攻撃的な環境で動作するロックスリルにおけるシールの劣化は、通常、エラストマー表面に目に見える腐食が生じることから始まりません。それは、まず膨潤から始まります。シール材が周囲環境（酸性の鉱山排水、乳化切削油、水混入による汚染を受けた油圧油など）からの液体または蒸気を吸収し、設計上の溝 Clearance を超えて膨張します。シール唇部の幾何学的形状が歪み、ボア壁に対する接触圧力が設計上の密封力を想定した均一な負荷から、予測不能な点荷重へと変化します。数百分の運転時間のうちに、目視検査では問題なく見えたシールが、バイパス流を許容し始めるのです。

腐食防止シール設計は、初期の膨潤メカニズムに対処するものであり、下流の故障モードには対処しません。塩分を含む地下水（沿岸部の鉱山）、硫酸性排水（銅鉱山）、高pHの洗浄水（セメントトンネル工事）など、特定の環境において流体吸収率が低いエラストマー配合材を選択することが、シールの交換間隔を200時間から600時間まで延長するかどうかを決定します。シールの形状および取付方法は、配合材の選択に比べて二次的な要素です。

エラストマーにおける耐腐食性の化学的原理

ニトリルゴム（NBR）は、鉱物油およびほとんどの油圧作動油に対する優れた耐性を有することから、油圧シールで最も広く使用されているエラストマーです。その弱点は、ブタジエン主鎖に存在する不飽和の炭素－炭素二重結合がオゾン、高温、および特定の化学種によって攻撃を受けやすい点にあります。60°C未満の温度で清浄な油圧油を使用する鉱山環境では、NBRは十分な性能を発揮します。しかし、酸性水の浸入、周囲温度の上昇、またはエステル系添加剤を含む合成油圧作動油が導入されると、NBRの使用寿命は急激に短縮されます。

HNBR（水素添加ニトリルゴム）は、合成時に不飽和の主鎖結合に水素原子を付加することで、反応性の高い二重結合を安定した単結合に置き換えます。油に対する耐性を付与するニトリル基は保持され、オゾンおよび熱に対する脆弱性は著しく低減されます。HNBRは、持続的に150°Cまで有用な弾性特性を維持し、標準的なNBRを数週間で劣化させるドリル流体、乳化油、塩水などへの攻撃にも耐えます。1984年に初めて商業化されて以来、油圧システムにおける過酷環境下での動的シール材としてデフォルトの選択肢となっています。

PTFEは全く異なるアプローチを採用しています。その炭素‐フッ素主鎖は、有機化学において最も強い結合を有しており、鉱山および建設現場で遭遇するほぼすべての化学物質に対して不活性です。酸、アルカリ、溶媒、塩水のいずれに対しても膨潤しません。ただし、機械的特性に制限があり、PTFEは弾性が低く剛性の高いポリマーであるため、摩耗に伴ってシール接触を維持するにはスプリング式エナジャイザーやバックアップ部材が必要です。静的シール回路、バルブブロックのOリング座面、フラッシングボックスの静的インターフェースなどでは、PTFE製部品は化学的に攻撃性の高い環境下において、エラストマー系代替品よりも大幅に長い寿命を実現します。

過酷条件の分類とそれに適合するシール材

バルブブロック内のOリング、アキュムレーターポートシール、洗浄水入口シールなど、静的回路におけるシール材の選択は、動的打撃用シール以上に、全体的な保守間隔を左右する要因となることが多い。攻撃性のある洗浄水にさらされる静的シールは、掘削サイクル間で非稼働状態となり、洗浄回路に含まれるあらゆる化学成分に長時間浸されている。高pHのトンネル用水回路においてNBR製Oリングを使用した場合、掘削機が当該期間中にわずか20打撃時間しか稼働していなくても、初回の浸水後100時間以内に圧縮永久変形により劣化・破損する可能性がある。

悪化する前の攻撃性環境による劣化モードを早期に認識する

シールに対する環境的攻撃（通常の周期的摩耗とは異なる）を示す兆候として、以下の3つのパターンが挙げられます。第一に、シール端面の非対称的な劣化：通常の摩耗では、リップ周辺全体に均一な接触面の侵食が生じますが、化学的膨潤はリップの幾何学的形状を非対称に歪め、最大膨潤方向に沿った摩耗パターンを生じさせます。第二に、返送された油圧油の異常な色調変化：油圧返送回路内の油が緑がかった色または乳白色を帯びている場合、これは水の乳化を示しており、しばしば洗浄ボックスのシールが損傷し、打撃回路へ水が侵入していることを意味します。第三に、ゲル状物質の形成：一部の化学的攻撃プロセスでは、エラストマー片が油圧流体中に部分的に溶解してゲル状の汚染物質を生成し、これが通常よりも速やかにフィルター要素を目詰まりさせ、バルブブロック内の高精度隙間を傷つけることがあります。

これらのサインのいずれかが見られた場合は、次回の定期点検時期に合わせてシールキットを点検するのではなく、それより前に完全なシールキット点検を実施する必要があります。化学的に劣化したシールを予定通りの交換時期まで使用し続けると、故障がボア表面へと拡大し、修理範囲が単なるシールキット交換からボアの再研削またはハウジング交換へと拡大します。

HOVOO 社製 鉱山・トンネル用途向け防食シールキット

HOVOOは、過酷な環境で使用される主要なドリフターモデル向けに、HNBRおよびPTFE複合材オプションを備えたロックスリルシールキットを供給しています。標準のPUキットは、ほとんどの温帯気候下での清浄水フラッシング作業に適しています。HNBRキットは、作業面の周囲温度が継続的に40°Cを超える場合、酸性地下水をフラッシング媒体として使用する場合、または油圧油がリターン回路で80°Cを超えて運転される場合に推奨されます。静的回路用PTFEバックアップキットは、アルカリ性のトンネル工事や塩分を含む浸透水が発生する沿岸部作業向けに別途ご提供可能です。

既知の過酷な環境において不適切な複合材を指定し、その後シールキットを通常の2倍の頻度で交換する場合、最初から正しい複合材を1度だけ注文するよりもコストが高くなります。HOVOOのモデル別対応表（各ドリフター用途における複合材の種類も明記）は、hovooseal.comにてご確認いただけます。