ロックスドリル用ダストシールの材質とは？ポリウレタンとNBRについて解説

ロッカードリル用ダストシールの役割は、機械に使われる他のシール類と比べて限定的です。つまり、加圧流体を封止するのではなく、異物の侵入を防ぐことです。とはいえ、この限定的な役割でも、特定の材質が求められます。本稿では、ロッカードリル用ダストシールに最も多く用いられる材質、異物遮断用シールと加圧流体封止用シールとで材質選定が異なる理由、およびそれが実際の使用における性能にどう影響するかについて解説します。

ロッカードリル用ダストシールの材質は？

ロッカードリル用ダストシールは、通常、ポリウレタン（PU）またはニトリルゴム（NBR）を成形して製造されます。メーカーによっては、同一部品が以下のように表記されることもあります。 ワイパーシール 、スクレーパーシール、またはフロントカバーシールと呼ばれるものですが、いずれもシャンクアダプターがフロントヘッドから突き出る部分の外周に取り付けられる最外側のシール部品を指します。

エクスクルージョンシールにおけるダストシール材の選択がなぜ重要なのか？

圧力流体を保持するのではなく、単に粉塵の侵入を防ぐだけのシールであれば、材質に対する要求はそれほど高くないと考えがちです。しかし実際には、ダストシールはシャンクアダプターに対して連続的なスライドおよび回転接触を繰り返す必要があり、また自らが遮断しようとする汚染物質による摩耗にも耐えなければならず、さらに機械の最も先端部という過酷な環境下で、直射日光・オゾン・気温変化といった外的要因にもさらされます。しかも、フロントヘッド内部の他のシールと比べて、潤滑や冷却が十分に行き届かない場合がほとんどです。

こうした使用条件に不適切な材質では、典型的な劣化現象が見られます。たとえば、研磨性の粉塵によるリップ部の急速な摩耗、熱およびオゾンによる亀裂や硬化、あるいはリップ部の形状変化によりシャンクアダプターとの密着が失われ、シール機能が低下するなどです。

ポリウレタン（PU）とは？ なぜダストシールに多く使われるのか？

ポリウレタンの特徴的な強みは、ほとんどの従来型ゴム材料を大きく上回る耐摩耗性・耐裂性であり、これはダストシールが実際に求められる性能と非常に合致しています。ダストシールは、硬く研磨性の強い岩の粉や掘削粉塵と常に接触しており、こうした接触で急速に摩耗する材料では、目視で明らかな劣化が生じる前から異物の侵入を防げなくなってしまいます。

ポリウレタン製ダストシールは、乾燥・多塵な掘削環境——特に耐摩耗性が最も重視される状況——において、標準的に採用される選択肢です。一方、主な制約としては、特殊配合ゴムに比べて連続使用時の上限温度がやや低く、極低温下での柔軟性も比較的低い点が挙げられます。

NBRとは何か？ どのような場合にダストシールとしてNBRが用いられるのか？

NBRは、柔軟性、コスト、油接触に対する耐性のバランスが取れた汎用エラストマーであり、この用途では、ダストシールが潤滑部品に近接しているため、油耐性が主目的でなくても偶発的な油への暴露が生じ得ることが重要となる。また、NBRは低温下での柔軟性保持性能がPUよりもやや優れており、寒冷地での掘削作業においてもその点が重要となる場合がある。

摩耗抵抗がそれほど支配的でない状況——例えば、ドライな粉塵ではなく泥が主な汚染物質となる湿潤な掘削条件——では、ダストシールの材質として、NBRはPUに比べて合理的かつコスト効率の良い代替選択肢となる。

油を封止しないダストシールに、油耐性は本当に必要なのか？

ダストシールの主な機能は油耐性を必要としないが、実用上、ある程度の油耐性は考慮すべき要素である。ダストシールは日常的な点検・整備時にフロントヘッド付近に存在する可能性のあるグリースや油に近接して配置されるため、一般的な潤滑剤に接触して著しく膨潤したり劣化したりする材質は、流体保持ではなく異物の侵入防止を主目的とする部品であっても不適切な選択となる。

ポリウレタン（PU）およびニトリルゴム（NBR）は、鉱物油系のグリースや油への偶発的な接触に対して十分な耐性を有しており、これが水対応材や純粋な機械的特性重視の材質ではなく、この用途において依然として標準的に採用される二大材料となっている理由の一つである。

これらの材料を並べて比較するとどうなるか？

以下の表は、上記で説明した一般的なトレードオフをまとめたものです。実際の性能は、各メーカーが採用する具体的な配合組成によって異なります。

PUおよびNBRは、ロックスドリル用ダストシールの用途のほとんどを占めていますが、シーリング工学全般における異物排除用途で使用される材料は、これらだけではありません。例えば、高温と腐食性環境が同時に存在するような極めて過酷な条件下では、他の耐圧機器向けに公表されたダストシール設計において、シール要素にガラス繊維充填PTFE複合材を採用し、接触力を維持するためにエラストマー固有の復元力ではなく、耐食性金属合金製のスプリングを組み合わせた例があります。このような構造は、標準的なPUやNBRのリップに比べてはるかに特殊かつ高コストであり、通常のロックスドリル運用条件を大幅に上回る状況でのみ採用されるのが一般的です。ただし、この事例は、本稿で取り上げた2種類の材料が、技術的に唯一の選択肢というよりは、実用上のデフォルト選択であることを示しています。

リップの形状（素材だけでなく）は、ダスト排除性能にどのように影響するか？

ダストシールの異物侵入防止性能は、材質だけでなく、リップの形状にも大きく依存します。シングルリップワイパー構造はシンプルで摩擦が小さい一方、ダブルリップ構造では、第1リップが見逃した異物を第2リップが捕捉できるよう、接触ラインが2か所設けられています。ただし、その分わずかに摩擦と発熱が増加します。また、一部の設計では、主リップの前方に小さな排除溝を設けて、密封接触部に到達する前に大きな異物を捕捉する工夫がなされています。

リップ形状と材質は、それぞれ独立して機能するのではなく、相互に連携して作用するため、交換用ダストシールは、元の材質に加えて、元のリップ形状（プロファイル）も正確に再現する必要があります。どちらか一方のみを基準とするのは適切ではありません。

周囲環境中の研磨性物質の含有量は、材質選定にどのような影響を与えますか？

硬質でシリカを含む岩盤を掘削する現場では、軟質地層を掘削する現場と比べて、より微細で硬く、研磨性の高い粉塵が発生しやすく、その差はダストシールの摩耗率に直接反映されます。特に研磨性の高い現場では、ポリウレタン（PU）とニトリルゴム（NBR）の耐摩耗性の差がより明確になり、コストがやや高くなるものの、一般的にPUが優れた選択肢となります。一方、粉塵などの異物混入はあるものの、研磨性がそれほど強くない現場では、NBRの低コストおよび低温下での柔軟性に優れる特性から、より現実的で標準的な選択となる場合があります。

粉塵の研磨性は岩盤の種類や掘削方法によって大きく異なるため、機械に標準装備されているシール材を無条件に採用するのではなく、実際の現場条件に応じて最適なダストシール材を選定することが、より信頼性の高い対応策です。

温度はダストシール材の性能にどのように影響しますか？

ダストシールは機械の最も前方に配置されるため、通常、オイル側シールが受ける持続的な内部熱への暴露は少なくなりますが、周囲環境（直射日光、屋外での気温変化、寒冷地における低温による材質の硬化）への露出は大きくなります。ポリウレタン（PU）は低温下でやや剛性が高くなるため、極寒の朝には機械本体およびシールが十分に暖まるまでの間、密封性能が一時的に低下する可能性があります。一方、ニトリルゴム（NBR）は低温下でもやや長く実用的な柔軟性を維持します。

反対側では、高温の周囲環境とフロントヘッド部における通気性の制限が重なることで、ゴム系材料全般に共通する熱による硬化・亀裂が加速されます。このため、ダストシールの外観（亀裂の発生、硬化、柔軟性の喪失）は、実際の運転時間とは無関係に、交換時期を判断する最も実用的な指標となることが多いのです。

現場の条件に合った材料をどう選べばよいですか？

粉塵シールの材質選定は、現場ごとの研磨性物質の含有量、湿度、温度といった条件のバランスに大きく依存するため、交換用部品を供給する業者に対して、これらの条件を正確に伝えることが最も確実な方法です。元々採用されていた材質が自動的に最適であると想定するのは避けてください。

保守記録や部品カタログが入手可能な場合は、そこに当初装着されていた材質が通常記載されています。それらが利用できない場合でも、当該ロッカー・ドリルの機種に詳しい供給業者であれば、標準仕様を確認し、現場の掘削条件に応じて異なる材質を選定する必要があるかどうかをアドバイスしてくれることが一般的です。

1. 趙 S.、霍 H.、龐 C.、程 W.、王 T.、魏 R.「安全弁用耐食・耐高温ダストシールの開発と応用」『設備管理と保守』、2026年（第4号）。