油圧システムにおけるシール技術および材料選定

シーリングは、油圧システムを良好な状態で稼働させるための鍵です。シリンダーやピストンからのオイル漏れ、あるいは異物の侵入は、システム全体の寿命を短縮し、効率を低下させます。

オイルの漏れを防ぎ、異物の侵入を阻止するために、業界では多種多様なシール、技術、および手法が開発されています。それぞれに特有の長所があります。過酷な作業条件下では、単一のシールだけでは十分でない場合があり、エンジニアは代わりに完全なシーリングシステムを採用します。

シーリングシステムの選定と使用

シールシステムは通常、総合的な優れた性能を発揮するために協調して作動する複数の特殊シールで構成されます。高圧シリンダ用シールシステムは通常、4つの部品からなります：ワイパー、ロッドシール（または主シール）、バッファシール（または副シール）、およびガイドリングです。ピストン用シールシステムは通常、主シールとガイドリングの2つの部品で構成されます。

現在、油圧シールに最も多く使用される4つの材料は、ポリウレタン（PU）、ニトリルゴム（NBR）、フッロカーボンゴム（FKM）、およびポリテトラフルオロエチレン（PTFE）です。

適切な材料の選定方法

材料の選択は使用条件に依存します。異なる化学薬品は各材料に対してそれぞれ異なる反応を示します。また、一部の材料はより高い圧力や温度にも耐えられます。さらに、材料は変形（押し出し）に対する耐性も備えていなければなりません。したがって、最適な材料の選定は常に具体的な用途に応じて行う必要があります。

材料は変形（押し出し）に対する耐性も備えていなければなりません。したがって、最適な材料の選定は常に具体的な用途に応じて行う必要があります。

以下に、最も一般的なシール材料とその特長を示します。

1. ポリウレタン（PU）

ポリウレタンは、化学構造中に多数のウレタン基を有する強靭なプラスチック材料であり、熱可塑性エラストマーの一種である。硬質プラスチックの性質とゴムの性質を併せ持ち、両者の間の性能ギャップを埋める役割を果たす。

その特性は、主に3つの成分——ポリオール、ジイソシアネート、およびチェーンエクステンダー——から生じる。各成分の種類および配合量、さらにそれらの反応条件が最終的な性能を決定する。ポリウレタンは通常、以下の特性を示す。

・高い機械的強度

・高い引張強度

・非常に優れた耐摩耗性

・優れた柔軟性

・広範囲に調整可能な剛性

・弾性を維持したままの広い硬度範囲

・オゾンおよび経年劣化に対する良好な耐性

・優れた耐摩耗性および耐ちぎれ性

・油およびガソリンに対する優れた耐性

使用温度範囲：-30～80℃。特殊高耐熱タイプは、鉱物油中で長期間にわたり110℃まで耐えることができます。

2. アクリロニトリル・ブタジエンゴム（NBR）

NBRはブタジエンとアクリロニトリルから製造されます。アクリロニトリル（ACN）の含有量によって、その特性が大きく変化します。

・弾性

・低温での靭性

・ガス透過性

・圧縮永久ひずみ

・鉱物油、グリースおよび燃料による膨潤に対する耐性

低ACN NBRは低温（約-45℃まで）で非常に柔軟ですが、油および燃料に対する耐性は中程度です。高ACN NBRは油および燃料に対する耐性が最も優れていますが、低温での柔軟性はやや劣る場合があります。

－3℃まで柔軟性を維持します。ACN含有量が増加すると、弾性が低下し、圧縮永久ひずみが悪化します。

NBRの特長：

・脂肪族炭化水素、グリース、HFA／HFB／HFC難燃性液压油、植物油および動物油、軽油、ディーゼル燃料に対する膨潤抵抗性

・配管などに用いられる100℃までの温水、弱酸および弱アルカリへの耐性

・高芳香族系燃料に対して中程度の耐性

・芳香族炭化水素、塩素化炭化水素、HFD難燃性油、エステル、極性溶媒、グリコール系ブレーキ液では著しく膨潤します。

使用温度範囲：－40～100℃（短時間なら130℃まで可能）。特殊配合品では低温域で－55℃まで対応可能です。上限温度を超えると、材料は硬化します。

3. フルオロゴム（FKM）

FKMは、ビニリデンフッ化物（VF）にヘキサフルオロプロピレン（HFP）、テトラフルオロエチレン（TFE）およびその他の成分を異なる割合で配合して製造されます。

配合組成およびフッ素含有量（65～71％）によって、耐薬品性および低温特性が決まります。架橋はジアミン、ビスフェノールまたは有機過酸化物を用いて行います。

FKMは以下の特徴で知られています：

・優れた耐高温性

・油、ガソリン、作動油、炭化水素系溶剤に対する優れた耐性

・良好な耐炎性

・非常に低いガス透過性

・極性溶剤、ケトン類、Skydrolタイプの難燃性作動油、ブレーキフルードに対する著しい膨潤性

使用温度範囲：約－20～200℃（短時間では230℃まで可能）。特殊グレードでは－50～200℃まで対応可能です。

4. ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）

PTFEはテトラフルオロエチレンから製造される非弾性材料であり、以下の特徴を持ちます：

・表面が非常に滑らかで安定している

・200℃まで無毒です。・ほぼすべての他の表面に対して極めて低い摩擦係数を示します（静摩擦と動摩擦がほぼ等しい）

・優れた電気絶縁性（周波数、温度、天候の影響をほとんど受けません）

・他のプラスチックやゴムと比較して、より優れた耐薬品性を有します

・高温下で液体アルカリ金属およびごく少数のフッ素化合物のみによって攻撃されます

使用温度範囲：－200℃～260℃。極低温下でも依然としてある程度の柔軟性を保つため、多くの極寒用途に使用されます。

pTFEは弾性が低く、時間とともにクリープ（徐変）を起こすため、ほとんどの油圧シールでは、リップ部を密着させるためにスプリングまたはゴム部材と組み合わせて使用されます。

油圧シリンダーにおける一般的なシール構造

以下は、油圧シリンダーで最も一般的に使用されるシールの種類です。

1. ピストンシール

・ピストンとシリンダーチューブ間のシール—シリンダーが正常に作動するために極めて重要です

・最も一般的な設計はリップシールですが、OリングやTシールも使用されます

・摩擦を低く保ちながら、確実なシールを提供する必要があります

・用途に応じて異なる材料で製造されます

・システム内の圧力によってリップ部が密着する必要があります

2. ウァイパー（ダストシール）

・泥、水、ほこり、汚れなどを効果的に除去する強力なスクレーピング作用があります

・ロッドが収縮する際に油膜をシステム内へ戻します

・主シールを保護し、その寿命を延ばします

・通常、耐摩耗性の高いポリウレタンで製造されます

・リンクピン用グリースシールとしてもよく使用されます

3.ロッドシール

・システムからの油漏れを防止する

・低圧および高圧の両方で良好に作動する必要がある

・優れた押し出し耐性および耐摩耗性を備える必要がある

・油膜をシステム内へ再導入する機能を有するべきである

・通常、最大31.5 MPaの圧力を扱う

4.バッファシール

・急激な高圧ショックに対応する

・ロッドシールを圧力サージから保護する

・シール間で閉じ込められた圧力を放出でき、これによりロッドシールの寿命が延び、押し出しを防ぎながらより広いギャップを許容できる。また、非常に耐摩耗性が高い。

5. ガイドリング（摩耗バンド）

・シリンダー内部の金属部品同士が接触するのを防ぎます

・ピストンロッドおよびピストンを中央に保ちます

・シールの寿命を延ばすのに役立ちます

6. Oリング

・静的（非可動）シールとして最も一般的です

・径方向または軸方向に圧縮されることでシールします

・両方向で機能します

・応力供給部材または主シールとして使用できます

・自己シール性—追加の圧力や速度は不要です

シール技術は、油圧システムの信頼性、長寿命、および効率性の要です。単一材料の選定から、完全なマルチパーツ・システムの設計に至るまで、あらゆる選択は、正確な圧力、温度、および作動条件に適合しなければなりません。