油圧システムおよび空気圧システムにおいて、流体漏れは最も一般的な故障モードの一つです。適切なシールを選択することで、漏れを防ぎ、効率を確保し、機器の寿命を延ばすことができます。
これらのシステムでは、主にアキシャルシールとラジアルシールが使用されますが、設計、機能、用途には明確な違いがあります。この記事では、アキシャルシールとラジアルシールの主な違いを解説し、お客様の特定の要件に最適なシールを選択するためのガイダンスを提供します。
ラジアルシールとは
ラジアルシール（ラジアルシャフトシールとも呼ばれる）は、シャフトまたはハウジングのボアにおけるラジアル方向（シャフト軸に垂直）の漏れを防止するために設計されたシールの一種です。ラジアルシールの主シールリップはシャフトに対して直角に配置され、シャフト表面との密着性を維持します。
アキシャルシールとは
アキシャルシールは、ラジアルシールとは異なり、主要なシール面がシャフト軸と平行、またはハウジングの内径面に沿って配置されます。アキシャルシールは、ベアリングハウジングとエンドカバーの間など、シャフトに対して垂直に組み立てられた2つの機械部品間の漏れを防止するために使用されます。
ラジアルシールとアキシャルシールの違い
メカニズム
ラジアルシール（シャフトシールとも呼ばれる）は、シャフトまたはハウジングの内径の半径に沿ってシール効果を発揮します。シャフト軸に垂直なグランド内に設置され、シールリップがシャフト表面に直接接触します。シールリップは、自身の弾性とシステム圧力の組み合わせによって付勢され、気密性を維持します。
アキシャルシールはシャフト軸に沿ってシールします。シャフトのスラスト面と平行に配置され、シールの平面部とシャフトまたはハウジングとの間でシールが行われます。アキシャルシールは、嵌合部品間の密接な面接触を維持することで漏れを防止します。
運動方向
ラジアルシールは主に回転軸のシールに使用され、円運動に対応します。軸が回転すると、 シールは維持する 継続的な接触により、液体がシステムから漏れたり、汚染物質が侵入したりすることを防ぎます。
アキシャルシールは、横方向の動きを伴う用途において、シャフト軸に沿ったシールに適しています。アキシャルシールは、シャフトが前後に動く際に漏れを防ぎ、平面の嵌合面間の密閉性を維持します。
材料
ラジアルシールは通常、ニトリルゴム (NBR)、フッ素エラストマー (FKM)、ポリウレタン (PU) などのエラストマー材料で作られています。
軸方向シールには、NBR や FKM などのエラストマーのほか、PTFE、ポリアミド、ポリエチレンなどの熱可塑性プラスチックなど、さまざまな材料を使用できます。
形状
ラジアルシールは通常、シールリップ、補強用の金属インサート、そして追加の加圧力を得るためのスプリングを備えた断面を持つ円形リングとして設計されています。この円形形状により、シールはシャフトにぴったりとフィットし、360度のシール接触を維持します。
アキシャルシールは、多くの場合、平らなディスク状またはワッシャー状の形状をしています。シンプルな平型ガスケットの場合もあれば、複数のシールリップや溝を備えた複雑な設計の場合もあります。
アプリケーション
ラジアルシールとアキシャルシールは、その機構と動作処理能力の違いにより、様々な産業分野で使用されています。ラジアルシールは、以下のような回転機器に広く使用されています。
- パンプス回転軸を密閉し、流体の漏れを防ぐ
- ギアボックス: 潤滑油を封じ込め、汚染から保護する
- 電気モーター: シャフトを密閉し、ほこりや湿気の侵入を防ぐ
- 自動車エンジン: クランクシャフト、カムシャフト、その他の回転部品をシールする
アキシャルシールは、次のような直線運動を伴う用途でよく使用されます。
- 油圧シリンダー：ピストンロッドを密閉し、液漏れを防ぐ
- 空気圧アクチュエータ：ピストンを密閉し、空気圧を維持する
- バルブステム: バルブシャフトからの漏れを防ぐため
- コンプレッサー：往復ピストンを密閉し、ガス漏れを防ぐ
アキシャルシールとラジアルシールの選択
グランドの設計と寸法
アキシャルシールは、油圧シリンダー、ポンプ、バルブなど、軸方向に制約のある空間を持つ用途で一般的に使用されます。アキシャルシールのグランドは通常、シールを軸方向に圧縮するためのシンプルな座ぐりまたは溝です。
ラジアルシールは、回転軸や往復ピストンロッドなど、半径方向に制約のある空間に適しています。ラジアルシールのグランドは通常、シールを軸またはロッドの表面に対して半径方向に圧縮するための穴または溝です。
モーションの種類
アキシャルシールは、摩擦を最小限に抑えながら密閉性を維持できるため、一般的に静的または低速の往復運動に適しています。シールが相手面に対して軸方向に圧縮されることで、堅牢なシール面が形成されます。
ラジアルシールは、シャフトやロッドの動的な動きに対応しながら効果的なシール性能を発揮するため、回転運動や高速往復運動に最適です。シールが可動面に対してラジアル方向に圧縮されるため、高速回転や頻繁な方向転換時でも接触を維持し、漏れを防止します。
動作圧力
アキシャルシールは、シールの軸方向圧縮により強力なシール力が得られ、大きな圧力差にも耐えられるため、一般的に高圧用途に適しています。圧力が高いほど、シールにかかる軸方向力が大きくなり、シール性能が向上します。
ラジアルシールは中程度の圧力では効果を発揮しますが、極めて高圧の環境では限界があります。シャフトまたはロッドに対するシールのラジアル圧縮では、非常に高い圧力に耐えられるほどのシール力が得られない場合があります。このような場合、ラジアルシールを支え、はみ出しや噴出を防ぐために、追加のシール要素またはバックアップリングが必要になる場合があります。
ギャップと許容範囲
アキシャルシールは、シールの軸方向圧縮により嵌合面の多少のばらつきを吸収できるため、大きな隙間や緩い公差に対してより寛容です。そのため、アキシャルシールは、精密な位置合わせや厳しい公差の維持が難しい用途に適しています。
しかし、ラジアルシールは、適切なシール性を確保するために、隙間と公差をより厳密に管理する必要があります。シャフトまたはロッドに対するシールのラジアル圧縮は、一定かつ均一な圧力に依存します。 シール間の接触 接合面と接合面に過度の隙間や凹凸があると、漏れやシールの早期摩耗につながる可能性があります。
表面仕上げ
アキシャルシールは、シールの軸方向圧縮によって表面の凹凸が埋められ、良好なシール面が形成されるため、一般的に粗い表面仕上げに対してより耐性があります。そのため、非常に滑らかな表面仕上げを実現することが困難であったり、コストが高すぎる用途において、アキシャルシールは有効な選択肢となります。
ラジアルシールは、適切なシールを確保し、摩耗を最小限に抑えるために、より滑らかな表面仕上げが必要です。シールとシャフトまたはロッド間のラジアル接触は、表面の凹凸によって悪影響を受け、漏れ経路の発生やシールの劣化の加速につながる可能性があります。
汚染物質の存在
アキシャルシールは、シールの軸方向圧縮によりシール界面から粒子を排出・排除できるため、一般的に汚染物質の影響を受けにくいです。また、アキシャルシールの高いシール力も、汚染物質の侵入を防ぐのに役立ちます。
ラジアルシールは、多くの汚染環境において依然として有効ですが、研磨粒子による損傷や摩耗に対して脆弱になる可能性があります。シールと回転面または往復動面とのラジアル接触により、汚染物質が侵入して蓄積する経路が形成され、シールの摩耗や漏れが加速される可能性があります。汚染度の高い用途では、ラジアルシールを保護するために、シャフトスクレーパーシールや排出装置などの追加対策が必要になる場合があります。
