メカニカルシールの歴史

初期のメカニカルシール（1900年代～1940年代）

初期の印章のデザイン、材質（鋼、青銅）、用途

初期のメカニカルシールは主に鋼鉄や青銅などの材料で作られていました。これらの材料は耐久性と耐摩耗性を考慮して選ばれました。シールはポンプやその他の回転装置の詰め物ボックスに収まるように設計されており、従来のソフトパッキンよりも効果的に流体の漏れを防止します。

1905年にジョージ・クックが最初のメカニカルシールを発明（「クックシール」）

メカニカルシールの歴史は、ジョージ・クックが「クックシール」として知られる最初のメカニカルシールを発明した 1905 年に始まりました。この画期的な設計は、固定リングと回転リングで構成され、一方のリングには柔らかいパッキング材が入った溝がありました。クックシールは、従来のスタッフィングボックスパッキングに代わる、より効果的で信頼性の高いシール技術の大きな進歩でした。

1929年にクレーンパッキングカンパニーのJMライアンが「ライアンシール」を開発

1929 年、クレーン パッキング カンパニーの JM ライアンは、スプリング式のカーボン グラファイト製固定シール面とブロンズ製回転シール面を備えた「ライアン シール」を発表しました。この設計は、クック シールの改良版で、シール性能が向上し、耐用年数が長くなりました。ライアン シールは、さまざまな産業用途、特に遠心ポンプで急速に人気を博しました。

20 世紀半ばの進歩 (1950 年代 - 1970 年代)

カーボングラファイト、タングステンカーバイド、セラミックスなどの新しいシール面材料の導入

1950 年代から 1960 年代にかけて、メカニカル シールの製造業者は、性能と耐久性を向上させるために新しいシール面材料の実験を始めました。カーボン グラファイトは、優れた耐摩耗性と自己潤滑性により、固定シール面の材料として人気が高まりました。また、従来の青銅や鋼に比べて優れた硬度と耐薬品性を備えたタングステン カーバイドやシリコン カーバイドなどのセラミックもシール面材料として導入されました。

デュラメタリック社のハーバート・ハマーによる圧力速度（PV）係数の開発

1960 年代に、Durametallic Corporation の Herbert Hummer は、シール面のシール圧力と滑り速度を関連付ける重要な設計パラメータである圧力速度 (PV) 係数を開発しました。PV 係数により、シール製造業者は、流体の特性、温度、圧力などの要素を考慮して、特定の用途に合わせてシール設計を最適化できるようになりました。この開発により、より効率的で信頼性の高いメカニカル シールが開発されました。

標準カートリッジシールとシール配置（シングル、ダブル、タンデム）の出現

1960 年代に標準カートリッジ シールが導入されたことで、機械シール業界は大変革を遂げました。カートリッジ シールは、シール面、二次シール要素、スプリングなどの必要なすべてのコンポーネントが 1 つのパッケージにまとめられた、すぐに取り付けられる組み立て済みユニットでした。この設計により、シールの取り付けとメンテナンスが簡素化され、シール交換に伴うダウンタイムとコストが削減されました。

この期間中、さまざまなシール配置も開発され、さまざまな用途の要件に対応しました。1 組のシール面からなるシングル シールは、汎用用途で最も一般的な配置になりました。2 組のシール面とその間にバリア フルイドを備えたダブル シールは、より高いレベルの安全性と信頼性が求められる、より厳しい用途向けに導入されました。2 組のシール面が直列に配置されたタンデム シールは、プライマリ シールが故障した場合にバックアップ シールが必要な用途向けに開発されました。

ジョン・クレーン、フローサーブ、バーグマンなどの大手シール会社の設立

20 世紀半ばには、業界を形作ることになる大手メカニカル シール製造業者が数社誕生しました。1917 年に設立された John Crane は、メカニカル シールとシーリング システムの世界的大手サプライヤーとなりました。1997 年に BW/IP と Durco International が合併してできた Flowserve Corporation は、1872 年に設立された著名なポンプおよびシール製造業者である Byron Jackson Company をルーツとしています。1884 年に設立された Burgmann Industries は、ヨーロッパのメカニカル シール市場の大手企業に成長しました。

これらの企業は、研究開発への継続的な投資を通じてメカニカルシール技術の進歩に重要な役割を果たし、革新的な設計、材料、製造プロセスを導入し、シール性能と信頼性の新しい基準を確立しました。

メカニカルシールの現代（1980年代～現在）

より厳しい規制と業界の要求によって推進されたシール設計と材料の改善

1980 年代から 1990 年代にかけて、環境に対する懸念が高まり、産業機器からの排出物や漏れに関する規制が厳しくなったため、メカニカル シールの設計と材料は大きく進歩しました。たとえば、1990 年の米国大気浄化法改正では、ポンプやその他の機器からの揮発性有機化合物 (VOC) の排出削減が義務付けられ、シール メーカーはより効率的で環境に優しいシール ソリューションの開発を迫られました。

業界は、信頼性の向上、耐用年数の延長、厳しい条件下でのパフォーマンスの向上を求めており、シールの設計と材料の革新も促進しました。シールメーカーは、高度なシール面材料の開発、シール形状の最適化、らせん溝やレーザー加工された面のトポグラフィーなどの機能の組み込みに注力し、シール性能の向上と摩耗の低減に努めました。

シリコンカーバイド、ダイヤモンドコーティング、高性能ポリマーなどの先進材料の使用

先進的な材料の使用は、現代のメカニカルシール開発の特徴となっています。優れた硬度、耐摩耗性、化学的不活性を備えたセラミック材料であるシリコンカーバイドは、研磨性または腐食性の流体を扱う厳しい用途のシール面の好ましい選択肢となっています。化学蒸着法 (CVD) または物理蒸着法 (PVD) 技術を使用して塗布されたダイヤモンドコーティングも、シール面の耐摩耗性と耐久性を高めるために使用されています。

ポリテトラフルオロエチレン (PTFE)、ポリエーテルエーテルケトン (PEEK)、芳香族ポリアミド (ケブラーなど) などの高性能ポリマーは、二次シール要素やその他のシール部品にますます多く使用されています。これらの材料は、優れた耐薬品性、低摩擦、高温安定性を備えており、さまざまな厳しい環境でもメカニカルシールを確実に動作させることができます。

レーザー加工された表面トポグラフィーなどの機能を統合し、パフォーマンスを向上

製造技術の進歩により、シール製造業者はメカニカルシールの設計に高度な機能を組み込むことができるようになりました。たとえば、レーザー加工により、シール面に螺旋状の溝やディンプルなどの精密な微細構造を作成できるようになり、潤滑性の向上、摩擦の低減、シール性能の強化が可能になります。

現代のメカニカルシールで一般的になったその他の設計上の特徴は次のとおりです。

• 双方向シール機能により、シールは回転方向の両方向で効果的に作動します。
• セルフアライメントシール面により、位置ずれの状態でも最適な接触とシール性能を確保します。
• 圧力バランスの取れたシール面により、シール面の正味の閉鎖力が低減され、シール寿命が延長されます。
• 柔軟性のあるグラファイト二次シール要素により、化学的適合性と高温性能が向上します。

モジュール式カートリッジシールとスプリットシールの採用により、設置とメンテナンスが容易になりました。

モジュラー カートリッジ シールは、取り付けとメンテナンスの容易さから、ここ数十年でますます人気が高まっています。これらのシールは交換可能なコンポーネントで設計されているため、ユーザーはシール アセンブリ全体を交換することなく、摩耗または損傷した部品をすばやく交換できます。このモジュラー アプローチにより、ダウンタイムとメンテナンス コストが削減され、特定のアプリケーションに対するシール構成の柔軟性が向上します。

分割シールは、機器を完全に分解することなくシャフトの周りに取り付けることができる 2 つの半分から構成されており、シーリング業界でも人気を集めています。分割シールは、シールのメンテナンスを頻繁に行う必要がある場合や、機器の分解が困難または時間がかかる場合に特に有利です。