ダイナミックシールとは

ダイナミック シールは、漏れを防ぎ、最適なパフォーマンスを確保する機械に不可欠なコンポーネントです。ただし、アプリケーションに適さないタイプのシールを選択すると、早期故障、コストのかかるダウンタイム、さらには安全上の問題につながる可能性があります。ダイナミック シールには、さまざまなタイプ、素材、設計があり、さまざまな圧力、温度、速度、その他の厳しい動作条件に対応できます。

このガイドでは、重要な機械資産の信頼性を維持するためのシールを選択するのに役立つ、主要な動的シールの種類、材料、およびパフォーマンス要因について説明します。

ダイナミックシールとは

ダイナミックシールは、部品間の相対的な動きがあるシステムで漏れや汚染を防ぐために設計された特殊な機械部品です。 静的シール ダイナミックシールは、静止面間で作動するシールとは異なり、直線、回転、または振動運動を伴う用途で使用されます。ダイナミックシールの主な機能は、システム内に流体（液体またはガス）を封じ込めると同時に、外部の汚染物質から保護することです。

ダイナミックシールの種類

ダイナミックシールは、大きく分けて 2 つのタイプに分類されます。

• コンタクトシール: 接触シールは、シール要素と可動面の間の直接的な物理的接触を維持することによって機能します。この継続的な接触により、流体の漏れや汚染物質の侵入を防ぐことができます。
• クリアランスシール: クリアランス シールは非接触シールとも呼ばれ、シール要素と可動面の間に小さな隙間を維持します。この設計により、摩擦と摩耗を最小限に抑えながら、効果的なシールを実現します。

ピストンシール

ピストンシールは、往復運動アプリケーションにおいてピストンとシリンダー壁の間の接合部を密閉するために使用されます。ピストンシールは、圧縮ストロークと伸長ストロークの両方でピストンからの流体の漏れを防ぎます。

ロッドシール

ロッドシールは、可動ロッドと固定ハウジングまたはシリンダーヘッド間のインターフェースを密閉するように設計されています。ロッドに沿った流体の漏れを防ぎ、外部からの汚染からも保護します。

ロータリーシール

回転シールは、回転軸と固定ハウジング間の接合部をシールするために使用されます。回転運動を伴う用途において、流体の漏れや汚染物質の侵入を防ぎます。回転シールは、接触シール（例：リップシール）またはクリアランスシール（例： 迷路の印章).

ワイパーシール

ワイパー シールは、可動部品の表面から汚れ、ほこり、湿気などの汚染物質を除去するように設計されています。ワイパー シールは、外部からの汚染に対する追加の保護層を提供するために、他のシールと組み合わせて使用されることがよくあります。

油圧および空気圧シール

油圧シールと空気圧シールは、流体動力システムでの使用に特化して設計されています。最適なシール性能を維持しながら、高圧、高温、流体速度に耐えられるよう設計されています。

オイルおよびグリースシール

オイル シールとグリース シールは、システム内に潤滑剤を保持しながら汚染物質の侵入を防ぐように設計されています。オイル シールとグリース シールには、回転面との接触を維持し、効果的なシールと潤滑を保証する柔軟なシール リップが付いていることがよくあります。

除外シール

排除シールは、ダストシールまたはダートシールとも呼ばれ、外部の汚染物質がシステム内に侵入するのを防ぐように設計されています。通常、汚れ、ほこり、または湿気にさらされることが懸念される環境で使用されます。

Xリング

X リングは、静的および動的アプリケーションの両方で優れたシーリング性能を発揮する 4 ローブの X 字型シールです。低摩擦、高耐圧、優れた化学的適合性を備えています。

Oリング

O リングは、円形の断面を持つシンプルで多用途のシールです。主に静的シールとして使用されますが、比較的低速で低圧力の動的用途にも使用できます。

ベアリング用アイソレータシール

アイソレータ シール (ベアリング アイソレータとも呼ばれる) は、ベアリングを汚染や潤滑油の損失から保護するように設計されています。アイソレータ シールは、固定部品と回転部品で構成されており、これらが連携して非接触のラビリンスのようなシールを形成します。

リップシール

リップシールは、最も一般的なタイプのダイナミックシールの 1 つです。 可動面との接触を維持する柔軟なシーリングリップが特徴で、効果的なシーリングと最小限の漏れを実現します。

ダイナミックシールに使用される材料

金属

• ステンレス鋼: ステンレス鋼は優れた耐食性で知られ、食品加工、製薬、化学業界でよく使用されています。高温でも強度を維持し、成形性に優れています。
• 鋳鉄: 鋳鉄は、高い圧縮強度と耐摩耗性が高く評価されており、重工業用途で頻繁に使用されています。比較的安価ですが、耐腐食性は限られています。
• ブロンズ: 摩擦係数が低く、耐摩耗性に優れていることから、青銅は回転軸に関わる用途によく使用されます。優れた熱伝導性により、高速用途での熱放散に役立ちます。

ポリマーとゴム

• ポリテトラフルオロエチレン (PTFE): PTFE はテフロンとも呼ばれ、優れた耐薬品性、低摩擦、広い温度範囲で知られています。自己潤滑性があるため、外部潤滑が不可能な用途に最適です。
• ポリウレタン（PU）: PU は、耐摩耗性、機械的強度、耐油性に優れています。高圧と高速スライドに対応できるため、油圧シールや空気圧シールによく使用されます。
• ニトリルゴム（NBR）NBR はブナ N とも呼ばれ、オイル、燃料、油圧作動油に対する優れた耐性で評価されています。中程度の温度で優れた性能を発揮し、耐摩耗性も優れています。
• エチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）: EPDM は、優れた耐熱性、耐オゾン性、耐候性を備えています。優れた耐薬品性と広い温度範囲により、屋外や自動車用途に適しています。

ダイナミックシールの性能に影響を与える要因

圧力と負荷

圧力が高くなると、漏れを防ぐためにシールと接合面の間の干渉が大きくなります。ただし、接触力が大きくなると、摩擦と摩耗も大きくなります。

流体圧力に加えて、外部から加えられる機械的負荷もシール性能に大きく影響します。位置ずれ、振動、その他の原因による半径方向または軸方向の負荷によりシール形状がゆがみ、摩耗が不均一になり、漏れが生じる可能性があります。シール設計では、動作範囲全体にわたって適切な接触力とシール力を維持するために、予想される負荷条件を考慮する必要があります。

移動の種類

ダイナミック シールは、直線往復運動、回転運動、またはその両方の組み合わせを伴う用途で使用されます。運動の種類によって、シールの形状と材料要件が決まります。たとえば、直線運動用のロッド シールまたはピストン シールは、シールと合わせ面の間の滑り接触と相対運動に対応する必要があります。一方、回転シャフト シールは、シャフトの連続回転と潜在的な偏心に対処する必要があります。

動きの種類は、シールが経験する潤滑状態と摩耗メカニズムにも影響します。往復運動は境界潤滑または混合潤滑をもたらす可能性がありますが、回転アプリケーションは完全な流体膜潤滑で動作することがよくあります。

移動速度

低速では、潤滑が制限される可能性がある場合でも、シールは漏れを防ぐために十分な接触を維持する必要があります。速度が上がると、流体膜が生成されて潤滑が改善されますが、摩擦の増加、発熱、摩耗などの問題も生じます。

温度

温度が上昇するとシール材の熱劣化が起こり、硬化、脆化、弾性特性の喪失につながります。この劣化により、漏れ、摩耗の増加、またはシールの完全な故障が発生する可能性があります。

低温も、特にエラストマーシール材にとって問題となる可能性があります。低温により硬化や柔軟性の喪失が起こり、シールの接触力とシール力を維持する能力が損なわれる可能性があります。極端な場合、低温脆化によりシールが割れたり破損したりすることがあります。

表面仕上げ

表面が粗かったり不規則に仕上げられていると、シールの摩耗が早まり、漏れが生じ、シール効果が低下する可能性があります。信頼性の高いシールを確立するには、シール材が相手面に適合し、接触を維持できる必要があります。

ほとんどの動的シール用途では、滑らかで均一な表面仕上げが望まれます。一般的に、硬いシール材料には滑らかな合わせ面が必要ですが、柔らかくて順応性の高い材料には多少粗い仕上げでも許容されます。

プレッシャー

圧力差が大きいと、より大きなシール力が必要となり、シール材の摩耗や変形が増加する可能性があります。急激な圧力変化や脈動は、疲労やシール接触の喪失を引き起こす可能性があります。

シール設計では、予想される最大圧力差と周期的な圧力負荷を考慮する必要があります。