ダイナミックシールは、機械の漏れを防ぎ、最適な性能を確保する上で不可欠な部品です。しかし、用途に適さないシールの種類を選択すると、早期故障、高額なダウンタイム、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、様々な圧力、温度、速度、その他の厳しい動作条件に対応するために、幅広い種類、材質、設計のシールが用意されています。
このガイドでは、重要な機械資産の確実な稼働を維持するためのシールの選択に役立つ、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における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で、直線運動、回転運動、または振動運動を伴う用途に使用されます。ダイナミックシールの主な機能は、流体（液体または気体）をシステム内に封じ込めると同時に、外部から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、大きく分けて次の 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、直接的な物理的接触を維持することで機能します。 シーリング間の接触 エレメントと可動表面が連続的に接触することで、流体の漏れや汚染物質の侵入を防ぎます。
- 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、 シーリング間の小さな隙間 エレメントと可動面の摩擦と摩耗を最小限に抑えながら、効果的なシール性を実現します。
ピストンシール
ピストンシールは、往復動用途においてピストンとシリンダー壁の接合部をシールするために使用されます。圧縮行程と伸長行程の両方において、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接合部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止すると同時に、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。回転シールには、接触シール（例：リップシール）とクリアランスシール（例： ラビリンスシール).
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、埃、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保護層を強化するために、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
油圧シールおよび空気圧シールは、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、流速に耐えられるように設計されています。
オイルとグリースシール
オイルシールとグリースシールは、システム内の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は、回転面との接触を維持し、効果的なシールと潤滑を確保する柔軟なシーリングリップを備えていることがよくあります。
除外シール
ダストシールまたはダートシールとも呼ばれる排除シールは、システムへの外部汚染物質の侵入を防ぐために設計されています。通常、汚れ、埃、または湿気への曝露が懸念される環境で使用されます。
Xリング
Xリングは、静的および動的用途の両方において優れたシール性能を発揮する、4つのローブを持つX字型のシールです。低摩擦、高い耐圧性、そして優れた耐薬品性を備えています。
Oリング
Oリングは、円形断面を持つシンプルで汎用性の高いシールです。主に静的シールとして使用されますが、比較的低速・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
アイソレーターシール（ベアリングアイソレーターとも呼ばれる）は、ベアリングを汚染や潤滑油の損失から保護するために設計されています。固定部品と回転部品で構成され、これらが連携して非接触のラビリンス状のシールを形成します。
リップシール
リップシールは、最も一般的なダイナミックシールの一つです。柔軟なシーリングリップが可動面との接触を維持し、効果的なシール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、化学産業で広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、耐食性には限界があります。
- ブロンズ摩擦係数が低く耐摩耗性に優れた青銅は、回転軸などの用途によく使用されます。優れた熱伝導性により、高速回転時の放熱性が向上します。
ポリマーとゴム
- ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）PTFE（テフロンとも呼ばれる）は、優れた耐薬品性、低摩擦性、広い温度範囲で知られています。自己潤滑性により、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、高い耐摩耗性、優れた機械的強度、そして優れた耐油性を備えています。高圧と高速摺動速度に対応できるため、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（ブナNとも呼ばれる）は、油、燃料、作動油に対する優れた耐性で高く評価されています。適度な温度範囲で良好な性能を発揮し、耐摩耗性にも優れています。
- 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、屋外用途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触面の間の干渉を大きくする必要があります。しかし、接触力が増加すると、摩擦と摩耗も増加します。
流体圧力に加え、外部から加わる機械的荷重もシール性能に大きな影響を与える可能性があります。位置ずれ、振動、その他の要因によるラジアル荷重またはアキシアル荷重は、シール形状を歪ませ、不均一な摩耗や漏れ経路の発生につながる可能性があります。シール設計は、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、予想されるあらゆる荷重条件を考慮する必要があります。
動きの種類
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に使用されます。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。例えば、直線運動用のロッドシールやピストンシールは、シールと相手面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、回転軸シールは、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。
動作の種類は、シールの潤滑状態と摩耗メカニズムにも影響を与えます。往復運動では境界潤滑または混合潤滑が発生する可能性がありますが、回転運動で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、たとえ潤滑が限られている場合でも、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。高速では流体膜が生成され、潤滑性が向上しますが、摩擦の増加、発熱、摩耗などの懸念も生じます。
温度
高温はシール材の熱劣化を引き起こし、硬化、脆化、または弾性特性の喪失につながる可能性があります。この劣化は、漏れ、摩耗の増加、または完全なシール不良につながる可能性があります。 シール不良.
低温も、特にエラストマーにとっては課題となる可能性がある。 シール材低温はシールの硬化や柔軟性の低下を引き起こし、接触力とシール力の維持能力を損なう可能性があります。極端な場合には、低温脆化によりシールに亀裂や破損が生じる可能性があります。
表面仕上げ
表面が粗い、または不規則に仕上げられていると、シールの摩耗が促進され、漏れが発生し、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、シール材が相手材に密着し、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しいです。一般的に、硬いシール材はより滑らかな接合面を必要とし、柔らかく、より追従性の高い材料は多少粗い仕上げでも許容されます。
圧力
高い差圧では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、疲労を引き起こし、シール接触が失われる可能性があります。
シール設計では、最大予測圧力差と周期的な圧力負荷を考慮する必要があります。
