メカニカルシールのエラストマーとは

メカニカルシールの分野では、エラストマーは弾性特性を示すポリマー材料です。これらの多用途の材料は、O リング、ベローズ、二次シールなどのさまざまなシール部品に使用され、効果的なシールを実現し、流体の漏れを防止します。

エラストマーは、柔軟性、弾力性、化学薬品や極端な温度に対する耐性など、独自の特性を備えているため、要求の厳しい産業用途には欠かせないものとなっています。特定のメカニカルシールに適したエラストマーの選択は、シールする流体、動作温度、圧力、化学適合性などの要因によって異なります。

メカニカルシールのエラストマーとは

エラストマーは、 メカニカルシール、幅広い用途でシール性と柔軟性を提供します。エラストマーは弾性特性を示すポリマー材料で、応力を受けると変形し、応力が除去されると元の形状に戻ります。メカニカルシールの設計では、エラストマーは漏れを防ぎ、シャフトの動きに対応するために、O リング、ガスケット、ベローズなどの二次シールとしてよく使用されます。

エラストマーの一般的な用途としては、 メカニカルシール エラストマー ベローズ シールです。このタイプのシールは、二次シールとスプリング要素の両方の役割を果たすエラストマー ベローズで構成されており、軸方向の柔軟性を提供し、一定のシール力を維持します。エラストマー ベローズ シールはコンパクトで取り付けが簡単で、回転方向とは無関係に動作するため、さまざまなタイプやサイズのポンプに汎用的に使用できます。

エラストマーの特性

• 弾力性と柔軟性: エラストマーは、応力を受けると変形し、応力が除去されると元の形状に戻る性質を持っています。この弾力性により、エラストマー ベローズやその他のシール部品は、シール機能を損なうことなく、シャフトの動き、位置ずれ、振動に対応できます。
• デュロメーター硬度: エラストマーのデュロメーター硬度は、へこみに対する耐性を示し、硬さの尺度となります。柔らかいエラストマーは不規則な表面に対してより優れた密閉性を発揮し、硬いエラストマーは耐摩耗性が向上し、高圧の用途に適しています。
• 圧縮永久歪み耐性: 圧縮永久歪み耐性とは、長時間の圧縮を受けた後でもエラストマーがシール力を維持し、元の形状に戻る能力です。圧縮永久歪み耐性の高いエラストマーは、永久変形によるシール不良のリスクを最小限に抑え、長期間にわたって一貫したシール性能を保証します。
• 引張強度: 引張強度とは、エラストマーが破断するまでに耐えられる最大応力を指します。メカニカル シールに使用されるエラストマーは、シールされた流体の圧力とシール アセンブリのスプリング荷重によって発生する力に耐えるのに十分な引張強度を備えている必要があります。
• 破断時の伸び: 破断時の伸びは、エラストマーが破断するまでの最大伸びです。破断時の伸びが大きいエラストマーは、破損することなく大きな変形に耐えることができ、予期しない応力や動きが発生した場合に安全マージンを提供します。
• 耐薬品性: メカニカルシールに使用されるエラストマーは、密封された流体や周囲の環境にさらされても劣化に耐える必要があります。
• 耐熱性: 動作温度範囲は、メカニカルシールに適したエラストマーを選択する上でもう 1 つの重要な要素です。エラストマーは、アプリケーションの想定温度範囲全体にわたって特性とシール性能を維持する必要があります。

メカニカルシールに使用されるエラストマーの種類

ニトリル（NBR）

ニトリル (別名ブナ N) は、オイル、燃料、その他の炭化水素ベースの液体に対する優れた耐性があるため、メカニカル シール用のエラストマーとしてよく使用されます。耐摩耗性に優れ、-30°C から 110°C の温度範囲に耐えることができます。NBR は、自動車用液体や潤滑剤などの石油製品に関連する用途でよく使用されます。

フッ素エラストマー（FKM）

フルオロエラストマーは、Viton® とも呼ばれ、優れた耐薬品性を示し、最高 200°C の高温に耐えることができます。酸、塩基、溶剤など、さまざまな強力な化学物質に対して耐性があります。FKM は、化学処理、製薬、石油およびガス産業におけるメカニカル シールとして最適です。

シリコン（VMQ）

シリコン エラストマーは、-60°C から 230°C までの広い温度範囲にわたって優れた熱安定性と柔軟性を備えていることで知られています。オゾン、紫外線、風化に対する耐性も優れています。ただし、シリコンは油や溶剤に対する耐性が限られています。食品、飲料、医療、製薬の用途でよく使用されます。

エチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）

EPDM は、耐熱性、耐オゾン性、耐候性に優れた多用途のエラストマーです。-50°C ～ 150°C の温度に耐えることができ、水、蒸気、弱い化学物質など、さまざまな液体と互換性があります。EPDM は、自動車、HVAC、産業用途でよく使用されます。

パーフルオロエラストマー（FFKM）

Kalrez® や Chemraz® などのパーフルオロエラストマーは、市販されているエラストマーの中で最も耐薬品性に優れています。最高 327°C の高温に耐えることができ、非常に強力な酸、塩基、溶剤など、ほぼすべての化学物質と互換性があります。FFKM は、半導体製造や化学処理など、シールの不具合が深刻な結果をもたらす可能性がある重要な用途で使用されます。

耐加水分解性ポリウレタン（HPU）

HPU エラストマーは、水や高温にさらされることによってエラストマーが劣化する加水分解に耐えられるよう特別に設計されています。優れた耐摩耗性を備え、120°C までの温度に耐えることができます。HPU は、水、廃水、その他の水溶液を扱うポンプのメカニカル シールによく使用されます。

エラストマーの利点

優れた密閉性能

メカニカルシールに使用されるエラストマーは、幅広い用途で優れたシール性能を発揮します。その弾力性と柔軟性により、シールする表面にぴったりとフィットし、漏れを防ぐ密閉バリアを形成します。これは、次のような動的用途で特に重要です。 遠心ポンプシールは信頼性の高いシールを維持しながらシャフトの動きに対応する必要があります。

化学的適合性

シーリング用途におけるエラストマーのもう 1 つの重要な利点は、耐薬品性です。さまざまなエラストマー化合物は、さまざまな化学物質、溶剤、油、その他の液体への暴露に耐えられるように配合されています。たとえば、フルオロエラストマー (FKM) は、多くの強力な化学物質、燃料、油に対して優れた耐性を示し、要求の厳しい産業環境での使用に適しています。同様に、EPDM エラストマーは、水、蒸気、および多くの極性溶剤に対して優れた耐性があります。

耐熱性

メカニカルシールに使用されるエラストマーも、幅広い温度範囲で動作できます。エラストマー化合物によって耐熱性が異なり、中には極端な高温や低温に耐えられるものもあります。たとえば、フルオロエラストマーは 200°C 以上の温度に耐えることができ、シリコンエラストマーは -60°C の低温でも特性を維持します。

耐摩耗性と耐摩耗性

研磨媒体や粒子が関係する用途では、エラストマーは他のシーリング材に比べて優れた耐摩耗性と耐摩耗性を発揮します。エラストマーの弾力性により、永久的な損傷を与えることなく研磨粒子からの衝撃を吸収できます。耐加水分解性ポリウレタン (HPU) などの一部のエラストマー化合物は、耐摩耗性を高めるために特別に配合されています。

振動と衝撃の吸収

エラストマーは、その固有の減衰特性により、機械システムの振動や衝撃負荷を吸収するのに優れています。振動が激しい用途や突然の衝撃力のある用途では、メカニカル シールのエラストマー コンポーネントがシール面やその他の重要なコンポーネントを損傷から保護します。エラストマーはバッファーとして機能し、エネルギーを消散させてシール面への振動の伝達を減らします。

費用対効果

エラストマーは、一般的に他の特殊なシール材料よりもコスト効率に優れています。エラストマーの原材料と製造プロセスは、通常、特殊合金や先進セラミックに比べて安価です。さらに、エラストマーは汎用性が高いため、幅広いメカニカルシール設計や用途に使用でき、コストのかかるカスタムソリューションの必要性が減ります。

エラストマーの性能に影響を与える要因

動作温度

エラストマーには特定の温度制限があり、それを超えると機械的特性が低下します。たとえば、ニトリル (NBR) は -30°C ～ 110°C の温度に適していますが、フルオロエラストマー (FKM) は -20°C ～ 200°C に耐えることができます。推奨温度範囲を超えると、エラストマーが硬化、軟化、または劣化し、シールの性能と耐用年数が損なわれる可能性があります。

化学的適合性

エラストマーは、過度の膨張、収縮、劣化を起こさずに化学環境に耐える必要があります。エラストマーはそれぞれ異なる化学物質に対して耐性があります。

• ニトリル（NBR）：鉱油、グリース、一部の燃料に耐性があります
• フッ素エラストマー（FKM）：強力な化学薬品、油、溶剤に対する優れた耐性
• EPDM: ケトン、アルコール、ブレーキ液に対する耐性は良好だが、油に対する耐性は低い
• FFKM: 優れた耐薬品性、さまざまな強力な化学薬品に耐える

エラストマーと媒体の不適合により、シール不良や漏れが発生する可能性があります。

プレッシャー

高圧により過度の圧縮永久歪みが生じ、エラストマーが適切なシールを維持する能力が低下する可能性があります。圧力制限はエラストマーの種類とシール設計によって異なります。たとえば、コンパクトな設計のゴム製ベローズシールは、標準的な O リングに比べて高い圧力に耐えることができます。

摩耗と損耗

研磨粒子や媒体が関係する用途では、早期摩耗を防ぐためにエラストマーは優れた耐摩耗性を示す必要があります。FKM や FFKM などの硬いエラストマーは、シリコンや EPDM などの柔らかい材料に比べて、一般的に耐摩耗性が優れています。ただし、硬いエラストマーは、柔軟性が求められる動的用途ではシーリング性能が低下する可能性があります。

シャフト速度とランアウト

動的シール用途では、エラストマーはシャフトの動きと振れに対応する必要があります。シャフト速度が速いと熱が発生し、エラストマーの摩耗が早くなります。シャフトの振れや位置ずれが大きすぎると、摩耗が不均一になり、漏れが生じる可能性があります。FKM や FFKM などの優れた圧縮永久歪み耐性と弾性を備えたエラストマーは、高速用途に適しています。コイル スプリングや渦巻きを組み込むなど、適切なシール設計により、シャフトの動きを補正し、シール効果を維持できます。