シーリングは、油圧システムが適切に機能するために重要な要素です。シリンダーやピストンでの流体漏れや有害な汚染物質の侵入は、いずれも油圧システム全体の寿命と効率を大幅に低下させます。
作動油がシステム内から漏れず、外部汚染物質が侵入しないようにするために、業界は数多くのシーリング製品、技術、および方法を開発してきましたが、それぞれに独自の利点があります。さらに、特定の要求の厳しいアプリケーション環境では、単一のシールの性能では機器の高い要件を満たすには不十分であることが判明し、より包括的なシール システムの採用が必要になる場合があります。
シーリングシステムの選択と適用
シーリング システムは通常、連携して機能する複数の特定のシールで構成され、優れた全体的なパフォーマンスを実現します。高圧シリンダのシール システムは通常、ダスト シール、ロッド シール (または一次シール)、バッファ シール (または二次シール)、およびガイド リングの 4 つのコンポーネントで構成されます。逆に、ピストン シール システムはプライマリ シールとガイド リングで構成されます。
現在、油圧シール用途で最も普及している 4 つの材料は、ポリウレタン (PU)、ニトリルゴム (NBR)、フッ素ゴム (FKM)、およびポリテトラフルオロエチレン (PTFE) です。
材料の選択
シール材の選択は主に動作環境によって決まります。たとえば、化学物質の種類が異なると、さまざまな流体と反応が異なりますが、特定の材料はより高い圧力と温度の制限に耐えることができます。シール材は圧縮変形に対する耐性も備えていなければなりません。したがって、材料の選択は特定のアプリケーションの状況に大きく依存します。
以下に、最も一般的なシーリング材のいくつかと、さまざまな用途や環境におけるその利点を示します。
1. ポリウレタン
ポリウレタンは高分子量有機材料であり、その化学構造には多数のウレタン基が含まれています。これは熱可塑性エラストマー (TPE) ファミリーに属し、硬度、変形挙動、粘度の点で熱可塑性プラスチックと弾性材料の両方の特性を示し、これら 2 つの材料カテゴリ間のギャップを橋渡しします。特定の温度範囲内では、ポリウレタンはゴムの弾性を持ちながら、硬質プラスチックの多くの利点を保持します。
ポリウレタンの組成は、ポリオール、ジイソシアネート、鎖延長剤の 3 つの成分によって決まります。これらの材料の種類と量、および反応条件が、ポリウレタン材料の最終的な特性を決定する重要な要素となります。
一般に、ポリウレタンは次のような特性を持っています。 • 高い機械的強度 • 高い引張強度 • 良好な耐摩耗性 • 優れた柔軟性 • 広範囲で調整可能な弾性率 • 良好な弾性を維持しながら広い硬度範囲 • 良好な耐オゾン性および耐酸化性 • 優れた耐摩耗性および耐引裂性 • 耐油性および耐ガソリン性が良好 使用温度範囲: -30 ～ 80°C。高性能（コンパウンド）タイプは鉱物油中で110℃（長期暴露温度）まで耐えられます。
2. アクリロニトリル・ブタジエン・ゴム、NBR
NBR はブタジエンとアクリロニトリルのポリマーです。アクリロニトリル (ACN) 含有量は、NBR の次の特性に大きく影響します。 • 弾性 • 低温靱性 • ガス透過性 • 圧縮永久歪 • 鉱物油、グリース、燃料中での膨潤に対する耐性
アクリロニトリル含有量が低い NBR 材料は、優れた低温柔軟性 (約 -45°C まで) と、油や燃料に対する適度な耐性を示します。逆に、アクリロニトリル含有量が非常に高い材料は、油や燃料に対して最高の耐性を示しますが、低温での柔軟性は -3°C にまで達する可能性があります。アクリロニトリルの含有量が増加すると、材料の弾性とガス透過性が低下し、圧縮永久歪特性が低下します。
NBR は以下の特性を備えています。 • 脂肪族炭化水素、グリース、HFA、HFB、および HFC 系難燃性作動油、動植物油脂、軽燃料油、およびディーゼル中での膨潤に対する良好な耐性 • 100°C までの熱水 (衛生用品用途など)、および中程度の濃度および温度の無機酸およびアルカリ中での良好な耐性 • 高芳香族炭化水素を含む燃料中での膨潤に対する適度な耐性芳香族炭化水素の含有量が高い燃料（プレミアム燃料）における膨潤に対する中程度の耐性 • 芳香族炭化水素、塩素化炭化水素、HFD グループの難燃性油圧作動油、エステル、極性溶剤、およびエチレングリコールベースのブレーキ液では高い膨潤が発生します。
動作温度範囲 (化合物の組成に応じて): -40 ～ 100°C、短期間では最大 130°C (高温では材料が硬化します)。特殊な配合の場合、低温での柔軟性は -55°C まで拡張できます。
3. フッ素ゴム（FKM）
FKM は、フッ化ビニリデン (VF) と、さまざまな割合のヘキサフルオロプロピレン (HFP)、テトラフルオロエチレン (TFE)、1-ヒドロキシメチルエチレンフルオリド (HFPE) およびパーフルオロメチルエチレン ビニル エーテル (FMVE) の重合によって形成されるコポリマー、ターポリマー、または三元重合です。これらのポリマーの組成とフッ素含有量 (65% ～ 71% の範囲) により、媒体に対するさまざまな耐性と低温での柔軟性が与えられます。 FKM の架橋は、ジアミンとビスフェノールまたは有機過酸化物を使用して達成できます。
FKM は以下の特性を備えています。 • 優れた高温耐性 • 油、ガソリン、作動油、炭化水素溶剤に対する優れた耐性 • 良好な難燃性 • 低いガス透過性 • 極性溶剤、ケトン、Skydrol タイプの難燃性作動油、およびブレーキ液中で顕著な膨潤が発生します 使用温度範囲: 約 -20 ～ 200 °C (短期暴露は最大 230 °C)。特別グレードは、-50°C から 200°C までの範囲に対応する場合があります。
4. ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)
PTFE はテトラフルオロエチレンのポリマーです。この非伸縮性素材の特徴は次のとおりです。 • 滑らかな表面と安定した特性。 • 最大 200°C の動作温度で無毒。 • 他のほとんどの材料に対する摩擦係数が極めて低い。静摩擦係数と動摩擦係数はほぼ同じです • 優れた電気絶縁特性 (周波数、温度、または耐候性の影響をほとんど受けません) • 他のすべての熱可塑性プラスチックおよびエラストマーを上回る耐薬品性 • 液体アルカリ金属および特定のフッ素化化合物は、高温で PTFE を侵食する可能性があります
PTFE は -200°C ～ 260°C の温度耐性を示します。極度の低温でもある程度の弾性を維持するため、多くの極低温環境に広く適用できます。弾性が比較的低く、時間の経過とともに低温流動する傾向があるため、ほとんどの油圧用途では、リップ シール構造に予荷重を与えるためにスプリングまたはエラストマー コンポーネントを組み込む必要があります。
シールのデザイン
以下は、油圧シリンダに見られる最も一般的なシール設計の一部です。
1. ピストンシール:
ピストンとシリンダーバレルの間のシールに使用され、油圧シリンダーが適切に機能するために非常に重要です。 • 最も一般的な設計はリップ シールですが、O リング、T シール、その他のタイプも使用される場合があります。 • 適度に低い摩擦係数を維持しながら、効率的なシールを提供する必要があります。 • 特定の使用条件に応じて、さまざまなシール材料から製造できます。 • リップシールを効果的に作動させるにはシステム圧力が必要です。
2. ダストシール (ワイパー):
泥、水、ほこり、その他の汚染物質がシステムに侵入するのを防ぐための強力な掻き取り作用を提供します。 • ピストンロッドの後退中にシステム内の潤滑油膜を保持します。 • 一次シール要素を保護し、シールの耐用年数を延ばします。 • 通常、耐摩耗性の高いポリウレタンから製造されています。 • コネクティングロッドピンのグリースシールとして一般的に使用されます。
3. ロッドシール:
システム流体の漏れの防止 • 低圧と高圧の両方の条件下で効果的なシールを提供する必要がある • 優れた耐押出性と耐摩耗性が必要である • 優れた潤滑油膜回復能力を備えている必要がある • 通常、最大 31.5 MPa の圧力に耐える必要がある
4.緩衝シール
高圧衝撃に耐える必要がある • ロッドシールを圧力ピークから保護 • シール間の圧力上昇を防ぐ圧力リリーフ機能を備えている • ロッドシールの耐用年数を延長する • より広い押出ギャップを許容する • 高い耐摩耗性を示す
5. ガイドリング ピストンガイドリング
シリンダー内の金属部品間の接触を防止します。 • ピストンロッドとピストンをシリンダー本体部品に対して中心に配置します。 • シールの耐用年数を延ばします。
6. Oリング
静的用途で最も一般的に使用され、半径方向または軸方向の変形を通じてシール接触力を維持します。 • 双方向作用により、コンポーネントの両側でのシールが可能です。 • 力を加える要素または主シールとして機能できます。 • セルフシールにより、シールを達成するために追加のシステム圧力や速度は必要ありません。
シーリング技術は、油圧システムの信頼性、耐久性、運用効率を確保する上で中心的な役割を果たします。個々の材料の選択から複数コンポーネントのシーリング システムの調整された設計に至るまで、各要素は動作環境、圧力定格、温度範囲に正確に適合する必要があります。
