産業用シーリング分野において、高荷重、低速、衝撃荷重、そして多量の研磨性汚染物質といった極めて過酷な動作条件では、従来のシールの多くは機能しなくなります。フローティングシールは、非常に効果的な剛性端面シールソリューションとして登場し、そのかけがえのない価値を実証しています。フローティングシールは新しい技術ではありませんが、その卓越した信頼性と耐久性により、高負荷機器の重要部品のシールにおいて依然として究極の選択肢となっています。本稿では、フローティングシールの構成、原理、特性、そして用途を体系的に紹介します。
1. フローティングシールの定義と主要機能
フローティングシールは、「フローティングリングシール」または「メカニカルエンドフェイスシール」とも呼ばれ、従来のメカニカルシールとは異なる独自の設計を特徴としています。一対の金属リング（通常はクロム合金鋳鉄製）がしっかりと噛み合い、その端面が軸方向の力に対して信頼性の高いシールバンドを形成します。
その中核機能は高度に専門化されています。
- 徹底的な漏れ防止：研磨剤（砂、鉱石粉塵など）が充満した環境において、トランスミッションや駆動車軸などのコンポーネント内部のギアオイルやグリースを効果的に密封します。
- 優れた汚染排除：ほこりや泥などの外部汚染物質の侵入を強力にブロックし、ベアリングやギアなどのトランスミッションの主要部品を保護します。
当初の設計目的は、スケルトン オイル シールのようなリップ シールが耐えられない過酷な条件に対処することでした。
2. フローティングシールの代表的な構造と構成部品の機能
完全なフローティング シール アセンブリは、それぞれが不可欠な 4 つの主要コンポーネントで構成されています。
- シールリング（フロートリング）：
- 材料とプロセス：通常は高クロム合金鋳鉄で作られ、精密研磨されて非常に高い硬度 (HRC 60 ～ 66) と端面の非常に低い表面粗さを実現しています。
- 関数：シールを担う中核部品です。2つのリングの精密研磨された端面が圧力下で接合し、主要なシール面を形成します。高い硬度と滑らかさにより、摩耗を最小限に抑え、長寿命を実現します。
- Oリング（エラストマーシール）
- 材料：通常、耐油性と耐老化性を備えたニトリルゴム (NBR) またはその他の合成ゴムで作られています。
- 関数：次の 2 つの主要なアクションを提供します。
- 二次シール：フロートリングとハウジングの間に静的シールを作ります。
- 弾性力の提供:独自の圧縮により、2 つのフロート リングの端面に連続的な軸方向の閉鎖力を供給し、シール面が接触した状態を維持します。
- 金属ハウジング（シールキャリア）：
- 関数：フロート リングと O リングの位置を決めてサポートするために使用され、通常は干渉嵌め合いまたはボルトによって機器ハウジング (スリーブまたはエンド カバーなど) に固定されます。
動作アセンブリ:1つのフローティングシールアセンブリは、二これらの部品は同一のセットで、それぞれ装置の回転部と固定部（または2つの逆回転部）に取り付けられます。組み立てると、2つのフロートリングの端面がOリングの力によってしっかりと押し付けられます。
4. フローティングシールの動作原理
フローティングシールの動作原理は独創的で信頼性があります。
- 静的シーリング:装置が静止している状態では、Oリングの軸方向力により、2つのフロートリングの端面がしっかりと接触し、静的シールが実現されます。同時に、Oリング自体もハウジングに対して静的シールを提供します。
- ダイナミックシーリング:運転中、一方のフロートリングはシャフトと共に回転し、もう一方のフロートリングは静止したままです。2つのフロートリングの端面間には相対的な回転運動が生じます。
- シールインターフェース潤滑:密封された潤滑剤は2つのフロートリングの端面の間に浸透し、極めて薄い油膜を形成します。この油膜はシール面を潤滑し、摩耗と発熱を抑制するとともに、表面張力によって漏れを防止します。
- 「浮遊」特性：Oリングは圧力を供給するだけでなく、フロートリングがハウジング内で軸方向（「フローティング」）および半径方向にわずかに移動するのを可能にします。この特性により、シャフトの軸方向フロート、ミスアライメント、および高負荷時の振動が補正され、アライメントエラーによるシール不良を防止します。
このように、フローティングシールの成功は、「剛性端面シール」そして「弾性浮上補償」
5. フローティングシールの主な適用シナリオ
フローティングシールは最も過酷な環境向けに設計されており、その用途は非常に集中しています。
- 建設機械:アンダーキャリッジのスプロケット、ファイナルドライブスプロケット、アイドラー、および掘削機とローダーのローラー。
- 鉱山機械:ロードヘッダー、シアラーのドラムシャフト、装甲切羽コンベアのヘッド/テールシャフト。
- 農業機械:大型トラクターや収穫機の駆動輪ハブ。
- トンネル掘削機器:トンネル掘削機 (TBM) カッターヘッド用のメインドライブシール。
つまり、フローティングシールは、次のような回転部品によく使用されるソリューションです。低速、重い荷重、大きな衝撃荷重、およびひどい研磨性汚染.
6. メリット、デメリット、選定ポイント
利点:
- 優れた耐摩耗性：研磨剤を含む媒体での操作に特に適しています。
- 高い信頼性:衝撃や振動に強い頑丈な構造。
- 長寿命:通常の動作条件下では、従来のシールに比べて寿命が大幅に長くなります。
- 良好なコンプライアンス（浮遊性）：「フローティング」特性により、特定のシャフトのたわみに対応できます。
デメリット:
- コストが高い:製造工程が複雑なため、スケルトン オイル シールに比べて単位コストが高くなります。
- 大きいサイズ:より多くの設置スペースが必要です。
- 重要なインストール要件:不適切な取り付けにより、精密なシール面が簡単に損傷する可能性があります。
選択とインストールの重要なポイント:
- 条件マッチング:動作圧力、表面速度、汚染物質の種類がフローティングシールの能力範囲内であることを確認します。
- 寸法精度:ハウジング、シャフト、および関連コンポーネントの寸法と幾何公差が要件を満たしていることを確認します。
- 清潔さ:取り付け中にシール面の間に小さな粒子が挟まると、永久的な損傷が発生します。
- 専門家による設置:特殊工具の使用が必須です。フロートリングのシール面を叩くことは固く禁じられています。
結論
フローティングシールは、極限の課題に対応するために生まれた、古典的なシーリング技術です。剛性の高い金属端面シールと独自のフローティング補正機構により、重負荷産業機器において確固たる地位を築いています。客観的に見ると、適用分野が極めて限定的であるため、万能なソリューションとは言えません。しかしながら、低速、高負荷、摩耗性負荷といった条件において、フローティングシールの優れた信頼性と耐久性は、今日の他の多くのシーリング形態では到底匹敵するものではありません。フローティングシールの原理を正しく理解し、設置およびメンテナンス手順を厳守することが、その性能を最大限に引き出し、重負荷機器の安定した稼働を確保する鍵となります。
投稿日時: 2025年11月10日