産業機器および流体システムにおいて、効果的なシーリングは、運用の完全性を確保し、流体の漏れを防止する上で極めて重要です。シーリング材の選定、特に内部圧力への耐性は、シーリングの成功を左右する重要な要素です。不適切な選定は、シールの早期破損、漏れ、そして潜在的な安全上の問題につながる可能性があります。このガイドでは、様々な圧力範囲において推奨される主要なシーリング材について概説します。
I. 低圧用途（0～5 MPa）
一般的なシナリオ: 空気圧システム、低圧油圧システム、水処理、食品および飲料機械、低負荷往復ロッドシール。
材料の選択:
1. ニトリルゴム（NBR）：低圧用途において最も経済的で汎用性の高い選択肢です。石油系作動油、潤滑油、燃料、空気に対する優れた耐性を備え、卓越した価値を提供します。ほとんどの低圧油圧および空圧用途に最適です。
2. エチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）： 熱水、蒸気、冷却剤（グリコール）、ケトン、弱酸／弱塩基に対する優れた耐性を備えています。鉱油や燃料には適していません。主に低圧システムにおける水系媒体および伝熱流体のシールに使用されます。
3.ポリウレタン（PU/AU/EU）： 極めて高い耐摩耗性と高い機械的強度を特徴としています。低圧下でも優れた耐はみ出し性と耐摩耗性を発揮するため、往復動シール（ピストンシールやロッドシールなど）に最適です。標準的なゴムに比べて耐用年数が大幅に向上します。
概要：低圧用途では、媒体との適合性を優先してください。NBRは汎用性に優れた標準的な選択肢であり、PUは耐摩耗性に優れ、EPDMは水性および極性媒体に特化しています。
II. 中圧用途（5～30 MPa）
一般的なシナリオ: 建設機械、射出成形機、工作機械、中出力油圧システム。
材料の選択:
1.ポリウレタン（PU）： 中圧油圧機器の主な選択肢です。高い機械的強度、硬度、そして優れた耐押し出し性により、圧力による変形や隙間の押し出しを効果的に抑制し、ピストンシールやロッドシールに最適な材料です。
2. ニトリルゴム（NBR）：強化NBRコンパウンドは、圧力が15～20MPa未満で温度が中程度の用途、特にOリングなどの静的シール用途に適しています。ただし、押し出し抵抗はPUよりもかなり低くなります。
3. フッ素エラストマー（FKM/Viton®）：高温、燃料、または腐食性の高い化学物質（酸性流体など）を含む媒体の場合、中圧域でも最適な選択肢です。FKMは優れた耐薬品性と高温性能（最高200℃以上）を備えています。
概要：中圧環境では、耐押し出し性が極めて重要です。ポリウレタン（PU）は動的シールの第一選択肢であり、フッ素エラストマー（FKM）は厳しい化学薬品や高温環境に適しています。
III. 高圧および超高圧用途（30 MPa以上、最大100 MPa+）
一般的なシナリオ: 油圧ジャッキ、超高圧ポンプ、ウォータージェット切断、石油およびガスの坑口設備、圧力容器試験システム。
材料の選択:
1.ポリウレタン (PU): 特別に配合され設計されたポリウレタン (例: キャストポリウレタン) は、高圧ダイナミックシールの有効な選択肢ですが、正確な配合とシール設計が必要であり、多くの場合、押し出し防止バックアップリングの使用が必要になります。
2.アラミド繊維複合材料／エンジニアリングプラスチック（PEEK、充填PTFE）： これらは超高圧用途に不可欠な材料です。エラストマーではなく、優れた機械的強度と弾性率を備えた高性能プラスチックです。
•充填PTFE： ガラス繊維、銅、炭素繊維などの充填剤をPTFEに添加することで、圧縮強度と耐押し出し性が大幅に向上します。主にバックアップリングやシールリングに使用され、一次シールを押し出しや損傷から保護します。
•PEEK: 非常に高い強度、剛性、耐熱性を備えており、超高圧環境でのシールリングやサポートリングの製造に使用されます。
3. 金属シール（銅またはステンレス鋼）：極圧（例：70MPa超）、高温、または高衝撃圧下では、エラストマーやプラスチックは限界に達します。金属製のOリングまたはCリングが究極のソリューションとなります。これらは塑性変形によってシールするため、極めて高い信頼性を提供しますが、通常は使い捨てであり、高い取り付け予圧が必要です。
概要：超高圧条件では、「弾性シール」から「剛性封じ込め」へと戦略が移行します。高強度エンジニアリングプラスチック（強化PTFE、PEEK）と金属が不可欠であり、変形と押し出しを最小限に抑えることに重点を置いた設計となっています。
IV. 主な追加選定要因
プレッシャーは唯一の基準ではありません。選択には総合的な評価が必要です。
•温度： 材料の動作温度範囲は、システムの温度を完全にカバーする必要があります。高温は劣化を加速し、低温は脆化を引き起こします。
•媒体適合性： これは最も重要な前提条件です。選択した材料は、密封された媒体によって腐食、膨潤、または劣化してはなりません。
•動作タイプ： 静的シール、往復動的シール、または回転シール？各動作タイプは、耐摩耗性、発熱、熱伝導性に対して異なる要求を課します。
•ハードウェアの互換性: システムのクリアランス設計、表面仕上げ、硬度は、シールの押し出し抵抗と摩耗率に直接影響します。
結論：
シール材料の選択はシステムエンジニアリングの課題であり、圧力が主な差別化要因として機能します。
•低圧：媒体に重点を置きます。 NBR/EPDM が主流です。
•中圧: 押し出し抵抗に重点を置きます。 PU/FKM が主な選択肢です。
•高圧：強度に重点を置きます。 複合材料と金属が主導権を握ります。
実用的な選定原則は、媒体と温度の要件を満たしつつ、作動圧力に基づいて適切な耐押し出し性と機械的強度を備えた材料を選択し、適切なシール溝とクリアランス設計を確保することです。最も高価な材料が必ずしも最良とは限りません。最適な選択とは、特定の動作条件に最も適した材料を選ぶことです。
投稿日時: 2025年8月23日