産業機器や流体システムにおいて、効果的なシールは、運転の完全性を確保し、流体の漏洩を防ぐために不可欠です。シール材の選定、特に内部圧力に対する耐性は、シール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、漏洩、そして潜在的な安全上の危険につながる可能性があります。本ガイドでは、さまざまな圧力範囲で推奨される主要なシール材について概説します。
I．低圧用途（0～5MPa）
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・飲料機械、低負荷往復ロッドシール。
材料選定：
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、抜群のコストパフォーマンスを発揮します。ほとんどの低圧油圧および空気圧用途に最適です。
2. エチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）：温水、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があります。鉱物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や熱伝達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機械的強度を特徴としています。低圧下では、優れた押出抵抗性と耐摩耗性を発揮するため、往復運動するシール（ピストンシールやロッドシールなど）に最適で、標準的なゴムよりも耐用年数が大幅に向上します。
要約：低圧用途では、媒体との適合性を最優先してください。NBRは汎用性の高い標準オプションであり、PUは耐摩耗性に優れ、EPDMは水性媒体および極性媒体に特化しています。
II．中圧用途（5～30MPa）
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。
材料選定：
1. ポリウレタン（PU）：中圧油圧機器において最も広く用いられている素材です。高い機械的強度、硬度、そして優れた押出抵抗により、圧力による変形や隙間からの押し出しを効果的に抑制するため、ピストンシールやロッドシールの素材として最適です。
2. ニトリルゴム（NBR）：強化NBRコンパウンドは、圧力が15～20MPa以下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、押出抵抗はPUよりもかなり低くなります。
3. フッ素ゴム（FKM/Viton®）：中圧域であっても、高温、燃料、または腐食性の強い化学物質（酸性流体など）を扱う媒体に最適な選択肢です。FKMは優れた耐薬品性と高温性能（200℃以上）を提供します。
要約：中圧環境においては、押し出し耐性が最も重要です。ポリウレタン（PU）は動的シール材として主に用いられ、フッ素ゴム（FKM）は過酷な化学環境や高温環境下で使用されます。
III．高圧および超高圧用途（30MPa超、最大100MPa以上）
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・ガス坑口設備、圧力容器試験システム。
材料選定：
1.ポリウレタン（PU）：特殊配合およびエンジニアリングされたポリウレタン（例：キャストポリウレタン）は、高圧動的シールの有効な選択肢であり続けていますが、精密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義務付けられます。
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。これらはエラストマーではなく、優れた機械的強度と弾性率を持つ高性能プラスチックです。
・充填PTFE：PTFEにガラス繊維、銅、炭素繊維などの充填材を添加することで、圧縮強度と押し出し抵抗が大幅に向上します。バックアップリングやシールリングとして一般的に使用され、プライマリーシールを押し出しや損傷から保護します。
• PEEK: 極めて高い強度、剛性、耐熱性を備えており、超高圧環境下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）：極度の圧力（例えば、70 MPa以上）、高温、または高衝撃圧力下では、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リングが究極の解決策となります。これらは塑性変形によってシールし、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。
要約：超高圧条件下では、戦略は「弾性シール」から「剛性封じ込め」へと移行します。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が求められます。
IV．その他の重要な選考基準
プレッシャーは唯一の基準ではなく、選考には総合的な評価が不可欠である。
・温度：材料の動作温度範囲は、システムの温度を完全に包含する必要があります。高温は劣化を促進し、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。選択された材料は、密閉された媒体によって腐食、膨張、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？それぞれの動作タイプは、耐摩耗性、発熱、および熱伝導率に関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:
シール材の選定はシステムエンジニアリング上の課題であり、圧力は主要な差別化要因となる。
•低圧：メディアに焦点を当てる。NBR/EPDMが主力製品である。
•中圧：押出抵抗に重点を置く。PU/FKMが最適な選択肢である。
•高圧：強度に重点を置く。複合材料と金属が主役となる。
実用的な選定原則は、媒体と温度の要件を満たしつつ、使用圧力に基づいて適切な押出抵抗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の材料とは限りません。最適な選択とは、特定の運転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
