油圧・空圧システム用カスタムゴムピストンシール
ピストンシールの適切な設計を見つけるには、圧力方向、速度、表面仕上げ、潤滑といった要素が重要な役割を果たします。
ピストンシールは、ピストンの両側で圧力が伝わるのを防ぐ役割を果たします。これは非常に単純な説明ですが、実際にはシールが対処しなければならない相反する要素がいくつかあります。シールは、許容範囲内の摩擦レベルで動作しながら、内部への漏れを可能な限り防ぐ必要があります。さらに、様々な表面状態に耐え、方向転換の繰り返しにも耐えなければなりません。同時に、溝が残ったり、転がったりしてはいけません。
溝の形状、穴の材質、作動流体、速度、または組み立て手順に標準プロファイルが適合しない場合は、特殊なゴム製ピストンシールが使用されます。最適なシールプロファイルは、シリンダー全体を考慮して決定する必要があります。材料データシートは、特定のゴム製シールがユーザーのボア内でどのように機能するかを反映するものではありません。
圧力の方向が基本形状を決定する
片側シールは主に片側から作動します。複動シリンダーは両方向の制御が必要となるため、対称形状のシール部材またはシール要素のペアを使用する場合があります。圧力変化によって、一方のリップが解放され、もう一方のリップが急速に負荷される可能性があります。
油圧ピストンシールは、圧縮できない流体による高圧が常態化している場面でよく用いられます。クリアランスと圧力ピークが合わさることで、ゴムは押し出しギャップに向かって押し出される傾向があります。設計によっては、より硬いコンパウンドが必要になったり、端部での材料の動きを制限するサポートリングやプロファイルが必要になる場合があります。
空気圧ピストンシールの場合、低圧レベルで動作する傾向がありますが、潤滑油が最小限でも高速でサイクル動作が可能です。乾燥状態での剥離力は、潤滑油の保持と相まって、最大圧力容量よりも重要になる場合があります。乾燥した空気、凝縮水、および保守担当者の作業方法も摩耗に影響を与えます。
溝と穴がシール面を形成する
溝と穴は、片側ではシール面を形成し、もう片側では取り付け手段となります。穴の表面は、シール部材のリップを切断せず、同時にそこに安定した油膜またはグリース膜を維持できるようなものでなければなりません。表面が非常に粗いと、摩耗や漏れが急速に増加する可能性があります。しかし、非常に滑らかな表面であっても、傷や小さな突起など、シール部材に大きな損傷を与える可能性のある加工痕が残っている場合があります。
パーカー社がピストン往復運動シールに関して推奨する設計上のアドバイスは、接触面仕上げ、溝仕上げ、および導入面取りは、それぞれ注意を払うべき個別の要素であるというものです。
この導入面取りは、組み立て時にシールエッジを保護するのに役立ちます。
丸みを帯びた滑らかな形状により、シールの切断やねじれのリスクが軽減されます。
紙のシール性は、ピストン、ボア、ベアリングによって形成される押し出し空間にも影響されます。側面からの負荷によって、片側の隙間が大きくなることがあります。ピストンを中央に保持し、シールに負荷がかからないようにするためには、摩耗リングやガイドが必要になる場合があります。
動作全体を通しての摩擦の変化
最初の動きには、連続的な滑りよりも大きな力が必要となる場合がある。
前述の差異は、低速でのスティックスリップ現象を引き起こす可能性があり、それが位置に影響を与える可能性があります。リップシールの圧縮荷重、表面状態、潤滑状態、圧力、および材質がこの現象に影響を与える主な要因であるため、想定される用途において測定すべきは摩擦です。
低圧下で摩擦に関して良好な性能を発揮するシールでも、高圧下では異なる挙動を示す可能性があります。したがって、特注のゴム製ピストンシールは、一般的な条件だけでなく、圧力や温度の極端な変化、さらには速度に対しても試験を行う必要があります。
公共の流体動力の事例
パーカー社は、油圧シリンダーおよび空圧シリンダーに適したC2コンパクトUカッププロファイルを発表しました。技術データシートには、両技術における幅広い圧力レベルが記載されており、最大値は断面形状と材質によって異なることも明記されています。また、取り付け時には表面に鋭利なエッジがないように注意するようアドバイスされています。
この事例は、2つの媒体に対して単一のプロファイルが利用可能であることを示していますが、制約と適合に関する推奨事項は同じではありません。この例はオープンソースのサプライヤーの例であり、Yidaが行っているものではありません。特注のボア、流体、またはサイクルには、独自のソリューションが必要になる場合があります。
素材選びは流動性と動きを反映する
ピストンシール材の選定は、まず作動油または圧縮空気の状態から始まり、次に温度、速度、圧力、摩耗といった要素が加わります。NBRは鉱物油でよく使用されます。FKMは高温または腐食性の高い流体の場合に検討できますが、EPDMは特定の水性媒体には適していますが、石油系油には適していません。
ポリウレタンは優れた耐摩耗性と耐押出性を発揮しますが、低温での柔軟性、加水分解性、流体適合性はグレードによって異なります。ゴムのプロファイルによって摩擦特性や弾力性が異なる場合があります。ファミリー名は、配合レベルのデータに代わるものではありません。
ピストンシール材の選定には、組み立て用潤滑剤も考慮する必要があります。取り付けを容易にするグリースは、保管後にリップを膨張させたり、分離特性を変化させたりする可能性があります。洗浄剤や流体添加剤についても、接触の可能性がある場合は検討が必要です。
カタログ上の制限は同時評価ではありません
トレルボルグの油圧シールカタログには、記載されている最大圧力、速度、温度の値は必ずしも同時に使用できるとは限らないと明記されています。これは重要な設計上のルールです。速度によって発生する熱は、圧力や流体への曝露に対する材料の余裕を減少させる可能性があります。
ISO 7986は、油圧往復運動用途で使用されるシールの標準試験方法を規定しています。この規格は比較可能な試験をサポートしますが、標準試験条件はすべてのボア表面、汚染レベル、横荷重、または使用サイクルを網羅するものではありません。
ASTM D471は液体暴露後の変化を比較することができ、ASTM D412は引張特性を測定することができる。しかし、どちらの方法も作動中のシリンダー内部における油圧ピストンシールの漏れや摩耗を証明するものではない。
シールテストシーケンス完了
組み立て前に、寸法、リップの状態、バリ、成形不良を検査してください。溝幅、穴径、リードイン、表面要件が許容範囲内であることを確認してください。取り付け方法を記録し、シール面を傷つける可能性のある工具やエッジは使用しないでください。
所定の圧力と速度におけるブレークアウェイ力と走行力を測定してください。空気圧ピストンシールの場合、該当する場合は、潤滑油を塗布した状態と指定された低潤滑状態を含めてください。油圧設計の場合、圧力反転、滞留、および正当なピークイベントを含めてください。
動作範囲全体にわたって内部漏れを記録します。シリンダーを代表的なストローク、周波数、温度、および横荷重でサイクル運転します。試験が意図した環境を安全かつ一貫して再現できる場合にのみ、汚染物質を添加します。
サイクル後、漏れと摩擦の測定を再度実施する。リップの研磨、切断、押し出し、圧延、および永久変形を検査する。動的シリンダーシールは、分解後に見た目が許容範囲内であるだけでなく、試験前に合意された機能基準を満たす必要がある。
工具製作前に必要なアプリケーションの詳細
穴と溝の図面、圧力方向、流体、温度、ストローク、速度、サイクルレート、および予想寿命を提供してください。さらに、押出ギャップ、横荷重、表面仕様、潤滑剤、組立経路、許容漏れ量および摩擦量を追加してください。
大連宜達精密ゴム製品有限公司は、顧客が定義する用途向けに成形エラストマー部品を開発しています。宜達は、油圧および空気圧シールプロジェクトにおいて、製造可能性、配合オプション、リップ形状、および重要な寸法を検討することができます。
信頼性の高いピストンシールを実現するには、設計者はシリンダーの形状に合わせてシールの形状を調整し、シールが耐えられるであろう実際の動作を再現する必要があります。この方法は、圧力や硬度だけで見た目が良いものを選ぶよりも、より良い結果をもたらす可能性があります。
