ISO 3601-2:2025に準拠したOリング溝設計：購入者が確認すべき事項
油圧シールおよび空気圧シールの圧縮、グランド充填、伸張、クリアランス、および製造公差に関する実践的なガイド
新規格の登場により、ハードウェアが再び議論の俎上に上がる
ISO規格3601-2の第3版が2025年11月から公開されています。この新版は、油圧および空圧用途におけるOリングハウジングの寸法に関する詳細な仕様を規定しています。バックアップリングは、システム内に存在する場合と存在しない場合があります。
この規格の最新版である3601-2は、2016年版に取って代わるものです。この規格では、さまざまな技術的な詳細を記載するだけでなく、Oリングを選定する際に一般的に用いられる2つの選定方法についても言及しています。
Oリング（または特定のOリング）と相性の良いハードウェアやその他のコンポーネントを選択する
既に作られている穴とロッドのサイズと形状に合うようにOリングを選択します。
それは図面上の問題のように聞こえますが、購買に関する話し合いにも影響を与えます。購入者がゴムの材質、硬度、Oリングのサイズを承認したとしても、組み立て後に漏れが発生するシールを受け取る可能性があります。部品自体は正しいかもしれませんが、その周囲の空間が適切でない場合があるのです。Oリング溝の設計によって、断面がどれだけ圧縮されるか、ゴムが膨張する余地があるかどうか、そして圧力によってゴムが隙間にどれだけ容易に押し込まれるかが決まります。
古いバルブの問題が依然として重要な点を示している
NASAのサターンロケットのバルブに関する報告書では、ピストンOリングからの過剰な漏れが報告されていた。調査の結果、問題は単にゴム部品の欠陥ではなく、溝の構造にあることが判明した。Oリングの両側にある小さなPTFEベアリングが、バルブ作動中にねじれる可能性があったのだ。技術者たちはベアリングをより大きなものに交換し、報告されていた漏れの問題は解消された。
問題となっている機器が最新式に見えても、故障メカニズムは古いモデルや機械で見られたものと似ている場合があります。シールに関しては、物理的に環境が許す場合にのみ動き始めます。緩みによって経路が開いたり、部品が外れたりするなどです。ねじれは通常、摩擦と横方向の荷重によって発生します。しばらくすると、シールはこのねじれによって変形し、最終的に故障は避けられなくなります。シールが破れておらず損傷しているだけであれば、新しいOリングが破損するまでにはしばらく時間がかかります。しかし、徹底的なオーバーホールを行わない限り、単純なパッチでは長期的には役に立ちません。
新規プロジェクトにおいては、「どのOリングが必要か？」という問いだけではなく、部品が組み立てられた後にOリングがどのような状況にさらされるかを考慮することが重要です。具体的には、溝の最小・最大深さ、圧力方向、動き、温度、流体、表面仕上げ、そして負荷がかかった状態での実際の押し出しギャップなどを検討する必要があります。優れたOリンググランドの設計は、カタログ上のサイズだけではなく、これらの条件に基づいて行うべきです。
圧縮は両方の許容限界で確認する必要があります
Oリングの圧縮とは、装着後の断面積の減少を意味します。単純な軸方向フェースシールでは、圧縮率は次のように近似されます。圧縮率 (%) = (Oリングの断面積 - グランドの深さ) / Oリングの断面積 x 100 ラジアル配置では、正確なボア、ロッド、溝の形状が必要ですが、従うべき原理は同じです。シールを提供すると同時に材料が損傷しないように、ゴムを十分に圧縮する必要があります。
パーカー社のOリングハンドブックによると、静的用途におけるほとんどのエラストマーのOリングの最大圧縮率は30%が推奨されています。動的用途における最大圧縮率は一般的に16%ですが、断面積が小さい場合はそれ以上になることもあります。
参考値は設計のためのものであり、自動的に得られる制限値ではありません。摩擦、熱、EPDMの硬度、圧力、速度によって実際の目標値は変化する可能性があります。
公称値は誤解を招く可能性があります。断面が2.62 mm、溝の深さが2.10 mmの場合を考えてみましょう。Oリングの公称圧縮率は19.8%です。ここで、断面を±0.08 mm、深さを±0.05 mm変化させてみます。圧縮率が低い場合、2.15 mmの溝に2.54 mmのゴムを使用すると、圧縮率は約15.4%になります。圧縮率が高い場合、2.05 mmの溝に2.70 mmのゴムを使用すると、圧縮率は約24.1%になります。公称図面は何も変更されていないにもかかわらず、組み立て範囲は9パーセントポイント近くも広がりました。
グランド充填により、ゴムがゴムらしく振る舞う余地が残る
Oリングが圧縮されたとしても、シール材の体積全体が失われたり、取り除かれたりするわけではありません。実際には、Oリングの断面積が横方向に広がり、周囲の空間を覆うだけです。
さらに、Oリングの体積は、温度上昇や液体環境との直接接触などの要因によって膨張する。Oリングのグランド充填率は、ゴム製シール要素が占める体積と、Oリング用に設計された金属製ハウジングまたは部品の溝の体積との比率として表される。
一般的には、パーセントで表されます。
パーカー社のハンドブックによると、多くの用途ではOリンググランドの充填率は60%から85%で、75%が最適値とされ、少なくとも10%の空隙が必要不可欠とされています。この空隙は無駄ではなく、寸法変化、熱膨張、流体膨張、圧縮による形状変化に対応するために設けられています。
溝が狭いと、組み立て時にOリングをきちんと保持できるため魅力的に見えるかもしれません。しかし、高温の油中では、膨張するコンパウンドが動く場所がなくなります。摩擦が増加し、ゴムが挟まれ、クリアランスエッジからOリングの押し出しが始まる可能性があります。溝が広すぎると、動的な使用において別の問題が発生します。シールが転がったり、往復したりする自由度が高くなるのです。
ストレッチは内径以上の変化をもたらす
ピストン溝は通常、取り付け時にOリングを伸ばす。わずかな伸びはOリングの着座を維持するが、伸びによって断面積が減少するため、Oリングの圧縮力が低下する。図面に自由内径のみが記載されている場合、この変化を見落としやすい。
パーカー氏によると、組み立て時に機械の部品を5%以上伸ばすと、内部応力が発生し、摩耗が増加する可能性があるとのことです。マニュアルには、使用期間が短い場合は、より高い伸び率を使用することも可能だと記載されています。これは、部品のサイズを大きくするためではなく、設計上のトレードオフによるものです。
組み立てによって機器をテストする場合は、製造業者などが関与する必要があります。完璧な日であれば、きれいなテーブルに適切な位置にリングが置かれていれば、全く問題ないように見えるでしょう。しかし、それは最初のトリミングが行われる鋭利な入口部分であり、穴を通り過ぎたり、非常に熟練した作業員によってねじられたりする可能性があります。最後のサイズ検証が遅延や欠陥なく時間通りに行われた場合、これらのゴムシールの漏れの兆候がすべて現れる可能性があります。
圧力が隙間を見つける
Oリングが圧縮されたとき、シール材の体積全体が失われるわけではありません。むしろ、断面が横方向に伸びて凹部全体を占めるだけです。さらに、温度や媒体との接触といった要因によって、Oリングの体積が増加することもあります。Oシステム圧力によって、Oリングは圧力の低い側に移動します。しかし、2つの金属部品の接合部の隙間が深い場合、エラストマーはその隙間に入り込みます。繰り返し圧縮されると端が少しずつ削られ、Oリングの押し出し特有の、破損したり噛み砕かれたような外観になります。
安全な隙間は、圧力だけでなく、さまざまな要因によって決まります。化合物の硬度、温度、圧力サイクル、そして荷重がかかった際のハードウェアの膨張の仕方など、すべてが重要です。通常、90ショアAの材料は、同様の化学組成の70ショアAの材料よりも押し出しに対する耐性が優れていますが、硬度だけではハードウェアの緩みを解消することはできません。低温での剛性や高温での軟化も結果に影響を与えます。
Oリングだけでは圧力とクリアランスを管理できない状況では、バックアップリングが重要な役割を果たします。さらに、バックアップリングの配置は圧力方向と一致させる必要があります。通常、一方向圧力システムでは低圧側が維持されますが、交互圧力の場合は両側のサポートが必要になる場合があります。これらの追加のリング状部品はサポートとして機能するだけでなく、溝の幅も占有するため、既存のスペースにバックアップリングを追加するだけでなく、Oリンググランド全体の設計を見直す必要があります。
仕上げ、コーナー、リードインが組み立て中に何が起こるかを決定する
技術的に正しい溝であっても、挿入時にシールを損傷する可能性があります。ねじ山、クロスドリル加工されたポート、保持リングの溝、鋭利な肩部などは、表面を削ったり、削り取ったりする可能性があります。面取りや取り付けスリーブを使用することで、ゴムの挿入経路を制御できます。バリ取りについては明記し、検証する必要があります。図面上の「バリ取り」は、それ自体では測定可能なエッジ状態ではありません。
表面仕上げには2つの役割があります。シール面は、漏れ経路や急速な摩耗を防ぐために十分に滑らかでなければなりませんが、可動面は潤滑剤と互換性のある仕上げが必要です。研磨されたように見える部品が必ずしも正しいとは限りません。方向性のある加工痕は流体をポンプで送り出す可能性があり、接触帯を横切る深い傷は、本来は優れたOリング溝設計を損なう可能性があります。
サンプル承認の際には、組み立て後および取り外し後にシールを検査してください。光沢のある平面、螺旋状の痕跡、特定の時計位置での切断、または潤滑剤中のゴム片などは、有用な証拠となります。これらは、白いテーブルの上に置かれた未加工のOリングの写真よりも、取り付け状態についてより多くのことを物語っています。
購入者が見積依頼書に記載すべき事項
重要なシールの場合、サイズコードと材質名だけでは不十分です。溝の図面または相手部品の図面を、使用圧力、圧力方向、温度範囲、流体、動作、速度またはストローク速度、期待寿命、および組み立て方法とともに送付してください。シールがフェースシール、ロッドシール、またはピストンシールであるかを明記してください。
寸法検査では、Oリングの断面公差と内径公差、溝の深さと幅の公差、穴またはロッドの公差、コーナー半径、導入形状、表面仕上げ、および最大クリアランスを含めてください。機器が既に製造されている場合は、古い公称図面よりも、実際に測定したハードウェアの方が有用です。
リピート注文の場合は、承認済みのコンパウンド、キャビティ識別、管理計画、寸法測定方法を統一してください。Oリング溝の設計が変更された場合は、設計変更として扱ってください。0.05 mmの深さ調整は、加工者にとっては小さな変更でも、シールにとっては大きな影響を与える可能性があります。特に断面が小さい場合はなおさらです。
Yidaがレビューをどのようにサポートしているか
大連宜達精密ゴム製品有限公司は、標準品および特注品のOリング、ガスケット、成形ゴムシールを提供しています。新規のお問い合わせの場合、弊社チームはシール図面、使用条件、および使用可能なハウジング寸法を併せて検討いたします。お客様のハードウェアが固定されている場合は、既存の溝に適合するサイズ、コンパウンド、硬度、および公差について検討します。ハードウェアが未確定の場合は、金型製作前に確認が必要な圧縮、伸張、充填条件を特定することができます。
生産管理は承認されたバージョンから開始されます。材料識別、配合バッチ管理、金型設定、寸法、硬度、および外観基準は、検査計画にリンクさせることができます。断面限界が厳しい部品については、軟質ゴムは過剰なゲージ力によって変形する可能性があるため、測定方法と調整時間を事前に合意しておく必要があります。
Yidaは、カタログ上の計算結果を耐用年数保証として提示していません。最終的な適合性は、お客様のハードウェア、流体、圧力、温度、動作、および検証テストによって決まります。当社ができることは、前提条件を早期に明確化し、承認された仕様に準拠した安定した高精度ゴムシールを提供し、明確な製造記録に基づいてサンプル評価をサポートすることです。
Oリングのサイズまたは図面、溝の寸法、媒体、圧力、温度、数量、適用規格などの情報をお知らせください。お見積もり前に簡単な技術チェックを行うことで、お客様にとって非常に役立ち、組み立て後の長期間にわたる漏れ問題の調査を防ぐことができます。このような漏れ問題の調査は、業界ではよくあることで、費用と時間がかかり、問題を解決するためにアセンブリ全体を分解しなければならない場合もあります。
