講義ノート:もの作りのための機械設計工学
第7章 シール装置の設計技術

7.1 シール装置の概要



 図7.1は,シール装置を用いた機械の一例である。シール装置は,多くの機械で使われており,油や水,空気などの流体を密封するために用いられる。それらは機械の内部に装着され,外部から見えないことが多い。しかし,シール装置の性能は,機械全体の寿命特性やメンテナンス性などに大きく影響する。以下,シール装置の種類と概略について説明する。

(a) 自動車用ショックアブソーバ
ショーワHPより)

(b) 船舶のプロペラシャフト
日本マリンテクノHPより)

(c) 舶用コンプレッサ
サクション瓦斯機関製作所HPより)
図7.1 シール装置を用いる機械

インターネットで「シール装置」を調べる
 シール装置の種類や形式はとても多く,様々なメーカーが様々なシール装置を開発・製造している。
NOK:オイルシールやOリングなど,様々なシールを製造・販売している。
日本バルカー工業:様々なシールを製造・販売している。
イーグル工業:メカニカルシールの製造・販売をしている。
武蔵オイルシール工業:オイルシールやOリングを製造・販売している。
日本ブサークアンドシャンバン:主として運動用シールを販売している。
タンケンシールセーコウ:メカニカルシールなどのシール装置を開発・製造している。
レンコール:メタルシールを扱っている。
三菱電線工業:各種シールを開発している。



7.1.1 静的シールと動的シール

 シールは,静止面の密封に使われる静的シール(固定シール,ガスケット)と運動面の密封に使われる動的シール(運動シール,パッキン)に分類される(図7.2)。使用する環境や機械の用途によって異なるが,一般に動的シールは静的シールより扱いにくい。

図7.2 静的シールと動的シール



7.1.2 シールする流体と周囲の環境

 シール装置を使用する場合,シールの対象となる流体(液体,気体)の状態や周囲の環境を把握しておかなければならない。検討が必要な項目は以下の通りである。

(1) 流体の種類
 シールの対象となる流体の種類によって,シール装置の設計や選定方法が異なる。一般に,液体のシールは気体のシールよりも簡単である。また,油やガソリン,海水など,他の材料に悪影響を与える流体をシールする場合,使用できるシール材料が制限されるので注意する。

(2) 圧力
 当然であるが,流体は圧力が高い方から低い方へと流れる。その圧力差が大きいほど厳重なシール装置が必要となる(図7.3)。通常,市販されているシール装置は,カタログなどに使用許容圧力が表示されている。

(3) 温度
 シール装置の設計・選定において,流体の温度(=シール部の温度)が重要である。−40℃以下あるいは数百℃を越える温度でシールを使用する場合,シール性能を維持するのは著しく難しくなる。なお,取り扱う流体の温度が室温に近い場合でも,高速で運動する動的シールなどでは,摩擦熱により温度が上昇するので注意する。


図7.3 流体の圧力とシール



7.1.3 シール材料

 シールに使用される材料は,ゴム,樹脂,金属など様々である(図7.4)。その中でも,適度な弾性を持つゴムは多くのシール装置に使われている。また,PTFE(四フッ化エチレン樹脂,通称:テフロン)は,耐薬品性や耐熱性に優れ,摩擦係数が極めて小さいので,摩擦損失を小さくする必要がある動的シールなどによく使われている。比較的温度が高い場所で使われる場合,金属製のシールが使われる。


(a) ゴムキャップ
武蔵オイルシール工業HPより)

(b) メタルシール
レンコールHPより)
図7.4 シール材料

ゴムの種類
 ゴムには多くの種類がある。Oリングやオイルシールなどのゴム製シールを使用する場合,その特徴を踏まえて材料を選択する必要がある。
(1) ニトリルゴム
 最も一般的なゴム材料であり,適度な弾性を持つためシール性能が高い。耐油性に優れている。
(2) シリコンゴム
 耐熱性(最高225℃程度),耐寒性(最低−60℃程度),耐候性に優れているが,機械的強度が低い。
(3) フッ素ゴム
 シリコンゴムよりも耐熱性が高く(最高250℃程度),耐油性,耐薬品性にも優れている。
(4) アクリルゴム
 ニトリルゴムよりもやや耐熱性に優れている。耐油性に優れており,エンジン油やギヤ油のシールに適している。


[ Previous ] [ Mechanical Design ] [ Next ]
[ Hirata HOME ] [ Power and Energy Engineering Division ] [ NMRI HOME ]
Contact khirata@nmri.go.jp