航空宇宙、石油・ガス、自動車、半導体製造などの業界で働いたことがある人なら、たとえ名前を知らなかったとしても、PTFE リングに遭遇したことがあるでしょう。長年の PTFE リングのサプライヤーとして、私はこれらの控えめなコンポーネントがどのようにシステム全体を保持し、漏れを防ぎ、摩擦を軽減し、他のほとんどのシール材を破壊してしまうような極端な条件に耐えるかを直接見てきました。しかし、多くの人が気づいていないのは、「PTFE リング」が広義の用語であるということです。それぞれ特定の作業向けに設計された異なるタイプがあり、間違ったタイプを選択すると、コストのかかるダウンタイム、機器の故障、または安全上の問題が発生する可能性があります。今日は、さまざまな種類の PTFE リング、その用途、それぞれの特徴を詳しく説明します。さらに、信頼性の高い精密機械加工部品をお探しの場合は、当社のプレミアム オプションをご紹介します。
まずは基本から始めましょう。 PTFE (ポリテトラフルオロエチレン) は、非粘着性、耐薬品性、および広い温度範囲 (おおよそ -200°C ～ +260°C) で動作する能力で有名な合成ポリマーです。ゴムや金属のシールとは異なり、PTFE はほとんどの化学物質、油、溶剤と反応せず、摩擦係数が非常に低いため、他の部品とこすれるのではなく滑ります。そのため、漏れが許容できないシール用途に最適です。しかし、PTFE は柔らかく、コールドフロー (一定の圧力下で変形) しやすいため、メーカーはガラス繊維、カーボン、ブロンズ、ステンレス鋼などのフィラーを添加して強度と耐久性を高めています。フィラーの種類、形状、リングのデザインはすべて、その目的を決定します。
最も一般的なソリッド PTFE リングから始めましょう。これらはまさにその通りで、添加剤を含まない 100% 純粋な PTFE から均一に作られています。ソリッド PTFE リングは、一般的なシールの主力製品です。軽量で柔軟性があり、カスタム サイズに簡単に機械加工できるため、低圧、低速の用途に最適です。小型機械の油圧システムの頼りになるもの、または部品間の動きが最小限のドア、バルブ、ポンプの静的シールとして考えてください。欠点は？純粋な PTFE は柔らかいため、高圧や激しい摩擦を受けるとすぐに摩耗してしまいます。高圧油圧シリンダに固体 PTFE リングを使用しようとすると、時間の経過とともに平らになり、隙間ができて流体が漏れる可能性があります。そのため、ソリッド PTFE リングは、1,000 PSI 未満の低動作および圧力での静的シールまたは動的シールに最適です。サプライヤーとして、私は費用対効果が重要な単純でリスクの低い仕事にはソリッド PTFE リングを常に推奨しています。ただし、アプリケーションに高い圧力がかかる場合は、より堅牢なものが必要になります。
そこで、充填 PTFE リングが登場します。前述したように、充填剤は PTFE の特性を変化させ、異なる充填剤は異なるニーズに対応します。最も一般的な塗りつぶしタイプを見てみましょう。まず、ガラス繊維入り PTFE リングです。 PTFE に 10 ～ 25% のガラス繊維を添加すると、PTFE の耐薬品性を維持しながら、PTFE の剛性と耐摩耗性が向上します。ガラス繊維入りリングは、最大 3,000 PSI の圧力に耐えることができ、固体 PTFE よりわずかに高い温度 (グレードに応じて最大 290°C) で動作します。これらは、ポンプやモーターのシャフトなど、シールが金属表面に対して移動する回転用途でよく使用されます。ガラス繊維は遠心力によるリングの変形を防ぎ、摩擦を軽減してシャフトが早期に摩耗することを防ぎます。私は食品および飲料の加工工場でガラス繊維 PTFE リングが稼働しているのを見てきました。そこでは、バッチを汚染することなく酸性または乳製品をシールする必要があります。非多孔質表面と耐薬品性により、このリングはその用途に最適です。
次はカーボンファイバー充填 PTFE リングです。カーボンファイバーはグラスファイバーよりも軽くて丈夫で、熱伝導率が高いため、熱の放散が優れています。そのため、カーボンファイバー充填リングは、ベアリング、コンプレッサー、停止せずに長時間稼働する工作機械などの高速用途に最適です。最大 10 m/s の速度に対応でき、これは他のほとんどの PTFE リング タイプよりもはるかに速く、研磨材にさらされても摩耗に耐えます。また、カーボンファイバーは他のフィラーほどガスを放出しないため、微量の汚染でもウェーハを台無しにする可能性がある半導体製造でよく使われています。高速機械で作業する場合は、カーボンファイバー PTFE リングが必須です。また、グラスファイバーよりも剛性が高いため、圧力がかかっても簡単にコールドフローしません。
次に、ブロンズ充填 PTFE リングがあります。ブロンズは金属フィラーであるため、PTFE の強度を別のレベルに引き上げます。ブロンズ充填リングは最大 5,000 PSI の圧力に耐えることができるため、圧力と振動が一定である頑丈な油圧および空圧システム、建設機械、海洋石油およびガス掘削装置に最適です。ブロンズは優れた熱伝導率を追加するため、高圧動作によって生成される熱を純粋な PTFE よりもうまく処理します。また、土、砂、金属の削りくずによる摩耗に対する耐性も高いため、過酷な産業環境で使用されています。注意すべき点が 1 つあります。ブロンズは純粋な PTFE よりもわずかに多孔質であるため、医薬品加工など、汚染が重大な懸念となる用途には適していません。しかし、重くて高圧の作業では、ブロンズ充填 PTFE リングに勝るものはありません。また、シールが毎日大量の力に耐える必要がある建設機械の油圧シリンダーにも最適です。
現在では、充填 PTFE を超えて、特定のシールの課題に合わせてカスタマイズされた特殊な PTFE リング設計もあります。 1 つ目は PTFE バックアップ リングです。高圧下で漏れが発生する油圧または空気圧シールを扱ったことがある場合は、バックアップ リングが欠落していたか、タイプが間違っていた可能性があります。標準の PTFE シールが定格限界を超える圧力にさらされると、歯磨き粉がチューブから絞り出されるときのように、2 つの嵌合部品間の隙間にシールが押し出される (圧迫される) 可能性があります。その後、その押し出された部分が壊れて、シールが台無しになります。バックアップ リングはこのはみ出しを防ぐように設計されており、メイン シールの背後のバリアとして機能します。バックアップ リングは通常、高圧シールと同じ充填 PTFE で作られていますが、形状が異なります。通常は、メイン シールの後ろの溝に収まる正方形または長方形の断面を持つ厚いリングです。たとえば、定格 5,000 PSI のブロンズ充填 PTFE メイン シールがある場合、バックアップ リングを追加すると、はみ出しを防止して最大 10,000 PSI まで対応できます。高品質のバックアップリングをお探しの場合は、当社が提供します高品質 PTFE バックアップ リング標準の溝にフィットするように精密に機械加工されているため、既存の機器を改造する必要はありません。当社のバックアップ リングには一般的な 2 つの色があります。一般産業用途向けの白と、最大 280°C の高温用途向けのオレンジです。そのため、ニーズに合わせて適切な色をお選びいただけます。
もう 1 つの特殊な PTFE リングはリップ シール PTFE リングで、PTFE ロッド シールまたはピストン シールとも呼ばれます。リップシールには先細りの柔軟なリップがあり、合わせ面に押し付けられるため、部品間にわずかなずれがあってもしっかりとシールされます。これらは、自動車のパワーステアリング システム、建設機械のシリンダー、油圧プレスなどでシールがロッドまたはピストンに沿って移動する動的用途に使用されます。リップシールは固体の PTFE にすることもできますが、ほとんどは耐摩耗性を向上させるために充填されています。それらを区別するのはそのデザインです。リップは、温度が変動したりロッドが少し摩耗したりしても、ロッドとの接触を維持するためにわずかに伸びるように設計されています。ゴム製リップ シールとは異なり、PTFE リップ シールは油や化学物質にさらされても膨潤しないため、過酷な条件下でも非常に長持ちします。塩水、高圧、極端な温度にさらされる海洋石油掘削装置では、PTFE リップ シールがゴム製シールよりも 10 倍長持ちするのを私は見てきました。その寿命の長さは、ダウンタイムの短縮と交換コストの削減につながります。そのため、ますます多くの車両管理者や機器オペレーターが PTFE リップ シールに切り替えているのです。
次に、最もよく知られている PTFE リングである O リングがあります。 PTFE O リングは、丸い断面を持つ円形のシールで、静的ジョイント (パイプ接続、バルブ フランジなど) または動作が振動または回転する動的ジョイント (ポンプ シャフトなど) をシールするために使用されます。純粋な PTFE O リングは、腐食性流体への耐性が必要な化学処理における静的シールに使用されます。しかし、動的用途では、充填 PTFE O リングの方が優れており、寿命が長く、耐摩耗性が優れています。 PTFE O リングに関して留意すべき点が 1 つあります。PTFE O リングはゴム O リングのように伸縮しないため、溝にぴったり合う正確なサイズを選択する必要があります。 PTFE O リングを引き伸ばして取り付けると、亀裂や型崩れが発生し、漏れが発生する可能性があります。そのため、標準サイズだけでなく、正確な溝寸法に合わせて精密機械加工された PTFE O リングを注文することが重要です。サプライヤーとして、私は常にお客様と協力して PTFE O リングを推奨する前に溝を正確に測定しています。0.1 mm の違いでも、機能するシールと機能しないシールの違いを意味するためです。
真空用途に特化したタイプの PTFE 真空リングもございます。半導体製造、食品包装、研究室で使用される真空システムには、アウトガス (小さなガス分子の放出) がなく、一定の真空レベルを維持できるシールが必要です。真空を汚染する揮発性化学物質を放出する可能性のあるゴムやプラスチックのシールとは異なり、純粋な PTFE はガス放出が極めて低いため、ここでは理想的です。 PTFE 真空リングは、フィラーによりガスの放出が増加する可能性があるため、通常は固体です。真空フランジやポンプ ポートにフィットするように設計されており、高真空 (10^-12 Torr 程度) でも漏れのない気密シールを実現します。私は近年、いくつかの半導体新興企業に PTFE 真空リングを供給しましたが、彼らはクリーンルーム プロセスで PTFE 真空リングを信頼しています。ほんのわずかな漏れでもチップのバッチを台無しにする可能性があるため、高品質の真空リングへの依存は交渉の余地がありません。
では、用途に適した PTFE リングのタイプをどのように選択すればよいでしょうか?サプライヤーとして、私は常にお客様に 3 つの重要な質問をします。圧力レベルはどれくらいですか?それは静的アプリケーションですか、それとも動的アプリケーションですか?そして、リングはどのような化学物質や温度にさらされるのでしょうか?分解してみましょう。低圧静的シールが必要な場合は、固体 PTFE を使用してください。高圧 (1,000 PSI 以上) の場合は、バックアップ リングを追加してください。高品質 PTFE バックアップ リングここでは素晴らしいオプションです。高速でダイナミックな用途には、カーボンファイバー入り PTFE を使用してください。極度の圧力がかかる重工業や海洋用途には、ブロンズ充填が適しています。真空または化学処理の場合は、純粋な PTFE 真空リングまたは固体 PTFE O リングが機能します。また、シャフトやシリンダーなどの可動部品にはリップシールが最適です。
私は何年にもわたって何百もの顧客と仕事をしてきましたが、私が目にする最大の間違いは、人々が仕事に間違ったタイプの PTFE リングを使用していることです。小規模な油圧修理工場を経営する顧客の 1 人が、頑丈な建設用シリンダーに固体 PTFE リングを使用していたことを覚えています。彼らは週に何百ものリングを検査していましたが、顧客は漏れについて苦情を言っていました。バックアップリングとともにブロンズ充填 PTFE リングに切り替えたところ、交換率が 80% 低下しました。それが、PTFE リングの種類を理解することと、単に PTFE 部品を購入することとの違いです。
もう 1 つのよくある間違いは、安価で低品質の PTFE リングを海外のサプライヤーから購入することです。その多くは適切に機械加工されていなかったり、フィラーの分布が不均一であったり、圧力がかかるとすぐに分解してしまう低品質の PTFE を使用していたりします。そのため、私は部品の耐圧性、摩耗、化学的適合性をテストする信頼できるサプライヤーと協力することを常に重視しています。当社の PTFE リングはバージン PTFE と高品質フィラーから精密機械加工されており、すべてのバッチが品質管理チェックを経て、ISO 9001 や ASTM D4894 などの業界標準を満たしていることを確認します。
結局のところ、PTFE リングは小さな部品のように見えるかもしれませんが、産業、自動車、航空宇宙システムのスムーズな動作を維持する上で大きな役割を果たしています。化学プラントのパイプをシールする場合でも、ポンプのシャフトをシールする場合でも、建設トラックの油圧シリンダーをシールする場合でも、特定のニーズに合わせて設計された PTFE リング タイプがあります。どれが自分のアプリケーションに適しているかわからない場合は、推測せずに、その製品に詳しいサプライヤーに問い合わせてください。当社は、プロジェクトの大小に関わらず、お客様がプロジェクトに適した PTFE リング、バックアップ リング、特殊シールを選択できるよう常にお手伝いいたします。シーリングのニーズについて今すぐお問い合わせください。お客様と協力して、信頼性が高く、コスト効率が高く、お客様の用途に合わせたソリューションを見つけます。
参考文献
- BJ ブリスコと MJ アダムソン (2001)。ポリテトラフルオロエチレン (PTFE): 構造、特性、用途。ポリマーレビュー、41(2)、149-188。
- 米国試験材料協会。 （2019年）。ポリテトラフルオロエチレン (PTFE) の押出および成形形状の標準仕様 (ASTM D4894)。 ASTMインターナショナル。
- シック、MJ、ハバード、RR (2004)。シールとシーリングハンドブック (第 5 版)。エルゼビア。
- Wang、H.ら。 （2018年）。トライボロジー用途向けの充填ポリテトラフルオロエチレン複合材料: レビュー。トライボロジー・インターナショナル、126、387-402。
