油圧または空圧システムで作業したことがある方なら、作業中にシールが故障したときの煩わしさをご存知でしょう。あなたはプロジェクトの真っ最中で、すべてが順調に進んでいますが、その後、ブーム漏れ、圧力低下、ダウンタイムが発生します。だからこそ、適切なシールを選択することは交渉の余地がなく、NBR X リングは最も人気のあるシールの 1 つです。お客様からよくいただく質問の 1 つについてお話しましょう。NBR X-Ring の耐圧性はどのくらいですか?長年にわたってこれらのシールを供給してきた者として、私はこの質問に何度も答えてきましたが、正直に言って、それは万能の答えではありません。しかし、コーヒーを飲みながら整備士仲間に説明するように、それをかみ砕いてみましょう。堅苦しい専門用語は使わず、本当の取引情報だけを述べましょう。
まず最初に、NBR X-Ring を初めて使用する人のために、NBR X-Ring とは何なのかをまとめてみましょう。 NBRってニトリルブタジエンラバーの略ですよね？耐油性に優れることで有名な合成ゴムで、自動車のエンジンから工場の油圧プレスまで幅広く使用されています。 X リング (X 型リングとも呼ばれる) は、標準的な O リングの 2 つのリップの代わりに 4 つのリップを備えたシールです。この余分なリップにより、シールが向上し、摩擦が少なくなり、O リングのねじれが大幅に減り、シールの初期不良の主な原因となるため、X リングがそれを修正します。基本について詳しく知りたい場合は、ここにある [耐摩耗性 NBR X リング] リンクをチェックしてください。パフォーマンスにとって形状が重要である理由が詳しく説明されています。
さて、大きな問題は耐圧性です。ベースラインから始めましょう。市販の標準 NBR X リングは通常、最大約 20 MPa、つまり約 2900 psi までの圧力に対応します。待ってください。ここでは「既製」が重要です。この数は汎用 NBR X リングの数値であり、最も一般的な用途のために当社が在庫を保管しているものです。しかし、ここで問題が発生します。それを超えて押し込むと、単に漏れが発生するだけではありません。リップが損傷したり、過度の摩擦が発生したり、溝内でシールが反転したりする可能性があります。しかし、パニックになる前に、まったく別の素材に切り替えることなく圧力定格を高める方法があります。
まずは溝の設計。これはたくさんの人が寝る大きなものです。溝の深さ、幅、表面の仕上げがすべての違いを生みます。溝が浅すぎると、X リングは高圧下で適切に装着できません。深すぎると、ねじれたりはみ出したりしてしまいます。押し出しとは、シールの一部が嵌合部品間の小さな隙間に押し込まれることで発生し、非常に悪い状態であり、引き裂きにつながります。高圧用途の場合、通常は PTFE または硬質プラスチックで作られた押出防止リング (AER) を追加することをお勧めします。この追加の層はシールの押し出しをブロックし、耐圧性を簡単に最大 40 MPa (約 5800 psi) まで押し上げることが確認されています。私の顧客は、AER を追加する前に 35 MPa に達していた建設用ジャッキでこれらを使用していましたが、はみ出し防止リングに交換した後は、数か月間漏れなく 38 MPa で安定して動作しています。溝の表面仕上げも重要です。合わせ面が粗い場合、特に高圧下ではシールがより早く摩耗します。滑らかな表面 (Ra 0.8 ～ 1.6 マイクロメートル程度) により、シールが摩耗することなく動くことができ、間接的に圧力処理もサポートされます。
次にNBRコンパウンド。すべての NBR が同じというわけではありません。当社では、作業に応じて異なるデュロメーターまたは硬度レベルの[ゴムNBR Xリング]を製造しています。デュロメーターはショア A スケールで測定されますよね?より柔らかい NBR は約 60 ショア A、より硬いものは 90 ショア A までです。一般に、より硬いコンパウンドはより高い圧力によく対応します。なぜ？より硬いシールは力が加わってもその形状を維持するため、変形することなく高い圧力に耐えることができます。しかし、待ってください。トレードオフがあり、NBR は柔軟性が低いため、シールが頻繁に動く動的用途には適していません。回転シャフトや伸縮するシリンダーで使用する場合、70 または 75 のショア A NBR がスイート スポットです。移動するのに十分な柔軟性と、優れた耐圧性を備えた十分な剛性を備えています。柔らかすぎると (60 ショア A など)、高圧で潰れてしまい、硬すぎると (90 ショア A)、振動や位置ずれがあった場合に割れてしまいます。また、温度と耐油性のために NBR 配合を微調整していますが、これは圧力にも関係します。シールが熱くなりすぎると柔らかくなり、圧力定格が低下します。したがって、システムが高温になっている場合は、熱と圧力の両方を抑えるために高温 NBR コンパウンドが必要です。
動的圧力と静的圧力。もう一つよくある取り違えです！耐圧性は、シールが動いている場合 (動的) と静止している場合 (静的) では異なります。密閉されたバルブや固定油圧ラインなどの静的用途では、NBR X リングは、はみ出し防止リングがなくても、あまり手間をかけずに 20 MPa のベースラインに達します。しかし、シリンダー内で前後に動くピストンや回転シャフトなどの動的用途は、通常は最大 10 ～ 15 MPa の低圧で動作します。なぜ？シールが動いているため、摩擦が大きくなり、リップが合わせ面と常に接触しているためです。圧力が高くなると摩擦がさらに悪化し、摩耗が増加し、時間が経つとシールが破損します。私は常にお客様に言います。可動部品の場合、静的部品と同じ圧力値を期待しないでください。これが、X リングが動的な使用に非常に適している理由です。ちなみに、X リングの 4 つのリップは 2 つのリップの O リングよりも摩擦が少ないため、他のシールよりも少し高い動的な圧力に耐えることができます。詳細については、[Rubber NBR Y-Ring] リンクを参照してください。実際には、さまざまな動的シーリング オプションが比較されています。
ここでは温度も重要な役割を果たしますが、それについてはいくら強調しても足りません。 NBR は -40°F ～ 250°F の範囲で最もよく機能しますが、その範囲の上限を超えると耐圧性が低下します。たとえば、200°F では、室温で 20 MPa の圧力を発揮する標準 NBR X リングは、15 MPa しか処理できない可能性があります。 250°F を超えると、EPDM またはフルオロカーボンの領域に移行し始めますが、それはまったく別の話です。低温ではその逆です。低温では NBR が硬くなり、溝や合わせ面に適合できなくなり、圧力を保持する能力が低下します。したがって、温度の変動は圧力のパフォーマンスにとって二重の打撃となります。
これを具体的にするために、いくつかの実例をあげてみましょう。昨年、鉱山業界の顧客は、油圧ハンマーが 2 週間ごとにシールに不具合を起こすため、連絡を取ってきました。彼らは標準的な O リングを使用していて、動的使用では最高約 10 MPa でしたが、システムでは 18 MPa に達していました。動的用途であるため、これらを 70 Shore A NBR X リングに切り替え、PTFE 耐押出リングを追加しました。現在、シールは最低 6 か月持続します。これは、週に数千ドルの費用がかかっていたダウンタイムを大きく変えるものです。別の例: 食品加工工場では、フライヤーの静的ポンプ用のシールが必要でした。高圧と約 220°F の高熱があったため、高温 NBR コンパウンドを使用しました。また、静的 NBR X リングは 19 MPa で安定して保持され、まさに必要なものでした。
ちょっと待ってください。でも、さらに高い圧力が必要な場合はどうすればよいでしょうか? 40MPa以上くらいでしょうか？その場合、NBR X-Ring は最適な選択ではない可能性があります。しかし、ほとんどの標準的な産業用、自動車用、油圧用アプリケーションでは、ここで説明した圧力範囲が完璧です。私はいつもお客様に、システムの詳細を教えていただくよう伝えています。つまり、システムは動いているのか、それとも静的なのか？プレッシャーは何ですか？温度？合わせ面?溝のデザイン？そうすることで、NBR コンパウンドとセットアップを調整して、シールが彼らに対抗するのではなく、彼らのために機能することを確認できます。
単なる事実のリストにならないように、これをまとめましょう。 NBR X リングの耐圧性は固定された数値ではなく、化合物の硬度、溝の設計、はみ出し防止リング、静的条件で使用されるか動的条件で使用されるかによって決まります。既製の場合、静的で 15 ～ 20 MPa、動的で 10 ～ 15 MPa、適切なはみ出し防止設定と溝の調整により最大 40 MPa になります。結局のところ、システムに使用するシールを選ぶ場合は、一般的な数値だけを基準にせず、その製品に詳しい人に相談してください。わずかな調整でシールの寿命に大きな違いが生じる可能性があるからです。
プロジェクトに取り組んでいて、圧力のニーズに適した NBR X リングを確認する必要がある場合、または見積もりを取得したい場合は、お問い合わせください。サプライヤーとして、私たちはさまざまなコンパウンドや溝の推奨事項に関するすべての情報を持っており、お客様の特定のセットアップに何が機能するかを喜んで判断するお手伝いをいたします。悪いシールによって次のプロジェクトが台無しにならないように、最初から正しいシールを入手するようにしましょう。
参考文献
- ゴムシール技術の基礎、産業出版局、2019 年。
- 動的シーリング用途のための NBR 化合物の特性、Journal of Sealing Science and Technology、Vol. 2021 年 22 号、第 3 号。
- 高圧 X リングの溝設計の最適化、流体力に関する国際会議の議事録、2022 年。
- 油圧システムにおける NBR X リングの摩耗特性、Tribology International、Vol. 158、2021。
