回転用低トルクシール

1. はじめにＴ ：トルク［N・m］

近年、様々な産業で盛んに取り組まれている地球温暖化

ｄ ：摺動部直径［mm］

Ｆ ：摺動抵抗［N］

バルカー技術誌対策に関連して、各種生産設備や装置類の省電力化・低μ ：摩擦係数

発熱化などが求められるようになってきている。その中でも、

κ ：側圧係数

日本が技術で世界をリードする工作機械は、数多くの市場を

Ａ ：接触面積［mm2 ］
・・・π×ｄ×Ｈ支える重要なものとして幅広く活用されていることからも、グＰｇ ：内圧［MPa］

ローバル規模での効果が期待されている。

Ｐｆ ：緊迫力［N］

このような背景を受けて、工作機械を含む回転機器の省Winter 2016

電力・低発熱を実現するために、回転用低トルクシールとし®てLFR SEAL を開発した。

このことから、LFR SEAL® は、μ・Ａ・Ｐ
ｆを低減することで低トルクとしている。

本報では、低トルクとする技術、及び LFR SEAL® につい

製品構成をFigure1、製品写真をFigure2に示す。て紹介する。

2. 求められる特性
No.30

回転機器の省電力・低発熱を実現するために求められる特性をTable1に纏める。
Table1
特求められる特性性

内 容

低トルク回転トルクの低減

省スペース

取付けスペースのコンパクト化

Figure1

LFR SEAL® の構成

3. 技術紹介
３-1）低トルク
回転用シールを低トルクとするためには、摺動抵抗を低くする必要があるが、摺動抵抗は摩擦係数、及び相手シール面（回転軸）との接触面積、緊迫力に関係性がある。
トルクの算出式を次に紹介する。

Figure2・〔トルク〕 Ｔ＝Ｆ×ｄ／ 2000
・
〔摺動抵抗〕Ｆ1 ＝μκ×Ａ×Ｐｇ（圧力負荷時）Ｆ2 ＝μκ×Ｐｆ（非圧力負荷時）
9

LFR SEAL®

① μ：摩擦係数
回転軸と接触するシールの内面に摩擦係数の低い樹脂

技術論文

を、エラストマーと同時成型することで複合化する。

３-2）省スペースLFR SEAL®は、回転用シールの取り付けスペースとして、② Ａ：接触面積

汎用性が高く、規格が定められている溝寸法に適合するもの

流体圧力が作用した場合でも、非圧力側のテーパー面がとしている。

溝側面に接触するセルフシール時の傾きにより、回転軸と接触 する円弧 状シール面の接 触 面 積をコントロールする。

〔適合溝〕（Figure3 参照）

・JIS B 2406-P

こうすることで、圧力の上昇に伴う接触面積の増加を抑え・ISO 3320

る。
（Figure4 参照）

4. 機能評価③Ｐ
ｆ：緊迫力

機能評価を回転軸φ100mmのFigure6に示す試験機に面となる内面と外面を円弧状とすることで緊迫力を低減する。て、Table2の条件下で実施した結果、LFR SEAL® は低ト（Figure5 参照）

ルクで摺動特性に優れていることが検証された。評価結果をTable3、並びにFigure7～8に示す。
機能評価によって得られたLFR SEAL® の特徴を以下にまとめる。
・起動時のトルクが低い

Winter 2016

・起動時と摺動時のトルク差が小さい
・圧力上昇に伴うトルクの増加が少ない
・長期にわたって漏れ量が極めて少ない
・回転速度 3m/sでも良好なシール性能が得られる（注）連続回転時は発熱を抑えるための冷却が必要
Figure3

接触面積のコントロール

No.30

Figure6
Figure4

接触面積の低減試験機（概略図）

Table2
溝寸法

評価条件

Oリング溝 JIS B2406-P〔φ100×φ110×G7.5〕

シールサイズ

LFR 100

シール材質

NBR〔B2560〕＋PTFE〔3U8〕流体
圧力Figure5 エラストマー部の外径形状

バルカー技術誌基部となるエラストマーの外径ボリュームを小さくし、シール作動油
空気
油圧 0 ⇔ 14 MPa 繰り返し
空気圧 0 ⇔ 0.7 MPa 繰り返し

温度

成り行き
〔～ 105℃〕

速度0.52m/s〔回転数 100 min −1〕
注：初期評価では～ 3m/sまでの評価を実施

走行距離1000km

10回転用低トルクシール

Table3

評価結果
6.6N・m〔0MPa〕

起動トルク
回転トルク
【油圧】
〔1pcあたり〕

20.7N・m〔7MPa〕
25.1N・m〔14MPa〕

6. LFR SEAL®のラインアップ
LFR SEAL® のラインアップをTable5に紹介する。

摺動トルク

漏れ量

20.4N・m〔7MPa〕

シリーズ名

LFR

LFRN

24.5N・m〔14MPa〕

適合溝

JIS B 2406-P

ISO 3320

作動油

0.03cc/100m 以下

空気

1cc/min 以下

耐久性

走行距離

1000km 以上

装着性

－

用途

ロッド用

回転／揺動

← 左同

圧力～ 14 MPa

← 左同

使用範囲

速度～ 0.5 m/s

← 左同

温度

－20 ～ 80 ℃

← 左同

エラストマー

NBR

← 左同

樹脂

充填材入 PTFE← 左同

φ22.4○－φ25－○φ30○○

φ35○－φ40○○

φ42○－

φ45

○

○

φ50

○

○

φ55

○－

φ60

○

○

φ65

○－

φ70

○

○

φ75

○－

φ80

○○

φ85

○－

φ90

○

－

JIS Ｏリングと同等
標準材質

バルカー技術誌

Figure7

回転トルクと圧力の関係〔油圧 100min −１〕

Winter 2016

サイズ
（軸径）
○：保有－：無No.30
Figure8

LFR SEAL® のラインアップ

Table5

5.6N・m〔0MPa〕

回転トルクと速度の関係〔油圧 3MPa〕

5. 回転機器へのメリット
機能評価の結果に基づいて、LFR SEAL®を使用した場

φ95

○

－

φ100

○－

φ105

○－

φ110

○－

φ120

○

－

合の回転機器へのメリットをTable4 に纏める。
Table4®

LFR SEAL の特性
低トルク
起動時と摺動時のトルク差が小さい
流体圧力の上昇に伴うトルクの増加が少ない高速回転まで良好なシール性能
長寿命

11回転機器へのメリット
回転機器へのメリット
・省電力化
・低発熱化
・回転制御、位置精度の向上
・軸のスムーズな動き出し
・残留トルクの低減
・バックラッシの軽減
・高圧環境下でもスムーズな軸動作・軸動作が流体圧力変動に影響され難い
・高性能化
・高速化
・生産能力の向上
・機器信頼性の向上
・メンテサイクルの長期化
・メンテコストの削減

7. 使用実績の一例
現 在、LFR SEAL® が 使 用されている実 績の一 例をTable6に紹介する。
Table6
産

業

工作機械

使用実績
機 器
マシニングセンタ

タイヤ

タイヤ成形機自動車

ロータリージョイント

製鉄

ロータリージョイント

食品機械

ロータリージョイント

半導体

生産装置

技術論文

8. ロータリージョイントの回転用シール９-2）食品機器用途
・攪拌機の軸回転部
・自動生産ラインの回転／旋回部など回転機器の駆動部を通る作動油、並びに空気などの圧力ポートは、Figure9に示すようなロータリージョイントの構造が採用されている。圧力ポートは使用する流体の数に合わせ９-3）油空圧機器用途てそれぞれ設けられており、各圧力ポートを密封するために・油圧シリンダ回転用シールが使用されている。一般的なシールとしては、・射出成型機

汎用性が高く、コンパクトで取り扱いが容易なエラストマー製・モーター

Oリングが使用されてきたが、漏れなどのトラブルが多いとい・乾燥機（ドライヤー）

う問題点もあり、高性能化を阻害する要因となっていた。この・コンプレッサー®

・各種ポンプなどような箇所にLFR SEAL を使用することで、溝寸法を変更することなく、低トルクで摺動特性の優れたロータリージョイン

10. おわりに今まで使用されてきた回転用シールでは、実現することが困難であった回転機器の省電力化・低発熱化に対して、
LFR SEAL® は有効な製品であると考える。更には、この
LFR SEAL®の開発で得られた技術を応用することで、真空られる。今後も、様々な回転機器の多様化・高性能化に向けた製品開発を行っていきたいと考えている。

11. 参考文献
１）南 暢，
永野 晃広 バルカー技術誌, No.21, 11-14（2011）
Figure9 ロータリージョイントへの使用例

２）バルカー油圧用パッキン カタログ, No.LC10, 42（2010）３）
バ ルカー 回 転 用ローフリクションシール

カタログ,No.LA08, 5（2014）

9. その他の使用例
９-1）真空用途
・ロボットの関節部
・半導体生産設備の回転導入部など（Abstract）

Nowadays, every industry is considering power-saving or low heat generation as measures against global warming.
Japanese machine tool that is leading the world in technology, from the fact that it is widely used as an important position to
support a number of markets, is expected the contribution to a global scale solution for the global warming.
In this paper, we introduced a low-torque technology for power-saving and low heat generation of the rotating equipment inmachine tools. In addition, the LFR SEAL® using a low torque technology were also introduced.
To make the torque lower of rotating seal, it is necessary to lower the sliding friction. For this purpose, lowering thecoefﬁcient of friction and minimizing the contact area and the contact force were important. LFR SEAL® was developed by
combining elastomer with low friction co-efﬁcient material, controlling contact area by using self sealing mechanism under
ﬂuid pressure and reducing radial load by design. LFR SEAL® was expected to contribute to power-saving and low heatgeneration of rotating equipment.
12

Winter 2016

／空気圧市場や水圧市場へも用途展開が可能であると考え

バルカー技術誌

トとすることが可能となった。

No.30

回転用低トルクシール

Keywords:
power-saving, low heat generation, low-torque, rotating equipment, LFR SEAL®, rotating seal
（摘要）
近年来，各种产业为了配合温室效应防治的大力推进，要求生产设备和各种装置省电低热。其中，日本在机床方面的技术处
于世界领先地位，作为支撑众多市场的主要产品在各领域被广泛使用，其在全球范围内的效果值得期待。
本文对包括机床在内的旋转机械实现省电低热所需的旋转用密封的低扭矩技术及LFR SEAL® 进行了介绍。
为了实现旋转用密封的低扭矩，需要降低滑动阻力，因此降低摩擦系数、接触面积和张紧力是非常重要的。因此本公司研发
了LFR SEAL®，其设计理念为采用低摩擦系数的树脂与弹性体复合，通过流体压力作用时的自密封控制接触面积，采用能够抑制张紧力的形状，通过这种设计可以实现旋转机械的省电低热。
关键词：バルカー技術誌

省电、低热、旋转机械、旋转用密封、低扭矩、LFR SEAL®

Winter 2016永野 晃広
研究開発本部 開発部

No.30

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