回転機器用シールの開発

No.7740LFRシリーズPAT.

回転機器用シールの開発
No.7740LFRシリーズ PAT.
研究開発部 シール開発グループ

南永野暢
晃広

Summer 2011

We would like to introduce the LFR series products (a patent has been applied for) newly developed as aseal for rotating equipment.
This LFR series is a seal in which the inside diameter becomes a sliding side. The ditch is processed to thehousing side, and it uses it for the rotating equipment that operates as the axis rotates or swings.
It has been developed as a product that satisfied all of the following items demanded as a seal used forrotating equipment.
s Leakage prevention functions Compact installation spaces Decrease of rotating torques High resistance to pressures Long lifes Easy installations Low-cost
In development, a versatile and efficient LFR series lineup was achieved by adopting original shapes andideas.
Keywords :LFR(Low Friction Rod seal), compact, decrease of rotating torque, high resistance to pressure, long life,easy installation, low-cost

No.21

1. はじめに転トルクの低減、③耐圧性の向上、④寿命の長期化、⑤装着

回転機器に用いられる油空圧用のシールは、機器の設計のシールでは、これら①〜⑥項の全て満足するものが無く、い性の向上、⑥低価格、が挙げられる。
しかしながら、これまでや性能に大きな影響を及ぼす重要な役割を担っている。特に、ここ近年では機器メーカーも市場競争が激化する中で、ずれかを妥協するしかなかった。
そこで当社ではこれらの問題を解決するべく、①〜⑥項の機器自体の性能向上はもちろんのこと、高性能で長寿命、低全てを満足させた回転機器用の軸シールとしてＬＦＲシリーズ価格であることが強く求められるようになり、我々シールメー

PAT. を開発した。
なお、本開発では回転機器用として回転やカーに対しても業界の要求に応えるシールの開発が望まれて揺動する軸のシールをターゲットとして取り組んできたが、ＬＦきた。

ＲシリーズPAT. は往復運動やヘリカル運動などの他用途にも回転機器用のシールとして求められるのは、前提として漏れ防止機能があり、①取り付けスペースのコンパクト化、②回11対応可能な万能で高機能なシールであると考えている。

製品の紹介2. これまでのシールの問題点バックアップリングを必要としない、1ピースのシールとする。

これまでのシールの問題点をTable.1に纏める。
Table.1 これまでのシールの問題点
要 求
問題点①取り付けスペース 小スペース スペースが大きく、専用の溝寸法となる。のコンパクト化
抵抗が高く、回転に高トルクが必②回転トルクの低減
低トルク要となる。
高圧で使用する場合は、バック高耐圧③耐圧性の向上
アップリングの併用が必要となる。
寿命に関するデータが無く、予④寿命の長期化
長寿命
測も困難である。
取り付ける溝が分割となる。
⑤装着性の向上
簡単装着 シールが 2ピース（組み合わせ品）となる。
高コスト。
⑥低価格
低価格

⑥ 低価格
製造方法と構成部品の削減により低価格を実現する。

3-2）シールデザイン
デザインコンセプトを忠実に実現するために、シールデザインはFEA（Finite Element analysis有 限 要 素 法 解 析）を用いて実施した。この結果、今までに類を見ない形状のシールを開発することが出来た。
１）構成
Fig.1に開発品の構成を示す。
開発品の構成は、弾力性に優れたエラストマー材を基部として、内面に低摺動の樹脂材を設ける。エラスト

3. 回転機器用軸シール〔ＬＦＲシリーズ PAT.〕

マー材と樹脂材を同時成型することにより、1ピースとすることで装着性の向上を図る。

本稿で紹介する回転機器用の軸シール〔ＬＦＲシリーズ
PAT.〕は、さまざまな問題を解決して業界の要求に応えるべく

Summer 2011開発を行った。以下に開発品の解説を行う。

3-１）デザインコンセプト
開発品ＬＦＲシリーズ PAT. のコンセプトは、前述の問題点①
Fig.1〜⑥項を解決することにある。

開発品の構成デザインコンセプトを以下に示す。
① 小スペース
汎用性を考慮して、シールを取り付ける溝は規格Ｏリングの溝寸法と共通とする。
・JIS B 2406 ｢円筒面に使用する場合の溝寸法｣に準ずる。
② 低トルク
軸と摺動するシールの内面に摩擦係数の低い樹脂を同時成型する。さらにシール自体の緊迫力を抑えること

２）形状

No.21

Fig.2に開発品の断面形状を示す。
開発品の断面形状は、上部と下部の形状を対称とする。各部位は、外径側に向けてボリュームが小さくなるようなテーパー状の直線を上下面に持ち、シール面となる内外面に設けた円弧状の曲面と結ぶ構成である。
なお、内面の樹脂形状は、中央部を薄くして上下端部にボリュームを設ける。と、軸との接触面積も小さくする形状検討により低トルクとする。

円弧

③ 高耐圧
シールが軸との隙間へはみ出して破損することを防

円弧

ぐために、はみ出し対策を講じる。
④ 長寿命
はみ出し対策と摺動抵抗を抑えることにより長寿命とする。
⑤ 簡単装着装着間違いを防ぐために、シールの方向性を持たない両圧シール形状とする。

Fig.2

開発品の断面形状

12回転機器用シールの開発

No.7740LFRシリーズPAT.

⑤簡単装着３）デザインに関する詳細解説
開発品のデザインに関する詳細を解説する。
開発品のデザインは、規格Ｏリングの溝寸法（JIS B2406）に準じて行っている。ベースとなるのは規格Oリング（JIS B 2401）であるが、①小スペース、②低トルク、③高耐圧、④長寿命、⑤簡単装着、⑥低価格を実現

構成部材を同時成型することで1ピースとしたことと、両圧用としてシールの方向性を無くすことで、装着を簡単にすることが出来た。
また、バックアップリングの併用を不要とした。
⑥低価格
バックアップリングの併用を不要とした。

するために、次のデザインを施す。
①小スペースバックアップリングを併用しない規格Ｏリングの溝寸法

４. 機能評価（JIS B 2406）に準じた小スペースで開発することが出＜ベンチテストによる検証＞

来た。

ベンチテストとして 軸 径φ100mm用 の 試 料 において②低トルク
内面を低摺動の樹脂材とすることで摩擦係数を小さ1000kmの耐久評価試験を実施した。

くし、基部となるエラストマー材の外径側のボリュームをテスト条件及び結果をTable.2に示す。

小さくすることと、シール面となる内外面の形状を円弧

この結果、コンセプト通り、①小スペース、②低トルク、③高状の曲面とすることで、緊迫力の低減を図る（Fig.3）。
さらに、シールに流体圧力が作用する場合には、シー耐圧、④長寿命、⑤簡単装着 であることが検証された。
①小スペースSummer 2011

ルのテーパー面が溝の側面に接触する傾きにより、内・バックアップリングを併用しない規格Ｏリングの溝寸法面に設けた円弧状の曲面の接触面積を低減させる働（JIS B 2406）

き（Fig.4）
において、回転トルクを低減することが出来た。

②低トルク
・低トルクを実現（起動トルクが低い）
・軸の回転がスムーズ（起動トルクと摺動トルクの差が小さい）
・高圧〔14MPa〕
でもトルクが比較的小さい（圧力増加に伴うトルクの増加が少ない）

No.21

③高耐圧
・高圧〔14MPa〕
でもバックアップリングが不要
Fig.3

溝装着状態

Fig.4 流体圧力作用④寿命の長期化・長期にわたって漏れ量が極めて少ない③高耐圧・低摺動、低摩耗である樹脂の端部にボリュームを設けてバックアップリングの役割をシール自体に持たせることで、軸との隙間への耐はみ⑤簡単装着
・JIS規格のＯリングと同等出し性が向上（Fig.5）し、高い耐圧性が得られた。

5. 実機での使用に際して流体圧力

本開発は規格Ｏリングの溝寸法（JIS B 2406）に準じた軸との隙間にはみ出さないシールとして行ったが、同様の技術を用いてあらゆる溝寸法に合わせた専用設計も可能であると考える。

隙間

Fig.5

耐はみ出し性④長寿命②低トルクと③高耐圧を図ることで、長寿命を実現することが出来た。
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シールの構成材料も求められる機能から、耐薬品性や使用環境の温度条件により変更することも可能であると考える。
本形状及び本材質の構成により、①小スペース、②低トルク、③高耐圧、④長寿命、⑤簡単装着、⑥低価格 の全てを実現した回転機器用の軸シールが提供できるものと考える。

製品の紹介今後は、本開発品を往復運動やヘリカル運動などの他用6. おわりに途にも対応可能なものとする用途開発に取り組んで行きたい
今までに考えられていた回転機器用の軸シールでは、全と考える。てを満足することが困難であった前述の①〜⑥項を、この度＜往復運動用途＞＜ヘリカル運動用途＞の開発では独創的な形状と構想により、汎用性の高い規格・油圧シリンダ

Ｏリング溝にそのまま適用可能な、万能で高機能なNo.７７４０・空圧シリンダ

・射出成形機ＬＦＲシリーズPAT. において実現することが出来た。

・その他

・その他

Table.2

・工作機器

ベンチテストの条件及び結果
試験機

Fig.6の概略図による

取付方法

垂直溝寸法

JIS Ｏリング P100用溝 φ100×φ110×G7.5

シール寸法

LFR 100

シール材質

NBR〔B2560〕＋PTFE〔3U8〕
作動油：出光ダフニーネオフルード

テスト条件 流体

空気

起動トルク
回転トルク
【1pcあたり】
Fig.7
テスト結果

空圧0→0.7MPa、0.7→0MPa

摺動トルク
【油圧】

油圧0→14MPa、14→0MPa

圧力

【油圧】

漏れ量

温度

成り行き（〜105℃）

速度0.52m/s（回転数100rpm）

耐久性

作動距離

1000km

装着性

6.57N･m〔0MPa〕
20.66N･m〔7MPa〕
25.07N･m〔14MPa〕
5.61N･m〔0MPa〕
20.39N･m〔7MPa〕
24.48N･m〔14MPa〕

作動油0.003cc/100m以下

空気

1cc/min以下

走行距離1000km以上
JIS Ｏリング P100と同等

Summer 2011

〔開発品：断面写真〕

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Fig.6

耐久試験機
（概略図）

0.52m／s（100rpm）〔開発品：全体イメージ図〕

Fig.7

回転トルク
【油圧】

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