【オイルシール・Vパッキン・Oリング】機械装置のシール部品のシール原理

機械化学機械

NEONEEETです。

オイルシールってどんな構造ですか?

あんまり考えないで使いますよね。

この記事は、化学工場の機電系設計者・プラントエンジニアを対象にしています。

この記事を読むと、機械装置のシール部品の原理について知ることができます。

機械装置のシール部品の原理

今回の記事では、機械装置のシール部品の原理について説明します。

対象としてるのはオイルシール・Vパッキン・Oリングです。

シール材は基本的にゴムが多いです。例外はパッキンやメカニカルシールでしょう。

ゴム系の材質がシール材に使えるのは、「変形しやすい」という性質があるからです。

オイルシール・Oリング・Vパッキンいずれもこの性質を利用しています。

オイルシール

オイルシールは一般的に以下のような形状をしています。

この形状が実は非常に意味があります。

オイルシールは圧力を受けて変形することが前提です。

以下のようなイメージです。

オイルシールをCの字の形とみましょう。視力検査と同じですね。

「Cの隙間がある部分」に液体の圧力を受けるようにオイルシールを配置します。

オイルシールに液体の圧力を受けると、オイルシールは変形をします。

オイルシールが広がる方向に変形して、軸と接触することでシールします。

ここでオイルシールは回転部と接触し続けるので、徐々に削れていきます。

端面は徐々に削れて短くなっていきますが、液体の圧力を受けているオイルシールは変形をし続けます。

端面が一定量短くなるまではシールが機能しますが、限界を越えると機能しなくなります。

相当物理的なアナログな原理だと思いませんか。

オイルシールの寿命はこの端面の長さ・太さが大きな影響を与えます。

当然ながら、回転数や圧力の影響も受け、プロセス液や雰囲気の影響も受けます。

なお、オイルシールなので対象はオイルですが、範囲を広げて液体全般に使います。

液体だけでなく気体のシールとしても機能します。

Vパッキン

Vパッキンは以下のような形状をしています。

これは非常に分かりやすいでしょう。

オイルシールと同じ発想ですね。

オイルシールと同じように取付向きがあります。

液体の圧力を受けてVパッキンは変形してシールします。

Vパッキンは1つだけをセットすることは少なく、数段を直列にセットします。

ここで、Vパッキンがシールするのは数段のうちの1段のみです。

他のVパッキンは遊んだ状態になります。

直感的には液体を直接受ける部分が圧力が高くて変形しやすく、シールするのもこの部分だと思うでしょう。

実際には良く分かっていません。

運動している軸に取りつけた複数Vパッキンがどう変形するか計算するのは難しいですし、需要も低いでしょう。

さらにVパッキンの製作精度・軸の製作精度・取付精度などの影響もあります。

複数のVパッキンのどこかでシールして、削れていくと別のVパッキンがシール機能を果たす。

こんなイメージで結構です。

オイルシールを数段重ねた時も同じ発想です。

グランドパッキンも同じ発想です。

Oリング

Oリングもオイルシールと発想は同じです。

Oリングはケーシングの溝にセットされます。

液体の圧力を受けたOリングは溝に対して押しつぶされるように変形します。

これも極めてアナログな原理。

液体の圧力が強すぎると、Oリングが変形し過ぎて溝からはみ出そうとします。

この場合はOリングが千切れます。

軸の回転速度が高い場合は、オイルシールと同じように削れる速度が速くなります。

オイルシールと違うのは、取付向きが違うという点でしょう。

一方で、Oリングは運動用と固定用で使い分けがあります。

運動用とは軸と接触する部分、固定用は軸と接触しない部分と考えて良いです。

最後に

機械装置のシール部品の原理について紹介しました。

オイルシール・Oリング・Vパッキン

いずれの原理も圧力を受けて変形することでシールをします。

この記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

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