1.新JIS B 2401のシリーズの紹介(２)

前号でまずOリングの種類を紹介しましたが、ゴム材料の種類は以前の規格から大きく変更されていますので、注意が必要です。

(続く）

1.新JIS B 2401のシリーズの紹介（１）

シール用樹脂の話を続けていましたが、ほぼ終わりました（残りはまた時期を見て説明いたします）。

2011年の11月にJISC（日本工業標準調査会）で、新JISの意見受付公示でJIS B 2401のシリーズが出ていました。（既に意見の受付は完了しています。）
今迄にベースになるISO 3601シリーズで解説しましたが、内容が相当変わっていますので、しばらく詳しく解説いたします。（多分、本年にはこのJISは発行される予定だと思います。）

JIS B 2401のシリーズは次の4点から構成されています。

1. JIS B 2401-1 Oリング‐第１部: Oリング
2. JIS B 2401-2 Oリング‐第２部: ハウジングの形状・寸法
3. JIS B 2401-3 Oリング‐第３部: 外観品質基準
4. JIS B 2401-4 Oリング‐第４部: バックアップリング

従って、従来発行されていました次のJIS規格が廃止されます。

廃止となるJIS規格

1. JIS B 2401 Oリング
2. JIS B 2406 Oリング取付溝部の形状・寸法
3. JIS B 2407 Oリング用バックアップリング
4. JIS B 2408 Oリング‐外観品質基準

なお、ISO 3601-5 Fluid power systems- O-rings -Part 5: Suitability of elastomeric materials for industrial applicationsのJIS B 2410「Oリング‐ゴム材料の選定指針」はそのままで継続して、新シリーズには含まれないことになっています。
理由は今後この規格に材料の特性規格を含める可能性もあるためと思われます。

1. JIS B 2401-1 Oリング-第１部：Oリングについて
この規格では、Oリングの種類は次表のようになっています。

P.G.Vは既にご存知のように従来からありました種類で変更はありません。
次にISO一般工業用Oリングは従来のこのJIS規格にはなかった新シリーズとなる種類です。
ISO3601-1で説明していました米国のAS568シリーズと同じタイプのインチ系をベースにしたものです。
次にISO精密機器用Oリングとは今までのJIS B 2401に記載されていましたシリーズGで新たに名称を変更したミリ系のOリングです。
(続く）

1.シール用樹脂材料(続き)

4)POM樹脂について
ポリアセタール樹脂（POM：Poly- acetal、またはPolyoxymethyleneで、後者からPOMと称しています）は、安定した機械的強度から機器部材として多く使用されていますが、シール部材としての使用はあまり多くありません。
耐熱性は約120℃(融点が165℃）程度です。
また弾性率がPAより、高く、より耐圧性に優れている。耐油性もPAと同様に十分なる。吸水性はない。

4.1)POM樹脂の用途例

1. ウェアリング(特に空気圧用に適している。)
2. バックアップリング（高圧用として、Uパッキンに向いている。）

5)その他の汎用樹脂について
ポリカーネイト樹脂、ポリスチレン樹脂などは、シール用に用いている例はほとんどないと思われます。

6）スーパーエンプラについて
汎用プラスチックと比較しても文字通りエンプラのスーパークラス。超硬度、超耐熱性、超靱性、超耐薬品性などの用途に、金属の代替え材料などとしてかなり普及が目立ってきている。充填剤としてガラス繊維や炭素繊維との複合材として使用されることが多く、プラスチックとは言っても叩けばガラスや金属のようにキンキンという音がするようなものです。ついでに価格の高さもスーパー級で、上は１kgあたり数万円以上。ちなみに汎用プラスチックは１００～５００円／kgくらい。エンプラが３５０～１０００円／kg程度です。対してスーパーエンプラは８００円／kgから数万円／kgとなります。これらでシールに使用されているものには、ポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、液晶樹脂（LCP）、ポリアミド樹脂（PI）等があります。
しかし、以前に説明しましたPTFE樹脂のように柔軟性は全くありません。
従って、イメージとしては、金属などが従来使用されていた箇所に代替えとして使用されると考えたら良さそうです。
たとえば、鋳鉄などのピストンリングの代替などがあります。
もう少し、これらの材料についてみていきます。

6.1)ポリフェニレンサルファイド(PPS）について
耐熱性：連続使用温度は200℃～240℃
機械特性：高強度、高温下での特性低下が少なく、耐クリープ性に優れている。耐薬品性：PTFEに次いで優れている。
シール用途例としては、以前に説明しましたが、スクロールタイプの圧縮機用のチップシールなどがあります。

図チップシール例

（続く）

1.シール用樹脂材料(続き)

3.4)PA樹脂について(続き)

前号で、PA樹脂の調湿について触れておきましたが、追加しておきます。

PA樹脂では、吸水性による原因で、寸法の変化などが起こります。
ご存じのようにPA樹脂の製法には、押出しによるものや、射出成型などがありますが、すべての原材料のビレットなどは当然水分のない絶乾状態です。

もし、水分などがあれば、成形時に欠陥が発生する危険性があります。時々、少しでも水分がある場合には、成形前に乾燥することが必要です。従って、これらの条件で成形された製品は絶乾状態になっています。

製造された製品は、空気中に保管されると漸次、水分を吸収することにより、寸法が変化することになります。これらを是正する手段が調湿処理です。また射出された製品には、熱などによる応力が発生しています。

以上を含めて同時に処理する方法が取られます。（調湿処理や、熱処理などで表現されています。）

実際には、使用される温度条件を配慮してその温度より約10℃高い温度の水や流動パラフィン、シリコーンオイルなどを加熱して液中にPA樹脂製品を浸漬して行います。時間などは、製品の肉厚により異なります。使用温度が70℃以下ならば、沸騰水での処理が最も簡単です。取り出した製品は急冷などせずに徐冷することが肝要です。

以前に寸法が安定せずに困ったことがありましたので、これらの処理は良い結果を導きました。注意すべきなのは、射出成型ではこれらの吸湿による寸法を含めて設定しないと後で困ります。しかし、完全に吸水した状態でも保管方法により、変化が若干起こりますので、保管にも注意が必要です。ただし、調湿した製品は絶乾状態の製品と異なり極端な変動は起こらないことは確かです。

この処理は前に述べましたが、製品の残留応力やひずみを除去できる大きな長所を持っています。樹脂類が往々に損傷する場合には、これら残留応力やひずみが原因になっています。

今月は、PA樹脂における調湿に関して述べました。なお、樹脂の中でもPA樹脂が、一番吸水率が高いためです。他の樹脂類にはない、特別な事項です。

(補足：製品の数量が多い場合の沸騰水処理では、製品を金網などに入れて保護しながら行うと便利です。また他の流体を使用する場合には、局部加熱しないように良く液を攪拌することも重要です。)

（続く）

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特別号

シールに関する本の紹介(再度)

時々、シールを勉強するのに良い本がないかとの問い合わせがあります。
以前に一度紹介いたしましたが、その後発行されているものがありますので、紹介いたします。

確かに、本の大店舗を興味があり、調べますが、戸棚にほとんどないのが現状でしょう。今回紹介するものも、多分書店ではないと思われます。

1. 技術評論社「よくわかるシール技術の基礎」著者：渡辺氏　価格2,604円(税込)
   代表的なシールについて、丁寧に基礎を説明されています。(初心者向け)
2. 工業調査会「はじめてのシール技術」NOK(株) 編集　価格2,310円(税込)
   シールというものを勉強するための初心者向け
3. 日本工業出版「油空圧シール技術のすべて」(株)阪上製作所編集　価格 3,150円(税込)
   運動用シールを中心として、詳しくパッキンを技術的説明しています。
   技術設計者向けの本
4. （株）テクノシステム「最新シーリングテクノロジー　密封・漏れの解明とトラブル対策」似内氏、澤氏監修 価格　50,400円(税込)
   平成22年12月に発行された最新のシールのすべてを詳しく、その道の権威者（約50名）が記載した本。
   技術設計者が参考用テキスト的なものです。相当高い本ですが。
   筆者も一部書いています。（蛇足）

参考）もし、内容を見たい場合には東京の神保町にある三省堂で置いていました。

以上が以前に紹介した本の後で発行されたものです。ただし、それ以外にあるかもしれません。入手方法は、出版社のHPで調べるか、書店で依頼する方法があると思います。

従来、経験的な、また伝統的な手法でシール類が考案されてきましたが、今の時代では、シールの設計思想が問われるようになり、すべてのシール類には、その材料、形状には機能を含めて、実験以外にも理論の裏図けがないと評価されないようになってきていると思われます。

その代表的な手法には、有限要素法（FEAや、FEMと呼ばれています）が中心となり、接触応力の解明また、シールの溝内での安定性、はみだしなどが明らかになってきています。

また、漏れに関してもある程度、理論式から判明するようになりつつあります。

相手面の粗さに関しても、Parcolation theory などを展開して漏れとの関連を研究しているようです。(このあたりになると筆者には難しく、勉強中です)

以上最近のシール関連の本を紹介すると同時に最近の動向について簡単に説明いたしました。今後、時々、皆様に参考になる文献や本があれば、紹介したいと思いますので、ご期待ください。（続く）

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１．シール用樹脂材料(続き)

3.1）PA樹脂について
シール用部材としてポリアミド樹脂はある程度使用されています。
ポリアミド樹脂（Polyamide）は一般名称（商品名ですが）ナイロンとして知られているものです。
このポリアミド樹脂には、種類は多くありますが、代表的にはナイロン６です。（他に、66,11,12,610,612があります）
使用可能の温度範囲は－40℃から＋100℃程度と若干、高温側が低いと言えます。
耐摩耗性や機械的強度に優れているので、問題は、吸水性が大きいことによるトラブルがあります。
例えば、ナイロン６では、製品における寸法変化が起こるので、調湿処理や保管方法などの配慮が必要になります。

3.2）PA樹脂の使用箇所例

1. ウェアリング
2. 組合せシールのメインのシール部品として使用されている。
   
   シール会社で出ている例はあまりないが、上図はParker社のものです。樹脂部は一種のピストンリングのようにステップカットされています。ただ、PTFEなどと比較しますとストロークエンドで音が発生することもあります。
   （高油圧用）
3. 往復動用シールのバックアップリング
   
   上図の両サイドのBURがPA樹脂です。PA樹脂の耐はみ出し特性はPTFE樹脂と対比しても圧力に対しても大きなすきまが取れるメリットがあります。ただし、これら変形し難い樹脂をBURに使用する場合、ゴムなどが相手面とBURの間で損傷することもあるので、BURの寸法精度が必要です。
4. ピストンリング
5. ワイパリング（スクレーパー）等

3.3）その他

1. MCナイロン
   PA樹脂の仲間で、注型方式（モノキャスティング）で素材を作ります。大型の製品などに使用が可能です。
2. 充填材入り
   PTFE樹脂と同様に、各種の充填材が使用されています。（ガラス繊維、二硫化モリブデン、無機充填材など）これらを使用することに更に耐摩耗性、摩擦抵抗の低減などが改善できます。

（続く）

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１．シール用樹脂材料(続き)

2） PE樹脂について
シール用部材としてポリエチレン樹脂が使用される場合はほとんどないと思われます。
PE樹脂は、汎用の安価で代表的な樹脂に間違いありません。
PE樹脂は、耐薬品性にも優れ、密度も低いなどの特徴がありますが、耐熱性がシール部材として余り魅力がないことも一因かもしれません。（80℃以下の使用）
最近、シール用に用いられているのが超高分子量PE（Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene）樹脂です。
通常のPE樹脂と比較して分子量が極めて高く、融点は136℃です。
このUHMW-PEは、優れた耐摩耗性、自己潤滑性、耐衝撃性を持っています。
耐摩耗性で、優れている例に次のデータがあります。

図１．各材料の砂摩耗性の例
「砂摩耗法」（等量の砂と水を混合したスラリー中、試験片を1,750rpmの回転速度で7.5時間回転したときの試験片の摩耗減量を測定する方法）により、UHMW-PEの摩耗減量（容量）を１としたときの砂摩耗指数で捉える。
また摩擦係数もPTFEと比較してもあまり遜色がないほど低い値です。
水潤滑の場合、動摩擦係数 0.05～0.10(PTFEでは0.04～0.08)です。
素材には丸棒やシートなどがあります。
シール部材として、

1. 直接のメインのシール部材として使用されています。（例、バネ補強樹脂Uリングでは水やスラリーなど流体にUHMW-PEが有効です。）
   
2. ワイパー（砂やスラリーなどのコンタミ用）
3. ウェアリング、軸受けなど

（続く）

「DONIT TESNIT」新製品

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シール用樹脂材料(続き)(PTFE)

４）用途
特別号で、途中になっていましたが、前の続きを行います。
PTFEの項としては、最後ですが、現在でも多く使用されているシール用生テープです。
この生テープは次のJIS規格で規定されています。
JIS K 6885 「シール用四ふっ化エチレン樹脂未焼成テープ（生テープ）」
タイトルどおり、いままで用途で説明したものは、焼成されたものばかりでしたが、これは、ペースト押出し成形粉にナフサを加えて、テープ状に製造したものです。（当然、ナフサは除去されます）
用途は、継手配管のシール補助材として使用されます。（テーパねじで）
主たる用途は、都市ガス用・水道用で、従って、通常の高圧な流体には、不向きです。
家庭用として、ホームセンターなどでも売られている製品でもあります。

特徴は

1. 自己融着する独特の効能があり、ねじ継手に巻きつけるだけで完全にシール出来る。
2. 低摩擦性に優れているので、ねじ込み、取り外しが簡単。
3. 耐化学薬品性に優れているので、どんな流体を使用しても変質しない。
4. -100℃～260℃という、ずばぬけた耐熱、耐寒性で、蒸気管にも最適です｡
5. どのような材質の継手にも使用できます。

シールの理論は、雄ねじと雌ねじの隙間から流体が漏れるのを、生テープが、このねじの隙間を埋めているので、漏れを防止できることになります。
規格では、規定されていませんが、特に横方向への伸びを多くなっています。
このことは、製造上からの利点でもあります。

（上図は生テープが巻かれた状態を示します。）
なお、規格では、寸法は、厚さ0.1mm,幅8,13mm、長さ5,10,15mとなっています。
ただ注意すべき点は、できるだけねじの端部まで巻かず、2山程度残す方が、良いようです。テープがはみ出して、切れたものが、異物となるためです。
今まで見てきましたようにPTFEは、シール用材料としては、無くてはならない材料です。

次回からは他の樹脂を説明していきます。（続く）

「DONIT TESNIT」新製品

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