第7章 シール装置の設計技術 シール(密封装置) ★水や空気,潤滑油などを扱う機械で使用される。 ★代表的なシール装置の構造と使用方法。
7.1 シール装置の概要 ★外部から見えないことが多い。 ★機械の寿命やメンテナンス性などに影響する。 ショックアブソーバ プロペラシャフト 7.1 シール装置の概要 ★外部から見えないことが多い。 ★機械の寿命やメンテナンス性などに影響する。 ショックアブソーバ プロペラシャフト コンプレッサ
7.1.1 静的シールと動的シール ★静的シール(ガスケット)と動的シール(パッキン)がある。 ★動的シールの方が扱いにくい。
7.1.2 シールする流体と周囲の環境 (1) 流体の種類 7.1.2 シールする流体と周囲の環境 (1) 流体の種類 ★気体をシールする方が難しい。 ★油,ガソリン,海水,薬品などはシール材料が制限される。 油 or 窒素ガス? 海水? 空気,ヘリウム or 水素?
(2) 圧力 ★シールの方向(高圧→低圧)。 ★圧力差が大きいほど厳重なシール装置が必要。
(3) 温度 ★-40℃以下あるいは数百℃を越える温度での使用は難しい。 ★高速で運動する動的シールなどでは,摩擦熱により温度が上昇する。 高温 or 低温?
7.1.3 シール材料 ゴム材料 金属材料 ★ゴム材料は多くのシールに使われている。 ★高温環境では金属材料が使われる。
7.2 シート状ガスケット ★比較的柔らかい材料が使われる。 ★任意の形状に仕上げることが比較的簡単。 シート状ガスケット
7.2.1 シート状ガスケットの原理 ★ガスケットは,締め付けることにより,弾性変形する。 7.2.1 シート状ガスケットの原理 ★ガスケットは,締め付けることにより,弾性変形する。 ★適度な弾性があること,板材を適度な力で締め付けることが重要!
【補足】液状ガスケット 液状ガスケット ★フランジ部やねじ部に塗るだけでシールできる。 ★実際のエンジンの組立時にも使用されることがある。
7.2.2 設計時の注意事項 (1) 均等な締め付け ★ねじの位置や本数に気をつける!
ゴム材料などでは,締め付けすぎると,変形する! (2) ガスケットの材料と締め付け力 ★金属→強い締め付け力(ねじを増やす,接触面を小さく・・・)。 ★非金属→比較的弱い締め付け力。 ゴム材料などでは,締め付けすぎると,変形する!
(3) 組立精度 ★柔らかいガスケットは,高い組立精度が望めない!
7.3 Oリング ★断面が円形(O形)をした合成ゴム製のリング。 ★比較的安価 ★多様な寸法がそろっている。 7.3 Oリング ★断面が円形(O形)をした合成ゴム製のリング。 ★比較的安価 ★多様な寸法がそろっている。 ★流体の種類,静的・動的に関わらず,様々な機械に使われている。 Oリング
7.3.1 Oリングの装着方法 ★Oリングは「溝」に装着される!
(1) 外面への装着 ★最も簡単! 外面への装着例
(2) 端面への装着 ★機械の寸法や構造の制限を受ける場合,端面に装着することがある。 端面への装着例
【補足】 端面の溝加工 端面の溝加工(旋盤) ★寸法精度を出しづらい?
(3) 内面への装着 ★溝の加工が難しい! 内面への装着例
【補足】 内面の溝加工 内面の溝加工(旋盤) ★寸法を測れない?
7.3.2 Oリングのカタログ
7.3.3 設計時の注意事項 (1) Oリング溝の寸法 ★カタログに記載されている通りにOリング溝の寸法許容差を指定する。
(2) 傷の防止 ★Oリングや部品の脱着時に傷をつけやすい。 ★十分な面取り加工が必要!
(3) 溝部の表面粗さ ★シール面は滑らかな表面粗さにする! ★運動用の方が高い表面粗さ精度が要求される。 運動用および固定用(円筒面) 固定用(平面)
7.4 オイルシール
7.4.1 オイルシールの構造 ★ゴム材料のくさび状のリップがある。 ★ばねにより,リップ先端を軸の表面に押し付けている。 7.4.1 オイルシールの構造 ★ゴム材料のくさび状のリップがある。 ★ばねにより,リップ先端を軸の表面に押し付けている。 ★金属板によって外周部を補強している形式が多い。
オイルシールの寸法(JIS B2402より一部抜粋) 7.4.2 オイルシールの寸法 オイルシールの寸法(JIS B2402より一部抜粋) ★主要寸法(取付寸法)はJISによって規格化されている。
7.4.3 設計時の注意事項 (1) 傷の防止 ★オイルシールを脱着する際に傷をつけやすい。 ★部品の穴部や軸部に十分な面取り加工が必要!
(2) ハウジング穴の寸法 ★ハウジング内径のはめあい(寸法公差)。 ★ハウジング内面の表面粗さ。 ★面取り部の表面粗さ。
(3) 軸の寸法と表面粗さ ★軸のはめあい(寸法公差)や表面粗さ,表面硬さも使用するオイルシールの形式や状態に合わせる。 適切な軸が使用されないと・・・ シール性が保たれない。 リップの摩耗が大きくなる。 軸を傷つける。 ★軸のはめあい(寸法公差)や表面粗さ,表面硬さも使用するオイルシールの形式や状態に合わせる。
(4) 軸心 ★オイルシールは荷重を受けることはできない! ★オイルシールを使用する場合は軸受と併用する。 ★軸とオイルシールの軸心を正確に合わせる。
7.5 シール装置の使用例(1) 実験用スターリングエンジン
7.5.1 Oリングの使用例 ★静的シールとして使用。 ★高温部では使えない!
7.5.2 メカニカルシール メカニカルシール ★高い圧力差の動的シールとして使用できる!
★メカニカルシールの構造 メカニカルシール ★シール面をばねの力で押し付けることで密封している。
★メカニカルシールの潤滑 ★焼き付きや摩耗を防止するため,潤滑油を供給する。
7.5.3 ピストンリング ピストンリング ★PTFE(テフロン)製の分割式ピストンリングを使用。
7.5.4 リップシール リップシール ★リップを軸に押し付けて密封。 ★PTFE製のリップシールを使用。
7.5.5 配管のシール ★市販されている配管部品を使用
7.6 シール装置の使用例(2) 水中カメラ用防水ケース
【補足】水中カメラの防水
【補足】水中カメラの映像 MOVIE
本日の課題 船には,室内への水の侵入を防ぐための段差付きのドアがある(右図)。これは船の安全を保つために必要不可欠であるが,同時に車いす利用者や高齢者の大きな障害となっている。この問題を解決する方法を考えなさい。