シール不具合の発生メカニズムと材料選定・設計・トラブル対策

自動車部品を初めとして多くの機械には、様々なシール部品が用いられている。このシール部品には各種流体 (ex.潤滑油) の密封性や長寿命化、および運動用シール (ex.オイルシール、
Oリング等) の場合、低摩擦・低摩耗、低騒音が要求されている。 　シール部品自体は安価なモノが多いが、シール部品が原因で漏れが発生すると重要な品質問題となる。 　とかく、技術者の皆様がシール部品を選択する際、シール構造のみを考慮する傾向がありますが、良いシール部品の設計には、使用材料や関連する要素技術 (ex.密着性、トライボロジー、腐食等) を理解した上で、設計しないと、品質・コスト的に良いシール部品が得られません。 　今回の研修の狙いは、代表的なシール部品の基礎知識だけではなく、シール品質に関わる要素技術まで学ぶことの大切さを理解していただくことにあります。

1. シール技術の概要
   〜シール技術の詳細を解説するに当たって、第一ステップとしてその全体像を解説する〜
   1. シールとは
   2. 運動用&固定用シール
   3. 使用例
   4. シールの分類
   5. 各種シール剤とその特徴
2. シール用ゴム材料の特徴と適用
   〜シール部品の代表的な部材である「ゴム」の基礎と品質に影響する劣化要因を解説する〜
   1. ゴムの種類
   2. ゴムの分類と種類
      • 天然ゴム
      • ジエン系ゴム
      • 非ジエン系ゴム
      • 熱可塑性エラストマー
   3. ゴム材料の基礎
      1. 高分子材料とゴムの関係
      2. 高分子材料とは
      3. 分子鎖とゴムの性状
      4. ゴムとして使える高分子物質
      5. 温度が上がると変化する性質
         • 非結晶性の場合
         • 結晶性の場合
      6. 架橋操作
      7. 架橋とは
      8. 架橋/加硫の形態
         • 硫黄加硫
         • 過酸化物加硫
         • 付加加硫
      9. ゴム弾性の様子
   4. ゴム材料の劣化
      1. 繰り返し負荷による分子鎖への影響
      2. 熱や酸素による影響
      3. 加硫ゴムの劣化の様子
      4. ゴム材料の疲労特性
   5. ゴム材料を用いたシール部品のトラブル
      1. 安定したゴム分子とは
      2. ゴムの熱・酸化・光による劣化対策
      3. ゴムの寒さ対策
      4. ゴムの耐水・耐油対策
         • 溶解度パラメータ〜SP値
         • 膨潤のメカニズム
         • 耐油性
      5. 加硫ゴムの水劣化
      6. 銅害
   6. 熱可塑性エラストマー
      1. 熱可塑性エラストマー (TPE) とは
      2. 二色成形
3. 接着剤のシールへの適用 (液状ガスケットについて)
   〜液状の接着剤の特徴や機能を利用し、フランジ面の表面粗度にあまり影響されないガスケットについて解説する〜
   1. 液状ガスケットとは
   2. シール材への適用例
      1. 概要
      2. 密着力とは
      3. 機械的接合〜アンカー効果
      4. 物理的相互作用〜分子間力/水素結合
      5. 液状ガスケットのメリットと課題
      6. 事例 (燃料電池用シール剤)
4. 運動用シールに関連したトライボロジーの基礎
   〜オイルシールの様な動的シール部品において、省エネ・低騒音・寿命の観点で、摺動面で発生する摩擦や摩耗、潤滑、異音に関する基礎知識を解説する〜
   1. 摩擦とシールの関係
   2. 潤滑の形態と摩擦
   3. シールに与えるトライボロジーの影響
      1. 摩擦の発生原因
      2. アモントン/クーロンの摩擦の法則
      3. 摩擦のメカニズム
      4. 真実接触面
      5. 金属表面の構造と性状
      6. 凝着摩擦
      7. アブレッシブ摩擦
      8. 弾性ヒステリシス損失
   4. 潤滑油が介在した場合の状態
      1. 混合潤滑のモデル
      2. 潤滑油が化学吸着している状態
   5. 摩擦と摩耗の関係
   6. 異音について (スティック&スリップ現象)
5. シールと腐食の関係
   〜特にシールを目的としたガスケットにおいて、フランジとガスケット間に発生するすき間やゴム成分から溶出する成分による腐食、異種金属の接触部で生じる腐食が原因で、密封流体の漏れが発生することがあるので、その原理や留意点を解説する〜
   1. ゴムシールを用いたトラブル事例
      1. 化学的な腐食反応 (硫黄、ハロゲン)
      2. 電気化学的な腐食 (すき間腐食、電食)
   2. 腐食と防錆
      1. 腐食の概要 (分類、金属腐食のプロセス)
      2. シールによる腐食 (孔食、すき間腐食、電食)
6. 各種シール部品の概要と密封原理および用途・取り扱い
   〜代表的な様々なシール部品の密封原理をもとに、その特徴や用途および信頼性を確保するための取扱いを解説する〜
   1. メタル/ゴムガスケット
      1. 概要
      2. ガスケットの役割と必要な要件
      3. 役割
      4. 必要条件
      5. 種類と適用例
      6. ガスケットの漏洩形態
      7. 用途例 – エンジンヘッドガスケット
      8. 必要機能
      9. メタル積層型シリンダ/ヘッドガスケットの特徴
      10. 燃焼圧上昇に関するガス漏れ事例
      11. ガスケットの設計
      12. ガスケットの選定
      13. ガスケット寸法の設定
      14. フランジのガスケットの座
      15. Oリング用溝部形状の選定
      16. 締付け条件の設定
   2. 液状ガスケット
      1. 概要
      2. 事例
         • シリコーン系液状ガスケット
         • 発泡フォーム型/UV硬化型液状ガスケット
      3. フランジ面粗さと締付力
      4. 用途
   3. オイルシール
      1. オイルシールの構造と機能
      2. オイルシールの特徴と用途
      3. 密封原理
         • 締付力
         • ポンピング作用
      4. 密封原理
      5. 新しいリップシール
      6. オイルシールの摩擦トルク
      7. ゴムの材質
      8. 軸の設計
      9. オイルシールの寿命
      10. 留意点
      11. オイルシールの取扱い
          • 装着時
          • 保管時
      12. オイルシールの不具合
   4. Oリング (固定用、運動用)
      1. Oリングの選定方法
      2. Oリングの密閉原理、Oリングの設計特性
         • 基本原理
         • セルフシール作用
      3. Oリング用材料に要求される性質
      4. 溝部の表面粗さ
      5. Oリングへの表面処理
      6. ガスケットの取り扱い方法
      7. ゴム材料の寿命評価
         • 考え方
         • アレニウスの式を使った事例
         • 注意点
         • 寿命評価
      8. Oリングの破損事例
   5. Uパッキン
      1. 用途
      2. Uパッキンの密封原理
   6. メカニカルシール
      1. メカニカルシールの構造
      2. 適用機器
      3. 特徴
      4. 原理
      5. 形式
         • 代表的な種類
         • バランス型&アンバランス型の比較
      6. メカニカルシールの選定
   7. 異物混入防止シール〜ラビリンスシール
      1. 事例
         • 開放型ベアリング
         • シールド型ベアリング
      2. 非接触シール
      3. ラビリンスシールの構造と原理
   8. 特殊シール〜磁性流体シール
      1. 概要
      2. 磁性流体の原理
      3. 特徴と用途
• 質疑応答