設計工学

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
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
★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。
★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!
(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。
★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。
★金属板によって外周
部を補強している形式
が多い。
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
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。