同じ週に同じ工場から2本の油圧シリンダーが出荷されました。どちらもボア径63 mm、どちらも鏡面になるまでホーニング加工され、どちらも同じ箱の70ショアA NBRロッドシールで組み立てられていました。一方は14か月間稼働し、ワイパー部はまだ乾燥したままでした。もう一方は6週間以内にロッドシール部から漏れが発生し、シリンダーを切断して開けてみると、ボアの仕上げは完璧に見えるものの、その加工目はストローク方向にまっすぐ走っていました。
溝とボアの仕上げは、シール設計において最も仕様が不十分になりがちな寸法であり、寿命を最も頻繁に左右する要素でもあります。また、数値によって最も簡単にごまかせる要素でもあります。Raは悪い表面でも測定でき、それでも0.4 µmと表示されます。
Raは数値であり、仕様ではない
Raはサンプリング長さにおけるプロファイル偏差の算術平均です。山と谷を平均して単一の数値にするため、2 µmの山と2 µmの谷を持つ表面は、平坦で時折4 µmの傷がある表面と同じスコアになります。シールは平均値を気にしません。気にするのは、山がシールを切り裂くかどうか、そして谷が油側から空気側へ連続した経路を形成するかどうかです。
そのどちらが起こるかを決める、Ra以外の3つのパラメータがあります:
- Rz (プロファイルの最大高さ、5つのサンプリング長さの平均)は山から谷までの深さを示します。Ra 0.4 µmでRz 4 µmの表面には孤立した深い谷があり、これは漏れ経路となります。同じRaでRz 1.6 µmなら均一です。
- Rmr (所定のカット深さにおける材料比)は、表面のどれだけが荷重を支えているかを示します。プラトーホーニングされたボアは、シールが接触する深さで60〜70%の材料を支えられますが、鋭く旋削されたボアは20〜30%しか支えられません。
- 加工目 は、加工痕の方向を示します。これはレポート上の数値ではなく、どちらの粗さパラメータよりも多くの故障を左右します。
ISO 3601-2は仕上げを注記ではなくグランド仕様の一部として扱っており、2025年版の改訂ではRaと併せて材料比を管理するようユーザーに促しています。これは正しい方向です。「Ra 0.4」とだけ書かれた図面では、工場がねじ山のような表面を納品できてしまいます。
用途別の数値
以下の表は、主要なシールメーカーが使用している値をまとめたものです。これらは部品全体ではなく、シール面に対する目標値です。
| シール面 | Ra目標 | Rz / Rmax | 一般的な加工法 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 静的、非脈動(フランジ、カバー) | ≤ 1.6 µm | ≤ 6.3 µm | 精密フライス加工または旋削 | 32 µin。ほとんどのガスケットとフェイスシールのデフォルト |
| 静的、脈動またはガス用途 | ≤ 0.8 µm | ≤ 3.2 µm | 研削または精密ボーリング | ガスや低粘度流体は、油では見つからない漏れ経路を見つけ出す |
| 溝底と側壁 | 1.6〜3.2 µm | ≤ 6.3〜12.5 µm | 旋削またはボーリング | 粗くても問題ない。粗い側壁は組み付け時にリングを摩耗させる |
| 往復動ダイナミック(ロッド、ボア) | ≤ 0.4 µm | ≤ 1.6 µm | ホーニング、研削 | 16 µin。油圧グランドにおいて最も重要な単一の数値 |
| ダイナミック溝底 | ≤ 1.6 µm | ≤ 6.3 µm | 旋削 | 押し出し損傷と組み付け時のシールの転がりを防ぐ |
| 回転、高圧 | 0.2～0.4 µm | ≤ 1.6 µm | 研削、超仕上げ | 加工目は円周方向でなければならず、軸方向は不可 |
| 真空 | ≤ 0.4 µm | ≤ 1.6 µm | ホーニングまたはラッピング | 漏れ方向は内向き。表面欠陥は圧力よりも重要 |
その表の下に一つの最低基準値があります:ダイナミック面ではおおよそRa 0.1〜0.15 µmを下回らないこと。鏡面まで研磨されたボアは油膜を保持できず、シールは最初のストロークから境界潤滑で動作します。摩耗が加速し、摩擦が増大し、その故障は材料の問題のように見えますが、実際は仕上げの問題です。
2つの故障モード、1つの数値
漏れ経路
1 MPaでの静的シールには、それほど大きな流路は必要ない。ボアから大気へ半径方向外側に走る加工目を持つ、Ra 2.5 µmの溝面を考えてみよう。圧縮下ではゴムが谷の大部分を埋めるが、隣接する2本の傷が交差し、両方が端部に達している箇所では、連続した毛細管が形成される。低圧では表面張力がそれを保持するが、0.05 MPaの熱サイクルと界面活性剤を含む流体の条件下では、じわじわと染み出してくる。
だからこそ、滲むフランジガスケットの対策は、硬いガスケットやボルト締め付けトルクの増加ではなく、旋削面から研削面への変更であることが多い。トルクはゴムの隙間を閉じるが、鋼の流路は閉じない。
ドライストローク
逆の故障である。Ra 0.05 µmに仕上げられたロッドは軸受レースのように見え、何もうまくシールしない。ロッドシールのリップは潤滑を保つために約1〜3 µm厚の油膜を必要とし、その油膜は表面テクスチャに保持される。テクスチャを除去するとリップはドライで走り、光沢化し、硬化し、やがてセット（へたり）を生じてロッドに追従できなくなる。油消費量は低下し、改善のように見えるが、機械が温度上昇した状態でシールが漏れ始めるまで続く。
これは、シール仕様のない研磨旋盤を持つ工場で再加工されたシリンダで最もよく見られる。ボアは美しい。シールは8週間で故障し、報告書には「シール材の故障」と書かれる。“
仕上げ面はどのように生成され、なぜそれが重要なのか
| プロセス | 達成Ra | 加工目 | 負荷率 | 最適用途 |
|---|---|---|---|---|
| 旋削（仕上げパス） | 0.8〜3.2 µm | 円周方向またはヘリカル | 低い、20〜35% | 溝底、静的フェース、非シール面 |
| 円筒研削 | 0.1〜0.8 µm | 円周方向、細かい | 中程度、40〜55% | ロッド表面、回転シャフト |
| ホーニング | 0.2〜0.8 µm | クロスハッチ、交差角30〜60° | 高い、50〜70% | シリンダボア、往復運動するすべてのもの |
| ローラバニシング | 0.05〜0.4 µm | 円周方向、なめらかに押しつぶされた | 非常に高い、70〜85% | 平坦度が重要な静的フェース |
| ボールサイジング | 0.1〜0.4 µm | 円周方向 | 高い | 小径ボア、貫通穴 |
| 放電加工（EDM） | 0.4〜3.2 µm | ランダム、再凝固層 | 低 | 後仕上げなしではシール面にならない |
往復動ボアにホーニングが適切なプロセスである理由は1つ、クロスハッチである。2組の傷の間の交差角は通常30〜60°で、ストローク中はボア内に油を保持し、戻り行程でそれを放出する。単一方向のホーニングや研削では、ストロークに沿って走る傷が生じ、ポンプのように作用する。どちらもRa 0.4 µmと測定され得る。油を保持するのは片方だけである。
ローラバニシングはこのリストで最も細かいRaを生み出し、動的フェースに最も過剰に適用されるプロセスである。これは山を削り取るのではなく谷へ押しつぶすため、負荷率が上昇し油ポケットが閉じられる。静的フェースではまさにそれが望ましい。ロッドでは、測定値は美しいが潤滑性の乏しい表面を生み出す。
現場で実際に測定されるもの
シールグランドの受入検査のほとんどは目視確認とノギスである。これでは間違ったものを捉え、正しいものを見逃す。図面で仕上げ面が重要であるなら、測定に意味があるかどうかを決める4つの詳細がある：
- カットオフ長。 送り速度0.4 mmの旋削面で0.8 mmのカットオフは、同じ面で2.5 mmのカットオフとは異なるRaを返す。同じカットオフで取得したトレースのみを比較し、カットオフを図面のRaの隣に記載すること。
- 触針とスキッド。 2 µm の触針は、その先端より狭い谷を分解できません。3 mm のボアをまたぐスキッドは、表面ではなくブリッジの平均を測定します。
- 位置と回数。 ボア周囲の 120° ごとに 3 本のトレース、さらに軸方向に 1 本。ホーニング加工されたボアで軸方向のトレースを 1 本だけ取るとクロスハッチを読み取り、円周方向のトレースを 1 本だけ取るとまったく別の表面を読み取ることになります。
- 清浄度と温度。 表面の油膜は触針を減衰させ、より平滑に読み取らせます。測定前に溶剤で拭いて乾燥させ、部品が安定した後に現場温度で測定してください。
プロフィロメータのない生産現場での実用的な近道は、コンパレータプレートとキャストです。ボアのレプリカキャストを断面化し、既知の良品サンプルと比較すれば、ハンドヘルドゲージでは決して捉えられないレイの欠陥を検出できます。触針式測定器のほんの一部のコストで済み、しかもより頻繁に使われます。
過剰な仕様指定のコスト
仕上げは、厳しくすればタダではなく、常に良いとは限らない数少ない仕様の一つです。面を Ra 3.2 µm から 1.6 µm に移行すると、その面の加工コストがおよそ 30〜50% 増加します。1.6 µm から 0.8 µm に移行すると、通常は工程が旋削から研削に変わり、2 回目の段取りが加わるため、コストが倍になることがあります。
お金がかかるのは包括的な注記です。200 mm のマニホールドに「全表面 Ra 0.4」と記された図面は、シールにまったく接しないボルト面、取付パッド、クリアランスボアにまで研削コストを支払うことになります。正しい注記は、一般公差を指定し（特に指定がない限り Ra 3.2 µm）、厳しい値をシール面のみに指定します。10 × 10 mm のシールランド一つに、フランジ全体の研削は必要ありません。
これが新規製作よりも修理でより重要になる理由
新しいシリンダは、OEM の工程で仕上げられたボアで届きます。これは通常、数千台にわたって検証されているため正しいものです。修理されたシリンダは、たまたま機械が空いている誰かによって仕上げられます。オーバーサイズにリボアして薄いシールを装着する、ロッドを溶接して再加工する、あるいは傷をホーニングで除去するといった作業はすべて表面を作り直しますが、これらの作業のいずれもレイや保油性を自動的に回復するものではありません。
当社が修理店にシールを供給する際は、プロファイルを推奨する前にボアの仕上げとロッドの仕上げをお尋ねします。鋭いリップのロッドシールは、広い接触帯を持つリップよりも粗いロッドに耐えます。硬いスクレーパーエッジを持つワイパーは、柔らかいものを破壊するような表面でも生き残ります。仕上げとプロファイルは一つの決定であり、これを二つとして扱う店は、仕様ではなくシールを交換することになります。
グランドを承認する前の現場チェックリスト
- Ra と Rz の両方を図面に記載、カットオフ長と対象面を明記すること。Ra だけでは仕様になりません。
- レイ方向を明記。 回転用は円周方向、往復動ボアはクロスハッチ、静止面はランダムまたは半径方向フリー。
- 動的面では 0.1〜0.15 µm を下回る下限を設けない。 もし加工店が鏡面を納品してきたら、その上でどんな油膜が生き残るべきなのか尋ねてください。
- 材料比をバッチごとに 1 回確認 工程がホーニングまたはバニシングの場合、シール面で確認すること。
- エッジブレークを指定: 15〜20° の導入面取り、バリ取り済み、面取り面はボアより粗くしないこと。
- 多孔性とめっきを確認 硬質クロムロッド表面で確認すること。クロムのノジュールやピットは、いかなる Ra 値でも表せない漏れ経路です。
- 既知の良品サンプルを 1 つ保管 物理的な参照として、キャストまたは断面化しておくことで、次の議論が 30 秒で決着します。
当社の OリングおよびXリングの範囲 は、公開しているグランド寸法においてこれらの値に対して指定されており、同じ論理が ロッドシールプロファイル, にも当てはまります。ここではリップ形状とロッド仕上げを個別に指定するのではなく、適合させる必要があります。 バックアップリング が溝の側壁に接する場合、その壁の仕上げは O リングのシール性だけでなく、リングの摩耗の仕方も左右します。
シールメーカー自身の設計ガイドからの参考値については、 Trelleborg のシーリングソリューションライブラリ および Hallite の油圧シールドキュメント の両方が用途別の仕上げ表を公開しています。 Balseal の材料ページ は、配合の変更で修正できない仕上げを補えるかどうかが問題となる場合に役立ちます。 Seal Sales および Darcoid での現場故障に関するディストリビュータの注記は、仕上げが通常不明でありながらシールのせいにされるカウンター側から同じ領域を扱っています。
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