1.新JIS B 2401のシリーズの紹介（4）

１．２ JIS B 2401-2 Oリング‐第２部: ハウジングの形状・寸法についての続きです。

前号で、ARPのシリーズを紹介しましたが、ただの番号のみでしたが、Ｏリングのハウジングの設計は大切なので、もう少し内容を見ていきます。

このARPはAerospace Recommended Practices の頭文字を取ったものです。

Ｏリングのハウジングの基本設計はARP1231をベースにしています。
記載の内容は

• １）ハウジング形状の基本的な図面と面取りや偏芯の定義を説明。
• ２）ハウジングは、用途(流体、ゴム材料、圧力、温度など)により、標準以外も必要であることを明示している。しかし、標準以外については、ハウジングの設計には必要条件を確認して行うことを強調している。
• ３）ハウジングにおけるＯリングの選定に影響を与える内容は
  
  • (1) 流体との適合性（AIR786:Elastomeric Compatibility Consideration relative to O-ring and Sealant selectionを参照）
  • (2) 圧力の影響への配慮(はみ出し現象)、はみ出し曲線の提示とその使用方法の説明とバックアップリングの併用方法
  • (3) 使用温度への配慮(高温時と低温時の場合の影響と配慮すべき事項、ゴム材料の選定)
  • (4) サイズの選定（AS568からの選定、太いものは、Ｏリングのねじれ対策となるし、また低温用にも効果ありと説明。内径と太さとの関係にも触れている。）
• ４）設計基準
  
  • (1) Ｏリングの内径の引き伸ばし計算方法とその推奨値
  • (2) Ｏリングのつぶし率（配慮すべき事項：抵抗、ゴム硬さ、圧縮ひずみの関係、熱膨張、圧力によるハウジングの変形(breathing)、Ｏリングの引き伸ばしによる太さの細りの計算式（この計算方式は、最近他の方式のものが、使用されてきているので、少し古くなった）
  • (3) 流体によるゴムへの影響(膨潤、収縮)を配慮した溝幅の配慮した計算式
  • (4) バックアップリングに関する使用上の配慮すべき事項
  • (5) スリッパシール(現在では組み合わせシールと呼んでいる)の紹介

この規格を基本にして以下の規格が設定されている。

ARP1232 は円筒面の固定用ハウジングの設計と寸法を示している。（Ｏリングの引き伸ばし率は最低２％としている）
ARP1233 は10.5MPaまでの円筒面用運動用ハウジングの説明と寸法を示す。
ARP1234 は平用での固定用ハウジングの設計と寸法を示す。

従来規格のAS4716以外に、最近では固定用でつぶし率を上げたAS5857　Gland Design, O-ring and Other Elastomeric Seals, Static Applicationsなども発行されています。（続く）

新JISは平成24年3月21日に発行済。

1.新JIS B 2401のシリーズの紹介（3）

１．２ JIS B 2401-2 Oリング‐第２部: ハウジングの形状・寸法について紹介します。まず、従来のP,Gのハウジングは変更ありません。

なお、強いて苦情を言えば、運動用ではISOシリーズのハウジングで示されているように油圧用、空気圧用として区別されていません。相当以前から、運動用(Ｐ)用のハウジングを空気圧用に使用すると抵抗が大きく、寿命も短いとの苦情が多くありました。そのため、空気圧機器メーカでは独自にハウジングを規定して使用されていました。

このような事情を理解して今回の大改正する時に配慮してもらえばよかったのではないかと感じました。

またＯリングの使用する場合の設計理論があるはずです。ISOシリーズではその理論を展開することにより、ハウジングを決める手段を講じている点は理想的であると言えます。

例えば、ピストン用、ロッド用、また油圧用・空気圧用（運動用、固定用）及び平面用と各用途別にハウジングを決めていることです。JIS B 2401の思想とは合い入れない事情がありますが、理論武装が不十分であることは明確です。つぶし代の定義やＯリングの引き伸ばしによるＯリングの細りなどを従来のOリングについても説明があってもよかったような気がしました。

特にISO Ｏリングでは引き伸ばしによるＯリングの細り代を配慮しています。

または装着性を考慮した設計ができているなど評価できる点が大きいと言えます。

余談ですが、米国の唯一のＯリングの規格であるAS568については、非常にきめ細かい設計思想が展開されています。

• ARP1231: Gland Design, Elastomeric O-ring Seals, General Consideration
• ARP1232: Gland Design, Elastomeric O-ring Seals, Static Radial
• ARP1233: Gland Design, Elastomeric O-ring Seals, Dynamic Radial, 1500psi max
• ARP1234: Gland Design, Elastomeric O-ring Seals, Static Axial, Without Back-Up-Rings
• AS 4716 Gland Design, O-ring and other Elastomeric Seals
• AS 4873 Gland Design, Elastomeric O-ring Seals, Static Radial and Face 800psi maximum Service
• AS 5857 Gland Design, O-ring and other Elastomeric Seals, Static Applications

などがあり、用途別にきめ細かく、シール設計を展開してハウジングを決めている点はさすがだと感心します。このような展開が、使用者には安心して使用し易いことになります。

少し、違う方向で説明しましたが、筆者の考え方を述べさせてもらいました。
やはり最近ではシール全般についてもその設計思想が問われる時代です。

（続く）

1.新JIS B 2401のシリーズの紹介（3）

Oリングの外観品質基準は従来JIS B 2408を呼び出していましたが、既にご存知のようにJIS B 2401-3の適用になっています。
次に基本材料の物理的性質は前号に追加されました新しい種類も含めてすべて規定されています。内容が多いので、ここでは省略させてもらいます。
しかし、試験内容の項目はすべて過去の規定と形態となっています。
また製品の識別コードは非常に難しく、かつ、長くなっています。例で指示されていますものを示します。

例１材料NBR-70-1,固定用Oリング呼び番号G80,品質等級Nの場合
OR□NBR-70-1□G80-N (□は、ブランクとする)

例２材料FKM-70,内径86.5,太さ5.5,品質等級CSの場合
OR□FKM-70□86.5×5.5-CS (□は、ブランクとする)

例３(ISOのOリングの場合）
ISOシリーズF,呼び番号011,許容差クラスA,品質等級Sの場合
OR□ISO-F-011-A-S (□は、ブランクとする)

例４（ISOの規定外のシリーズFの場合）
ISO規定外シリーズF,　内径68.50,太さ2.62,許容差クラスA,品質等級Sの場合
OR□ISO-F-68.50×2.62-A-S(□は、ブランクとする)

例５(ISOシリーズSのOリング場合）
ISOシリーズS,呼び番号C0545,品質等級CSの場合
OR□ISO-S-C0545-CS(□は、ブランクとする)

以上のように規格に記載されていますが、少し、気になるのは、ISOシリーズでは一切材料の識別コードが記載されていないので、別個に追加すべきことになる点ですが、このことについて触れられていない点です。
製品の識別コードは馴染むまで時間が要することになることでしょう。
しかし、この規格では新たに規格としても新たに市場で良く使用されているゴム材料が追加されたことはよかったと思います。

なお、寸法の許容差についても触れておきます。
従来のP,G,VではOリング内径許容差は、VMQ及びACMはベースのNBR(EPDM)の1.5倍、FKM及びHNBRはNBR(EPDM)の1.2倍となっています。
当然のことながらゴムの硬さに70と90のものがあるものも同等の扱いになります。しかしながらISOシリーズのOリングでは許容差のクラス別がありますが、このクラス別と適用するゴム材料との関係が述べられていないので、個々に受渡し間での付帯事項になる可能性があります。できれば、このあたりISOがらみのOリングでは不明点が多く存在していることが問題かも知れません。

（続く）

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）

カタログや技術資料のご請求は、お問い合わせページまたは 078-251-5300にご一報ください。

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）

カタログや技術資料のご請求は、お問い合わせページまたは 078-251-5300にご一報ください。