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
課題①
シール装置には,静的シールと動的シールがある。
それぞれの意味を説明し,特徴を考えなさい。
(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。
課題②
シールを使用する場合は,周囲の環境をしっかりと
見極めることが重要である。シール装置の設計に必要
な周囲環境について説明しなさい。
(2) シールする流体と周囲の環境
(a) 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?
(b) 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。
(c) 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?
(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
(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。
課題③
シート状ガスケットを使用する際の注意事項をまとめ
なさい。
(2) 設計時の注意事項
(a) 均等な締め付け
★ねじの位置や本数に気をつける!
(b) 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!
(c) 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!
課題④
実際の機械によく使われているOリングの形状を図
示しなさい。また,Oリングの特徴をまとめなさい。
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
(1) Oリングの装着方法
★Oリングは「溝」に装着される!
(a) 外面への装着
★最も簡
単!
外面への装着例
(b) 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?
(c) 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?
(2) 設計時の注意事項
(a) 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。
(b) 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!
(c) 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)
課題⑤
下図に示す水密ケースを設計する。Oリングのカタロ
グ(別紙)を参照し,フタの部品図を作図しなさい(フ
リーハンド可,図面の縮尺は問わない,図枠および材
質は不要)。
下図に示す水密ケースを設計する。Oリングのカタロ
グ(別紙)を参照し,フタの部品図を作図しなさい(フ
リーハンド可,図面の縮尺は問わない,図枠および材
質は不要)。
フタだけを抜き出す!
Oリング,ボルトの図は不要!
図形の基本
第三角法(二面図)
中心線
線種の使い分け
Oリングの選定
外径47mmを選定
Oリングの選定
外径47mmを選定
Oリングの選定
O リングの寸法
内径の
呼び番
号
太さ W 内径 do 許容差
*1
S35
S35.5
S36
S38
S39 2.0±0.
1
S40
S42
S44
S45
S46
34.5
35
35.5
37.5
38.5
39.5
41.5
43.5
44.5
45.5
±0.15
±0.25
d寸法
寸法
35
35.5
36
38
39
40
42
44
45
46
フタの寸法ではない!
溝部の寸法
D 寸法
G 寸法
H 寸法
許容差
寸法
許容差
寸法
許容差
寸法
許容差
0
-0.05
38
38.5
39
41
42
43
45
47
48
49
+0.05
0
2.7
+0.25
0
1.5
0
-0.1
呼び番号S44を使用!
外径47mmを選定
寸法記入
3箇所に寸法公差
その他の寸法記入も必要
穴あけ
M3ではなく,貫通穴
穴あけ
M3ではなく,貫通穴
表面粗さ
シール面に表面粗さ記号
回答例
7.4 オイルシール
課題⑥
オイルシールの構造を図示し,特徴をまとめなさい。
(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。
(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。
(3) 設計時の注意事項
(a) 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!
(b) 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。
(c) 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
実験用スターリングエンジン
(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!
(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。
(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。
(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。
(5) 配管のシール
★市販されている配管部品を使用
課題⑦
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。
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H18講義用スライド(MS-PowerPoint,1.7MB)