Oリング溝設定手順/つぶししろ/直径隙間

質問

経験豊富な方々のご意見を、いつも参考にさせていただいてます。
いつもは閲覧のみなのですが、今とても困っているので質問をさせていただきます。

Oリングを使用したノズルの設計検討をしております。
Oリング自体初めて使用するため、知識が浅く資料を集めながら勉強しています。

下記文中の3点についてご指導・ご指摘をしていただきたいです。
また、下記の手順で進め方に間違いはないでしょうか？

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■使用方法
・円筒面/運動用
・穴側Oリング取付

■条件
・軸側外周は決まっている
・スペース上の点から、Oリング線径MAX値も決まっている

■要求内容
・スペース上使用可能なOリング線径を選定し、その内径、穴側溝深さを求める
・今回使えそうなOリングを各Oリングメーカーから探す

■困りごと
・溝幅の設定
・穴径の設定
・設定手順に間違いはないかどうか

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まずスペース上使用できそうなOリングの線径をいくつか挙げました。
円筒面で使用する場合のつぶし率を15％～25％の間で設定しました。
（http://gijyutsu-keisan.com/mech/engineer/seal/seal_2.html#acontents23）

次に溝の深さを決めようとしているのですが、
（http://gijyutsu-keisan.com/mech/engineer/seal/seal_2_2.html）
上記URL先を参考に設定すると穴径＝軸径になってしまうような気がします。

1：つぶし率を考慮しながら穴径＝軸径にならない範囲で穴径を設定すれば良いものなのでしょうか？

軸と穴の隙間について調べているうちに、その隙間はOリングはみだしに影響するのではないかというところへ辿りつきました。

2：その隙間の設定はJIS　B2406に記載されている「バックアップリングを使用しない場合のすきまの最大値」を参考に導き出せば良いのでしょうか？

隙間の設定をし、穴径と溝幅を導き出せたとします。
つぶし率・隙間を考慮していれば良いのでしょうか？

3：Oリングに対して何％以上は溝深さがないと脱落してしまうということはないのでしょうか？

（http://gijyutsu-keisan.com/mech/engineer/seal/seal_2.html#pagetop）
上記URL先2-1（2）にそれに近いことが記載されていると思うのですが、私の読解力が足りず理解しきれていません。

ご意見をお待ちしています。よろしくお願い致します。

回答No.3

noname#230359

>1：つぶし率を考慮しながら穴径＝軸径にならない範囲で穴径を設定すれば
良いものなのでしょうか？
シールの程度はつぶし率に依存します。基本寸法を決めるにはつぶし率から
スタートして問題ないと思います。ただしOリング、加工溝はばらつきの公差
があります。公差域における最大、最小値での確認が必要です。

>2：その隙間の設定はJIS　B2406に記載されている「バックアップリングを
使用しない場合のすきまの最大値」を参考に導き出せば良いのでしょうか？
通常使用なら問題ないと思います。公差域において、溝における充填率が
100％を越えないようにしてください。

> 3：Oリングに対して何％以上は溝深さがないと脱落してしまうということ
はないのでしょうか？
運動用Oリングはヘタリと摩耗のリスクにさらされます。最悪の条件で
外圧とのバランスで脱落の可能性が無いとは言い切れません。NBR製の
Oリングで10～20％位は圧縮永久ひずみを見込んでおく必要があり、つぶし率
はこの値以上取るのが望ましいと思います。

Oリング材料は様々で、同じNBRでもメーカーによっても特性が微妙に違いま
す。基本的にはJISに準じる設計で問題ないと思いますが、溝の設計において
は実際に適用する部品の公差域の組み合わせで問題ないか十分に検討下さい。

お礼

お忙しい中、丁寧なご意見をしていただきありがとうございます。

初心者にありがちな見落としポイントを事細かに提示していただき、とても助かります。
ただ公式にあてはめて単純に値を出すだけではなく、色々な角度から不安要素がないか確認する作業をしなくてはならないと、改めて実感致しました。
選定過程のポイントポイントでチェックをさせていただきます。

結果としての最終的な返答は後日改めてさせていただきます。
貴重なアドバイスをありがとうございました。

回答No.2

noname#230359

Oリングの溝についてはメーカーサイトなどにも詳しく載っているだろうが、
つぶし率も推奨値があったように記憶しているが、使用条件などによっては
例えば、無圧で運動用ならば移動時の摩擦抵抗を減らしたいので「つぶし率」
を少なめにしたことがあります。ここら辺の塩梅を決めるのが設計でしょうか

案ずるよりも、Oリングメーカーの技術者に積極的に質問してみては如何か？
そうすればカタログには無いメーカーのマル秘情報が聞けるかも知れませんし
何より、聞くためにもある程度の知識も必要だし全てが身になろうかと思う

お礼

お忙しい中、ご回答していただきありがとうございます。
資料では得られない「経験」についての情報は、勤続年数が短い私にとってはとても貴重なご意見となります。ありがとうございます。

JIS規格品を大前提で選定するつもりではいるのですが、
対象物（軸の）形状、スペース上の問題から
メーカー独自の規格品を選定せざる得ない状況も考えられます。
そこで、もしそうなった時のためにもつぶし率を求められるように準備しておりました。
ただその場合でも、１Ｎの涙さんがおっしゃる通り、規格として持っている以上メーカーが推奨する寸法値があるでしょうから（カタログには記載されていませんでした）直接専門家であるメーカー技術者に相談してみることが良いかもしれません。
（１Ｎの涙さんがおっしゃる通り「聞くためにもある程度の知識も必要」の部分が私には欠けております…。
他案件でメーカーさんとの会話ごとの内容解釈に苦労しました。
今回もそうですが、自分のわかっていない部分についてご指摘をいただけることをとてもありがたく感じます。）

回答No.1

noname#230359

一般的には、固定用ではなく運動用のＯリングで、カタログに記載している内容で取付を
すれば良いと考えます。（手動でノズルが回転すると考えての事です）
そして、ノズルで使用との事ですが、使用流体の種類によってＯリングの材質を考慮する
事と、ノズルが流体圧力で回転する仕様の場合は、特に軸径の公差等に注意が必要です。
（この内容は、ノウハウの世界なので試作等での確認が必要です）

さて、
> 1：つぶし率を考慮しながら穴径＝軸径にならない範囲で穴径を設定すれば良いもの
　なのでしょうか？
　軸と穴の隙間について調べているうちに、その隙間はOリングはみだしに影響する
　のではないかというところへ辿りつきました。

ＹＥＳです。当然、ベアリング等の軸受け取付もあり、組付けを考慮すると軸と穴が
接触しない範囲で設定すれば良いでしょう。

> 2：その隙間の設定はJIS　B2406に記載されている「バックアップリングを使用しない
　場合のすきまの最大値」を参考に導き出せば良いのでしょうか？
　隙間の設定をし、穴径と溝幅を導き出せたとします。
　つぶし率・隙間を考慮していれば良いのでしょうか？

バックアップリングは、高圧使用時にOリングはみだし防止に使用します。
バックアップリングを使用しない低圧使用の場合は、あまりOリングはみだしを考慮する
必要はありません。（Oリングは丸なので、低圧の場合はみだし形状まで変形しない）
また、つぶし率は軸径と穴の溝径で決定され、溝幅は余裕を持ちます。
カタログ寸法取付で問題はありません。

> 3：Oリングに対して何％以上は溝深さがないと脱落してしまうということはない
　のでしょうか？

1：や 2：の回答内容にて、考慮する必要はないと判断します。

それと、穴溝にOリングをセットして、軸を挿入する組付仕様となりそうですが、
その場合Oリング内径部分のエッジにてOリングを傷つける問題が生じ、漏れの原因と
なるケースがあります。
その部分は面取り（45°カット）ではなく、30°又は15°カットで表面仕上げも
昔の記述ですが▽▽▽程度にすべきと考えます。

バックアップリング不使用は、楕円のためですか？
では、使用圧力は何MPaですか？

また、穴0リング溝も楕円で、穴の楕円ですか？
つぶし率は、各楕円の周長換算での按分ですね。
軸と穴の接触は、Oリングで回避で、径にもよりますが一般的には0.1～0.2mm程度。
つぶし率の径換算の50～100％位でしょうか？

お礼

お忙しい中、親切・丁寧な回答をしていただきありがとうございます。
一読はしたのですが、私が未熟であり回答内容を理解しきるまでに時間を要するため、取り急ぎ先行でお礼をさせていただきます。
（評価については理解してから押させていただきます。）

ノズルについてですが、対象物（軸側）が楕円形状であり、その外周から選定をしております。（Oリング組込部も楕円形状）
対象物は固定で、上下機構によりノズル側が対象物を覆い、純水で対象物を洗浄するという使用方法です。
ですので、後（ご）の先（せん）、アフターユーさんがおっしゃる通り、流体物を考慮して材質選定を行いたいと思います。
貴重なご意見ありがとうございました。

補足

http://www.packing.co.jp/ORING/sukima.htm

上記URL先を抜粋させていただきます。

「すきまは、溝部構成材料の熱膨張や、高圧による溝部の膨らみなどを考慮した上で、可能な限り小さくしたほうが安全です。すきまや圧力が小さくできない場合は、バックアップリングを併用しなくてはなりません」

おっしゃる通り、
楕円形状のため選定が困難
（楕円形状でも材質しだいでは選定が可能なのかもしれませんが、私ほどの未熟者の場合時間を要すると判断しました）
ということと、
「隙間を小さくできる場合は使用しなくても良い」と判断したため
バックアップリングは使用しない方向で検討していました。
（対象物を傷つけたくないということもありますが、これはバックアップリングの材質しだいで解決出来そうです）

使用圧力についてですが、すいません、まだ割り出せていません。
Oリングが対象物に接触してから、2mm以下の下降になります。
軸は固定されていて、ノズルは始め接触しない位置にいます。
ノズルを下降させてから接触してすぐZ位置は停止させるようなイメージです。
（説明下手で申し訳ないです。圧力は割り出せていませんが、Oリングにかかる負荷はシリンダーピストンで使用するOリングと比較すれば少ないであろう…と推測しています。）

まずはおっしゃる通り要求仕様を明確にしないといけませんね。
「未熟」という言葉で逃げているようで申し訳ないのですが、理解力・計算力が乏しく上記を明確にするまでに時間を要します。
早急なご回答していただいているにも関わらず私の方の返答はとても遅くなってしまいそうです。申し訳ございません。