油圧シール材の選び方｜NBR・FKM・PTFE・EPDMと作動油の相性マップ

油圧システムのトラブルで最も多いのが「油漏れ」です。その原因のかなりの割合を占めるのがシール材の選定ミスです。特に作動油を変更したタイミングでシールが膨潤・硬化して漏れが多発するケースは珍しくありません。本記事では、NBR・FKM・PTFE・EPDMの特性と作動油との相性を体系化します。

関連記事シールに接触するピストンロッドの材料と表面処理は 油圧ピストンロッドの材料と表面処理 で解説しています。

油圧シールの役割と要求特性

シールは「液体を閉じ込める」だけでなく、ピストンロッドやスプールと摩擦しながら動く「摺動シール」としての機能も果たします。そのため、単純な耐油性だけでなく、耐摩耗性・圧縮永久歪み・耐温度性が同時に求められます。

要求特性なぜ必要か
耐油性（耐膨潤性）作動油に接触しても体積変化・軟化が小さいこと
圧縮永久歪みが小さい長期間圧縮されても変形が元に戻り、シール面圧を維持すること
耐温度性作動油温度（常温〜120℃が多い）で劣化しないこと
耐摩耗性（摺動シール）ロッド・スプールとの摺動で早期摩耗しないこと

主要シール材料4種の特性

NBR（ニトリルゴム）

アクリロニトリルとブタジエンの共重合体。アクリロニトリル含量（AN量）が高いほど耐油性が上がり、低いほど低温柔軟性が向上します。油圧用には中〜高AN量品（33〜42%）が標準です。鉱物系作動油との相性が非常に良く、コストも安い。汎用油圧シールのデファクトスタンダードです。

FKM（フッ素ゴム、バイトン®など）

フッ素含量が高く、化学的安定性が極めて高いゴムです。耐熱性は−20〜＋200℃と広い。合成エステル系・リン酸エステル系・燃料に強い。ただしコストはNBRの5〜10倍。低温（−10℃以下）では硬くなりシール性が低下するため、寒冷地・低温環境には不適な場合があります。

PTFE（ポリテトラフルオロエチレン、テフロン®など）

ほぼすべての化学品に耐え、摩擦係数が極めて低い樹脂です。使用温度は−200〜＋260℃。ただし「ゴム弾性がない」ため、単体では油圧シールとして使いにくい。通常はNBR・FKMのOリングをバックアップリング（スペーサー）として使い、摺動面にPTFEを使う「複合シール」として使用します。

EPDM（エチレンプロピレンジエンゴム）

耐熱性・耐オゾン性・耐候性に優れますが、鉱物系作動油には接触禁止です。鉱物油でEPDMは急速に膨潤・軟化します。水・水蒸気・リン酸エステル系作動油・ブレーキフルード（DOT3/4）との相性が良い。一般油圧とは別世界の用途です。

材料耐熱温度低温限界コスト特徴
NBR＋100℃（短期＋120℃）−30℃◎鉱物油向け標準品
H-NBR（水素化NBR）＋150℃−30℃○NBRの耐熱・耐摩耗強化版
FKM＋200℃−20℃△高温・合成油・燃料向け
PTFE＋260℃−200℃△全薬品対応。弾性なし→複合シールで使用
EPDM＋150℃−50℃○水・リン酸エステル系専用。鉱物油で膨潤

作動油とシール材の相性マップ

作動油の種類NBRFKMPTFEEPDM
鉱物油系（R&O油・AW油）◎◎◎✕ 膨潤
合成炭化水素系（PAO）○◎◎✕
合成エステル系（生分解性）✕ 膨潤◎◎△
水-グリコール系○（AN量高め）△◎◎
リン酸エステル系（難燃）✕ 膨潤◎◎◎
脂肪酸エステル系（難燃）△◎◎△
注意「◎」でも使用温度・圧力・接触時間によって実際の適合性は変わります。作動油メーカーと使用する機器メーカーの両方に適合確認を取ることが原則です。特に難燃性作動油（リン酸エステル・水-グリコール）は切替時に既存シール全交換が必要です。

作動油を変更するときのシール材対応フロー

STEP 1：現行作動油と新作動油の種類を確認

鉱物油→生分解性エステルへの切替など、種類が変わる場合は必ずシール材を確認する。

STEP 2：現行シール材を特定する

機器メーカーの仕様書でシール材のゴム種を確認。「ニトリル」「バイトン」「フッ素」などの記載を探す。

STEP 3：相性マップで適合チェック

上表で新作動油との組み合わせを確認。「✕」の場合は作動油変更前にシール全交換が必要。

STEP 4：試験運転後の点検

作動油変更後1週間・1ヶ月で各シール部の目視点検と油量チェックを実施する。

トラブル事例：生分解性作動油切替でNBRシール全滅
状況環境対応のため作動油を鉱物油から合成エステル系（生分解性）に切り替えたところ、2週間で各所から油漏れが多発した。
原因既存のNBRシールが合成エステル系に接触して急速膨潤・軟化。Oリングの断面積が20%以上増加し、溝から逃げてシール面圧がゼロになった。
対策作動油変更前に全シールをFKMに交換（コスト増だがトラブル対応より安価）。以後、作動油変更時は必ずシール材適合確認を実施することを社内ルール化した。

シール交換サインと予防保全

症状考えられる原因対処
ロッド周りの微量にじみロッドシール摩耗・硬化ロッドシール交換。ロッド表面粗さも確認
作動油の急激な泡立ち吸込み側シール劣化でエア吸込みポンプ吸込み配管・Oリング点検
シリンダの速度低下（内部リーク）ピストンシール摩耗ピストンシール交換。ロッド表面も確認
弁ブロックからのにじみプラグOリング劣化全Oリング交換（エレメント交換時に合わせて）
シール選定チェックリスト
  • 使用する作動油の種類（鉱物油・エステル系・水-グリコール・リン酸エステル）を特定したか
  • 上表の相性マップでシール材との適合を確認したか
  • 作動油の使用温度（最高・最低）がシール材の耐熱・耐寒範囲内か確認したか
  • 作動油を変更する場合、事前にシール全交換の計画を立てたか
  • 作動油変更後1週間・1ヶ月の点検スケジュールを設定したか

まとめ

  • 鉱物油向け標準シールはNBR。コスト・入手性・性能のバランスが最良
  • 合成エステル系・リン酸エステル系に変更する場合はFKMまたはPTFEが必須
  • EPDMは鉱物油と接触禁止。水・リン酸エステル系専用
  • 作動油変更時は必ずシール材の適合確認をセットで行う
  • シール劣化サインを早期に捉えて予防交換することがトラブル防止の鍵
各部品・材料の詳細解説 各テーマの詳細は以下の記事で掘り下げています。
→ ピストンロッドの材料と表面処理｜S45C・SCM440・硬質Crめっき・DLCの使い分け
→ 油圧配管材料の選び方｜STPG370・STS370・SUS316Lの使い分け
→ 油圧ポンプの材料｜FC250・ADC12・鋳鋼の使い分けと選定基準
→ 油圧シール材の選び方｜NBR・FKM・PTFE・EPDMと作動油の相性マップ
→ 作動油と金属腐食｜鉱物油・エステル系・水グリコール系が金属に与える影響

コメント