リニアシャフトは高圧環境で使用できますか？

リニア シャフトは一部の加圧環境で動作できますが、標準シャフトを自動的に耐圧力コンポーネントとして扱うべきではありません。最初の問題は、シャフトが加圧チャンバー内に完全に留まるのか、それともチャンバーの壁を通って移動するのかということです。これら 2 つの構成には、非常に異なるエンジニアリング要件が含まれます。

シャフトがチャンバー内に残っている場合、周囲圧力がソリッドスチールシャフトに直接与える影響は限定的ですが、圧力媒体、腐食、潤滑、およびリニアベアリングシールを評価する必要があります。シャフトが圧力境界を越える場合、シャフト、ダイナミックシール、ベアリングサポート、ハウジング、圧力容器を含む完全なフィードスルーを 1 つのシステムとして設計し、テストする必要があります。

「高圧環境」とは何を意味しますか?

「高圧環境」という表現は、リニアシャフトを単独で選択するには広すぎます。いくつかの異なる動作条件を説明できます。

• 加圧ガスが満たされたチャンバー内で完全に動作するシャフト。
• 加圧された油、水、またはその他の液体に浸されたシャフト。
• 圧力容器の壁を貫通する往復シャフト。
• 高い機械的負荷がかかるシャフトですが、高い流体圧力にはさらされません。

最後の条件は高負荷のアプリケーションですが、必ずしも高圧の環境である必要はありません。機械的負荷は、シャフトの応力、たわみ、サポート間隔、支持力を通じてチェックする必要がありますが、流体またはガスの圧力については、シーリング、互換性、システムの安全性をさらに考慮する必要があります。

ケース 1: シャフトが加圧チャンバー内で動作する

均一に加圧されたチャンバー内に完全に配置された中実のリニア シャフトは、通常、その表面全体にわたる大きな圧力差にさらされることはありません。この配置では、通常、主な関心事は周囲の媒体とシャフトとともに動作するコンポーネントです。

次の条件を確認する必要があります。

• 中程度の互換性:チャンバーに空気、不活性ガス、作動油、水、蒸気、または化学流体が入っているかどうかを確認します。
• 腐食の危険性:湿気、塩分、化学物質、プロセス流体がシャフトの表面を攻撃する可能性があります。
• 潤滑剤の挙動:潤滑剤は安定性を維持し、作動媒体、温度、シール材料との適合性を維持する必要があります。
• ベアリングとシールの性能:リニアベアリングのシールとリテーナーは、圧力や化学薬品にさらされると異なる動作をする場合があります。
• 圧力サイクル:加圧と減圧を繰り返すと、シール、閉じ込められたガス、および潤滑剤の保持に影響を与える可能性があります。

この場合、シャフト自体は適切なシャフト材質と表面処理を選択するだけで十分ですが、リニアベアリング、シール、潤滑システムなどを見直す必要があります。

ケース 2: シャフトが圧力境界を超える

より厳しい状況は、往復リニア シャフトが加圧された筐体の壁を通過するときに発生します。圧力差がシャフトの有効領域に作用し、軸方向の力が発生します。

円形シャフトの場合、有効断面積は次から推定できます。

たとえば、20 mm のシャフトは 1 MPa の圧力差にさらされ、摩擦、加速、外部作動荷重が加わる前に約 314 N の軸力が発生します。この計算はアセンブリが安全であることを証明するものではありませんが、アクチュエータ、シール、サポートの選択に圧力を含める必要がある理由を示しています。

圧力境界を越えるシャフトには、適切な動的シール構成も必要です。媒体および動作条件に応じて、システムは特別に設計されたロッドシール、パッキン、ベローズ、磁気カップリング、または別の目的に設計されたフィードスルーを使用する場合があります。標準のリニアベアリングシールは、主に潤滑剤を保持し、汚染を軽減するように設計されています。自動的に圧力保持シールになるわけではありません。

どのシャフト材質を考慮する必要がありますか?

材料の選択は、圧力数値だけよりも、圧力媒体と腐食への曝露に大きく依存します。

DLY リニアシャフトは、製品タイプに応じて、さまざまな材料およびさまざまな表面処理で製造できます。標準の硬化リニア シャフト表面は、シャフトがリニア ベアリングの回転トラックとしても機能するため、一般に硬度、真直度、仕上げが制御されます。ただし、これらの製造特性を認定圧力定格として解釈すべきではありません。

化学的に攻撃的な媒体の場合は、正確な濃度、温度、暴露時間を提供する必要があります。ステンレスのグレードが異なれば、塩化物、酸、その他の化学物質に対する反応も異なるため、一般的な「ステンレス鋼」という説明だけでは十分ではありません。

シールにとって表面仕上げが重要な理由

シャフトがダイナミックシールを通過するとき、その表面状態は漏れ、摩擦、シールの摩耗に影響を与えます。表面が粗すぎるとシールリップが損傷する可能性があり、また、傷、へこみ、錆、またはコーティングの不連続性によって漏れ経路が生じる可能性があります。

したがって、シャフトは次の点について評価する必要があります。

• シール領域の直径と公差。
• 選択したシールメーカーが要求する表面粗さ。
• 往復運動時の真直度と振れ。
• 硬度と耐摩耗性。
• 傷、腐食ピット、メッキ欠陥がないこと。
• 組み立て時にシールを傷つけないようにエッジ処理を行っています。

転がりリニアベアリングに必要な仕上げは、圧力シールに必要な仕上げと同じではない場合があります。同じシャフト表面が両方の機能を実行する場合は、両方の要件を確認する必要があります。

既存の DLY リニアシャフトのイメージ

下記の製品は精密リニアシャフトの一例です。写真はシャフトのタイプと表面状態を示していますが、圧力認証や完全な圧力シールアセンブリを表すものではありません。

潤滑および圧力媒体の適合性

潤滑剤の選択は、「高圧グリース」などのラベルのみに基づいて行うべきではありません。潤滑剤は、周囲の流体またはガス、動作温度、軸受の材質、シールの材質、およびメンテナンス方法と適合する必要があります。

潜在的な問題には次のようなものがあります。

• 液体環境では潤滑剤が洗い流されます。
• グリースの増粘、分離、またはプロセス媒体との反応。
• エラストマーシールの膨張または硬化。
• 圧力サイクルを繰り返すと潤滑が失われます。
• グリースや摩耗粒子によるクリーンプロセスの汚染。

食品、医療、酸素が豊富なシステム、または化学物質に敏感なシステムでは、用途固有の潤滑剤と追加の安全性レビューが必要になる場合があります。互換性を確認せずに、標準の工業用グリースが適切であると想定すべきではありません。

何をテストする必要がありますか?

シャフトが圧力を含むアセンブリまたは圧力交差アセンブリの一部である場合、テストはシャフト単体ではなくシステム全体に対して実施する必要があります。

必要な試験圧力、安全係数、および認証は、機械、管轄区域、媒体および該当する圧力機器の規格によって異なります。これらの要件は、機器全体を担当する設計者によって確認される必要があります。

シャフトを選択する前に提供する情報

お客様からのよくある質問は、「このシャフトは 5 MPa に耐えられますか?」というものです。この圧力値だけではシャフトを推奨するのに十分ではありません。次の情報を提供する必要があります。

1. シャフトはチャンバー内に留まりますか、それともチャンバーの壁を貫通しますか?
2. 正常圧力と最大圧力の差はどれくらいですか?
3. 媒体は空気、ガス、油、水、蒸気、または化学流体ですか?
4. 動作温度と洗浄温度は何度ですか?
5. 必要なシャフト直径、ストローク、速度、サイクル周波数は何ですか?
6. シャフトにはどのようなラジアル荷重、アキシアル荷重、モーメント荷重が作用しますか?
7. どのリニアベアリングとダイナミックシールが使用されますか?
8. 圧力容器または業界の認定は必要ですか?

材質、径、硬さ、支持方法、ベアリングのマッチングなど一般的なシャフトの選定については、リニアシャフト選定ガイド。湿気や軽度の腐食が主な懸念事項である場合は、次のことを比較してください。クロームメッキシャフトと通常のリニアシャフト。 DLY で利用可能なシャフト タイプは、リニアシャフト製品ページ。

結論

リニアシャフトは、その材料、表面処理、ベアリング、潤滑剤、および周囲の媒体に適合性がある場合、特定の加圧環境内で使用できます。ただし、軸が圧力境界を通過すると動的シールシステムの一部となるため、軸仕様だけでは選択できません。

完全なアセンブリが定義された圧力、温度、媒体、および動作サイクルに対して設計および検証されていない限り、標準リニア シャフトを定格圧力として記述しないでください。

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