グラファイトリング面の平坦度検査方法と基準

グラファイトシールリングの面の平坦度はシール品質の重要指標であり、密封性能と寿命を直接左右します。平坦度の偏差が大きいと面接触が不均一となり、局所的な漏れや摩耗の促進を招きます。Huahao Sealing Co., Ltd.（霍邱县华豪密封件有限公司）の精密検査技術者として、当社は包括的な平坦度検出システムを確立しています。本稿ではグラファイトリングの面平坦度検出方法、基準、作業ポイント、よくある問題を体系的に解説します。

1. 平坦度の基本概念

1.1 定義と単位

平坦度とは、実際の表面が理想的な平面からどれだけずれているかの変動量であり、最高点と最低点の距離で表されます。工学的にはマイクロメートル（μm）または光条で表現されます。1光条はナトリウム光の波長589.3 nmの半分、すなわち0.0002945 mm（約0.3 μm）に相当します。

1.2 検出基準

• 一般的なメカニカルシール：≤0.0009 mm（3光条）
• 高速メカニカルシール（線速度25 m/s超）：≤0.0006 mm（2光条）
• ドライガスシール：≤0.0006 mm（2光条）
• 高精度静止シール：≤0.0015 mm（5光条）

2. 主な検出方法

2.1 単色光干渉法（標準方法）

#### 原理

ナトリウムランプ（波長589.3 nm）からの単色光を試験面に照射し、光学フラットとの干渉縞を形成します。縞の数と形状により平面度を判定します：

• 1光帯＝0.0002945 mm
• 直線状の縞：合格、縞の数が対応する光帯数と一致
• 曲線状の縞：不合格、曲率の方向と程度で凸凹を判別
• 同心円状の縞：球面または円錐面、著しく不合格

#### 操作ポイント

1.試験面および光学フラットをアセトンまたは無水エタノールで清掃し、テスト前に清潔にする

2.光学フラットを試験面に優しく置き、押し付けない

3.干渉縞が鮮明になるように光の角度を調整する

4.読み取り顕微鏡または目視で縞を数える

5.3～4方向で測定し、最大値を採用する

#### 長所と制限

• 長所：高精度（0.0001 mm）、直感的、国際標準
• 制限：表面粗さRa≤0.05 μmの研磨面が必要、大型または粗い面は測定不可

2.2 レーザー干渉法

#### 原理

レーザー干渉計はレーザーのコヒーレンスを利用し、干渉縞解析で平面度を算出します。精度は0.0001 mmに達し、デジタル出力が可能です。

#### 長所

• 測定速度が速く、1点あたり30秒未満
• 直径500 mm以上の大型面も測定可能
• デジタル出力で記録保存・トレーサビリティが確保
• ロット検査に適する

2.3 ダイヤルゲージ法

#### 原理

試験片を精密平板上に置き、ダイヤルゲージで複数点を測定。最大値と最小値の差が平面度となります。

#### 操作ポイント

• 精度0.001 mmのダイヤルゲージを使用
• 測定点は最低9点（3×3の格子状）
• 測定方向を一定にし、繰り返し誤差を避ける
• 平板の平面度は試験片の3倍以上良好であること

#### 制限

• 精度が低く（0.001 mm）、高精度シールには不適
• 接触測定のため研磨面を傷つける恐れがある

2.4 空気圧測定法

#### 原理

圧縮空気ノズルと試験面間のクリアランス変化を利用し、圧力変化から平面度を反映。精度は0.0002 mmです。

#### 特徴

• 非接触で表面を傷つけない
• 測定が速く、ロット検査に適する
• オンライン測定への統合が可能
• 設備コストが高い

2.5 三次元測定機（CMM）

#### 原理

CMMによる多点スキャンで面をフィッティングし、平面度を算出します。

#### 特徴

• 高精度（0.0002 mm）
• 複雑形状の測定が可能
• 測定速度は遅く、サンプリング検査向き
• 設備投資が大きい

3. 検出環境の要件

3.1 温度管理

• 標準測定温度：20±2℃
• 試験片は測定前に温度管理室で4時間以上放置
• 温度変化率：1℃/時間未満
• 温度勾配：0.5℃/m未満

3.2 湿度管理

• 相対湿度：50％～60％
• 結露による干渉縞の不鮮明化を避ける

3.3 振動管理

• 試験台は機械やコンプレッサーなど振動源から離す
• 振動速度は0.5 mm/s未満
• 必要に応じて防振基礎を使用

3.4 清潔度

• 試験室は清潔で、ほこりや油分がない状態を保つ
• 試験片、光学フラット、測定器具はアセトンで清掃
• 操作者は糸くずの出ない手袋を着用すること

4. 検査工程と判定

4.1 試験前準備

1.温度調整：20±2℃で4時間以上保持

2.ワークの清掃：アセトンで表面を拭き、糸くずの出ない布で乾燥

3.光学フラットの清掃：レンズペーパーと無水エタノールで拭く

4.設備準備：干渉計の電源を入れ、光源が安定するまで15分待機

4.2 試験操作

1.ワークを表面を上にして試験台に置く

2.光学フラットをワーク表面に軽く置く

3.ナトリウムランプの角度を調整（約30°の入射角）

4.干渉縞の形状と本数を観察

5.ワークを回転させ、4方向（0°、45°、90°、135°）で試験

6.最大の光帯本数を記録

4.3 判定基準

• 合格：最大光帯数が3本以下（0.0009 mm以下）
• 不合格：最大光帯数が3本を超える場合
• 曲線状の干渉縞：本数に関わらず不合格
• 同心円状の干渉縞：著しい不合格、再ラッピングが必要

4.4 試験報告書

以下を含むこと：

• ワーク情報（図面番号、ロット、シリアル番号）
• 試験方法、使用機器
• 環境条件（温度、湿度）
• 各方向の試験結果
• 最大値および判定結果
• 検査担当者および日付

5. よくある問題と対策

5.1 干渉縞が不鮮明

原因：

• 表面粗さ Ra > 0.05 μm
• 表面の不十分な清掃
• 光学フラットとワーク間の塵埃
• 光源の出力不足

対策：

• 再ラッピングおよび研磨で Ra ≤ 0.05 μmに調整
• アセトンで再清掃
• 光学フラットをレンズペーパーで拭く
• 光源の距離と角度を調整

5.2 再現性が悪い

原因：

• 温度調整不足
• ワークの応力が解放されていない
• 光学フラット自体の不良
• 検査員の読み取りミス

対策：

• 温度調整時間を8時間以上に延長
• 仕上げ後ワークを24時間養生
• 光学フラットの定期校正（平面度 ≤ 0.00005 mm）
• 検査員の教育および二重確認の実施

5.3 エッジの干渉縞異常

原因：

• エッジの欠けやたわみ
• ラッピング時のエッジ圧力の不均一
• ワークのクランプ変形

対策：

• 専用ラッピング治具を使用し均一な圧力をかける
• ラッピング圧力を0.05～0.10 MPaに管理
• ラッピング後にエッジを0.2×45°に面取り

6. 代表的な試験事例

6.1 遠心ポンプ用メカニカルシール カーボングラファイトリング

ワーク寸法：外径75 mm、内径65 mm、高さ15 mm

要求：平面度 ≤0.0009 mm（3光帯）

試験方法：レーザー干渉計、4方向で最大2光帯

判定：合格

6.2 高速コンプレッサ用ドライガスシール カーボングラファイトリング

ワーク寸法：外径150 mm、内径120 mm、高さ20 mm

要求：平面度 ≤0.0006 mm（2光帯）

試験方法：単色光干渉法、4方向で最大1.5光帯

判定：合格

6.3 大型リアクター用カーボングラファイトシールリング

ワーク寸法：外径500 mm、内径450 mm、高さ30 mm

要求：平面度 ≤0.0015 mm（5光帯）

試験方法：レーザー干渉計、最大4光帯

判定：合格

結論

カーボングラファイトシールリングの表面平面度検査は、シール品質を確保するための重要な工程です。科学的な検査方法、厳密な環境管理、標準化された手順により、シール面の品質を正確に判定し、不良品の市場流出を防止します。Huahao Sealing Co., Ltd.は、レーザー干渉計や単色光干渉計などの先進的な検査設備を備え、包括的な平面度検査体制を整えており、すべてのカーボングラファイトシールリングが品質要求を満たすことを保証しています。お客様には第三者検査の委託や当社検査能力の見学を歓迎いたします。