- ▸表面粗さをRa 0.4 μmから0.05 μmに低減するとシール漏れが90％削減できるため、カーボングラファイトシールリングの出荷検査で必須項目となっている
- ▸メカニカルシールのシール面はRa ≤ 0.1 μmかつRzによる耐摩耗性評価が必要であり、ブッシュの内径はRaとRmaxで傷の検出を行う
- ▸VBの側面摩耗が0.2 mm以上になると粗さが著しく悪化し、ダイヤモンドコーティング工具でRa ≤ 0.1 μmを達成可能
- ▸シール面の平面度は0.6 μm以下でなければならず、均一な干渉縞が見える光学フラットで検証する
表面粗さをRa 0.4 μmから0.05 μmに改善すると漏れが90％減少するため、カーボングラファイトシールリングの表面粗さは出荷検査の必須項目です。ただし地域によって要求値は異なり、メカニカルシールのシール面はRa ≤ 0.1 μmかつ耐摩耗性評価のためRzも必要ですが、ブッシュの内径は主に傷の検出が目的です。本稿では部品ごとの粗さ目標、測定方法、工程管理を示し、工具摩耗限界での交換タイミングも解説します。
1. 粗さパラメータの説明
1.1 Ra（算術平均粗さ）
Raは最も一般的なパラメータで、サンプリング長さにおける絶対プロファイル偏差の算術平均です。表面の全体的な滑らかさを示しますが、ピークと谷の区別はできず、極端なピークには鈍感です。カーボングラファイトのシール面は通常Ra ≤ 0.1 μmが求められます。
1.2 Rz（最大高さ粗さ）
Rzはサンプリング長さ内の最高峰5点と最低谷5点の平均値です。極端なピークに敏感で、耐摩耗性をより反映します。同じRaでもRzは大きく異なる場合があります。高級シールではRz ≤ 0.5 μmが要求されることがあります。
1.3 Rq（二乗平均平方根粗さ）
Rqは大きな偏差により敏感で、統計解析に用いられます。通常Raより10～25％高い値を示します。
1.4 Rmax（最大粗さ深さ）
Rmaxは単一のサンプリング長さ内の最大ピークと谷の差です。点状欠陥に敏感で、傷の検出に用いられます。
1.5 Rt（総粗さ深さ）
Rtは評価長さ内の最大ピークと谷の差で、最大の表面凹凸を示します。
1.6 パラメータの選択
- シール面：Ra + Rz（全体の滑らかさ＋耐摩耗性）
- 摺動ブッシュ内径：Ra + Rmax（傷の検出）
- 非機能面：Raのみ
- 重要用途：Ra + Rz + Rmax（原子力、航空宇宙）
2. 地域別の粗さ要求値
2.1 メカニカルシール面
シール面は核心の作動面で、高い平面度と仕上げが求められます。
- 一般用途：Ra 0.05～0.1 μm
- 高粘度媒体：Ra 0.1～0.2 μm（多少の粗さで油膜保持）
- 低粘度媒体（例：LPG）：Ra ≤ 0.05 μm
- 面の平面度：≤ 0.6 μm（蛍光検査付き）
2.2 ブッシュ内径
内径はジャーナルと対になる摺動軸受の作動面です。
- 一般用途：Ra 0.4～0.8 μm
- 高速用途：Ra 0.2～0.4 μm
- 低速重負荷：Ra 0.8～1.6 μm（適度な粗さで油膜保持）
2.3 ブッシュ外径
外径はハウジングと対になり、主に位置決め用です。
- 干渉嵌合：Ra 0.8～1.6 μm
- クリアランス嵌合：Ra 0.4～0.8 μm
2.4 分割リングの分割面
分割面は分割リングの重要なシール面で、高い平面度が必要です。
- 平面度：≤ 0.01 mm
- 粗さ：Ra 0.4～0.8 μm
2.5 シール面から外径への遷移アーク
応力集中が発生するため、滑らかな遷移が必要です。
- 粗さ：Ra 0.4～0.8 μm
- アーク半径：R 0.5～1.0 mm
3. 測定方法と機器
3.1 接触式プロフィロメーター
接触式プロフィロメーター（例：Mitutoyo SJ-210、Taylor Hobson Surtronic）は、ダイヤモンドスタイラスを表面に沿って走らせて測定します。利点：Ra、Rz、Rmaxを安定した結果で測定可能。欠点：スタイラスが軟らかい材料を傷つける可能性があるため、グラファイトには低荷重（0.75 mN）のスタイラスを使用します。
3.2 光学式プロフィロメーター
光学式プロフィロメーター（例：Keyence VK-Xレーザー共焦点顕微鏡）はレーザーで表面を走査し、非接触で測定します。利点：非破壊で3Dトポグラフィーが得られる。欠点：反射率の低いグラファイトにはコーティングが必要です。
3.3 干渉計プロフィロメーター
干渉計は光波の干渉を利用して表面を測定し、ナノメートルレベルの精度を持ちます。超精密なシール面検査に適しています。
3.4 比較標準片
標準粗さ試験片（GB/T 6060.2）を製品と目視比較します。工場内の迅速なチェックに適していますが、精度は限定的です。
3.5 蛍光検査
シール面に蛍光染料を塗布し、紫外線下で観察します。微細な亀裂や孔を検出可能で、平面度検査と併用されることが多いです。
4. Huahao Sealingの検査フロー
4.1 初品検査
ロットごとに最初の製品を100％粗さ検査し、工程の安定性を確認します。
4.2 工程内抜き取り検査
GB/T 2828.1のAQL 1.0に基づき抜き取り検査を実施。主要パラメータはRa、Rzです。
4.3 最終出荷検査
出荷前に製品ごとに主要部位の粗さと外観を100％検査し、検査成績書を添付します。
4.4 検査機器
- Mitutoyo SJ-410プロフィロメーター（0.01 μm精度）
- Taylor Hobson Form Talysurf PGI 1240（0.001 μm精度）
- Keyence VK-X200レーザー共焦点顕微鏡
- 光学フラット（φ150 mm、λ/10精度）
5. 粗さに影響する工程要因
5.1 工具要因
- 摩耗：フランク摩耗VB ≥ 0.2 mmで粗さが大幅に増加
- 形状：主刃角5～10°、逃げ角8～12°、コーナー半径0.4～0.8 mmが望ましい
- 材料：ダイヤモンドコーティング工具でRa ≤ 0.1 μmを達成可能
5.2 切削条件
- 速度：速度が高いほど表面が滑らかになる
- 送り：送りを低くすると表面は滑らかになるが効率は低下
- 切込み深さ：仕上げは0.1～0.2 mmが適切
5.3 被削材要因
- グラファイト密度：密度が高いほど粗さが低減
- 含浸：多孔質が高いと加工後に「ピンホール」が発生
- 異方性：圧縮方向に沿った性質と横方向で異なる
5.4 機械要因
- スピンドル振れ：≤ 1 μm
- 送り精度：≤ 2 μm
- 剛性：高剛性は振動を抑え表面品質を向上
6. 典型的な問題と対策
6.1 表面のまだら模様
症状：周期的な縞模様や斑点が現れる。
原因：工具振動、機械剛性不足。
対策：切込み深さを減らし、速度を上げ、工具の取り付けを確認。
6.2 エッジの欠け
症状：エッジが割れる。
原因：逃げ角過大、衝撃力。
対策：逃げ角を減らし、アーク入りを使用し、支持を追加。
6.3 ピンホール
症状：表面に小さな穴が発生。
原因：含浸不足、多孔質。
対策：含浸を改善し、含浸圧力を上げる。
6.4 傷
症状：深い方向性の傷。
原因：冷却液の汚染、工具摩耗。
対策：工具を点検し、冷却液をろ過。
結論
グラファイトシールの表面粗さ管理は、材料、工程、設備、検査を網羅するシステム工学的な取り組みです。Huahao Sealing Co., Ltd.は、含浸からラッピングまでの各段階で厳格な工程仕様を設けた完全な粗さ保証システムを確立しています。粗さ検査報告書および工程コンサルティングを提供しておりますので、当社のエンジニアリングチームまでお問い合わせください。