カーボングラファイトシールの公差基準解説

グラファイトシールの寸法公差管理は、メカニカルシール製造における最も重要な精度指標の一つです。ミクロン単位のずれがシール不良や組立困難を引き起こすことがあります。Huahao Sealing Co., Ltd.では生産において厳格な公差管理を実施しています。本稿では関連する規格要件と加工管理ポイントを体系的に解説します。

1. 関連規格体系

1.1 中国国家規格（GB）

GB/T 14295「メカニカルシールの技術条件」、GB/T 5894「メカニカルシール用カーボングラファイトシールリング」などの規格は、グラファイトシールリングの寸法公差、幾何公差、表面品質を規定しています。主な要件は、面の平坦度が0.0009mm（0.9μm）以下、基準面に対する面の垂直度が0.03mm以下、シール面の粗さRaが0.4μm以下です。

1.2 国際規格

ISO 21049「石油、石油化学および天然ガス産業用ポンプ―遠心ポンプおよび回転ポンプ軸シールシステム」、API 682「石油、石油化学および天然ガス産業用ポンプ軸シールシステム」などの国際規格は、特に高温高圧条件下での安定性を含め、石油化学産業向けメカニカルシールの公差および性能に対してより厳しい要求を課しています。

1.3 ドイツ工業規格（DIN）

DIN 24960「メカニカルシール用シール室およびシールリングの主要寸法」は、シールリングの標準寸法系列を定めており、互換性の基礎を提供します。Huahaoの標準モデルであるG6、G60、104、109はこの系列に準拠しています。

2. 主要寸法公差

2.1 面の平坦度

面の平坦度はメカニカルシールにおける最も重要な精度指標であり、シール性能に直接影響します。基準では0.0009mm以下（三本の単色光干渉縞）と定められています。Huahaoは単色光干渉計を用いた出荷検査を実施し、すべての製品の面の平坦度を0.6μm以内に管理しており、業界をリードするレベルです。

2.2 面の平行度

回転リングと固定リングの二つの面の平行度は、組み立て後のシールの荷重均一性に影響します。基準では面の平行度は0.02mm以下とされています。加工では、微細研削時にワークの位置決めを安定させ、クランプ変形による平行度の悪化を防ぐ必要があります。

2.3 内径と外径の同心度

シールリングの内径と外径の同心度は、軸およびシール室との嵌合に直接影響します。基準では同心度は0.025mm以下と定められています。Huahaoでは内外径の研削を一回のセットアップで完了させ、同心度の安定を確保しています。

2.4 嵌合寸法公差

シールリングと軸の嵌合は通常H8/h7またはH7/k6を用います。公差範囲は軸径により異なります。例えば、軸径50mmでH8/h7嵌合の場合、穴の公差は+0.039/0mm、軸の公差は0/-0.025mm、最大すきまは0.064mm、最小すきまは0mmとなります。

3. 表面品質要求

3.1 面の粗さ

シール面の粗さは膜形成およびシール性能に直接影響します。基準ではRaは0.4μm以下とされていますが、Huahaoでは実際にRa0.1～0.2μmで管理し、面仕上げを確実にしています。粗すぎると初期摩耗が加速し、逆にRa0.05μm未満では膜形成に不利であり、むしろ性能を損ないます。

3.2 嵌合面の粗さ

軸またはシール室との嵌合面はRa1.6μm以下が要求されます。粗すぎるとシールリングの嵌合に影響し、粗さが低すぎると組み立てが困難になります。

3.3 外観品質

シール面にはひび割れ、エッジの欠け、気孔や異物混入があってはなりません。Huahaoでは10倍拡大鏡と蛍光浸透探傷検査の両方を用いて二重検査を行っています。

4. 加工工程管理

4.1 微細研削

微細研削は平坦度管理の鍵となる工程です。Huahaoでは高精度の平面研削盤を使用し、砥石の線速度は25～30m/s、ワークの送りは1ストロークあたり0.01～0.03mm、十分な研削冷却液を供給しています。研削直後に平坦度を検査し、不合格品は再加工します。

4.2 ラッピングおよび研磨

極めて高い平坦度が要求される製品にはラッピングおよび研磨を行います。W5～W7のダイヤモンドラッピングコンパウンドを使用し、ラッピング圧力は0.05～0.1MPa、ラッピング時間は平坦度要求に応じて調整します。

4.3 工程内検査

Huahaoでは重要工程に工程内検査ポイントを設定しています：荒研削後の寸法、微細研削後の平坦度および平行度、ラッピング後の全数検査。すべての検査データはSPC統計的工程管理にフィードバックされ、工程の安定性を確保しています。

5. 検査および受入

5.1 出荷検査項目

Huahaoの出荷検査は、外観（10倍拡大鏡）、寸法（外径、内径、高さ、接合クリアランス）、幾何公差（平面度、平行度、直角度、同心度）、表面品質（粗さ）、および材料特性（硬度、密度、圧縮強度）を対象としています。

5.2 抜き取り比率

抜き取り検査はGB/T 2828.1に準拠し、一般検査レベルII、AQL値は以下の通りです：クラスA不適合（重要寸法および性能）0.65、クラスB（一般寸法）1.5、クラスC（外観）2.5。

5.3 検査報告書

各ロットには、材料グレード、含浸タイプ、主要寸法測定値、幾何公差測定値、硬度試験値、平面度干渉図を含む検査報告書が添付されます。

6. 結論

公差管理はカーボングラファイトシール製造の核心技術であり、シール性能と使用寿命を直接決定します。Huahao Sealing Co., Ltd.は、すべての製品が国家および業界標準を満たすかそれを上回ることを保証するため、包括的な公差管理および検査システムを確立しています。今後も加工精度の向上に努め、お客様により高品質なシール製品を提供してまいります。