ソレノイドバルブの性能における重要な選択：シール材選定ガイド

はじめに​

産業オートメーションにおいて、ソレノイドバルブは、製造業や化学プロセスからエネルギーやヘルスケアに至るまで、幅広い用途において流体の流れを制御するための重要な部品として機能しています。バルブの設計と電磁効率はしばしば大きな注目を集めますが、シール材の選択は長期的な性能を決定づける重要な要素です。シール材は、内部および外部からの漏れを防ぎ、圧力の完全性を維持し、媒体、温度、動作サイクルによる劣化を防ぎます。動作条件との適合性を誤って判断すると、早期故障、安全リスク、そしてコストのかかる計画外のダウンタイムにつながる可能性があります。この記事では、広く使用されている3種類のシール材について検証します。NBR、FKM、EPDM材料特性をアプリケーション要件に適合させるための構造化されたフレームワークを提供します。

1. ソレノイドバルブの信頼性におけるシールの役割

ソレノイドバルブのシールは複数の重要な機能を果たします。

漏れの防止: 可動部品とバルブ本体の間に密閉されたバリアを作成することにより、シールは静的アプリケーションと動的アプリケーションの両方で漏れをゼロにします。

耐薬品性: 膨張、ひび割れ、劣化することなく、油、酸、溶剤、蒸気などの腐食性媒体への暴露に耐える必要があります。

温度適応: シールは、極低温状態から高温蒸気環境まで、極端な温度でも弾力性を維持します。

機械的耐久性: バルブ作動による繰り返しの圧縮と摩擦に耐え、数百万サイクルにわたって摩耗や押し出しに抵抗します。

不適切な材料を選択すると、シール硬化、押し出し、化学腐食などが発生し、バルブ故障の一般的な原因となります。

2. 主要なシーリング材：特性と用途​

2.1 NBR（ニトリルブタジエンゴム）​

主な強み：鉱物油、燃料、グリースに対する優れた耐性により、油圧・空気圧システムに最適なコスト効率の高いソリューションとなります。また、優れた耐摩耗性と引張強度も備えています。

制限事項: オゾン、紫外線暴露、ケトン/エステルベースの溶剤に対して脆弱であり、動作温度範囲は高度なポリマーよりも狭い。

温度範囲: -30°C ～ +100°C (短期)。

最適な用途: 圧縮空気システム、エンジン燃料ライン、潤滑油制御、鉱油を使用する産業用油圧。

2.2 FKM（フッ素ゴム）​

主な強み：高温、化学薬品、酸化に対する優れた耐性。FKMシールは、酸、合成油、芳香族炭化水素などの過酷な媒体においても信頼性の高い性能を発揮します。

制限事項: コストが高い、低温での柔軟性が限られる、ケトン、エステル、アンモニアと互換性がない。

温度範囲: -20°C ～ +200°C (短期ピーク最大 230°C)。

最適な用途: 化学処理、製薬機器、高温蒸気ライン、自動車ターボシステム。

2.3 EPDM（エチレンプロピレンジエンモノマー）​

主な強み：優れた耐熱性、耐蒸気性、耐オゾン性、耐候性。また、リン酸エステル系流体（例：Skydrol）や希酸・希アルカリにも耐性があります。

制限事項: 鉱油や燃料用途には適していません。露出すると急速な膨張と故障が発生します。

温度範囲: -40°C ～ +150°C (短期)。

最適な用途: 水処理システム、冷却回路、食品および飲料加工、リン酸エステルを使用する航空油圧。

3. 比較分析：適切な材料の選択

以下の表は主要なパフォーマンス属性をまとめたものです。

4. 構造化された選択方法論

ステップ1：流体媒体を定義する

水、蒸気、またはアルコール: EPDM は耐水性に優れているため、通常、最適です。

オイル、燃料、または炭化水素: NBR または FKM が適していますが、高温または合成流体の場合は FKM が適しています。

化学的に攻撃的な媒体: 耐薬品性チャートを使用して互換性を確認します。多くの場合、FKM は最も広範な耐性を提供します。

ステップ2：温度と圧力を評価する

高温環境（> 150°C）：急速な老化を防ぐには、FKM または特殊ポリマー（FFKM など）が必要です。

極低温用途: EPDM または PTFE ベースの材料は低温でも弾力性を維持します。

極端な圧力: シールの機械的強度と押し出し防止設計がシステム圧力に適合していることを確認します。

ステップ3: 寿命とコストの制約を評価する

寿命が短く、重要度の低いシステム: NBR はパフォーマンスと経済性のバランスを実現します。

長寿命、過酷、または安全性が重要となるアプリケーション: ダウンタイムの短縮と信頼性の向上のために FKM に投資します。

5. よくある落とし穴とその結果

NBR を蒸気またはオゾンとともに使用すると、数週間以内に硬化、ひび割れ、漏れが発生します。

石油パイプラインに EPDM を適用すると、シール部分の急速な膨張、バルブの固着、システム障害が発生します。

低温ガス用に FKM を選択: 低温グレードがない場合、-20°C 未満で脆性破壊が発生する可能性があります。

6. シール技術の将来動向

高性能ブレンド: PTFE 充填エラストマーは、摩擦を低減しながら耐薬品性と耐熱性を強化します。

スマートシール: 埋め込みセンサーが摩耗、圧力、温度を監視し、予測メンテナンスを可能にします。

持続可能な材料: バイオベースのポリマーとリサイクル可能な化合物は、環境に配慮した業界で注目を集めています。

結論​

シール材の選定は、画一的なプロセスではなく、材料特性と運用上の要求を体系的に調整するプロセスです。NBRは油系システムに優れ、FKMは強力な化学薬品や高温への耐性に優れ、EPDMは水や蒸気用途において比類のない性能を発揮します。これらの違いを理解し、サプライヤーからの技術データを活用することで、バルブの最適な性能を確保し、ライフサイクルコストを削減し、運用リスクを軽減することができます。

この記事は情報提供のみを目的としています。必ず技術データシートを参照し、特定のアプリケーションについては互換性テストを実施してください。

参考文献​

ミラーバルブ – ソレノイドバルブシール (2023)

百度百科 – ソレノイドバルブシール材（2025年）

化学機器ネットワーク – 低温シール材（2023年）

Ybzhan – 腐食性流体バルブの材料選定（2022）

ROTEX – シール温度範囲（2023）

FESTO – シール材選定基準（2022年）