漏れ

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漏れ(もれ)とは、流体がシール部分から流入または流出する現象を言う[1]。接面のすきまから漏れる「接面漏れ」と、シール材そのものの繊維や細孔にしみこんで漏れる「浸透漏れ」、シール材の内部を分子レベルで通り抜ける「透過」などに分類できる[1]。漏れの有無を確認するために行う試験には、浸透液を用いるもの (JIS Z2343)、試験体内部を加圧または減圧して圧力変化を観測するもの (JIS Z2332)、ヘリウムハロゲンガスを注入しガス検知器で漏れを検出するもの (JIS Z2331)、などがある[2]非破壊検査も参照せよ)。油圧・空気圧システムにおいては、動作流体のうち有効な仕事をしない部分を漏れと定義する[3]

圧力・物質等が異なる空間を仕切り、漏れを防ぐための部分をシールという[4]エンジンの回転軸や発電機タービン軸、冷凍機冷媒ポンプのように、潤滑油の漏れを止め、機械内部への異物の侵入を防ぐと同時に、摩擦係数が小さく、摩耗に耐え、かつ油に耐える材質のシールの開発は重要な課題である。機械が高圧、高回転数を実現するには、それに応じたシールが不可欠である。戦後の機械の高度化は、1930年代のシール材料の高度化なくしては実現しなかった[5]。技術の進歩とともにシールに要求される条件も増してきており、今日の工業では500キロがかかるシール部の漏れを止める需要すらある[4]

シール部に径方向の微小なすきまがあるとき、ここから漏れる流体の流量は古典的な流体力学の仮定をおくと以下の式で示される[4]

Q = πdmho3(p1-p2) / 12ηb

ただし、 dm : 接面の直径、 ho : すきまの高さ、 p1 : 密封圧力、 p2 : 外圧、 η : 動粘度、 b : 有効密封幅

オイルシールやメカニカルシールのように密封面が回転、しゅう動する場合、密封面には封入しようとする流体が膜を作り、軸とケーシングが直接接触しない状態になる[5]。直接接触していたら、シールは直ちに焼き付くか摩耗することになる。

前述の計算式で示した通り、単位時間当たりの漏れの量は、すきまの開口幅の3乗に比例するので、すきま幅が完全にゼロでない限り漏れるはずである。ところが、実際の現象としては、液膜の厚さの分だけのすきまがあるのに漏れない。なぜ漏れないのかは、解明されていない[5][6]。これを説明するために次のようなメカニズムが考えられている:

二層流説
回転や摺動により液体の圧力が下がり、蒸発したり溶存したガスが揮発したりして気泡ができ(キャビテーション)、液体の連続性が途切れるので漏れない。
ポンピング作用説
回転や摺動による変位と、圧力変動の変位の位相差によって、内側に向かう圧力勾配が発生するから漏れない
表面張力説
すきま内の液の気液界面メニスカスに生じる表面張力により界面が保たれるから漏れない
吸着説
すきま内の液が流動性のない境界膜を形成して密封面に吸着しているので漏れない

その他の漏れ[編集]

  • そのほか、粒子ビームレーザー放射線にあっても、設計上期待する遮蔽性能またはストッピング能が不足している場合に漏れと呼ぶ。
  • 建造物内部に設計上想定しない経路で雨水が流入する場合、特に雨漏りという。

関連項目[編集]

参考文献[編集]

  1. ^ a b JIS B0116:2005「パッキン及びガスケット用語」2242項
  2. ^ JIS Z 2330:2012「非破壊試験-漏れ試験方法の種類及びその選択」。『JISハンドブック(43)非破壊検査』p.1023
  3. ^ JIS B0142:2011「油圧・空気圧システム及び機器-用語」
  4. ^ a b c エーアハルト・マイヤー著、吉永義尊訳『メカニカルシール』科学新聞社、1971年、pp.1-4,43
  5. ^ a b c 『これでわかるシール技術』NOK株式会社編、工業調査会発行、1999年,p.2, 8, 36
  6. ^ 『ビギナーズブックス44はじめてのシール技術』山本雄二、関和彦監修、NOK株式会社編、工学調査会発行、2008年