目に見えない漏れの原因：3Dセンサー技術によりシャフトのねじれが測定可能になる方法

  • 2026年9月3日
  • 投稿者
  • Heliotis Web Team

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目次

シャフト表面のねじれは、ラジアルシャフトシールシステムの漏れの一般的な原因ですが、肉眼ではほとんど認識できません。シュトゥットガルトのTGU Sealing Technology社製のSurface/Lead Inspectorは、heliInspect H8を使用して、構造に基づいてFVAガイドライン975 Iに従い、数分でこれを測定します。

数分でのねじれ測定：heliInspect H8を搭載したSurface/Lead Inspector

ラジアルシャフトシールは多くの技術システムにおいて目立たない部品ですが、その故障には大きなコストが伴います。オイル漏れ、クレーム、生産停止。最も一般的な原因の一つは、シールリング自体ではなく、シールが摺動するシャフトの表面、いわゆるシールの対向摺動面にあります。シャフトの研削時に生じる微細で方向性のある構造は、動作中に搬送ねじのように機能し、シールリップの下から流体を送り出します。シーリング技術では、この現象をねじれと呼びます。

シュトゥットガルトのTGU Sealing Technologyは、シュトゥットガルト大学機械要素研究所（IMA）の研究活動から生まれたシーリング技術の専門企業です。そこで、ねじれを定量的かつガイドラインに準拠し、何よりも迅速に検出する測定システム、Surface/Lead Inspectorが開発されました。その中心となるのは、当社の3DセンサーheliInspect H8です。この寄稿では、ねじれとは何か、どのように測定するのか、そして高速3D形状測定がなぜ違いを生むのかを説明します。

ねじれとは何か、なぜこれほど厄介なのか？

ねじれとは、摺動面の搬送活性な表面構造を指し、動的動作中にシールギャップ内の流れを軸方向に転向させます。重要なのはその向きです。研磨痕やその他の構造がシャフトの円周方向から逸脱すると、向きに応じて右ねじれまたは左ねじれが発生します。

搬送方向は、シャフトの回転方向とねじれの向きに依存します。構造が外側に搬送する場合、漏れが発生します。内側に搬送する場合、シール接触部が乾燥し、潤滑不足、摩擦増加、シールリングとシャフトの熱損傷を引き起こします。どちらの場合もシールシステムの故障につながり、どちらも肉眼では認識できません。ねじれは測定技術によってのみ確実に評価できます。

図1：ねじれの向きと回転方向に応じて、シャフトは流体を外側（漏れ）またはシール接触部から離れる方向（潤滑不足）に搬送します。

FVAガイドライン975 I：ねじれに関する共通言語

ねじれがどのように測定および評価されるかは、Forschungsvereinigung Antriebstechnik（駆動技術研究協会）のFVAガイドライン975 I「表面/ねじれ – シャフトシール」によって規定されています。これは、シュトゥットガルト大学機械要素研究所（IMA）のシーリング技術研究部門によって開発および執筆されました。このガイドラインは、技術と研究の現状をまとめ、統一された用語を定め、図面指定から測定、測定プロトコルまでの一貫したワークフローを記述しています。これにより、シャフトのねじれの整合性のある品質保証と、摺動面の体系的な損傷分析のための信頼できる基盤となります。

このガイドラインには2つの方法があります。

  • 糸試験は、歴史的で主に定性的な迅速試験です。重りを付けた糸をシャフトに巻き付けることで、既存の搬送効果を示し、理論的なねじれ角を推定できます。ただし、個々のねじれカテゴリを区別することはできません。
  • 構造ベースのねじれ分析は、光学的に取得された3Dトポグラフィーデータから、マイクロねじれとマクロねじれを定量的に評価します。個々の研磨痕や構造がセグメント化され、角度、深さ、体積が測定されます。その結果、ねじれ角、ねじれ深さ、理論的な搬送断面積などの再現性のある特性値が得られます。この際、摺動面の粗さはDIN EN ISO 25178に従って追加で特性評価されます。

2番目の方法は、ある前提条件を必要とします。それは、マイクロメートル分解能の3Dトポグラフィーを、シャフト全体を許容できる時間で取得するのに十分な速さで提供できるセンサーです。

Surface/Lead Inspector：ガイドラインのすべての方法を数分で

ここにSurface/Lead Inspectorが役立ちます。シャフトは装置にセットされ、センサーの下を非接触でスキャンされます。センサーとしては、heliInspect H8が使用されます。これは、1回の測定でマイクロメートル分解能の完全な3Dトポグラフィーを提供する白色光干渉計です。

このシステムは、FVAガイドライン975 Iのすべての方法をカバーしています。heliInspect H8は高さ情報を面として一度に取得するため、装置はプロファイルごとにスキャンするのではなく、シャフト全体の軸方向および円周方向に密な測定グリッドを走行させることができます。製造現場にとって、これは、ねじれ測定がもはや研究室での抜き取り検査としてではなく、品質保証においてサイクルタイムに合わせて行われることを意味します。

図2：heliInspect H8は、各グリッド位置で摺動面の完全な3Dトポグラフィーを取得します。

この装置は、直径200mm、長さ380mm、重量20kgまでのシャフトに対応し、600 × 700 × 900 mm、70kgとコンパクトなため、製造現場の近くでの使用に適しています。操作が簡単な測定ソフトウェアが測定をガイドし、ねじれ特性値と表面の3D可視化を含む測定プロトコルを作成します。

ねじれ以上のもの：同じ測定から得られる粗さ

センサーが完全な3Dトポグラフィーを提供するので、再クランプなしでさらなる評価が可能です。Surface/Lead Inspectorは、ISO 4287に準拠したRa、Rz、Rmaxなどの2D粗さパラメータ、およびDIN EN ISO 25178に準拠した3Dパラメータを決定します。使用済みシャフトの摩耗も定量化できます。シールリングの摺動痕の深さと幅はトポグラフィーから直接決定され、損傷分析の重要なツールとなります。

結論：センサー技術がガイドラインを実用的にする

FVAガイドライン975 Iは、ねじれを完全に再現性よく評価する方法を記述しています。Surface/Lead Inspectorは、この要求が高速3Dセンサーによって産業現場でも実現可能であることを示しています。すべてのねじれカテゴリ、ガイドラインのすべての方法を、数時間ではなく数分で。私たちにとって、この装置は、heliInspect H8による高速トポグラフィー測定がどのようにして完全な検査システムになるかを示す良い例です。

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