【新人向け】ポンプの軸から水がポタポタ… グランドパッキンとメカニカルシールの見分け方と「適正な漏れ」の話

2026年9月11日2026年9月17日

現場を歩いていて、こんな場面に出くわしたことはありませんか。

ポンプの軸のあたりから、水がポタッ、ポタッと落ちている。近くにいた先輩に「これ、漏れてますけど大丈夫ですか？」と聞いたら、こう返ってきた。

「あ、そのポンプはそれでいいの。むしろ止まってたらヤバいよ」

……え？　漏れてるのが正常？

これ、新人プラントエンジニアが最初にぶつかる「おどろき」のひとつです。しかもタチが悪いことに、隣に並んでいる同じようなポンプでは、1滴でも漏れていたら異常だったりします。

この違いを生んでいるのが「軸封（じくふう）」、つまり回転する軸のまわりをどうやって塞いでいるかという設計です。方式は大きく2つ、グランドパッキンとメカニカルシール。

この記事では、この2つの違いを「明日から現場で使えるレベル」で解説します。難しい数式は最小限に、でも「なぜそうなるのか」は物理でちゃんと説明します。読み終わるころには、ポンプの前に立って「あ、これはパッキンだから漏れてていいやつだ」と即断できるようになっているはずです。

そもそも、なぜ「軸のまわり」は漏れるのか

回転する軸には、原理的に「隙間」がある

ポンプの中身を思い浮かべてください。ケーシング（外側の箱）の中で羽根車（インペラ）が回っている。その羽根車を回すために、モーターから伸びた軸がケーシングを貫通しています。

ここが問題です。

配管のフランジ同士なら、ガスケットを挟んでボルトで締めれば完全に塞げます（このあたりは「【プラント設計の基礎】フランジを使用する際には必須のガスケットについて解説！【規格・種類・材質】」で詳しく書きました）。でも軸は回転している。回るものと止まっているものの間を、ゼロ隙間で塞ぐことは物理的にできません。隙間をゼロにしたら、そこは「回転しない」＝焼き付いて止まる、ということだからです。

つまり軸封部の設計とは、

漏れをどこまで許すか vs 摩擦熱と摩耗をどこまで許すか

という、真正面から対立する2つの要求のバランス取りです。この対立をどう解いたかが、グランドパッキンとメカニカルシールの分かれ道になります。

中の圧力は意外と高い

もうひとつ意識しておきたいのが、軸封部にかかっている圧力です。

軸が貫通している空間を「スタッフィングボックス」と呼びます。ここの圧力は、多くの遠心ポンプで吸込圧力＋吐出圧力の一部がかかります。設計にもよりますが、たとえば吐出圧0.5 MPaのポンプなら、シール室内は0.1〜0.3 MPa程度になることが珍しくありません。

大気圧が約0.1 MPaですから、0.2 MPa（ゲージ）というのは水深20 mの底にいるのと同じ圧力です。そこから水が押し出されてくるのを、狭い隙間だけで止めようとしている。そう考えると、軸封部というのは意外と過酷な部品なのです。

方式その1：グランドパッキン ——「漏らして冷やす」という割り切り

構造は驚くほどシンプル

グランドパッキンは、軸のまわりに紐（ひも）状のパッキンを何重にも巻いて、押さえ蓋で軸方向にギュッと押し込むという方式です。

軸方向に押されたパッキンは、行き場を失って半径方向にふくらみます。このふくらみが軸に押し付けられて、漏れを止める。ゴム栓を押し込むと横に広がるのと同じ原理です。

構成部品は基本的にこれだけ。

部品	役割
グランドパッキン本体	紐状のシール材。通常4〜6山（リング）を重ねる
パッキン押さえ（グランド）	パッキンを軸方向に押し込む蓋
押さえボルト（グランドナット）	押し込み量を調整するボルト。通常2本
軸スリーブ	軸本体が摩耗しないよう被せる交換可能な筒
ランタンリング	中間に入れる隙間リング。ここに封水を導く

材質は、かつては綿やアスベストが主流でしたが、現在は膨張黒鉛、PTFE（フッ素樹脂）含浸のアラミド繊維やカーボン繊維が一般的です。

「適正な漏れ」があるという発想

ここが最大のポイントです。

パッキンは軸に接触しています。接触して滑っている以上、摩擦熱が必ず発生する。この熱を誰かが持ち去らないと、パッキンは炭化し、軸スリーブは焼き付きます。

その熱を持ち去る役目を担っているのが——漏れてくる水そのものです。

つまりグランドパッキンにおいて、漏れは「不具合」ではなく冷却と潤滑のための必要機能なのです。だから先輩は「止まってたらヤバい」と言ったわけです。漏れが止まる＝冷却水が来ていない＝内部で焼けているサイン、ということですから。

では「適正な漏れ量」はどれくらい？

ここが新人を混乱させるところで、文献やメーカーによって書いてある数字がけっこう違います。

「1分間に数滴程度」とする資料
「軸径25 mmで1秒間に1〜2滴」とする資料

なぜバラつくのか。答えは単純で、適正漏れ量は軸径・回転数・圧力・液温で変わるからです。軸が太ければ摺動面積が増えて発熱が増えるので、必要な冷却水も増える。当たり前ですね。

なので新人のうちは、数字を丸暗記するのではなく次の考え方で押さえてください。

「触れるくらいの温度で、ちゃんと滴っている」が正常。 「漏れゼロで熱い」も「ジャージャー流れている」も異常。

軸封部を手の甲でそっと触って（※回転部に触れないよう注意！）、熱くて触っていられないなら締めすぎです。

増し締めは「ちょっとずつ」が鉄則

漏れが増えてきたら増し締めをしますが、ここに新人がやりがちな失敗があります。

一気に締める。 これが一番ダメです。

一般社団法人日本産業機械工業会の汎用ポンプ保守管理資料でも、締め付け調整は軸封部の温度上昇に注意しながら数回に分けて徐々に行い、1回の増し締め量はパッキン押さえナットの1/4〜1回転程度が適当とされています。

締めすぎると何が起きるか。

面圧上昇 → 摩擦熱急増
冷却水（漏れ）が減る → さらに温度上昇
パッキンが炭化して硬くなる → 軸スリーブを削る
削れた軸スリーブがさらに漏れを呼ぶ → もっと締める（悪循環）
最終的に焼き付き、軸スリーブ交換

「漏れを止めたい」という善意が、設備を壊すという典型パターンです。ちなみに軸スリーブは消耗品で、同資料では取替周期3〜4年が目安とされています。摩耗した軸スリーブをそのままにして、パッキンだけ新品にしても漏れは止まりません。

方式その2：メカニカルシール ——「面と面」で止める

発想がまったく違う

グランドパッキンが「軸の外周を紐で締める」のに対し、メカニカルシールは軸に垂直な2枚のリングの端面同士を、バネで押し付けて塞ぐという方式です。

イメージとしては、鏡のように磨いた2枚のドーナツ板を、ピタッと合わせて回している感じ。

日本産業規格でも定義されていて、JIS B 2405「メカニカルシール通則」が一般用メカニカルシールの性能・構造・寸法・取付機器精度・性能試験・表示について規定しています。同規格では、シール端面の摩耗に応じて軸方向に動ける「密封環」と、動かない「従動環（座金環）」＋緩衝機構、という構成として説明されています。

4つの構成要素で覚える

メカニカルシールは複雑そうに見えますが、役割で4つに分けると一気に理解できます。

要素	部品の例	役割
①しゅう動面	回転環＋固定環	実際に漏れを止める心臓部。カーボン×炭化ケイ素など
②二次シール	Oリング、ベローズ	リングと軸／ケーシングの間を塞ぐ（動かない部分の静的シール）
③押付機構	コイルスプリング、ベローズ	摩耗しても端面を追従させて押し続ける
④伝動機構	セットスクリュー、ドライブピン	回転環を軸と一緒に回す

新人がトラブルシュートするときも、この4分類が効きます。「漏れている」と言われたとき、①端面が傷んだのか、②Oリングが硬化したのか、③バネがへたった／固着したのかで対応が全然違うからです。

漏れが「見えない」理由

メカニカルシールの端面の平面度は磨き込まれています。ここに形成される液膜の厚さは、条件にもよりますが1 μm以下、つまり髪の毛の太さ（約80 μm）の100分の1以下。

これだけ薄いと、しみ出してきた液体は外に出た瞬間に蒸発してしまいます。だから「漏れていないように見える」。実際には超微量が常に漏れていて、それが潤滑膜として端面を守っているわけです。

グランドパッキンが「見える漏れで冷やす」なら、メカニカルシールは「見えない漏れで冷やす」。実は思想は同じで、スケールが3桁違うだけなのです。

バランス比 ——「押し付けすぎない」ための工夫

もう少しだけ踏み込みます。ここは若手が一段レベルアップできるポイントです。

シール端面には、バネの力だけでなく流体の圧力による押し付け力も加わります。圧力が高いほど強く押し付けられ、面圧が上がり、発熱が増え、液膜が切れる。放っておくと高圧では必ず焼き付きます。

そこで、受圧面積を意図的に減らして、押し付け力を逃がす設計が使われます。この比率がバランス比です。

アンバランス形：構造が単純。低圧向け
バランス形：受圧面積を削って押し付け力を軽減。高圧向け。一般にバランス比0.6〜0.8程度

使い分けの目安として、常温水では密封圧力が約0.8 MPa以下、またはPV値が7 MPa・m/s以下ならアンバランス形、それ以上ならバランス形という考え方が示されています。

PV値は、面圧P［MPa］と滑り速度V［m/s］の積。単位を見れば分かるとおり、単位面積あたりに投入される摩擦仕事＝発熱の指標です。ボルトの軸力や配管の流速と同じで、「見えない負荷を1つの数字で管理する」という設計者の常套手段ですね。

シールが壊れた」**という事故は、この計算をしていないと防げません。

現場での見分け方：ポンプの前に立って10秒で判定する

理屈が分かったところで、実務で一番使う技術をお伝えします。図面を見なくても、ポンプの前に立てば判別できます。

チェックポイント1：押さえボルトが「2本」あるか

グランドパッキンのポンプには、パッキン押さえを締めるためのボルト（またはナット）が、軸を挟んで対称に2本付いています。しかもこのボルト、指で回せるくらい飛び出しているのが特徴です。調整用ですから、アクセスしやすい位置にあるのです。

メカニカルシールの場合、シールカバーは4〜6本のボルトでしっかり固定されていて、飛び出したナットはありません。調整するものではないからです。

チェックポイント2：足元に「水受け」があるか

グランドパッキンは漏れる前提の設計なので、ベース側にドレン受けや排水溝が必ず設けられています。逆に、床がカラカラに乾いていて排水の配慮がないポンプは、まずメカニカルシール仕様です。

チェックポイント3：シール室に配管が刺さっているか

シール室から細い配管（φ8〜15 mm程度）が出ていたら、それは封水配管またはフラッシング配管です。

吐出側から戻っている → 内部フラッシング
外部の清水ラインから来ている → 外部封水
2本セットでタンクにつながっている → ダブルシール＋バリア液

配管の行き先を追うだけで、そのポンプがどれくらい過酷な液を扱っているかが推測できます。きれいな水を送るポンプにわざわざ外部封水は付けません。付いているということは、スラリーが入る／結晶化する／高温であるなどの事情があるということです。

まとめると

見るところ	グランドパッキン	メカニカルシール
押さえボルト	対称に2本、飛び出している	なし（カバーボルトのみ）
正常時の漏れ	滴下する（滴が数えられる程度）	目視ではゼロ
足元	水受け・排水溝あり	乾いている
日常点検	漏れ量と温度の確認、増し締め	目視のみ
分解の要否	パッキン交換は比較的容易	専用工具・芯出しが必要
初期コスト	安い	高い
空運転耐性	短時間なら耐える	数十秒で破損することも

【独自試算】グランドパッキンとメカニカルシール、どっちが「トク」なのか

新人のうちは「なんで全部メカニカルシールにしないの？」と思うはずです。逆に古い工場では「なんで全部パッキンなの？」と思う。せっかくなので、数字で比べてみましょう。

※以下は筆者による概算モデルです。実機は形状・材質・液性で大きく変わるため、桁感をつかむための試算として読んでください。

試算条件

軸径 50 mm、回転数 2,950 min⁻¹
周速 v = π × 0.05 × (2,950/60) = 7.72 m/s（軸表面）
年間運転時間 8,000 h、電力単価 20 円/kWh

① 摩擦損失動力の比較

グランドパッキン側

パッキン5山、1山8 mm → 軸方向接触長さ L = 40 mm
接触面積 A = π × 0.05 × 0.04 = 6.28 × 10⁻³ m²
接触面圧 p = 0.2 MPa と仮定 → 垂直力 F = 0.2 × 10⁶ × 6.28 × 10⁻³ = 1,257 N
摩擦係数 μ = 0.05（水潤滑下のPTFE含浸材を想定）
損失動力 P = μ・F・v = 0.05 × 1,257 × 7.72 = 約485 W

メカニカルシール側

しゅう動面平均径55 mm、面幅3 mm → A = π × 0.055 × 0.003 = 5.18 × 10⁻⁴ m²
実効面圧 p = 0.3 MPa → F = 155 N
平均径での滑り速度 v = π × 0.055 × 49.2 = 8.50 m/s
μ = 0.05 → P = 0.05 × 155 × 8.50 = 約66 W

差は約420 W。

面圧はメカニカルシールのほうが高いのに損失は小さい。理由は明快で、接触面積が12分の1しかないからです。「狭い面に集中させて、そのぶん精密に作る」というのがメカニカルシールの思想なのだと、数字が教えてくれます。

② 年間コストに換算する

電力：0.42 kW × 8,000 h = 3,360 kWh/年 → 約67,000円/年
漏れ水：1秒1滴（1滴≒0.05 mL）とすると 0.05 mL/s × 8,000 h × 3,600 s = 1,440 L = 約1.4 m³/年（1秒2滴なら約2.9 m³/年）

工場に同クラスのポンプが20台あれば、電力だけで年間134万円、漏水は28〜58 m³。これは無視できない数字です。しかも漏れた水は床を濡らし、転倒災害と設備の腐食を静かに育てます。

③ それでもグランドパッキンが生き残る理由

ではなぜ全部替えないのか。理由は3つあります。

初期コストと交換工数：メカニカルシールは部品代が高く、交換には芯出しと専用工具が要る。夜間にオペレーターが自力で直すのは難しい。
空運転耐性：メカニカルシールは液膜が命なので、呼び水忘れや締切運転で数十秒〜数分でも壊れることがあります。運転が荒い用途では、多少漏れてもパッキンのほうが「壊れにくい」。
液の性状：固形分や結晶が多い液では、しゅう動面に異物が噛み込んで一発で傷が入る。パッキンなら異物を抱き込みながら回り続けられる。

つまり「メカニカルシールは高性能だが、条件が悪いと弱い」。この構図は、精密機械と頑丈な機械の関係そのものです。

壊れ方から逆算する：軸封トラブルの原因は「シール以外」にあることが多い

最後に、実務で一番大事な話をします。

メカニカルシールが壊れたとき、原因がシールそのものにあることは、実は多くありません。

現場でよく効く原因の切り分けは次のとおりです。

ケース1：交換してすぐ漏れた → 取付けか芯出しを疑う

シール端面は0.9 μmオーダーの平面です。取付時に傾いたまま組んだ、Oリングをかじった、セットスクリューの締め忘れ——これだけで即漏れます。

さらに、カップリングの芯出しが狂っていると軸が振れ回り、端面が周期的に開閉して漏れます。芯出し不良は、キャビテーションと並ぶ回転機トラブルの二大要因だと思っておいてください。

ケース2：しばらく使って漏れた → 液膜切れを疑う

締切運転（吐出弁を閉じたまま回した）→ 液温上昇 → フラッシュ（気化）→ ドライ運転
呼び水不足・空運転
キャビテーション発生 → 気泡が端面を通過 → 液膜断続

「シールが壊れた」ではなく「シールを壊す運転をしていた」というケースです。これを見抜けるようになると、若手から一段抜けます。

ケース3：定期的に同じ時期に壊れる → 液の性状か外部要因

季節で液温が変わる、原料ロットで固形分が変わる、上流のフィルタ交換周期と一致している——など。故障日と運転データを並べるだけで見えてくることがあります。同じ「使い方が壊す」という構図は、圧縮機のサージングにもそのまま当てはまります。

フラッシングという「延命装置」

シール室に清浄・低温の液を供給する仕組みをフラッシングといいます。代表的なパターンだけ押さえておけば十分です。

方式	内容	向いている液
内部フラッシング	ポンプ吐出側からシール室へ戻す	きれいな常温液
冷却器付き循環	吐出液を熱交換器で冷やして戻す	高温液
外部注入	別系統の清水を注入する	スラリー・結晶性の液
ダブルシール＋バリア液	2組のシールの間に清浄液を封入	危険物・毒物・高真空

外部注入は「製品に水が混ざる」というリスクとのトレードオフなので、食品や医薬では採用可否が慎重に検討されます（このあたりの考え方はCOPとCIPの記事の衛生設計とも通じます）。

明日から現場でできる、3つの点検アクション

理屈を読んだだけでは身につきません。次の3つを、明日から日常点検に混ぜてみてください。

① 軸封部の温度を「非接触温度計」で記録する

数字にした瞬間、傾向管理ができるようになります。いつも38℃だったものが52℃になっていたら、それは締めすぎか液膜切れの前兆です。感覚ではなく記録で語れる若手は、確実に信用されます。

② 漏れの滴数を数えて手帳に書く

「多い」「少ない」ではなく「10秒で6滴」と書く。次の点検で「10秒で20滴」になっていれば、増し締めのタイミングが客観的に判断できます。点検簿が形骸化するのは、こうした数えられる指標を持たないからです。

③ 漏れている液が「何なのか」を確認する

意外と見落とされますが、軸封部から出ている液が封水なのか、送っている液そのものなのかは決定的に違います。前者は正常、後者は場合によっては危険物の漏えいです。SDS（安全データシート）を確認するクセをつけましょう。

まとめ：軸封は「漏れとの戦い」ではなく「漏れの設計」

長くなったので、要点を整理します。

回転軸は原理的にゼロ漏れにできない。だから軸封は「漏れをどう設計するか」の技術である
グランドパッキンは、漏れた液で冷やす方式。漏れがゼロだと壊れる。増し締めは1/4〜1回転ずつ、温度を見ながら
メカニカルシールは、1 μm以下の液膜で止める方式。漏れは目視できないがゼロではない
現場での見分けは「飛び出した押さえボルト2本」と「足元の水受け」で10秒判定
概算では、同クラスのポンプで摩擦損失が約420 W違う（年間約6.7万円／台）。台数が多い工場ではメカニカルシール化の省エネ効果は大きい
ただしメカニカルシールは空運転とスラリーに弱い。適材適所であって、優劣ではない
壊れたときはシールそのものより「運転」と「芯出し」を疑う

「漏れているのは異常」という直感は、正しくもあり、正しくもありません。その設備がどういう思想で設計されているかを知って初めて、正常と異常が判断できる。これは軸封に限らず、プラントエンジニアリング全体に通じる話です。

明日ポンプの前を通ったら、ぜひ押さえボルトを探してみてください。設備の「設計思想」が、そこに見えるはずです。

【新人向け】ポンプの軸から水がポタポタ… グランドパッキンとメカニカルシールの見分け方と「適正な漏れ」の話