Oリングの溝寸法とつぶし代の計算。P20の例で運動用と平面固定用を公差込みで比べる

Oリングの溝の寸法は、使い方に合うJISの表の行から取り、つぶし率と充填率が基準に収まるかを計算して決めます。深さを0.2mm変えるだけで、つぶし率は約8ポイント動くので、計算は省けません。太さ2.4mmのP20を、運動用の深さ2.0mmの溝に入れるとつぶし代は0.4mm（16.7%）、ふたの面に彫る平面固定用の深さ1.8mmの溝なら0.6mm（25.0%）です。どちらもNOKのカタログにある溝の寸法から出した値です¹。

では、Oリングの太さと溝の公差を上下限まで重ねると、この値はどこまで振れるのでしょうか。運動用は10.8〜19.7%、平面固定用は19.9〜29.7%まで振れ、平面の溝はNOKの上限30%まで0.3ポイントしか残りません。

装置の設計では、例として、ワークをクランプする治具に空気を通すブロックや、真空吸着の配管をまとめるブロックのふたに、Oリングの溝を彫る場面がこれに当たります。部品図に溝の寸法と公差を入れる前に、公差の最悪の組み合わせで、つぶし率と充填率を確認します。

溝の寸法は表の行から取り、つぶし率と充填率で確認する

NOKのカタログの選び方と設計基準をつなぐと、溝の寸法は次の順で決まります¹。

1. 使い方を決める。運動用か固定用か。円筒面ならピストン（軸に溝）かロッド（穴に溝）か、平面なら圧力が内からか外からか
2. 材料を、使う温度とシールする流体で選ぶ。ゴムの硬さとバックアップリングの要否は、圧力の大きさで決める
3. 呼び番号を、シールする径で選ぶ。P20の行は、ロッドなら軸径20mm、ピストンならシリンダの内径24mmに当たる。太さに迷ったら太いほうが、同じつぶし率でも圧縮永久ひずみが小さく、運動用ではねじれにくい
4. 溝の径と幅G、平面なら深さHを、その行から取る。P20ならd＝20、D₁とD₂＝24、G＝3.2、H＝1.8
5. つぶし率と充填率、ピストンなら内径伸張率、ロッドなら外径張り率を出して基準と比べる。公差の上下限を重ねた値でも比べておく
6. 圧力とすきまがはみ出しの限界を超えるなら、バックアップリングを入れ、溝の幅を表の広い欄に替える。P20なら片側に入れて4.4、両側で6.0
7. 溝の面の粗さを指示する。運動用でバックアップリングなしなら、溝の側面と底面はRa0.8、Oリングがこすれる面はRa0.4。平面の固定用で圧力が脈動しないなら、溝はRa3.2、Oリングが当たる面はRa1.6

表から写すだけに見えて、手間がかかるのは5です。公差を重ねると、基準の端に寄る組み合わせが出てきます。

つぶし代と充填率は、断面の引き算と割り算

Oリングは、溝に入れて相手の面でわざと潰し、そのゴムの反発でシールします。潰した量がつぶし代で、Oリングの太さをW、溝の深さをHとすると、つぶし代σはW−Hです。これをWで割ったのがつぶし率です¹。

もう一つ見る数字が充填率です。溝の幅をGとして、Oリングの断面積（π÷4×W²）を溝の断面積（G×H）で割って求めます。潰されたゴムが逃げる空きが、溝にどれだけ残っているかの目安になります¹。

下の図は、同じ太さ2.4のOリングを、深さ2.0の溝と1.8の溝に入れた断面です。橙の部分が相手面に潰される量なので、深い溝のほうが小さいことを見てください。

例は、φ20の軸に入れるP20

例はJIS B 2401-1のPシリーズにあるP20です。材料をNBR-70-1とすると、内径は19.8mm（許容差±0.22）、太さは2.4mm（許容差±0.09）です¹。運動用の溝をロッドシールとして読むと、Oリングの外径は19.8＋2×2.4で24.6mm、溝底の径は24.0mmです。外径張り率は公称で（24.6−24.0）÷24.6の2.4%となり、NOKの設定値の0〜3%に収まります¹。ただ、内径と太さの公差を重ねると、最大で（25.00−24.00）÷25.00の4.0%になり、3%を超えます。

同じ行をピストンシールに使うなら、外径張り率の代わりに内径伸張率を見ます。溝底の径はdの20.0mm、Oリングの内径は19.8mmなので、（20.0−19.8）÷19.8で1.0%。NOKの0〜5%に収まります¹。公差を重ねると−0.4〜2.1%になり、Oリングの内径が溝底の径より大きく、伸ばされずに乗る組み合わせも出てきます。

溝の寸法も、同じカタログのJIS規格値の表から取ります。この表のdとD₁は運動用と円筒面固定用で共通で、P20の溝はd＝20（公差0〜−0.06）、D₁＝24（公差0〜+0.06）です。表に深さの欄はないので、ロッドシールとしてdを軸の径、D₁を溝底の径と読み、深さを（D₁−d）÷2で出しました。24.0と20.0なら2.00、24.06と19.94なら2.06です。軸と穴のクリアランスを含んだ、溝底から軸の面までの寸法です。平面固定用は、溝の深さHが1.8（±0.05）で、溝の幅Gはバックアップリングなしで3.2（0〜+0.25）です¹。

項目	運動用	平面固定用
Oリングの太さW	2.31〜2.49	2.31〜2.49
溝の深さ	2.00〜2.06	1.75〜1.85
溝の幅G	3.20〜3.45	3.20〜3.45

計算に入れるのは、断面を円とみなしたW、H、Gの3つだけです。はみ出しすきまや圧力、溝の角のRは入っていません。

運動用は、つぶし代が0.25〜0.49mmの間で振れる

つぶし代がいちばん小さくなるのは、Oリングが最も細く、溝が最も深い組み合わせです。2.31−2.06で0.25mm、つぶし率は0.25÷2.31で10.8%になります。反対に最も大きいのは、最も太いOリングと最も浅い溝の組み合わせで、2.49−2.00＝0.49mm、19.7%です。公称どおりなら2.4−2.0で0.40mm、16.7%に収まります。

充填率には、溝の幅の公差も入ります。公称のOリングの断面積は、π÷4×2.4²で4.52mm²です。溝は3.2×2.0＝6.40mm²なので、4.52÷6.40で70.7%になります。細いOリングが幅3.45、深さ2.06の溝に入ると4.19÷7.11で59.0%、太いOリングが幅3.2、深さ2.00の溝に入ると4.87÷6.40で76.1%です。

組み合わせ	つぶし代	充填率
細い、溝が深く広い	0.25mm（10.8%）	59.0%
公称	0.40mm（16.7%）	70.7%
太い、溝が浅く狭い	0.49mm（19.7%）	76.1%

表の最小は10.8%ですが、まだ下があります。NOKの表には、運動用のDとdの芯ずれ（TIR）が0.05以下という条件があります¹。この全振れが0.05なら、ずれは片側で最大0.025mmと読めます。その側の溝が0.025mm深くなると、つぶし代は0.225mm、つぶし率は9.7%です。それでも、NOKが示す円筒面の下限の8%は上回っています。

平面固定用は、同じOリングを0.46〜0.74mm潰す

平面固定用の溝は深さが1.8±0.05です。細いOリングと深い溝（1.85）では2.31−1.85で0.46mm、つぶし率19.9%。太いOリングと浅い溝（1.75）では2.49−1.75で0.74mm、29.7%になります。公称は2.4−1.8の0.60mm、25.0%です。

充填率も、運動用と同じ手順で出せます。公称は4.52÷（3.2×1.8）で78.5%、最小は4.19÷（3.45×1.85）で65.7%、最大は4.87÷（3.2×1.75）で87.0%です。

組み合わせ	つぶし代	充填率
細い、溝が深く広い	0.46mm（19.9%）	65.7%
公称	0.60mm（25.0%）	78.5%
太い、溝が浅く狭い	0.74mm（29.7%）	87.0%

最悪の組み合わせで29.7%という値は、NOKの平面の上限30%に、あと0.3ポイントしか余裕がありません。溝を公差より0.01mm浅い1.74mmに彫ると、2.49−1.74で0.75mm、つぶし率は30.1%になり、基準を超えます。公差の中に収まっていれば30%以内ですが、浅い側に外れたときの余裕はほとんどありません。

次の図は、2つの溝の振れ幅を、NOKの基準に重ねたものです。

つぶし率は、どちらも基準の帯に収まりました。ただ、運動用の充填率は、公称で70.7%と、狙いの75%よりやや低い側にあります。

平面の溝の径は、圧力が内からか外からかで決める

平面の溝では、深さと幅のほかに、Oリングをどちらの壁に当てるかを決めます。NOKの推奨は、圧力がかからない側の壁に当てる置き方¹。内圧ならOリングの外径を溝の外径に、外圧ならOリングの内径を溝の内径に合わせます。

P20の表の値は、内圧用の溝の外径D₂が24、外圧用の溝の内径dが20です¹。もう一方の径は、幅3.2の2倍を足し引きした値。

Oリングの外径  19.8 + 2 × 2.4 = 24.6
内圧用  溝の外径 24、溝の内径 24 − 2 × 3.2 = 17.6
外圧用  溝の内径 20、溝の外径 20 + 2 × 3.2 = 26.4

内圧用では、外径24.6のOリングを外径24の溝に入れるので、直径で0.6mm縮めて外壁に沿わせることになります。外圧用は反対に、内径19.8のOリングを直径20の内壁に、0.2mm広げてかぶせる形です。NOKは、約φ30以下の小さいOリングでは組み込みで不具合が出ることがあるとして、内圧用は溝の外径を約0.2〜0.3mm大きく、外圧用は溝の内径を約0.2〜0.3mm小さくすると組み込みやすいとしています¹。P20なら、内圧用の外径は24.2〜24.3、外圧用の内径は19.7〜19.8が目安です。

円筒面が小さめで、平面が大きめな理由

NOKが示すつぶし率の基準は、円筒面（ピストンシールとロッドシール）が8〜25%、平面が8〜30%です¹。平面固定用の例が25%で、円筒面の例が16.7%なのは、この基準に沿った並びです。P20では円筒面の固定用も運動用と同じ溝なので、差を分けているのは、動くかどうかより、円筒面か平面かのほうです。理由は、カタログとバルカーの資料から3つ読み取れます。

1つ目は組み付けです。円筒面のOリングは、軸や穴に入れるときに、むしれ、かじり、噛み込みで傷が付くおそれがあります。ゴムの反力が大きいと、組み付けそのものも難しくなります。NOKは、円筒面のつぶし率を平面より小さく推奨している理由を、この組み付け性への配慮だと書いています¹。

2つ目は、平面の固定用の事情です。平面の溝は装着で困ることが少ないうえ、圧力がかかるとボルトが伸び、フランジも歪みます。NOKはそれを見込んで、平面の推奨を円筒面より大きく取っています¹。すきまが少し開いても、つぶし代が残るようにしておく考え方でしょう。

3つ目は、運動用だけにかかわる摩擦です。バルカーの表では、つぶししろが大きいほどOリングの摩擦が増えます²。NOKも、運動用はつぶし代を低めにすると、しゅう動抵抗が減ると書いています¹。軸が動く溝では、強く潰すほど、動かすのに必要な力と摩耗が大きくなります。

つぶし率には、下にも上にも限りがあります。小さくなりすぎると漏れる可能性があり、おおよそ40%を超えると、ゴムが圧縮割れを起こす可能性があるとされています¹。

溝の深さの公差が、つぶし率を動かす

最後に、溝の深さとつぶし率の関係をグラフにします。式は（2.4−H）÷2.4で、深さが0.1mm変わるとつぶし率は0.1÷2.4で約4ポイント動きます。図の帯は、Oリングの太さの公差±0.09によるずれです。

グラフを見ると、Oリングの太さの公差だけで、つぶし率はすでに帯の幅ぶん（約6ポイント）振れています。溝の深さの公差は、その上に重なります。運動用の深さの幅0.06なら約2.5ポイント、固定用の0.10なら約4.2ポイントです。

溝を図面に描くときは、Oリングの太さと溝の深さの公差を、最悪の組み合わせで一度表にしておくと、基準の帯から外れる側がすぐに分かります。公称値の16.7%や25.0%だけを見ていると、平面の溝が上限まで0.3ポイントしか残していないことには気づけません。

部品図を出す前の確認は、検図の仕事でもあります。装置設計の支援アプリMEKARIQは、ワーク仕様などの装置の条件から、3Dと組立図・部品図・部品表を生成し、生成のたびに検図して結果を○▲×で示します。（MEKARIQ は、株式会社Anamorphosis Networks が開発している装置設計の支援アプリです。MANUFAC を制作する株式会社Game は、その開発を受託しています。この段落はその紹介です。）

ここまでの値は、NOKとバルカーの技術資料を借りた目安です。圧力、温度、ゴムの材質と硬さ、バックアップリングの有無、相手面の粗さ、潤滑によって、適した溝やつぶし代は変わります。強度や漏れの最終の判断は、メーカーの資料と製品に当てはまる設計基準に照らして決めてください。

2026年11月7日 更新：溝の寸法を決める順番、ピストンに使うときの内径伸張率、平面の溝の径を内圧と外圧で決める計算を足しました。

2026年11月9日 更新：装置の部品にOリングの溝を設計する場面を中心に、業界の用語で構成と表現を書き直しました。

注

1. NOK株式会社「Oリング」カタログ（Cat. No.051・04-2025Web、PDF）。つぶし代・つぶし率・充填率の式（5ページ。外径張り率は（d0＋2W−D2）÷（d0＋2W））、設計基準の表5-1（つぶし率は円筒面8〜25%、平面8〜30%、充填率は中央値75狙いで最大90%以下、内径伸張率0〜5%、外径張り率0〜3%）と、つぶし率40%以上での圧縮割れ（14ページ）、溝の種類と、運動用のつぶし代、組み付け性、平面固定用の考え方（16ページ）、JIS B 2401-1 Pシリーズの寸法（22ページ。P20は太さ2.4±0.09、NBR-70-1などの内径19.8±0.22。溝の図は運動用と円筒面固定用）と溝部の寸法のJIS規格値（23ページ。d＝20は0〜−0.06、D₁とD₂は同じ欄で24、0〜+0.06、G＝3.2は0〜+0.25、平面固定用のH＝1.8±0.05、運動用と円筒面固定用のDとdのTIRは0.05以下）。運動用の溝の深さ（D₁−d）÷2は、この表から編集部が出した値です。2026年10月31日に確認。溝の寸法を決める順番は、選定方法の表1-1（6ページ）、太さの選定と溝部の表面粗さの表5-2（14ページ）、はみ出しとバックアップリングの使い方（15ページ）、平面固定用の内圧用と外圧用の置き方と、約φ30以下での0.2〜0.3mmの調整（16ページ）、バックアップリング付きの溝の幅4.4と6.0、平面固定用の溝の図の内圧用D₂と外圧用d（23ページ）から。内径伸張率の式は5ページ。2026年11月7日に確認。 ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩

2. 株式会社バルカー「バルカーOリング」カタログ（LC01・2022年12月改訂、PDF）。5.3の漏れ止め原理（50ページ。つぶししろは約8〜30%）と、5.5の表27「Oリングと摩擦抵抗の関係」（58ページ。荷重（つぶししろ）が大きいほど摩擦が増える）。2026年10月31日に確認。 ↩