高温、高圧、そして強い腐食を伴う過酷な条件下では、従来のエラストマーシールでは不十分な場合が多い。金属シールは、主要機器の重要な「安全弁」として優れた性能を発揮する。中でも、内部圧力作動型金属Eシールは、その独特な構造と性能で際立っています。この記事では、その構造的特徴、動作原理、材料の選択、そして用途について詳しく説明します。
1. 構造上の独自性：Eシールのデザイン
Eシールは特徴的な鏡面対称の「え」 or 「M」断面（通常は3つのピークを持つ）。主な構造要素は以下のとおりです。
- 「M」プロファイル: 中央の溝が自然なシーリングチャンバー、二重対称ピークは 一次シーリングリップこの溝は自己活性化にとって非常に重要です。
- サポート構造: 同心円状で使用される内側のサポートリング（または外側の拘束リング）を使用して、押し出しを防止し、シーリングリップに向かって圧力が流れるのを防ぎます。
- メタルコア: 可塑性を持たせるために変形可能な金属合金から作られています。
他の金属シールとの構造上の違い:
| 比較 | 主な違い |
|---|---|
| ソリッド/中空金属Oリング | E-Seal の溝は、圧力からラジアルシール力への変換効率を高めます。 |
| Cシール | デュアルリップと密閉チャンバーにより、より高速で強力な圧力応答シーリングが可能になります。 |
| デルタリング | ギャップの変化に対してより堅牢であり、圧力利用の効率が高くなります。 |
2. コアメカニズム：圧力活性化原理
E-Sealの優位性は、圧力自己通電:
- プリロード: ボルトを最初に締め付けると、一次シールのリップが塑性変形します。
- 圧力侵入: システム圧力が中央チャンバーに入ります。
- フォース変換: 圧力がチャンバー壁に作用し、リップを半径方向外側/内側に押し出します。サポートリングが変位を制限し、圧力をフランジ面に対するシール力に変換します。
- 双方向シーリング: シール圧力はシステム圧力に比例して増加します (「圧力がかかっていると密閉性が高まります」)。
3. パフォーマンス上の利点
- 高圧信頼性（最大 1,000 MPa 以上）。
- 極限温度耐性（-196°C ～ 800°C）。
- 優れた耐腐食性・耐薬品性。
- はみ出し防止（サポートリング付き）。
- 長寿命、再利用可能（損傷がない場合）。
4. 材料と特性
| 材質カテゴリー | 例 | 長所 | 短所 | 最高温度（°C） |
|---|---|---|---|---|
| オーステナイト系ステンレス鋼 | 304、316L | コスト効率が高く、耐腐食性がある | 強度が低く、SCC感受性が高い | 600（長期） |
| PHステンレス鋼 | 17-4PH（630） | 高強度、耐腐食性 | オーステナイト鋼よりもコストが高い | 400 |
| Ni基超合金 | インコネル718/X-750 | 高温強度、耐酸化性 | 高い | 800 |
| Ni基耐腐食合金 | ハステロイC-276 | 優れた耐酸性/耐ハロゲン性 | 非常に高いコスト | 400 |
| 特殊合金/純金属 | Ti Gr.2、インコロイ 925 | 目標とするパフォーマンス（例：Ti：軽量） | 水素脆化リスク（Ti） | 様々 |
サポートリングには高強度材料（硬化鋼など）が使用されています。
5. アプリケーション
E-Seal は次のような場合に不可欠です。
- 石油・ガス: 坑口装置 (API 6A)、クリスマスツリー、HPHT バルブ。
- 石油化学製品: 水素化分解反応器、ポリエチレンユニット。
- 化学処理: 超臨界反応器、腐食性媒体。
- 核: 原子炉容器の閉鎖部、一次冷却ループ。
- 航空宇宙: ロケットエンジンシステム、試験装置。
- 高圧研究: オートクレーブ、材料合成室。
投稿日時: 2025年7月24日