メタルUシールは、エラストマーが機能しなくなるような極限条件（>70MPa、-200℃～650℃）において優れた性能を発揮します。この技術分析では、メタルUシールの構造的利点、材料選定、そして重要な設置プロトコルについて解説します。
I. コア特性と構造設計
1.1 構造上の特徴
| パラメータ | 金属Uシール | メタルCシール |
|---|---|---|
| 断面 | 対称的なU字型の唇 | オープンC字型シングルリップ |
| シール機構 | 弾性リップ変形 + ラジアルプリロード | 線接触圧縮 |
| ずれ許容範囲 | ★★★★☆（±0.5mm適応） | ★★☆☆☆（正確な位置合わせが必要） |
| 崩壊抵抗 | 強化された根の構造 | 薄壁のため永久変形しやすい |
1.2 動作原理
- 二段階シール:
- 一次シール：弾性リップの変形による初期接触
- 二次シール：システム圧力がリップと表面の接触を活性化します
- リバウンドリザーブ: Uベースは摩耗/熱補償のための弾性エネルギーを蓄えます
II. 材料性能（ASTM規格）
| 材料 | 温度範囲 | 耐食性 | 代表的な用途 |
|---|---|---|---|
| 304ステンレス | -200～400℃ | 弱酸/アルカリ（pH4-10） | 一般的な油圧 |
| ハステロイC276 | -250～450℃ | ★★★★★（強酸・ハロゲン） | 化学反応器/原子力ポンプ |
| Ti-6Al-4V | -270～600℃ | 海水/酸化媒体 | 航空宇宙/深海機器 |
| インコネル718 | -200～700℃ | 高温酸化 | ロケットエンジンのノズル |
注：ハステロイの腐食速度はCl⁻媒体中では0.002mm/年未満（ASTM G48）
III. Cシールとの主な違い
| 比較 | 金属Uシール | メタルCシール |
|---|---|---|
| 信頼性 | 冗長デュアルリップシーリング | 単一接触リスク |
| 動的適応性 | 振動/ずれを補正 | 厳密な位置合わせが必要（<0.1mm） |
| 耐衝撃性 | 圧力分散根 | 薄い壁は簡単に崩れる |
| 再利用性 | 3～5回のサービスサイクル | 通常、除去後に廃棄される |
| コスト効率 | 初期コストが高く、寿命は5年以上 | 低コストだが頻繁に交換が必要 |
IV. 重要なアプリケーション
4.1 かけがえのないシナリオ
- 超高圧シリンダー:
-
100MPa（例：10,000トンプレスシリンダー）
- 漏れ量 <1ml/h (ISO 6194)
-
- 極端な気温:
- 液体酸素パイプライン（-183℃）
- ガスタービンシール（650℃）
- 攻撃的なメディア:
- 硫酸反応器（濃度98%以上）
- 海水油圧システム
4.2 ケーススタディ
- 宇宙ステーションのドッキング機構: Ti-6Al-4V Uシールは10⁻⁸ Paの真空を維持します
- 深海BOPハステロイUシールは103.5MPaの静水圧に耐えます
V. インストールプロトコル
5.1 重要なステップ
- 表面処理:
- Ra≤0.4μm（ISO 4288）
- 硬度 ≥ HRC 50
- クリアランス制御:
- ラジアルクリアランス：0.05～0.15mm（干渉量＝0.1%×軸径）
- 事前圧縮:
- 軸方向圧縮率：15～20％（過剰圧縮は塑性変形を引き起こす）
5.2 禁止されている操作
- ❌ ハンマーによる取り付け（マンドレルプレス工具を使用）
- ❌ 過度の伸張（2%を超える変形は反発を阻害する）
- ❌ 乾式組立（MoS₂高温グリースを塗布する必要があります）
結論メタルUシールは、弾性エネルギー貯蔵と加圧通電シールにより、極限条件下でもほぼゼロの漏れを実現します。デュアルリップ設計はCシールよりも信頼性と適応性に優れ、初期投資額が高いにもかかわらず、ライフサイクルコストを40%以上削減します。
投稿日時: 2025年6月26日