スプリング式シール（Fǔnsāi Fēngなどの名前でよく知られています）の設計において、その優れた性能の背後にある核となる原動力は、シール本体そのものではなく、その不可欠な内部部品である精密に設計されたコアスプリングスプリングエナジャイズドシールは、従来のシールソリューションを凌駕する独自の信頼性を備えています。この記事では、スプリングエナジャイズドシールにおけるスプリングの構造、材質、そして主要な機能について詳しく説明します。
I. スプリングの構造：精密に設計された動力源
スプリング式シール内部のスプリングは、従来の圧縮スプリングや引張スプリングとは異なり、連続的かつ均一なラジアル力を供給するために特別に設計された構造です。
- 1.基本形状：U字型またはV字型：
- •U字型スプリング（馬蹄形）:これは最も古典的で広く使用されている構造です。U字型のオープンデザインにより、優れた弾力性と回復力を実現します。
- •V字型スプリング:U 字型に似ていますが、より鋭角に曲がっている (V 字型) ため、より高い初期バネ力を実現でき、より大きなプリロードを必要とする用途でよく使用されます。
- 2.コア機能の特徴:
- •事前圧縮設計:スプリングは、シール本体の溝に挿入される前に、予め圧縮された状態で製造されます。これが、スプリングが継続的な力を供給する能力の基礎となります。
- •閉ループリング構造:U/V構造は端から端まで接合され（通常は精密溶接または特殊接合によって）、完全なリングこれにより、シール本体に作用する半径方向の力が非常に均一かつ連続的 円周全体に広がっており、弱点はありません。
- •シール本体の溝にマッチ:スプリングは、シール ベース本体 (通常は PTFE などのポリマー) の内側に特別に設計された溝に正確に埋め込まれ、シール ベース本体と一体化した効率的なユニットを形成します。
II. ばね材料：厳しい要求の下での選択
シール中心部に配置され、圧力、温度、腐食性媒体などの過酷な条件にさらされる可能性があるため、スプリング素材には特定の特性が必要です。
- 1.コア要件:
- •高弾性と優れた耐疲労性：永久変形や破損を起こさずに、数百万回、あるいは数十億回の圧縮と解放のサイクルに耐え、シール力の長期安定性を確保する必要があります。
- •耐腐食性:密封された媒体、環境、そして潜在的な洗浄剤からの攻撃に耐える能力。化学、製薬、食品業界にとって極めて重要です。
- •高温安定性:材料は、動作温度範囲内で著しい劣化を生じることなく、弾性と強度を維持する必要があります。特に、蒸気や高温油などを扱う用途では非常に重要です。
- •低クリープ/抗ストレス緩和:持続的な応力下でも永久塑性変形に対する強い耐性があり、時間の経過によるシール力の低下を防ぎます。
- 2.一般的な材料:
- •オーステナイト系ステンレス鋼:最も一般的な選択肢であり、バランスの取れた特性を提供します。
- •AISI 304 (1.4301):汎用性があり、中程度の腐食環境と中程度の温度に適しています。
- •AISI 316/316L (1.4401/1.4404/1.4435): 主な選択肢。モリブデンの含有量により、孔食および粒界腐食耐性が大幅に向上し、特に化学、海洋、食品、医薬品分野での応用範囲が広がります。
- •高温/高性能合金:極限の状況で使用されます。
- •インコネル X-750 / 718: ニッケル基超合金の提供 優れた高温強度、耐クリープ性、耐緩和性耐食性に加え、航空宇宙、高温井戸設備などに使用されます。
- •エルギロイ/フィノックス:コバルト-クロム-ニッケル合金の特徴非常に高い強度、比類のない耐疲労性、優れた耐腐食性、そして抜群の緩和耐性長寿命、高信頼性が求められる用途（原子力用シールなど）に最適です。
- •ハステロイ合金: 主な用途 極めて腐食性の高い環境（強酸、ハロゲン）。
- •オーステナイト系ステンレス鋼:最も一般的な選択肢であり、バランスの取れた特性を提供します。
III. バネの核心機能：かけがえのない駆動力
スプリング式シールの内部スプリングは単なる脇役ではなく、シール全体の性能を決定する重要な役割を果たします。
- 1.一定の初期シール力を実現（主な差別化要因）:
- •これが従来の O リングやリップシールに対する主な利点です。
- •機器がまだ稼働していないとき、またはシステムがゼロ/低圧のとき、 スプリング自身の予圧が継続的かつ着実に外向きの放射状力を発揮するこれにより、シール本体のシールリップが嵌合面（シャフト/ロッドとボア/ハウジング壁）にしっかりと密着します。
- •効果:起動時の「空運転」の問題を完全に解決し、低圧でも漏れのない起動と信頼性を保証します。
- 2.システム圧力の変動と損失を補正します:
- •システム圧力が上昇すると、中程度の圧力によってシーリングリップがより密着するように押し込まれます。
- •ただし、システム圧力が低下、変動、または消失すると (シャットダウン、圧力の急上昇など)、スプリングの一定の力が直ちに作用して圧力の不足を補います。
- •効果:あらゆる動作条件において効果的なシール接触力を維持し、圧力変化やシャットダウン時の漏れを防止します。これは、ダイナミックシールの信頼性にとって不可欠です。
- 3.シール本体の摩耗と塑性変形を補正します。
- •シール本体（特にPTFEタイプ）は、時間の経過とともに接触面でわずかに摩耗し、材質自体に小さな永久変形（コールドフロー、クリープ）が生じる場合があります。
- •スプリングは疲れを知らない「エネルギー貯蔵庫」のような役割を果たします。その固有の弾力性が常に作用し、シール本体を押して微細な隙間や変形を埋めます。
- •効果:シール効果を長期にわたって維持することで、シールの耐用年数を大幅に延ばします。
- 4.均一かつ継続的なシール力の分散を保証します:
- •閉ループリング構造設計により、シール本体に加わる半径方向の力が非常に均一になり、弱点のない 360 度シールを実現します。
- •効果:シール力の不均一性に起因する局所的な摩耗や漏れ経路の加速を防止します。特に、真円度がずれている、または表面がわずかに振れているアプリケーションに効果的です。
結論：真のパワー源
スプリング式シールの性能特性、すなわち長寿命、低リーク、幅広い圧力耐性、高温耐性は、内部の精密スプリングによって根本的に支えられています。スプリングは、システム圧力やシール本体の弾性特性のみに頼る限界を超え、能動的で持続的かつ適応的なコア駆動力を提供します。スプリングの構造設計、材料選定、品質管理は、シールの究極の性能限界と適用範囲を直接決定づけます。この「コアエンジン」を理解し、その価値を評価することが、スプリング式シールの適切な選定と適用の鍵となります。
投稿日時: 2025年8月11日