産業分野において、シールエレメントは流体（油、水、薬品、ガスなど）の漏れを防ぐための重要な部品です。様々なシールの中でも、高性能シールリングと呼ばれるものがあります。これは、その中心に「動力源」とも言えるスプリングを内蔵しています。スプリングは、過酷な動作条件下でもシールが長期にわたって安定したシール性能を維持することを可能にします。この記事では、シールリングに使用される主なスプリングの種類と、それぞれの役割について詳しく説明します。
I. なぜバネが必要なのか？ – バネの核となる機能
動的シール用途（例：回転軸、往復ピストンロッド）では、摩耗、温度変化による材料の膨張/収縮、シャフトのずれなどにより、シールリップが相手面との密着性を徐々に失い、漏れが生じることがあります。内蔵スプリングの主要機能は、継続的かつ安定したラジアル補償力を提供する 宛先:
- 摩耗を補正する: 長期摩耗により生じたクリアランスを自動的に吸収します。
- 許容範囲を考慮する: シャフトまたはハウジングの寸法公差および幾何学公差を補正します。
- 熱膨張/収縮に対応: 大幅な温度変動時にも十分なシール接触圧力を維持します。
- 常に密閉性を確保: 耐用年数を通じてシール力が大幅に低下しないことを保証します。
このようなスプリングを備えたシールは、通常、スプリング式シール最も一般的な例は、スプリングエネルギーシールです。
II. 主ばねの種類とその特徴および用途
スプリングの種類は、シーリングリングの性能と用途に直接影響を及ぼします。以下に、主流のスプリングの種類をいくつかご紹介します。
1. Vスプリング（Vスプリング）
- 構造: 精密に打ち抜かれたステンレス鋼ストリップから作られ、連続した V 字型構造を形成します。断面は一連の「V」に似ています。
- 機能と利点:
- 均一なラジアル力: 非常にスムーズで均一なラジアル荷重を提供し、均一なリップ摩耗と安定したシールを実現します。
- 低摩擦: シール内壁との接触面積が小さいため、移動時の摩擦が比較的少ない。
- キンク耐性: 連続リボン構造により、取り付け時のねじれや折れ曲がりに強く、特に大口径に適しています。
- 代表的な用途: 最も汎用性が高く一般的なタイプで、ほとんどの回転、往復、および静的アプリケーションに適しています。多くの標準的なスプリング駆動シールの第一選択肢です。
2. ヘリカルコイルスプリング（ヘリカルコイルスプリング）
- 構造: 円形または長方形の断面を持つワイヤを連続したらせん状のコイルに巻いて作られています。
- 機能と利点:
- 高いバネ力: Vスプリングよりも単位面積あたりのスプリング力が高く、より強いシール圧力が得られます。
- 優れた耐圧縮性特に平角線で作られたコイル（傾斜コイルスプリング）は軸方向の圧縮と横方向の荷重に強く、高圧下でも潰れにくいのが特徴です。
- 低温耐性: V スプリングに比べて、非常に低い温度でもスプリング力の減衰率が低くなります。
- 代表的な用途:
- 高圧条件: 非常に高い圧力下での静的および動的シーリングによく使用されます。
- 低温条件: LNG、液体窒素、液体酸素などの極低温媒体など。
- 大きなクリアランスアプリケーション: より大きなラジアルクリアランスと偏心を補正するのに優れています。
3. Uスプリング（Uスプリング）
- 構造：Vスプリングと構造は似ていますが、断面が「U」字型になっています。
- 機能と利点:
- 中程度のバネ力: バネ力特性はVバネとらせんコイルバネの中間です。
- 費用対効果が高い: 一般的に製造コストが低くなります。
- 代表的な用途: 条件が極端ではない、コスト重視の低圧から中圧のアプリケーションで使用されます。V スプリングやらせんスプリングほど一般的ではありません。
4. ウェーブスプリング（ウェーブスプリング）
- 構造: 複数の連続した山と谷を持つ平らな金属リング。
- 機能と利点:
- コンパクトなスペース: 軸方向の設置スペースが最小限で済むため、薄壁のコンパクトな設計に最適です。
- 制御された力: 精密に設計された予圧力を提供することができます。
- 代表的な用途: 主に静的シール動的シールのリップ補正用ではなく、O リングやその他のエラストマー ガスケットの予圧補正要素として機能します。
III. 適切なスプリングタイプを選択するには？
スプリングタイプを選択するには、以下の要素を総合的に考慮する必要があります。
- 動作圧力: 高圧の場合はらせんばねが適しており、低/中圧の場合は V ばねが適しています。
- モーションタイプ回転シールには均一な力を提供するVスプリングが優先されますが、往復運動にはどちらも使用できます。
- 温度範囲: らせんばね（特に長方形の線）は、非常に低い温度でも信頼性が高くなります。
- メディア互換性: スプリング材質 (通常は 304 または 316 ステンレス鋼) は媒体と互換性がある必要があります。腐食性の高い環境では、ハステロイなどの特殊な材質が必要になる場合があります。
- スペースの制約: 軸方向のスペースが限られている場合は、静的シールとしてウェーブ スプリングを検討できます。
- コスト予算V スプリングはコスト パフォーマンスに優れ、らせんスプリングはパフォーマンスに優れていますが、コストが比較的高くなります。
結論
スプリングは小さくても、スプリング式シールの魂です。均一な圧力を提供するV字型スプリングから、超高圧耐性を実現するらせん型スプリングまで、それぞれのスプリングは特定のエンジニアリング課題を解決するために生まれています。それぞれのスプリングの固有の機能と適用シナリオを理解することは、機器に最も適した信頼性の高いシールソリューションを選択するための重要なステップであり、信頼性、効率、耐用年数を向上させ、漏れのリスクを排除します。
投稿日時: 2025年9月22日