バネで加圧されるPTFEシールでは、加圧コンポーネントはほぼ常に、片持ちバネ、傾斜コイルバネ、またはヘリカルリボンバネの3つの異なる設計のいずれかです。これらの金属バネは、PTFEシールのジャケット単独では生成できない一定の機械的力を提供します。これにより、幅広い圧力と温度で相手面に対して一貫性があり効果的なシールが保証されます。
バネの選択は恣意的ではありません。アプリケーションの特定の要求によって決定されます。各バネタイプは、動的動作、静的保持力、またはその両方のバランスのいずれかに最適化された異なる負荷プロファイルを提供するために設計されています。
バネ加圧の目的
バネで加圧されるシールは、高性能ポリマー（通常はPTFE）のジャケットと金属バネの2つの部品からなるシステムです。バネが必要な理由を理解することが、適切なバネを選択するための鍵となります。
ジャケットがインターフェースを提供する
PTFEジャケットはハードウェアと接触するコンポーネントです。これは、極めて低い摩擦、幅広い耐薬品性、広い温度許容性から選ばれます。しかし、PTFEはエラストマーではありません。圧縮されても「跳ね返り」ません。
バネが力を提供する
内部のバネは、シールのリップをシール面に押し付けるために必要な一定の外向きの力を提供します。これにより、システム圧力がシールを完全に作動させるのに不十分な低圧条件下でも、信頼性の高いシールが保証されます。また、温度変動時の材料の膨張や収縮を補償し、シールの寿命にわたる摩耗にも対応します。
3つの主要なバネ設計
各バネタイプは、その性能特性と理想的な使用例を定義する独自のジオメトリを持っています。
片持ちバネ（Vバネ）
平らな金属ストリップから「V」字型に成形されたこのバネは、動的アプリケーションの主力製品です。
その設計は負荷を特定の点に集中させるため、高速回転機器のシールに優れています。力と柔軟性の良好なバランスを提供します。
傾斜コイルバネ
このバネは丸線から作られ、コイル状に巻かれた後、傾斜させられるため、各コイルが楕円形になります。
これは最も汎用性の高い設計であり、動的な回転運動と往復運動（前後の動き）の両方に適しています。広いたわみ範囲にわたって非常に一貫した力を提供するため、ハードウェアの公差に対して寛容です。
ヘリカルリボンバネ
このバネは、平らな金属リボンからタイトなヘリックス状に巻かれて形成されており、従来の圧縮バネに似ていますが、負荷特性が異なります。
均一な分散で非常に高い負荷をもたらすため、静的または非常にゆっくりとした動的アプリケーションに最適です。その主な機能は、動きと摩擦が主な懸念事項ではない場所で、極めてタイトなシールを作成することです。
トレードオフの理解：負荷 対 摩擦
バネ選択における基本的な決定は、シール力と摩擦とのトレードオフに集約されます。
最大のシールを達成するための高負荷バネ
ヘリカルリボンバネのような高負荷バネは、大きな力を加えます。これは、漏れを防ぐことが絶対的な優先事項である高圧ガスシールや極低温システムなどのアプリケーションにとって極めて重要です。
トレードオフは摩擦の増大であり、熱を発生させ、シールと相手側ハードウェアの両方の摩耗を増加させます。これにより、高速の動的アプリケーションには不向きになります。
動的性能のための低負荷バネ
片持ちバネや傾斜コイル設計によく見られる低負荷バネは、摩擦を最小限に抑えるように設計されています。これにより、回転機器や往復機器での熱発生が減少し、シールの耐用年数が延びます。
トレードオフはシール力が低くなることです。これは、動的性能が最も重要であり、ごくわずかな漏れや滲みが許容できるアプリケーションでは完全に許容されます。
材料の選択が重要
形状に加えて、バネの材料は環境耐性に基づいて選ばれます。ステンレス鋼、エルギロイ、ハステロイなどの一般的な選択肢は、耐食性と温度安定性に関する特定のニーズに基づいて選ばれます。
アプリケーションに最適なバネの選択
あなたの運用目標は、正しいバネ設計を決定する上で最も重要な要素です。
- 高速回転動作が主な焦点の場合： 摩擦と摩耗を最小限に抑えるためには、片持ちバネ（Vバネ）または低負荷の傾斜コイルバネが最適です。
- 往復動作または混合ダイナミクスが主な焦点の場合： 傾斜コイルバネは、さまざまな動きやハードウェア条件にわたって最も汎用性と一貫したシール力を提供します。
- 静的、高圧、または極低温シールが主な焦点の場合： ヘリカルリボンバネは、最大のシール完全性のために必要な、高くて均一に分散された負荷を提供します。
最終的に、これらの基本的なバネ設計を理解することで、運用上の要求に合わせて正確に設計されたシールを指定できるようになります。
要約表：
| バネのタイプ | 主な特徴 | 理想的なアプリケーション |
|---|---|---|
| 片持ちバネ（Vバネ） | 集中した負荷、力と柔軟性の良好なバランス | 高速回転動作 |
| 傾斜コイルバネ | 一貫した力、汎用性、公差に対する寛容さ | 往復動作または混合ダイナミクス |
| ヘリカルリボンバネ | 高負荷で均一に分散 | 静的、高圧、または極低温シール |
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