エッジ溶接 ベローズ 薄い金属ダイヤフラムの端を溶接してアコーディオンのような構造を作り、フレキシブルな金属アセンブリーを構成する。これらの部品は、 ダイナミックシール 機械システム内のフレキシブル コネクタにより、漏れを防ぐ密閉バリアを維持しながら動きが可能になります。
各ベローズは、内縁と外縁が溶接された複数の金属ダイヤフラムで構成されています。一対の環状ダイヤフラムプレート（通常はオス型凸型とメス型凹型）が内径部で溶接され、外径部で接合されて完全なベローズアセンブリを形成します。これにより、軸方向、横方向、角度方向の弾性運動が可能な、漏れのない一体型部品が完成します。
ベローズ構成の種類
標準シングルプライ構成
最も一般的なエッジ溶接ベローズ設計は、単層の溶接ダイヤフラムを使用しています。各渦巻き部は一対のダイヤフラムを溶接して構成されており、ほとんどの用途において柔軟性、耐圧性、そしてコスト効率のバランスが取れています。
二重（多層）構成
二重ベローズは、単層ではなく同心円状のダイヤフラムを2層重ねた構造です。この設計により、個々の層の厚さを増やすことなく、耐圧性と疲労寿命を大幅に向上させます。各層は荷重を分担し、冗長性を確保します。つまり、1層に亀裂が生じても、もう1層がシール性を維持します。
ネストされたリップルデザイン
この構成は、圧縮時に互いに重なり合う同一輪郭のダイアフラムプレートを特徴としています。この重なり合った構造により、コンパクトな長さで最大のストロークを実現しながら、低いバネレートとベローズ全体にわたる均一な応力分散を実現します。
フラットダイアフラム構成
一部のベローズでは、輪郭形状ではなく、平らなリング状のダイヤフラムが使用されています。平らなダイヤフラムベローズは、ネスト型ベローズよりも剛性が高く、ストロークも小さくなりますが、非常に直線的なバネ特性を備えており、特定の用途ではより高い圧力にも対応できます。
エッジ溶接ベローズの製造
エッジ溶接ベローズの製造には、精密な加工と特殊な溶接技術が必要です。
- ダイヤフラムスタンピング: 薄い金属シート (通常、厚さ 0.001 ～ 0.010 インチ) をスタンプまたはレーザーカットして、目的の畳み込みプロファイルを作成するように設計された補完的なオス型とメス型を持つ円形のダイヤフラムを作成します。
- 洗浄プロセス: ダイアフラムは溶接前に超音波洗浄されて汚染物質が除去され、最適な溶接品質が確保され、将来の漏れが防止されます。
- エッジ溶接: オスとメスのダイヤフラムのペアは、TIG (GTAW)、レーザー溶接、または拡大した電子ビーム溶接を使用して内径で正確に位置合わせされ溶接されます。このプロセスは、溶接サイズが小さく材料が薄いため、微細溶接と呼ばれます。
- 畳み込みアセンブリ複数の畳み込みユニットを積み重ねて外径で溶接し、連続したベローズ コアを形成します。均一な間隔と位置合わせを確保するために、多くの場合、取り外し可能なスペーサーが使用されます。
- エンドフィッティングアタッチメント: ベローズの端部は、真空システム用のコンフラットフランジや、 メカニカルシール.
- 漏れ検査: 完成したアセンブリは、ヘリウム質量分析法または圧力減衰テストを受けて気密シールを確認し、1×10^-10 std cc/sec He という低いリーク率を実現します。
エッジ溶接ベローズの材質
- ステンレス鋼（300シリーズ）304L、316L、および 347 SS は、優れた耐腐食性と良好な溶接性を備え、低温でも延性を維持します。
- AM350 析出硬化型ステンレス: 熱処理により高い引張強度と硬度が得られ、通常、メカニカルシールや 600 ～ 700°F までで動作する高圧アプリケーションで使用されます。
- ニッケル合金（インコネルシリーズ）インコネル 625 および 718 は高温高圧環境に使用され、1000°F を超える温度でも強度を維持し、腐食や酸化に耐えます。
- ハステロイ合金: 強力な化学薬品や酸に対する極めて優れた耐腐食性を備えているため選ばれており、ステンレス鋼が腐食する化学処理に特に役立ちます。
- チタングレード 1 または 2 のチタンは、優れた強度対重量比と優れた耐腐食性を備えた軽量構造を備えており、航空宇宙、半導体、医療用途に最適です。
- モネルこのニッケル銅合金は塩化物腐食と塩水に対する優れた耐性を備えているため、海洋および海洋学の機器に最適です。
機械的特性と性能特性
- 柔軟性とストロークエッジ溶接ベローズは、損傷なく「ソリッドハイト」（完全に平坦化した状態）まで圧縮でき、ストローク長さ比は85～90%です。多重コンボリューション設計では、伸長時の長さのわずか10～15%までしか圧縮されない場合があります。
- スプリングレートダイヤフラムの厚さまたは巻数を調整することで、バネ定数を精密に調整できます。この低く予測可能なバネ定数は、最小限の力伝達が求められる圧力センサーやメカニカルシールに最適です。
- 圧力能力エッジ溶接ベローズは、薄肉にもかかわらず、1000psiを超える差圧まで真空に耐えることができます。輪郭形状のダイヤフラム設計は応力を効果的に分散しますが、溶接接合部は最終的な圧力定格を制限する要因となります。
- 温度範囲標準材料の場合、動作温度は極低温（-252°C/-423°F）から1000°F（538°C）以上までの範囲です。一部のニッケル合金設計では、短時間であれば1800°Fまで対応可能です。
- サイクル寿命適切に設計されたエッジ溶接ベローズは 1,000,000 回の屈曲サイクルを超え、精密アプリケーションでは設計パラメータ内で動作する場合、数百万サイクルを達成します。
- 漏れ防止: 全溶接構造により、1×10^-10 std cc/sec He 以上のリーク率で気密封止を実現し、半導体や航空宇宙用途に不可欠な超高真空基準を満たしています。
エッジ溶接ベローズの一般的な用途
- 航空宇宙・防衛: 極端な温度変化と高い信頼性が不可欠な高度センサー、燃料システムアキュムレーター、圧力レギュレーター、ジェットエンジン燃料計量ユニット、宇宙船の推進システムに使用されます。
- 半導体および超高真空システム: UHV 条件と清浄度の維持が重要な、ウェーハ処理ロボット、真空バルブ ステム、リニア アクチュエータ、および真空フィードスルーの必須コンポーネント。
- 医療機器: 生体適合性と気密シールを必要とする埋め込み型薬剤ポンプ、人工心臓部品、外科用レーザー機器、診断用画像システムに使用されます。
- 産業用真空および処理: 真空炉アセンブリ、有毒/腐食性流体用のベローズシールバルブ、攻撃的な媒体用の圧力ゲージとトランスデューサー、ロードセルなどでよく使用されます。
- メカニカルシール: ポンプやコンプレッサー内でスプリングと二次シールの二重の役割を果たします。エラストマー O リングが機能しなくなる高温用途に最適で、動的 O リングのハングアップの問題を解消します。
- 計測機器とセンサー: 測定精度には予測可能な有効面積とバネ定数が重要な差圧センサー、体積補償器、加速度センサーに使用されます。
エッジ溶接ベローズと成形ベローズの違いは何ですか？
| 特性 | エッジ溶接ベローズ | 成形ベローズ |
|---|---|---|
| 工法 | エッジに溶接された個別のダイヤフラム | 単管ハイドロフォームまたは機械成形 |
| 柔軟性 | 非常に高い; 固体の高さまで圧縮可能 | 壁が厚いため、完全に圧縮できない |
| スプリングレート | 低く正確に調整可能 | 高くて調整が難しい |
| ストローク長さ比 | 最大85～90%の圧縮 | 通常30～50%の圧縮 |
| 材料オプション | 特殊合金を含む幅広い範囲 | 延性があり成形可能な材料に限定 |
| 温度範囲 | 適切な合金で1800°Fまでの極低温 | 通常-40°F～500°F |
| 圧力能力 | 適切な設計で高圧力（最大1000psi以上） | 中程度; 高圧には厚い壁が必要 |
| サイクル寿命 | 1,000,000サイクルを超えることが多い | 通常100,000～500,000サイクル |
| 漏れ防止 | 密閉型、UHV基準を達成 | 良好だがマイクロクラックの可能性あり |
| 初期費用 | 少量の場合は高くなる | 大量生産時の1個あたりの価格低下 |
| カスタマイズ | 高度にカスタマイズ可能 | 制限あり。新しいツールが必要 |
| ベストアプリケーション | 重要な高性能システム | 大量、中程度の負荷用途 |
