金属 ベローズ 柔軟なシール、動きへの適応、圧力検知を必要とする用途には欠かせない部品です。金属ベローズは、多様な製造プロセスと形状に対応しており、独自の機能を提供する一方で、設計者やエンジニアにとって複雑な作業となることもあります。
この記事では、成形ベローズ、溶接ベローズ、電鋳ベローズ、多層ベローズ、エッジ溶接ベローズの5つの主要な金属ベローズの種類について解説し、それぞれの特徴、利点、限界について詳しく説明していきます。各種類の微妙な違いを理解することで、用途に最適な金属ベローズを自信を持って選定できるようになります。
金属ベローズとは
金属ベローズは、圧縮、伸長、または曲げることで動きや振動に対応できる、柔軟性のある薄肉金属部品です。様々な用途において、圧力、真空、または機械的な力を封じ込めるように設計されています。金属ベローズは、ステンレス鋼、ニッケル合金、チタン、銅などの延性金属で作られており、柔軟性を実現する一連の渦巻き状または波形構造を特徴としています。
金属ベローズの種類
成形ベローズ
成形ベローズは、ハイドロフォーミングまたは深絞り成形によって製造されます。ハイドロフォーミングでは、金属管を金型内に配置し、高圧流体を流すことで金属を金型の形状に成形します。一方、深絞り成形では、平らな金属板を金型に押し込み、所望の形状に成形します。これらの製造方法により、成形ベローズは大量生産においてコスト効率に優れています。
成形ベローズの利点の一つは、適度な柔軟性により軸方向、横方向、角度方向の動きに対応できることです。しかし、他の種類のベローズに比べて機械的強度が低いため、高圧または高応力の用途では使用が制限される場合があります。
溶接ベローズ
溶接ベローズは、個々のダイヤフラムを溶接することで製造されます。ダイヤフラムは通常、金属板から打ち抜きまたは成形され、その後、レーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接などの様々な溶接技術を用いて接合されます。この製造工程により、高精度で耐久性の高いベローズの製造が可能になります。
溶接ベローズは強度に優れているため、高温、高圧、腐食性媒体などの厳しい環境にも適しています。しかし、溶接工程では溶接接合部に潜在的な弱点が生じ、疲労や腐食の影響を受けやすくなる可能性があります。
電気鋳造ベローズ
電鋳ベローズは、精密機械加工されたマンドレルまたは金型に金属を電気めっきすることで製造されます。電気めっき工程では、ニッケルや銅などの金属の薄い層をマンドレル上に所定の厚さになるまで堆積させます。その後、マンドレルを取り外すと、継ぎ目のない薄肉ベローズが残ります。
電鋳ベローズは壁が薄いため、極めて柔軟性が高く、高い可動性や振動遮断が求められる用途に最適です。また、軽量で高精度な製造が可能です。ただし、電鋳プロセスでは使用できる材料の選択肢が限られ、溶接設計に比べて耐久性が低くなる可能性があります。
多層ベローズ
多層ベローズは、薄い金属板を複数層重ね合わせた構造です。各層は通常、接着剤またはろう付けで接合されます。層数と各層の厚さを調整することで、必要な強度と柔軟性を実現できます。
多層構造により、ベローズの強度と柔軟性が向上し、高圧または周期的な荷重がかかる用途に適しています。また、多層構造は冗長性も確保し、1つの層が損傷した場合でも故障のリスクを低減します。
エッジ溶接ベローズ
エッジ溶接ベローズ 薄い金属ダイヤフラムを縁に沿って溶接し、渦巻き状の構造を形成することでベローズが製造されます。この工程により、渦巻き数が多くピッチが狭いベローズが製造され、優れた柔軟性が得られます。
エッジ溶接工程により、漏れのないシールを実現し、真空または高純度ガスを扱う用途に最適です。また、エッジ溶接ベローズは高い柔軟性を備えているため、軸方向、横方向、角度方向の大きな変位にも対応可能です。
