カンチレバー型ベローズとは

カンチレバー型ベローズは、さまざまな産業用途において、温度変動や機械的な力によって生じる寸法変化を補正するために使用される特殊な部品です。ただし、さまざまな設計、材料、性能特性があるため、特定の用途に適したベローズを選択することは困難です。

この記事では、カンチレバー型ベローズについて、その設計、構造、利点、欠点、一般的な用途など、包括的な概要を説明します。また、カンチレバー型ベローズと他の一般的なベローズ タイプを比較して、プロジェクトにこれらの重要なコンポーネントを指定する際に十分な情報に基づいた決定を下せるよう支援します。

カンチレバー型ベローズとは

カンチレバー型ベローズは、独自の構造と形状を特徴とする特殊なベローズ設計です。複数の入れ子状の渦巻き状のダイヤフラムまたはプレートが共通の中心スプールまたはリングに取り付けられています。これらのダイヤフラムの外縁は、オフセットまたは階段状のパターンで端部スプールに溶接されており、カンチレバー スプリングの配置に似ています。

この独特なカンチレバー設計により、半径方向の剛性を高く保ちながら、軸方向の大きなたわみと横方向の変位が可能になります。渦巻き状のプレートはカンチレバー スプリングのように機能し、ベローズの軸に沿った動きに合わせて曲げたり変形したりします。このスプリングのような動作により、カンチレバー ベローズは振動を効果的に吸収し、位置ずれを補正し、配管システムの熱膨張や収縮に対応できます。

カンチレバー型ベローズの設計と構築

1. ダイヤフラムまたはプレートカンチレバーベローズは、複数の薄い渦巻き状の金属ダイヤフラムまたはプレートを使用して構築されます。
2. 中央スプールまたはリング: ダイヤフラムは、ベローズ アセンブリのコアとして機能する中央のスプールまたはリングに取り付けられています。また、配管システム内の他のコンポーネントにベローズを接続するための取り付けポイントとしても機能します。
3. エンドスプール: ダイヤフラムの外縁は、オフセットまたは段状のパターンでエンド スプールに溶接されます。エンド スプールは通常、配管システムとの統合を容易にするためにフランジまたはその他の接続機能を備えて設計されます。

カンチレバー型ベローズのメリット

1. 高い横方向の柔軟性: 片持ちリーフ構造により、大きな横方向の動きと角度調整が可能になります。
2. コンパクトなデザイン: カンチレバーベローズは省スペース設計を特徴としており、設置スペースが限られた用途でも使用できます。
3. 低バネレート: 薄いカンチレバー リーフは、非常に低いバネ定数を提供します。つまり、カンチレバー ベローズは、圧縮または伸長時に最小限の力と抵抗しか発生しません。
4. 耐久性のある構造: カンチレバー ベローズは、通常、高強度ステンレス鋼で作られています。全金属溶接構造により、優れた耐久性、耐腐食性、高温および高圧に耐える能力が実現します。

カンチレバー型ベローズのデメリット

1. 限られた圧力能力: 薄いカンチレバー リーフのため、これらのベローズは、成形ベローズやエッジ溶接ベローズなどの他のタイプと比較して、圧力定格が低くなります。より高い圧力で使用しようとすると、リーフが変形する可能性があります。
2. 軸方向の剛性の低減: カンチレバー ベローズは横方向の柔軟性が高い反面、軸方向の剛性が低くなります。他の剛性の高いベローズ タイプに比べ、圧縮荷重に対する耐性が低くなります。
3. 大きいサイズ: 軸方向には非常にコンパクトですが、カンチレバー ベローズは、リーフの横方向の屈曲に対応するために、より大きな半径方向のスペースを必要とします。カンチレバー ベローズの全体の直径は、他のタイプと比較して、ストロークに対して大きくなります。
4. コストの上昇: 個々のカンチレバー リーフの形状が複雑なため、これらのベローズは、より単純な成形または溶接設計に比べて製造コストが高くなることがよくあります。
5. 固体粒子に対する感受性: スライドするリーフ間の狭い空間に固形粒子が閉じ込められ、摩耗や損耗を引き起こす可能性があります。

カンチレバー型ベローズの用途

1. 排気コネクタ: カンチレバー ベローズは、エンジン排気システムでフレキシブル排気コネクタや伸縮ジョイントとしてよく使用されます。排気コンポーネント間の相対的な動きを可能にしながら、漏れのないシールを維持し、熱膨張や振動に対応します。
2. メカニカルシール: ポンプ、ミキサー、コンプレッサーなどの回転機器では、カンチレバー ベローズがメカニカル シール アセンブリ内の非回転シール要素として機能します。ベローズは回転シャフトの周囲に柔軟なシールを維持し、シャフトのずれや軸方向の動きに対応します。
3. バルブステムシール: カンチレバー ベローズは高性能バルブのステム シールとして使用され、可動バルブ ステムの周囲に信頼性の高い柔軟なシールを提供します。ベローズは側面荷重や位置ずれがあってもシールの完全性を維持し、漏れのない遮断を保証します。
4. 航空宇宙: 航空機や宇宙船では、カンチレバー ベローズはフレキシブル ダクト、熱膨張ジョイント、メカニカル シールなどに使用されています。コンパクトなエンベロープ内で動きを許容し、振動を吸収する能力は、重量に敏感なこれらの用途で役立ちます。
5. 医療機器: ステンレス鋼カンチレバーベローズは生体適合性と柔軟性に優れているため、医療機器用途に適しています。内視鏡、外科用器具、インプラント機器に使用され、正確な関節運動と流体/ガスの密封を実現します。
6. 半導体製造: 半導体製造装置では、カンチレバー ベローズは、ウェーハ処理および真空チャンバー フィードスルーの動的シールとして使用されます。必要な移動と調整を可能にしながら、真空またはプロセス ガスの完全性を維持します。
7. ロボット工学: カンチレバー ベローズは、ロボット アームや操作デバイス内のフレキシブル ジョイントおよび動的シール要素として機能します。コンパクトなロボット アセンブリ内でスムーズな関節運動と回転運動を可能にし、内部コンポーネントを保護します。
8. 精密機器: 光学デバイス、センサー、計測機器では、カンチレバー ベローズが焦点調整、ズーム機構、サンプル位置決めステージの正確な密閉と移動を実現します。摩擦のない屈曲と低いヒステリシスが高精度に貢献します。

他のベローズタイプとの比較