CN109923339B - 机械密封件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械密封件，具备：旋转环，其设置在插通壳体内的旋转轴；固定环，其与所述旋转环在轴向上对置地进行配设；和弹性单元，其为了使所述旋转环和固定环的相对的密封面彼此接触，而将该旋转环以及固定环中的一方向另一方侧按压，所述机械密封件夹着所述密封面间将轴向一侧的第1空间和轴向另一侧的第2空间隔开。所述固定环由SiC的烧结体制作。在所述固定环中的与所述旋转环相对的密封面形成有金刚石膜，并且在所述固定环的外周面或者内周面形成有与所述密封面的金刚石膜连续的金刚石膜。形成了所述金刚石膜的固定环的体积电阻率是10¹～10⁴Ω·cm。

Description

机械密封件

技术领域

本发明涉及机械密封件。更具体而言，涉及将例如各种工业用泵、搅拌机等被轴封设备中的旋转轴与壳体之间通过使旋转环的密封面和固定环的密封面接触来进行密封的机械密封件。

背景技术

在进行强酸或强碱性等腐蚀性强的物质的处理的设备中，例如在进行该物质的搅拌处理的搅拌机中，为了确保耐腐蚀性，使用了在不锈钢等金属的母材的表面涂敷了玻璃、作为氟树脂的聚四氟乙烯的容器(压力容器)。涂敷了玻璃的容器也被称为搪玻璃釜(グラスライニング)(以下也称为GL釜)，此外，涂敷了氟树脂的容器也被称为氟树脂涂层釜(以下也称为PTFE釜)。

在具备所述GL釜、PTFE釜的搅拌机中，在与腐蚀性强的物质接触的该GL釜或PTFE釜的内侧面、以及插通GL釜或PTFE釜内使搅拌所述物质的搅拌翼等搅拌部旋转的旋转轴的表面，涂敷玻璃或氟树脂。

可是，在使用具备所述GL釜或PTFE釜的搅拌机来处理粉体、电导率低的溶剂等的情况下，容易产生静电。GL釜或PTFE釜，如前所述，在其内侧面涂敷有玻璃或氟树脂，所以体积电阻率(也称为比电阻)(Ω·cm)高，容易带电所产生的静电。若大量地带电静电，则有可能产生粉尘爆炸、点燃溶剂等不良。

因此，通常对所述GL釜、PTFE釜以及旋转轴实施接地处理，使得除去该GL釜等所带电的静电。

发明内容

发明要解决的课题

在具备前述的GL釜或PTFE釜的搅拌机中，除了该GL釜等的内侧面，构成机械密封件的密封部的旋转环、固定环也带电静电。在涉及的旋转环、固定环中，不仅产生来自GL釜或PTFE釜内的粉体、溶剂的带电，还产生由旋转环的密封面与固定环的密封面的滑动接触产生的静电的带电。旋转环以及固定环中的固定环大多情况下隔着O形圈安装于密封外壳，在该情况下，该固定环与所述密封外壳不实质上接触，而是被保持为通过O形圈与密封外壳稍微(例如，0.15～0.30mm程度)分离的状态。因此，固定环成为没有静电逃逸的地方而容易带电的构造。

此外，为了确保高的耐腐蚀性，作为固定环的材质，存在使用SiC(碳化硅)的烧结体的情况，但是SiC的体积电阻率具有10⁵～10⁷Ω·cm的幅度。对于体积电阻率，可以认为以10⁶Ω·cm为基准，比其大则电难以流动，比其小则电容易流动，但是在SiC的情况下，如前所述，因为体积电阻率存在偏差，所以会成为电荷难以流动而容易带电的固定环。在该情况下，因为在固定环带电的静电如上所述不存在逃逸的地方，所以有可能由于大量带电的静电而产生前述的粉尘爆炸等不良。

本发明鉴于这种情况而研发，目的在于提供一种能够抑制在固定环带电静电的机械密封件。

用于解决课题的手段

(1)本发明的机械密封件具备：旋转环，其设置在插通于壳体内的旋转轴；固定环，其与所述旋转环在轴向上对置地进行配设；和弹性单元，其为了使所述旋转环和固定环的相对的密封面彼此接触，而将该旋转环以及固定环中的一方向另一方侧按压，所述机械密封件夹着所述密封面间而将轴向一侧的第1空间和轴向另一侧的第2空间隔开，

所述固定环由SiC的烧结体制作，

在所述固定环中的与所述旋转环相对的密封面形成有金刚石膜，

在所述固定环的外周面或者内周面形成有与所述密封面的金刚石膜连续的金刚石膜，并且，

形成了所述金刚石膜的固定环的体积电阻率是10¹～10⁴Ω·cm。

在本发明的机械密封件中，在固定环中的与所述旋转环相对的密封面形成有金刚石膜，并且在所述固定环的外周面或者内周面形成有与所述密封面的金刚石膜连续的金刚石膜。此外，形成了金刚石膜的固定环的体积电阻率是10¹～10⁴Ω·cm。金刚石的体积电阻率小，形成了所涉及的金刚石的膜的固定环的体积电阻率虽然根据所述金刚石膜的膜厚而变动，但是若在通常的膜厚(例如，1.0～30.0μm)的范围内，则如上所述小到10¹～10⁴Ω·cm。因此，固定环变得电容易流动，能够抑制在该旋转环带电静电。

(2)在所述(1)的机械密封件中，期望在所述固定环中的与所述密封面相反一侧的面即背面，形成有与所述固定环的外周面或者内周面的金刚石膜连续的金刚石膜。在该情况下，能够进一步减小固定环的体积电阻率从而更有效地抑制在该固定环带电静电。

(3)在所述(1)或者(2)的机械密封件中，期望具备静电去除部，所述静电去除部将所述固定环所带电的静电从该固定环的外周面和/或内周面去除。在该情况下，能够通过静电去除部来去除固定环所带电的静电，所以能够进一步有效地抑制在该固定环带电静电。

(4)在所述(3)的机械密封件中，所述静电去除部能够具备：供给路径，其形成在安装有所述固定环的构件，向该固定环的外周面和/或内周面供给冷却水；排出路径，其形成在所述构件，将供给到所述固定环的外周面和/或内周面的冷却水排出；和泵，其向所述供给路径供给冷却水。在该情况下，通过由泵向供给路径供给冷却水，从而能够冷却固定环，并且能够通过该冷却水将固定环所带电的静电向外部排出。

(5)在所述(1)～(4)的机械密封件中，所述壳体能够在与于该壳体内进行处理的被处理物相接触的该壳体的内侧面以及所述旋转轴的表面涂敷玻璃或者氟树脂。在该情况下，即使在壳体内对强酸或强碱性的、粉体或电导率低的溶剂进行搅拌处理时产生的静电将要在固定环带电，因为固定环由金刚石膜涂敷并且体积电阻率小，所以也可以抑制在该固定环带电静电。

(6)在所述(5)的机械密封件中，能够将所述被处理物设为强酸或强碱性的粉体，或者设为强酸或强碱性的电导率低的溶剂。

发明效果

根据本发明的机械密封件，能够抑制在旋转环带电静电。

附图说明

图1是作为应用本发明的机械密封件的设备的一例的搅拌机的纵剖面说明图。

图2是本发明的机械密封件的一实施方式的纵剖面说明图。

图3是图2所示的机械密封件的主要部分放大说明图。

图4是图2所示的机械密封件的其他变形例的主要部分放大说明图。

图5是本发明的机械密封件的其他实施方式的主要部分放大说明图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的机械密封件的实施方式。

〔搅拌机的概要〕

图1是作为应用本发明的机械密封件的设备的一例的搅拌机A的纵剖面说明图。

图1所示的搅拌机A是大致垂直地配设对容器1内的被处理物进行搅拌的搅拌翼(未图示)的轴乃至旋转轴2的纵型搅拌机。在容器1的上端部(图1中上侧的端部)，配设有架台3。架台3通过将螺栓4螺合到设置在容器1的口部5的下部的部分法兰6的螺纹部从而安装到该口部5。此外，架台3通过双头螺栓8固定于形成在容器1的上端面1a的固定部7。

在架台3内配设有旋转轴2的轴头部2a，在该轴头部2a的外周设置有轴承9以及机械密封件M1。轴头部2a的前端2a1插入于分体式联轴器(割カップリング)11内。机械密封件M1将轴向一侧的容器1内的空间S1(以下也称为第1空间S1)和轴向另一侧的空间S2(以下也称为第2空间S2)隔开，防止存在于容器1内的被处理物等漏出到机外侧。架台3的上部侧的开口12被不锈钢等金属制的安全封盖13所封闭。

搅拌机A的容器1是称为所谓GL釜的容器，在该容器1的内侧面1b以及旋转轴2的表面2b等接触被处理物的位置乃至面涂敷有例如珐琅等玻璃。通过涂敷玻璃从而耐腐蚀性提高，所以在容器1内能够进行强酸或强碱性等的腐蚀性强的物质的搅拌处理。除了玻璃以外，也可以通过涂敷作为氟树脂的聚四氟乙烯(以下有时也省略为PTFE)等使容器的耐腐蚀性提高。

〔机械密封件〕

图2是本发明的一实施方式所涉及的机械密封件M1的纵剖面说明图，图3是图2所示的机械密封件M1的主要部分放大说明图。另外，在图2～图3以及下文的图4～图5中，为了便于理解，夸张地描绘了金刚石膜的膜厚。机械密封件M1安装于纵型搅拌机，在图2～图3中，左侧是搅拌机的上部侧(机外侧)，同样地右侧是搅拌机的下部侧(机内侧)。

图2所示的机械密封件M1具备：旋转环21，其设置在插通作为壳体的搅拌机的容器内的旋转轴20；固定环22，其配设为与所述旋转环21在轴向上对置；和作为弹性单元的弹簧23以及波纹管24，其要使所述旋转环21和固定环22的对置的密封面彼此接触而将该旋转环21以及固定环22中的其中一方的旋转环21向另一方的固定环22侧按压。

在旋转轴20的外周外嵌有圆筒状的止动环25，该止动环25通过固定螺丝26而固定于旋转轴20。在止动环25的轴向的机内侧配设有环状的传动套环27。该传动套环27螺纹连接于贯通所述止动环25的螺栓28而在轴向定位。

在止动环25与弹簧固定器29之间沿周向等间隔地装填有多个弹簧23。在图2中仅图示了一个弹簧23。弹簧23配设在传动套环27的周缘部所形成的孔27a内，其机外侧端部与止动环25的机内侧的面25a抵接，其机内侧端部与形成在弹簧固定器29的机外侧的面上的凹部29a的底面抵接。弹簧23为了将旋转环21向固定环22侧按压从而使该旋转环21的密封面21a(参照图3)与固定环22的密封面22a接触，而对弹簧固定器29以及波纹管24向轴向机内侧施力。

在传动套环27的机内侧的面上形成有适当数量的驱动销30。另一方面，在弹簧固定器29的机外侧的面上形成有与所述驱动销30相同数量的凹部31。通过使驱动销30卡合于凹部31，弹簧固定器29在给定范围内容许旋转环21的轴线方向的移动，并且阻止相对于传动套环27的相对旋转。

波纹管24配设在弹簧固定器29的内周侧。波纹管24是由耐腐蚀性优异的作为氟树脂的聚四氟乙烯等制作的圆筒状的一体构造物。波纹管24在其轴向或上下方向(图2中左右方向)的中间部具有在轴向或上下方向上自由伸缩的剖面蜿蜒状的伸缩部24a。波纹管24的作为上端部(基端部)的固定部24b通过不锈钢等金属制的环状的接合器32而嵌合固定在旋转轴20。

旋转环21例如是由加入了玻璃纤维、碳纤维、耐热树脂、石墨等填充材料的PTFE等制作的环状构件，在其下端部形成有与轴线正交的平滑的环状平面即密封面21a。旋转环21和弹簧固定器29间相对旋转被阻止。

旋转环21与作为波纹管24的下端部(前端部)的连结部24c一体地连结。即，旋转环21和波纹管的连结部24c在波纹管24以及旋转环21、或者任一方的成形加工时被连结，或者，在波纹管24以及旋转环21的成形加工后通过使两者一体化从而被连结。在被一体化的状态下，波纹管24与旋转环21的轴向边界不会清楚地出现。另外，波纹管24的连结部24c的外径比该波纹管24的伸缩部24a以及固定部24b略大，使得与旋转环21的上端部(基端部)成为相同的外径。

在弹簧固定器29的内周侧形成有环状的阶梯部29b。此外，波纹管24的连结部24c的周缘部被设为比该波纹管24的伸缩部24a的外周面更向径向外侧突出的阶梯部24c1。弹簧固定器29的阶梯部29b与波纹管24的伸缩部24a的阶梯部24c1卡合，通过两个阶梯部29b、24c1的卡合，从而使得弹簧23的作用力经由弹簧固定器29作用于波纹管24。

固定环22由SiC(碳化硅)的烧结体制作，该烧结体例如能够通过SiC的常温烧结或者反应烧结来得到。固定环22通过O形圈33、34安装于第1法兰35。在该第1法兰35，通过螺栓37固定有用于防止从旋转环21、固定环22产生的磨耗粉的飞散的由丙烯酸树脂等合成树脂制作的封盖36。此外，在第1法兰35通过螺栓38安装有第2法兰39。在本实施方式中，在第1法兰35形成有供给孔40，该供给孔40是向固定环22的外周面供给冷却液的供给路径。另外，在固定环22中的以旋转轴20为中心而与供给孔40相反一侧的位置，形成有排出孔(未图示)，该排出孔是将供给到固定环22的冷却液排出到外部的排出路径。通过未图示的泵将冷却液供给到供给孔40。在本实施方式中，所述供给孔40、排出孔以及泵构成了将固定环22所带电的静电去除的静电去除部。

在固定环22的轴向机外侧的端部，形成有与轴线正交的平滑的环状平面即密封面22a。通过对旋转环21的密封面21a进行施力并使之抵接于固定环22的密封面22a，从而将机内侧的第1空间S1和机外侧的第2空间S2密封。

在本实施方式中，在固定环22的密封面22a、外周面22b、以及该固定环22中的与所述密封面22a相反一侧的面即背面22c分别形成有金刚石膜d1、d2、d3。金刚石膜d1、d2、d3形成为彼此连续。形成了各金刚石膜d1、d2、d3的由SiC的烧结体构成的固定环22的体积电阻率根据该金刚石膜d1、d2、d3的膜厚而多少发生变动，但是成为小到10¹～10⁴Ω·cm的值。因此，固定环22变得电荷容易流动，能够抑制在该固定环22带电静电。即，即使产生了来自配设有机械密封件M1的搅拌机的容器内的粉体、溶剂的带电、由旋转环21的密封面21a与固定环22的密封面22a的滑动接触而产生的静电的带电，因为固定环22的体积电阻率小，电荷容易流动，因此也能抑制在该固定环22带电静电。

此外，在本实施方式中，在作为安装固定环22的构件的第1法兰35，形成有供给冷却液的供给孔40。因此，通过从所述供给孔40向固定环22的外周面22b供给冷却水，从而不仅能够冷却该固定环22，还能够通过冷却水将固定环22所带电的静电向机外排出。因此，能够更有效地抑制在固定环22带电静电。

各金刚石膜d1、d2、d3能够使用例如微波CVD法、热丝CVD法等一般的制造技术来制作。此外，金刚石膜d1、d2、d3的厚度在本发明中没有特别限定，但是通常为1.0～30.0μm，优选为5.0～15.0μm。从进一步减小固定环22的体积电阻率的观点出发，期望为5.0μm以上的厚度。此外，若考虑金刚石膜d1、d2、d3变得越厚、膜的表面粗糙度也变得越大，难以用作作为精密的机械部件的机械密封件M1的密封面，而且金刚石膜d1、d2、d3的残余应力变大，则期望金刚石膜d1、d2、d3的厚度为15.0μm以下。金刚石膜d1和金刚石膜d2、d3可以是相同的厚度，也可以是彼此不同的厚度。

另外，若在形成金刚石膜时在该膜掺杂硼(boron)等杂质，则与形成仅由金刚石构成的膜的情况相比，能够减小固定环22的体积电阻率。此外，根据增加掺杂量，能够减小体积电阻率。另一方面，若用硼等掺杂金刚石膜，则所形成的膜的脆性降低(变脆)。因此，在通过使旋转环21和固定环22滑动从而进行密封的机械密封件M1中，期望在固定环22形成未由硼等掺杂的金刚石膜(无掺杂金刚石膜)。

图4是图2～图3所示的实施方式的变形例的主要部分放大说明图。该变形例在该固定环22的内周面22d形成有金刚石膜d4，来代替在固定环22的外周面22b形成有金刚石膜d4，这点与上述实施方式所涉及的机械密封件M1不同。因此，对于与上述实施方式共同的构成要素赋予相同的参照符号，为了简化而省略对它们的说明。

在该变形例中，在固定环22的密封面22a、内周面22d、以及该固定环22中的与所述密封面22a相反一侧的面即背面22c分别形成有金刚石膜d1、d4、d3。金刚石膜d1、d4、d3形成为彼此连续。因此，在本实施方式中，固定环22也变得电荷容易流动，能够抑制在该固定环22带电静电。即，即使产生了来自配设有机械密封件M1的搅拌机的容器内的粉体、溶剂的带电、由旋转环21的密封面21a与固定环22的密封面22a的滑动接触而产生的静电的带电，因为形成了金刚石膜d1、d4、d3的固定环22的体积电阻率小，电荷容易流动，所以也能抑制在该固定环22带电静电。

另外，为了明确与上述实施方式的差异，设计为在固定环22的密封面22a、内周面22d以及背面22c形成金刚石膜d1、d4、d3，但是除此之外，也可以在外周面22b形成金刚石膜d2。

图5是本发明的其他实施方式所涉及的机械密封件M2的纵剖面说明图。旋转轴50和固定环41的结构、以及安装该固定环41的第1法兰42的结构分别与图2～图4所示的实施方式所涉及的机械密封件M1中的旋转轴20和固定环22、以及第1法兰35的结构不同，除了这一点，机械密封件M2的基本结构与机械密封件M1相同。因此，对于两个机械密封件M1、M2共同的要素乃至构件，赋予相同的参照符号，为了简化而省略对它们的说明。

在本实施方式中，在固定环41的密封面41a、外周面41b、以及该固定环41中的与所述密封面41a相反一侧的面即背面41c分别形成有金刚石膜d1、d2、d3。金刚石膜d1、d2、d3形成为彼此连续。因此，固定环41变得电荷容易流动，能够抑制在该固定环41带电静电。即，即使产生了来自配设有机械密封件M2的搅拌机的容器内的粉体、溶剂的带电、由旋转环21的密封面21a与固定环41的密封面41a的滑动接触而产生的静电的带电，因为形成了金刚石膜d1、d2、d3的固定环41的体积电阻率小，电荷容易流动，所以也能抑制在该固定环41带电静电。

在本实施方式中，固定环41与机械密封件M1中的固定环22不同，不经由O形圈而直接嵌合在第1法兰42。此外，架台43抵接于第1法兰42的外周。第1法兰42以及架台43都由能够通电的不锈钢、碳钢等金属来制作。因此，在固定环41带电的静电能够经由所述第1法兰42以及架台43向机外排出。其结果，能够更有效地抑制固定环41带电。在本实施方式中，与固定环41能够通电地抵接的金属制的构件即第1法兰42以及架台43构成了去除固定环41所带电的静电的静电去除部。

〔其他变形例〕

另外，本发明的机械密封件不限定于前述的实施方式，在权利要求书所记载的范围内能够进行各种变更。

例如在前述的实施方式中，作为应用机械密封件的设备，例示了纵型搅拌机，但是也可以应用于横型搅拌机。此外，除了搅拌机之外，本发明的机械密封件还能够应用于例如实施了搪玻璃等的泵、通过使用的流体而产生带电的不锈钢、碳钢制的工业用泵。在任一情况下，都能够通过在固定环的表面形成金刚石膜从而减小抵接固定环的体积电阻率，能够抑制在固定环带电静电。

符号说明

1：容器

1a：上端面

1b：内侧面

2：旋转轴

2a：轴头部

2b：表面

3：架台

4：螺栓

5：口部

6：部分法兰

7：固定部

8：双头螺栓

9：轴承

11：分体式联轴器

12：开口

13：安全封盖

20：旋转轴

21：旋转环

21a：密封面

22：固定环

22a：密封面

22b：外周面

22c：背面

22d：内周面

23：弹簧

24：波纹管

24a：伸缩部

24b：固定部

24c：连结部

25：止动环

26：固定螺丝

27：传动套环

28：螺栓

29：弹簧固定器

29a：凹部

29b：阶梯部

30：驱动销

31：凹部

32：接合器

33：O形圈

34：O形圈

35：第1法兰

36：封盖

37：螺栓

38：螺栓

39：第2法兰

40：供给孔

41：固定环

42：第1法兰

43：架台

A：搅拌机

M1：机械密封件

M2：机械密封件

S1：第1空间

S2：第2空间

d1：金刚石膜

d2：金刚石膜

d3：金刚石膜

d4：金刚石膜

Claims (4)

1.一种机械密封件，具备：

旋转环，其设置于插通在壳体内的旋转轴上；

固定环，其与所述旋转环在轴向上对置地进行配设；以及

弹性单元，其为了使所述旋转环和固定环的相对的密封面彼此接触，而将该旋转环以及固定环中的其中一方向另一方侧按压，

所述机械密封件以所述密封面之间为边界将轴向一侧的第1空间和轴向另一侧的第2空间隔开，

所述固定环由SiC的烧结体制作，

在所述固定环中的与所述旋转环相对的密封面形成有金刚石膜，

在所述固定环的外周面形成有与所述密封面的金刚石膜连续的金刚石膜，

形成了所述金刚石膜的固定环的体积电阻率是10¹～10⁴Ω·cm，

所述机械密封件具备静电去除部，所述静电去除部将所述固定环所带电的静电从该固定环去除，并且，

所述静电去除部包括：法兰，其直接嵌合所述固定环，以能与该固定环通电的方式抵接于该固定环；以及架台，其以能与该法兰通电的方式抵接于该法兰的外周。

2.根据权利要求1所述的机械密封件，其中，

在所述固定环中的与所述密封面相反一侧的面即背面，形成有与所述固定环的外周面的金刚石膜连续的金刚石膜。

3.根据权利要求1或2所述的机械密封件，其中，

在与于所述壳体内进行处理的被处理物相接触的该壳体的内侧面以及所述旋转轴的表面，涂敷有玻璃或者氟树脂。

4.根据权利要求3所述的机械密封件，其中，

所述被处理物是强酸或强碱性的粉体，或者是强酸或强碱性的电导率低的溶剂。

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