【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸水ポンプや循環ポンプ等のウォーターポンプに用いられるメカニカルシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、自吸式ポンプは、羽根車を収容するケーシングと、ケーシングの羽根車収容部内に水を充満させておくための呼び水用のケーシングカバーを有している。
【０００３】
特にケーシングとケーシングカバーとが一体になった型のポンプとして、図６に示されるように構成されたものがある。図６は従来のメカニカルシールを用いた自給式ポンプの断面図である。
【０００４】
以下図６を基に説明すると、モータ１１５には防錆処理された鉄板よりなるブラケット１１９が取りつけられ、このブラケット１１９に、耐食および軽量化のために樹脂成型品よりなり、かつ、モータ１１５と反対側端が開口したケーシング１１１を取りつけている。ケーシング１１１内には、モータ１１５と接続され、かつ、丸鋼材を切削して作られたシャフト１１０を挿入してあり、シャフト１１０の先端にはねじを形成している。また、ケーシング１１１内には、放射状の羽根と前面シュラウドを有する密閉式の羽根車１０９を収容している。この羽根車１０９は耐食性、軽量化のため、また、溶着の相性の良い熱可塑性の樹脂成型品よりなっている。そして羽根車１０９に金属製のねじ加工品をインサートし、このねじ加工品をシャフト１１０のねじに螺合して羽根車１０９をシャフト１１０に結合している。シャフト１１０は羽根車１０９とモータ１１５を連結しており、ポンプ室内に在る羽根車１０９と大気中に在るモータ１１５の間の水の漏洩を防止するため、シャフト１１０の外周部にメカニカルシールが配置されている。
【０００５】
前記のメカニカルシールは、炭素材料とバネおよびゴムパッキンよりなる回転側摺動部材１０４と、この回転側摺動部材１０４に摺接するセラミックス部材をゴムパッキンで支持し、ケーシング１１１のシャフト貫通穴を囲むように固定した固定側摺動部材１０１との組み合わせからなり、水漏れを防止するようにしている。
【０００６】
ケーシング１１１の開口側には、所定の位置に通水口を有する仕切板１１３とパッキン１１４を介在させてケーシングカバー１１２の開口側を結合させている。ケーシングカバー１１２は内部に呼び水用タンク１１６を形成し、また、吸込口１１７、吐出口１１８を持っている。
【０００７】
前記構成において、あらかじめケーシングカバー１１２内に呼び水を注入する。ケーシングカバー１１２内に注入された水は、呼び水用タンク１１６およびケーシング１１１内に充満する。まず、始動時では、モータ１１５の回転がシャフト１１０により羽根車１０９に伝達され、ケーシング１１１に収容された羽根車１０９が回転する。するとケーシング１１１内の水は羽根車１０９によってかき回され、水の中に空気が混入してくる。水と空気の混合水はケーシング１１１から押し出され、呼び水用タンク１１６に流れ込み、水と一緒に押し出された空気のみが吐出口１１８より外部へ流出する。そしてこの状態が続くとケーシング１１１内の空気圧が徐々に低くなり、外部との圧力差により吸込口１１７から水が流入し、本格的な水送出状態に入ると呼び水用タンク１１６には水が充満し、あふれた水が吐出口１１８より外部へ流出する。
【０００８】
このとき、羽根車１０９の回転は水に遠心力を与え、前面シュラウドは羽根車１０９内へ導入された水流の昇圧をする作用を有する。また、ケーシング１１１は羽根車１０９から流出した水流をケーシングカバー１１２へ吐出する作用を行う。また、ケーシングカバー１１２は、吸込口１１７よりケーシング１１１への導水とケーシング１１１から吐出口１１８への吐水を行う。
【０００９】
しかしながら、上記のような構成の自吸式ポンプにおいては、揚水時にメカニカルシールの摺接している回転側摺動部材１０４と固定側摺動部材１０１の間より若干の水漏れが発生する。また、摺接が十分でない場合、振動して「鳴き」という状態に陥ることになる。
【００１０】
メカニカルシールは、固定側摺動部材１０１としてアルミナやジルコニア等のセラミックをリング板状に加工し、摺接面を研磨し平滑な面に仕上げている。回転側摺動部材１０４としては、カーボンやフッ素系樹脂等潤滑性に優れた材料を円筒状に加工し、その摺接面を研磨し平滑な面に仕上げている。そして、固定側摺動部材１０１と回転側摺動部材１０４はバネにより軽く押し付けられ、摺接部よりの水の漏洩を抑えている。しかしながら、両摺接部が平滑過ぎて間に水の侵入がないと、振動して「鳴き」という現象を生じることとなり、具合が良くない。このため摺接面には少量の水が介在することが必要であり、水の若干の漏洩を前提として、系外に漏れた水がモータ１１５部に浸入しないような対策を行うのが通常の手段であった。
【００１１】
密封性能の改善および摺動特性の改善のため、特開昭６１−１６８５６６号公報が提案されている（例えば特許文献１参照）。図７（ａ）は従来のメカニカルシールにおける回転側摺動部材の上面図、図７（ｂ）は同回転側摺動部材の断面図を示す。回転側摺動部材１２０である炭化珪素材料１２１と炭素質材料１２２からなる摺接面に、炭素質材料１２２のみが分散配置され、かつ、この炭素質材料１２２が回転軸挿通孔方向に筋状に伸びている構造となっている。
【００１２】
この複合物の摺接面を研磨すると、炭化珪素より柔らかい炭素質材料１２２のみが若干研磨されやすいため炭素質材料１２２部が窪んだ形となり、結果として浅い溝を形成することになる。リングの外周側から浸入した水は、この溝に入るが回転による遠心力で飛ばされる。また、炭素質材料１２２は自己潤滑性が高いのでスムーズな摺動特性を得ることになる。
【００１３】
【特許文献１】
特開昭６１−１６８５６６号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような複合材の作成はきわめて難しい。炭素質材料１２２の埋め込まれる部分の溝の形成、溝部への炭素質材料１２２の充填、炭素質材料１２２と炭化珪素材料１２１の密着度の向上と多くの課題があり、民生用のポンプに適用するにはコスト面において極めて大きな問題点があった。
【００１５】
本発明は前記従来の問題に留意し、漏水を少なくし、潤滑作用を安定に保つことができる信頼性に優れたメカニカルシールを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、ポンプのケーシングに対し、そのシャフト貫通孔を囲むように固定されたリング状の固定側摺動部材と、シャフトを囲み前記固定側摺動部材に摺接する円筒状の回転側摺動部材で構成されるメカニカルシールにおいて、固定側摺動部材の摺動面を内周側エリアと外周側エリアに分け、その内周側エリアにフッ素系化合物とセラミックスの撥水性複合膜を形成し、外周側エリアに有機物とセラミックスの親水性複合膜を形成し、前記親水性複合膜に回転側摺動部材が摺接するようにした構成のウォーターポンプ用メカニカルシールとする。
【００１７】
本発明によれば漏水を少なくし、潤滑作用を安定に保つことができるため、信頼性に優れたメカニカルシールを実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載された発明は、ケーシングに対しそのシャフト貫通孔を囲むように固定されたリング状の固定側摺動部材と、シャフトを囲み固定側摺動部材に摺接する円筒状の回転側摺動部材で構成されるメカニカルシールであって、固定側摺動部材の摺動面の内周側にフッ素系化合物とセラミックスの撥水性複合膜を形成し、その他の面に有機物とセラミックスの親水性複合膜を形成し、親水性複合膜に回転側摺動部材が摺接するようにしたウォーターポンプ用メカニカルシールであり、摺接部からの水漏れを防止できる。
【００１９】
本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１に記載のウォーターポンプ用メカニカルシールにおいて、固定側摺動部材における親水性複合膜を形成するセラミックス部材が、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニアのうち少なくとも１種からなることとしたものであり、耐磨耗性にすぐれ長期間安定した摺動性能が得られる。
【００２０】
本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１に記載のウォーターポンプ用メカニカルシールにおいて、固定側摺動部材における親水性複合膜を形成する有機物材料が、脂肪酸エステル、脂肪酸エーテル、硫酸エステル、リン酸エステルおよびサルフェート類の親水性有機化合物の中のすくなくとも１種であることとしたものであり、潤滑性に優れたメカニカルシールが得られる。
【００２１】
本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のウォーターポンプ用メカニカルシールにおいて、固定側摺動部材における摺動面が、外周部から内周部に向かって低くなるように傾斜を有する形状としたものであり、潤滑のために内周側から外周側に向かって保持された水が安定して存在し、効果的な潤滑を促す。
【００２２】
本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のウォーターポンプ用メカニカルシールにおいて、固定側摺動部材における摺動面が、外周部から内周部に向かって高くなるように傾斜を有する形状としたものであり、潤滑のために外周側から内周側に向かって保持された水が安定して存在し、効果的な潤滑を促す。
【００２３】
本発明の請求項６に記載された発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のウォーターポンプ用メカニカルシールにおいて、固定側摺動部材における摺動面は、その外周部と内周部の境界部が、外周部と内周部よりも高くなるように傾斜を有する計上としたものであり、潤滑のために外周側および内周側から中央部に向かって保持された水が安定して存在し、効果的な潤滑を促す。
【００２４】
以下に本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１のメカニカルシールにおける固定側摺動部材の上面図、図１（ｂ）は同固定側摺動部材の断面図、図１（ｃ）は同メカニカルシールにおける回転側摺動部材の上面図、図１（ｄ）は同メカニカルシールにおける回定側摺動部材の断面図、図２は、同２つの摺動部材を用いたメカニカルシールの組立て図である。
【００２６】
なお、メカニカルシールを除く自吸式ポンプの全体構成については図６と同じであるので、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
図２のメカニカルシールの組立て図に基づいて説明する。図２において９は羽根車、１０はシャフト、１１はケーシングであり、ケーシング１１にはシャフト貫通孔を囲むようにリング板状の固定側摺動部材１を設けてあり、シャフト１０を囲む円筒状の回転側摺動部材４は、バネ６により軽く固定側摺動部材１に押し付けられている。
【００２８】
この構成において、羽根車９が回転すると、羽根車９のシャフト１０に固定されている回転側摺動部材４も回転する。このとき、回転側摺動部材４はバネ６により軽く固定側摺動部材１に押し付けられており、これら摺動部材１、４間から水が漏洩するのを防止している。なお、固定側摺動部材１とケーシング１１の間にはパッキンａ７が、回転側摺動部材４とシャフト１０の間にはパッキンｂ８が存在し水漏れを防いでいる。
【００２９】
ここで滑らかな摺動性能を得るためには、二つの摺動部材１、４間にごく薄い水の層ができていることが必要である。この水の層が厚すぎると水の漏洩が大きくなり、薄すぎると振動や鳴きといった現象が起こり偏った磨耗を起こし、その結果、水の漏洩を大きくさせてしまう。
【００３０】
このため本実施の形態１では、図１に示すように固定側摺動部材１の摺動面を内周側のエリアと外周側のエリアに分け、内周側のエリアにはフッ素系化合物とセラミックスの撥水性複合膜３を、外周側エリアには有機物とセラミックスの親水性複合膜２を形成する。回転側摺動部材４は、この外周側エリアの親水性複合膜２と対向し接触する摺接面５を持つような内径および外径を選ぶものとする。
【００３１】
具体的な動作としては、ポンプ槽内に呼び水を注入し、羽根車９およびそれに固定されたシャフト１０、さらに、シャフト１０に固定された回転側摺動部材４が回り始めると、羽根車９の周囲の圧力が高まり、水が吐出口から押し出される。このとき、羽根車９の裏側にあたるメカニカルシールの周囲も水圧が高まり、一部が摺動部材間の隙間に入り込んでくる。
【００３２】
回転側摺動部材４は炭素材料を主としたものが多いので、この部分は基本的には疎水性である。したがって、水が薄い層を形成するような状態を得るには、固定側摺動部材１の親水性度合いが重要である。固定側摺動部材１における親水性複合膜２を形成するシリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア等は基本的には親水性素材であるが、さらに親水性を向上させるため、有機物材料を加えて複合膜として被着させる。これら有機物材料としては、たとえば特開平８−２９２３０１に記載されている脂肪酸エステル、脂肪酸エーテル、硫酸エステル、リン酸エステルおよびサルフェート類の親水性有機化合物等の中から一つ以上を選び、セラミック材料と混合し被着することが望ましい。被着方法としてはスピンコート、印刷、スプレー等の手段の中から選ぶことができる。また、固定側摺動部材１の内周側エリアには撥水性複合膜３を被着する。これにより、外周側から浸入してきた水はこのエリアを越えて漏水してしまうことを防止できる。撥水性複合膜３としては、フッ素系材料とセラミック部材を混合したものを用いる。被着方法としては親水性複合膜２の素材と同じくスピンコート、印刷、スプレー等が使われる。二つの膜を被着した後、一括して乾燥、加熱硬化し被着力を高め、その後、研磨手段により表面を滑らかに加工する。
【００３３】
（実施の形態２）
図３（ａ）は本発明の実施の形態２のメカニカルシールにおける固定側摺動部材の上面図、図３（ｂ）は同固定側摺動部材の断面図、図３（ｃ）は同メカニカルシールにおける回転側摺動部材の上面図、図３（ｄ）は同メカニカルシールにおける回定側摺動部材の断面図、図４（ａ）は本発明の実施の形態２の別例メカニカルシールにおける固定側摺動部材の上面図、図４（ｂ）は同固定側摺動部材の断面図、図４（ｃ）は同メカニカルシールにおける回転側摺動部材の上面図、図４（ｄ）は同メカニカルシールにおける回定側摺動部材の断面図、図５（ａ）は本発明の実施の形態２の別例メカニカルシールにおける固定側摺動部材の上面図、図５（ｂ）は同固定側摺動部材の断面図、図５（ｃ）は同メカニカルシールにおける回転側摺動部材の上面図、図５（ｄ）は同メカニカルシールにおける回定側摺動部材の断面図である。
【００３４】
図３（ａ）、（ｂ）に示すものは、摺動面における内周側エリアを外周部エリアより低くなるように傾斜をもたせた固定側摺動部材１を示している。
【００３５】
図４（ａ）、（ｂ）に示すものは、摺動面における内周側エリアを外周部エリアより高くなるように傾斜をもたせた固定側摺動部材１を示している。
【００３６】
図５（ａ）、（ｂ）に示すものは、摺動面における内周部エリアと外周部エリアを、その境界部より次第に低くなるように傾斜をもたせた固定側摺動部材１を示している。
【００３７】
このような加工方法については、固定側摺動部材１の加工面とは反対の面をワークに固定し、ダイヤモンドないしはアルミナの微粒子を埋め込んだ錫定盤に押し当て定盤を回転しながら削り取っていく、ここでダイヤモンドあるいはアルミナの粒径は１μｍ前後が適当である。摺動面を平坦に加工した後、錫定盤から弾力性のある定盤に変更し、今度は定盤を固定し、ワークを回転させながら加工することにより、固定側摺動部材１の外周側あるいは内周側エリア、または、外周側エリアと内周側エリアをより強く研磨することが可能となる。
【００３８】
なお、図３、図４、図５ではデフォルメして表現されているが、この場合の外周側エリアと内周側エリア、または中心部と外周あるいは内周側の高さの差は１μｍ前後が最適となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明のメカニカルシールは、その固定側摺動部材の摺動面における外周部エリアを親水性素材に、内周部エリアを撥水性素材というように領域分けすること、あるいは、固定側摺動部材の摺動面における外周部エリアから内周部エリアにかけて傾斜を持たせたり、中央部、すなわち外周部エリアと内周部エレアの境界に頂点を持ってくるような形状に形成しているので、漏水を少なくし、潤滑作用を安定に保つことができるため、信頼性に優れたメカニカルシールを実現できるという優れた特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１のメカニカルシールにおける固定側摺動部材の上面図
（ｂ）同固定側摺動部材の断面図
（ｃ）同メカニカルシールにおける回転側摺動部材の上面図
（ｄ）同メカニカルシールにおける回定側摺動部材の断面図
【図２】本発明の実施の形態１の２つの摺動部材を用いたメカニカルシールの組立て図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２のメカニカルシールにおける固定側摺動部材の上面図
（ｂ）同固定側摺動部材の断面図
（ｃ）同メカニカルシールにおける回転側摺動部材の上面図
（ｄ）同メカニカルシールにおける回定側摺動部材の断面図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２の別例メカニカルシールにおける固定側摺動部材の上面図
（ｂ）同固定側摺動部材の断面図
（ｃ）同メカニカルシールにおける回転側摺動部材の上面図
（ｄ）同メカニカルシールにおける回定側摺動部材の断面図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態２の別例メカニカルシールにおける固定側摺動部材の上面図
（ｂ）同固定側摺動部材の断面図
（ｃ）同メカニカルシールにおける回転側摺動部材の上面図
（ｄ）同メカニカルシールにおける回定側摺動部材の断面図
【図６】従来のメカニカルシールを用いた自給式ポンプの断面図
【図７】（ａ）従来のメカニカルシールにおける回転側摺動部材の上面図
（ｂ）同回転側摺動部材の断面図
【符号の説明】
１ 固定側摺動部材
２ 親水性複合膜
３ 撥水性複合膜
４ 回転側摺動部材
５ 摺接面
６ バネ
８ パッキンｂ
９ 羽根車
１０ シャフト
１１ ケーシング[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mechanical seal used for a water pump such as a water suction pump and a circulation pump.
[0002]
[Prior art]
In general, a self-priming pump has a casing for accommodating an impeller and a casing cover for priming for filling the impeller accommodating portion of the casing with water.
[0003]
Particularly, as a pump of a type in which a casing and a casing cover are integrated, there is a pump configured as shown in FIG. FIG. 6 is a sectional view of a conventional self-contained pump using a mechanical seal.
[0004]
Referring to FIG. 6, the motor 115 is provided with a bracket 119 made of a rust-proof iron plate. The bracket 119 is made of a resin molded product for corrosion resistance and weight reduction. A casing 111 whose opposite end is open is attached. A shaft 110 connected to a motor 115 and made by cutting a round steel material is inserted into the casing 111, and a screw is formed at the tip of the shaft 110. In the casing 111, a closed impeller 109 having radial blades and a front shroud is housed. The impeller 109 is made of a thermoplastic resin molded product having good compatibility with welding for the purpose of corrosion resistance and light weight. Then, a metal threaded product is inserted into the impeller 109, and the threaded product is screwed to a screw of the shaft 110 to couple the impeller 109 to the shaft 110. The shaft 110 connects the impeller 109 and the motor 115, and a mechanical seal is provided on the outer periphery of the shaft 110 to prevent water leakage between the impeller 109 in the pump chamber and the motor 115 in the atmosphere. Is arranged.
[0005]
The mechanical seal supports a rotating sliding member 104 made of a carbon material, a spring and rubber packing, and a ceramic member slidingly contacting the rotating sliding member 104 with rubber packing, and surrounds a shaft through hole of the casing 111. The fixed sliding member 101 is fixed in such a manner as to prevent water leakage.
[0006]
On the opening side of the casing 111, the opening side of the casing cover 112 is connected via a partition plate 113 having a water inlet at a predetermined position and a packing 114. The casing cover 112 forms a priming tank 116 inside, and has a suction port 117 and a discharge port 118.
[0007]
In the above configuration, priming water is injected into the casing cover 112 in advance. The water injected into the casing cover 112 fills the priming tank 116 and the casing 111. First, at the time of starting, the rotation of the motor 115 is transmitted to the impeller 109 by the shaft 110, and the impeller 109 housed in the casing 111 rotates. Then, the water in the casing 111 is stirred by the impeller 109, and air is mixed into the water. The mixed water of water and air is pushed out of the casing 111, flows into the priming tank 116, and only the air pushed out together with the water flows out of the discharge port 118 to the outside. When this state continues, the air pressure in the casing 111 gradually decreases, and water flows in from the suction port 117 due to a pressure difference with the outside. When the water supply state is started, the priming tank 116 is filled with water. Then, overflowing water flows out from the discharge port 118 to the outside.
[0008]
At this time, the rotation of the impeller 109 gives a centrifugal force to the water, and the front shroud has a function of increasing the pressure of the water flow introduced into the impeller 109. The casing 111 has a function of discharging the water flow flowing out of the impeller 109 to the casing cover 112. The casing cover 112 conducts water from the suction port 117 to the casing 111 and discharges water from the casing 111 to the discharge port 118.
[0009]
However, in the self-priming pump configured as described above, a small amount of water leakage occurs between the rotating side sliding member 104 and the fixed side sliding member 101 in sliding contact with the mechanical seal during pumping. If the sliding contact is not sufficient, it will vibrate and fall into a state of "squeal".
[0010]
In the mechanical seal, a ceramic such as alumina or zirconia is processed into a ring plate shape as the fixed-side sliding member 101, and the sliding contact surface is polished to a smooth surface. As the rotating side sliding member 104, a material having excellent lubricity such as carbon or fluorine resin is machined into a cylindrical shape, and its sliding contact surface is polished to a smooth surface. Then, the fixed-side sliding member 101 and the rotating-side sliding member 104 are lightly pressed by a spring to suppress leakage of water from the sliding contact portion. However, if the sliding portions are too smooth and there is no intrusion of water in between, the phenomenon of vibration and "squeal" occurs, which is not good. For this reason, a small amount of water needs to be interposed on the sliding contact surface, and it is usual to take measures to prevent the water leaking out of the system from entering the motor 115 on the premise of a slight leakage of water. It was a means.
[0011]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-168566 has been proposed to improve sealing performance and sliding characteristics (for example, see Patent Document 1). FIG. 7A is a top view of a rotating side sliding member in a conventional mechanical seal, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the rotating side sliding member. Only the carbonaceous material 122 is dispersedly arranged on the sliding surface made of the silicon carbide material 121 and the carbonaceous material 122 as the rotation-side sliding member 120, and the carbonaceous material 122 is streaked in the direction of the rotation shaft insertion hole. It has a structure that extends.
[0012]
When the sliding surface of the composite is polished, only the carbonaceous material 122 softer than silicon carbide is slightly polished, so that the carbonaceous material 122 has a concave shape, and as a result, a shallow groove is formed. Water entering from the outer periphery of the ring enters this groove, but is blown off by centrifugal force due to rotation. In addition, since the carbonaceous material 122 has high self-lubricating properties, smooth sliding characteristics can be obtained.
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-61-168566.
[Problems to be solved by the invention]
However, making such composites is extremely difficult. There are many problems such as formation of a groove in a portion where the carbonaceous material 122 is embedded, filling of the groove with the carbonaceous material 122, improvement in the degree of adhesion between the carbonaceous material 122 and the silicon carbide material 121, and application to a commercial pump. To do so, there was an extremely large problem in terms of cost.
[0015]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly reliable mechanical seal that can reduce water leakage and stably maintain a lubricating action, while keeping in mind the above conventional problems.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a ring-shaped fixed-side sliding member fixed to a casing of a pump so as to surround a shaft through-hole, and surrounds a shaft and slides on the fixed-side sliding member. In a mechanical seal composed of a cylindrical rotating sliding member, a sliding surface of a fixed sliding member is divided into an inner peripheral area and an outer peripheral area, and the inner peripheral area is repelled by a fluorine compound and ceramic. An aqueous composite film is formed, a hydrophilic composite film of an organic substance and ceramics is formed in an outer peripheral area, and a mechanical seal for a water pump is configured so that a rotating sliding member is in sliding contact with the hydrophilic composite film.
[0017]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, since a water leak can be reduced and a lubrication effect can be kept stable, a mechanical seal excellent in reliability can be realized.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to the first aspect of the present invention, there is provided a ring-shaped fixed-side sliding member fixed to a casing so as to surround a shaft through-hole thereof, and a cylindrical shape surrounding a shaft and slidingly contacting the fixed-side sliding member. A mechanical seal composed of a rotating sliding member of the type, wherein a water-repellent composite film of a fluorine-based compound and ceramic is formed on the inner peripheral side of the sliding surface of the fixed sliding member, and an organic material is formed on the other surface. This is a mechanical seal for a water pump in which a hydrophilic composite film of ceramics is formed, and a rotation-side sliding member slides on the hydrophilic composite film, so that water leakage from the sliding contact portion can be prevented.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, in the mechanical seal for a water pump according to the first aspect, the ceramic member forming the hydrophilic composite film in the stationary sliding member is made of silica, alumina, zirconia, or titania. And at least one of them, which is excellent in abrasion resistance and provides stable sliding performance for a long period of time.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, in the mechanical seal for a water pump according to the first aspect, the organic material forming the hydrophilic composite film in the stationary sliding member is a fatty acid ester, a fatty acid ether, or sulfuric acid. At least one of the hydrophilic organic compounds such as esters, phosphates and sulfates is used, and a mechanical seal excellent in lubricity can be obtained.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, in the mechanical seal for a water pump according to any one of the first to third aspects, the sliding surface of the stationary sliding member extends from the outer peripheral portion to the inner peripheral portion. The water is held from the inner circumference to the outer circumference for lubrication stably, and promotes effective lubrication.
[0022]
According to a fifth aspect of the present invention, in the mechanical seal for a water pump according to any one of the first to third aspects, the sliding surface of the fixed-side sliding member extends from the outer peripheral portion to the inner peripheral portion. The water is stably held from the outer peripheral side toward the inner peripheral side for lubrication, and promotes effective lubrication.
[0023]
According to a sixth aspect of the present invention, in the mechanical seal for a water pump according to any one of the first to third aspects, the sliding surface of the stationary sliding member has an outer peripheral portion and an inner peripheral portion. The boundary portion has a slope that is higher than the outer peripheral portion and the inner peripheral portion, and water held from the outer peripheral side and the inner peripheral side toward the center for lubrication is stable. Exists and promotes effective lubrication.
[0024]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
(Embodiment 1)
FIG. 1A is a top view of a stationary sliding member in the mechanical seal according to the first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view of the stationary sliding member, and FIG. 1D is a cross-sectional view of the rotation side sliding member of the mechanical seal, and FIG. 2 is an assembly view of the mechanical seal using the two sliding members. is there.
[0026]
Note that the overall configuration of the self-priming pump except for the mechanical seal is the same as that in FIG.
[0027]
A description will be given based on an assembly drawing of the mechanical seal of FIG. 2, reference numeral 9 denotes an impeller, 10 denotes a shaft, 11 denotes a casing, and the casing 11 is provided with a fixed sliding member 1 in the form of a ring plate so as to surround a shaft through hole. Of the rotating side sliding member 4 is lightly pressed against the fixed side sliding member 1 by a spring 6.
[0028]
In this configuration, when the impeller 9 rotates, the rotation-side sliding member 4 fixed to the shaft 10 of the impeller 9 also rotates. At this time, the rotating side sliding member 4 is lightly pressed against the fixed side sliding member 1 by the spring 6 to prevent water from leaking between the sliding members 1 and 4. A packing a7 is provided between the fixed sliding member 1 and the casing 11, and a packing b8 is provided between the rotating sliding member 4 and the shaft 10, thereby preventing water leakage.
[0029]
Here, in order to obtain smooth sliding performance, it is necessary that a very thin water layer is formed between the two sliding members 1 and 4. If the water layer is too thick, water leakage will increase. If the water layer is too thin, phenomena such as vibration and squeal will occur, causing uneven wear, and as a result, water leakage will increase.
[0030]
Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, the sliding surface of the fixed-side sliding member 1 is divided into an inner peripheral area and an outer peripheral area, and the inner peripheral area includes a fluorine compound. A water-repellent composite film 3 of ceramics is formed, and a hydrophilic composite film 2 of an organic substance and ceramics is formed in an outer peripheral area. The inner diameter and the outer diameter of the rotating side sliding member 4 are selected so as to have a sliding contact surface 5 which faces and contacts the hydrophilic composite film 2 in the outer peripheral side area.
[0031]
As a specific operation, when priming water is injected into the pump tank and the impeller 9 and the shaft 10 fixed thereto, and further the rotation side sliding member 4 fixed to the shaft 10 start rotating, the impeller 9 The surrounding pressure increases and water is forced out of the outlet. At this time, the water pressure also increases around the mechanical seal corresponding to the back side of the impeller 9, and a part of the pressure enters the gap between the sliding members.
[0032]
Since the rotation-side sliding member 4 is mainly made of a carbon material, this portion is basically hydrophobic. Therefore, in order to obtain a state in which water forms a thin layer, the degree of hydrophilicity of the stationary sliding member 1 is important. Silica, alumina, zirconia, titania, and the like forming the hydrophilic composite film 2 in the stationary sliding member 1 are basically hydrophilic materials. However, in order to further improve the hydrophilicity, an organic material is added to the composite film. To be adhered. As these organic materials, for example, at least one selected from fatty acid esters, fatty acid ethers, sulfates, phosphates, and hydrophilic organic compounds such as sulfates described in JP-A-8-292301 is used. It is desirable to mix and deposit. The application method can be selected from spin coating, printing, spraying and other means. Further, a water-repellent composite film 3 is applied to the inner peripheral area of the fixed sliding member 1. This can prevent water that has entered from the outer peripheral side from leaking beyond this area. As the water-repellent composite film 3, a mixture of a fluorine-based material and a ceramic member is used. Spin coating, printing, spraying, and the like are used as the method of applying the same as the material of the hydrophilic composite film 2. After the two films are applied, they are collectively dried and heat-cured to increase the adhesion, and then the surface is processed smoothly by a polishing means.
[0033]
(Embodiment 2)
FIG. 3A is a top view of a stationary sliding member in the mechanical seal according to the second embodiment of the present invention, FIG. 3B is a cross-sectional view of the stationary sliding member, and FIG. FIG. 3D is a cross-sectional view of the rotation-side sliding member of the mechanical seal, and FIG. 4A is a cross-sectional view of another rotating mechanical member of the second embodiment of the present invention. 4B is a cross-sectional view of the fixed-side sliding member, FIG. 4C is a top view of a rotating-side sliding member of the mechanical seal, and FIG. FIG. 5A is a cross-sectional view of the turning-side sliding member of the mechanical seal, FIG. 5A is a top view of a fixed-side sliding member of another mechanical seal according to the second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 5C is a cross-sectional view of a side sliding member, and FIG. Top view of FIG. 5 (d) is a cross-sectional view of Kaijo side sliding member in the mechanical seal.
[0034]
FIGS. 3A and 3B show the stationary sliding member 1 in which the inner peripheral area on the sliding surface is inclined so as to be lower than the outer peripheral area.
[0035]
FIGS. 4A and 4B show the stationary sliding member 1 in which the inner peripheral area on the sliding surface is inclined higher than the outer peripheral area.
[0036]
FIGS. 5 (a) and 5 (b) show a fixed-side sliding member 1 in which an inner peripheral area and an outer peripheral area on a sliding surface are inclined so as to be gradually lower than the boundary. I have.
[0037]
With respect to such a processing method, a surface opposite to the processing surface of the fixed-side sliding member 1 is fixed to a work, pressed against a tin surface plate in which fine particles of diamond or alumina are embedded, and is scraped off while rotating the surface plate. Here, it is appropriate that the particle size of diamond or alumina is about 1 μm. After processing the sliding surface to be flat, the tin platen is changed to an elastic platen. This time, the platen is fixed, and the work is performed while rotating the work. It is possible to polish the side or inner peripheral area, or the outer peripheral area and the inner peripheral area more strongly.
[0038]
3, 4, and 5, the height difference between the outer peripheral area and the inner peripheral area, or the center part and the outer peripheral or inner peripheral side in this case is about 1 μm. It will be optimal.
[0039]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the mechanical seal of the present invention divides the outer peripheral area on the sliding surface of the fixed sliding member into a hydrophilic material and the inner peripheral area into a water-repellent material. That is, or to have a slope from the outer peripheral area to the inner peripheral area on the sliding surface of the fixed-side sliding member, or to bring the vertex to the center, that is, the boundary between the outer peripheral area and the inner peripheral area. Since it is formed in a suitable shape, water leakage can be reduced and the lubricating action can be kept stable, so that it has an excellent feature that a mechanical seal with excellent reliability can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a top view of a fixed-side sliding member in a mechanical seal according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view of the fixed-side sliding member. (D) Cross-sectional view of the turning-side sliding member in the mechanical seal. [FIG. 2] Assembly drawing of the mechanical seal using two sliding members according to the first embodiment of the present invention. (2) Top view of fixed-side sliding member in mechanical seal according to Embodiment 2 of the present invention (b) Cross-sectional view of fixed-side sliding member (c) Top view of rotating-side sliding member in the mechanical seal (d) FIG. 4A is a top view of a fixed-side sliding member of a mechanical seal according to another embodiment of the second embodiment of the present invention; FIG. 4B is a sectional view of a fixed-side sliding member of the mechanical seal; Sectional view (c) of the mechanical seal FIG. 5A is a top view of the rolling-side sliding member, and FIG. 5A is a cross-sectional view of the turning-side sliding member of the mechanical seal. Top view (b) Cross-sectional view of the fixed-side sliding member (c) Top view of the rotating-side sliding member in the mechanical seal (d) Cross-sectional view of the turning-side sliding member in the mechanical seal FIG. 7 (a) is a top view of a rotating side sliding member in a conventional mechanical seal, and FIG. 7 (b) is a sectional view of the rotating side sliding member in the conventional mechanical seal.
REFERENCE SIGNS LIST 1 fixed-side sliding member 2 hydrophilic composite film 3 water-repellent composite film 4 rotating-side sliding member 5 sliding contact surface 6 spring 8 packing b
9 impeller 10 shaft 11 casing
