JP2006194282A - Mechanical seal mechanism - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mechanical seal mechanism excellent in sliding characteristics of sealing rings, low in friction resistance, and excellent in a service life, at low cost. <P>SOLUTION: In an embodiment, hard carbon thin film 10 composed of DLC and containing 20 atom % or less hydrogen is formed on a seal surface of a rotary seal ring 4 attached on a side of a rotor 12, or a opposite seal surface of a fixed seal ring 7 attached on a side of a housing 13 storing the rotor 12, or both seal surfaces, and mixture of glycol of one kind, two kinds or more glycol is contained in liquid to be sealed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ハウジングとハウジング内で回転する軸の間から、油や水などの液体が漏れるのを防止するために用いられるメカニカルシール機構に関するものである。   The present invention relates to a mechanical seal mechanism that is used to prevent leakage of liquid such as oil or water from between a housing and a shaft that rotates in the housing.

例えば、ウォーターポンプのように水中で用いられる機器のメカニカルシールにおいては、回転軸側に取り付けられる回転密封環には炭化珪素、回転軸の周囲に位置するハウジングの側に取り付けられる固定密封環にはカーボン材を使用するのが一般的である。
すなわち、回転密封環に炭化珪素を用いるのは、硬度が高く耐摩耗性に優れると共に、高温高圧の水蒸気に曝されても腐食されないことによる。一方、固定密封環にカーボン材を用いるのは、自己潤滑性に優れ、潤滑状態が悪化した場合にも異常摩耗や異音発生(いわゆる、「鳴き」)を抑制するためである。
For example, in a mechanical seal of equipment used underwater such as a water pump, the rotary seal ring attached to the rotary shaft side is silicon carbide, and the fixed seal ring attached to the housing side located around the rotary shaft is It is common to use a carbon material.
That is, silicon carbide is used for the rotary seal ring because it has high hardness and excellent wear resistance and is not corroded even when exposed to high-temperature and high-pressure water vapor. On the other hand, the reason why the carbon material is used for the fixed sealing ring is to have excellent self-lubricating properties and to suppress abnormal wear and abnormal noise generation (so-called “squeal”) even when the lubrication state is deteriorated.

なお、回転密封環、固定密封環の両方に、炭化珪素を用いる場合もあるが、この場合には密閉液体による潤滑状態が悪化した場合の異音発生を防止するため、ポーラス状の炭化珪素を適用する必要がある(特許文献1参照)。
特開2002−323142号公報
In some cases, silicon carbide is used for both the rotating seal ring and the stationary seal ring. In this case, in order to prevent the generation of abnormal noise when the lubrication state by the sealing liquid deteriorates, porous silicon carbide is used. It is necessary to apply (refer patent document 1).
JP 2002-323142 A

上記のように、炭化珪素は、メカニカルシール用の摺動材として好適な材料ではあるものの、高価な材料であるため、特に上記特許文献1に記載されているように、回転密封環、固定密封環の両方に適用した場合には、材料コストが高騰してしまうという問題がある。また、炭化珪素を用いた摺動材は成熟技術となっており、これ以上摩擦抵抗を低減することは、技術的に困難なものとなっている。   As described above, silicon carbide is a suitable material as a sliding material for mechanical seals, but is an expensive material. Therefore, as described in Patent Document 1, particularly, a rotary seal ring, a fixed seal is used. When applied to both rings, there is a problem that the material cost will rise. Moreover, the sliding material using silicon carbide has become a mature technology, and it is technically difficult to reduce the frictional resistance.

本発明は、従来のメカニカルシール用摺動材料における上記課題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、密封環同士の摺動特性に優れ、摩擦抵抗が小さく、耐用寿命に優れたメカニカルシール機構を廉価に提供することにある。   The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned problems in conventional sliding materials for mechanical seals. The purpose of the present invention is to provide excellent sliding characteristics between sealing rings, low friction resistance, and long service life. It is to provide an excellent mechanical seal mechanism at low cost.

本発明者らは、上記課題を達成すべく、メカニカルシールの密封環に好適な摺動材料について種々検討すると共に、これら摺動材料の摺動面に介在することになる密封液体との組合せなどについて鋭意検討を重ねた結果、密封液体にエチレングリコールやプロピレングリコールなどのグリコールを含有させると共に、互いに摺動する両密閉環のうちの少なくとも一方の摺動面に、例えばダイヤモンドライクカーボン(以下、「DLC」と称する)などの硬質炭素薄膜による被覆を施すことによって、耐摩耗性と低摩擦抵抗を両立させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。   In order to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have studied various sliding materials suitable for a sealing ring of a mechanical seal, and combinations with a sealing liquid that will be interposed on the sliding surface of these sliding materials. As a result of intensive studies on the above, as a result of containing a glycol such as ethylene glycol or propylene glycol in the sealing liquid, diamond-like carbon (hereinafter, “ It has been found that by applying a coating with a hard carbon thin film such as “DLC”, it is possible to achieve both wear resistance and low frictional resistance, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明のメカニカルシール機構は、上記知見に基づくものであって、ハウジングとこのハウジング内に回転可能に収納された回転体の間から液体の流出及び流入を防止するためのメカニカルシール機構において、回転体の側に取付けられて一端側にシール面を備えた回転密封環と、ハウジングの側に取付けられて上記回転密封環のシール面に摺接する対向シール面を備えた固定密封環を有し、上記回転密封環のシール面と固定密封環の対向シール面の少なくとも一方のシール面が、硬質炭素薄膜により被覆されていると共に、上記液体が少なくとも1種のグリコールを含有し、かつ上記硬質炭素薄膜の水素含有量が20原子%以下であることを特徴としている。   That is, the mechanical seal mechanism of the present invention is based on the above knowledge, and in the mechanical seal mechanism for preventing the outflow and inflow of liquid from between the housing and the rotating body rotatably accommodated in the housing. A rotating seal ring that is attached to the rotating body and has a seal surface on one end side, and a fixed seal ring that is attached to the housing side and has an opposing seal surface that is in sliding contact with the seal surface of the rotary seal ring. And at least one of the sealing surface of the rotary sealing ring and the opposing sealing surface of the stationary sealing ring is covered with a hard carbon thin film, the liquid contains at least one glycol, and the hard The carbon thin film has a hydrogen content of 20 atomic% or less.

本発明によれば、メカニカルシールにおける回転密封環のシール面及び該シール面に摺接する固定密封環の対向シール面のうち、少なくとも一方のシール面にDLCなどの硬質炭素薄膜を被覆すると共に、当該シール機構によって密封しようとする液体にエチレングリコールやプロピレングリコールなどのグリコールを含有させるようにしているので、両シール面の摩擦性能が改善され、摩擦抵抗及び摩耗量が減少し、優れたシール性能を長期に亘って発揮することができると共に、安価な材料を使用することによって大幅なコスト削減が可能になるという優れた効果がもたらされる。   According to the present invention, a hard carbon thin film such as DLC is coated on at least one of the seal surface of the rotary seal ring in the mechanical seal and the opposed seal surface of the fixed seal ring that is in sliding contact with the seal surface, and Since the liquid to be sealed by the sealing mechanism contains glycol such as ethylene glycol and propylene glycol, the friction performance of both seal surfaces is improved, the frictional resistance and the amount of wear are reduced, and excellent sealing performance is achieved. In addition to being able to be exhibited over a long period of time, the use of an inexpensive material brings about an excellent effect that significant cost reduction is possible.

以下、本発明について、更に詳細に説明する。なお、本明細書において「%」は、特記しない限り質量百分率を示すものとする。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail. In this specification, “%” indicates mass percentage unless otherwise specified.

図1(a)及び(b)は、本発明のメカニカルシール機構を自動車用エンジンの冷却系統に用いられるウォーターポンプに装着した例を示すものであって、本発明のメカニカルシール1は、先端部にインペラ11を取付けたシャフト(回転体)12と、当該シャフト12を収納するポンプハウジング13の間に装着されて、ハウジング外の冷却液がハウジング13の内部(シャフト12との間)に流れ込まないようにシールしている。   1A and 1B show an example in which the mechanical seal mechanism of the present invention is mounted on a water pump used in a cooling system for an automobile engine. The mechanical seal 1 of the present invention has a tip portion. Is mounted between a shaft (rotary body) 12 having an impeller 11 attached thereto and a pump housing 13 that houses the shaft 12, and coolant outside the housing does not flow into the housing 13 (between the shaft 12). Is sealed.

上記メカニカルシール1は、図1(b)に拡大して示すように、ステンレス鋼製のスリーブ2と合成ゴム製のガスケット3を介して上記シャフト12に取付けられたマッチリング(回転密封環)4と共に、同じくステンレス鋼製のカートリッジ5と合成ゴム製のベローズ6を介して上記ハウジング13に取付けられたシールリング(固定密封環)7を備えており、当該シールリング7は、ばね用ステンレス鋼から成るコイルスプリング8によってマッチリング4に圧接され、シャフト12と一体的に回転するマッチリング4のシール面に、シールリング7の対向シール面が摺接することによって内外の流通が遮断され、冷却液がシールできるようになっている。   The mechanical seal 1 includes a match ring (rotating seal ring) 4 attached to the shaft 12 via a stainless steel sleeve 2 and a synthetic rubber gasket 3 as shown in FIG. In addition, a seal ring (fixed sealing ring) 7 attached to the housing 13 via a stainless steel cartridge 5 and a synthetic rubber bellows 6 is also provided. The seal ring 7 is made of stainless steel for springs. The opposing seal surface of the seal ring 7 is slidably contacted with the seal surface of the match ring 4 that is pressed against the match ring 4 by the coil spring 8 and rotates integrally with the shaft 12, thereby blocking the flow of the inside and outside, and the coolant It can be sealed.

そして、上記両シール面、すなわちマッチリング4のシール面及びシールリング7の対向シール面の少なくとも一方、この例ではマッチリング4のシール面に硬質炭素薄膜10が成膜してあり、これによって両シール面の摩擦係数が低下し、摩擦抵抗が少なくなって摩耗量が減少し、耐用寿命が向上することになる。
このとき、シールリング7の対向シール面に硬質炭素薄膜を形成することも、これらシール面の双方に硬質炭素薄膜を成膜することも可能であって、同様の効果が得られることになる。
A hard carbon thin film 10 is formed on at least one of the two seal surfaces, that is, the seal surface of the match ring 4 and the opposite seal surface of the seal ring 7, in this example, the seal surface of the match ring 4. The friction coefficient of the sealing surface is reduced, the frictional resistance is reduced, the wear amount is reduced, and the service life is improved.
At this time, it is possible to form a hard carbon thin film on the opposing seal surface of the seal ring 7 or to form a hard carbon thin film on both of these seal surfaces, and the same effect can be obtained.

ここで、硬質炭素薄膜としては、炭素を含有する結晶質又は非晶質の薄膜、特にダイヤモンド薄膜及びDLC薄膜を挙げることができる。
このDLC材料は、例えばCVD法(化学気相蒸着法)やPVD法(物理気相蒸着法)により成膜することができ、炭素原子を主体として構成される非晶質のものであって、炭素同士の結合形態がダイヤモンド構造(SP結合)とグラファイト結合(SP結合)の両方から成る。
Here, examples of the hard carbon thin film include a crystalline or amorphous thin film containing carbon, particularly a diamond thin film and a DLC thin film.
This DLC material can be formed by, for example, a CVD method (chemical vapor deposition method) or a PVD method (physical vapor deposition method), and is an amorphous material mainly composed of carbon atoms, The bonding form between carbons consists of both a diamond structure (SP 3 bond) and a graphite bond (SP 2 bond).

具体的には、炭素元素だけから成るa−C(アモルファスカーボン)、水素を含有するa−C:H(水素アモルファスカーボン)、及びチタン(Ti)やモリブデン(Mo)等の金属元素を一部に含むMeCなどを好適に用いることができるが、本発明においては、水素含有量が少ないものほど好ましく、水素含有量が20原子%以下のもの、好ましくは10原子%以下、特に0.5原子%以下、更には水素を含まないa−C系(アモルファスカーボン系)材料を好適に用いることができる。   Specifically, aC (amorphous carbon) consisting only of carbon elements, aC: H (hydrogen amorphous carbon) containing hydrogen, and some metal elements such as titanium (Ti) and molybdenum (Mo). In the present invention, the hydrogen content is preferably as low as possible. In the present invention, the hydrogen content is preferably 20 atomic% or less, preferably 10 atomic% or less, particularly 0.5 atom. % Or less, and a-C (amorphous carbon) material which does not contain hydrogen can be preferably used.

すなわち、硬質炭素薄膜中の水素含有量が増加すると摩擦係数が増すことから、本発明においては水素含有量の上限を20原子%とする必要があるが、摺動時の摩擦係数を十分に低下させ、さらに安定した摺動特性を確保するためには、10原子%以下、さらには0.5原子%以下とすることが望ましい。   That is, when the hydrogen content in the hard carbon thin film increases, the friction coefficient increases. Therefore, in the present invention, the upper limit of the hydrogen content needs to be 20 atomic%, but the friction coefficient during sliding is sufficiently reduced. In order to secure more stable sliding characteristics, it is desirable that the content be 10 atomic% or less, and further 0.5 atomic% or less.

一般に、硬質炭素薄膜に含まれる水素量は、成膜方法により左右され、このような水素含有量の低い硬質炭素薄膜は、例えばスパッタリング法やイオンプレーティング法など、水素や水素含有化合物を実質的に使用しないPVD法によって成膜することによって得られる。
この場合、成膜時に水素を含まないガスを用いるだけでなく、場合によっては反応容器や基材保持具のベーキングや、基材表面のクリーニングを十分に行ったうえで成膜することが被膜中の水素量を減らすために望ましい。
In general, the amount of hydrogen contained in the hard carbon thin film depends on the film forming method, and such a hard carbon thin film having a low hydrogen content is substantially free of hydrogen or a hydrogen-containing compound such as a sputtering method or an ion plating method. It is obtained by forming a film by a PVD method that is not used in the process.
In this case, in addition to using a gas not containing hydrogen at the time of film formation, in some cases, the film may be formed after sufficiently baking the reaction vessel or the base material holder or cleaning the surface of the base material. It is desirable to reduce the amount of hydrogen.

また、上記硬質炭素薄膜を被覆する前の基材の表面粗さについては、硬質炭素薄膜の膜厚が相当に薄いために、成膜後も膜表面の粗さに大きく影響することから、表面粗さRa(中心線平均粗さ)を0.1μm以下とすることが望ましい。すなわち、基材の表面粗さRaが0.1μmを超えて粗い場合には、膜表面の粗さに起因する突起部が相手材との局部的な接触面圧を増大させ、膜の割れを誘発する可能性が高くなることによる。   In addition, the surface roughness of the base material before coating the hard carbon thin film has a large influence on the roughness of the film surface even after film formation because the film thickness of the hard carbon thin film is considerably thin. The roughness Ra (centerline average roughness) is preferably 0.1 μm or less. That is, when the surface roughness Ra of the substrate is more than 0.1 μm, the protrusion due to the roughness of the film surface increases the local contact surface pressure with the counterpart material, and the film cracks. By increasing the chance of triggering.

本発明のメカニカルシール機構において、密封環の材料としては、基本的に従来と同様に炭化珪素やカーボン材を用いることもできるが、少なくとも一方のシール面に硬質炭素薄膜を成膜するようにしているので、密封環同士の摩擦特性(低摩擦性、耐摩耗性)が向上することから、上記材料に限定されることなく、密封しようとする流体の特性に応じた種々のより安価な材料を用いることができるようになり、大幅なコスト削減が可能になる。   In the mechanical seal mechanism of the present invention, as a material for the sealing ring, silicon carbide or a carbon material can be basically used as in the conventional case, but a hard carbon thin film is formed on at least one seal surface. Therefore, since the friction characteristics (low friction property, wear resistance) between the sealing rings are improved, various inexpensive materials corresponding to the characteristics of the fluid to be sealed are not limited to the above materials. It can be used, and a significant cost reduction is possible.

例えば、回転密封環に硬質炭素薄膜を被覆する場合の基材としては、ある程度の硬度と耐食性を備えていればよいので、ステンレス鋼の他、露出面の全面を硬質炭素薄膜によって被覆すれば、アルミニウム合金や鋼などを用いることができるようになり、さらなるコスト低減が可能になることから好ましい。
一方、固定密封環の基材としては、回転密封環よりも低硬度で、耐食性、耐摩耗性、低摩擦性に優れていることが要求されるので、カーボン材の他には、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、芳香族ポリアミド、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリーテルイミド(PEI)などの樹脂、特に耐摩耗性を確保するために、これら樹脂をガラス繊維や炭素繊維で補強した繊維強化樹脂材の使用が好ましい。
For example, as a base material in the case of coating a hard carbon thin film on a rotating seal ring, it is only necessary to have a certain degree of hardness and corrosion resistance, so in addition to stainless steel, if the entire exposed surface is coated with a hard carbon thin film, An aluminum alloy, steel, or the like can be used, which is preferable because cost can be further reduced.
On the other hand, the base material of the fixed seal ring is required to have lower hardness than the rotary seal ring and to be excellent in corrosion resistance, wear resistance, and low friction. Therefore, in addition to the carbon material, polyphenylene sulfide ( PPS), aromatic polyamide, polyethersulfone (PES), polyterimide (PEI) and other resins, especially fiber reinforced resin materials in which these resins are reinforced with glass fiber or carbon fiber to ensure wear resistance Is preferred.

このように、回転密封環よりも低硬度の基材を固定密封環に用いた場合には、回転密封環により高度の高い水素原子含有量0.5原子%以下の硬質炭素薄膜を被覆すること、及び/又は固定密封環にやや低硬度となる水素原子含有量0.5原子%以下の硬質炭素薄膜を被覆することが耐摩耗性を確保する上でより好ましい。   Thus, when a base material having a lower hardness than the rotating seal ring is used for the fixed seal ring, the hard carbon thin film having a high hydrogen atom content of 0.5 atomic% or less is coated with the rotary seal ring. In addition, it is more preferable to cover the fixed sealing ring with a hard carbon thin film having a hydrogen atom content of 0.5 atomic% or less, which has a slightly low hardness, in order to ensure wear resistance.

次に、本発明のメカニカルシール機構によってシールされる液体には、上記したように少なくとも1種のグリコールが含まれており、このような液体が両密封環のシール面間に介在することによって、摩擦特性が大幅に改善されることになる。
ここで、上記グリコールとしては、特に限定されず、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオールなどを単独で、あるいはこれらの2種以上を混合して使用することができるが、これらのうちでは、流動特性や冷却効率、また市場での入手のし易さや、価格の点などから、エチレングリコール又はプロピレングリコール、あるいはこれらの混合物を使用することが望ましい。
Next, the liquid sealed by the mechanical seal mechanism of the present invention contains at least one glycol as described above, and such liquid is interposed between the sealing surfaces of both sealing rings, The friction characteristics will be greatly improved.
Here, the glycol is not particularly limited, and for example, ethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, butanediol, pentanediol, hexanediol, heptanediol, octanediol and the like alone or in combination of two or more thereof. Of these, ethylene glycol or propylene glycol or a mixture thereof is used because of flow characteristics, cooling efficiency, availability in the market, and price. It is desirable.

また、上記グリコールの含有量としては、その1種又は2種以上の合計量として0.1〜97%の範囲とすることが望ましい。すなわち、グリコールの含有量が0.1%未満では、摩擦抵抗を低減する効果を十分に得られないこととなり、97%を超えると、添加成分が不溶となる可能性があるため好ましくない。   Moreover, as content of the said glycol, it is desirable to set it as 0.1 to 97% of range as the total amount of the 1 type (s) or 2 or more types. That is, if the glycol content is less than 0.1%, the effect of reducing the frictional resistance cannot be obtained sufficiently, and if it exceeds 97%, the added components may become insoluble, which is not preferable.

グリコール以外の成分としては、水やアルコールを挙げることができ、この他に上記液体が接触する金属材料の防錆を目的として、トリアゾール類、チアゾ−ル類、りん酸塩、カルボン酸類などの添加剤を総量として10%以下の範囲内で添加することができる。   Examples of components other than glycol include water and alcohol. In addition to this, for the purpose of rust prevention of metal materials in contact with the liquid, addition of triazoles, thiazoles, phosphates, carboxylic acids, etc. The total amount of the agent can be added within a range of 10% or less.

以下、本発明を実施例と比較例によって、さらに具体的に説明するが、本発明は、これら実施例のみに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited only to these Examples.

〔摩擦摩耗試験〕
図2に示すように、摺動側試験片としてシリンダー状試験片21、相手側試験片としてディスク状試験片22を用いて、シリンダーオンディスク単体往復動摩擦試験を行い、以下に示す条件のもとに、10分経過後の摩擦係数を測定した。
摩擦試験条件
試験装置 :シリンダーオンディスク単体往復動摩擦試験装置
摺動側試験片:φ15×22mmシリンダー状試験片
相手側試験片:φ24×7.9mmディスク状試験片
荷重 :100N(摺動側試験片の押し付け荷重)
振幅 :1.0mm
周波数 :50Hz
試験温度 :80℃
測定時間 :10分
[Friction and wear test]
As shown in FIG. 2, a cylinder-on-disk single-piece reciprocating friction test was performed using a cylindrical test piece 21 as a sliding side test piece and a disk-like test piece 22 as a counterpart test piece. Then, the coefficient of friction after 10 minutes was measured.
Friction test conditions Test equipment: Cylinder-on-disk single-piece reciprocating friction test equipment Sliding side test piece: φ15 × 22 mm cylindrical test piece Counterpart test piece: φ24 × 7.9 mm disc-shaped test piece Load: 100 N (sliding side test piece Pressing load)
Amplitude: 1.0 mm
Frequency: 50Hz
Test temperature: 80 ° C
Measurement time: 10 minutes

(実施例1)
JIS G4805に高炭素クロム軸受鋼鋼材として規定されるSUJ2鋼から、上記のような24mm径×7.9mm厚さのディスク状試験片基材を切り出し、この基材の上部摺動表面にPVDアークイオン式イオンプレーティング法によって、水素量が0.5原子%以下、ヌープ硬度Hk=2170kg/mm、表面粗さRy=0.03μmのDLC薄膜を0.5μmの厚さに成膜し、ディスク状試験片22を作成し、これを本実施例の相手側試験片(ディスク型試験片)として使用した。なお、上記基材のDLC成膜面における表面粗さRaは、0.01μmであった。
一方、焼成カーボン材から15mm径×22mmのシリンダー状試験片21を形成し、これを摺動側試験片として使用し、上記条件による摩擦試験を実施した。なお、当該実施例においては、エチレングリコールを基材とする液体を摺動側試験片21に塗布した状態で上記摩擦試験を実施した。このような材料の組合せを表1に纏めて示すと共に、その結果を図3に示す。
Example 1
From the SUJ2 steel defined as a high carbon chromium bearing steel in JIS G4805, a disk-shaped test piece base material having a diameter of 24 mm and a thickness of 7.9 mm as described above is cut out, and a PVD arc is formed on the upper sliding surface of the base material. A DLC thin film having a hydrogen content of 0.5 atomic% or less, a Knoop hardness Hk = 2170 kg / mm 2 , and a surface roughness Ry = 0.03 μm is formed to a thickness of 0.5 μm by an ionic ion plating method, A disk-shaped test piece 22 was prepared and used as a counterpart test piece (disk-type test piece) of this example. The surface roughness Ra on the DLC film-forming surface of the substrate was 0.01 μm.
On the other hand, a cylinder-shaped test piece 21 having a diameter of 15 mm × 22 mm was formed from the baked carbon material, and this was used as a sliding side test piece, and a friction test was performed under the above conditions. In addition, in the said Example, the said friction test was implemented in the state which apply | coated the liquid which uses ethylene glycol as a base material to the sliding side test piece 21. FIG. Such material combinations are summarized in Table 1 and the results are shown in FIG.

(実施例2)
表1に示すように、エチレングリコールに代えてプロピレングリコールを基材とする液体を摺動側試験片(シリンダー状試験片21)に塗布したこと以外は、上記実施例1と同様の摩擦試験を実施し、その結果を図3に併せて示す。
(Example 2)
As shown in Table 1, the same friction test as in Example 1 was performed except that a liquid based on propylene glycol instead of ethylene glycol was applied to the sliding test piece (cylindrical test piece 21). The results are shown in FIG.

(実施例3)
摺動側試験片として、15mm径×22mmのシリンダー状試験片基材の表面に、DLC薄膜を上記実施例1と同様の条件で成膜して成るシリンダー状試験片21を使用したことを除いて、上記実施例1と同様の摩擦試験を実施した。その結果を図3に併せて示す。
(Example 3)
Except that the cylindrical test piece 21 formed by forming a DLC thin film on the surface of a cylindrical test piece base material having a diameter of 15 mm × 22 mm under the same conditions as in Example 1 was used as the sliding test piece. Then, the same friction test as in Example 1 was performed. The results are also shown in FIG.

(実施例4)
表1に示すように、エチレングリコールに代えてプロピレングリコールを基材とする液体を摺動側試験片(シリンダー状試験片21)に塗布したこと以外は、上記実施例3と同様の摩擦試験を実施し、その結果を図3に併せて示す。
Example 4
As shown in Table 1, the same friction test as in Example 3 was performed except that a liquid based on propylene glycol instead of ethylene glycol was applied to the sliding side test piece (cylindrical test piece 21). The results are shown in FIG.

(比較例1)
相手側試験片(ディスク状試験片22)として、SiC(炭化珪素)から成る同一サイズのものを使用したことを除いて、上記実施例1と同様の摩擦試験を実施した。その結果を図3に併せて示す。
(Comparative Example 1)
The same friction test as in Example 1 was performed, except that the counterpart test piece (disk-shaped test piece 22) of the same size made of SiC (silicon carbide) was used. The results are also shown in FIG.

(比較例2)
相手側試験片(ディスク状試験片22)として、SiC(炭化珪素)から成る同一サイズのものを使用したことを除いて、上記実施例2と同様の摩擦試験を実施した。その結果を図3に併せて示す。
(Comparative Example 2)
A friction test similar to that of Example 2 was performed, except that a counterpart test piece (disk-shaped test piece 22) of the same size made of SiC (silicon carbide) was used. The results are also shown in FIG.

(比較例3)
相手側試験片(ディスク状試験片22)として、アルミナセラミックスから成る同一サイズのものを使用したことを除いて、上記実施例1と同様の摩擦試験を実施した。その結果を図3に併せて示す。
(Comparative Example 3)
The same friction test as in Example 1 was performed except that the counterpart test piece (disc-like test piece 22) was made of the same size made of alumina ceramics. The results are also shown in FIG.

(比較例4)
相手側試験片(ディスク状試験片22)として、アルミナセラミックスから成る同一サイズのものを使用したことを除いて、上記実施例2と同様の摩擦試験を実施した。その結果を図3に併せて示す。
(Comparative Example 4)
The same friction test as in Example 2 was carried out except that the counterpart test piece (disk-shaped test piece 22) of the same size made of alumina ceramics was used. The results are also shown in FIG.

Figure 2006194282
Figure 2006194282

(a)本発明のメカニカルシール機構をウォーターポンプに適用した例を示す断面説明図である。(b)図1(a)に示したメカニカルシール機構の拡大断面図である。(A) It is sectional explanatory drawing which shows the example which applied the mechanical seal mechanism of this invention to the water pump. (B) It is an expanded sectional view of the mechanical seal mechanism shown to Fig.1 (a). 本発明の実施例に用いたシリンダーオンディスク単体往復動摩擦試験機の構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the cylinder on disk single-piece | unit reciprocating friction test machine used for the Example of this invention. 実施例及び比較例の摩擦係数を比較して示すグラフである。It is a graph which compares and shows the friction coefficient of an Example and a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1 メカニカルシール
4 マッチリング(回転密封環)
7 シールリング(固定密封環)
10 硬質炭素薄膜
12 シャフト(回転体)
13 ハウジング
1 Mechanical seal 4 Match ring (Rotating seal ring)
7 Seal ring (fixed seal ring)
10 Hard carbon thin film 12 Shaft (Rotating body)
13 Housing

Claims (6)

ハウジングと該ハウジングに回転自在に収納された回転体の間からの液体の流出又は流入を防止するメカニカルシール機構であって、一端側にシール面を有し上記回転体に取付けられた回転密封環と、当該回転密封環のシール面に摺接する対向シール面を有し上記ハウジングに取付けられた固定密封環を備え、上記回転密封環のシール面と固定密封環の対向シール面の少なくとも一方のシール面が硬質炭素薄膜により被覆されており、上記液体が少なくとも1種のグリコールを含有していると共に、上記硬質炭素薄膜の水素含有量が20原子%以下であることを特徴とするメカニカルシール機構。   A mechanical seal mechanism for preventing outflow or inflow of liquid from between a housing and a rotating body rotatably accommodated in the housing, the rotating seal ring having a seal surface on one end side and attached to the rotating body And a fixed sealing ring having an opposing seal surface slidably contacting the sealing surface of the rotating seal ring and attached to the housing, and at least one of the seal surface of the rotating seal ring and the opposing seal surface of the fixed seal ring A mechanical seal mechanism characterized in that the surface is coated with a hard carbon thin film, the liquid contains at least one glycol, and the hydrogen content of the hard carbon thin film is 20 atomic% or less. 上記硬質炭素薄膜の水素含有量が10原子%以下であることを特徴とする請求項1に記載のメカニカルシール機構。   2. The mechanical seal mechanism according to claim 1, wherein the hydrogen content of the hard carbon thin film is 10 atomic% or less. 上記硬質炭素薄膜の水素含有量が0.5原子%以下であることを特徴とする請求項1に記載のメカニカルシール機構。   The mechanical seal mechanism according to claim 1, wherein the hydrogen content of the hard carbon thin film is 0.5 atomic% or less. 上記硬質炭素薄膜が実質的に水素を含まないことを特徴とする請求項1に記載のメカニカルシール機構。   The mechanical seal mechanism according to claim 1, wherein the hard carbon thin film does not substantially contain hydrogen. 上記硬質炭素薄膜の被覆前における基材の表面粗さがRaで0.1μm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載のメカニカルシール機構。   The mechanical seal mechanism according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface roughness of the base material before coating with the hard carbon thin film is 0.1 µm or less in terms of Ra. 上記液体がエチレングリコール及び/又はプロピレングリコールを含有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載のメカニカルシール機構。   The mechanical seal mechanism according to any one of claims 1 to 5, wherein the liquid contains ethylene glycol and / or propylene glycol.
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