JP2014185691A - Mechanical seal - Google Patents

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Kazuaki Matsuo
和昭 松尾
Masahiro Suzuki
雅裕 鈴木
Kazuyoshi Yamakawa
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3496Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member use of special materials

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mechanical seal capable of improving corrosion resistance, wear resistance and workability in a lump.SOLUTION: A mechanical seal 1 prevents the leakage of a fluid R from between a housing 3 having an opening 6 through which a rotating shaft 4 is inserted and the rotating shaft 4 through the opening 6. The mechanical seal 1 includes a fixed ring 11 fixed to the housing 3 at the opening 6 and externally fitted to the rotating shaft 4, and a rotary ring 12 externally fitted to the rotating shaft 4 in an integrally rotatable manner. With the rotation of the rotating shaft 4, a rotation side seal face 37 of the rotary ring 12 comes in slide contact with a fixed side seal face 17 of the fixed ring 11. On at least one of the rotation side seal face 37 and the fixed side seal face 17, a DLC film 14 is provided which contains silicon of more than 0 wt.% and 30 wt.% or less.

Description

この発明は、メカニカルシールに関する。   The present invention relates to a mechanical seal.

下記特許文献1で提案されたメカニカルシールは、機械本体(カバーやケーシング等)に嵌め込まれたシートリングと、従動リング等とを含んでいる。シートリングおよび従動リングは、回転軸に対して外嵌されており、従動リングは、回転軸と一体で回転する。シートリングおよび従動リングにおいて互いに対向する端面は、回転軸の回転に伴って互いに摺接する。これにより、シートリングおよび従動リングにおける互いの端面間を伝って流体が漏れることが防止される。   The mechanical seal proposed in the following Patent Document 1 includes a seat ring fitted in a machine main body (a cover, a casing, or the like), a driven ring, and the like. The seat ring and the driven ring are fitted on the rotation shaft, and the driven ring rotates integrally with the rotation shaft. End surfaces facing each other in the seat ring and the driven ring come into sliding contact with each other as the rotating shaft rotates. This prevents the fluid from leaking along the end surfaces of the seat ring and the driven ring.

このようなメカニカルシールの材料として、特許文献2では、耐食性や耐摩耗性等に優れたSiC系摺動材を用いることが開示されている。   As a material for such a mechanical seal, Patent Document 2 discloses using an SiC-based sliding material having excellent corrosion resistance, wear resistance, and the like.

実開昭63−106963号公報Japanese Utility Model Publication No. 63-106963 特開平4−272996号公報JP-A-4-272996

SiC系摺動材の材料となるセラミックは、加工性が悪いし、材料コストが高いので、メカニカルシールの材料として用いる場合には、加工に手間やコストがかかることが不可避である。
この発明は、かかる背景のもとでなされたものであり、耐食性、耐摩耗性および加工性の向上を一度に図ることができるメカニカルシールを提供することを目的とする。
Ceramic that is a material for the SiC-based sliding material has poor workability and high material cost. Therefore, when used as a material for a mechanical seal, it is inevitable that processing takes time and cost.
The present invention has been made under such a background, and an object thereof is to provide a mechanical seal capable of improving corrosion resistance, wear resistance, and workability at a time.

請求項1記載の発明は、回転軸(4)が挿通される開口部(6)が形成されたハウジング(3)と前記回転軸との間における前記開口部での流体(R)の漏れを阻止するためのメカニカルシール(1)であって、前記開口部において前記ハウジングに固定され、前記回転軸に対して外嵌される固定環(11)と、前記回転軸に対して一体回転可能に外嵌される回転環(12)と、前記固定環に設けられ、前記回転軸の軸方向(X)において前記回転環に対向する固定側シール面(17)と、前記回転環に設けられ、前記軸方向において前記固定側シール面に対向し、前記回転軸の回転に伴って前記固定側シール面に摺接する回転側シール面(37)と、前記回転側シール面と前記固定側シール面とを接近させる付勢部材(13)と、前記回転側シール面および前記固定側シール面の少なくとも一方に設けられ、0wt%より多く30wt%以下の硅素を含有するDLC膜(14)と、を含むことを特徴とする、メカニカルシールである。   According to the first aspect of the present invention, leakage of the fluid (R) at the opening between the housing (3) in which the opening (6) through which the rotating shaft (4) is inserted and the rotating shaft is formed. A mechanical seal (1) for blocking, which is fixed to the housing at the opening, and is fixed to the housing and externally fitted to the rotating shaft, and is integrally rotatable with respect to the rotating shaft A rotary ring (12) to be externally fitted, a fixed seal surface (17) provided on the fixed ring and facing the rotary ring in the axial direction (X) of the rotary shaft, and provided on the rotary ring, A rotation-side seal surface (37) facing the fixed-side seal surface in the axial direction and slidingly contacting the fixed-side seal surface as the rotation shaft rotates; the rotation-side seal surface and the fixed-side seal surface; Urging member (13) for moving the Provided on at least one of the sealing surface and the stationary sealing surface, characterized in that it comprises a DLC film (14) containing a number 30 wt% or less of silicon than 0 wt%, and a mechanical seal.

請求項2記載の発明は、前記回転環は、前記回転側シール面を有し、前記軸方向に移動可能な第1回転環(31)と、前記軸方向において前記第1回転環に対して前記固定環の反対側に配置され、前記軸方向に移動可能な第2回転環(32)と、を含み、前記付勢部材は、前記第2回転環を前記第1回転環へ向けて付勢し、前記第1回転環の内周面には、前記第2回転環側を臨む窪み(38)が形成されており、前記第2回転環は、前記窪みに挿入される挿入部(46)を含み、前記窪みにおける前記第1回転環の内周面(35A)、および、前記挿入部において当該内周面に対向する表面(41B)の少なくとも一方に、前記DLC膜が設けられていることを特徴とする、請求項1記載のメカニカルシールである。   According to a second aspect of the present invention, the rotating ring has the rotation-side sealing surface and is movable in the axial direction with respect to the first rotating ring and the first rotating ring in the axial direction. A second rotating ring (32) disposed on the opposite side of the fixed ring and movable in the axial direction, wherein the biasing member attaches the second rotating ring toward the first rotating ring. A depression (38) facing the second rotation ring side is formed on the inner peripheral surface of the first rotation ring, and the second rotation ring is inserted into the depression (46). The DLC film is provided on at least one of the inner peripheral surface (35A) of the first rotating ring in the recess and the surface (41B) facing the inner peripheral surface in the insertion portion. The mechanical seal according to claim 1, wherein:

請求項3記載の発明は、前記回転環は、前記軸方向において前記第2回転環に対して前記固定環の反対側に配置され、前記軸方向において位置決めされる第3回転環(33)を含み、前記付勢部材は、前記第2回転環と前記第3回転環との間に介在されていることを特徴とする、請求項2記載のメカニカルシールである。
請求項4記載の発明は、前記固定環および回転環のそれぞれにおいて流体に接触する部分には、前記DLC膜が設けられていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のメカニカルシールである。
According to a third aspect of the present invention, the rotating ring is disposed on the opposite side of the fixed ring with respect to the second rotating ring in the axial direction, and has a third rotating ring (33) positioned in the axial direction. The mechanical seal according to claim 2, wherein the biasing member is interposed between the second rotating ring and the third rotating ring.
The invention according to claim 4 is characterized in that the DLC film is provided in a portion in contact with the fluid in each of the stationary ring and the rotating ring. It is a mechanical seal.

請求項5記載の発明は、前記固定環および回転環は、汎用鋼で形成されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のメカニカルシールである。
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
The invention according to claim 5 is the mechanical seal according to any one of claims 1 to 4, wherein the stationary ring and the rotating ring are made of general-purpose steel.
In addition, in the above, the numbers in parentheses represent reference numerals of corresponding components in the embodiments described later, but the scope of the claims is not limited by these reference numerals.

請求項1記載の発明によれば、メカニカルシールでは、回転軸の回転に伴って、固定環の固定側シール面と回転環の回転側シール面とが摺接するので、ハウジングの開口部において、流体が固定側シール面と回転側シール面との間を伝って漏れることを抑制できる。
ここで、回転側シール面および固定側シール面の少なくとも一方には、耐食性および耐耐摩耗性に優れたDLC膜(非晶質炭素被膜)が設けられているので、回転側シール面および固定側シール面における腐食や摩耗を抑制できる。このDLC膜は、0wt%より多く30wt%以下の硅素(Si)を含有した特別なDLC膜なので、液体中では、摩擦係数が特に低くなり、高い耐摩耗性を発揮できる。
According to the first aspect of the present invention, in the mechanical seal, the fixed-side seal surface of the fixed ring and the rotary-side seal surface of the rotating ring are in sliding contact with the rotation of the rotating shaft. Can be prevented from leaking between the fixed-side seal surface and the rotary-side seal surface.
Here, since a DLC film (amorphous carbon coating) excellent in corrosion resistance and wear resistance is provided on at least one of the rotation side seal surface and the fixed side seal surface, the rotation side seal surface and the fixed side seal surface Corrosion and wear on the sealing surface can be suppressed. Since this DLC film is a special DLC film containing silicon (Si) that is greater than 0 wt% and less than or equal to 30 wt%, the friction coefficient is particularly low in a liquid, and high wear resistance can be exhibited.

また、加工性の良い材料(たとえば、請求項5記載の汎用鋼)で固定環および回転環を形成してから回転側シール面や固定側シール面にDLC膜を設ける場合には、SiC等のセラミックでメカニカルシールを形成する場合と比べて、メカニカルシール全体の加工性が良好である。
このように、メカニカルシールにおいて、耐食性、耐摩耗性および加工性の向上を一度に図ることができる。
In addition, when a DLC film is provided on the rotating side sealing surface or the fixing side sealing surface after forming the stationary ring and the rotating ring with a material having good workability (for example, the general-purpose steel according to claim 5), SiC or the like Compared with the case where the mechanical seal is formed of ceramic, the workability of the entire mechanical seal is better.
As described above, in the mechanical seal, it is possible to improve corrosion resistance, wear resistance, and workability at a time.

請求項2記載の発明によれば、第1回転環の窪みにおける内周面と、第2回転環の挿入部の表面とは、第1回転環や第2回転環の軸方向への移動に伴って摺接する場合がある。そこで、当該内周面および表面に先ほどのDLC膜を設けておけば、当該内周面および表面における耐食性および耐摩耗性の向上を図ることができる。
請求項3記載の発明によれば、回転側シール面と固定側シール面とを接近させる付勢部材は、第2回転環と第3回転環との間に介在されて圧縮される。これにより、付勢部材は、第2回転環を第1回転環へ押し付けるので、第1の回転環の回転側シール面を固定環の固定側シール面に接近させることができる。
According to invention of Claim 2, the inner peripheral surface in the hollow of a 1st rotation ring and the surface of the insertion part of a 2nd rotation ring are the movement to the axial direction of a 1st rotation ring or a 2nd rotation ring. In some cases, sliding contact may occur. Therefore, if the DLC film is provided on the inner peripheral surface and the surface, the corrosion resistance and wear resistance on the inner peripheral surface and the surface can be improved.
According to the third aspect of the present invention, the biasing member that brings the rotation-side seal surface and the stationary-side seal surface closer to each other is interposed between the second rotation ring and the third rotation ring and compressed. Thereby, since the urging member presses the second rotating ring against the first rotating ring, the rotating side seal surface of the first rotating ring can be brought close to the fixed side seal surface of the fixed ring.

請求項4記載の発明によれば、耐食性の良好なDLC膜を、固定環および回転環のそれぞれにおいて流体に接触する部分に設けておけば、当該部分における腐食を抑制できる。   According to the fourth aspect of the present invention, if a DLC film having good corrosion resistance is provided in a portion in contact with a fluid in each of the stationary ring and the rotating ring, corrosion in the portion can be suppressed.

図1は、本発明の一実施形態に係るメカニカルシール1が適用された装置2の概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of an apparatus 2 to which a mechanical seal 1 according to an embodiment of the present invention is applied. 図2は、図1の要部拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG.

以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るメカニカルシール1が適用された装置2の概略断面図である。図2は、図1の要部拡大図である。なお、以下の説明において図1に表れていない参照符号は、図2に示されている。
図1および図2を参照して(詳細については図2を参照して)、装置2は、たとえば、水中ポンプである。装置2は、その外殻をなすハウジング3と、ハウジング3によって回転自在に支持される回転軸4とを含んでいる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic sectional view of an apparatus 2 to which a mechanical seal 1 according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG. In the following description, reference numerals that do not appear in FIG. 1 are shown in FIG.
With reference to FIGS. 1 and 2 (see FIG. 2 for details), the device 2 is, for example, a submersible pump. The device 2 includes a housing 3 that forms an outer shell thereof, and a rotating shaft 4 that is rotatably supported by the housing 3.

ハウジング3は、例えば金属で形成された中空体である。ハウジング3の中空部分5には、流体R(ここでは、水などの液体)が収容される。中空部分5に存在する流体Rを、図1および図2では、薄いドットで示している。
ハウジング3には、中空部分5をハウジング3の外に連通させる丸い開口部6が形成されている。開口部6は、ハウジング3において中空部分5を区画する壁3Aを、壁3Aの厚さ方向(図1および図2では、左右方向)において貫通している。
The housing 3 is a hollow body made of metal, for example. The hollow portion 5 of the housing 3 contains a fluid R (here, a liquid such as water). The fluid R existing in the hollow portion 5 is indicated by thin dots in FIGS. 1 and 2.
The housing 3 is formed with a round opening 6 that allows the hollow portion 5 to communicate with the outside of the housing 3. The opening 6 passes through the wall 3A that defines the hollow portion 5 in the housing 3 in the thickness direction of the wall 3A (the left-right direction in FIGS. 1 and 2).

ハウジング3において開口部6を縁取る円周面(「内周面7」ということにする)は、中空部分5からハウジング3の外部へ近づくに従って階段状に縮径されている。内周面7は、中空部分5に近い順に、第1内周面7Aと、第1内周面7Aより小径の第2内周面7Bと、第2内周面7Bより小径の第3内周面7Cとを含んでいる。また、内周面7は、第1内周面7Aと第2内周面7Bとをつなぐ第1接続面7Dと、第2内周面7Bと第3内周面7Cとをつなぐ第2接続面7Eとを含んでいる。第1接続面7Dおよび第2接続面7Eは、内周面7の径方向に沿って平坦であり、前述した厚さ方向から見て、円環状である。   A circumferential surface that borders the opening 6 in the housing 3 (hereinafter referred to as “inner circumferential surface 7”) is reduced in diameter in a stepped manner as it approaches the outside of the housing 3 from the hollow portion 5. The inner peripheral surface 7 includes a first inner peripheral surface 7A, a second inner peripheral surface 7B having a diameter smaller than that of the first inner peripheral surface 7A, and a third inner diameter having a diameter smaller than that of the second inner peripheral surface 7B. 7C of peripheral surfaces. The inner peripheral surface 7 is connected to the first connecting surface 7D that connects the first inner peripheral surface 7A and the second inner peripheral surface 7B, and the second connection that connects the second inner peripheral surface 7B and the third inner peripheral surface 7C. Surface 7E. The first connection surface 7D and the second connection surface 7E are flat along the radial direction of the inner peripheral surface 7, and have an annular shape when viewed from the thickness direction described above.

回転軸4は、前述した厚さ方向に延びる円柱体である。回転軸4が延びる方向(前述した厚さ方向)を、回転軸4の軸方向Xと呼ぶことにする。回転軸4は、ハウジング3の中空部分5内に配置された第1部分8と、ハウジング3の開口部6に対して同軸状で挿通された(開口部6と軸方向Xで同じ位置にある)第2部分9と、ハウジング3の外側に配置された第3部分10とを一体的に含んでいる。回転軸4の外周面4Aの外径は、第2部分9と、第1部分8および第3部分10のそれぞれにおいて第2部分9に隣接する部分とでは、同じである。そのため、第2部分9と、第1部分8および第3部分10のそれぞれにおいて第2部分9に隣接する部分とでは、回転軸4の外周面4Aに段付きが形成されていない。当該外径(直径)は、開口部6における第3内周面7Cの内径(直径)よりも小さい。そのため、開口部6に挿通された第2部分9は、開口部6の内周面7に対して、径方向(回転軸4や開口部6の径方向)における内側にあって、内周面7に接触していない。   The rotating shaft 4 is a cylindrical body extending in the thickness direction described above. The direction in which the rotating shaft 4 extends (the thickness direction described above) will be referred to as the axial direction X of the rotating shaft 4. The rotating shaft 4 is inserted coaxially with the first portion 8 disposed in the hollow portion 5 of the housing 3 and the opening 6 of the housing 3 (at the same position as the opening 6 in the axial direction X). ) The second portion 9 and the third portion 10 disposed outside the housing 3 are integrally included. The outer diameter of the outer peripheral surface 4 </ b> A of the rotating shaft 4 is the same in the second portion 9 and the portion adjacent to the second portion 9 in each of the first portion 8 and the third portion 10. Therefore, the second portion 9 and the portion adjacent to the second portion 9 in each of the first portion 8 and the third portion 10 are not formed with a step on the outer peripheral surface 4 </ b> A of the rotating shaft 4. The outer diameter (diameter) is smaller than the inner diameter (diameter) of the third inner peripheral surface 7C in the opening 6. Therefore, the second portion 9 inserted through the opening 6 is on the inner side in the radial direction (the radial direction of the rotary shaft 4 and the opening 6) with respect to the inner peripheral surface 7 of the opening 6. 7 is not touching.

ハウジング3には、軸受(図示せず)が固定されており、ハウジング3は、この軸受を介して回転軸4を回転自在に支持している。回転軸4は、その中心軸Jを中心に回転自在である。
装置2は、電動モータ等の駆動機構(図示せず)を有しており、駆動機構に、回転軸4が連結されている。そのため、駆動機構が駆動力を発生すると、回転軸4は、この駆動力を受けて回転する。
A bearing (not shown) is fixed to the housing 3, and the housing 3 rotatably supports the rotating shaft 4 via the bearing. The rotating shaft 4 is rotatable about its central axis J.
The device 2 has a drive mechanism (not shown) such as an electric motor, and the rotating shaft 4 is connected to the drive mechanism. Therefore, when the driving mechanism generates a driving force, the rotating shaft 4 rotates by receiving this driving force.

装置2では、ハウジング3の中空部分5に存在する流体Rが、開口部6の内周面7と第2部分9における回転軸4の外周面4Aとの間からハウジング3の外部に漏れることを阻止する必要がある。そこで、前述したメカニカルシール1が、ハウジング3と回転軸4との間における開口部6での流体Rの漏れを阻止するために、装置2に設けられていて、中空部分5内に配置されている。   In the device 2, the fluid R existing in the hollow portion 5 of the housing 3 leaks from the space between the inner peripheral surface 7 of the opening 6 and the outer peripheral surface 4 </ b> A of the rotating shaft 4 in the second portion 9 to the outside of the housing 3. There is a need to stop. Therefore, the above-described mechanical seal 1 is provided in the device 2 to prevent leakage of the fluid R at the opening 6 between the housing 3 and the rotating shaft 4 and is disposed in the hollow portion 5. Yes.

メカニカルシール1は、固定環11と、回転環12と、付勢部材13と、DLC膜14とを含んでいる。なお、以下では、図1および図2の姿勢を基準として、各部材について説明することにする。
固定環11は、回転軸4に対して同軸状で外嵌される円環(リング)である。そのため、固定環11の中心軸が延びる方向は、軸方向Xと一致する。固定環11は、外周面15と、内周面16と、軸方向Xにおける一方側(図1および図2で左側)の端面である固定側シール面17と、軸方向Xにおける他方側(図1および図2で右側)の端面である位置決め面18とを含んでいる。
The mechanical seal 1 includes a stationary ring 11, a rotating ring 12, a biasing member 13, and a DLC film 14. In the following, each member will be described with reference to the postures of FIGS. 1 and 2.
The fixed ring 11 is a ring (ring) that is coaxially fitted to the rotating shaft 4. Therefore, the direction in which the central axis of the fixed ring 11 extends coincides with the axial direction X. The fixed ring 11 includes an outer peripheral surface 15, an inner peripheral surface 16, a fixed-side seal surface 17 that is an end surface on one side in the axial direction X (left side in FIGS. 1 and 2), and the other side in the axial direction X (see FIG. 1 and a positioning surface 18 which is an end surface on the right side in FIG.

外周面15は、固定側シール面17側の第1外周面15Aと、位置決め面18側の第2外周面15Bと、第1外周面15Aおよび第2外周面15Bの境界をなす接続面15Cとを含んでいる。第1外周面15Aは、ハウジング3の開口部6における第1内周面7Aとほぼ同径である。第2外周面15Bは、開口部6における第2内周面7Bとほぼ同径であり、第1外周面15Aよりも小径である。接続面15Cは、固定環11の径方向(軸方向Xに直交する方向)に沿って平坦であり、軸方向Xから見て、円環状である。   The outer peripheral surface 15 includes a first outer peripheral surface 15A on the fixed seal surface 17 side, a second outer peripheral surface 15B on the positioning surface 18 side, and a connection surface 15C that forms a boundary between the first outer peripheral surface 15A and the second outer peripheral surface 15B. Is included. The first outer peripheral surface 15 </ b> A has substantially the same diameter as the first inner peripheral surface 7 </ b> A in the opening 6 of the housing 3. The second outer peripheral surface 15B has substantially the same diameter as the second inner peripheral surface 7B in the opening 6 and is smaller in diameter than the first outer peripheral surface 15A. The connection surface 15 </ b> C is flat along the radial direction of the stationary ring 11 (the direction orthogonal to the axial direction X) and is annular when viewed from the axial direction X.

内周面16は、回転軸4の外周面4Aよりも僅かに大径である。
固定側シール面17は、固定環11の径方向に沿って平坦であり、軸方向Xから見て、円環状である。この実施形態では、軸方向Xに対して傾斜した円錐状のテーパー面19が、固定側シール面17の外周縁と、外周面15(第1外周面15A)における固定側シール面17側の端縁とを中継している。なお、テーパー面19を省略して、固定側シール面17の外周縁と外周面15の当該端縁とを直接つないでも構わない。
The inner peripheral surface 16 has a slightly larger diameter than the outer peripheral surface 4A of the rotating shaft 4.
The fixed-side seal surface 17 is flat along the radial direction of the fixed ring 11 and has an annular shape when viewed from the axial direction X. In this embodiment, the conical tapered surface 19 inclined with respect to the axial direction X includes the outer peripheral edge of the fixed-side seal surface 17 and the end of the outer peripheral surface 15 (first outer peripheral surface 15A) on the fixed-side seal surface 17 side. Relay with the edge. The tapered surface 19 may be omitted and the outer peripheral edge of the fixed-side seal surface 17 and the edge of the outer peripheral surface 15 may be directly connected.

位置決め面18は、固定環11の径方向に沿って平坦であり、軸方向Xから見て、円環状である。
回転軸4に対して外嵌された固定環11では、第2外周面15B側の部分が、ハウジング3の開口部6内に圧入されている。これにより、固定環11は、開口部6と同軸状であって、開口部6においてハウジング3に固定されている。この状態において、固定環11では、第1外周面15Aが、開口部6の第1内周面7Aに対して径方向内側から全周に亘って面接触している。そして、第2外周面15Bが、開口部6の第2内周面7Bに対して全周に亘って径方向内側から面接触している。また、固定環11では、位置決め面18が、開口部6の第2接続面7Eに対して軸方向Xにおける中空部分5側から全周に亘って面接触している。そして、接続面15Cが、軸方向Xにおける中空部分5側から第1接続面7Dに対して隙間を隔てて対向している。
The positioning surface 18 is flat along the radial direction of the stationary ring 11 and has an annular shape when viewed from the axial direction X.
In the stationary ring 11 that is externally fitted to the rotating shaft 4, a portion on the second outer peripheral surface 15 </ b> B side is press-fitted into the opening 6 of the housing 3. Thereby, the stationary ring 11 is coaxial with the opening 6 and is fixed to the housing 3 at the opening 6. In this state, in the fixed ring 11, the first outer peripheral surface 15 </ b> A is in surface contact with the first inner peripheral surface 7 </ b> A of the opening 6 over the entire circumference from the radially inner side. The second outer peripheral surface 15B is in surface contact with the second inner peripheral surface 7B of the opening 6 from the radially inner side over the entire circumference. In the stationary ring 11, the positioning surface 18 is in surface contact with the second connection surface 7 </ b> E of the opening 6 over the entire circumference from the hollow portion 5 side in the axial direction X. The connection surface 15C is opposed to the first connection surface 7D with a gap from the hollow portion 5 side in the axial direction X.

ここで、固定環11の外周面15における第2外周面15Bと接続面15Cとの境界には、ゴム等のリングで形成されたシール部材20が、いわゆる2次シールとして外嵌されている。この実施形態のシール部材20は、Oリングである。シール部材20は、接続面15Cと第1接続面7Dと第1内周面7Aと第2外周面15Bとによって区画された環状空間21に配置され、接続面15Cと第1接続面7Dとの間で圧縮されている。これにより、環状空間21が、周方向全域に亘ってシールされているので、中空部分5の流体Rが固定環11の外周面15とハウジング3の開口部6の内周面7との間を伝ってハウジング3の外部に漏れることが阻止されている。   Here, at the boundary between the second outer peripheral surface 15B and the connection surface 15C on the outer peripheral surface 15 of the fixed ring 11, a seal member 20 formed of a ring such as rubber is externally fitted as a so-called secondary seal. The seal member 20 of this embodiment is an O-ring. The seal member 20 is disposed in an annular space 21 defined by the connection surface 15C, the first connection surface 7D, the first inner peripheral surface 7A, and the second outer peripheral surface 15B, and the connection surface 15C and the first connection surface 7D are separated from each other. Compressed between. Thereby, since the annular space 21 is sealed over the entire circumferential direction, the fluid R in the hollow portion 5 is between the outer peripheral surface 15 of the stationary ring 11 and the inner peripheral surface 7 of the opening 6 of the housing 3. Accordingly, leakage to the outside of the housing 3 is prevented.

また、固定環11の内周面16は、回転軸4(詳しくは、第2部分9およびその周辺)の外周面4Aに対して非接触となっている。そのため、固定環11が回転軸4の回転の抵抗になることはない。また、固定環11では、固定側シール面17と、テーパー面19と、テーパー面19側における第1外周面15Aとが、中空部分5内に露出され、流体Rと接触している。   Further, the inner peripheral surface 16 of the fixed ring 11 is not in contact with the outer peripheral surface 4A of the rotating shaft 4 (specifically, the second portion 9 and its periphery). Therefore, the fixed ring 11 does not become a resistance to rotation of the rotating shaft 4. In the fixed ring 11, the fixed-side seal surface 17, the tapered surface 19, and the first outer peripheral surface 15 </ b> A on the tapered surface 19 side are exposed in the hollow portion 5 and are in contact with the fluid R.

回転環12は、回転軸4に対して同軸状で外嵌される円環(リング)である。そのため、回転環12の中心軸が延びる方向は、軸方向Xと一致する。回転環12全体は、開口部6の近傍において中空部分5内に配置されている。
回転環12は、第1回転環31と、第2回転環32と、第3回転環33とを含んでいる。第1回転環31、第2回転環32および第3回転環33は、別々の環状部品であって、同軸状で配置されており、固定環11に近い側から、この順で軸方向Xに並んでいる。つまり、第2回転環32は、軸方向Xにおいて第1回転環31に対して固定環11の反対側に配置されている。第3回転環33は、軸方向Xにおいて第2回転環32に対して固定環11の反対側に配置されている。
The rotary ring 12 is a ring (ring) that is coaxially fitted to the rotary shaft 4. Therefore, the direction in which the central axis of the rotating ring 12 extends coincides with the axial direction X. The entire rotating ring 12 is disposed in the hollow portion 5 in the vicinity of the opening 6.
The rotating ring 12 includes a first rotating ring 31, a second rotating ring 32, and a third rotating ring 33. The first rotating ring 31, the second rotating ring 32, and the third rotating ring 33 are separate annular components, and are arranged coaxially. From the side closer to the fixed ring 11, in this order in the axial direction X Are lined up. That is, the second rotating ring 32 is disposed on the opposite side of the fixed ring 11 with respect to the first rotating ring 31 in the axial direction X. The third rotary ring 33 is disposed on the opposite side of the fixed ring 11 with respect to the second rotary ring 32 in the axial direction X.

第1回転環31は、外周面34と、内周面35と、軸方向Xにおける一方側(図1および図2で左側)の端面である位置決め面36と、軸方向Xにおける他方側(図1および図2で右側)の端面である回転側シール面37とを含んでいる。
外周面34は、固定環11の第1外周面15Aとほぼ同径である。
内周面35は、位置決め面36側の第1内周面35Aと、回転側シール面37側の第2内周面35Bと、第1内周面35Aおよび第2内周面35Bの境界をなす接続面35Cとを含んでいる。第1内周面35Aは、回転軸4の外周面4Aよりも大径である。第2内周面35Bは、外周面4Aとほぼ同径であり、第1内周面35Aよりも小径である。接続面35Cは、第1回転環31の径方向(軸方向Xに直交する方向)に沿って平坦であり、軸方向Xから見て、円環状である。内周面35には、第1内周面35Aおよび接続面35Cによって区画された窪み38が形成されている。窪み38は、第1回転環31と同軸状をなすドーナツ状の空間であって、位置決め面36から回転側シール面37側へ窪んでいる。
The first rotating ring 31 includes an outer peripheral surface 34, an inner peripheral surface 35, a positioning surface 36 which is an end surface on one side in the axial direction X (left side in FIGS. 1 and 2), and the other side in the axial direction X (see FIG. 1 and the rotation side sealing surface 37 which is an end surface on the right side in FIG.
The outer peripheral surface 34 has substantially the same diameter as the first outer peripheral surface 15A of the stationary ring 11.
The inner peripheral surface 35 is a boundary between the first inner peripheral surface 35A on the positioning surface 36 side, the second inner peripheral surface 35B on the rotation side seal surface 37 side, and the first inner peripheral surface 35A and the second inner peripheral surface 35B. And a connecting surface 35C formed. The first inner peripheral surface 35 </ b> A has a larger diameter than the outer peripheral surface 4 </ b> A of the rotating shaft 4. The second inner peripheral surface 35B has substantially the same diameter as the outer peripheral surface 4A and is smaller in diameter than the first inner peripheral surface 35A. The connection surface 35 </ b> C is flat along the radial direction of the first rotating ring 31 (direction orthogonal to the axial direction X) and is annular when viewed from the axial direction X. The inner peripheral surface 35 is formed with a recess 38 defined by the first inner peripheral surface 35A and the connection surface 35C. The recess 38 is a donut-shaped space that is coaxial with the first rotary ring 31 and is recessed from the positioning surface 36 toward the rotation-side seal surface 37.

位置決め面36は、第1回転環31の径方向に沿って平坦であり、軸方向Xから見て、円環状である。位置決め面36の内周縁が第1内周面35Aにつながっている。窪み38は、位置決め面36から露出され、軸方向Xから第2回転環32側(図1および図2における左側)を臨んでいる。位置決め面36の周上複数箇所には、第1回転環31の径方向に延びる切り欠き39が形成されている(図1参照)。各切り欠き39は、軸方向Xに沿って回転側シール面37側に延びつつ、第1回転環31の周壁を貫通していて、外周面34および第1内周面35Aの両方に露出されている。切り欠き39の回転側シール面37側の端部は、回転側シール面37側へ向けて膨出するように丸められている。   The positioning surface 36 is flat along the radial direction of the first rotary ring 31, and has an annular shape when viewed from the axial direction X. The inner peripheral edge of the positioning surface 36 is connected to the first inner peripheral surface 35A. The recess 38 is exposed from the positioning surface 36 and faces the second rotary ring 32 side (left side in FIGS. 1 and 2) from the axial direction X. Cutouts 39 extending in the radial direction of the first rotating ring 31 are formed at a plurality of locations on the circumference of the positioning surface 36 (see FIG. 1). Each notch 39 extends along the axial direction X toward the rotation-side seal surface 37 and penetrates the peripheral wall of the first rotation ring 31 and is exposed to both the outer peripheral surface 34 and the first inner peripheral surface 35A. ing. An end portion of the notch 39 on the rotation side seal surface 37 side is rounded so as to bulge toward the rotation side seal surface 37 side.

回転側シール面37は、第1回転環31の径方向に沿って平坦であり、軸方向Xから見て、円環状である。この実施形態では、軸方向Xに対して傾斜した円錐状のテーパー面40が、回転側シール面37の外周縁と、外周面34における回転側シール面37側の端縁とを中継している。なお、テーパー面40を省略して、回転側シール面37の外周縁と外周面34とを直接つないでも構わない。   The rotation-side sealing surface 37 is flat along the radial direction of the first rotation ring 31 and has an annular shape when viewed from the axial direction X. In this embodiment, a conical tapered surface 40 inclined with respect to the axial direction X relays the outer peripheral edge of the rotation-side seal surface 37 and the edge of the outer peripheral surface 34 on the rotation-side seal surface 37 side. . The tapered surface 40 may be omitted, and the outer peripheral edge of the rotation-side seal surface 37 and the outer peripheral surface 34 may be directly connected.

回転軸4に対して外嵌された第1回転環31では、回転側シール面37が、周方向全域に亘って、固定環11の固定側シール面17に軸方向Xにおいて対向している。第2内周面35Bと回転軸4(詳しくは、第1部分8)の外周面4Aとの間には、全周に亘って微小な隙間がある。そのため、第1回転環31は、軸方向Xに沿って回転軸4に対して相対移動することができる。   In the first rotating ring 31 that is externally fitted to the rotating shaft 4, the rotating-side seal surface 37 faces the fixed-side seal surface 17 of the fixed ring 11 in the axial direction X over the entire circumferential direction. Between the second inner peripheral surface 35B and the outer peripheral surface 4A of the rotating shaft 4 (specifically, the first portion 8), there is a minute gap over the entire periphery. Therefore, the first rotating ring 31 can move relative to the rotating shaft 4 along the axial direction X.

第2回転環32は、外周面41と、内周面42と、軸方向Xにおける一方側(図1および図2で左側)の端面である第1端面43と、軸方向Xにおける他方側(図1および図2で右側)の端面である第2端面44とを含んでいる。
外周面41は、第1端面43側の第1外周面41Aと、第2端面44側の第2外周面41Bと、第1外周面41Aおよび第2外周面41Bの境界をなす接続面41Cとを含んでいる。第1外周面41Aは、第1回転環31の外周面34とほぼ同径である。第2外周面41Bは、第1回転環31の第1内周面35Aとほぼ同径であり、第1外周面41Aよりも小径である。第2外周面41Bの周上複数箇所には、第2回転環32の径方向(軸方向Xに直交する方向)における外側へ突出する細長い円柱状の突起45が1つずつ設けられている(図1参照)。突起45は、第1回転環31の切り欠き39と同数設けられている。接続面41Cは、第2回転環32の径方向に沿って平坦であり、軸方向Xから見て、円環状である。
The second rotating ring 32 includes an outer peripheral surface 41, an inner peripheral surface 42, a first end surface 43 which is an end surface on one side in the axial direction X (left side in FIGS. 1 and 2), and the other side in the axial direction X ( 2 and the second end face 44 which is the end face on the right side in FIGS. 1 and 2.
The outer peripheral surface 41 includes a first outer peripheral surface 41A on the first end surface 43 side, a second outer peripheral surface 41B on the second end surface 44 side, and a connection surface 41C that forms a boundary between the first outer peripheral surface 41A and the second outer peripheral surface 41B. Is included. The first outer peripheral surface 41 </ b> A has substantially the same diameter as the outer peripheral surface 34 of the first rotating ring 31. The second outer peripheral surface 41B has substantially the same diameter as the first inner peripheral surface 35A of the first rotating ring 31 and a smaller diameter than the first outer peripheral surface 41A. A plurality of elongated columnar protrusions 45 projecting outward in the radial direction of the second rotating ring 32 (a direction orthogonal to the axial direction X) are provided at a plurality of locations on the circumference of the second outer peripheral surface 41B (see FIG. (See FIG. 1). The protrusions 45 are provided in the same number as the notches 39 of the first rotating ring 31. The connection surface 41 </ b> C is flat along the radial direction of the second rotary ring 32 and has an annular shape when viewed from the axial direction X.

内周面42は、第1回転環31の第2内周面35Bおよび回転軸4の外周面4Aのそれぞれとほぼ同径である。
第1端面43は、第2回転環32の径方向に沿って平坦であり、軸方向Xから見て、円環状である。第1端面43には、軸方向Xに沿って突出するガイドバー48が設けられている(図1参照)。ガイドバー48は、第1端面43の周上において、1箇所に設けられてもよいし、周方向に間隔を隔てた複数箇所に設けられてもよい。
The inner circumferential surface 42 has substantially the same diameter as each of the second inner circumferential surface 35B of the first rotating ring 31 and the outer circumferential surface 4A of the rotating shaft 4.
The first end face 43 is flat along the radial direction of the second rotary ring 32 and has an annular shape when viewed from the axial direction X. The first end face 43 is provided with a guide bar 48 that protrudes along the axial direction X (see FIG. 1). The guide bar 48 may be provided at one place on the circumference of the first end face 43 or may be provided at a plurality of places spaced in the circumferential direction.

第2端面44は、第2回転環32の径方向に沿って平坦であり、軸方向Xから見て、円環状である。第2端面44の外周縁が第2外周面41Bにつながっている。
第2回転環32において、軸方向Xにおいて第2外周面41Bと一致する範囲の部分は、環状の挿入部46を構成している。挿入部46の外周面は、第2外周面41Bであり、挿入部46の内周面は、第2外周面41B側における内周面42であり、第2端面44が、挿入部46の軸方向Xにおける第1回転環31側の端面である。
The second end face 44 is flat along the radial direction of the second rotary ring 32 and has an annular shape when viewed from the axial direction X. The outer peripheral edge of the second end surface 44 is connected to the second outer peripheral surface 41B.
In the second rotating ring 32, a portion in a range that coincides with the second outer peripheral surface 41 </ b> B in the axial direction X constitutes an annular insertion portion 46. The outer peripheral surface of the insertion portion 46 is the second outer peripheral surface 41B, the inner peripheral surface of the insertion portion 46 is the inner peripheral surface 42 on the second outer peripheral surface 41B side, and the second end surface 44 is the axis of the insertion portion 46. It is an end surface on the first rotating ring 31 side in the direction X.

回転軸4に対して外嵌された第2回転環32では、挿入部46が、周方向全域に亘って、固定環11とは反対側(図1および図2では左側)から第1回転環31の窪み38に挿入されている。これにより、第2回転環32は、第1回転環31と同軸状に配置されている。第2回転環32では、第2外周面41Bが、第1回転環31の第1内周面35Aに対して径方向内側から全周に亘って面接触している。第2回転環32では、接続面41Cが、軸方向Xにおいて、第1回転環31の位置決め面36に対して当該反対側から隙間を隔てて対向している。また、第2端面44が、軸方向Xにおいて、第1回転環31の内周面35における接続面35Cに対して、当該反対側から隙間を隔てて対向している。第2回転環32の内周面42と回転軸4の外周面4Aとの間には、全周に亘って微小な隙間がある。そのため、第2回転環32は、軸方向Xに沿って回転軸4に対して相対移動することができる。   In the second rotating ring 32 that is externally fitted to the rotating shaft 4, the insertion portion 46 extends from the side opposite to the stationary ring 11 (the left side in FIGS. 1 and 2) from the opposite side to the first rotating ring. 31 is inserted into the recess 38. Thereby, the second rotary ring 32 is arranged coaxially with the first rotary ring 31. In the second rotating ring 32, the second outer peripheral surface 41 </ b> B is in surface contact with the first inner peripheral surface 35 </ b> A of the first rotating ring 31 from the radially inner side to the entire periphery. In the second rotating ring 32, the connection surface 41 </ b> C faces the positioning surface 36 of the first rotating ring 31 with a gap from the opposite side in the axial direction X. Further, the second end surface 44 faces the connection surface 35 </ b> C on the inner peripheral surface 35 of the first rotating ring 31 in the axial direction X with a gap from the opposite side. Between the inner peripheral surface 42 of the second rotating ring 32 and the outer peripheral surface 4A of the rotating shaft 4, there is a minute gap over the entire circumference. Therefore, the second rotating ring 32 can move relative to the rotating shaft 4 along the axial direction X.

ここで、第1回転環31の各切り欠き39には、第2回転環32の突起45が1つずつ当該反対側から嵌め込まれている(図1参照)。これにより、第2回転環32は、第1回転環31に対して周方向において位置決めされている。また、各突起45が切り欠き39内で軸方向Xに移動できる範囲において、第2回転環32は、第1回転環31に対して軸方向Xに相対移動できる。第2回転環32が第1回転環31に対して軸方向Xに移動する際、第2回転環32の第2外周面41Bが、第1回転環31の第1内周面35Aに摺接する。なお、突起45が切り欠き39の(回転側シール面37側の)端部に到達すると、第2回転環32の接続面41Cが第1回転環31の位置決め面36に接触してもよい(図1参照)。   Here, the protrusions 45 of the second rotating ring 32 are fitted into the notches 39 of the first rotating ring 31 one by one from the opposite side (see FIG. 1). Thereby, the second rotating ring 32 is positioned in the circumferential direction with respect to the first rotating ring 31. Further, the second rotating ring 32 can move relative to the first rotating ring 31 in the axial direction X within a range in which each protrusion 45 can move in the axial direction X within the notch 39. When the second rotating ring 32 moves in the axial direction X with respect to the first rotating ring 31, the second outer peripheral surface 41 </ b> B of the second rotating ring 32 is in sliding contact with the first inner peripheral surface 35 </ b> A of the first rotating ring 31. . When the projection 45 reaches the end of the notch 39 (on the rotation side seal surface 37 side), the connection surface 41C of the second rotation ring 32 may contact the positioning surface 36 of the first rotation ring 31 ( (See FIG. 1).

そして、第1回転環31の第1内周面35Aおよび接続面35Cと、第2回転環32の第2端面44と、回転軸4の外周面4Aとによって、回転軸4を周方向に沿って取り囲む環状空間47が区画されている。
環状空間47には、ゴム等のリングで形成されたシール部材60が、いわゆる2次シールとして配置されている。この実施形態のシール部材60は、Oリングであって、回転軸4に対して外嵌されている。シール部材60は、環状空間47において、接続面35Cと第2端面44との間で圧縮されている。これにより、環状空間47が、周方向全域に亘ってシールされている。そのため、中空部分5の流体Rが、第1回転環31の位置決め面36と第2回転環32の接続面41Cとの間、第1回転環31の第1内周面35Aと第2回転環32の第2外周面41Bとの間、および、環状空間47を順に伝って、第1回転環31の第2内周面35Bと回転軸4の外周面4Aとの間に漏れることが防止されている。また、中空部分5の流体Rが、第2回転環32の第1端面43側から第2回転環32の内周面42と回転軸4の外周面4Aとの間、および、環状空間47を順に伝って、第1回転環31の第2内周面35Bと回転軸4の外周面4Aとの間へ漏れることも防止されている。つまり、流体Rが環状空間47を越えて第1回転環31の第2内周面35Bと回転軸4の外周面4Aとの間まで侵入して、固定環11の内周面16と回転軸4の外周面4Aとの間からハウジング3の外部に漏れることが、シール部材60によって阻止されている。
Then, the rotation shaft 4 extends along the circumferential direction by the first inner circumferential surface 35A and the connection surface 35C of the first rotation ring 31, the second end surface 44 of the second rotation ring 32, and the outer circumferential surface 4A of the rotation shaft 4. An annular space 47 is defined.
In the annular space 47, a seal member 60 formed of a ring such as rubber is arranged as a so-called secondary seal. The seal member 60 of this embodiment is an O-ring and is externally fitted to the rotating shaft 4. The seal member 60 is compressed between the connection surface 35 </ b> C and the second end surface 44 in the annular space 47. Thereby, the annular space 47 is sealed over the entire circumferential direction. Therefore, the fluid R in the hollow portion 5 is located between the positioning surface 36 of the first rotating ring 31 and the connection surface 41C of the second rotating ring 32, and between the first inner peripheral surface 35A of the first rotating ring 31 and the second rotating ring. 32 and the second outer peripheral surface 41B of the first rotating ring 31 and the outer peripheral surface 4A of the rotating shaft 4 are prevented from leaking through the annular space 47 in order. ing. Further, the fluid R in the hollow portion 5 passes through the annular space 47 between the inner peripheral surface 42 of the second rotary ring 32 and the outer peripheral surface 4A of the rotary shaft 4 from the first end face 43 side of the second rotary ring 32. It is also prevented from leaking between the second inner peripheral surface 35B of the first rotating ring 31 and the outer peripheral surface 4A of the rotating shaft 4 in order. That is, the fluid R enters the space between the second inner peripheral surface 35B of the first rotating ring 31 and the outer peripheral surface 4A of the rotating shaft 4 beyond the annular space 47, and the inner peripheral surface 16 of the stationary ring 11 and the rotating shaft. The sealing member 60 prevents leakage from between the outer peripheral surface 4 </ b> A and the outside of the housing 3.

第3回転環33は、外周面49と、内周面50と、軸方向Xにおける一方側(図1および図2で左側)の端面である第1端面51と、軸方向Xにおける他方側(図1および図2で右側)の端面である第2端面52とを含んでいる。
外周面49は、第2回転環32の第1外周面41Aとほぼ同径である。内周面50は、回転軸4の外周面4Aとほぼ同径である。
The third rotating ring 33 includes an outer peripheral surface 49, an inner peripheral surface 50, a first end surface 51 that is an end surface on one side in the axial direction X (left side in FIGS. 1 and 2), and the other side in the axial direction X ( 2 and the second end face 52 which is the end face on the right side in FIGS. 1 and 2.
The outer peripheral surface 49 has substantially the same diameter as the first outer peripheral surface 41 </ b> A of the second rotating ring 32. The inner peripheral surface 50 has substantially the same diameter as the outer peripheral surface 4A of the rotating shaft 4.

第1端面51および第2端面52のそれぞれは、第3回転環33の径方向(軸方向Xに対して直交する方向)に沿って平坦であり、軸方向Xから見て、円環状である。第2端面52の周上複数箇所には、円筒状に窪む凹部53が形成されている。凹部53は、第2端面52の周方向において等間隔で並んでいる。凹部53は、軸方向Xに沿って第1端面51側へ延びている。第3回転環33は、凹部53を区画する円筒面54および底面55を含んでいる。底面55は、凹部53における第1端面51側の底をなしている。また、第2端面52には、第1端面51側へ延びるガイド穴56が形成されている(図1参照)。第2回転環32においてガイドバー48が複数設けられる場合、ガイド穴56は、ガイドバー48と同数形成される。   Each of the first end surface 51 and the second end surface 52 is flat along the radial direction (direction orthogonal to the axial direction X) of the third rotating ring 33 and is annular when viewed from the axial direction X. . Concave portions 53 that are recessed in a cylindrical shape are formed at a plurality of locations on the circumference of the second end surface 52. The recesses 53 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the second end surface 52. The recess 53 extends along the axial direction X toward the first end face 51. The third rotating ring 33 includes a cylindrical surface 54 and a bottom surface 55 that define the recess 53. The bottom surface 55 forms the bottom of the recess 53 on the first end surface 51 side. The second end face 52 is formed with a guide hole 56 extending toward the first end face 51 (see FIG. 1). When a plurality of guide bars 48 are provided in the second rotating ring 32, the same number of guide holes 56 as the guide bars 48 are formed.

第3回転環33は、回転軸4に対して同軸状かつ圧入状態で外嵌されている。そのため、第3回転環33では、内周面50の全域が、回転軸4の外周面4Aに対して径方向外側から圧接されている。よって、第3回転環33は、第1回転環31および第2回転環32とは異なり、軸方向Xにおいて、回転軸4に対して相対移動できず、回転軸4に対して位置決めされている。なお、圧入を用いる以外に、ねじ等で第3回転環33を回転軸4に固定してもよい。   The third rotary ring 33 is fitted on the rotary shaft 4 in a coaxial and press-fitted state. Therefore, in the third rotating ring 33, the entire inner peripheral surface 50 is pressed against the outer peripheral surface 4 </ b> A of the rotating shaft 4 from the outside in the radial direction. Therefore, unlike the first rotating ring 31 and the second rotating ring 32, the third rotating ring 33 cannot be moved relative to the rotating shaft 4 in the axial direction X, and is positioned with respect to the rotating shaft 4. . In addition to using press-fitting, the third rotating ring 33 may be fixed to the rotating shaft 4 with a screw or the like.

また、第3回転環33では、第2端面52が、軸方向Xにおいて、第3回転環33の第1端面43に対して、固定環11側とは反対側(図1および図2では左側)から隙間を隔てて対向している。第2回転環32の第1端面43に設けられたガイドバー48は、第2端面52のガイド穴56に対してスライド可能に挿通されている(図1参照)。これにより、第2回転環32は、第3回転環33に対して軸方向Xに沿って相対移動可能である一方で、第3回転環33に対して周方向に位置決めされている。   In the third rotating ring 33, the second end face 52 is opposite to the fixed ring 11 side with respect to the first end face 43 of the third rotating ring 33 in the axial direction X (the left side in FIGS. 1 and 2). ) With a gap from each other. The guide bar 48 provided on the first end face 43 of the second rotating ring 32 is slidably inserted into the guide hole 56 of the second end face 52 (see FIG. 1). Thereby, the second rotary ring 32 is relatively movable along the axial direction X with respect to the third rotary ring 33, while being positioned in the circumferential direction with respect to the third rotary ring 33.

付勢部材13は、軸方向Xに沿って延びる弾性体(ゴムのブロックやばね)であり、この実施形態では、圧縮ばねである。付勢部材13は、第3回転環33の各凹部53に1つずつ嵌め込まれており、凹部53の底面55と第2回転環32の第1端面43との間で、軸方向Xに沿って圧縮されている。つまり、付勢部材13は、圧縮状態で、第2回転環32と第3回転環33との間に介在されている。そして、前述したように軸方向Xにおいて第3回転環33が位置決めされているので、付勢部材13は、第2回転環32を第1回転環31へ向けて付勢している。これにより、環状空間47が軸方向Xに狭まることからシール部材60の圧縮が促進されるので、環状空間47が、シール部材60によって確実にシールされるようになる。また、付勢部材13は、第2回転環32を第1回転環31側へ付勢することによって、第1回転環31を固定環11側へ付勢している。そのため、第1回転環31の回転側シール面37が固定環11の固定側シール面17に対して全周に亘って圧接している。つまり、付勢部材13は、回転側シール面37と固定側シール面17とを接近させている。   The urging member 13 is an elastic body (rubber block or spring) extending along the axial direction X, and is a compression spring in this embodiment. The biasing member 13 is fitted into each recess 53 of the third rotating ring 33, and extends along the axial direction X between the bottom surface 55 of the recess 53 and the first end face 43 of the second rotating ring 32. Compressed. That is, the biasing member 13 is interposed between the second rotating ring 32 and the third rotating ring 33 in a compressed state. Since the third rotary ring 33 is positioned in the axial direction X as described above, the biasing member 13 biases the second rotary ring 32 toward the first rotary ring 31. Thereby, since the annular space 47 is narrowed in the axial direction X, the compression of the seal member 60 is promoted, so that the annular space 47 is reliably sealed by the seal member 60. The urging member 13 urges the first rotating ring 31 toward the stationary ring 11 by urging the second rotating ring 32 toward the first rotating ring 31. Therefore, the rotation-side seal surface 37 of the first rotation ring 31 is in pressure contact with the fixed-side seal surface 17 of the fixed ring 11 over the entire circumference. That is, the urging member 13 brings the rotation-side seal surface 37 and the fixed-side seal surface 17 close to each other.

前述したように、第1回転環31と第2回転環32とが周方向に位置決めされていて、第2回転環32と第3回転環33とが周方向に位置決めされている。つまり、回転環12全体(第1回転環31、第2回転環32および第3回転環33のまとまり)が周方向において回転軸4に対して位置決めされている。そのため、回転軸4が回転すると、回転環12全体が回転軸4と一体回転する。ここで、前述したようにシール部材60が環状空間47をシールしているため、流体Rが回転軸4の外周面4Aと回転環12の内周面(特に第1回転環31の第2内周面35B)との間を伝って、固定環11の内周面16と回転軸4の外周面4Aとの間からハウジング3の外部に漏れ出ることはない。そのため、流体Rが外部に漏れる主な経路として、第1回転環31の回転側シール面37と固定環11の固定側シール面17との間が挙げられる。   As described above, the first rotating ring 31 and the second rotating ring 32 are positioned in the circumferential direction, and the second rotating ring 32 and the third rotating ring 33 are positioned in the circumferential direction. That is, the entire rotating ring 12 (a group of the first rotating ring 31, the second rotating ring 32, and the third rotating ring 33) is positioned with respect to the rotating shaft 4 in the circumferential direction. Therefore, when the rotating shaft 4 rotates, the entire rotating ring 12 rotates integrally with the rotating shaft 4. Here, as described above, since the sealing member 60 seals the annular space 47, the fluid R flows between the outer peripheral surface 4 </ b> A of the rotating shaft 4 and the inner peripheral surface of the rotating ring 12 (particularly the second inner surface of the first rotating ring 31. It does not leak to the outside of the housing 3 from between the inner peripheral surface 16 of the stationary ring 11 and the outer peripheral surface 4A of the rotating shaft 4 through the peripheral surface 35B). Therefore, a main path through which the fluid R leaks to the outside is between the rotation-side seal surface 37 of the first rotation ring 31 and the fixed-side seal surface 17 of the fixed ring 11.

しかし、メカニカルシール1では、第2回転環32と第3回転環33との間で圧縮された付勢部材13が第2回転環32を第1回転環31へ押し付けて、第1回転環31の回転側シール面37を固定環11の固定側シール面17に接近(圧接)させている。そのため、回転軸4の回転に伴って、第1回転環31の回転側シール面37が固定環11の固定側シール面17に摺接しながら回転(摺動)する。これにより、回転側シール面37と固定側シール面17との間には、流体Rが通過できる隙間がなくなっている。そのため、流体Rが回転側シール面37と固定側シール面17との間を伝って固定環11の内周面16と回転軸4の外周面4Aとの間からハウジング3の外部に漏れ出ることが抑制されている。つまり、ハウジング3の開口部6において、流体Rが固定側シール面17と回転側シール面37との間を伝って漏れることを抑制できる。また、回転軸4の回転中には、回転側シール面37と固定側シール面17とが摺接しているだけであって、回転軸4自体が摩耗することはない。   However, in the mechanical seal 1, the biasing member 13 compressed between the second rotating ring 32 and the third rotating ring 33 presses the second rotating ring 32 against the first rotating ring 31, and the first rotating ring 31. The rotation-side seal surface 37 is brought close to (pressure contact) with the fixed-side seal surface 17 of the fixed ring 11. Therefore, as the rotary shaft 4 rotates, the rotation-side seal surface 37 of the first rotation ring 31 rotates (slids) while being in sliding contact with the fixed-side seal surface 17 of the fixed ring 11. As a result, there is no gap through which the fluid R can pass between the rotation-side seal surface 37 and the fixed-side seal surface 17. Therefore, the fluid R leaks to the outside of the housing 3 from between the inner peripheral surface 16 of the stationary ring 11 and the outer peripheral surface 4 </ b> A of the rotating shaft 4 along the rotation-side seal surface 37 and the fixed-side seal surface 17. Is suppressed. That is, in the opening 6 of the housing 3, the fluid R can be prevented from leaking between the fixed-side seal surface 17 and the rotation-side seal surface 37. Further, while the rotary shaft 4 is rotating, the rotary side seal surface 37 and the fixed side seal surface 17 are merely in sliding contact with each other, and the rotary shaft 4 itself is not worn.

ここで、図2を参照して、第1回転環31の回転側シール面37と固定環11の固定側シール面17との少なくとも一方(この実施形態では両方)の全域には、DLC(Diamond Like Carbon)で構成された膜(DLC膜14)が設けられている。DLC膜14は、耐食性および耐摩耗性に優れている。そのため、回転側シール面37および固定側シール面17における腐食や摩耗を抑制できる。また、回転軸4とともに回転する回転側シール面37は、固定側シール面17に対して滑らかに追従できるので、回転側シール面37と固定側シール面17との隙間を、流体Rが通過できない程度の狭さに維持できる。   Here, referring to FIG. 2, there is a DLC (Diamond) in the entire area of at least one of the rotation side seal surface 37 of the first rotation ring 31 and the fixed side seal surface 17 of the fixed ring 11 (both in this embodiment). A film (DLC film 14) made of Like Carbon is provided. The DLC film 14 is excellent in corrosion resistance and wear resistance. Therefore, corrosion and wear on the rotation-side seal surface 37 and the fixed-side seal surface 17 can be suppressed. In addition, the rotation-side seal surface 37 that rotates together with the rotation shaft 4 can smoothly follow the fixed-side seal surface 17, so that the fluid R cannot pass through the gap between the rotation-side seal surface 37 and the fixed-side seal surface 17. It can be kept as narrow as possible.

このDLC膜14は、0wt%より多く30wt%以下の硅素(Si)を含有した特別なDLC膜14である。このようなDLC膜14は、硅素を含有しないものよりも摩擦係数が低く、特に、この実施形態に示すように液体中にある場合(液体に浸かっている場合)では、大気中にある場合と比べて摩擦係数が一層低くなり、より高い耐摩耗性を発揮できる。なお、質量百分率(wt%)の代わりに原子組成百分率(at%)を用いた場合には、DLC膜14は、0at%より多く30at%以下の硅素を含有していればよい。   This DLC film 14 is a special DLC film 14 containing silicon (Si) of more than 0 wt% and not more than 30 wt%. Such a DLC film 14 has a lower coefficient of friction than that which does not contain silicon. In particular, in the case where the DLC film 14 is in a liquid (when immersed in a liquid) as shown in this embodiment, Compared with this, the coefficient of friction is further reduced, and higher wear resistance can be exhibited. In addition, when atomic composition percentage (at%) is used instead of mass percentage (wt%), the DLC film 14 should just contain the silicon more than 0 at% and 30 at% or less.

そして、固定環11および回転環12(第1回転環31、第2回転環32および第3回転環33のそれぞれ)は、汎用鋼(たとえば、炭素鋼やステンレス鋼などの安価で加工性の良い金属材料)で形成されている。
メカニカルシール1を作成する場合、まず、この汎用鋼を目標形状まで加工(切削加工等)して固定環11および回転環12を形成する。
The fixed ring 11 and the rotary ring 12 (each of the first rotary ring 31, the second rotary ring 32, and the third rotary ring 33) are general-purpose steel (for example, carbon steel, stainless steel, etc., inexpensive and have good workability. Metal material).
When creating the mechanical seal 1, first, the general-purpose steel is processed to a target shape (cutting or the like) to form the stationary ring 11 and the rotating ring 12.

次いで、有機硅素化合物ガス等を原料ガスとして用いた直流パルスプラズマCVD(Direct Current Plasma Chemical Vapor Deposition)法により、固定環11および回転環12のそれぞれに、低温DLC処理(処理温度が200℃以下のDLCコーティング)を施す。これにより、固定環11および回転環12においてDLC膜14が必要な部分(少なくとも回転側シール面37や固定側シール面17)にDLC膜14を成膜する。この場合には、SiC等のセラミックだけでメカニカルシール1を形成する場合と比べて、メカニカルシール1全体の加工性が良好であり、低コストでメカニカルシール1を作成できる。特に、CVD法によれば、複雑な三次元形状の部品(特に、中空部品の内周面)に対しても、DLC処理が可能となる。さらに、低温DLC処理であれば、回転軸4と一体回転する回転環12(特に、ステンレス鋼で形成された場合)における歪を小さく抑えることができるので、回転中における回転環12の慣性力の影響によって回転軸4や回転環12の回転に揺れ(ぶれ)が生じることを極力抑えることができる。   Next, a low temperature DLC treatment (with a treatment temperature of 200 ° C. or less) is applied to each of the stationary ring 11 and the rotating ring 12 by a direct current plasma chemical vapor deposition (DC) method using an organic silicon compound gas or the like as a source gas. DLC coating). As a result, the DLC film 14 is formed on portions of the fixed ring 11 and the rotating ring 12 where the DLC film 14 is required (at least the rotation-side seal surface 37 and the fixed-side seal surface 17). In this case, compared with the case where the mechanical seal 1 is formed only from ceramics such as SiC, the workability of the entire mechanical seal 1 is good, and the mechanical seal 1 can be produced at low cost. In particular, according to the CVD method, it is possible to perform DLC processing even on a complicated three-dimensional shaped part (particularly, the inner peripheral surface of a hollow part). Furthermore, if it is a low temperature DLC process, since the distortion in the rotating ring 12 (particularly when formed of stainless steel) that rotates integrally with the rotating shaft 4 can be suppressed, the inertial force of the rotating ring 12 during rotation can be reduced. It is possible to suppress the occurrence of shaking (blur) in the rotation of the rotating shaft 4 and the rotating ring 12 as much as possible.

なお、DLC膜14の成膜方法(前述した直流パルスプラズマCVD法や低温DLC処理など)については、特開2012−207243号公報で詳しく説明されている。原料ガスにおける有機硅素化合物ガスの流量割合を調整することによって、0wt%より多く30wt%以下の硅素を含有するDLC膜14を形成できる。
なお、耐食性に優れる素材としてプラスチックが挙げられるが、金属材料で形成されたメカニカルシール1の場合、流体Rが高圧であったとしても、回転側シール面37と固定側シール面17との間におけるシール性が流体Rの圧力の影響を受けにくいし、プラスチックよりも耐摩耗性に優れる。
A method for forming the DLC film 14 (such as the aforementioned direct-current pulse plasma CVD method or low-temperature DLC treatment) is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-207243. By adjusting the flow rate ratio of the organic silicon compound gas in the source gas, it is possible to form the DLC film 14 containing more than 0 wt% and 30 wt% or less of silicon.
In addition, although a plastic is mentioned as a raw material which is excellent in corrosion resistance, in the case of the mechanical seal 1 formed with the metal material, even if the fluid R is a high pressure, it is between the rotation side seal surface 37 and the fixed side seal surface 17. The sealability is not easily affected by the pressure of the fluid R, and it has better wear resistance than plastic.

このように、メカニカルシール1において、耐食性、耐摩耗性および加工性の向上を一度に図ることができる。
また、第1回転環31において窪み38における内周面(第1内周面35A)と、窪み38に挿入される第2回転環32の挿入部46において当該内周面に対向する表面(第2外周面41B)とは、第1回転環31や第2回転環32の軸方向Xへの移動に伴って摺接する場合がある。そこで、当該内周面および表面の少なくとも一方(この実施形態では両方)にもDLC膜14が設けられているとよい。そうすれば、当該内周面および表面における耐食性および耐摩耗性の向上を図ることができる。
Thus, in the mechanical seal 1, the corrosion resistance, wear resistance, and workability can be improved at a time.
Further, in the first rotating ring 31, an inner peripheral surface (first inner peripheral surface 35 </ b> A) in the recess 38 and a surface (first surface) facing the inner peripheral surface in the insertion portion 46 of the second rotating ring 32 inserted in the recess 38. 2 outer peripheral surface 41B) may come into sliding contact with the movement of the first rotating ring 31 and the second rotating ring 32 in the axial direction X. Therefore, the DLC film 14 may be provided on at least one of the inner peripheral surface and the surface (both in this embodiment). By doing so, it is possible to improve the corrosion resistance and wear resistance of the inner peripheral surface and the surface.

また、耐食性の良好なDLC膜14は、固定環11および回転環12のそれぞれにおいて、先ほど説明した部分以外に、ハウジング3の中空部分5内の流体Rと接触する部分にも設けられてよい。流体Rと接触する(接触し得る)部分として、固定環11では、外周面15、内周面16、位置決め面18およびテーパー面19の少なくともいずれかが挙げられる。第1回転環31では、外周面34、内周面35、位置決め面36およびテーパー面40の少なくともいずれかが挙げられる。第2回転環32の場合、外周面41、内周面42、第1端面43および第2端面44の少なくともいずれかが挙げられる。第3回転環33の場合、外周面49、内周面50、第1端面51、第2端面52、円筒面54および底面55の少なくともいずれかが挙げられる。流体Rと接触する部分にDLC膜14を設けておけば、固定環11および回転環12のそれぞれにおいて流体Rに接触する部分における腐食を抑制できる。   Further, the DLC film 14 with good corrosion resistance may be provided in each of the stationary ring 11 and the rotating ring 12 in a portion that contacts the fluid R in the hollow portion 5 of the housing 3 in addition to the portion described above. Examples of the portion that contacts (can contact) the fluid R include at least one of the outer peripheral surface 15, the inner peripheral surface 16, the positioning surface 18, and the tapered surface 19 in the stationary ring 11. In the first rotating ring 31, at least one of the outer peripheral surface 34, the inner peripheral surface 35, the positioning surface 36, and the tapered surface 40 is exemplified. In the case of the second rotating ring 32, at least one of the outer peripheral surface 41, the inner peripheral surface 42, the first end surface 43, and the second end surface 44 may be mentioned. In the case of the third rotating ring 33, at least one of the outer peripheral surface 49, the inner peripheral surface 50, the first end surface 51, the second end surface 52, the cylindrical surface 54, and the bottom surface 55 is exemplified. If the DLC film 14 is provided in the portion that contacts the fluid R, corrosion in the portion that contacts the fluid R in each of the stationary ring 11 and the rotating ring 12 can be suppressed.

この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、シール部材20やシール部材60は、前述した実施形態では、Oリングであったが、たとえば、Vパッキンを必要に応じて複数個重ねたものであってもよい。
また、前述した実施形態では、メカニカルシール1は、ハウジング3の中空部分5内の流体Rが開口部6からハウジング3の外部に漏れることを阻止しているが、外部の流体Rが開口部6からハウジング3の中空部分5内に侵入することも阻止できる。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made within the scope of the claims.
For example, the seal member 20 and the seal member 60 are O-rings in the above-described embodiment, but a plurality of V-packings may be stacked as necessary.
In the above-described embodiment, the mechanical seal 1 prevents the fluid R in the hollow portion 5 of the housing 3 from leaking from the opening 6 to the outside of the housing 3. Can also be prevented from entering the hollow portion 5 of the housing 3.

また、この実施形態では、回転側シール面37と固定側シール面17との両方にDLC膜14を設けているが、どちらか一方に設けてもよい。DLC膜14を当該両方に設けておけば、両方の耐食性および耐摩耗性を向上できる。DLC膜14を当該一方に設けておけば、当該一方における耐食性および耐摩耗性を向上でき、他方の加工コストを低下させることができる。このことは、第1回転環31の窪み38における内周面(第1内周面35A)と、挿入部46において当該内周面に対向する表面(第2外周面41B)との少なくとも一方にDLC膜14を設ける場合にも該当する。   In this embodiment, the DLC film 14 is provided on both the rotation-side seal surface 37 and the fixed-side seal surface 17, but may be provided on either one. If the DLC film 14 is provided on both, the corrosion resistance and wear resistance of both can be improved. If the DLC film 14 is provided on the one side, the corrosion resistance and wear resistance on the one side can be improved, and the processing cost on the other side can be reduced. This is due to at least one of the inner peripheral surface (first inner peripheral surface 35A) in the recess 38 of the first rotating ring 31 and the surface (second outer peripheral surface 41B) facing the inner peripheral surface in the insertion portion 46. This also applies when the DLC film 14 is provided.

1…メカニカルシール、3…ハウジング、4…回転軸、6…開口部、11…固定環、12…回転環、13…付勢部材、14…DLC膜、17…固定側シール面、31…第1回転環、32…第2回転環、33…第3回転環、35A…第1内周面、37…回転側シール面、38…窪み、41B…第2外周面、46…挿入部、R…流体、X…軸方向   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Mechanical seal, 3 ... Housing, 4 ... Rotating shaft, 6 ... Opening part, 11 ... Fixed ring, 12 ... Rotating ring, 13 ... Biasing member, 14 ... DLC film, 17 ... Fixed side sealing surface, 31 ... First 1 rotation ring, 32 ... 2nd rotation ring, 33 ... 3rd rotation ring, 35A ... 1st inner peripheral surface, 37 ... rotation side sealing surface, 38 ... hollow, 41B ... 2nd outer peripheral surface, 46 ... insertion part, R ... Fluid, X ... Axial direction

Claims (5)

回転軸が挿通される開口部が形成されたハウジングと前記回転軸との間における前記開口部での流体の漏れを阻止するためのメカニカルシールであって、
前記開口部において前記ハウジングに固定され、前記回転軸に対して外嵌される固定環と、
前記回転軸に対して一体回転可能に外嵌される回転環と、
前記固定環に設けられ、前記回転軸の軸方向において前記回転環に対向する固定側シール面と、
前記回転環に設けられ、前記軸方向において前記固定側シール面に対向し、前記回転軸の回転に伴って前記固定側シール面に摺接する回転側シール面と、
前記回転側シール面と前記固定側シール面とを接近させる付勢部材と、
前記回転側シール面および前記固定側シール面の少なくとも一方に設けられ、0wt%より多く30wt%以下の硅素を含有するDLC膜と、
を含むことを特徴とする、メカニカルシール。
A mechanical seal for preventing leakage of fluid in the opening between the rotation shaft and a housing formed with an opening through which the rotation shaft is inserted;
A fixed ring that is fixed to the housing at the opening and is externally fitted to the rotating shaft;
A rotating ring that is externally fitted so as to be integrally rotatable with respect to the rotating shaft;
A fixed-side sealing surface provided on the fixed ring and facing the rotary ring in the axial direction of the rotary shaft;
A rotation-side seal surface that is provided on the rotary ring, faces the fixed-side seal surface in the axial direction, and slides on the fixed-side seal surface as the rotation shaft rotates;
An urging member for bringing the rotating side sealing surface and the stationary side sealing surface close to each other;
A DLC film that is provided on at least one of the rotating side sealing surface and the stationary side sealing surface and contains silicon in an amount of more than 0 wt% and not more than 30 wt%;
A mechanical seal comprising:
前記回転環は、前記回転側シール面を有し、前記軸方向に移動可能な第1回転環と、前記軸方向において前記第1回転環に対して前記固定環の反対側に配置され、前記軸方向に移動可能な第2回転環と、を含み、
前記付勢部材は、前記第2回転環を前記第1回転環へ向けて付勢し、
前記第1回転環の内周面には、前記第2回転環側を臨む窪みが形成されており、
前記第2回転環は、前記窪みに挿入される挿入部を含み、
前記窪みにおける前記第1回転環の内周面、および、前記挿入部において当該内周面に対向する表面の少なくとも一方に、前記DLC膜が設けられていることを特徴とする、請求項1記載のメカニカルシール。
The rotating ring has the rotation-side sealing surface and is arranged on the opposite side of the fixed ring with respect to the first rotating ring in the axial direction, the first rotating ring being movable in the axial direction, A second rotating ring movable in the axial direction,
The biasing member biases the second rotating ring toward the first rotating ring,
The inner peripheral surface of the first rotating ring is formed with a recess facing the second rotating ring side,
The second rotating ring includes an insertion portion to be inserted into the recess,
The DLC film is provided on at least one of an inner peripheral surface of the first rotating ring in the recess and a surface facing the inner peripheral surface in the insertion portion. Mechanical seal.
前記回転環は、前記軸方向において前記第2回転環に対して前記固定環の反対側に配置され、前記軸方向において位置決めされる第3回転環を含み、
前記付勢部材は、前記第2回転環と前記第3回転環との間に介在されていることを特徴とする、請求項2記載のメカニカルシール。
The rotating ring includes a third rotating ring that is disposed on the opposite side of the fixed ring with respect to the second rotating ring in the axial direction and is positioned in the axial direction;
The mechanical seal according to claim 2, wherein the biasing member is interposed between the second rotating ring and the third rotating ring.
前記固定環および回転環のそれぞれにおいて流体に接触する部分には、前記DLC膜が設けられていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のメカニカルシール。   The mechanical seal according to any one of claims 1 to 3, wherein the DLC film is provided in a portion of each of the stationary ring and the rotating ring that contacts the fluid. 前記固定環および回転環は、汎用鋼で形成されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のメカニカルシール   The mechanical seal according to any one of claims 1 to 4, wherein the stationary ring and the rotating ring are made of general-purpose steel.
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