JP2017155797A - Seal ring and pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シールリング、及びシールリングを備えたポンプに関する。 The present invention relates to a seal ring and a pump including the seal ring.
一般的に、メカニカルシールを備えたポンプにおいて、シールリングは、金属製の支持部材と、液膜を介して、支持部材と接触する摺動部材と、を含む。
特許文献1には、カーボン材料よりなる摺動部材の表面に、炭化珪素膜を形成することで、摺動部材の機械的強度を向上させることの可能な技術が開示されている。
Generally, in a pump provided with a mechanical seal, a seal ring includes a metal support member and a sliding member that comes into contact with the support member via a liquid film.
Patent Document 1 discloses a technique capable of improving the mechanical strength of a sliding member by forming a silicon carbide film on the surface of the sliding member made of a carbon material.
カーボン材料に含まれる不純物には、例えば、水溶性アニオン(例えば、Cl−、F−、SO4 2−等)がある。カーボン材料に含まれる不純物の量は、原料や製造方法により異なる。 Examples of the impurities contained in the carbon material include water-soluble anions (for example, Cl − , F − , SO 4 2−, etc.). The amount of impurities contained in the carbon material varies depending on the raw material and the manufacturing method.
ところで、シールリングは、工場において組み立てた状態で保管する場合が多い。この場合、カーボン材料と接触した状態で、湿潤大気中や耐圧試験後の耐流水環境に長期間暴露されていると、摺動部材と金属製の支持部材(例えば、リテーナ)との間に形成された液膜に溶出したカーボン材料に含まれる水溶性アニオンにより、支持部材が腐食(発錆や局部腐食等)する恐れがあった。 By the way, the seal ring is often stored in an assembled state in a factory. In this case, a contact is formed between the sliding member and a metal support member (for example, a retainer) when exposed to a carbon material and exposed to a flowing water environment in a humid atmosphere or after a pressure test for a long time. The support member may be corroded (rusting, local corrosion, etc.) due to water-soluble anions contained in the carbon material eluted in the liquid film.
特許文献1の技術では、カーボン製の摺動部材の表面に炭化珪素膜を設けているが、摺動部材を構成するカーボンに含まれる水溶性不純物が炭化珪素膜を通過して、液膜に溶出してしまう可能性がある。
このため、カーボンに含まれる水溶性アニオンが液膜に溶出すると、支持部材が腐食(発錆や局部腐食等)する恐れがあった。
このような支持部材の腐食が発生すると、消耗品である摺動部材だけでなく、消耗品ではない支持部材も交換しなければならない恐れがあった。つまり、シールリング全体を交換しなければならない可能性があった。
In the technique of Patent Document 1, a silicon carbide film is provided on the surface of a sliding member made of carbon, but water-soluble impurities contained in carbon constituting the sliding member pass through the silicon carbide film to form a liquid film. There is a possibility of elution.
For this reason, when the water-soluble anion contained in the carbon is eluted into the liquid film, the support member may be corroded (rusting, local corrosion, etc.).
When such corrosion of the support member occurs, there is a risk that not only the sliding member that is a consumable item but also the support member that is not a consumable item must be replaced. In other words, the entire seal ring may have to be replaced.
そこで、本発明は、組み立てた状態でのシールリングの保管時において、摺動部材を構成するカーボン材料に含まれる水溶性アニオンに起因する腐食生成物によるポンプの動作不良や、シールリングの特性の低下を抑制可能で、かつシールリング全体の交換頻度を低減することの可能なシールリング、及びポンプを提供することを目的とする。 In view of this, the present invention relates to the malfunction of the pump due to corrosion products caused by water-soluble anions contained in the carbon material constituting the sliding member and the characteristics of the seal ring when the seal ring is stored in the assembled state. It is an object of the present invention to provide a seal ring and a pump that can suppress the lowering and can reduce the replacement frequency of the entire seal ring.
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るシールリングによれば、液膜と接触した状態で固定部に固定されており、金属材料よりなる環状の支持部材と、前記支持部材に支持されており、該支持部材の内側で軸線回りに回転する回転軸に対して摺動可能に接触し、かつカーボン材料を含む環状の摺動部材と、前記摺動部材のうち、少なくとも前記支持部材と対向する部分に設けられており、前記液膜と接触する不純物溶出抑制層と、を備え、前記不純物溶出抑制層は、前記カーボン材料に含まれる水溶性アニオンの前記液膜への溶出を抑制することを特徴とする。 In order to solve the above problems, according to a seal ring according to an aspect of the present invention, an annular support member made of a metal material and fixed to a fixing portion in contact with a liquid film, and supported by the support member An annular sliding member that is slidably in contact with a rotating shaft that rotates about an axis inside the supporting member and includes a carbon material, and at least the supporting member among the sliding members And an impurity elution suppression layer that is in contact with the liquid film, and the impurity elution suppression layer suppresses elution of water-soluble anions contained in the carbon material into the liquid film. It is characterized by doing.
本発明によれば、摺動部材のうち、少なくとも支持部材と対向する部分に不純物溶出抑制層を設けることで、組み立てた状態でのシールリングの保管時において、カーボン材料に含まれる水溶性アニオン(例えば、Cl−、F−、SO4 2−等)の液膜への溶出を抑制することが可能となる。
これにより、液膜に溶出した水溶性アニオンによる支持部材の腐食を抑制可能となるので、カーボン材料に含まれる水溶性アニオンに起因する腐食生成物によるポンプの動作不良や、シールリングの特性の低下を抑制できる。
また、消耗品である摺動部材を交換することで、シールリングの特性の低下を抑制可能となるので、シールリング全体を交換する頻度を低減できるとともに、既存のシールリングに対しても低コストで容易に適用することができる。
According to the present invention, by providing the impurity elution suppression layer at least in the portion facing the support member of the sliding member, the water-soluble anion ( For example, elution of Cl − , F − , SO 4 2− etc.) into the liquid film can be suppressed.
As a result, corrosion of the support member due to the water-soluble anion eluted in the liquid film can be suppressed, so that the pump malfunctions due to the water-soluble anion contained in the carbon material and the seal ring characteristics are deteriorated. Can be suppressed.
In addition, since the deterioration of the seal ring characteristics can be suppressed by replacing the consumable sliding member, the frequency of replacing the entire seal ring can be reduced and the cost of the existing seal ring can be reduced. Can be easily applied.
また、上記本発明の一態様に係るシールリングにおいて、前記不純物溶出抑制層は、前記摺動部材の表面に設けられており、無機コーティング層、めっき層のうち、少なくとも1種を含むでもよい。 Moreover, the seal ring which concerns on 1 aspect of the said invention WHEREIN: The said impurity elution suppression layer is provided in the surface of the said sliding member, and may contain at least 1 sort (s) among an inorganic coating layer and a plating layer.
このように、不純物溶出抑制層が無機コーティング層、めっき層のうち、少なくとも1種を含むことにより、組み立てた状態でのシールリングの保管時において、カーボン材料に含まれる水溶性アニオンの液膜への溶出が抑制される。
これにより、液膜に溶出した水溶性アニオンによる支持部材の腐食を抑制可能となるので、組み立てた状態でのシールリングの保管時において、カーボン材料に含まれる水溶性アニオンに起因する腐食生成物によるポンプの動作不良や、シールリングの特性の低下を抑制できる。
As described above, when the impurity elution suppressing layer includes at least one of the inorganic coating layer and the plating layer, the liquid film of the water-soluble anion contained in the carbon material is stored when the seal ring is stored in the assembled state. Elution is suppressed.
As a result, corrosion of the support member due to the water-soluble anion eluted in the liquid film can be suppressed, and therefore, when the seal ring is stored in the assembled state, it is caused by a corrosion product caused by the water-soluble anion contained in the carbon material. It is possible to suppress malfunction of the pump and deterioration of the seal ring characteristics.
また、上記本発明の一態様に係るシールリングにおいて、前記不純物溶出抑制層は、前記摺動部材の表面に設けられた陽イオン交換膜であってもよい。 Moreover, the seal ring which concerns on 1 aspect of the said invention WHEREIN: The said impurity elution suppression layer may be a cation exchange membrane provided in the surface of the said sliding member.
このように、不純物溶出抑制層が陽イオン交換膜であることにより、陰イオンである水溶性アニオンの不純物溶出抑制層の通過が抑制されるので、カーボン材料に含まれる水溶性アニオンの液膜への溶出を抑制することが可能となる。
これにより、組み立てた状態でのシールリングの保管時において、支持部材の腐食を抑制可能となるので、カーボン材料に含まれる水溶性アニオンに起因する腐食生成物によるポンプの動作不良や、シールリングの特性の低下を抑制できる。
Thus, since the impurity elution suppression layer is a cation exchange membrane, the passage of the water-soluble anion, which is an anion, through the impurity elution suppression layer is suppressed, so that the liquid film of the water-soluble anion contained in the carbon material is obtained. Elution can be suppressed.
This makes it possible to suppress the corrosion of the support member during storage of the seal ring in an assembled state, so that the pump malfunctions due to corrosion products caused by water-soluble anions contained in the carbon material, and the seal ring The deterioration of characteristics can be suppressed.
また、上記本発明の一態様に係るシールリングにおいて、前記摺動部材は、前記摺動部材本体と、前記摺動部材本体の表面に配置され、前記摺動部材本体を構成する前記カーボン材料に含まれる前記水溶性アニオンの濃度よりも該水溶性アニオンの濃度が低い水溶性アニオン低減層と、を含み、前記不純物溶出抑制層は、前記水溶性アニオン低減層であってもよい。 In the seal ring according to one aspect of the present invention, the sliding member is disposed on the sliding member main body and the surface of the sliding member main body, and the carbon material constituting the sliding member main body is used. A water-soluble anion reducing layer having a lower concentration of the water-soluble anion than a concentration of the water-soluble anion contained therein, and the impurity elution suppressing layer may be the water-soluble anion reducing layer.
このように、不純物溶出抑制層が水溶性アニオン低減層であることにより、カーボン材料から液膜に溶出する水溶性アニオンの量を少なくすることが可能となる。
これにより、組み立てた状態でのシールリングの保管時において、支持部材の腐食を抑制可能となるので、カーボン材料に含まれる水溶性アニオンに起因する腐食生成物によるポンプの動作不良や、シールリングの特性の低下を抑制できる。
Thus, when the impurity elution suppression layer is a water-soluble anion reducing layer, it is possible to reduce the amount of water-soluble anions eluted from the carbon material into the liquid film.
This makes it possible to suppress the corrosion of the support member during storage of the seal ring in an assembled state, so that the pump malfunctions due to corrosion products caused by water-soluble anions contained in the carbon material, and the seal ring The deterioration of characteristics can be suppressed.
また、上記本発明の一態様に係るシールリングにおいて、前記支持部材のうち、少なくとも前記不純物溶出抑制層と対向する部分に設けられており、前記液膜と接触する腐食抑制層を含んでもよい。 Moreover, the seal ring which concerns on 1 aspect of the said invention WHEREIN: It is provided in the part facing the said impurity elution suppression layer among the said support members, and may also contain the corrosion suppression layer which contacts the said liquid film.
このように、不純物溶出抑制層の他に、支持部材のうち、少なくとも不純物溶出抑制層と対向する部分に設けられた腐食抑制層を有することで、カーボン材料に含まれる水溶性アニオンが液膜に溶出した場合であっても、支持部材の腐食を抑制することが可能となる。
これにより、組み立てた状態でのシールリングの保管時において、カーボン材料に含まれる水溶性アニオンに起因する腐食生成物によるポンプの動作不良や、シールリングの特性の低下をさらに抑制できる。
また、シールリング全体を交換する頻度をさらに低減することができる。
Thus, in addition to the impurity elution suppression layer, the support member has a corrosion suppression layer provided at least in a portion facing the impurity elution suppression layer, so that the water-soluble anion contained in the carbon material is converted into the liquid film. Even when it is eluted, it is possible to suppress corrosion of the support member.
Thereby, at the time of storing the seal ring in the assembled state, it is possible to further suppress the malfunction of the pump due to the corrosion product caused by the water-soluble anion contained in the carbon material and the deterioration of the characteristics of the seal ring.
Further, the frequency of replacing the entire seal ring can be further reduced.
上記課題を解決するため、請求項1ないし5のうち、いずれか1項記載のシールリングを含んでもよい。 In order to solve the above problems, the seal ring according to any one of claims 1 to 5 may be included.
本発明によれば、組み立てた状態でのシールリングの保管時において、カーボン材料に含まれる水溶性アニオンに起因する腐食生成物によるポンプの動作不良や、シールリングの特性の低下を抑制できる。また、シールリング全体を交換する頻度を低減できるとともに、既存のシールリングに対しても低コストで容易に適用することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, at the time of storage of the seal ring in the assembled state, it is possible to suppress malfunction of the pump due to corrosion products caused by water-soluble anions contained in the carbon material and deterioration of the seal ring characteristics. In addition, the frequency of replacing the entire seal ring can be reduced, and it can be easily applied to existing seal rings at low cost.
本発明によれば、シールリングの保管時において、摺動部材を構成するカーボン材料に含まれる水溶性アニオンに起因する腐食生成物によるポンプの動作不良や、シールリングの特性の低下を抑制できるとともに、シールリング全体の交換頻度を低減することができる。 According to the present invention, at the time of storage of the seal ring, it is possible to suppress the malfunction of the pump and the deterioration of the characteristics of the seal ring due to the corrosion products caused by the water-soluble anions contained in the carbon material constituting the sliding member. The frequency of replacement of the entire seal ring can be reduced.
以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際のポンプ及びシールリングの寸法関係とは異なる場合がある。 Embodiments to which the present invention is applied will be described below in detail with reference to the drawings. The drawings used in the following description are for explaining the configuration of the embodiment of the present invention, and the size, thickness, dimensions, etc. of each part shown in the drawings are the actual dimensional relations of the pump and the seal ring. May be different.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るポンプの主要部の断面図である。図1において、Aは回転軸11の軸線(以下、「軸線A」という)、Rは流体(以下、「流体R」という)、軸線Aの近傍の矢印は回転軸11の回転方向をそれぞれ示している。また、図1に示すZ方向は、回転軸11の延在方向(回転軸11のスラスト方向)を示している。
図2は、図1に示すポンプのうち、領域Bに対応する部分を拡大した断面図である。図2において、図1に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。
図3は、図2に示すシールリングのうち、領域Cに対応する部分を拡大した断面図である。図3において、図2に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a pump according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, A is an axis of the rotating shaft 11 (hereinafter referred to as “axis A”), R is a fluid (hereinafter referred to as “fluid R”), and an arrow in the vicinity of the axis A indicates the direction of rotation of the
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion corresponding to the region B in the pump shown in FIG. In FIG. 2, the same components as those in the structure shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion corresponding to the region C in the seal ring shown in FIG. In FIG. 3, the same components as those of the structure shown in FIG.
図1〜3を参照するに、第1の実施形態のポンプ10は、回転軸11と、固定部13と、シールリング14と、を有する。
回転軸11は、Z方向に延在する回転軸本体18と、回転軸本体18のから外側に突出するリング状の延出部19と、を有する。延出部19は、Z方向において、摺動部材24を介して、支持部材21と対向する面19aを有する。
上記構成とされた回転軸11は、図1に示す矢印の方向に回転可能な構成とされている。
固定部13は、回転軸11との間に空間を介在させた状態で、回転軸11の外側に設けられている。
1 to 3, the
The rotating
The rotating
The fixed
シールリング14は、支持部材21と、位置規制部材23と、摺動部材24と、不純物溶出抑制層26と、を有する。
支持部材21は、環状の部材であり、金属材料(例えば、ステンレス鋼)で構成されている。支持部材21は、固定部13の内側に固定されている。支持部材21は、回転軸本体18との間に隙間を介在させた状態で、回転軸本体18の外側に配置されている。
The
The
支持部材21は、第1ないし第3の面21a〜21cと、複数の収容部21Aと、を有する。
第1の面21aは、回転軸本体18を囲む平面であり、スラスト方向(Z方向)において摺動部材24と対向している。第1の面21aは、液膜28と接触している。第1の面21aは、Z方向において、液膜28が形成された隙間29−1を介して、摺動部材24と対向するように配置されている。隙間29−1は、摺動部材24の後述する第1の面24Aaに設けられた不純物溶出抑制層26と第1の面21aとの間に形成されている。
液膜28は、流体Rが狭い隙間29−1に浸入することで形成される膜状の液体である。
The
The
The
第2の面21bは、第1の面21aに対して直交する曲面である。第2の面21bは、回転軸本体18を囲むように配置されている。第2の面21bは、液膜28と接触している。
第2の面21bは、軸線Aに対して直交する方向において、液膜28が形成された隙間29−2を介して、摺動部材24の後述する第2の面24Abと対向するように配置されている。隙間29−2は、摺動部材24の第2の面24Abに設けられた不純物溶出抑制層26と第2の面21bとの間に形成されている。
The
The
第3の面21cは、第2の面21bと固定部13との間に配置され、かつZ方向に対して直交する平面である。第3の面21cは、回転軸本体18を囲むように配置されている。第3の面21cは、延出部19の外側に位置する流体Rと接触している。
The
複数の収容部21Aは、第1の面21aを構成する支持部材21に設けられている。複数の収容部21Aは、回転軸11のラジアル方向に所定の間隔で配置されている。
収容部21Aの側面は、めねじ加工されている。これにより、収容部21Aは、位置規制部材23を螺合するためのめねじとして機能する。
The plurality of
The side surface of the
位置規制部材23は、所定の方向に延在しており、金属材料(ステンレス鋼も含む)で構成されている。位置規制部材23は、おねじ部23Aと、突出部23Bと、を有する。おねじ部23Aは、めねじ加工された収容部21Aに対して螺合されている。これにより、支持部材21に対して位置規制部材23が固定されている。
突出部23Bは、収容部21Aに対して位置規制部材23が螺合された状態で、支持部材21から摺動部材24に向かう方向(Z方向)に突出している。突出部23Bは、その一部が摺動部材24の後述する凹部24C内に配置されている。
The
The protruding
摺動部材24は、環状とされた部材であり、隙間を介在させた状態で、回転軸11の外側に配置されている。具体的には、摺動部材24は、回転軸本体18の外周面と、延出部19の面19aと、第1の面21aと、第2の面21bと、で囲まれた空間に配置されている。
摺動部材24は、環状とされた摺動部材本体24Aと、環状とされた突出部24Bと、複数の凹部24Cと、を有する。
The sliding
The sliding
摺動部材本体24Aは、第1の面24Aaと、第2の面24Abと、第3の面24Acと、を有する。
第1の面24Aaは、Z方向において、液膜28を介して、支持部材21の第1の面21aと対向するように配置されている。
第2の面24Abは、軸線Aに対して直交する方向において、液膜28を介して、支持部材21の第2の面21bと対向するように配置されている。
第3の面24Acは、第1の面24Aaの反対側に配置された面である。第3の面24Acは、延出部19からZ方向に離間した状態で、延出部19の面19aと対向するように配置されている。
The sliding member
The first surface 24Aa is disposed so as to face the
The second surface 24Ab is disposed so as to face the
The third surface 24Ac is a surface disposed on the opposite side of the first surface 24Aa. The third surface 24Ac is disposed so as to face the
突出部24Bは、摺動部材本体24Aの第3の面24Acに設けられており、摺動部材本体24Aと一体とされている。突出部24Bは、第3の面24Acから延出部19の面19aに向かう方向(Z方向)に突出している。
突出部24Bは、延出部19の面19aに当接される平面である突出面24Baを有する。突出部24Bが延出部19に当接されることで、流体Rが摺動部材24の内側に漏れることを抑制している。
The protruding
The protruding
凹部24Cは、摺動部材本体24Aのうち、収容部21Aと対向する部分に設けられている。複数の凹部24Cは、回転軸11のラジアル方向に所定の間隔で配置されている。
凹部24Cには、突出部23Bの一部が挿入されている。凹部24Cの径は、突出部23Bを挿入及び抜き出すことが可能な大きさとされている。このため、凹部24Cの径は、突出部23Bの外径よりも僅かに大きくなるように構成されている。
凹部24Cの深さ(Z方向の深さ)は、凹部24Cに突出部23Bが挿入された状態で、突出部23Bの先端と凹部24Cの底との間に所定の間隔が存在する深さとされている。突出部23Bの先端と凹部24Cの底との間には、流体Rが保持されている。
The
A part of the
The depth of the
上記構成とされた摺動部材24は、位置規制部材23を介して、支持部材21に支持されており、支持部材21の内側で軸線A回りに回転する回転軸11に対して摺動可能に接触している。
The sliding
また、摺動部材24は、カーボン材料を含んだ構成とされている。このため、例えば、組み立てた状態でシールリング14を工場で保管する場合において、湿潤大気中や耐圧試験後の耐流水環境に長期間暴露された状態が続くと、摺動部材24を構成するカーボン材料に含まれる水溶性アニオンが液膜28や流体Rに溶出する可能性がある。
Further, the sliding
なお、摺動部材24をカーボン材料のみで構成した場合のみでなく、摺動部材24を樹脂(例えば、フェノール系樹脂やフラン系樹脂など)とカーボン材料とで構成した場合にもカーボン材料に含まれる水溶性アニオンが液膜28に溶出する可能性がある。
The carbon material includes not only the case where the sliding
不純物溶出抑制層26は、摺動部材24の複数の表面のうち、支持部材21と対向する第1及び第2の面24Aa,24Abに配置されている。不純物溶出抑制層26は、液膜28と接触している。
不純物溶出抑制層26としては、安定性、カーボンとの親和性、及び耐摩耗性の観点から、例えば、無機コーティング層、めっき層のうち、少なくとも1種を含む層(単層或いは積層)を用いることが可能である。
The impurity
As the impurity
上記無機コーティング層は、例えば、真空蒸着法,スパッタリング法,イオンプレーティング法等の物理蒸着法や化学蒸着法等の手法により形成された層を用いることができる。 As the inorganic coating layer, for example, a layer formed by a physical vapor deposition method such as a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, or a chemical vapor deposition method can be used.
上記無機コーティング層としては、例えば、CrN層、TiN層、TiC層、TiCN層、TiCrN層のうち、少なくとも1つを含む層を用いることが可能である。
不純物溶出抑制層26として無機コーティング層を用いる場合、不純物溶出抑制層26の厚さM1は、例えば、0.1〜50μmの範囲内で適宜設定することが可能である。
As the inorganic coating layer, for example, a layer including at least one of a CrN layer, a TiN layer, a TiC layer, a TiCN layer, and a TiCrN layer can be used.
When an inorganic coating layer is used as the impurity
上記めっき層としては、例えば、無電解めっき法、或いは無電解めっき法と電解めっき法とを組み合わせることで形成されためっき層を用いることが可能である。
めっき層としては、例えば、Crめっき層、Niめっき層、Snめっき層、Cdめっき層、Auめっき層、Agめっき層、Ni−Pめっき層、Cr−Niめっき層、Ni−Snめっき層、Ni−Bめっき層、Ni−Co−Pめっき層等を用いることが可能である。
また、Crを含むめっき層は、耐食性が高いため、不純物溶出抑制層26として好適である。
不純物溶出抑制層26としてめっき層を用いる場合、不純物溶出抑制層26の厚さM1は、例えば、1〜500μmの範囲内で適宜設定することが可能である。
As the plating layer, for example, an electroless plating method or a plating layer formed by combining an electroless plating method and an electrolytic plating method can be used.
Examples of plating layers include Cr plating layer, Ni plating layer, Sn plating layer, Cd plating layer, Au plating layer, Ag plating layer, Ni-P plating layer, Cr-Ni plating layer, Ni-Sn plating layer, Ni It is possible to use a -B plating layer, a Ni-Co-P plating layer, or the like.
Moreover, since the plating layer containing Cr has high corrosion resistance, it is suitable as the impurity
When a plating layer is used as the impurity
第1の実施形態のシールリング14によれば、液膜28を介して、支持部材21と対向する摺動部材24の第1及び第2の面24Aa,24Abに、液膜28と接触する不純物溶出抑制層26として無機コーティング層、めっき層のうち少なくとも1種を含む層を設けることで、組み立てた状態でのシールリング14の保管時において、摺動部材24を構成するカーボン材料に含まれる水溶性アニオン(例えば、Cl−、F−、SO4 2−等)が液膜28に溶出を抑制することが可能となる。
これにより、液膜28に溶出した水溶性アニオンによる支持部材21の腐食を抑制可能となるので、カーボン材料に含まれる水溶性アニオンに起因する腐食生成物によるポンプの動作不良や、シールリング14の特性の低下を抑制できる。
According to the
As a result, the corrosion of the
また、消耗品である摺動部材を交換することで、シールリング14の特性の低下を抑制可能となるので、シールリング14全体を交換する頻度を低減できるとともに、既存のシールリングに対しても低コストで容易に適用することができる。
また、第1の実施形態のポンプ10は、上述したシールリング14と同様な効果を得ることができる。
In addition, since the deterioration of the characteristics of the
Moreover, the
図4は、本発明の第1の実施形態の第1変形例に係るポンプの主要部の断面図である。図4において、図1〜図3に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of the pump according to the first modification of the first embodiment of the present invention. 4, the same components as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals.
第1の実施形態の第1変形例に係るポンプ35は、第1の実施形態のポンプ10を構成するシールリング14に替えて、シールリング36を設けたこと以外は、ポンプ10と同様な構成とされている。
シールリング36は、摺動部材24の第1及び第2の面24Aa,24Abだけでなく、凹部24Cの内面、及び流体Rと接触する摺動部材24の表面を覆うように不純物溶出抑制層26を配置させた点が、第1の実施形態のシールリング14とは異なる。
The
The
第1の実施形態の第1変形例のシールリング36によれば、摺動部材24の第1及び第2の面24Aa,24Abだけでなく、凹部24Cの内面、及び流体Rと接触する摺動部材24の表面を覆うように不純物溶出抑制層26を設けることで、組み立てた状態でのシールリング36の保管時において、カーボン材料に含まれる水溶性アニオンに起因する腐食生成物によるポンプの動作不良や、シールリング14の特性の低下をさらに抑制できるとともに、シールリング36全体を交換する頻度をさらに低減することができる。
また、第1の実施形態の第1変形例のポンプ35は、上述したシールリング36と同様な効果を得ることができる。
According to the
Moreover, the
図5は、本発明の第1の実施形態の第2変形例に係るポンプの主要部の断面図である。図5において、図1〜図3に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。 FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part of the pump according to the second modification of the first embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same components as those in the structure shown in FIGS.
第1の実施形態の第2変形例に係るポンプ40は、第1の実施形態のポンプ10を構成するシールリング14に替えて、シールリング41を設けたこと以外は、ポンプ10と同様な構成とされている。
シールリング41は、摺動部材24の第1及び第2の面24Aa,24Abだけでなく、摺動部材24の表面全体(凹部24Cの内面も含む)を覆うように不純物溶出抑制層26を配置させた点が、第1の実施形態のシールリング14とは異なる。
The
The
第1の実施形態の第2変形例のシールリング41によれば、摺動部材24の表面全体が不純物溶出抑制層26で覆われるため、不純物溶出抑制層26を摺動部材24の保護層として機能させることができる。
また、第1の実施形態の第2変形例のシールリング41は、先に説明した第1の実施形態の第1変形例のシールリング36と同様な効果を得ることができる。
第1の実施形態の第2変形例のポンプ40は、上述したシールリング41と同様な効果を得ることができる。
According to the
Moreover, the
The
(第2の実施形態)
図6は、本発明の第2の実施形態に係るポンプの主要部の断面図である。図6において、図1〜3に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part of the pump according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same components as those shown in FIGS.
図6を参照するに、第2の実施形態に係るポンプ45は、第1の実施形態のポンプ10を構成する不純物溶出抑制層26に替えて、不純物溶出抑制層48を有すること以外は、ポンプ10と同様に構成されている。
つまり、第2の実施形態のシールリング46は、不純物溶出抑制層26に替えて、不純物溶出抑制層48を有する点が、第1の実施形態のシールリング14と異なる。
Referring to FIG. 6, the
That is, the
不純物溶出抑制層48としては、例えば、陽イオン交換膜を用いることが可能である。陽イオン交換膜としては、例えば、カルボン酸型陽イオン交換膜やスルホン酸型陽イオン交換膜等を用いることが可能である。
陽イオン交換膜の厚さは、例えば、1〜1000μmの範囲内で適宜設定することが可能である。
As the impurity
The thickness of the cation exchange membrane can be appropriately set within a range of 1 to 1000 μm, for example.
第2の実施形態のシールリング46によれば、不純物溶出抑制層48が陽イオン交換膜であることにより、陰イオンである水溶性アニオンの不純物溶出抑制層48の通過が抑制され、液膜28へのカーボン材料に含まれる水溶性アニオンの溶出を抑制することが可能となる。
これにより、組み立てた状態でのシールリング46の保管時において、支持部材21の腐食が抑制可能となるので、カーボン材料に含まれる水溶性アニオンに起因する腐食生成物によるポンプの動作不良や、シールリング46の特性の低下を抑制できる。
また、第2の実施形態のシールリング46は、先に説明した第1の実施形態のシールリング14と同様な効果を得ることができる。
第2の実施形態のポンプ45は、第2の実施形態のシールリング46と同様な効果を得ることができる。
According to the
Thereby, since the corrosion of the
Further, the
The
なお、第2の実施形態では、摺動部材24の表面のうち、第1及び第2の面24Aa,24Abのみに不純物溶出抑制層48である陽イオン交換膜を設けた場合を例に挙げて説明したが、図4に示す不純物溶出抑制層26のように、流体Rと接触する摺動部材24の表面にも不純物溶出抑制層48を設けてもよい。
この場合、第1の実施形態の第1変形例のシールリング36と同様な効果を得ることができる。
In the second embodiment, as an example, the cation exchange membrane as the impurity
In this case, the same effect as that of the
また、図5に示す不純物溶出抑制層26のように、摺動部材24の表面全体(凹部24Cの内面も含む)を覆うように、不純物溶出抑制層48を設けてもよい。この場合、第1の実施形態の第2変形例のシールリング41と同様な効果を得ることができる。
Further, as in the impurity
(第3の実施形態)
図7は、本発明の第3の実施形態に係るポンプの主要部の断面図である。図7において、図1〜3に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part of a pump according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those shown in FIGS.
図7を参照するに、第3の実施形態に係るポンプ50は、第1の実施形態のポンプ10を構成する摺動部材24及び不純物溶出抑制層26に替えて、摺動部材53を有すること以外は、ポンプ10と同様に構成されている。
つまり、第3の実施形態のシールリング51は、摺動部材24及び不純物溶出抑制層26に替えて、摺動部材53を有する点が、第1の実施形態のシールリング14と異なる。
Referring to FIG. 7, the
That is, the
摺動部材53は、全体がカーボン材料を含んだ構成とされており、第1の面53aと、第2の面53bと、摺動部材本体54と、水溶性アニオン低減層55と、を有する。
水溶性アニオン低減層55は、摺動部材本体54の表面である第1及び第2の面54a,54bを覆うように配置されている。水溶性アニオン低減層55は、摺動部材本体54を構成するカーボン材料に含まれる水溶性アニオンの濃度よりも水溶性アニオンの濃度が低い層である。
The entire sliding
The water-soluble
水溶性アニオン低減層55は、第1の面55aと、第2の面55bと、を有する。第1の面55aは、摺動部材53の第1の面53aを構成している。第2の面55bは、摺動部材53の第2の面53bを構成している。第1及び第2の面55a,55bは、液面28と接触している。
第1の面55aは、液面28を介して、支持部材21の第1の面21aと対向している。第2の面55bは、液面28を介して、支持部材の第2の面21bと対向している。
The water-soluble
The
水溶性アニオン低減層55は、例えば、カーボン材料を含み、かつ組み立て前の摺動部材53を高温(例えば、100〜360℃の範囲内の所定温度)の純水に浸漬させ、摺動部材53の表面である第1及び第2の面53a,53bを炊き出し処理することで形成することが可能である。
この場合、バッチ式の処理装置(例えば、オートクレーブ)を用いてもよいし、或いは、循環式の処理装置(例えば、オートクレープ)を用いて、陽イオン交換樹脂を用いて、水溶性アニオンを補足してもよい。
The water-soluble anion-reducing
In this case, a batch type processing apparatus (for example, autoclave) may be used, or a circulation type processing apparatus (for example, autoclave) is used to supplement the water-soluble anion with a cation exchange resin. May be.
この炊き出し処理により、水溶性アニオン低減層55となる摺動部材53の第1及び第2の面53a,53b側の部分のカーボン材料に含まれる水溶性アニオンが純水に溶けることで、摺動部材本体54を構成するカーボン材料に含まれる水溶性アニオンの濃度よりも水溶性アニオンの濃度が低くなる。
炊き出し処理前のカーボン材料(水溶性アニオン低減層55)に含まれる水溶性アニオンの濃度が0.01%以上の場合、炊き出し処理後の水溶性アニオン低減層55の濃度は、例えば、0.01%以下にするとよい。
また、水溶性アニオン低減層55の厚さは、例えば、1000〜5000μm以上で適宜設定することが可能である。水溶性アニオン低減層55は、不純物溶出抑制層56として機能する。
By this cooking process, the water-soluble anion contained in the carbon material on the first and
When the concentration of the water-soluble anion contained in the carbon material (water-soluble anion reducing layer 55) before the cooking process is 0.01% or more, the concentration of the water-soluble
Moreover, the thickness of the water-soluble
なお、上記炊き出し処理において、摺動部材53の材料として、カーボン材料の他に、強度や気密性を高める樹脂(例えば、フェノール系樹脂やフラン系樹脂等)が含まれている場合には、樹脂の耐熱温度以下となるように、純水の加熱温度を調節するとよい。
In addition, in the above-mentioned cooking process, when the material for the sliding
第3の実施形態のシールリング51によれば、不純物溶出抑制層56が水溶性アニオン低減層55であることにより、摺動部材53の表面を構成する水溶性アニオン低減層55から液膜28に溶出する水溶性アニオンの量を少なくすることが可能となる。
これにより、組み立てた状態でのシールリング51の保管時において、支持部材21の腐食を抑制可能となるので、カーボン材料に含まれる水溶性アニオンに起因する腐食生成物によるポンプの動作不良や、シールリング51の特性の低下を抑制できる。
また、第3の実施形態のシールリング51は、先に説明した第1の実施形態のシールリング14と同様な効果を得ることができる。
第3の実施形態のポンプ50は、第3の実施形態のシールリング51と同様な効果を得ることができる。
According to the
As a result, since the corrosion of the
Further, the
The
なお、第3の実施形態では、摺動部材53の表面のうち、第1及び第2の面53a,53bのみに水溶性アニオン低減層55を設けた場合を例に挙げて説明したが、図4に示す不純物溶出抑制層26のように、流体Rと接触する摺動部材53の表面にも水溶性アニオン低減層55を設けてもよい。
この場合、第1の実施形態の第1変形例のシールリング36と同様な効果を得ることができる。
In the third embodiment, the case where the water-soluble
In this case, the same effect as that of the
また、図5に示す不純物溶出抑制層26のように、摺動部材53の表面全体(凹部24Cの内面も含む)を覆うように、水溶性アニオン低減層55を設けてもよい。この場合、第1の実施形態の第2変形例のシールリング41と同様な効果を得ることができる。
Further, like the impurity
(第4の実施形態)
図8は、本発明の第4の実施形態に係るポンプの主要部の断面図である。図8において、図1〜図3に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of a pump according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 8, the same components as those in the structure shown in FIGS.
図8を参照するに、第4の実施形態に係るポンプ55は、第1の実施形態のポンプ10の構成要素に、さらに腐食抑制層58を有すること以外は、ポンプ10と同様な構成とされている。
つまり、第4の実施形態のシールリング56(ポンプ55の構成要素の1つ)は、腐食抑制層58を有する点が、第1の実施形態のシールリング14と異なる。
Referring to FIG. 8, the
That is, the seal ring 56 (one of the components of the pump 55) of the fourth embodiment is different from the
腐食抑制層58は、支持部材21の複数の表面のうち、摺動部材24と対向する第1及び第2の面21a,21bを覆うように設けられている。腐食抑制層58は、液膜28と接触している。腐食抑制層58は、液膜28を介して、不純物溶出抑制層26と対向している。
腐食抑制層58としては、例えば、不活性コーティング層(例えば、めっき層、無機コーティング層、溶射層のうち、少なくとも1種を含む層)を用いることができる。
The
As the
めっき層としては、例えば、Crめっき層、Niめっき層、Snめっき層、Cdめっき層、Auめっき層、Agめっき層、Ni−Pめっき層、Cr−Niめっき層、Ni−Snめっき層、Ni−Bめっき層、Ni−Co−Pめっき層等を用いることが可能である。Crを含むめっき層は、耐食性が高いため、腐食抑制層58として好適である。
Examples of plating layers include Cr plating layer, Ni plating layer, Sn plating layer, Cd plating layer, Au plating layer, Ag plating layer, Ni-P plating layer, Cr-Ni plating layer, Ni-Sn plating layer, Ni It is possible to use a -B plating layer, a Ni-Co-P plating layer, or the like. Since the plating layer containing Cr has high corrosion resistance, it is suitable as the
上記無機コーティング層は、例えば、DLCコーティング法等の手法により形成することが可能である。無機コーティング層としては、例えば、CrN層、TiN層、TiC層、TiCN層、TiCrN層のうち、少なくとも1つを含む層を用いることが可能である。 The inorganic coating layer can be formed by a technique such as a DLC coating method, for example. As the inorganic coating layer, for example, a layer including at least one of a CrN layer, a TiN layer, a TiC layer, a TiCN layer, and a TiCrN layer can be used.
上記溶射層は、溶射法(例えば、ガス溶射法、プラズマ溶射法、アーク溶射法、フレーム溶射法等)により形成された層である。
上記溶射層としては、例えば、アルミナ層、酸化クロム層、アルミブロンズ層、チタニア層、ジルコニア層、イットリア層、クロムカーバイド層、タングステンカーバイド層、ニッケルクロム層、コバルト層のうち、少なくとも1つを含む層を用いることが可能である。
The sprayed layer is a layer formed by a spraying method (for example, a gas spraying method, a plasma spraying method, an arc spraying method, a flame spraying method, etc.).
Examples of the sprayed layer include at least one of an alumina layer, a chromium oxide layer, an aluminum bronze layer, a titania layer, a zirconia layer, an yttria layer, a chromium carbide layer, a tungsten carbide layer, a nickel chromium layer, and a cobalt layer. Layers can be used.
支持部材21の材料がステンレス鋼の場合には、無機コーティング層に替えて、不動体層を腐食抑制層58として用いてもよい。
この場合、例えば、薬液による処理や、電解処理等を用いて、支持部材21の表面に腐食抑制層58を形成する。
上記薬液としては、例えば、硝酸やリン酸塩等を用いることが好ましい。このように、硝酸やリン酸塩等を用いて、不動態層を形成することで、不動態層に含まれるCrの濃度を高めることできる。
When the material of the
In this case, for example, the
For example, nitric acid or phosphate is preferably used as the chemical solution. Thus, the concentration of Cr contained in the passive layer can be increased by forming the passive layer using nitric acid, phosphate, or the like.
また、無機コーティング層に替えて、高耐食性層を用いてもよい。この場合、高耐食性層は、支持部材本体21を構成する金属材料よりも高い耐食性を有する。高耐食性層を形成する際の表面処理方法としては、例えば、表面から炭素を拡散させる低温浸炭処理、表面から窒素を拡散させる低温窒化処理、表面にクロムを拡散させるクロマイズ処理、表面からアルミニウムを拡散させるカロライジング処理、高温脱気水中や水蒸気中での被膜を形成する方法、低酸素ポテンシャルとなるように制御された炉内で被膜を形成する方法等を用いることが可能である。
Further, a high corrosion resistance layer may be used instead of the inorganic coating layer. In this case, the high corrosion resistance layer has higher corrosion resistance than the metal material constituting the support member
第4の実施形態のシールリング56によれば、摺動部材24の第1及び第2の面24Aa,24Abを覆う不純物溶出抑制層26の他に、支持部材21の第1及び第2の面21a,21bを覆う腐食抑制層58を有することで、摺動部材24を構成するカーボン材料に含まれる水溶性アニオンが液膜28に溶出した場合であっても、支持部材21の第1及び第2の面21a,21bが腐食されることを抑制可能となる。
これにより、組み立てた状態でのシールリング56の保管時において、カーボン材料に含まれる水溶性アニオンに起因する腐食生成物によるポンプの動作不良や、シールリング56の特性の低下をさらに抑制できる。
また、不純物溶出抑制層26及び腐食抑制層58を有することで、シールリング56全体を交換する頻度をさらに低減することができる。
According to the
Thereby, at the time of storage of the
In addition, since the impurity
なお、第4の実施形態では、摺動部材24の第1及び第2の面24Aa,24Abのみに不純物溶出抑制層26を設けた場合を例に挙げて図示したが、先に説明した図4や図5に示す不純物溶出抑制層26のような位置に配置させてもよい。
In the fourth embodiment, the case where the impurity
また、第4の実施形態では、不純物溶出抑制層26を設けた場合を例に挙げて説明したが、不純物溶出抑制層26に替えて、不純物溶出抑制層48となる陽イオン交換膜を設けてもよいし、或いは、水溶性アニオン低減層55を設けてもよい。
これらを設けた場合も第4の実施形態のシールリング56と同様な効果を得ることができる。
Further, in the fourth embodiment, the case where the impurity
Even when these are provided, the same effect as the
また、第4の実施形態では、支持部材21の第1及び第2の面21a,21bのみに腐食抑制層58を設けた場合を例に挙げて説明したが、流体Rと接触する第3の面21cにも腐食抑制層58を設けてもよい。
さらに、支持部材21の表面全体を覆うように腐食抑制層58を設けてもよい。
In the fourth embodiment, the case where the
Further, the
また、第4の実施形態において、腐食抑制層58は、無機コーティング層59、不動態層、及び高耐食性層のうち、少なくとも2種を組み合わせて構成してもよい。
In the fourth embodiment, the
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Deformation / change is possible.
10,35,40,45,50,55…ポンプ、11…回転軸、13…固定部、14,36,41,46,51,56…シールリング、18…回転軸本体、19…延出部、19a…面、21…支持部材、21a,24Aa,53a,54a,55a…第1の面、21b,24Ab,53b,54b,55b…第2の面、21c,24Ac…第3の面、21A…収容部、23…位置規制部材、23A…おねじ部、23B,24B…突出部、24,53…摺動部材、24A,54…摺動部材本体、24Ba…突出面、24C…凹部、26,48,56…不純物溶出抑制層、28…液膜、29−1,29−2…隙間、55…水溶性アニオン低減層、58…腐食抑制層、59…無機コーティング層、A…軸線、M1…厚さ、R…流体
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記支持部材に支持されており、該支持部材の内側で軸線回りに回転する回転軸に対して摺動可能に接触し、かつカーボン材料を含む環状の摺動部材と、
前記摺動部材のうち、少なくとも前記支持部材と対向する部分に設けられており、前記液膜と接触する不純物溶出抑制層と、
を備え、
前記不純物溶出抑制層は、前記カーボン材料に含まれる水溶性アニオンが前記液膜に溶出することを抑制することを特徴とするシールリング。 An annular support member made of a metal material is fixed to the fixing portion in contact with the liquid film,
An annular sliding member that is supported by the support member, slidably contacts a rotating shaft that rotates about an axis inside the support member, and includes a carbon material;
Of the sliding member, provided at least in a portion facing the support member, an impurity elution suppression layer that contacts the liquid film,
With
The impurity elution suppression layer suppresses the elution of water-soluble anions contained in the carbon material into the liquid film.
を含み、
前記不純物溶出抑制層は、前記水溶性アニオン低減層であることを特徴とする請求項1記載のシールリング。 The sliding member is disposed on the surface of the sliding member main body and the sliding member main body, and the water-soluble anion is more concentrated than the concentration of the water-soluble anion contained in the carbon material constituting the sliding member main body. A water-soluble anion-reducing layer having a low concentration of
Including
The seal ring according to claim 1, wherein the impurity elution suppressing layer is the water-soluble anion reducing layer.
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