JP2019015309A - mechanical seal - Google Patents

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Abstract

To provide a mechanical seal capable of bringing a sliding surface of a static sealing ring and a sliding surface of a rotary sealing ring into a low-friction state in an early stage.SOLUTION: In a mechanical seal according to the present invention, one sealing ring 5 prepared by coating a base material with a hard carbon thin film 10 and the other sealing ring 3 essentially composed of ceramic are relatively rotated and slid. A sliding surface S2 of the other sealing ring 3 is constituted by ceramic particles 3A having a maximum particle diameter of 1.0 μm or less.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、摺動面に炭素系硬質膜を用いたメカニカルシールに関する。   The present invention relates to a mechanical seal using a carbon-based hard film on a sliding surface.

メカニカルシールは、流体機器のハウジングと該ハウジングを貫通するように配置される回転軸との間に装着して使用されるものであり、ハウジングに固定される静止密封環の摺動面と、回転軸とともに回転する回転密封環の摺動面とを摺接させて、流体機器の内部から外部又は外部から内部への流体の漏れを防ぐものである。   The mechanical seal is used by being mounted between a housing of a fluid device and a rotating shaft arranged so as to penetrate the housing, and a sliding surface of a stationary seal ring fixed to the housing, and a rotation The sliding surface of the rotary seal ring that rotates together with the shaft is brought into sliding contact to prevent fluid from leaking from the inside of the fluid device to the outside or from the outside to the inside.

このようなメカニカルシールにおいて、従来、特許文献１に示されるように、静止密封環の摺動面と、回転軸とともに回転する回転密封環の摺動面との一方に低摩擦性と耐摩耗性に優れる硬質炭素薄膜を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, in such a mechanical seal, as shown in Patent Document 1, low friction and wear resistance are provided on one of the sliding surface of the stationary sealing ring and the sliding surface of the rotating sealing ring that rotates together with the rotating shaft. There are those provided with a hard carbon thin film excellent in (see, for example, Patent Document 1).

特開２００７−１３８９６５号公報（第７頁、第１図）JP 2007-138965 A (Page 7, FIG. 1)

しかしながら、特許文献１のようなメカニカルシールにあっては、回転密封環はステンレス鋼材で形成されその一面に硬質炭素薄膜が被覆されて摺動面とされ、静止密封環は炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分として形成されその一面が摺動面とされている構成が示されているが、このように静止密封環の摺動面と回転密封環の摺動面が互いに硬質材料である場合、互いの摺動面同士が相互に滑らかに馴染む表面形状に削れるまでは、摩擦が高い状態となり、硬質炭素薄膜の持つ機能である低摩擦性を十分に活用することができないという問題があった。   However, in the mechanical seal as disclosed in Patent Document 1, the rotary seal ring is formed of a stainless steel material, and one surface thereof is covered with a hard carbon thin film to be a sliding surface, and the stationary seal ring is made of silicon carbide (SiC). Although a configuration is shown in which one surface is formed as a sliding surface, the sliding surface of the stationary sealing ring and the sliding surface of the rotary sealing ring are mutually hard materials. There is a problem that the frictional state is high until the sliding surfaces of each of the two surfaces are smoothly adapted to each other, and the low friction property which is a function of the hard carbon thin film cannot be fully utilized.

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、静止密封環の摺動面と回転密封環の摺動面を早期に低摩擦状態とす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。   The present invention has been made paying attention to such problems, and provides a mechanical seal that can quickly bring the sliding surface of the stationary sealing ring and the sliding surface of the rotary sealing ring into a low friction state. With the goal.

前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシールは、
基材に硬質炭素薄膜が被覆された一方の密封環と、セラミックスを主成分として形成された他方の密封環とが相対的に回転摺動するメカニカルシールであって、
前記他方の密封環の摺動面は、最大粒子径１．０μｍ以下のセラミックス粒子により構成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、他方の密封環の摺動面を構成するセラミックス粒子の最大粒子径が１．０μｍ以下と極めて小さな単位で粒界の界面から粒子が脱落しやすいことにより、一方の密封環と他方の密封環とが相対的に回転摺動した際に、他方の密封環の摺動面の形状は早期に一方の密封環の形状に倣った形状となって、一方の密封環と他方の密封環との摺動面を早期に低摩擦状態とすることができる。 In order to solve the above problems, the mechanical seal of the present invention is
A mechanical seal in which one sealing ring in which a base material is coated with a hard carbon thin film and the other sealing ring formed mainly of ceramics are rotationally slidable,
The sliding surface of the other sealing ring is made of ceramic particles having a maximum particle diameter of 1.0 μm or less.
According to this feature, the maximum particle size of the ceramic particles constituting the sliding surface of the other sealing ring is 1.0 μm or less, and the particles are likely to fall off from the interface of the grain boundary in an extremely small unit. When the seal ring and the other seal ring relatively rotate and slide, the shape of the sliding surface of the other seal ring quickly follows the shape of one seal ring. The sliding surface with the sealing ring can be brought into a low friction state at an early stage.

前記他方の密封環の摺動面は、平均粒子径０．１μｍ〜１．０μｍのセラミックス粒子により構成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、セラミックス粒子の大きさにばらつきが少ないため、他方の密封環の摺動面が短い期間で平滑になりやすい。 The sliding surface of the other sealing ring is made of ceramic particles having an average particle diameter of 0.1 μm to 1.0 μm.
According to this feature, since there is little variation in the size of the ceramic particles, the sliding surface of the other sealing ring tends to be smooth in a short period.

前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシールは、
基材に硬質炭素薄膜が被覆された一方の密封環と、セラミックスを主成分として形成された他方の密封環とが相対的に回転摺動するメカニカルシールであって、
前記他方の密封環の摺動面は、アモルファス構造とされていることを特徴としている。
この特徴によれば、他方の密封環の摺動面がアモルファス構造であり該アモルファス構造は小さな単位で破壊されやすいことにより、一方の密封環と他方の密封環とが相対的に回転摺動した際に、他方の密封環の摺動面の形状は早期に一方の密封環の形状に倣った形状となって、一方の密封環と他方の密封環との摺動面を早期に低摩擦状態とすることができる。 In order to solve the above problems, the mechanical seal of the present invention is
A mechanical seal in which one sealing ring in which a base material is coated with a hard carbon thin film and the other sealing ring formed mainly of ceramics are rotationally slidable,
The sliding surface of the other sealing ring has an amorphous structure.
According to this feature, the sliding surface of the other sealing ring has an amorphous structure, and the amorphous structure is easily broken in a small unit, so that one sealing ring and the other sealing ring relatively rotate and slide. At the same time, the shape of the sliding surface of the other sealing ring quickly follows the shape of one of the sealing rings, and the sliding surface between one sealing ring and the other sealing ring is quickly brought into a low friction state. It can be.

実施例１におけるメカニカルシールを示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a mechanical seal in Example 1. FIG. 実施例１における密封環同士の摺接構造を示す一部拡大断面図である。3 is a partially enlarged cross-sectional view showing a sliding contact structure between seal rings in Example 1. FIG. （ａ）は実施例１のメカニカルシールにおいて密封環同士が相対的に回転する前の摺動面同士の状態を示す一部拡大断面図、（ｂ）は実施例１のメカニカルシールにおいて密封環同士が相対的に回転する前の摺動面同士の状態を示す拡大模式図、（ｃ）は実施例１のメカニカルシールにおいて摺動面同士が相対的に回転したときの摺動面同士の状態を示す拡大模式図である。(A) is a partially expanded sectional view which shows the state of the sliding surfaces before sealing rings rotate relatively in the mechanical seal of Example 1, (b) is sealing rings in the mechanical seal of Example 1. The enlarged schematic diagram which shows the state of the sliding surfaces before rotating relatively, (c) is the state of the sliding surfaces when the sliding surfaces rotate relatively in the mechanical seal of Example 1. It is an enlarged schematic diagram shown. 従来例１のメカニカルシールにおいて密封環同士が相対的に回転したときの摺動面同士の状態を示す拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram which shows the state of sliding surfaces when sealing rings rotate relatively in the mechanical seal of the prior art example 1. 従来例２のメカニカルシールにおいて密封環同士が相対的に回転したときの摺動面同士の状態を示す拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram which shows the state of sliding surfaces when sealing rings rotate relatively in the mechanical seal of the prior art example 2. （ａ）は実施例２のメカニカルシールにおいて密封環同士が相対的に回転する前の摺動面同士の状態を示す拡大模式図、（ｂ）は実施例２のメカニカルシールにおいて密封環同士が相対的に回転したときの摺動面同士の状態を示す拡大模式図である。(A) is an enlarged schematic diagram which shows the state of the sliding surfaces before sealing rings rotate relatively in the mechanical seal of Example 2, (b) is relative sealing rings in the mechanical seal of Example 2. It is an enlarged schematic diagram which shows the state of the sliding surfaces when rotating automatically.

本発明に係るメカニカルシールを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。   EMBODIMENT OF THE INVENTION The form for implementing the mechanical seal which concerns on this invention is demonstrated below based on an Example.

実施例１に係るメカニカルシールにつき、図１から図４を参照して説明する。   The mechanical seal according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図１は、メカニカルシールの一例を示す縦断面図であって、メカニカルシール１は、摺動面の外周から内周方向に向かって漏れようとする流体機器の機械Ｍ側の被密封流体を密封する形式のインサイド形式のものであり、高圧流体側のポンプインペラ（図示省略）を駆動させる回転軸８側にスリーブ２を介してこの回転軸８と一体的に回転可能な状態に設けられた一方の摺動部品である円環状のシールリング（回転密封環）３と、流体機器のハウジング４に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた他方の摺動部品である円環状のメイティングリング（静止密封環）５と、を有している。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a mechanical seal. The mechanical seal 1 seals a sealed fluid on the machine M side of a fluid device that is about to leak from the outer periphery of the sliding surface toward the inner peripheral direction. One side of the type that is provided so as to be rotatable integrally with the rotary shaft 8 via the sleeve 2 on the side of the rotary shaft 8 that drives a pump impeller (not shown) on the high-pressure fluid side. An annular seal ring (rotating seal ring) 3 that is a sliding part of the above and an annular main ring that is the other sliding part provided in a non-rotating state and axially movable in the housing 4 of the fluid device. And a ting ring (stationary sealing ring) 5.

メイティングリング５とシールリング３とは、メイティングリング５を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング６及びベローズ７によって、摺動面Ｓ１，Ｓ２同士で密接摺動するようになっている。すなわち、このメカニカルシール１は、メイティングリング５とシールリング３との互いの摺動面Ｓ１，Ｓ２において、被密封流体が回転軸８の外周から大気Ａ側へ流出するのを防止するものである。   The mating ring 5 and the seal ring 3 are configured to slide closely between the sliding surfaces S1 and S2 by a coiled wave spring 6 and a bellows 7 that urge the mating ring 5 in the axial direction. That is, the mechanical seal 1 prevents the sealed fluid from flowing out from the outer periphery of the rotary shaft 8 to the atmosphere A side on the sliding surfaces S1 and S2 of the mating ring 5 and the seal ring 3. is there.

メイティングリング５は、基材５Ａ（図２参照）が硬質セラミックス（窒化珪素，ジルコニア，アルミナ，ＳｉＣ等）で形成されており、図２に示されるように、シールリング３との対向面５ａに炭素系硬質膜１０が成膜されている。本実施例において、炭素系硬質膜１０は対向面５ａの全面に亘り形成されており、炭素系硬質膜１０の表面１０ａはメイティングリング５の摺動面Ｓ１を構成している。炭素系硬質膜１０は、ダイヤモンドを除いた炭素質材料、例えば、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラファイト、無定形炭素、および水素を含有しないカルビンのうちの１種以上のものを物理的製法や化学的製法によって成膜されたものであって、例えばＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜やダイヤモンドコーティングやカーボン膜やＢＮＣ膜等であって、低摩擦性と耐摩耗性に優れる。   In the mating ring 5, the base 5A (see FIG. 2) is made of hard ceramics (silicon nitride, zirconia, alumina, SiC, etc.), and as shown in FIG. Further, a carbon-based hard film 10 is formed. In this embodiment, the carbon-based hard film 10 is formed over the entire facing surface 5 a, and the surface 10 a of the carbon-based hard film 10 constitutes the sliding surface S 1 of the mating ring 5. The carbon-based hard film 10 is made of a carbonaceous material excluding diamond, such as fullerene, carbon nanotube, graphene, graphite, amorphous carbon, and carbine containing no hydrogen, by physical production or chemical method. For example, a DLC (diamond-like carbon) film, a diamond coating, a carbon film, a BNC film, etc., which are excellent in low friction and wear resistance.

一方、シールリング３は、メイティングリング５と同様に、硬質セラミックス（窒化珪素，ジルコニア，アルミナ，ＳｉＣ等）で形成されている。本実施例のシールリング３は、ＳｉＣの粉末（セラミックス粒子）を焼結してものであって、摺動面Ｓ２のＳｉＣ粒子のが、最大粒子径が１．０μｍ以下であり、且つ平均粒子径が０．１〜１．０μｍとして構成されている。   On the other hand, the seal ring 3 is formed of hard ceramics (silicon nitride, zirconia, alumina, SiC, or the like), like the mating ring 5. The seal ring 3 of the present example is obtained by sintering SiC powder (ceramic particles), and the SiC particles on the sliding surface S2 have a maximum particle size of 1.0 μm or less and average particles. The diameter is 0.1 to 1.0 μm.

シールリング３の製造方法の一例としては、ＳｉＣの粉末に焼結助剤や結合剤、界面活性剤などを加えてスラリーを作り、スプレードライヤで前記スラリーを乾燥させて顆粒化し、前記顆粒をメカニカルシール形状にほぼ近い金属金型プレス、またはラバープレスで圧縮成形し、更に結合剤を硬化させるために、１２０℃付近で１〜２時間成形体を加熱し硬化を完了させ、これをメカニカルシールの部品寸法に機械加工する。焼成は、無加圧下でアルゴン、または真空雰囲気中で好ましくは２０５０℃〜２１５０℃で行えばよい。尚、本実施例では、ＳｉＣの粉末主成分としてシールリング３を構成する形態を例示したが、シールリング３を構成するセラミックス粒子として窒化珪素やジルコニア等を用いてもよい。   As an example of a manufacturing method of the seal ring 3, a slurry is made by adding a sintering aid, a binder, a surfactant, and the like to SiC powder, and the slurry is dried and granulated by a spray dryer. Compression molding is performed with a metal mold press or rubber press that is almost similar to the seal shape, and in order to further cure the binder, the molded body is heated at around 120 ° C. for 1 to 2 hours to complete the curing. Machining to part dimensions. Firing is preferably performed at 2050 ° C. to 2150 ° C. in an argon or vacuum atmosphere under no pressure. In addition, although the form which comprises the seal ring 3 as a powder main component of SiC was illustrated in the present Example, as a ceramic particle which comprises the seal ring 3, silicon nitride, a zirconia, etc. may be used.

上記工程で形成されたシールリング３におけるメイティングリング５との対向面３ａは、メイティングリング５の摺動面Ｓ１（炭素系硬質膜１０の表面１０ａ）と摺動する摺動面Ｓ２を構成している。シールリング３の摺動面Ｓ２を測定すると、最大粒子径が０．６μｍであり、且つ平均粒子径が０．５μｍであることが確認された。つまり、平均粒径０．４μｍのＳｉＣ粉末は焼成によりシールリング３の主成分であるＳｉＣ粒子は、２０％膨張している。   The surface 3a facing the mating ring 5 in the seal ring 3 formed in the above process constitutes a sliding surface S2 that slides with the sliding surface S1 of the mating ring 5 (the surface 10a of the carbon-based hard film 10). doing. When the sliding surface S2 of the seal ring 3 was measured, it was confirmed that the maximum particle size was 0.6 μm and the average particle size was 0.5 μm. That is, the SiC powder having an average particle diameter of 0.4 μm is expanded by 20% when the SiC particles as the main component of the seal ring 3 are baked.

さらに、上記工程で形成されたシールリング３の摺動面Ｓ２をラップ加工によって、算術平均粗さＲａ＝０．０１μｍとした。同様に、炭素系硬質膜１０の摺動面Ｓ１もラップ加工によって、算術平均粗さＲａ＝０．０１μｍとした。   Further, the sliding surface S2 of the seal ring 3 formed in the above process was subjected to an arithmetic average roughness Ra = 0.01 μm by lapping. Similarly, the sliding surface S1 of the carbon-based hard film 10 was also subjected to arithmetic average roughness Ra = 0.01 μm by lapping.

次に、メイティングリング５とシールリング３とが相対的に回転摺動する様子について図３〜図５を用いて説明する。尚、図３〜図５の断面は、シールリング３の断面が回転方向に同じ角度のものを例に説明している。さらに尚、図３（ｂ）（ｃ）及び図４においては、説明の便宜上、メイティングリング５の摺動面Ｓ１の微細な凹凸形状を省略して平坦面に図示している。   Next, how the mating ring 5 and the seal ring 3 rotate and slide relative to each other will be described with reference to FIGS. Note that the cross sections of FIGS. 3 to 5 are described with an example in which the cross section of the seal ring 3 has the same angle in the rotational direction. Further, in FIGS. 3B, 3C, and 4, for convenience of explanation, the fine uneven shape of the sliding surface S1 of the mating ring 5 is omitted and illustrated as a flat surface.

上述のように、メイティングリング５とシールリング３は、互いに硬質材料同士で形成されており、且つ炭素系硬質膜１０の摺動面Ｓ１およびシールリング３の摺動面Ｓ２は微細な凹凸が形成されているため、図３（ａ）に示されるように、メカニカルシール１を流体機器のハウジング４の軸封部に設置後、メイティングリング５とシールリング３とが相対的に回転摺動し始めた状態にあっては、シールリング３の摺動面Ｓ２に形成された微細な凹凸と、メイティングリング５に被覆された炭素系硬質膜１０の表面１０ａ（摺動面Ｓ１）との形状が合致せず、摩擦が高い状態となる。詳しくは、炭素系硬質膜１０の摺動面Ｓ１に対してシールリング３の摺動面Ｓ２に形成された凸部が局所的に接触するため、摩擦が高い状態となる。   As described above, the mating ring 5 and the seal ring 3 are formed of hard materials, and the sliding surface S1 of the carbon-based hard film 10 and the sliding surface S2 of the seal ring 3 have fine irregularities. As shown in FIG. 3A, the mating ring 5 and the seal ring 3 rotate and slide relative to each other after the mechanical seal 1 is installed on the shaft seal portion of the fluid device housing 4 as shown in FIG. In this state, the fine irregularities formed on the sliding surface S2 of the seal ring 3 and the surface 10a (sliding surface S1) of the carbon-based hard film 10 covered with the mating ring 5 The shape does not match and the friction is high. Specifically, since the convex portion formed on the sliding surface S2 of the seal ring 3 locally contacts the sliding surface S1 of the carbon-based hard film 10, the friction is high.

メイティングリング５とシールリング３とが相対的に回転摺動し始めると、炭素系硬質膜１０の摺動面Ｓ１に比べ、炭素系硬質膜１０よりも軟質のシールリング３の摺動面Ｓ２が摩耗しやすくなっており、且つシールリング３の摺動面Ｓ２のＳｉＣ粒子は粒子径が小さいためＳｉＣ粒子は界面から脱落しやすくなっている。   When the mating ring 5 and the seal ring 3 begin to rotate and slide relative to each other, the sliding surface S2 of the seal ring 3 that is softer than the carbon-based hard film 10 as compared to the sliding surface S1 of the carbon-based hard film 10. Since the SiC particles on the sliding surface S2 of the seal ring 3 have a small particle diameter, the SiC particles easily fall off from the interface.

図４に示されるように、例えば、従来のように、平均粒径が５μｍ程度のセラミックス粒子３４Ａから構成されるシールリング３４の場合、メイティングリング５とシールリング３４とが相対的に回転摺動し始めると、シールリング３４の摺動面Ｓ２１を構成するセラミックス粒子３４Ａの一部が摩耗により削られるとともに、シールリング３４の摺動面Ｓ２１を構成するセラミックス粒子３４Ａの一部がその界面から脱落するようになる。セラミックス粒子３４Ａの粒子径が大きいため、セラミックス粒子３４Ａの脱落によりシールリング３４の摺動面Ｓ２１の平滑度が損なわれるとともに、セラミックス粒子３４Ａの摩耗は長時間を要するため、シールリング３４の摺動面Ｓ２１と炭素系硬質膜１０の摺動面Ｓ１とが馴染むまでに長い時間を要していた。また、シールリング３４の摺動面Ｓ２１を構成するセラミックス粒子３４Ａが、摺動面Ｓ２１よりも内部のセラミックス粒子３４Ａと一緒に大きく脱落することもあり、この場合、シールリング３４の摺動面Ｓ２１の平滑度が大きく損なわれることとなる。   As shown in FIG. 4, for example, in the case of a seal ring 34 composed of ceramic particles 34A having an average particle diameter of about 5 μm as in the prior art, the mating ring 5 and the seal ring 34 are relatively rotated. When it starts to move, a part of the ceramic particles 34A constituting the sliding surface S21 of the seal ring 34 is scraped by wear, and a part of the ceramic particles 34A constituting the sliding surface S21 of the seal ring 34 is removed from the interface. It will come off. Since the ceramic particle 34A has a large particle diameter, the drop of the ceramic particle 34A impairs the smoothness of the sliding surface S21 of the seal ring 34, and the wear of the ceramic particle 34A takes a long time. It took a long time for the surface S21 and the sliding surface S1 of the carbon-based hard film 10 to become familiar. Further, the ceramic particles 34A constituting the sliding surface S21 of the seal ring 34 may be largely dropped together with the ceramic particles 34A inside than the sliding surface S21. In this case, the sliding surface S21 of the seal ring 34 is dropped. The smoothness of is greatly impaired.

また、図５に示されるように、例えば、平均粒径が１０μｍ程度のセラミックス粒子３５Ａから構成されるシールリング３５の場合、セラミックス粒子３５Ａが極めて大きいため、隣接するセラミックス粒子３５Ａ同士の結合領域も大きくなる。言い換えれば、セラミックス粒子３５Ａ同士の結合力が大きくなるため、シールリング３５がセラミックス粒子３５Ａの粒界から破壊されにくく、シールリング３５の摺動面Ｓ２２の凸部を構成するセラミックス粒子３５Ａ自体が摩耗して削られるようになる。このように、セラミックス粒子３５Ａ自体が削られる場合には、摺動面Ｓ２２の凸部近傍が大きく脱落することはないが、セラミックス粒子３５Ａを削ることに長い時間を要していた。   Further, as shown in FIG. 5, for example, in the case of the seal ring 35 composed of ceramic particles 35A having an average particle size of about 10 μm, the ceramic particles 35A are extremely large. growing. In other words, since the bonding force between the ceramic particles 35A is increased, the seal ring 35 is not easily broken from the grain boundary of the ceramic particles 35A, and the ceramic particles 35A constituting the convex portion of the sliding surface S22 of the seal ring 35 are worn out. Then it will be shaved. In this way, when the ceramic particles 35A themselves are cut, the vicinity of the convex portion of the sliding surface S22 does not drop off greatly, but it takes a long time to cut the ceramic particles 35A.

対して、本実施例においては、図３（ｂ）（ｃ）に示されるように、シールリング３は、最大粒子径が０．６μｍ以下の極めて小さなセラミックス粒子３Ａ，３Ａ，…により構成されているため、極めて小さな単位で粒界の界面からセラミックス粒子３Ａが脱落しやすく、メイティングリング５とシールリング３とが相対的に回転摺動した際に、シールリング３の摺動面Ｓ２の形状は早期にメイティングリング５の摺動面Ｓ１の形状に倣った形状となる。これにより摺動面Ｓ１と摺動面Ｓ２とを早期に低摩擦状態とすることができる。   On the other hand, in this embodiment, as shown in FIGS. 3B and 3C, the seal ring 3 is composed of extremely small ceramic particles 3A, 3A,... Having a maximum particle diameter of 0.6 μm or less. Therefore, the ceramic particles 3A easily fall off from the grain boundary interface in a very small unit, and the shape of the sliding surface S2 of the seal ring 3 when the mating ring 5 and the seal ring 3 are relatively rotated and slid. Becomes a shape that follows the shape of the sliding surface S1 of the mating ring 5 at an early stage. Thereby, the sliding surface S1 and the sliding surface S2 can be made into a low friction state at an early stage.

また、シールリング３は、小さなセラミックス粒子３Ａにより構成されていることから、従来のシールリング３４，３５よりも密度が高くなっているため、メイティングリング５とシールリング３とが相対的に回転摺動したときに、摺動面Ｓ２における凸部を構成するセラミックス粒子３Ａが該摺動面Ｓ２よりも内部にあるセラミックス粒子３Ａと一緒に脱落しにくい。また、摺動面Ｓ２よりも内部のセラミックス粒子３Ａが凸部を構成するセラミックス粒子３Ａと一緒に脱落したとしても、シールリング３の摺動面Ｓ２の平滑度が損なわれにくい。   Further, since the seal ring 3 is composed of small ceramic particles 3A, the density is higher than that of the conventional seal rings 34 and 35, so that the mating ring 5 and the seal ring 3 rotate relatively. When sliding, the ceramic particles 3A constituting the convex portion on the sliding surface S2 are less likely to fall off together with the ceramic particles 3A inside the sliding surface S2. Moreover, even if the ceramic particles 3A inside the sliding surface S2 fall off together with the ceramic particles 3A constituting the convex portion, the smoothness of the sliding surface S2 of the seal ring 3 is not easily impaired.

また、シールリング３の脱落したセラミックス粒子３Ａ，３Ａ，…は、シールリング３の摺動面Ｓ２に形成された微細な凹部に入り込むことで摺動面Ｓ２の平滑度が高められるとともに、摺動面Ｓ２を研磨する研磨剤としても機能し、摺動面Ｓ２の摩耗が促進される。また、シールリング３は、最大粒子径が０．６μｍ以下と極めて小さいため、シールリング３のセラミックス粒子３Ａが炭素系硬質膜１０とシールリング３との隙間に入り込んでもメイティングリング５とシールリング３との間のシール性に影響を与えにくい。   Further, the ceramic particles 3A, 3A,... From which the seal ring 3 has fallen enter the fine recesses formed on the sliding surface S2 of the seal ring 3, thereby increasing the smoothness of the sliding surface S2 and sliding. It functions also as an abrasive | polishing agent which grind | polishes surface S2, and abrasion of the sliding surface S2 is accelerated | stimulated. Further, since the maximum particle diameter of the seal ring 3 is as small as 0.6 μm or less, even if the ceramic particles 3A of the seal ring 3 enter the gap between the carbon-based hard film 10 and the seal ring 3, the mating ring 5 and the seal ring 3 is less likely to affect the sealing performance.

また、シールリング３を構成するセラミックス粒子の平均粒子径は、０．５μｍと極めて小さく、且つ大きさにばらつきが少ないため、セラミックス粒子の大きさの差が大きなシールリングに比べて、シールリング３の摺動面Ｓ２を平滑にしやすい。また、シールリング３の品質が安定するとともに、セラミックス粒子３Ａの密度が高いため構造強度も向上する。   Further, the average particle diameter of the ceramic particles constituting the seal ring 3 is as small as 0.5 μm and there is little variation in the size. Therefore, the seal ring 3 has a larger difference in the size of the ceramic particles. It is easy to smooth the sliding surface S2. In addition, the quality of the seal ring 3 is stabilized, and the structural strength is improved because the density of the ceramic particles 3A is high.

実験によってなじみに要する時間を短くするための好適なセラミックス粒子３Ａの最大粒子径は０．１μｍ以下であることが分かった。   It has been found through experiments that the maximum particle size of the ceramic particles 3A suitable for shortening the time required for familiarization is 0.1 μm or less.

次に、実施例２に係るメカニカルシールにつき、図５を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。   Next, a mechanical seal according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The description of the same configuration as that of the above embodiment is omitted.

図５（ａ）に示されるように、シールリング３におけるメイティングリング５との対向面３ａには、アモルファス層１１が形成されている。アモルファス層１１は、フェムト秒レーザを用いて加工しきい値未満の照射エネルギーでＳｉＣ材料表面（シールリング３の対向面３ａ）に照射することで形成される。本実施例では、１．０μｍの厚さでアモルファス層１１が形成されている。このアモルファス層１１の表面１１ａは、メイティングリング５の摺動面Ｓ１と摺動する摺動面Ｓ２０を構成している。   As shown in FIG. 5A, an amorphous layer 11 is formed on the surface 3 a of the seal ring 3 facing the mating ring 5. The amorphous layer 11 is formed by irradiating the SiC material surface (opposing surface 3a of the seal ring 3) with an irradiation energy less than the processing threshold using a femtosecond laser. In this embodiment, the amorphous layer 11 is formed with a thickness of 1.0 μm. The surface 11a of the amorphous layer 11 constitutes a sliding surface S20 that slides with the sliding surface S1 of the mating ring 5.

このように、メイティングリング５の摺動面Ｓ１と摺動するシールリング３の摺動面Ｓ２０は、結晶構造を持たないアモルファス層１１となっているため、結晶構造のシールリングに比べて摺動面Ｓ２０が小さな単位で破壊されやすいため、シールリング３の摺動面Ｓ２０を平滑にしやすい。すなわち、メイティングリング５とシールリング３とが相対的に回転摺動した際に、シールリング３の摺動面Ｓ２０の形状は早期にメイティングリング５の摺動面Ｓ１に倣った形状となって、摺動面Ｓ１と摺動面Ｓ２０とを早期に低摩擦状態とすることができる。   Thus, since the sliding surface S20 of the sealing ring 3 that slides with the sliding surface S1 of the mating ring 5 is the amorphous layer 11 having no crystal structure, the sliding surface S20 of the sealing ring 3 slides compared to the crystal structure seal ring. Since the moving surface S20 is easily broken in small units, the sliding surface S20 of the seal ring 3 can be easily smoothed. In other words, when the mating ring 5 and the seal ring 3 are relatively rotated and slid, the shape of the sliding surface S20 of the seal ring 3 quickly follows the sliding surface S1 of the mating ring 5. Thus, the sliding surface S1 and the sliding surface S20 can be brought into a low friction state at an early stage.

尚、本実施例では、前記実施例１と同様のシールリング３（最大粒子径が０．６μｍであり、且つ平均粒子径が０．５μｍであるセラミックス粒子から構成されるシールリング３）を用いる形態を例示したが、本発明はこれに限定されるものでなく、アモルファス層１１が形成されていれば、シールリング３を構成するセラミックス粒子の大きさは自由に変更することができる。   In the present example, the same seal ring 3 as in Example 1 (seal ring 3 composed of ceramic particles having a maximum particle size of 0.6 μm and an average particle size of 0.5 μm) is used. Although the embodiment has been illustrated, the present invention is not limited to this, and the size of the ceramic particles constituting the seal ring 3 can be freely changed as long as the amorphous layer 11 is formed.

また、本実施例では、アモルファス層１１の厚さが１．０μｍである形態を例示したが、所望の厚さに適宜変更できる。   In the present embodiment, the amorphous layer 11 has a thickness of 1.0 μm. However, the thickness can be appropriately changed to a desired thickness.

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。   Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and modifications and additions within the scope of the present invention are included in the present invention. It is.

例えば、前記実施例では、シールリング３は、最大粒子径が０．６μｍであるセラミックス粒子３Ａ，３Ａ，…から構成される形態を例示したが、最大粒子径が１．０μｍ以下であれば、自由に変更してもよい。また、セラミックス粒子３Ａの平均粒子径は、１．０μｍ以下であれば、自由に変更してもよい。   For example, in the said Example, although the seal ring 3 illustrated the form comprised from ceramic particle | grains 3A, 3A, ... whose maximum particle diameter is 0.6 micrometer, if a maximum particle diameter is 1.0 micrometer or less, You may change it freely. Further, the average particle diameter of the ceramic particles 3A may be freely changed as long as it is 1.0 μm or less.

また、前記実施例では、炭素系硬質膜１０がメイティングリング５に被覆されている形態を例示したが、炭素系硬質膜１０は、メイティングリング５とシールリング３との対向面のうち一方に設けられていればよい。つまり、シールリング３の一方の面に被覆されていてもよい。   Moreover, in the said Example, although the form which the carbon-type hard film | membrane 10 was coat | covered with the mating ring 5 was illustrated, the carbon-type hard film 10 is one side of the opposing surfaces of the mating ring 5 and the seal ring 3. As long as it is provided. That is, one surface of the seal ring 3 may be covered.

また、炭素系硬質膜１０は、メイティングリング５とシールリング３との対向面のうち一方に限られず、メイティングリング５とシールリング３のうち一方の全面に亘って被覆されていてもよい。   The carbon-based hard film 10 is not limited to one of the facing surfaces of the mating ring 5 and the seal ring 3, and may be covered over the entire surface of one of the mating ring 5 and the seal ring 3. .

１ メカニカルシール
３ シールリング（他方の密封環）
３Ａ セラミックス粒子
５ メイティングリング（一方の密封環）
５Ａ 基材
１０ 炭素系硬質膜（硬質炭素薄膜）
１１ アモルファス層
Ｓ１ 摺動面
Ｓ２ 摺動面
Ｓ２０ 摺動面 1 Mechanical seal 3 Seal ring (the other seal ring)
3A Ceramic particles 5 Mating ring (one seal ring)
5A Substrate 10 Carbon hard film (hard carbon thin film)
11 Amorphous layer S1 Sliding surface S2 Sliding surface S20 Sliding surface

Claims (3)

基材に硬質炭素薄膜が被覆された一方の密封環と、セラミックスを主成分として形成された他方の密封環とが相対的に回転摺動するメカニカルシールであって、
前記他方の密封環の摺動面は、最大粒子径１．０μｍ以下のセラミックス粒子により構成されていることを特徴とするメカニカルシール。 A mechanical seal in which one sealing ring in which a base material is coated with a hard carbon thin film and the other sealing ring formed mainly of ceramics are rotationally slidable,
The sliding surface of the other sealing ring is composed of ceramic particles having a maximum particle diameter of 1.0 μm or less. 前記他方の密封環の摺動面は、平均粒子径０．１μｍ〜１．０μｍのセラミックス粒子により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール。   2. The mechanical seal according to claim 1, wherein the sliding surface of the other sealing ring is made of ceramic particles having an average particle diameter of 0.1 μm to 1.0 μm. 基材に硬質炭素薄膜が被覆された一方の密封環と、セラミックスを主成分として形成された他方の密封環とが相対的に回転摺動するメカニカルシールであって、
前記他方の密封環の摺動面は、アモルファス構造とされていることを特徴とするメカニカルシール。 A mechanical seal in which one sealing ring in which a base material is coated with a hard carbon thin film and the other sealing ring formed mainly of ceramics are rotationally slidable,
A mechanical seal characterized in that the sliding surface of the other sealing ring has an amorphous structure.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020209262A1 (en) * 2019-04-11 2020-10-15 イーグル工業株式会社 Sliding component
DE112020000632T5 (en) 2019-01-31 2021-11-04 Sumitomo Electric Industries, Ltd. On-board communication system and on-board cable
CN114630970A (en) * 2019-11-15 2022-06-14 伊格尔工业股份有限公司 Sliding component
WO2022209965A1 (en) * 2021-03-30 2022-10-06 イーグル工業株式会社 Sliding component

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63206372A (en) * 1987-02-24 1988-08-25 株式会社豊田中央研究所 Formation of surface reformed layer for ceramic member
JP2001192807A (en) * 1999-11-19 2001-07-17 Nomura Plating Co Ltd Method for depositing carbonaceous hard film and system therefor
JP2006275286A (en) * 2005-03-02 2006-10-12 Ebara Corp Diamond coated bearing or seal structure, and fluid machine with the same
WO2008133197A1 (en) * 2007-04-20 2008-11-06 Ebara Corporation Bearing or seal using carbon-based sliding member
JP2013053693A (en) * 2011-09-05 2013-03-21 Isuzu Motors Ltd Mechanical seal of water pump
JP2014058720A (en) * 2012-09-18 2014-04-03 Toyota Motor Corp Manufacturing method for sliding member
JP2015179067A (en) * 2014-02-26 2015-10-08 シチズンホールディングス株式会社 Manufacturing method of balance spring

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63206372A (en) * 1987-02-24 1988-08-25 株式会社豊田中央研究所 Formation of surface reformed layer for ceramic member
JP2001192807A (en) * 1999-11-19 2001-07-17 Nomura Plating Co Ltd Method for depositing carbonaceous hard film and system therefor
JP2006275286A (en) * 2005-03-02 2006-10-12 Ebara Corp Diamond coated bearing or seal structure, and fluid machine with the same
WO2008133197A1 (en) * 2007-04-20 2008-11-06 Ebara Corporation Bearing or seal using carbon-based sliding member
JP2013053693A (en) * 2011-09-05 2013-03-21 Isuzu Motors Ltd Mechanical seal of water pump
JP2014058720A (en) * 2012-09-18 2014-04-03 Toyota Motor Corp Manufacturing method for sliding member
JP2015179067A (en) * 2014-02-26 2015-10-08 シチズンホールディングス株式会社 Manufacturing method of balance spring

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112020000632T5 (en) 2019-01-31 2021-11-04 Sumitomo Electric Industries, Ltd. On-board communication system and on-board cable
WO2020209262A1 (en) * 2019-04-11 2020-10-15 イーグル工業株式会社 Sliding component
JPWO2020209262A1 (en) * 2019-04-11 2020-10-15
CN113677902A (en) * 2019-04-11 2021-11-19 伊格尔工业股份有限公司 Sliding component
JP7404352B2 (en) 2019-04-11 2023-12-25 イーグル工業株式会社 sliding parts
CN114630970A (en) * 2019-11-15 2022-06-14 伊格尔工业股份有限公司 Sliding component
EP4060200A4 (en) * 2019-11-15 2024-01-24 Eagle Industry Co., Ltd. Sliding component
JP7490324B2 (en) 2019-11-15 2024-05-27 イーグル工業株式会社 Sliding parts
WO2022209965A1 (en) * 2021-03-30 2022-10-06 イーグル工業株式会社 Sliding component

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