JP2597659Y2

JP2597659Y2 - メカニカルシール

Info

Publication number: JP2597659Y2
Application number: JP1992028196U
Authority: JP
Inventors: 健二吉柳
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1999-07-12
Anticipated expiration: 2007-04-03
Also published as: JPH0581568U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、機器の回転軸周を密封
するメカニカルシールにおいて、摺動面のクラックの発
生あるいはこのクラック及び摺動面の摩耗量を検出する
手段を備えたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】メカニカルシールは、回転軸を取り囲む
ハウジングの内周に気密的に設けられた静止側摺動環
と、この静止側摺動環に軸方向に対向して回転軸の外周
に気密的に設けられ静止側摺動環とは硬度の異なる回転
側摺動環とを摺動させることによって軸周を密封するも
のであるため、摺動面が経時的に摩耗することは避けら
れない。静止側摺動環と回転側摺動環のうちの軟質側の
摺動部にはノーズと呼ばれる環状の突起が形成されてお
り、この突起が所定の高さまで摩滅した時がメカニカル
シールの寿命となる。また、密封対象液等による冷却作
用と、摺動面からの摩擦熱による熱的不均衡によって軟
質の摺動環又は硬質の摺動環に発生するクラックによっ
ても、メカニカルシールはその密封性能を著しく失墜す
る。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、メカニ
カルシールの摺動面の摩耗の進行速度は、種々の要因に
影響されるため、摩耗の進行速度の予測、ひいては寿命
の予測は非常に困難であり、このため、本体機器の破損
や有害物質の漏洩が大きな問題となることのあるプラン
ト等では、メカニカルシールの定期的な点検が必要とな
り、ランニングコストが非常に高くなってしまう問題が
ある。また、クラックの発生も、大量の漏洩が発生して
からその原因を調べることによって、ようやく発覚して
いる現状にある。

【０００４】本考案は、上記のような問題に鑑みてなさ
れたもので、その技術的課題とするところは、メカニカ
ルシールの摺動面にクラックが発生した時にリアルタイ
ムでこれを検出することができ、あるいは更に前記摺動
面の摩耗進行状況を常時検出できるようになすことにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、本考案によ
って有効に解決することができる。すなわち、本考案に
係るメカニカルシールは、軟質側の摺動環の環状突起の
円筒面又は硬質側の摺動環の非摺動の端面に被着され円
周方向に延び所定の幅を持った円周方向有端の導体金属
薄膜と、この導体金属薄膜の両端間に所定の電圧を印加
する電気回路と、この電気回路に設けた出力表示部を含
むものである。

【０００６】

【作用】上記構成において、軟質側の摺動環の環状突起
の円筒面すなわち内周面または外周面に被着された導体
金属薄膜は、その軸方向幅が、摺動面の摩耗の進行によ
り前記環状突起の高さが減少して行くのに伴って減少す
る。このため、前記導体金属薄膜に常時電流を流してお
けば、この薄膜の軸方向幅の減少に伴う抵抗値の上昇に
よって、電圧が上昇するので、この電圧値の変化から、
典型的には電圧計、あるいはオシロスコープ等の出力表
示部において、摺動面の摩耗の進行状況をリアルタイム
で検出することができる。

【０００７】また、軟質側あるいは硬質側の摺動環に熱
歪によるクラックが発生した時は、これらの摺動環に被
着されている導体金属薄膜も一緒に破断状態になるの
で、この導体金属薄膜の両端間で電気回路がＯＦＦにな
り、これに伴う電圧の急激な変化を前記出力表示部にお
いてモニターすることによって、クラックの発生をリア
ルタイムで検出することができる。

【０００８】

【実施例】図１は本考案の第一の実施例を示すもので、
符号１は機器のハウジング、２はハウジング１の軸孔に
挿通されたシャフトであり、このハウジング１とシャフ
ト２との間に介在して軸封を行なうメカニカルシール
は、シャフト２の外周に遊嵌されるとともにハウジング
１の内径にＯリング３を介して気密的に固定された静止
側摺動環４と、シャフト２の外周面にＯリング５を介し
て気密的かつ軸方向移動自在に設けられた回転側摺動環
６とを有する。回転側摺動環６よりも軟質の摺動材料か
らなる静止側摺動環４の回転側摺動環６側の端部には、
先端を摺動面Ｓとする環状突起４ａが形成されており、
シャフト２と一体に回転する回転側摺動環６は、シャフ
ト２に固定されたカラー７に支持されたバネ８に押し付
けられることによって、静止側摺動環４の環状突起４ａ
の先端と密接摺動し、その外周側に達する機内の流体Ｌ
を密封する。

【０００９】静止側摺動環４の環状突起４ａには、その
内周面に、Auからなる薄膜９が蒸着されている。Au薄膜
９の蒸着は、慣用的には真空スパッタリングによって行
われるが、これは特に限定しない。また、図２に示すよ
うに、薄膜９は環状に連続したものではなく、円周方向
一部ａにおいて不連続の有端形状であり、軸方向に対し
て所定の幅Ｗ₁ が設定されている。この薄膜９は、静止
側摺動環４がアルミナ等の絶縁体である場合は前記環状
突起４ａの内周面に直接蒸着し、静止側摺動環４が導体
からなる場合は、樹脂等の絶縁体をコーティングした上
で薄膜９の蒸着を行う。また、ここでは薄膜９の材質を
Auとしたが、密封対象流体による耐蝕性等の問題がない
場合は、他の導体金属材料を適用しても良く、あるいは
前記環状突起４ａの外周面に被着しても良い。薄膜９の
軸方向幅Ｗ₁ は、環状突起４ａの許容摩耗量を考慮して
設定される。

【００１０】薄膜９の円周方向両端は、リード線によっ
て電気回路１０及び出力表示部１１に接続されている。
図３に示すように、薄膜９はその膜厚を非常に薄くする
ことによって適当な電気抵抗値を有し、かつ摺動面Ｓの
摩耗に伴う軸方向幅Ｗ₁ の減少によってその抵抗値が変
化するものであるため、電気回路１０における一種の可
変抵抗Ｒ１として機能する。電気回路１０は、この可変
抵抗Ｒ１である薄膜９と並列に接続された抵抗Ｒ２と、
薄膜９及び抵抗Ｒ２に対して直列に接続された他の抵抗
Ｒ３、電源Ｖ及びスイッチＳＷとを含んでいる。また、
出力表示部１１としては、典型的には薄膜９と抵抗Ｒ２
の両端の接続部である端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧Ｖ１を検
出する電圧計あるいはオシロスコープ等が用いられる。

【００１１】以上の構成において、メカニカルシールの
運転時は、電気回路１０のスイッチＳＷを閉じて、薄膜
９に常に電流を流しておく。ここで、薄膜９（可変抵抗
Ｒ１）と抵抗Ｒ２は並列であることから、その合成抵抗
Ｒは次式で与えられる。Ｒ＝（Ｒ１・Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・また、電圧と抵抗は、次式の関係がある。Ｒ：Ｒ＋Ｒ３＝Ｖ１：Ｖ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・また、出力表示部１１によりモニターする電圧Ｖ１は、
次式で与えられる。Ｖ１＝Ｒ・Ｖ／（Ｒ＋Ｒ３）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・このため、薄膜９に静止側摺動環４のクラックによる破
断が発生していない場合は、電圧Ｖ１は次式で与えられ
る。Ｖ１＝Ｒ１・Ｒ２／｛Ｒ１・Ｒ２＋（Ｒ１＋Ｒ２）Ｒ３｝・・・・・・・・ここで、Ｒ２，Ｒ３は一定であるから、Ｖ１はＲ１の関
数となる。Ｒ１の値は摺動面Ｓの摩耗の進行に伴う薄膜
９の軸方向幅Ｗ₁ の減少によって上昇し、したがって、
出力表示部１１でモニターされるＶ１が変化するもので
ある。

【００１２】また、前記環状突起４ａの摩耗が許容量
（薄膜９の幅Ｗ₁ に相当する量）に達して薄膜９が例え
その円周方向一部でも消滅した場合や、図２（Ａ）に示
すように静止側摺動環４に熱歪等によるクラックＣの発
生によって薄膜９が破断された場合は、薄膜９の抵抗Ｒ
１が無限大となるため、式より、Ｒ＝Ｒ２となり、電
圧Ｖ１は次式のように変化する。Ｖ１＝Ｒ２／（Ｒ２＋Ｒ２・Ｒ３）＝１／（１＋Ｒ３）・・・・・・・・・・したがって、この電圧Ｖ１の変化を出力表示部１１でモ
ニターすることによって、摺動面Ｓの摩耗及びクラック
Ｃの発生による寿命の到来をリアルタイムで検出可能と
なるので、これら寿命の到来が検出された時に即座に本
体機器の運転を停止することによって、本体機器の破損
や有害物質の漏洩等を最小限に抑えることが可能であ
る。

【００１３】なお、抵抗Ｒ２，Ｒ３と電源Ｖは、薄膜９
の抵抗Ｒ１の値と、モニターする電圧Ｖ１の値により任
意に設定される。考案者らが行った実験では、アルミナ
摺動環の環状突起内周面にAuの薄膜をコーティングし、
このAu薄膜の抵抗Ｒ１の値は約１ｋΩであったため、Ｒ
２＝２ｋΩ、Ｒ３＝１００ｋΩ、Ｖ＝１．５Ｖにそれぞ
れ設定し、メカニカルシールを運転しながらＶ１を測定
したところ、運転初期におけるＶ１の値は、０．０１０
Ｖであった。また摺動面の負荷を過大に設定して摺動環
に故意にクラックを発生させたところ、Ｖ１の値が０．
０１５Ｖへ瞬間的に変化することが認められた。

【００１４】なお、上述の実施例では、薄膜９を静止側
摺動環４の環状突起４ａに被着したが、回転側摺動環６
が軟質側である場合は、薄膜９はこの回転側摺動環６に
形成される環状突起の円筒面（内周面または外周面）に
被着し、図示しないスリップリングとブラシ等の摺動接
点を介して電気回路１０に接続することによって、同様
に実施可能である。また、薄膜９の両端９ａ，９ｂ間の
部分でクラックＣが発生した場合は、薄膜９の破断によ
るクラックＣの検出ができないので、検出の信頼性を高
めるには、前記両端９ａ，９ｂ間の距離δを極力小さく
することが望ましい。

【００１５】図４は本考案の第二の実施例を示すもの
で、上記第一の実施例と異なるところは、Au薄膜９１
を、静止側摺動環４よりも硬質である回転側摺動環６
に、静止側摺動環４の環状突起４ａとの摺動面Ｓよりも
内径側の非摺動の端面に、径方向に対する所定の幅Ｗ₂
をもって被着され、これによって、回転側摺動環６にお
けるクラックの発生を検出するようにした点にある。こ
の場合、回転側摺動環６はシャフト２と一体に回転する
ことから、薄膜９１は、先に述べたような摺動接点を介
して上述の電気回路１０に接続されるが、静止側摺動環
４が硬質側であってこの静止側摺動環４の非摺動面に薄
膜９１を設ける場合は摺動接点は不要であり、図１と同
様に接続可能である。

【００１６】

【考案の効果】以上、本考案によると、軟質側摺動環あ
るいは硬質側摺動環にクラックが発生した時の薄膜の破
断による出力変化から、クラックの発生を機器外部から
リアルタイムで検出可能となる。また、軟質側摺動環の
摺動面の摩耗の進行に伴って薄膜の抵抗値が変化するこ
とにより出力が変化し、前記摩耗が限界に達した時に薄
膜の破断により出力が変化する構成とすることによっ
て、摺動面の摩耗の進行状況をリアルタイムで検出可能
となる。このため有害物質の漏洩や機器の破損を防止す
ることができ、また、摺動面の性状を確認するための定
期的な点検作業が不要になるといった優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るメカニカルシールの第一の実施例
を示す概略構成説明図である。

【図２】上記実施例における薄膜９の被着状態の一例を
示すもので、（Ａ）は要部正面図、（Ｂ）は要部断面図
である。

【図３】同じく電気回路図である。

【図４】本考案の第二の実施例として薄膜９１の被着状
態の一例を示すもので、（Ａ）は要部正面図、（Ｂ）は
要部断面図である。

【符号の説明】

１ハウジング２シャフト４静止側摺動環（軟質側摺動環）４ａ環状突起６回転側摺動環（硬質側摺動環）９，９１薄膜１０電気回路１１出力表示部Ｒ１可変抵抗（薄膜９）Ｒ２抵抗Ｒ３他の抵抗

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】硬度の異なる静止側摺動環と回転側摺動
環のうち軟質側の摺動環に、先端が硬質側の摺動環との
摺動面となる環状突起が形成されたメカニカルシールで
あって、前記環状突起の円筒面又は前記硬質側の摺動環
の非摺動の端面に被着され円周方向に延び所定の幅を持
った円周方向有端の導体金属薄膜と、この導体金属薄膜
の両端間に所定の電圧を印加する電気回路と、この電気
回路に設けた出力表示部を含むことを特徴とするメカニ
カルシール。