JP4728413B2

JP4728413B2 - メカニカルシール用密封環の分割方法

Info

Publication number: JP4728413B2
Application number: JP2009069731A
Authority: JP
Inventors: 壽夫福井; 政雄小仲
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2026-04-04
Also published as: JP2009133496A

Description

本発明は、セラミックス，カーボン，超硬合金等の脆性材で構成された脆性材料製リングであるメカニカルシール用密封環を二分割させるためのメカニカルシール用密封環の分割方法に関するものである。

セラミックス等の脆性材で構成されるメカニカルシール用密封環等にあっては、交換，修理等のメンテナンス作業を容易ならしめるべく、径方向に二分割しておくことがあるが、このような脆性材製リングの分割方法として、従来からも、図７に示す如く、リング１０１の内周面における直径線上の二箇所に軸線方向に延びる切欠溝１０２ａ，１０２ａを形成して、このリング１０１を切欠溝１０２ａ，１０２ａが上下方向に縦列する状態でプレス固定台１０４ａとプレス昇降体１０４ｂとの間にセットし（同図（Ａ））、プレス昇降体１０４ｂを下降させて当該リング１０１を切欠溝１０２ａ，１０２ａの縦列方向に平行する方向（上下方向）に圧縮することにより、切欠溝１０２ａ，１０２ａを起点とする亀裂１０５ａ，１０５ａをリング１０１の外周面方向へと進行させて、当該リング１０１を半円状セグメント１１０Ａ，１１０Ｂに二分割する（同図（Ｂ））ようにした方法（例えば、特許文献１の段落番号［００１５］〜［００１７］の記載及び図３を参照）、及び図８に示す如く、リング１０１の外周面における直径線上の二箇所に軸線方向に延びる切欠溝１０２ｂ，１０２ｂを形成して、このリング１０１を切欠溝１０２ｂ，１０２ｂが水平方向に並列する状態でプレス固定台１０４ａとプレス昇降体１０４ｂとの間にセットし（同図（Ａ））、プレス昇降体１０４ｂを下降させて当該リング１０１を切欠溝１０２ｂ，１０２ｂの並列方向に直交する方向（上下方向）に圧縮することにより、切欠溝１０２ｂ，１０２ｂを起点とする亀裂１０５ｂ，１０５ｂをリング１０１の内周面方向へと進行させて、当該リング１０１を半円状セグメント１１０Ｃ，１１０Ｄに二分割する（同図（Ｂ））ようにした方法（例えば、特許文献１の段落番号［００１９］の記載及び図６を参照）が周知である。

而して、図７に示す方法（以下「第一従来法」という）又は図８に示す方法（以下「第二従来方法」という）によれば、分割面１１０ａ，１１０ｂ又は１１０ｃ，１１０ｄが、切削加工によりリングを一対の半円状セグメントに切断する場合やリングを構成する一対の半円状セグメントを個々に切削加工により製作する場合のように平滑面とならず、不規則な凹凸面となる。したがって、分割面１１０ａ，１１０ｂ又は１１０ｃ，１１０ｄが衝合するリング形状となした形態で密封環等として使用した場合、圧力変動等による外力が作用したときにも、分割面が平滑面である場合のように衝合分割面間にズレが生じるようなことがなく、適正なリング形状を維持することができ、分割リングとしての機能を良好に発揮させることができる。

特開２００３−１６０３４９公報

しかし、第一従来法又は第二従来法によってリング１０１を分割する場合、図７（Ｂ）又は図８（Ｂ）に示す如く、切欠溝１０２ａ，１０２ａ又は１２ｃ，１２ｄを起点とする亀裂１０５ａ，１０５ａ又は１０５ｂ，１０５ｂが進行してリング１０１の内周面又は外周面に達した時点（以下「亀裂進行終了時点」という）においては、分割されたリング部分（半円状セグメント）１１０Ａ，１１０Ｂ又は１１０Ｃ，１１０Ｄが上下方向に圧縮変形された状態でプレス固定台１０４ａとプレス昇降体１０４ｂとの間にそのまま挟圧保持されることになるから、亀裂進行終了時点でプレス昇降体１０４ｂの下降動作を停止しない限り、半円状セグメント１１０Ａ，１１０Ｂ又は１１０Ｃ，１１０Ｄに過大な圧縮力（上下方向の圧縮力）が作用して、当該セグメント１１０Ａ，１１０Ｂ又は１１０Ｃ，１１０Ｄが破損する（クラックが生じたり、極端な場合には折損する）虞れがある。ところで、プレス昇降体１０４ｂによってリング１０１に付与される圧縮力と亀裂１０５ａ，１０５ａ又は１０５ｂ，１０５ｂの進行との関係は、分割しようとするリング１０１によって（仮令それらが同質，同一形状のものであっても）区々であり、一定ではないから、プレス昇降体１０４ｂの下降量を亀裂進行終了時点に合わせて正確に設定しておくことは極めて困難である。また、未熟練作業者では勿論、熟練作業者であっても、亀裂進行終了時点を的確に目視確認することは極めて困難である上、仮に亀裂進行終了時点を的確に確認し得たとしても、亀裂進行終了時点でプレス昇降体１０４ｂの下降動作を直ちに停止操作することは至難である。したがって、第一従来法又は第二従来法によっては、亀裂進行終了時点後もプレス昇降体１０４ｂの下降動作が継続されてリングないしセグメントに過負荷が作用し易く、上記した如くセグメント１１０Ａ，１１０Ｂ又は１１０Ｃ，１１０Ｄが破損する可能性が極めて高いといった問題があった。

本発明は、このような問題を生じることなく、脆性材製リングであるメカニカルシール用密封環の分割を格別の熟練度を必要とすることなく容易且つ確実に行うことができるメカニカルシール用密封環の分割方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記の目的を達成すべく、メカニカルシール用密封環である脆性材製リングを二分割する方法であって、脆性材製リングの外周面における一つの直径線上の二箇所に、当該外周面の全幅に亘って軸線方向に延びる微小な切欠溝を形成した上、当該リングの内周面における二箇所であって前記直径線上に位置する受圧部に夫々当接させた一対の押圧体を前記直径線上において相対的に離間させるべく強制移動させて、前記受圧部に当該リングを前記直径線に平行する方向に拡径させる押圧力を付与することにより、各切欠溝の両側部分にリング周方向への引張応力が作用してその応力集中により切欠溝を起点とする亀裂が発生し、爾後、亀裂がリング内周面方向へと進行し、当該リングを、その分割面が不規則な凹凸面となるように二分割することを特徴とするメカニカルシール用密封環の分割方法を提案する。

好ましい実施の形態にあっては、各押圧体として、前記切欠溝を起点とする亀裂の終端を挟んで当該リングの周方向に対向する状態で前記受圧部に当接しうる二つの押圧部を有するものが使用される。

脆性材製リングの構成材としては、前記押圧力により剪断可能な脆性を有するものが使用され、例えば、カーボン、ＳｉＣ，Ａｌ₂Ｏ₃等のセラミックス又はＷＣ，ＴｉＣ等の超硬合金等を使用することができる。

本発明の方法によれば、熟練者は勿論、未熟練者であっても、冒頭で述べた問題（過負荷が作用した場合に半円状セグメントが損傷，破損する問題）を生じることなく、脆性材製リングの分割を容易且つ適正に行うことでき、分割形のメカニカルシール用密封環を効率良く且つ経済的に製作することができる。

図１は本発明の方法によるリング分割工程における分割開始状態を示す平面図である。図２は当該リング分割工程における分割作用状態を示す平面図である。図３は当該リング分割工程における分割完了状態を示す平面図である。図４は図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。図５は当該リング分割工程の開始状態を示す斜視図である。図６は本発明の方法により製作された分割形のメカニカルシール用密封環を示す平面図である。図７は第一従来法によるリング分割工程を示す正面図であり、（Ａ）図は分割開始状態を示しており、（Ｂ）図は分割終了状態を示している。図８は第二従来法によるリング分割工程を示す正面図であり、（Ａ）図は分割開始状態を示しており、（Ｂ）図は分割終了状態を示している。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて具体的に説明する。

図１〜図３は本発明の方法による分割工程を示す平面図であり、図４は図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図であり、図５は当該分割工程の開始状態を示す斜視図であり、図６は本発明の方法により得られた分割形のメカニカルシール用密封環の平面図である。

この実施の形態は、本発明の方法により図１及び図４に示す脆性材製リング１を分割して、図６に示す分割形のメカニカルシール用密封環１０を製作する例に係る。

本発明の方法を実施するに当たっては、まず、所望する密封環１０の完成形態（後述する半円状の密封環構成部分（半円状セグメント）１０Ｃ，１０Ｄを、図６に示す如く、適正な円環状に衝合させた形態）に合致する形状の脆性材製リング１を製作し、その外周面１ｃに、図１及び図５に示す如く、一つの直径線Ｚ−Ｚ上の二箇所において、外周面１ｃの全幅（軸線方向における全幅）に亘って軸線方向に延びる一対の切欠溝（ノッチ）２ｂ，２ｂを形成する。各切欠溝２ｂは、溝幅及び溝深さが微小且つ一定のＶ字溝（図１参照）又はＵ字溝（図示せず）である。また、リング１の一側端面（以下「リング表面」という）１ｂは、軸線に直交する平滑面（鏡面）に表面研磨されており、リング表面１ｂは、当該密封環１０をメカニカルシールに組み込んだ場合に相手密封環に摺接する密封端面として機能するものである。なお、リング１の構成材としては、当該密封環１０が組み込まれるメカニカルシールの使用目的，機能や相手密封環の材質等の条件に応じた脆性材が使用される。具体的には、カーボン、ＳｉＣ，Ａｌ₂Ｏ₃等のセラミックス又はＷＣ，ＴｉＣ等の超硬合金等が使用される。

そして、図１及び図２に示す如く、上記の如く構成されたリング１の内周面１ａにおける二箇所であって直径線Ｚ−Ｚ上に位置する受圧部３ｂ，３ｂに、当該リング１を直径線Ｚ−Ｚに平行する方向に拡径させる押圧力Ｆ，Ｆを付与することにより、当該リング１を半円状セグメント（密封環構成部分）１０Ｃ，１０Ｄに二分割させて、所望する分割形の密封環１０を得るのである。押圧力Ｆ，Ｆの付与は、例えば図５に示す如く、リング１の厚み（軸線方向における厚み）と同一又はそれ以上の厚みを有する一対の押圧体４２，４２を、リング１の受圧部３ｂ，３ｂに当接させた状態で、直径線Ｚ−Ｚ上で相互に離間する方向に相対移動させることにより行うことができ、この押圧体４１，４１を使用してリング１を次のように分割することができる。なお、各押圧体４２の先端には、受圧部３ｂにリング周方向に所定間隔を隔てて当接しうる一対の円弧状の押圧部４２ａ，４２ａが突出形成されている。

すなわち、各押圧体４２の一対の押圧部４２ａ，４２ａをリング内周面１ａの受圧部３ｂに当接させる（図１及び図５参照）。このとき、各押圧体４２の押圧部４２ａ，４２ａは、リング１の周方向において、直径線Ｚ−Ｚの近傍位置であって当該直径線Ｚ−Ｚに対して対称となる位置において、受圧部３ｂに当接するようにする。すなわち、各押圧体４２の押圧部４２ａ，４２ａは、後述する亀裂５ｂの進行方向終端（リング内周面１ａにおける亀裂部分）を挟んで当該リング１の周方向に対向する状態で受圧部３ｂに当接するようにする。

そして、両押圧体４２，４２を直径線Ｚ−Ｚ上において相互に離間する方向（矢印Ｂ方向）に相対移動させて（図５参照）、リング内周面１ａの受圧部３ｂ，３ｂに、当該リング１を直径線Ｚ−Ｚに平行する方向に拡径させる押圧力Ｆ，Ｆを付与する（図１参照）。さらに、両押圧体４２，４２の相対移動量を増加させて押圧力Ｆ，Ｆを増大させることにより、各切欠溝２ｂの両側部分にはリング周方向への引張応力Ｐ，Ｐが作用して、その応力集中により切欠溝２ｂ，２ｂを起点とする亀裂５ｂ，５ｂが発生し、爾後、亀裂５ｂ，５ｂがリング内周面１ａ方向へと進行することになる（図２参照）。

そして、亀裂５ｂ，５ｂがリング内周面１ａに到達することにより、リング１は、図２に示す如く、不規則な凹凸面である分割面１０ｃ，１０ｄを有する半円状セグメント（密封環構成部分）１０Ｃ，１０Ｄに二分割される。

このとき、押圧力Ｆ，Ｆがリング内周面１ａに作用していることから、亀裂５ｂ，５ｂがリング内周面１ａに達した時点（亀裂進行終了時点）においては、半円状セグメント１０Ｃ，１０Ｄは押圧体４２，４２の移動方向に直交する方向（押圧力Ｆ，Ｆの作用方向に直交する方向）に自由に移動しうる状態にある。

したがって、亀裂進行終了時点において押圧体４２，４２の相対移動操作ないし動作が直ちに停止されないときにも、図３に示す如く、リング１にはそれが半円状セグメント１０Ｃ，１０Ｄに分割された後において更に押圧力Ｆ，Ｆが作用することがなく、つまり過大な押圧力Ｆ，Ｆが作用することがなく、冒頭で述べた第二従来法における如く過大な押圧力Ｆ，Ｆによって半円状セグメント１０Ｃ，１０Ｄが破損するような事態の発生はこれが完全に回避される。

また、押圧力Ｆ，Ｆを、切欠溝２ｂ，２ｂが位置する直径線Ｚ−Ｚ上の受圧部３ｂ，３ｂに作用させることから、各切欠溝２ｂには逆向きの引張応力Ｐ，Ｐが均等に作用することになり、各亀裂５ｂが当該切欠溝２ｂを起点として良好に発生し、爾後、直径線Ｚ−Ｚから大きく外れることなく可及的に直径線Ｚ−Ｚ上又はその近傍を通過しつつ進行することになる。したがって、切欠溝２ｂ，２ｂが形成された箇所以外の箇所において亀裂が発生したり、局部的な欠損を生じたりすることがなく、リング１を適正に分割することができ、分割不良品の発生する割合が極めて低く、脆性材製リング１の分割を極めて経済的に行うことができる。

また、各亀裂５ｂが上記した如く直径線Ｚ−Ｚから大きく外れることなくリング内周面１ａに到達することにより、当該亀裂５ｂの進行方向終端をある程度正確に予測することができる。したがって、各押圧体４２における押圧部４２ａ，４２ａの相互間隔を、押圧部４２ａ，４２ａ間に当該亀裂５ｂの進行方向終端が位置する条件下において可及的に小さく設定することができる。しかも、各押圧体４２の押圧部４２ａ，４２ａが当該亀裂５ｂの進行方向終端に直接に接触しないことから、押圧体４２，４２によって亀裂５ｂ，５ｂの進行方向終端が損傷することがなく、適正な分割面１０ｃ，１０ｃ又は１０ｄ，１０ｄを有する半円状セグメント１０Ｃ，１０Ｄを得ることができる。

以上のようにしてリング１を二分割して得られた密封環構成部分（半円状セグメント）１０Ｃ，１０Ｄの衝合面つまり密封環１０の各分割面１０ｃ，１０ｄは、図６に示す如く、不規則な凹凸面となり、当該分割面１０ｃ，１０ｄに平行する方向（密封環１０の軸線方向及び径方向）に相対スライドを生じない状態で凹凸係合することになる。したがって、密封環１０をメカニカルシールに組み込んだ場合、各分割面１０ｃ，１０ｄの凹凸係合により密封環構成部分１０Ｃ，１０Ｄの軸線方向及び径方向への相対変位（ズレ）が生じず、密封環１０を適正な円環状体に保持させておくことができ、各分割面１０ｃ，１０ｄからの漏れを生じたりすることなく、良好なシール機能が発揮される。また、密封環構成部分１０Ｃ，１０Ｄの衝合時の位置決めつまり各分割面１０ｃ，１０ｄの適正な衝合も容易に行うことができ、密封環１０のメカニカルシールへの組み込みを適正且つ容易に行うことができる。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変更することができる。例えば、各切欠溝２ｂの形状は、上記したＶ字溝やＵ字溝に限定されず、押圧力Ｆにより発生する亀裂５ｂの起点として機能しうるものであればよい。押圧体４２の移動手段は、人為的なものであっても油圧シリンダ等による機械的なものであっても何れでもよい。このような油圧シリンダ等による機械的移動手段を使用した場合にも、亀裂進行終了時点以降においては分割されたリング１に上記した如く過負荷が作用しないことから、押圧体４２の移動を亀裂進行終了時点で積極的に停止する等の複雑な制御機構を設けておく必要がなく、リング分割装置がいたずらに複雑化，大型化することがない。また、両押圧体４２，４２は、共に直径線Ｚ−Ｚ上で移動できるようにしても、その一方を移動不能として他方のみを移動できるようにしても、何れでもよい。

１脆性材製リング
１ａリングの内周面
１ｂリングの表面
１ｃリングの外周面
２ｂ切欠溝
３ｂ受圧部
５ｂ亀裂
１０分割形のメカニカルシール用密封環
１０Ｃ半円状セグメント（密封環構成部分）
１０Ｄ半円状セグメント（密封環構成部分）
４２押圧体
４２ａ押圧部
Ｆ押圧力
Ｐ引張応力
Ｚ−Ｚ直径線

Claims

メカニカルシール用密封環である脆性材製リングを二分割する方法であって、脆性材製リングの外周面における一つの直径線上の二箇所に、当該外周面の全幅に亘って軸線方向に延びる微小な切欠溝を形成した上、当該リングの内周面における二箇所であって前記直径線上に位置する受圧部に夫々当接させた一対の押圧体を前記直径線上において相対的に離間させるべく強制移動させて、前記受圧部に当該リングを前記直径線に平行する方向に拡径させる押圧力を付与することにより、各切欠溝の両側部分にリング周方向への引張応力が作用してその応力集中により切欠溝を起点とする亀裂が発生し、爾後、亀裂がリング内周面方向へと進行し、当該リングを、その分割面が不規則な凹凸面となるように二分割することを特徴とするメカニカルシール用密封環の分割方法。
各押圧体が、前記切欠溝を起点とする亀裂の終端を挟んで当該リングの周方向に対向する状態で前記受圧部に当接しうる二つの押圧部を有するものであることを特徴とする、請求項１に記載するメカニカルシール用密封環の分割方法。
脆性材製リングが、セラミックス、カーボン又は超硬合金で構成されたものであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載するメカニカルシール用密封環の分割方法。