JP7034049B2 - 分割型摺動環の製造方法及び分割型摺動環用環体 - Google Patents

Description

本発明は、分割型摺動環の製造方法及び分割型摺動環用環体に関する。

メカニカルシールは、回転軸と一体に回転する回転環と、シールカバーに固定された固定環とを備え、これらの摺接によってシール面が構成されている。回転環と固定環は、摺動によって摩耗すると、交換する必要がある。交換時、流体機械のモータの取り外しを不要とするために、回転環、固定環、及びシールカバーを周方向に２分割して構成した分割型メカニカルシールが知られている。しかし、回転環及び固定環を含む分割型摺動環では、組付時に分割面の位置合わせが不十分な場合、シール面（摺接面）に生じた段差から液漏れする虞がある。

特許文献１には、分割面の位置合わせ精度の向上を目的とした分割型摺動環の製造方法が開示されている。この特許文献１では、円環状リングの内周部の対向位置にＶ字状の切込溝（ノッチ）を設け、リングの内側から外側へ負荷を加えることで、リングを第１分割体と第２分割体に分割している。

特許第４２９８７１５号公報

特許文献１の分割型摺動環では、第１分割体と第２分割体の両端に、切込溝を起点として破断された不規則な形状の分割面を備えるため、軸方向における位置合わせ精度を向上できる。しかし、特許文献１の製造方法では、分割面の周方向の変位が少ないため、位置合わせに関する精度向上について改良の余地がある。

本発明は、分割型摺動環の軸方向、周方向及び径方向の変位が多い分割面を分割体に形成することを課題とする。

本発明の第１態様は、メカニカルシールに用いられる分割型摺動環の製造方法であって、円環状のリングの内周部又は外周部に、前記リングの径方向に窪み、前記リングの軸方向の第１面から第２面にかけて貫通する切込溝を、前記リングの周方向に間隔をあけて２箇所に設ける切込溝形成工程と、前記リングに対して径方向の外側又は内側から負荷を加え、前記切込溝を起点とした不規則な形状の分割面を両端に有する第１分割体と第２分割体に前記リングを分割する分割工程とを備え、前記切込溝形成工程では、前記切込溝の先端に、前記第１面の方に位置する第１曲率半径の第１湾曲部と、前記第２面の方に位置し、前記第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径の第２湾曲部とを形成する、分割型摺動環の製造方法を提供する。

この分割型摺動環の製造方法によれば、リングに対して負荷を加えると、小さい第２曲率半径とした第２面の方に応力が集中し、第２面の方から第１面の方へ亀裂が生じる。亀裂はリングの軸方向、周方向及び径方向へ不規則に進むため、第１分割体と第２分割体に形成される分割面の軸方向、周方向及び径方向の変位が多い。よって、組付時、複雑な三次元形状の分割面によって第１分割体と第２分割体を正確に位置合わせできるため、調心精度を効果的に向上できる。その結果、分割型摺動環の摺接面での段差の発生を防止できるため、この分割型摺動環を用いたメカニカルシールの液漏れを効果的に抑制できる。

前記第２面には、他の摺動環と摺接される摺接部が形成されている。つまり、切込溝の曲率半径は、摺接部を有する第２面の方を小さくしている。

前記切込溝形成工程では、前記切込溝を前記リングの非対称位置に設ける。この態様によれば、第１分割体及び第２分割体の分割面の周方向の位置合わせを高精度に行えるため、調心精度を向上できる。

前記分割工程の前に、前記第１面の前記切込溝近傍に、前記第１面から前記第２面に向けて窪み、前記リングの内周部から外周部にかけて貫通する補助溝を設ける補助溝形成工程を備える。この態様によれば、負荷による亀裂が切込溝から補助溝に誘導されるため、複雑な三次元形状の分割面を第１分割体と第２分割体に確実に形成できる。

本発明の第２態様は、メカニカルシールに用いられる分割型摺動環の製造方法であって、円環状のリングの内周部又は外周部に、前記リングの径方向に窪み、前記リングの軸方向の第１面から第２面にかけて貫通する切込溝を、前記リングの周方向に間隔をあけて２箇所に設ける切込溝形成工程と、前記第１面の前記切込溝近傍に、前記第１面から前記第２面に向けて窪み、前記リングの内周部から外周部にかけて貫通する補助溝を設ける補助溝形成工程と、前記リングに対して径方向の外側又は内側から負荷を加え、前記切込溝を起点とした不規則な形状の分割面を両端に有する第１分割体と第２分割体に前記リングを分割する分割工程とを備える、分割型摺動環の製造方法を提供する。

この分割型摺動環の製造方法によれば、第１態様と同様に、軸方向、周方向及び径方向の変位が多い分割面を第１分割体と第２分割体に確実に形成できる。よって、組付時、複雑な三次元形状の分割面によって、第１分割体と第２分割体を正確に位置合わせできるため、調心精度を効果的に向上できる。その結果、分割型摺動環の摺接面での段差の発生を防止できるため、この分割型摺動環を用いたメカニカルシールの液漏れを効果的に抑制できる。

本発明の第１態様に用いられる分割型摺動環用環体は、メカニカルシールに用いられる分割型摺動環を製造するための環体であって、円環状のリングの内周部又は外周部の周方向へ間隔をあけた２箇所に設けられ、前記リングの径方向に窪み、前記リングの軸方向の第１面から第２面にかけて貫通する切込溝を備え、前記切込溝の先端に、前記第１面の方に位置する第１曲率半径の第１湾曲部と、前記第２面の方に位置し、前記第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径の第２湾曲部とを有する。

本発明の第２態様に用いられる分割型摺動環用環体は、メカニカルシールに用いられる分割型摺動環を製造するための環体であって、円環状のリングの内周部又は外周部の周方向へ間隔をあけた２箇所に設けられ、前記リングの径方向に窪み、前記リングの軸方向の第１面から第２面にかけて貫通する切込溝と、前記第１面の前記切込溝近傍に設けられ、前記第１面から前記第２面に向けて窪み、前記リングの内周部から外周部にかけて貫通する補助溝とを備える。

本発明では、軸方向、周方向及び径方向の変位が多い複雑な三次元形状の分割面を、第１分割体と第２分割体の両端に確実に形成できるため、組付時、分割面を正確に位置合わせできる。よって、分割型摺動環の摺接面での段差の発生を防止できるため、この分割型摺動環を用いたメカニカルシールの液漏れを効果的に抑制できる。

本発明の第１実施形態に係る摺動環を用いた分割型メカニカルシールの平面図。 図１のＡ－Ｏ－Ｂ線断面図。 図１のＣ－Ｏ－Ｄ線断面図。 シートの正面図。 シートの背面図。 図４ＢのＶ－Ｖ線断面図。 ワッシャの正面図。 ワッシャの背面図。 図５ＢのVI－VI線断面図。 切込溝形成工程の第１ステップを示す断面図。 分割工程による第２面側の亀裂を示す背面図。 分割工程による第１面側の亀裂を示す正面図。 第２実施形態のシートの正面図。 第３実施形態のシートの背面図。 第３実施形態のシートの一部の側面図。 第４実施形態のシートの背面図。 第５実施形態のシートの背面図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

（第１実施形態）
図１から図３は、本発明の第１実施形態に係る分割型摺動環を用いた分割型メカニカルシール（以下「メカニカルシール」と略す。）１０を示す。図２及び図３に示すように、メカニカルシール１０は、シール面４５を構成するシート（回転環）２０とワッシャ（固定環）３０を備えており、これらが本発明の分割型摺動環である。

まず、メカニカルシール１０の概要について説明する。

図２及び図３に示すように、メカニカルシール１０は、回転機械（例えば立軸ポンプ）のケーシング１の内部の液体（例えば揚水）が外部（大気側）に漏出することを防ぐために、ケーシング１における回転軸２が貫通される部分に配置される。図２及び図３では、メカニカルシール１０の下側がケーシング１内に連通している。以下の説明では、図２及び図３において下側を内部側といい、図２及び図３において上側を外部側ということがある。

メカニカルシール１０は、シートホルダ１２、シート２０、及びワッシャ３０を備え、これらがシールカバー５０（封止液室５２）内に配置されている。シールカバー５０内には留め金６０と押金７０が更に配置され、シールカバー５０の外部側の端がプレート７５によって覆われている。図２を参照すると、プレート７５と押金７０の間にはコイルスプリング８３が配置されており、このコイルスプリング８３によって、押金７０を介してワッシャ３０がシート２０に向けて付勢されている。

メカニカルシール１０は、シート２０とワッシャ３０によって、ケーシング１内に連通した封止液室５２から、大気に連通した回転軸２側（径方向内側）への液体の流出を防ぐインサイド型である。回転軸２が回転すると、シートホルダ１２とシート２０が回転軸２と一体に回転し、シールカバー５０に固定されたワッシャ３０に対してシート２０が摺接する。シート２０とワッシャ３０の摺接部分により構成されるシール面４５によって、封止液室５２から回転軸２に向けた液体の流動を阻止する。

図３を参照すると、回転軸２に対してシートホルダ１２は、ケーシング１の近傍に位置するように配置され、セットボルト１５によって固定されている。

シート２０は、シートホルダ１２の外部側の取付凹部１６に取り付けられている。シートホルダ１２に対するシート２０の周方向の回転は、取付凹部１６に配置されたピン１７によって規制されている。これにより、シート２０は、シートホルダ１２を介して回転軸２と一体に回転する。

ワッシャ３０は、シート２０の外部側に位置するようにシールカバー５０内に配置されている。図２を参照すると、留め金６０、押金７０及びプレート７５を貫通したドライブピン８０によって、シールカバー５０に対するワッシャ３０の周方向の回転が規制され、シールカバー５０に対するワッシャ３０の軸方向の移動が許容されている。

シールカバー５０は、回転軸２が貫通される貫通孔５１と、環状の封止液室５２とを備える。図３を参照すると、回転軸２に沿って貫通されたボルト５５をボルト穴１ａに締め付けることで、シールカバー５０がケーシング１に固定されている。

留め金６０は、プレート７５の内部側に配置されている。留め金６０は、図２を参照するとボルト６３によってシールカバー５０に固定され、図３を参照するとボルト６４によってプレート７５に固定されている。

押金７０は、留め金６０とワッシャ３０の間に配置されている。留め金６０を貫通したコイルスプリング８３の一端が押金７０に配置され、コイルスプリング８３の他端がプレート７５に配置されている。コイルスプリング８３の付勢によって押金７０は、ワッシャ３０をシート２０に向けて押圧（付勢）する。なお、図１及び図３中の符号７３は、プレート７５と押金７０の間にコイルスプリング８３を保持するためのボルトである。ボルト７３は、組付時と分解時に用いられ、コイルスプリング８３の付勢力がワッシャ３０に加わらないように、プレート７５に対して押金７０を係着する。通常の使用時、ボルト７３は取り外される。

本実施形態のメカニカルシール１０は、シートホルダ１２、シート２０、ワッシャ３０、シールカバー５０、留め金６０、押金７０、及びプレート７５を、それぞれ周方向に２分割した全分割型である。つまり、シートホルダ１２は、第１保持部材１３Ａと第２保持部材１３Ｂを備える環状体である。シート２０は、第１回転部材２１Ａと第２回転部材２１Ｂを備える環状体である。ワッシャ３０は、第１固定部材３１Ａと第２固定部材３１Ｂを備える環状体である。シールカバー５０は、第１カバー部材５３Ａと第２カバー部材５３Ｂを備える環状体である。留め金６０は、第１連結部材６１Ａと第２連結部材６１Ｂを備える環状体である。押金７０は、第１押圧部材７１Ａと第２押圧部材７１Ｂを備える環状体である。プレート７５は、第１プレート部材７６Ａと第２プレート部材７６Ｂを備える環状体である。

図１を参照すると、シートホルダ１２を構成する保持部材１３Ａ，１３Ｂは半円環状であり、これらの分割面１４は、図１において左右（第１方向）に延びている。シート２０を構成する回転部材２１Ａ，２１Ｂは半円環状であり、これらの分割面２２は、図１において概ね上下（第２方向）に延びている。ワッシャ３０を構成する固定部材３１Ａ，３１Ｂは半円環状であり、これらの分割面３２は、図１において概ね左右に延びている。シールカバー５０を構成するカバー部材５３Ａ，５３Ｂは半円環状であり、これらの分割面５４は、図１において上下に延びている。留め金６０を構成する連結部材６１Ａ，６１Ｂは半円環状であり、これらの分割面６２は、図１において上下に延びている。押金７０を構成する押圧部材７１Ａ，７１Ｂは半円環状であり、これらの分割面７２は、図１において上下に延びている。プレート７５を構成するプレート部材７６Ａ，７６Ｂは半円環状であり、これらの分割面７７は、図１において上下に延びている。

この全分割型のメカニカルシール１０では、留め金６０からプレート７５を取り外し、ケーシング１からシールカバー５０を径方向外向きに取り外すことで、シート２０とワッシャ３０の取り外しと取り付けが可能である。よって、回転軸２の先端のモータを取り外すことなく、消耗部品であるシート２０、ワッシャ３０、及びコイルスプリング８３等を交換できる。

以下、本発明の分割型摺動環であるシート２０とワッシャ３０について、具体的に説明する。

（シートの概要）
図２及び図３に示すように、組付状態のシート２０は、断面が概ね四角形状の円環状リングである。図２及び図３において上側に位置するシート２０の端面の一部は、ワッシャ３０との摺接によりシール面４５を構成する摺接面（摺接部）２０ａである。

シート２０を構成する第１回転部材２１Ａと第２回転部材２１Ｂは、回転軸２の軸方向から見て概ね半円環状に形成されている。回転部材２１Ａ，２１Ｂの外周には、段部２３がそれぞれ設けられている。シートホルダ１２に形成された取付凹部１６と段部２３との間には、これらの間をシールするシール部材２４が配置されている。このシール部材２４の弾性力によって、回転部材２１Ａ，２１Ｂが円環状に保持され、取付凹部１６内にシート２０がフローティング状態で保持されている。図３を参照すると、回転部材２１Ａ，２１Ｂの下側には、シートホルダ１２のピン１７が係止される係止溝２５がそれぞれ設けられている。係止溝２５へのピン１７の係止によって、シートホルダ１２に対するシート２０の周方向の回転が規制され、シートホルダ１２に対するシート２０の軸方向の移動が許容される。

（ワッシャの概要）
引き続いて図２及び図３を参照すると、組付状態のワッシャ３０は、シート２０よりも軸方向の寸法が長い円環状リングである。図２及び図３において下側に位置するワッシャ３０の端面には、シート２０に向けて突出する断面四角形状の凸部（摺接部）３０ａが設けられている。この凸部３０ａの先端面が、シート２０との摺接によりシール面４５を構成する摺接面３０ｂである。

ワッシャ３０を構成する第１固定部材３１Ａと第２固定部材３１Ｂは、回転軸２の軸方向から見て概ね半円環状に形成されている。固定部材３１Ａ，３１Ｂの外周には、段部３３がそれぞれ設けられている。シールカバー５０と段部３３との間には、これらの間をシールするシール部材３４が配置されている。このシール部材３４の弾性力によって、固定部材３１Ａ，３１Ｂが円環状に保持され、シールカバー５０内にワッシャ３０が保持されている。図２を参照すると、固定部材３１Ａ，３１Ｂの外部側の端面には、周方向に間隔をあけて係止溝３５がそれぞれ設けられている。ドライブピン８０の先端の係止部８１が係止溝３５に係止されることで、ワッシャ３０の周方向の回転が規制され、回転軸２の軸方向におけるワッシャ３０の移動が許容される。

回転軸２へのシート２０とワッシャ３０の組み付けは、以下のように行われる。

まず、分割面２２にグリスを塗布した第１回転部材２１Ａと第２回転部材２１Ｂを回転軸２の外周に配置する。そして、第１回転部材２１Ａと第２回転部材２１Ｂの軸方向、周方向及び径方向の位置を合わせて分割面２２（摺接面２０ａ）の段差を無くし、これらをグリスの粘着力によって一体化する。次に、分割面３２にグリスを塗布した第１固定部材３１Ａと第２固定部材３１Ｂを回転軸２の外周に配置し、これらをシート２０上に載置する。そして、第１固定部材３１Ａと第２固定部材３１Ｂの軸方向、周方向及び径方向の位置を合わせて分割面３２（摺接面３０ｂ）の段差を無くし、これらをグリスの粘着力によって一体化する。

分割面２２，３２が平坦な場合、分割面２２同士及び分割面３２同士の軸方向と径方向の位置合わせが困難である。組付後、回転部材２１Ａ，２１Ｂ及び固定部材３１Ａ，３１Ｂのうちの一方でも段差を有する場合、シート２０とワッシャ３０の摺接面２０ａ，３０ｂ間に隙間が生じる。この場合、隙間を通してケーシング１の内部から外部へ液漏れが生じる。この問題を防止するために、本発明では、回転部材２１Ａ，２１Ｂの分割面２２及び固定部材３１Ａ，３１Ｂの分割面３２を高精度に位置合わせ可能とする。

（シートとワッシャの詳細）
シート２０を構成する回転部材２１Ａ，２１Ｂは、図４Ａから図４Ｃに示す環体（分割型摺動環用環体）２６を２分割することで形成される。ワッシャ３０を構成する固定部材３１Ａ，３１Ｂは、図５Ａから図５Ｃに示す環体（分割型摺動環用環体）３６を２分割することで形成される。環体２６，３６は、セラミック、カーボン等の脆性材からなる円環状のリング２７，３７である。リング２７には、前述した摺接面２０ａを含む端面、段部２３、及び係止溝２５が予め形成されている。リング３７には、前述した摺接面３０ｂを含む凸部３０ａ、段部３３、及び係止溝３５が予め形成されている。

リング２７，３７は、回転軸２の直径よりも大きい直径の内周部２７ａ，３７ａを備える。この内周部２７ａ，３７ａの対向位置の２箇所に切込溝４０を形成し、リング２７，３７に対して径方向の外側から内側へ負荷Ｆを加えることで、切込溝４０を起点としてリング２７，３７を破断し、回転部材２１Ａ，２１Ｂと固定部材３１Ａ，３１Ｂをそれぞれ形成する。

図４Ａから図４Ｃ及び図５Ａから図５Ｃを参照すると、切込溝４０は、リング２７，３７の径方向外側へ窪み、リング２７，３７の軸方向の第１面２７ｃ，３７ｃから第２面２７ｄ，３７ｄにかけて貫通している。リング２７の第１面２７ｃとは、係止溝２５が形成された端面であり、リング２７の第２面２７ｄとは、第１面２７ｃの反対側に位置し、摺接面２０ａを含むシート２０の端面である。リング３７の第１面３７ｃとは、係止溝３５が形成された端面であり、リング３７の第２面３７ｄとは、第１面３７ｃの反対側に位置し、摺接面３０ｂを含む凸部３０ａが突設されたワッシャ３０の端面である。

リング２７，３７の軸方向から見た切込溝４０の形状は、概ねＶ字状である。より具体的には、切込溝４０は、リング２７，３７の内側から外側に向けて次第に近づくように傾斜した一対の傾斜部４０ａと、一対の傾斜部４０ａの先端に設けられた曲面状の連続部４０ｂとを備える。リング２７，３７の径方向における切込溝４０の先端である連続部４０ｂの曲率半径ｒ１，ｒ２は、第１面２７ｃ，３７ｃの方と第２面２７ｄ，３７ｄの方とで異なる。つまり、連続部４０ｂは、第１面２７ｃ，３７ｃの方に位置する第１曲率半径ｒ１の第１湾曲部４０ｃと、第２面２７ｄ，３７ｄの方に位置する第２曲率半径ｒ２の第２湾曲部４０ｄとを備える。

図４Ａ及び図５Ａに最も明瞭に示すように、第１湾曲部４０ｃの第１曲率半径ｒ１は、第２湾曲部４０ｄの第２曲率半径ｒ２よりも大きい。これにより、負荷Ｆによる応力は、第１湾曲部４０ｃよりも第２湾曲部４０ｄに集中する。例えば、レーザ加工によって、リング２７，３７を貫通するように大きい第１曲率半径ｒ１の第１湾曲部４０ｃを形成した後、第１湾曲部４０ｃの一部を削ることで、第２面２７ｄ，３７ｄ側に小さい第２曲率半径ｒ２の第２湾曲部４０ｄを形成する。これにより、第１面２７ｃ，３７ｃ側を第１曲率半径ｒ１の第１湾曲部４０ｃとし、第２面２７ｄ，３７ｄ側を第２曲率半径ｒ２の第２湾曲部４０ｄとした連続部４０ｂが形成される。

一対の傾斜部４０ａ間の角度、つまりＶ字状の切込溝４０の溝角度θ１は、５度よりも大きく１８０度よりも小さく設定され（５度＜θ１＜１８０度）、好ましくは３０度よりも大きく１５０度よりも小さく設定される（３０度＜θ１＜１５０度）。溝角度θ１を過度に小さくした場合、第１湾曲部４０ｃと第２湾曲部４０ｄの曲率半径ｒ１，ｒ２の差が無くなり、分割時に第１湾曲部４０ｃと第２湾曲部４０ｄの両方に応力が同時に作用し、第２湾曲部４０ｄの方だけに応力を集中できない。一方、溝角度θ１を過度に大きくした場合、第１湾曲部４０ｃの方に作用する応力が分散し、リング２７，３７が３以上に分割される虞がある。よって、切込溝４０の溝角度θ１は、上記設定範囲内に形成することが好ましい。

リング２７，３７の内周部２７ａ，３７ａの半径をＲ１、リング２７，３７の径方向における内周部２７ａ，３７ａから外周部２７ｂ，３７ｂまでの寸法をｄ１、リング２７，３７の軸方向の長さ（第１面２７ｃ，３７ｃから第２面２７ｄ，３７ｄまでの厚み）をＬ１とすると、第１湾曲部４０ｃの溝深さｄ２、第１湾曲部４０ｃの第１曲率半径ｒ１、及び第２湾曲部４０ｄの長さＬ２は、以下のように設定される。

第１湾曲部４０ｃの溝深さｄ２とは、リング２７，３７の内周部２７ａ，３７ａから第１湾曲部４０ｃの頂部までの寸法である。この溝深さｄ２は、０．１ｍｍよりも大きく０．５×ｄ１よりも小さく設定され（０．１ｍｍ＜ｄ２＜０．５×ｄ１）、好ましくは１ｍｍよりも大きく０．３×ｄ１よりも小さく設定される（１ｍｍ＜ｄ２＜０．３×ｄ１）。溝深さｄ２を過度に浅くした場合、応力を集中させる切込溝４０として機能しない。溝深さｄ２を過度に深くした場合、形成される分割面２２，３２の面積が過小になる。よって、第１湾曲部４０ｃの溝深さｄ２は、上記設定範囲内に形成することが好ましい。

第１湾曲部４０ｃの第１曲率半径ｒ１は、０．０７ｍｍよりも大きく半径Ｒ１よりも小さく設定され（０．０７ｍｍ＜ｒ２＜Ｒ１）、好ましくは０．６ｍｍよりも大きく溝深さｄ２よりも小さく設定される（０．６ｍｍ＜ｒ１＜ｄ２）。第１曲率半径ｒ１を過度に小さくした場合、第２湾曲部４０ｄの第２曲率半径ｒ２との差が無くなり、分割時に第１湾曲部４０ｃと第２湾曲部４０ｄの両方に応力が同時に作用し、第２湾曲部４０ｄの方だけに応力を集中できない。第１曲率半径ｒ１を過度に大きくした場合、第１湾曲部４０ｃの方に作用する応力が分散し、リング２７，３７が３以上に分割される虞がある。よって、第１湾曲部４０ｃの第１曲率半径ｒ１は、上記設定範囲内に形成することが好ましい。

第２湾曲部４０ｄの第２曲率半径ｒ２は、１μｍよりも大きく１０ｍｍよりも小さく設定され（１μｍ＜ｒ２＜１０ｍｍ）、好ましくは１０μｍよりも大きく５ｍｍよりも小さく設定される（１０μｍ＜ｒ２＜５ｍｍ）。第２曲率半径ｒ２は可能な限り小さい方が好ましいが、第１湾曲部４０ｃの形成後、１μｍ以下の第２湾曲部４０ｄを形成することは技術的に困難である。第２曲率半径ｒ２を過度に大きくした場合、第２湾曲部４０ｄの第２曲率半径ｒ２との差が無くなり、分割時に第１湾曲部４０ｃと第２湾曲部４０ｄの両方に応力が同時に作用し、第２湾曲部４０ｄの方だけに応力を集中できない。よって、第２湾曲部４０ｄの第２曲率半径ｒ２は、上記設定範囲内に形成することが好ましい。

第２湾曲部４０ｄの長さＬ２とは、リング２７，３７の軸方向における第２湾曲部４０ｄの形成領域の寸法である。この第２湾曲部４０ｄの長さＬ２は、１ｍｍよりも大きく０．８×Ｌ１よりも小さく設定され（１ｍｍ＜Ｌ２＜０．８×Ｌ１）、好ましくは０．１×Ｌ１よりも大きく０．５×Ｌ１よりも小さく設定される（０．１×Ｌ１＜Ｌ２＜０．５×Ｌ１）。長さＬ２を過度に短くした場合、応力を集中させる第２湾曲部４０ｄとして機能しない。長さＬ２を過度に長くした場合、第１湾曲部４０ｃが機能せず、リング２７，３７の周方向における第１面２７ｃ，３７ｃ側と第２面２７ｄ，３７ｄ側の破断位置の変位が過小になる。よって、第２湾曲部４０ｄの長さＬ２は、上記設定範囲内に形成することが好ましい。

（分割型摺動環の製造方法）
シート２０の回転部材２１Ａ，２１Ｂと、ワッシャ３０の固定部材３１Ａ，３１Ｂとは、リング２７，３７に切込溝４０を形成（切込溝形成工程）した後、リング２７，３７を２つに分割（分割工程）することで、製造される。前述のように、リング２７には、摺接面２０ａ、段部２３、及び係止溝２５が予め形成されている。また、リング３７には、摺接面３０ｂを含む凸部３０ａ、段部３３、及び係止溝３５が予め形成されている。

（切込溝形成工程の概要）
切込溝形成工程では、第１湾曲部４０ｃと第２湾曲部４０ｄを備える切込溝４０を、リング２７，３７の内周部２７ａ，３７ａの対向位置に形成する。具体的には、切込溝形成工程は、第１湾曲部４０ｃを備える仮溝４０’を形成する第１ステップ（図６参照）と、仮溝４０’に第２湾曲部４０ｄを形成して切込溝４０を完成させる第２ステップ（図４Ｃ及び図５Ｃ参照）とを備える。

図６に示すように、第１ステップでは、上記設定範囲内で定められた溝深さｄ２及び第１曲率半径ｒ１で、リング２７，３７の軸方向に貫通するように、内周部２７ａ，３７ａの対向位置に第１湾曲部４０ｃを備える仮溝４０’をそれぞれ形成する。この仮溝４０’の形成は、例えばレーザ加工によって行われる。第１ステップは、摺接面２０ａ、段部２３、及び係止溝２５を備えるリング２７を形成する工程、及び摺接面３０ｂを含む凸部３０ａ、段部３３、及び係止溝３５を備えるリング３７を形成する工程と、同時に行ってもよい。

第２ステップでは、仮溝４０’の第２面２７ｄ，３７ｄ側を削り、第２曲率半径ｒ２の第２湾曲部４０ｄを形成する。この第２湾曲部４０ｄの形成は、例えばレーザ加工によって行われる。これにより、第１面２７ｃ，３７ｃの方を第１曲率半径ｒ１の第１湾曲部４０ｃとし、第２面２７ｄ，３７ｄの方を第１曲率半径ｒ１よりも小さい第２曲率半径ｒ２の第２湾曲部４０ｄとした切込溝４０を形成する。

リング２７，３７は焼成体からなる。リング２７，３７の焼成前に第２湾曲部４０ｄを形成すると、焼成時の熱収縮によってリング２７，３７が破損する虞がある。よって、第１湾曲部４０ｃを形成する第１ステップはリング２７，３７の焼成前に行い、第２湾曲部４０ｄを形成する第２ステップはリング２７，３７の焼成後に行うことが、製造上の歩留まりを改善できる点で好ましい。但し、リング２７，３７の破損を防止できるならば、第１湾曲部４０ｃ及び第２湾曲部４０ｄを含む切込溝４０の形成工程を、リング２７，３７の焼成前又は焼成後に同時に行ってもよい。

（分割工程の概要）
図４Ａ及び図５Ａに示すように、分割工程では、リング２７，３７の径方向の対向位置に支持部材９０と加圧部材（図示せず）を配置し、加圧部材によって負荷Ｆを加えることで、リング２７，３７を２分割する。詳しくは、リング２７，３７の径方向において、一対の切込溝４０のうち、一方（下側）の形成位置の外周部２７ｂ，３７ｂに支持部材９０を配置し、他方（上側）の形成位置の外周部２７ｂ，３７ｂに加圧部材を配置する。支持部材９０はリング２７，３７の軸方向の長さＬ１以上の長さの支持面を有し、この支持面がリング２７，３７の軸方向に沿って配置される。この支持部材９０にはリング２７，３７を配置する溝を設けてもよい。加圧部材はリング２７，３７の軸方向の長さＬ１以上の長さの押圧部を有し、この押圧部がリング２７，３７の軸方向に沿って配置される。図４Ａ及び図５Ａに矢印で示すように、支持部材９０に近づく向きに加圧部材を移動させ、リング２７，３７に対して径方向の外側から内側に向けて負荷Ｆを加える。

負荷Ｆによる応力は、異なる曲率半径ｒ１，ｒ２の湾曲部４０ｃ，４０ｄのうち、小さい方の頂部に集中する。よって、小さい第２曲率半径ｒ２の第２湾曲部４０ｄの頂部Ｐを起点として、リング２７，３７に亀裂が生じる。この亀裂は、第２湾曲部４０ｄの頂部Ｐから第２面２７ｄ，３７ｄに沿って進むとともに、第２湾曲部４０ｄの頂部Ｐから切込溝４０を経て第１面２７ｃ，３７ｃに沿って進む。

図７Ａに示すように、第２面２７ｄ，３７ｄ側の亀裂Ｃ１は、第２湾曲部４０ｄの頂部Ｐから、支持位置（支持部材８０が当接した部分）又は加圧位置（負荷Ｆが加わった部分）に向けて不規則（非直線状）に進む。切込溝４０内の亀裂Ｃ２は、第２湾曲部４０ｄの頂部Ｐから第１湾曲部４０ｃに向けて不規則に進む。よって、亀裂Ｃ２は、第１湾曲部４０ｃの頂部以外の部分に到達する。図７Ｂに示すように、第１面２７ｃ，３７ｃ側の亀裂Ｃ３は、第１面２７ｃ，３７ｃ上に位置する第１湾曲部４０ｃの縁と亀裂Ｃ２との交点（第１湾曲部４０ｃの頂部以外の部分）から、支持位置又は加圧位置に向けて不規則に進む。

これによりリング２７，３７は、切込溝４０を起点として径方向外側へ不規則に破断され、２つに分割される。リング２７の分割によって、シート２０を構成する第１回転部材（第１分割体）２１Ａと第２回転部材（第２分割体）２１Ｂとが形成される。リング３７の分割によって、ワッシャ３０を構成する第１固定部材（第１分割体）３１Ａと第２固定部材（第２分割体）３１Ｂとが形成される。

このように、第１面２７ｃ，３７ｃ側に生じる亀裂の起点と、第２面２７ｄ，３７ｄ側に生じる亀裂の起点とは、リング２７，３７の周方向の位置が異なる。よって、回転部材２１Ａ，２１Ｂと固定部材３１Ａ，３１Ｂの両端に形成される分割面２２，３２は、曲率半径を同一とした切込溝と比較して、軸方向、周方向及び径方向の変位が多い。つまり、回転部材２１Ａ，２１Ｂは、不規則に変位した複雑な三次元形状の分割面２２を備え、固定部材３１Ａ，３１Ｂは、不規則に変位した複雑な三次元形状の分割面３２を備える。

シート２０とワッシャ３０の組付時には、三次元形状の分割面２２，３２によって、回転部材２１Ａ，２１Ｂ同士及び固定部材３１Ａ，３１Ｂ同士を正確に位置合わせできる。よって、回転軸２に対するシート２０とワッシャ３０の調心精度を効果的に向上できる。また、シート２０とワッシャ３０の摺接面２０ａ，３０ｂでの段差の発生を防止できる。そのため、このシート２０とワッシャ３０を用いたメカニカルシール１０の液漏れを効果的に抑制できる。

（第２実施形態）
図８は分割型摺動環（シート２０）を形成する第２実施形態の環体２６を示す。この図８に示すように、第２実施形態では、第１実施形態と同様の切込溝４０Ａ，４０Ｂを、リング２７の軸線を中心として、リング２７の非対称位置（つまり１８０度以外の角度位置）に設けた点で、第１実施形態と相違する。ワッシャの環体は、図８に示すシート２０の環体２６と同様に製造される。

内周部２７ａに切込溝４０Ａ，４０Ｂを形成する角度位置、つまりリング２７の軸線を中心とする切込溝４０Ａ，４０Ｂの配置角度θ２は、リング２７の内周部２７ａの半径Ｒ１と、回転軸２の半径Ｒ２とに基づいて設定される。具体的には、切込溝４０Ａ，４０Ｂの間隔Ｉが回転軸２の直径（２×Ｒ２）以上になるように、配置角度θ２は設定される。切込溝４０Ａ，４０Ｂの間隔Ｉとは、切込溝４０Ａ，４０Ｂを形成する内周部２７ａ上の２位置を直線で結んだ際の距離である。

このように、非対称位置に切込溝４０Ａ，４０Ｂを形成したリング２７を分割する場合でも、第１実施形態と同様に、支持部材９０と加圧部材はリング２７の対向位置（１８０度の位置）に配置され、支持部材９０に近づく向きに加圧部材が移動される。これにより、切込溝４０Ａ，４０Ｂを起点として発生した亀裂が内周部２７ａから外周部２７ｂに向けて進み、リング２７が破断（分割）される。

第１実施形態のように対向位置（対称位置）に設けた一対の切込溝４０では、図４Ａのように分割面が平行に位置するため、組付時の上下方向の位置ズレを完全に無くすのは困難である。しかし、図８の第２実施形態のように非対称位置に設けた切込溝４０Ａ，４０Ｂでは、分割面が平行に位置しないため、上下方向の位置ズレを確実に防止できる。よって、このリング２７によって形成した回転部材２１Ａ，２１Ｂを回転軸２に配置する場合、これら分割面２２の位置合わせを高精度に行えるため、調心精度を更に向上できる。

（第３実施形態）
図９Ａ，９Ｂは分割型摺動環（シート２０）を形成する第３実施形態の環体２６を示す。図９Ａに示すように、第３実施形態では、切込溝４０の近傍に補助溝４２を設けた点で、第１実施形態と相違する。ワッシャの環体は、図９Ａに示すシート２０の環体２６と同様に製造される。一対の切込溝４０の配置角度θ２は、第２実施形態と同様に１８０度以外としてもよい。切込溝４０は、第１実施形態と同様に、異なる曲率半径ｒ１，ｒ２の第１湾曲部と第２湾曲部を備える方が好ましいが、先端の曲率半径が一様な湾曲部（連続部）を備えていてもよい。

図９Ｂを併せて参照すると、補助溝４２は、係止溝２５が形成された第１面２７ｃに形成され、摺接面２０ａを含む第２面２７ｄには形成されていない。補助溝４２は、第１面２７ｃから第２面２７ｄに向けて窪み、内周部２７ａから外周部２７ｂにかけて断面Ｖ字状に貫通している。

内周部２７ａ上に位置する補助溝４２の内端は、切込溝４０の形成位置上に配置されている。外周部２７ｂ上に位置する補助溝４２の外端は、リング２７の中心と切込溝４０を結ぶ径方向の仮想線（図示せず）に対して、周方向に離れて配置されている。つまり、補助溝４２は、前述の仮想線に対して傾斜している。本実施形態の補助溝４２は、内周部２７ａから外周部２７ｂに向けて右側へ傾斜した直線状であるが、逆向きに傾斜されてもよい。

シート２０の回転部材２１Ａ，２１Ｂは、第１実施形態と同様の切込溝形成工程、補助溝形成工程、及び第１実施形態と同様の分割工程を、この順でリング２７に施すことで製造される。補助溝形成工程では、例えば切削加工によって第１面２７ｃに補助溝４２が形成される。

リング２７を分割する場合、支持部材９０と加圧部材が第１実施形態と同様に配置され、支持部材９０に互いに近づく向きに加圧部材が移動される。これにより、切込溝４０を起点として発生した亀裂が補助溝４２に沿って進み、リング２７が破断（分割）される。

曲率半径が異なる第１湾曲部と第２湾曲部を備える切込溝４０の場合、負荷Ｆによる応力が第２湾曲部の頂部に集中し、その頂部を起点として発生した亀裂が、第２面２７ｄに沿って進むとともに、切込溝４０の連続部を経て第１面２７ｃに進む。第１面２７ｃ側の亀裂は、第１湾曲部から補助溝４２の底（頂部）に沿って進む。第２湾曲部が位置する第２面２７ｄの亀裂は、基本的には第２湾曲部の頂部から加圧位置に向かうが、第１面２７ｃ側の亀裂に誘導されて周方向に変位しながら進む。

曲率半径が一様な湾曲部を備える切込溝４０の場合、リング２７の軸方向に沿った切込溝４０の底（連続部）に応力が集中し、連続部を起点として発生した亀裂が補助溝４２の底（頂部）に沿って進む。但し、補助溝４２が無い第２面２７ｄの亀裂は、第１面２７ｃ側の亀裂に誘導されつつ、不規則に変位しながら進む。

このように、補助溝４２を備えるリング２７では、負荷Ｆによる亀裂が切込溝４０から補助溝４２に誘導されるため、形成される分割面２２の軸方向、周方向及び径方向の変位が大きくなる。よって、回転部材２１Ａ，２１Ｂを回転軸２に配置する際、複雑な三次元形状の分割面２２によって、回転部材２１Ａ，２１Ｂを高精度に位置合わせできるため、調心精度を向上できる。

（第４実施形態）
図１０は分割型摺動環（シート２０）を形成する第４実施形態の環体２６を示す。図１０に示すように、第４実施形態では、補助溝４２の内端を切込溝４０に対して周方向に間隔をあけて設けた点で、第３実施形態と相違する。補助溝４２の内端と外端は、切込溝４０に対して周方向の同じ方に間隔をあけて配置されている。補助溝４２はリング２７の径方向に延びている。

（第５実施形態）
図１１は分割型摺動環（シート２０）を形成する第５実施形態の環体２６を示す。図１１に示すように、第５実施形態では、リング２７の中心と切込溝４０を結ぶ径方向の仮想線（図示せず）に対して、補助溝４２を平行に設けた点で、第３実施形態と相違する。補助溝４２の内端と外端は、第４実施形態と同様に、切込溝４０に対して周方向の同じ方に間隔に間隔をあけて配置されている。

図１０に示す第４実施形態、及び図１１に示す第５実施形態においても、ワッシャの環体は、シート２０の環体２６と同様に製造される。また、一対の切込溝４０の配置角度θ２は、第２実施形態と同様に１８０度以外としてもよい。切込溝４０は、第１実施形態と同様に、異なる曲率半径ｒ１，ｒ２の第１湾曲部と第２湾曲部を備える方が好ましいが、先端の曲率半径が一様な湾曲部（連続部）を備えていてもよい。そして、第４実施形態と第５実施形態の環体では、第３実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

なお、本発明の分割型摺動環の製造方法及び分割型摺動環用環体は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。

例えば、切込溝４０は、リング２７，３７の外周部２７ｂ，３７ｂに設けてもよい。また、一方の切込溝４０を内周部２７ａ，３７ａに設け、他方の切込溝４０を外周部２７ｂ，３７ｂに設けてもよい。切込溝４０の形成位置に拘わらず、リング２７，３７を分割する際の負荷Ｆは、外周部２７ｂ，３７ｂに加えてもよいし、内周部２７ａ，３７ａに加えてもよい。内周部２７ａ，３７ａに負荷Ｆを加える場合、支持部材９０も内周部２７ａ，３７ａに配置する。

支持部材９０は、リング２７，３７に対して２以上配置してもよい。この場合、２以上の支持部材９０の配置は、切込溝４０と対応する位置に限られず、リング２７，３７を安定状態で配置できる構成であれば、必要に応じて変更が可能である。また、支持部材９０の代わりに加圧部材を用い、リング２７，３７に対して２以上の位置から放射状に負荷Ｆを加えて、リング２７，３７を分割してもよい。

第１湾曲部４０ｃと第２湾曲部４０ｄの形成は、レーザ加工に限られず、一面側と他面側とで異なる曲率の湾曲部を形成可能な方法であれば、必要に応じて変更が可能である。補助溝４２の形成は、切削加工に限られず、第１面から第２面に向けて窪み、内周部から外周部にかけて貫通する溝を形成可能な方法であれば、必要に応じて変更が可能である。

一対の切込溝４０のうち、一方と他方の第１湾曲部４０ｃの第１曲率半径ｒ１は、上記設定範囲内で異なっていてもよいし、一方と他方の第２湾曲部４０ｄの第２曲率半径ｒ２は、上記設定範囲内で異なっていてもよい。係止溝２５，３５が形成された第１面２７ｃ，３７ｃに第２湾曲部４０ｄを形成し、摺接部２０ａ，３０ａが形成された第２面２７ｄ，３７ｄに第１湾曲部４０ｃを形成してもよい。

本発明の分割型摺動環は、シートホルダ１２、シート２０、ワッシャ３０、シールカバー５０、留め金６０、押金７０、及びプレート７５の全てを周方向に２分割した全分割型メカニカルシールに限られず、シート２０、ワッシャ３０、及びシールカバー５０だけを２分割したメカニカルシールに用いてもよい。また、シートホルダ１２、シールカバー５０、留め金６０、押金７０、及びプレート７５を一体型（非分割）としたメカニカルシールに用いてもよいし、シート２０及びワッシャ３０のうちの一方も一体型（非分割）としてもよい。しかも、メカニカルシールの態様は、インサイド型に限られず、アウトサイド型であってもよい。

１…ケーシング
１ａ…ボルト穴
２…回転軸
１０…メカニカルシール
１２…シートホルダ
１３Ａ…第１保持部材
１３Ｂ…第２保持部材
１４…分割面
１５…セットボルト
１６…取付凹部
１７…ピン
２０…シート（分割型摺動環）
２０ａ…摺接面（摺接部）
２１Ａ…第１回転部材（第１分割体）
２１Ｂ…第２回転部材（第２分割体）
２２…分割面
２３…段部
２４…シール部材
２５…係止溝
２６…環体（分割型摺動環用環体）
２７…リング
２７ａ…内周部
２７ｂ…外周部
２７ｃ…第１面
２７ｄ…第２面
３０…ワッシャ（分割型摺動環）
３０ａ…凸部（摺接部）
３０ｂ…摺接面
３１Ａ…第１固定部材（第１分割体）
３１Ｂ…第２固定部材（第２分割体）
３２…分割面
３３…段部
３４…シール部材
３５…係止溝
３６…環体（分割型摺動環用環体）
３７…リング
３７ａ…内周部
３７ｂ…外周部
３７ｃ…第１面
３７ｄ…第２面
４０，４０Ａ，４０Ｂ…切込溝
４０’…仮溝
４０ａ…傾斜部
４０ｂ…連続部
４０ｃ…第１湾曲部
４０ｄ…第２湾曲部
４２…補助溝
４５…シール面
５０…シールカバー
５１…貫通孔
５２…封止液室
５３Ａ…第１カバー部材
５３Ｂ…第２カバー部材
５４…分割面
５５…ボルト
６０…留め金
６１Ａ…第１連結部材
６１Ｂ…第２連結部材
６２…分割面
６３…ボルト
６４…ボルト
７０…押金
７１Ａ…第１押圧部材
７１Ｂ…第２押圧部材
７２…分割面
７３…ボルト
７５…プレート
７６Ａ…第１プレート部材
７６Ｂ…第２プレート部材
７７…分割面
８０…ドライブピン
８１…係止部
８３…コイルスプリング
９０…支持部材
ｒ１…第１曲率半径
ｒ２…第２曲率半径
Ｆ…負荷

Claims (7)

1. メカニカルシールに用いられる分割型摺動環の製造方法であって、
   円環状のリングの内周部又は外周部に、前記リングの径方向に窪み、前記リングの軸方向の第１面から第２面にかけて貫通する切込溝を、前記リングの周方向に間隔をあけて２箇所に設ける切込溝形成工程と、
   前記リングに対して径方向の外側又は内側から負荷を加え、前記切込溝を起点とした不規則な形状の分割面を両端に有する第１分割体と第２分割体に前記リングを分割する分割工程と
   を備え、
   前記切込溝形成工程では、前記切込溝の先端に、前記第１面の方に位置する第１曲率半径の第１湾曲部と、前記第２面の方に位置し、前記第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径の第２湾曲部とを形成する、分割型摺動環の製造方法。
2. 前記第２面には、他の摺動環と摺接される摺接部が形成されている、請求項１に記載の分割型摺動環の製造方法。
3. 前記切込溝形成工程では、前記切込溝を前記リングの非対称位置に設ける、請求項１又は２に記載の分割型摺動環の製造方法。
4. 前記分割工程の前に、前記第１面の前記切込溝近傍に、前記第１面から前記第２面に向けて窪み、前記リングの内周部から外周部にかけて貫通する補助溝を設ける補助溝形成工程を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の分割型摺動環の製造方法。
5. メカニカルシールに用いられる分割型摺動環の製造方法であって、
   円環状のリングの内周部又は外周部に、前記リングの径方向に窪み、前記リングの軸方向の第１面から第２面にかけて貫通する切込溝を、前記リングの周方向に間隔をあけて２箇所に設ける切込溝形成工程と、
   前記第１面の前記切込溝近傍に、前記第１面から前記第２面に向けて窪み、前記リングの内周部から外周部にかけて貫通する補助溝を設ける補助溝形成工程と、
   前記リングに対して径方向の外側又は内側から負荷を加え、前記切込溝を起点とした不規則な形状の分割面を両端に有する第１分割体と第２分割体に前記リングを分割する分割工程と
   を備える、分割型摺動環の製造方法。
6. メカニカルシールに用いられる分割型摺動環を製造するための環体であって、
   円環状のリングの内周部又は外周部の周方向へ間隔をあけた２箇所に設けられ、前記リングの径方向に窪み、前記リングの軸方向の第１面から第２面にかけて貫通する切込溝を備え、
   前記切込溝の先端に、前記第１面の方に位置する第１曲率半径の第１湾曲部と、前記第２面の方に位置し、前記第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径の第２湾曲部とを有する、分割型摺動環用環体。
7. メカニカルシールに用いられる分割型摺動環を製造するための環体であって、
   円環状のリングの内周部又は外周部の周方向へ間隔をあけた２箇所に設けられ、前記リングの径方向に窪み、前記リングの軸方向の第１面から第２面にかけて貫通する切込溝と、
   前記第１面の前記切込溝近傍に設けられ、前記第１面から前記第２面に向けて窪み、前記リングの内周部から外周部にかけて貫通する補助溝と
   を備える、分割型摺動環用環体。

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