JPH0293173A - フローティングシート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はメカニカルシールリングのフローティングシー
トの改良に係り、更に詳しくは、摺動面部分を耐摩耗性
に優れた材料で、本体部分をある程度の強度を有する安
価な材料で構成された２個の部材を組合せ、溶接により
一体構造とした耐久性に優れた安価なフローティングシ
ートに関する。

（従来技術） フローティングシートは第５図の断面図、第６図の組付
は図に示すように、回転しない軸１３に固定されたカラ
ー１０に○リング１２ａを介してフローティングシート
１ａは軸１３に浮いた状態で固定され、一方これと左右
対称に回転するブツシュ１１にＯリング１２ｂを介して
フローティングシート１ｂは軸１３に浮いた状態で固定
され、フローティングシート１ａと１ｂの摺動面７ａと
７ｂが面圧をもって接し相対的に回転し摺動することに
より密封作用をなし、外部からの流体等の侵入もしくは
内部からの流体等の洩れを防止する。

このように、摺動面７は高い耐摩耗性が要求され、特に
摺動面の摩擦面間に泥や土砂等の硬い異物質粒子が介在
した場合に生ずる微小な切削作用によるアブレッシング
摩耗に対する耐摩耗性が要求されるフローティングシー
トにおいては、摺動面部は高い耐摩耗性が要求されるが
、その他の本体部分のＱリング保持部８は０リングを介
して固定された状態で、使用中の負荷に耐えて変形しな
い程度の強度があれば足れることになる。従って、摺動
面部だけを耐摩耗性に優れた材種を選定すればよいこと
になる。

しかしながら、従来のフローティングシートは第１表に
示すような耐摩耗材でその材質に合った製造方法によっ
て、フローティングシート全体を作るのが殆どである。

摺動面に要求される耐摩耗性材料は一般に高硬度であり
、加えて金属組織中に炭化物が微細に分散しているため
、素形化及び機械加工性が極めて困難である。−例とし
て優れた耐摩耗性材料として古くから使用されているＣ
　ｒ　−Ｍ　ｏ鋳鉄につい第１表 ては鋳造による単一材料での素形化が最も一般的である
が、材質的に高価であること、素形化及び機械加工性が
極めて困難であること、又、収縮巣が発生しやすいこと
で鋳造コストが比較的高いため、フローティングシート
全体を同一材料で作ることはコスト高になる問題点があ
った。

この対応策として、近年他材質への置換及び製造方法の
見直しが積極的になされてし）る。−例として、フロー
ティングシートの性能を摺動面部分と本体部分に分け、
それぞれの要求性能に見合った材料を組合せて使用する
ことも行われてｔ）る。

一 本体部分を比較的安価な炭素鋼や低合金材で作り、摺動
面部分にＣＯ合金（ステライト）を盛金したフローティ
ングシートがあるが、盛金用材料が従来金属材料より高
価であること、又、盛金コストが鋳造成いは鍛造に比較
して高いことから、単一材料のフローティングシートに
対して価格対比性能で決して優れたものとはいえないと
いう問題があった。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上述の問題点に鑑みなされたもので、アブレ
ッシング摩耗下において、従来製品と同等以上のシール
性能、耐久性を有するフローティングシートをより安価
に提供することを目的としている。

上述の目的を達成するため、本発明者らは種々実験開発
を積み重ねた結果から得られた知見に基づき、従来から
使用され信頼性も高いＣｒ　−Ｍ　。

材と５ＫＤＩＩ材を摺動面部の材料に選定し、鋳造法で
製造したＣ　ｒ　−Ｍ　ｏ鋳鉄又は冷間鍛造法で製造し
た５ＫＤ１１材で耐摩耗性に優れた摺動面部分を構成し
、摺動面部分以外をある程度の強度を有し安価な加工性
のよい８４５Ｇの炭素鋼管を切断機械加工又は板金プレ
ス加工により構成した本体部分と組合せ抵抗溶接或いは
レーザー溶接等により一体構造とすることにより得られ
たことを特徴としている。

抵抗溶接は、２個の金属材料の溶接面を突合せまたは重
合わせて加圧し、且つ、通電しつつ圧接触子溶接する溶
接法であるが、かかる抵抗溶接によれば数サイクル（数
分の１秒程度）の短時間で極めて良好な溶接が、特に異
種金属の間においても充分に達成され、溶接箇所におけ
る熱歪等の影響を回避することができる。更に、溶接部
分が完全に再結晶化するため振動、加圧、引張り及びね
じれの強度も強く、寸法は均一で高精度が得られる。

その上、溶接のための前処理や後処理が不要のため作業
工程が大巾に短縮される特徴を有する。

一方、レーザー溶接も、高出力ＣＯ２レーザーを利用し
たもので、エネルギー密度が高く短時間加熱ですむこと
、局部的に加熱し周囲への熱影響が殆どなく熱変形が少
なく、高温による材質劣化や歪を招くことが避けられる
等の優れた特徴を有しているものである。

尚、本発明の抵抗溶接やレーザー溶接の他、摩擦溶接又
は電子ビームによる溶接法でも同様の接合が可能であり
、はぼ同等の効果が得られ使用に耐え得るフローティン
グシートが得られたことは確認されている。

（実施例） 以下、本発明を添付の図面を参照し説明する。

第１実施例 第１図に本発明のフローティングシートの接合前の状態
を示す断面図、第２図に第１図の接合部の拡大断面図、
第３図に接合後の断面図、第４図に加工完成後のフロー
ティングシートの断面図を示す。

摺動リング３をＣｒ−Ｍｏ鋳鉄（ＲＣＭＩ：　　Ｃ３，
４６％、Ｓｉ０．９１％、Ｍｎ０．５８％、Ｐｏ、０２
６％、　Ｓ　　Ｏ，０１８％、Ｃｒ１７．１２％、Ｍｏ
２．２８％、Ｖ　Ｏ，５９％）及び５ＫＤ１１（Ｃ１，
４−１，８％、ＳＬ　０．４％以下、Ｍｎ０゜５％以下
、Ｐｏ、０３％以下、Ｓ　　Ｏ，０３％以下、Ｃｒ１ｌ
−１８％、Ｍｏ　　０．８−１．２％、ｖ　０゜２〜０
．５％）を用いて鋳造及び鍛造後機械加工によって構成
し、スカートリング２を８４５Ｇ機械構造用炭素鋼管を
切断機械加工により構成し、得られた摺動リング３とス
カートリング２を第１図のように組合せ、プロジェクシ
ョン溶接（抵抗溶接）により接合し第３図に示すように
一体構造とした後、機械加工により第４図に示すフロー
ティングシートを得た。

抵抗溶接は上下から加圧する空気圧は１，５００−１　
、８００　Ｋｇｆ／ｃｍ２で、プロジェクション溶接電
流は５０，０００〜６０，０ＯＯＡ、電流密度４５０〜
５５０　Ａ／ｍｍ２、通電時間は０．１５〜０゜２秒で
行なった。

スカートリング２と摺動リング３との接合面の形状は、
プロジェクション溶接の電流密度を上げ、必要溶接強度
を確保しパリ、スパッタ等の悪影響を避ける目的で、第
２図に示すように、摺動リング３の内周面にインロ一部
４が、スカートリング２にはインロ一部４に嵌合する段
部５と摺動リング３の端面に接する段部６の２段からな
る段部が設けられている。

異種材料からなるスカートリング２と摺動リング３との
接合は、テストの結果では下記の条件によった場合良好
な接合が得られた。

インロ一部４と段部５との嵌合は、しまりばめは不可で
少なくとも０．０５〜０．１０ｍｍの嵌合隙間ｔ１を確
保する。スカートリング２と摺動リング３の夫々の上下
両端面間の平行度は０．２ｍｍ以内、接合面の面粗度も
５０μｍ以内とする。スカートリング２と摺動リング３
の接合端面間の隙間ｔ２は０．５±０　、１　ｍｍ、イ
ンロ一部の両端面間の隙間ｔ、は０．０６−０．１０＋
＋ｕｎと１２＜１３とし、溶接待隙間ｔ２がＯになった
時点においても隙間ｔ３が確保できるようにする。

第８図にＣｒ−Ｍｏ鋳鉄（ＲＣＭＩ）と８４５Ｇ、第９
図に５ＫＤＩＩと８４５Ｇとの組合せによる接合部分の
金属顕微鏡組織写真（Ｘ　５０）を示す。

金属顕微鏡組織写真から明らかなように、両金属間に合
金層（白色部）が形成されており完全に溶着接合されて
いることが認められる。

第２実施例 第７図に第１実施例と同様に得られたスカートリング２
と摺動リング３を組合せレーザー溶接により接合し一体
構造とした実施例を示す。

摺動リング３に設けられたインロ一部４にスカートリン
グ２を圧入し組立てたフローティングシートを回転させ
ながら、３Ｋｗ　Ｃ○２レーザー装置により、レーザー
出力ＩＫｗ、シールドガスとしてアルゴンガスを用いて
、溶接速度３　ｃｍ／ｓｅｅで溶接を行なった。

次に、本発明によるフローティングシートの溶接強度試
験を行なった。

第１０図に示すように、第１実施例の抵抗溶接及び第２
実施例のレーザー溶接によって得られたフローティング
シートと同一条件により作成した摺動リング３′と、ス
カートリングの一面に蓋１４を一体に円筒状に構成され
たスカートリング２′と組合せ、抵抗溶接とレーザー溶
接により接合して一体構造とした試験片を作成し、治具
１５に摺動リング３′を引っ掛けて装着し、３０ｔｏｎ
竪型油圧圧縮試験機を用い、加圧体１６を介して荷重Ｐ
をかけ破断した時の荷重Ｐをもって溶接強度とした。

なお、比較材として従来のＣｒ　−Ｍ　ｏ鋳鉄及び５Ｋ
ＤＩＩ材からなる一体形の試験片を作成し同様の強度試
験を行なった。

試験結果、本発明の抵抗溶接及びレーザー溶接による溶
接強度はいずれもＣｒ　−Ｍ　ｏ鋳鉄と８４５０材の組
合せで２５〜３　Ｑ　Ｋｇｆ／ｍｍ２．５ＫＤＩｌ材と
８４５Ｃ材の組合せで３０〜３５　Ｋｇｆ／ｌ１ｍ２で
あり、比較材の一体形の溶接強度は３０〜３８Ｋｇｆ／
ｍｍ２でありほぼ同等の強度が得られたことが確認され
た。

（効果） 本発明のフローティングシートの本体部分を比較的安価
である程度の強度をもつ材料で、摺動面部分のみを耐摩
耗性に優れた材料で構成した２個の部材を抵抗溶接等に
よって接合して一体構造としたことにより、耐摩耗性、
耐久性に優れたフローティングシートが安価に提供でき
た実用上の効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図　本発明の第１実施例のフローティングシートの
接合前の状態を示す断面図 第２図　第１図の接合部の拡大断面図 第３図　接合後の状態を示す断面図 第４図　加工後のフローティングシートの断面図 第５図　従来のフローティングシートの断面図第６図　
フローティングシートの組付は説明図第７図　第２の実
施例のフローティングシートの断面図 第８図　溶接部の顕微鏡金属組織写真（Ｘ５０）第９図
　溶接部の顕微鏡金属組織写真（Ｘ５０）第１０図　溶
接強度試験方法を示す説明図１：フローティングシート

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、メカニカルシール用のフローティングシート（１）
   において、本体部分のスカートリング（２）を安価な、
   ある程度の強度を有する炭素鋼や低合金鋼等の材料で構
   成し、摺動面部分の摺動リング（３）を耐摩耗性に優れ
   た合金鋼等の材料で構成し、スカートリング（２）と摺
   動リング（３）を組合せ溶接により接合して一体構造と
   したことを特徴とするフローティングシート。 ２、請求項１記載の溶接が抵抗溶接或いはレーザー溶接
   等によることを特徴とするフローティングシート。