JPH047400Y2 - - Google Patents

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JPH047400Y2
JPH047400Y2 JP6112488U JP6112488U JPH047400Y2 JP H047400 Y2 JPH047400 Y2 JP H047400Y2 JP 6112488 U JP6112488 U JP 6112488U JP 6112488 U JP6112488 U JP 6112488U JP H047400 Y2 JPH047400 Y2 JP H047400Y2
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sliding
ceramic coating
spiral
sealing
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Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は、メカニカルシール用摺動部材に関
し、特に密封摺動面に流体力学的なポンピング作
用を営むスパイラル相を設けたものに関する。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a sliding member for a mechanical seal, and more particularly to one in which a spiral phase that performs a hydrodynamic pumping action is provided on the sealing sliding surface.

(従来の技術) 従来から、メカニカルシールの摺動部材とし
て、耐摩耗性に優れたセラミツクスの適用が検討
されている。セラミツクスは、耐摩耗性、高硬度
の故に加工が難しく、また靱性が金属材料等と比
較して低いために破損しやすいという欠点があ
る。
(Prior Art) The application of ceramics, which have excellent wear resistance, as sliding members of mechanical seals has been considered. Ceramics have the disadvantage of being difficult to process due to their wear resistance and high hardness, and being easily damaged due to their low toughness compared to metal materials.

このようなセラミツクスの欠点をカバーし、そ
の長所を活かすために、加工性のよい基材表面に
セラミツクスコーテイングを施し、加工性に優
れ、しかも耐摩耗性を向上させる対策もなされて
いる(たとえば特公昭48−21724号公報参照)。
In order to cover these drawbacks of ceramics and take advantage of its strengths, measures have been taken to apply ceramic coating to the surface of base materials that have good workability and improve wear resistance (for example, (See Publication No. 48-21724).

(考案が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来技術にあつて
は、一般にセラミツクスコーテイングは緻密であ
るために、摺動面間に流体による潤滑膜が十分形
成されず、摺動面の摩耗が進んでしまうという問
題があつた。
(Problem to be solved by the invention) However, in the case of such conventional technology, since the ceramic coating is generally dense, a lubricating film by fluid is not sufficiently formed between the sliding surfaces, and the sliding surfaces are There was a problem with accelerated wear.

すなわち、通常の摺動部材にあつては摺動面に
は適度に微細な凹凸が存在しており、凹部が「液
だめ」として機能して流体の潤滑膜形成を補助し
ている。
That is, in the case of a normal sliding member, there are moderately fine irregularities on the sliding surface, and the recesses function as "liquid reservoirs" to assist the formation of a lubricating film of fluid.

ところが、セラミツクスコーテイングをした場
合には、組織が緻密であるために、摺動面が平滑
で凹凸が無く、流体を保持する「液だめ」が十分
に形成されない。このことが潤滑膜の形成を阻害
し、固体接触による摩耗が進行してしまうものと
考えられる。
However, when ceramic coating is used, the structure is dense, so the sliding surface is smooth and has no irregularities, and a "liquid reservoir" for holding fluid is not formed sufficiently. It is thought that this inhibits the formation of a lubricating film, and that wear due to solid contact progresses.

また、メカニカルシールの密封性能を向上させ
るために、密封摺動面に流体力学的なポンピング
作用を営むねじ溝等のスパイラル相を付与するこ
とがなされている。スパイラル相を付与する方法
としては種々あるが、いずれも高度な技術を要
し、このようなセラミツクスコーテイングを施し
た摺動部材にスパイラル相を付与することは困難
であつた。
Furthermore, in order to improve the sealing performance of mechanical seals, a spiral phase such as a thread groove that performs a hydrodynamic pumping action is provided on the seal sliding surface. Although there are various methods for imparting a spiral phase, all of them require advanced techniques, and it has been difficult to impart a spiral phase to a sliding member coated with such a ceramic coating.

本考案は、上記した従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところ
は、セラミツクスコーテイングの緻密で耐摩耗性
の高い特質を生かしつつ、摺動部における流体の
潤滑膜を効率よく形成でき、しかも簡単な構成で
流体力学的なポンピング機能を果たし得るメカニ
カルシール用摺動部材を提供することにある。
The present invention was devised to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to take advantage of the dense and highly wear-resistant characteristics of ceramic coating, while also creating a lubricating film for fluid on sliding parts. It is an object of the present invention to provide a sliding member for a mechanical seal that can be efficiently formed and that can perform a hydrodynamic pumping function with a simple configuration.

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本考案にあつて
は、軟質の基材にセラミツクスコーテイングを施
した密封摺動面を構成するメカニカルシール用摺
動部材において、セラミツクスコーテイングに基
材の地肌が露出する露出部をスパイラル形状に配
して成ることを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, in the present invention, a sliding member for a mechanical seal constituting a sealing sliding surface in which a soft base material is coated with ceramics. The coating is characterized by having an exposed portion where the skin of the base material is exposed in a spiral shape.

(作用) 而して、セラミツクスコーテイングされた密封
摺動面に露出するスパイラル形状の基材露出部
が、摺動面に摩耗してセラミツクスコーテイング
に対して凹部となつて「液だめ」として機能す
る。この「液だめ」によつて摺動面間の流体潤滑
膜の形成が促進され、良好な潤滑性能が得られ
る。
(Function) As a result, the spiral-shaped exposed portion of the base material exposed to the ceramic-coated sealing sliding surface wears against the sliding surface and becomes a recess against the ceramic coating, functioning as a "liquid reservoir." . This "liquid reservoir" promotes the formation of a fluid lubricant film between sliding surfaces, resulting in good lubrication performance.

また、基材露出部がスパイラル形状となつてい
ることから、摺動時にポンピング作用をしてシー
ル性が向上する。
Furthermore, since the exposed portion of the base material has a spiral shape, it has a pumping effect when sliding, improving sealing performance.

(実施例) 以下に本考案を図示の実施例に基づいて説明す
る。本考案の一実施例に係るメカニカルシール用
摺動部材を示す第1図および第2図において、1
は摺動部材全体を示しており、概略軟質の基材と
してのカーボン基材2と、このカーボン基材2表
面にコーテイングされたセラミツクスコーテイン
グ層3とから構成されている。
(Example) The present invention will be explained below based on the illustrated example. In FIGS. 1 and 2 showing a sliding member for a mechanical seal according to an embodiment of the present invention, 1
1 shows the entire sliding member, which is generally composed of a carbon base material 2 as a soft base material, and a ceramic coating layer 3 coated on the surface of the carbon base material 2.

カーボン基材2は円筒状部材で、その一端面が
密封摺動面Sとなつており、少なくとも、この密
封摺動面Sにセラミツクスコーテイング層3が設
けられている。セラミツクスとしては、本実施例
では、SiC(炭化ケイ素)が用いられているが、
その他TiC(炭化チタン)等の炭化物、Al2O3(配
化アルミニウム)等の酸化物、AlN(窒化アルミ
ニウム)等の窒化物、TiB2(硼化チタン)等の硼
化物等の種々のものが適用され得る。また、基材
としても、カーボンに限るものではなく、その他
樹脂材料、金属材料等を用いてもよい。
The carbon base material 2 is a cylindrical member, one end surface of which is a sealing sliding surface S, and at least this sealing sliding surface S is provided with a ceramic coating layer 3. In this example, SiC (silicon carbide) is used as the ceramic.
Other various substances such as carbides such as TiC (titanium carbide), oxides such as Al 2 O 3 (aluminum oxide), nitrides such as AlN (aluminum nitride), and borides such as TiB 2 (titanium boride) may be applied. Further, the base material is not limited to carbon, and other resin materials, metal materials, etc. may also be used.

このカーボン基材2の密封摺動面を構成するセ
ラミツクスコーテイング層3には、カーボン基材
2がスパイラル形状に露出する基材露出部4が設
けられている。この例ではインペラ型のスパイラ
ル形状となつている。したがつて、密封摺動面S
は、緻密で硬質のセラミツクスコーテイング層3
表面と、基材露出部4表面の2相で構成されるこ
とになる。
The ceramic coating layer 3 constituting the sealed sliding surface of the carbon base material 2 is provided with a base material exposed portion 4 in which the carbon base material 2 is exposed in a spiral shape. In this example, it has an impeller-type spiral shape. Therefore, the sealing sliding surface S
is a dense and hard ceramic coating layer 3
It is composed of two phases: the surface and the surface of the base material exposed portion 4.

基材露出部4のスパイラル形状としては、イン
ペラ型の他に、第4図に示されるようなうず巻き
型にしてもよく、他の構造としてもよい。要する
に密封摺動時に流体力学的なポンピング作用を果
たし得る種々の形状を選択し得る。
The spiral shape of the base material exposed portion 4 may be a spiral shape as shown in FIG. 4 in addition to an impeller shape, or may have another structure. In short, various shapes can be selected that can perform a hydrodynamic pumping action during sealing sliding.

上記構成のメカニカルシール用摺動部材にあつ
ては、メカニカルシールのシートリングあるいは
従動リングに適用され、密封摺動面Sが他の部材
10と互いに密封接触して相対的に回転摺動す
る。そして、2部材1,10間の摺動によつてカ
ーボンより成る基材露出部4が摩耗し、第3図b
に示されるようにセラミツクスコーテイング層3
表面に対して凹部5となり、基材露出部4の形状
に倣つたスパイラル状の凹溝が構成される。
The sliding member for a mechanical seal having the above structure is applied to a seat ring or a driven ring of a mechanical seal, and the sealing sliding surface S is in sealing contact with another member 10 and rotates and slides relative to the other member 10. Then, due to the sliding between the two members 1 and 10, the base material exposed portion 4 made of carbon is worn out, and as shown in FIG.
Ceramic coating layer 3 as shown in
A concave portion 5 is formed on the surface, and a spiral concave groove following the shape of the base material exposed portion 4 is formed.

したがつて摺動面間に浸入してきたオイル等の
密封流体は基材露出部4の凹部5に保持され、基
材露出部4が「液だめ」として機能し、摺動面間
に流体の潤滑膜Fが形成されることを促進する。
また、摩耗したカーボン基材2の摩耗粉も摺動面
間に介在して固体潤滑剤として機能する。したが
つて、緻密で硬質のセラミツクスコーテイング層
3の耐摩耗性を相俟つて密封摺動面の摩耗が大幅
に低減され、長寿命化を図ることができる。
Therefore, the sealing fluid such as oil that has entered between the sliding surfaces is retained in the recess 5 of the exposed base portion 4, and the exposed base portion 4 functions as a "liquid reservoir" to prevent fluid from flowing between the sliding surfaces. This promotes the formation of a lubricating film F.
Moreover, the abrasion powder of the worn carbon base material 2 is also interposed between the sliding surfaces and functions as a solid lubricant. Therefore, together with the abrasion resistance of the dense and hard ceramic coating layer 3, the abrasion of the sealing sliding surface is significantly reduced, and the service life can be extended.

さらに、「液だめ」として機能する基材露出部
4は、密封摺動面間に漏出する密封流体をポンピ
ング作用によつて流体力学的に押し戻すことにな
り、シール性能を向上させることができる。
Furthermore, the exposed base portion 4, which functions as a "liquid reservoir", hydrodynamically pushes back the sealing fluid leaking between the sealing sliding surfaces by a pumping action, thereby improving the sealing performance.

つぎに、上記構成のメカニカルシール用摺動部
材の製造方法について第5図a乃至cを参照して
説明する。
Next, a method for manufacturing the mechanical seal sliding member having the above structure will be described with reference to FIGS. 5a to 5c.

まず、第5図aに示されるように、NC工作機
械等を用いてカーボン基材2の密封摺動面側端面
にスパイラル形状の凸部6を加工しておく。凸部
6の突出量は、この実施例では50〜1000〔μ〕程
度に設定している。
First, as shown in FIG. 5a, a spiral-shaped convex portion 6 is machined on the end face of the carbon base material 2 on the sealing sliding surface side using an NC machine tool or the like. In this embodiment, the amount of protrusion of the convex portion 6 is set to about 50 to 1000 [μ].

つぎに第5図bに示すように、カーボン基材2
の表面にセラミツクスコーテイング3を施す。本
実施例ではセラミツクスコーテイングの方法は
CVD法(化学蒸着法)が用いられている。CVD
法は高純度で緻密なコーテイング層を得ることが
でき、またコーテイングの密着性がきわめてよい
ことから好適である。コーテイング層3の膜厚
が、本実施例では50〜1000〔μ〕程度としている。
Next, as shown in FIG. 5b, the carbon base material 2
Ceramic coating 3 is applied to the surface of. In this example, the ceramic coating method is
CVD method (chemical vapor deposition method) is used. CVD
This method is suitable because it allows a highly pure and dense coating layer to be obtained, and the adhesion of the coating is extremely good. The thickness of the coating layer 3 is approximately 50 to 1000 [μ] in this embodiment.

次いで、第5図cに示すように、セラミツクス
コーテイング層3を、カーボン基材2の凸6が露
出するまで平滑に研摩して摺動面Sを形成する。
このようにして、摺動面Sにはセラミツクスコー
テイング層3とカーボン基材2との2相構成に構
成される。
Next, as shown in FIG. 5c, the ceramic coating layer 3 is polished smoothly until the protrusions 6 of the carbon base material 2 are exposed to form a sliding surface S.
In this way, the sliding surface S has a two-phase structure of the ceramic coating layer 3 and the carbon base material 2.

このように、成形加工が容易なカーボン基材2
に予じめスパイラル形状の凸部6を形成するの
で、スパイラル形状は任意に選択でき、しかも再
現性があり、シール性能も均質に製造することが
できる。
In this way, the carbon base material 2 is easy to mold.
Since the spiral-shaped convex portion 6 is formed in advance, the spiral shape can be arbitrarily selected and can be manufactured with good reproducibility and uniform sealing performance.

第6図a乃至cは、第4図に示したうず巻き型
スパイラル形状の摺動部材1の製造工程を示して
いる。この場合も、上記製造工程と同様に、まず
カーボン基材2を所定形状に加工してスパイラル
状の凸部7を形成しておき(第6図a参照)、
CVD法によりセラミツクスコーテイングをし
(第6図b参照)、摺動面を研摩する(第6図c参
照)ことによつて成形が完了する。
6a to 6c show the manufacturing process of the spiral-shaped sliding member 1 shown in FIG. 4. FIG. In this case as well, in the same way as in the manufacturing process described above, the carbon base material 2 is first processed into a predetermined shape to form a spiral convex portion 7 (see FIG. 6a),
The molding is completed by applying ceramic coating using the CVD method (see Figure 6b) and polishing the sliding surface (see Figure 6c).

尚、上記実施例ではカーボン基材2にスパイラ
ル形状の凸部を形成したが、逆にスパイラル形状
の凹部を形成し、同様のセラミツクスコーテイン
グおよび研摩工程を経ることによりスパイラル形
状の基材露出部を形成するようにしてもよい。
In the above example, a spiral-shaped convex part was formed on the carbon base material 2, but a spiral-shaped concave part was formed on the carbon base material 2, and by going through the same ceramic coating and polishing process, the spiral-shaped exposed part of the base material was formed. It may also be formed.

(考案の効果) 本考案は、以上の構成および作用から成るもの
で、セラミツクスコーテイングされた密封摺動面
にスパイラル状の基材露出部を形成することによ
り、緻密で高強度、高硬度のセラミツクスコーテ
イングと、「液だめ」として摺動面上に薄い潤滑
膜を形成させる基材露出部と、しかもスパイラル
状に形成したことによるポンピング作用とをバラ
ンスさせることにより、長寿命で、しかも密封性
能の優れた理想的なメカニカルシール用摺動部材
を実現することができるという効果が得られる。
(Effects of the invention) The present invention consists of the above-mentioned structure and operation, and by forming a spiral-shaped base material exposed part on the sealed sliding surface coated with ceramics, it is possible to create a dense, high-strength, and high-hardness ceramic material. By balancing the coating, the exposed part of the base material that forms a thin lubricant film on the sliding surface as a "liquid reservoir", and the pumping effect of the spiral shape, it has a long life and sealing performance. The effect is that an excellent and ideal sliding member for mechanical seals can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案の一実施例に係るメカニカルシ
ール用摺動部材の密封摺動面の平面図、第2図は
第1図の部材の−線断面図、第3図aおよび
bは密封摺動部の流体の状態を模式的に示す拡大
断面図、第4図は第1図の密封摺動面に形成する
基材露出部の他の態様を示す平面図、第5図a乃
至cは第1図の摺動部材の製造工程を示す概略構
成図、第6図a乃至cは第4図の摺動部材の製造
工程を示す概略構成図である。 符号の説明、1……摺動部材、2……カーボン
基材、3……セラミツクスコーテイング層、4…
…基材露出部、S……密封摺動面、F……潤滑
膜。
FIG. 1 is a plan view of a sealing sliding surface of a sliding member for a mechanical seal according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line -2 of the member in FIG. 1, and FIGS. 3a and 3b are sealing surfaces. FIG. 4 is an enlarged sectional view schematically showing the state of the fluid in the sliding part; FIG. 4 is a plan view showing another aspect of the base material exposed part formed on the sealed sliding surface of FIG. 1; FIGS. 5 a to c 6 is a schematic diagram showing the manufacturing process of the sliding member shown in FIG. 1, and FIGS. 6a to 6c are schematic diagrams showing the manufacturing process of the sliding member shown in FIG. 4. Explanation of symbols, 1...Sliding member, 2...Carbon base material, 3...Ceramics coating layer, 4...
...Base material exposed portion, S...Sealed sliding surface, F...Lubricating film.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 軟質の基材にセラミツクスコーテイングを施し
て密封摺動面を構成するメカニカルシール用摺動
部材において、 前記セラミツクスコーテイングに基材の地肌が
露出する露出部をスパイラル形状に配して成るこ
とを特徴とするメカニカルシール用摺動部材。
[Claims for Utility Model Registration] In a sliding member for a mechanical seal in which a sealing sliding surface is formed by applying ceramic coating to a soft base material, the exposed portion where the skin of the base material is exposed to the ceramic coating is shaped into a spiral shape. A sliding member for a mechanical seal characterized by comprising:
JP6112488U 1988-05-11 1988-05-11 Expired JPH047400Y2 (en)

Priority Applications (1)

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