JPH0712763Y2 - Gas seal - Google Patents
Gas sealInfo
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- JPH0712763Y2 JPH0712763Y2 JP1990050330U JP5033090U JPH0712763Y2 JP H0712763 Y2 JPH0712763 Y2 JP H0712763Y2 JP 1990050330 U JP1990050330 U JP 1990050330U JP 5033090 U JP5033090 U JP 5033090U JP H0712763 Y2 JPH0712763 Y2 JP H0712763Y2
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- seal ring
- dynamic pressure
- slide
- groove
- ring
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Description
【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、例えば圧縮機，タービン等のように高圧ガ
スを取扱う機器に用いられるガスシールに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention relates to a gas seal used in equipment that handles high-pressure gas, such as compressors and turbines.
（従来の技術） 第６図は従来のガスシール100を示している。(Prior Art) FIG. 6 shows a conventional gas seal 100.
回転軸101には環状のカラー102が固定されているととも
に、カラー102には回転シールリングとしてのメイティ
ングリング103が装着されている。そして、このメイテ
ィングリング103の摺動面Ａには、回転軸101の中心線α
方向の深さ数μの動圧発生溝Ｂが第７図のように円周方
向に複数設けられている。なお、104は回り止め、102a
はＯリングである。An annular collar 102 is fixed to the rotary shaft 101, and a mating ring 103 as a rotary seal ring is attached to the collar 102. Then, on the sliding surface A of the mating ring 103, the center line α of the rotating shaft 101 is
A plurality of dynamic pressure generating grooves B having a depth of several μ are provided in the circumferential direction as shown in FIG. In addition, 104 is a rotation stop, 102a
Is an O-ring.
一方、ハウジング105の内周には保持環106が嵌合固定さ
れているとともに、保持環106には保持溝107が設けられ
ている。この保持溝107内にはスライドシールリングと
してのシールリング108が回転軸101の中心線αの方向に
スライド自在に保持されているとともに、スプリング10
9が設けられている。なお、110はコンプレッションリン
グ、111はＯリングである。On the other hand, a holding ring 106 is fitted and fixed to the inner periphery of the housing 105, and a holding groove 107 is provided in the holding ring 106. In the holding groove 107, a seal ring 108 as a slide seal ring is slidably held in the direction of the center line α of the rotating shaft 101, and the spring 10
9 are provided. Incidentally, 110 is a compression ring, and 111 is an O-ring.
このように構成したガスシール100は、回転軸101の停止
中はメイティングリング103の摺動面Ａと、シールリン
グ108の摺動面Ｄとが密接状態にある。次に、回転軸101
が回転を開始すると、動圧発生溝Ｂ内に導入されている
ガスＥが圧縮されて動圧を発生し、シールリング108は
スプリング109の弾性力に抗して図中左方向へとスライ
ドし、摺動面A,D同士の間に間隙が形成され、所定量の
ガスＥが大気Ｙ側へと漏れるように制御している。In the thus configured gas seal 100, the sliding surface A of the mating ring 103 and the sliding surface D of the seal ring 108 are in close contact with each other while the rotating shaft 101 is stopped. Next, the rotating shaft 101
When starts rotating, the gas E introduced into the dynamic pressure generating groove B is compressed to generate dynamic pressure, and the seal ring 108 slides leftward in the figure against the elastic force of the spring 109. , A gap is formed between the sliding surfaces A and D, and a predetermined amount of gas E is controlled so as to leak to the atmosphere Y side.
ここで、回転軸101の高速回転時にシールリング108とメ
イティングリング103との間に微少隙間を形成している
のは、ガスＥに潤滑機能はなく、そのまま摺動していた
ので摺動面A,D同士が発熱してしまうからである。Here, when the rotating shaft 101 rotates at a high speed, a minute gap is formed between the seal ring 108 and the mating ring 103 because the gas E does not have a lubricating function and slides as it is. This is because A and D generate heat together.
（考案が解決しようとする課題） しかしながら、メイティングリング103の摺動面Ａに放
電加工により施した動圧発生溝Ｂは、第８図のように仕
上げ面が非常に粗い。このため隙間形成に必要な動圧が
得られず、ガスＥの漏れを適正な量に制御できないこと
があった。(Problems to be solved by the invention) However, the finished surface of the dynamic pressure generating groove B formed on the sliding surface A of the mating ring 103 by electric discharge machining is very rough as shown in FIG. For this reason, the dynamic pressure necessary for forming the gap may not be obtained, and the leak of the gas E may not be controlled to an appropriate amount.
また、回転軸101の回転開始から微少隙間が形成される
までの時間、即ち、アイドリング時（この逆の減速時も
同様である）における摺動面A,Dの摩擦抵抗は極めて大
きかった。その結果、摩擦熱により熱変形，摩耗及び腐
食が促進されて密封性，耐久性が低下するばかりでな
く、スライドシールリング108が特定の摩耗性に優れた
もの（セラミック，超硬合金等）に限られてしまうとい
う問題があった。Further, the time from the start of rotation of the rotating shaft 101 to the formation of the minute gap, that is, the frictional resistance of the sliding surfaces A and D at the time of idling (the same is true at the time of deceleration in the opposite direction) was extremely large. As a result, not only heat deformation, wear and corrosion are promoted by frictional heat to reduce the sealing property and durability, but also the slide seal ring 108 has excellent specific wear property (ceramic, cemented carbide, etc.). There was a problem of being limited.
この考案は上記課題を解決するためのもので、仕上げ面
の高精度な動圧発生溝を備えているとともに、回転シー
ルリングとスライドシールリングとの摺動面の摩擦抵抗
を小さくしたガスシールを提供することを目的としてい
る。This invention is intended to solve the above problems, and provides a gas seal that has a highly accurate dynamic pressure generating groove on the finished surface and reduces the friction resistance of the sliding surface between the rotary seal ring and the slide seal ring. It is intended to be provided.
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためこの考案は、ハウジング内の回
転軸と一体的に回転する回転シールリングと、該回転シ
ールリングと軸方向に対向して配置され前記ハウジング
側に軸方向に移動自在に支持されるスライドシールリン
グとを具備し、前記回転シールリングの摺動面に、回転
時に、回転シールリングとスライドシールリングの摺動
面間に隙間を形成するべくスライドシールリングに対し
て浮上力を付与する動圧発生溝を設けたガスシールにお
いて、前記回転シールリングの基材表面に形成した平坦
面上に、動圧発生溝となるべき部分を残して所定厚のア
モルファス層をコーテイングすることにより、アモルフ
ァス層表面を摺動面とし、アモルファス層に囲まれた凹
部を動圧発生溝としたことを特徴とする。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides a rotary seal ring that rotates integrally with a rotary shaft in a housing, and the housing that is arranged axially opposite to the rotary seal ring. A slide seal ring movably supported in the axial direction on the side, and a gap is formed on the sliding surface of the rotary seal ring at the time of rotation between the rotary seal ring and the slide seal ring. In a gas seal provided with a dynamic pressure generating groove for imparting a levitation force to a slide seal ring, a predetermined portion is left on a flat surface formed on the base surface of the rotary seal ring, leaving a portion to be the dynamic pressure generating groove. By coating a thick amorphous layer, the surface of the amorphous layer serves as a sliding surface, and the concave portion surrounded by the amorphous layer serves as a dynamic pressure generating groove.
（作用） 上記構成に基づくこの考案は、動圧発生溝の溝底を基材
表面の平坦面によって構成し、その周囲に所定厚のアモ
ルファスコーテイングを施して動圧発生溝の溝壁を形成
するようにしたので、正確な溝形状と溝深さに成形する
ことができる。また、アモルファス層は原子配列が不規
則であるため摩擦係数が小さく、スライドシールリング
との摩擦抵抗が小さい。(Operation) In the present invention based on the above configuration, the groove bottom of the dynamic pressure generating groove is formed by the flat surface of the base material surface, and the amorphous coating of a predetermined thickness is applied to the periphery thereof to form the groove wall of the dynamic pressure generating groove. Since this is done, it is possible to form the groove with an accurate shape and groove depth. Further, since the amorphous layer has an irregular atomic arrangement, the coefficient of friction is small and the friction resistance with the slide seal ring is small.
（実施例） 次に、この考案を第１図〜第５図に基づいて説明する。(Example) Next, this invention is demonstrated based on FIGS.
第５図はこの考案の一実施例であるガスシール１の概略
構成を示している。図において、２はハウジングＦ内に
配置した回転軸で、回転軸２には環状のカラー３が固定
されているとともに、カラー３には回転シールリングと
してのメイティングリング（カーボン等）４が装着され
ている。メイティングリング４の摺動面５には第４図に
示すように、円周方向に沿って複数の動圧発生溝（ラジ
アル溝）６が設けられている。FIG. 5 shows a schematic structure of a gas seal 1 which is an embodiment of the present invention. In the figure, 2 is a rotary shaft arranged in the housing F. An annular collar 3 is fixed to the rotary shaft 2, and a mating ring (carbon etc.) 4 as a rotary seal ring is attached to the collar 3. Has been done. As shown in FIG. 4, the sliding surface 5 of the mating ring 4 is provided with a plurality of dynamic pressure generating grooves (radial grooves) 6 along the circumferential direction.
この動圧発生溝６は次のようにして形成したものであ
る。The dynamic pressure generating groove 6 is formed as follows.
まず、第２図に示すように平坦に加工したメイティング
リング４の摺動面５の基材表面の平坦面5aに所定の間隔
をおいて円周方向にマスキング30を施すとともに、スパ
ッタリングにより第３図に示すようなアモルファス層18
を数μの肉厚で施す。その後、マスキング30を除去すれ
ば第１図に示す動圧発生溝６ができ上がる。この動圧発
生溝６はアモルファス層18をコーティングして形成した
から非常に高精度に仕上げることができる。また、アモ
ルファス層18の表面を更に研磨して動圧発生溝６の深さ
を調節してもよい。First, as shown in FIG. 2, masking 30 is applied in a circumferential direction at a predetermined interval on the flat surface 5a of the base material surface of the sliding surface 5 of the mating ring 4 which has been flattened, and the Amorphous layer 18 as shown in Fig. 3
With a wall thickness of several μ. Then, if the masking 30 is removed, the dynamic pressure generating groove 6 shown in FIG. 1 is completed. Since the dynamic pressure generating groove 6 is formed by coating the amorphous layer 18, it can be finished with extremely high precision. Further, the depth of the dynamic pressure generating groove 6 may be adjusted by further polishing the surface of the amorphous layer 18.
コーティングするアモルファス膜18としてはCu,Ta,Ti等
の金属の他、Sic,Al2O3等のセラミックにも実績があ
り、メイティングリング４は金属，カーボン，セラミッ
ク，超硬合金等で構成されるが金属であれば特に親和性
に優れていて剥離しにくい。As the amorphous film 18 to be coated, we have a track record with metals such as Cu, Ta, and Ti, as well as with ceramics such as Sic and Al 2 O 3, and the mating ring 4 is composed of metal, carbon, ceramic, cemented carbide, etc. However, if it is a metal, it has excellent affinity and is difficult to peel off.
更に、アモルファス膜18は原子配列に規則性がないた
め、従来の摺動材を構成している結晶質のように結晶欠
陥密度の高い領域が存在せず、物理的に均質である。ま
た、アモルファス膜18は結晶質のように徐冷凝固の過程
を経ず、液体又は気体の状態から急冷されて凝固するの
で、偏析などのない化学的に均質な組成を有する。従っ
て、その表面には均質でち密な耐食性のある不動態皮膜
が形成されるとともに、低摩擦，低摩耗である。Furthermore, since the amorphous film 18 has no regular atomic arrangement, it does not have a region having a high crystal defect density like the crystalline material that constitutes the conventional sliding material, and is physically homogeneous. Further, the amorphous film 18 has a chemically homogeneous composition without segregation because it is solidified by being rapidly cooled from a liquid or gas state without undergoing a process of slow cooling and solidification like a crystalline material. Therefore, a homogeneous and dense passivation film having corrosion resistance is formed on the surface thereof, and the friction and wear are low.
前記カラー３にはフランジ７が設けられており、フラン
ジ７とメイティングリング４との間ににはＯリング８が
装着されている。また、９は回り止め、10はストッパで
ある。A flange 7 is provided on the collar 3, and an O-ring 8 is mounted between the flange 7 and the mating ring 4. Further, 9 is a rotation stopper, and 10 is a stopper.
前記ハウジングＦの内周には、メイティングリング４と
対面する環状の保持溝11を有する保持環12が嵌合固定さ
れている。この保持溝11内には、回転軸２の中心線β方
向にスライド自在なスライドシールリングとしてのシー
ルリング（金属等からなる）13が非回転状態で挿入され
ており、その摺動面14がメイティングリング４の摺動面
５に接触している。また、保持溝11であってシールリン
グ13の背端面側には、軸方向に移動自在のコンプレッシ
ョンリング15が設けられているとともに、保持溝11の奥
端面11aとコンプレッションリング15との間にはスプリ
ング16が配置されている。なお、17はＯリングである。A retaining ring 12 having an annular retaining groove 11 facing the mating ring 4 is fitted and fixed to the inner circumference of the housing F. A seal ring (made of metal or the like) 13 as a slide seal ring slidable in the direction of the center line β of the rotary shaft 2 is inserted into the holding groove 11 in a non-rotating state, and a sliding surface 14 thereof is provided. It is in contact with the sliding surface 5 of the mating ring 4. A compression ring 15 that is movable in the axial direction is provided on the back end surface side of the seal ring 13 that is the holding groove 11, and between the back end surface 11a of the holding groove 11 and the compression ring 15. The spring 16 is arranged. In addition, 17 is an O ring.
次に、上記ガスシール１の作用を説明する。Next, the operation of the gas seal 1 will be described.
まず、回転軸２の停止中はスプリング16の弾性力により
押圧されているシールリング13の摺動面14は、第５図に
示すようにアモルファス膜18に接触している。First, the sliding surface 14 of the seal ring 13, which is pressed by the elastic force of the spring 16 while the rotating shaft 2 is stopped, is in contact with the amorphous film 18, as shown in FIG.
そして、回転軸２が回転を開始すると、動圧発生溝６内
に導入されているガスＧが回転に伴って圧縮されて動圧
が発生することとなる。すると、シールリング13が動圧
によりスプリング16の弾性力に抗して矢印Ｈ方向にスラ
イドし、摺動面５と14とが離れて数μの隙間が形成さ
れ、所定量のガスＧが大気Ｊ側へと漏れることとなる。
ここで、動圧発生溝６は前述のように高精度の仕上げ面
を備えているから充分な動圧が得られ、適正な漏れ量を
制御することができる。Then, when the rotary shaft 2 starts to rotate, the gas G introduced into the dynamic pressure generating groove 6 is compressed along with the rotation to generate dynamic pressure. Then, the seal ring 13 slides in the direction of arrow H against the elastic force of the spring 16 due to the dynamic pressure, the sliding surfaces 5 and 14 are separated from each other, and a gap of several μ is formed, and a predetermined amount of gas G is released into the atmosphere. It will leak to the J side.
Here, since the dynamic pressure generation groove 6 is provided with the highly accurate finished surface as described above, a sufficient dynamic pressure can be obtained and an appropriate amount of leakage can be controlled.
ところで、摺動面５にコーティングした非晶質のアモル
ファス膜18は前述のように機械的，化学的に均質であ
り、シールリング13との摩擦抵抗が小さいから回転軸２
の回転開始から高速回転となって隙間が形成されるまで
のアイドリング時（また、高速回転から徐々に減速した
際）において、摺動面５及び14が摩擦熱で変形したり、
摩耗したり腐食したりすることを防止できる。また、ア
モルファス膜18表面に形成される酸化膜が、大気中にお
ける低摩耗，低摩擦を一層効果的なものとしている。従
って、密封性，耐久性が著しく向上するばかりでなく、
シールリング13として用いる摺動材の選択幅が広くなり
有効である。By the way, the amorphous film 18 coated on the sliding surface 5 is mechanically and chemically homogeneous as described above, and has a small friction resistance with the seal ring 13, so that the rotating shaft 2
When idling from the start of rotation to high speed rotation to form a gap (also when gradually decelerating from high speed rotation), the sliding surfaces 5 and 14 are deformed by friction heat,
It can prevent wear and corrosion. Further, the oxide film formed on the surface of the amorphous film 18 makes low wear and low friction in the atmosphere more effective. Therefore, not only the sealing performance and durability are significantly improved,
This is effective because the sliding material used as the seal ring 13 has a wide selection range.
また、アイドリング時間を従来のものより大幅に伸ばす
ことができ、回転軸２の駆動源にかかる負担も少なくで
きる。また、長期使用によりアモルファス膜18が摩耗し
てきた際には、コーティングを何度も繰り返せば元の良
好な状態を保持でき、メイティングリング４やシールリ
ング13を交換する必要はない。Further, the idling time can be significantly extended as compared with the conventional one, and the load on the drive source of the rotary shaft 2 can be reduced. Further, when the amorphous film 18 is worn due to long-term use, the original good condition can be maintained by repeating the coating many times, and it is not necessary to replace the mating ring 4 and the seal ring 13.
更にまた上記実施例のシールリング13の摺動面14にもア
モルファス層をコーティングしてもよい。Furthermore, the sliding surface 14 of the seal ring 13 of the above embodiment may be coated with an amorphous layer.
（考案の効果） この考案は以上のように構成したものであるから、動圧
発生溝の溝底を基材表面の平坦面によって構成し、その
周囲に所定厚のアモルファスコーテイングを施して動圧
発生溝の溝壁を形成するようにしたので、従来のように
放電加工等によって溝加工する場合に比べて極めて精密
に仕上げすることができ、正確な溝形状と溝深さを極め
て容易に成形することができる。したがって、回転作動
時に安定した浮上力を得ることができ、ガス漏れ量を適
正な値に制御することができる。また、アモルファス膜
は、機械的，化学的に均質であり摺動時における摩擦抵
抗が小さい。従って、摺動面が摩擦熱で変形したり、摩
耗したり、腐食したりすることはなく、密封性，耐久性
を維持できるばかりでなく、摺動材の選択幅が広くなる
という優れた効果を奏する。(Effect of the Invention) Since the present invention is configured as described above, the groove bottom of the dynamic pressure generating groove is formed by the flat surface of the base material surface, and the amorphous coating of a predetermined thickness is applied to the periphery of the groove to generate the dynamic pressure. Since the groove wall of the generated groove is formed, it is possible to finish with extremely high precision compared to the conventional case where grooves are processed by electrical discharge machining, etc., and it is extremely easy to form accurate groove shapes and groove depths. can do. Therefore, a stable levitation force can be obtained during the rotation operation, and the gas leakage amount can be controlled to an appropriate value. Further, the amorphous film is mechanically and chemically homogeneous and has a small frictional resistance during sliding. Therefore, the sliding surface is not deformed by frictional heat, is not worn or corroded, and not only the sealing property and durability can be maintained, but also the sliding material has a wide selection range. Play.
第１図〜第５図はこの考案の実施例を示し、第１図は回
転シールリングの摺動面に形成した動圧発生溝を示す拡
大断面図、第２図は回転シールリングの摺動面にマスキ
ングを施した状態の拡大断面図、第３図は回転シールリ
ングの摺動面にアモルファス層をコーティングした状態
の拡大断面図、第４図は回転シールリングの摺動面を示
す部分的側面図、第５図はガスシールの概略構成を示す
正面半断面図、第６図は従来のガスシールの概略構成を
示す正面半断面図、第７図は従来の回転シールリングの
摺動面を示す部分的側面図、第８図は従来の動圧発生溝
を示す拡大断面図である。 符号の説明 １…ガスシール、２…回転軸 ４…メイティングリング（回転シールリング） ５…摺動面、６…動圧発生溝 13…シールリング（スライドシールリング） 18…アモルファス層、Ｆ…ハウジング Ｇ…ガス、β…中心線1 to 5 show an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an enlarged sectional view showing a dynamic pressure generating groove formed on a sliding surface of a rotary seal ring, and FIG. 2 is sliding of a rotary seal ring. Fig. 3 is an enlarged cross-sectional view of the surface with masking applied, Fig. 3 is an enlarged cross-sectional view of the sliding surface of the rotary seal ring coated with an amorphous layer, and Fig. 4 is a partial view showing the sliding surface of the rotary seal ring. Side view, FIG. 5 is a front half sectional view showing a schematic structure of a gas seal, FIG. 6 is a front half sectional view showing a schematic structure of a conventional gas seal, and FIG. 7 is a sliding surface of a conventional rotary seal ring. FIG. 8 is an enlarged sectional view showing a conventional dynamic pressure generating groove. Explanation of symbols 1 ... Gas seal, 2 ... Rotating shaft 4 ... Mating ring (rotating seal ring) 5 ... Sliding surface, 6 ... Dynamic pressure generating groove 13 ... Seal ring (slide seal ring) 18 ... Amorphous layer, F ... Housing G ... Gas, β ... Center line
Claims (1)
回転シールリングと、該回転シールリングと軸方向に対
向して配置され前記ハウジング側に軸方向に移動自在に
支持されるスライドシールリングとを具備し、 前記回転シールリングの摺動面に、回転時に、回転シー
ルリングとスライドシールリングの摺動面間に隙間を形
成するべくスライドシールリングに対して浮上力を付与
する動圧発生溝を設けたガスシールにおいて、 前記回転シールリングの基材表面に形成した平坦面上
に、動圧発生溝となるべき部分を残して所定厚のアモル
ファス層をコーテイングすることにより、アモルファス
層表面を摺動面とし、アモルファス層に囲まれた凹部を
動圧発生溝としたことを特徴とするガスシール。1. A rotary seal ring which rotates integrally with a rotary shaft in a housing, and a slide seal ring which is arranged axially opposite to the rotary seal ring and is movably supported on the housing side in the axial direction. And a dynamic pressure generation for applying a levitation force to the slide seal ring so as to form a gap between the slide surface of the rotary seal ring and the slide surface of the slide seal ring during rotation. In a gas seal provided with a groove, by coating an amorphous layer of a predetermined thickness on a flat surface formed on the surface of the base material of the rotary seal ring, leaving a portion to be a dynamic pressure generating groove, the surface of the amorphous layer is A gas seal having a sliding surface and a concave portion surrounded by an amorphous layer serving as a dynamic pressure generating groove.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1990050330U JPH0712763Y2 (en) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | Gas seal |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP1990050330U JPH0712763Y2 (en) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | Gas seal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0410165U JPH0410165U (en) | 1992-01-28 |
| JPH0712763Y2 true JPH0712763Y2 (en) | 1995-03-29 |
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ID=31568785
Family Applications (1)
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| JP1990050330U Expired - Lifetime JPH0712763Y2 (en) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | Gas seal |
Country Status (1)
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPH083763Y2 (en) * | 1992-09-03 | 1996-01-31 | 日本ピラー工業株式会社 | Non-contact mechanical seal |
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Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS58186253U (en) * | 1982-06-07 | 1983-12-10 | 日本ピストンリング株式会社 | rotating seal |
| JPH047400Y2 (en) * | 1988-05-11 | 1992-02-27 |
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- 1990-05-16 JP JP1990050330U patent/JPH0712763Y2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |