JPH11108197A - Shaft seal device - Google Patents

Shaft seal device

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JPH11108197A
JPH11108197A JP28620697A JP28620697A JPH11108197A JP H11108197 A JPH11108197 A JP H11108197A JP 28620697 A JP28620697 A JP 28620697A JP 28620697 A JP28620697 A JP 28620697A JP H11108197 A JPH11108197 A JP H11108197A
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JP
Japan
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face
shaft
sliding ring
rotating
ring
Prior art date
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Application number
JP28620697A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Matsumoto
謙司 松本
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Eagle Industry Co Ltd
Original Assignee
Eagle Industry Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH11108197A publication Critical patent/JPH11108197A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a static friction force of a contact part other than a sealing sliding surface, improve abrasion resistance and ensure a following performance for a shaft vibration and a shaft displacement. SOLUTION: A DLC membrane 3 which is shown with many dots is adhered to a contact face on which a static friction force act such as a rubbing face between an end face of a seal ring 103 close to a face 101a in a radial direction of a seal case 101 and an end face of a cover ring 104, a rubbing face between both ends 103a in a circumferential direction of each segment 103A in the seal ring 103, and an outer peripheral face of the seal ring 103 and an inner peripheral face of the cover ring 104 which is slid on the outer peripheral face of the seal ring 103. Accordingly, the static friction force on the contact face is kept small, and good sealing sliding state between an inner peripheral face of the seal ring 103 and an outer peripheral face of a rotating shaft 2 can be kept while following a shaft vibration accompanied with a rotation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、機器の回転軸周で
流体を密封する軸封装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shaft sealing device for sealing a fluid around a rotating shaft of an apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスジェネレータや、各種高速回転機器
の軸封装置としては、従来から高速用メカニカルシール
が用いられており、より高速化及び小型化が進むのに伴
ってその重要性が高まりつつある。
2. Description of the Related Art High-speed mechanical seals have conventionally been used as gas generators and shaft sealing devices for various high-speed rotating devices. Their importance has been increasing with the progress of higher speed and smaller size. is there.

【0003】メカニカルシールは回転軸と一体的に回転
する回転側の摺動リングと、回転軸の外周を包囲する機
器のハウジングに設けられる非回転の摺動リングが軸心
と垂直な端面同士で密接摺動されることによって軸封を
行っている。実際にメカニカルシールが取り付けられる
一般産業機械等の回転機器は、回転軸にある一定の径方
向振動や軸方向変位が生じるため、このような径方向振
動や軸方向変位に追随して密封摺動面の面圧や摺動状態
を一定にする必要がある。通常、メカニカルシールはス
プリングやパッキンによって一定の押し付け力を保持
し、径方向振動や軸方向変位に対応している。
[0003] The mechanical seal has a rotating side sliding ring that rotates integrally with the rotating shaft, and a non-rotating sliding ring provided on a housing of a device surrounding the outer periphery of the rotating shaft. The shaft is sealed by sliding closely. Since rotating equipment such as general industrial machines to which a mechanical seal is actually attached has a certain radial vibration or axial displacement on the rotating shaft, sealing and sliding follow such radial vibration and axial displacement. It is necessary to keep the surface pressure and sliding state of the surface constant. Usually, a mechanical seal holds a constant pressing force by a spring or packing, and responds to radial vibration and axial displacement.

【0004】静止側の摺動リングとハウジングとの間
や、摺動リングとスプリング端面との間、あるいは摺動
リングをハウジング又は回転軸側に係止するための回り
止めピンによる掛合部分等、密封摺動面以外の部分でも
摺動が生じ、これらの部分の静摩擦力は、密封摺動面に
おける動摩擦力よりも大きい。このため、密封対象流体
の圧力変動によって密封摺動面の面圧が変動したり、回
転軸が大きく変位したような場合に、前記静摩擦力によ
って摺動リングの追随動作に遅れ(作動不良)を生じ、
回転側及び静止側の密封摺動面間の面開きによって漏れ
を生じたり、逆に面圧が過大になることがある。そして
このような傾向は、回転速度が高速であるほど顕著にな
り密封性能に重大な影響を与えることになる。
[0004] The portion between the stationary sliding ring and the housing, between the sliding ring and the end face of the spring, or a portion engaged by a detent pin for locking the sliding ring to the housing or the rotating shaft side, etc. Sliding also occurs in portions other than the sealing sliding surface, and the static friction force of these portions is larger than the dynamic friction force on the sealing sliding surface. For this reason, when the surface pressure of the sealing sliding surface fluctuates due to the fluctuation of the pressure of the fluid to be sealed, or when the rotating shaft is greatly displaced, the following operation of the sliding ring is delayed (malfunction) due to the static friction force. Arises
Leakage may occur due to opening between the sealing sliding surfaces on the rotating side and the stationary side, or conversely, the surface pressure may become excessive. Such a tendency becomes more remarkable as the rotation speed increases, and has a significant effect on the sealing performance.

【0005】また、回り止めピンによる掛合部分等にお
いては、微小摺動が長時間与えられることによって摩耗
すると、摩耗部分と非摩耗部分との間の段差部の形成に
よって更に追随性能が悪化することになる。密封摺動面
の追随性能を向上させるための方法としては、従来、次
のような方法が採用されている。 (1) 静摩擦力が与えられる部分(以下、接触部分とい
う)に潤滑剤を塗布しておく。 (2) 接触部分の面粗さを粗くしたり溝加工をして実質的
な接触面積を減少させ、これによって見かけ上の静摩擦
力を減少させる。 (3) 接触部分に潤滑性に優れた材料からなるシートやリ
ングを介在させる。
[0005] In addition, when the micro-sliding is applied for a long period of time at a portion where the locking pin is engaged, the following performance is further deteriorated due to the formation of a step between the worn portion and the non-weared portion. become. As a method for improving the following performance of the sealing sliding surface, the following method has conventionally been adopted. (1) A lubricant is applied to a portion to which a static friction force is applied (hereinafter referred to as a contact portion). (2) The contact surface is roughened or grooved to reduce the substantial contact area, thereby reducing the apparent static friction force. (3) A sheet or ring made of a material having excellent lubricity is interposed in the contact area.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来技術
(1) 〜(4) においては、それぞれ次のような問題が指摘
される。 (1) の方法 ・・・・ 潤滑剤が油脂類であればその粘性によ
って、またスプレータイプであれば含有する高分子接着
剤によって接触部分の表面に吸着してしまうため、長時
間の潤滑効果が期待できない。 (2) の方法 ・・・・ 低負荷では効果があるが、高負荷では
逆に摩擦力が増大してしまうことがある。 (3) の方法 ・・・・ 潤滑性に優れた材料からなるシートは
耐摩耗性に劣るものが多く、長期間の潤滑効果を確保す
るにはシートをある程度厚くする必要があり、したがっ
て接触部分に厚いシートを介在させ得るクリアランスを
確保しなければならない。
However, the prior art described above
The following problems are pointed out in (1) to (4). Method (1) ······························································································································································ Can not expect. Method (2) ·················· Although effective at low load, frictional force may increase at high load. Method (3): Sheets made of a material with excellent lubricating properties often have poor abrasion resistance. To ensure long-term lubricating effects, the sheet needs to be thickened to some extent. A clearance that allows a thick sheet to intervene must be ensured.

【0007】本発明は、上記のような事情のもとになさ
れたもので、その技術的課題とするところは、密封摺動
面以外の接触部分における静摩擦力を小さくすると共に
耐摩耗性を向上させることによって、軸振動や軸変位に
対する十分な追随性能を確保することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a technical problem thereof is to reduce the static friction force at the contact portion other than the sealing sliding surface and to improve the wear resistance. By doing so, it is possible to ensure sufficient follow-up performance for shaft vibration and shaft displacement.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述した技術的課題を有
効に解決するための手段として、本発明に係る軸封装置
は、密封摺動要素を含む複数の部材が組み合わされ、こ
れら複数の部材が相対変位可能に接触することにより静
摩擦力を生じる接触面に、DLC皮膜を被着してなるも
のである。ここで、「DLC」とはダイヤモンドライク
カーボンの略称であって、後で詳述するように、黒鉛を
含む高純度の焼成カーボン(以下、黒鉛カーボン焼成体
という)とダイヤモンドの中間の性質(組織)を持つも
のの総称であり、通常の摺動材料として用いられるカー
ボン材料等に比較して硬いものである。また、DLC皮
膜は下地材の表面に存在する微小な凹凸を埋めて平滑化
する作用を有する。このため、固体潤滑性及び耐摩耗性
に優れ、相対変位可能に接触する部材間の静摩擦力を小
さくすることができる。
As a means for effectively solving the above-mentioned technical problem, a shaft sealing device according to the present invention is composed of a plurality of members including a sealing sliding element, and these plurality of members are combined. Are provided with a DLC film on a contact surface that generates a static frictional force by contacting with a relative displacement. Here, “DLC” is an abbreviation for diamond-like carbon, and as will be described in detail later, intermediate properties (structure) between high-purity calcined carbon containing graphite (hereinafter, referred to as graphite carbon calcined body) and diamond ), Which are harder than carbon materials and the like used as ordinary sliding materials. Further, the DLC film has a function of filling fine irregularities existing on the surface of the base material and smoothing it. Therefore, the solid lubrication property and the wear resistance are excellent, and the static friction force between the members that come into contact with each other so as to be relatively displaceable can be reduced.

【0009】本発明でいう「DLC」を、ラマンスペク
トル分析によって規定すれば次のとおりである。
The "DLC" in the present invention is defined as follows by Raman spectrum analysis.

【0010】炭素系試料のラマンスペクトル測定におい
ては、試料表面にアルゴンレーザビームを照射し、この
試料表面からのラマン散乱光のスペクトルを分光器で測
定する。これによって得られるラマンスペクトルは、図
5に示すように、単結晶の黒鉛の場合は1680cm-1付近の
グラファイトバンド(以下、Gバンドという)のみに鋭
いピークが現れ、一般のシール摺動材として用いられる
黒鉛カーボン焼成体の場合は前記Gバンドと1370cm-1
近のダイヤモンドバンド(以下、Dバンドという)の双
方に鋭いピークが現れる。また、天然ダイヤモンドの場
合は前記Dバンドのみに鋭いピークが現れる。
In measuring the Raman spectrum of a carbon-based sample, the surface of the sample is irradiated with an argon laser beam, and the spectrum of Raman scattered light from the sample surface is measured by a spectroscope. As shown in FIG. 5, in the Raman spectrum obtained by this, a sharp peak appears only in a graphite band (hereinafter, referred to as G band) around 1680 cm −1 in the case of single crystal graphite, and as a general seal sliding material. In the case of the graphite carbon fired body used, sharp peaks appear in both the G band and a diamond band around 1370 cm -1 (hereinafter referred to as D band). In the case of natural diamond, a sharp peak appears only in the D band.

【0011】これに対し、水素を多量に含有する非結晶
質グラファイト皮膜(a−CH皮膜)や、ダイヤモンド
組織を含む硬質皮膜(硬質DLC皮膜)は1680cm-1付近
のGバンド及び1370cm-1付近のDバンドの双方にピーク
を有し、そのうち一方又は双方が、単結晶の黒鉛、黒鉛
カーボン焼成体あるいは天然ダイヤモンドのスペクトル
ピークに比べて著しくブロードであり、かつ両ピーク間
のスペクトル強度が全体に大きくなっている。そして本
発明でいうDLCとは、このようなスペクトルパターン
を有する全ての炭素系材料を含むものであって、黒鉛カ
ーボン焼成体とダイヤモンドの中間の性質(組織)を持
ち、すなわち黒鉛カーボン焼成体より相対的に硬質であ
る。
[0011] In contrast, the hydrogen and the high content non-crystalline graphite film (a-CH coating), a hard coating (hard DLC film) comprising a diamond organization G band and 1370cm around -1 around 1680 cm -1 Of the D band, one or both of which are significantly broader than the spectral peaks of single crystal graphite, graphite carbon fired body or natural diamond, and the spectral intensity between both peaks is entirely It is getting bigger. The DLC referred to in the present invention includes all carbon-based materials having such a spectral pattern, and has a property (structure) intermediate between graphite carbon fired body and diamond. Relatively hard.

【0012】当該軸封装置が例えばセグメントシールで
ある場合は、DLC皮膜は、各セグメントの互いの接触
面の一方又は双方及び前記セグメントとこれを収容する
シールケースとの互いの接触面の一方又は双方に被着さ
れる。また、例えばメカニカルシールである場合は、D
LC皮膜は、回転側摺動リングと回転軸側との回り止め
手段における接触面と、前記静止側摺動リングと機器の
ハウジング側との回り止め手段における接触面と、前記
回転側又は静止側摺動リングを回転軸側又はハウジング
側に軸方向移動自在に支持するパッキンとの接触面に被
着される。
In the case where the shaft sealing device is, for example, a segment seal, the DLC film is formed on one or both of the contact surfaces of each segment and one of the contact surfaces of the segment and the seal case accommodating the segment. It is attached to both sides. For example, in the case of a mechanical seal, D
The LC film has a contact surface between the rotation side sliding ring and the rotating shaft side in the rotation preventing means, a contact surface between the stationary side sliding ring and the rotation preventing means between the housing side of the device, and the rotation side or the stationary side. The sliding ring is attached to a contact surface with a packing that supports the sliding ring on the rotation shaft side or the housing side so as to be movable in the axial direction.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1及び図2は本発明を適用した
第一の実施形態として、セグメントシール100を示す
もので、1は機器ハウジング、2は回転軸である。回転
軸2の外周面には円筒状のランナが装着されている。セ
グメントシール100は、前記機器ハウジング1の内周
面に密嵌される環状のシールケース101の内周部に形
成された円周方向へ連続した環状の収容凹部102内
に、段差状に形成された円周方向両端103a同士を円
周方向摺動自在に擦り合わされた状態で環状に組み合わ
された円弧状のカーボン焼成体である複数のセグメント
103Aからなるシールリング103と、その外周に配
置された円弧状の黒鉛カーボン焼成体である複数のセグ
メント104Aからなるカバーリング104が、このカ
バーリング104の外周に装着されたエキステンション
スプリング105で環状に結束された状態で収容された
構造を有する。そして、シールリング103の内周面1
03bがランナ2aの外周面に密接されると共に、軸方
向一端面103cが、端盤106にバックアップされた
コンプレッションスプリング107の軸方向付勢力によ
って、収容凹部102内に臨むシールケース101の径
方向面101aに密接され、これによって、軸周におけ
る高圧側空間SH と低圧側空間SL とを遮蔽するもので
ある。
1 and 2 show a segment seal 100 as a first embodiment to which the present invention is applied, wherein 1 is an equipment housing and 2 is a rotary shaft. A cylindrical runner is mounted on the outer peripheral surface of the rotating shaft 2. The segment seal 100 is formed in a stepped shape in a circumferentially continuous annular receiving recess 102 formed in an inner peripheral portion of an annular seal case 101 closely fitted to an inner peripheral surface of the device housing 1. The seal ring 103 is composed of a plurality of segments 103A, which are arc-shaped carbon fired bodies that are annularly combined in a state where the circumferential ends 103a are rubbed slidably in the circumferential direction. It has a structure in which a cover ring 104 composed of a plurality of segments 104A, which is an arcuate graphite carbon fired body, is housed in a state of being bound in an annular shape by an extension spring 105 mounted on the outer periphery of the cover ring 104. Then, the inner peripheral surface 1 of the seal ring 103
03b is brought into close contact with the outer peripheral surface of the runner 2a, and one axial end face 103c of the seal case 101 faces the housing recess 102 by the axial urging force of the compression spring 107 backed up by the end plate 106. 101a, which shields the high pressure side space S H and the low pressure side space S L around the shaft.

【0014】カバーリング104の各セグメント104
Aの間には、円周方向所定箇所に配置されたキー108
が介在されており、このキー108は、シールリング1
03の各セグメント103Aの外周面に形成された凹部
に係合されている。そして、このキー108に径方向に
貫通形成された係合溝108aが、シールケース101
の径方向面101aに打ち込まれたノックピン109と
遊嵌係合することによってシールリング103は非回転
状態に保持され、ランナ2aの外周面に対して摺接され
る。また、ノックピン109と係合するキー108の係
合溝108aが径方向に延びる形状となっているため、
シールリング103、カバーリング104、エキステン
ションスプリング105及びキー108からなる密封摺
動要素組立体は径方向へ変位することができるようにな
っている。
Each segment 104 of the covering 104
A, a key 108 arranged at a predetermined position in the circumferential direction
The key 108 is provided with the seal ring 1
03 is engaged with a concave portion formed on the outer peripheral surface of each segment 103A. An engagement groove 108a formed through the key 108 in the radial direction is provided in the seal case 101.
The seal ring 103 is held in a non-rotating state by loosely engaging with the knock pin 109 which is driven into the radial surface 101a, and comes into sliding contact with the outer peripheral surface of the runner 2a. Further, since the engagement groove 108a of the key 108 which engages with the knock pin 109 has a shape extending in the radial direction,
The sealed sliding element assembly including the seal ring 103, the cover ring 104, the extension spring 105, and the key 108 can be displaced in the radial direction.

【0015】また、シールリング103の内周面103
bは、ランナ2aの外周面と摺接されていることによっ
て、長期間の使用のうちに徐々に摩耗されて行くが、エ
キステンションスプリング105の締め付け力を受けて
いる密封摺動要素組立体は、上述のように径方向の変位
が許容されているので、前記摩耗に伴ってシールリング
103は、その各セグメント103Aの円周方向両端1
03aにおける隙間Gが縮小されながら縮径変位されて
行く。このため、前記両端103aが互いに衝合状態と
なって隙間Gが消滅してしまうまで摩耗が進行しない限
り、常にシールリング103の内周面103aはランナ
2aの外周面に対する密接状態を維持し、所要の密封性
能を発揮する。
The inner peripheral surface 103 of the seal ring 103
b is gradually worn over a long period of use by being in sliding contact with the outer peripheral surface of the runner 2a, but the sealing sliding element assembly receiving the tightening force of the extension spring 105 Since the radial displacement is allowed as described above, the seal ring 103 is attached to the circumferential ends 1 of each of the segments 103A with the wear.
The gap G at 03a is reduced in diameter while being reduced. For this reason, the inner peripheral surface 103a of the seal ring 103 always keeps a close contact state with the outer peripheral surface of the runner 2a unless the wear progresses until the both ends 103a come into abutment with each other and the gap G disappears, Demonstrates the required sealing performance.

【0016】シールケース101の径方向面101aと
密接するシールリング103の端面103c及びカバー
リング104の端面104aと、シールリング103に
おける各セグメント103Aの円周方向両端103a同
士の擦り合わせ面と、シールリング103の外周面又は
これに擦り合わされるカバーリング104の内周面は、
いずれも本発明において規定する「静摩擦力が作用する
接触面」である。したがってこれらの接触面には、図2
に多数の点々を付して示すDLC皮膜3が被着される。
このため、前記各接触面の静摩擦力が小さくなり、回転
軸2がシールケース101と相対的に偏心運動した場合
に、前記密封摺動要素組立体はこれに良好に追随するこ
とができるので、常にシールリング103の内周面10
3bとランナ2aの外周面との密接状態が維持される。
The end face 103c of the seal ring 103 and the end face 104a of the cover ring 104, which are in close contact with the radial face 101a of the seal case 101, the rubbing face between the circumferential ends 103a of each segment 103A of the seal ring 103, and the seal The outer peripheral surface of the ring 103 or the inner peripheral surface of the cover ring 104 rubbed against this is
Each of them is a "contact surface on which a static friction force acts" defined in the present invention. Therefore, these contact surfaces are shown in FIG.
A DLC film 3 is attached with a number of dots.
For this reason, the static frictional force of each of the contact surfaces is reduced, and when the rotating shaft 2 moves eccentrically relative to the seal case 101, the sealed sliding element assembly can favorably follow this. Always the inner peripheral surface 10 of the seal ring 103
The close contact between 3b and the outer peripheral surface of runner 2a is maintained.

【0017】DLC皮膜3の被着方法としては、ダイヤ
モンド組織を含む硬質皮膜の場合は例えばイオンビーム
蒸着法が採用され、a−CH皮膜の場合は例えばプラズ
マCVD(化学蒸着法)が採用されるが、この方法に特
に限定されるものではない。また、DLC皮膜3の膜厚
は厚いほど皮膜の保持時間が長くなるが、5μmを超え
る膜厚になると逆に摩耗しやすくなることが実験的にわ
かっている。このため、前記膜厚は5μm以内、好まし
くは2μm程度とする。
As a method of applying the DLC film 3, for example, an ion beam evaporation method is used for a hard film containing a diamond structure, and for example, a plasma CVD (chemical vapor deposition) method is used for an a-CH film. However, the method is not particularly limited. It has been experimentally found that the thicker the DLC film 3 is, the longer the holding time of the film is. However, when the thickness exceeds 5 μm, the film tends to be easily worn. For this reason, the film thickness is set within 5 μm, preferably about 2 μm.

【0018】DLC皮膜3は互いに接触する二つの面
(例えばシールケース101の径方向面101aと、こ
れに密接するシールリング103の端面103c)の双
方に被着しても良いが、いずれか一方にのみ被着しても
良い。この場合、一方の接触面が炭素や珪素を含むもの
であれば、その面に被着した方が密着強度が高くなるの
で、この実施形態においては、カーボン焼成体からなる
シールリング103及びカバーリング104側にDLC
皮膜3を被着する。また、DLCの被着対象面が炭素を
多量に含まない材料からなる場合は大きな密着強度が得
られにくいため、DLC皮膜3は、未結合の炭素や珪素
粒子を含み前記被着面との接合性が良い中間層、典型的
にはSiO2 あるいはTiC等からなる中間層を介して
被着する。すなわち前記中間層の上にDLCを蒸着させ
ると、DLCの炭素が中間層に含まれる未結合の炭素や
珪素粒子に結合し、これら炭素や珪素粒子を核として成
膜されるので、前記炭素や珪素粒子がDLC皮膜3と中
間層とのアンカー機能を果たし、下地材との密着強度を
向上させることができる。
The DLC film 3 may be applied to both two surfaces (for example, the radial surface 101a of the seal case 101 and the end surface 103c of the seal ring 103 which is in close contact with the two surfaces). May be applied only to In this case, if one of the contact surfaces contains carbon or silicon, the adherence to the surface is higher, so in this embodiment, the seal ring 103 and the cover ring made of a carbon fired body are used. DLC on 104 side
The coating 3 is applied. In addition, when the surface to be adhered of DLC is made of a material not containing a large amount of carbon, it is difficult to obtain a large adhesion strength. Therefore, the DLC film 3 contains unbonded carbon or silicon particles and is bonded to the surface to be adhered. It is applied via an intermediate layer having good properties, typically an intermediate layer made of SiO 2 or TiC. That is, when DLC is vapor-deposited on the intermediate layer, carbon of DLC bonds to unbonded carbon and silicon particles contained in the intermediate layer, and a film is formed with these carbon and silicon particles as nuclei. The silicon particles function as an anchor between the DLC film 3 and the intermediate layer, and can improve the adhesion strength with the base material.

【0019】図3は、上記実施形態によるセグメントシ
ール100と、従来のセグメントシールについて、それ
ぞれ漏洩試験を実施した結果を示すものである。試験条
件は一般にセグメントシールには適さないとされる下記
の条件とした。 試験条件 高圧側空間SH と低圧側空間SL との差圧・・・ 8kgf/cm2 ランナ2aの外周面の周速・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 50m /s 密封対象流体 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 空気 温度 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 200 ℃ ランナ2aの外周面の材質・・・・・・・・・・・・・・・・・ ハードクロムコーティング
FIG. 3 shows the results of a leak test performed on the segment seal 100 according to the above embodiment and a conventional segment seal. The test conditions were the following, which are generally not suitable for segment seals. The peripheral speed of the outer peripheral surface of the differential pressure · · · 8 kgf / cm 2 runners 2a of the test conditions the high pressure side space S H and the low-pressure side space S L .......................・ 50m / s Fluid to be sealed ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Air temperature ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・··········· 200 ° C Material of outer peripheral surface of runner 2a ······ Hard chrome coating

【0020】上記試験結果から明らかなように、従来の
セグメントシールでは試験開始直後から漏洩量が急増し
ているのに対して、実施形態によるセグメントシールで
は試験開始後100時間経過しても大幅な漏洩量の増加
が起こらなかった。これは、高圧側空間SH と低圧側空
間SL との差圧が大きくても、実施形態のセグメントシ
ール100ではシールケース101とシールリング10
3及びカバーリング104との密接面や、シールリング
103とカバーリング104の密接面や、シールリング
の各セグメント103A同士の擦り合わせ面の静摩擦力
が、DLC皮膜3によって小さく維持されているので、
回転軸2の振動に良好に追随してシールリング103の
内周面103bとランナ2aの外周面との良好な密封摺
動状態が保持されるからである。
As is clear from the above test results, in the conventional segment seal, the amount of leakage increased rapidly immediately after the start of the test, whereas in the segment seal according to the embodiment, even after 100 hours from the start of the test, the leakage was large. No increase in leakage occurred. This is because even if the pressure difference between the high pressure side space S H and the low pressure side space S L is large, in the segment seal 100 of the embodiment, the seal case 101 and the seal ring 10
3 and the cover ring 104, the close contact surface between the seal ring 103 and the cover ring 104, and the static frictional force of the rubbing surface between the segments 103A of the seal ring are kept small by the DLC film 3.
This is because a good sealed sliding state between the inner peripheral surface 103b of the seal ring 103 and the outer peripheral surface of the runner 2a is maintained by favorably following the vibration of the rotating shaft 2.

【0021】図4は、本発明の第二の実施形態としての
メカニカルシール200を示すもので、参照符号1は機
器ハウジング、2は回転軸である。メカニカルシール2
00は、機器ハウジング1側に設けられた静止側摺動リ
ング201と、回転軸2側に設けられて回転する回転側
摺動リング210が、軸心とほぼ垂直な端面同士で互い
に密接摺動することによって、密封空間Sの流体が軸周
から外部へ漏洩するのを阻止するものである。
FIG. 4 shows a mechanical seal 200 according to a second embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes an equipment housing, and 2 denotes a rotating shaft. Mechanical seal 2
Reference numeral 00 denotes a stationary sliding ring 201 provided on the equipment housing 1 side and a rotating sliding ring 210 provided on the rotating shaft 2 and rotating so that the end faces substantially perpendicular to the axis slide close to each other. By doing so, it is possible to prevent the fluid in the sealed space S from leaking from the shaft circumference to the outside.

【0022】静止側摺動リング201は、パッキン20
3を介して静止側リテーナ202に密嵌されると共にノ
ックピン204との係合によってこの静止側リテーナ2
02との相対回転が阻止され、静止側リテーナ202は
機器ハウジング1に外周を一対のパッキン207を介し
て固定されたケース206に作動用パッキン205を介
して軸方向移動自在に支持されると共に、前記ケース2
06内に円周方向所定間隔で配置されたコイルスプリン
グ208によって背面を押圧され、更にドライブピン2
09との係合によって前記ケース206との相対回転が
阻止されている。すなわち静止側摺動リング201は、
これらノックピン204、静止側リテーナ202、ドラ
イブピン209及びケース206等を介して機器ハウジ
ング1に非回転状態に設けられると共に、静止側リテー
ナ202を介して与えられるコイルスプリング208の
付勢力によって、回転側摺動リング210へ向けて押し
付けられている。
The stationary side sliding ring 201 is
3 and is closely fitted to the stationary-side retainer 202 through engagement with the knock pin 204.
02 is prevented from rotating relative to the stationary housing 202, and the stationary retainer 202 is axially movable via an operation packing 205 on a case 206 whose outer periphery is fixed to the device housing 1 via a pair of packings 207. Case 2
06, the rear surface is pressed by coil springs 208 arranged at predetermined intervals in the circumferential direction.
09, the relative rotation with the case 206 is prevented. That is, the stationary side sliding ring 201 is
The housing 1 is provided in a non-rotating state via the knock pin 204, the stationary side retainer 202, the drive pin 209, the case 206, and the like. It is pressed against the sliding ring 210.

【0023】一方、回転側摺動リング210は、パッキ
ン212を介して回転側リテーナ211に密嵌されると
共にノックピン213によってこの回転側リテーナ21
1との相対回転が阻止され、回転側リテーナ211は、
回転軸2の外周面にパッキン217及びセットスクリュ
218によって装着されたカラー216にパッキン21
4を介して密嵌されると共にノックピン215によって
前記カラー216との相対回転が阻止されている。すな
わち回転側摺動リング210は、これらノックピン21
3、回転側リテーナ211、ノックピン215、カラー
216及びセットスクリュ218を介して回転軸2の回
転力が伝達され、静止側摺動リング201との密接状態
で回転される。
On the other hand, the rotating side sliding ring 210 is tightly fitted to the rotating side retainer 211 via a packing 212 and is provided with a knock pin 213.
1, and the rotation side retainer 211 is
The packing 21 is attached to the collar 216 mounted on the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 by the packing 217 and the set screw 218.
4 and the knock pin 215 prevents the relative rotation with the collar 216. That is, the rotation side sliding ring 210 is
3. The rotating force of the rotating shaft 2 is transmitted via the rotating side retainer 211, the knock pin 215, the collar 216, and the set screw 218, and the rotating shaft 2 is rotated in close contact with the stationary side sliding ring 201.

【0024】このメカニカルシール200において、処
々に介在されているパッキン203,205,207,
212,214,217は、各部材間での密封機能ばか
りでなく、微小な振動を吸収して静止側及び回転側摺動
リング201,210の摺動面圧を一定に保つ機能を有
する。このため、これらパッキン203・・・・217の接
触面の静摩擦力を減少させ、しかも摩耗によってパッキ
ン203・・・・217の作動性が損なわれないように優れ
た耐摩耗性を備えていることが望ましい。また、ノック
ピン204,213,215やドライブピン209によ
る係合部も静摩擦力が作用する部分であり、この係合部
に摩耗を生じると各部材間の作動性が損なわれて静止側
及び回転側摺動リング201,210の摺動面圧を一定
に保てなくなるばかりか、前記ノックピン204,21
3,215やドライブピン209自体が摩耗すると、過
大トルクによって折損する恐れがある。したがって、こ
の実施形態においては、パッキン203・・・・217との
接触面や、ノックピン204,213,215及びドラ
イブピン209との接触面及びこれらノックピン20
4,213,215及びドライブピン209の表面に、
それぞれDLC皮膜3を被着する。
In the mechanical seal 200, packings 203, 205, 207,
Reference numerals 212, 214, and 217 have not only a sealing function between the members, but also a function of absorbing minute vibrations and keeping the sliding surface pressures of the stationary and rotating sliding rings 201 and 210 constant. 217, so that the contact surfaces of the packings 203... 217 have a low frictional force, and have excellent wear resistance so that the operability of the packings 203. Is desirable. Also, the engaging portions formed by the knock pins 204, 213, 215 and the drive pin 209 are portions where the static friction force acts. If the engaging portions are worn, the operability between the members is impaired, and the stationary side and the rotating side are reduced. Not only cannot the sliding surface pressure of the sliding rings 201 and 210 be kept constant, but also the knock pins 204 and 21
If 3,215 or the drive pin 209 itself wears, it may be broken by excessive torque. Therefore, in this embodiment, the contact surfaces with the packings 203... 217, the contact surfaces with the knock pins 204, 213, 215 and the drive pin 209, and the knock pins 20
4,213,215 and the surface of the drive pin 209,
A DLC film 3 is applied respectively.

【0025】DLC皮膜3の被着に際しては対象面をラ
ップ又は研磨し、洗浄後、例えばプラズマCVD方式に
よってDLCを蒸着する。また、ノックピン204・・・
及びドライブピン209の外周面や、これらのピンと係
合する孔部内周面へのDLC皮膜3の蒸着は、これらの
部材を回転させながら行う。
When the DLC film 3 is applied, the target surface is wrapped or polished, and after cleaning, DLC is deposited by, for example, a plasma CVD method. Also, the knock pin 204 ...
The deposition of the DLC film 3 on the outer peripheral surface of the drive pin 209 and the inner peripheral surface of the hole engaging with these pins is performed while rotating these members.

【0026】なお、ドライブピン209の表面にDLC
皮膜3を被着したメカニカルシールについてシール回転
試験機によりサイクル試験を下記の条件で実施した結
果、前記ドライブピン209の表面の摩耗が認められ
ず、健全であった。 試験条件 密封空間の圧力 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・20 kgf/cm2 軸回転数 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・2,000rpm 密封対象流体 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・清水 温度 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・室温 サイクル数 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・2,000 回 1サイクルの試験時間 ・・・・・・・・・・・・・・・・10分
The surface of the drive pin 209 has a DLC
A cycle test was performed on the mechanical seal on which the coating 3 was applied by a seal rotation tester under the following conditions. As a result, the surface of the drive pin 209 was sound without any wear. Test conditions Sealed space pressure ... 20 kgf / cm 2- axis rotation speed ... 2,000 rpm Fluid to be sealed・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Room temperature Number of cycles ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・…… 2,000 times 1 cycle test time ……………………… 10 minutes

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明の軸封装置は、密封摺動要素を含
む複数の部材が相対変位可能に接触する接触面の静摩擦
力が、DLC皮膜の被着によって小さくなると共に耐摩
耗性が向上するため、軸振動や軸変位に対して密封摺動
面が円滑に追随し、良好な密封摺動状態を維持する。こ
のため、シール性を高めることができる。
According to the shaft sealing device of the present invention, the static frictional force of the contact surface where a plurality of members including the sealing sliding element come into contact with each other so as to be relatively displaceable is reduced by the application of the DLC film and the wear resistance is improved. Therefore, the sealing sliding surface smoothly follows the shaft vibration and the shaft displacement, and maintains a good sealing sliding state. For this reason, sealing performance can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明をセグメントシールに適用した第一の実
施形態を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図であ
る。
FIG. 1 is a half sectional view showing a first embodiment in which the present invention is applied to a segment seal, cut along a plane passing through an axis.

【図2】上記セグメントシールの組立構造を部分的に示
す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view partially showing an assembly structure of the segment seal.

【図3】試験結果を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing test results.

【図4】本発明をメカニカルシールに適用した第二の実
施形態を、軸心を通る平面で切断して示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment in which the present invention is applied to a mechanical seal, cut along a plane passing through an axis.

【図5】本発明で用いるDLCを定義するために炭素系
材料のラマンスペクトルパターンを示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a Raman spectrum pattern of a carbon-based material for defining DLC used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 機器ハウジング 2 回転軸 3 DLC皮膜 100 セグメントシール 101 シールケース 103A,104A セグメント(密封摺動要素) 200 メカニカルシール 201 静止側摺動リング(密封摺動要素) 203,205,207,212,214,217 パ
ッキン 204,213,215 ノックピン(回り止めピン) 209 ドライブピン(回り止めピン) 210 回転側摺動リング(密封摺動要素)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Device housing 2 Rotating shaft 3 DLC film 100 Segment seal 101 Seal case 103A, 104A Segment (sealed sliding element) 200 Mechanical seal 201 Stationary side sliding ring (sealed sliding element) 203, 205, 207, 212, 214, 217 Packing 204, 213, 215 Dowel pin (detent pin) 209 Drive pin (detent pin) 210 Rotary side sliding ring (sealed sliding element)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 密封摺動要素を含む複数の部材が組み合
わされ、これら複数の部材が相対変位可能に接触するこ
とにより静摩擦力を生じる接触面に、DLC皮膜を被着
してなることを特徴とする軸封装置。
A plurality of members including a sealing sliding element are combined, and a DLC film is applied to a contact surface which generates a static friction force when the plurality of members come into contact with each other so as to be relatively displaceable. Shaft sealing device.
【請求項2】 請求項1の記載において、 密封摺動要素がエキステンションスプリングで環状に結
束された多数のセグメントからなり、 DLC皮膜が被着される接触面は、前記各セグメントの
互いの接触面の一方又は双方及び前記セグメントとこれ
を収容するシールケースとの互いの接触面の一方又は双
方であることを特徴とする軸封装置。
2. The method according to claim 1, wherein the sealing sliding element comprises a plurality of segments which are annularly bound by an extension spring, and the contact surface on which the DLC film is applied is a contact between the segments. A shaft sealing device, which is one or both of one or both surfaces and a mutual contact surface between the segment and a seal case accommodating the segment.
【請求項3】 請求項1の記載において、 密封摺動要素が回転軸と一体的に回転される回転側摺動
リングと機器ハウジング側に固定されて前記回転側摺動
リングに軸心とほぼ垂直な端面同士で摺接される静止側
摺動リングからなり、 DLC皮膜が被着される接触面は、前記回転側摺動リン
グと回転軸側との回り止め手段における接触面と、前記
静止側摺動リングと機器ハウジング側との回り止め手段
における接触面と、前記回転側又は静止側摺動リングを
回転軸側又は機器ハウジング側に軸方向移動自在に支持
するパッキンとの接触面等の静摩擦力発生面であること
を特徴とする軸封装置。
3. The rotating sliding ring according to claim 1, wherein the sealing sliding element is fixed to a rotating sliding ring that is integrally rotated with the rotating shaft and to an equipment housing, and the rotating sliding ring is substantially aligned with the shaft center. The contact surface on which the DLC film is to be adhered is a contact surface of the rotation-side sliding ring and the rotation shaft side in a detent means, and the stationary surface is a stationary sliding ring which is slidably contacted by vertical end surfaces. The contact surface between the side sliding ring and the device housing side in the detent means and the contact surface between the rotating side or the stationary side sliding ring and the packing that supports the sliding ring so as to be axially movable on the rotating shaft side or the device housing side. A shaft sealing device characterized by a static friction force generating surface.
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