JPS59117957A - Mechanical seal - Google Patents

Mechanical seal

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JPS59117957A
JPS59117957A JP22550782A JP22550782A JPS59117957A JP S59117957 A JPS59117957 A JP S59117957A JP 22550782 A JP22550782 A JP 22550782A JP 22550782 A JP22550782 A JP 22550782A JP S59117957 A JPS59117957 A JP S59117957A
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ring
mechanical seal
seat ring
driven
seizure
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JP22550782A
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Kuniharu Suzuki
鈴木 国治
Masanori Hatanaka
畑中 雅憲
Akira Takenaka
章 竹中
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Taiho Kogyo Co Ltd
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Taiho Kogyo Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3496Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member use of special materials

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Sealing (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent the seizure of a mechanical seal and eliminate the undesirable influence due to adhesion and obtain the superior sealing performance by preparing the seat ring of a mechanical seal and the trailing ring from carbon material. CONSTITUTION:When the rotary shaft 2 of a water pump is revolution driven, a rotor 10 is revolved, and water is sealed by sealing members 7 and 8, and sealed by the slidable surface between the trailing ring 4 and the seat ring 5 of a mechanical seal 3. When the trailing ring 4 and the seat ring 5 are made of carbon material, seizure and the undesirable influence due to adhesion are not generated, and leak of fluid is prevented furthermore, and the frictional torque can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はウォーターポンプやカークーラー用のコンプレ
ッサ等に用いられるメカニカルシールに関づ−る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a mechanical seal used in water pumps, compressors for car coolers, and the like.

メツコニ力ルシールは、シートリングと従動リンクとを
慴接させて、その摺接面により回転軸とケーシング間の
シールを行なわせるものである。ところで一般に、互い
に摺接する慴接部月間、例えばシリンダとピストン間等
では、同種材料による凝着からの(習動面の荒れ、およ
びそれによって若起される焼付きを防止するために、異
種材料を用いたり、同種相料の場合には適当な表面層を
形成して結局は異種材料の接触とする等の配慮をしてい
た。従来、上記メカニカルシールのシートリングと従動
リングとについても全く同様に考えられており、通常は
シートリングをカーボン材料から、従動リングをアルミ
ナ焼結材やステンレス等の4Δ料から構成して異種材料
の接触としていた。
The mechanical seal is a seal in which a seat ring and a driven link are brought into close contact with each other, and the sliding surface provides a seal between the rotating shaft and the casing. By the way, in general, in contact parts that slide against each other, such as between a cylinder and a piston, dissimilar materials are used to prevent adhesion of similar materials (roughening of the sliding surface and seizure caused by this). In the case of homogeneous materials, consideration was given to forming an appropriate surface layer so that the different materials would eventually come into contact.Conventionally, no consideration was given to the seat ring and driven ring of the mechanical seal mentioned above. The same idea has been made, and normally the seat ring is made of a carbon material and the driven ring is made of a 4Δ material such as sintered alumina or stainless steel, so that different materials come into contact.

本発明者においても、異種材料の組合せを前提として、
種々の材料から成るシートリングと従動リングとを組合
わせて各種の性能実験を行なってきたが、シール性、低
摩擦性或いは耐焼付性等の各種性能を総合的に満足させ
る組合せは見出せなかった。また、同種材料の組合せの
実験も行なわれたが、殆んどのものは前述したように凝
着により而荒れを生じさせてシール性を低下させたり摩
擦トルクを増大させたりし、最悪の場合には焼付きに至
っていた。
The present inventor also assumes the combination of different materials,
We have conducted various performance experiments combining seat rings and driven rings made of various materials, but we have not been able to find a combination that comprehensively satisfies various performances such as sealing properties, low friction properties, and seizure resistance. . Experiments have also been conducted on combinations of similar materials, but as mentioned above, most of them cause roughness due to adhesion, reducing sealing performance and increasing frictional torque. had reached the point of burn-in.

しかしながら、同種材料であっても、それがカーボン月
料とカーボン材料との組合せの場合には、が 醍T′tか生しても而荒れが生ずるこ≧%<、L/たが
ってシール性能が低下したり焼付きが生ずることがない
ことが判明し、これに加えて、シール性や(IL摩擦性
についても異種lA胆の組合せのものより優れた結果が
得られることが判明した。
However, even if the materials are of the same type, if it is a combination of carbon material and carbon material, roughness will occur even if T't is ≧%<, L/Therefore, the sealing performance It has been found that there is no decrease in the performance or seizure, and in addition, it has been found that better results can be obtained in terms of sealing properties and (IL friction properties) than with the combination of different types of lA.

すなわち本発明は、メカニカルシールのシートリングと
従動リングの相性を従来一般に避けられていた同種のカ
ーボン材料としたときに凝着による悪影響や焼付きが生
じないばかりか、上述の異1ift hA利を用いたと
きよりも優れたシール性能が得られるという知見に基づ
いてなされたものである。
In other words, the present invention not only eliminates the adverse effects of adhesion and seizure when the seat ring and driven ring of a mechanical seal are made of the same type of carbon material, which was generally avoided in the past, but also achieves the above-mentioned different 1ift hA advantage. This was done based on the knowledge that superior sealing performance could be obtained when using the same method.

以ド図が実施例について本発明を説明すると、第1図に
おいて、(1)はウォーターポンプのケーシング、(2
)はこのケーシング(1)の筒状部(la)内に挿通し
てその筒状部自a)内に設けた図示しない軸受によって
回転自在に軸支した回′転軸で、この回転軸(2)の/
T:端部は図示しないプ、シリおよびベルl−を介して
駆動諒としてのエンジンに連動させている。
The following drawings explain the present invention with reference to an embodiment. In FIG. 1, (1) shows a water pump casing, (2
) is a rotating shaft inserted into the cylindrical part (la) of the casing (1) and rotatably supported by a bearing (not shown) provided in the cylindrical part a). 2) no/
T: The end portion is linked to an engine as a drive unit via a pulley, a sill, and a bell (not shown).

」二記面状部(1a)の右端部にはメカニカルシール(
3)を設けてあり、このメカニカルシール(3)は回転
軸(2)の軸方向に変位可能な従動リンク(4)と回転
軸(2)と一体に回転するが軸方向には固定されている
シートリング(5)とを備えている。上記従動リング【
4)は支持部IA’(6)の一部を構成する内側筒状部
(6a)の光臨外周部にその軸方向に沿って往復動可能
に嵌装してあり、かつ従動リング(4)の内周部に設け
た軸方向溝[/ra)に上記内側筒状部(6a)の外周
部に設けた軸方向突部(6b)を係合させることにより
、両者が相対回転しないようにしている。上記支持部材
(6)は内側筒状部(6a)の左端部から半径方向外方
に延びる壁部16c)、この壁部(6C)の外周より右
側に折返した外側筒状部[6d)、およびこの外側筒状
部(6d)より半径方向外方に折曲げたフランジ部(6
e)を有しており、上記外側筒状部(6d)をシール部
材(7)を介して上記ケーシング(1)の筒状部i l
a)内に嵌着することにより、その部分の密封性を保つ
とともに上記従動リング(4)を回転方向に対して固定
している。
A mechanical seal (
3), and this mechanical seal (3) is provided with a driven link (4) that can be displaced in the axial direction of the rotating shaft (2) and a driven link (4) that rotates together with the rotating shaft (2) but is fixed in the axial direction. It is equipped with a seat ring (5). The above driven ring [
4) is fitted to the optical outer circumferential portion of the inner cylindrical portion (6a) constituting a part of the support portion IA'(6) so as to be able to reciprocate along the axial direction thereof, and the driven ring (4) By engaging the axial protrusion (6b) provided on the outer periphery of the inner cylindrical part (6a) with the axial groove [/ra] provided on the inner periphery of the inner cylindrical part (6a), relative rotation between the two is prevented. ing. The support member (6) includes a wall portion 16c extending radially outward from the left end of the inner cylindrical portion (6a), an outer cylindrical portion [6d] folded back to the right from the outer periphery of this wall portion (6C), and a flange portion (6) bent radially outward from this outer cylindrical portion (6d).
e), the outer cylindrical part (6d) is connected to the cylindrical part i l of the casing (1) via the sealing member (7).
By fitting into the inside of a), the hermeticity of that part is maintained and the driven ring (4) is fixed in the direction of rotation.

ヒ記支持部拐(6)の壁部T6C)8端而にはシールパ
11月(8)の−41111部を接着前iこよりf)J
 @bてあり、このシール部4A(8)の他端部を、中
間rt++を湾曲さ1Jた状態で従動リング(4)の左
端部に接着することにより、支持コ1(イ旧6)とシー
トリング(4J間の+暦:Ijl性を保っている。そし
てこのシール部材(8)の画&7+f部間にはね(9)
を弾装することにより、上記従動リンク(4)をシート
リング(5)に弾接させている。このシー1−リング(
5)は、上記回転軸(2)に固層したポンプ作用を行な
うためのロータ(10)に形成した四部(tOa)内に
フローティングパラギン(II)を介して取付けてあり
、こ・れにより回転軸(2)とともに一体重に回転する
ようにしている。なお、図示実施例とは逆に、回転軸(
2)に対して軸方向に変位可能な従動リング(4)を回
転軸(2)に設けてこれと一体回転可能とするとともに
、シー1−リング(5)をケーシング(1)に取付けて
固カニするようにしてもよい。
Before gluing part -41111 of Sealpa November (8) on the wall part T6C)8 of support part (6) f)J
By gluing the other end of this seal portion 4A (8) to the left end of the driven ring (4) with the intermediate rt++ curved by 1J, the supporting ring 1 (old 6) and Seat ring (maintains Ijl property between 4J and 4J.And between image &7+f part of this sealing member (8)
The driven link (4) is brought into elastic contact with the seat ring (5). This seal 1-ring (
5) is attached via a floating paragine (II) within the four parts (tOa) formed in the rotor (10) for performing a pumping action, which is fixed to the rotating shaft (2). It rotates together with the rotating shaft (2) as one body. Note that, contrary to the illustrated embodiment, the rotation axis (
A driven ring (4) that can be displaced in the axial direction with respect to 2) is provided on the rotating shaft (2) so that it can rotate integrally therewith, and a seal ring (5) is attached to the casing (1) to secure it. You can also make it look like a crab.

以上の構成を有するウォーターポンプにおいては、図示
しないエンジンによって回転軸(2)が回転駆動される
と、これと一体のロータ(1o)が回転して水をエンジ
ン内の各冷却部に供給する。そしてこの際、水はシール
部8(7)および(8)によってシールされるとともに
、メカニカルシール(3)の従動リング(4)とシート
リング(5)との摺接面によってシールされるようにな
る。
In the water pump having the above configuration, when the rotary shaft (2) is rotationally driven by an engine (not shown), the rotor (1o) integrated therewith rotates and supplies water to each cooling section in the engine. At this time, water is sealed by the seal parts 8 (7) and (8), and also by the sliding surface of the driven ring (4) and seat ring (5) of the mechanical seal (3). Become.

然して本発明においては、上記従動リンク(4)。However, in the present invention, the driven link (4).

とシートリング(5)とを共に従来避けていた同種材料
であるカーホン材料から構成したもので、同種月料とし
てもカーボン材料のときにはmKtによる悪影響や焼付
きが発生しないことを確認するとともに、従来公知のメ
カニカルシールに比して一層の流体の漏洩を防止し、し
かも1φ擦トルクのイル減をも図ることができるように
したものである。
The seat ring (5) and the seat ring (5) are both made of carbon material, which is the same kind of material that has been avoided in the past. This seal is designed to prevent fluid leakage to a greater extent than known mechanical seals, and also to reduce the friction torque by 1φ.

第2図は従動リング(4)とシートリング(5)とを共
にカーボンiA′Bから構成して摺接させた場合の励振
係数の変化を測定した実験結果を示したものである。同
図において、(A)が本発明に係る組合せの結果を、(
B )、(C)はそれぞれ従来の組合せとした結果を示
したもので、FB )、(C)ともに従動リングとして
はカーホン材料を用いているが、シートリンクとして(
13)ではステンレス47(sus−304)を、(C
)ではアルミナ焼結体を用いている。
FIG. 2 shows the experimental results of measuring changes in the excitation coefficient when both the driven ring (4) and the seat ring (5) are made of carbon iA'B and are brought into sliding contact. In the same figure, (A) shows the result of the combination according to the present invention, (
B) and (C) show the results of conventional combinations, and in both FB) and (C) carphone material is used as the driven ring, but (
13) stainless steel 47 (sus-304), (C
) uses alumina sintered body.

またこの実験は下記の実験条件で行ったものであるつ (実験条件) ○試験磯:機械試験所型スラスト試験機○回転数: 2
000rpm ○試験時間=60分 ■荷重:51(g ○潤γ)“):水容中(80°C) Q試験片の表面粗さ:全で0.4〜1.6Rz○カーボ
ン4A’ PIの組成:カーボン65wt%:バインダ
ー(フェノール) 25wt% ニジリカ10wt% 第2図の実験結果に示されるように、本発明の組合せの
方が従来の組合せのものより低摩擦係数すなオ〕ち低I
SM擦1−ルクとなっている。これは、摺接面で凝着が
生じても而荒れを生じさせることな〈従来よりも優れた
低摩擦トルクを維持でき、ることを示しており、また焼
付きも発生しないことを示している。
This experiment was conducted under the following experimental conditions (experimental conditions) ○Test rock: Mechanical laboratory type thrust testing machine ○Revolution speed: 2
000 rpm ○ Test time = 60 minutes ■ Load: 51 (g ○ Moisture γ)"): In water volume (80°C) Q Test piece surface roughness: 0.4 to 1.6 Rz ○ Carbon 4A' PI Composition: Carbon 65wt%: Binder (phenol) 25wt% Nijilica 10wt% As shown in the experimental results in Figure 2, the combination of the present invention has a lower coefficient of friction than the conventional combination. I
SM rub is 1-lux. This shows that even if adhesion occurs on the sliding surface, it does not cause roughness (lower friction torque than before can be maintained), and seizure does not occur. There is.

次に、第3図は上記各組合せのもの[A)〜fc)につ
いて、下記の実験条件で水の洩れ量を測定したものであ
る。この実験は各組合せ(A)〜(C)のそれぞれにつ
いて7回行なった結果を示している。
Next, FIG. 3 shows the amount of water leakage measured for each of the above combinations [A) to fc) under the following experimental conditions. This experiment shows the results of seven experiments conducted for each of the combinations (A) to (C).

(実験条件) ○試験機:実体試験機 0回転数711000rp 0時間 : 100時間 ○密封流体:水(80℃)十不凍液 ○密封圧カニ 1.5Kg/ ctlt第3図の実験結
果に示されるように、本発明の組合せのものiA)は、
他の従来の組合せのものTB )、IC)に比較して最
大の洩れ量、平均の洩れ量並びに洩れ爪の最大値と最小
値との範囲ともに小さく、優れたシール性能が得られて
いる。
(Experiment conditions) ○Testing machine: Physical testing machine 0 rotation speed 711000 rpm 0 hours: 100 hours ○Sealing fluid: Water (80℃) 10 antifreeze ○Sealing pressure Crab 1.5Kg/ctlt As shown in the experimental results in Figure 3 The combination of the invention iA) is
Compared to other conventional combinations TB) and IC), the maximum leakage amount, average leakage amount, and range of the maximum and minimum values of the leakage claws are all small, and excellent sealing performance is obtained.

なおり−ボン材料としては一般のカーボンIFA料をそ
のまま利用することができるが、望ましい組成としては
、30〜80(より好ましくは40〜70)wt%のカ
ーボン、15〜45(より好ましくは25〜4o)wt
%のバインダー、2〜15wt%のシリカ又はケイ酸塩
から成るものがよく、また必要に応じて0.5〜3゜w
L%の鉛、0+ 5〜15wt%の窒化ホウ素を添加し
てもよい。上記バインダーとしては従来公知のものを用
いればよいが、特にメカニカルシールをウォーターポン
プに用いる場合には、バインダーとしてフェノール樹脂
を用いるのが望ましい、さらに、従111(lリンク(
4)とシートリング(5)のうち、摺接面積の小さい力
の耐摩耗性を小さくすることが望ましい。
Although a general carbon IFA material can be used as it is as a Naori-bon material, a desirable composition is 30 to 80 (more preferably 40 to 70) wt% carbon, 15 to 45 (more preferably 25 wt%) ~4o)wt
% binder, 2 to 15 wt % silica or silicate, and optionally 0.5 to 3 wt.
L% lead and 0+5 to 15 wt% boron nitride may be added. As the above-mentioned binder, a conventionally known binder may be used, but especially when a mechanical seal is used in a water pump, it is desirable to use a phenolic resin as the binder.
4) and the seat ring (5), it is desirable to reduce the wear resistance of the force with a small sliding contact area.

以上のように、本発明によれば、同種材料の摺接てあり
ながら凝着による悪影響や焼付きが生ずることがなく、
加えて従来装置に比較してシール性能の向」二や摩擦ト
ルクの低減を図ることができるという効果が得られる。
As described above, according to the present invention, even though similar materials are in sliding contact, there is no adverse effect or seizure due to adhesion, and
In addition, compared to conventional devices, it is possible to improve sealing performance and reduce frictional torque.

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

第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図は摩擦
係数を測定した結果を示す図、第3図は洩れ(1【を測
定した結果を示す図である。 (1)・・ケーシング  (2)・・回転軸(34)・
・メカニカルシール (4)・・従動リング(5)・・
シートリング 11!1図 第  2  図 試゛験B今間(分)−一
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing the results of measuring the coefficient of friction, and FIG. 3 is a view showing the results of measuring the leakage (1).・・Casing (2)・・Rotating shaft (34)・
・Mechanical seal (4)... Driven ring (5)...
Seat ring 11!1 Figure 2 Figure 2 Test B time (minutes) - 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] シートリングと、このシートリングに摺接される従動リ
ンクとを備え、それらシートリングと従動リングとの摺
接面で流体の漏洩を防止するメカニカルシールにおいて
、上記シートリングと従動リンクとを共にカーボン材料
から構成したことを特徴とするメカニカルシール。
In a mechanical seal that includes a seat ring and a driven link that slides in contact with the seat ring, and prevents fluid leakage at the sliding contact surface between the seat ring and the driven ring, both the seat ring and the driven link are made of carbon. A mechanical seal characterized by being constructed from materials.
JP22550782A 1982-12-22 1982-12-22 Mechanical seal Granted JPS59117957A (en)

Priority Applications (1)

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JPH028184B2 JPH028184B2 (en) 1990-02-22

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