JPH0637938B2 - メカニカルシール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、２つの密封端面部材の相対回転摺接作用によ
り被密封流体を遮蔽シールするように構成されたメカニ
カルシールに関するものである。

〔従来の技術〕

この種メカニカルシールにあっては、当然のことなが
ら、密封端面部材を耐摩耗性及び潤滑性に富む材料で構
成しておくのが好ましいが、耐摩耗性（例えばアブレッ
シブ摩耗）と潤滑性（例えばドライ摺動）とは本来的に
相反する特性であり、従来の密封端面部材にあって両者
を共に確保しうるものは未だ提案されていない。

したがって、従来のメカニカルシールにあっては、耐摩
耗性又は潤滑性の何れかを犠牲するか、或いは所謂ダブ
ル形メカニカルシール等に構成して潤滑手段を別途設け
ているのが実情である。例えば、ダブル形メカニカルシ
ールにあっては、本来のメカニカルシールに加えてメカ
ニカルシール，オイルシール等のシール機構を設けて、
両者間に潤滑剤を封入し、密封端面部材間の潤滑性能を
確保しているのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前者のように耐摩耗性又は潤滑性の一方を犠牲
にすると、良好なシール機能は当然に期待し得ず、また
後者のように潤滑手段を別途設ける場合は、どうしても
構造が大型化，複雑化し、メカニカルシール装着機器の
軽量化，小形化を妨げることになる。

本発明は、このような従来のメカニカルシールにおける
欠点を解消したもので、密封端面部材の構成を工夫する
ことによって、従来なし得なかった耐摩耗性と潤滑性と
を共に確保し得るメカニカルシールを提供することを目
的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この課題を解決した本発明のメカニカルシールは、特
に、二つの密封端面部材のうち、少なくとも一方を多孔
質ニューセラミック材で構成し且つその気孔に潤滑材を
含浸させたものである。

密封端面部材は、多孔質のＳｉＣ，ＺｒＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ
_４，アルミナ等のニューセラミック材で構成されるが、
強度，耐熱性等に優れたβ型ＳＩＣ焼結体で構成してお
くことが好ましい。

また、潤滑材としては、弗素系オイル，鉱物オイル等の
潤滑油を配合したマイクロワックスが使用される。マイ
クロワックス及び潤滑油は被密封流体の性状，シール条
件等に応じて適宜選択する。特に、マイクロワックス
は、潤滑材の融点をシール条件等に応じた最適温度にし
うるものを選択する。

〔作用〕

密封端面部材が多孔質のニューセラミック材で構成され
ているから、耐摩耗性，耐食性，耐熱性に優れる。

しかも、密封端面部材の気孔に潤滑材が含浸されている
から、潤滑手段を設けずとも、摺動部分において含浸潤
滑材による潤滑膜が形成され、焼き付き等の不都合は生
じない。しかも、潤滑材としてマイクロワックスに潤滑
油を配合したものを使用したことによって、潤滑材によ
る潤滑形態を密封端面部材の摺動状況（摺動部分の摩擦
熱による発熱状況）に応じて自動的に変化させることが
でき、その結果、潤滑材の消費を必要最小限に抑えつ
つ、密封端面部材の摺動部分を長期に亘って良好に潤滑
させることができる。

すなわち、マイクロワックスは高融点の固体で、融点以
上の温度で液化するものであるから、運転の初期段階や
停止時等のように密封端面部材における摺動部分の発熱
温度が融点以下であるときは、潤滑材が、潤滑油の流出
がマイクロワックスにより阻止された固体状態となっ
て、摺動部分の潤滑形態はいわば潤滑材による固体潤滑
となる。しかし、このような低温の摺動状況下では焼き
付き等の不都合が生じる虞れが少なく、高度の潤滑を必
要としないことから、潤滑材が溶出しない固体潤滑であ
っても、摺動部分の潤滑を充分良好に行うことができ、
メカニカルシールのシール機能を何ら損なうことがな
い。

そして、運転の継続により、摺動部分温度が密封端面部
材間に発生する摩擦熱により上昇して融点を超えると、
マイクロワックスが液化して潤滑油が溶出し、溶出した
潤滑材により摺動部分の潤滑が行われる。つまり、摺動
部分に液体による潤滑膜が形成され、摺動部分を液体潤
滑する。したがって、摺動部分が高温状況下にあって
も、焼き付き等の不都合を生じることなく密封端面部材
の相対回転摺動を円滑に行わしめうる。

ところで、マイクロワックスに代えてパラフィンワック
スを用いることも可能であるが、本発明では、次のよう
な理由からマイクロワックスを使用する。すなわち、マ
イクロワックスはパラフィンワックスに比して含油量が
多く、より良好な固体潤滑を行いうる。また、マイクロ
ワックスはパラフィンワックスに比して温度上昇に伴う
粘度変化が著しいことから、固体潤滑から液体潤滑への
移行が迅速に行われ、発熱状況の変化に的確に対応する
ことができる。さらに、マイクロワックスは結晶転移が
ないため、固相から液相への体積膨張がパラフィンワッ
クスに比して緩やかであることから、つまり体積増加率
が小さいことから、流体潤滑状態においても潤滑材の流
出量が必要以上に多くならず、その消費量を必要最小限
に抑えることができる。

このように、摺動部分の発熱状況に応じた適切な潤滑が
行われ、潤滑材の溶出量つまり消費量が必要最小限に抑
制されることになる。したがって、摺動部分の潤滑を長
期に亘って良好に行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の構成を第１図に示す実施例に基づいて具
体的に説明する。

第１図に示すメカニカルシールにおいて、１はシールケ
ース２に固定保持された静止密封環、３は回転軸４に軸
線方向摺動自在に保持された回転密封環、５は回転軸４
に固定されたスプリングリテーナ、６は回転密封環３を
静止密封環１に押圧附勢するスプリングであり、両密封
環１，３の相対回転摺接作用により、その摺動部分７で
被密封流体領域Ａと非密封流体領域Ｂとを遮蔽シールし
うるようになっている。

両密封環１，３の少なくとも一方は、多孔質のβ型Ｓｉ
Ｃ焼結体（気孔径２〜３０μｍ，気孔率４〜２０％）で
構成されており、且つその気孔にはマイクロワックスに
弗素系オイル等の潤滑油を配合した潤滑材を含浸させて
ある。

かかる構成のメカニカルシールにあっては、回転軸４が
回転されて、摺動部分７の摩擦熱による発熱温度がマイ
クロワックスの融点以上となると、潤滑材が溶出して、
摺動部分７に溶出潤滑材による潤滑膜が形成され、摺動
部分７の潤滑を行なう。このとき、摺動部分７の発熱温
度がマイクロワックスの融点に達するまでは、潤滑材は
溶出せず、摺動部分７は固体潤滑されることになる。ま
た、回転軸４が停止されて、摺動部分７が冷却される
と、潤滑材は固化してその溶出が阻止される。

したがって、液中・気中何れの雰囲気においても、摺動
部分７における潤滑性を確保できる。しかも、マイクロ
ワックスの種類によって含浸潤滑材の流動点を自由に制
御することができ、シール条件に応じた良好なシール機
能を発揮させることができる。

また、β型ＳｉＣ焼結体は、耐摩耗性，耐食性等に優れ
たものであるから、耐摩耗性，耐食性等が要求される条
件下においても良好なシール機能を発揮できる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではな
く、あらゆる接触型メカニカルシールについて適用でき
るものである。また、密封端面部材の構成材たる多孔質
ニューセラミック材及び含浸潤滑材も上記実施例に限定
されない。

〔発明の効果〕

以上の説明から容易に理解されるように、本発明によれ
ば、密封端面部材を潤滑材含浸の多孔質ニューセラミッ
ク材で構成して、本来的に相反する特性たる耐摩耗性及
び潤滑性を共に有するものとなすことができるから、ダ
ブル形メカニカルシールの如く構造の大型化，複雑化を
招くことなく、良好なシール機能を発揮しうるメカニカ
ルシールを提供することができる。したがって、本発明
のメカニカルシールは、通常のシール条件下においては
勿論、耐食性が要求される腐食ガス用撹拌シール、耐摩
耗性が要求される粉体用シール、気中・水中の両シール
雰囲気が要求される乾式モータにおける水中ポンプシー
ル或いは流体潤滑を行ない得ない条件下で使用されるシ
ール等においても好適に使用することができ、極めて実
用性に富むものである。また、潤滑材による潤滑形態が
密封端面部材の摺動部分の発熱状況に応じて自動的に変
化されるから、潤滑材の消費を必要最小限に抑えつつ、
密封端面部材の摺動部分を長期に亘って良好に潤滑させ
ることができる。しかも、潤滑材の溶融点はマイクロワ
ックスの選択により自由に制御することができるから、
潤滑油の選択と相俟って、如何なるシール条件下におい
てもこれに応じた適切な潤滑を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るメカニカルシールの一実施例を示
す半截断面図である。 １……静止密封環（密封端面部材）、２……回転密封環
（密封端面部材）、７……摺動部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相対回転摺接する２つの密封端面部材のう
   ち少なくとも一方をＳｉＣ，ＺｒＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ_４等の
   多孔質ニューセラミック材で構成し且つその気孔にマイ
   クロワックスに弗素系オイル等の潤滑油を配合してなる
   潤滑材を含浸させたことを特徴とするメカニカルシー
   ル。