JPH09273634A

JPH09273634A - メカニカルシール

Info

Publication number: JPH09273634A
Application number: JP8387696A
Authority: JP
Inventors: Masami Miyazawa; 宮沢正巳
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高速、高面圧等の過酷な使用条件下、真空
中、還元ガス中等の雰囲気であっても良好な潤滑性が得
られるメカニカルシールを提供する。【解決手段】四フッ化エチレン樹脂、人造黒鉛からな
る原料を常法にしたがって混合、成形、熱処理し、所定
の気孔率の四フッ化エチレン樹脂材を形成し、これを含
浸装置の容器内に入れて真空引きした後、所定の温度に
加熱したフッ素化油を容器内に流し込み、所定の時間保
持した後Ｎ₂ガスを用いて加圧含浸を行う。終了後、大
気圧に戻して容器から四フッ化エチレン樹脂材を取り出
し、これに機械加工によって摺動面を形成して摺動材と
する。フッ素化油を含浸することによって、四フッ化エ
チレン樹脂材の自己潤滑性にフッ素化油の耐熱性、耐薬
品性等の特性を加えることができ、それらの協働によっ
て種々の環境変化に対応できるメカニカルシールを提供
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はメカニカルシール
に関し、特に、真空中、還元ガス中、低露点のドライ雰
囲気等や高速、高面圧等の過酷な条件下で使用されるメ
カニカルシールに関するものである。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】四フッ化エチレン樹脂材
は、四フッ化エチレン樹脂を主材料として黒鉛、ガラス
繊維、炭素繊維、金属粉等の骨材を配合したものであっ
て、自己潤滑性が有り、耐摩耗性にも優れるため、無給
油タイプのメカニカルシールの摺動材として広く使用さ
れている。

【０００３】しかし、四フッ化エチレン樹脂材は、高
速、高面圧等の過酷な条件下においては摩耗や摺動部の
面荒れを起こす危険性がある。また、真空中、還元ガス
中、低露点のドライ雰囲気等においては、自己潤滑性が
失われるために著しい摩耗が生じることがある。したが
って、このような雰囲気、条件下であっても安定した特
性が得られるようにするためには、配合する骨材の種
類、配合比率等を調整して、所望の特性の四フッ化エチ
レン樹脂材を形成する必要があるが、そのような調整を
するにしても限界があるため、安定して使用できる範囲
が極めて狭い範囲に制限されてしまう。

【０００４】この発明は前記のような従来のもののもつ
問題点を解決したものであって、高速、高面圧等の過酷
な条件下や、真空中、還元ガス中、低露点のドライ雰囲
気等においても摺動部を良好に潤滑することができると
ともに、そのような良好な潤滑状態を長期的に維持する
ことができ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。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】上記の問題点を解決す
るためにこの発明は、回転体に装着される回転環と固定
体に装着される固定環とを具え、両環を相互に摺動接触
させることにより回転部分をシールするようになってい
るメカニカルシールにおいて、前記固定環または回転環
の何れか一方を四フッ化エチレン樹脂材で形成するとと
もに、四フッ化エチレン樹脂材で形成した部材の少なく
とも摺動部に潤滑材を含浸した手段を採用したものであ
る。また、前記潤滑材の含浸率は０．１〜１０ｗｔ％で
ある手段を採用したものであり、前記潤滑材は炭素、フ
ッ素、酸素原子からなるフッ素化油である手段を採用し
たものである。

【０００６】

【作用】この発明は前記のような手段を採用したことに
より、回転環と固定環とが相互に摺動接触することによ
り回転部がシールされることになる。この場合、固定環
または回転環の何れか一方は四フッ化エチレン樹脂材で
形成されていて、しかも、その少なくとも摺動部には潤
滑材が含浸されているので、四フッ化エチレン樹脂材の
自己潤滑性の特性に潤滑材の特性を加えることができ、
それらの協働によって両環の摺動部を効果的に潤滑する
ことができる。そして、潤滑材にフッ素化油を用いた場
合には、フッ素化油の耐熱性、耐溶媒性、耐薬品性、低
蒸気圧、高潤滑性の特性を利用することができるので、
使用条件に影響されることなく良好な潤滑性が得られる
ことになる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、この発明によるメカニカル
シールの実施の形態について説明する。図１には、この
発明によるメカニカルシールの一実施の形態が示されて
いて、このメカニカルシールは、回転体１に装着される
回転環であるシールリング２と、固定体６に装着される
固定環であるフローティングシート７と、回転体１に装
着されるとともにシールリング２をフローティングシー
ト７の方向に押圧するコンプレッションリング３と、回
転体１に装着されるとともにコンプレッションリング３
の押圧力を調整するスプリング４およびカラー５と、シ
ールリング２とコンプレッションリング３との間をシー
ルするパッキン８と、フローティングシート７と固定体
６との間をシールするパッキン９とを具えている。

【０００８】そして、回転体１が回転すると、回転体１
と一体にシールリング２、コンプレッションリング３、
スプリング４およびカラー５が回転し、このときシール
リング２の回転軸に垂直な摺動面とフローティングシー
ト７の回転軸に垂直な摺動面とが相互に摺動接触するこ
とによって、回転部分がシールされるものである。

【０００９】前記シールリング２またはフローティング
シート７の何れか一方は、四フッ化エチレン樹脂材に潤
滑材を含浸させて形成したものである。

【００１０】前記四フッ化エチレン樹脂材は、特にその
組成を問うものでなく、四フッ化エチレン樹脂の他に骨
材として黒鉛、ガラス繊維、炭素繊維、金属粉、樹脂
粉、樹脂繊維等を使い分けることができるものである。

【００１１】配合比率に関しては、四フッ化エチレン樹
脂の比率が６０ｗｔ％〜９０ｗｔ％が好ましい。これよ
りも少ないと、強度や摩擦係数の点で問題が生じ、これ
よりも多いと耐摩耗性の点で劣る結果となるからであ
る。

【００１２】四フッ化エチレン樹脂材は、粉末成形の後
に３７０℃近傍の温度で熱処理して溶融・硬化させる
が、このような製造過程において、配合状態や成形条件
の違いによって約０．１〜３％程度の気孔が形成され、
この気孔に潤滑材を含浸する。

【００１３】含浸する潤滑材は、炭素、フッ素、酸素原
子からなるフッ素系合成油（以下、フッ素化油という）
であって、例えば、ＰＦＰＥ（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｐｏ
ｌｙｅｔｈｅｒ）油等が有効である。

【００１４】フッ素化油は、耐熱性、耐溶媒性、耐薬品
性に優れ、低蒸気圧であり、潤滑性にも優れる特徴を有
するものである。したがって、高温−低温雰囲気、真空
中−腐食性等の特殊雰囲気等の環境の変化に対して特性
の変化が少なく、それらの雰囲気においても潤滑性が失
われることなく長期的に安定した特性が得られるもので
ある。

【００１５】このようなフッ素化油は、分子量の大きさ
によって粘度に違いが生じる。したがって、四フッ化エ
チレン樹脂材の気孔の大きさ、使用条件等に応じて所望
の粘度のものを選択して使用すれば、種々の雰囲気にお
いて安定した特性が得られることになる。

【００１６】フッ素化油を四フッ化エチレン樹脂材に含
浸するには、気孔の大きさ等によって真空・加圧含浸法
又は浸漬含浸法等の含浸方法の中から適宜なものを選択
して使用すれば良い。

【００１７】フッ素化油の四フッ化エチレン樹脂材に対
する含浸率は、厳しくその範囲を問うものではない。含
浸の深さによっても含浸率が微妙に変化するため、含浸
率を厳密に規定することは困難であるが、四フッ化エチ
レン樹脂材の表面近傍において０．１ｗｔ％以上、好ま
しくは０．５ｗｔ％で顕著な効果が期待でき、５ｗｔ％
程度までが理想である。含浸率が低すぎると潤滑不足の
問題が生じ、高すぎると使用時に摺動面にフッ素化油が
過剰に流出し、摺動面に塵芥等が付着し易くなるといっ
た問題が生じる。

【００１８】上記のような過程を経て作られた摺動材を
有するこの実施の形態によるメカニカルシールは、摺動
材を構成する四フッ化エチレン樹脂材の自己潤滑性と四
フッ化エチレン樹脂材に含浸した潤滑材との協働によ
り、高速、高面圧等の過酷な条件下においても、真空
中、還元ガス中、低露点のドライ雰囲気等においても、
著しい摩耗や摺動部の面荒れを起こしたり、潤滑性が失
われて著しい摩耗が発生したりすることはなく、摺動部
を良好に潤滑することができることになる。しかも、そ
のような良好な潤滑状態を長期的に維持することができ
ることになる。したがって、使用できる範囲を大幅に広
げることができるとともに、そのような広い範囲におい
て長期的に安定して使用することができることになる。

【００１９】以下、この発明の実施の形態によるメカニ
カルシールを実施例に基づいて具体的に説明する。

【００２０】（実施例１）四フッ化エチレン樹脂の配合
比率が７０ｗｔ％、人造黒鉛（平均粒径３０μｍ）３０
ｗｔ％からなる原料を常法にしたがって混合、成形、熱
処理を行い、気孔率１．５％の四フッ化エチレン樹脂材
を形成し、これを素材として摺動面形状２３×φ２９ｍ
ｍ（大きさ２３×３５×１０ｍｍ）の試験片を形成し、
これを評価用の試験片とした。そして、この試験片を真
空・加圧状態に絶えられる容器を備えた含浸装置の前記
容器中に入れ、０．１ｍｍＨｇまで真空引きし、この
後、粘度を下げるため７０℃に加熱したフッ素化油（バ
リエルタＪ１００平均分子量３５００（ＮＯＫ株式会社
製））を流し込み、約２０分間保持した後、Ｎ₂ガスを
用いて９Ｋｇ／ｃｍ²ー２時間の加圧含浸を行った。終
了後、大気圧に戻し、試験片を取り出した。含浸率は
０．８ｗｔ％であった。その後、ｒｉｎｇ−ｏｎ−ｒｉ
ｎｇ式の摩擦摩耗試験機を用いて大気中での摺動試験を
行った。その試験条件及び試験結果を表１に示す。

【００２１】（比較例１）実施例１で使用した四フッ化
エチレン樹脂材について無含浸のものを用い、実施例１
と同様な試験を行った。その結果を表１に示す。

【００２２】（実施例２）常法にしたがって作られた四
フッ化エチレン樹脂の配合比率が８０ｗｔ％、ポリイミ
ド樹脂粉末（平均粒径４０μｍ）２０ｗｔ％、気孔率
３．２％からなる素材より摺動面形状２３×φ２９ｍｍ
（大きさ２３×３５×１０ｍｍ）の試験片を作り評価用
の試験片とした。この試験片を真空・加圧状態に耐えら
れる容器を備えた含浸装置の容器中に入れ０．１ｍｍＨ
ｇまで真空引きし、この後、粘度を下げるために７０℃
に加熱したフッ素化油（バリエルタＪ１００平均分子量
３５００（ＮＯＫ株式会社製））を流し込み、約２０分
間保持した後、Ｎ²ガスを用いて９Ｋｇ／ｃｍ²−１８
時間の加圧含浸を行った。含浸率は２．５％ｗｔであっ
た。試験片について実施例１と同様の試験を行った。結
果を表１に示す。

【００２３】（比較例２）実施例２に使用した四フッ化
エチレン樹脂材について無含浸のものを用い、実施例１
と同じ試験を行った。その結果を表１に示す。

【００２４】（試験結果の要約）面圧条件を変化させた
実施例１、２について、面圧が高くなると摩耗量、試験
後の摺動面粗さについて比較例１、２に比べて摩耗及び
粗さが小さく損傷の度合いが非常に小さい。摩擦係数に
ついては、実施例に比べて比較例の方が僅かに低い程度
で大きな違いがない。これは四フッ化エチレン樹脂の摩
擦係数が摩耗のいかんに係わらず低いためと考えられ
る。摺動面温度についても摩擦係数に違いがないため、
大きな変化となって現われていない。また、周速を変化
させた実施例２と比較例２においても、フッ素化油を含
浸したものの方が含浸していないものよりも摩耗及び粗
さが小さいといった同様な傾向が見られる。すなわち、
フッ素化油の含浸によって面圧や周速（滑り速度）が変
化しても摩耗や面粗さの変化が少なく、安定した摺動を
示す結果となる。

【００２５】（実施例３）実施例２で用いた四フッ化エ
チレン樹脂材より、摺動面がφ５８．６×φ６６．１ｍ
ｍ（大きさφ５６×φ８１×２７）の試験片を作り、評
価用の試験片とした。この試験片に実施例２と同様の方
法でフッ素化油を含浸した。含浸率は２．０ｗｔ％であ
った。この試験片を用いてメカニカルシール性能評価試
験を行った。比較例として無含浸のものの試験も行っ
た。試験条件および試験結果を表２に示す。メカニカル
シールを用いた試験結果から、フッ素化油を含浸した四
フッ化エチレン樹脂材は無含浸のものに比較して著しい
耐摩耗性の向上が認められる。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【発明の効果】この発明は前記のよう構成したことによ
り、以下のような効果を奏することになる。すなわち、
メカニカルシールの固定環または回転環の何れか一方を
四フッ化エチレン樹脂材で形成するとともに、四フッ化
エチレン樹脂材で形成した部材の少なくとも摺動部に潤
滑材を含浸したことにより、固定環と回転環が摺動接触
する際、四フッ化エチレン樹脂材の特性による自己潤滑
性に潤滑材の特性を加えることができ、それらの協働に
よって摺動部を潤滑することができる。したがって、四
フッ化エチレン樹脂材の自己潤滑性だけに頼る場合に比
べて潤滑性が著しく向上することになる。また、潤滑材
としてフッ素化油を用いた場合には、フッ素化油の耐熱
性、耐溶媒性、耐薬品性、低蒸気圧、高潤滑性等の特性
を利用することができるので、高速、高面圧等の過酷な
条件下であっても、真空中、還元ガス中、低露点のドラ
イ雰囲気等であっても、良好な潤滑性が得られることに
なる。したがって、そのような条件下、雰囲気であって
も摺動部を良好に潤滑することができるとともに、その
ような良好な潤滑状態を長期的に維持することができる
ことになり、広い範囲において良好な潤滑状態が長期的
に得られることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるメカニカルシールの一実施の形
態を示した概略図である。

【符号の説明】

１……回転体２……回転環（シールリング）３……コンプレッションリング４……スプリング５……カラー６……固定体７……固定環（フローティングシート）８、９……パッキン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体に装着される回転環と固定体に装
着される固定環とを具え、両環を相互に摺動接触させる
ことにより回転部分をシールするようになっているメカ
ニカルシールにおいて、前記固定環または回転環の何れか一方を四フッ化エチレ
ン樹脂材で形成するとともに、四フッ化エチレン樹脂材
で形成した部材の少なくとも摺動部に潤滑材を含浸した
ことを特徴とするメカニカルシール。
【請求項２】前記潤滑材の含浸率は０．１〜１０ｗｔ
％である請求項１記載のメカニカルシール。
【請求項３】前記潤滑材は炭素、フッ素、酸素原子か
らなるフッ素化油である請求項１および２記載のメカニ
カルシール。