JPS6116867B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は固定部と該固定部に関して回転自在の
回転軸間に形成するメカニカルシール、さらに詳
しくはコンプレツサの回転軸の軸封部に形成する
メカニカルシール、特にカークーラ用斜板式コン
プレツサの回転軸の軸封部に形成するメカニカル
シールに関する。 かかる固定部と回転軸間に形成するメカニカル
シールは、一般に固定部側に気密に固定され、回
転軸との間に若干の隙間を設けて配設した固定片
と、回転軸側に気密に連結され、回転軸とともに
回転せしめられる回転片とを有し、回転片を固定
片に圧接摺動せしめることにより気体または液体
の洩れを防止する構成を採用している。また前記
固定片は固定部材に固定される環状のもの（シー
トリング）に形成され回転軸は固定片の中心孔中
に配設され、回転片は回転軸に気密に装着される
気密部材を介して回転軸にその中心孔を緩装して
装着される環状のもの（従動リングまたは回転リ
ング）に形成され、回転軸に装着されるスプリン
グの弾力によつて該回転片の一表面に畝状に突出
せしめた環状のシール面が前記固定片の一表面に
圧接摺動せしめられるように構成されるのが一般
的な構成である。 上記構成のメカニカルシールは、固定片および
回転片（従動リング）に耐摩耗性と強度が要求さ
れるため、回転片には焼成カーボン、合成樹脂と
カーボンの複合材料等が使用され、一方固定片
（シートリング）にはステライト、ステンレス、
高珪素鋳鉄などが使用されるのが一般的である。 斜板式コンプレツサ、回転式コンプレツサ、レ
シプロ式コンプレツサ等のカークーラ用コンプレ
ツサにおいては、ガス状の冷媒を圧縮して吐出
し、コンデンサで凝縮させ、エバポレータにおい
て気化膨張したガス状の冷媒を再び吸入口からシ
リンダ内に吸入する閉回路内で圧縮作用を行うも
のである。さらに詳細について斜板式コンプレツ
サで説明すると、潤滑油はコンプレツサハウジン
グ内で霧化されて、冷媒とともにピストンとシリ
ンダ間、斜板とピストンシユー間等の潤滑を必要
とする部分に送られる。しかしながら潤滑油の量
が多いと圧縮された冷媒とともにコンデンサおよ
びエバポレータ等を含む閉回路を循環してクーラ
の冷却効率を損うため、冷媒から潤滑油を完全に
分離することは至難であるが潤滑油を冷媒から分
離するか潤滑油量を減らす要請があり、しかもコ
ンプレツサ自体を車載の都合上小型化軽量化する
要請があるためにオイルポンプを省略したコンプ
レツサも存在する。 さらにカークーラ用コンプレツサは内燃機関に
より駆動されるものであるから、内燃機関のアイ
ドリング時の毎分500回転から高速走行時または
急加速時の毎分6500回転までの広範な回転数範囲
で非定常的に運転駆動されるばかりでなく、自動
車が長時間停止した後走行を開始する際にはコン
プレツサの潤滑が未だ十分でない状態においても
始動せしめられる等、カークーラ用コンプレツサ
の作動条件は変動が多い。これに加えてコンプレ
ツサのピストンとシリンダ間、斜板とピストンシ
ユー間等は斜板によるピストンの往復動が開始せ
しめられると、コンプレツサ内低圧側と連通され
た油溜内に貯溜された油のフオーミング現象（急
激な圧力低下によつて油内にとけこんでいた冷媒
が気化して油全体を泡立たせる現象）によつて直
ちに潤滑油が供給されるが、コンプレツサ回転軸
の軸封部分に装着される軸封装置（メカニカルシ
ール）の摺動部への潤滑油供給は、潤滑油量を減
らすことにより極めて困難となり、該軸封部のメ
カニカルシールの作動条件は苛酷となり、メカニ
カルシールの摺動部材はコンプレツサを含む冷凍
回路内に封入した潤滑油と冷媒のガスのミスト状
混合物による潤滑によるも潤滑不十分であつて、
潤滑油が摺動面に介在しない固体接触の回転摺動
も発生する作動条件となる。例えばコンプレツサ
の運転開始後外部管路内の冷媒がコンプレツサに
帰還するまでの数十秒間、自動車の使用停止時間
が長い場合には摺動部に付着した油分が落下排除
されることも加わつて数分間も、潤滑油の供給が
ない状態で摺動回転される事態も発生する。 このようなカークーラ用斜板式コンプレツサの
軸封部のメカニカルシールの固定片（シートリン
グ）として、ねずみ鋳鉄（FC20）等の普通鋳
鉄、黒鉛を均一かつ微細に分布させた特殊鋳鉄あ
るいはセラミツク材が主に使用されていたが、鋳
鉄材の固定片は硬さが一般にHv300以下であつた
摩耗量も多く、かつシール材料内に分散されてい
る黒鉛が表面加工の際一部脱落して表面欠陥を生
じ、これがためシールの摩耗が進むにつれてシー
ルの摺動面の粗さの均一性を失い、シール性能が
悪化する。またセラミツク材のシールは熱衝撃に
弱く、特に起動時、吸入側外部管路より冷媒が帰
還するまでの間は摩擦熱で温度上昇し、その後帰
還冷媒がコンプレツサ内に流入してその比較的低
温の冷媒によつて今度は急冷され、その結果割れ
を生ずる危険がある。 叙上の公知技術に鑑み、本発明者らはさきに固
定部に取りつける固定片（シートリング）を鉄系
材料で作り、その表面にHv400以上、好ましくは
Hv800以上の硬さの高硬度層を形成し、回転軸に
取りつける回転片を炭素質材料で作ることを提案
した（特願昭54−145990号、昭和54年11月13日出
願）。上記高硬度層は、炭素鋼または低合金鋼で
固定片を作ること、鉄鋼材料の固定片基材に軟窒
化処理、浸ボロン処理、焼入れ処理により表面処
理すること、あるいは硬質クロムメツキを施すこ
とによつて形成される。 上記の提案したメカニカルシールにおいては、
オイルポンプの省略されたカークーラ用斜板コン
プレツサに用いてシール摺動面の気密性を損うこ
とが少く、冷媒ガスおよび潤滑油の洩れ量が、従
来のメカニカルシールを使用した場合に比して半
減したことを見出した。 本発明者らは上記提案にかかる研究をさらに発
展させた結果、メカニカルシールの摺動面の一方
を、その接触摺動面に、その表面を多孔質とした
クロムのポーラスメツキ層を施したものとし、他
方を炭素質のものとした場合に、摺動面の摩擦係
数および摩耗量が前記高硬度層を形成した固定片
（シートリング）を使用するものに比して著るし
く少く、摺動面にステツキングが発生することな
く、そのためにシール性能も良好で耐久性におい
てより優れたメカニカルシールを提供し得ること
を見出したものである。 即ち上記特願昭54−145990号の発明に基いて高
硬度層として硬質クロムメツキ層を選択し、これ
を一般構造用圧延鋼材SS41により製作した基材
の一面に施した固定片を比較材とし、同一鋼材で
製作した基材の一面にクロムのポーラスメツキ層
を施した固定片を試験片として、スラストテスタ
ーによる摩擦係数および摩耗量の比較を行つた。
回転片としてはねずみ鋳鉄（FC20）により製作
したもの、および重量％にして黒鉛の粉末60％、
フエノール樹樹脂30％、二酸化珪素粉末10％の混
合材料から成形したものの２種を用いた。スラス
トテスターは、固定片を外径30mm、内径16mmの円
筒状に成形し、その環状を呈する面にメツキ層を
施してメツキ層を上表面にして基台に固定し、一
方回転片を前記材料により外径24mm、内径20mmの
円筒状に形成し、この回転片を前記固定片と同軸
にメツキ層上面に載せ、両円筒体の軸方向に５
Kg／cm²荷重をかけ、回転片を毎分2000回転（平均
すべり速度2.3ｍ／sec）で無潤滑状態で摺動回転
せしめた。上記固定片のクロムメツキ面のあらさ
は0.1μmRz、ねずみ鋳鉄製回転片の表面あらさ
は0.7μmRz、炭素成形体の回転片の表面のあら
さは0.4μmRzであつた。 上記試験における固定片と回転片の組合せは表
１に示すとおりであり、これらの組合せにおける
摩擦係数の測定結果は第１図に、摩耗量の測定結
果は第２図にそれぞれ示すとおりであつて、クロ
ムのポーラスメツキ層を施した固定片と炭素成形
体の回転片との組合せ（第１図、第２図に符号Ｄ
であらわす）は摩擦係数においてほぼ0.1または
それ以下と極めて小さく、比摩耗量においても固
定片のメツキ層の比摩耗量が極端に小さく、回転
片の比摩耗量も最低であることが判明した。なお
第２図の棒グラフにおいて斜線を施した棒グラフ
は回転片を、斜線を施さない棒グラフは固定片の
メツキ層を夫々示すものである。

【表】 以上の試験結果ならびに後述する実施例に基い
て、本発明者らは、メカニカルシールの摺動面の
一方をクロムのポーラスメツキ層とし、他方を炭
素質材料のものとすることにより、クロムの高硬
度層と炭素質材料の組合せのメカニカルシールよ
りシール性能の良好な耐久性の優れたメカニカル
シールを提供するものである。 本発明は、固定部に取りつけられる固定片と、
前記固定部に関し回転自在の回転軸に取りつけら
れ、回転軸とともに回転せしめられる回転片とを
有し、前記固定片の一面に回転片が摺動自在に圧
接せしめられて摺動回転部の気密を保持するよう
にしたメカニカルシールにおいて、前記固定片お
よび回転片の何れか一方を、その接触摺動面にそ
の表面を多孔質としたクロムのポーラスメツキ層
を施したものとし、他方を炭素質のものとするこ
とにより、潤滑油の供給が十分に行われず、固体
接触の回転摺動の状態を生ずることがあつても、
摺動抵抗が少く、偏摩耗を生ぜず、従つて耐久性
があり、ガス洩れや油洩れ量の少いメカニカルシ
ールを提供することを目的とするものである。 また本発明はオイルポンプが省略されたカーク
ーラ用コンプレツサにおいて、固定片の接触摺動
面にクロムのポーラスメツキ層を施し、回転片を
炭素質のものとすることにより、冷媒ガスや潤滑
油の洩れを従来のものより著るしく少くするメカ
ニカルシールを提供しようとするものである。 本発明のメカニカルシールに用いるクロムのポ
ーラスメツキ層とは、クロムのメツキ面を水玉模
様または網目模様の多孔性にしたもので、シール
材の素地に対し予め任意の打痕を施し、これをメ
ツキ後に反映させる機械的加工方法、およびクロ
ムのメツキを素材に行い、その後エツチングによ
り孔や溝を形成させる電解エツチング法等の公知
の方法によつて形成するものである。電解エツチ
ング法にはチヤンネルタイプ、ピンポイントタイ
プおよびインターメジエートタイプの３種類があ
り、クロムメツキの電着条件は通常の工業用クロ
ムメツキと本質的に差はないが、チヤンネルタイ
プはメツキ浴の温度60℃で、ピンポイントタイプ
は浴温度50℃で、インターメジエートタイプはそ
の中間の温度で得られ、いずれのタイプもメツキ
液と同様の浴（メツキ槽を利用してもよい）で被
加工片を陽極にして陽極電流密度30〜60A／dm²
で電解すると、孔や溝が形成される。このエツチ
ングには１〜２％硫酸を用いてもよく、りん酸を
用いてエツチングを行うと、溝形成と同時に表面
が平滑に研磨され、水玉模様の多孔性にするには
任意の孔を有するスクリーンをはめてエツチング
を行うことなどが知られている。またエツチング
を施した後にホーニング加工を行うことにより、
多孔率の調整をなし得ることも知られている。 本発明において炭素質のものとは、炭素およ
び／または黒鉛の粉末を成形したもの、炭素およ
び／または黒鉛の粉末を合成樹脂を混練し成形し
て合成樹脂を縮合せしめたもの、あるいは実質的
に炭素および／または黒鉛から成るその他の材料
を含むものとする。また黒鉛とは完全に黒鉛化し
ていない炭素質物質も含むものとする。 本発明のメカニカルシールは、クロムのポーラ
スメツキ層を固定片に施し、回転片を炭素質物質
で製作することが実用的である。 そして前記クロムのポーラスメツキ層は、その
表面にあらわれる孔の大きさが直径５〜20μｍで
あり、その表面にあらわれる孔の数が一平方mmあ
たり500〜2000個であつて、硬さはmHv800〜
1100とする。孔の大きさは孔の平面形状の面積と
同一面積の円の直径であらわし、所要の摺動部分
の面積中ほぼ80％に前記大きさおよび数の孔があ
らわれていれば差支えない。また上記大きさより
大きい孔であつても、その合計面積が20％以下で
あれば差支えない。さらに上記孔の大きさおよび
数は、メカニカルシールを適用する密封対象物お
よび条件によつてその上限および下限を若干外れ
ても実用に耐え得る。上記クロムのポーラスメツ
キ層の厚さは、メカニカルシールを用いる対象
物、メカニカルシールの使用条件によつても異る
が、ほぼ５〜200μｍあれば実用的であり、５μ
ｍを下回ると耐久性が劣化し、200μｍ以上の厚
さは過剰である。 クロムのポーラスメツキ層の表面はラツプ研磨
により研磨することが好ましく、表面あらさは
0.1μmRz以下が好ましい。 本発明のメカニカルシールの他方の摺動面を構
成する炭素質物質は、炭素および／または黒鉛の
粉末を焼成して成形したもの、または実質的に炭
素および／または黒鉛から成る材料なども用いら
れるが、炭素および／または黒鉛の粉末と合成樹
脂の混練成形品が成形が容易であり、廉価で実用
的である。 炭素および／または黒鉛の粉末と合成樹脂の混
練成形品は、重量％にして粒子大きさが300μｍ
以下の炭素および／または黒鉛の粉末の30〜80％
と、残部をフエノール樹脂、エポキシ樹脂、フラ
ン樹脂、ポリイミド樹脂などから選ばれる１種の
樹脂を混合し、成形して樹脂をキユア（縮合）し
て得られる。炭素および／または黒鉛の粉末の粒
子の大きさが300μｍ以上では成形が困難であ
り、粒子が小さいほど耐久性に優れているが、実
質的には100μｍ以下の大きさが好ましく、さら
にこの範囲内においても粒子の大きさの大きいも
のと小さいものとを混合して用いるとよい。また
粉末は比較的硬い黒鉛を主成分として用いるのが
好ましい。 炭素および／または黒鉛の粉末の量が30％以下
では摩擦抵抗が大きく、80％以上では強度が不足
する。その好ましい範囲は40〜70％である。 また上記混練成形品の成形に際し、摩擦抵抗の
小さい材料の添加材粉末、例えば二酸化珪素、珪
酸塩（シリケート）、窒化ボロン等の何れか一種
または二種以上の粉末を重量％にして２〜15％混
合することは、混練成形品の摩擦抵抗の低減に好
ましいことである。この場合前記合成樹脂は重量
％にして15〜45％とする。上記添加材粉末の粒子
の大きさは50μｍ以下とする。粒子の大きさが50
μｍを超えると摩擦摺動する相手材および混練成
形品自体の摩耗を、添加材を添加しない場合に比
して大とする。添加材粉末の量が２％以下では添
加材添加の効果は殆んどなく、15％を超えて添加
すると摩擦摺動する相手材の摩耗を大とする。添
加材粉末の添加量は好ましくは５〜10％である。 前記添加材の混合下における合成樹脂の混合量
は、重量％にして15％以下では強度が不足し、45
％以上では摩擦低抗が大となる。好ましい合成樹
脂量は20〜30％である。 上記粒子大きさは、粒子と同一容積の球状体の
直径とする。また本発明のメカニカルシールは、
一般的使用条件として、PV値として、約Ｐ：30
Kg／cm²×Ｖ：8m／ｓを限度として使用されるの
が好ましい。 以下に説明する本発明の実施例は、カークーラ
用斜板式コンプレツサの軸封部における冷媒ガス
および潤滑油の洩れを封止するメカニカルシール
に施したものである。 実施例の説明に先立つてカークーラ用斜板式コ
ンプレツサ１０を第３図により、該コンプレツサ
に用いるメカニカルシールを第４図、第５図に基
いて説明する。斜板式コンプレツサは、複数個の
シリンダポア１を形成したシリンダブロツク２と
その両側を閉塞するシリンダヘツド３，４と、シ
リンダポア１内に配設されたピストン２１、シリ
ンダブロツク２とシリンダヘツド３，４との間に
介装されたバルブシート５，６、前記ピストン２
１の往復動を司どる斜板２２を一体に取りつけた
回転軸２０を主要構成とするものであつて、メカ
ニカルシール３０は軸封部においてシリンダヘツ
ド３に形成した軸孔７と回転軸２０との間に設け
られる。前記ピストン２１は全体が円柱状形をな
し、その中央部に形成した凹所２３内に斜板２２
を配し、斜板２２に摺接するシユー２４および該
シユー２４とピストン２１との間に配設されるボ
ール２５により、回転軸２０と共に回転する斜板
２２の揺動によつてシリンダポア１内の往復運動
をせしめられ、シリンダヘツド３とバルブプレー
ト５間およびシリンダヘツド４とバルブプレート
６間に形成した吸入室１１，１２からシリンダポ
ア１内に冷媒ガスを吸入し、これを圧縮してシリ
ンダヘツド３とバルブプレート５間およびシリン
ダヘツド４とバルブプレート６間に形成した排気
室１３，１４に排出する。 即ち上記斜板式コンプレツサ１０は、冷凍回路
内を循環してコンプレツサに戻された冷媒ガスを
吸入室１１，１２からシリンダポア１内に吸入
し、これをピストン２１で圧縮して排気室１３，
１４からコンデンサに送り出し、そこで冷却して
ガスを液化した後エバポレータに送つて蒸発さ
せ、周囲から蒸発潜熱を奪つて周囲の空気を冷却
し、蒸発した冷媒ガスを再び吸入室１１，１２か
らシリンダポア１内に吸入する作動サイクルを行
うものである。 潤滑油はシリンダブロツク２内の油溜室８内ま
たは斜板２２のクランク室９内に組立時に若干量
封入され、該クランク室９内における斜板２２の
揺動により流動する冷媒ガスと共にミストとなつ
てシリンダブロツク２と回転軸２０間のベアリン
グ２７，２７およびシリンダブロツク２と斜板２
２のボス部２６間のベアリング２８，２８に供給
され、あるいはバルブシート５，６のポア２９，
２９から冷媒ガスと共に供給される。なお図では
明確ではないが、油溜室８およびクランク室９は
コンプレツサの低圧側（吸入側）と連通されてい
る。 メカニカルシール３０はシリンダヘツド３の端
部において軸孔７内でコンプレツサ本体内からの
冷媒ガスおよび潤滑油の洩れを防ぐために設けた
ものであるため、メカニカルシール３０付近にお
いては冷媒ガスの流動は少なく、従つて潤滑油の
供給は困難である。 メカニカルシール３０のシートリング（固定
片）３１は、シリンダヘツド３の軸孔７に嵌挿さ
れ、該シートリング（固定片）３１に嵌着された
Ｏリング３２により前記軸孔７に対し密にシール
する。一方回転軸２０の外周には直径方向外方を
開口する断面Ｕ字形をなすパツキング３３がその
内周で圧接せしめられており、該パツキング３３
のＵ字形をなす断面内に夫々環状の座金３４，３
５を挿置し、両座金３４，３５間にスプリング３
６を弾発せしめ、前記回転軸２０に固着され、パ
ツキング３３を覆う長さの脚片を有する支体３７
の底面に前記スプリング３６の一端を弾支させ、
該スプリング３６の他端により座金３４を介して
パツキング３３の端縁部をメカニカルシールの回
転リング（回転片）３８の一面に圧接して、該回
転リング（回転片）３８の端面を前記シートリン
グ（固定片）３１の端面に圧接せしめている。前
記支体３７の脚片の自由端に突起３９を形成し、
該突起３９を回転リング（回転片）３８の外周に
形成した凹所４１に係合せしめることにより、該
回転リング（回転片）３８を回転軸２０に従動せ
しめている。前記シートリング（固定片）３１お
よび回転リング（回転片）３８は共に環状に形成
され、その内孔により回転軸２０を緩く嵌挿せし
められ、回転リング（回転片）３８の一端面上に
同心的に形成した環状突畝４２がシートリング
（固定片）３１の端面に圧接せしめられる。 上記回転リング（回転片）３８を炭素質物質で
形成し、該回転リング（回転片）３８がスプリン
グ３６の弾力で圧接される側のシートリング（固
定片）３１の表面にクロムのポーラスメツキ層４
０を施すことにより、潤滑油の供給が困難であ
り、場合によつては潤滑油の供給されない状態で
回転が行われる斜板式コンプレツサのメカニカル
シールにおいて、従来使用されていたメカニカル
シールに比して油洩れ量を半分以下に減少せし
め、かつ本発明者らが先に提案した高硬度層と炭
素質物質の組み合せから成るメカニカルシールに
比しても長時間の使用に際して油洩れ量を減ら
し、以下の実施例について説明するように耐久性
を改善したものである。 実施例 １ メカニカルシールのシートリング（固定片）と
して一般構造用圧延鋼材SS41により基材を製作
し、その表面にシヨツトブラストにより表面あら
さ５〜15Rzの打痕による凹凸を形成した後、該
基材を１あたり無水クロム酸を250gr、硫酸を
2.5gr加えたサージエント浴中に浸漬し、浴温50
℃±２℃、電流密度20A／dm₂でクロムメツキを
施し、メツキ厚さほぼ50μｍを得、その表面をラ
ツプ研磨して固定片とした。その表面あらさは
0.1μmRzであつた。 メカニカルシールの回転リング（回転片）とし
ては、重量％にして粒子の大きさ100μｍ以下の
黒鉛粉末を60％、粒子の大きさ50μｍ以下の二酸
化珪素の粉末を10％、残部フエノール樹脂の混合
物を混練し、環状に成形し、170℃において350
Kg／cm²の圧力下に３分間加熱成形し、ついで190
℃で12時間加熱して合成樹脂をキユア（縮合）せ
しめたものである。その表面あらさは0.4μmRz
であつた。 上記回転片と固定片とを前記スラストテスター
により摩擦係数を測定したところ、0.07〜0.1μ
の値を得た（第１図Ｄ参照）。 上記固定片および回転片を、排気量148c.c.の斜
板式コンプレツサのメカニカルシールのシートリ
ングおよび回転リングとして用い、固定片のクロ
ムのポーラスメツキ層に回転片の環状突畝を圧接
せしめて装置し、耐久運転試験を行つた。このと
きコンプレツサを含む冷凍回路内には冷媒として
フロンR12（商品名）を1.4Kg封入し、潤滑油と
して冷凍機油を180c.c.封入し、回転数4500rpmで
150時間の連続運転を行つた。試験中固定片およ
び回転片のすべり速度は5.2m／ｓ、押圧力は５
Kg／cm²と測定され、コンプレツサの吐出側ガス圧
は25Kg／cm²、吸入側ガス圧は２Kg／cm²が測定さ
れ、潤滑は冷凍機オイルと冷媒ガスのミストによ
つてなされていることが観察された。 上記連続運転の耐久試験の結果、固定片のポー
ラスメツキ層の比摩耗量は0.5×10^-5mm^３／ｍKg
であり、回転片の炭素質成形品の比摩耗量は0.6
×10^-5mm^３／ｍKgであつた。 実施例 ２ メカニカルシールのシートリング（固定片）と
して実施例１と同一のものを用い、回転リング
（回転片）として、重量％にして粒子の大きさが
100μｍ以下の黒鉛粉末を80％、粒子の大きさが
50μｍ以下のシリケート粉末を２％、残部エポキ
シ樹脂の混合物を混練し、170℃において350Kg／
cm²の圧力下に３分間加熱成形し、ついで190℃の
温度で12時間加熱して樹脂を硬化せしめたものを
用いて、実施例１と同様のメカニカルシールを構
成した。 両者の組合せにおけるスラストテスターによる
摩擦係数μは0.08〜0.1であつた。 上記メカニカルシールを組み込んだ斜板式コン
プレツサによる実施例１と同様の連続運転の耐久
試験の結果、固定片のポーラスメツキ層の比摩耗
量は0.6×10^-5mm^２／ｍKgであり、回転片の炭素
質成形品の比摩耗量は2.3×10^-5mm^３／ｍKgであ
つた。 実施例 ３ メカニカルシールのシートリング（固定片）と
して一般構造用圧延鋼材S45Cにより基材を製作
した。基材の表面あらさは0.1μmRzであつた。
この基材を実施例１と同一条件で120μｍのクロ
ムメツキ層を形成させ、該基材をメツキ浴と同一
構成の浴中で陽極電流密度45A／dm²で２〜５分
間エツチングを行い、エッチング後表面ラツプ研
磨を施して基材表面にクロムのポーラスメツキ層
を形成した。その表面あらさは0.1μｍであつ
た。 メカニカルシールの回転リング（回転片）とし
ては、重量％にして粒子の大きさが100μｍ以下
の黒鉛の粉末30％と、ポリイミド樹脂70％とを混
練し、成形して樹脂をキユアせしめて形成した。 上記の固定片と回転片の摩擦係数μをスラスト
テスターで測定したところ0.1〜0.12であつた。 上記固定片および回転片で実施例１と同様に斜
板式コンプレツサのメカニカルシールを構成し、
実施例１と同一条件で連続運転の耐久試験を行つ
たところ、固定片のポーラスメツキ層の比摩耗量
は1.2×10^-5mm^３／ｍKgであり、回転片の炭素質
成形品の比摩耗量は5.2×10^-5mm^３／ｍKgであつ
た。 実施例 ４ メカニカルシールのシートリング（固定片）は
実施例３と同一のものを用い、回転リング（回転
片）として、重量％にして、粒子の大きさが100
μｍ以下の黒鉛の粉末50％、添加材として粒子の
大きさが50μｍ以下の二酸化珪素および窒化ボロ
ンの粉末15％、残部フラン樹脂の混合物を混練
し、成形して樹脂をキユアせしめたものを用い
た。 固定片のポーラスメツキ層と回転片の摩擦係数
μは、スラストテスターで測定した結果0.08〜
0.11であつた。 上記固定片と回転片とにより斜板式コンプレツ
サのメカニカルシールを実施例１と同様に構成
し、実施例１と同一条件で連続運転の耐久試験を
行つた結果、固定片のポーラスメツキ層の比摩耗
量は1.0×1.0^-5mm^３／ｍKgであり、回転片の炭素
質成形品の比摩耗量は1.0×10^-5mm^３／ｍKgであ
つた。 実施例 ５ メカニカルシールのシートリング（固定片）と
して前記実施例１と同一のものを用い、回転リン
グ（回転片）として、重量％にして、粒子の大き
さが100μｍ以下の黒鉛の粉末60％と、粒子の大
きさが50μｍ以下の二酸化珪素、シリケート、窒
化ボロンの粉末７％、残部フエノール樹脂の混合
物を混練し、成形して樹脂をキユアせしめて形成
した。 上記固定片のポーラスメツキ層と回転片との摩
擦係数はスラストテスターで測定したところ0.07
〜0.1であつた。 上記固定片と回転片を用い実施例１と同様のメ
カニカルシールを構成して、実施例１と同一条件
で連続運転の耐久試験を行つた結果、固定片のポ
ーラスメツキ層の比摩耗量は0.8×10^-5mm^３／ｍ
Kgであり、回転片の炭素質成形品の比摩耗量は
0.7×10^-5mm^３／ｍKgであつた。 比較例 １ 実施例１の固定片と表面あらさ0.7μｍのねず
み鋳鉄材FC20で構成した回転片を組み合せたも
のは、摩擦係数が0.33〜0.37であり、（第１図Ｂ
参照）、両者より構成したメカニカルシールを用
いて実施例１と同一条件で行つた連続運転試験の
結果では、固定片の比摩耗量50×10^-5mm^３／ｍKg
であり、回転片の比摩耗量は80×10^-5mm^３／ｍKg
であつた。 比較例 ２ 実施例２と同一の固定片を用い、表面あらさ
0.7μmRzの一般鋳鉄材SUP6で構成した回転片を
組み合せたものは、摩擦係数が0.31〜0.34であ
り、両者で構成したメカニカルシールを用いて実
施例１と同一の試験を行つたところ、固定片の比
摩耗量が35×10^-5mm^２／ｍKg、回転片の比摩耗量
が40×10^-5mm^３／ｍKgであつた。 比較例 ３ メカニカルシールのシートリング（固定片）に
一般構造用鋼材SS41で基材を構成し、その表面
に工業用クロムメツキ層を形成させたものを用い
た。その表面あらさは0.1μｍであつた。 回転リング（回転片）として実施例１と同一の
炭素質成形品を用いてメカニカルシールを構成し
た。 両者の摩擦係数をスラストテスターで測定した
ところ0.15〜0.25であり、（第１図Ｃ参照）、上記
メカニカルシールを用いて実施例１と同一の試験
を行つたところ、固定片のクロムメツキ層の比摩
耗量は5.0×10^-5mm^３／ｍKgであり、回転片の炭
素質成形品の比摩耗量は7.0×10^-5mm^３／ｍKgで
あつた。 比較例 ４ 比較例３と同一の固定片を用い、比較例１と同
一の回転片とを組み合せたメカニカルシールを構
成した。固定片と回転片の摩擦係数は0.4〜0.45
であり、（第１図Ａ参照）、上記メカニカルシール
を用いて実施例１と同一条件で連続運転を行つた
ところ、固定片のクロムメツキ層の比摩耗量は
162×10^-5mm^３／ｍKg、回転片の比摩耗量は88×
10^-5mm^３／ｍKgであつた。 比較例 ５ 比較例３と同一の固定片と比較例２と同一の回
転片とでメカニカルシールを構成した。固定片の
クロムメツキ層と回転片との摩擦係数は0.35〜
0.4であり、上記メカニカルシールを用いて実施
例１と同一条件で連続運転を行つたところ、固定
片のクロムメツキ層の比摩耗量は100×10^-5mm
^３／ｍKg、回転片の比摩耗量は60×10^-5mm^３／ｍ
Kgであつた。 上記実施例および比較例の試験データを表にま
とめると第２表に示すとおりであつて、本発明の
メカニカルシールは工業用クロムメツキ層を形成
した固定片と鋳鉄で形成した回転片とによるメカ
ニカルシールに比して比摩耗量が著るしく小さ
く、本発明者らが提案した工業用クロムメツキ層
を形成した固定片と炭素質成形品の回転片を組み
合せたメカニカルシールと比較しても、比摩耗量
が大きく改善されていることが知られる。

【表】

【表】

【表】

【表】 また本発明の各実施例における連続運転の耐久
試験中は、メカニカルシールよりの潤滑油の洩れ
量は時陥とともにほぼ直線的に漸増するが、150
時間経過でもほぼ5mg程度であり、その漸増傾向
は変化しない。第６図に実施例１における油漏れ
の量を試験時間と対比して線Ｅに示す。 しかしながら固定片に工業用クロムメツキによ
る高硬度層を形成したメカニカルシールにおいて
は、回転片に炭素質成形品を用いた比較例３のも
のにおいても、第６図の線Ｆに示すように、潤滑
油の洩れ量は前記本発明の実施例に比して若干多
く、連続運転100時間を超すと油漏れ量は急速に
増大しほぼ110時間経過時に30mgに達する。そし
て比較例のもの（表面あらさ0.1μ）よりも表面
あらさを低下せしめてあらさ0.4μとするとき
は、第６図の線Ｇに示すように連続運転開始後ほ
ぼ60時間経過時に30mgの洩れ量を記録する。 以上から明確のように、メカニカルシールのシ
ール性能は、その比摩耗量により一応耐久性の傾
向は判断し得るが、長時間の運転による油洩れ等
のシール性能の劣化は必ずしも比摩耗量に比例す
るものとはいえないことがわかる。 そして本発明のメカニカルシールは、上記の実
施例により明らかなように長時間運転によるも比
摩耗量が著るしく小であるとともに、油漏れ量に
よつて代表されるシール性能の劣化が、時間とと
もに漸増するのみで急速な劣化の傾向が見られな
いから、耐久性において優れ、かつ安定している
ものということができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明のメカニカルシー
ルと従来公知もしくは本発明者が先に提案したメ
カニカルシールの摩擦係数および摩耗量を比較し
た図、第３図は本発明のメカニカルシールを施す
に適したカークーラ用斜板式コンプレツサの断面
図、第４図は第３図のメカニカルシールの詳細
図、第５図は第４図中の固定片の斜視図、第６図
は本発明のメカニカルシールと本発明者らが先に
提案したメカニカルシールの耐久試験における油
洩れ量を比較した図である。 なお図中１はシリンダボア、２はシリンダブロ
ツク、３，４はシリンダヘツド、５，６はバルブ
シート、７は軸孔、８は油溜り室、９はクランク
室、２０は回転軸、２１はピストン、２２は斜
板、３０はメカニカルシール、３１はその固定
片、３８はその回転片、４０はクロムのポーラス
メツキ層を夫々示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固定部に取りつけられる固定片と、前記固定
   部に関し回転自在の回転軸に取りつけられ、該回
   転軸とともに回転せしめられて前記固定片の一面
   に摺動自在に圧接せしめられる回転片とも有し、
   前記固定片と回転片との摺動回転により摺動部の
   気密を保持すべくなしたメカニカルシールにおい
   て、 前記固定片および回転片の何れか一方を、その
   接触摺動面に該面の表面を多孔質としたクロムの
   ポーラスメツキ層を施したものとし、前記固定片
   および回転片の他方を、炭素質のものとしたこと
   を特徴とするメカニカルシール。 ２ 前記クロムのポーラスメツキ層は、固定片の
   表面に施されていること特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のメカニカルシール。 ３ 前記クロムのポーラスメツキ層は、その表面
   にあらわれる孔の大きさが直径５〜20μｍであ
   り、その表面にあらわれる孔の数は一平方mmあた
   り500〜2000個であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第２項に記載のメカニカルシ
   ール。 ４ 前記ポーラスメツキ層は、その硬度が
   MHV800〜1100であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第２項に記載のメカニカルシ
   ール。 ５ 前記クロムのポーラスメツキ層は、鉄を主成
   分とする固定片の表面に５〜200μｍの厚さに施
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項に記載のメカニカルシール。 ６ 前記回転片を、炭素および／または黒鉛の粉
   末と、合成樹脂との混練混合物で形成したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のメカニ
   カルシール。 ７ 前記回転片を、重量パーセントにして、炭素
   および／または黒鉛の粉末の30〜80％と、低摩擦
   性の添加材の粉末の２〜15％と、残部合成樹脂と
   の混練混合物で形成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第６項に記載のメカニカルシール。 ８ 前記回転片を、重量パーセントにして、炭素
   および／または黒鉛の粉末の40〜70％と、低摩擦
   性の添加材粉末の５〜10％と、残部合成樹脂との
   混練混合物で形成したことを特徴とする特許請求
   の範囲第６項に記載のメカニカルシール。 ９ 前記炭素および／または黒鉛の粉末は、その
   粒子の大きさが300μｍ以下、好ましくは100μｍ
   以下であることを特徴とする特許請求の範囲第６
   項に記載のメカニカルシール。 １０ 前記合成樹脂は、フエノール樹脂、エポキ
   シ樹脂、フラン樹脂またはポリイミド樹脂の何れ
   かであることを特徴とする特許請求の範囲第６項
   に記載のメカニカルシール。 １１ 前記添加材粉末は、その粒子が50μｍ以下
   の、二酸化珪素、珪酸塩または窒化ボロンの何れ
   か一種または二種以上の粉末であることを特徴と
   する特許請求の範囲第７項に記載のメカニカルシ
   ール。 １２ 斜板式コンプレツサの斜板により往復動せ
   しめられるピストンを装着するシリンダブロツク
   の端面に固着されたシリンダヘツドの回転軸孔に
   固定した環状の固定片の一面に、メツキ表面にあ
   らわれる孔の直径が５〜20μｍであり、その表面
   にあらわれる孔の数が一平方mmあたり500〜2000
   個の多孔質であるクロムのポーラスメツキ層を形
   成し、前記斜板を取りつけた前記回転軸を前記固
   定片の中心孔内を挿通して配置し、該回転軸に、
   環状の炭素質回転片を該回転軸にその中心孔を嵌
   装せしめて取りつけ、前記炭素質回転片を前記固
   定片のクロムのポーラスメツキ層の表面に回転的
   に摺動せしめたことを特徴とする斜板式コンプレ
   ツサのメカニカルシール。 １３ 前記回転片を、重量パーセントにおいて、
   粒子の大きさが300μｍ以下である炭素および／
   または黒鉛の粉末の40〜70％と、粒子の大きさが
   50μｍ以下である低摩擦性の添加剤粉末の５〜10
   ％と、残部合成樹脂とよりなる混練成形物で形成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１２項に
   記載のメカニカルシール。