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JP6434830B2 - End contact type mechanical seal - Google Patents

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JP6434830B2
JP6434830B2 JP2015046340A JP2015046340A JP6434830B2 JP 6434830 B2 JP6434830 B2 JP 6434830B2 JP 2015046340 A JP2015046340 A JP 2015046340A JP 2015046340 A JP2015046340 A JP 2015046340A JP 6434830 B2 JP6434830 B2 JP 6434830B2
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  • Mechanical Sealing (AREA)

Description

本発明は、ポンプ、圧縮機、送風機等の回転機器の軸封手段として使用される端面接触形メカニカルシールに関するものである。   The present invention relates to an end surface contact type mechanical seal used as a shaft sealing means for rotary equipment such as a pump, a compressor, and a blower.

従来のこの種の端面接触形メカニカルシールとして、特許文献1に開示される如く、シールケースにOリングを介して固定された固定密封環と、シールケースを洞貫する回転軸にOリングを介して軸線方向に移動可能に保持された可動密封環と、可動密封環を固定密封環に押圧接触させるべく附勢するスプリングとを具備し、両密封環の対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により当該相対回転摺接部分の外周側領域である被密封流体領域とその内周側領域である非密封流体領域とを遮蔽シールするように構成されており、可動密封環を密封端面が径方向面幅の微小な尖端形状に構成されたナイフエッジ密封環となすもの(以下「従来メカニカルシール」という)が周知である。   As a conventional end face contact type mechanical seal of this type, as disclosed in Patent Document 1, a fixed seal ring fixed to a seal case via an O-ring, and a rotary shaft penetrating the seal case via an O-ring. A movable sealing ring that is held so as to be movable in the axial direction, and a spring that urges the movable sealing ring to press-contact with the fixed sealing ring. It is configured to shield and seal the sealed fluid region that is the outer peripheral side region of the relative rotational sliding contact portion and the non-sealed fluid region that is the inner peripheral side region by the contact action. A knife edge sealing ring (hereinafter referred to as a “conventional mechanical seal”) configured in the shape of a fine tip having a small radial surface width is well known.

而して、かかる従来メカニカルシールは一般にナイフエッジシールといわれるもので、被密封流体領域の流体(以下「被密封流体」という)が結晶物や凝固物を生じ易い成分や固形粒子等のスラリ成分を含有するスラリ流体や付着物を生じ易い高粘度流体である場合にも、これらを良好にシールすることができる。すなわち、相対回転摺接する両密封端面の一方(ナイフエッジ密封環の密封端面)が径方向面幅の微小な尖端形状とされているナイフエッジシールでは、両密封端面の接触面圧が一般的な端面接触形メカニカルシールに比して高くなることから、密封端面間へのスラリ成分や高粘度流体の侵入、付着を可及的に防止することができ、被密封流体が上記したスラリ流体や高粘度流体であってもこれらを良好にシールすることができるのである。   Thus, such a conventional mechanical seal is generally referred to as a knife edge seal, and the fluid in the sealed fluid region (hereinafter referred to as “sealed fluid”) is a component that tends to generate crystals or coagulum, or a slurry component such as solid particles. Even in the case of a high-viscosity fluid that easily generates sludge fluid and deposits, these can be satisfactorily sealed. That is, in a knife edge seal in which one of the two sealing end faces that make relative rotational sliding contact (sealing end face of the knife edge sealing ring) has a small pointed shape with a radial width, the contact surface pressure of both sealing end faces is common. Since it is higher than the end-face contact type mechanical seal, it is possible to prevent the entry and adhesion of slurry components and high-viscosity fluid between sealed end faces as much as possible. Even viscous fluids can be sealed well.

特開2001−173800公報JP 2001-173800 A

しかし、従来メカニカルシールにあっては、両密封端面の接触面圧が高いために、両密封環が摩擦係数の高い炭化ケイ素等の硬質材で構成されていることとも相俟って、両密封端面の相対回転摺接により高熱が発生し、両密封端面の相対回転摺接部分が摩耗する虞れがあった。特に、ナイフエッジ密封環の密封端面ではこれが尖端形状に構成されていて、局部的に熱や摩擦力が集中するため、熱歪や摩耗が発生し易い。したがって、長期使用のうちには、ナイフエッジ密封環の密封端面にメカニカルシールによるシール機能(以下「メカニカルシール機能」という)に悪影響を与えるような大きな熱歪や摩耗が生じて、両密封端面の相対回転摺接が適正に行われずメカニカルシール機能を良好に発揮できなくなる虞れがあった。   However, in the case of conventional mechanical seals, because the contact surface pressure of both sealing end faces is high, both sealing rings are combined with the fact that both sealing rings are made of a hard material such as silicon carbide having a high friction coefficient. High heat is generated by the relative rotational sliding contact between the end faces, and the relative rotational sliding contact portions of both sealed end faces may be worn. In particular, the sealing end face of the knife edge sealing ring has a pointed shape, and heat and friction are concentrated locally, so that thermal distortion and wear are likely to occur. Therefore, in the long-term use, a large thermal distortion or wear that adversely affects the sealing function by the mechanical seal (hereinafter referred to as “mechanical sealing function”) occurs on the sealing end face of the knife edge sealing ring. There is a possibility that the relative rotational sliding contact is not properly performed and the mechanical seal function cannot be exhibited satisfactorily.

本発明は、このような問題を解決して、密封端面に熱歪を生じさせることなく、長期に亘って良好なメカニカルシール機能を発揮させることができる端面接触形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。   An object of the present invention is to solve such problems and provide an end face contact type mechanical seal that can exhibit a good mechanical seal function over a long period of time without causing thermal strain on the sealed end face. It is what.

本発明は、シールケース及びこれを洞貫する回転軸の一方にOリングを介して固定された固定密封環と、その他方にOリングを介して当該回転軸の軸線方向に移動可能に保持された可動密封環と、これを固定密封環へと押圧接触させるべく附勢するスプリングとを具備して、両密封環の対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により被密封流体領域と非密封流体領域とを遮蔽シールするように構成されたものであって、一方の密封環を密封端面が径方向面幅の微小な尖端形状に構成されたナイフエッジ密封環となす端面接触形メカニカルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、前記被密封流体領域の流体又は非密封流体領域の流体がナイフエッジ密封環に常時接触して冷却液として機能しうる液体であり、ナイフエッジ密封環の表面部分であって前記Oリングと接触するOリング接触面、ナイフエッジ密封環の密封端面及び当該密封端面からOリング接触面に至るナイフエッジ密封環の表面部分であって前記液体と接触する接液面に、当該密封環の構成材に比して熱伝導係数及び硬度が大きい材料からなるコーティング層を一連に形成しておくことを提案するものである。   In the present invention, a fixed sealing ring fixed to one of a seal case and a rotating shaft penetrating through the seal case via an O-ring, and the other is held so as to be movable in the axial direction of the rotating shaft via an O-ring. A movable sealing ring and a spring that urges the movable sealing ring to make a pressing contact with the fixed sealing ring. An end face contact type mechanical seal configured to shield and seal a sealed fluid region, wherein one of the sealing rings is a knife edge sealing ring whose sealing end face is formed into a fine point shape having a radial width. In order to achieve the above object, in particular, the fluid in the sealed fluid region or the fluid in the non-sealed fluid region is a liquid that can always contact the knife edge sealing ring and function as a coolant, and the knife edge sealing ring O-ring contact surface that is in contact with the O-ring, a sealing end surface of the knife-edge sealing ring, and a surface portion of the knife-edge sealing ring that extends from the sealing end surface to the O-ring contact surface and is in contact with the liquid. It is proposed that a series of coating layers made of a material having a higher thermal conductivity coefficient and hardness than the constituent materials of the sealing ring are formed on the liquid surface.

かかる端面接触形メカニカルシールの好ましい実施の形態にあっては、前記非密封流体領域がシールケースと回転軸との間に配設した二次シール部材により機外大気領域と区画された閉塞空間とされると共に、この閉塞空間に冷却液として機能しうる液体であるクエンチング液又は封液が供給されるように構成されている。かかる構成にあって、前記コーティング層が形成される接液面は当該液体と接触するナイフエッジ密封環の表面部分である。また、前記被密封流体領域の流体が冷却液として機能しうる液体である場合においては、前記コーティング層が形成される接液面は当該液体と接触するナイフエッジ密封環の表面部分である。また、これらの構成において、前記両密封環のうちナイフエッジ密封環以外の密封環である非ナイフエッジ密封環の密封端面に、当該密封環の構成材に比して熱伝導係数及び硬度が大きい材料からなるコーティング層を形成しておくことが好ましく、更には当該非ナイフエッジ密封環の表面部分であって前記Oリングと接触するOリング接触面、非ナイフエッジ密封環の密封端面及び当該密封端面からOリング接触面に至るナイフエッジ密封環の表面部分であって前記液体と接触する接液面に、当該密封環の構成材に比して熱伝導係数及び硬度が大きい材料からなるコーティング層を一連に形成しておくことが好ましい。何れの場合においても、前記コーティング層はダイヤモンドで構成しておくことが好ましい。   In a preferred embodiment of such an end surface contact type mechanical seal, the non-sealed fluid region is a closed space partitioned from the outside air region by a secondary seal member disposed between the seal case and the rotating shaft. In addition, a quenching liquid or a sealing liquid that is a liquid that can function as a cooling liquid is supplied to the enclosed space. In this configuration, the liquid contact surface on which the coating layer is formed is the surface portion of the knife edge sealing ring that comes into contact with the liquid. When the fluid in the sealed fluid region is a liquid that can function as a coolant, the liquid contact surface on which the coating layer is formed is a surface portion of a knife edge sealing ring that contacts the liquid. Further, in these configurations, the heat conduction coefficient and the hardness are larger on the sealing end face of the non-knife edge sealing ring which is a sealing ring other than the knife edge sealing ring among the both sealing rings as compared with the constituent material of the sealing ring. It is preferable to form a coating layer made of a material, and further, a surface portion of the non-knife edge sealing ring which is in contact with the O-ring, a sealing end surface of the non-knife edge sealing ring, and the sealing A coating layer made of a material having a larger thermal conductivity coefficient and hardness than the constituent material of the sealing ring on the surface of the knife edge sealing ring extending from the end surface to the O-ring contact surface and in contact with the liquid Are preferably formed in series. In any case, the coating layer is preferably made of diamond.

本発明の端面接触形メカニカルシールにあっては、ナイフエッジ密封環の密封端面に当該密封環の構成材に比して硬度が大きい材料からなるコーティング層(以下「密封端面コーティング層」という)を形成してあるから、相手密封環(非ナイフエッジ密封環)の密封端面との相対回転摺接による摩耗や発熱が可及的に抑制される。   In the end face contact type mechanical seal of the present invention, a coating layer (hereinafter referred to as “sealed end face coating layer”) made of a material having a hardness higher than that of the constituent material of the seal ring is provided on the sealing end face of the knife edge sealing ring. Since it is formed, wear and heat generation due to relative rotational sliding contact with the sealing end face of the mating sealing ring (non-knife edge sealing ring) are suppressed as much as possible.

また、ナイフエッジ密封環の密封端面は尖端形状とされているため、相手密封環の密封端面との相対回転摺接により発生する熱が集中して局部的に高熱となるが、本発明の端面接触形メカニカルシールにあっては、ナイフエッジ密封環のOリング接触面及び接液面に、前記密封端面コーティング層に連なる同材質のコーティング層(以下、Oリング接触面に形成したコーティング層を「Oリング接触面コーティング層」といい、接液面に形成したコーティング層を「接液面コーティング層」という)が形成されているから、ナイフエッジ密封環の密封端面で発生した熱は高熱伝導係数のコーティング層から効果的に放熱、冷却されて、密封端面での局部的な高熱の発生が可及的に防止される。すなわち、密封端面コーティング層、接液面コーティング層及びOリング接触面コーティング層は一連のものであり、ナイフエッジ密封環の構成材に比して熱伝導係数の大きな材料で構成されているから、ナイフエッジ密封環の密封端面で発生した熱は密封端面コーティング層から接液面コーティング層へと伝熱され、さらに接液面コーティング層からOリング接触面コーティング層へと伝熱されることにより、密封端面コーティング層の熱は当該密封端面コーティング層を含むコーティング層全体に分散されて、密封端面コーティング層の温度が低下する。しかも、接液面コーティング層及びOリング接触面コーティング層の一部(Oリング接触面におけるOリングでシールされた箇所から接液面に至るOリング接触面部分に形成されたOリング接触面コーティング層部分)において、これらに常時接触し冷却液として機能しうる液体との熱交換によりコーティング層からの放熱、冷却が効果的に行われる。かかる効果は、特に、コーティング層をダイヤモンドで構成しておくことによって顕著に発揮される。   In addition, since the sealing end face of the knife edge sealing ring has a pointed shape, the heat generated by the relative rotational sliding contact with the sealing end face of the counterpart sealing ring is concentrated and locally becomes high heat. In the contact type mechanical seal, a coating layer (hereinafter referred to as a coating layer formed on the O-ring contact surface) is formed on the O-ring contact surface and the liquid contact surface of the knife edge sealing ring. Since the coating layer formed on the wetted surface is called the “wetted surface coating layer”, the heat generated on the sealed end surface of the knife edge seal ring is a high thermal conductivity coefficient. The heat is effectively radiated and cooled from the coating layer, and local high heat generation at the sealed end face is prevented as much as possible. That is, the sealing end surface coating layer, the liquid contact surface coating layer, and the O-ring contact surface coating layer are a series of materials, and are composed of a material having a large thermal conductivity coefficient as compared with the constituent material of the knife edge sealing ring. The heat generated at the sealing end face of the knife edge sealing ring is transferred from the sealing end face coating layer to the liquid contact surface coating layer, and further from the liquid contact face coating layer to the O-ring contact face coating layer, thereby sealing. The heat of the end face coating layer is dispersed throughout the coating layer including the sealed end face coating layer, and the temperature of the sealed end face coating layer is lowered. Moreover, a part of the liquid contact surface coating layer and the O ring contact surface coating layer (the O ring contact surface coating formed on the O ring contact surface portion from the portion sealed by the O ring on the O ring contact surface to the liquid contact surface) In the layer portion), the heat radiation and cooling from the coating layer are effectively performed by heat exchange with a liquid that is always in contact with these layers and can function as a cooling liquid. Such an effect is particularly prominent when the coating layer is made of diamond.

したがって、本発明によれば、被密封流体が上記したスラリ流体や高粘度流体である場合にも、両密封環の相対回転摺接部分における摩耗、発熱及び熱歪の発生を可及的に防止してメカニカルシール機能を長期に亘って良好に発揮させることができ、従来メカニカルシールに比して耐久性、信頼性に優れた極めて実用的な端面接触形メカニカルシールを提供することができる。   Therefore, according to the present invention, even when the fluid to be sealed is the above-described slurry fluid or high-viscosity fluid, the occurrence of wear, heat generation, and thermal distortion at the relative rotational sliding contact portions of both sealing rings is prevented as much as possible. Thus, the mechanical seal function can be satisfactorily exhibited over a long period of time, and an extremely practical end face contact type mechanical seal excellent in durability and reliability as compared with the conventional mechanical seal can be provided.

図1は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの第1の実施の形態を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of an end surface contact type mechanical seal according to the present invention. 図2は図1の要部を拡大して示す詳細断面図である。FIG. 2 is a detailed cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. 図3は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの第2の実施の形態を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the end surface contact type mechanical seal according to the present invention. 図4は図3の要部を拡大して示す詳細断面図である。FIG. 4 is a detailed cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. 図5は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの第3の実施の形態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third embodiment of an end surface contact type mechanical seal according to the present invention. 図6は図5の要部を拡大して示す詳細断面図である。FIG. 6 is a detailed cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. 図7は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの第4の実施の形態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of the end surface contact type mechanical seal according to the present invention. 図8は図7の要部を拡大して示す詳細断面図である。FIG. 8 is an enlarged detailed cross-sectional view showing the main part of FIG. 図9は第1の実施の形態の変形例を示す図2相当の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 showing a modification of the first embodiment. 図10は第1の実施の形態の他の変形例を示す図2相当の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 showing another modification of the first embodiment. 図11は第2の実施の形態の変形例を示す図4相当の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 4 showing a modification of the second embodiment. 図12は第2の実施の形態の他の変形例を示す図4相当の断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 4 and showing another modification of the second embodiment. 図13は第3の実施の形態の変形例を示す図6相当の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 6 showing a modification of the third embodiment. 図14は第3の実施の形態の他の変形例を示す図6相当の断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 6 showing another modification of the third embodiment. 図15は第4の実施の形態の変形例を示す図8相当の断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 8 showing a modification of the fourth embodiment. 図16は第4の実施の形態の他の変形例を示す図8相当の断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 8 showing another modification of the fourth embodiment.

図1は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの第1の実施の形態を示す断面図であり、図2は図1の要部を拡大して示す詳細断面図である。また、図3は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの第2の実施の形態を示す断面図であり、図4は図3の要部を拡大して示す詳細断面図である。また、図5は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの第3の実施の形態を示す断面図であり、図6は図5の要部を拡大して示す詳細断面図である。また、図7は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの第4の実施の形態を示す断面図であり、図8は図7の要部を拡大して示す詳細断面図である。なお、以上の説明において、前後とは図1〜図8における左右をいうものとする。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of an end surface contact type mechanical seal according to the present invention, and FIG. 2 is a detailed cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the end surface contact type mechanical seal according to the present invention, and FIG. 4 is a detailed cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the end surface contact type mechanical seal according to the present invention, and FIG. 6 is a detailed cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of the end surface contact type mechanical seal according to the present invention, and FIG. 8 is a detailed cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. In the above description, front and rear refer to the left and right in FIGS.

第1の実施の形態における本発明に係る端面接触形メカニカルシール(以下「第1メカニカルシール」という)M1は、図1に示す如く、回転機器のハウジング1に取り付けられた筒状のシールケース2と、シールケース2を洞貫する当該回転機器の回転軸3に軸線方向移動に保持された可動密封環4と、可動密封環4に対向してシールケース2に固定された固定密封環5と、可動密封環4を固定密封環5へと押圧接触させるべく附勢するスプリング6とを具備して、両密封環4,5の対向端面たる密封端面4a,5aの相対回転摺接作用により当該相対回転摺接部分の外周側領域である被密封流体領域Aとその内周側領域である非密封流体領域Bとを遮蔽シールするように構成されており、固定密封環5を密封端面5aが径方向面幅(シール面幅)の微小な尖端形状に構成されたナイフエッジ密封環となすナイフエッジシールである。   An end face contact type mechanical seal (hereinafter referred to as “first mechanical seal”) M1 according to the present invention in the first embodiment is a cylindrical seal case 2 attached to a housing 1 of a rotating device as shown in FIG. A movable seal ring 4 held in the axial direction on the rotary shaft 3 of the rotary device passing through the seal case 2, and a fixed seal ring 5 fixed to the seal case 2 so as to face the movable seal ring 4. And a spring 6 that urges the movable seal ring 4 to press contact with the fixed seal ring 5, and the relative rotational sliding contact action of the seal end faces 4 a and 5 a that are the opposite end faces of the seal rings 4 and 5. The sealed fluid region A, which is the outer peripheral side region of the relative rotational sliding contact portion, and the non-sealed fluid region B, which is the inner peripheral side region thereof, are configured to shield and seal. Radial surface width (see A knife edge seal formed by the knife edge seal ring configured to fine pointed shape of the surface width).

シールケース2は円形内周部を有する筒状構造物であり、ハウジング1から突出する回転軸3が同心状に洞貫している。   The seal case 2 is a cylindrical structure having a circular inner periphery, and a rotating shaft 3 protruding from the housing 1 penetrates concentrically.

可動密封環4は、図1及び図2に示す如く、先端部である密封端面形成部4bとこれより内径を大径とする中間部である保持部4cとこれより内径を大径とする基端部であるスプリング連結部4dとからなる外径一定の断面略L字状の円環状体であり、炭化ケイ素等の硬質材で構成されている。可動密封環4は、断面方形状の密封端面形部4bの先端面(前端面)の全面を回転軸3の軸線(以下、単に「軸線」という)に直交する平滑環状平面である密封端面4aに構成した非ナイフエッジ密封環であり、Oリング7を介して回転軸3に当該回転軸3の軸線方向(以下、単に「軸線方向」という)に移動可能(前後方向移動可能)に嵌合保持されている。Oリング7は、可動密封環4の保持部4cと回転軸3との対向周面間に装填されて、可動密封環4と回転軸3との間をシール(二次シール)しており、被密封流体領域Aの流体圧力によって密封端面形成部4bの基端面(後端面)に押圧接触されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the movable seal ring 4 includes a sealed end face forming portion 4b as a tip portion, a holding portion 4c as an intermediate portion having an inner diameter larger than this, and a base having an inner diameter larger than this. It is an annular body having a constant outer diameter and a substantially L-shaped cross section composed of a spring connecting portion 4d as an end, and is made of a hard material such as silicon carbide. The movable seal ring 4 is a sealed end face 4a which is a smooth annular plane in which the entire front end face (front end face) of the sealed end face shape portion 4b having a rectangular cross section is orthogonal to the axis of the rotary shaft 3 (hereinafter simply referred to as “axis line”). This is a non-knife-edge sealing ring configured as follows, and is fitted to the rotary shaft 3 via the O-ring 7 so as to be movable in the axial direction of the rotary shaft 3 (hereinafter simply referred to as “axial direction”). Is retained. The O-ring 7 is loaded between the opposed peripheral surfaces of the holding portion 4c of the movable seal ring 4 and the rotary shaft 3, and seals between the movable seal ring 4 and the rotary shaft 3 (secondary seal). The base end surface (rear end surface) of the sealed end surface forming portion 4b is pressed and contacted by the fluid pressure in the sealed fluid region A.

固定密封環5は、図1及び図2に示す如く、先端部である密封端面形成部5bとこれより外径を小径とする基端部である保持部5cとからなる内径一定の断面略L字状の円環状体であり、炭化ケイ素等の硬質材で構成されている。固定密封環5は、可動密封環4の非密封流体領域B側(前方側)に位置して、Oリング8及びドライブピン9を介してシールケース2の内周部に嵌合固定されている。すなわち、Oリング8は固定密封環5の保持部5cとシールケース2との対向周面及び固定密封環5の密封端面形成部5bとシールケース2との対向端面で囲繞形成される環状空間に密に装填されていて、固定密封環5とシールケース2との間をシール(二次シール)している。また、ドライブピン9は、シールケース2に突設されていて、固定密封環5の保持部5cの基端部(前端部)に形成した凹部5dに係合することによって固定密封環5のシールケース2に対する相対回転を阻止している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fixed seal ring 5 has a constant inner diameter L having a constant inner diameter composed of a sealed end surface forming portion 5b as a distal end portion and a holding portion 5c as a base end portion having a smaller outer diameter. It is a letter-shaped annular body and is made of a hard material such as silicon carbide. The fixed seal ring 5 is located on the non-sealed fluid region B side (front side) of the movable seal ring 4 and is fitted and fixed to the inner peripheral portion of the seal case 2 via the O-ring 8 and the drive pin 9. . That is, the O-ring 8 is formed in an annular space surrounded by the opposing peripheral surface of the holding portion 5 c of the fixed sealing ring 5 and the seal case 2 and the opposing end surface of the sealing end surface forming portion 5 b of the fixed sealing ring 5 and the sealing case 2. It is closely packed and seals (secondary seal) between the fixed seal ring 5 and the seal case 2. The drive pin 9 protrudes from the seal case 2 and engages with a recess 5d formed in the base end portion (front end portion) of the holding portion 5c of the fixed seal ring 5 to seal the fixed seal ring 5 Relative rotation with respect to case 2 is prevented.

固定密封環5は、図1及び図2に示す如く、密封端面形成部5bの先端側内周面を基端方向(後方)に漸次縮径する截頭円錐面に形成すると共に密封端面形成部5bの先端側外周面を基端方向に漸次拡径する截頭円錐面に形成することによって密封端面形成部5bの先端を尖端形状に構成したものであって、その先端面(後端面)を軸線に直交する径方向面幅の微小な平滑環状平面である密封端面5aに構成したナイフエッジ密封環である。固定密封環であるナイフエッジ密封環5の密封端面5aは、図1に示す如く、非ナイフエッジ密封環である可動密封環4の密封端面4aの径方向略中央部にこれと同心をなして接触するものであり、その径方向面幅は0.1〜0.8mm(より好ましくは0.4〜0.7mm)に設定されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fixed sealing ring 5 is formed with a front end side inner peripheral surface of the sealing end surface forming portion 5b as a truncated conical surface that gradually decreases in diameter in the proximal direction (rearward) and a sealed end surface forming portion. The tip end of the sealed end face forming portion 5b is formed into a pointed shape by forming the outer peripheral surface of the tip end side of 5b into a truncated conical surface that gradually increases in diameter in the base end direction, and the tip end face (rear end face) is formed. This is a knife edge sealing ring configured on a sealing end surface 5a which is a small smooth annular plane having a radial surface width perpendicular to the axis. As shown in FIG. 1, the sealing end face 5a of the knife edge sealing ring 5 which is a fixed sealing ring is concentric with the radial center of the sealing end face 4a of the movable sealing ring 4 which is a non-knife edge sealing ring. The width in the radial direction is set to 0.1 to 0.8 mm (more preferably 0.4 to 0.7 mm).

スプリング6は、図1に示す如く、可動密封環4とその背面側(後方側)において回転軸3に固定した円環状のスプリングリテーナ10との間に装填されていて、可動密封環4を固定密封環5へと押圧接触させるべく附勢している。スプリングリテーナ10は、これに螺合させた固定ねじ11を回転軸3に締め付けることにより回転軸3に嵌合固定されている。スプリング6は回転軸3に挿通された一つのコイルスプリングであり、一端部6aを可動密封環4のスプリング連結部4dに形成した凹部4eに係合させると共に他端部6bをスプリングリテーナ10に形成した凹部10aに係合させることにより、可動密封環4をスプリングリテーナ10に相対回転不能に連結している。   As shown in FIG. 1, the spring 6 is loaded between the movable seal ring 4 and an annular spring retainer 10 fixed to the rotary shaft 3 on the back side (rear side) thereof, to fix the movable seal ring 4. The seal ring 5 is urged so as to make a pressing contact. The spring retainer 10 is fitted and fixed to the rotary shaft 3 by tightening a fixing screw 11 screwed into the spring retainer 10 to the rotary shaft 3. The spring 6 is a coil spring inserted through the rotary shaft 3, and one end portion 6 a is engaged with a recess 4 e formed in the spring coupling portion 4 d of the movable sealing ring 4 and the other end portion 6 b is formed in the spring retainer 10. The movable seal ring 4 is connected to the spring retainer 10 so as not to be relatively rotatable by being engaged with the recessed portion 10a.

また、シールケース2と回転軸3との対向周面間には、図1に示す如く、固定密封環5の背面側(前方側)に配して二次シール部材12が配設されていて、非密封流体領域Bを機外大気領域Cと区画シールされた閉塞空間としている。二次シール部材12としては、周知のシャフトシール(軸周シール、オイルシール、メカニカルシール等)が使用される。   Further, as shown in FIG. 1, a secondary seal member 12 is disposed between the opposed peripheral surfaces of the seal case 2 and the rotary shaft 3 on the back side (front side) of the fixed seal ring 5. The non-sealed fluid region B is a closed space that is compartmentally sealed from the outside air region C. As the secondary seal member 12, a well-known shaft seal (shaft seal, oil seal, mechanical seal, etc.) is used.

また、シールケース2には、図1に示す如く、両密封端面4a,5aの相対回転摺接部分に向けて両密封環4,5の外周面へとフラッシング流体Fを噴出するフラッシング流路13が形成されると共に、シールケース2と回転軸3との対向周面間の空間であって二次シール部材12により機外大気領域Cと区画シールされた非密封流体領域Bに固定密封環5の背面側においてクエンチング流体Qを供給する供給流路14が形成されている。フラッシング流体Fとしては、被密封流体領域Aの流体が使用されている(以下、フラッシング流体を含めて、被密封流体領域Aの流体を被密封流体Fという)。またクエンチング流体Qとしては、被密封流体Fの性状に応じて選定され、一般に、常温水、温水、スチーム、窒素ガス等が使用される(例えば、被密封流体Fが結晶成分や凝固成分を含有するスラリ液である場合、密封端面4a,5aに付着した結晶物や凝固物が常温水で洗浄、除去できないときは、クエンチング流体Qとして当該結晶物等を洗浄、除去しうる温水やスチーム等が使用される)が、この例では常温水が使用されている。すなわち、第1メカニカルシールM1は、非密封流体領域Bの流体(非密封流体)つまりクエンチング流体Qがナイフエッジ密封環5に常時接触して冷却液として機能しうる液体である条件下で使用されるものである。   Further, as shown in FIG. 1, the sealing case 2 has a flushing flow path 13 for ejecting a flushing fluid F toward the outer peripheral surfaces of the sealing rings 4 and 5 toward the relative rotational sliding contact portions of the sealing end surfaces 4a and 5a. And a fixed sealing ring 5 in a non-sealed fluid region B which is a space between the opposed peripheral surfaces of the seal case 2 and the rotary shaft 3 and is sealed off from the outside air region C by the secondary seal member 12. The supply flow path 14 for supplying the quenching fluid Q is formed on the back side of the plate. As the flushing fluid F, the fluid in the sealed fluid region A is used (hereinafter, the fluid in the sealed fluid region A including the flushing fluid is referred to as the sealed fluid F). The quenching fluid Q is selected according to the properties of the sealed fluid F, and generally room temperature water, hot water, steam, nitrogen gas, etc. are used (for example, the sealed fluid F contains a crystal component or a solidified component). In the case of containing slurry liquid, when the crystal or solid matter adhering to the sealed end faces 4a and 5a cannot be washed and removed with normal temperature water, warm water or steam that can wash and remove the crystal as the quenching fluid Q In this example, room temperature water is used. In other words, the first mechanical seal M1 is used under the condition that the fluid in the non-sealed fluid region B (non-sealed fluid), that is, the quenching fluid Q is a liquid that can always contact the knife edge seal ring 5 and function as a coolant. It is what is done.

而して、第1メカニカルシールM1にあっては、本発明に従って、ナイフエッジ密封環(固定密封環)5の表面部分であって前記Oリング8と接触するOリング接触面5e、ナイフエッジ密封環5の密封端面5a及び当該密封端面5aからOリング接触面5eに至るナイフエッジ密封環5の表面部分であってクエンチング流体(ナイフエッジ密封環5に常時接触して冷却液として機能しうる液体)Qと接触する接液面5fに、当該密封環5の構成材に比して熱伝導係数及び硬度が大きく且つ摩擦係数が小さな材料からなるコーティング層15a,15b,15cを一連に形成してある。なお、Oリング接触面5eは、図2に示す如く、ナイフエッジ密封環5の保持部5cの外周面と密封端面形成部5bの基端面(後端面)とからなる表面部分である。また密封端面5aからOリング接触面5eに至る接液面5fは、図2に示す如く、ナイフエッジ密封環5の密封端面形成部4b及び保持部4cの内周面と保持部4cの基端面(後端面)とからなる表面部分である。   Thus, in the first mechanical seal M1, according to the present invention, an O-ring contact surface 5e that is a surface portion of the knife-edge sealing ring (fixed sealing ring) 5 and contacts the O-ring 8, and the knife-edge sealing. It is a sealing end surface 5a of the ring 5 and a surface portion of the knife edge sealing ring 5 extending from the sealing end surface 5a to the O-ring contact surface 5e, and is a quenching fluid (can contact the knife edge sealing ring 5 at all times and function as a cooling liquid. (Liquid) Coating layers 15a, 15b, and 15c made of a material having a large thermal conductivity coefficient and hardness and a small friction coefficient as compared with the constituent material of the sealing ring 5 are formed in series on the liquid contact surface 5f that comes into contact with Q. It is. 2, the O-ring contact surface 5e is a surface portion composed of the outer peripheral surface of the holding portion 5c of the knife edge sealing ring 5 and the base end surface (rear end surface) of the sealing end surface forming portion 5b. Further, as shown in FIG. 2, the wetted surface 5f extending from the sealed end surface 5a to the O-ring contact surface 5e includes a sealed end surface forming portion 4b of the knife edge sealing ring 5, an inner peripheral surface of the holding portion 4c, and a proximal end surface of the holding portion 4c. (Rear end face).

すなわち、第1メカニカルシールM1のナイフエッジ密封環5においては、図2に示す如く、密封端面5aに密封端面コーティング層15aを形成し、接液面5fに密封端面コーティング層15aに連なる接液面コーティング層15bを形成すると共に、Oリング接触面15eに接液面コーティング層15bに連なるOリング接触面コーティング層15cを形成してある。なお、ナイフエッジ密封環5の保持部5cにおいては、図1に示す如く、凹部5dの内周面にも接液面コーティング層15bが形成されている。   That is, in the knife edge sealing ring 5 of the first mechanical seal M1, as shown in FIG. 2, the sealing end surface coating layer 15a is formed on the sealing end surface 5a, and the liquid contact surface connected to the sealing end surface coating layer 15a on the liquid contact surface 5f. A coating layer 15b is formed, and an O-ring contact surface coating layer 15c connected to the liquid contact surface coating layer 15b is formed on the O-ring contact surface 15e. In the holding portion 5c of the knife edge sealing ring 5, as shown in FIG. 1, a liquid contact surface coating layer 15b is also formed on the inner peripheral surface of the recess 5d.

また、第2の実施の形態における本発明に係る端面接触形メカニカルシール(以下「第2メカニカルシール」という)M2は、図3及び図4に示す如く構成されたナイフエッジシールであり、クエンチング流体Qが気体(例えば、上記したスチーム、窒素ガス等)又はフラッシング流体を含む被密封流体Fより高温の液体(例えば、上記した温水等)であり、被密封流体Fがクエンチング流体Qより低温の液体(例えば、常温のスラリ液)であって冷却液として機能しうる液体である条件下で使用されるものである。   Further, an end face contact type mechanical seal (hereinafter referred to as “second mechanical seal”) M2 according to the present invention in the second embodiment is a knife edge seal configured as shown in FIGS. The fluid Q is a gas (for example, the above-described steam, nitrogen gas, etc.) or a liquid (for example, the above-mentioned hot water) having a higher temperature than the sealed fluid F including the flushing fluid, and the sealed fluid F has a lower temperature than the quenching fluid Q. Liquid (for example, a slurry liquid at room temperature) that is used under the condition that it can function as a cooling liquid.

而して、第2メカニカルシールM2にあっては、本発明に従って、ナイフエッジ密封環(固定密封環)5の表面部分であって前記Oリング8と接触するOリング接触面5e、ナイフエッジ密封環5の密封端面5a及び当該密封端面5aからOリング接触面5eに至るナイフエッジ密封環5の表面部分であって被密封流体(ナイフエッジ密封環5に常時接触して冷却液として機能しうる液体)Fと接触する接液面5gに、当該密封環5の構成材に比して熱伝導係数及び硬度が大きく且つ摩擦係数が小さな材料からなるコーティング層15a,15c,15dを一連に形成してある。なお、Oリング接触面5eは、図4に示す如く、第1メカニカルシールM1におけるOリング接触面5eと同一であり、ナイフエッジ密封環5の保持部5cの外周面と密封端面形成部5bの基端面(後端面)とからなる表面部分である。また、密封端面5aからOリング接触面5eに至る接液面5gは、図4に示す如く、ナイフエッジ密封環5の密封端面形成部4bの外周面である。   Thus, in the second mechanical seal M2, according to the present invention, an O-ring contact surface 5e that is a surface portion of the knife-edge sealing ring (fixed sealing ring) 5 and contacts the O-ring 8, and the knife-edge sealing. The seal end face 5a of the ring 5 and the surface portion of the knife edge seal ring 5 extending from the seal end face 5a to the O-ring contact face 5e, and can function as a liquid to be sealed (always in contact with the knife edge seal ring 5). (Liquid) Coating layers 15a, 15c, and 15d made of a material having a large thermal conductivity coefficient and hardness and a small friction coefficient as compared with the constituent material of the sealing ring 5 are formed in series on the liquid contact surface 5g in contact with F. It is. As shown in FIG. 4, the O-ring contact surface 5e is the same as the O-ring contact surface 5e in the first mechanical seal M1, and the outer peripheral surface of the holding portion 5c of the knife edge sealing ring 5 and the sealing end surface forming portion 5b. It is a surface part which consists of a base end face (rear end face). Further, a liquid contact surface 5g extending from the sealing end surface 5a to the O-ring contact surface 5e is an outer peripheral surface of the sealing end surface forming portion 4b of the knife edge sealing ring 5 as shown in FIG.

すなわち、第2メカニカルシールM2のナイフエッジ密封環5においては、図4に示す如く、密封端面5aに密封端面コーティング層15aを形成し、接液面5gに密封端面コーティング層15aに連なる接液面コーティング層15dを形成すると共に、Oリング接触面5eに接液面コーティング層15dに連なるOリング接触面コーティング層15cを形成してある。   That is, in the knife edge sealing ring 5 of the second mechanical seal M2, as shown in FIG. 4, the sealing end surface coating layer 15a is formed on the sealing end surface 5a, and the liquid contact surface connected to the sealing end surface coating layer 15a is formed on the liquid contact surface 5g. The coating layer 15d is formed, and the O-ring contact surface coating layer 15c connected to the liquid-contact surface coating layer 15d is formed on the O-ring contact surface 5e.

なお、第2メカニカルシールM2は、上記した点を除いて、図1及び図2に示す第1メカニカルシールM1と同一構造をなすものであるから、図3及び図4において同一の構成部材については図1及び図2に使用した符号と同一符号を付することによってその詳細な説明は省略する。   Since the second mechanical seal M2 has the same structure as the first mechanical seal M1 shown in FIGS. 1 and 2 except for the points described above, the same constituent members in FIGS. The same reference numerals as those used in FIG. 1 and FIG.

また、第3の実施の形態における本発明に係る端面接触形メカニカルシール(以下「第3メカニカルシール」という)M3は、図5及び図6に示す如く構成されたナイフエッジシールであり、第3メカニカルシールM3にあっては、第1メカニカルシールM1と異なって、可動密封環104をナイフエッジ密封環に構成し、固定密封環105を非ナイフエッジ密封環に構成してある。   Further, an end face contact mechanical seal (hereinafter referred to as “third mechanical seal”) M3 according to the present invention in the third embodiment is a knife edge seal configured as shown in FIGS. In the mechanical seal M3, unlike the first mechanical seal M1, the movable sealing ring 104 is configured as a knife edge sealing ring, and the fixed sealing ring 105 is configured as a non-knife edge sealing ring.

すなわち、固定密封環105は、図5及び図6に示す如く、先端部である断面方形状の密封端面形成部105bとこれより外径を小径とする基端部である保持部5cとからなる内径一定の断面略L字状の円環状体であり、炭化ケイ素等の硬質材で構成されている。固定密封環105は、図6に示す如く、密封端面形部105bの先端面(後端面)の全面を軸線に直交する平滑環状平面である密封端面105aに構成した非ナイフエッジ密封環であり、可動密封環104の非密封流体領域B側(前方側)に位置して、Oリング8及びドライブピン9を介してシールケース2の内周部に嵌合固定されている。すなわち、Oリング8は固定密封環105の保持部5cとシールケース2との対向周面及び固定密封環105の密封端面形成部105bとシールケース2との対向端面で囲繞形成される環状空間に密に装填されていて、固定密封環105とシールケース2との間をシール(二次シール)している。また、ドライブピン9は、シールケース2に突設されていて、固定密封環105の保持部5cの基端部(前端部)に形成した凹部5dに係合することによって固定密封環105のシールケース2に対する相対回転を阻止している。   That is, as shown in FIGS. 5 and 6, the fixed sealing ring 105 includes a sealed end surface forming portion 105 b having a square cross section as a distal end portion and a holding portion 5 c as a base end portion having a smaller outer diameter. It is an annular body having a substantially L-shaped cross section with a constant inner diameter, and is made of a hard material such as silicon carbide. As shown in FIG. 6, the fixed sealing ring 105 is a non-knife edge sealing ring in which the entire front end surface (rear end surface) of the sealing end surface portion 105b is configured as a sealing end surface 105a which is a smooth annular plane orthogonal to the axis. It is located on the non-sealed fluid region B side (front side) of the movable sealing ring 104 and is fitted and fixed to the inner peripheral portion of the seal case 2 via the O-ring 8 and the drive pin 9. That is, the O-ring 8 is formed in an annular space surrounded by the opposed peripheral surface of the holding portion 5 c of the fixed sealing ring 105 and the seal case 2 and the opposed end surface of the sealed end surface forming portion 105 b of the fixed sealing ring 105 and the seal case 2. It is closely packed and seals (secondary seal) between the fixed sealing ring 105 and the seal case 2. The drive pin 9 protrudes from the seal case 2 and engages with a recess 5d formed in the base end portion (front end portion) of the holding portion 5c of the fixed seal ring 105, thereby sealing the fixed seal ring 105. Relative rotation with respect to case 2 is prevented.

可動密封環104は、図5及び図6に示す如く、先端部である密封端面形成部104bとこれより内径を大径とする中間部である保持部4cとこれより内径を大径とする基端部であるスプリング連結部4dとからなる外径一定の断面略L字状の円環状体であり、炭化ケイ素等の硬質材で構成されている。可動密封環104は、図5及び図6に示す如く、密封端面形成部104bの先端側内周面を基端方向(後方)に漸次縮径する截頭円錐面に形成すると共に密封端面形成部104bの外周面を基端方向に漸次拡径する截頭円錐面に形成することによって密封端面形成部104bの先端を尖端形状に構成したものであって、その先端面(前端面)を軸線に直交する径方向面幅の微小な平滑環状平面である密封端面104aに構成したナイフエッジ密封環である。可動密封環であるナイフエッジ密封環104の密封端面104aは、図6に示す如く、固定密封環である非ナイフエッジ密封環105の密封端面105aの径方向略中央部にこれと同心をなして接触するものであり、その径方向面幅は0.1〜0.8mm(より好ましくは0.4〜0.7mm)に設定されている。   As shown in FIGS. 5 and 6, the movable sealing ring 104 includes a sealed end surface forming portion 104b that is a tip portion, a holding portion 4c that is an intermediate portion having an inner diameter larger than this, and a base that has an inner diameter larger than that. It is an annular body having a constant outer diameter and a substantially L-shaped cross section composed of a spring connecting portion 4d as an end, and is made of a hard material such as silicon carbide. As shown in FIGS. 5 and 6, the movable sealing ring 104 is formed with a truncated conical surface whose diameter is gradually reduced in the proximal direction (rear) in the distal end side inner peripheral surface of the sealed end surface forming portion 104b and the sealed end surface forming portion. The distal end of the sealing end surface forming portion 104b is formed into a pointed shape by forming the outer peripheral surface of 104b into a frustoconical surface that gradually expands in the proximal direction, and the distal end surface (front end surface) is an axis. This is a knife edge sealing ring formed on a sealing end face 104a which is a minute smooth annular plane having a perpendicular radial surface width. As shown in FIG. 6, the sealing end face 104a of the knife edge sealing ring 104 which is a movable sealing ring is concentric with the central part in the radial direction of the sealing end face 105a of the non-knife edge sealing ring 105 which is a fixed sealing ring. The width in the radial direction is set to 0.1 to 0.8 mm (more preferably 0.4 to 0.7 mm).

可動密封環104は、第1メカニカルシールM1と同様に、図6に示す如く、Oリング7を介して回転軸3に軸線方向(前後方向)に移動可能に嵌合保持されている。Oリング7は、可動密封環4の保持部4cと回転軸3との対向周面間に装填されて、可動密封環4と回転軸3との間をシール(二次シール)しており、被密封流体領域Aの流体圧力によって密封端面形成部104bの基端面(後端面)に押圧接触されている。   Similar to the first mechanical seal M1, the movable seal ring 104 is fitted and held on the rotary shaft 3 via the O-ring 7 so as to be movable in the axial direction (front-rear direction), as shown in FIG. The O-ring 7 is loaded between the opposed peripheral surfaces of the holding portion 4c of the movable seal ring 4 and the rotary shaft 3, and seals between the movable seal ring 4 and the rotary shaft 3 (secondary seal). The base end face (rear end face) of the sealed end face forming portion 104b is pressed and contacted by the fluid pressure in the sealed fluid region A.

而して、第3メカニカルシールM3は、第1メカニカルシールM1と同様に、クエンチング流体Qがナイフエッジ密封環104に常時接触して冷却液として機能しうる液体(例えば、常温水)である条件下で使用されるものであり、本発明に従って、ナイフエッジ密封環(可動密封環)104の表面部分であって前記Oリング7と接触するOリング接触面104f、ナイフエッジ密封環104の密封端面104a及び当該密封端面104aからOリング接触面104fに至るナイフエッジ密封環104の表面部分であってクエンチング流体Qと接触する接液面104gに、当該密封環104の構成材に比して熱伝導係数及び硬度が大きく且つ摩擦係数が小さな材料からなるコーティング層115a,115b,115cを一連に形成してある。なお、Oリング接触面104fは、図6に示す如く、ナイフエッジ密封環104の密封端面形成部104bの基端面(後端面)と保持部4cの内周面とからなる表面部分である。また、密封端面104aからOリング接触面104fに至る接液面104gは、図6に示す如く、ナイフエッジ密封環104の密封端面形成部104bの内周面である。   Thus, like the first mechanical seal M1, the third mechanical seal M3 is a liquid (for example, room temperature water) in which the quenching fluid Q always contacts the knife edge sealing ring 104 and functions as a cooling liquid. O-ring contact surface 104f which is a surface portion of knife edge sealing ring (movable sealing ring) 104 and contacts O-ring 7, and sealing of knife edge sealing ring 104 is used under the conditions. Compared with the constituent material of the sealing ring 104, the end surface 104a and the surface portion of the knife edge sealing ring 104 extending from the sealing end surface 104a to the O-ring contact surface 104f and in contact with the liquid contact surface 104g contacting the quenching fluid Q A series of coating layers 115a, 115b, and 115c made of a material having a high thermal conductivity coefficient and hardness and a small friction coefficient are formed.As shown in FIG. 6, the O-ring contact surface 104f is a surface portion composed of a base end surface (rear end surface) of the sealing end surface forming portion 104b of the knife edge sealing ring 104 and an inner peripheral surface of the holding portion 4c. Further, the liquid contact surface 104g extending from the sealing end surface 104a to the O-ring contact surface 104f is the inner peripheral surface of the sealing end surface forming portion 104b of the knife edge sealing ring 104 as shown in FIG.

すなわち、第3メカニカルシールM3のナイフエッジ密封環104においては、図6に示す如く、密封端面104aに密封端面コーティング層115aを形成し、接液面104gに密封端面コーティング層115aに連なる接液面コーティング層115bを形成すると共に、Oリング接触面104fに接液面コーティング層115bに連なるOリング接触面コーティング層115cを形成してある。   That is, in the knife edge sealing ring 104 of the third mechanical seal M3, as shown in FIG. 6, the sealing end surface coating layer 115a is formed on the sealing end surface 104a, and the liquid contact surface connected to the sealing end surface coating layer 115a is formed on the liquid contact surface 104g. A coating layer 115b is formed, and an O-ring contact surface coating layer 115c connected to the liquid contact surface coating layer 115b is formed on the O-ring contact surface 104f.

なお、第3メカニカルシールM3は、上記した点を除いて、図1及び図2に示す第1メカニカルシールM1と同一構造をなすものであるから、図5及び図6において同一の構成部材については図1及び図2に使用した符号と同一符号を付することによってその詳細な説明は省略する。   Since the third mechanical seal M3 has the same structure as the first mechanical seal M1 shown in FIGS. 1 and 2 except for the points described above, the same constituent members in FIGS. The same reference numerals as those used in FIG. 1 and FIG.

また、第4の実施の形態における本発明に係る端面接触形メカニカルシール(以下「第4メカニカルシール」という)M4は、図7及び図8に示す如く、第3メカニカルシールM3と同様に、可動密封環104をナイフエッジ密封環に構成すると共に固定密封環105を非ナイフエッジ密封環に構成したナイフエッジシールであり、第2メカニカルシールM2と同様に、クエンチング流体Qが気体(例えば、上記したスチーム、窒素ガス等)又はフラッシング流体を含む被密封流体Fより高温の液体(例えば、上記した温水等)であり、被密封流体Fがクエンチング流体Qより低温の液体(例えば、常温のスラリ液)であってナイフエッジ密封環(可動密封環)104に常時接触して冷却液として機能しうる液体である条件下で使用されるものである。   Further, the end face contact type mechanical seal (hereinafter referred to as “fourth mechanical seal”) M4 according to the present invention in the fourth embodiment is movable like the third mechanical seal M3 as shown in FIGS. A knife edge seal in which the sealing ring 104 is configured as a knife edge sealing ring and the stationary sealing ring 105 is configured as a non-knife edge sealing ring. Like the second mechanical seal M2, the quenching fluid Q is a gas (for example, the above-mentioned Or liquid having a higher temperature than the sealed fluid F containing flushing fluid (for example, the above-described hot water), and the sealed fluid F is a liquid having a temperature lower than the quenching fluid Q (for example, a slurry at room temperature). Liquid) that is always in contact with the knife-edge sealing ring (movable sealing ring) 104 and can function as a cooling liquid. It is.

而して、第4メカニカルシールM4にあっては、本発明に従って、ナイフエッジ密封環(可動密封環)104の表面部分であってOリング7と接触するOリング接触面104f、ナイフエッジ密封環104の密封端面104a及び当該密封端面104aからOリング接触面104fに至るナイフエッジ密封環104の表面部分であって被密封流体Fと接触する接液面104hに、当該密封環104の構成材に比して熱伝導係数及び硬度が大きく且つ摩擦係数が小さな材料からなるコーティング層115a,115c,115dを一連に形成してある。なお、Oリング接触面104fは、図8に示す如く、第3メカニカルシールM1におけるOリング接触面104fと同一であり、ナイフエッジ密封環104の密封端面形成部104bの基端面(後端面)と保持部4cの内周面とからなる表面部分である。また、密封端面104aからOリング接触面104fに至る接液面104hは、図8に示す如く、ナイフエッジ密封環104の密封端面形成部104bの外周面と保持部4c及びスプリング連結部4dの外周面とスプリング連結部4dの基端面(後端面)とスプリング連結部4dの内周面と保持部4cの基端面(後端面)とからなる表面部分である。   Thus, in the fourth mechanical seal M4, according to the present invention, an O-ring contact surface 104f that is a surface portion of the knife edge sealing ring (movable sealing ring) 104 and contacts the O-ring 7, the knife edge sealing ring. The sealing end surface 104a of 104 and the surface portion of the knife edge sealing ring 104 extending from the sealing end surface 104a to the O-ring contact surface 104f, and the liquid contact surface 104h that contacts the fluid F to be sealed, are used as components of the sealing ring 104. In contrast, coating layers 115a, 115c, and 115d made of a material having a large thermal conductivity coefficient and hardness and a small friction coefficient are formed in series. As shown in FIG. 8, the O-ring contact surface 104f is the same as the O-ring contact surface 104f in the third mechanical seal M1, and the base end surface (rear end surface) of the sealing end surface forming portion 104b of the knife edge sealing ring 104. It is a surface part which consists of the inner peripheral surface of the holding | maintenance part 4c. Further, as shown in FIG. 8, the wetted surface 104h from the sealed end surface 104a to the O-ring contact surface 104f includes an outer peripheral surface of the sealed end surface forming portion 104b of the knife edge sealing ring 104, an outer periphery of the holding portion 4c and the spring connecting portion 4d. This is a surface portion composed of a surface, a base end surface (rear end surface) of the spring connecting portion 4d, an inner peripheral surface of the spring connecting portion 4d, and a base end surface (rear end surface) of the holding portion 4c.

すなわち、第4メカニカルシールM4のナイフエッジ密封環104においては、図8に示す如く、密封端面104aに密封端面コーティング層115aを形成し、接液面104hに密封端面コーティング層115aに連なる接液面コーティング層115dを形成すると共に、Oリング接触面104fに接液面コーティング層115dに連なるOリング接触面コーティング層115cを形成してある。なお、ナイフエッジ密封環104のスプリング連結部4dにおいては、図7に示す如く、凹部4eの内周面にも接液面コーティング層115dが形成されている。   That is, in the knife edge sealing ring 104 of the fourth mechanical seal M4, as shown in FIG. 8, the sealing end surface coating layer 115a is formed on the sealing end surface 104a, and the liquid contact surface connected to the sealing end surface coating layer 115a is formed on the liquid contact surface 104h. A coating layer 115d is formed, and an O-ring contact surface coating layer 115c connected to the liquid contact surface coating layer 115d is formed on the O-ring contact surface 104f. In the spring connecting portion 4d of the knife edge sealing ring 104, as shown in FIG. 7, a wetted surface coating layer 115d is also formed on the inner peripheral surface of the recess 4e.

なお、第4メカニカルシールM4は、上記した点を除いて、図5及び図6に示す第3メカニカルシールM3と同一構造をなすものであるから、図7及び図8において同一の構成部材については図5及び図6に使用した符号と同一符号を付することによってその詳細な説明は省略する。   Since the fourth mechanical seal M4 has the same structure as the third mechanical seal M3 shown in FIGS. 5 and 6 except for the points described above, the same structural members in FIGS. The same reference numerals as those used in FIG. 5 and FIG.

ところで、上記各コーティング層15a,15b,15c,15d及び115a,115b,115c,115dの構成材としては、可動密封環4,104及び固定密封環5,105の構成材がセラミックス、超硬合金等の如何なる密封環構成材であっても、これより熱伝導係数及び硬度が大きく且つ摩擦係数が小さなダイヤモンドが使用されている。なお、ダイヤモンドコーティング層15a,15b,15c,15d及び115a,115b,115c,115dの形成は、熱フィラメント化学蒸着法、マイクロ波プラズマ化学蒸着法、高周波プラズマ法、直流放電プラズマ法、アーク放電プラズマジェット法、燃焼炎法等のコーティング方法によって行われる。なお、以下の説明において、密封環とこれに被覆形成されたコーティング層とを区別する必要があるときは、前者を密封環母材という。   By the way, as the constituent materials of the coating layers 15a, 15b, 15c, 15d and 115a, 115b, 115c, 115d, the constituent materials of the movable seal ring 4, 104 and the fixed seal ring 5, 105 are ceramics, cemented carbide, etc. In any sealing ring component, diamond having a higher thermal conductivity and hardness and a smaller friction coefficient is used. The diamond coating layers 15a, 15b, 15c, 15d and 115a, 115b, 115c, 115d are formed by hot filament chemical vapor deposition, microwave plasma chemical vapor deposition, high frequency plasma, direct current discharge plasma, arc discharge plasma jet. It is carried out by a coating method such as a method or a combustion flame method. In the following description, when it is necessary to distinguish between a sealing ring and a coating layer formed thereon, the former is referred to as a sealing ring base material.

以上のように構成された各メカニカルシールM1,M2,M3,M4にあっては、ナイフエッジ密封環5,104の密封端面5a,104aにその構成材(密封環母材の構成材)より硬度が大きく且つ摩擦係数が小さい材料の密封端面コーティング層15a,115aを形成してあることから、従来メカニカルシールのように固定密封環の密封端面と可動密封環の密封端面とが直接に相対回転する場合つまり密封環母材同士が直接相対回転摺接する場合に比して、各密封端面5a,104aと相手密封端面(非ナイフエッジ密封環4,105の密封端面)4a,105aとの相対回転摺接部分で発生する摩耗量や発熱量が少なくなる。特に、密封端面コーティング層15a,115aが上記した如くダイヤモンドで構成される場合には、ダイヤモンドが自然界に存在する固体物質で最も硬質のものであり、摩擦係数が炭化ケイ素等のあらゆる密封環構成材に比して極めて低い(一般に、ダイヤモンドの摩擦係数は0.03(μ)であり、あらゆる密封環構成材に比して遥かに低摩擦係数のPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)よりも更に10%以上低い)ものであることから、ナイフエッジ密封環5,104における密封端面コーティング層15a,115aで被覆された密封端面5a,104aと相手密封環(非ナイフエッジ密封環)4,105の密封端面4a,105aとの相対回転摺接によって生じる摩耗や発熱は極めて少ない。   In each of the mechanical seals M1, M2, M3, M4 configured as described above, the sealing end surfaces 5a, 104a of the knife edge sealing rings 5, 104 are harder than their constituent materials (components of the sealing ring base material). Since the sealing end face coating layers 15a and 115a made of a material having a large friction coefficient and a small friction coefficient are formed, the sealing end face of the fixed sealing ring and the sealing end face of the movable sealing ring directly rotate relative to each other like a conventional mechanical seal. In other words, as compared with the case where the sealing ring base materials are in direct relative sliding contact with each other, the relative rotational sliding between the respective sealing end surfaces 5a, 104a and the mating sealing end surfaces (sealing end surfaces of the non-knife edge sealing rings 4, 105) 4a, 105a. The amount of wear and heat generated at the contact area is reduced. In particular, when the sealing end face coating layers 15a and 115a are made of diamond as described above, diamond is the hardest solid substance present in nature, and any sealing ring constituent material having a friction coefficient of silicon carbide or the like. (Generally, the friction coefficient of diamond is 0.03 (μ), which is 10% higher than that of PTFE (polytetrafluoroethylene) having a much lower friction coefficient than all seal ring components). Therefore, the sealing end surfaces 5a and 104a of the knife edge sealing rings 5 and 104 covered with the sealing end surface coating layers 15a and 115a and the sealing end surfaces of the mating sealing rings (non-knife edge sealing rings) 4 and 105 are used. There is very little wear and heat generated by the relative rotational sliding contact with 4a and 105a.

また、ナイフエッジ密封環5,104の密封端面5a,104aは尖端形状とされているため、相手密封環4,105の密封端面4a,105aとの相対回転摺接により発生する熱が集中して局部的に高熱となり、密封端面5a,104aにメカニカルシール機能に悪影響を及ぼすような熱歪が生じる虞れがあるが、各メカニカルシールM1,M2,M3,M4にあっては、このような密封端面5a,104aにおける熱歪の発生が可及的に防止される。   Further, since the sealing end surfaces 5a and 104a of the knife edge sealing rings 5 and 104 are pointed, heat generated by relative rotational sliding contact with the sealing end surfaces 4a and 105a of the mating sealing rings 4 and 105 is concentrated. There is a possibility that heat distortion is generated locally and heat distortion that adversely affects the mechanical seal function may occur on the sealed end faces 5a and 104a. Generation of thermal strain on the end faces 5a and 104a is prevented as much as possible.

すなわち、ナイフエッジ密封環5,104の接液面5f,5g,104g,104hに密封端面コーティング層15a,115aに連なる接液面コーティング層15b,15d,115b,115dを形成すると共にナイフエッジ密封環5,104のOリング接触面5e,104fに接液面コーティング層15b,15d,115b,115dに連なるOリング接触面コーティング層15c,115cを形成してあり、これらの密封端面コーティング層15a,115a、接液面コーティング層15b,15d,115b,115d及びOリング接触面コーティング層15c,115cが一連のものであってナイフエッジ密封環5,104の構成材に比して熱伝導係数の大きな材料で構成されたものであるから、ナイフエッジ密封環5,104の密封端面5a,104aで発生した熱は密封端面コーティング層15a,115aから接液面コーティング層15b,15d,115b,115dへと伝熱され、さらに接液面コーティング層15b,15d,115b,115dからOリング接触面コーティング層15c,115cへと伝熱される。したがって、密封端面コーティング層15a,115aの熱は当該密封端面コーティング層15a,115aを含むコーティング層全体に分散されて、密封端面コーティング層15a,115aの温度が大幅に低下する。   That is, the wetted surface coating layers 15b, 15d, 115b, and 115d connected to the sealed end surface coating layers 15a and 115a are formed on the wetted surfaces 5f, 5g, 104g, and 104h of the knife edge seal ring 5, 104 and the knife edge seal ring is formed. O-ring contact surface coating layers 15c, 115c connected to the liquid contact surface coating layers 15b, 15d, 115b, 115d are formed on the O-ring contact surfaces 5e, 104f of 5, 104, and these sealed end surface coating layers 15a, 115a are formed. The liquid contact surface coating layers 15b, 15d, 115b, 115d and the O-ring contact surface coating layers 15c, 115c are a series of materials having a large thermal conductivity coefficient as compared with the constituent material of the knife edge sealing ring 5,104. The knife edge sealing ring 5, 10 is composed of The heat generated on the sealing end surfaces 5a and 104a is transferred from the sealing end surface coating layers 15a and 115a to the liquid contact surface coating layers 15b, 15d, 115b and 115d, and further the liquid contact surface coating layers 15b, 15d, 115b and 115d. To the O-ring contact surface coating layers 15c and 115c. Therefore, the heat of the sealing end surface coating layers 15a and 115a is dispersed throughout the coating layer including the sealing end surface coating layers 15a and 115a, and the temperature of the sealing end surface coating layers 15a and 115a is greatly reduced.

しかも、第1及び第3メカニカルシールM1,M3にあっては、接液面コーティング層15b,115b及びOリング接触面コーティング層15c,115cの一部(Oリング接触面5e,104fにおけるOリング7,8の接触箇所から接液面5f,104gに至るOリング接触面5e,104f部分に形成されたOリング接触面コーティング層15c,115c部分)において、これらに常時接触して冷却液として機能しうるクエンチ流体Qとの熱交換により上記接液面コーティング層15b,115b及びOリング接触面コーティング層15c,115cからの放熱、冷却が効果的に行われる。また、第2及び第4メカニカルシールM2,M4にあっては、接液面コーティング層15d,115d及びOリング接触面コーティング層15c,115cの一部(Oリング接触面5e,104fにおけるOリング7,8の接触箇所から接液面5g,104hに至るOリング接触面5e,104f部分に形成されたOリング接触面コーティング層15c,115c部分)において、これらに常時接触して冷却液として機能しうる被密封流体Fとの熱交換により上記接液面コーティング層15d,115d及びOリング接触面コーティング層15c,115cからの放熱、冷却が効果的に行われる。   Moreover, in the first and third mechanical seals M1 and M3, a part of the liquid contact surface coating layers 15b and 115b and the O ring contact surface coating layers 15c and 115c (the O ring 7 on the O ring contact surfaces 5e and 104f). 8, the O-ring contact surface coating layers 15 c and 115 c formed on the O-ring contact surfaces 5 e and 104 f from the contact point to the liquid-contact surfaces 5 f and 104 g, and always function as a cooling liquid. The heat exchange with the quenching fluid Q can effectively release and cool the liquid contact surface coating layers 15b and 115b and the O-ring contact surface coating layers 15c and 115c. Further, in the second and fourth mechanical seals M2 and M4, parts of the liquid contact surface coating layers 15d and 115d and the O ring contact surface coating layers 15c and 115c (the O ring 7 on the O ring contact surfaces 5e and 104f). 8, O-ring contact surface coating layers 15 c and 115 c formed on the O-ring contact surfaces 5 e and 104 f extending from the contact points to the liquid-contact surfaces 5 g and 104 h, respectively, and function as a cooling liquid at all times. Heat exchange with the fluid to be sealed F can effectively release and cool the liquid contact surface coating layers 15d and 115d and the O-ring contact surface coating layers 15c and 115c.

その結果、ナイフエッジ密封環5,104の密封端面5a,104aが径方向面幅の微小な尖端形状をなすために相手密封環4,105の密封端面4a,105aとの接触面圧が高い場合にも、両密封端面の相対回転摺接による摩耗量及び発熱量が激減すると共に、ナイフエッジシールのシール機能(メカニカルシール機能)に悪影響を及ぼすような熱歪の発生はこれが可及的に防止される。なお、第3及び第4メカニカルシールM3,M4にあっては、低摩擦係数のOリング接触面コーティング層115cによりナイフエッジ密封環である可動密封環104とOリング7との相対運動が円滑に行われて、可動密封環104の追従性が向上し、メカニカルシール機能が更に良好に発揮される。   As a result, when the sealing end faces 5a and 104a of the knife edge sealing rings 5 and 104 have a minute tip shape with a radial width, the contact surface pressure with the sealing end faces 4a and 105a of the mating sealing rings 4 and 105 is high. In addition, the amount of wear and heat generated by the relative rotational sliding contact between both sealed ends are drastically reduced, and the occurrence of thermal strain that adversely affects the knife edge seal function (mechanical seal function) is prevented as much as possible. Is done. In the third and fourth mechanical seals M3 and M4, the relative movement between the O-ring 7 and the movable sealing ring 104, which is a knife-edge sealing ring, is smoothly performed by the low friction coefficient O-ring contact surface coating layer 115c. As a result, the followability of the movable seal ring 104 is improved, and the mechanical seal function is further improved.

このような放熱、冷却効果は、コーティング層15a,15b,15c,15d,115a,115b,115c,115dを上記の如くダイヤモンドで構成しておくことにより、ダイヤモンドが全ての固体物質で最も熱伝導率が高く、セラミックスや超硬合金等の密封環構成材に比して熱伝導率が極めて高いものである(例えば、炭化ケイ素の熱伝導率が70〜120W/mKであるのに対し、ダイヤモンドの熱伝導率は1000〜2000W/mKである)から、極めて顕著に発揮される。   Such a heat dissipation and cooling effect is achieved by forming the coating layers 15a, 15b, 15c, 15d, 115a, 115b, 115c, and 115d with diamond as described above, so that diamond has the highest thermal conductivity among all solid materials. The thermal conductivity is extremely high as compared with sealing ring components such as ceramics and cemented carbides (for example, the thermal conductivity of silicon carbide is 70 to 120 W / mK, whereas the thermal conductivity of diamond is The thermal conductivity is 1000 to 2000 W / mK), which is very remarkable.

したがって、第1〜第4メカニカルシールM1,M2,M3,M4は、被密封流体Fがスラリ流体や高粘度流体である場合にも、両密封環4,5又は104,105の相対回転摺接部分における摩耗、発熱及び熱歪の発生を可及的に防止してメカニカルシール機能を長期に亘って良好に発揮させることができるものであり、従来メカニカルシールに比して耐久性、信頼性に優れた極めて実用的なナイフエッジシールである。   Therefore, the first to fourth mechanical seals M1, M2, M3, and M4 are relatively rotated and slidably contacted with both the sealing rings 4, 5 or 104, 105 even when the sealed fluid F is a slurry fluid or a high viscosity fluid. It is possible to prevent the occurrence of wear, heat generation and thermal distortion in the part as much as possible and to make the mechanical seal function work well over a long period of time. It is more durable and reliable than conventional mechanical seals. An excellent and highly practical knife edge seal.

なお、本発明の構成は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲で適宜に改良、変更することができる。   The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately improved and changed without departing from the basic principle of the present invention.

例えば、第1メカニカルシールM1にあっては図9に示す如く、第2メカニカルシールM2にあっては図11に示す如く、第3メカニカルシールM3にあっては図13に示す如く、また第4メカニカルシールM4にあっては図15に示す如く、非ナイフエッジ密封環4,105の密封端面4a,105aに当該密封環4,105の密封環母材の構成材に比して熱伝導係数及び硬度が大きく且つ摩擦係数が小さな材料(ダイヤモンドが最適する)からなるコーティング層(密封端面コーティング層)15e,115eを形成しておくことが好ましい。このようにすれば、ナイフエッジ密封環5,104の密封端面コーティング層15a,115aで発生する熱が、接液面コーティング層15b,15d,115b,115d及びOリング接触面コーティング層15c,115cに加えて、当該密封端面コーティング層15a,115aより面積の大きな相手密封環(非ナイフエッジ密封環)4,105の密封端面コーティング層15e,115eへも伝熱、分散されることになり、ナイフエッジ密封環5,104の密封端面5a,104aと相手密封環4,105の密封端面4a,105aとの相対回転摺接による熱歪の発生をより効果的に防止することができ、当該相対回転摺接による摩耗量も激減させることができる。   For example, the first mechanical seal M1 as shown in FIG. 9, the second mechanical seal M2 as shown in FIG. 11, the third mechanical seal M3 as shown in FIG. In the mechanical seal M4, as shown in FIG. 15, the heat conduction coefficient and the sealing end faces 4a and 105a of the non-knife edge sealing rings 4 and 105 are compared with the constituent materials of the sealing ring base material of the sealing rings 4 and 105. It is preferable to form coating layers (sealed end surface coating layers) 15e and 115e made of a material having a high hardness and a small friction coefficient (diamond is optimal). In this way, the heat generated in the sealing end surface coating layers 15a and 115a of the knife edge sealing ring 5 and 104 is applied to the liquid contact surface coating layers 15b, 15d, 115b and 115d and the O-ring contact surface coating layers 15c and 115c. In addition, heat is transferred and dispersed to the sealing end face coating layers 15e and 115e of the mating sealing rings (non-knife edge sealing rings) 4 and 105 having a larger area than the sealing end face coating layers 15a and 115a. Generation of thermal strain due to relative rotational sliding contact between the sealed end faces 5a and 104a of the sealing rings 5 and 104 and the sealed end faces 4a and 105a of the mating sealing rings 4 and 105 can be more effectively prevented. The amount of wear due to contact can also be drastically reduced.

さらに、第1メカニカルシールM1にあっては図10に示す如く、また第3メカニカルシールM3にあっては図14に示す如く、非ナイフエッジ密封環4,105において、冷却液として機能しうるクエンチング流体Qに接触する接液面4g,105f及びOリング7,8との接触面(Oリング接触面)4f,105gに密封端面4a,105aに形成された密封端面コーティング層15e,115eに連なる同質(ダイヤモンドが最適する)の接液面コーティング層15f,115f及びOリング接触面コーティング層15g,115gを形成しておくことが好ましい。なお、図10に示す如く、第1メカニカルシールM1における接液面4fは可動密封環4の密封端面形成部4bの内周面であり、Oリング接触面4fは当該密封端面形成部4bの基端面(後端面)と可動密封環4の保持部4cの内周面とからなる表面部分である。また、図14に示す如く、第3メカニカルシールM3における接液面105fは固定密封環105の密封端面形成部105b及び保持部5c内周面と当該保持部5cの基端面(前端面)とからなる表面部分であり、Oリング接触面105gは固定密封環105の密封端面形成部105bの基端面(全端面)と保持部5cの外周面とからなる表面部分である。また、第3メカニカルシールM3における接液面コーティング層115fは、固定密封環105の保持部5cに形成された凹部5dの内周面にも形成される。   Further, as shown in FIG. 10 for the first mechanical seal M1 and as shown in FIG. 14 for the third mechanical seal M3, the non-knife edge sealing rings 4 and 105 can function as a coolant. The liquid contact surfaces 4g and 105f that contact the chucking fluid Q and the contact surfaces (O ring contact surfaces) 4f and 105g with the O rings 7 and 8 are connected to the sealed end surface coating layers 15e and 115e formed on the sealed end surfaces 4a and 105a. It is preferable to form the wetted surface coating layers 15f and 115f and the O-ring contact surface coating layers 15g and 115g of the same quality (optimized by diamond). As shown in FIG. 10, the liquid contact surface 4f of the first mechanical seal M1 is the inner peripheral surface of the sealing end surface forming portion 4b of the movable sealing ring 4, and the O-ring contact surface 4f is the base of the sealing end surface forming portion 4b. This is a surface portion composed of an end surface (rear end surface) and an inner peripheral surface of the holding portion 4c of the movable sealing ring 4. Further, as shown in FIG. 14, the liquid contact surface 105f of the third mechanical seal M3 is formed from the sealed end surface forming portion 105b and the inner peripheral surface of the holding portion 5c of the fixed sealing ring 105 and the base end surface (front end surface) of the holding portion 5c. The O-ring contact surface 105g is a surface portion composed of the base end surface (all end surfaces) of the sealing end surface forming portion 105b of the fixed sealing ring 105 and the outer peripheral surface of the holding portion 5c. In addition, the wetted surface coating layer 115f in the third mechanical seal M3 is also formed on the inner peripheral surface of the recess 5d formed in the holding portion 5c of the fixed seal ring 105.

また、第2メカニカルシールM2にあっては図12に示す如く、また第4メカニカルシールM4にあっては図16に示す如く、非ナイフエッジ密封環4,105において、冷却液として機能しうる被密封流体Fに接触する接液面4h,105h及びOリング7,8との接触面(Oリング接触面)4f,105gに密封端面4a,105aに形成された密封端面コーティング層15e,115eに連なる同質(ダイヤモンドが最適する)の接液面コーティング層15h,115h及びOリング接触面コーティング層15g,115gを形成しておくことが好ましい。なお、図12に示す如く、第2メカニカルシールM2における接液面4hは可動密封環4の密封端面形成部4b、保持部4c及びスプリング連結部4dの外周面とスプリング連結部4dの基端面(後端面)とスプリング連結部4dの内周面と保持部4cの基端面(後端面)とからなる表面部分であり、Oリング接触面4fは可動密封環4の密封端面形成部4bの基端面(後端面)と保持部4cの内周面とからなる表面部分である。また、図16に示す如く、第4メカニカルシールM4における接液面105hは固定密封環105の外周面であり、Oリング接触面105gは固定密封環105の密封端面形成部105bの基端面(前端面)と保持部5cの外周面とからなる表面部分である。   Further, as shown in FIG. 12 for the second mechanical seal M2 and as shown in FIG. 16 for the fourth mechanical seal M4, the non-knife edge sealing rings 4 and 105 are covered with a liquid that can function as a coolant. The liquid contact surfaces 4h and 105h that contact the sealing fluid F and the contact surfaces (O ring contact surfaces) 4f and 105g with the O rings 7 and 8 are connected to the sealing end surface coating layers 15e and 115e formed on the sealing end surfaces 4a and 105a. It is preferable to form liquid contact surface coating layers 15h and 115h and O-ring contact surface coating layers 15g and 115g of the same quality (optimum for diamond). As shown in FIG. 12, the liquid contact surface 4h of the second mechanical seal M2 includes a sealing end surface forming portion 4b of the movable sealing ring 4, an outer peripheral surface of the holding portion 4c and the spring connecting portion 4d, and a base end surface of the spring connecting portion 4d ( The O-ring contact surface 4f is a base end surface of the sealing end surface forming portion 4b of the movable sealing ring 4 and is a surface portion composed of a rear end surface), an inner peripheral surface of the spring connecting portion 4d, and a base end surface (rear end surface) of the holding portion 4c. It is a surface part which consists of (rear end surface) and the inner peripheral surface of the holding | maintenance part 4c. Further, as shown in FIG. 16, the liquid contact surface 105h of the fourth mechanical seal M4 is the outer peripheral surface of the fixed sealing ring 105, and the O-ring contact surface 105g is the base end surface (front end) of the sealing end surface forming portion 105b of the fixed sealing ring 105. Surface) and the outer peripheral surface of the holding portion 5c.

各メカニカルシールM1,M2,M3,M4を図10、図12、図14又は図16に示す如く構成しておくことにより、前述した記放熱、冷却効果が更に効果的に発揮される。   By configuring the mechanical seals M1, M2, M3, and M4 as shown in FIG. 10, FIG. 12, FIG. 14, or FIG. 16, the above-described heat dissipation and cooling effects are more effectively exhibited.

また、本発明の端面接触形メカニカルシールは二次シール部材12で機外大気領域Cと区画シールされた非密封流体領域Bには封液を供給しておく場合にも好適に使用することができる。すなわち、かかる封液が冷却液として機能しうる液体(例えば、常温水)である条件下においては、図1及び図2、図5及び図6、図9、図10、図13又は図14に示す第1又は第3メカニカルシールM1,M3を上記した場合と同様に好適に使用することができる。   Further, the end surface contact type mechanical seal of the present invention can be suitably used even when a sealing liquid is supplied to the non-sealed fluid region B that is separated from the outside air region C by the secondary seal member 12. it can. That is, under the condition that the sealing liquid is a liquid that can function as a cooling liquid (for example, room temperature water), the sealing liquid is as shown in FIGS. 1 and 2, 5 and 6, 9, 10, 13, or 14. The first or third mechanical seal M1, M3 shown can be suitably used in the same manner as described above.

本発明は、シールケースに可動密封環を設けると共に回転軸に固定密封環を設けるようにした端面接触形メカニカルシールや二次シール部材12を設けず非密封流体領域Bが機外大気領域Cに開放される条件下で使用される端面接触形メカニカルシールにも適用することができる。   In the present invention, a non-sealed fluid region B is provided as an outside air region C without providing an end surface contact type mechanical seal or a secondary seal member 12 provided with a movable seal ring on a seal case and a fixed seal ring on a rotating shaft. The present invention can also be applied to an end surface contact type mechanical seal used under an open condition.

1 ハウジング
2 シールケース
3 回転軸
4 可動密封環(非ナイフエッジ密封環)
4a 可動密封環の密封端面
4b 密封端面形成部
4c 保持部
4d スプリング連結部
4e 凹部
5 固定密封環(ナイフエッジ密封環)
5a 固定密封環の密封端面
5b 密封端面形成部
5c 保持部
5d 凹部
5e Oリング接触面
5f 接液面
5g 接液面
6 スプリング
6a スプリングの一端部
6b スプリングの他端部
7 Oリング
8 Oリング
9 ドライブピン
10 スプリングリテーナ
10a 凹部
11 固定ねじ
12 二次シール部材
13 フラッシング流路
14 供給流路
15a 密封端面コーティング層
15b 接液面コーティング層
15c Oリング接触面コーティング層
15d 接液面コーティング層
15e 密封端面コーティング層
15f 接液面コーティング層
15g 接液面コーティング層
15h 接液面コーティング層
104 可動密封環(ナイフエッジ密封環)
104a 可動密封環の密封端面
104f Oリング接触面
104g 接液面
104h 接液面
105 固定密封環(非ナイフエッジ密封環)
105a 固定密封環の密封端面
105b 密封端面形成部
115a 密封端面コーティング層
115b 接液面コーティング層
115c Oリング接触面コーティング層
115d 接液面コーティング層
115e 密封端面コーティング層
115f 接液面コーティング層
115g 接液面コーティング層
115h 接液面コーティング層
A 被密封流体領域
B 非密封流体領域
C 機外大気領域
F フラッシング流体(被密封流体領域の流体)
M1 第1メカニカルシール(端面接触形メカニカルシール)
M2 第1メカニカルシール(端面接触形メカニカルシール)
M3 第1メカニカルシール(端面接触形メカニカルシール)
M4 第1メカニカルシール(端面接触形メカニカルシール)
Q クエンチング流体(非密封流体領域の流体)
1 Housing 2 Seal Case 3 Rotating Shaft 4 Movable Seal Ring (Non-Knife Edge Seal Ring)
4a Sealing end face of movable sealing ring 4b Sealing end face forming part 4c Holding part 4d Spring connecting part 4e Recessed part 5 Fixed sealing ring (knife edge sealing ring)
5a Sealed end face of fixed seal ring 5b Sealed end face forming part 5c Holding part 5d Recessed part 5e O-ring contact surface 5f Liquid contact surface 5g Liquid contact surface 6 Spring 6a One end part of spring 6b The other end part of spring 7 O ring 8 O ring 9 Drive pin 10 Spring retainer 10a Recess 11 Fixing screw 12 Secondary seal member 13 Flushing flow path 14 Supply flow path 15a Sealed end surface coating layer 15b Liquid contact surface coating layer 15c O-ring contact surface coating layer 15d Liquid contact surface coating layer 15e Sealed end surface Coating layer 15f Wetted surface coating layer 15g Wetted surface coating layer 15h Wetted surface coating layer 104 Movable sealing ring (knife edge sealing ring)
104a Sealed end face of movable seal ring 104f O-ring contact surface 104g Liquid contact surface 104h Liquid contact surface 105 Fixed seal ring (non-knife edge seal ring)
105a Sealed end face of fixed sealing ring 105b Sealed end face forming portion 115a Sealed end face coating layer 115b Liquid contact surface coating layer 115c O-ring contact surface coating layer 115d Liquid contact surface coating layer 115e Sealed end face coating layer 115f Liquid contact surface coating layer 115g Liquid contact Surface coating layer 115h Liquid contact surface coating layer A Sealed fluid region B Unsealed fluid region C Outside air region F Flushing fluid (fluid in the sealed fluid region)
M1 1st mechanical seal (end face contact type mechanical seal)
M2 1st mechanical seal (end face contact type mechanical seal)
M3 1st mechanical seal (end face contact type mechanical seal)
M4 1st mechanical seal (end face contact type mechanical seal)
Q Quenching fluid (fluid in unsealed fluid region)

Claims (4)

シールケースにOリングを介して固定された炭化ケイ素製の固定密封環と、シールケースを洞貫する回転軸にOリングを介して当該回転軸の軸線方向に移動可能に保持された可動密封環と、これを固定密封環へと押圧接触させるべく附勢するスプリングとを具備して、両密封環の対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により被密封流体領域と非密封流体領域とを遮蔽シールするように構成されたものであって、固定密封環を密封端面が径方向幅の微小な尖端形状に構成されたナイフエッジ密封環となす端面接触形メカニカルシールにおいて、
前記非密封流体領域がシールケースと回転軸との間に配設した二次シール部材により機外大気領域と区画された閉塞空間とされると共に、この閉塞空間にシールケースに形成した供給通路から冷却液として機能しうる液体であるクエンチング液が供給されるように構成されており、
ナイフエッジ密封環の表面部分であって前記Oリングと接触するOリング接触面、ナイフエッジ密封環の密封端面及び当該密封端面からOリング接触面に至るナイフエッジ密封環の表面部分であって前記クエンチング液と接触する接液面に、当該密封環の構成材に比して熱伝導係数及び硬度が大きい材料からなるコーティング層を一連に形成してあることを特徴とする端面接触形メカニカルシール。
A stationary seal ring of silicon carbide which is fixed via an O-ring to Shiruke scan, the seal case the axis of rotation Horanuki through the O-ring movably retained movable seal in the axial direction of the rotary shaft ring And a spring that urges the fixed sealing ring to press contact with the fixed sealing ring, and the sealed fluid region and the non-sealing fluid region by the relative rotational sliding contact action of the sealing end surface that is the opposite end surface of both sealing rings. In the end face contact type mechanical seal in which the fixed sealing ring is a knife edge sealing ring in which the sealing end face is formed in a minute tip shape having a radial width,
The non-sealed fluid region is defined as a closed space separated from the outside air region by a secondary seal member disposed between the seal case and the rotating shaft, and a supply passage formed in the sealed case in the closed space. It is configured to be supplied with a quenching liquid that is a liquid that can function as a cooling liquid,
A surface portion of a knife edge sealing ring, an O-ring contact surface that contacts the O-ring, a sealing end surface of the knife edge sealing ring, and a surface portion of the knife edge sealing ring extending from the sealing end surface to the O-ring contact surface. An end face contact type mechanical seal comprising a series of coating layers made of a material having a higher thermal conductivity and hardness than the constituent material of the sealing ring on the wetted surface in contact with the quenching liquid .
前記両密封環のうちナイフエッジ密封環以外の密封環である非ナイフエッジ密封環の密封端面に、当該両密封環の構成材に比して熱伝導係数及び硬度が大きい材料からなるコーティング層を形成してあることを特徴とする、請求項1に記載する端面接触形メカニカルシール。 On the sealing end face of the non-knife edge sealing ring which is a sealing ring other than the knife edge sealing ring among the both sealing rings, a coating layer made of a material having a higher thermal conductivity coefficient and hardness than the constituent materials of the both sealing rings. The end face contact type mechanical seal according to claim 1, wherein the end face contact type mechanical seal is formed. 前記両密封環のうちナイフエッジ密封環以外の密封環である非ナイフエッジ密封環の表面部分であって前記Oリングと接触するOリング接触面、非ナイフエッジ密封環の密封端面及び当該密封端面からOリング接触面に至る非ナイフエッジ密封環の表面部分であって前記クエンチング液と接触する接液面に、当該密封環の構成材に比して熱伝導係数及び硬度が大きい材料からなるコーティング層を一連に形成してあることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載する端面接触形メカニカルシール。 A surface portion of a non-knife edge sealing ring that is a sealing ring other than the knife edge sealing ring among the two sealing rings, and is an O-ring contact surface that contacts the O-ring, a sealing end surface of the non-knife edge sealing ring, and the sealing end surface The surface portion of the non-knife edge sealing ring extending from the O-ring contact surface to the liquid contact surface in contact with the quenching liquid is made of a material having a higher thermal conductivity coefficient and hardness than the constituent material of the sealing ring. The end face contact type mechanical seal according to claim 1 or 2 , wherein a series of coating layers are formed . 前記コーティング層がダイヤモンドで構成されていることを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載する端面接触形メカニカルシール。
The coating layer is characterized that you have been configured in a diamond, the end surface contact type mechanical seal according to any one of claims 1 to 3.
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