(57)【要約】【課題】シール部品の摺動接合面のシール能力と共に、耐摩耗性を向上させることにある。更に、生産コストを低減することにある。【解決手段】シール部品１の本体２の結合層５に本体２より硬質材の微粉末を結合材に含有した結合層を有するものである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の本体の接合面を他方の相対部品に接合させて接合面間に浸入する流体をシールするシール部品であって、前記本体の接合面に前記本体より硬質材の微粉末を結合材に含有した結合層を有するシール部品。
【請求項２】
前記微粉末は１０Åから５０×１０−６ｍの大きさであって、クラスタ−ダイヤモンド、グラファイトクラスタ−ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、Ｂ４Ｃ、ＢＮ、Ｃ６０、Ｃ７０、ＣｒＢ２、Ｃｒ３Ｃ２、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ２、ＭｏＳ２、Ｍｏ２Ｃ、ＭｏＢ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３、ＷＣ、ＷＳ２、ＷＳｉ２の材質を１種又は１種以上含有することを特徴とする請求項１に記載のシール部品。
【請求項３】
前記結合層の結合材はＮｉメッキ、Ｃｒメッキ、Ｃｏメッキ、銀メッキ、金メッキであることを特徴とする請求項１に記載のシール部品。
【請求項４】
前記結合層の厚さは１×１０−６ｍから２００×１０−６ｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載にシール部品。
【請求項５】
前記微粉末は前記結合材に対して５体積％から３０体積％を含有することを特徴とするシール部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体通路の継手部における摺動箇所に適したシール部品に関する。更に詳しくは、高温又は高圧状態で流体が流れる配管等の継手部をシールするシール部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関する先行技術には、米国特許第５，７０３，４４５号明細書が存在する。図８は、同号の図面に記載されているパイプの継手部１００の半断面図である。
図８に於いて、継手部１００は、一方のパイプ１０５のフランジ部１０６と他方のパイプ１１０のフランジ部１１１とが対向して接合状態に配置されている。この一方のパイプ１０５の通路１０５Ａと、他方のパイプ１１０の通路１１０Ａとは連通しており、この両通路１０５Ａ、１１０Ａは流体が流れるように構成されている。このために、両フランジ部１０６、１１０間には流体をシールする密封リング１０２が配置されている。
この密封リング１０２は、フランジ部１０６に設けられた凸部１０６Ｂの内周のフランジ面１０６Ａと、この凸部１０６Ｂに嵌合する凹部１１１Ｂのフランジ面１１１Ａに接合する断面Ｕ形状で内周側が開口に形成されている。
【０００３】
この密封リング１０２には、両フランジ面１０６Ａ、１１１Ａに圧接してシールするシール面１０２Ａ、１０２Ｂが軸方向両側面に円弧状に突出して形成されている。
又、両フランジ面１０６Ａ、１１１Ａに密封リング１０２のシール面１０２Ａ、１０２Ｂが圧接するように保持するクランプリング１０３は、両フランジ部１０６、１１１の外周面を締め付けている。そして、このクランプリング１０３に保持された両フランジ部１０６、１１１は、通路１０５Ａ、１１０Ａを流れる流体の高温度、高圧力、又は、パイプ１０５、１１０の振動等により破損しないように軸方向が変位できるような機構に構成されている。
【０００４】
このように構成された継手部１００は、両フランジ部１０６、１１１の外周がテーパ面に形成されてクランプリング１０３に保持されているために、両フランジ部１０６、１１１は、外力に対応した変位が可能になる。又、この変位に応じて密封リング１０２も、断面Ｕ形状に形成されているために、変形が可能になる。この変位に応じて密封リング１０２のシール面１０２Ａ、１０２Ｂは、接合するフランジ面１０６Ａ、１１１Ａに対して摺動する。このために、シール面１０２Ａ、１０２Ｂは、摩耗することになるので、このシール面１０２Ａ、１０２Ｂから被密封流体が漏洩して問題となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする技術的課題は、シール部品の本体自身は必要とする弾性機能又は、耐久性を発揮する材質に構成すると共に、結合層は摺動が伴っても摩耗を防止すると共に、結合層のシール能力を発揮させることにある。
又、結合層の表面粗さを向上させると共に、結合層の加工を少なくして、加工コストを低減することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。
【０００７】
この請求項１に係わる本発明のシール部品は、一方の本体の接合面を他方の相対部品に接合させて接合面間に浸入する流体をシールするシール部品であって、前記本体の接合面に前記本体より硬質材の微粉末を結合材に含有した結合層を有するものである。
【０００８】
この請求項１に係わる本発明のシール部品では、本体の材質に均一に接着する性質の結合材と共に、結合材には本体より硬質材の微粉末が含有しているので、シール部品の結合層は、被密封流体の高温による変位又はシール部品が振動等により摺動することがあっても、摩耗が防止されて被密封流体のシール効果を発揮する。特に、結合材としての軟質効果によるシール能力の向上と共に、硬質材の微粉末による摩耗を防止する効果が期待できる。
又、結合層の形状が曲面を成していても本体の基部の接合面を被覆する加工方法であるから、結合層の機械加工が不用となる。この為に加工コストを低減することが可能になる。更に、結合層はメッキ等の被覆加工であるから表面粗さ精度を向上させることが可能になると共に、研磨加工を省略できて加工コストを低減できる。
【０００９】
請求項２に係わる本発明のシール部品は、前記微粉末が１０Åから５０×１０−６ｍの大きさであって、結合材にクラスタ−ダイヤモンド、グラファイトクラスタ−ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、Ｂ４Ｃ、ＢＮ、Ｃ６０、Ｃ７０、ＣｒＢ２、Ｃｒ３Ｃ２、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ２、ＭｏＳ２、Ｍｏ２Ｃ、ＭｏＢ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３、ＷＣ、ＷＳ２、ＷＳｉ２の材質を１種又は１種以上含有するものである。
【００１０】
この請求項２に係わる本発明のシール部品では、結合材にクラスタ−ダイヤモンド、グラファイトクラスタ−ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、Ｂ４Ｃ、ＢＮ、Ｃ６０、Ｃ７０、ＣｒＢ２、Ｃｒ３Ｃ２、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ２、ＭｏＳ２、Ｍｏ２Ｃ、ＭｏＢ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３、ＷＣ、ＷＳ２、ＷＳｉ２及びセラミック等の硬質材の微粉末を１種又は１種以上含有することにより、この微粉末と結合材の組み合わせにより強化される結合層の摺動時の摩耗が防止される。同時に、結合材としての軟質効果により、シール能力が発揮されるので、被密封流体の漏れも防止される。
【００１１】
請求項３に係わる本発明のシール部品は、結合層の結合材がＮｉメッキ、Ｃｒメッキ、Ｃｏメッキ、銀メッキ、金メッキにしたものである。
【００１２】
この請求項３の本発明のシール部品では、結合材をＮｉメッキ、Ｃｒメッキ、Ｃｏメッキ、銀メッキ、金メッキにすることにより微粉末との結合性が良好であると共に、本体に強力に接着することが可能になる。更に、シール面が曲面を成していてもメッキのみで済むから、結合層の仕上げ加工を不用にし、加工コストを低減することができる。しかも、結合層は、メッキ等の被覆により表面粗さが高精度にできるからシール能力も更に発揮される。
【００１３】
請求項４に係わる本発明のシール部品は、結合層の厚さが１×１０−６ｍから２００×１０−６ｍの範囲にしたものである
【００１４】
この請求項４に係わる本発明のシール部品では、結合層の厚さは極めて薄くできるから、本体の接合面の加工が多少荒くとも、結合層により表面粗の精度を向上することができ、結合層の摺動時のシール能力を発揮させることが可能になる。
【００１５】
請求項５に係わる本発明のシール部品は、微粉末は結合材に対して５体積％から３０体積％を含有するものである。
【００１６】
この請求項５に係わる本発明のシール部品では、微粉末の割合が結合材に対して５から３０体積％の範囲であると、耐摩耗性と共に、シール能力を発揮することができる。又、微粉末が結合材に対して５体積％以上では耐摩耗性の効果が確実に発揮される。更に又、微粉末が３０体積％までは結合材の結合力が発揮されると共に、シール能力も発揮される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる好ましい実施の形態のシール部品を図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、正確な設計図である。
【００１８】
図１は、本発明の第１実施の形態のシール部品１の断面図である。又、図２は、このシール部品１をケーシング５０に接合すると共に、配管全体の取付状態を示す配置図である。
【００１９】
図１及び図２に於いて、ジェットエンジン等の液体燃料に係わるケーシング５０には流体通路５０Ａ用の孔が形成されている。この通路５０Ａの孔直径Ｘはパイプ２０の直径より大きく形成されている。
【００２０】
パイプ２０の先端にはシール部品１が一体に結合されている。このシール部品１の本体２は、パイプ２０と同一径に形成された取付部２Ａが溶接されて結合した溶接部１１によりパイプ２０と一体にされている。
この本体２は、種々の金属の材質が用いられる。例えば、錆びないようにするために、或いは液体酸素を通すために、本体２をステンレススチール製にする。又、鋼管のパイプ２０と同一材料にするために本体２を鉄や鋼にすることもできる。或いは軽量化に応じて、本体２をアルミニュウム、ジュラルミン等にすることもある。
この両部品１、２０の溶接部１１による結合はパイプ２０の流体通路２０Ａとシール部品１の流体通路９とを連通にする。又、両部品１、２０を溶接することなく、パイプ２０の一端部を絞り加工などによりシール部品１の本体２に加工することもできる。
この本体２は、取付部２Ａの一端からテーパ状にやや大径に形成された拡張部２Ｂを介し、その先端部が断面円弧状に形成された環状の基部２Ｃに形成されている。この基部２Ｃの接合面２Ｃ１には結合層５が断面円弧状にメッキにより形成されている。
【００２１】
この結合層５の厚さは、０．８×１０−６ｍから２２０×１０−６ｍの範囲に形成されている。この厚さは、更に好ましくは、１×１０−６ｍから２００×１０−６ｍにすると良い。この結合層５の厚さは、表面粗さの仕上げ及び結合層の割れ等を防止する点から実験の結果として得られた範囲である。
結合層５は、本体２の材質より少なくとも硬質材の微粉末を結合材に含有させて形成されている。その好ましい微粉末の材料としては、クラスタ−ダイヤモンド、グラファイトクラスタ−ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、Ｂ４Ｃ、ＢＮ、Ｃ６０、Ｃ７０、ＣｒＢ２、Ｃｒ３Ｃ２、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ２、ＭｏＳ２、Ｍｏ２Ｃ、ＭｏＢ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３、ＷＣ、ＷＳ２、セラミック及びＷＳｉ２の材質を１種又は１種以上含有するものである。この微粉末の大きさは、３Åから６５×１０−６ｍにすると良く、好ましくは更に、１０Åから５０×１０−６ｍの範囲にすると良い。又、微粉末の大きさがこの範囲を超えると、接合するケーシング５０を摩耗させる傾向がある。又、結合層５の強度が徐々に低下する。
【００２２】
結合層５の結合材としては、本体２に接着するなじみ性の良い材質が選択される。例えば、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇ、Ａｕの金属が好ましく、この金属に上述した微粉末を混合したメッキ等の化学処理により結合層５としての被覆層に形成するものである。
この結合材に対して微粉末の割合は、発明として３体積％から４５体積％の範囲にすると効果があり、更に好ましくは、５体積％から３０体積％にすると良い。結合材に対する微粉末の体積百分率を４５％以上にすると結合材の強度が脆くなる傾向にある。又、３％以下では耐摩耗性の効果が低下するので避けるべきである。
【００２３】
このようにして形成された結合層５は、本体２の基部２Ｃの接合面２Ｃ１にメッキにより被覆層に形成する。この基部２Ｃの接合面２Ｃ１は、断面円弧状面に形成されているが、円筒面でも良い。シール部品１の取付状態により基部２Ｃの形状が設計される。
図１に示すシール部品１は、パイプ２０の通路２１を高温流体が流れるためにパイプ２０が膨張・収縮等の熱変形をする。この為に、図２に示すようにパイプ２０の両端に取り付けられたシール部品１は、各ケーシング５０、５０の流体通路内周面５０Ａ、５０Ａに接合状態に取り付けられる。そして、ケーシング５０にボルト５１Ｂを介して取り付けられた抑え板５１Ａによりシール部品１がケーシング５０から抜け出さないように保持される。
シール部品１の結合層５の最大外径Ｘ／２はケーシング５０の流体通路内周面５０Ａの半径Ｘ／２と密接する径に形成されている。そして、シール部品１はパイプ２０が熱変形又は振動等の作動力によりケーシング５０に対して摺動又は揺動しても結合層５によりパイプ２０の流体通路２１を流れる被密封流体がシールされると共に、結合層５の摩耗が防止されてシール部品１の摺動に対して耐久能力を発揮する。
【００２４】
図３は本発明に係わる第２実施の形態を示す配管継手部に於けるシール部品１の半断面図である。
図３に於いて、シール部品１はエンジン等の燃料系統の配管又はボイラ等の配管の継手部に取り付けた例である。この図３の図１と相違する点は、シール部品１をパイプ２０の端部に嵌着して結合したものである。そして、ケーシング５０の流体通路内周面５０Ａにもシール部品１の結合層５と密接する第２結合層５を接合したものである。
この構成ではシール部品１は、結合層５を設けた両部品が共にシール部品１となる。そして、両シール部品１の結合層５が密接してシールし、更に耐摩耗能力と共に、シール能力を発揮する。この結合層５の構成は、第１実施の形態で述べたと同様のものを使用した。その他の構成は図１と略同様である。
【００２５】
図４は、本発明に係わる第３実施の形態を示すメカニカルシール３０に取り付けたシール部品１である。このメカニカルシール３０は、回転軸６０とハウジング８０との間に取り付けられて両部品６０、８０間の高圧側Ｐと低圧側Ｑとの間で高圧側Ｐの被密封流体をシールするものである。このメカニカルシール３０には、ハウジング８０に固定密封環としてのシール部品１が設けられていると共に、回転軸６０には、Ｏリング３３を介して回転密封環３２が固着されている。
そして、シール部品１の本体２の接合面２Ｃ１には、結合層５が設けられている。このシール部品１の結合層５と回転密封環３２のシール面３２Ａが密接して高圧側Ｐの被密封流体をシールする。この場合、固定密封環がシール部品１となる。又、回転密封環３２に結合層５を設けることもできる。この場合には、回転密封環３２もシール部品１となる。
【００２６】
メカニカルシール３０の密封環をシール部品１にすることにより、本体２の加工が容易となり、シール部品１のコストを大きく低減できる。しかも、シール部品１のシール能力に優れる。
一般に、密封環はＳｉＣ材、超硬合金等を加工して製作しているが、硬質であるがために加工を困難にすると共に、ＳｉＣ等の材料自体が高価である。しかも、硬質であるために摺動面の鳴き現象等の問題が惹起している。しかし、本発明のシール部品１は、本体２に設けた結合層５が硬質材の微粉末と軟質の結合材との組み合わせた結合であるから、シール能力に優れ、鳴き現象等も防止可能な効果が期待できる。
【００２７】
図５は、本発明に係わる第４実施の形態を示すガスケット用のシール部品１の一部断面図である。
このシール部品１の本体２は、断面Ｕ形状に形成された環状体である。そして、本体２の断面Ｕ形状に形成された開口部の両側に円弧状に突出した基部２Ｃが設けられており、この基部２Ｃの接合面２Ｃ１に結合層５が設けられて密接合面に構成されている。この結合層５は、図６に拡大して示すように少なくとも本体２の接合面２Ｃ１に結合層５が設けられている。このシール部品１は小さいので本体２の全外周面を結合層５にしても良い。
この結合層５も第１実施の形態の結合層５と同一材料に構成されている。
【００２８】
図７は、図３に示すシール部品１と２つの比較例とを同一条件で試験した試験結果である。
試験方法を次に説明する。
Ａ．試験機
試験機は、簡単な構造であるので、図示省略する。この試験機は作動軸の両端部に図３に示すような試験部品の流体通路２１を嵌着する。この２つの試験部品を作動軸の両側に設けられた対向する２つのシリンダ内に嵌合した状態に取り付ける。このシリンダ内は常温の窒素ガスを２ＭＰａの内圧状態にしてある。
そして、この試験機における作動軸の一端側に設けられたアクチュエータにより軸方向へ１ｍｍ／ｍｉｎの条件で往復移動させて結合層５の摺動における挙動を試験した。
Ｂ．試験部品
１）本発明の試験部品は、図３に示すようなシール部品１である。この試験部品の結合層５は硬質材の微粉末が５０Åの大きさのクラスターダイヤモンドである。又、結合材は、Ｎｉメッキである。そして、その割合は硬質材の微粉末が１０体積％である。
２）比較例１は、本発明のシール部品１と同一形状に形成した接合面がＣｒメッキした試験部品である。
３）比較例２は、本発明のシール部品１と同一形状に形成した接合面がＣｏ基の溶射コーテングの試験部品である。
【００２９】
Ｃ．試験結果
図７は、常温における２ＭＰａの窒素ガスの加圧雰囲気中で、１ｍｍ／ｍｉｎのストロークの摺動回数を往復８００回連続して行う。そのときの圧力の変化に対する各試験部品のリーク量の比較である。
１）本発明のシール部品１は、シール部品１の一方のシリンダ内に常温の窒素ガスの内圧を徐々に０から２ＭＰａまで増加させてもほとんど被密封流体の漏れは認められない。尚、本発明のシール部品１は、その後１６００回まで連続摺動させたが、この時点でも被密封流体の漏洩は認められなかった。
２）比較例１は、本発明と同様に内圧を０から２ＭＰａまで増加させると徐々に被密封流体の漏れが大きくなることが認められる。
３）比較例２は、本発明と同様に内圧を０から２ＭＰａまで増加させると比較例１よりも更に被密封流体の漏れが大きくなることが認められる。
この図７から明らかなように硬質材を溶射したコーテングは、接合面が硬質でも漏れが大きくなる。又、硬質なＣｒなどをメッキしたのみでは加圧する圧力が増加すると被密封流体の漏洩が大きくなるのを認める。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に係わる本発明のシール部品によれば、シール部品の結合層は、被密封流体の高温による変位又はシール部品が振動等により摺動することがあっても、摩耗が防止されて被密封流体のシール効果を発揮する。特に、結合材としての軟質効果によるシール能力の向上と共に、硬質材の微粉末による摩耗防止の効果が期待できる。
又、結合層の形状が曲面を成していても本体の基部の外周面に被覆する加工であるから、結合層の機械加工が不用となるので、加工コストが低減できる効果を奏する。更に、結合層はメッキ等の被覆加工であるから、研磨加工等の加工処理をしなくとも表面粗さ精度が向上する効果を奏する。
【００３１】
請求項２に係わる本発明のシール部品によれば、結合材に硬質材の微粉末を１種又は１種以上含有することにより、この硬質材の微粉末と軟質の結合材の組み合わせにより耐摩耗能力が強化される結合層における摺動時の摩耗が効果的に防止される。同時に、結合材としての軟質効果により、シール能力が発揮されるので、被密封流体の漏れも効果的に防止する。又、結合層はメッキ可能で表面粗さが小さいから、結合層の研磨が不用で、製作コストを低減できる効果が期待できる。
【００３２】
請求項３に係わる本発明のシール部品によれば、結合材をＮｉメッキ、Ｃｒメッキ、Ｃｏメッキ、銀メッキ、金メッキにすることにより微粉末との結合性が良好であると共に、本体の接合面に強力に接着するので耐久能力の効果が期待できる。更に、結合層が曲面を成していてもメッキ処理であるから、結合層の仕上げ加工を不用にし、加工コストを低減できる効果が期待できる。しかも、結合層は、メッキ等の被覆により表面粗さが小さくて表面が高精度にできるから、シール能力も更に発揮される。
【００３３】
請求項４に係わる本発明のシール部品によれば、結合層の厚さは極めて薄くできるから、本体の基部の加工が多少荒くとも、結合層により表面粗の精度を向上することができ、結合層の摺動時のシール能力を発揮させる効果が期待できる。
【００３４】
請求項５に係わる本発明のシール部品によれば、微粉末の割合が結合材に対して５から３０体積％の範囲では、耐摩耗性と共に、シール能力を発揮する効果が期待できる。特に、結合層の摩耗防止の効果と共に、結合層の基部に対する接着強度が強化できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係わるシール部品を配管継手部に取り付けた断面図である。
【図２】図１に示すシール部品をケーシングに接合した状態の配管全体の配置関係を示す正面図である。
【図３】本発明の第２実施の形態に係わるシール部品を配管継手部に接合した半断面図である。
【図４】本発明の第３実施の形態に係わるシール部品をメカニカルシールに取り付けた断面図である。
【図５】本発明の第４実施の形態に係わるシール部品をガスケットにした半断面図である。
【図６】図５のシール部品の結合層を拡大した一部断面図である。
【図７】図３のシール部品と各比較例との加圧とリーク量とを試験した実験結果を示すグラフ図である。
【図８】先行技術のシール部品の半断面図である。
【符号の説明】
１　シール部品
２　本体
２Ａ　取付部
２Ｂ　拡張部
２Ｃ　基部
２Ｃ１　接合面
５　結合層
９　流体通路
１１　溶接部
２０　パイプ
２１　流体通路
３０　メカニカルシール
５０　ケーシング
５０Ａ　流体通路内周面
５１　保治具
５１Ａ　抑え板
５１Ｂ　ボルト
６０　回転軸
８０　ハウジング
【図１】
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【図２】
2004138201.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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