JPS6215301B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、異なつた材料で作られており且つ圧
縮による塑性降伏限（plastic yield limit）が異
なる２つのリング形部材を連結する方法に関し、
更に正確にいうと、セラミツクまたは超硬合金
（hard metal）の機械的シールリングを金属の支
持リングに連結する方法に関する。

表面の平坦度、耐摩耗性、熱伝導性および信頼
性に対する要求が非常に大きい機械的シール装置
においては、相互に当接して回転する２つのリン
グの一方または両方に超硬合金またはセラミツク
材料を使用することがよく知られている。その場
合、上記材料は非常に高価なので、シールリング
は最少量の材料を使用して作られる。このこと
は、より軟く加工するのが容易で且つ熱伝導性の
良い材料で作られた支持リングにシールリングを
取付けなければならないことを意味する。

このようなシールリングを支持リングに連結す
ることは、これまでは、はんだ付け、接着または
焼きばめによつて行われていた。その他の連結方
法はロール加工、クランピング、等である。最初
に述べた方法の例はスウエーデン国特許第347344
号に開示されており、その次に述べた方法の例は
公開されたスウエーデン国特許出願第398152号に
開示されている。しかし、これらの方法の全てに
ある種の欠点があることがわかつている。これら
の欠点は、そのようなリングを寸法公差限内で製
造するのが困難であるという事実によるものであ
る。従つて、例えば非常に高価なダイヤモンドに
よつてリングを研摩して滑らかにする必要があつ
た。また加熱することによると、リングが様々に
変形する危険がある。接着およびクランピングに
よれば、前述の欠点の一部分は除かれる。しかし
ながら、接着剤およびエラストマーのそれぞれの
耐熱性が低いことによつて、これらの使用は制限
される。はんだ付けによれば、これらの欠点のい
くつかは除かれるが、しかし比較的高価な後処理
が必要である。通常、はんだ付けされた接合個所
を、腐食性媒体中で使用されるシールに用いるこ
とはできない。

本発明によれば、第１のリング形部材（即ちシ
ールリング）が第２のリング形部材（即ち支持リ
ング）に、第２の部材の材料が降伏して第１の部
材が第２の部材の中に押し込められかくて良好な
連結が得られるような強い力でこれら２つの部材
を相互にプレスすることによつて、取付けられ
る。

以下本発明を添付図面を参照してさらに詳しく
説明する。第１図から第５図までの各図には、相
互にプレスされる前の対になつた２つの部材が示
されており、第６図から第１０までの各図には、
第１図から第５図までの各図に示されている、対
応する、前記の対になつた２つの部材が連結され
た状態が示されている。

シールリング１は耐圧縮値の高い超硬合金また
はセラミツク材料で作られている。シールリング
１のマントル面２は、第１図の実施例においては
円筒形に形成されており第２図〜第５図の実施例
においては接触面９に向つて直径が小さくなるよ
うに形成されておりその特定の形状は円錐面であ
る。シールリング１の接触面９は、それが支持リ
ング４の接触面１０の上に載置することができる
ような寸法にされている。これに関連して、第１
図、第２図及び第５図の実施例においてはシール
リング１と支持リング４が同軸に配置された時に
シールリング１の内面８は支持リング４の内面３
より左方に位置するように構成されている。ま
た、第３図の実施例においては、支持リング４に
環状溝１３が形成されており、シールリング１と
支持リング４が同軸に配置された時にシールリン
グ１の内面８は環状溝１３の内面１３′より左方
に位置するように構成されている。一方、第４図
の実施例においては、シールリング１の内面８は
支持リング４の内面３より右方に位置するように
構成されている。さらに、第５図の実施例におい
ては、支持リング４の接触面１０には面とりされ
た斜面１０′が設けられている。支持リング４
は、シールリング１の破壊に対する抵抗値に相当
する値よりも低い値の圧縮力によつて降伏する材
料で作られている。この材料としては、アルミニ
ウムやステンレス鋼のような材料が用いられる。
シールリング１を支持リング４の上にそれらの接
触面９，１０が同軸接触するように配置し次に両
リングの反対側の面１１と１２を接触面１０の材
料が降伏するように強力に例えばプレス機械によ
つてプレスすることによつて、シールリング１は
支持リング４の中に沈み込む。尚、第３図と第８
図の実施例においては、支持リング４に環状溝１
３が予め形成されており、この溝の中にシールリ
ング１のマントル面２が溝の内面１３′との接触
を保つて挿入され次にプレスされると支持リング
４が降伏を生じかくて両リングの適当な連結が達
成される。第６図〜第１０図において参照番号５
はプレスによつて支持リング４が降伏して生じた
変形部分を示し、また参照番号６と７はは支持リ
ング４の降伏によつて新たに該リングに生じた、
シールリング１との係合面を示す。

例えば第２図と第７図に示すように、マントル
面２が円筒形でない場合には支持リング４は円錐
状の締りばめ（press joint）と同様に半径方向
に押し広げられ、その時シールリング１は支持リ
ング４内に生ずる半径方向に作用するリング状の
圧縮力によつて保持される。支持リング４の接触
面１０の変形は降伏も生ずるほど大きい。この際
上記半径方向に作用するリング状の圧縮力は、支
持リングが予め絞り加工（drawing）される際に
生ずる降伏応力限までに制限される。

上記絞り加工とは、金属製の支持リング４を単
一または複数のダイスを通して所定寸法にまで引
抜いて加工することである。支持リングを内径が
段々に小さくなつている一連のダイスに通すこと
即ち絞ることにより、段々に小さくなつた支持リ
ングが得られる。この絞り加工は支持リングを冷
間加工するから、この冷間加工により支持リング
の降伏応力を変化させることができる。従つて、
絞り加工によつて上記の降伏応力限を正確に限定
することができる。

シールリング１を支持リング４に固定する力の
一部分は、両リングの接触面が微視的な凹凸を有
していることに起因してプレスされる時に生ずる
固定作用即ち空気の侵入なしに局部的摩擦による
加熱によつて生ずる摩擦溶接であろう。しかしな
がら、接触面９を有するシールリング１はプレス
後の支持リング４の形状を決定するから、支持リ
ング４を特定の寸法公差に予め加工しておく必要
なしに両リングの連結が得られることは重要であ
る。また、シールリング１はプレスに際して支持
リング４に、シールリング１との新たな係合面
６，７を形成するために用いられると云うことも
できる。

第１図と第６図に示されるようにマントル面２
が円筒形の場合には状況が異なる。この場合には
プレスが高温度で行われないと、シールリング１
が支持リング４から脱落してしまうことが実験に
より示されている。両リングのプレスが例えば加
熱によつて高温度で行われる場合の条件は、加熱
によるプレス後の支持リング４の収縮量がシール
リング１の収縮量よりも大きいと云うことであ
る。このことに関して、支持リング４の材料の熱
膨張係数はシールリング１の材料の熱膨張係数よ
りも大きいことが前提であり、従つて前記両材料
の熱膨張係数における相違は加熱後の収縮量にお
ける相違となつてじかに現われる。このように、
プレスが高温度で行われると支持リング４とシー
ルリング１は通常の焼きばめとして作用し、その
場合のシールリング１を締めつける収縮力は両リ
ングの材料の熱貿張係数における相違によつて全
く決まり、新たに生ずる係合面６，７はシールリ
ングによつて形成されるものなので該係合面の加
工公差とは無関係である。

様々な作動温度においてもシールリング１の十
分に平坦な（１〜10μｍ以下）シール面を得るた
めには、プレスに先立つて表面１１を十分に平坦
に加工しておくこと及びプレス工具の表面も同程
度の平坦性を有することが必要である。これらの
要求が満たされないと、シールリング１はプレス
時の強力な圧縮力によつて変形する危険がある。

シールリング１を支持リング４に相互にプレス
して連結する際には、シールリング１の一部分が
支持リング４の中に突入して該リング４に凹部を
変形によつて形成し、この凹部の中に前記一部分
が確実に保持されてシールリング１の支持リング
４への連結が行われる。換言すると、シールリン
グ１の前記一部分は、支持リング４の材料に弾性
変形及び塑性変形を生じさせその結果凹部が形成
されるのに十分な大きさの力を以つてシールリン
グ１と支持リング４が相互にプレスされるにつれ
て、該支持リングの材料を変形させる。こゝにお
いて、塑性変形は支持リング４に凹部を生じさ
せ、一方、残留弾性変形はシールリング１に対す
る支持リング４のクランプ作用を生じ、その結果
シールリング１の前記凹部内に収容されている部
分に対する支持リング４のクランプ作用に因つ
て、シールリング１が支持リングに確実に固定さ
れることは明白であろう。このことはシールリン
グ１の支持リング４への突入部分即ちマントル面
２が第２図〜第５図に示す如く円錐形である場合
のみならず第１図に示す如く円筒形である場合に
も真実であるが、しかしこれらの状況下で弾性変
形は熱膨張によつて即ちシールリング１の材料の
熱膨張係数と支持リング４の材料の熱膨張係数と
の間の相違によつて生じている。いずれにして
も、この弾性変形は、シールリング１と支持リン
グ４を相互にプレスする際に支持リングの材料内
に形成された凹部の中に収容されているシールリ
ング１の突入部分をクランプすると云う作用を生
じる。この事に関連して、前記プレス中の温度
（前に述べた通り、マントル面２が円錐形の場合
は接触面の微視的凹凸に因る局部的摩擦による加
熱に基く温度、またマントル面２が円筒形の場合
は高温度でプレスが行われることに基く温度）は
シールリングの通常作動温度を超えるが、結合さ
れるべき両リングのどちらか一方の材料の溶融温
度に近ずく程高い温度にまでは上昇しないと云う
ことに留意されねばならない。さらに適切に云え
ば、プレス操作中の温度は、結合されるべき両リ
ングの熱膨張係数における相違を利用するのに必
要とされる程度にのみ上昇される。

以上に述べた方法によつて、加工困難な材料の
量を最少にすることができ且つ正確な寸法公差に
加工することが避けられる機械的シール装置が得
られる。一方、支持リング４には、シールリング
１の外径公差（これは数mmである）を考慮せずに
適当な形が与えられる。さらに、シールリング１
に掛る力を該リングの外面の周囲に非常に良く分
配させることができる。

機械的シール装置にはその作動中に摩擦熱が生
ずる。この熱は連結された後でのシールリングと
支持リングとの間に大きな係合面が存在すること
に因つて支持リングにより奪い去られ従つてシー
ルの信頼性を向上する。堅い微小物体が係合面の
間に固着する危険も除去される。そのような物体
は焼きばめの際に点状の変形を係合面に容易に発
生させる。はんだ付けに関連する腐食の問題も避
けられる。支持リング４が例えばアルミニウムで
作られている場合には、液体に面する表面をシー
トメタル例えばステンレス鋼の層（これはプレス
操作中にシールリング１によつて効果的に固定さ
れる）によつて被覆し、以つて一層良好な耐食性
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は、相互にプレスされる前の対
になつた２つの部材を概略的に示す断面図。第６
図〜第１０図は、第１図〜第５図の各図に示され
ている、対応する、前記の対になつた２つの部材
が連結された状態を概略的に示す断面図。 １…シールリング、２…マントル面、４…支持
リング、５…変形部分、９，１０…接触面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超硬合金またはセラミツクのリング形部材を
   一層軟かな金属の支持リングに連結する方法であ
   つて、 前記リング形部材１は高い耐圧縮値を有する超
   硬合金またはセラミツクの如き材料で作られてい
   ると共に接触面９の方に向けられているマントル
   面２を有しており、 より大きな前記支持リング４は一層軟かな材料
   で作られていると共に接触面１０を有しており、 前記リング形部材１を前記支持リングの上に、
   それらの中央開口が同軸をなし且つそれらの接触
   面９，１０が直接接触するように置き、次に前記
   リング形部材１と前記支持リング４の反対側の面
   １１，１２を高温、高圧力でプレスして前記リン
   グ形部材１を前記支持リング４に確実に保持する
   ことのできる支持凹部を形成すべく前記リング形
   部材１をして前記支持リング４の接触面１０の中
   へ押し込んで侵入せしめ、それにより前記リング
   形部材１の接触面９はプレス後の前記支持リング
   ４の形状および前記凹部の形状を常に決定し、ま
   た前記支持リング４は前記連結を確実にするよう
   に常に降伏に因つて変形することを特徴とするリ
   ング形部材の連結方法。