CN109906330A - 滑动部件 - Google Patents

Abstract

[问题]在对添加有硅酸盐的LLC等含有硅酸盐的被密封流体进行密封的机械密封件等的滑动部件中，防止由硅酸盐化合物的堆积所引起的泄漏。[解决方案]所述滑动部件具备：圆环状的固定侧密封环5，固定于固定侧；及圆环状的旋转侧密封环3，与旋转轴一同旋转，通过使固定侧密封环5及旋转侧密封环3的对置的各滑动面S相对旋转，对存在于该相对旋转的所述滑动面S的径向一侧的含有硅酸盐的被密封流体进行密封，在固定侧密封环5或所述旋转侧密封环3中的至少任意一方的滑动面S上具备非晶碳膜8，该非晶碳膜是使用不含硅化合物的烃气体而成膜的，非晶碳膜8中的硅含量在1.5at％以下。

Description

滑动部件

技术领域

本发明涉及一种适用于例如机械密封件、轴承及其他滑动部的滑动部件。尤其涉及一种需要使流体介于滑动面之间而减少摩擦的同时防止流体从滑动面泄漏的密封环或轴承等滑动部件。

背景技术

在作为滑动部件一例的机械密封件中，为了长期维持密封性，必须兼顾“密封”和“润滑”这两个相悖的条件。尤其是近年来，为了实施环保措施等，在谋求防被密封流体泄漏的同时，进一步对低摩擦化、高寿命化的要求变得更高。

作为实现低摩擦化的方式，可通过利用旋转而在滑动面之间设置动压产生机构，在使液膜介于滑动面之间的状态下进行滑动的所谓的流体润滑状态来实现。例如，在专利文献1中，作为动压产生机构的一例而在滑动面形成产生正方向动压的瑞利台阶和产生负方向动压的倒瑞利台阶，利用不会随着一对滑动部件的相对旋转而运动的瑞利台阶在滑动面之间产生正压，促使流体膜介于滑动面之间，维持流体润滑状态，并且利用倒瑞利台阶产生负压，防止泄漏，从而兼顾“润滑”和“密封”这两个相悖的条件。

另一方面，从高寿命化的角度来看，以往使用碳、碳化硅(SiC)及超硬合金等作为机械密封件的滑动材料。其中，由于耐蚀性及耐磨性等优异的原因，很多情况下使用碳化硅(例如，参考专利文献2及3)。

并且，作为机械密封件的滑动材料，碳化硅虽为较佳的材料，但由于价格高、加工性差，因此为了实现价格低廉、耐蚀性、耐磨性更优异、并提高加工性，提出了在密封环的滑动面包覆了类金刚石碳(以下，有时为“DLC”)的滑动部件(例如，参考专利文献4)。另外，已知有为了提高机械密封件的密封环的滑动面彼此的初始磨合性而在密封环的滑动面包覆了DLC的滑动部件(例如，参考专利文献5)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5693599号

专利文献2：日本特开平9-132478号公报

专利文献3：日本特开平5-163495号公报

专利文献4：日本特开2014-185691号公报

专利文献5：日本特开平11-108199号公报

发明内容

发明所要解决的技术课题

例如，在水冷式引擎的冷却中，广泛使用作为防冻液的一种的长效防冻液(LLC)。在使LLC循环的水泵中所使用的机械密封件中，证实随着时间的经过，例如硅酸盐(Silicate)或磷酸盐等LLC的添加剂在机械密封件的滑动面上浓缩而生成堆积物，因此，存在会使机械密封件的功能下降之虑。该堆积物的生成被认为是在使用药品或油的设备的机械密封件中也同样发生的现象。

将专利文献1的滑动部件用于含有LLC的添加剂的流体的情况下，硅酸盐(Silicate)或磷酸盐等在滑动面浓缩，随着时间的经过，堆积在瑞利台阶槽、倒瑞利台阶槽内，存在会阻碍瑞利台阶和倒瑞利台阶的功能之虑。

专利文献2及3中所记载的作为机械密封件的滑动材料的碳化硅，其所含有的硅自身与被密封流体中的硅酸盐之间的亲和性高，在利用碳化硅形成滑动材料的情况下，还存在硅酸盐化合物容易堆积在滑动面上，滑动面因堆积物而失去平滑性，从而导致LLC泄漏的问题。

另外，上述专利文献4及5中，记载有为了提高耐磨性和磨合性而设置了DLC膜的滑动部件，但它们未考虑到碳化硅与被密封流体中的硅酸盐之间的亲和性高的情况，同样存在随着时间的经过，硅酸盐化合物堆积在滑动面上，使滑动面失去平滑性，从而导致LLC泄漏的问题。

本发明的目的在于提供一种在对LLC等含有硅酸盐的被密封流体进行密封的机械密封件等的滑动部件中，能够防止由于硅酸盐化合物堆积在滑动面上而使滑动面失去平滑性，从而导致被密封流体泄漏的问题的滑动部件。

用于解决技术课题的手段

为了实现上述目的，本发明的滑动部件的第1实施形态，具备：圆环状的固定侧密封环，固定于固定侧；及圆环状的旋转侧密封环，与旋转轴一同旋转，通过使所述固定侧密封环及所述旋转侧密封环的对置的各滑动面相对旋转，对存在于该相对旋转的所述滑动面的径向一侧的含有硅酸盐的被密封流体进行密封，

在所述固定侧密封环或所述旋转侧密封环的至少任意一方的滑动面上具备非晶碳膜，所述非晶碳膜使用不含硅化合物的烃气体而成膜，所述非晶碳膜中的硅含量在1.5at％以下。

根据该实施形态，在对LLC等添加有硅酸盐的被密封流体进行密封的机械密封件等的滑动部件中，能够防止因硅酸盐化合物堆积在滑动面上而使滑动面失去平滑性，从而导致被密封流体泄漏的问题。

并且，本发明的滑动部件的第2实施形态，是在第1实施形态中，所述固定侧密封环或所述旋转侧密封环的基材为碳化硅。

根据该实施形态，即使作为机械密封件等的滑动材料而将散热性良好、耐磨性优异的优选材料即碳化硅用作固定侧密封环或旋转侧密封环的基材的情况下，也能够防止含有硅酸盐的被密封流体的泄漏。

并且，本发明的滑动部件的第3实施形态，是在第1特征中，所述固定侧密封环或所述旋转侧密封环的至少一方的滑动面具备动压产生机构，所述动压产生机构利用与所述固定侧密封环或所述旋转侧密封环的相对旋转而产生动压。

根据该实施形态，能够提供一种硅酸盐不会堆积于固定侧密封环或旋转侧密封环的至少一方的滑动面上设置的动压产生机构，在滑动面之间产生动压，使得摩擦力小，基本不会发生泄漏的滑动部件。

发明效果

本发明发挥如下优异的效果。

(1)使用不含硅化合物的烃气体，在固定侧密封环或旋转侧密封环的至少任意一方的滑动面上形成硅含量在1.5at％以下的非晶碳膜，由此能够使固定侧密封环或旋转侧密封环的滑动面与硅酸盐之间的亲和性降低，防止被密封流体中含有的硅酸盐化合物堆积在滑动面上，因此，能够维持滑动面的平滑性，防止被密封流体泄漏。

(2)即使作为机械密封件等的滑动材料而将散热性良好、耐磨性优异的优选材料即碳化硅用作固定侧密封环或旋转侧密封环的基材的情况下，也能利用硅含量在1.5at％以下的非晶碳膜防止被密封流体中含有的硅酸盐化合物堆积在滑动面上，因此，能够维持滑动面的平滑性，防止含有硅酸盐的被密封流体泄漏。

(3)固定侧密封环或旋转侧密封环中的至少一个滑动面上形成的动压产生机构，能利用硅含量在1.5at％以下的非晶碳膜防止被密封流体中含有的硅酸盐化合物堆积，因此，不会丧失动压产生机构的功能，在滑动面之间产生动压，能够在低摩擦力、低泄漏状态下滑动。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1所涉及的机械密封件一例的纵剖视图；

图2是放大图1的主要部分的图，是表示在固定侧密封环及旋转侧密封环的基材的滑动面上层积有DLC膜的状态的图；

图3是表示固定侧密封环的滑动面上配置有4组由隔着流体循环槽而以相互相反的方向沿延伸设置的正压产生机构和负压产生机构构成的动压产生机构的实施方式的图；

图4是对实施例9、比较例8及9的试验结果进行比较的图；

图5是表示固定侧密封环的滑动面上配置有8组由隔着流体循环槽而以相互相反的方向沿延伸设置的正压产生机构和负压产生机构构成的动压产生机构的实施方式的图；

图6是表示在滑动面上分别交替配置有各3组第1动压产生机构和第2动压产生机构的实施方式的图，该第1动压产生机构由隔着第1流体循环槽以相互相反的方向沿延伸设置的第1正压产生机构及负压产生机构构成，该第2动压产生机构由与第2流体循环槽连通的第2正压产生机构构成；

图7是表示在固定侧密封环的滑动面上配置有8组由隔着流体循环槽而以相互相反的方向沿延伸设置的正压产生机构和负压产生机构构成的动压产生机构，且负压产生机构的宽度小于正压产生机构的宽度的实施方式的图；

图8是表示固定侧密封环的滑动面上沿周向设置有多个四边形凹坑的实施方式的图；

图9是表示固定侧密封环的滑动面S上设置有多个螺旋槽的实施方式的图。

具体实施方式

下面，参照附图等，示例性地说明具体实施方式。

但是，只要没有特别明示，则本发明的范围就不仅限于该实施方式中所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等。

参考图1及图2对本发明的滑动部件进行说明。

另外，在本实施方式中，以作为滑动部件的一例的机械密封件为例进行说明。并且，将构成机械密封件的滑动部件的外周侧设为高压流体侧(被密封流体侧)、将内周侧设为低压流体侧(大气侧)来进行说明，但本发明并不限定于此，也能够适用于高压流体侧和低压流体侧相反的情况。

图1是表示机械密封件的一例的纵剖视图，其为对欲从滑动面的外周朝向内周方向泄漏的高压流体侧的被密封流体进行密封的形式的内侧式密封件，其包括：在驱动高压流体侧的泵轮(省略图示)的旋转轴1侧，经由套筒2设置有作为一方的滑动部件的圆环状的旋转侧密封环3，所述旋转侧密封环3设置成能够与该旋转轴1一体地旋转的状态；以及在泵的壳体4上以非旋转的状态且以能够轴向移动的状态设置有作为另一方的滑动部件的圆环状的固定侧密封环5，通过对固定侧密封环5沿轴向施力的螺旋波浪形弹簧6及波纹管7，滑动面S彼此紧贴地滑动。即，该机械密封件防止在旋转侧密封环3与固定侧密封环5的彼此的滑动面S上，被密封流体从旋转轴1的外周向大气侧流出。

另外，图1中示出了旋转侧密封环3的滑动面的宽度大于固定侧密封环5的滑动面的宽度的情况，但并不限定于此，在相反的情况下，当然也能够适用本发明。

被密封流体为添加有硅酸盐的LLC等含有硅酸盐的流体。

旋转侧密封环3及固定侧密封环5的材质通常从自润滑性优异的碳及耐磨性优异的碳化硅(SiC)等中选定，例如，两者皆可以为碳化硅、或者可采用旋转侧密封环3为碳化硅而固定侧密封环5为碳的组合。

尤其，已知碳化硅作为机械密封件等的滑动材料，是散热性良好、耐磨性优异的优选材料。然而，如上所述，碳化硅含有的硅本身与被密封流体中含有的硅酸盐的亲和性高。因此，为了对LLC等含有硅酸盐化合物的流体进行密封，若使用由碳化硅构成的滑动部件，将存在硅酸盐堆积、附着在滑动面上，使滑动面失去平滑性，从而导致LLC泄漏的问题。

并且，现有技术中，为了提高耐磨性及磨合性并降低摩擦系数，而在机械密封件的滑动材料的表面包覆了DLC膜，而该DLC膜含硅。然而，完全没有考虑DLC膜中含有的硅易于与硅酸盐化合物相结合这一点，因此，存在被密封流体中含有的硅酸盐化合物堆积并附着在含有硅的DLC膜上，使滑动面失去平滑性，从而导致LLC泄漏的问题。

因此，本发明中，在旋转侧密封环3或固定侧密封环5中的至少任意一方的滑动面S上层积非晶碳膜，所述非晶碳膜是在等离子CVD法(化学气相沉积法)中使用不含硅化合物的烃气体(原料气体)来成膜的。即，本发明的非晶碳膜的特征在于尽可能不含硅。

另外，如后述，即使在使用不含硅化合物的烃气体来成膜的情况下，也可能会有源自基材的极微量的硅含于非晶碳膜中。非晶碳膜是具有与金刚石结构相对应的sp3键的碳与具有与石墨结构相对应的sp2键的碳不规则地混合而成的无定形结构(非晶结构)的碳膜，被统称为类金刚石碳(DLC)。

本实施方式中，如图2所示，在旋转侧密封环3及固定侧密封环5的滑动面S上层积有使用不含硅化合物的烃气体来成膜的非晶碳膜8。该非晶碳膜8例如通过直流等离子CVD法等等离子CVD法(化学气相沉积法)来形成。

该等离子CVD法中，一边向容纳旋转侧密封环3及固定侧密封环5的基材的处理室内导入包括乙炔气体、乙烯气体、丙烯气体、甲烷气体等烃气体的原料气体，一边使具有电离电压以上能量的电子与原料气体碰撞，生成化学活性离子。由此，使等离子化的原料气体存在于旋转侧密封环3及固定侧密封环5的基材表面的周边。此时，等离子化的原料气体层积于配置在电极侧的旋转侧密封环3及固定侧密封环5的基材上，形成非晶碳膜8。

此时，包括乙烯气体、丙烯气体等烃气体的原料气体中完全不含硅化合物，因此成膜的非晶碳膜8成为几乎不含硅的膜。因此，旋转侧密封环3、固定侧密封环5被不含硅的非晶碳膜8包覆，从而使固定侧密封环、旋转侧密封环的滑动面与硅酸盐之间几乎不存在亲和性，能够防止被密封流体中含有的硅酸盐化合物堆积并附着在滑动面上。

此外，旋转侧密封环3及固定侧密封环5的基材的材质如碳化硅那样含硅时，即使在原料气体中不含硅化合物的情况下，也会因等离子处理从碳化硅的基材以逸气形式释放出硅成分。因此，成膜的非晶碳膜8中含有微量的硅。

但是，即使在该情况下，若成膜的非晶碳膜8中含有的硅含量在1.5at％以下，则能够防止被密封流体中含有的硅酸盐化合物堆积在滑动面上，并能够维持滑动面的平滑性，防止被密封流体泄漏。

此外，非晶碳膜8为了提高与基材之间的紧贴性而含有1at％～20at％的氢。因此，非晶碳膜8难以从基材剥落，能够防止含硅的基材暴露，从而能够防止被密封流体中含有的硅酸盐化合物堆积在滑动面上，并能够维持滑动面的平滑性，防止被密封流体泄漏。

下面通过实施例进一步详细说明本发明，但本发明并不受这些实施例的限定。

本发明中的其他术语或概念基于该领域中惯用的术语的含义，为了实施本发明而使用的各种技术，除了特别明确其出处的技术以外，只要是本领域技术人员，就能够基于公知的文献等容易且可靠地实施。

(实施例1)

将为了用于旋转侧密封环3及固定侧密封环5而成型的由碳化硅构成环状基材的滑动面S通过精磨加工成平滑面。在等离子CVD装置中，使用不含硅化合物的烃气体，将厚度为150nm的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环5的基材的滑动面S上，并在以下滑动试验条件下进行了滑动试验。

在该情况下，因等离子处理而从碳化硅构成的基材以逸气形式释放而含于非晶碳膜中的硅含量为0.07at％。

另外，利用X射线光电子能谱分析法(XPS)(ULVAC-PHI，Inc.制造的PHI QuanteraSMX)对动压产生机构等未被加工的平滑部进行窄测量而求出了非晶碳膜中的硅含量。并且，利用截面试样制作装置(CP)切出截面，并利用FE-SEM(Hitachi，Ltd.制造的SU8220)进行观察而求出了膜厚。

滑动试验条件

a滑动面压力：0.3MPa

b被密封流体：含有硅酸盐的LLC 50wt％水溶液

c被密封流体的压力：0.1MPaG

d圆周速度：

e试验时间：550小时

将滑动试验结果示于表1。

(实施例2)

在实施例1的状态下，将非晶碳膜仅层积于固定侧密封环5的基材的滑动面。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表1。

(实施例3)

在实施例1的状态下，使用不含硅化合物的烃气体，将硅含量为0.24at％、膜厚为150nm的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环5的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表1。

(实施例4)

在实施例3的状态下，将非晶碳膜仅层积于固定侧密封环5的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表1。

(实施例5)

在实施例1的状态下，使用不含硅化合物的烃气体，将硅含量为0.67at％、膜厚为150nm的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环5的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表1。

(实施例6)

在实施例5的状态下，将非晶碳膜仅层积于固定侧密封环5的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表1。

(实施例7)

在实施例1的状态下，使用不含硅化合物的烃气体，将硅含量为1.5at％、膜厚为150nm的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环5的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表1。

(实施例8)

在实施例7的状态下，将非晶碳膜仅层积于固定侧密封环5的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表1。

(实施例9)

将为了用于旋转侧密封环3及固定侧密封环15而成型的由碳化硅构成的环状基材的滑动面S通过精磨加工成平滑面后，在固定侧密封环15的经过精磨的滑动面S上加工如图3所示的动压产生机构17。接着，在等离子CVD装置中，使用不含硅化合物的烃气体，将硅含量为0.07at％、膜厚为150nm的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环15的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表1。

在此，对图3所示的动压产生机构17进行说明。在图3中，固定侧密封环15的滑动面S的外周侧为高压流体侧，并且，内周侧为低压流体侧，例如为大气侧，相对方的滑动面设置为向逆时针方向旋转。如图3所示，在固定侧密封环15的滑动面S上，沿周向四等分地加工有动压产生机构17。动压产生机构17由流体循环槽10、与该流体循环槽10连通并且隔着流体循环槽10以相互相反的方向沿周向设置的正压产生机构11及负压产生机构12构成。

流体循环槽10由与固定侧密封环15的高压流体侧的周面上开口的一对开口部连通的入口部10a、出口部10b、以及在周向上连通入口部10a与出口部10b的连通部10c构成，利用台面部R而与低压流体侧隔离开。由于流体循环槽10为了防止包括腐蚀生成物等在内的流体在滑动面浓缩，所以起到积极地将被密封流体从高压流体侧导入至滑动面之上并排出的作用，一方面，流体循环槽10形成有入口部10a以及出口部10b，以便与相对方的滑动面的旋转方向对应地将被密封流体引入到滑动面之上且易于排出，另一方面，为了减少泄漏，利用台面部R而与低压流体侧隔离开。

在由流体循环槽10和高压流体侧围起的部分设有比流体循环槽10浅的正压产生机构11。正压产生机构11由具备与流体循环槽10的入口部10a连通的正压产生槽11a及瑞利台阶11b的瑞利台阶机构构成。正压产生机构11通过产生正压(动压)而增加滑动面之间的流体膜，提高润滑性能。正压产生槽11a与流体循环槽10的入口部连通，利用台面部R而与出口部10b及高压流体侧隔离开。

并且，在由流体循环槽10和高压流体侧围起的部分的外侧，即相邻的流体循环槽10、10之间的滑动面的径向上的低压侧，设有比流体循环槽10浅的负压产生机构12。负压产生机构12由与流体循环槽10的入口部10a连通的负压产生槽12a及倒瑞利台阶12b构成，负压产生槽12a利用台面部R而与低压流体侧隔离开，并且，上游侧的倒瑞利台阶12b利用台面部R而与上游侧的流体循环槽10隔离开。

构成负压产生机构12的倒瑞利台阶12b发挥如下作用：利用负压(动压)的产生，将欲从高压流体侧向低压流体侧泄漏的被密封流体引入负压产生槽12a、并使之经由流体循环槽10返回至高压流体侧从而提高密封性。因此防止流体循环槽10与10之间的泄漏，提高了滑动面整体的密封性。此外，正压产生槽11a及负压产生槽12a的宽度设定为滑动面宽度的20～60％，内周侧的密封面16的宽度设定为滑动面宽度的10～25％。作为一例，滑动部件的直径约为20mm、滑动面宽度约为2mm的情况下，正压产生槽11a及负压产生槽12a的宽度为0.4～1.2mm，深度为数百纳米～1μm，内周侧的密封面16的宽度为0.2～0.5mm。并且，流体循环槽10的宽度是能够使高压流体循环所需的充分的宽度，深度为数十μm～数百μm。

并且，若与固定侧密封环15相对的旋转侧密封环3沿图3所示的箭头方向旋转移动，则在负压产生机构12内会由于压力降低而产生气穴。并且，硅酸盐析出物容易堆积在产生气穴的负压区域，若该负压区域中基材的碳化硅暴露着，则硅酸盐析出物将容易堆积并附着在该负压区域。其结果，堆积物损坏滑动面，或析出物堆积并附着在正压产生机构11及负压产生机构12，成为损害正压产生机构11及负压产生机构12的功能并使密封性下降的重要因素。因此，利用硅含量在1.5at％以下的非晶碳膜8包覆旋转侧密封环3及固定侧密封环15，从而使固定侧密封环15、旋转侧密封环3几乎失去与硅酸盐的亲和性，防止被密封流体中含有的硅酸盐化合物堆积并附着于滑动面。

(实施例10)

在实施例9的状态下，使用不含硅化合物的烃气体，将硅含量为0.24at％、膜厚为150nm的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环15的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表1。

(实施例11)

在实施例9的状态下，使用不含硅化合物的烃气体，将硅含量为0.67at％、膜厚为150nm的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环15的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表1。

(实施例12)

在实施例9的状态下，使用不含硅化合物的烃气体，将硅含量为1.5at％、膜厚为150nm的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环15的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表1。

接下来对比较例进行说明。

(比较例1)

将为了用于旋转侧密封环3及固定侧密封环5而成型的由碳化硅构成的环状基材的滑动面S通过精磨加工成平滑面之后，不在固定侧密封环的滑动面S上加工正压产生机构11和负压产生机构12，在等离子CVD装置中使用含有硅化合物的烃气体，将硅含量为1.7at％、膜厚为150nm的非晶碳膜仅层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环5的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表2。

(比较例2)

在比较例1中，将非晶碳膜仅层积于固定侧密封环5的基材的滑动面S，在实施例1的滑动试验条件下实施了试验。将滑动试验结果示于表2。

(比较例3)

在比较例1中，使用含有硅化合物的烃气体，将硅含量为3.96at％、膜厚为150nm的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环5的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表2。

(比较例4)

在比较例3中，将非晶碳膜仅层积于固定侧密封环5的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表2。

(比较例5)

在比较例1中，使用含有硅化合物的烃气体，将硅含量为25.1at％、膜厚为150nm的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环5的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表2。

(比较例6)

在比较例5中，将非晶碳膜仅层积于固定侧密封环5的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表2。

(比较例7)

将为了用于旋转侧密封环3及固定侧密封环15而成型的由碳化硅构成的环状基材的滑动面S通过精磨加工成平滑面，在经过精磨的固定侧密封环的滑动面S上加工如图3所示的动压产生机构。接着，在等离子CVD装置中，使用含有硅化合物的烃气体，将硅含量为1.7at％、膜厚为150nm的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环15的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表2。

(比较例8)

在比较例7中，将硅含量为3.96at％、膜厚为150nm的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环15的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表2。

(比较例9)

在比较例7中，将硅含量为25.1at％、膜厚为150nm的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环15的基材的滑动面S。将在实施例1的滑动试验条件下实施试验的结果示于表2。

表1示出了实施例1～实施例12的滑动试验结果。实施例1～实施例12中，在等离子CVD装置中，使用不含硅化合物的烃气体，将硅含量在1.5at％以下的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环5、15中的至少一方的基材的滑动面S。并且，实施了滑动试验，结果，试验时间550H期间观测到的泄漏仅为蒸气泄漏，未发现由硅酸盐化合物堆积引起的泄漏。

[表1]

(注)实施例1～12中，在550H的试验过程中观测到的泄漏仅为蒸气泄漏，未发现由硅酸盐化合物堆积引起的泄漏。

另一方面，表2示出了比较例1～比较例9的滑动试验结果。比较例1～比较例9中，在等离子CVD装置中，使用含有硅化合物的烃气体，将硅含量大于1.5at％的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环5、15中的至少一方的基材的滑动面S。并且，实施了滑动试验，结果，在短时间内发生了泄漏。在比较例1～比较例9中，试验时间也与实施例1～12同样地预定为550H。然而，试验开始后25小时内，发生了由硅酸盐化合物堆积引起的特有的着色泄漏，试验难以继续进行，因此，在表2所示的试验时间内结束了试验。

[表2]

(注)试验时间预定为550H，但在比较例1～9中，试验开始后在短时间内发生了着色泄漏，试验难以继续进行，因此，在表2所示的试验时间内结束了试验。

图4示出了试验结果的一例，将实施例9与比较例8及比较例9进行了比较。实施例9、比较例8及比较例9中的旋转侧密封环3及固定侧密封环15的形状相同，并且，固定侧密封环15的滑动面S上形成的正压产生机构11与负压产生机构12的形状、大小、个数也相同。但是，在实施例9中，使用不含硅化合物的烃气体，将硅含量为0.07at％的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环15中的至少一方的基材的滑动面S，相对于此，在比较例8、比较例9中，使用含有硅化合物的烃气体，将硅含量分别为3.96at％、25.1at％的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环15中的至少一方的基材的滑动面S。如图4所示，在实施例9中，仅观测到了相对于试验时间缓步上升的蒸气泄漏，相对于此，在比较例8、比较例9中，试验开始后在短时间内发生了由硅酸盐化合物堆积引起的泄漏所特有的着色泄漏，发生了使试验难以继续进行的泄漏。并且，发现了非晶碳膜中的硅含量较多的比较例9中的泄漏量大于比较例8。这样，利用几乎不含硅的非晶碳膜8包覆旋转侧密封环、固定侧密封环，由此，即便固定侧密封环、旋转侧密封环由碳化硅构成，也会几乎失去与硅酸盐的亲和性，能够防止被密封流体中含有的硅酸盐化合物堆积于滑动面，能够维持滑动面的平滑性，防止被密封流体泄漏。

进一步，在实施例7、实施例8及实施例12中，使用不含硅化合物的烃气体，将硅含量为1.5at％的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环5、15中的至少一方的基材的滑动面S，并实施了滑动试验。其结果，在实施例7、实施例8及实施例12中也确认到未发生由硅酸盐化合物堆积引起的泄漏。另一方面，在比较例1、比较例2及比较例7中，使用含有硅化合物的烃气体，将硅含量为1.7at％的非晶碳膜层积于旋转侧密封环3及固定侧密封环5、15中的至少一方的基材的滑动面S，并实施了滑动试验，结果，确认到发生了由硅酸盐化合物堆积引起的泄漏。因此，可确认到硅含量是否大于1.5at％将决定是否发生由硅酸盐化合物堆积引起的泄漏。

以上，通过实施例及附图对本发明进行了说明，但具体结构并不限定于此，即使存在不脱离本发明宗旨范围内的变更或追加，也包含于本发明中。

在上述实施方式的图3中，在滑动面S形成有4组由隔着流体循环槽10以相互相反的方向沿周向延伸设置的正压产生机构11及负压产生机构构成的动压产生机构17，但并不限定于此。例如，如图5所示，也可在固定侧密封环25的滑动面S上配设8组由流体循环槽20、隔着该流体循环槽20以相互相反的方向沿周向设置的正压产生机构21及负压产生机构22构成的动压产生机构26。动压产生机构的个数可根据旋转侧密封环及固定侧密封环的大小、转速、被密封流体的压力等决定。

并且，在上述实施方式中，针对外周侧存在高压的被密封流体的情况进行了说明，但并不限定于此。例如，如图6及图7所示，也能够适用于内周侧为高压流体，对欲从滑动面的内周向外周方向泄漏的被密封流体进行密封的外侧型机械密封件。

如图6所示，固定侧密封环35的滑动面S上交替配设有各3组第1动压产生机构36及第2动压产生机构37。第1动压产生机构36由第1流体循环槽30、隔着该第1流体循环槽30以相互相反的方向沿周向设置的第1正压产生机构31及负压产生机构32构成。并且，第2动压产生机构37由与第2流体循环槽33连通且被该第2流体循环槽33围住的第2正压产生机构34构成。第1动压产生机构36的结构与图3的实施方式的动压产生机构17及图5的实施方式的动压产生机构26的结构相同。然而，图6所示的第1动压产生机构36在滑动面S上配设3组，因此相邻的第1正压产生机构31、31之间的间隔扩大，相邻的第1正压产生机构31之间可能无法获得充分的流体润滑状态。因此，通过在相邻的第1流体循环槽30、30之间配设第2动压产生机构，能够增加滑动面之间的流体膜，提高润滑性能。

具体而言，第1流体循环槽30及第2流体循环槽33由固定侧密封环35的高压流体侧的周面上开口的一对开口部、及连通该一对开口部的连通路构成，利用台面部R而与低压流体侧隔离开。在第1流体循环槽30的高压流体侧配置有第1正压产生机构31(瑞利台阶)，在第1流体循环槽30的低压流体侧，负压产生机构32(倒瑞利台阶)延伸设置到相邻的第1流体循环槽30附近。并且，相邻的第1流体循环槽30、30之间配设有第2动压产生机构，该第2动压产生机构由与第2流体循环槽33连通且被该第2流体循环槽33围住的第2正压产生机构34(瑞利台阶)构成。因此，即使相邻的第1正压产生机构31之间的间隔大，从而在相邻的第1正压产生机构31、31之间无法获得充分的流体润滑状态的情况下，也能够通过第2动压产生机构向滑动面之间供应高压流体，维持流体润滑状态。

并且，如图7所示，固定侧密封环45的滑动面S上配设有8组由流体循环槽40、隔着该流体循环槽40以相互相反的方向沿周向设置的正压产生机构41及负压产生机构42构成的动压产生机构46。图7中的动压产生机构与图3、图5及图6的实施方式中的动压产生机构的基本结构相同。然而，图3、图5及图6的实施方式中，发生逆向旋转的情况下，负压产生机构12、22、32(倒瑞利台阶)将产生较大的正压，因此逆向旋转时的泄漏量可能会增大，因此，在图7的动压产生机构中，使负压产生机构42(倒瑞利台阶)的宽度小于正压产生机构41(瑞利台阶)的宽度，从而能够在逆向旋转时减小倒瑞利台阶42中产生的压力，降低逆向旋转时的泄漏量。

在图5～图7的实施方式中，负压产生机构内也由于压力降低而产生气穴。因此，硅酸盐析出物容易聚集在产生气穴的负压区域，若基材的碳化硅暴露着，则硅酸盐析出物将容易堆积并附着在该负压区域。其结果，堆积物损坏滑动面S，析出物堆积并附着在正压产生机构(瑞利台阶)及负压产生机构(倒瑞利台阶)，成为损害正压产生机构及负压产生机构的功能并使密封性下降的重要因素。因此，利用硅含量在1.5at％以下的非晶碳膜8包覆旋转侧密封环及固定侧密封环，从而使固定侧密封环、旋转侧密封环几乎失去与硅酸盐的亲和性，能够防止被密封流体中含有的硅酸盐化合物堆积并附着于滑动面。

并且，在上述实施方式中，在滑动面上设置瑞利台阶和倒瑞利台阶来作为动压产生机构，但并不限定于此，动压产生机构也可以是图8所示的凹坑51、图9所示的螺旋槽61。

例如，在图8中，在固定侧密封环50的滑动面S上，沿周向设置有多个四边形凹坑。凹坑51与高压流体侧以及低压流体侧都不连通，并且各凹坑51相互独立地设置。根据固定环5的直径、面宽以及高压流体侧与低压流体侧的差压等的条件来将凹坑51的个数、面积以及深度设定为最优的值，但是面积较大、深度较浅的凹坑在流体润滑作用以及液膜形成的方面是更为有利的。

在图8中，如箭头所示，若旋转侧密封环3相对于固定侧密封环50向逆时针方向旋转移动，则在固定环侧密封环50的滑动面S上，于凹坑51的下游侧形成缩窄缝隙(阶梯差)51a，并且于上游侧形成扩宽缝隙(阶梯差)51b。介于固定侧密封环50以及旋转侧密封环3的滑动面间的流体因其粘性而欲追随旋转侧密封环3的移动方向移动，从而因扩宽缝隙(阶梯差)51b的存在而产生动压(负压)，并因缩窄缝隙(阶梯差)51a的存在而产生正压，利用该正压，向滑动面S之间供应流体，从而能够维持流体润滑状态。

而且，在凹坑51内的上游侧的负压产生区域产生气穴，并在该负压产生区域的部分产生硅酸盐析出物，从而在负压产生区域以及台面部R附着、堆积析出物，这成为使密封性降低的重要因素。因此，使用不含硅化合物的烃气体，通过硅含量在1.5at％以下的非晶碳膜包覆滑动面S及凹坑51。

由于旋转侧密封环3、固定侧密封环50由几乎不含硅的非晶碳膜8包覆，因此固定侧密封环、旋转侧密封环的滑动面几乎失去与硅酸盐的亲和性，能够防止被密封流体中含有的硅酸盐化合物堆积于滑动面。此外，凹坑的形状不限于四边形，也可以是圆形、椭圆形、三角形。

如图9所示，作为其他的动压产生机构，也可以在固定侧密封环60的滑动面S上设置螺旋槽61。螺旋槽61具备利用与相对方的滑动面之间的相对滑动而将流体向高压流体侧排出的倾斜角度，利用该螺旋槽61的粘性泵效果来将流体压回高压流体侧，从而防止泄漏。

在螺旋槽61的低压流体侧端部(伴随与相对方的滑动面的相对运动而产生的流体流动的上游侧部分，在图9中为内周侧)62的部分有时会产生气穴，在使用了硅酸盐类的冷却液作为被密封流体的情况下，在产生气穴的螺旋槽61的低压流体侧端部62的部分产生析出物，并附着、堆积于台面部R，这成为使密封性降低的重要因素。

因此，使用不含硅化合物的烃气体，通过硅含量在1.5at％以下的非晶碳膜包覆滑动面S及螺旋槽61。由于旋转侧密封环3、固定侧密封环60由几乎不含硅的非晶碳膜8包覆，因此固定侧密封环、旋转侧密封环的滑动面几乎失去与硅酸盐的亲和性，能够防止被密封流体中含有的硅酸盐化合物堆积于滑动面。

并且，在所述实施方式中，针对将滑动部件用于机械密封装置中的一对旋转用密封环以及固定用密封环中任一方的例子进行了说明，但也能够作为一边在圆筒状滑动面的轴向一侧密封润滑油一边与旋转轴滑动的轴承的滑动部件来利用。

此外，可以将非晶碳膜层积于旋转侧密封环及固定侧密封环中的至少一方的基材的滑动面，也可以覆盖旋转侧密封环及固定侧密封环的基材的整个表面的方式层积。并且，非晶碳膜也可以覆盖旋转侧密封环、固定侧密封环中的一方的基材的滑动面以及另一方的基材的整个表面的方式层积。

并且，在上述实施方式中，旋转侧密封环及固定侧密封环上形成的非晶碳膜8的厚度为150nm，但并不限定于此。只要非晶碳膜8中含有的硅含量在1.5at％以下，则可以根据旋转侧密封环及固定侧密封环的大小、旋转侧密封环的转速、被密封流体的种类来变更非晶碳膜8的厚度。

符号的说明

1-旋转轴，2-套筒，3-旋转侧密封环，4-壳体，5-固定侧密封环，6-螺旋波浪形弹簧，7-波纹管，8-非晶碳膜，10-流体循环槽(动压产生机构)，11-正压产生机构(动压产生机构)，12-负压产生机构(动压产生机构)，15-固定侧密封环，17-动压产生机构，20-流体循环槽(动压产生机构)，21-正压产生机构(动压产生机构)，22-负压产生机构(动压产生机构)，25-固定侧密封环，26-动压产生机构，30-第1流体循环槽(动压产生机构)，31-第1正压产生机构(动压产生机构)，32-负压产生机构(动压产生机构)，33-第2流体循环槽(动压产生机构)，34-第2正压产生机构(动压产生机构)，35-固定侧密封环，36-第1动压产生机构，37-第2动压产生机构，40-流体循环槽(动压产生机构)，41-正压产生机构(动压产生机构)，42-负压产生机构(动压产生机构)，45-固定侧密封环，46-动压产生机构，50-固定侧密封环，51-凹坑(动压产生机构)，60-固定侧密封环，61-螺旋槽(动压产生机构)。

Claims (3)

1.一种滑动部件，其特征在于，具备：圆环状的固定侧密封环，固定于固定侧；及圆环状的旋转侧密封环，与旋转轴一同旋转，通过使所述固定侧密封环及所述旋转侧密封环的对置的各滑动面相对旋转，对存在于该相对旋转的所述滑动面的径向一侧的含有硅酸盐的被密封流体进行密封，

在所述固定侧密封环或所述旋转侧密封环的至少任意一方的滑动面上具备使用不含硅化合物的烃气体成膜的非晶碳膜，所述非晶碳膜中的硅含量在1.5at％以下。

2.根据权利要求1所述滑动部件，其特征在于，所述固定侧密封环或所述旋转侧密封环的基材为碳化硅。

3.根据权利要求1或2所述滑动部件，其特征在于，所述固定侧密封环或所述旋转侧密封环的至少一方的滑动面具备动压产生机构，所述动压产生机构利用与所述固定侧密封环或所述旋转侧密封环的相对旋转而产生动压。