JP6861626B2 - 摺動部品 - Google Patents
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Description
さらに,メカニカルシールの密封環の摺動面同士の初期馴染みを向上させるため,密封環の摺動面にDLCが被覆されたものも知られている(例えば,特許文献4参照。)。
また,上記の特許文献3及び4に記載のDLCは,基材との密着性の向上,及び,摩擦係数の低下を図るために珪素を含有させるところに特徴があり,この場合も上記の炭化珪素の場合と同様に,シリケート化合物が摺動面に堆積し,摺動面の平滑さが失われ,LLCの漏れにつながるといった問題があった。
固定側に固定される円環状の固定側密封環と,回転軸とともに回転する円環状の回転側密封環とを備え,前記固定側密封環及び前記回転側密封環の対向する各摺動面を相対回転させることにより,当該相対回転摺動する前記摺動面の径方向の一方側に存在する被密封流体を密封する摺動部品において,
前記被密封流体はシリケートが添加された不凍液を含む流体であって,
前記固定側密封環又は前記回転側密封環の少なくともいずれか一方の摺動面は0.34at%以下の珪素を含む非晶質炭素膜を備え,前記被密封流体中の前記シリケート成分の堆積を防止することを特徴としている。
この特徴によれば,シリケートが添加されたLLC等のシリケート含有の被密封流体を密封するメカニカルシールなどの摺動部品において,固定側密封環又は記回転側密封環の少なくともいずれか一方の摺動面には微量の珪素を含む非晶質炭素膜を形成することにより,被密封流体中のシリケート成分の堆積を防止でき,延いては,平滑さが失われることにより被密封流体の漏れにつながるといった問題を防止できる摺動部品を提供することができる。
この特徴によれば,メカニカルシール等の摺動材として放熱性が良く,耐摩耗性に優れた好適な材料である炭化珪素を固定側密封環又は回転側密封環の基材として用いた場合であっても,シリケート含有の被密封流体の漏れを防止できる。
この特徴によれば,プラズマCVD法において有機珪素化合物ガスを含まない炭化水素ガスを用いて成膜された非晶質炭素膜が積層されてなることにより,シリケートが添加されたLLC等のシリケート含有の被密封流体を密封するメカニカルシールなどの摺動部品において,摺動面にシリケート化合物が摺動面に堆積し,平滑さが失われることにより被密封流体の漏れにつながるといった問題を防止できる摺動部品を提供することができる。
(1)固定側密封環又は前記回転側密封環の少なくともいずれか一方の摺動面には,プラズマCVD法において有機珪素化合物ガスを含まない炭化水素ガスを用いて成膜された非晶質炭素膜が積層されてなることにより,シリケートが添加されたLLC等のシリケート含有の被密封流体を密封するメカニカルシールなどの摺動部品において,摺動面にシリケート化合物が摺動面に堆積し,平滑さが失われることにより被密封流体の漏れにつながるといった問題を防止できる摺動部品を提供することができる。
ただし,この実施形態に記載されている構成部品の寸法,材質,形状,その相対的配置などは,特に明示的な記載がない限り,本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
なお,本実施形態においては,摺動部品の一例であるメカニカルシールを例にして説明する。また,メカニカルシールを構成する摺動部品の外周側を高圧流体側(被密封流体側),内周側を低圧流体側(大気側)として説明するが,本発明はこれに限定されることなく,高圧流体側と低圧流体側とが逆の場合も適用可能である。
なお,図1では,回転側密封環3の摺動面の幅が固定側密封環5の摺動面の幅より広い場合を示しているが,これに限定されることなく,逆の場合においても本発明を適用出来ることはもちろんである。
また,従来のメカニカルシールの摺動材の表面に被覆されるDLC膜は,基材との密着性の向上,及び,摩擦係数の低下を図るために珪素を含有させるところに特徴があり,炭化珪素の場合と同様に,シリケート化合物が摺動面に堆積し,摺動面の平滑さが失われ,LLCの漏れにつながるという問題がある。
なお,後記するように,有機珪素化合物ガスを含まない炭化水素ガスを用いて成膜する場合でも,基材由来のきわめて微量の珪素が非晶質炭素膜に含有されることがある。
非晶質炭素膜は,ダイヤモンドとグラファイトの両方の結合をもつアモルファス構造(非晶質構造)の炭素膜であり,ダイヤモンド.ライク.カーボン(DLC)と総称されるものである。
この非晶質炭素膜10は,例えば,直流プラズマCVD法などのプラズマCVD法(化学気相成長法)によって形成される。
このプラズマCVD法では,回転側密封環3及び固定側密封環5の基材を収容する処理室内にアセチレンガス,エチレンガス,プロピレンガス,メタンガス等の炭化水素ガスからなる原料ガスを導入しつつ,原料ガスに電離電圧以上のエネルギーを持つ電子を衝突させ,化学的に活性なイオンを生成する。これにより,回転側密封環3及び固定側密封環5の基材表面の周辺に,プラズマ化した原料ガスが存在するようになる。このとき,プラズマ化した原料ガスは,電極側に配置された回転側密封環3及び固定側密封環5の基材上に積層され,非晶質炭素膜10が形成される。
しかし,その場合であっても,本発明においては,プラズマCVD法において炭化水素ガスからなる原料ガス中に有機珪素化合物ガスが含まれないことから,成膜された非晶質炭素膜に含まれる珪素はきわめて微量なものとなる。
本発明におけるその他の用語や概念は,当該分野において慣用的に使用される用語の意味に基づくものであり,本発明を実施するために使用する様々な技術は,特にその出典を明示した技術を除いては,公知の文献等に基づいて当業者であれば容易かつ確実に実施可能である。
回転側密封環3及び固定側密封環5用に成形された炭化珪素からなる環状の基材の表面をラップ仕上げにより平滑に加工した。プラズマCVD装置にて有機珪素化合物ガスを含まない炭化水素ガスを用いて796nmの厚さの非晶質炭素膜を回転側密封環3及び固定側密封環5の基材の表面に積層させ,以下の摺動試験条件で摺動試験を行った。
この場合,プラズマ処理によってアウトガスとして炭化珪素からなる基材から放出されて非晶質炭素膜に含まれる珪素含有量は0.34at%であった。
なお,非晶質炭素膜に含まれる珪素含有量はX線光電子分光法(XPS)(アルバックファイ株式会社製PHIQuanteraSMX)でナロー測定することにより求めた。また,膜厚は断面試料作成装置(CP)で断面出しを行い,FE−SEM(株式会社日立製作所製SU8220)で観察することで求めた。
a摺動面圧:0.3MPa
b被密封流体:シリケート含有LLC50wt%水溶液
c被密封流体の圧力:0.1MPaG
d周速:0m/s(3秒)⇔1m/s(3秒)
e試験時間:500時間
摺動試験結果を下記(表1)に示す。
実施例1において,非晶質炭素膜を固定側密封環5の基材の表面にのみ積層し,回転側密封環3には積層させることなく,実施例1の摺動試験条件で試験を実施した。
摺動試験結果を下記(表1)に示す。
実施例1において,プラズマCVDの処理時間を1/5に変更して(有機珪素化合物ガスを含まない原料ガスを用いる点は実施例1と同じ。)非晶質炭素膜に含まれる珪素含有量が0.07at%,膜厚が174nmの非晶質炭素膜を回転側密封環3及び固定側密封環5の基材の表面に積層させ,実施例1の摺動試験条件で試験を実施した。
摺動試験結果を下記(表1)に示す。
実施例3において,非晶質炭素膜を固定側密封環5の基材の表面にのみ積層させ,回転側密封環3には積層させることなく,実施例1の摺動試験条件で試験を実施した。
摺動試験結果を下記(表1)に示す。
回転側密封環3及び固定側密封環5用に成形された炭化珪素からなる環状の基材の表面をラップ仕上げにより平滑に加工した後,基材の表面に成膜処理を行うことなく,実施例1の摺動試験条件で試験を実施した。
摺動試験結果を下記(表1)に示す。
プラズマCVD装置にて有機珪素化合物ガスを含む炭化水素ガスからなる原料ガスを用いて非晶質炭素膜に含まれる珪素含有量が1.69at%,膜厚が117nmの非晶質炭素膜を固定側密封環5の基材の表面にのみ積層させ,回転側密封環3には積層させることなく,実施例1の摺動試験条件で試験を実施した。
摺動試験結果を下記(表1)に示す。
プラズマCVD装置にて有機珪素化合物ガスを含む炭化水素ガスからなる原料ガスを用いて非晶質炭素膜に含まれる珪素含有量が1.85at%,膜厚が1400nmの非晶質炭素膜を固定側密封環5の基材の表面にのみ積層させ,回転側密封環3には積層させることなく,実施例1の摺動試験条件で試験を実施した。
摺動試験結果を下記(表1)に示す。
水素フリー非晶質炭素膜が形成できるPVD(物理気相成長法)成膜装置にて,薄膜となる材料を板状や円盤状にしたカーボンターゲットを用いて基材由来により非晶質炭素膜に含まれる珪素含有量が2.3at%,膜厚が280nmの非晶質炭素膜を,回転側密封環3及び固定側密封環5の基材の表面に積層させ,実施例1の摺動試験条件で試験を実施した。
摺動試験結果を下記(表1)に示す。
2 スリーブ
3 回転側密封環
4 ハウジング
5 固定側密封環
6 コイルドウェーブスプリング
7 ベローズ
10 非晶質炭素膜
Claims (3)
- 固定側に固定される円環状の固定側密封環と,回転軸とともに回転する円環状の回転側密封環とを備え,前記固定側密封環及び前記回転側密封環の対向する各摺動面を相対回転させることにより,当該相対回転摺動する前記摺動面の径方向の一方側に存在する被密封流体を密封する摺動部品において,
前記被密封流体はシリケートが添加された不凍液を含む流体であって,
前記固定側密封環又は前記回転側密封環の少なくともいずれか一方の摺動面は0.34at%以下の珪素を含む非晶質炭素膜を備え,前記被密封流体中の前記シリケート成分の堆積を防止することを特徴とする摺動部品。 - 前記固定側密封環又は前記回転側密封環の基材が炭化珪素であることを特徴とする請求項1に記載の摺動部品。
- 前記非晶質炭素膜は、プラズマCVD法において有機珪素化合物ガスを含まない炭化水素ガスを用いて成膜された膜であることを特徴とする請求項1又は2に記載の摺動部品。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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