JPWO2006038328A1 - シール部品 - Google Patents

Abstract

基材と、前記基材上のシール面に、硬質材料を溶射することにより形成される多孔質コーティング層と、前記多孔質コーティング層上に、銀、金、錫および金コバルト合金から選択される一種以上を含有する潤滑膜と、を有することを特徴とするシール部品。本発明のシール部品は、高温（たとえば４００℃以上、特に４００〜６００℃）かつ高圧（たとえば２ＭＰａ以上）環境下で使用された場合においても、優れた耐久性およびシール性を有し、しかも、長寿命であり、かつ高い信頼性を有する。

Description

本発明は、たとえば、チューブシールおよびガスケットなどのシール部品に関し、特に、高温、高圧下においても、シール性に優れ、寿命が長く、信頼性の高いシール部品に関する。

ジェットエンジンなどの各種エンジンには、エンジンから排出される抽気や排気を伝送するためのダクトが、付帯設備として備えられていることが、一般的である。このような目的で配されるダクトは、エンジンからの抽気や排気を、外部に漏洩することなく伝送することが求められている。

エンジンから排出される抽気や排気は、一般に、高温かつ高圧であり、特に、エンジン性能の向上に伴い、抽気や排気は、より高温、より高圧になる傾向にある。そのため、エンジンに使用されるダクトには、抽気や排気による熱、圧力および荷重により、変形してしまい、結果として破損に至ってしまうことを避けるために、通常、可動部が形成されている。

このようなダクト可動部としては、ベローズタイプや、ピストンリングタイプ、チューブシールタイプなどが例示され、これらのなかでも、軽量化の観点およびコスト面よりシール部品を含むチューブシールタイプが好適に使用されている。

上記チューブシールタイプにおいては、通常、チューブシールとカーボンブッシングとを組み合わせて使用することが多い。しかしながら、カーボンブッシングを使用した場合においては、高温、特に４００℃程度になると使用できないという不具合がある。一方で、より高温に対応可能なチューブシールとして、たとえば、シール面にニッケル系の溶射材料やコバルト系の溶射材料、あるいは硬質クロムメッキなどを使用してシール面をコーティングする方法などが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１では、シール面に硬質クロムメッキが施されたチューブシールが開示されている。しかしながら、このような文献記載のチューブシールでは、高温環境下における耐久性を向上させることはできるが、シール特性が不十分となるという問題があった。

さらに、このような不具合は、特許文献１に記載のようにシール面へのコーティングを硬質クロムメッキにより行った場合だけでなく、上記溶射材料を使用した場合にも同様な問題が発生していた。このような溶射材料を使用してシール面をコーティングした場合においては、溶射後のコーティング面は粗いため、シール面として必要な表面粗さとなるまで研磨仕上げをする必要があった。特に、上記溶射材料を使用してシール面をコーティングする場合においては、シール性能を確保するために、チューブシールのシール面だけでなく、相手側となるフランジのシール面にもコーティングを施す必要があった。しかしながら、フランジのシール面へコーティングを施す場合には、フランジの形状やサイズによっては、上記研磨仕上げが困難となってしまうという問題があった。

一方、特許文献２には、転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる表面に、ＴｉＮまたはＴｉＣＮをコーティングして硬質層を形成し、この硬質層の上に鉛からなる固体潤滑被膜を形成したことを特徴とする固体潤滑転がり軸受けが開示されている。また、特許文献３には、軸受け構成体の互いに相対的に運動しあう表面に、物理的蒸着で一種類以上のガスとの反応性金属化合物被膜を設け、その上に固体潤滑剤または油膜を形成してなる軸受けが開示されている。

これら特許文献２および３においては、硬質層（特許文献２）または反応性金属化合物被膜（特許文献３）を、イオンプレーティング法により、形成している。しかしながら、これらの文献のように、硬質層または反応性金属化合物被膜をイオンプレーティング法で形成した場合には、これらの膜厚が数ミクロン程度と非常に薄い膜となってしまう。そのため、シール部品のシール面のような基材の厚みが薄い部分に、このような硬質層または反応性金属化合物被膜を形成した場合においては、耐久性が不十分となってしまい、結果として、シール部品に適用することができなかった。
特開２００３−１２０３２７号公報 実開平５−６７８１８号公報 特開昭６２−２５８２２４号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、高温（たとえば４００℃以上、特に４００〜６００℃）かつ高圧（たとえば２ＭＰａ以上）環境下で使用された場合においても、優れた耐久性およびシール性を有し、長寿命、かつ信頼性の高いシール部品、およびこのシール部品を有するチューブシールならびにガスケットを提供することである。特に、本発明は、高温、高圧環境下において、相対的な摺動を伴う箇所に好適に用いることができるシール部品を提供することを目的とする。

本発明者等は、シール面に、硬質材料を含有する多孔質コーティング層を形成し、かつ、この多孔質コーティング層の上に、銀、金、錫および金コバルト合金から選択される一種以上を含有する潤滑膜を形成することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明に係るシール部品は、
基材と、
前記基材上のシール面に、硬質材料を溶射することにより形成される多孔質コーティング層と、
前記多孔質コーティング層上に、銀、金、錫および金コバルト合金から選択される一種以上を含有する潤滑膜と、を有することを特徴とする。

本発明においては、前記シール部品のシール面には、硬質材料を含有する多孔質コーティング層を形成する。そのため、シール面の硬度を高めることができ、高温・高圧環境下におけるシール面の耐久性を向上させることができる。なお、本発明において、前記多孔質コーティング層を構成する硬質材料は、前記基材と同等の硬度を有する材料または前記基材よりも高い硬度を有する材料を意味する。

しかも、本発明においては、前記多孔質コーティング層の上には、さらに、銀、金、錫および金コバルト合金から選択される軟質材料を含有する潤滑膜を形成する。そのため、この潤滑膜においては、高温使用時には、この潤滑膜を構成する銀、金、錫あるいは金コバルト材料が軟化する。そして、軟化した銀、金、錫あるいは金コバルト材料が、接触あるいは摺動により相手側部材のシール面に移着し、これらの軟質材料よりなる潤滑面が形成される。したがって、本発明によると、特に高温使用時に、低摩擦かつ高いシール性を有するシール面を形成することができる。

さらに、本発明においては、軟化した銀、金、錫あるいは金コバルト材料が、相手側部材のシール面に移着するため、相手側部材のシール面に格別シール性を向上させるような加工を施さなくても、優れたシール性を発揮することができる。すなわち、本発明によると、従来のように、シール部品と相手側部材との両方にシール性を向上させるような加工を施すことなく、シール性の向上を図ることができ、製造工程を大幅に簡略化することができる。

また、本発明においては、前記多孔質コーティング層の上に、より緻密な潤滑膜を形成するため、従来において必要とされていた多孔質コーティング層の研磨処理を簡略化することができる。すなわち、本発明では、前記基材の上に、前記多孔質コーティング層を形成し、簡易な磨きを施し、その上に緻密な潤滑膜をメッキ法により形成するという工程を採用することができる。

潤滑膜は、上記銀、金、錫あるいは金コバルトの少なくとも一種を含有していれば良いが、たとえば、銀と金などの２種以上の組み合わせとしても良い。

本発明において、前記多孔質コーティング層は、硬質材料を溶射することにより形成するため、所定範囲の気孔率を有するコーティング層を形成することができる。そのため、前記多孔質コーティング層と、銀、金、錫あるいは金コバルトの少なくとも一種を含有する潤滑膜と、の間の密着性を向上させることができる。なお、上述の特許文献２（実開平５−６７８１８号公報）および特許文献３（特開昭６２−２５８２２４号公報）では、硬質材料からなる硬質膜の形成を、イオンプレーティング法により行っている。一方で、このイオンプレーティング法により形成した硬質膜は、本発明の溶射法により形成した多孔質コーティング層と比較して、気孔率が非常に低いという性質を有している。そのため、たとえば、特許文献２，３のうように、イオンプレーティング法により形成した硬質膜の上に、銀、金、錫あるいは金コバルトのような軟質材料からなる潤滑膜を形成した場合には、この硬質膜と、潤滑膜と、の間の密着性が不十分になってしまい、シール部品としての性能が低下してしまう。

本発明のシール部品において、好ましくは、
前記多孔質コーティング層が、ニッケル基合金、コバルト基合金、炭化クロムおよびタングステンカーバイドから選択される一種以上を含有する溶射材から構成される請求項１に記載のシール部品。

本発明のシール部品においては、前記多孔質コーティング層の厚みが、好ましくは１０〜２００μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍである。
本発明においては、前記多孔質コーティング層の硬度を所定範囲とするために、厚みを上記範囲とすることが好ましい。前記多孔質コーティング層の厚みが厚過ぎると、弾性変形量（追随性）が低下してしまう傾向にある。逆に、厚みが薄すぎると、耐久性（寿命）が低下してしまう。

本発明のシール部品においては、前記潤滑膜の厚みが、好ましくは１〜５０μｍ、より好ましくは５〜２０μｍ、さらに好ましくは１０〜２０μｍである。
前記潤滑膜が薄すぎると、摺動により、局所的に潤滑膜が形成されていない部分が発生してしまい、多孔質コーティング層と相手部材との直接摺動による破損が起こり、シール性が低下してしまう傾向にある。一方、厚すぎると相手部材との接触面積が大きくなってしまい、摺動抵抗が増加してしまう傾向にある。なお、前記潤滑膜が薄すぎる場合には、たとえ、前記多孔質コーティング層を溶射法で形成し、気孔率を所定範囲としても、多孔質コーティング層の気孔中に入り込む軟質材料の量が不十分となってしまうため、シール性が低下してしまう傾向にある。

本発明のシール部品において、好ましくは、前記基材が、ニッケル基合金からなる基材である。

本発明のシール部品は、好ましくは、温度４００〜６００℃の範囲内で使用されるシール部品である。

本発明のシール部品において、好ましくは、
前記シール部品は、径方向に弾性変形可能な弾性部を有する筒状のシール部品であって、
前記弾性部は、シール面を有している。

本発明のチューブシールは、
円筒状の胴部と、上記いずれかのシール部品と、を有する。

本発明のガスケットは、
上記いずれかのシール部品からなり、Ｅ字型またはＷ字型の断面形状を有する。

本発明においては、チューブシールやガスケットなどに使用されるシール部品のシール面には、上記本発明の多孔質コーティング層および潤滑膜を形成するため、好ましくは４００℃以上、より好ましくは４００〜６００℃の高温環境下においても良好に使用することができる。そのため、本発明のシール部品は、高温、高圧環境下で使用されるガスタービンなどのダクト部分のチューブシールやガスケットに好適に適用することができる。

本発明によると、シール面に、硬質材料を含有する多孔質コーティング層を形成し、かつ、この多孔質コーティング層の上に、銀、金、錫および金コバルト合金から選択される一種以上を含有する潤滑膜を形成するため、高温（たとえば４００℃以上、特に４００〜６００℃）かつ高圧（たとえば２ＭＰａ以上）環境下で使用された場合においても、優れた耐久性およびシール性を有し、長寿命、かつ信頼性の高いシール部品を提供することができる。特に、本発明によると、高温、高圧環境下において、たとえば、相対的な摺動を伴う箇所に好適に用いることができるシール部品を提供することができる。

図１は本発明の一実施形態に係るチューブシールの断面図である。 図２は本発明の一実施形態に係るチューブシールの要部断面図である。 図３は本発明の一実施形態に係るシール部品の要部断面図である。 図４は本発明の他の実施形態に係るチューブシールの要部断面図である。 図５は本発明の他の実施形態に係るガスケットをガスタービンの一部に取り付けた断面図である。 図６は本発明の実施例で使用した試験装置の断面図である。 図７は本発明の実施例１に係るシール部品の加圧力とリーク量の関係を示すグラフである。 図８は本発明の比較例１に係るシール部品の加圧力とリーク量の関係を示すグラフである。 図９は本発明の比較例２に係るシール部品の加圧力とリーク量の関係を示すグラフである。 図１０Ａは本発明の実施例１に係るシール部品の摺動回数と摺動荷重との関係を示すグラフである。 図１０Ｂは本発明の実施例１に係るシール部品の摺動回数とリーク量との関係を示すグラフである。 図１１は本発明の実施例２に係るシール部品の加圧力とリーク量の関係を示すグラフである。 図１２は本発明の比較例３に係るシール部品の加圧力とリーク量の関係を示すグラフである。 図１３は本発明の比較例４に係るシール部品の加圧力とリーク量の関係を示すグラフである。 図１４Ａは本発明の実施例２に係るシール部品の摺動回数と摺動荷重との関係を示すグラフである。 図１４Ｂは本発明の実施例２に係るシール部品の摺動回数とリーク量との関係を示すグラフである。 図１５Ａは本発明の比較例４に係るシール部品の摺動回数と摺動荷重との関係を示すグラフである。 図１５Ｂは本発明の比較例４に係るシール部品の摺動回数とリーク量との関係を示すグラフである。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
第１実施形態
図１に示すように、本発明の一実施形態に係るチューブシール１は、円筒状の胴部３と、この胴部３の両端部に配置された一対の筒状のシール部品２とから構成される。この胴部３とシール部品２とは、胴部３の外周面とシール部品２の内周面とで圧入後、溶接等により接合し、一体化されている。

このチューブシール１は、一対のシール部品２を介して、円筒状の第１流路形成部材４ａと第２流路形成部材４ｂとを接続し、可動部を形成している。すなわち、チューブシール１は、第１流路形成部材４ａにより形成されている第１流路５ａと、第２流路形成部材４ｂにより形成されている第２流路５ｂとの間を、円筒状の胴部３の中空部を介して、流体が自在に流動可能な流路を形成しつつ、可動部を構成している。

本実施形態においては、第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂで形成される第１、第２流路５ａ，５ｂ内の流体は、シール部品２と第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂの内壁面とで形成されるシール面により、シールされている。特に、本実施形態では、上記シール部品２を後述するような構成としているため、流路５ａ，５ｂ内の流体が高温（たとえば４００℃以上、特に４００〜６００℃）かつ高圧（たとえば２ＭＰａ以上）であったとしても、熱や圧力による変形を良好に吸収することができ、高い耐久性およびシール性を発揮することができる。

シール部品２
図２に示すように、本実施形態のシール部品２は、胴部３の外周側に形成された筒状の部品であり、基材２１と、この基材上に形成された多孔質コーティング層２２と、この多孔質コーティング層２２上に形成された潤滑膜２３とから構成されている。

基材２１は固定部２１ａと弾性部２１ｂとから構成されており、固定部２１ａは、その内周面を介して、胴部３の外周面とで圧入後、溶接等により接合されており、シール部品２と胴部３とを一体化している。一方、弾性部２１ｂは、図２に示すように、外径側に凸となる形状を有しており、径方向に弾性変形可能となっている。そして、この弾性部２１ｂの外径側表面には、図３に示すように、厚さｔ１の多孔質コーティング層２２が形成されており、さらに、この多孔質コーティング層２２上には、厚さｔ２の潤滑膜２３が形成されている。

基材２１を構成する材料としては、特に限定されないが、高温・高圧環境下においても良好に使用可能な材料が好ましく、たとえば、ニッケル基合金などが使用できる。上記ニッケル基合金としては、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、クロム（Ｃｒ）、モリブテン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）などを含有するニッケル基合金が例示される。また、図３に示す基材２１の厚みｔ３は、好ましくは０．１〜１．０ｍｍ程度である。

上記弾性部２１ｂ上に形成されている多孔質コーティング層２２は、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）等の溶射法により形成される硬質の溶射材から構成される。本実施形態においては、多孔質コーティング層２２を溶射法により形成することにより、多孔質コーティング層２２の気孔率を所定の範囲とすることができる。そして、多孔質コーティング層２２の気孔率を所定範囲とすることにより、多孔質コーティング層２２と、潤滑膜２３との密着性を向上させることができる。多孔質コーティング層２２を構成する溶射材としては、ニッケル基合金やコバルト基合金などの金属合金、または炭化クロム（Ｃｒ_２ Ｃ_３ ）やタングステンカーバイド（ＷＣ）などの金属炭化物を含有する溶射材であることが好ましい。

上記ニッケル基合金としては、たとえば、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、クロム（Ｃｒ）、モリブテン（Ｍｏ）、珪素（Ｓｉ）などを含有する合金が使用でき、上記コバルト基合金としては、たとえば、コバルト（Ｃｏ）を主成分とし、クロム（Ｃｒ）、モリブテン（Ｍｏ）、珪素（Ｓｉ）などを含有する合金が使用できる。

上記炭化クロムを含有する溶射材としては、炭化クロム（Ｃｒ_２ Ｃ_３ ）の他に、ニッケルクロム合金（Ｎｉ−Ｃｒ）を好ましくは７〜２５重量％程度含有する溶射材を使用することができる。また、上記タングステンカーバイドを含有する溶射材としては、タングステンカーバイド（ＷＣ）の他に、コバルト（Ｃｏ）を好ましくは１２〜２５重量％程度含有する溶射材を使用することができる。

多孔質コーティング層２２の厚みｔ１は、好ましくは１０〜２００μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍとする。
本実施形態においては、多孔質コーティング層２２の硬度を所定範囲とするために、厚みを上記範囲とすることが好ましい。多孔質コーティング層２２の厚みｔ１が厚過ぎると、弾性変形量（追随性）が低下してしまう傾向にある。逆に、厚みｔ１が薄すぎると、多孔質コーティング層２２の被膜密着強度が、基材２１よりも、低くなってしまい、耐久性（寿命）が低下してしまう。

上記多孔質コーティング層２２上に形成されている潤滑膜２３は、銀、金、錫あるいは金コバルトから選択される少なくとも一種を含有する軟質材料をメッキすることにより形成されるメッキ層である。潤滑膜２３に含有される軟質材料は、高温・高圧環境下において軟化する材料であり、潤滑膜２３と第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂとで形成されるシール面に、潤滑面を形成することができる材料である。

なお、潤滑膜２３には、上記銀、金、錫あるいは金コバルトの少なくとも一種の軟質材料を含有されていればよく、たとえば、銀と金を組み合わせて使用することも可能である。

また、潤滑膜２３の厚みｔ２は、好ましくは１〜５０μｍ、より好ましくは５〜２０μｍ、さらに好ましくは１０〜２０μｍとする。潤滑膜２３が薄すぎると、摺動により、局所的に潤滑膜２３が形成されていない部分が発生してしまい、多孔質コーティング層と相手部材である第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂとの直接摺動による破損が起こり、シール性が低下してしまう傾向にある。一方、厚すぎると相手部材である第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂとの接触面積が大きくなってしまい、摺動抵抗が増加し、可動部としての役目を果たせなくなる傾向にある。

本実施形態においては、シール部品２の弾性部２１ｂには、上記溶射材を含有する多孔質コーティング層２２を形成する。そのため、弾性部２１ｂのシール面の硬度を高めることができ、高温・高圧環境下におけるシール面の耐久性を向上させることができる。

しかも、本実施形態においては、上記多孔質コーティング層２２の上には、銀、金、錫および金コバルト合金から選択される一種以上を含有する軟質材料を含有する潤滑膜２３を形成する。この銀、金、錫あるいは金コバルトを含有する軟質材料は、高温時に、軟化するという特徴を有する材料である。そのため、高温時には、潤滑膜２３に含有される軟化した銀、金、錫あるいは金コバルト材料が、摺動により、第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂの潤滑膜２３と接触する面（シール面）に移着する。そして、潤滑膜２３と第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂとの間のシール面には、軟質材料よりなる潤滑面ができ、低摩擦かつ高いシール性を有するシール面が形成される。

したがって、本実施形態においては、第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂで形成される第１、第２流路５ａ，５ｂに高温かつ高圧の流体が使用された場合においても、優れた耐久性およびシール性を発揮することができる。特に、本実施形態のシール部品２およびチューブシール１は、高温かつ高圧環境下においても、良好に使用することができるため、ガスタービンなどのダクト部分の継ぎ手として好適に使用することができる。

さらに、本実施形態においては、高温環境下における摺動により、潤滑膜２３に含有される軟質材料が、第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂの潤滑膜２３と接触する面（シール面）に移着するため、第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂのシール面には、格別シール性を向上させるための加工を施さなくても、優れたシール性を発揮することができる。そのため、本実施形態によると、製造工程を大幅に簡略化することができる。

また、本実施形態では、多孔質コーティング層２２の上には、潤滑膜２３を形成する。そのため、多孔質コーティング層２２を形成し、その後、簡易な磨きを施し、次いで、その上に潤滑膜２３を形成するという工程を採用することができる。すなわち、従来における多孔質コーティング層２２の研磨処理工程を簡略化することもできる。

第２実施形態
図４に示す第２実施形態は、上述の第１実施形態と以下に示す以外は、同様な構成と作用を有し、その重複する説明は省略する。

本実施形態においては、第１実施形態と異なり、第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂにおいて、弾性部２１ｂの潤滑膜２３と接触する部分（シール面）には、多孔質コーティング層４２が形成されており、この多孔質コーティング層４２の上には、潤滑膜４３が形成されている。すなわち、本実施形態においては、チューブシール１のシール部品２のシール面だけでなく、第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂのシール面にも多孔質コーティング層および潤滑膜を形成している。

本実施形態では、相手側部材である第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂにも、あらかじめ、多孔質コーティング層４２および潤滑膜４３を形成している。そのため、高温下における摺動を全くさせていない未使用の状態であったとしても、シール部品２と第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂとの間のシール面には、軟質材料からなる潤滑面を形成することができる。なお、本実施形態においては、弾性部２１ｂの潤滑膜２３と、第１、第２流路形成部材４ａ，４ｂの潤滑膜４３の厚みは、第１実施形態における厚みの半分程度とすることが好ましい。

第３実施形態
図５に示す第３実施形態は、ガスタービンのタービンノズルアッセンブリ付近に、本実施形態のガスケット２ａを取り付けた状態を示す断面図である。
図５においては、回転軸６０に取り付けられた回転ディスク６１には第１ブレード６２が設けられており、流路５５には、第２ブレード７１が設けられている。そして、燃焼室（図示省略）から送られてきたガスＤは、第１および第２ブレード６２，７１の回転により、加速させられるような構造となっている。

図５においては、特に流路５５付近には、複数の組立部品５１，５２が配されており、この組立部品５１，５２の間に形成されている取付溝５０には、Ｗ字型の断面形状を有する本実施形態のガスケット２ａが取り付けられている。この各組立部品５１，５２は、高温ガスＤの熱により変形したり、回転軸６０の回転により振動力を受けてしまう。そこで、本実施形態においては、上記変形や振動を吸収するために、取付溝５０には、本実施形態のガスケット２ａを取り付けている。

本実施形態のガスケット２ａは、組立部品５１，５２と接触するシール面には、上述した第１実施形態と同様に、多孔質コーティング層および潤滑膜が形成されている。そのため、上述した第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

以上のように、本発明のチューブシールおよびガスケットは、高温、高圧環境下において、相対的な摺動を伴う箇所に使用した場合において、特に効果が高い。そのため、上述したような相対的な摺動を伴う箇所に使用されるチューブシール１（第１、第２実施形態）およびガスケット２ａ（第３実施形態）として、好適に用いることができる。なお、本発明のチューブシールおよびガスケットは、高温、高圧環境下において、相対的な摺動を伴う箇所に使用されるものなら何でも良く、上述した実施形態に限定されない。

たとえば、上述した実施形態では、チューブシール１およびガスケット２ａを例示したが、上述の多孔質コーティング層と潤滑膜とを有するようなシール部品なら何でも良く、このような構成とすることにより、本発明の作用効果を奏することができる。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

実施例１
本実施例においては、図６に示すシール装置１００とボア（ＢＯＲＥ）４００とからなる試験装置を作製し、シール装置１００の本体部３００の外周側に形成されたシール部品２００と、ボア４００の本体部４１０の内周面とにより形成されるシール面の評価を行った。このシール装置１００およびボア４００から構成される試験装置は、本発明のチューブシールおよびガスケットのシール面の試験をするための装置であり、本発明のチューブシールおよびガスケットのシール面と同様な環境を提供するものである。

図６に示す試験装置において、シール装置１００およびボア４００は、一端が封鎖された円筒状の形状となっており、シール装置１００とボア４００とは、互いに開放された他端が向き合うように組み合わされている。

そして、シール装置１００には、本体部３００にロッド取り付け用のねじ穴３１０を有しており、このねじ穴３１０に、アクチュエーターに接続されたロッドを取り付けることにより軸方向に移動可能な構造となっている。一方、ボア４００は、ボア４００とシール装置１００とで形成される空間へ流体を送るための配管４２０を本体部４１０に有しており、上記空間に充填される流体の温度および圧力を自在に調整可能となっている。なお、シール装置１００のシール部品２００の外径、およびボア４００の本体部４１０の内径は、共にφ５０ｍｍとした。

本実施例においては、シール部品２００の基材（図２の基材２１に相当）としては、ニッケルを主成分とし、クロム、鉄、ニオブ、モリブテンおよびチタンを含有するニッケル基合金を使用した。また、シール部品２００の弾性部（図２の弾性部２１ｂに相当）の外径側表面（シール面）には、多孔質コーティング層（図２の多孔質コーティング層２２に相当）を形成し、さらに、その上に潤滑膜（図２の潤滑膜２３に相当）を形成した。

上記多孔質コーティング層は、溶射材として、コバルトを主成分とし、クロム、モリブテンおよびケイ素を含有するコバルト基合金を使用して、高速フレーム溶射法により形成した。また、潤滑膜は、コバルト基合金からなる多孔質コーティング層の上に、銀メッキをすることにより形成した。なお、本実施例では、多孔質コーティング層の厚みは５０μｍ、潤滑膜の厚みは２０μｍとした。

また、相手側摺動部材となるボア４００の本体部４１０としては、ニッケルを主成分とし、クロム、モリブテン、ニオブおよび鉄を含有するニッケル基合金を使用した。

次いで、作製した試験装置を用いて、摺動試験の条件を、温度５１０℃、流体として空気を使用し、流体圧力２．１ＭＰａ、摺動速度４．５ｍｍ／秒、軸方向への４．５ｍｍの往復摺動を１サイクルとして、合計１００００サイクルの摺動試験を行った。この摺動試験においては、試験中における軸方向に係る摺動荷重および流体のリーク量を測定することにより評価を行った。得られた結果を図１０Ａおよび図１０Ｂに示す。

また、本実施例においては、上記摺動試験と併せて、摺動試験の前および後の試験装置について、加圧圧力を変化させた場合における流体のリーク量（漏れ量）を測定した。得られた結果を図７に示す。

比較例１
シール部品２００の弾性部に潤滑膜を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして、図６に示すような比較例１の試験装置を作製し、実施例１と同様にして、摺動試験を行うとともに、摺動試験前後における流体のリーク量を測定した。摺動試験前後における流体のリーク量の測定結果を図８に示す。なお、比較例１においては、シール面の損傷が激しく、流体のリーク量が著しく多くなってしまったため、摺動試験は８サイクルで終了した。

比較例２
シール部品２００の弾性部に多孔質コーティング層および潤滑膜を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして、図６に示すような比較例２の試験装置を作製し、実施例１と同様にして、摺動試験を行うとともに、摺動試験前後における流体のリーク量を測定した。摺動試験前後における流体のリーク量の測定結果を図９に示す。なお、比較例２においては、シール面の損傷が激しく、流体のリーク量が著しく多くなってしまったため、摺動試験は３サイクルで終了した。

実施例２
コバルト基合金からなる多孔質コーティング層の上に、金コバルト合金をメッキすることにより、シール部品２００の弾性部に、厚さ５μｍの潤滑膜を形成した以外は、実施例１と同様にして、図６に示すような実施例２の試験装置を作製した。そして、作製した試験装置を用いて、実施例１と同様にして、摺動試験を行うとともに、摺動試験前後における流体のリーク量を測定した。摺動試験前後における流体のリーク量の測定結果を図１１に示す。

比較例３
コバルト基合金からなる多孔質コーティング層の上に、銀インジウム合金をメッキすることにより、シール部品２００の弾性部に、厚さ２０μｍの潤滑膜を形成した以外は、実施例１と同様にして、図６に示すような比較例３の試験装置を作製した。そして、作製した試験装置を用いて、実施例１と同様にして、摺動試験を行うとともに、摺動試験前後における流体のリーク量を測定した。摺動試験前後における流体のリーク量の測定結果を図１２に示す。なお、比較例３においては、シール面の損傷が激しく、流体のリーク量が著しく多くなってしまったため、摺動試験は１４サイクルで終了した。

比較例４
シール部品２００の弾性部に、多孔質コーティング層を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして、図６に示すような比較例４の試験装置を作製した。すなわち、比較例４においては、基材の上に、直接、銀メッキを施して、潤滑膜を形成した。そして、作製した試験装置を用いて、実施例１と同様にして、摺動試験を行うとともに、摺動試験前後における流体のリーク量を測定した。摺動試験前後における流体のリーク量の測定結果を図１３に示す。

評価１
表１に、実施例１，２および比較例１〜４において、形成した多孔質コーティング層および潤滑膜を示す。なお、表中の「−」は、多孔質コーティング層あるいは潤滑膜を形成しなかったことを意味する。

図７に示すように、多孔質コーティング層および潤滑膜を形成した実施例１においては、１００００サイクルの摺動試験を行ったにもかかわらず、摺動試験前後において、流体のリーク量は、ほとんど変化せず、良好な結果となった。同様に、図１１より、潤滑膜を金コバルト合金で形成した実施例２も、１００００サイクルの摺動試験後における流体のリーク量が少なく、良好な結果であった。

一方、図８に示すように、多孔質コーティング層のみを形成した比較例１においては、８サイクルしか摺動試験を行わなかったにもかかわらず、摺動試験後において、加圧圧力の増加に伴い、リーク量が増加してしまうという結果となった。また、この傾向は、図９，１２に示すように、多孔質コーティング層および潤滑膜のいずれも形成しなかった比較例２、および潤滑膜を銀インジウム合金で形成した比較例３においても、同様であった。特に、比較例２では、加圧圧力の増加に伴う、リーク量の増加が顕著であった。

また、多孔質コーティング層を形成せずに、直接、基材上に銀メッキ膜を形成した比較例４においては、１００００サイクルの摺動試験を行うことは可能であったが、摺動試験後において、加圧圧力の増加に伴い、リーク量が増加してしまうという結果となった。

これらの結果より、基材のシール面に多孔質コーティング層を形成し、この多孔質コーティング層の上に潤滑膜を形成することにより、高温および高圧環境下においても、耐久性が高く、シール性に優れたチューブシールおよびガスケットが得られることが確認できた。

評価２
図１０Ａに、実施例１の１００００サイクルの摺動試験中における軸方向における摺動荷重の変化を、図１０Ｂに、摺動試験中における流体のリーク量の変化を示す。

図１０Ａより、実施例１では、摺動試験中、摺動荷重は除々に減少していき、２０００サイクルを超えたあたりで安定するという結果となった。また、図１０Ｂより、実施例１では、摺動試験中において、流体の漏れはほとんど観測されず、リーク量は、常に安定した状態であった。なお、図１０Ｂおいて、一部で流体のリーク量が増加しているが、これは、試験装置における流体の漏れが原因であり、実施例１のシール部品２００の性能とは無関係である。

同様に、図１４Ａに、実施例２の１００００サイクルの摺動試験中における軸方向における摺動荷重の変化を、図１４Ｂに、摺動試験中における流体のリーク量の変化を、図１５Ａに、比較例４の１００００サイクルの摺動試験中における軸方向における摺動荷重の変化を、図１５Ｂに、摺動試験中における流体のリーク量の変化を、それぞれ示す。

図１４Ａ、図１４Ｂより、実施例２においては、摺動試験開始後に、若干、液体の漏れが観測されたが、１０００サイクルを超えたあたりから、流体の漏れはほとんど観測されず、リーク量は、安定した状態であった。

一方、図１５Ａ、図１５Ｂより、比較例４においては、１００００サイクルの摺動試験を継続することは可能であったが、摺動試験中のリーク量が大きくなる結果となった。

この結果より、本発明のシール部品のシール面においては、高温・高圧環境下の摺動試験において、摺動回数が増加した場合においても、安定したシール性能を発揮することができることが確認できた。

以上のように、本発明のシール部品は、高温（たとえば４００℃以上、特に４００〜６００℃）かつ高圧（たとえば２ＭＰａ以上）環境下で使用された場合においても、優れた耐久性およびシール性を有し、長寿命、かつ高い信頼性を有するため、高温、高圧環境下において、相対的な摺動を伴う箇所に好適に用いることができる。

Claims (8)

1. 基材と、
   前記基材上のシール面に、硬質材料を溶射することにより形成される多孔質コーティング層と、
   前記多孔質コーティング層上に、銀、金、錫および金コバルト合金から選択される一種以上を含有する潤滑膜と、を有することを特徴とするシール部品。
2. 前記多孔質コーティング層が、ニッケル基合金、コバルト基合金、炭化クロムおよびタングステンカーバイドから選択される一種以上を含有する溶射材から構成される請求項１に記載のシール部品。
3. 前記多孔質コーティング層の厚みが１０〜２００μｍ、前記潤滑膜の厚みが１〜５０μｍである請求項１または２に記載のシール部品。
4. 前記基材が、ニッケル基合金からなる基材である請求項１〜４のいずれかに記載のシール部品。
5. 前記シール部品が、温度４００〜６００℃の範囲内で使用される請求項１〜５のいずれかに記載のシール部品。
6. 前記シール部品は、径方向に弾性変形可能な弾性部を有する筒状のシール部品であって、
   前記弾性部は、シール面を有している請求項１〜５のいずれかに記載のシール部品。
7. 円筒状の胴部と、請求項１〜６のいずれかに記載のシール部品と、を有するチューブシール。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載のシール部品からなり、Ｅ字型またはＷ字型の断面形状を有するガスケット。
   

Images