WO2016121739A1 - 摺動部品 - Google Patents

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WO2016121739A1
WO2016121739A1 PCT/JP2016/052139 JP2016052139W WO2016121739A1 WO 2016121739 A1 WO2016121739 A1 WO 2016121739A1 JP 2016052139 W JP2016052139 W JP 2016052139W WO 2016121739 A1 WO2016121739 A1 WO 2016121739A1
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WO
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negative pressure
sliding
sliding surface
groove
pressure generating
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PCT/JP2016/052139
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壮敏 板谷
和正 砂川
啓一 千葉
健二 吉柳
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イーグル工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a sliding part suitable for a sliding part, for example, a mechanical seal, a bearing, and the like.
  • the present invention relates to a sliding component such as a seal ring or a bearing that requires a fluid to be interposed in the sliding surface to reduce friction and prevent fluid from leaking from the sliding surface.
  • a mechanical seal which is an example of a sliding component
  • its performance is evaluated by a leakage amount, a wear amount, and a torque.
  • the performance is improved by optimizing the sliding material and sliding surface roughness of the mechanical seal, and low leakage, long life, and low torque are realized.
  • further improvement in the performance of mechanical seals is required, and technical development that exceeds the framework of conventional techniques is required.
  • an additive of LLC which is a kind of antifreeze, such as silicate and phosphate (hereinafter referred to as “sediment”). It has been confirmed that the “causing substance” is concentrated on the sliding surface, deposits are generated, and the function of the mechanical seal may be deteriorated. The generation of this deposit is considered to be a phenomenon that also occurs in mechanical seals of equipment that handles chemicals and oil.
  • a negative pressure may be generated in the sliding surface due to its characteristics. It has been confirmed in experiments that the deposit-causing substance is excessively deposited and generated by evaporating the sealing fluid, the deposit is generated at an accelerated rate, and the function of the mechanical seal may be deteriorated. Further, the concentrated / evaporated fluid leaking out of the sliding surface may be pulled back by the negative pressure, and may be accumulated on the sliding surface.
  • a groove is provided, and this buffer groove becomes a buffer (buffer) for the high-pressure fluid of the low-pressure fluid that enters the sliding surface from the low-pressure fluid side, delaying the time until the sliding surface is filled with low-pressure fluid (for example, air),
  • low-pressure fluid for example, air
  • an object of the present invention is to provide a sliding component that prevents the deposits from adhering to the land portion and improves the sealing function of the sliding surface.
  • the present invention focuses on the antifouling property and low adhesion property of the anti-adhesion material, and coats the surface of the negative pressure generating mechanism where deposits are likely to precipitate and generate with a film of the anti-adhesion material.
  • the deposit is prevented from being deposited on the surface of the negative pressure generating mechanism, the deposit is prevented from adhering to the sliding surface, and the sealing function of the sliding surface is improved.
  • the films of the anti-adhesion material the diamond-like carbon film in particular has excellent characteristics such as high hardness, high wear resistance, low friction coefficient, high chemical stability, and high seizure resistance.
  • the anti-adhesion material is a material having antifouling properties and low adhesion to the substances causing deposits, such as diamond-like carbon (DLC), diamond, and fluororesin (PTFE). , Fluorine, titanium nitride (TiN), and silicon resin.
  • a sliding component of the present invention includes, firstly, an annular fixed-side sealing ring fixed to a fixed side, and an annular rotating-side sealing ring that rotates together with a rotating shaft, Sliding to seal high-pressure fluid existing on one side in the radial direction of the sliding surface sliding relative to each other by rotating each sliding surface facing the stationary sealing ring and the rotating sealing ring facing each other.
  • a negative pressure generating mechanism that generates a negative pressure by relative rotation sliding between the fixed-side seal ring and the rotary-side seal ring is provided on the sliding surface of either the fixed-side seal ring or the rotary-side seal ring.
  • At least the surface of the negative pressure generating mechanism is covered with a film of anti-adhesion material. According to this feature, even if the deposit-causing substances are deposited by the negative pressure of the negative pressure generating mechanism, the anti-fouling property and low adhesion property of the film of the anti-adhesive material can prevent the negative pressure generating mechanism. Deposits can be prevented from accumulating on the surface, and as a result, deposits can be prevented from adhering to the land as well, so that a sliding component with an improved sealing function of the sliding surface can be provided.
  • the sliding component of the present invention is secondly characterized in that, in the first feature, the negative pressure generating mechanism is composed of dimples formed on the sliding surface. According to this feature, it is possible to prevent deposits from being deposited on the surface of the dimple, which is a negative pressure generating mechanism. A sliding part with improved functions can be provided.
  • the sliding component of the present invention is characterized in that, in the first feature, the negative pressure generating mechanism is formed on the sliding surface, and the fluid entering the sliding surface is discharged to the high pressure fluid side. It is characterized by comprising a groove. According to this feature, it is possible to prevent deposits from being deposited on the surface of the low pressure fluid side end portion of the pumping groove, which is a negative pressure generating mechanism, and to prevent the deposits from adhering to the land portion as well. As a result, it is possible to provide a sliding component with an improved sealing surface sealing function.
  • the sliding component according to the first feature wherein the negative pressure generating mechanism is provided on the low pressure side of the sliding surface and communicates with the high pressure fluid side and the low pressure fluid.
  • a negative pressure generating groove separated from the side by a land portion is provided.
  • the sliding component of the present invention is characterized in that the negative pressure generating mechanism is composed of a reverse Rayleigh step mechanism.
  • the negative pressure generating mechanism is composed of a reverse Rayleigh step mechanism.
  • a reverse Rayleigh step mechanism suitable as a negative pressure generating mechanism that can be formed on the sliding surface of the sliding component is provided, and precipitates are formed on the surface of the reverse Rayleigh step mechanism that is the negative pressure generating mechanism. Accumulation can be prevented, and as a result, adhesion of deposits is prevented even in the land portion, and as a result, a sliding component having an improved sealing function on the sliding surface can be provided.
  • the sliding component is characterized in that, in the fourth feature, the negative pressure generating mechanism is composed of a reverse spiral groove.
  • the negative pressure generating mechanism is composed of a reverse spiral groove.
  • the present invention has the following excellent effects. (1) Since at least the surface of the negative pressure generation mechanism is coated with a film of an anti-adhesion material, even if deposit-causing substances are precipitated by the negative pressure of the negative pressure generation mechanism, The antifouling property and low adhesion of the conductive material film can prevent deposits from accumulating on the surface of the negative pressure generation mechanism, and in turn prevent the deposits from adhering to the land. As a result, it is possible to provide a sliding component with an improved sealing surface sealing function.
  • Deposits can be prevented from accumulating on the surface of the dimple, which is a negative pressure generating mechanism, and as a result, deposits are prevented from adhering to the land as well, thereby improving the sliding surface sealing function.
  • a sliding part can be provided.
  • Deposits can be prevented from accumulating on the surface of the pumping groove, which is a negative pressure generating mechanism, and as a result, the deposits are prevented from adhering to the land as well.
  • An improved sliding component can be provided.
  • FIG. 1 shows a sliding surface of a sliding component according to Embodiment 1 of the present invention. It is a figure which shows the condition of the sliding surface in which the negative pressure generation groove
  • FIG. 4 is a diagram showing the state of a sliding surface provided with a negative pressure generating groove when a sealing test is performed using a sliding component coated with a diamond-like carbon film on a sealed fluid containing a deposit-causing substance. is there.
  • FIG. It is a figure explaining the reverse Rayleigh step which comprises the negative pressure generation mechanism which concerns on Example 1.
  • FIG. It is a figure which shows the reverse spiral groove which comprises the negative pressure generation mechanism which concerns on Example 2 of this invention. It is a figure which shows the dimple which comprises the negative pressure generation mechanism which concerns on Example 3 of this invention. It is a figure which shows the pumping groove which comprises the negative pressure generation mechanism which concerns on Example 4 of this invention.
  • Example 1 of this invention With reference to FIG. 1 thru
  • a mechanical seal which is an example of a sliding part will be described as an example.
  • the outer peripheral side of the sliding part which comprises a mechanical seal is demonstrated as a high pressure fluid side (sealed fluid side) and an inner peripheral side is a low pressure fluid side (atmosphere side), this invention is not limited to this The present invention can also be applied to the case where the high-pressure fluid side and the low-pressure fluid side are reversed.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a mechanical seal, which is an inside type that seals a sealed fluid on a high-pressure fluid side that is about to leak from the outer periphery of the sliding surface toward the inner peripheral direction.
  • a mechanical seal which is an inside type that seals a sealed fluid on a high-pressure fluid side that is about to leak from the outer periphery of the sliding surface toward the inner peripheral direction.
  • annular ring which is one sliding component provided on the rotary shaft 1 side for driving a pump impeller (not shown) on the high pressure fluid side via a sleeve 2 so as to be rotatable integrally with the rotary shaft 1.
  • a ring-shaped stationary side sealing ring 5 which is the other sliding part provided in the pump housing 4 in a non-rotating state and capable of moving in the axial direction.
  • the coiled wave spring 6 and the bellows 7 that urge the ring 5 in the axial direction are closely slid on the sliding surfaces S that are mirror-finished by lapping or the like. That is, this mechanical seal prevents the sealed fluid from flowing out from the outer periphery of the rotating shaft 1 to the atmosphere side on the sliding surfaces S of the rotating side sealing ring 3 and the stationary side sealing ring 5. .
  • FIG. 2 shows a sliding surface of the sliding component according to the first embodiment of the present invention.
  • a negative pressure generating mechanism is provided on the sliding surface of the stationary seal ring 5 in FIG. Will be explained. The same applies to the case where a negative pressure generating mechanism is provided on the sliding surface of the rotation-side seal ring 3.
  • the outer peripheral side of the sliding surface S of the stationary seal ring 5 is the high-pressure fluid side
  • the inner peripheral side is the low-pressure fluid side, for example, the atmosphere side
  • the counterpart sliding surface rotates counterclockwise.
  • the sliding surface of the stationary seal ring 5 communicates with the high-pressure fluid side and is connected to the low-pressure fluid side by a smooth portion R of the sliding surface S (in the present invention, sometimes referred to as a “land portion”).
  • the isolated fluid circulation grooves 10 are provided in four circumferential directions in the circumferential direction.
  • the fluid circulation groove 10 includes an inlet portion 10a that enters from the high-pressure fluid side, an outlet portion 10b that exits to the high-pressure fluid side, and a communication portion 10c that communicates the inlet portion 10a and the outlet portion 10b in the circumferential direction. Is isolated by a land portion R.
  • the fluid circulation groove 10 plays a role of positively introducing and discharging the sealed fluid from the high-pressure fluid side to the sliding surface in order to prevent the fluid containing corrosion products and the like from being concentrated on the sliding surface.
  • the inlet portion 10a and the outlet portion 10b are formed so that the fluid to be sealed is taken into the sliding surface in accordance with the rotation direction of the mating sliding surface and is easily discharged, while reducing leakage. Therefore, it is isolated from the low-pressure fluid side by the land portion R.
  • the inlet portion 10a and the outlet portion 10b are linearly formed from the center of the sliding surface in the radial direction.
  • the present invention is not limited to this, and the inlet portion 10a and the outlet portion 10b
  • the inclination may be further increased and may be a curved line (such as an arc) instead of a straight line.
  • the width and depth of the fluid circulation groove 10 are set to optimum values according to the pressure and type (viscosity) of the sealed fluid.
  • the sliding surface provided with the fluid circulation groove 10 is provided with a positive pressure generation mechanism 11 including a positive pressure generation groove 11a shallower than the fluid circulation groove 10 in a portion surrounded by the fluid circulation groove 10 and the high-pressure fluid side. Yes.
  • the positive pressure generating mechanism 11 increases the fluid film between the sliding surfaces by generating a positive pressure (dynamic pressure), thereby improving the lubrication performance.
  • the positive pressure generating groove 11a communicates with the inlet portion of the fluid circulation groove 10, and is separated from the outlet portion 10b and the high pressure fluid side by the land portion R.
  • the positive pressure generation mechanism 11 includes a Rayleigh step mechanism including a positive pressure generation groove 11a and a Rayleigh step 11b communicating with the inlet 10a of the fluid circulation groove 10, but is not limited thereto.
  • it may be constituted by a femto groove with a dam. In short, any mechanism that generates positive pressure may be used.
  • the sliding surface of the stationary seal ring 5 is further outside the portion surrounded by the fluid circulation groove 10 and the high-pressure fluid side, that is, between the adjacent fluid circulation grooves 10 and 10.
  • a reverse Rayleigh step mechanism 12 that constitutes a negative pressure generating mechanism is provided on the low pressure side in the radial direction of the sliding surface.
  • the reverse Rayleigh step mechanism 12 includes a groove 12a and a reverse Rayleigh step 12b constituting a negative pressure generating groove shallower than the fluid circulation groove 10, and the groove 12a is separated from the low-pressure fluid side by a land portion R and downstream.
  • the upstream reverse Rayleigh step 12 b communicates with the inlet portion 10 a of the fluid circulation groove 10 and is isolated from the upstream fluid circulation groove 10 by the land portion R.
  • the reverse Rayleigh step mechanism 12 constituting the negative pressure generating mechanism takes into the groove 12a the sealed fluid that is about to leak from the high pressure fluid side to the low pressure fluid side due to the generation of the negative pressure, and the fluid circulation groove 10 To prevent the leakage between the adjacent fluid circulation grooves 10 and 10 where the Rayleigh step mechanism 12 is not provided.
  • the sealing property of the entire sliding surface is improved.
  • the reverse Rayleigh step mechanism 12 will be described in detail later. Further, an optimal number can be appropriately selected as the equal number of the fluid circulation groove 10, the Rayleigh step mechanism 11, and the reverse Rayleigh step mechanism 12, and the ratio of the lengths of the Rayleigh step mechanism 11 and the reverse Rayleigh step mechanism 12.
  • the depth and width of the fluid circulation groove 10, the positive pressure generating groove 11a of the positive pressure generating mechanism 11, and the groove 12a of the reverse Rayleigh step mechanism 12 are the diameter of the sliding component, the sliding surface width and the relative moving speed, and the sealing. In addition, it is of a nature appropriately determined according to the lubrication conditions and the like. As an example, when the diameter of the sliding component is about 20 mm and the sliding surface width is about 2 mm, the width of the positive pressure generating groove 11 and the groove 12a is 0.4 to 0.6 mm, and the depth is several hundred nanometers to The width of the inner peripheral seal surface 16 is 0.2 to 0.4 mm. The width of the fluid circulation groove 10 is sufficient to circulate a high-pressure fluid, and the depth is several tens ⁇ m to several hundreds ⁇ m.
  • the surface of the groove 12a is covered with a diamond-like carbon film (also referred to as “DLC film”) 15.
  • DLC film diamond-like carbon film
  • the diamond-like carbon film 15 is formed by a CVD method (chemical vapor deposition method), a PVD method (physical vapor deposition method), a sputtering method, an ion plating method, or the like.
  • the DLC material is amorphous, and the bonding form between carbons consists of both a diamond structure (SP3 bond) and a graphite bond (SP2 bond).
  • SP3 bond a diamond structure
  • SP2 bond graphite bond
  • aC amorphous carbon
  • aC amorphous carbon
  • aC hydrogen amorphous carbon
  • MeC partially including metal elements such as titanium (Ti) and molybdenum (Mo).
  • Etc. can be used.
  • the thickness of the diamond-like carbon film 15 is not particularly limited. For example, when the thickness is set to about 0.5 ⁇ m, the depth of the groove 12a is several ⁇ m, which affects the negative pressure generation of the reverse Rayleigh step mechanism 12. There is no effect.
  • the formed diamond-like carbon film does not have crystal grain boundaries because of its amorphous structure, and therefore has a very smooth surface compared to a hard thin film having a polycrystalline structure.
  • the diamond-like carbon film has excellent properties such as high hardness, high wear resistance, low friction coefficient, high chemical stability, and high seizure resistance.
  • the diamond-like carbon film is particularly preferable. Focusing on the antifouling properties and low adhesion properties of diamond, a diamond-like carbon film is coated on the surface of the negative pressure generation mechanism where deposits are likely to be deposited and generated, and the deposits adhere to the surface of the negative pressure generation mechanism -Prevents accumulation, prevents adhesion of deposits on the sliding surface, and improves the sealing function of the sliding surface.
  • FIG. 3 shows a reverse Rayleigh step when a sealed test is performed using a sliding component in which a groove 12a of the reverse Rayleigh step mechanism 12 is not coated with the diamond-like carbon film 15 on a sealed fluid containing a deposit generation cause substance. It is a figure which shows the condition of the sliding surface in which the mechanism 12 was provided. At the end of the sealing test, water was allowed to flow on the sliding surface provided with the negative pressure generating groove and photographed in a state where the air was blown, and deposits were observed on the groove 12a and the land. The height of the deposition was about 5 ⁇ m.
  • FIG. 4 shows a reverse Rayleigh when a sealed test is performed using a sliding component in which a groove 12a of the reverse Rayleigh step mechanism 12 is coated with a diamond-like carbon film 15 on a sealed fluid containing a deposit generation cause substance. It is a figure which shows the condition of the sliding surface in which the step mechanism 12 was provided. At the end of the sealing test, water was poured onto the sliding surface provided with the reverse Rayleigh step mechanism 12 and then taken with a photograph in an air blown state. Deposits were deposited on the groove 12a and the land R. There wasn't.
  • the reverse Rayleigh step mechanism 12 will be described with reference to FIG. 5A, it is assumed that the rotation-side sealing ring 3 rotates in the clockwise direction and the opposite fixed-side sealing ring 5 rotates in the counterclockwise direction, as indicated by arrows.
  • a reverse Rayleigh step 12b (spreading step) is formed on the sliding surface S of the fixed-side seal ring 5 so as to be perpendicular to the relative movement direction and facing the downstream side, and a groove portion is formed on the downstream side of the reverse Rayleigh step 12b. 12a is formed.
  • the sliding surface of the opposite rotation side sealing ring 3 is flat.
  • FIG. 5 (b) shows the reverse Rayleigh step 12b of FIG. 5 (a) modified to a linear inclined surface 12b-1
  • FIG. 5 (c) is the reverse of FIG. 5 (a).
  • the Rayleigh step 12b is changed to a curved inclined surface 12b-2.
  • a negative pressure substantially the same as that in FIG. 5A is generated.
  • the mechanism shown in FIGS. 5B and 5C is called a reverse deformation Rayleigh step mechanism and is included in the reverse Rayleigh step.
  • the sliding component includes the annular fixed-side seal ring 5 that is fixed to the fixed side, and the annular rotary-side seal ring 3 that rotates together with the rotary shaft 1. Sliding to seal the high-pressure fluid existing on one side in the radial direction of the sliding surfaces that slide relative to each other by rotating each sliding surface facing the fixed seal ring 5 and the rotating seal ring 3 relative to each other.
  • a negative pressure that generates a negative pressure on the sliding surface of either the fixed-side seal ring 5 or the rotary-side seal ring 3 due to relative rotational sliding between the fixed-side seal ring 5 and the rotary-side seal ring 3.
  • a reverse Rayleigh step mechanism 12 that is a generating mechanism is provided.
  • the reverse Rayleigh step mechanism 12 is provided on the low pressure side of the sliding surface, communicates with the high pressure fluid side, and is separated from the low pressure fluid side by the land portion R.
  • Groove 12a which is a negative pressure generating groove Since the surface of the reverse Rayleigh step mechanism 12 is covered with the diamond-like carbon film 15, even if deposit-causing substances are deposited by the negative pressure of the reverse Rayleigh step mechanism 12, the antifouling property of the diamond-like carbon film 15 is maintained. Therefore, it is possible to prevent the deposit from depositing on the surface of the groove 12a due to the property and the low adhesion, and as a result, the adhesion of the deposit is also prevented in the land portion R.
  • a sliding component with an improved sealing function can be provided.
  • Example 2 of this invention With reference to FIG. 6, the sliding component which concerns on Example 2 of this invention is demonstrated.
  • the same reference numerals as those in the first embodiment denote the same members as those in the first embodiment, and duplicate descriptions are omitted.
  • the reverse spiral groove 20 which is a negative pressure generating mechanism is isolated by the land portion R without directly communicating with the low pressure fluid side.
  • the reverse spiral groove 20 is provided over the entire sliding surface of the stationary seal ring 5. Further, the high pressure side end 20 a of the reverse spiral groove 20 communicates with the pressure release groove 21, and a part of the pressure release groove 21 is connected to the high pressure fluid side via the radial groove 22.
  • the reverse spiral groove 20 sucks the fluid leaking from the high-pressure fluid by generating a negative pressure by the relative rotational movement with the mating sliding surface, and moves to the high-pressure fluid side through the pressure release groove connected to the high-pressure fluid side. Push back. Then, cavitation occurs in the reverse spiral groove 20, precipitates are generated in the reverse spiral groove 20, and the deposits adhere to and accumulate on the reverse spiral groove 20 and the land portion R, which becomes a factor of reducing the sealing performance. ing.
  • the reverse spiral groove 20 is covered with the diamond-like carbon film 15 similar to that in the first embodiment. Since the surface of the reverse spiral groove 20 which is a negative pressure generating mechanism is covered with the diamond-like carbon film 15, even when deposit-causing substances are deposited by the negative pressure of the reverse spiral groove 20, the diamond-like carbon film 15 Due to the antifouling property and low adhesion property, the deposit is prevented from depositing on the surface of the reverse spiral groove 20 and adhering to the land portion R, and a sliding part with improved sliding surface sealing function is provided. Can provide.
  • Example 2 of this invention With reference to FIG. 7, the sliding component which concerns on Example 2 of this invention is demonstrated.
  • the same reference numerals as those in the first embodiment denote the same members as those in the first embodiment, and duplicate descriptions are omitted.
  • a plurality of quadrilateral dimples 25 are provided in the circumferential direction on the sliding surface S between the fixed-side seals 5.
  • the dimples 25 are not in communication with the high pressure fluid side and the low pressure fluid side, and the dimples 25 are provided independently of each other.
  • the number, area, and depth of the dimples 25 are set to optimum values depending on conditions such as the diameter and surface width of the stationary ring 5 and the differential pressure between the high-pressure fluid side and the low-pressure fluid side.
  • the shallow dimples are preferable in terms of fluid lubrication and liquid film formation.
  • the rotation-side seal ring 3 rotates counterclockwise with respect to the fixed-side seal ring 5, but when the dimple 25 is formed on the sliding surface S of the fixed ring 5.
  • a narrowing gap (step) 25a exists on the downstream side of the dimple 25, and an expanding gap (step) 25b exists on the upstream side.
  • the fluid interposed between the sliding surfaces of the stationary seal ring 5 and the rotary seal ring 3 tends to follow the moving direction of the rotary seal ring 3 due to its viscosity.
  • a positive pressure is generated by the presence of 25a, and a dynamic pressure (negative pressure) as shown by a broken line is generated by the presence of the expansion gap (step) 25b.
  • a positive pressure is generated on the downstream side in the dimple 25 and a negative pressure is generated on the upstream side. Then, cavitation occurs in the negative pressure generation region on the upstream side, precipitates are generated in the negative pressure generation region, and the deposits adhere and accumulate in the negative pressure generation region and the land portion R, thereby improving the sealing performance. It is a factor to decrease.
  • the dimple 25 is covered with the diamond-like carbon film 15 similar to that in the first embodiment. Since the surface of the dimple 25 that generates a positive pressure and a negative pressure is covered with the diamond-like carbon film 15, a deposit-causing substance is deposited in the dimple 25 due to the negative pressure near the expansion gap (step) 25 b. However, the antifouling property and low adhesion of the diamond-like carbon film 15 can prevent deposits from accumulating on the surface of the dimple 25 and adhering to the land portion R, and has a sliding surface sealing function. It is possible to provide a sliding component with improved performance.
  • the diamond-like carbon film 15 may be covered not only on the entire surface of the dimple 25 but only on the negative pressure generation region on the upstream side.
  • Example 2 of this invention With reference to FIG. 8, the sliding component which concerns on Example 2 of this invention is demonstrated.
  • the same reference numerals as those in the first embodiment denote the same members as those in the first embodiment, and duplicate descriptions are omitted.
  • the sliding surface S of the fixed-side sealing ring 5 is provided with a spiral groove 30 having an angle for discharging the fluid to the high-pressure fluid side by relative sliding with the counterpart sliding surface.
  • the fluid is pushed back to the high pressure fluid side by the viscous pump effect of 30 to prevent leakage.
  • Vapor cavitation may occur in the portion of the low-pressure fluid side end of the spiral groove 30 (upstream portion of the fluid flow accompanying relative movement with the mating sliding surface, the inner peripheral side in FIG. 8),
  • a silicate-based coolant is used as the fluid to be sealed, precipitates are generated at the low-pressure fluid side end portion 31 of the spiral groove 30 where steam cavitation occurs, and adhere to and accumulate on the land portion R. This is a factor that reduces the sealing performance.
  • the spiral groove 30 is coated with the same diamond-like carbon film 15 as in the first embodiment. Since the surface of the spiral groove 30 is covered with the diamond-like carbon film 15, the diamond-like carbon film is formed even when a deposit-causing substance is deposited in the spiral groove 30 due to the negative pressure near the low-pressure fluid side end 31. 15 has an antifouling property and low adhesion, so that deposits can be prevented from adhering and accumulating on the surface of the spiral groove 30 and the land portion R, and the sliding function improves the sealing function of the sliding surface. Can provide parts.
  • the diamond-like carbon film 15 may be covered not only on the entire surface of the spiral groove 30 but only on the upstream negative pressure generating region.
  • the reverse Rayleigh step mechanism 12 the reverse spiral groove 20, the dimple 25, and the spiral groove 30 have been described as the negative pressure generation mechanism.
  • the undulation also includes a negative pressure generating portion.
  • the surface of the negative pressure generating portion of the negative pressure generating mechanism provided on the sliding surface of either the fixed side sealing ring or the rotating side sealing ring is coated with the diamond-like carbon film 15.
  • the entire sliding surface may be covered.
  • the deposit may adhere to and accumulate on the land portion R as well as the surface of the negative pressure generating portion of the negative pressure generating mechanism.
  • the sliding surface may be covered.
  • the film of the anti-adhesion material coated on the surface of the negative pressure generating mechanism is a diamond-like carbon film, but is not limited thereto, and is not limited thereto. Any film may be used as long as it is formed of any one of resin (PTFE), fluorine, titanium nitride (TiN), and silicon resin.

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Abstract

摺動面の負圧部分における析出物の堆積を防止する。固定側密封環（５）または回転側密封環（３）のいずれか一方の摺動面には、固定側密封環（５）と回転側密封環（３）との相対回転摺動により負圧を発生する負圧発生機構（１２）が設けられ、少なくとも負圧発生機構（１２）の表面は耐凝着性材料の膜（１５）により被覆されていることを特徴としている。

Description

摺動部品
　本発明は、例えば、メカニカルシール、軸受、その他、摺動部に適した摺動部品に関する。特に、摺動面に流体を介在させて摩擦を低減させるとともに、摺動面から流体が漏洩するのを防止する必要のある密封環または軸受などの摺動部品に関する。
　摺動部品の一例である、メカニカルシールにおいて、その性能は、漏れ量、摩耗量、及びトルクによって評価される。従来技術ではメカニカルシールの摺動材質や摺動面粗さを最適化することにより性能を高め、低漏れ、高寿命、低トルクを実現している。しかし、近年の環境問題に対する意識の高まりから、メカニカルシールの更なる性能向上が求められており、従来技術の枠を超える技術開発が必要となっている。
　これに対応すべく、本出願人は、メカニカルシール等の摺動部品において、トルク低減と漏れ量低減の二律背反を両立させるため、摺動面に、例えば、レイリーステップ、逆レイリーステップ、逆スパイラルグルーブ、Ｕ字あるいはナノレベルの凹凸等の表面テクスチャを用いたメカニカルシールが本出願人らによって開発されている（例えば、特許文献１、２及び３参照。）。
　また、従来より、例えば、水冷式エンジンの冷却に用いられるウォーターポンプのメカニカルシールにおいては、時間の経過とともに不凍液の一種であるＬＬＣの添加剤、例えばシリケートやリン酸塩など（以下、「堆積物発生原因物質」という。）が、摺動面で濃縮され、堆積物が生成され、メカニカルシールの機能が低下されるおそれのあることが確認されている。この堆積物の生成は薬品やオイルを扱う機器のメカニカルシールにおいても同様に発生する現象と考えられる。
　本発明者らの研究によれば、表面テクスチャを用いたメカニカルシールにおいては、その特性により摺動面内で負圧が発生することがあるが、その負圧により摺動面内に侵入した被密封流体が蒸発することで堆積物発生原因物質が過度に析出・生成され、堆積物が加速度的に発生し、メカニカルシールの機能が低下するおそれのあることが実験において確認されている。また、摺動面外に漏洩した濃縮・蒸発した流体が負圧により引き戻されることがあり、それにより摺動面に堆積されることもある。
　摺動面における堆積物の発生を防止するため、本出願人は、先に、被密封流体を高圧流体側に押し戻すための高圧流体側に連通するポンピング溝の低圧流体側端部（相手摺動面との相対運動に伴う流体流れの上流側部分。）の負圧を緩和して蒸気性キャビテーションの発生を防止することにより、ポンピング溝の低圧流体側端部における析出物の発生を防止するようにした発明を特許出願している（特許文献４参照。）。
　また、同様に、流体を高圧流体側へ排出する流体排出手段を備えた摺動部品において、流体排出手段よりも低圧側の摺動面には低圧流体の高圧流体側への進入を緩和する緩衝溝を設け、この緩衝溝が低圧流体側から摺動面に進入する低圧流体の高圧流体に対する緩衝（バッファー）となり、摺動面が低圧流体（例えば空気）で満たされるまでの時間を遅延させ、高圧流体の脱水縮合反応を抑制するようにした発明も特許出願している（特許文献５参照。）。
ＷＯ　２０１２／０４６７４９　Ａ１ ＷＯ　２０１４／１１２４５５　Ａ１ ＷＯ　２０１４／１４８３１６　Ａ１ ＷＯ　２０１４／１０３６３１　Ａ１ ＷＯ　２０１４／１７４７２５　Ａ１
　しかしながら、上記の特許文献４及び５に記載の発明では、摺動面に堆積物発生原因物質の堆積物が生成するのを防止するため、摺動面に新たな溝を設ける必要があるが、摺動面に堆積物生成防止のための溝が設けられると摺動部分の面積が減少し、摺動面の面圧が増大して摩耗が促進されるという問題があった。
　本発明は、摺動面の負圧により摺動面内に侵入した被密封流体が蒸発することで堆積物発生原因物質が析出・生成される場合でも、負圧部分における析出物の堆積を防止することにより、ランド部における堆積物の付着を防止し、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供することを目的とするものである。
〔原理〕
　本発明は、耐凝着性材料の持つ防汚性及び低凝着性の特性に着目し、堆積物が析出・生成されやすい負圧発生機構の表面に耐凝着性材料の膜を被覆し、負圧発生機構の表面において堆積物が堆積されるのを防止し、摺動面における堆積物の付着を防止し、摺動面のシール機能を向上させるようにしたものである。耐凝着性材料の膜のうち、特に、ダイヤモンドライクカーボン膜は、高硬度、高耐摩耗性、低摩擦係数、高化学安定性及び高耐焼き付き性などの優れた特性を有する。
　なお、本発明において、耐凝着性材料とは、堆積物発生原因物質に対して防汚性及び低凝着性を有する材料であり、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ダイヤモンド、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）、フッ素、窒化チタン（ＴｉＮ）、及び、シリコン樹脂のいずれかの材料を意味する。
〔手段〕
　上記目的を達成するため本発明の摺動部品は、第１に、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高圧流体を密封する摺動部品において、
　前記固定側密封環または前記回転側密封環のいずれか一方の摺動面には、前記固定側密封環と前記回転側密封環との相対回転摺動により負圧を発生する負圧発生機構が設けられ、
　少なくとも前記負圧発生機構の表面は耐凝着性材料の膜により被覆されていることを特徴としている。
　この特徴によれば、負圧発生機構の負圧により堆積物発生原因物質が析出される場合でも、耐凝着性材料の膜の持つ防汚性及び低凝着性により、負圧発生機構の表面に析出物が堆積するのを防止することができ、ひいては、ランド部においても堆積物の付着が防止される結果、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
　また、本発明の摺動部品は、第２に、第１の特徴において、前記負圧発生機構が前記摺動面に形成されたディンプルから構成されることを特徴としている。
　この特徴によれば、負圧発生機構であるディンプルの表面に析出物が堆積するのを防止することができ、ひいては、ランド部においても堆積物の付着が防止される結果、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
　また、本発明の摺動部品は、第３に、第１の特徴において、前記負圧発生機構が前記摺動面に形成され、前記摺動面に浸入する流体を高圧流体側に排出するポンピング溝から構成されることことを特徴としている。
　この特徴によれば、負圧発生機構であるポンピング溝の低圧流体側端部の表面に析出物が堆積するのを防止することができ、ひいては、ランド部においても堆積物の付着が防止される結果、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
　また、本発明の摺動部品は、第４に、第１の特徴において、前記負圧発生機構は、前記摺動面の低圧側に位置して設けられ、高圧流体側と連通するとともに低圧流体側とはランド部により隔離された負圧発生溝を備えることことを特徴としている。
　この特徴によれば、高圧流体側から低圧流体側への流体の漏洩を効果的に防止できるようにしたものにおいて、負圧発生機構である負圧発生溝の表面に析出物が堆積するのを防止することができ、ひいては、ランド部においても堆積物の付着が防止される結果、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
　また、本発明の摺動部品は、第５に、第４の特徴において、前記負圧発生機構が逆レイリーステップ機構から構成されることを特徴としている。
　この特徴によれば、摺動部品の摺動面に形成可能な負圧発生機構として好適な逆レイリーステップ機構を備えたもにおいて、負圧発生機構である逆レイリーステップ機構の表面に析出物が堆積するのを防止することができ、ひいては、ランド部においても堆積物の付着が防止される結果、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
　また、本発明の摺動部品は、第６に、第４の特徴において、前記負圧発生機構が逆スパイラルグルーブから構成されることを特徴としている。
　この特徴によれば、摺動部品の摺動面に形成可能な負圧発生機構として好適な逆スパイラルグルーブを備えたものにおいて、負圧発生機構である逆スパイラルグルーブの表面に析出物が堆積するのを防止することができ、ひいては、ランド部においても堆積物の付着が防止される結果、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
　本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）少なくとも前記負圧発生機構の表面は耐凝着性材料の膜により被覆されていることにより、負圧発生機構の負圧により堆積物発生原因物質が析出される場合でも、耐凝着性材料の膜の持つ防汚性及び低凝着性により、負圧発生機構の表面に析出物が堆積するのを防止することができ、ひいては、ランド部においても堆積物の付着が防止される結果、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
（２）負圧発生機構であるディンプルの表面に析出物が堆積するのを防止することができ、ひいては、ランド部においても堆積物の付着が防止される結果、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
（３）負圧発生機構であるポンピング溝の表面に析出物が堆積するのを防止することができ、ひいては、ランド部においても堆積物の付着が防止される結果、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
（４）高圧流体側から低圧流体側への流体の漏洩を効果的に防止できるようにしたものにおいて、負圧発生機構である負圧発生溝の表面に析出物が堆積するのを防止することができ、ひいては、ランド部においても堆積物の付着が防止される結果、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
（５）摺動部品の摺動面に形成可能な負圧発生機構として好適な逆レイリーステップ機構を備えたものにおいて、負圧発生機構である逆レイリーステップ機構の表面に析出物が堆積するのを防止することができ、ひいては、ランド部においても堆積物の付着が防止される結果、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
（６）摺動部品の摺動面に形成可能な負圧発生機構として好適な逆スパイラルグルーブを備えたものにおいて、負圧発生機構である逆スパイラルグルーブの表面に析出物が堆積するのを防止することができ、ひいては、ランド部においても堆積物の付着が防止される結果、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
本発明の実施例１に係るメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。 本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面を示したものである。 堆積物発生原因物質を含んだ被密封流体をダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されない摺動部品を用いて密封試験を行った際の負圧発生溝が設けられた摺動面の状況を示す図である。 堆積物発生原因物質を含んだ被密封流体をダイヤモンドライクカーボン膜が被覆された摺動部品を用いて密封試験を行った際の負圧発生溝が設けられた摺動面の状況を示す図である。 実施例１に係る負圧発生機構を構成する逆レイリーステップを説明する図である。 本発明の実施例２に係る負圧発生機構を構成する逆スパイラルグルーブを示す図である。 本発明の実施例３に係る負圧発生機構を構成するディンプルを示す図である。 本発明の実施例４に係る負圧発生機構を構成するポンピング溝を示す図である。
　以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に説明する。ただし、この実施例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。
　図１乃至図５を参照して、本発明の実施例１に係る摺動部品について説明する。
　なお、本実施例においては、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。
　図１は、メカニカルシールの一例を示す縦断面図であって、摺動面の外周から内周方向に向かって漏れようとする高圧流体側の被密封流体を密封する形式のインサイド形式のものであり、高圧流体側のポンプインペラ（図示省略）を駆動させる回転軸１側にスリーブ２を介してこの回転軸１と一体的に回転可能な状態に設けられた一方の摺動部品である円環状の回転側密封環３と、ポンプのハウジング４に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた他方の摺動部品である円環状の固定側密封環５とが設けられ、固定側密封環５を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング６及びベローズ７によって、ラッピング等によって鏡面仕上げされた摺動面Ｓ同士で密接摺動するようになっている。すなわち、このメカニカルシールは、回転側密封環３と固定側密封環５との互いの摺動面Ｓにおいて、被密封流体が回転軸１の外周から大気側へ流出するのを防止するものである。
　図２は、本発明の実施例１に係る摺動部品の摺動面を示したもので、図１の固定側密封環５の摺動面に負圧発生機構が設けられた場合を例にして説明するものである。
　なお、回転側密封環３の摺動面に負圧発生機構が設けられる場合も同様である。
　図２において、固定側密封環５の摺動面Ｓの外周側が高圧流体側であり、また、内周側が低圧流体側、例えば大気側であり、相手摺動面は反時計方向に回転するものとする。
　固定側密封環５の摺動面には、高圧流体側に連通されるとともに低圧流体側とは摺動面Ｓの平滑部Ｒ（本発明においては、「ランド部」ということがある。）により隔離された流体循環溝１０が周方向に４等配で設けられている。
　流体循環溝１０は、高圧流体側から入る入口部１０ａ、高圧流体側に抜ける出口部１０ｂ、及び、入口部１０ａ及び出口部１０ｂとを周方向に連通する連通部１０ｃから構成され、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。流体循環溝１０は、摺動面において腐食生成物などを含む流体が濃縮されることを防止するため、積極的に高圧流体側から被密封流体を摺動面上に導入し排出するという役割を担うものであり、相手摺動面の回転方向に合わせて摺動面上に被密封流体を取り入れ、かつ、排出しやすいように入口部１０ａ及び出口部１０ｂが形成される一方、漏れを低減するため、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。本例では、入口部１０ａ及び出口部１０ｂは摺動面の中心から放射方向に向けた直線状に形成されているが、特にこれに限定されるものではなく、入口部１０ａ及び出口部１０ｂの傾きをさらに大きくしてもよく、また、直線状ではなく曲線状（円弧状など）にしてもよい。また、流体循環溝１０の幅及び深さは、被密封流体の圧力、種類（粘性）などに応じて最適なものに設定される。
　流体循環溝１０が設けられた摺動面には、流体循環溝１０と高圧流体側とで囲まれる部分に流体循環溝１０より浅い正圧発生溝１１ａを備える正圧発生機構１１が設けられている。正圧発生機構１１は、正圧（動圧）を発生することにより摺動面間の流体膜を増加させ、潤滑性能を向上させるものである。
　正圧発生溝１１ａは流体循環溝１０の入口部に連通し、出口部１０ｂ及び高圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されている。
　本例では、正圧発生機構１１は、流体循環溝１０の入口部１０ａに連通する正圧発生溝１１ａ及びレイリーステップ１１ｂを備えたレイリーステップ機構から構成されるが、これに限定されることなく、例えば、ダム付きフェムト溝で構成してもよく、要は、正圧を発生する機構であればよい。
　図２において、固定側密封環５の摺動面には、さらに、流体循環溝１０と高圧流体側とで囲まれた部分の外側、すなわち、隣接する流体循環溝１０、１０の間であって摺動面の径方向における低圧側には、負圧発生機構を構成する逆レイリーステップ機構１２が設けられている。逆レイリーステップ機構１２は、流体循環溝１０より浅い負圧発生溝を構成するグルーブ１２ａ及び逆レイリーステップ１２ｂからなり、グルーブ１２ａは、低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離されているとともに、下流側において流体循環溝１０の入口部１０ａに連通し、上流側の逆レイリーステップ１２ｂはランド部Ｒにより上流側の流体循環溝１０と隔離されている。
 本実施例１において、負圧発生機構を構成する逆レイリーステップ機構１２は、負圧の発生により高圧流体側から低圧流体側に漏洩しようとする被密封流体をグルーブ１２ａに取り込み、流体循環溝１０を介して高圧流体側に戻し、密封性を向上させる役割を果たすもので、レイリーステップ機構１２の設けられていない部分であるところの隣接する流体循環溝１０と１０との間における漏洩を防止し、摺動面全体の密封性を向上させるものである。
　なお、逆レイリーステップ機構１２については、後記において詳細に説明する。
　また、流体循環溝１０、レイリーステップ機構１１及び逆レイリーステップ機構１２の等配数やレイリーステップ機構１１と逆レイリーステップ機構１２の長さの比は、適宜最適なものを選定できる。
　流体循環溝１０、正圧発生機構１１の正圧発生溝１１ａ及び逆レイリーステップ機構１２のグルーブ１２ａの深さ及び幅は、摺動部品の径、摺動面幅及び相対移動速度、並びに、密封及び潤滑の条件等に応じて適宜決定される性質のものである。
　一例として示すと、摺動部品の径が約２０ｍｍ、摺動面幅が約２ｍｍの場合、正圧発生溝１１及びグルーブ１２ａの幅は０．４～０．６ｍｍ、深さは数百ナノ～１μｍであり、内周側のシール面１６の幅は０．２～０．４ｍｍである。また、流体循環溝１０の幅は高圧の流体を循環させるために十分の幅であり、深さは数十μｍ～数百μｍである。
　逆レイリーステップ機構１２のグルーブ１２ａは負圧になるため、グルーブ１２ａ内に侵入した被密封流体が蒸発し、堆積物発生原因物質が過度に析出・生成され、グルーブ１２ａ内で堆積し、ランド部Ｒに付着・堆積し、密封性を低下させる要因となっている。
　このため、本実施例においては、グルーブ１２ａの表面にダイヤモンドライクカーボン膜（「ＤＬＣ膜」ともいう。）１５が被覆されている。
　ダイヤモンドライクカーボン膜１５は、ＣＶＤ法（化学気相蒸着法）やＰＶＤ法（物理気相蒸着法）、あるいは、スパッタリング法やイオンプレーティング法などにより成膜される。
　ＤＬＣ材料は、非晶質のものであって、炭素同士の結合形態がダイヤモンド構造（ＳＰ３結合）とグラファイト結合（ＳＰ２結合）の両方から成る。例えば、炭素元素だけから成るａ－Ｃ（アモルファスカーボン）、水素を含有するａ－Ｃ：Ｈ（水素アモルファスカーボン）、及びチタン（Ｔｉ）やモリブデン（Ｍｏ）等の金属元素を一部に含むＭｅＣなどを用いることができる。
　ダイヤモンドライクカーボン膜１５の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．５μｍ程度に設定した場合、グルーブ１２ａの深さが数μｍであるから、逆レイリーステップ機構１２の負圧発生に影響を及ぼすことはない。
　成膜されたダイヤモンドライクカーボン膜は、アモルファス構造のため結晶粒界を持たないことから多結晶構造の硬質薄膜と比べて非常に平滑な表面をしている。
　ダイヤモンドライクカーボン膜は、高硬度、高耐摩耗性、低摩擦係数、高化学安定性及び高耐焼き付き性などの優れた特性を有するものであり、本実施例においては、特に、ダイヤモンドライクカーボン膜の持つ防汚性及び低凝着性の特性に着目し、堆積物が析出・生成されやすい負圧発生機構の表面にダイヤモンドライクカーボン膜を被覆し、負圧発生機構の表面において析出物が付着・堆積されるのを防止し、摺動面における堆積物の付着を防止し、摺動面のシール機能を向上させるようにしたものである。
　図３は、堆積物発生原因物質を含んだ被密封流体を、逆レイリーステップ機構１２のグルーブ１２ａにダイヤモンドライクカーボン膜１５が被覆されない摺動部品を用いて密封試験を行った際の逆レイリーステップ機構１２が設けられた摺動面の状況を示す図である。
　密封試験の最後に、負圧発生溝が設けられた摺動面に水を流水後、エアブローした状態において写真で撮影したもので、グルーブ１２ａ及びランド部に析出物の堆積が認められた。堆積の高さは約５μｍであった。
　図４は、堆積物発生原因物質を含んだ被密封流体を、逆レイリーステップ機構１２のグルーブ１２ａにダイヤモンドライクカーボン膜１５が被覆された摺動部品を用いて密封試験を行った際の逆レイリーステップ機構１２が設けられた摺動面の状況を示す図である。
　密封試験の最後に、逆レイリーステップ機構１２が設けられた摺動面に水を流水後、エアブローした状態において写真で撮影したもので、グルーブ１２ａ及びランド部Ｒには析出物の堆積は認められなかった。
　上記のように、逆レイリーステップ機構１２のグルーブ１２ａにダイヤモンドライクカーボン膜１５が被覆されない場合、グルーブ１２ａの表面及びランド部Ｒには堆積物発生原因物質の堆積が認められたが、逆レイリーステップ機構１２のグルーブ１２ａにダイヤモンドライクカーボン膜が被覆された場合、グルーブ１２ａの表面及びランド部Ｒには堆積物発生原因物質の堆積は認められなかった。これは、逆レイリーステップ機構１２の負圧により堆積物発生原因物質が析出される場合でも、ダイヤモンドライクカーボン膜１５の持つ防汚性及び低凝着性により、析出物がグルーブ１２ａの表面に付着、堆積することができなかったため、グルーブ１２ａのみならずランド部Ｒにも析出物の堆積が防止されたものと推定される。
　ここで、図５を参照しながら逆レイリーステップ機構１２について説明する。
　図５（ａ）において、矢印で示すように、回転側密封環３は時計方向に、相対する固定側密封環５は反時計方向に相対回転するものとする。固定側密封環５の摺動面Ｓには、相対的移動方向と垂直かつ下流側に面して逆レイリーステップ１２ｂ（広がり段差）が形成され、該逆レイリーステップ１２ｂの下流側にはグルーブ部１２ａが形成されている。相対する回転側密封環３の摺動面は平坦である。
　回転側密封環３及び固定側密封環５が矢印で示す方向に相対移動すると、両密封環３及び５の摺動面Ｓ間に介在する流体が、その粘性によって、密封環３または５の移動方向に追随移動しようとするため、その際、逆レイリーステップ１２ｂの存在によって破線で示すような動圧（負圧）を発生する。
　図５（ｂ）は、図５（ａ）の逆レイリーステップ１２ｂを直線的な傾斜面１２ｂ－１に形状変更したものであり、また、　図５（ｃ）は、図５（ａ）の逆レイリーステップ１２ｂを曲線的な傾斜面１２ｂ－２に形状変更したものである。図５（ｂ）及び（ｃ）の構成でも、図５（ａ）とほぼ同様の負圧が発生される。本発明においては、図５（ｂ）及び（ｃ）の機構を逆変形レイリーステップ機構と呼び、逆レイリーステップに包含されるものである。
　以上説明したように、実施例１に係る摺動部品は、固定側に固定される円環状の固定側密封環５と、回転軸１とともに回転する円環状の回転側密封環３とを備え、固定側密封環５及び回転側密封環３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摺動面の径方向の一方側に存在する高圧流体を密封する摺動部品において、固定側密封環５または回転側密封環３のいずれか一方の摺動面には、固定側密封環５と回転側密封環３との相対回転摺動により負圧を発生する負圧発生機構である逆レイリーステップ機構１２が設けられ、逆レイリーステップ機構１２は、摺動面の低圧側に位置して設けられ、高圧流体側と連通するとともに低圧流体側とはランド部Ｒにより隔離された負圧発生溝であるグルーブ１２ａを備え、逆レイリーステップ機構１２の表面がダイヤモンドライクカーボン膜１５により被覆されているため、逆レイリーステップ機構１２の負圧により堆積物発生原因物質が析出される場合でも、ダイヤモンドライクカーボン膜１５の持つ防汚性及び低凝着性により、析出物がグルーブ１２ａの表面に析出物が堆積するのを防止することができ、ひいては、ランド部Ｒにおいても堆積物の付着が防止される結果、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
　図６を参照して、本発明の実施例２に係る摺動部品について説明する。
　なお、図６において、実施例１の符号と同じ符号は実施例１と同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。
　 図６において、負圧発生機構である逆スパイラルグルーブ２０は、低圧流体側と直接連通することなくランド部Ｒにより隔離されている。逆スパイラルグルーブ２０は、固定側密封環５の摺動面全周にわたって設けられる。また逆スパイラルグルーブ２０の高圧側端部２０ａは圧力開放溝２１に連通し、圧力開放溝２１の一部が半径方向溝２２介して高圧流体側に接続される。逆スパイラルグルーブ２０は相手側摺動面との相対的回転運動により、負圧を発生して高圧側流体から漏れてくる流体を吸い込み、高圧流体側に接続された圧力開放溝を通して高圧流体側に押し戻す作用をする。そして、逆スパイラルグルーブ２０にはキャビテーションが発生し、当該逆スパイラルグルーブ２０に析出物が発生し、逆スパイラルグルーブ２０及びランド部Ｒに析出物が付着・堆積し、密封性を低下させる要因となっている。
　このため、逆スパイラルグルーブ２０には、実施例１と同様のダイヤモンドライクカーボン膜１５が被覆されている。
　負圧発生機構である逆スパイラルグルーブ２０の表面はダイヤモンドライクカーボン膜１５により被覆されているため、逆スパイラルグルーブ２０の負圧により堆積物発生原因物質が析出される場合でも、ダイヤモンドライクカーボン膜１５の持つ防汚性及び低凝着性により、析出物が逆スパイラルグルーブ２０の表面に堆積し、ランド部Ｒに付着することが防止され、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
　図７を参照して、本発明の実施例２に係る摺動部品について説明する。
　なお、図７において、実施例１の符号と同じ符号は実施例１と同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。
　図７において、固定側密封間５の摺動面Ｓには四辺形のディンプル２５が周方向に複数設けられている。ディンプル２５は、高圧流体側及び低圧流体側とは連通しておらず、また、各ディンプル２５は相互に独立して設けられている。ディンプル２５の数、面積及び深さは、固定環５の直径及び面幅並びに高圧流体側と低圧流体側との差圧等の条件により最適な値に設定されるが、面積が大きく、深さの浅いディンプルの方が流体潤滑作用及び液膜形成の点で好ましい。
　図７において、矢印で示すように、固定側密封環５に対して回転側密封環３が反時計方向に回転移動するが、固定環５の摺動面Ｓにディンプル２５が形成されていると、該ディンプル２５の下流側には狭まり隙間（段差）２５ａが、また、上流側には拡がり隙間（段差）２５ｂが存在する。固定側密封環５及び回転側密封環３の摺動面間に介在する流体が、その粘性によって、回転側密封環３の移動方向に追随移動しようとするため、その際、狭まり隙間（段差）２５ａの存在によって正圧が発生され、拡がり隙間（段差）２５ｂの存在によって破線で示すような動圧（負圧）が発生される。このように、ディンプル２５内の下流側には正圧が発生し、上流側には負圧が発生する。そして、上流側の負圧発生領域にはキャビテーションが発生し、当該負圧発生領域の部分に析出物が発生し、負圧発生領域及びランド部Ｒに析出物が付着・堆積し、密封性を低下させる要因となっている。
　このため、ディンプル２５には、実施例１と同様のダイヤモンドライクカーボン膜１５が被覆されている。
　正圧及び負圧を発生するディンプル２５の表面はダイヤモンドライクカーボン膜１５により被覆されているため、拡がり隙間（段差）２５ｂ付近の負圧によりディンプル２５内に堆積物発生原因物質が析出される場合でも、ダイヤモンドライクカーボン膜１５の持つ防汚性及び低凝着性により、析出物がディンプル２５の表面に堆積し、ランド部Ｒに付着するのを防止することができ、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
　なお、ダイヤモンドライクカーボン膜１５は、ディンプル２５の全面ではなく、上流側の負圧発生領域にのみ被覆されてもよい。
　図８を参照して、本発明の実施例２に係る摺動部品について説明する。
　なお、図８において、実施例１の符号と同じ符号は実施例１と同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。
　図８において、固定側密封環５の摺動面Ｓには、相手摺動面との相対摺動により、流体を高圧流体側に排出する角度をつけたスパイラル溝３０が設けられ、該スパイラル溝３０の粘性ポンプ効果で流体を高圧流体側に押し戻し、漏れを防止するというものである。
　スパイラル溝３０の低圧流体側端部（相手摺動面との相対運動に伴う流体流れの上流側部分。図８においては内周側）３１の部分に蒸気性のキャビテーションが発生することがあり、被密封流体として、シリケート系のクーラントを使用した場合などにおいて、蒸気性キャビテーションの発生するスパイラル溝３０の低圧流体側端部３１の部分に析出物が発生し、ランド部Ｒに付着・堆積し、密封性を低下させる要因となっている。
　このため、スパイラル溝３０には、実施例１と同様のダイヤモンドライクカーボン膜１５が被覆されている。
　スパイラル溝３０の表面はダイヤモンドライクカーボン膜１５により被覆されているため、低圧流体側端部３１付近の負圧によりスパイラル溝３０内に堆積物発生原因物質が析出される場合でも、ダイヤモンドライクカーボン膜１５の持つ防汚性及び低凝着性により、析出物がスパイラル溝３０の表面及びランド部Ｒに付着・堆積するのを防止することができ、摺動面のシール機能を向上させた摺動部品を提供するができる。
　　なお、ダイヤモンドライクカーボン膜１５は、スパイラル溝３０の全面ではなく、上流側の負圧発生領域にのみ被覆されてもよい。
　以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
　例えば、前記実施例では、摺動部品をメカニカルシール装置における一対の回転用密封環及び固定用密封環のいずれかに用いる例について説明したが、円筒状摺動面の軸方向一方側に潤滑油を密封しながら回転軸と摺動する軸受の摺動部品として利用することも可能である。
　また、例えば、前記実施例では、外周側に高圧の被密封流体が存在する場合について説明したが、内周側が高圧流体の場合にも適用できる。
　また、例えば、前記実施例では、負圧発生機構として、逆レイリーステップ機構１２、逆スパイラルグルーブ２０、ディンプル２５及びスパイラル溝３０について説明したが、これらに限定されることなく、例えば、摺動面のうねりにより負圧発生部分も包含される。
　また、例えば、前記実施例では、固定側密封環または前記回転側密封環のいずれか一方の摺動面に設けられる負圧発生機構の負圧発生部の表面にダイヤモンドライクカーボン膜１５が被覆される場合について説明したが、製造工程上、摺動面全面に被覆した方が製造容易な場合には、摺動面全面に被覆してもよい。
　また、長時間の使用において、析出物が負圧発生機構の負圧発生部の表面のみならず、ランド部Ｒに付着・堆積する場合があるため、例えば、負圧発生部の設けられない相手摺動面に被覆してもよい。
　また、例えば、前記実施例では、負圧発生機構の表面に被覆される耐凝着性材料の膜がダイヤモンドライクカーボン膜である場合を説明したが、これに限定されることなく、ダイヤモンド、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）、フッ素、窒化チタン（ＴｉＮ）、及び、シリコン樹脂のいずれかの材料から形成される膜であればよい。
　 １　　　　　　　　回転軸
　 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　 　　　　　　流体循環溝
　１０ａ　　　　　　　入口部
　１０ｂ　　　　　　　出口部
　１０ｃ　　　　　　　連通部
　１１　 　　　　　　 正圧発生機構
　１１ａ　　　　　　　正圧発生溝
　１１ｂ　　　　　　　レイリーステップ
　１２　 　　　　　　 逆レイリーステップ機構
　１２ａ　　　　　　　グルーブ
　１２ｂ　　　　　　　逆レイリーステップ
　１５　 　　　　　　 ダイヤモンドライクカーボン膜
　２０　　　　　　　　逆スパイラルグルーブ
　２０ａ　　　　　　　高圧側端部
　２１　　　　　　　　圧力開放溝
　２２　　　　　　　　半径方向溝
　２５　　　　　　　　ディンプル
　２５ａ　　　　　　　狭まり隙間（段差）
　２５ｂ　　　　　　　拡がり隙間（段差）
　３０　　　　　　　　スパイラル溝
　３１　　　　　　　　低圧流体側端部
　Ｓ　　　　　　　　　摺動面
　Ｒ　　　　　　　　　ランド部
　
　
　
　

Claims (6)

  1. 　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高圧流体を密封する摺動部品において、
    　前記固定側密封環または前記回転側密封環のいずれか一方の摺動面には、前記固定側密封環と前記回転側密封環との相対回転摺動により負圧を発生する負圧発生機構が設けられ、
    　少なくとも前記負圧発生機構の表面は耐凝着性材料の膜により被覆されていることを特徴とする摺動部品。
  2. 　前記負圧発生機構が前記摺動面に形成されたディンプルから構成されることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
  3. 　前記負圧発生機構が前記摺動面に形成され、前記摺動面に浸入する流体を高圧流体側に排出するポンピング溝から構成されることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
  4. 　前記負圧発生機構は、前記摺動面の低圧側に位置して設けられ、高圧流体側と連通するとともに低圧流体側とはランド部により隔離された負圧発生溝を備えることを特徴とする請求項１記載の摺動部品。
  5. 　前記負圧発生機構が逆レイリーステップ機構から構成されることを特徴とする請求項４に記載の摺動部品。
  6. 　前記負圧発生機構が逆スパイラルグルーブから構成されることを特徴とする請求項４に記載の摺動部品。
    　
    　
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