(57)【要約】【課題】  耐久性や、耐ドライ摺動性に優れ、シール用摺動部材の焼付きや摩耗が防止され、かつ、摺動時の鳴きの発生が有効に抑制されたメカニカルシール装置を提供すること。【解決手段】  第１シール用摺動部材と第２シール用摺動部材とを突き合わせてシールするメカニカルシール装置であって、前記第１シール用摺動部材が、炭化珪素を基材とし、カーボンを含有するシール用摺動部材であり、かつ、前記第２シール用摺動部材が、炭化珪素を主成分として含有し、５〜２００μｍの気孔径の気孔が独立分散しているシール用摺動部材であることを特徴とするメカニカルシール装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シール用摺動部材と第２シール用摺動部材とを突き合わせてシールするメカニカルシール装置であって、
前記第１シール用摺動部材が、炭化珪素を基材とし、カーボンを含有するシール用摺動部材であり、
前記第２シール用摺動部材が、炭化珪素を主成分として含有し、５〜２００μｍの気孔径の気孔が独立分散しているシール用摺動部材であることを特徴とするメカニカルシール装置。
【請求項２】
前記カーボンが、前記炭化珪素基材中に分散された状態で前記第１シール用摺動部材中に含有されている請求項１に記載のメカニカルシール装置。
【請求項３】
前記第１シール用摺動部材のカーボンの面積比率が、０．４〜８０％である請求項１または２に記載のメカニカルシール装置。
【請求項４】
前記第１シール用摺動部材のカーボンの含有量が、前記第１シール用摺動部材全体に対して、０．１〜３０重量％である請求項１〜３のいずれかに記載のメカニカルシール装置。
【請求項５】
前記カーボンが、グラファイトを主成分として含有している請求項１〜４のいずれかに記載のメカニカルシール装置。
【請求項６】
前記第１シール用摺動部材のビッカース硬さが、３００〜３０００、見掛け比重が、２．０〜３．２である請求項１〜５のいずれかに記載のメカニカルシール装置。
【請求項７】
前記第２シール用摺動部材の前記気孔の気孔率が３〜２０ｖｏｌ％である請求項１〜６のいずれかに記載のメカニカルシール装置。
【請求項８】
前記第２シール用摺動部材のビッカース硬さが、２０００〜３０００、見掛け比重が、２．７〜３．２である請求項１〜７のいずれかに記載のメカニカルシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等に装着されるウォーターポンプなどの汎用ポンプ用のメカニカルシール装置に関し、さらに詳しくは、耐久性や、耐ドライ摺動性に優れ、シール用摺動部材の焼付きや摩耗が防止され、かつ、摺動時の鳴きの発生が有効に抑制されたメカニカルシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、流体を密封するメカニカルシールなどのシールリングとして、カーボン摺動部材が広く用いられている。この種のカーボン摺動部材は、固体潤滑性に加えて摺動面に適度な凹凸を有することから、相手側摺動部材のシール摺動面との間に密封流体による液膜を保持することができ、優れた潤滑特性を発揮する。
【０００３】
しかしながら、メカニカルシールを異物量の多い条件で使用すると、カーボン摺動部材は異物により、面荒れ、摩耗を生じ、シール機能が損なわれて密封流体の漏洩に至ることがある。また、シリケート濃度の高い密封流体を使用すると、摺動面間にシリケートが析出・堆積してしまい、同様に、シール機能が損なわれて密封流体の漏洩に至る場合がある。
【０００４】
これらの問題に対し、カーボン摺動部材に代えて高硬度・高強度材料として炭化珪素を代表とする硬質材料を採用し、相手側摺動材料としても炭化珪素を代表とする硬質材料で気孔を分散した材料を組み合わせたメカニカルシールが使用されることがある。しかし、これらのメカニカルシールは下記のような問題点を有する。
【０００５】
まず、炭化珪素は非常に硬く耐摩耗性に優れているが、自己潤滑性に乏しく、炭化珪素部材同士の組み合わせにて高負荷条件下で摺動すると、摺動面がすぐに鏡面化してしまう。そのため、摺動停止時に摺動面間の潤滑膜が切れた場合には、鏡面化したシール摺動面同士が固着して、摺動起動時の摩擦係数が異常に上昇し、焼き付きを生じたりする場合がある。さらに、炭化珪素は、自己潤滑性に乏しいため、摺動時に摺動面が吸着して、スティックスリップ現象が起こり、摺動時に鳴き音が発生してしまうという問題がある。この鳴き音の発生により、摺動面が震動源となり、ポンプ全体を振動させる原因となってしまうとともに、鳴き音が連続して発生し続けると、異常摩耗を引き起こすこともある。
【０００６】
また、炭化珪素マトリックス中に気孔を分散させることにより、密封流体の摺動面への浸入で、液溜まり効果や摺動時のハイドロダイナミック効果が発生し、摺動トルクの異常や焼き付きを軽減することができる（たとえば、特許文献１参照）。しかし、何らかの理由で短時間であってもシール摺動面近傍に密封流体が存在しない状態が生じた場合や、相対運動するシール摺動面が流体潤滑状態を期待できない起動時もしくは停止時には、摺動面間は固体接触状態となり、上記と同様の状態となってしまう。
【０００７】
このような固体接触状態が生じると、急激な摺動発熱が発生し、ゴムパッキン等の二次シール部が熱により損傷してシール機能を安定して維持することができない状態になったり、摺動面間に密封流体に溶解した物質が析出・堆積してシール機能を安定して維持することができない状態になったりすることがある。
【０００８】
【特許文献１】特公平５−６９０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、耐久性や、耐ドライ摺動性に優れ、シール用摺動部材の焼付きや摩耗が防止され、かつ、摺動時の鳴きの発生が有効に抑制されたメカニカルシール装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、一方のシール用摺動部材として、炭化珪素を基材とし、カーボンを含有するシール用摺動部材を使用し、他方の（相手側の）シール用摺動部材として、炭化珪素を主成分として含有する多孔性のシール摺動部材を使用することにより、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。
【００１１】
すなわち、本発明のメカニカルシール装置は、
第１シール用摺動部材と第２シール用摺動部材とを突き合わせてシールするメカニカルシール装置であって、
前記第１シール用摺動部材が、炭化珪素を基材とし、カーボンを含有するシール用摺動部材であり、
前記第２シール用摺動部材が、炭化珪素を主成分として含有し、５〜２００μｍの気孔径の気孔が独立分散しているシール用摺動部材であることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、前記第１シール用摺動部材として、炭化珪素基材（Ｓｉを含有する常圧焼結ＳｉＣ）にカーボンを含有させた摺動部材を使用することにより、自己潤滑性の改善、および摺動時の鳴き音の発生を防止することが可能となる。そのため、自己潤滑性の改善効果により、炭化珪素のみを含有する摺動部材を使用した場合に問題となっていたシール用摺動部材の焼付きや、摺動時の鳴きの発生を有効に防止することができる。
【００１３】
しかも、本発明においては、前記第１シール用摺動部材として、炭化珪素基材にカーボンを含有させた摺動部材を使用するとともに、他方のシール用摺動部材（第２シール用摺動部材）として、炭化珪素を主成分として含有する多孔性のシール用摺動部材を使用する。そのため、自己潤滑性の改善効果および鳴き音の発生の防止効果とともに、耐久性および耐摩耗性の向上を図ることができる。
【００１４】
なお、前記第１シール用摺動部材および前記第２シール用摺動部材は、いずれか一方が回転摺動部材であり、かつ、他方が静止摺動部材であればよい。すなわち、たとえば、前記第１シール用摺動部材を回転摺動部材とし、前記第２シール用摺動部材を静止摺動部材とすることができ、また、その逆とすることもできる。
【００１５】
好ましくは、前記カーボンが、前記炭化珪素基材中に分散された状態で前記第１シール用摺動部材中に含有されている。
前記カーボンが、前記第１シール用摺動部材中に、効率良く分散されていることにより、カーボンの添加効果をさらに高めることができる。
【００１６】
前記第１シール用摺動部材のカーボンの面積比率が、好ましくは０．４〜８０％、より好ましくは１〜１０％、カーボンの含有量が、前記第１シール用摺動部材全体に対して、好ましくは０．１〜３０重量％、より好ましくは０．２〜５重量％である。
【００１７】
前記カーボンの面積比率や含有量を上記範囲とすることにより、炭化珪素の有する利点を損なうことなく、カーボンの添加による自己潤滑性の向上が実現可能となる。なお、本発明においては、カーボンの面積比率とは、シール用摺動部材の表面、あるいは任意の断面におけるカーボン成分の存在比率を面積比で表現したものをいう。
【００１８】
前記カーボンとしては、特に限定されないが、たとえば、グラファイト（人造黒鉛、天然黒鉛）などの黒鉛質カーボン、カーボンブラック、フェノール樹脂やエポキシ樹脂などを炭素化した合成樹脂炭、木炭類などの炭素質カーボンなどが挙げられ、これらのうちの一種または二種以上であることが好ましい。特に、本発明においては、グラファイト（人造黒鉛、天然黒鉛）などの黒鉛質カーボンが好適に用いられ、これらを主成分として含有することが好ましい。
【００１９】
前記第１シール用摺動部材のビッカース硬さは、摺動材料としての強度を維持するために、好ましくは３００〜３０００、より好ましくは６００以上とする。また、本発明においては、前記第１シール用摺動部材の見掛け比重を、２．０〜３．２とすることが好ましい。
【００２０】
前記第２シール用摺動部材に含有される前記気孔の形状は、球状とすることが好ましい。
また、前記気孔の平均径は、好ましくは１０〜７０μｍであり、前記気孔の気孔率は、好ましくは３〜２０ｖｏｌ％、より好ましくは４〜８ｖｏｌ％である。
【００２１】
本発明においては、前記第２シール用摺動部材に含まれる気孔を上記範囲に制御することにより、耐摩耗性および耐久性を向上させることができるとともに、潤滑性を付与することができる。なお、前記気孔面積比率とは、シール用摺動部材の表面、あるいは任意の断面における気孔の存在比率を面積比で表現したものをいう。
【００２２】
好ましくは、前記第２シール用摺動部材のビッカース硬さは、摺動材料としての強度を維持するために、好ましくは２０００〜３０００、より好ましくは２２００以上とする。また、本発明においては、前記第２シール用摺動部材の見掛け比重を、２．７〜３．２とすることが好ましい。
【００２３】
本発明のシールリング装置の用途としては、特に限定されないが、たとえば自動車等に装着されるウォーターポンプなどに使用することができる。また、本発明のシールリング装置において、使用される密封流体としては特に限定されないが、たとえば、水や、水とエチレングリコールの混合液体であるＬＬＣ（ロングライフクーラント）等の水系の密封流体が好適に使用できる。通常、密封流体として、水を使用した場合においては、摺動時の鳴きが特に発生しやすくなる傾向にある。しかしながら、本発明によると、水を使用した場合においても、摺動時の鳴きの発生を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、一方のシール用摺動部材として、炭化珪素を基材とし、カーボンを含有するシール用摺動部材を使用し、他方の（相手側の）シール用摺動部材として、炭化珪素を主成分として含有する多孔性のシール摺動部材を使用することにより、耐久性や、耐ドライ摺動性に優れ、シール用摺動部材の焼付きや摩耗が防止され、かつ、摺動時の鳴きの発生が有効に抑制されたメカニカルシール装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るメカニカルシール装置の断面図、
図２は本発明の実施例の鳴き試験を説明するための図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態のメカニカルシール装置１は、シールハウジング２０と回転軸２２との間に配されている。このメカニカルシール装置１は、固定側のリングであるシールリング２と、回転側のリングであるメイティングリング４とが、それぞれの摺動面２ａ，４ａを介して組み合わされ、これらの摺動面がシール面および回転接触面として機能する構造となっている。シールリング２は、カートリッジ６を介してシールハウジング２０に取り付けられ、メイティングリング４は、支持部１８を介して回転軸２２に取り付けられている。
【００２７】
固定側のリングであるシールリング２は、摺動面２ａを介して、メイティングリング４の摺動面４ａに対して圧接されるように、ベローズ８を介して、スプリング１０の弾性力により押圧されている。なお、ベローズ８は、第１取付部１２および第２取付部１４により固定されており、また、スプリング８は、第１取付部１２およびカートリッジ６の間に保持される構造となっている。
【００２８】
一方、回転側のリングであるメイティングリング４は、摺動面４ａを介して、シールリング２の摺動面２ａに圧接されているとともに、ガスケット１６を介して支持部１８に取り付けられており、回転軸２２と共に回転自在となっている。
【００２９】
本実施形態では、上記シールリング２として、炭化珪素を基材とするシール用摺動部材を使用し、かつ、メイティングリング４として、炭化珪素を主成分として含有する多孔性のシール用摺動部材を使用する。
以下、シールリング２およびメイティングリング４について説明する。
【００３０】
シールリング２
シールリング２は、炭化珪素を基材とするシール用摺動部材から構成され、カーボンを、炭化珪素基材中に分散された状態で含有している。すなわち、本実施形態のシールリング２は、炭化珪素結晶中にカーボンが分散されたシール用摺動部材から構成されている。
【００３１】
炭化珪素結晶中に分散されるカーボンとしては、特に限定されないが、たとえば、グラファイト（人造黒鉛、天然黒鉛）などの黒鉛質カーボン、カーボンブラック、フェノール樹脂やエポキシ樹脂などを炭素化した合成樹脂炭、木炭類などの炭素質カーボンなどが挙げられ、これらのうちの一種または二種以上であることが好ましい。特に、本実施形態においては、グラファイト（人造黒鉛、天然黒鉛）などの黒鉛質カーボンを主成分として含有することが好ましい。
【００３２】
シールリング２中に、上記カーボンは、面積比率が、好ましくは０．４〜８０％、より好ましくは１〜１０％となるように含有される。
また、上記カーボンの含有量は、シールリング２全体に対して、好ましくは０．１〜３０重量％、より好ましくは０．２〜５重量％の割合で含有される。
【００３３】
カーボンの面積比率や含有量を上記範囲とすることにより、炭化珪素の有する利点を損なうことなく、カーボンの添加による自己潤滑性の向上が実現可能となる。カーボンの面積比率や含有量が、低すぎると、カーボンの添加効果が発揮されず、自己潤滑性が不十分となり、耐ドライ摺動性に劣ってしまい、焼付きが発生し易くなる傾向にある。一方、多すぎると、摩耗が促進してしまい、耐久性に劣る結果となる傾向にある。
【００３４】
本実施形態においては、カーボンの添加量を上記範囲とすることにより、シールリング２のビッカース硬さを、好ましくは３００〜３０００、より好ましくは６００以上、シールリング２の見掛け比重を、好ましくは２．０〜３．２とすることができる。シールリング２のショア硬さが低すぎると、摩耗が激しくなり、耐久性に劣る結果となる傾向にある。また、見掛け比重が高すぎると、シール装置自体の軽量化の妨げとなってしまう。
【００３５】
本実施形態のシールリング２の製造方法としては、特に限定されないが、たとえば、以下の方法により製造される。
まず、水性溶媒などを使用して、炭化珪素結晶粉末、カーボン粉末、各種バインダ樹脂および必要に応じて焼結助剤を添加し、ボールミルなどを使用して原料の混合を行う。次いで、得られた混合物を、噴霧乾燥機（スプレードライヤー）などを使用して、顆粒化し、得られた顆粒を所望の形状に成形する。そして、得られた成形体を焼成することによりシールリング２は、製造される。
【００３６】
メイティングリング４
メイティングリング４は、炭化珪素を主成分として含有し、かつ、５〜２００μｍの気孔径の気孔が独立分散しているシール用摺動部材から構成される。
【００３７】
上記気孔は、その平均径が、好ましくは１０〜７０μｍである。気孔の平均径が、小さすぎても大きすぎても、気孔を設けた効果が十分に得られなくなる傾向にある。
【００３８】
また、上記気孔の気孔率が、好ましくは３〜２０ｖｏｌ％、より好ましくは４〜８ｖｏｌ％である。気孔の気孔面積比率が小さすぎると、気孔を設けた効果が十分に得られなくなる傾向にあり、大きすぎると、耐久性および耐摩耗性が低下する傾向にある。
【００３９】
本実施形態においては、炭化珪素中に形成される気孔を上記範囲に制御することにより、耐摩耗性および耐久性を向上させることができるとともに、潤滑性を付与することができる。
【００４０】
また、本実施形態においては、炭化珪素中に形成される気孔を上記範囲とすることにより、メイティングリング４のビッカース硬さを、好ましくは２０００〜３０００、より好ましくは２２００以上、メイティングリング４の見掛け比重を、好ましくは２．７〜３．２とすることができる。メイティングリング４のビッカース硬さが低すぎると、摩耗が激しくなり、耐久性に劣る結果となる傾向にある。
【００４１】
メイティングリング４の製造方法としては、特に限定されないが、たとえば、以下の方法などが挙げられる。
まず、炭化珪素結晶粉末と各種バインダ樹脂と必要に応じて、その他の化合物を準備し、水系溶媒を使用して混合する。この混合液を噴霧乾燥（スプレードライヤー）などを用いて顆粒化し、その顆粒と所定の量で平均粒子径が４０〜６０μｍ程度の樹脂粒子を混合する。この混合粉末を所望の形状に成形し、その成形体を真空または不活性雰囲気で焼成して、バインダ樹脂を炭化すると同時に４０〜６０μｍ程度の樹脂粒子を熱分解、飛散させ、気孔を形成する。その後、連続して所定の温度で焼成することにより多孔質炭化珪素からなるメイティングリング４を得る。
【００４２】
本実施形態においては、シールリング２として、炭化珪素基材にカーボンを含有させた摺動部材を使用するため、摺動面２ａの自己潤滑性を改善することができ、摺動面の焼付きや、摺動時の鳴きの発生を有効に防止することができる。しかも、本実施形態においては、シールリング２として、炭化珪素基材にカーボンを含有させた摺動部材を使用するとともに、メイティングリング４として、炭化珪素を主成分として含有する多孔性のシール用摺動部材を使用する。そのため、自己潤滑性の改善効果とともに、耐久性および耐摩耗性の向上が図ることができる。
【００４３】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。たとえば、上述した実施形態では、シールリング２として、炭化珪素基材にカーボンを含有させた摺動部材を使用し、メイティングリング４として、炭化珪素を主成分として含有する多孔性の摺動部材を使用したが、それぞれ、逆の摺動部材を使用することも可能である。すなわち、シールリング２として、炭化珪素を主成分として含有する多孔性の摺動部材を使用し、メイティングリング４として、炭化珪素基材にカーボンを含有させた摺動部材を使用することも可能である。
【実施例】
【００４４】
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。
【００４５】
実施例１
実施例１では、シールリング２として、炭化珪素基材にカーボンが分散した摺動部材を使用し、メイティングリング４として、独立分散した気孔を有する炭化珪素から構成される摺動部材を使用して、図１に示すシールリング装置１を製造した。
【００４６】
まず、グラファイト分散炭化珪素からなるシールリング２を製造するために、平均粒子径０．７μｍのα型炭化珪素結晶粉末を９２．５重量％、グラファイトを４重量％、成形用バインダとしてフェノール樹脂を２重量％、焼結助剤として炭化ホウ素粉末を０．５重量％を準備した。次いで、これらに水を加えて、ボールミル混合した後、スプレードライヤーにより噴霧乾燥することによって、造粒（顆粒化）した。さらに、これらを成形面圧１０００ｋｇ／ｃｍ２で冷間プレスし、図１に示すシールリング形状に成形した。そして、この成形体をアルゴン雰囲気下、８００℃および１２時間の条件で熱処理し、最後に２１４０℃および１時間の条件で焼結することにより、炭化珪素基材にグラファイトが分散した摺動部材からなるシールリング２を作製した。
【００４７】
次いで、得られたシールリング２について、ビッカース硬さ、見掛け比重、およびカーボンの面積比率（カーボン分散率）を測定した。測定の結果、ビッカース硬さ：２３５０、見掛け比重：３．１５、カーボンの面積比率：１％であった。
【００４８】
次に、相手摺動材料となるメイティングリング４として、緻密な組織を呈し、常圧燒結の炭化珪素基材からなる多孔性のメイティングリング４を準備した。炭化珪素メイティングリング４は、ビッカース硬さ：２５５０、見掛け比重：３．０４、気孔の平均径：６５μｍ、気孔の面積比率：４％のものを使用した。
【００４９】
比較例１
シールリング２として、軟質カーボンからなる摺動部材を使用した以外は、実施例１と同様にして、図１に示すシールリング装置１を製造した。すなわち、比較例１では、軟質カーボンシールリング２と、炭化珪素メイティングリング４からなるシールリング装置１を製造した。
【００５０】
軟質カーボンシールリング２は、ビッカース硬さ：９０、見掛け比重：１．６０のものを使用した。
【００５１】
比較例２
シールリング２として、独立分散した気孔を有する炭化珪素から構成される摺動部材を使用した以外は、実施例１と同様にして、図１に示すシールリング装置１を製造した。すなわち、比較例２では、炭化珪素シールリング２と炭化珪素メイティングリング４とからなるシールリング装置１を製造した。
【００５２】
比較例３
メイティングリング４として、炭化珪素基材にグラファイトが分散した摺動部材を使用した以外は、実施例１と同様にして、図１に示すシールリング装置１を製造した。すなわち、比較例３では、グラファイト分散炭化珪素シールリング２とグラファイト分散炭化珪素メイティングリング４とからなるシールリング装置１を製造した。
【００５３】
シールリング装置の評価
上記にて製造した実施例１、比較例１〜３のシールリング装置について、耐シリケート堆積試験、耐異物面荒れ試験、鳴き試験、および耐ドライ性試験の各試験を行った。
【００５４】
耐シリケート堆積試験
耐シリケート堆積試験は、ＬＬＣ（ロングライフクーラント）中に、錆止めを目的として含有されているＣａ、Ｐ、Ｓｉなどの溶解成分の析出・堆積現象に対する耐性を評価する為の試験である。上記溶解成分がシールリング上、あるいはメイティングリング上に析出・堆積してしまうと、各リングが摩耗し、ＬＬＣの漏れが発生してしまうという不具合を生じる。
【００５５】
耐シリケート堆積試験は、メカニカルシール実機試験機にて、密封流体として、ＬＬＣ５０％水溶液を使用し、試験温度１１０℃、試験時間１０００時間、流体密封圧力０．１ＭＰａの条件で、回転数６００ｍｉｎ−１で８秒間、回転数６７１０ｍｉｎ−１で４秒間と交互に回転数を変化させることにより行った。各試料の評価は、１０００時間後のＬＬＣの漏れ量を測定することにより行った。ＬＬＣの漏れ量は、少ないほど好ましい。結果を表１に示す。
また、実施例１については、低荷重および高荷重のそれぞれの条件で試験を行った。結果を表２に示す。
【００５６】
【表１】
2006057725.tif 000003
【００５７】
【表２】
2006057725.tif 000004
【００５８】
表１より、グラファイト（カーボン）分散炭化珪素シールリングおよび多孔性炭化珪素メイティングリングを使用した実施例１のシールリング装置は、１０００時間後のＬＬＣの漏れ量が１０．０ｍｌと少なく良好な結果となった。さらに、実施例１のシールリング装置は、試験終了後も良好なシール性を示しており、Ｓｉなどの堆積物についても認められなかった。
【００５９】
また、表２より、実施例１のシールリング装置は、シールの荷重を変化させても、１０００時間後のＬＬＣの漏れ量が少なく、良好な結果となることが確認できた。
【００６０】
一方、シールリングとして、軟質カーボン、あるいは多孔性炭化珪素を使用した比較例１，２、シールリングおよびメイティングリングとして、グラファイト（カーボン）分散炭化珪素を使用した比較例３においては、表１より、１０００時間後のＬＬＣの漏れ量が、それぞれ、７６．０ｍｌ、１３．２ｍｌおよび１８．０ｍｌとなり、漏れ量が多くなる結果となった。
【００６１】
耐異物面荒れ試験（耐異物摩耗性試験）
耐異物面荒れ試験は、ＬＬＣに異物を混入させ、異物混入時におけるシールリング装置の耐摩耗性を評価するための試験である。
耐異物面荒れ試験は、メカニカルシール実機試験機にて、密封流体として、異物を混入させたＬＬＣ５０％水溶液を使用し、試験温度９０℃、試験時間５０時間、流体密封圧力０．１ＭＰａ、回転数８０００ｍｉｎ−１の条件で行った。本試験においては、ＬＬＣには異物として、ＬＬＣ１０００ｇに対して、ＪＩＳ  Ｚ  ８９０１「試験用粉体及び試験用粒子」の３種および８種をそれぞれ２．８ｇ、鋳砂（♯８０〜１００）を２．８ｇ添加した。なお、ＪＩＳ  Ｚ  ８９０１の３種および８種は、質量基準の中位径（５０％径）が、ともに６．６〜８．６μｍとなっている試験用の粒子である。
各試料の評価は、５０時間後のＬＬＣの漏れ量を測定することにより行った。ＬＬＣの漏れ量は、少ないほど好ましい。結果を表３に示す。
【００６２】
【表３】
2006057725.tif 000005
【００６３】
表３より、グラファイト（カーボン）分散炭化珪素シールリングおよび多孔性炭化珪素メイティングリングを使用した実施例１のシールリング装置は、５０時間後のＬＬＣの漏れ量が０．２ｍｌと少なく良好な結果となった。しかも、実施例１のシールリング装置は、試験終了後においても良好なシール性を示しており、また、摺動面形状も良好であった。
【００６４】
一方、シールリングとして、軟質カーボン、あるいは多孔性炭化珪素を使用した比較例１，２、シールリングおよびメイティングリングとして、グラファイト（カーボン）分散炭化珪素を使用した比較例３は、５０時間後のＬＬＣの漏れ量が、それぞれ、５０．０ｍｌ、６．０ｍｌおよび５．０ｍｌとなり、漏れ量が多くなる結果となった。なお、シールリングとして、多孔性硬質カーボンを使用した比較例１は、シール性については、大きな問題は生じていなかったが、摺動面に摩耗・面荒れが顕著に発生する結果となり、したがって、耐久性に劣る結果となることが確認された。
【００６５】
鳴き試験
鳴き試験は、回転速度および測定温度を変化させた時の、各試験条件における鳴きの発生の有無を調べることにより行った。
【００６６】
鳴き試験は、鳴き試験機（メカニカルシール装置を液槽内に取り付けてシール面から漏洩した液体を下槽に溜めて計測する試験を行う装置）にて、密封流体として、ＬＬＣ５０％水溶液あるいは水を使用し、流体圧力０ＭＰａ（大気圧）とし、軸寸法φ６の回転軸を試験用の回転軸として使用して行った。なお、測定は、図２に示すように、回転速度０〜２０００ｍｉｎ−１の間の各条件、測定温度４０〜１００℃の間の各条件において、回転速度および測定温度を変化させることにより行った。
【００６７】
各試料の評価は、全測定点（ＡＴ：Area of Test）に対する鳴き発生点（ＡＲ：Area of Ring）の比率から下記式（１）により鳴き発生率を算出することにより行った。すなわち、鳴き発生率が低い程、広範な回転速度および温度において、鳴きの発生が抑制されていることを意味し、また、鳴き発生率が高い程、回転速度および温度に依存して、鳴きが発生し易いことを意味する。なお、図２に示すように、低回転速度および高温度の条件において、特に、鳴きが発生しやすくなる傾向にあった。なお、本実施例において、鳴き試験は、各試料について、同様の測定点および同様の条件で行った。
鳴き発生率（％）＝鳴き発生点（ＡＲ）／全測定点（ＡＴ）×１００  …  （１）
鳴き発生率は低いほど好ましい。結果を表４に示す。
【００６８】
【表４】
2006057725.tif 000006
【００６９】
表４より、グラファイト（カーボン）分散炭化珪素シールリングおよび多孔性炭化珪素メイティングリングを使用した実施例１のシールリング装置は、密封流体としてＬＬＣおよび水のいずれを使用した場合においても鳴き発生率が低く、広範な回転速度および温度において、鳴きの発生の抑制が可能となることが確認できた。
【００７０】
一方、シールリングとして、多孔性炭化珪素を使用した比較例２、シールリングおよびメイティングリングとして、グラファイト（カーボン）分散炭化珪素を使用した比較例３においては、特に、密封流体として水を使用した場合において、鳴き発生率がそれぞれ１０．０％、３６．７％となり、いずれも鳴きが発生し易いことが確認できた。これらの試料は、特に低回転数および高温の条件において、鳴きが発生し易くなる傾向にあった。なお、シールリングとして、軟質カーボンを使用した比較例１においては、鳴き発生率が実施例１と同等程度であった。
【００７１】
耐ドライ性試験
耐ドライ性試験は、密封流体を使用せずに摺動試験を行い、焼付きが発生するまでの時間を測定する試験である。耐ドライ性を向上させることにより、シール摺動面同士の固体接触による凝着現象が発生した場合においても、シール装置の焼付きを有効に防止することができる。
【００７２】
耐ドライ性試験は、メカニカルシール実機試験機にて、大気（ドライ）雰囲気、大気圧にて、試験時間１０分、回転数２０００ｍｉｎ−１の条件で行った。各試料の評価は、試験開始からシール装置が焼き付くまでの時間（焼付き時間）を評価することにより行った。焼付き時間は、長いほうが好ましい。結果を表５に示す。
【００７３】
【表５】
2006057725.tif 000007
【００７４】
表５より、シールリングおよびメイティングリングとして、共に高硬度を有する材料を使用した実施例１および比較例２においては、比較例２では焼付き時間が１．５分であったのに対し、実施例１では、焼付き時間は９分となり、実施例１の方が、焼付き発生までの時間が長く、耐ドライ性に優れていることが確認できた。なお、実施例１では、試験開始後５分経過時点においては、摺動面に損傷は確認されなかった。また、比較例１は、シールリングとして、軟質の材料を使用しているため、焼付きが発生することはなかった。
【００７５】
総合評価
表６に、実施例１、比較例１〜３のシールリング装置の耐シリケート堆積試験、耐異物面荒れ試験、鳴き試験、および耐ドライ性試験の各試験の結果を示す。表中「○」は、結果が良好であったことを示しており、「×」は、良好な結果が得られなかったことを示している。
【００７６】
【表６】
2006057725.tif 000008
【００７７】
表６に示すように、グラファイト（カーボン）分散炭化珪素シールリングおよび多孔性炭化珪素メイティングリングを使用した実施例１は、耐シリケート堆積試験、耐異物面荒れ試験、鳴き試験、および耐ドライ性試験の各試験においていずれも良好な結果となった。
【００７８】
一方、シールリングとして、軟質カーボンを使用した比較例１は、耐久性（耐シリケート堆積試験、耐異物面荒れ試験）に劣る結果となり、シールリングとして、多孔性炭化珪素を使用した比較例２は、耐ドライ性能に劣る結果となった。
【００７９】
また、シールリングおよびメイティングリングとして、グラファイト分散炭化珪素を使用した比較例３は、鳴きが発生し易いという結果となった。なお、比較例３の結果より、シールリングおよびメイティングリングの両方に、グラファイト分散炭化珪素を使用した場合においては、鳴きが発生し易くなり、本発明の効果を得ることができないことが確認できた。
【００８０】
よって、この結果より、グラファイト（カーボン）分散炭化珪素シールリングと多孔性炭化珪素メイティングリングとを組み合わせて使用することにより、耐久性や、耐ドライ摺動性に優れ、シール用摺動部材の焼付きや摩耗が防止され、かつ、摺動時の鳴きの発生が有効に抑制されているメカニカルシール装置を得ることができることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るメカニカルシール装置の断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例の鳴き試験を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８２】
１…  メカニカルシール装置
２…  シールリング
２ａ…  摺動面
４…  メイティングリング
４ａ…  摺動面
６…  カートリッジ
８…  ベローズ
１０…  スプリング
１２…  第１取付部
１４…  第２取付部
１６…  ガスケット
１８…  支持部
２０…  シールハウジング
２２…  回転軸
【図１】
2006057725.tif 000009
【図２】
2006057725.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月12日(2005.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
固定側のリングであるシールリング２は、摺動面２ａを介して、メイティングリング４の摺動面４ａに対して圧接されるように、ベローズ８を介して、スプリング１０の弾性力により押圧されている。なお、ベローズ８は、第１取付部１２および第２取付部１４により固定されており、また、スプリング１０は、第１取付部１２およびカートリッジ６の間に保持される構造となっている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
本実施形態においては、カーボンの添加量を上記範囲とすることにより、シールリング２のビッカース硬さを、好ましくは３００〜３０００、より好ましくは６００以上、シールリング２の見掛け比重を、好ましくは２．０〜３．２とすることができる。シールリング２のビッカース硬さが低すぎると、摩耗が激しくなり、耐久性に劣る結果となる傾向にある。また、見掛け比重が高すぎると、シール装置自体の軽量化の妨げとなってしまう。