(57)【要約】【課題】相手密封環と接触するシール面に形成されたダイヤモンド膜の物性や性状を正確に検知、把握することができる密封環を提供する。【解決手段】密封環４の端面８が相手密封環６と接触するシール面８ａと相手密封環６と接触しない外周側非シール面８ｂ及び内周側非シール面８ｃとからなり、外周側非シール面８ｂに被破壊検査面１０ａを有する切欠部１０を形成すると共に、当該端面８にシール面８ａ及び被破壊検査面１０ａを含めてコーティング膜１１を形成してある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面が相手密封環と接触するシール面と、相手密封環と接触しない非シール面とからなり、
当該非シール面には、破壊検査が可能な被破壊検査面を有する切欠部が形成され、
前記端面には、前記被破壊検査面を含めてコーティング膜が形成される密封環。
【請求項２】
前記切欠部が、前記非シール面の一箇所又は複数個所に形成される請求項１記載の密封環。
【請求項３】
前記切欠部が、前記シール面の周縁に沿う円環状に形成される請求項１又は請求項２記載の密封環。
【請求項４】
前記密封環の軸方向における前記被破壊検査面と前記シール面との距離が、５ｍｍ以下である請求項１〜３の何れかに記載の密封環。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端面にダイヤモンド膜等のコーティング膜を形成した密封環に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、二つの密封環の端面同士が接触する状態で相対回転することによりシール機能を発揮するように構成されたメカニカルシールにあっては、特許文献１の図３に開示される如く、一方の密封環の端面であって相手密封環と接触するシール面の強度向上等を図るために当該シール面にダイヤモンド膜等のコーティング膜を形成しておくことがある。
【０００３】
このようなコーティング膜が形成された密封環にあっては、ユーザよりコーティング膜の物性や性状（例えば膜厚、硬度、不純物含有量等）についての検査が求められる場合がある。
【０００４】
このような検査は、密封環に形成されたコーティング膜の一部を切除する等の破壊検査が主流であり、コーティング膜やこれが形成された密封環のシール面が損傷する虞れがある。そこで、一般的には、当該密封環に相当するテストピースを作製して、当該テストピースに形成されたコーティング膜を分析することにより、密封環に形成されたコーティング膜の物性や性状を間接的に把握することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１６６６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、テストピースに形成されたコーティング膜を検査することにより、密封環に形成されたコーティング膜の物性や性状を把握することは可能であるが、正確性に欠けるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、密封環のシール面やこれに形成されたダイヤモンド膜等のコーティング膜を損傷することなく、当該コーティング膜の物性や性状を正確に検知、把握することができる密封環を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の目的を達成すべく、端面が相手密封環と接触するシール面と、相手密封環と接触しない非シール面とからなり、当該非シール面には、破壊検査が可能な被破壊検査面を有する切欠部が形成され、前記端面には、前記被破壊検査面を含めてコーティング膜が形成される密封環を提案する。かかる密封環の好ましい実施の形態にあって、前記切欠部は前記非シール面の一箇所又は複数個所に形成され、或は前記シール面の周縁に沿う円環状に形成される。また、当該密封環の軸方向における前記被破壊検査面と前記シール面との距離は５ｍｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の密封環は、相手密封環と接触しない非シール面に被破壊検査面を有する切欠部を形成して、端面に被破壊検査面を含めてコーティング膜を形成したものであるから、この被破壊検査面に形成されたコーティング膜を破壊検査することにより、シール面やこれに形成されたコーティング膜を損傷させることなく、当該コーティング膜の物性や性状を正確に検知、把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る密封環を使用するメカニカルシールの一例を示す断面図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す詳細図である。
【図３】図１に示す密封環を一部切り欠いた状態で示す斜視図である。
【図４】密封環のコーティング膜を破壊検査する形態を示す図２相当の断面図である。
【図５】本発明に係る密封環の変形例を示したものであり、当該密封環を一部切り欠いた状態で示す図３相当の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一例として、メカニカルシールの密封環の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
【００１２】
図１は本発明に係る密封環を使用するメカニカルシールの一例を示す断面図であり、図２は図１の要部を拡大して示す詳細図であり、図３は図１に示す密封環を一部切り欠いた状態で示す斜視図である。
【００１３】
図１に示すメカニカルシールは、回転機器の軸封部ハウジング１に取り付けられたシールケース２と当該回転機器の回転軸３との間に装填された遊動環を有する構造であり、回転軸３に固定された回転環４と、シールケース２に軸線方向に移動可能に保持された保持環５と、回転環４と保持環５との間に位置して保持環５に相対回転不能に保持された遊動環６と、シールケース２と保持環５との間に配して保持環５を介して遊動環６を回転環４へと押圧させるべく附勢するスプリング部材７とを具備している。
【００１４】
このメカニカルシールは、本発明の密封環である回転環４と相手密封環である遊動環６とが接触した状態で相対回転することにより、その接触部分において当該回転機器の機内領域である被密封流体領域Ｈと機外領域（大気領域）である非密封流体領域Ｌとを遮蔽シールするように構成されている。
【００１５】
遊動環６は、端面６ａを当該遊動環６の軸方向に直交する断面視平面状に形成された円環状体であり、当該端面６ａの全面によりシール機能を発揮する。
【００１６】
回転環４は、図２に示す如く、端面８が当該回転環４の軸方向に直交する断面視平面状に形成された円環状体である。当該端面８は、遊動環６の端面６ａ（以下、「相手シール面６ａ」ともいう）と対向しつつ接触するシール面８ａと、当該相手シール面６ａ（シール面８ａ）の外径側又は内径側に位置し、相手シール面６ａと接触しない非シール面８ｂ，８ｃとで構成されたものである。すなわち、回転環４の端面８の外径は相手シール面６ａの外径より大きく設定されていて、当該端面８の外周側部分であって相手シール面６ａの外径より大径である部分は、相手シール面６ａと接触しない非シール面８ｂ（以下「外周側非シール面８ｂ」ともいう）とされている。また、回転環４の端面８の内径は相手シール面６ａの内径より小さく設定されていて、当該端面８の内周側部分であって相手シール面６ａの内径より小径である部分は、相手シール面６ａと接触しない非シール面８ｃ（以下「内周側非シール面８ｃ」ともいう）とされている。
【００１７】
回転環４の外周側非シール面８ｂには、当該回転環４の軸方向においてシール面８ａと所定の距離Ｄを隔てた被破壊検査面１０ａを有する切欠部１０が形成されている。この例では、図１〜図３に示す如く、切欠部１０が回転環４の外周側非シール面８ｂにおける外周側部分にシール面８ａの周縁に沿う円環形状をなして形成されている。
【００１８】
すなわち、切欠部１０は、回転環４の端面８の外周縁部（外周側非シール面８ｂの外周縁部）を回転環４の円周方向に沿って断面方形状に切り欠いたものであり、被破壊検査面１０ａと連結面１０ｂとからなる。図２及び図３に示す如く、被破壊検査面１０ａは、円環状に形成され、シール面８ａに平行な（回転環４の軸方向と直交する）断面視平面状である。また、連結面１０ｂはシール面８ａ及び被破壊検査面１０ａと直交し、被破壊検査面１０ａと、外周側非シール面８ｂにおける切欠部１０よりも内周側であって、シール面８ａよりも外周側の外周側非シール部９とを連結している。
【００１９】
而して、回転環４の端面８（シール面８ａ、外周側シール面８ｂ、内周側シール面８ｃ）には、図２及び図３に示す如く、切欠部１０の被破壊検査面１０ａを含めてコーティング膜としてのダイヤモンド膜１１が一連に形成されている。
【００２０】
すなわち、ダイヤモンド膜１１は、相手シール面６ａと接触するシール面８ａに形成された第１ダイヤモンド膜１１ａと、相手シール面６ａと接触しない外周側非シール面８ｂにおける切欠部１０より内周側の外周側非シール部９に形成された第２ダイヤモンド膜１１ｂと、相手シール面６ａと接触しない内周側非シール面８ｃに形成された第３ダイヤモンド膜１１ｃと、切欠部１０の被破壊検査面１０ａに形成された第４ダイヤモンド膜１１ｄと、切欠部１０の連結面１０ｂに形成された第５ダイヤモンド膜１１ｅとからなる。
【００２１】
ダイヤモンド膜１１の形成は、熱フィラメント化学蒸着法、マイクロ波プラズマ化学蒸着法、高周波プラズマ法、直流放電プラズマ法、アーク放電プラズマジェット法、燃焼炎法等のコーティング方法によって行われる。
【００２２】
ここで、何れのコーティング方法による場合にも、回転環４の軸方向におけるシール面８ａと切欠部１０の被破壊試験面１０ａとの距離Ｄ（つまり、切欠部１０の切欠深さ）が必要以上に大きいと、シール面８ａに形成される第１ダイヤモンド膜１１ａ、及びシール面８ａと同一面上に位置する外周側非シール面８ｂにおける切欠部１０より内周側の外周側非シール部９及び内周側非シール面８ｃに形成される第２及び第３ダイヤモンド膜１１ｂ，１１ｃの物性や性状と、被破壊検査面１０ａに形成される第４ダイヤモンド膜１１ｄの物性や性状とが異なる虞れがある。したがって、上記の距離Ｄは、第１、第２及び第３ダイヤモンド膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、第４膜ダイヤモンド膜１１ｄとが同一の物性や性状となる範囲において設定しておく必要がある。この点から、切欠部１０の切欠深さである距離Ｄは、一般にはＤ≦５ｍｍとしておくことが好ましく、Ｄ≦３ｍｍとしておくことがより好ましい。
【００２３】
なお、被破壊検査面１０ａは上記した如くシール面８ａと平行する面としておくことが好ましいが、シール面８ａに対して傾斜する面であってもよい。被破壊検査面１０ａがこのような傾斜面である場合、第４ダイヤモンド膜１１ｄの物性や性状が、第１ダイヤモンド膜１１ａ（第２及び第３ダイヤモンド膜１１ｂ，１１ｃ）の物性や性状と同一となるためには、回転環４の軸方向におけるシール面８ａと当該被破壊試験面１０ａとの最大距離（切欠部１０の最大切欠深さ）Ｄｍが上記寸法となるように切欠部１０の形状を設定しておくことが必要である。
【００２４】
以上のように構成された密封環としての回転環４にあっては、相手シール面６ａと接触するシール面８ａに形成された第１ダイヤモンド膜１１ａの物性や性状を次のような破壊検査により正確に検知、把握することができる。
【００２５】
すなわち、回転環４の軸方向におけるシール面８ａと切欠部１０の被破壊試験面１０ａとの距離Ｄ（つまり、切欠部１０の切欠深さ）を上記した範囲に設定しておくことにより、シール面８ａに形成された第１ダイヤモンド膜１１ａと、切欠部１０の被破壊試験面１０ａに形成された第４ダイヤモンド膜１１ｄとの物性や性状が同一となる。このことから、図４（Ａ）に示す如く、被破壊試験面１０ａに形成された第４ダイヤモンド膜１１ｄを切除等し、当該第４ダイヤモンド膜１１ｄの物性や性状を分析（破壊検査）することにより、相手シール面６ａと接触するシール面８ａに形成された第１ダイヤモンド膜１１ａの物性や性状を正確に検知、把握することができる。
【００２６】
しかも、第４ダイヤモンド膜１１ｄが、シール面８ａから離れた外周側非シール面８ｂに形成された切欠部１０の被破壊試験面１０ａにコーティングされたものであるので、第４ダイヤモンド膜１１ｄの破壊検査によってシール面８ａやこれに形成された第１ダイヤモンド膜１１ａが傷つき、破損する虞れがない。
【００２７】
ここで、図４（Ｂ）に示す如く、相手シール面６ａと接触しない非シール面８ｂ，８ｃが存在し、この非シール面８ｂ，８ｃにダイヤモンド膜１１ｂ，１１ｃが形成されている場合、非シール面８ｂ，８ｃに上記した切欠部１０を形成せずとも、例えば外周側非シール面８ｂに形成された第２ダイヤモンド膜１１ｂの外周縁部等の第１ダイヤモンド膜１１ａから離れた箇所であれば、同図（Ｃ）に示す如く、当該箇所において第２ダイヤモンド膜１１ｂを切除する等により第１ダイヤモンド膜１１ａを傷付けることなく破壊試験を行うことも可能に思える。しかし、このような破壊検査を行った場合、第２ダイヤモンド膜１１ｂの切除端１１ｆが、図４（Ｄ）に示す如く、外周側非シール面８ｂから剥離し、その剥離に伴いシール面８ａに形成された第１ダイヤモンド膜１１ａも剥離する虞れがある。したがって、シール面８ａと同一面上に形成された第２ダイヤモンド膜１１ｂ（又は第３ダイヤモンド膜１１ｃ）は、シール面８ａに形成された第１ダイヤモンド膜１１ａと離れている箇所であっても、破壊検査を行うことは好ましくない。
【００２８】
これに対して、外周側非シール面８ｂに切欠部１０を形成した場合には、被破壊検査面１０ａに形成された第４ダイヤモンド膜１１ｄを切除する等の破壊検査を行ったときにも、破壊検査による第４ダイヤモンド膜１１ｄの切除端１１ｆが、図４（Ａ）に示す如く、第１、第２及び第３のダイヤモンド膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃと同一面上に位置しておらず、これらのダイヤモンド膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃから切欠部１０の連結面１０ｂへと折れ曲がり、当該連結面１０ｂに密着する第５ダイヤモンド膜１１ｅで構成されることになるから、破壊検査による切除端１１ｆから上記したような剥離が生じることがない。このような第５ダイヤモンド膜１１ｅによる剥離防止効果が発揮されるには、当該ダイヤモンド膜１１ｅが明瞭に存在する必要がある。そのためには、ダイヤモンド膜１１がシール面８ａから連結面１０ｂを経て被破壊検査面１０ａに至る部分に一連に形成されていること、及び第５ダイヤモンド膜１１ｅが形成される連結面１０ｂの高さ、つまり切欠部１０の切欠深さである距離Ｄがダイヤモンド膜１１の膜厚（例えば１０μｍ）Ｔより大きいことが必要である。したがって、この点を考慮すれば、切欠部１０の距離Ｄは、Ｔ≦Ｄ≦５ｍｍであることが好ましく、Ｔ≦Ｄ≦３ｍｍであることがより好ましい。
【００２９】
なお、第４ダイヤモンド膜１１ｄを破壊検査する場合、上記したように第５ダイヤモンド膜１１ｅが明瞭に存在することが好ましいが、第５ダイヤモンド膜１１ｅが存在しない場合にも、第１ダイヤモンド膜１１ａが形成されたシール面８ａと被破壊検査面１０ａとの間に僅かでも段差があれば、第４ダイヤモンド膜１１ｄの破壊検査に伴う第１ダイヤモンド膜１１ａの剥離を防止することができる。すなわち、このような段差があれば、第５ダイヤモンド膜１１ｅが存在しない場合にも、破壊検査による第４ダイヤモンド膜１１ｄの切除端１１ｆが、第１ダイヤモンド膜１１ａ及び第２ダイヤモンド膜１１ｂと同一面上にないため、第４ダイヤモンド膜１１ｄの切除端１１ｆから第２ダイヤモンド膜１１ｂ、更には第１ダイヤモンド膜１１ａが剥離したりするようなことはない。この点から、ダイヤモンド膜１１をシール面８ａ及び被破壊検査面１０ａを含めて一連に形成しておくこと及びＤ≧Ｔとしておくことは、必ずしも必要ではない。したがって、少なくとも、コーティング膜としてのダイヤモンド膜１１としては、シール面８ａの第１ダイヤモンド膜１１ａ、外周側非シール部９の第２ダイヤモンド膜１１ｂ、内周側非シール面８ｃの第３ダイヤモンド膜１１ｃ、及び被破壊検査面１０ａの第４ダイヤモンド膜１１ｄが形成されていれば良く、連結面１０ｂの第５ダイヤモンド膜１１ｅは必ずしも形成されている必要はない。
【００３０】
また、外周側非シール面８ｂに切欠部１０を形成することにより、シール面８ａに形成されたダイヤモンド膜１１（特に、第１ダイヤモンド膜１１ａ）の物性や性状の分析が可能となるため、テストピースを作製する労力、経済的負担が生じない。
【００３１】
また、切欠部１０は、上記した円環形状以外の形状をなして、両非シール面８ｂ，８ｃの一方又は両方の周方向における一箇所又は複数個所に形成してもよい。例えば、図５に示す如く、切欠部１０を、外周側非シール面８ｂの外周部における周方向に適宜間隔を隔てた状態で、複数個所に形成することができる。この場合、第２ダイヤモンド膜１１ｂは、外周側非シール面８ｂにおける各切欠部１０の内周側の部分及び各切欠部１０とこれに隣り合う切欠部１０との間の部分（つまり、外周側非シール面８ｂにおける各切欠部１０が形成された部分を除く部分）９ａに形成される。
【００３２】
なお、本発明に係る密封環は、上記した実施の形態に限定されることなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良、変更することができる。
【００３３】
例えば、本発明は、上記した遊動環型メカニカルシールの回転環に限定されず、これ以外の各種メカニカルシールの密封環に適用することができる。
【００３４】
また、切欠部１０は上記した如く外周側非シール面８ｂに形成される他、内周側非シール面８ｃ又は内周側、外周側の両非シール面８ｂ，８ｃに形成しておくこともでき、本発明は外周側非シール面８ｂ及び内周側非シール面８ｃの一方が存在しない密封環にも適用することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、コーティング膜がダイヤモンド膜１１である場合を例に説明したが、コーティングする材料はダイヤモンドに限定されるものではない。本発明は、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、チタンカーバイド、窒化チタン、セラミック、セラミック複合材料、サーメット等のダイヤモンド以外の各種材料をコーティングする場合にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
４      回転環（密封環）
６      遊動環（相手密封環）
８      端面（密封環の端面）
８ａ    シール面
８ｂ    外周側非シール面（非シール面）
８ｃ    内周側非シール面（非シール面）
１０    切欠部
１０ａ  被破壊検査面
１１    ダイヤモンド膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2018169017.tif 000006
【図５】
2018169017.tif 000007