(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に設けられた回転環と、前記回転環と軸方向に対向して配設された静止環と、前記回転環と静止環との対面するシール面同士を接触させるべく当該回転環及び静止環のうちの一方を他方側に押す弾性手段と、を備え、前記シール面間を挟んで軸方向一方側の第１空間と軸方向他方側の第２空間とを仕切るドライコンタクトシールであって、
前記静止環は、ＳｉＣの焼結体又は超硬合金で作製されており、
前記静止環における前記回転環と対面するシール面にダイヤモンド膜が形成されており、且つ、
前記静止環の外周面又は内周面、及び、前記静止環における前記シール面と反対側の面である背面に、前記シール面のダイヤモンド膜と連続しており、静止環のシール面の熱を当該静止環の背面に伝えるダイヤモンド膜が形成されている、ドライコンタクトシール。
【請求項２】
回転軸に設けられた回転環と、前記回転環と軸方向に対向して配設された静止環と、前記回転環と静止環との対面するシール面同士を接触させるべく当該回転環及び静止環のうちの一方を他方側に押す弾性手段と、を備え、前記シール面間を挟んで軸方向一方側の第１空間と軸方向他方側の第２空間とを仕切るドライコンタクトシールであって、
前記静止環は、ＳｉＣの焼結体又は超硬合金で作製されており、
前記静止環における前記回転環と対面するシール面にダイヤモンド膜が形成されており、且つ、
前記静止環の外周面及び内周面に、前記シール面のダイヤモンド膜と連続しており、静止環のシール面の熱を当該静止環の外周面及び内周面に伝えるダイヤモンド膜が形成されている、ドライコンタクトシール。
【請求項３】
前記静止環が取り付けられるシールケースに、当該静止環の外周面に冷却液を供給する供給孔が形成されている、請求項１又は請求項２に記載のドライコンタクトシール。
【請求項４】
被軸封機器のケーシングに固定されるシールケースと、前記ケーシングに挿入される回転軸との間に、当該回転軸の軸線方向に並列して配置され機内と機外とを密封する、機内側の第１メカニカルシール及び機外側の第２メカニカルシールを備えたドライコンタクトシールであって、
前記第１及び第２メカニカルシールは、それぞれ、前記回転軸に設けられた回転環と、前記シールケースに設けられた静止環と、前記回転環と静止環との対面するシール面同士を接触させるべく当該回転環及び静止環のうち一方を他方側に押す弾性手段とを備え、
前記第２メカニカルシールの回転環は、ＳｉＣの焼結体又は超硬合金で作製されており、
前記第２メカニカルシールの回転環における静止環と対面するシール面にダイヤモンド膜が形成されており、且つ、
前記第２メカニカルシールの回転環の外周面又は内周面、及び、当該回転環における前記シール面と反対側の面である背面に、前記シール面のダイヤモンド膜と連続しており、第２メカニカルシールの回転環のシール面の熱を当該回転環の背面に伝えるダイヤモンド膜が形成されている、ドライコンタクトシール。
【請求項５】
被軸封機器のケーシングに固定されるシールケースと、前記ケーシングに挿入される回転軸との間に、当該回転軸の軸線方向に並列して配置され機内と機外とを密封する、機内側の第１メカニカルシール及び機外側の第２メカニカルシールを備えたドライコンタクトシールであって、
前記第１及び第２メカニカルシールは、それぞれ、前記回転軸に設けられた回転環と、前記シールケースに設けられた静止環と、前記回転環と静止環との対面するシール面同士を接触させるべく当該回転環及び静止環のうち一方を他方側に押す弾性手段とを備え、
前記第２メカニカルシールの回転環は、ＳｉＣの焼結体又は超硬合金で作製されており、
前記第２メカニカルシールの回転環における静止環と対面するシール面にダイヤモンド膜が形成されており、且つ、
前記第２メカニカルシールの回転環の外周面及び内周面に、前記シール面のダイヤモンド膜と連続しており、第２メカニカルシールの回転環のシール面の熱を当該回転環の外周面及び内周面に伝えるダイヤモンド膜が形成されている、ドライコンタクトシール。
【請求項６】
前記ダイヤモンド膜の熱伝導率が１０００〜２０００Ｗ／ｍ・ｋである、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のドライコンタクトシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はドライコンタクトシール又はドライコンタクトメカニカルシール（以下、これらを総称して「ドライコンタクトシール」という）に関する。さらに詳しくは、例えば各種産業用ポンプ、撹拌機、コンプレッサ、ブロワ等の被軸封機器における回転軸とケーシングとの間を、回転環のシール面と静止環のシール面とを接触させてシールするドライコンタクトシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
主として気体をシールするメカニカルシールとして、回転環のシール面と静止環のシール面との間に液膜が介在しないタイプのシールであるドライコンタクトシールが、従来、種々提案されている（例えば、特許文献１〜２参照）。
【０００３】
特許文献１〜２記載のドライコンタクトシールは、被軸封機器の回転軸に軸線方向移動可能に取り付けられた回転環と、シールケースに固定された静止環と、回転環のシール面と静止環のシール面とを押し付け合う弾性手段とを備えており、両シール面を前記弾性手段により接触させることで機内側領域と大気側領域とをシールしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７５７８７号公報
【特許文献２】特開２０１１−５８５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述した種々の被軸封機器の中には、長時間又は長期間にわたり連続して運転されるのではなく、例えば攪拌機のように１日のうち何回かバッチ運転され、夜間には運転を停止して洗浄作業等が行われる機器がある。ドライコンタクトシールでは、機器が起動又は停止するときに、静止環と回転環とが摺動するシール部に大きな摩擦熱が発生するが、前記バッチ運転が行われる機器では、当該機器の起動及び停止の回数が多いことから、前記シール部の温度が常温から大きく変化する機会が多くなる。換言すれば、急速な温度変化が繰り返し行われる状態となり、静止環又は回転環におけるシール部と他の部位との間に温度差が生じ、この温度差に起因して前記静止環又は回転環に熱歪が発生する虞がある。
【０００６】
また、例えば攪拌機の場合、乾燥工程において機内側温度が１５０℃程度の高温になることがあるが、このとき機外側（大気）の温度は常温であるので、その温度差が大きくなる。このため、機内側と機外側の間にあるドライコンタクトシールにおける静止環及び回転環も温度変化の影響を受け、前記機内側の高温の流体と接触するシール面と、他の面（外周面、内周面又は背面）との間に温度差が生じ、この温度差に起因して当該静止環又は回転環に熱歪が発生する虞がある。
【０００７】
回転環又は静止環に熱歪が発生すると、回転環のシール面と静止環のシール面との平行性を保つことができなくなり、異常摩耗や流体漏れに繋がる虞がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回転環又は静止環の部位間の温度差に起因して当該回転環又は静止環に生じる熱歪を防止又は抑制することができるドライコンタクトシールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の第１の観点に係るドライコンタクトシールは、回転軸に設けられた回転環と、前記回転環と軸方向に対向して配設された静止環と、前記回転環と静止環との対面するシール面同士を接触させるべく当該回転環及び静止環のうちの一方を他方側に押す弾性手段と、を備え、前記シール面間を挟んで軸方向一方側の第１空間と軸方向他方側の第２空間とを仕切るドライコンタクトシールであって、
前記静止環は、ＳｉＣの焼結体又は超硬合金で作製されており、
前記静止環における前記回転環と対面するシール面にダイヤモンド膜が形成されており、且つ、
前記静止環の外周面又は内周面、及び、前記静止環における前記シール面と反対側の面である背面に、前記シール面のダイヤモンド膜と連続するダイヤモンド膜が形成されている。
【００１０】
本発明の第１の観点に係るドライコンタクトシールでは、静止環の外周面又は内周面、及び、当該静止環における前記シール面と反対側の面である背面に、前記シール面のダイヤモンド膜と連続するダイヤモンド膜が形成されている。ダイヤモンド膜は１０００〜２０００Ｗ／ｍ・ｋという大きな熱伝導率を有している。このため、静止環の摺動面であるシール面で発生した摩擦熱又はシール面近傍の高温流体から伝わった熱を速やかに当該静止環の外周面又は内周面に形成されたダイヤモンド膜を経由して静止環の背面に形成されたダイヤモンド膜に伝えることができる。これにより、静止環のシール面と背面との間の温度差を緩和し、前記温度差に起因する熱歪が静止環に生じるのを防止又は抑制することができる。その結果、回転環のシール面と、静止環のシール面との平行性を保つことができ、長期に亘り安定したシール性を発揮させることができる。  
【００１１】
（２）本発明の第２の観点に係るドライコンタクトシールは、回転軸に設けられた回転環と、前記回転環と軸方向に対向して配設された静止環と、前記回転環と静止環との対面するシール面同士を接触させるべく当該回転環及び静止環のうちの一方を他方側に押す弾性手段と、を備え、前記シール面間を挟んで軸方向一方側の第１空間と軸方向他方側の第２空間とを仕切るドライコンタクトシールであって、
前記静止環は、ＳｉＣの焼結体又は超硬合金で作製されており、
前記静止環における前記回転環と対面するシール面にダイヤモンド膜が形成されており、且つ、
前記静止環の外周面及び内周面に、前記シール面のダイヤモンド膜と連続するダイヤモンド膜が形成されている。
【００１２】
本発明の第２の観点に係るドライコンタクトシールでは、静止環の外周面及び内周に、前記シール面のダイヤモンド膜と連続するダイヤモンド膜が形成されている。ダイヤモンド膜は１０００〜２０００Ｗ／ｍ・ｋという大きな熱伝導率を有している。このため、静止環の摺動面であるシール面で発生した摩擦熱又はシール面近傍の高温流体から伝わった熱を速やかに当該静止環の外周面及び内周面に形成されたダイヤモンド膜を経由して静止環の内周側及び外周側に伝えることができる。これにより、静止環のシール面と外周面と内周面の各々の間の温度差を緩和し、前記温度差に起因する熱歪が静止環に生じるのを防止又は抑制することができる。その結果、回転環のシール面と、静止環のシール面との平行性を保つことができ、長期に亘り安定したシール性を発揮させることができる。  
【００１３】
（３）前記（１）又は（２）のドライコンタクトシールにおいて、前記静止環が取り付けられるシールケースに、当該静止環の外周面に冷却液を供給する供給孔を形成することができる。この場合、静止環の外周面に高熱伝導率のダイヤモンド膜が形成されているので、冷却液による冷却効果を促進させることができる。
【００１４】
（４）本発明の第３の観点に係るドライコンタクトシールは、被軸封機器のケーシングに固定されるシールケースと、前記ケーシングに挿入される回転軸との間に、当該回転軸の軸線方向に並列する、機内側の第１メカニカルシール及び機外側の第２メカニカルシールが配置されているドライコンタクトシールであって、
前記第１及び第２メカニカルシールは、それぞれ、前記回転軸に設けられた回転環と、前記シールケースに設けられた静止環と、前記回転環と静止環との対面するシール面同士を接触させるべく当該回転環及び静止環のうち一方を他方側に押す弾性手段とを備え、
前記第２メカニカルシールの回転環は、ＳｉＣの焼結体又は超硬合金で作製されており、
前記第２メカニカルシールの回転環における静止環と対面するシール面にダイヤモンド膜が形成されており、且つ、
前記第２メカニカルシールの回転環の外周面又は内周面、及び、当該回転環における前記シール面と反対側の面である背面に、前記シール面のダイヤモンド膜と連続するダイヤモンド膜が形成されている。
【００１５】
本発明の第３の観点に係るドライコンタクトシールでは、第２メカニカルシールの回転環の外周面又は内周面、及び、当該回転環における前記シール面と反対側の面である背面に、前記シール面のダイヤモンド膜と連続するダイヤモンド膜が形成されている。ダイヤモンド膜は１０００〜２０００Ｗ／ｍ・ｋという大きな熱伝導率を有している。このため、第２メカニカルシールの回転環の摺動面であるシール面で発生した摩擦熱を速やかに当該回転環の外周面又は内周面に形成されたダイヤモンド膜を経由して回転環の背面に形成されたダイヤモンド膜に伝えることができる。これにより、第２メカニカルシールの回転環のシール面と背面との間の温度差を緩和し、前記温度差に起因する熱歪が回転環に生じるのを防止又は抑制することができる。その結果、回転環のシール面と、静止環のシール面との平行性を保つことができ、長期に亘り安定したシール性を発揮させることができる。  
【００１６】
（５）本発明の第４の観点に係るドライコンタクトシールは、被軸封機器のケーシングに固定されるシールケースと、前記ケーシングに挿入される回転軸との間に、当該回転軸の軸線方向に並列する、機内側の第１メカニカルシール及び機外側の第２メカニカルシールが配置されているドライコンタクトシールであって、
前記第１及び第２メカニカルシールは、それぞれ、前記回転軸に設けられた回転環と、前記シールケースに設けられた静止環と、前記回転環と静止環との対面するシール面同士を接触させるべく当該回転環及び静止環のうち一方を他方側に押す弾性手段とを備え、
前記第２メカニカルシールの回転環は、ＳｉＣの焼結体又は超硬合金で作製されており、
前記第２メカニカルシールの回転環における静止環と対面するシール面にダイヤモンド膜が形成されており、且つ、
前記第２メカニカルシールの回転環の外周面及び内周面に、前記シール面のダイヤモンド膜と連続するダイヤモンド膜が形成されている。
【００１７】
本発明の第４の観点に係るドライコンタクトシールでは、第２メカニカルシールの回転環の外周面及び内周に、前記シール面のダイヤモンド膜と連続するダイヤモンド膜が形成されている。ダイヤモンド膜は１０００〜２０００Ｗ／ｍ・ｋという大きな熱伝導率を有している。このため、第２メカニカルシールの回転環の摺動面であるシール面で発生した摩擦熱を速やかに当該回転環の外周面及び内周面に形成されたダイヤモンド膜を経由して回転環の内周側及び外周側に伝えることができる。これにより、第２メカニカルシールの回転環のシール面と外周面と内周面の各々の間の温度差を緩和し、前記温度差に起因する熱歪が回転環に生じるのを防止又は抑制することができる。その結果、回転環のシール面と、静止環のシール面との平行性を保つことができ、長期に亘り安定したシール性を発揮させることができる。
【００１８】
（６）前記（１）〜（５）のドライコンタクトシールにおいて、前記ダイヤモンド膜の熱伝導率を１０００〜２０００Ｗ／ｍ・ｋとすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のドライコンタクトシールによれば、回転環又は静止環の部位間の温度差に起因して当該回転環又は静止環に生じる熱歪を防止又は抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のドライコンタクトシールの第１実施形態の縦断面説明図である。
【図２】図１に示されるドライコンタクトシールの変形例の要部拡大説明図である。
【図３】図１に示されるドライコンタクトシールの他の変形例の要部拡大説明図である。
【図４】図１に示されるドライコンタクトシールのさらに他の変形例の要部拡大説明図である。
【図５】本発明のドライコンタクトシールの第２実施形態の縦断面説明図である。
【図６】図５に示されるドライコンタクトシールの要部拡大説明図である。
【図７】図５に示されるドライコンタクトシールの変形例の要部拡大説明図である。
【図８】図５に示されるドライコンタクトシールの他の変形例の要部拡大説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明のドライコンタクトシールの実施の形態を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るドライコンタクトシールＤ１の縦断面説明図である。なお、図１及び後出する図２〜７においては、分かりやすくするために、ダイヤモンド膜の膜厚を誇張して描いている。
【００２２】
本実施形態に係るドライコンタクトシールＤ１は、各種産業用ポンプ、撹拌機、コンプレッサ、ブロワ等の被軸封機器に用いることができ、当該被軸封機器のケーシング１と、このケーシング１に挿入される回転軸２との間に配設されている。ドライコンタクトシールＤ１は、後述するシール面間を挟んで、軸方向一方側の機内側（第１空間）Ａと軸方向他端側の機外側（第２空間）Ｂとを仕切り、機内側に存在する流体が機外側に漏れるのを防止する。
【００２３】
図１に示されるドライコンタクトシールＤ１は、回転軸２に設けられた回転環３と、前記回転環３と軸方向に対向して配設された静止環４と、前記回転環３と静止環４との対面するシール面同士を接触させるべく当該回転環３及び静止環４のうちの一方である回転環３を他方の静止環４側に押す弾性手段であるスプリング５と、を備えている。
【００２４】
回転軸２の外周に円筒状のスプリングリテーナー６が外嵌されており、このスプリングリテーナー６はセットスクリュー７により回転軸２に固定されている。回転環３の機外側の端部はドライブカラー８に保持されており、このドライブカラー８は、前記スプリングリテーナー６を貫通するドライブピン１７に軸方向に移動可能なように接続されている。スプリング５の機内側の端部は、前記ドライブカラー８の機外側端面８ａと当接しており、当該ドライブカラー８を機内側、すなわち静止環４側に押している。なお、符号９はピンであり、回転環３の回り止めをするためのものである。回転軸２の外周面と回転環３の内周面との間にはＯリング１０が配設されている。
【００２５】
静止環４は、Ｏリング１１，１２を介在して環状のシールケース１３に取り付けられており、当該シールケース１３は、ボルト１４によりケーシング１に固定されている。静止環４は、ＳｉＣの焼結体で作製されており、この焼結体は、例えばＳｉＣの常温焼結又は反応焼結により得ることができる。また、静止環４は超硬合金（ＷＣ）で作製してもよい。
【００２６】
本実施形態では、静止環のシール面４ａ、外周面４ｂ、及び、当該静止環４における前記シール面４ａと反対側の面である背面４ｃにダイヤモンド膜ｄ１，ｄ２，ｄ３がそれぞれ形成されている。ダイヤモンド膜ｄ１，ｄ２，ｄ３は、互いに連続するように形成されている。ダイヤモンド膜は１０００〜２０００Ｗ／ｍ・ｋという大きな熱伝導率を有している。このため、静止環の摺動面であるシール面４ａで発生した摩擦熱又はシール面４ａ近傍の高温流体から伝わった熱を速やかに当該静止環４の外周面４ｂに形成されたダイヤモンド膜ｄ２を経由して静止環４の背面４ｃに形成されたダイヤモンド膜ｄ３に伝えることができる。これにより、静止環４の軸方向両側面であるシール面４ａと背面４ｃとの間の温度差を緩和し、前記温度差に起因する熱歪が静止環４に生じるのを防止又は抑制することができる。その結果、回転環３のシール面３ａと、静止環４のシール面４ａとの平行性を保つことができ、長期に亘り安定したシール性を発揮させることができる。
【００２７】
ダイヤモンド膜は、例えばマイクロ波ＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法等の一般的な製造技術を用いて作製することができる。また、ダイヤモンド膜の厚さは、本発明において特に限定されるものではないが、通常、３〜２０μｍ、好ましくは３〜１０μｍである。静止環４のシール面４ａで発生した摩擦熱が当該静止環４の母材であるＳｉＣ焼結体に移動する前に外周面４ｂのダイヤモンド膜ｄ２に移動させるという観点からは、３μｍ以上の厚さであることが望ましい。また、ダイヤモンド膜が厚くなる程膜の表面粗度も大きくなり、精密な機械部品であるメカニカルシールのシール面として使用するのが困難になるのに加えてダイヤモンド膜の残留応力を極力小さくするという観点からは、１０μｍ以下であることが望ましい。
【００２８】
ダイヤモンド膜ｄ１とダイヤモンド膜ｄ２、ｄ３とは同じ厚さであってもよいが、互いに異なる厚さであってもよい。静止環４のシール面４ａで発生した摩擦熱を速やかに外周面４ｂのダイヤモンド膜ｄ２に移動させるという観点からは、外周面４ｂのダイヤモンド膜ｄ２の膜厚がシール面４ａのダイヤモンド膜ｄ１の膜厚以上であることが望ましいが、必ずしもそれに限定されるものではない。
【００２９】
図２は、図１に示される第１実施形態の変形例の要部拡大説明図である。この変形例は、静止環４の外周面４ｂに代えて当該静止環４の内周面４ｄにダイヤモンド膜ｄ４が形成されている点が第１実施形態に係るドライコンタクトシールＤ１と異なっている。したがって、第１実施形態と共通する構成要素には同一の参照符号を付し、簡単のため、それらについての説明は省略する。
【００３０】
この変形例では、静止環４のシール面４ａ、内周面４ｄ、及び、当該静止環４における前記シール面４ａと反対側の面である背面４ｃにダイヤモンド膜ｄ１，ｄ４，ｄ３がそれぞれ形成されている。ダイヤモンド膜ｄ１，ｄ４，ｄ３は、互いに連続するように形成されている。静止環４の摺動面であるシール面４ａで発生した摩擦熱又はシール面４ａ近傍の高温流体から伝わった熱は速やかに当該静止環４の内周面４ｄに形成されたダイヤモンド膜ｄ４を経由して静止環４の背面４ｃに形成されたダイヤモンド膜ｄ３に伝えることができる。これにより、静止環４の軸方向両側面であるシール面４ａと背面４ｃとの間の温度差を緩和し、前記温度差に起因する熱歪が静止環４に生じるのを防止又は抑制することができる。その結果、回転環３のシール面３ａと、静止環４のシール面４ａとの平行性を保つことができ、長期に亘り安定したシール性を発揮させることができる。
【００３１】
図３は、図１に示される第１実施形態の他の変形例の要部拡大説明図である。この変形例は、静止環４の背面４ｃを除く当該静止環４の外周面４ｂ及び内周面４ｄにダイヤモンド膜ｄ２、ｄ４が形成されている点が第１実施形態に係るドライコンタクトシールＤ１と異なっている。したがって、第１実施形態と共通する構成要素には同一の参照符号を付し、簡単のため、それらについての説明は省略する。
【００３２】
この変形例では、静止環４のシール面４ａ、外周面４ｂ及び内周面４ｄにダイヤモンド膜ｄ１，ｄ２，ｄ４がそれぞれ形成されている。ダイヤモンド膜ｄ１，ｄ２，ｄ４は、互いに連続するように形成されている。静止環４の摺動面であるシール面４ａで発生した摩擦熱又はシール面４ａ近傍の高温流体から伝わった熱は速やかに当該静止環４の外周面４ｂ及び内周面４ｄに形成されたダイヤモンド膜ｄ２、ｄ４を経由して静止環４の内周側及び外周側に伝えることができる。これにより、静止環４のシール面４ａと外周面４ｂと内周面４ｄの各々の間の温度差を緩和し、前記温度差に起因する熱歪が静止環４に生じるのを防止又は抑制することができる。その結果、静止環４のシール面４ａと、回転環３のシール面３ａとの平行性を保つことができ、長期に亘り安定したシール性を発揮させることができる。
【００３３】
図４は、図１に示される第１実施形態のさらに他の変形例の要部拡大説明図である。この変形例では、静止環４が取り付けられるシールケース１４に、当該静止環４の外周面に冷却液を供給する供給孔１５が形成されている点が第１実施形態に係るドライコンタクトシールＤ１と異なっている。したがって、第１実施形態と共通する構成要素には同一の参照符号を付し、簡単のため、それらについての説明は省略する。
【００３４】
この変形例では、静止環４を冷却するために前記供給孔１５を通じて冷却水が当該静止環４の外周面に供給される。この場合、本実施形態では、静止環４の外周面４ｂに高熱伝導率のダイヤモンド膜ｄ２が形成されているので、冷却水による冷却効果を促進させることができる。
【００３５】
〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態に係るドライコンタクトシールＤ２の縦断面説明図であり、図６は、図５に示されるドライコンタクトシールＤ２の要部拡大説明図である。本実施形態に係るドライコンタクトシールＤ２は、各種産業用ポンプ、撹拌機、コンプレッサ、ブロワ等の被軸封機器のケーシング２１に固定されるシールケース２２と、前記ケーシング２１に挿入される回転軸２３との間に、当該回転軸２３の軸線方向に並列する、機内側の第１メカニカルシールＭ１及び機外側の第２メカニカルシールＭ２が配置されている、いわゆるタンデム型のドライコンタクトシールである。
【００３６】
機内側の第１メカニカルシールＭ１は、回転軸２３に外嵌されたスリーブ２４にＯリング２５でシールした状態でホロセットボルト２６により固定されたリテーナ２７に、Ｏリング２８でシールした状態で軸線方向摺動可能に且つ相対回転不能に保持された回転環２９と、前記シールケース２２にＯリング３０でシールした状態でピン３１により固定された静止環３２と、前記回転環２９及び静止環３２のうちの一方である回転環２９を他方の静止環３２側へと押圧付勢するスプリング３３とを備えている。この第１メカニカルシールＭ１では、回転環２９と静止環３２の対向端面であるシール面２９ａ、３２ａの相対回転摺接作用により、被密封流体領域Ａと、後述するパージガスの排出領域Ｂとをシール（一次シール）している。静止環３２はセラミックスや超硬合金等の硬質材で作製され、一方、回転環２９は静止環３２より比較的軟質の材料、例えばカーボン等で作製されている。
【００３７】
二次シールとして機能する機外側の第２メカニカルシールＭ２は、前記第１メカニカルシールＭ１の前方位置（機外側）に配置されており、当該第１メカニカルシールＭ１と同様に、回転軸２３に外嵌されたスリーブ２４にＯリング３４でシールした状態でピン３５により固定された回転環３６と、前記シールケース２２にＯリング３７でシールした状態で軸線方向摺動可能に且つ相対回転不能に固定された静止環３８と、前記回転環３６及び静止環３８のうちの一方である静止環３８を他方の前記回転環３６側へと押圧付勢するスプリング３９とを備えている。この第２メカニカルシールＭ２では、回転環３６と静止環３８の対向端面であるシール面３６ａ、３８ａの相対回転摺接作用により、パージガスの排出領域Ｂと、大気領域Ｃとをシール（二次シール）している。回転環３６はＳｉＣの焼結体で作製されており、この焼結体は、例えばＳｉＣの常温焼結又は反応焼結により得ることができる。一方、静止環３８は回転環３６より比較的軟質の材料、例えばカーボン等で作製されている。なお、回転環３６は超硬合金（ＷＣ）で作製してもよい。
【００３８】
シールケース２２には、パージガスの供給路４０が形成されており、この供給路４０を介してパージガスが第２メカニカルシールＭ２の外周の領域Ｄに供給される。このパージガスは、前記シールケース２２の内周面に形成された環状凸部４１の先端面４１ａと、第２メカニカルシールＭ２の回転環３６が固定されるスリーブ２４の環状鍔部４２の外周面４２ａとの間の狭路４３を通って回転環３６の背部の領域Ｂに至り、ついでシールケース２２に形成された排出路４４を通って装置外に排出される。その際、前記狭路４３を高速で通過するパージガスの流れによって、プロセス液が気化することにより発生した気体が大気側領域Ｃに漏れるのを抑制している。
【００３９】
本実施形態では、図６に示されるように、第２メカニカルシールＭ２の回転環３６のシール面３６ａ、外周面３６ｂ、及び、当該回転環３６における前記シール面３６ａと反対側の面である背面３６ｃにダイヤモンド膜ｄ１，ｄ２，ｄ３がそれぞれ形成されている。ダイヤモンド膜ｄ１，ｄ２，ｄ３は、互いに連続するように形成されている。ダイヤモンド膜は１０００〜２０００Ｗ／ｍ・ｋという大きな熱伝導率を有している。このため、回転環３６の摺動面であるシール面３６ａで発生した摩擦熱を速やかに当該回転環３６の外周面３６ｂに形成されたダイヤモンド膜ｄ２を経由して回転環３６の背面３６ｃに形成されたダイヤモンド膜ｄ３に伝えることができる。これにより、回転環３６の軸方向両側面であるシール面３６ａと背面３６ｃとの間の温度差を緩和し、前記温度差に起因する熱歪が回転環３６に生じるのを防止又は抑制することができる。その結果、回転環３６のシール面３５ａと、静止環３８のシール面３８ａとの平行性を保つことができ、長期に亘り安定したシール性を発揮させることができる。
【００４０】
ダイヤモンド膜は、例えばマイクロ波ＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法等の一般的な製造技術を用いて作製することができる。また、ダイヤモンド膜の厚さは、本発明において特に限定されるものではないが、通常、３〜２０μｍ、好ましくは３〜１０μｍである。回転環３６のシール面３６ａで発生した摩擦熱が当該回転環３６の母材であるＳｉＣ焼結体に移動する前に外周面３６ｂのダイヤモンド膜ｄ２に移動させるという観点からは、３μｍ以上の厚さであることが望ましい。また、ダイヤモンド膜が厚くなる程膜の表面粗度も大きくなり、精密な機械部品であるメカニカルシールのシール面として使用するのが困難になるのに加えてダイヤモンド膜の残留応力を極力小さくするという観点からは、１０μｍ以下であることが望ましい。
【００４１】
ダイヤモンド膜ｄ１とダイヤモンド膜ｄ２、ｄ３とは同じ厚さであってもよいが、互いに異なる厚さであってもよい。回転環３６のシール面３６ａで発生した摩擦熱を速やかに外周面３６ｂのダイヤモンド膜ｄ２に移動させるという観点からは、外周面３６ｂのダイヤモンド膜ｄ２の膜厚がシール面３６ａのダイヤモンド膜ｄ１の膜厚以上であることが望ましい、必ずしもそれに限定されるものではない。
【００４２】
図７は、図５に示される第２実施形態の変形例の要部拡大説明図である。この変形例は、回転環３６の外周面３６ｂに代えて当該回転環３６の内周面３６ｄにダイヤモンド膜ｄ４が形成されている点が第２実施形態に係るドライコンタクトシールＤ２と異なっている。したがって、第２実施形態と共通する構成要素には同一の参照符号を付し、簡単のため、それらについての説明は省略する。
【００４３】
この変形例では、回転環３６のシール面３６ａ、内周面３６ｄ、及び、当該回転環３６における前記シール面３６ａと反対側の面である背面３６ｃにダイヤモンド膜ｄ１，ｄ４，ｄ３がそれぞれ形成されている。ダイヤモンド膜ｄ１，ｄ４，ｄ３は、互いに連続するように形成されている。回転環３６の摺動面であるシール面３６ａで発生した摩擦熱は速やかに当該回転環３６の内周面３６ｄに形成されたダイヤモンド膜ｄ４を経由して回転環３６の背面３６ｃに形成されたダイヤモンド膜ｄ３に伝えることができる。これにより、回転環３６の軸方向両側面であるシール面３６ａと背面３６ｃとの間の温度差を緩和し、前記温度差に起因する熱歪が回転環３６に生じるのを防止又は抑制することができる。その結果、回転環３６のシール面３６ａと、静止環３８のシール面３８ａとの平行性を保つことができ、長期に亘り安定したシール性を発揮させることができる。
【００４４】
図８は、図５に示される第２実施形態の他の変形例の要部拡大説明図である。この変形例は、回転環３６の背面３６ｃを除く当該回転環３６の外周面３６ｂ及び内周面３６ｄにダイヤモンド膜ｄ２、ｄ４が形成されている点が第２実施形態に係るドライコンタクトシールＤ２と異なっている。したがって、第２実施形態と共通する構成要素には同一の参照符号を付し、簡単のため、それらについての説明は省略する。
【００４５】
この変形例では、回転環３６のシール面３６ａ、外周面３６ｂ及び内周面３６ｄにダイヤモンド膜ｄ１，ｄ２，ｄ４がそれぞれ形成されている。ダイヤモンド膜ｄ１，ｄ２，ｄ４は、互いに連続するように形成されている。回転環３６の摺動面であるシール面３６ａで発生した摩擦熱は速やかに当該回転環３６の外周面３６ｂ及び内周面３６ｄに形成されたダイヤモンド膜ｄ２、ｄ４を経由して回転環３６の内周側及び外周側に伝えることができる。これにより、回転環３６のシール面３６ａと外周面３６ｂと内周面３６ｄの各々の間の温度差を緩和し、前記温度差に起因する熱歪が回転環３６に生じるのを防止又は抑制することができる。その結果、静止環３８のシール面３８ａと、回転環３６のシール面３６ａとの平行性を保つことができ、長期に亘り安定したシール性を発揮させることができる。
【００４６】
なお、本発明のメカニカルシールは前述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ：ケーシング
２  ：回転軸   
３  ：回転環
３ａ：シール面
３ｂ：外周面
３ｃ：背面
３ｄ：内周面
４  ：静止環
５  ：スプリング
６  ：スプリングリテーナー
７  ： セットスクリュー
８  ：ドライブカラー
９  ：ピン
１０  ：Ｏリング 
１１  ：Ｏリング 
１２  ：Ｏリング 
１３  ：シールケース 
１４  ：シールケース 
１５  ：供給孔 
２１  ：ケーシング
２２  ：シールケース
２３  ：回転軸 
２４  ：スリーブ
２５  ：Ｏリング 
２６  ：ホロセットボルト
２７  ：リテーナ
２８  ：Ｏリング
２９  ：回転環
２９ａ：シール面
３０  ：Ｏリング 
３１  ：ピン
３２  ：静止環 
３２ａ：シール面
３３  ：スプリング
３４  ：Ｏリング 
３５  ：ピン
３６  ：回転環
３７  ：Ｏリング
３８  ：静止環
３９  ：スプリング
４０  ：供給路
４１  ：環状凸部
４１ａ：シール面
４２  ：環状鍔部
４２ａ：外周面
４３  ：狭路
４４  ：排出路
Ｄ１：ドライコンタクトシール
Ｄ２：ドライコンタクトシール
Ｍ１：第１メカニカルシール
Ｍ２：第２メカニカルシール
ｄ１：ダイヤモンド膜
ｄ２：ダイヤモンド膜
ｄ３：ダイヤモンド膜
ｄ４：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】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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