(57)【要約】  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。
2016121739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  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。
【背景技術】
【０００２】  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。）。【０００３】  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。【０００４】  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。【０００５】  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。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ  ２０１２／０４６７４９  Ａ１
【特許文献２】ＷＯ  ２０１４／１１２４５５  Ａ１
【特許文献３】ＷＯ  ２０１４／１４８３１６  Ａ１
【特許文献４】ＷＯ  ２０１４／１０３６３１  Ａ１
【特許文献５】ＷＯ  ２０１４／１７４７２５  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  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。【０００８】  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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】〔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。【００１０】〔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。【００１１】  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。【００１２】  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。【００１３】  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。【００１４】  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。【００１５】  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。
【発明の効果】
【００１６】  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。【００１７】（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。【００１８】（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。【００１９】（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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】  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。
【実施例１】
【００２２】  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。【００２３】  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。【００２４】  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。【００２５】  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。【００２６】  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��される。【００２７】  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。【００２８】  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。【００２９】 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。【００３０】  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。【００３１】  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���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。【００３２】  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。【００３３】  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。【００３４】  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。【００３５】  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。【００３６】  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。【００３７】  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。【００３８】  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。【００３９】  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。
【実施例２】
【００４０】  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。【００４１】   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。【００４２】  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。
【実施例３】
【００４３】  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。【００４４】  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。【００４５】  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。【００４６】  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。
【実施例４】
【００４７】  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。【００４８】  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。【００４９】  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。【００５０】  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。【００５１】  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。【００５２】  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。【００５３】  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。【００５４】  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��に被覆してもよい。【００５５】  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。
【符号の説明】
【００５６】   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    
【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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【国際調査報告】
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