(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復駆動されるピストンとシリンダとが摺動する摺動面に当接するか、またはピストンロッドとシリンダとが摺動する摺動面に当接して用いられる海水淡水化のための動力回収装置用シールリングであって、
液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、
パルスプラズマＣＶＤ法により前記基材の少なくとも一部に複数回に分けて重ねて被覆され、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下の範囲にあり、電気抵抗が１０5〜１０8Ωの範囲にあり、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、
を有することを特徴とする動力回収装置用シールリング。
【請求項２】
前記パルスプラズマＣＶＤ法が以下の成膜プロセス1)〜4)で構成され、
1)高周波電源と高圧パルス電源の２つ電源に重畳装置を介してそれぞれ接続された板状のベース電極および円柱状の補助電極を真空チャンバ内に配置し、前記ベース電極の上に前記補助電極を立設し、さらに前記補助電極に前記環状の基材を装着し、
2)真空排気された前記真空チャンバ内に原料ガスを供給し、前記高周波電源および前記高圧パルス電源からそれぞれ供給される高周波パワーと高圧パルスパワーを前記重畳装置により重ね合わせた重畳パワーを前記ベース電極および補助電極に供給し、前記ベース電極および補助電極の周囲に間欠的なパルスプラズマ放電を発生させ、
3)前記ベース電極および補助電極に高周波パワーを印加することにより前記原料ガスをイオン化させ、前記環状の基材の表面をカーボンイオンで覆い、
4) 前記ベース電極および補助電極に高圧パルスパワーを印加することにより前記原料ガスのイオン化成分を前記環状の基材に向けて加速させ、
これにより軟質皮膜と硬質皮膜が積層され、前記環状の基材を覆う前記ダイヤモンドライクカーボン膜を得る、
ことを特徴とする請求項１記載のシールリング。
【請求項３】
前記ダイヤモンドライクカーボン膜の膜厚を２μｍ以上１０μｍ以下の範囲としたことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載のシールリング。
【請求項４】
前記基材は、樹脂単体からなるか、あるいは無機繊維または無機粒子で補強された樹脂を有する複合材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のシールリング。
【請求項５】
前記基材は、ゴム系材料を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のシールリング。
【請求項６】
圧力流体が導入または排出されるシリンダと、前記シリンダ内に可動支持され、前記圧力流体からの圧力を受けて前記シリンダ内で往復駆動されるピストンと、前記ピストンが前記シリンダに接触して摺動する摺動面に開口する溝に保持されたシールリングと、を具備する海水淡水化のための動力回収装置であって、
前記シールリングは、
液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、
パルスプラズマＣＶＤ法により前記基材の少なくとも一部に複数回に分けて重ねて被覆され、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下の範囲にあり、電気抵抗が１０5〜１０8Ωの範囲にあり、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、
を有することを特徴とする動力回収装置。
【請求項７】
海水に含まれる溶質を分離するための逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュールと、海水に圧力を付与した状態で前記逆浸透膜モジュールに海水を供給するポンプと、前記逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の圧力を動力エネルギとして回収するためのシリンダとピストンを有する動力回収装置と、前記ピストンが前記シリンダ内で往復摺動する際に前記シリンダの摺動面または前記ピストンの摺動面のいずれかに当接して摺動するシールリングと、を具備する海水淡水化装置であって、
前記シールリングは、
液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、
パルスプラズマＣＶＤ法により前記基材の少なくとも一部に複数回に分けて重ねて被覆され、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下の範囲にあり、電気抵抗が１０5〜１０8Ωの範囲にあり、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、
を有することを特徴とする海水淡水化装置。
【請求項８】
前記ポンプが、前記ダイヤモンドライクカーボン膜で被覆されたシールリングをさらに有することを特徴とする請求項７記載の海水淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、シリンダ／ピストン間を液密にシールする海水淡水化のための動力回収装置用シールリングに係り、そのシールリングを利用する動力回収装置および海水淡水化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水淡水化装置は、逆浸透圧より高い圧力の海水を逆浸透膜（以下、ＲＯ膜という）に供給し、海水中の塩分等の溶質を除去して淡水をつくり出し、残りの海水を高濃度塩水（ブライン）として排出する。ブラインは高圧のまま排出されるため高い圧力エネルギを保有している。
【０００３】
近時、海水淡水化装置において更に省エネルギ化を進めるために、海水淡水化装置に動力回収装置が付帯設備として設置されるようになってきている。動力回収装置は、例えば特許文献１に記載されているように、高圧のブラインを回収し、ブラインが保有する圧力エネルギを海水の加圧に利用する省エネ装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０３１０９号公報、段落００６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の動力回収装置では、長期間のメンテナンスフリーを実現するために、シリンダ／ピストン間を液密にシールする摺動部材（シールリング）として、低摩擦係数と耐磨耗性を兼ね備えた材料、または、これらの特性を有した材料をコーティングしたＯリング等を用いている。低摩擦係数と耐磨耗性のコーティング膜として特許文献１にはダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣという）などの各種材料が記載されている。
【０００６】
しかしながら、従来のＤＬＣ膜はピンホールが発生しやすく、発生したピンホールを起点として膜に亀裂を生じて剥がれやすい。
【０００７】
また、摺動部材を構成する基材が硬質ゴムや樹脂などの絶縁性の材料からなり、固体潤滑のため表面がドライな状態におかれるので、摺動部材に静電気が蓄積されて帯電しやすく、帯電した摺動部材に異物が付着しやすい。
【０００８】
さらに、前記硬質ゴムや樹脂等の基材は液密にシールするため、圧縮変形された状態でシリンダ／ピストン間に装着されるが、ＤＬＣ膜は前記基材の変形に追従できず、装着時に割れや剥離を生じやすい。
【０００９】
本発明の実施形態は上記課題を解決するためになされたものであり、低摩擦化によりピストンの駆動エネルギを低減でき、動力回収装置の高効率化を達成でき、長期間のメンテナンスフリーを実現できる長寿命で安定した品質のコーティング膜をもつ海水淡水化のための動力回収装置用シールリングおよびそれを有する動力回収装置と海水淡水化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る海水淡水化のための動力回収装置用シールリングは、往復駆動されるピストンとシリンダとが摺動する摺動面に当接するか、またはピストンロッドとシリンダとが摺動する摺動面に当接して用いられる海水淡水化のための動力回収装置用シールリングであって、液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、パルスプラズマＣＶＤ法により前記基材の少なくとも一部に複数回に分けて重ねて被覆され、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下の範囲にあり、電気抵抗が１０5〜１０8Ωの範囲にあり、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る動力回収装置は、圧力流体が導入または排出されるシリンダと、前記シリンダ内に可動支持され、前記圧力流体からの圧力を受けて前記シリンダ内で往復駆動されるピストンと、前記ピストンが前記シリンダに接触して摺動する摺動面に開口する溝に保持されたシールリングと、を具備する海水淡水化のための動力回収装置であって、前記シールリングは、液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、パルスプラズマＣＶＤ法により前記基材の少なくとも一部に複数回に分けて重ねて被覆され、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下の範囲にあり、電気抵抗が１０5〜１０8Ωの範囲にあり、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る海水淡水化装置は、海水に含まれる溶質を分離するための逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュールと、海水に圧力を付与した状態で前記逆浸透膜モジュールに海水を供給するポンプと、前記逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の圧力を動力エネルギとして回収するためのシリンダとピストンを有する動力回収装置と、前記ピストンが前記シリンダ内で往復摺動する際に前記シリンダの摺動面または前記ピストンの摺動面のいずれかに当接して摺動するシールリングと、を具備する海水淡水化装置であって、前記シールリングは、液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、パルスプラズマＣＶＤ法により前記基材の少なくとも一部に複数回に分けて重ねて被覆され、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下の範囲にあり、電気抵抗が１０5〜１０8Ωの範囲にあり、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、を有することを特徴とする。
【００１３】
本明細書中において重要な用語を以下に定義する。
【００１４】
パルスプラズマＣＶＤ法とは、高周波パワーと高圧パルスパワーを重畳させた重畳パワーを印加することにより間欠的に放電を生じさせて原料ガスをプラズマ化し、プラズマ中のイオンを基材に印加したバイアス電圧で形成された電界で基材方向に加速・引き寄せることで基材上に原料ガス成分を堆積させる化学気相成長法をいう。このパルスプラズマＣＶＤ法では、放電をパルス化することにより、高周波印加時にコーティングするイオンを形成し、高圧印加時にイオンを加速・堆積させるという工程を繰り返すことで、残留応力が極めて小さい軟質皮膜と硬質皮膜との積層構造を形成させることが可能である。また、高いガス圧力下で安定した放電プラズマが生成されるため、中程度の真空下で密着性に優れた膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】動力回収装置を有する海水淡水化装置の概要を示す構成ブロック図。
【図２】動作時の動力回収装置の一形態を示す構成ブロック図。
【図３】動作時の動力回収装置の他の形態を示す構成ブロック図。
【図４】動力回収装置のシリンダ／ピストン間およびシリンダ／ロッド間の各摺動部を示す部分拡大断面図。
【図５】シリンダ／ピストン間の摺動部に用いるシール部材を示す部分断面図。
【図６】（ａ）はプラズマＣＶＤ法の成膜原理を説明するための模式図、（ｂ）はイオン注入法の原理を説明するための模式図。
【図７】パルスプラズマ法に用いる装置の概要を示す構成ブロック図。
【図８】図７のパルスプラズマ装置の要部を示す図。
【図９】（ａ）は高周波プラズマＣＶＤ法を用いて成膜されたＤＬＣ膜の表面を撮影したＳＥＭ写真、（ｂ）は高周波プラズマＣＶＤ法を用いて成膜されたＤＬＣ膜の縦断面を撮影したＳＥＭ写真。
【図１０】パルスプラズマＣＶＤ法を用いて成膜されたＤＬＣ膜の縦断面を撮影したＳＥＭ写真。
【図１１】（ａ）は高周波プラズマＣＶＤ法により成膜されたＤＬＣ膜（亀裂あり）の縦断面を撮影したＳＥＭ写真、（ｂ）は高周波プラズマＣＶＤ法により成膜された他のＤＬＣ膜（亀裂あり）の縦断面を撮影したＳＥＭ写真。
【図１２】（ａ），（ｂ），（ｃ）はシールリングにコーティングしたＤＬＣ膜の圧縮変形試験を説明するための模式図。
【図１３】シールリングにコーティングしたＤＬＣ膜の摩擦係数測定試験を説明するための模式図。
【図１４】（ａ）は圧縮変形量0.5mmのときの摩擦係数測定試験結果を示す特性線図、（ｂ）は圧縮変形量1.0mmのときの摩擦係数測定試験結果を示す特性線図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の種々の好ましい実施の形態を以下に説明する。
【００１７】
（１）本実施形態に係る海水淡水化のための動力回収装置用シールリングは、往復駆動されるピストンとシリンダとが摺動する摺動面に当接するか、またはピストンロッドとシリンダとが摺動する摺動面に当接して用いられる海水淡水化のための動力回収装置用シールリングであって、液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、パルスプラズマＣＶＤ法により前記基材の少なくとも一部に複数回に分けて重ねて被覆され、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下の範囲にあり、電気抵抗が１０5〜１０8Ωの範囲にあり、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、を有するものである。
【００１８】
高周波プラズマ法を用いて成膜されたＤＬＣコーティング膜は、基材との密着性に優れ、表層部に柱状（しわ状）組織が発達して表面に凹凸がある（図９（ａ）（ｂ））。この柱状（しわ状）組織は変形能に優れているため基材が変形しても割れを生じ難いが、しわ状の組織構造であるため皮膜の硬さが著しく低く、摺動面の面圧が小さい場合には優れた低摩擦係数と耐摩耗特性を示すが、海水淡水化装置のシール部のように面圧が高い場合は短時間で損耗または剥離を生じる。さらに、コーティング中の真空度が比較的高いので、ニトリルゴム（NBR）のような揮発成分の多い基材にはコーティングができない。ＤＬＣコーティング膜の膜厚を１μｍ以上に厚くすると、シールリングの寿命が延長されて長期間にわたりシールリングの交換が不要になる。このため、シールリングを用いる動力回収装置や高圧ポンプを長期にメンテナンスフリーの扱いとすることが可能になる。とくにパルスプラズマＣＶＤ法により成膜した膜は、均一性に優れる高品質の膜質を有するので、シールリングの寿命を大幅に延ばすことができる。しかし、膜厚が１０μｍを超えて厚くなり過ぎると、ＤＬＣ膜に割れや剥離を生じやすくなるため膜厚１０μｍ以下とする。
また、ＤＬＣコーティング膜の電気抵抗を１０5〜１０8Ωの範囲にすると、シールリングが帯電しにくくなり、異物が析出・付着・堆積し難くなるので、長期間連続使用中における摺動摩擦抵抗の上昇が有効に防止される。また、異物付着によるＤＬＣ膜の損傷（傷つき）が有効に防止される。ちなみに、一般的なＣＶＤ法で成膜したＤＬＣ膜の表面抵抗は通常１０6Ω程度である。一方、高周波プラズマＣＶＤ法で成膜した図９（ａ）（ｂ）に示すしわ状ＤＬＣ膜の表面抵抗は１０6Ω程度である。
【００１９】
これに対して、パルスプラズマＣＶＤ法を用いて成膜されたＤＬＣコーティング膜は、基材との密着性に優れているばかりでなく膜質が均一性に優れ、高周波プラズマＣＶＤ法で成膜した膜に比べて表面が平滑である（図１０）。この膜は、高周波電源ＯＮ／高圧パルス電源ＯＦＦの時は比較的硬さの低いＤＬＣ皮膜が形成され、逆に高周波電源ＯＦＦ／高圧パルス電源ＯＮの時は硬さの高いＤＬＣ皮膜が形成されるため、軟質皮膜と硬質皮膜がナノメートル単位で積層された皮膜を得ることが可能である。このようなナノオーダーでの積層構造と、イオン注入時の局部的な加熱による皮膜のアニーリング効果により、ＤＬＣ皮膜中の残留応力をほぼゼロにすることができ、高周波プラズマＣＶＤ法で成膜したＤＬＣ膜と比べて硬く、高強度、変形能等のすべてにおいて優れた特性を有している。また、コーティング中の雰囲気も高真空が不要なため、ニトリルゴム等の揮発成分の多いゴムや樹脂にもコーティングが可能であり、無機粒子で補強された樹脂等の複合材料にも容易にコーティングすることができる。
【００２０】
なお、シールリングとしてのＯリングの基材には、樹脂、ゴム系材料または金属材料のいずれかを用いることができる。また、シールリングとしてのブライドリングの基材には、樹脂またはゴム系材料のいずれかを用いることができる。樹脂として超高分子量ポリエチレン（UHMW-PE）などが好ましい。ゴム系材料としてエチレンプロピレンゴム（EPDM）などが好ましい。金属材料として二相ステンレス鋼（SUS 329J1）またはスーパー二相ステンレス鋼（SUS 329J4L）が好ましい。
【００２１】
（２）上記（１）において、パルスプラズマＣＶＤ法が以下の成膜プロセス1)〜4)で構成されていることが好ましい。
1)高周波電源と高圧パルス電源の２つ電源に重畳装置を介してそれぞれ接続された板状のベース電極および円柱状の補助電極を真空チャンバ内に配置し、前記ベース電極の上に前記補助電極を立設し、さらに前記補助電極に前記環状の基材を装着し、
2)真空排気された前記真空チャンバ内に原料ガスを供給し、前記高周波電源および前記高圧パルス電源からそれぞれ供給される高周波パワーと高圧パルスパワーを前記重畳装置により重ね合わせた重畳パワーを前記ベース電極および補助電極に供給し、前記ベース電極および補助電極の周囲に間欠的なパルスプラズマ放電を発生させ、
3)前記ベース電極および補助電極に高周波パワーを印加することにより前記原料ガスをイオン化させ、前記環状の基材の表面をカーボンイオンで覆い、
4) 前記ベース電極および補助電極に高圧パルスパワーを印加することにより前記原料ガスのイオン化成分を前記環状の基材に向けて加速させ、
これにより軟質皮膜と硬質皮膜が積層され、前記環状の基材を覆う前記ダイヤモンドライクカーボン膜を得ることができる。
【００２２】
このようにすると、第１層のＤＬＣ膜に発生したピンホールを第２層以降のＤＬＣ膜により塞ぐことができるので、ピンホールを起点とする亀裂が発生しなくなる。このため、品質安定性が高く、長寿命のＤＬＣコーティング膜が得られる。
【００２３】
（３）上記（１）または（２）のいずれかにおいて、ダイヤモンドライクカーボン膜の膜厚を２μｍ以上１０μｍ以下の範囲とすることが望ましい（図１０）。
【００２４】
ＤＬＣ膜の寿命は相手材、面圧、摺動条件等によって変わるが、１μｍ以上、好ましくは２μｍ以上に厚くすると、シールリングの寿命が延長されて長期間にわたりシールリングの交換が不要になる。このため、シールリングを用いる動力回収装置や高圧ポンプを長期にメンテナンスフリーの扱いとすることが可能になる。とくにパルスプラズマＣＶＤ法により成膜した膜は、均一性に優れる高品質の膜質を有するので、シールリングの寿命を大幅に延ばすことができる。ＤＬＣ膜は厚いほど摺動寿命は増大する傾向を示すが、厚く成り過ぎると製造コスト増を招くとともに、皮膜も割れや剥離を生じやすくなるので、１０μｍを超える過大な膜厚にしないことが肝要である。
【００２８】
（４）上記（１）乃至（３）のうちのいずれか１において、基材は、樹脂単体とするか、あるいは無機繊維または無機粒子で補強された樹脂を有する複合材料とすることができる。
【００２９】
樹脂として超高分子量ポリエチレン（UHMW-PE）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリアミド（PA）、ポリイミド（PI）、ポリアセタール（POM）、ポリプロピレン（PP）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、フェニールホルムアルデヒド（PF）のいずれかが好ましい。
【００３０】
補強材となる無機繊維として炭素繊維またはガラス繊維を用いることができる。また、補強材となる無機粒子としてシリカ粒子、アルミナ粒子、ジルコニア粒子、窒化ケイ素粒子のいずれかを用いることができる。
【００３１】
（５）上記（１）乃至（３）のうちのいずれか１において、基材は、ゴム系材料を含むことができる。
【００３２】
シールリングとしてのＯリング及びブライドリングの基材には、ゴム系材料を含ませることができる。ゴム系材料を単体で基材としてもよいし、ゴム系材料を無機繊維や無機粒子などの補強材で補強するようにしてもよい。
【００３３】
ゴム系材料としてニトリルゴム（NBR）、水素化ニトリルゴム（H-NBR）、エチレンプロピレンゴム（EPDM）、クロロプレンゴム（CR）、ブチルゴム（IIR）、ウレタンゴム（U）、イソプレンゴム（IR）、シリコンゴム（SiR）、フッ素ゴム（FKM）のいずれかが好ましい。
【００３４】
樹脂としてアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリアミド（PA）、ポリイミド（PI）、ポリアセタール（POM）、ポリプロピレン（PP）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、フェニールホルムアルデヒド（PF）が好ましい。
【００３５】
ちなみにシリンダの構成材料には、樹脂とガラス繊維との複合材料または金属材料を用いることができる。複合材料のマトリックス樹脂としてポリカーボネート（PC）、ポリアセタール（POM）、超高分子量ポリエチレン（UHMW-PE）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリフェニレンエーテル（PPE）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリアリレート（PAR）、ポリサルホン（PSF）、ポリエーテルイミド（PEI）、ポリエーテルサルホン（PES）、ポリアミド（PA）、ポリイミド（PI）、ポリアミドイミド（PAI）が好ましい。金属材料として二相ステンレス鋼（SUS 329J1）またはスーパー二相ステンレス鋼（SUS 329J4L）が好ましい。
【００３６】
ＤＬＣ皮膜自体が自己潤滑性に優れているため、コーティングにより摺動時の摩擦係数の低減化を図ることが可能であるが、皮膜厚さが比較的薄いため、シールリングがシリンダに接触して摺動するシリンダ摺動面も平滑な仕上げ面にすることが好ましい。このようなシリンダ摺動面は、ピストンの外周溝に保持されたシールリングを滑らかに摺動させるために最大高さ０.８μm Ｒｍａｘ 以上の表面粗さに仕上げられていることが好ましい。シリンダ摺動面の表面粗さを最大高さ０.８μm Ｒｍａｘ以上とすることにより、ＤＬＣ被覆シールリングとの間の摩擦係数が０.１以下に低減されるようになるからである。
【００３７】
また、ピストン及びロッドの構成材料には、金属材料、セラミック材料またはエンジニアリングプラスチックを用いることができる。金属材料として二相ステンレス鋼（SUS 329J1）またはスーパー二相ステンレス鋼（SUS 329J4L）が好ましい。セラミック材料としてアルミナ（Al2O3）、窒化ケイ素（Si3N4）、炭化ケイ素（SiC）、サイアロン（SiAlON）が好ましい。エンジニアリングプラスチックとして超高分子量ポリエチレン（UHMW-PE）、ポリフェニレンエーテル（PPE）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリアリレート（PAR）、ポリサルホン（PSF）、ポリエーテルイミド（PEI）、ポリエーテルサルホン（PES）が好ましい。なお、ピストンとロッドはできるだけ同じ材料とすることが好ましい。
【００３８】
（６）本実施形態に係る動力回収装置は、圧力流体が導入または排出されるシリンダと、前記シリンダ内に可動支持され、前記圧力流体からの圧力を受けて前記シリンダ内で往復駆動されるピストンと、前記ピストンが前記シリンダに接触して摺動する摺動面に開口する溝に保持されたシールリングと、を具備する海水淡水化のための動力回収装置であって、前記シールリングは、液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、パルスプラズマＣＶＤ法により前記基材の少なくとも一部に複数回に分けて重ねて被覆され、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下の範囲にあり、電気抵抗が１０5〜１０8Ωの範囲にあり、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、を有することを特徴とする。
【００３９】
本実施形態の動力回収装置では、シールリングの基材上にパルスプラズマＣＶＤ法により被覆された高品質のＤＬＣ膜が存在するため、シリンダ／ピストン駆動部を長期間にわたりメンテナンスフリーの扱いとすることが可能となることに加えて、低摩擦化によりピストンの駆動エネルギを著しく低減することができ、動力回収装置の高効率化を達成することができる。パルスプラズマＣＶＤ法により成膜した膜は、均一性、密着性、変形能に優れる高品質の膜質を有するので、低摩擦化による高い回収効率を長期間に渡って維持することができる。
【００４０】
（７）本実施形態に係る海水淡水化装置は、海水に含まれる溶質を分離するための逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュールと、海水に圧力を付与した状態で前記逆浸透膜モジュールに海水を供給するポンプと、前記逆浸透膜モジュールから排出される濃縮水の圧力を動力エネルギとして回収するためのシリンダとピストンを有する動力回収装置と、前記ピストンが前記シリンダ内で往復摺動する際に前記シリンダの摺動面または前記ピストンの摺動面のいずれかに当接して摺動するシールリングと、を具備する海水淡水化装置であって、前記シールリングは、液密にシールするため変形能を備えた環状の基材と、パルスプラズマＣＶＤ法により前記基材の少なくとも一部に複数回に分けて重ねて被覆され、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下の範囲にあり、電気抵抗が１０5〜１０8Ωの範囲にあり、前記摺動面と直接接触するダイヤモンドライクカーボン膜と、を有することを特徴とする海水淡水化装置。
【００４１】
本実施形態の海水淡水化装置では、シールリングの基材上にパルスプラズマＣＶＤ法により被覆された低摩擦係数・耐磨耗性に優れた高品質のＤＬＣ膜が存在するため、動力回収装置を長期間にわたりメンテナンスフリーの扱いで高い動力回収効率を維持することが可能となる。ことが可能となる。パルスプラズマＣＶＤ法により成膜した膜は、均一性に優れる高品質の膜質を有するので、低摩擦化による高い回収効率を長期間に渡って維持することができる。
【００４２】
（８）上記（７）において、前記ポンプが、前記ダイヤモンドライクカーボン膜で被覆されたシールリングをさらに有することができる。
【００４３】
動力回収装置のシリンダ／ピストン駆動部ばかりでなく、ＲＯ膜モジュールに海水を圧送する高圧ポンプや低圧ポンプの寿命延長を図ることができる。
【００４４】
さらに、海水淡水化装置および動力回収装置内は高圧・高濃度の海水に常時接するだけでなく、ＲＯ膜の洗浄のため高圧の酸、アルカリ溶液にも定期的に晒される。ゴム、樹脂等の有機物はこのような高圧水により分子結合が切断され、短期間で劣化することも予想される。前記ＤＬＣ皮膜は酸、アルカリにも全く腐食されないため、摺動部に限らず有機物の表面にコーティングし、前記、酸、アルカリと有機物を遮断することにより有機物で構成された部材の長寿命化、メンテナンスフリー化も達成できる。
【００４５】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を具体的に説明する。
【００４６】
先ず図１を参照して第１の実施形態に係る動力回収装置６０を備えた海水淡水化装置の概要を説明する。海水淡水化装置１では、汲み上げられた海水は、前処理系１０で薬品処理され、送水ポンプ２０により、保安フィルタ３０へ送水される。保安フィルタ３０を通過した海水は、一方が高圧ポンプ４０へ供給され、他方が動力回収装置６０へ供給される。このとき、保安フィルタ３０から出力された海水の圧力Ｐ３は、０．２ＭＰａ程度である。
【００４７】
高圧ポンプ４０は、供給された海水を昇圧し、高圧ＲＯ膜モジュール５０へ出力する。このとき、昇圧後の圧力Ｐ４は、高圧ＲＯ膜モジュール５０の種類によって異なるが、ここでは代表値として６．０ＭＰａとする。
【００４８】
高圧ＲＯ膜モジュール５０は、供給された海水をろ過する。高圧ＲＯ膜モジュール５０の回収率が４０％の場合、高圧ＲＯ膜モジュール５０からは、流入した流量の４０％の淡水と、６０％の高濃度塩水（ブライン）とが排出される。このとき、淡水の圧力は、０．２ＭＰａ程度（＝Ｐ３）まで低下するが、高濃度塩水の圧力Ｐ６は約５．８ＭＰａである。高圧ＲＯ膜モジュール５０からの淡水は低圧ポンプ８０へ供給され、ブラインは動力回収装置６０へ供給される。
【００４９】
高圧ＲＯ膜モジュール５０からの淡水は、低圧ポンプ８０で再加圧され、低圧ＲＯ膜モジュール９０を通過することで、含有ホウ素の除去等が施される。そして、低圧ＲＯ膜モジュール９０を通過した淡水は、浄水池１００で薬品処理され、浄水として供給ポンプ１１０から家庭等へ供給される。
【００５０】
動力回収装置６０は、高濃度塩水に含まれる圧力エネルギを利用し、保安フィルタ３０からの海水を昇圧して出力する。動力回収装置６０からの海水は、高圧ポンプ４０からの海水と合流し、高圧ＲＯ膜モジュール５０へ導入される。
【００５１】
排出弁７０の一端は、大気開放されている。この排出弁７０により、動力回収装置６０で圧力エネルギを回収されたブラインの排出流量が制御されるようになっている。
【００５２】
次に図２と図３を参照して動力回収装置６０の構成および作用を説明する。
【００５３】
図２に示すように、動力回収装置６０は、圧力調整弁６１、４ポート切替弁６２、圧力変換部６３、海水供給部６４、ロッド位置検出部 65a〜65dおよび制御部６６を有している。圧力調整弁６１は、高圧ＲＯ膜モジュール５０から流出されるブラインを制限することで、４ポート切替弁６２へ導出されるブラインの圧力を調整するものである。高圧ＲＯ膜モジュール５０からのブラインの圧力Ｐ６は、高圧ＲＯ膜モジュール５０を長期間使用することによりＲＯ膜がつまり減少する。圧力調整弁６１は、この減少分を調整するために用いられる。これにより、動力回収装置６０から出力される海水の圧力Ｐ１４と、高圧ポンプ４０から出力される海水の圧力Ｐ４とが常に等しくなる。
【００５４】
４ポート切替弁６２は、ブラインの圧力変換部６３への流入及び、圧力変換部６３からの排出の方向を切り替えるものである。４ポート切替弁６２は、制御部６６からの切替指示に従ってブラインの流入及び排出の方向を切り替える。なお、４ポート切替弁６２を切り替える方式として空圧式、水圧式、油圧式またはソレノイドコイルによる方式等がある。水圧源として、ブライン、送水ポンプ２０から出た海水、または、高圧ポンプ４０から出た高圧塩水を用いてもよい。
【００５５】
圧力変換部６３は、１対の変換器６３Ａ，６３Ｂを備えている。変換器６３Ａと変換器６３Ｂは実質的に同じ構造であるため、ここでは代表して一方の変換器６３Ａのみを説明する。変換器６３Ａは、シリンダ６３ｓ、ピストン６３ｐおよびロッド６３ｒを備えている。
【００５６】
シリンダ６３ｓは、内径が200mm程度でストローク長が２ｍ程度の円筒状のガラス繊維強化プラスチック(GFRP)からなり、３つの開口部を有する密閉空間を形成している。シリンダ構成材料であるGFRPのマトリクス樹脂としてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂のいずれかを用いることが好ましいが、このうち特にエポキシ樹脂を用いることが好ましい。エポキシ樹脂は、強度、耐水性、耐薬品性のいずれも優れているからである。また、シリンダ用のGFRPには、シートワインディングよりもフィラメントワインディングのほうが好ましい。フィラメントワインディングGFRPのほうが高強度用途に適しているからである。なお、本実施形態の装置ではシリンダ構成材料にGFRPを用いているが、シリンダ構成材料はこれのみに限定されるものではなく、シリンダ構成材料に炭素繊維で強化した炭素繊維強化プラスチックを用いてもよく、また二相ステンレス鋼(SUS 329J1, SUS 329J4L等)のような金属材料をシリンダ構成材料に用いてもよい。
【００５７】
ロッド６３ｒは、一端が第２の空間側からピストン６３ｐに接合され、他端がシリンダ６３ｓの開口部を通って外部へ突出している。開口部の周縁には図示しないシール材が取り付けられている。ロッド６３ｒは第２の空間側からピストン６３ｓに接合されていることにより、ピストン６３ｐが第１の空間に面する面積Ａ１と、ピストン６３ｓが第２の空間に面する面積Ａ２とは異なることとなる。ここで、第１空間側の面積Ａ１と第２空間側の面積Ａ２との比率は、２つの圧力Ｐ４，Ｐ６と２つの摩擦力とを含む所定の数式を用いて算出された面積比の解（数値）に合致するように予め設定されている。但し、圧力Ｐ４は高圧ポンプ４０からの海水の圧力、圧力Ｐ６は高圧ＲＯ膜５０からの高濃度塩水の圧力、摩擦力Ｆ１はシリンダ６３ｓとピストン６３ｐとの間の摩擦力、摩擦力Ｆ２はシリンダ６３ｓとロッド６３ｒとの間の摩擦力にそれぞれ該当する。
【００５８】
海水供給部６４は、逆止弁Ｖ１〜Ｖ４を備える。逆止弁Ｖ１〜Ｖ４は、周囲の圧力差に応じてそれぞれ独立して開閉する。これにより海水を動力回収装置６０から外部へ供給するか、または圧力変換部６３へ、海水が供給されることとなる。
【００５９】
２つの検出部６５ａ，６５ｂは、第１のシリンダ６３ｓから突出したロッド６３ｒの位置を検出するための位置センサである。第１の検出部６５ａは、ピストン６３ｐがシリンダ６３ｓの左端に近接したときにロッド６３ｒを検出できる位置（ロッド検出可能位置）に配置されている。第２の検出部６５ｂは、ピストン６３ｐがシリンダ６３ｓの右端に近接したときにロッド６３ｒが検出されない位置（ロッド非検出位置）に配置されている。第１の検出部６５ａは、ロッド６３ｒを検出し、その検出信号を制御部６６に出力する。第２の検出部６５ｂは、ロッド６３ｒを検出しない場合に、その非検出信号を制御部６６に出力する。これにより、シリンダ６３ｓに対するピストン６３ｐの相対位置を把握することができる。
【００６０】
第３及び第４の検出部６５ｃ，６５ｄは、第１及び第２の検出部６５ａ，６５ｂと実質的に同じ構成であり、第２のシリンダ６３ｓから突出したロッド６３ｒの位置を検出するための位置センサである。第３の検出部６５ｃは、ロッド６３ｒを検出し、その検出信号を制御部６６に出力する。第４の検出部６５ｄは、ロッド６３ｒを検出しない場合に、その非検出信号を制御部６６に出力する。これにより、シリンダ６３ｓに対するピストン６３ｐの相対位置を把握することができる。
【００６１】
制御部６６は、４つの検出部６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄから送られてくる信号に応じて、４ポート切替弁６２に対して切替信号を出力するようになっている。すなわち、制御部６６は、第１の検出部６５ａおよび第４の検出部６５ｄから検出信号を受けた場合は、第１のピストン６３ｐが第１のシリンダ６３ｓの図中左端近傍に位置し、第２のピストン６３ｐが第２のシリンダ６３ｓの図中右端近傍に位置すると判断し、第１のシリンダ６３ｓから高濃度塩水を排水させ、かつ、第２のシリンダ６３ｓ内へ高濃度塩水を給水するように、４ポート切替弁６２に対して切替信号を出すようになっている。
【００６２】
一方、制御部６６は、第２の検出部６５ｂおよび第３の検出部６５ｃから検出信号を受けた場合は、第１のピストン６３ｐが第１のシリンダ６３ｓの図中右端近傍に位置し、第２のピストン６３ｐが第２のシリンダ６３ｓの図中左端近傍に位置すると判断し、第１のシリンダ６３ｓ内に高濃度塩水を給水させ、かつ、第２のシリンダ６３ｓから高濃度塩水を排水するように、４ポート切替弁６２に対して切替信号を出すようになっている。
【００６３】
次に動力回収装置６０の動作を説明する。
【００６４】
図２において、動力回収装置６０は、第１の変換器６３Ａにブラインが給水され、第２の変換器６３Ｂからブラインが排水される状態にある。保安フィルタ３０からの海水は、０．２ＭＰａ（＝Ｐ３）の圧力で高圧ポンプ４０へ供給されると共に、逆止弁Ｖ４を通って第２シリンダ６５ｓの第２の空間に導入される。
【００６５】
高圧ポンプ４０で６．０ＭＰａ（＝Ｐ４）に昇圧された海水は、動力回収装置６０からの海水と合流され、高圧ＲＯ膜モジュール５０の一次側へ導入される。このとき、動力回収装置６０からの海水は、第１の変換器６３Ａの第２の空間から排出され、逆止弁Ｖ２を通過したものである。高圧ＲＯ膜モジュール５０は、淡水とブラインとを排出する。
【００６６】
高圧ＲＯ膜モジュール５０から排出されたブラインは、圧力調整弁６１および４ポート切替弁６２を通過し、第１の変換器６３Ａの第１の空間へ流入する。このとき、第１の変換器６３Ａの第２の空間には海水が充填されている。ブラインは、第１シリンダ６３ｓ内にあるピストン６３ｐを第２の空間方向へ移動させ、第２の空間内の海水を加圧しながら排出させる。
【００６７】
ここで、ピストン６３ｐが第１の空間に面する面積をＡ１とし、ピストン６３ｓが第２の空間に面する面積をＡ２とすると、シリンダ６３ｓの第２の空間から排出される海水の圧力Ｐ８は、４ポート切替弁６２からのブラインの圧力Ｐ７を用いて、Ｐ８＝Ｐ７×（Ａ１／Ａ２）で与えられる。これにより、圧力Ｐ８は、高圧ＲＯ膜モジュール５０内に導入される圧力Ｐ４と同等か少し高い圧力となる。
【００６８】
ここで、図２における逆止弁Ｖ１〜Ｖ４の状態を以下に説明する。
【００６９】
圧力Ｐ８＞圧力Ｐ３であるため、逆止弁Ｖ１は閉じている。また、圧力Ｐ８＞圧力Ｐ１４であるため、逆止弁Ｖ２は開いている。ここで、圧力Ｐ８と圧力Ｐ１４との圧力差は、逆止弁Ｖ２を海水が通過するときの圧力損失と考えることができる。
【００７０】
また、圧力Ｐ１４＞圧力Ｐ１３であるため、逆止弁Ｖ３は閉じている。また、排出弁７０の一端は、大気開放されているため、第２シリンダ６３ｓの第２の空間のゲージ圧力はほぼゼロである。つまり、Ｐ１３は小さな圧力である。そのため、Ｐ３＞Ｐ１３であり、逆止弁Ｖ４は開いている。
【００７１】
保安フィルタ３０からの海水は、逆止弁Ｖ４を通って第２シリンダ６３ｓの第２の空間へ流入する。このとき、第２シリンダ６３ｓの第１の空間にはブラインが充填されている。ここで、排出弁７０の一端は、大気開放されているため、第２シリンダ６３ｓの第１の空間のゲージ圧はほぼゼロである。逆止弁Ｖ４を通過した海水は、０．２ＭＰａの圧力を有し、第２シリンダ６３ｓ内でピストン６３ｐを第１の空間のほうへ移動させる。ピストン６３ｐが第１の空間のほうへ移動することにより、第１の空間内のブラインが４ポート切替弁６２および排出弁７０を通って排出される。なお、ピストン６３ｐは、約２ｍのストローク長をもつシリンダ６３ｓ内を約１分間のサイクルでゆっくりと往復移動する。
【００７２】
上記の動作が継続された場合、第１の変換器６３Ａのピストン６３ｐはシリンダ６３ｓの左端へ近接し、第２の変換器６３Ｂのピストン６３ｐはシリンダ６３ｓの右端へ近接する。すると、第１の検出部６５ａは第１のロッド６３ｒが接触したことを検出し、第４の検出部６５ｄは第２のロッド６３ｒが非接触となったことを検出する。これにより、検出部６５ａ，６５ｄから制御部６６へ検出信号がそれぞれ出力される。制御部６６は、各検出信号が入力されると、それらの入力信号に基づいて高濃度塩水の流入方向と排出方向を切り替えるための制御信号を４ポート切替弁６２に出力する。これにより動力回収装置６０は図３に示す状態になり、圧力変換部６３へのブラインの流入・排出方向が切り替わる。
【００７３】
なお、本実施形態では、排出弁７０を開閉することで、第１のピストン６３ｐの移動速度と第２のピストン６３ｐの移動速度とを等しくするようにしている。これにより、送水ポンプ２０の流量は時間的に変動せず、安定した動作をするようになる。
【００７４】
図３に示す動力回収装置６０では、第２の変換器６３Ｂにブラインが供給され、第１の変換器６３Ａからブラインが排出される。
【００７５】
高圧ＲＯ膜モジュール５０から排出されたブラインは、圧力調整弁６１および４ポート切替弁６２を経由して第２シリンダ６３ｓの第１の空間に流入する。このとき、第２シリンダ６３ｓの第２の空間には海水が充填されている。ブラインは、ピストン６３ｐを第２シリンダ６３ｓ内で第２の空間のほうへ移動させ、第２の空間から海水を排出させる。
【００７６】
ここで、第２のピストン６３ｐが第１の空間に面する面積がＡ１であり、第２のピストン６３ｐが第２の空間に面する面積がＡ２であることから、第２シリンダ６３ｓの第２の空間から排出される海水の圧力Ｐ１３は、４ポート切替弁６２からのブラインの圧力Ｐ７を用いて、Ｐ１３＝Ｐ７×（Ａ１／Ａ２）となる。これにより、圧力Ｐ１３は、高圧ＲＯ膜モジュール５０に導入される圧力Ｐ４と同等か少し高い圧力となる。
【００７７】
図３の状態における逆止弁Ｖ１〜Ｖ４について説明する。
【００７８】
圧力Ｐ１３＞圧力Ｐ３であるため、第４の逆止弁Ｖ４は閉じている。また、圧力Ｐ１３＞圧力Ｐ１４であるため、第３の逆止弁Ｖ３は開いている。ここで、圧力Ｐ１３と圧力Ｐ１４との圧力差は、第２の逆止弁Ｖ２を海水が通過するときの圧力損失と考えることができる。
【００７９】
また、圧力Ｐ１４＞圧力Ｐ８であるため、第２の逆止弁Ｖ２は閉じている。排出弁７０の一端は大気開放されているため、第１シリンダ６３ｓの第２の空間のゲージ圧力はほぼゼロである。つまり、圧力Ｐ８は小さい。そのため、Ｐ３＞Ｐ８であり、第１の逆止弁Ｖ１は開いている。
【００８０】
保安フィルタ３０からの海水は、第１の逆止弁Ｖ１を通って第１シリンダ６３ｓの第２の空間に流入する。このとき、第１シリンダ６３ｓの第１の空間にはブラインが充填されている。排出弁７０の一端は大気開放されているため、第１シリンダ６３ｓの第１の空間のゲージ圧力はほぼゼロである。第１の逆止弁Ｖ１を通過した海水は、０．２ＭＰａの圧力を有し、ピストン６３ｐを第１シリンダ６３ｓ内で第１の空間のほうへ移動させる。ピストン６３ｐが第１の空間のほうへ移動することにより、ブラインが第１の空間から排出される。
【００８１】
上記の動作が継続された場合、第２のピストン６３ｐはシリンダ６３ｓの左端に近接し、第１のピストン６３ｐはシリンダ６３ｓの右端に近接する。すると、第３の検出部６５ｃはロッド６３ｒが接触したことを検出し、第２の検出部６５ｂはロッド６３ｒが非接触となったことを検出する。これにより、検出部６５ｂ，６５ｃから制御部６６へ検出信号がそれぞれ出力される。制御部６６は、各検出信号が入力されると、それらの入力信号に基づいてブラインの流入方向と排出方向を切り替えるための制御信号を４ポート切替弁６２に出力する。これにより動力回収装置６０は図２に示す状態に戻り、圧力変換部６３へのブラインの流入・排出方向が切り替わる。
【００８２】
次に図４と図５を参照してシリンダ、ピストン、ロッド、シールリング間の摺動部について説明する。
【００８３】
図４に示すように、ピストン６３ｐの外周摺動面６７ａには溝Ｇ１が形成され、溝Ｇ１のなかにシールリングとしてのＯリング OR1が挿入されている。Ｏリング OR1は、溝Ｇ１から少し突出し、シリンダ６３ｓの摺動面６７ｂに当接している。このＯリング OR1によりシリンダ６３ｓ内のスペース（ピストン移動空間）が第１の空間と第２の空間とに仕切られている。図中右側の第１の空間には高圧ＲＯ膜モジュール５０からブラインが供給され、図中左側の第２の空間には海水供給部６４から海水が供給されるようになっている。
【００８４】
図５に示すように、Ｏリング OR1の外周にはブライドリングBR1が装着されている。ブライドリングBR1は、Ｏリング OR1の外周に嵌め込まれ、強度部材としてのＯリング OR1を保護し、Ｏリング OR1の寿命延長を図るための保護部材である。Ｏリング OR1の外周面にはＤＬＣ膜６９ａが被覆されている。また、ブライドリングBR1の外周面にもＤＬＣ膜６９ｂが被覆されている。これらのＤＬＣ膜６９ａ，６９ｂは、パルスプラズマＣＶＤ法または高周波プラズマＣＶＤ法を用いて成膜され、それぞれ膜厚が１．３μｍ，２．１μｍである。パルスプラズマＣＶＤ法の成膜には後述する図７と図８に示すＣＶＤ成膜装置120を用いた。Ｏリング OR1の構成材料（基材）はニトリルゴムである。ブライドリングBR1の構成材料（基材）は高分子ポリエチレンまたはカーボンファイバー充填ＰＴＦＥ樹脂である。なお、本実施形態ではブライドリングBR1の外周面にＤＬＣ膜をコーティングしているが、さらにブライドリングBR1の両側面や周囲、Ｏリングの周囲にもＤＬＣ膜をコーティングするようにしてもよい。
【００８５】
シリンダ６３ｓの摺動面６８ｂには２つの溝Ｇ２，Ｇ３が形成され、一方の溝Ｇ２のなかにはシールリングとしてのＯリング OR2が挿入され、他方の溝Ｇ３のなかにはシールリングとしてのＯリング OR3が挿入されている。Ｏリング OR3の内周にはブライドリングBR3が装着されている。ブライドリングBR3は、上述のブライドリングBR1と同様にＤＬＣ膜がコーティングされている。ブライドリングBR3は、ＤＬＣ膜がロッド６３ｒの摺動面６８ａに直接接触するように当接している。これに対してＯリング OR2のほうにはブライドリングが装着されていないで、Ｏリング OR2のＤＬＣ膜がロッド６３ｒの摺動面６８ａに直接当接している。
【００８６】
なお、本実施形態ではピストン外周の摺動面側にシールリング保持溝を形成しているが、シリンダの摺動面側のほうにシールリング保持溝を形成するようにしてもよい。また、本実施形態ではシリンダ摺動面側にシールリング保持溝を形成しているが、ロッドの摺動面側のほうにシールリング保持溝を形成するようにしてもよい。
【００８７】
次に図６を参照して薄ＤＬＣ膜形成プロセスとして高周波プラズマＣＶＤ法とパルスプラズマＣＶＤ法を対比して説明する。
【００８８】
高周波プラズマＣＶＤ法は、図６の（ａ）に示すように、基材の表面に低エネルギの成膜成分を順次積み重ねて堆積させるものである。すなわち高周波プラズマＣＶＤ法では、基材の上方に放電プラズマを発生させ、放電プラズマ中で成膜成分ガスが電離した陽イオンを、電場で基材に引き寄せて、基材上に成膜成分を堆積させて膜とする。
【００８９】
これに対してパルスプラズマＣＶＤ法は、図６の（ｂ）に示すように、基材の内部に高エネルギで成膜成分を侵入させるものである。すなわちパルスプラズマＣＶＤ法では、高圧パルスによる強力な電場でカーボンイオンを加速して基材中に打ち込み、成膜成分（成分原子）を基材のなかに注入する。
【００９０】
［成膜方法と装置］
次に図７と図８を参照してＤＬＣ膜のコーティングに用いられるパルスプラズマＣＶＤ法とその装置の概要について説明する。
【００９１】
パルスプラズマＣＶＤ法の特徴を以下に列挙する。
【００９２】
1)残留応力のない変形能の大きい膜を形成すること
2)成膜温度が低いこと（60℃以下）
3)高い真空度が不要で、揮発成分の多い有機物にも成膜できること（低真空度）
4)膜の密着力が高いこと
5) 高周波プラズマＣＶＤ法に比べて皮膜の硬度が高く、良好な耐磨耗性を有する
上記の特徴を有することから、パルスプラズマＣＶＤ法によれば、海水淡水化装置および動力回収装置摺動部の、ゴム、樹脂等の有機材料部材に対して低摩擦、耐磨耗（長寿命）、高密着性、高靭性、かつ、低コストのＤＬＣ膜が得られる。
【００９３】
このようなパルスプラズマＣＶＤ法の成膜プロセスは、図７に示すパルスプラズマ成膜装置120を用いて行われる。パルスプラズマ成膜装置120は２つの電源126,127を有する。すなわち高周波電源126と高圧パルス電源127の２つである。これら２つの電源126,127から別々に給電される２つのパワー（高周波パワーと高圧パルスパワー）を重畳装置128のマッチング回路で重ね合わせ、重畳パワーをフィードスルー125を介して真空チャンバ121内の電極123,124に供給し、電極123,124の周囲に間欠的なパルスプラズマ放電129を発生させる。なお、図示しないガス供給源から成膜ガスが真空チャンバ121内に供給されるようになっている。
【００９４】
図８に示すように、板状のベース電極123の上に円柱状の補助電極124が立設され、補助電極124に複数のワーク122（Oリンク゛又はフ゛ライト゛リンク゛）が装着されている。補助電極124の外径はワーク122の内径にほぼ等しく、ワーク122は補助電極124の外周面に接触した状態で嵌め込まれている。高周波パワーが電極123,124に印加されると、電極123,124及びワーク122を取り囲むように放電プラズマ129が生成される。この時、メタン等の原料ガスが電離しイオン化し、ワーク122の表面がカーボンイオンで覆われるようになる。その後、高周波パワーがＯＦＦになり、高圧パルスパワーが印加されると原料ガスのイオン化成分が強力な電場により基材方向に加速される。この工程を所定のインターバルで繰り返すことにより、軟質皮膜と硬質皮膜が積層されたＤＬＣ皮膜を形成できる。さらに、初層の成膜条件から条件を変えて２層、３層あるいは４層以上と積み重ねることにより、ＣＶＤのような薄膜コーティングではピンホール状欠陥の発生を抑えることが難しいが、コーティング工程で高周波パワーと高圧パルスパワーの両者をＯＦＦにするインターバルを設けることにより、初層に生じたピンホールを塞ぐとともに、ＤＬＣ膜の総膜厚を２．０μｍ以上まで厚くする。
【実施例】
【００９５】
［高周波プラズマＣＶＤ法で成膜したＤＬＣ膜のミクロ組織］
エチレンプロピレンゴム（ＥＰゴム）、ニトリルゴム（ＮＢＲゴム）及びシリコンゴム、エポキシ樹脂の４種類のゴム系および樹脂系材料に対して高周波プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜をそれぞれコーティングした。
【００９６】
成膜ガスとしてアルゴンとメタンの混合ガスを用いてコーティング試験を実施した。
【００９７】
各種サンプルのうちＥＰゴムとシリコンゴム基材にはＤＬＣコーティングが可能であったが、揮発成分の多いニトリルゴムはコーティングができなかった。代表例としてＥＰゴム基材上に形成されたＤＬＣコーティング膜を走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて２万倍の倍率で撮影した。
【００９８】
図９の（ａ）に示すように、高周波プラズマＣＶＤ法によりＥＰゴム上にコーティングしたＤＬＣ膜は、表面が凹凸している。
【００９９】
図９の（ｂ）に示すように、同サンプル膜の断面を観察すると、内部に粒径が揃ったＤＬＣ粒子がみられ、表層部にＤＬＣの柱状組織が発達している。
【０１００】
［パルスプラズマＣＶＤ法で成膜したＤＬＣ膜のミクロ組織］
同様にエチレンプロピレンゴム（ＥＰゴム）、ニトリルゴム（ＮＢＲゴム）及びシリコンゴム、エポキシ樹脂の４種類のゴム系および樹脂系材料に対してパルスプラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜をコーティングした。
【０１０１】
成膜ガスとしてアルゴン、メタン、トルエンの混合ガスを用いてコーティング試験を実施した約１４ＭＨｚの高周波パワーと約１０ｋＶの高圧パルスパワーとを重ね合わせた重畳パワーを電極に印加した。
【０１０２】
成膜したＤＬＣコーティング膜を走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて２万倍の倍率で撮影した。ＤＬＣコーティング膜の平均膜厚は２．１μｍであった。
【０１０３】
図１０に示すように、パルスプラズマＣＶＤ法によりシリカ粒子分散エポキシ樹脂上にコーティングしたＤＬＣ膜は、高周波プラズマＣＶＤ法で成膜した膜に比べて表面が平滑であり、均一性に優れた緻密な組織をもつ膜質であった。
【０１０４】
［比較例サンプル膜のミクロ組織］
アルミニウム基材に対して高周波プラズマＣＶＤ法により２種類の比較例のＤＬＣ膜をコーティングした。２つの比較例サンプルのＤＬＣコーティング膜を走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて２万倍の倍率でそれぞれ撮影した。
【０１０５】
図１１の（ａ）に示すように、比較例１のＤＬＣ膜には割れが発生した。
【０１０６】
図１１の（ｂ）に示すように、比較例２のＤＬＣ膜にも割れが発生した。
【０１０７】
ちなみに膜の硬さを調べたところ、比較例１の膜はビッカース硬さＨｖ６０、比較例２の膜はビッカース硬さＨｖ９８４であった。
【０１０８】
［ＤＬＣ膜の圧縮変形試験］
図１２に示す圧縮変形試験を用いてＤＬＣコーティング膜を圧縮変形させ、圧縮変形後の膜の表面を走査型電子顕微鏡で観察し、膜に割れや剥離が発生したか否かを調べて膜の変形性能を評価した。ＯリングにＤＬＣ膜をコーティングしたものを試料とした。
【０１０９】
図１２の（ａ）に示すように、試料であるＯリング141aを固定台の上に載置し、その上に圧縮治具140を重ね合わせ、圧縮治具140を介してＯリング141aに圧縮力を印加する。Ｏリング141aの初期直径は約５ｍｍである。
【０１１０】
図１２の（ｂ）に示すように、第１回目の圧下ではＯリング141aが初期厚みから０．５ｍｍ薄くなるまで圧縮変形させる。
【０１１１】
図１２の（ｃ）に示すように、第２回目の圧下では前回の圧下で変形したＯリング141ｂが初期厚みから１．０ｍｍ薄くなるまで圧縮変形させる。
【０１１２】
圧縮変形後のブライドリング141cの膜表面を走査型電子顕微鏡で観察し、膜に割れや剥離が発生したか否かを調べる。このようにしてＤＬＣ膜の変形能を評価することができる。
【０１１３】
上記の圧縮変形試験により一般的な高周波プラズマＣＶＤ法で成膜したＤＬＣは初期厚みから０．５ｍｍ薄くなるまで圧縮変形させた時点で剥離したが、同じく高周波プラズマＣＶＤ法で成膜した柱状組織のＤＬＣ皮膜（図９）及びパルスプラズマ法で成膜したＤＬＣ皮膜（図１０）ではいずれの実施例サンプルの膜にも割れや剥離が発生しなかった。
【０１１４】
［ＤＬＣ膜の摩擦係数測定試験］
次に高周波プラズマＣＶＤ法とパルスプラズマ法でＤＬＣコーティングしたＯリング試験片を用いて摩擦係数測定を実施した。
【０１１５】
摩擦係数測定は図１３に示すように、２枚の金属製円盤の周囲にＤＬＣコーティングしたＯリング試験片を固定し、その間にピストン材であるＧＦＲＰ製の板を設置した。その際、金属製円盤の位置を調整することによりＯリングに０．５ｍｍ、１．０ｍｍの圧縮変形を与えた。その後、ＧＦＲＰ製の板を移動させた時の駆動力から摩擦係数を算出した。なお、試験はＧＦＲＰ製の板を往復させた時点で１サイクルとし、１００サイクルまでの試験を行った。
【０１１６】
図１４の（ａ）（ｂ）に試験結果を示す。
【０１１７】
圧縮変形量が０．５ｍｍ時は図１４の（ａ）に示すように両者ともに１００サイクルまで、摩擦係数に大きな変化は認められないが、圧縮変形量が１．０ｍｍ時では図１４の（ｂ）に示すように高周波プラズマＣＶＤ法でＤＬＣコーティングしたＯリングでは摩擦係数の顕著な増加が確認された。試験後ではＤＬＣコーティングがほぼ完全に損耗していることから、皮膜の硬さが低いことが原因と推定される。一方。パルスプラズマ法でＤＬＣコーティングしたＯリング試験片は１００サイクル後でも摩擦係数の変化はほとんど認められなかった。
【符号の説明】
【０１１８】
１…海水淡水化装置、４０…高圧ポンプ、
５０，９０…逆浸透膜モジュール（ＲＯ膜モジュール）、８０…低圧ポンプ、
６０…動力回収装置、
６１…圧力調整弁、６２…切替弁、
６３…圧力変換部、６３Ａ，６３Ｂ…変換器、６３ｓ…シリンダ、６３ｐ…ピストン、６３ｒ…ロッド、
６４…海水供給部、６５ａ〜６５ｄ…検出部、６６…制御部、
６７ａ…ピストン摺動面、６７ｂ…シリンダ摺動面、
６８ａ…ロッド摺動面、６８ｂ…シリンダ摺動面、
６９ａ，６９ｂ…ＤＬＣ膜（コーティング膜）、
ＯＲ１，ＯＲ２，ＯＲ３…Ｏリング（シールリング）、
ＢＲ１，ＢＲ３…ブライドリング（シールリング）、
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３…溝、
120…パルスプラズマ成膜装置、121…チャンバ、122…ワーク（Oリンク゛,フ゛ライト゛リンク゛）、123…ベース電極、124…補助電極、125…フィードスルー、126…高周波電源、127…高圧パルス電源、128…重畳装置、129…生成プラズマ、
140…圧縮治具、141a,141b,141c…Ｏリング。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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