特許 6471006 遊動環型メカニカルシール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6471006

(24)【登録日】2019年1月25日

(45)【発行日】2019年2月13日

(54)【発明の名称】遊動環型メカニカルシール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20190204BHJP

   F04B 53/00 20060101ALI20190204BHJP

   F04D 29/12 20060101ALI20190204BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/34 F

   F16J15/34 D

   F04B53/00 F

   F04D29/12 B

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-45740(P2015-45740)

(22)【出願日】2015年3月9日

(65)【公開番号】特開2016-166624(P2016-166624A)

(43)【公開日】2016年9月15日

【審査請求日】2017年10月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000229737

【氏名又は名称】日本ピラー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】特許業務法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 優司

(72)【発明者】

【氏名】西 崇伺

【審査官】 杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１５６２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１６１７０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−３０２８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１４７５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１０６７４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２５６９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５２９０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４９１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１５３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３２１９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５１６１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／３４

Ｆ０４Ｂ ５３／００

Ｆ０４Ｄ ２９／１２

(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、シールケースに軸線方向移動可能に且つ前記回転環方向に付勢された状態で設けられた静止環との間に、遊動環が、前記静止環に対する相対回転が阻止された状態で挟圧保持されている遊動環型メカニカルシールであって、
前記回転環は、ＳｉＣの焼結体又は超硬合金で作製されており、
前記回転環における前記遊動環と摺動するシール面に、ダイヤモンド膜が形成されており、
前記回転環の外周面、及び、前記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おり、且つ、
前記外周面に形成されたダイヤモンド膜の外周に伝熱リングが設けられている、遊動環型メカニカルシール。

【請求項2】

回転軸に設けられた回転環と、シールケースに軸線方向移動可能に且つ前記回転環方向に付勢された状態で設けられた静止環との間に、遊動環が、前記静止環に対する相対回転が阻止された状態で挟圧保持されている遊動環型メカニカルシールであって、
前記回転環は、ＳｉＣの焼結体又は超硬合金で作製されており、
前記回転環における前記遊動環と摺動するシール面に、ダイヤモンド膜が形成されており、
前記回転環の内周面、及び、前記回転環の外周面に、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おり、且つ、
前記外周面に形成されたダイヤモンド膜の外周に伝熱リングが設けられている、遊動環型メカニカルシール。

【請求項3】

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又は請求項２に記載の遊動環型メカニカルシール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は遊動環型メカニカルシールに関する。さらに詳しくは、回転軸に設けられた回転環と、シールケースに設けられた静止環との間に遊動環を挟圧保持させた遊動環型メカニカルシールに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば火力発電所のボイラーに給水をするＢＦＰ（ボイラー フィード ポンプ）のように高圧・高温条件下で使用される軸封手段として、従来、種々の遊動環型メカニカルシールが提案されている（例えば、特許文献１〜２参照）。

【0003】

かかる遊動環型メカニカルシールは、図５に示されるように、回転軸１０１に設けられた回転環１０２と、シールケース１０３に設けられた静止環１０４と、遊動環１０５とを備えている。静止環１０４は、軸線方向（図５において左右方向）移動可能に、且つ、回転環１０２に向かう方向に付勢された状態でシールケース１０３に設けられている。静止環１０４は、シールケース１０３に取り付けられたスプリングリテーナ１０６に形成された凹所１０７内に配設されるスプリング１０８により、回転環１０２に向かう方向に付勢されている。なお、図５において、符号１０９はポンプケーシングを示し、符号１１０及び１１１は、それぞれシールケース１０３に形成されたフラッシング液Ｆの給路及び排路を示す。また、符号１１２は、同じくシールケース１０３に形成されたドレンを示す。

【0004】

遊動環１０５は、静止環１０４に対する相対回転が阻止された状態で、当該静止環１０４と、回転環１０２との間に挟圧保持されている。そして、図５に示される遊動環型メカニカルシールでは、回転環１０２と遊動環１０５との接触面であるシール面１０２ａ，１０５ａの相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分の外周側領域である被密封流体領域Ａと、その内周側領域である非密封流体領域（大気領域）Ｂとを遮蔽シールするように構成されている。

【0005】

このような遊動環型メカニカルシールでは、回転環１０２との相対回転摺接作用によりシール機能を発揮する遊動環１０５が、回転環１０２と静止環１０４との間に挟圧保持されており且つ軸方向両端部がほぼ対称形状を呈することから、被密封流体領域の流体圧力による影響を軸線方向においてバランスよく受けることができる。すなわち、遊動環１０５に生じる圧力歪は両端部でほぼ同一であり、軸線に対して大きく歪むことがない。したがって、ＰＶ値（ＭＰａ／ｍ／ｓ。シール面の回転速度Ｖ（ｍ／ｓ）と、シール面間の接触圧Ｐ（ＭＰａ）との積）が大きい高負荷条件下においても、遊動環１０５のシール面１０５ａが回転環１０２のシール面１０２ａに対して傾くことがなく、両シール面１０２ａ，１０５ａの平行性が確保され、良好なシール機能を発揮することができる。

【0006】

しかし、例えばＰＶ＝２０ＭＰａ／ｍ／ｓ以上の厳しい負荷条件下でポンプを運転する場合、回転環１０２のシール面１０２ａに大きな摩擦熱が発生する。このような状態でポンプを運転すると、回転環１０２のシール面１０２ａと当該回転環１０２の他の部分、特に前記シール面１０２ａから離れている背面（シール面１０２ａと反対側の面）１０２ｂとの間で温度差が生じ、この温度差に起因して前記回転環１０２に熱歪が発生する虞がある。回転環１０２に熱歪が発生すると、当該回転環１０２のシール面１０２ａと、遊動環１０５のシール面１０５ａとの平行性を保つことができなくなり、その結果、シール機能が低下する虞がある。

【0007】

これに対し、特許文献３記載のメカニカルシールは、遊動環を備えたメカニカルシールではないが、回転軸の外周に固定されたスリーブの外周面に回転環と静止環との摺動面に向かう空気流を発生させる溝を形成し、この空気流により摺動面を冷却している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００５−２４９１３１号公報

【特許文献2】特開２００９−１５６２９４号公報

【特許文献3】特開２０１２−２５１６１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献３記載の冷却機構を遊動環型メカニカルシールに適用すると、摺動面についてある程度の冷却効果は期待でき、結果として摺動面と背面との温度差を少しは緩和できるものの、スリーブの外周面に所定方向の流体流れを生じさせる溝加工を施すのは容易ではない。

【0010】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回転環のシール面と他の部位、特に背面との温度差に起因して当該回転環に生じる熱歪を効果的に防止又は抑制することができ、メカニカルシールの適用又は使用範囲を拡大する遊動環型メカニカル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】

【0011】

（１）本発明の第１の観点に係る遊動環型メカニカルシール（以下、単に「メカニカルシール」ともいう）は、回転軸に設けられた回転環と、シールケースに軸線方向移動可能に且つ前記回転環方向に付勢された状態で設けられた静止環との間に、遊動環が、前記静止環に対する相対回転が阻止された状態で挟圧保持されている遊動環型メカニカルシールであって、
前記回転環は、ＳｉＣの焼結体又は超硬合金で作製されており、
前記回転環における前記遊動環と摺動するシール面に、ダイヤモンド膜が形成されており、且つ、
前記回転環の外周面、及び、前記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。

【0012】

本発明の第１の観点に係るメカニカルシールでは、回転環の外周面、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、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、遊動環のシール面との平行性を保つことができ、高負荷条件下においても長期に亘り安定した摺動特性を発揮させることができる。

【0013】

（２）本発明の第２の観点に係るメカニカルシールは、回転軸に設けられた回転環と、シールケースに軸線方向移動可能に且つ前記回転環方向に付勢された状態で設けられた静止環との間に、遊動環が、前記静止環に対する相対回転が阻止された状態で挟圧保持されている遊動環型メカニカルシールであって、
前記回転環は、ＳｉＣの焼結体又は超硬合金で作製されており、
前記回転環における前記遊動環と摺動するシール面に、ダイヤモンド膜が形成されており、且つ、
前記回転環の内周面、及び、前記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。

【0014】

本発明の第２の観点に係るメカニカルシールでは、回転環の内周面、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、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、遊動環のシール面との平行性を保つことができ、高負荷条件下においても長期に亘り安定した摺動特性を発揮させることができる。

【0015】

（３）本発明の第３の観点に係るメカニカルシールは、回転軸に設けられた回転環と、シールケースに軸線方向移動可能に且つ前記回転環方向に付勢された状態で設けられた静止環との間に、遊動環が、前記静止環に対する相対回転が阻止された状態で挟圧保持されている遊動環型メカニカルシールであって、
前記回転環は、ＳｉＣの焼結体又は超硬合金で作製されており、
前記回転環における前記遊動環と摺動するシール面に、ダイヤモンド膜が形成されており、且つ、
前記回転環の内周面、及び、前記回転環の外周面に、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。

【0016】

本発明の第３の観点に係るメカニカルシールでは、回転環の内周面、及び、当該回転環の外周面に、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内周面及び外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、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、遊動環のシール面との平行性を保つことができ、高負荷条件下においても長期に亘り安定した摺動特性を発揮させることができる。

【0017】

（４）前記（１）又は（３）のメカニカルシールにおいて、前記外周面に形成されたダイヤモンド膜の外周に伝熱リングが設けられていることが好ましい。この場合、外周面のダイヤモンド膜に加え、伝熱リングを経由して回転環のシール面で発生した摩擦熱を当該回転環の背面に伝えることができ、回転環のシール面と背面との間の温度差をより効果的に緩和することができる。また、伝熱リングによって、メカニカルシールに伝わる機械振動からダイヤモンド膜を保護することもできる。
（５）前記（１）〜（４）のメカニカルシールにおいて、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】

【0018】

本発明のメカニカルシールによれば、回転環のシール面と他の部位、特に背面との温度差に起因して当該回転環に生じる熱歪を効果的に防止又は抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明のメカニカルシールの第１実施形態の縦断面説明図である。

【図2】図１に示されるメカニカルシールの要部拡大説明図である。

【図3】本発明のメカニカルシールの第２実施形態の要部拡大説明図である。

【図4】本発明のメカニカルシールの第３実施形態の要部拡大説明図である。

【図5】従来のメカニカルシールの一例の縦断面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、添付図面を参照しつつ、本発明のメカニカル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実施形態に係るメカニカルシールＭの縦断面説明図であり、図２は、図１に示されるメカニカルシールＭの要部拡大説明図である。なお、図２〜４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。
本実施形態に係るメカニカルシールＭは、シールすべき流体の圧力が高く且つ運転状況により大きな圧力変動が生じ得る、例えば火力発電所のボイラーに給水をするＢＦＰ（ボイラー フィード ポンプ）等の軸封手段として好適に使用される遊動環型メカニカルシールである。

【0021】

メカニカルシールＭは、ポンプケーシング１に取り付けられたシールケース２と、ポンプケーシング１を貫通して当該ポンプケーシング１から突出する回転軸３の外周に固定されたスリーブ４と、スリーブ４に設けられた回転環５と、回転環５に対向して設けられた静止環６と、シールケース２と静止環６との間に配設されたスプリング７と、回転環５と静止環６との間に挟圧保持された遊動環８と、メカニカルシールＭを機器に取り付けるときにシールケース２とスリーブ４とを連結し、回転環５、静止環６及び遊動環８を所定の位置に配置するセットプレート９とを備えている。メカニカルシールＭは、回転環５と遊動環８との相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分の外周側領域である被密封流体領域（ＢＦＰの機内領域に連通する領域）Ａと、前記相対回転摺接部分の内周側領域である非密封流体領域（ＢＦＰの機外領域である大気領域）Ｂとを遮断シールするように構成されたカートリッジ型のメカニカルシールである。なお、以下の説明において、図１〜２の左側を機外側又は後側といい、右側を機内側又は前側という。

【0022】

シールケース２は、ポンプケーシング１から突出する回転軸部分３ａを同心状に取り囲んだ状態で当該ポンプケーシング１の端部に取り付けられている。シールケース２は、円筒体形状を呈しており、本体部２１、壁部２２及びスプリングリテーナ２３を備えている。本体部２１は、円筒状の部材であり、その一端部がポンプケーシング１に当接して当該ポンプケーシング１と係合する。壁部２２は、本体部２１の他端部（ポンプケーシング１と係合する側の端部と反対側の端部）の内周に当該本体部２１と一体形成された円環状の部材である。スプリングリテーナ２３は、壁部２２の内面側に取り付けられている。スプリングリテーナ２３は、壁部２２に取り付けられた円環状のスプリング保持部２３ａと、当該スプリング保持部２３ａから機内側に突出する円筒状の静止環保持部２３ｂとで構成されている。ポンプケーシング１には、フラッシング液（水）Ｆの給路２４及び排路２５が形成されている。また、シールケース２にはドレン２６が形成されている。

【0023】

スリーブ４は、前記回転軸部分３ａに挿通される円筒状の本体部４１と、本体部４１の先端部（機内側端部）に形成された円環状の第１保持部４２と、第１保持部４２の外周部から機外側に突出する円筒状の第２保持部４３とで構成されている。スリーブ４は、本体部４１の基端部分（後端部分。機外側に位置する部分）を除き、シールケース２内に位置させた状態で、回転軸３の外周に固定されている。より詳細には、シールケース２から機外側に突出する本体部４１の基端部分に、回転軸３に挿通させたストッパーリング１０を複数の第１セットスクリュー１１ａにより固定するとともに、当該ストッパーリング１０を複数の第２セットスクリュー１１ｂにより回転軸３に固定することによって、スリーブ４が回転軸３に着脱自在に固定されている。第１保持部４２の内周にはＯリング溝１２が形成されており、このＯリング溝１２内に配設されたＯリング１３により、回転軸３とスリーブ４との間がシール（二次シール）されている。なお、スリーブ４の先端部には、フラッシング液と循環するためのポンピングリング１４がキャップボルト１５により取り付けられている。

【0024】

回転環５は、複数のＯリング１６、１７を介して、当該Ｏリング１６、１７の弾性変形範囲において軸線方向（回転軸３の軸線の方向）及び径方向に変位ないし変形可能な状態で回転軸３に保持されている。なお、回転環５の内周面とこれと対向するスリーブ４の本体部４１の外周面との間には、図２に示されるように、回転環５の径方向の変位ないし変形を許容する環状の隙間１８が形成されている。回転環５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。得られるＳｉＣの焼結体の熱伝導率は、７０〜１２０Ｗ／ｍＫである。また、回転環５は超硬合金（ＷＣ）で作製してもよい。

【0025】

静止環６は、シールケース２にＯリング１９及びドライブピン２０を介して軸線方向移動可能に且つ相対回転不能に保持されている。より詳細には、静止環６は、その基端部分をスプリングリテーナ２３の静止環保持部２３ａにＯリング１９を介して遊嵌させることにより、シールケース２に保持されている。静止環６は、シールケース２との間をＯリング１９によりシール（二次シール）された状態で当該シールケース２に軸線方向移動可能に保持されている。また、静止環６は、その基端部に軸線と平行な複数のドライブピン２０を突設し、各ドライブピン１１をスプリングリテーナ２３のスプリング保持部２３ａに形成された複数の係合凹部３１に係合させることにより、所定範囲内での軸線方向の移動が許容された状態でシールケース２に対する相対回転が阻止されている。静止環６は、例えばステンレスなどの硬質の金属で作製することができる。

【0026】

スプリング７は、スプリングリテーナ２３のスプリング保持部２３ｂに周方向に沿って等間隔で形成された複数の係合凹部３２に保持されている。スプリング７は静止環６の背面（後端面）に当接しており、当該静止環６を回転環方向に押圧付勢している。

【0027】

遊動環８は、円環状の本体部８１と、当該本体部８１の内周側の前後端部に一体形成されたほぼ同一の円環状を呈する押圧部８２及びシール部８３とで構成されている。遊動環８は、押圧部８２の端面である押圧面８２ａが静止環６の先端面（後端面）である押圧面６ａに接触するとともに、シール部８３の端面であるシール面８３ａが回転環５の先端面（後端面）であるシール面５ａに接触する状態で、スプリング７による付勢力によって、回転環５と静止環６との間に挟圧保持されている。

【0028】

遊動環８は、静止環６の前端部に周方向に沿って等間隔で突設された複数のドライブピン３３を本体部８１に形成された係合孔３４に係合させることにより、静止環６に、軸線方向及び径方向に所定範囲での相対変位が許容された状態で、相対回転不能に保持されている。静止環６と、遊動環８の本体部８１との軸線方向における対向端面間には、当該静止環６及び遊動環８間をシール（二次シール）するＯリング３５が配設されている。遊動環８の本体部８１には、周方向に沿って等間隔で複数の貫通孔３６が形成されている。遊動環８は、回転環５を構成する材料よりも軟質の材料、例えばカーボンで作製することができる。

【0029】

本実施形態では、回転環５における前記遊動環８と摺動するシール面５ａにダイヤモンド膜ｄ１が形成されるとともに、当該回転環５の外周面５ｂ及び背面５ｃに、前記シール面５ａのダイヤモンド膜ｄ１と連続するダイヤモンド膜ｄ２及びダイヤモンド膜ｄ３がそれぞれ形成されている。このため、シール面５ａの耐摩耗性が向上するだけでなく、ダイヤモンド膜ｄ１、ｄ２は１０００〜２０００Ｗ／ｍ・ｋという大きな熱伝導率を有していることから、回転環５の摺動面であるシール面５ａで発生した摩擦熱を、シール面５ａのダイヤモンド膜ｄ１から速やかに外周面５ｂに形成されたダイヤモンド膜ｄ２を経由して回転環５の背面５ｃ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５のシール面５ａと背面５ｃとの温度差を緩和し、前記温度差に起因する熱歪が回転環５に生じるのを防止又は抑制することができる。換言すれば、熱伝導率が大きいダイヤモンド膜を介して回転環５のシール面５ａで発生した摩擦熱を速やかに当該回転環５の背面５ｃに伝えることにより、回転環５の熱バランス（シール面５ａ側部分と背面５ｃ側部分との間の熱バランス）が崩れるのを防止又は抑制することができる。その結果、回転環５のシール面５ａと、遊動環８のシール面８ａとの平行性を保つことができ、例えばＰＶ＝２０ＭＰａ／ｍ／ｓ以上の高負荷条件下においても長期に亘り安定した摺動特性を発揮させることができる。

【0030】

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５のシール面５ａで発生した摩擦熱が当該回転環５の母材であるＳｉＣ焼結体に移動する前に外周面５ｂ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。

【0031】

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５のシール面５ａで発生した摩擦熱を速やかに外周面５ｂ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５ｂのダイヤモンド膜ｄ２の膜厚がシール面５ａのダイヤモンド膜ｄ１の膜厚以上であることが望ましい。

【0032】

本実施形態では、回転環５の外周面５ｂに形成されたダイヤモンド膜ｄ２のさらに外周に伝熱リング３７が設けられている。この伝熱リング３７は、例えばチタン、ＳＵＳ４０３等の金属で作製されており、前記ダイヤモンド膜ｄ２の外周に焼嵌めされている。チタン及びＳＵＳ４０３の熱伝導率は、それぞれ１７．４Ｗ／ｍ・ｋ及び２４．９〜２５．７Ｗ／ｍ・ｋであり、ダイヤモンドやＳｉＣに比べて小さいが、このような伝熱リング３７をダイヤモンド膜ｄ２の外周に焼嵌めすることにより、ダイヤモンド膜ｄ１から伝わってくる熱を、ダイヤモンド膜ｄ２に加えて当該伝熱リング３７及びスリーブ４の第１保持部４２を経由して回転環５の背面５ｃに伝えることができ、回転環５のシール面５ａと背面５ｃとの温度差をより効果的に緩和することができる。また、ダイヤモンド膜ｄ２は脆性であるが、伝熱リング３７をダイヤモンド膜ｄ２の外周に設けることで、メカニカルシールＭに伝わる機械振動から当該ダイヤモンド膜ｄ２を保護することができる。

【0033】

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態に係るメカニカルシールの要部拡大説明図である。第２実施形態及び後述する第３実施形態に係るメカニカルシールと、第１実施形態に係るメカニカルシールＭとは、回転環の構成が異なるだけであり、他の静止環や遊動環等の構成は共通している。したがって、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】

本実施形態では、回転環５における前記遊動環８と摺動するシール面５ａにダイヤモンド膜ｄ１が形成されるとともに、当該回転環５の内周面５ｄ及び背面５ｃに、前記シール面５ａのダイヤモンド膜ｄ１と連続するダイヤモンド膜ｄ４及びダイヤモンド膜ｄ４と連続するダイヤモンド膜ｄ３がそれぞれ形成されている。このため、シール面５ａの耐摩耗性が向上するだけでなく、回転環５の摺動面であるシール面５ａで発生した摩擦熱を、シール面５ａのダイヤモンド膜ｄ１から速やかに内周面５ｄに形成されたダイヤモンド膜ｄ４を経由して回転環５の背面５ｃ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５のシール面５ａと背面５ｃとの温度差を緩和し、前記温度差に起因する熱歪が回転環５に生じるのを防止又は抑制することができる。換言すれば、熱伝導率が大きいダイヤモンド膜を介して回転環５のシール面５ａで発生した摩擦熱を速やかに当該回転環５の背面５ｃに伝えることにより、回転環５の熱バランスが崩れるのを防止又は抑制することができる。その結果、回転環５のシール面５ａと、遊動環８のシール面８ａとの平行性を保つことができ、高負荷条件下においても長期に亘り安定した摺動特性を発揮させることができる。

【0035】

また、本実施形態では、回転環５の背面５ｃ、より詳細には当該背面５ｃに形成されたダイヤモンド膜ｄ３に当接してガスケット３８が配設されている。ガスケット３８は、硬度Ｈｓが４０〜９０の材料で作製されている。かかる材料の例としては、例えば膨張黒鉛、耐熱シリコーンゴム等をあげることができる。比較的やわらかいガスケット３８を回転環５の背面５ｃに配設することにより、当該ガスケット３８と回転環５の背面５ｃに形成されたダイヤモンド膜ｄ３とを密着させることができる。ダイヤモンド膜は、通常、その表面を平坦に形成することが難しいが、比較的やわらかいガスケット３８を用いることで、ダイヤモンド膜の表面の粗さを吸収することができる。

【0036】

〔第３実施形態〕
図４は、本発明の第３実施形態に係るメカニカルシールの要部拡大説明図である。本実施形態では、回転環５のシール面５ａ、外周面５ｂ及び内周面５ｄにそれぞれダイヤモンド膜ｄ１、ｄ２及びｄ４が形成されている。ダイヤモンド膜ｄ１、ｄ２及びｄ４は互いに連続して形成されている。この場合、回転環５の摺動面であるシール面５ａで発生した摩擦熱を速やかに当該回転環５の内周面５ｄ及び外周面５ｂに形成されたダイヤモンド膜ｄ４、ｄ２を経由して回転環５の内周側及び外周側に伝えることができ、回転環５のシール面５ａと外周面と内周面の各々の間の温度差をより効果的に緩和することができる。

【0037】

また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、回転環５の外周面５ｂに形成されたダイヤモンド膜ｄ２のさらに外周に伝熱リング３７が設けられている。伝熱リング３７をダイヤモンド膜ｄ２の外周に焼嵌めすることにより、ダイヤモンド膜ｄ１から伝わってくる熱を、ダイヤモンド膜ｄ２に加えて当該伝熱リング３７を経由して回転環５の背面５ｃに伝えることができ、回転環５のシール面５ａと背面５ｃとの温度差をより効果的に緩和することができる。また、ダイヤモンド膜ｄ２は脆性であるが、伝熱リング３７をダイヤモンド膜ｄ２の外周に設けることで、メカニカルシールＭに伝わる機械振動から当該ダイヤモンド膜ｄ２を保護することができる。

【0038】

また、本実施形態では、第２実施形態と同様に、回転環５の背面５ｃ、より詳細には当該背面５ｃに形成されたダイヤモンド膜ｄ３に当接してガスケット３８が配設されている。かかるガスケット３８を回転環５の背面５ｃに配設することにより、当該ガスケット３８と回転環５の背面５ｃとを密着させることができる。

【0039】

〔その他の変形例〕
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、種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0040】

１ ：ポンプケーシング
２ ：シールケース
３ ：回転軸
４ ：スリーブ
５ ：回転環
５ａ：シール面
５ｂ：外周面
５ｃ：背面
５ｄ：内周面
６ ：静止環
６ａ：押圧面
７ ：スプリング
８ ：遊動環
９ ：セットプレート
１０ ：ストッパーリング
１１ａ：第１セットスクリュー
１１ｂ：第２セットスクリュー
１２ ：Ｏリング溝
１３ ：Ｏリング
１４ ：ポンピングリング
１５ ：キャップボルト
１６ ：Ｏリング
１７ ：Ｏリング
１８ ：隙間
１９ ：Ｏリング
２０ ：ドライブピン
２１ ：本体部
２２ ：壁部
２３ ：スプリングリテーナ
２３ａ：静止環保持部
２３ｂ：スプリング保持部
２４ ：給路
２５ ：排路
２６ ：ドレン
３１ ：係合凹部
３２ ：係合凹部
３３ ：ドライブピン
３４ ：係合孔
３５ ：Ｏリング
３６ ：貫通孔
３７ ：放熱リング
３８ ：ガスケット
４１ ：本体部
４２ ：第１保持部
４３ ：第２保持部
８１ ：本体部
８２ ：押圧部
８３ ：シール部
１０１ ：回転軸
１０２ ：回転環
１０３ ：シールケース
１０４ ：静止環
１０５ ：遊動環
１０６ ：スプリングリテーナ
１０７ ：凹所
１０８ ：スプリング
Ｆ ：フラッシング液
Ｍ ：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】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】