JPH01283479A

JPH01283479A - ポア分散材を用いたメカニカルシール並びにポア分散超硬合金及びその製造方法

Info

Publication number: JPH01283479A
Application number: JP63202011A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ishibashi; 修石橋; Kiyoshi Terasaki; 清寺崎; Hiroshi Tokumoto; 啓徳本; Yataro Nagai; 永井　彌太郎; Mitsuyoshi Matsushita; 松下　光好
Original assignee: Tanken Seiko KK; Nippon Tungsten Co Ltd
Current assignee: Tanken Seiko KK; Nippon Tungsten Co Ltd
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1988-08-15
Publication date: 1989-11-15
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPH0788909B2; US4925490A; DE3843691C3; SE503343C2; DE3843691C2; SE8804652L; DE3843691A1; US4997192A; SE8804652D0

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明はメカニカルシール及びシールリングや軸受など
の摺動部材用材料に適した多孔質超硬合金およびその製
造方法に関するものである。

〈従来の技術及びその問題点〉従来のメカニカルニールにおいては、相手材と接触・摺
動して流体をシールする密封環の摺動面は当然ながら平
面状であり、しかもこの面にはポア等が存在しない（少
なくとも故意には存在させない）所謂鏡面状であった。

このタイプのメカニカル・シールの部材には種々の組み
合せがあるが、Ｐｖ値（Ｐは密封流体圧力、■は周速）
の大きな用途では、超硬合金／炭素、超硬合金／超硬合
金の組み合せが用いられている。

しかし、冷凍機等においては高いＰｖ値を要求される上
、回転と停止を繰返すために起動時に大きな熱衝撃が加
わり、摺動面にヒートクラックを生じたり、炭素材では
ブリスターと称する隆起が摺動面に生じる等の問題が起
きている。

このような問題を解決するために、摺動面の潤滑性を高
める種々の提案がなされている。

その一つとしてシールリングの形状を変更して潤滑性を
高めたものが知られている。例えば、摺動面と他の面と
の間に貫通孔を複数個設け、他の面の孔からポンプを使
って潤滑流体を摺動面に送り込む端面潤滑シール（ハイ
ドロスタティックシール）、または摺動面内にその中心
近くまで流体側から溝または切り欠きを設け、運転時に
潤滑の役割をする密封流体を、流体の粘性に基づくくさ
び効果によって摺動部に導くハイドロダイナミックシー
ル、またはサーモハイドロダイナミックシールなどがあ
る。これらは摩擦係数が低減するため従来のシールに比
べて高ＰＶ値で使うことが出来る。

しかしながら、このようなハイドロスタティックシール
、ハイドロダイナミックシール、サーモハイドロダイナ
ミックシールはその効果をもたらすために超硬合金に複
雑な加工を施さねばならず、超硬合金の難加工性を考慮
すると従来のシールに比べて加工時間が著しく長くなる
。しかも超硬合金は形状が’Ｐ３１Ｆ１になると応力集
中が生じ易くなり破壊し易いという欠点もある。したが
ってこのタイプのシールリングは限られた用途にしか使
われないのが現状であり、このような加工の必要のない
新しい材料が望まれている。

このような要望に応えるべく摺動面にラッピング加工や
ショツトブラスト加工あるいはエツチング加工を施した
後にポリッシング加工を施して多数の微細な孔を形成し
、これにより摺動面の潤滑性を高めたメカニカルシール
が提案されている。

しかし、このような構成の場合、孔が微細でかつ摺動面
表面にしか形成されないため、摺動面が摩耗するのに伴
い孔が消失し、潤滑性の向上効果が長時間維持できない
欠点があった。

またシールリング自体を多孔質材で形成したメカニカル
シールも提案されているが、この場合シールリングの強
度が低下し、高ＰＶ値を得られなくなる上、孔の大きさ
や量によっては孔からの漏れが無視できない位に多くな
る問題があった。

〈発明の概要〉本発明は上記した問題点を解決するためになされたもの
で、メカニカルシールの少なくともシール面およびその
近傍をポアを全体に分散させたポア分散材で形成し、し
かもポアの大きさ、形状及び体積率を厳密に規定するこ
とにより潤滑性を向上させかつ強度を維持したメカニカ
ルシールを提供しようとするものである。またシールリ
ング等に適用するのに応しいポア分散超硬合金及びその
製造方法を提供するものである。

〈実施例〉以下本発明を実施例に基づいて説明する。第１図におい
て、回転シールリング１と非回転シールリング２により
シール面Ｓが形成されここでシールが行われている。回
転シールリング１はストッパ３に装着されたスプリング
４により押圧されている。この実施例では回転シールリ
ング１がポア分散材で構成されているが、非回転シール
リング２の方をポア分散材で構成しても良く、更に両方
をポア分散材で構成しても良い。

本発明では、回転シールリング１を構成するポア分散材
のポアを次のように限定する。

またポア分散材としては、セラミックスや超硬合金が使
用可能であるが、セラミックスは超硬合金に比べて低強
度で耐熱衝撃性にも劣るため高ＰＶ値の使用には不向き
である。一方超硬合金の場合にはポアを分散させてもポ
アのないセラミックス以上の強度があり、はるかに高い
Ｐｖ値での使用が可能になる。

本発明はこの超硬合金の組成もまた下記するように厳格
に限定している。

（ポアの形状、寸法）ポアは、摺動面上において、流体をその中に保持し、ま
た摺動面内に流体を供給して、摺動面内の流体膜を保持
する働きをする。したがってその形状は、この働きから
言えば何でもよい。しかし。

いびつな、特に鋭角のコーナーのあるような形状では応
力集中が生じ、焼結体が破壊し易くなるので、その形状
は略球形または略円柱状とする。

一方その寸法が小さすぎると流体膜保持効果が弱くなり
、潤滑性を保てなくなるので、略球形の場合も略円柱状
の場合も平均直径が３μｍ以上とする。後者の平均長さ
は平均直径以上とした。このポアは大きい方が流体膜の
保持効果はあるが、あまりに大きいと、ポアによる漏れ
が大きくなる上相手鋸のシールリングの摩耗が大きくな
り、また強度が低下し過ぎる。そのためポアの大きさは
。

略球形の場合は平均直径が２０μｍ以下、略円柱状の場
合は、平均直径が２０μｍ以下、平均長さが３００μｍ
以下とした。なお、特に強度をη（視する場合にはいず
れも平均直径は１６μｍ以下が好ましい。

第３図にポアの平均直径と漏れ量及び摩耗量との関係を
示す。これは後記する第１表の本発明合金３を基にポア
径を種々変化させて形成した６０ｍφのシールリングと
カーボンのシールリングによりメカニカルシールを構成
し、密封液として４ｋｇ／ａ（，４０〜５０℃のタービ
ン油を用いて３６ＱＱｒｐｍで連続１００　Ｈｒの運転
を行って得たものである。

このグラフかられかるようにポアの平均直径が２０μｍ
を超えると漏れ量及び摩耗量が共に実用的な範囲を越え
て大きくなる。よって上記範囲に限定する。

（ポアの体積率）ポアによる流体膜保持効果はそのポアの量が多い方が良
いので最小０．５体積％とした。一方その量が２０体積
％を超えるとポア同士が連結し易くなり、かつ強度も低
下するので、その上限を２０体積％とした。好ましくは
１０〜１５体積％の範囲である。

（ポアの連結度）ポアが長範囲に連結し、焼結体を貫通する様になると、
密封流体がこのポアを通して漏れるようになるので、シ
ールリング部材としては役に立たなくなる。それゆえポ
アは２ｍ＋ｎ以上は連結しないこととした。

上記したポア分散材から構成されるシールリング１は、
該ポアに封液等が溜り、起動時にはシールリングの摺動
発熱により液体が熱膨張して、シール面Ｓに液体かにじ
み出し、シール面Ｓに膜を形成し潤滑性を維持する。ま
たポア自体が、従来のポリッシング加工による孔よりも
大きく深い上、シール面Ｓの表面だけでなく内部にもポ
アが分散しているため、シールリング１のシール面Ｓが
摩耗しても、新しいポアが表面に呪われ、潤滑性保持効
果が消滅することがない。

ポア分散材はシールリング全体に用いる必要はなく、第
２図に示すようにシールリング１′のシール端面部１０
のみをポア分散材としても良い。

このポア分散材から成るシール端面部１０の厚さは適宜
決定すれば良い。このようにシール端面部１０のみをポ
ア分散材で形成する場合シールリング１′の強度向上を
図ることができる。たとえば、シールリング１′本体を
普通の超硬合金で形成し、シール端面部１０を後述する
超硬合金から成るポア分散材で形成すれば、シールリン
グ全体を該超硬合金のポア分散材で形成するよりも大き
な強度を得ることができる。シール端面部１０のみポア
分散材で形成する方法は後述する。

（超硬合金の組成）次に本発明の超硬合金は次のように限定される。

周期律表第ＩＶ、Ｖ、ＶＩ族遷移金属の炭化物、窒化物
、硼化物、これらの２種以上の固溶体、の中の１種又は
２種以上及び不可避不純物からなる焼結体であって、平
均直径が３〜２０μｍの略球状または平均直径が３〜２
０μｍ、平均長さが平均直径以上で３００μｍ以下の略
円柱状もしくはそれら画形状ならなるポアを０．５〜２
０体積％含み、該ポアが２＋ｎｍ以上は連結していない
ポア分散超硬合金。

本発明において、第ＩＶ、Ｖ、ＶＩ族遷移金属の炭化物
、窒化物、硼化物を用いることにしたのは、強度よりも
耐食性を重視したためである。なお原料粉末あるいはこ
れらを合金化する製造工程上不可避不純物が混入するが
、その量は高々０．５質量％である。

一方、耐食性よりも強度を重視する用途では鉄族金属の
中１種又は２種以上を含ませ靭性を向上させることが望
ましいが、その量が０．１質量％より小では効果がなく
、一方、３０質量％を超えると、靭性はあるものの、硬
さが小さくなり、耐摩耗性に劣るので、その範囲を０．
１〜３０質量％とする。更に必要に応じて、これら２種
の合金に対して第ＩＶ、Ｖ、ＶＩ族遷移金属の中の１種
又は２種以上を０．１〜５質量％上記第■、■、ＶＩ族
遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物、これらの２種以上
の固溶体、の中の１種または２種以上に置換して添加す
ることも可能である。これは特に鉄族金属を含む超硬合
金の場合には耐食性を向上させるために有効であり、Ｃ
ｒやＭＯなどの第■、■、■族遷移金属の１種または２
種以上を０．１〜５質量％置換添加することにより耐食
性向上を図れる。

１　なお、ポアの径、形状、体積等の限定理由は前述し
た通りである。

次に本発明のポア分散超硬合金の製造方法について説明
する。

本発明方法は上記した材料、即ち周期律表第■。

Ｖ、ＶＩ族遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物、これら
の２種以上の固溶体、の中の１種又は２種以上及び不可
避不純物からなる粉末、または周期律表第ＩＶ、Ｖ、Ｖ
Ｉ族遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物、これらの２種
以上の固溶体、の中の１種又は２種以上を７０〜９９．
９質量％、鉄族金属の中１種又は２種以上を０．１〜３
０質量％及び不可避不純物からなる粉末、或いは上記２
種の粉末の周期律表第ＩＶ、Ｖ、ＶＩ族遷移金属の炭化
物、窒化物、硼化物、これらの２種以上の固溶体、の中
の１種又は２Ｗ１以上に置換する形で１周期律表第ＩＶ
、Ｖ、ＶＩ族遷移金属の中１種又は２種以上を０゜１〜
５質斌質量加した粉末、に対して、室温で固体であり、
上記粉末を焼結するに必要な温度よりも低温で、その９
０％以上が揮散あるいは分解・蒸発するような有機物か
らなり、その平均直径が３〜３０μｍの略球状ないし平
均直径が３〜３０μｍ、平均長さが平均直径以上で３７
０μｍ以下の略円柱状またはそれら画形状からなるポア
形成用物を０．５〜５０体積％添加し、ｉＭ合分散する
Ａ工程と、Ａ工程によって得られた混合粉末を圧縮等に
より任意形状に成形するＢ工程と、Ｂ工程により得られ
た成形体を非酸化性雰囲気中で、ポア形成用有機物の９
０％以上が揮散あるいは分解・蒸発するのに十分な温度
で予備焼結するＣ工程と、Ｃ工程により得られた予備焼
結体を非酸化性雰囲気中で、焼結するに必要な温度、時
間保持し焼結するＣ工程とから構成されている。

なお、上記製造方法中で、Ｃ工程とＣ工程とは、それを
同一炉内で連続的に行う事も可能であり、又このＣ工程
とＣ工程との間に、Ｃ工程によって得られた予備焼結体
を切削或いは研削等で任意形状に加工する工程を入れる
ことも可能である。

以下本発明方法の限定理由を説明する。

（有機物の性状）有機物はその抜は跡がポアになるようにするので、圧縮
等により任意形状に成形する前に添加混合する。したが
ってこの混合およびまたは圧縮の時にその形状が壊れに
くいことが必要である。したがって室温で固体であるこ
とが必要である。

一方、圧縮等により成形された後は焼結に影響を及ぼさ
ないように焼結温度よりも低い温度でその大部分が揮散
あるいは分解、蒸発していなければならない。

したがって有機物の性状としては室温で固体であり、焼
結温度よりも低い温度でその９０％以上が揮散または分
解・蒸発することとした。

（有機物の形状・寸法）超硬合金の線収縮率はその組成によって数％程度の変化
はあるが、約２０％である。したがって有機物の揮散ま
たは分解・蒸発した抜は跡も約２０％収縮してポアにな
るが、このポアの収縮率は有機物の直径や焼結温度によ
っても変化する。それゆえ有機物の形状は目的とするポ
アの形状とし、寸法は目的とするポアの寸法の概略２０
％前後増しとする。以上により本発明では略球状有機物
の平均直径を３〜３０μｍと限定する。また略円柱状の
場合は平均直径３〜３０μｍ、平均長さが平均直径以上
３７０μｍ以下と限定する。

（有機物の体積率）有機物の揮散または分解・蒸発した抜は跡が約２０％収
縮してポアになるのであるが、この寸法が小さいと、焼
結時に完全に収縮してポアとして残らないものもある。

したがって有機物の添加量は０．５〜５０体積％とした
。

（予備焼結、焼結の雰囲気など）超硬合金は非酸化物系の合金であり、高温では酸化する
ので、予備焼結、焼結の雰囲気は非酸化性とした。その
他温度、時間等は超硬合金を製造する時の標準的な方法
で十分である。ただし、有機物の種類、量によっては揮
散または分解・蒸発に時間がかかり、それゆえ予備焼結
の時に割れたり、揮散または分解、蒸発が不十分になっ
たりする。そのような場合には予備焼結の昇温速度を小
にすることなどが必要である。更に焼結温度１時間を適
宜コントロールすることにより、ポアの体積率は数％〜
２０％程度コントロール可能である。

次に前述したシール端面部１０のみをポア分散材とし、
他の部分を、ポアを含まない通常材とする製造方法につ
いて説明する。

この方法には２種類あり、その一つは、まず、既述のＡ
工程により得られた粉末をプレスし、このプレス体をプ
レスモールド内に残しておいて続けてポア形成用の樹脂
を含まない普通の超硬原料粉末をプレスし、一体化した
成形体を得る。これを既述のＢ−Ｄ工程によって焼結体
を得る。この方法により、一部をポア分散材（超硬合金
）とし、残部をポアを含まない通常材（超硬合金）とす
ることが容易にできる。なお、この場合、上記２種の超
硬合金の組成は一致していなくても良いが、焼結温度は
近いもの（その差は少なくとも５０℃以内）にしておか
なくてはならない。さもなくば焼結時にプレス体が異常
変形したり、著しい場合は割れたりすることがある。

また、上記の２種粉末のプレスの順序はこの逆でも良く
、さらに既述のように同一モールドではなく、異なるモ
ールドを使っても良い。例えばまず、Ａ工程により得ら
れた粉末を１つのモールドでプレスし、これを最初のモ
ールドより大きなモールド中に置き、樹脂を含まない普
通の超硬原料粉末をプレスして一体化する。この後は上
記と同様の工程によって焼結体を得る。そうすると、ポ
ア分散超硬合金の部分を、ポアを含まない超硬合金が３
方から包みこむ状態になり、より強度の高いシールリン
グとすることが可能になる。

他の方法は次の通りである。まず、ポア分散材（超硬合
金）を作り、これとは別にポアを含まない通常材（超硬
合金）も作る。この両者をロウ接または拡散接合等で一
体化する。そうすれば、上記と同様に一部がポア分散超
硬合金で残部がそうでない超硬合金からなるシールリン
グが得られる。

この場合は両者の合金組成は自由に選択できるので、後
者を特に高強度の超硬合金で構成すれば、シールリング
としてもより高強度とすることが出来る。

ロウ接、拡散接合を詳述すると次の通りである。

ますロウ接について述へる。まず両超硬合金のロウ接す
る面をダイヤモンド砥石等で研削し、Ｒｍ　ａ　ｘが１０
μｍＰｊｉ度以下の面を得る。これらを適当な溶媒で清
浄にし、その間に、棒状あるいは板状のロウ材を適量入
れ、そのロウ材に適した温度に加熱し、ロウ接する。ロ
ウ材としてはＮｉロウ、Ａｇロウが好適であるが、耐食
性が重視される場合には前者が好適である。

次に拡散接合であるが、拡散接合する面をロウ材の場合
と同様方法で同様面粗さまで加工し、同様方法で清浄に
する。そして、この両者の接合面を合わせ、非酸化性雰
囲気中で焼結温度近く（焼結温度−５０℃程度）に加熱
し、、０〜３０分程度保持する。そうすると両者は容易
に拡散接合される。

なお、このようなロウ接あるいは拡散接合が容易に達成
できる点はいわゆるセラミックスにはない超硬合金特有
のメリットであることを付記する。

以下本発明の具体的実施例を詳述する。

大亙剪上原料粉末として、平均粒径：１．３μｍのＷＣ粉末、同
１．３μｍのＣＯ粉末を用い、これらをＷＣ−６，５質
量％ＣＯとなるように配合し、メタノール中湿式混合に
て３日間ボール・ミル混合した。この混合粉末を乾燥後
、粉末に対して２質量％となるように、トリクロールエ
タンに溶解したパラフィンを添加、混合、乾燥し、母粉
末を得た。この母粉末に対して、ポア形成物として、第
１表に示す種類、形状９寸法、斌の有機物をらいかい機
にて添加・混合し、各試料の原料粉末を得た。なおこの
場合の原料粉末は、それが焼結後に炭素またはη相が生
じないように必要に応じ、含まれる炭素量を調整したも
のを用いた。

これらの粉末を１ｔｏｎ／ａ＃の圧力で５．５ＸＩＱｘ
３０ｎｎの圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を真空中
（約Ｑ　、　１ｔｏｒｒ、）にて８００℃まで１０時間
で加熱して、予備焼結した９次に０．１〜Ｑ、　３ｔｏ
ｒｒ、の真空中で１３７０℃×１時間の焼結をして１本
発明超硬合金１〜１３．比較超硬合金１〜４をそれぞれ
得た。ただし１本発明超硬合金３．４，７，１３および
比較超硬合金２は、この予備焼結条件では割れを生じた
ので昇温時間を１０時間の２倍とした。

このようにして得られた本発明超硬合金１〜１３、比較
超硬合金１〜４についてそれぞれまずダイヤモンドホイ
ールで研削し、４Ｘ８Ｘ２４ｒ！ＵＩのＪＩＳ抗折試片
を各４個製作した。これらの試片について密度、硬さ（
ＩｔＲＡ）を測定し、さらにスパン間隔２０ｍ１にて３
点曲げによる抗折力を測定した。そして密度からポアの
体積率も算出した。

これらの結果を第１表に併記した。

これより、本発明方法による超硬合金１〜１３はポアの
体積率が０．５〜１８．７体積％であり、限定範囲であ
る０、５〜２０体積％を満たしていることが判る。しか
し、比較合金１はポアがなく、これを満たしていない。

比較合金２はポアのサイズ及び体積率が大き過ぎ、又比
較合金３はポアのサイズが大き過ぎるため、いずれも抗
折力が４０ｋｇ／Ｉｍ２以下となって実用に供し得ない
ことが判る。比較合金４は抗折力は比較的大きいが、ポ
アサイズが大きいため第８図に示すように漏れ量が大き
過ぎ、実用的でない。

なお、これらの試料について組織を検討した所。

ポアのサイズはいずれも有機物のサイズの約８０％であ
った。念のためこの例を本発明合金２，６゜８．９につ
いてそれぞれの金属組織写真を第４図〜第６図に示した
。これらの写真より、ポアは高々６個しか連結していな
いことが判る。これは他の本発明合金でも同様であった
。それゆえ、ポアの連結は最大でも０．３画Ｘ６＝１．
８ｍｍと推算され、限定範囲を満たしていることが判る
。

以上により、この本発明方法による合金のみが。

限定範囲を満たしていると酉える。

大凰剪ス原料粉末として、平均粒径：１．０μｍ〜５゜０μｍの
ＷＣ粉と、第２表に示される各種粉末（平均粒径１．０
〜３．０μｍ）とを用い、これらを第２表に示される組
成に配合し、ついで実施例１と同様の条件で混合、乾燥
、パラフィン混合。

乾燥し、これにさらに平均直径１９μｍの高密度ポリエ
チレンを第２表に示される斌添加し、実施例１と同様に
して混合した。これらを実施例１と同様に圧粉し、得ら
れた圧粉体を実施例１と同様に予備焼結した。そして第
２表に示される温度で１時間真空（０，１〜Ｑ、　３ｔ
ｏｒｒ、）焼結し、本発明合金１４〜２７．比較合金５
〜９をそれぞれ得た。

得られた合金について実施例１と同様に加工し、実施例
１と同様な性質を測定した。これらの結果を第２表に併
記した。

なお第２表中Ｗ　Ｃ／　Ｔ　ｉ　Ｃ／　Ｔ　ａ　Ｃは、
５０質量％ＷＣ−３０質量％ＴｉＣ−２０質Ｍ％ＴａＣ
の固溶体を、又ＴｉＣ／ＴｉＮは５０質量％ＴｉＣ−５
０質量％ＴｉＮの固溶体を示す。

これよりポアの体積率は本発明合金１４〜２７、比較合
金５はいずれも０．５〜２０．０体積％の範囲に入って
いるが、比較合金６〜９は入っていないことが判る。比
較合金５は既述のようにポアの体積率の面では満足であ
るが、硬さが著しく小であり、耐摩耗性に劣る。また写
真は省略するが、本発明合金１４〜２７のポアの直径は
いずれも平均約１５μｍであり、またそのポア同士は高
々数個しか連結していなかった。よって本発明方法によ
り作られた合金１４〜２７のみ限定範囲内と冨える。

去」０」ｙ実施例１，２によれば、本発明の方法により、本発明の
合金が得られることが判った。そこでいくつかの合金に
ついてシールリングとして使った場合の性能を評価する
こととした。

即ち、摺動面寸法が内径４１ｍｎ、外径５６ｏｉｎの被
テストリングを実施例１，２に準じる方法で用意し、こ
れの摺動面を鏡面ラップ仕上げする。次に相手材となる
摺動面寸法が内径４３皿、外径５２Ｉｎのカーボンリン
グを用意し、この摺動面も鏡面ランプ仕上げする。これ
らを一般的なメカニカルシールテスト装置Ｒに取り付け
る。メカニカルシールの運転条件は次の通りである。密
封流体：水道水、密封流体圧カニ１５ｋｇ／ａＬ回転数
：４１０ｒｐｍ。そして運転開始後１時間までの平均所
要動力を求める。この平均所要動力が大きい方が摩擦係
数は大きいことになるので１便宜的にこの平均所要動力
の大小でＩ′ｖｌｊＪ性能を評価することとした。

以上の方法によってまず第１表に示される本発明合金１
，３．１３および比較合金１．４の平均所要動力を測定
した。結果が比較し易いように比較合金１の場合を１と
し、これに対する比を算出　゛し、これを動力比として
表１に併示した。なお。

φ６０．５ｋｇ／ｃｎＴ、タービン油、３６００ｒｐｍ
の条件でもテストを行なった結果、同様な動力比の結果
を得られた。

これより、本発明合金はいずれも比較合金１よりも動力
比が小であり、より摺動性能が優れると言える。比較合
金４は動力比は小になるが、ポア径が大きすぎるため第
８図に示すように漏れ量が大きくなり実用的でない。

同様にして第２表に示される本発明合金１４゜１８．２
２．２３および、それぞれに対応するポアなし合金であ
る比較合金６，７，８，９について平均所要動力を測定
した所５本発明合金のそれぞれの比較合金に対する動力
比はいずれも０．７〜０．８であった。すなわち本発明
のポア分散超硬合金は従来超硬合金に比べて摺動性能が
優れていると言える。

失凰桝± 第１表の本発明合金１，３．により内径６０ｍｍの回転
シールリングを作成し、また比較合金１．４を用いて同
じ回転シールリングを作成した。

本発明合金１，３及び比較合金４のシールリングのシー
ル面はラップ仕上げし、比較合金ｌのシールリングのシ
ール面はラッピング加工した後ポリッシング加工を施し
た。本発明合金３のシールリングのシール面と比較合金
１のシールリングのシール面を接触針式表面粗さ測定器
で測定した。

その結果を第７図に示す。　（Ａ）が本発明合金３、（
Ｂ）が比較合金１である。第７図から明らかなように１
本発明合金３のシール面の孔の方が深さが深く、ポリッ
シング加工では浅い孔しか形成できない。

更に実施例３と同寸法の本発明合金１，３の回転シール
リングと比較合金１，４の回転シールリングを用いてア
ンバランス型メカニカルシール（第１図のもの）を形成
し、漏れテストを実施した。非回転シールリングはいず
れもカーボンとし、ブリスタが発生し易い過酷な条件と
して、ｖＰＪ封流体流体度１０００〜１５００ｃｐ、油
温１３〜２３℃、流体圧力５　ｋｇ／ａ（のものを用い
、回転軸を３６０Ｏｒｐｍで回転させ、単位時間当りの
漏れ景を測定した。その結果を第８図に示す。

比較合金１はラッピング加工による孔が小さくかつ浅い
ため、当初は漏れ量が少ないが、運転時間の経過に従っ
て孔が潰れ、シール面の潤滑性を維持できなくなり、、
０時間の運転時間を経過するとブリスタが発生し、漏れ
量が多くなる。

−力木発明合金１はポアの体積率が比較的小さいため、
運転時間２０時間でブリスタが発生したが、それでも比
較合金１の２倍の寿命を得ている。

またポア体積率の大きい本発明合金３は４０時間以上の
運転後も漏れ量の増加はなく、顕著な効果がみられた。

比較合金４はブリスタの発生はないが、運転当初から漏
れ量が実用的な範囲を越えて大きく、シールリングとし
て実用的な使用には不適格である。

夫に佐且本実施例では実施例３．４とは異なり、シールリングの
摺動面のみをポア分散超硬合金としだ例について述べる
。

既述のＡ工程により得られた粉末をまずプレスし、続け
て、ポア形成用の樹脂を含まない粉末をプレスし、両者
を一体化したプレス体を得た。これを既述のＢ−Ｄ工程
により燃結体とし、さらにダイヤモンドホイール等を用
いてＲｍａｘ＝１０μｍに加工し、内径６０ｍｍ、外径
７０ｍｒｎ、厚さ５ｍｍのシールリングを得た。ここで
摺動面側のポア分散超硬合金は本発明合金３と同じにし
。

これと一体化した超硬合金は本発明合金３と同じ組成の
ＷＣ−６，５％Ｃｏとした。また、摺動面側のポア分散
超硬合金３の厚さはＱ、５ｍｍ、、ｍｍの２水準とし、
強度比較のために全体をポア分散超硬合金としたシール
リングも作った。これらのリングはそれぞれ５ヶ作製し
、３ケを強度テストに、２ケを実施例４で述べたと同様
方法による漏れテストに用いた。なお、漏れテストに供
したリングはその摺動面を鏡面ラップ仕上げした。

強度テストはＪＩＳ　　Ｚ・２５０７−１９６０の庄原
試験によって行なった。この方法の模式図を第９図に示
す。図のように荷重Ｗをリングの上下方向から負荷する
と、図のＡ点に最大引張応力が生じる。この値をσとす
ると、これは次の式で示される。

σ＝　（（１／Ｒ−６／（ｈ−ｈ”／（２Ｒ）））・（
−讐Ｒ）／（πｂｈ）ここで　ｈ：リングの幅、ｂ＝リ
ングの厚さ、Ｒ：リングの半径、Ｒ＝（内径＋外径）／４である。

以上の方法によりリングが破壊する荷ｙＪｊと、その時
の応力をそれぞれのリングで求め、その平均値を第３表
に示した。これより、シールリング全体をポア分散超硬
合金とした本発明シールリング３に比べて、摺動面のみ
をポア分散超硬合金とした本発明シールリング１，２の
方が５割程度強度が高いことが分る。

一方、漏れテストの結果、本発明シールリンク１．２は
、実施例４で述べたと同様に著しく優れることが確かめ
られ、第８図に示す本発明合金３でシールリング全体を
構成した場合と全く同じ特性を得ることができた。よっ
て摺動面のみをポア分散超硬合金としたシールリングと
同等のシール性能を有し、なおかつ強度はより高いこと
とが明らかである６したがってより高負荷（高ＰＶ値）
のシールに好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明によるメカニカルシールの実施
例を示す半断面図、第３図はポア径と漏れ址、摩耗社の
関係を示すグラフ、第４図乃至第６図は本発明合金２．
６．８の金属組織写真（５０倍）、第７図はシール面の
粗さ測定の結果を示すグラフ、第８図は運転時間と漏れ
量の関係を示すグラフ、第９図はシーリングの強度テス
トの説明図である。１：回転シールリング、２：固定シールリング。３：ストツパ、４ニスプリング、、０：シール端面部。特許出願人　　　日本タングステン株式会社（外１名）代理人　　弁理士　　高橋　清（外２名）第３図ポアｆ１”ｉ”つ直径手続補正書（、ア、昭和６３年　９月ユ４日特許庁長官　吉　１）　文　毅　殿１、事件の表示昭和６３年特許願第２０２０１１号２、発明の名称３、補正をする者事件との関係　特許出願人名　　　　称　日本タングステン株式会礼炭研精工株式
会社４、代理人明細書の特許請求の範囲の欄、明、ＩＩＩ書の発明の詳
細な説明の欄及び図面凸６、補正の内容補正内容１、本願明細書の特許請求の範囲を次のように補正する
。「（１）非回転シールリングと回転シールリングの中少
なくとも一方のシールリングをポア分散材で構成し、該ポア分散材が平均直径３〜２０μｍの略球状のポア及
び／又は平均直径３〜２０μｍで平均長さが平均直径以
上３００μｍ以下の略円柱状のポアを０．５〜２０体積
％含み、該ポアが２ｍ以上は連結していない、ことを特徴とするメカニカルシール。（２）非回転シールリングと回転シールリングの中少な
くとも一方のシールリングのシール面とその近傍をポア
分散材で構成し他の部分をポアが分散しない通常材で構
成し、該ポア分散材が平均直径３〜２０μｍの略球状のポア及
び／又は平均直径３〜２０μｍで平均長さが平均直径以
上３００μｍ以下の略円柱状のポアを０．５〜２０体積
％含み、該ポアが２ｍｎ以上は連結していない。ことを特徴とするメカニカルシール。（３）周期律表第ＩＶ、Ｖ、ＶＩ族遷移金属の炭化物。窒化物、＠化物、これらの２種以上の固溶体、の中の１
種又は２種以上及び不可避不純物からなる焼結体であっ
て、平均直径が３〜２０μｍの略球状または平均直径が３〜
２０μｍ、平均長さが平均直径以上で３００μｍ以下の
略円柱状もしくはそれら両形状からなるポアを０．５〜
２０体積％含み、該ポアが２ｍ以上は連結していない、ことを特徴とするポア分散超硬合金。（４）周期律表第ＩＶ、ｖ、■族遷移金属の炭化物。窒化物、硼化物、これらの２種以上の固溶体、の中の１
種又は２種以上を７０〜９９．９質量％。鉄族金属の中１種又は２種以上をＯ，１〜３０質量％及
び不可避不純物からなる焼結体であって、平均直径が３
〜２０μｍの略球状または平均直径が３〜２０μｍ、平
均長さが平均直径以上で３００μｍ以下の略円柱状もし
くはそれら両形状からなるポアを０．５〜２０体積％含
み、該ポアが２ｒｍ１以上は連結していないことを特徴
とするポア分散超硬合金。（５）周期律表第１Ｖ、　Ｖ、　ＶＩ族遷移金属の炭化
物。窒化物、硼化物、これらの２種以上の固溶体、の中の１
種または２種以上の０．１〜５質量％を周期律表第ＩＶ
、Ｖ、ＶＩ族遷移金属の中の１種または２種以上で置換
した特許請求範囲第３項又は第４項記載のポア分散超硬
合金。（６）周期律表第ｒＶ、　Ｖ、　ＶＩ族遷移金属の炭化
物。窒化物、硼化物、これらの２種以上の固溶体、の中の１
種又は２種以上及び不可避不純物からなる粉末；または周期律表第ＩＶ、Ｖ、ＶＩ族遷移金属の炭化物。窒化物、硼化物、これらの２種以上の固溶体、の中の１
種又は２種以上を７０〜９９．９質量％。鉄族金属の中１種又は２種以上をＯ，１〜３０質量％及
び不可避不純物からなる粉末；に対して、室温で固体であり、上記粉末を焼結するに必
要な温度よりも低温で、その９０％以上が揮散あるいは
分解・蒸発するような有機物からなり、その平均直径が
３〜３０μｍの略球状ないし平均直径が３〜３０μｍ、
平均長さが平均直径以上で３７０μｍ以下の略円柱状ま
たはそれら両形状からなるポア形成用物を０．５〜５０
体積％添加し、混合分散するＡ工程と、Ａ工程によって得られた混合粉末を圧縮等により任意形
状に成形するＢ工程と、Ｂ工程により得られた成形体を非酸化性雰囲気中で、ポ
ア形成用有機物の９０％以上が揮散あるいは分解・蒸発
するのに十分な温度で予備焼結するＣ工程と、Ｃ工程により得られた予備焼結体を非酸化性雰囲気中で
、焼結するに必要な温度、時間保持し焼結するＤ工程を
含むことを特徴とするポア分散超硬合金の製造方法。（７）周期律表第ＩＶ、Ｖ、ＶＩ族遷移金属の炭化物、
硼化物、これらの２種以上の固溶体、の中の１種または
２種以上の０．１〜５質示％を周期律表第ｒＶ、　Ｖ、
■族遷移金属の中の１種または２種以上で置換した特許
請求範囲第６項記載のポア分散超硬合金の製造方法。」２、本願明細書の第５頁第１１行目の「メカニカルニー
ル」を「メカニカルシール」に訂正する。３、本願明細書の第５頁第１６行目の「メカニカル・シ
ール」を「メカニカルシール」に訂正する。４、本願明細書の第２４頁第１９行目の「、９」を削除
する。５、本願明細書の第３１頁第５行目の「燃結体」を「焼
結体」に訂正する。６、本願明細書の第３４頁第１表の有機物の形状１寸法
の欄の第９段目に「円柱２０φＸ１０１２Ｊとあるのを
「円柱２０φＸ１００ＩＮに訂正する。７、第９図を添付図面のように訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非回転シールリングと回転シールリングの中少な
くとも一方のシールリングをポア分散材で構成し、該ポア分散材が平均直径３〜２０μｍの略球状のポア及
び／又は平均直径３〜２０μｍで平均長さが平均直径以
上３００μｍ以下の略円柱状のポアを０．５〜２０体積
％含み、該ポアが２ｍｍ以上は連絡していない、ことを特徴とするメカニカルシール。
（２）非回転シールリングと回転シールリングの中少な
くとも一方のシールリングのシール面とその近傍をポア
分散材で構成し他の部分をポアが分散しない通常材で構
成し、該ポア分散材が平均直径３〜２０μｍの略球状のポア及
び／又は平均直径３〜２０μｍで平均長さが平均直径以
上３００μｍ以下の略円柱状のポアを０．５〜２０体積
％含み、該ポアが２ｍｍ以上は連絡していない、ことを特徴とするメカニカルシール。
（３）周期律表第IV、Ｖ、VI族遷移金属の炭化物、窒化
物、硼化物、これらの２種以上の固溶体、の中の１種又
は２種以上及び不可避不純物からなる焼結体であって、平均直径が３〜２０μｍの略球状または平均直径が３〜
２０μｍ、平均長さが平均直径以上で３００μｍ以下の
略円柱状もしくはそれら両形状からなるポアを０．５〜
２０体積％含み、該ポアが２ｍｍ以上は連結していない
、ことを特徴とするポア分散超硬合金。
（４）周期律表第IV、Ｖ、VI族遷移金属の炭化物、窒化
物、硼化物、これらの２種以上の固溶体、の中の１種又
は２種以上を７０〜９９．９質量％、鉄族金属の中１種
又は２種以上を０．１〜３０質量％及び不可避不純物か
らなる焼結体であって、平均直径が３〜２０μｍの略球
状または平均直径が３〜２０μｍ、平均長さが平均直径
以上で３００μｍ以下の略円柱状もしくはそれら両形状
からなるポアを０．５〜２０体積％含み、該ポアが２ｍ
ｍ以上は連結していないことを特徴とするポア分散超硬
合金。
（５）周期律表第IV、Ｖ、VI族遷移金属の炭化物、窒化
物、硼化物、これらの２種以上の固溶体、の中の１種ま
たは２種以上の０．１〜５質量％を周期律表第IV、Ｖ、
VI族遷移金属の中の１種または２種以上で置換した特許
請求範囲第３項又は第４項記載のポア分散超硬合金。
（６）周期律表第IV、Ｖ、VI族遷移金属の炭化物、窒化
物、硼化物、これらの２種以上の固溶体、の中の１種又
は２種以上及び不可避不純物からなる粉末；または周期律表第IV、Ｖ、VI族遷移金属の炭化物、窒化
物、硼化物、これらの２種以上の固溶体、の中の１種又
は２種以上を７０〜９９．９質量％、鉄族金属の中１種
又は２種以上を０．１〜３０質量％及び不可避不純物か
らなる粉末；に対して、室温で固体であり、上記粉末を焼結するに必
要な温度よりも低温で、その９０％以上が揮散あるいは
分解・蒸発するような有機物からなり、その平均直径が
３〜３０μｍの略球状ないし平均直径が３〜３０μｍ、
平均長さが平均直径以上で３７０μｍ以下の略円柱状ま
たはそれら両形状からなるポア形成用物を０．５〜５０
体積％添加し、混合分散するＡ工程と、Ａ工程によって得られた混合粉末を圧縮等により任意形
状に成形するＢ工程と、Ｂ工程により得られた成形体を非酸化性雰囲気中で、ポ
ア形成用有機物の９０％以上が揮散あるいは分解・蒸発
するのに十分な温度で予備焼結するＣ工程と、Ｃ工程により得られた予備焼結体を非酸化性雰囲気中で
、焼結するに必要な温度、時間保持し焼結するＤ工程を
含むことを特徴とするポア分散超硬合金の製造方法。
（７）周期律表第IV、Ｖ、VI族遷移金属の炭化物、、硼
化物、これらの２種以上の固溶体、の中の１種または２
種以上の０．１〜５質量％を周期律表第IV、Ｖ、VI族遷
移金属の中の１種または２種以上で置換した特許請求範
囲第６項記載のポア分散超硬合金の製造方法。