JPH01316517A - Sliding member and manufacture thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、たとえばメカニカルシールの摺動リングや軸
受等に用いられる摺動部材及びその製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a sliding member used, for example, in a sliding ring of a mechanical seal, a bearing, etc., and a method for manufacturing the same.
（従来の技術）
従来からメカニカルシール軸受等の摺動部材として、耐
摩耗性の高いセラミックスの適用が検討されている。セ
ラミックスは、耐摩耗性の高さ、高硬度の故に加工が難
しい、また靭性が金属材料等と比較して低いために破損
し易いという欠点がある。(Prior Art) The use of highly wear-resistant ceramics as sliding members such as mechanical seal bearings has been considered. Ceramics have drawbacks such as being difficult to process due to their high wear resistance and high hardness, and being easily damaged due to their low toughness compared to metal materials.
そこで、従来から加工性のよい金属等の基材表面にセラ
ミックスコーティングを施し、摺動面だけをセラミック
ス化して加工性や耐熱衝撃性に優れ、しかも耐摩耗性を
向上させる対策がなされている（たとえば特公昭４Ｂ−
２１７２４号公報参照）。Therefore, countermeasures have been taken in the past, such as applying a ceramic coating to the surface of a base material such as metal that has good workability, and making only the sliding surface ceramic, which has excellent workability and thermal shock resistance, and also improves wear resistance ( For example, special public Sho 4B-
(See Publication No. 21724).
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、このような従来の技術にあっては、一般
にセラミックスコーティングは緻密であるために、メカ
ニカルシール等の摺動面において、摺動面間に流体によ
る潤滑膜が十分に形成し得す、摩耗が早いという問題が
あった。(Problem to be Solved by the Invention) However, in such conventional technology, since the ceramic coating is generally dense, a lubricating film formed by fluid is formed between the sliding surfaces of mechanical seals, etc. There was a problem that a sufficient number of particles could be formed and wear was rapid.
すなわち、通常の摺動部材の摺動面表面には適度に凹凸
があり、この凹凸の凹部に流体が保持されて潤滑膜形成
を補助している。これに対して、セラミックスコーティ
ングをした場合には、組織が緻密なことがら摺動面が平
滑で凹凸がなく、流体を保持するような「液だめ」が構
成されないことが原因となっていた。That is, the sliding surface of a normal sliding member has moderate irregularities, and fluid is retained in the concave portions of the irregularities to assist in forming a lubricating film. On the other hand, when a ceramic coating is used, the structure is dense, so the sliding surface is smooth and has no irregularities, and a "liquid reservoir" that retains fluid is not formed.
本発明は上記した従来技術の課題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、セラミックスの
緻密で耐摩耗性の高い特質を生かしつつ、摺動部におけ
る流体の潤滑膜を効率良（形成し得るようにして、より
長寿命の摺動部材を提供すること、およびその製造方法
を提供することにある。The present invention has been made to solve the problems of the prior art described above, and its purpose is to efficiently improve the lubricating film of fluid on sliding parts while taking advantage of the dense and highly wear-resistant properties of ceramics. It is an object of the present invention to provide a sliding member that can be formed to have a longer lifespan, and to provide a method for manufacturing the same.
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するために、本発明にあっては、摺動面
がセラミックスにより構成される摺動部材において、上
記摺動面に上記セラミックスより軟質材料よりなる軟質
部を散点状に設けて成ることを特徴とする。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, in the present invention, in a sliding member whose sliding surface is made of ceramic, the sliding surface is made of a material softer than the ceramic. It is characterized by having soft parts provided in a scattered manner.
また、軟質の基材にセラミックスコーティングを施して
摺動面を構成する摺動部材において、セラミックスコー
ティングに基材の地肌が露出する露出部を散点状に配し
てもよい。Furthermore, in a sliding member in which the sliding surface is formed by applying a ceramic coating to a soft base material, exposed portions where the skin of the base material is exposed may be arranged in a scattered manner on the ceramic coating.
さらに、摺動部材は軟質の基材表面に凹凸を形成する工
程と、凹凸を設けた基材表面にセラミックスコーティン
グをする工程と、セラミックスコーティングをした表面
を平滑面に削って基材の地肌を散点状露出させて摺動面
を形成する工程とから製造される。Furthermore, sliding members are manufactured through a process of forming irregularities on the surface of a soft base material, a process of coating the base material with ceramics coating on the surface of the base material with concavities and convexities, and a process of grinding the ceramic-coated surface into a smooth surface to smooth the base material. It is manufactured by forming a sliding surface by exposing it in scattered spots.
また、セラミックスコーティングをＣＶＤ法により形成
することが好ましい。Moreover, it is preferable to form the ceramic coating by a CVD method.
（作 用）
上記構成の摺動部材にあっては、摺動面において軟質部
がセラミックスに対して相対的に凹部となって「液だめ
」として機能し、摺動面間に流体の潤滑膜を形成する補
助となる。したがって、セラミックス自体の耐摩耗性と
相俟って摺動面の摩耗が低減される。(Function) In the sliding member configured as described above, the soft portion on the sliding surface becomes a recessed portion relative to the ceramic and functions as a "liquid reservoir", creating a lubricating film of fluid between the sliding surfaces. It helps to form. Therefore, combined with the wear resistance of the ceramic itself, the wear of the sliding surface is reduced.
また軟質の基材にセラミックスコーティングをすれば、
散点状の基材の露出部がセラミックスコーティングに対
して窪んで凹部となり、「液だめ」として機能する。さ
らに、基材を軟質材にしたので加工性等も優れている。Also, if you apply ceramic coating to a soft base material,
The exposed portions of the base material in the form of scattered dots are depressed against the ceramic coating, forming recesses and functioning as "liquid reservoirs." Furthermore, since the base material is made of a soft material, the workability is also excellent.
さらに、本発明の基材表面に凹凸を形成し、セラミック
スコーティングをした後に凸部をカットすれば、簡単に
、摺動部材を製造できる。・（実施例）
以下に本発明を図示の実施例に基づてい説明する。第１
図乃至第３図には本発明の一実施例に係る摺動部材を示
している。Further, a sliding member can be easily manufactured by forming irregularities on the surface of the base material of the present invention, coating the base material with ceramics, and then cutting the convex portions. - (Example) The present invention will be explained below based on the illustrated example. 1st
A sliding member according to an embodiment of the present invention is shown in FIGS.
摺動部材１としては、本実施例ではメカニカルシールの
シールリングを例示しである。As the sliding member 1, a seal ring of a mechanical seal is exemplified in this embodiment.
この摺動部材１は、軟質材料より成る略円筒状の基材部
２の一端面に、セラミックスコーティング３を施すこと
により摺動面Ｓが構成されている。This sliding member 1 has a sliding surface S formed by applying a ceramic coating 3 to one end surface of a substantially cylindrical base member 2 made of a soft material.
基材部２を形成する軟質基材としては、本実施例ではカ
ーボンが用いられ、セラミックスコーティング層３とし
ては、５ｉＣ（炭化ケイ素）が用いられている。In this embodiment, carbon is used as the soft base material forming the base material portion 2, and 5iC (silicon carbide) is used as the ceramic coating layer 3.
セラミックスとしては、本実施例の他に、５ｉＣ（炭化
チタン）等の炭化物、Ａｌ ｔ Ｏｓ （酸化アルミニ
ウム）等の酸化物、ＡｊＮ （窒化アルミニウム）等
の窒化物等の種々のものが適用され得る。また、基材と
しても、カーボンに限るものではなく、その他樹脂材料
、金属材料等を用いてもよい。In addition to this example, various ceramics can be used such as carbides such as 5iC (titanium carbide), oxides such as Al t Os (aluminum oxide), and nitrides such as AjN (aluminum nitride). . Further, the base material is not limited to carbon, and other resin materials, metal materials, etc. may also be used.
そしてセラミックスコーティング層３には、基材２の地
肌が露出する基材露出部４が散点状に配されている。し
たがって、摺動面Ｓには、セラミックスによる硬質部分
に、基材露出部４による軟質部分が散点状に設けられる
ことになる。In the ceramic coating layer 3, base material exposed portions 4 where the skin of the base material 2 is exposed are arranged in a scattered manner. Therefore, on the sliding surface S, soft parts made of the base material exposed parts 4 are provided in a scattered manner in the hard parts made of ceramics.
上記構成の摺動部材１にあっては、使用時において、他
の部材１０に対して摺動面Ｓが摺動自在に接触する。そ
して２部材１．１０間の摺動によってカーボン材より成
る基材露出部４・・・が摩耗して第３図に示すようにセ
ラミックスコーティング層３表面に対して相対的に凹部
５となり摺動面Ｓに散点状に凹部５が形成されることに
なる。したがって摺動面間に介在する潤滑油等の流体は
、この凹部Ｓに保持され、摺動面間に好ましい流体潤滑
膜Ｆが形成保持される。In the sliding member 1 having the above configuration, the sliding surface S comes into slidable contact with the other member 10 during use. Then, due to the sliding between the two members 1 and 10, the base material exposed portion 4 made of carbon material is worn out and becomes a recess 5 relative to the surface of the ceramic coating layer 3, as shown in FIG. 3, and slides. Recesses 5 are formed in a scattered manner on the surface S. Therefore, fluid such as lubricating oil interposed between the sliding surfaces is retained in the recess S, and a preferable fluid lubricant film F is formed and retained between the sliding surfaces.
また、この実施例では基材として自己潤滑性のカーボン
材を用いているので、基材露出部４の摩耗粉は潤滑剤と
しても機能し、より一層の長寿命化を図ることができる
。Further, in this embodiment, since a self-lubricating carbon material is used as the base material, the abrasion powder on the exposed base portion 4 also functions as a lubricant, making it possible to further extend the service life.
本実施例では基材表面にセラミックスコーティング層３
を設け、摺動面に形成する軟質部を基材露出部４によっ
て構成したが、セラミックスコーティング層３に散点状
の穴を設け、軟質材を埋め込むような構成としてもよい
。またセラミックスコーティング層３を設けずに、部材
自体をセラミックスで構成し、軟質材を埋め込むように
してもよい。In this example, a ceramic coating layer 3 is applied to the surface of the base material.
, and the soft part formed on the sliding surface is constituted by the base material exposed part 4. However, it is also possible to provide a structure in which scattered holes are provided in the ceramic coating layer 3 and the soft material is embedded therein. Alternatively, the member itself may be made of ceramic without providing the ceramic coating layer 3, and a soft material may be embedded therein.
つぎに本発明の摺動部材の製造方法について第４図乃至
第７図に基づいて説明する。Next, a method for manufacturing a sliding member according to the present invention will be explained based on FIGS. 4 to 7.
これらの実施例は、ＣＶＤ法（化学蒸着法）で生成した
ＳｉＣのセラミックスコーティング層の中に、基材部２
を構成するカーボンを残存させる方法を与えるものであ
る。ＣＶＤ法は高純度で緻密なコーティング層を得るこ
とができ、またコーティングの密着性が極めてよいこと
から好適である。In these embodiments, a base material portion 2 is formed in a ceramic coating layer of SiC produced by a CVD method (chemical vapor deposition method).
This provides a method for allowing the carbon that makes up the carbon to remain. The CVD method is suitable because it can provide a highly pure and dense coating layer and the coating has extremely good adhesion.
第４図（ａ）乃至（Ｃ）は本発明の製造方法の第１実施
例を示している。FIGS. 4(a) to 4(C) show a first embodiment of the manufacturing method of the present invention.
まず第４図（ａ）は基材部２の摺動面部分に凹凸を形成
する工程を示している。基材部２は粉末成形等によって
予じめ所定形状に成形されている。First, FIG. 4(a) shows a step of forming irregularities on the sliding surface portion of the base member 2. As shown in FIG. The base member 2 is previously formed into a predetermined shape by powder molding or the like.
本実施例では図示するようにマスキング部材６によって
、カーボン基材部２の摺動面以外をマスキングして、シ
ョツトブラスト等によって面粗しすることにより凹凸が
つけられる。In this embodiment, as shown in the figure, the surface of the carbon base material 2 other than the sliding surface is masked using a masking member 6, and the surface is roughened by shot blasting or the like to form irregularities.
つぎに第４図ら）に示すようにＣＶＤ法によりセラミッ
クスコーティング層３を形成し、その後コーテイング面
をカーボン基材部２が露出するまで平滑に研摩して、摺
動面Ｓを構成する。このようにして摺動面には、セラミ
ックスコーティング層３による硬質部分に散点状にカー
ボン基材部２の軟質部分が形成されることになる。Next, as shown in FIG. 4, a ceramic coating layer 3 is formed by the CVD method, and then the coating surface is polished smooth until the carbon base portion 2 is exposed, thereby forming a sliding surface S. In this way, on the sliding surface, the soft portions of the carbon base material portion 2 are formed in a scattered manner on the hard portions formed by the ceramic coating layer 3.
第５図（ａ）乃至（Ｃ）には、本発明の製造方法の第２
実施例が示されている。FIGS. 5(a) to 5(C) show the second manufacturing method of the present invention.
An example is shown.
この例では、第５図（ａ）に示すように、まずカーボン
基材部２の摺動面を凸部７を残すように加工する。この
加工は、たとえば粉末成形時に型成形してもよく、また
ローレフト加工等により後から加工してもよい。In this example, as shown in FIG. 5(a), first, the sliding surface of the carbon base material portion 2 is processed so as to leave convex portions 7. This processing may be performed, for example, by molding during powder molding, or may be performed later by low left processing or the like.
そして、ＣＶＤ法によりセラミックスコーティングＮ３
を形成した後（第５図（１））参照）、凸部７を中途部
位まで研摩することにより、基材露出部４を形成する（
第５図（Ｃ）参照）。Ceramic coating N3 is then applied using the CVD method.
After forming (see FIG. 5 (1))), the base material exposed portion 4 is formed by polishing the convex portion 7 to a halfway point (see FIG. 5 (1)).
(See Figure 5(C)).
第６図（ａ）乃至（Ｃ）には、本発明の製造方法の第３
実施例が示されている。FIGS. 6(a) to 6(C) show the third method of the manufacturing method of the present invention.
An example is shown.
この例は、凹凸を形成する工程として、まず第６図（ａ
）に示されるようにカーボン基材部２の摺動面にカーボ
ン粉末に有Ｒ’ｌ！バインダを混合して造粒した顆粒８
を付着させ、その後ＣＶＤ法によってセラミックスコー
ティングしく第６図（ｂ）参照）、さらに研摩してカー
ボン顆粒部分を露出させる（第６図（Ｃ）参照）ように
なっている。In this example, the process of forming unevenness is first shown in Fig. 6 (a).
), there is carbon powder on the sliding surface of the carbon base portion 2. Granules 8 granulated by mixing binder
After that, a ceramic coating is applied by CVD (see FIG. 6(b)), and the carbon granule portion is exposed by polishing (see FIG. 6(c)).
第７図（ａ）乃至（Ｃ）は本発明の第４実施例が示され
ている。FIGS. 7(a) to 7(C) show a fourth embodiment of the present invention.
この例では、凹凸を形成する工程として、炭化性有機化
合物（たとえばフェノール樹脂）をマスキング仮１０を
用いて盛り付けるようになっている（第７図（ａ） （
ｂ）参照）、その後、ＣＶＤ法によってセラミックスコ
ーティングを施しく第７図（Ｃ）参照）、さらに研摩し
て有機化合物の炭化部分を「液だめ」部分とする（第７
図（ｄ）参照）。In this example, in the process of forming the unevenness, a carbonizable organic compound (for example, phenol resin) is applied using a temporary masking layer 10 (see Fig. 7(a)).
(see Fig. 7 (C))), then apply a ceramic coating using the CVD method (see Fig. 7 (C)), and then polish the carbonized part of the organic compound to form a "liquid reservoir" part (see Fig. 7 (C)).
(See figure (d)).
（発明の効果）
本発明は以上の構成および作用から成るもので、セラミ
ックスで形成した摺動面に散点状の軟質部を形成するこ
とにより、流体圧によって摺動面に「液だめ」となる凹
部が形成され、摺動面間に十分な流体潤滑膜を形成する
ことができる。したがってセラミックスの耐摩耗性と相
俟って摺動部材の長寿命化を図ることができる。(Effects of the Invention) The present invention has the above-described structure and operation, and by forming scattered soft parts on the sliding surface made of ceramic, a "liquid reservoir" is created on the sliding surface by fluid pressure. A sufficient fluid lubricant film can be formed between the sliding surfaces. Therefore, in combination with the wear resistance of ceramics, the life of the sliding member can be extended.
また、摺動面を軟質の基材表面にセラミックスコーティ
ングをすることにより形成すれば、長寿命で、しかも成
形加工性も優れた摺動部材を実現することができる。Furthermore, if the sliding surface is formed by coating the surface of a soft base material with ceramics, a sliding member with long life and excellent moldability can be realized.
さらに、本発明の製造方法によれば、凹凸を設けた軟質
の基材表面にセラミックスコーティングをした後、凸部
をカットするだけでよいので、製造が極めて簡単になる
。Further, according to the manufacturing method of the present invention, it is only necessary to apply a ceramic coating to the surface of the soft base material provided with projections and depressions, and then cut the projections, thereby making manufacturing extremely simple.
さらにまた、ＣＶＤ法によりセラミックスコーティング
を行なうことにより、純粋で緻密なコーティング層が実
現できる。Furthermore, by performing ceramic coating using the CVD method, a pure and dense coating layer can be realized.
第１図は本発明の一実施例に係る摺動部材の摺動面の平
面図、第２図は第１図の摺動部材の縦断面図、第３図（
ａ）およびら）は第２図の摺動面の摺動状態を模式的に
示す拡大断面図、第４図乃至第７図は本発明の摺動部材
の製造方法の第１乃至第４実施例における各製造工程を
示す説明図である。
符 号 の 説 明
！・・・摺動部材 ２・・・基材部３・・・セラ
ミックスコーティング層
４・・・基材露出部 ５・・・凹部Ｓ・・・摺動面
Ｆ・・・潤滑膜第１図
第３図
第４図
（０） （ｂ）
（ｃ）（０） （ｂ）
７図
（Ｃ） （ｄ）FIG. 1 is a plan view of a sliding surface of a sliding member according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the sliding member of FIG. 1, and FIG.
a) and ra) are enlarged sectional views schematically showing the sliding state of the sliding surface in FIG. 2, and FIGS. 4 to 7 are first to fourth implementations of the method for manufacturing a sliding member of the present invention. It is an explanatory view showing each manufacturing process in an example. Explanation of symbols! ... Sliding member 2 ... Base material part 3 ... Ceramic coating layer 4 ... Base material exposed part 5 ... Recess S ... Sliding surface F ... Lubricating film Fig. 1 Figure 3 Figure 4 (0) (b)
(c) (0) (b) Figure 7 (C) (d)
Claims (1)
において、上記摺動面に上記セラミックスより軟質材料
よりなる軟質部を散点状に設けて成ることを特徴とする
摺動部材。（２）軟質の基材にセラミックスコーティン
グを施して摺動面を構成する摺動部材において、セラミ
ックスコーティングに基材の地肌が露出する露出部を散
点状に配して成ることを特徴とする摺動部材。 （３）軟質の基材表面に凹凸を形成する工程と、上記凹
凸を設けた基材表面にセラミックスコーティングをする
工程と、 上記セラミックスコーティングをした表面を平滑面に削
って基材の地肌を散点状露出させて摺動面を形成する工
程と、 から成ることを特徴とする摺動部材の製造方法。 （４）請求項３記載の摺動部材の製造方法において、セ
ラミックスコーティングをＣＶＤ法により形成する摺動
部材の製造方法。[Claims] (1) A sliding member whose sliding surface is made of ceramic, characterized in that the sliding surface is provided with soft parts made of a material softer than the ceramic in a scattered manner. Sliding member. (2) A sliding member whose sliding surface is formed by applying a ceramic coating to a soft base material, characterized in that the ceramic coating is dotted with exposed parts where the skin of the base material is exposed. Sliding member. (3) A step of forming irregularities on the surface of a soft base material, a step of applying a ceramic coating to the surface of the base material provided with the above-mentioned irregularities, and a step of scraping the surface coated with the above-mentioned ceramics to a smooth surface to scatter the bare surface of the base material. A method for manufacturing a sliding member, comprising: forming a sliding surface by exposing dots. (4) The method for manufacturing a sliding member according to claim 3, wherein the ceramic coating is formed by a CVD method.
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|---|---|
| JP (1) | JPH01316517A (en) |
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