JPH02256971A - 摺動部材およびその製造方法 - Google Patents

摺動部材およびその製造方法

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JPH02256971A JP1077290A JP7729089A JPH02256971A JP H02256971 A JPH02256971 A JP H02256971A JP 1077290 A JP1077290 A JP 1077290A JP 7729089 A JP7729089 A JP 7729089A JP H02256971 A JPH02256971 A JP H02256971A
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    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
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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 本発明はポンプ、冷凍機等の軸封装置として用いられて
いるメカニカルシールの摺動部材およびその製造方法に
関する。
従来の技術 メカニカルシールの摺動部材として用いられる材料とし
てはカーボン材、超硬合金ならびに炭化珪素やアルミナ
等のセラミックス焼結体が主として用いられるが耐摩耗
性、耐食性を必要とする場合にはセラミックス材が優れ
ている。
また、摺動部材の組合せとして炭化珪素とカーボン材と
の組合せや炭化珪素と炭化珪素との組合せで使用される
ことがシール性能が良好であるので増えている。
発明が解決しようとする課ｍ 炭化珪素焼結体を摺動部材として用いると摺動面圧と回
転の周速との積であるＰｖ値が高いところまで使用でき
ることから、機器の高性能化、小型化が可能となる。
しかし、摺動部材は一般的に摺動面が鏡面に仕上げであ
るため、炭化珪素と炭化珪素との組合せにおいては始動
時の異音発生やリンキング（固着）の問題を起こし品い
。自己潤滑性を有するカーボン材と炭化珪素との組合せ
においては鳴きやリンキングの問題はないが、カーボン
材の摺動面でブリスターという厄介な問題を起こす場合
がある。この現象は、カーボン材の摺動面でのプリスタ
ー（斑点）の発生に始まり、微小クラックから虫食い状
の欠損に至る現象で、液漏れにつながるものだけにメカ
ニカルシールでは重大な解決すべき問題である。
この対策としてカーボンの材質を高強度にしたり、メカ
ニカルシールの取付は精度を向上したり、面当たりを均
一にしたり、ダブルシールを採用したり、低粘度液のフ
ラッシングをしたり、スチームクエンチを行なって摺動
面の温度を上げて密封液の低粘度化を図る方法が取られ
ているが、十分に問題を解決していない。
摺動面層に気孔を持ったポーラスな組織を形成させ、そ
れを油溜りとして利用し、摺動時のリンキング、かじり
、異音の発生、ブリスター現象を防止することは可能と
なったが、強度的に問題があるため、ポーラスな組織の
摺動面を有する小さなリング状のものを製作し、金属等
により製作された補強リングに焼きばめ等をして一体化
し、それをメカニカルシール用摺動部材とすることも可
能であるが、作業工数が掛かるため高価なものとなり、
また、膨張係数の差異のため脱落してしまう欠点を持っ
たものとなる。
そこで、本発明は、摺動部材としての強度を十分持ち、
さらにリンキング、かじり、異音の発生、ブリスター現
象を防止するメカニカルシール用摺動部材を目的とする
ものである。
課題を解決するための手段 本発明者は、リンキング等の現象が起こることなく強度
も維持した摺動部材を検討した結果、本発明に到った。
その要旨は次のとおりである。すなわち、摺動部材の摺
動面側層はポーラスな組織であり、摺動面側層以外の部
分は、緻密質組織よりなることを特徴とする摺動部材で
あり、その製法として、摺動部材の成形において、緻密
質層を形成する顆粒又は粉末とポーラス層を形成する顆
粒又は粉末とを積層状態に充填し成形することを特徴と
する摺動部材の製造方法である。
本発明について詳しく説明する。
摺動部材の構成全体が気孔含有の場合、回転、膨張の点
で強度的に問題となる。
本発明の摺動部材の気孔を有する摺動面側層は、油溜り
として作用し、浸透した液が起動時の摩擦熱で容易に滲
み出て油膜を形成する気孔径以上であり、液が短時間で
流出せず油溜りとして継続的に作用し、相手材の摩耗、
いわゆる下し全現象を引き起こさない範囲の径の気孔を
持つポーラスな組織で、その気孔径は平均値として１０
〜４０如が好ましい。１０１ｍ未満では起動時に気孔中
に浸透した液が短時間では表面に現れず、また４０ｕｒ
ｏを超えると相手側の材料に対し摩耗を促進したり、強
度の面で問題がでてくる。
また、摺動面側層の厚さは、摺動部材の形状により異な
る点はあるが１〜５關程度である。１＋ｎ＋ｓ未満では
十分に油溜り効果を発揮せず、５ｍｍを超えてくると摺
動部材の強度に影響をきたす。
またこの部分のポーラスな組織の気孔率に関しては油溜
りとしての作用が認められる程度に大きく、連続気孔に
なってない独立気孔として存在する範囲であることが必
要で、全気孔率は３〜１３ｖｏ１．％が好ましい範囲で
あり、３ｖｏｌ−、％未満では油溜りの潤滑効果が十分
には見られず、１３ｖｏｌ。
％を超えると強度の低下をきたす。
摺動面側層以外の部分は理論値の９５％以上の密度を有
する緻密質組織よりなる摺動部材である。
次に製造方法について詳説する。
セラミツ久スの摺動部材の場合には緻密焼結体を造るた
めに一般的に用いられる顆粒、すなわち、焼結体用セラ
ミックス微粉末に焼結助剤および有機バインダーを混合
しスラリー化し、スプレードライヤー等で造粒化した顆
粒゛を摺動面側層以外の部分すなわ）緻密質層の形成原
料とする。
一方、上記の造粒化前のスラリーに気孔を形成するため
の水に対して不溶性のプラスチックス粉末又は天然粉末
を混合し、その後スプレードライヤー等で顆粒化し、そ
れをポーラスな組織の摺動面側層の形成原料とする。
成形金型等にて成形体を作成する際に、緻密質層および
ポーラスな組織の原料となる粉末が流動性に優れ、成形
特充填性に問題がなければ上記のように顆粒にすること
なく、それぞれの粉末を十分に混合し粉末のままで積層
充填して成形金型等にて成形体を造ってもよい。
金属の摺動部材の場合は、緻密質層に対しては普通の粉
末冶金法によって作成し、ポーラスな層は、セラミック
スの場合と同じようにプラスチックス粉末又は天然粉末
を粉末冶金粉末と混合して加圧するか、加圧圧力を軽減
するか、粉末冶金用粉末の粒度を調整し加圧成形するか
によって造る。
上記のように緻密質層となる部分とポーラスな層となる
部分との債層措造よりなる摺動部材の生成形体を金型ブ
レス等により造る。
この際に、例えば、メカニカルシール摺動部材の成形用
金型にまずどちらかの顆粒または粉末を充填する。普通
には緻密層の方が厚いから緻密層を形成する顆粒または
粉末を充填する。その後、プレス成形の場合には、もう
一方の顆粒または粉末を充填する分だけ下パンチを下げ
、もう一方の顆粒または粉末を充填し、２層の積層充填
状態でプレス成形すればよい。
このようにして得られた生成形体を必要なら生加工し後
、脱脂、焼結し、更に必要に応じ研削加工およびラップ
仕上げを行い摺動部材を製造する。
この際、顆粒化する時に混合する成形用バインダー、焼
結用助剤、並びに脱脂、焼結条件は一般的に使用される
ものであり、条件も特に本発明に特別のものである必要
はない。
実施例 以下、本発明を実施例にて詳細に説明する。
実施例　１ 平均粒子径が０．４５血の炭化珪素粉末１００重二重二
対し、炭化硼素粉末０，８重量部、カーボンブラック粉
末２゜５重量部、ポリビニールアルコール２．５重量部
添加し、更に水を加え、ボールミル中２０時間混合し、
３５２６濃度のスラリーを造りスプレードライヤーにて
第一の顆粒を製造した。
一方、平均粒子径が０．４５ｎｍの炭化珪素粉末１００
重量部に対し、炭化硼素粉末０．２重量部、カーボンブ
ラック粉末２．５重量部、ポリビニールアルコール２．
５重量部添加し、水を加え、ボールミル中２０時間混合
し、３５′％濃度のスラリーを造り、更に２０ｕｍ径の
ポリスチレンビーズ３．６部を添加し、１０時間混合し
、スプレードライヤーにて第二の顆粒を製造した。
先ず、メカニカルシール成形用金型に第一の顆粒を充填
し、２報下パンチを下げ更に第二の顆粒を充填して２　
ｔｏｎ／ｃ−圧力でプレス成形を行い、得られた生成形
体を微加圧Ｎ２雰囲気で８００℃で３時間で脱脂し、そ
の後Ａ「ガス雰囲気で２０５０℃で３時間焼結し、研削
加工し、摺動面をラップ仕上げし、外径３０ｍｍ、内径
２４龍、厚さ２４關、摺動面の気孔を除いた部分の面粗
さがＲ＝０．０５１１ｎ＋のｌ１ａｘ 積層メカニカルシールを得た。得られた積層メカニカル
シールの積層部、気孔部と緻密部は顕微鏡観察の結果、
完全に密着されており一体化していた。
この方法で造られたポーラスな層の厚さ１ｍｍ。
緻密層厚さ３關の摺動部材のＪＩＳ　Ｒ１００１〜１９
８１による４点曲げ強度は３５ｋｇ／ＩＪであった。
カーボン材（フラン樹脂含浸）の上に本積層メカニカル
シールを設置し、摺動面圧６　ｋｇ　／　ｃｄ、周速５
ｃｍ／ｓｅｅ、水中１７℃にて摺動試験を行い、トルク
検出器の読みから摩擦係数を検出したところ０．０３５
で非常に良好であり、Ｃ重油を圧力１０ｋｇ／ＣＩ＃に
て循環するポンプ式の試験機において、軸径４０ｍ＋＊
、摺動回転数Ｎ　−３、００Ｏｒｐｍで１５分間稼、働
し、５分間停止する断続運転で試験したところ、リンキ
ング、かじり、異音の発生、ブリスター現象等は見られ
なかった。
又、使用中積層メカニカルシールが破壊したり、欠けた
りすることがなく、強度的にも十分耐えるものであった
。
比較例　２〜３ 実施例１における第一の顆粒のみで作成した焼結体およ
び第二の顆粒のみで作成した焼結体の４点曲げ強度は、
それぞれ４５．２０ｋｇ／−であった。
発明の効果 本発明によれば、強度をある程度維持するとともに、リ
ンキング、かじり、異音発生、ブリスター現象等を起こ
すことなく、安価に容易にメカニカルシール用摺動部材
を造ることができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）摺動部材の摺動面側層は、ポーラスな組織であり
    、摺動面側層以外の部分は緻密質組織よりなることを特
    徴とする摺動部材。
  2. （２）摺動部材の製造方法において、緻密質層を形成す
    る顆粒又は粉末とポーラス層を形成する顆粒又は粉末と
    を積層状態に充填し成形することを特徴とする摺動部材
    の製造方法。
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