JPH02502894A - セラミック物質、及びその製造方法 - Google Patents

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】 セラミック物質、及びその製造方法 本発明は少な（とも１個の平らな又は湾曲゛した滑り及び密封面を有するセラミ ック部品の製造方法に関する。

平らな又は湾曲した滑り及び密封面を有するセラミック物体は、常に素地セラミ ック物質の成形、焼結、研削及び引き続きの研削面のラフピング又はボリシング によって製造される。ガスケット用スライディングリング又は衛生備品用密封及 び調節座金が。

この方法で製造される物体の例である。ボリシングの間、成形物を比較的長い期 間ボリシング剤、たとえばダイヤモンド粗粒のペースト又はエマルジョンで処理 し、同時に回転表面、たとえば溝を彫った平らな綱ディスクに特別な自動ポリシ ング機中で押しつける。粗雑な箇所をこの方法で平らにする。ラッピング及びポ リシング用機械は高い経費を必要とする。その作業は激しい労働であり、それ故 に１つの作業単位あたり高い労働賃金を伴う。

酸化アルミニウムから成るスライディングリングに関して、０．６μｍの最大許 容非平滑性が十分な密封に対して要求される。平均粗さくＲａ）は０．１５μ霧 を越えてはならない（ＶＤＩ　　リポ−）　、　Ｎｏ、１９４．１９７３゜第１ ２４頁）、この様な粗さはポリシング又はランピングによってしか得ることがで きない。

ヨーロッパ特許公開第０４３．４５６号公報には混合バルブ、特に衛生混合蛇口 のためのバルブ座金が開示され、これは酸化ジルコニウムを含有し、０．３　μ ｍより小さい平均粗さを有する。ランピング又はボリシングによる処理は、この 座金の製造に必要である。

滑り及び密封面を有する通常のセラミック物質の視覚的調節に於て、当業者はこ の面が反射することを要求する。

したがって課題は、平らな又は湾曲した滑り及び密封表面を有するセラミック成 形物の製造方法を特定化しなければならず、そしてこの助けを借りて簡単かつ安 価な方法で同一の滑り及び密封挙動の表面を製造することができることである。

本発明の方法はこの課題を解決する。これは少なくとも１個の平らな又は湾曲し た滑り及び密封面を有するセラミック物質を、素地セラミック物質の成形、焼結 、研削９次いで形成された滑り及び密封面の平滑化９次いで洗滌によって製造す る方法である。

この方法は水性相の存在下に研磨ボリシングによって平滑化を達成することから 成る。

研磨ポリシングに際して、常に多量存在する小粒子を容器中で水性相と共に比較 的長い期間攪拌する。

こ゛の処理は電気めっきで金属粒子を粗面削り又はボリシングするのに使用され る。

この方法は参考書“トローメルン（Ｔｒｏｍｍｅｌｎ）”Ａ、リネク（Ｌｉｎｅ ｋ）　、　　ドイツファンハツアイトシュリフテンー及びファンハブーフ出版社 、シュツツガルト、１９５３中に詳細に記載されている。金属粒子を添加された 研磨材、たとえば砂又は“ドローベル（Ｔｒｏｗｅｌ）”（合成的に製造された 酸化アルミニウム）の存在下に攪拌すると記載されている。セラミック表面の処 理は、この文献中に述べられていない。

本発明による方法を、特に炭化ケイ素、ステアタイト及び酸化アルミニウムから 成る物質の表面の平研削の後、平均粗さＲａは使用される研磨ディスクに応じて ０．８ないし１　μｍより大きい。しかしほとんど場合必要ではないが、研削さ れたセラミック物質を研磨ボリシングの前に洗滌し、同時に研削屑を除くことが できる。特にセラミック物質が研削オイルによって汚染される場合、洗滌又は脱 脂が適当である。本発明による方法に於て、微細化された研磨物質、たとえば砂 は存在しない、平らな滑り面の場合、研削は面研削によって２そして湾曲した面 の場合円形研削によって行われる。

研磨ボリシングはすりみがき装置で行われる。すりみがきドラム□たとえばそれ 中でセラミック物質が洗滌機械中に於けると同様に転げ回る動きをする□を使用 することができる。滑り面と密着の平滑化と共に角の丸み化を望む場合にこれは 好都合である、更に物質が高い振動数の短く振幅する動きをするすりみがきパイ プレターを使用することができる。、このバイブレター中で特に比較的大きい粒 子を。

損傷の危険なしに処理することができる。すりみがき装置は、常に１０ないし９ ０容量％、好ましくは３０ないし６０容量％が研磨によってポリシングされるべ きセラミック物質で満たされる。装置の容量の一部。

たとえば０ないし３０容量％、特にＯないし１０容量％がからのままであること ができる。残部を水性相で満たす、水の量は少なくともすべてのセラミック粒子 がすりみがきの間でも水で覆われる程のかなり十分な量でなければならない、充 填の正確な量は簡単な実験によって決定することができ、常に１５−４５容量％ の範囲である。すりみがき時間は数時間、たとえば５−４０時間であり、そして それは調整可能な攪拌強度にほぼ依存する。またすりみがき篩は、必要な時間が バイブレータ−に於けるよりも長くても適する。平均粗さで測定される平滑化処 理は初め速く。

後でゆっくり進行するので、所望されない低い粗さを有する研磨−ポリリングさ れた物質を得る危険性はほとんどない。

すりみがき機械中のセラミック物質の量が少・ない場合、あまりにも僅かな研磨 材が存在する；この場合平滑化効果は最適でなく、破壊の可能性が激しい回転の ゆえに生じる。セラミック物質の量があまりにも多い場合、あまりにも長い処理 時間を生じる粒子間の相対運動は無意味である。

本発明による方法は特に（衛生使用のための）密封及び調節座金、スライディン グリング、ブラジャー、シャフト、シャフト用保護スリーブ、ベアリングリング 及びボールバルブ用ポールの製造に適する。

特になめらかな表面は、界面活性剤、たとえば軟石けんを処理液に０．０５−２ ０ｇ／　ｌ　、好ましくは０．１ないし１０ｇ／　ｌの量で加えた場合に得られ ることが分った。この方法でスクラッチの形成を抑制し、平滑化処理の速度を増 加する。

滑り面又は封着面が内側に向いているあるいはその成形体が相互の相対する研磨 −ポリリング作用を発揮することができない様な不都合な位置に少なくともある セラミック成形体が存在する。これはたとえばシャフト用特定の保護スリーブ、 ベアリングリングに及び接合されたスライディング及びベアリングリングに通用 する。この場合滑り及び封着面は内側にある。このｉ鋭い角がなく、すりみがき すべき面に到達することができる小さいすりみがき材の存在下に行う必要がある 。使用することができるすりみがき剤の例はセラミック材料から成る球又はロン ド、たとえば球の直径及びロンドの長さが３−１０ｎｓであるものを使用する。

密度２ないし４　ｇ／−を有するすりみがき材、好ましくは平滑化すべきセラミ ック物質と同一の組成を有するすりみがき材が好ましい、すりみがき材はＡ１１ （ｈ、　ＳｉＣ又は炭化ホウ素から成ることができる。すりみがき材の存在下に 処理する場合、すりみがき機は１０−９０容量％、特に４〇−７５容量％が平滑 化すべきセラミック物質とすりみがき材で満たされねばならない。すりみがき材 ：平滑化すべきセラミック物質の重量割合は０：ｌ、特に１：１ないし３：１で あってよい。より過剰のすりみがき材は有害でないが、不経済である。すりみが き材の使用は、滑り及び封着面が近づきやすいけれども湾曲する場合もうまくゆ く。これはたとえばプランジャー及びシャフト用保護スリーブのシリンダー状外 側表面に適用する。平らな滑り及び封着面を有する部品に対してすりみがき材の 使用は不必要である。

セラミック物体に本発明による方法を使用した場合、平均粗さＲａが０．１から １．０　μｍの間、好ましくは０．３−０．８　μｍである表面を得ることがで きる。

部品が平らな滑り及び封着面を有する場合、少なくとも０．３．好ましくは少な くとも０．６　μｍ及び最高１．２　μｍ３好ましくは最高０．８　μｍの平滑 性を製造することができる。これは特に酸化アルミニウム物体に適用される。こ の場合Ａ１ｚＯ３の含を量は厳密なものではない、たとえばＡ１ｚＯｚ含有量が ８０％より大きい、より良くは９０％より大きい、特に９２％より大きい、好ま しくは９４％より大きい、研削された酸化アルミニウム成分を使用することがで きる。９６重量％より大きい、９８重量％より大きい、９９重量％より大きい及 び９９．５重量％より大きいＡＩｔｏ、の含有量を有する部品も使用することが できる。　ＡｌｚＯｓ含有量高くなればなるほど、ますます部品の強度値が改良 される。　ＤＩＮ　４７６２によれば平均粗さＲａは算術平均粗さとして知られ ている。

湾曲した表面（たとえばシリンダー、球及び錐状体）の場合、平滑性の概念を測 定された大きさと物体の数学的に限定された形で表わされる大きさとの最大の区 別を示す表面精度の概念に代える。

電子顕微鏡写真走査で本発明による方法で製造された表面は、丸みのある先端を 有する表面を示す。

この表面は（たとえばダイヤモンドポリシングペーストを用いる）ボリシングに よって製造された同一の平均粗さの表面よりもかなり少ない数の鋭い角を有する 。これは研磨ポリシングの間実質上より一層低い処理圧のゆえに可能である。

本発明による方法によって製造されたバルブ座金は、同一組成のボリシングされ た又はラフピングされたバルブ座金よりも５０％まで小さい変位力を必要とする 。これらは０−２０バールの範囲で液状媒体に対して耐漏出性である。水に対す る密封挙動に関して、ポリシングされたバルブ座金に比して少な（とも６バール の圧力まで相違が認められない。

セラミック物質を特異的な方法によって低い労働コストで製造することができる 。もう１つの利点は簡単な装置で、多数のユニットを単位時間あたりで平滑化す ることができる。驚くべきことに脆性セラミック粒子のすべてをボリシングの間 はとんど損傷又は破壊しない、更にドイツ特許第１．９４９，３１８号明細書、 第９欄中に酸化アルミニウムから成るバルブ座金を、これに極めて平滑な表面を 提供するためにラフピングすることが提案されている。

研磨−ボリリングされた表面はボリシングされた表面よりも僅かな光沢であるが 、研磨された表面よりも大きい光沢である。これはつや消しであり９反射しない 。

原料物質が少なくとも９６％、特に９８％Ａ１□０．から成り、酸化アルミニウ ムの平均結晶サイズ（ＡＳＴＭＥ１１２−７４による）が８ミクロンのサイズを 越えない場合９本発明による方法を用いて平均粗さくＲａ）０．１ないし０．３ 　μｍ（及び当然のことながらそれ以上）をまさに得ることができることが明ら かである。同様な値は炭化ケイ素−物体に対して得ることができる。

９９重量％より大きい、好ましくは９９．５重量％より大きい、特に少なくとも ９９．７重量％Ａｌｔｏｚの純含量が特に好適である。使用されるセラミック材 料が孔を有さない場合、好都合である。平均結晶サイズが２ないし６．特に３な いし５μ−の範囲にある場合もっと好ましい、驚（べきことに研磨−ポリリング された滑り及び密封面を有する酸化アルミニウム粒子は、滑り及び密封面をボリ シングによって製造された。同一の平均粗さを有する同一粒子よりもかなり低い 変位力を必要とする。

更に本発明は機械部品に関し、それはセラミックから成り、少なくとも１個の滑 り及び密封面を有し。

その面は０．１　より大きい、特に０．３より大きい、そしてその平均粗さくＲ ａ）は最大１μ謡、特に最大０．８μ−である、この滑り及び密封面の平滑性又 は表面精度は、少なくとも１つ測定方向で、少なくとも０゜３、特に少な（とも ０．６．μｍから最高１．２　μ■、好ましくは最高０．８　μ閣の範囲にある 。たとえばステアタイト又は炭化ケイ素から成る部品を製造することができる。

酸化アルミニウムを基体とする部品が特に少なくとも８０重量％、好ましくは９ ０重量％ａｔＺＯ１を含有するのが好ましい、ヨーロッパ特許第０４３゜４５６ 号明細書によれば酸化ジルコニウム及び／又は酸化ハフニウムを含有する材料を 使用することができるが、好ましくない。

本発明による部品の形は、厳密なものでない、唯一の必須因子は滑り及び密封面 の存在である。この機械部品は後に他の部品と平面接触することにある。

２つの部品が相互に動くことができねばならず、それによって生じる間隙は液体 、たとえば水に対して加圧下に耐漏出性でなければならない。

本発明による部品はたとえば球形に適合することができる。ディスク、シリンダ ー又は中空シリンダーの形が好ましい、シリンダー状管の形を有する部品をピス トンスカートとして使用することができる。

その際シリンダー管の表面を滑り及び密封面として形成するのが重要である。管 の前面を同様に滑り及び密封面として形成するのが好ましい０本発明による部品 の他の具体例は、一方の末端が閉じられた中空シリンダーの形を有する。このタ イプの部品を。

たとえば高圧ピストンポンプ中でプランジャーとして使用することができる。そ れ故にまわりの表面を滑り及び密封面として形成するのが必要である。中空シリ ンダーの前面が滑り及び密封面として形成されている場合も有利である。このシ リンダー状の部品で長さ：直径割合は好ましくは少なくとも１．特に少なくとも ２である。

液体の流れを調節するために衛生領域で混合バルブ又は混合蛇口に取りつけられ ている様なバルブ座金に関して、広汎なセラミック座金が使用されている。この 際座金の少な（とも一つの側面は、滑り及び密封面を有する。仕上げられた調節 部品に於てこの様なバルブ座金の少なくとも２個が相互に動いて接触し、夫々滑 り及び密封面は相互に滑り、そして密着して接触する。滑り及び密封面を有する ディスク型セラミック部品が好ましく、ディスクの厚さはほとんどの場合１　１ ０ｍｍ、特に２−５＋＋＋ｍである。このディスクに於てＦ６°ｓ　：Ｄ割合が ３−１２．特に５−９である場合が好ましい、但しＦは外径によって限定される ディスクの表面積であり、Ｄはディスクの厚さである。記載した割合を有するデ ィスクを。

すりみがきバイブレータ−中で極めて良好に加工することができる。これは特に 直径３−５０ｍｍのディスクに通用される。

衛生混合蛇口のためのバルブ座金はしばしばまるい又はほぼまるい、まわりにく ぼみを有していてよい、調節部品の少なくとも１個の座金で、少な（とも１つの 液体用溝を備えている。しかし常にいくつかの溝が混合すべき液体及び混合され た液体のためにある。これらの溝はバルブ座金の２つの側面と連結する。３つの 開口部を有するバルブ座金はドイツ特許第１．２９１，９５７号明細書に例示さ れている。各々の側面で個々の溝の断面積の合計が座金表面積の５−４５％であ る場合が好ましい、溝面積の割合がより一層大きい場合、バルブ座金の機械的安 定性が減少する。溝を有するバルブ座金と対をなすものの一方は１面の内側に備 えられた中空を有するバルブ座金でもある。

バルブ座金の２つの側面を、研磨−ポリリングされた滑り及び密封面として形成 する場合が好ましい。

相互に摩擦によって接触する２つの密封座金を及び可動座金の裏側で密封するＱ −ＩＪソング有するパルプカートリッジの場合、０−リングの損傷の危険は両側 が平滑である座金を用いてかなり減少させることができる。

滑りリングガスケット中の好ましい滑りリングは。

シリンダー状リング座金の形のセラミック部品である。これらの回転対称の部分 は、垂直方向と直角に投影して長方形の輪郭を示す、座金の少なくとも１つが、 しかし好ましくは２つのリング、状側面を滑り及び密封面として形成する。外径 ：座金の厚さの割合は、はとんどの場合２．６−１５．特に３−１１．好ましく は３．５−９である。滑りリングガスケット中に滑り部品として同様に使用する ことができる曲ったリングを１本発明による方法によって製造することができる 。

これらの回転対称セラミックリングは、垂直方向と直角に投影してＴ−状輪郭を 示す、比較的大きい表面積を有するリング面を特に滑り面として形成する。

外径：厚さの割合は薬２−１０である。この割合に関する好ましい範囲は２．２ ないし７　、２．８ないし５．６及び３ないし５である。

、本発明を例によって詳細に説明する。

例 ９６重量％Ａｌ、０３を含有する酸化アルミニウム粉末を４８時間水及び粉砕石 の存在下に粉砕する。２％水溶性バインダー、たとえばポリビニルアルコール又 はメチルセルロースを添加しながら、スラリーを製造し、噴霧する。得られた粒 状物をダイス型に移し。

乾燥自動プレスで圧力１５Ｋｐ／ｍｍ”で素地物質を成形する。焼結は１７００ −１７５０℃で行う、得られた座金を一定の高さに及び平らに研削する。

得られた座金はダイス型の形のゆえに円形（直径積は全座金表面積の約２５％で ある。座金は厚さ２．３ＩＩＩＩである。この様な小さい水−密封座金の約４０ ，０００単位をすりみがき機（ウィリアムポルトン（ＷｉｌｌｉａｍＢｏｕｌｔ ｏｎ）社、タイプＦＭ３）に入れる。充填度合は約１５容量％である０次いで機 械を頂部まで水７Ｍで満たす、軟石けん１ｇを水リンドルにつき加える。モータ ーの速度は１４４０分伺及び不均衡を１５°に調整する。

研磨−ボリリングされた水−密封座金の表面は粗さ０．５−０．７　μ鋤を有す る。

密封座金の滑り及び密封面の平均は１−２ヘリウム光線バンド（０，３ないし０ ．６　μｍ）である。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成１年１０月５日

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．部品が摩擦によって接触し，少なくとも１個の平らな又は湾曲した滑り及び 密封面を有する，機械用セラミック密封部品を素地セラミック物質の成形，焼結 ，研削，次いで形成された滑り及び密封面の平滑化によって製造するにあたり， この物質を０．１より大きい及び最高０．８μｍの平均粗さが得られるまで水性 相の存在下に研磨−ポリシングする上記部品の製造方法。
2. ２．研磨−ポリシングは，研削されたセラミック物質の前もっての洗浄なしに行 われる請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．すりみがき材をセラミック物質に研磨−ポリシングの間に加える請求の範囲 第１項記載の方法。
4. ４．水は界面活性を有する有機添加物を含有する請求の範囲第１項記載の方法。
5. ５．酸化アルミニウムセラミック物質を研磨−ポリシングする請求の範囲第１項 記載の方法。
6. ６．すりみがき装置を１０ないし９０容量％の限度まで平滑化すべきセラミック 物質で満たす請求の範囲第１項記載の方法。
7. ７．滑りリング又は調節座金の滑り及び密封面を平滑化する請求の範囲第１項記 載の方法。
8. ８．滑り及び密封面は０．１より大きい及び最高０．８μｍの平均粗さ（Ｒａ） を有し，そして非−反射性である，部品が摩擦によって接触し，少なくとも１個 の平らな滑り及び密封面を有する機械用セラミック密封部品。
9. ９．滑り及び密封面の平滑性は０．３ないし１．２μｍの範囲にある請求の範囲 第８項記載の部品。
10. １０．部品は滑り及び密封面として形成されたシリンダー状表面を有し，０．１ より大きい及び最高０．８μｍの粗さ（Ｒａ）を有し，非−反射性である，部品 が摩擦によって接触し，少なくとも１個の滑り及び密封面を有する機械用密封セ ラミック部品。
11. １１．シリンダー状管の形を有し，その管のまわりの表面は滑り及び密封面とし て形成される請求の範囲第１０項記載の部品。
12. １２．一方の来端が閉じられた中空シリンダーの形を有し，そのシリンダー状表 面は滑り及び密封面として形成される請求の範囲第１０項記載の部品。
13. １３．中空シリンダーの前面はまた０．１より大きい及び最高０．８μｍの平均 粗さを有する請求の範囲第１２項記載の部品。
14. １４．ディスク形を有し，ディスクの少なくとも１つの側面は滑り及び密封面を 有する請求の範囲第８項記載の部品。
15. １５．ディスクは１ないし１０ｍｍの厚さを有する請求の範囲第１４項記載の部 品。
16. １６．Ｆ０．５：Ｄ割合は３ないし１０，特に５ないし９であり，その際Ｆはデ ィスクの外径によって限定されるディスク表面積であり，Ｄはディスクの厚さで ある請求の範囲第１４項記載の部品。
17. １７．ディスクの２つの側面は，少なくとも１個の溝によって連結される請求の 範囲第１４項記載の部品。
18. １８．各々の側面で個々の溝の断面積は，ディスク表面積の５ないし４５％であ る請求の範囲第１７項記載の部品。
19. １９．短いシリンダー状管の形を有し，少なくとも１個のシリンダ状前面は滑り 及び密封面として形成され，外径：管の厚さ割合は少なくとも２．６である請求 の範囲第８項記載の部品。
20. ２０．シリンダー長さ：直径割合は，少なくとも１である請求の範囲第１０項記 載の部品。
21. ２１．８０重量％より大きい酸化アルミニウム含有量を有する請求の範囲第８項 記載の部品。