JPH04275395A - Si3n4-based sliding material and production thereof - Google Patents
Si3n4-based sliding material and production thereofInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明はSi3 N4 系摺動材
およびその製造方法に関し、さらに詳しくは広範な回転
機械部品の摺動材に使用され、耐食性、耐摩耗性、耐熱
性に優れたSi3 N4 系摺動材およびその製造方法
に関するものである。[Industrial Application Field] The present invention relates to a Si3 N4 sliding material and a method for producing the same, and more specifically, Si3 N4 is used as a sliding material for a wide range of rotating machine parts and has excellent corrosion resistance, abrasion resistance, and heat resistance. The present invention relates to an N4-based sliding material and a method for manufacturing the same.
【0002】0002
【従来技術および解決しようとする課題】一般にSi3
N4 系摺動材は、耐食性、耐摩耗性、耐熱性等に優
れているため、寿命が長く、過酷な条件下で使用される
メカニカルシールや軸受等には不可欠なものとなってい
る。[Prior art and problems to be solved] Generally, Si3
N4-based sliding materials have excellent corrosion resistance, wear resistance, heat resistance, etc., so they have a long life and are indispensable for mechanical seals, bearings, etc. used under harsh conditions.
【0003】そして、メカニカルシールにおいては、摺
動面に微細なスパイラル状の溝が形成されていると、摺
動時にポンプ作用を生じて、回転部分からの漏れを防止
することができる。また、スラスト軸受に微細なスパイ
ラル状の溝が形成されていると、装置内部の流体を軸受
の作動流体として使用することができ、装置の構造をコ
ンパクト化および省エネルギー化することができる。[0003] In a mechanical seal, if fine spiral grooves are formed on the sliding surface, a pumping action occurs during sliding, thereby preventing leakage from rotating parts. Further, if a fine spiral groove is formed in the thrust bearing, the fluid inside the device can be used as the working fluid of the bearing, and the structure of the device can be made more compact and energy-saving.
【0004】従来、このような微細なスパイラル状の溝
を形成する方法として、Si3 N4 系摺動材の表面
にフォトレジストを被せ、露出部をプラズマエッチング
等の方法で腐食する方法がある。[0004] Conventionally, as a method for forming such fine spiral grooves, there is a method of covering the surface of the Si3N4-based sliding material with a photoresist and corroding the exposed portion by a method such as plasma etching.
【0005】しかしながら、このような溝を形成する方
法は、工程が複雑で、かつ、極めてコストのかかる方法
であり、技術的にも困難な方法であった。[0005] However, the method of forming such grooves requires complicated steps, is extremely costly, and is technically difficult.
【0006】本発明の目的は、メカニカルシールに使用
すると摺動時にポンプ作用を生じて回転部分からの漏れ
を防止することができ、スラスト軸受に使用すると、装
置内部の流体を軸受の作動流体として使用することがで
きるSi3 N4 系摺動材と、簡単な工程で安価に製
造できるSi3 N4 系摺動材の製造方法とを提供す
ることにある。An object of the present invention is that when used in a mechanical seal, it can generate a pumping action during sliding to prevent leakage from rotating parts, and when used in a thrust bearing, it can use the fluid inside the device as the working fluid of the bearing. It is an object of the present invention to provide a Si3N4-based sliding material that can be used and a method for manufacturing the Si3N4-based sliding material that can be manufactured at low cost through simple steps.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明はSi3 N4 質で構成される摺動材本
体の摺動面に、イオン注入部がスパイラル状に設けられ
、このイオン注入部は窒素、アルゴン等のイオンが所定
の加速電圧で注入されて、アモルファス化していて、前
記摺動材本体が環状体からなりその軸方向端面が摺動面
を形成しているという手段を採用し、また、Si3 N
4 質で構成される摺動材本体の摺動面に、マスキング
を施していない部分がスパイラル状に残るようにマスキ
ングを施し、マスキングを施していない部分に窒素、ア
ルゴン等のイオンを所定の加速電圧で注入してイオン注
入部とし、このイオン注入部がアモルファス化されてい
るという手段を採用したものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides an ion implantation section provided in a spiral shape on the sliding surface of a sliding material body made of Si3N4 material, The implantation part is made into an amorphous material by injecting ions such as nitrogen or argon at a predetermined accelerating voltage, and the sliding material main body is an annular body whose axial end surface forms a sliding surface. Adopted and also Si3N
4 Masking is applied to the sliding surface of the sliding material main body made of abrasive material so that the unmasked part remains in a spiral shape, and ions of nitrogen, argon, etc. are applied to the unmasked part at a specified acceleration. This method employs a method in which the ion implantation is performed by applying a voltage to form an ion implantation part, and the ion implantation part is made amorphous.
【0008】[0008]
【作用】本発明は上記の手段を採用したことにより、摺
動材本体の摺動面にスパイラル状にイオンが注入され、
アモルファス化されたイオン注入部がスパイラル状に形
成され、回転機械部品の摺動材に使用されると、前記イ
オン注入部が選択的に除去され、前記摺動面にスパイラ
ル状の溝が形成される。[Operation] By employing the above-mentioned means, the present invention injects ions into the sliding surface of the sliding material body in a spiral manner.
When an amorphous ion-implanted portion is formed in a spiral shape and used as a sliding material for rotating machine parts, the ion-implanted portion is selectively removed and spiral grooves are formed on the sliding surface. Ru.
【0009】[0009]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は、本発明のSi3 N4 系摺動材の実施
例を示す斜視図である。Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained based on the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an example of the Si3N4-based sliding material of the present invention.
【0010】このSi3 N4 系摺動材4はSi3
N4 質で構成される環状の摺動材本体1と、この摺動
材本体1の軸方向端面に形成される摺動面2と、この摺
動面2の表層にスパイラル状に形成されるイオン注入部
3とから構成されている。[0010] This Si3 N4-based sliding material 4 is Si3
An annular sliding material body 1 made of N4 material, a sliding surface 2 formed on the axial end face of this sliding material body 1, and ions formed in a spiral shape on the surface layer of this sliding surface 2. It is composed of an injection section 3.
【0011】このイオン注入部3は、窒素、アルゴン等
のイオンを所定の加速電圧で摺動材本体1の摺動面2に
注入したものであり、Si3 N4はアモルファス化さ
れている。[0011] The ion implantation section 3 is one in which ions of nitrogen, argon, etc. are implanted into the sliding surface 2 of the sliding material main body 1 at a predetermined accelerating voltage, and Si3 N4 is made amorphous.
【0012】上記のように構成された本発明によるSi
3 N4 系摺動材4にあっては、前記イオン注入部3
のSi3 N4 はイオンが注入された結果アモルファ
ス化されて、他の摺動面2と比較して軟化している。そ
のため、イオン注入部3の摺動時における単位時間当た
りの摩耗量は、通常のSi3 N4 の4倍程であり、
前記イオン注入部3のSi3 N4 は選択的に除去さ
れ、前記摺動面2にはスパイラル状の溝が形成される。[0012] The Si according to the present invention configured as described above
3 In the N4-based sliding material 4, the ion-implanted portion 3
As a result of the ion implantation, the Si3 N4 becomes amorphous and is softened compared to the other sliding surfaces 2. Therefore, the amount of wear per unit time during sliding of the ion-implanted part 3 is about four times that of normal Si3N4,
The Si3 N4 in the ion implantation part 3 is selectively removed, and a spiral groove is formed in the sliding surface 2.
【0013】すなわち、イオン種をAr+ として、加
速電圧値が800keVでイオン注入を行ったSi3
N4 系摺動材4を水潤滑下で4時間摺動させると深さ
0.5μmの溝が形成される。That is, Si3 was ion-implanted using Ar+ as the ion species and at an accelerating voltage of 800 keV.
When the N4-based sliding material 4 is slid for 4 hours under water lubrication, grooves with a depth of 0.5 μm are formed.
【0014】従って、前記Si3 N4 系摺動材4が
メカニカルシール、軸受等の摺動材として使用されると
、前記イオン注入部3は通常の部分よりも速く摩耗し、
所定形状のスパイラル状の溝が徐々に形成され、メカニ
カルシールにおいては、摺動時にポンプ作用を生じて回
転部分からの漏れを防止することができるようになり、
軸受においては、装置内部の流体を軸受の作動流体とし
て使用することができるようになる。[0014] Therefore, when the Si3N4-based sliding material 4 is used as a sliding material for mechanical seals, bearings, etc., the ion-implanted part 3 wears out faster than normal parts.
A spiral groove of a predetermined shape is gradually formed, and in a mechanical seal, a pumping action occurs when sliding, preventing leakage from rotating parts.
In bearings, the fluid inside the device can be used as the working fluid for the bearing.
【0015】次に、Si3 N4 系摺動材の製造方法
の一の実施例について説明する。図2、図3にはメカニ
カルシールに使用されるSi3 N4 系摺動材の製造
方法の実施例が示されている。[0015] Next, an embodiment of a method for producing a Si3N4-based sliding material will be described. 2 and 3 show an example of a method for manufacturing a Si3 N4 sliding material used for mechanical seals.
【0016】このSi3 N4 系摺動材14を製造す
るには、まず、図2に示すように、Si3 N4 質で
構成される環状の摺動材本体11を用意し、この摺動材
本体11の軸方向の端面である摺動面12にマスキング
を施していない部分16がスパイラル状に残るようにマ
スキング15を施し、その後、窒素、アルゴン等のイオ
ンを所定の加速電圧で前記摺動材本体11の摺動面12
のマスキングを施していない部分16に注入する。In order to manufacture this Si3N4-based sliding material 14, first, as shown in FIG. 2, an annular sliding material body 11 made of Si3N4 material is prepared, Masking 15 is applied so that an unmasked portion 16 remains in a spiral shape on the sliding surface 12, which is the end face in the axial direction of the sliding material body, and then ions of nitrogen, argon, etc. 11 sliding surface 12
into the unmasked portion 16 of the mask.
【0017】その結果、図3に示すように、摺動材本体
11の摺動面12のマスキングを施していない部分16
にイオンが注入されてイオン注入部13がスパイラル状
に形成される。As a result, as shown in FIG. 3, the unmasked portion 16 of the sliding surface 12 of the sliding material body 11
Ions are implanted into the ion implantation portion 13 to form a spiral shape.
【0018】また、このイオン注入部13のSi3 N
4 はイオンが注入された結果アモルファス化し、他の
摺動面12と比較して軟化している。従って、前記イオ
ン注入部13は摺動時において選択的に除去されて、前
記摺動面12にはスパイラル状の溝が形成される。[0018] Also, the Si3N of this ion implantation part 13
4 becomes amorphous as a result of ion implantation, and is softer than the other sliding surfaces 12. Therefore, the ion implantation portion 13 is selectively removed during sliding, and a spiral groove is formed in the sliding surface 12.
【0019】例えば、イオン注入条件を、イオン種がA
r+ で、加速電圧値が800keVとしてイオン注入
を行い、イオン注入後、Si3 N4 系摺動材14を
水潤滑下で4時間摺動させると深さ0.5μmの溝が形
成される。For example, the ion implantation conditions may be set such that the ion species is A.
Ion implantation is performed at r+ with an accelerating voltage value of 800 keV, and after the ion implantation, the Si3 N4-based sliding material 14 is slid for 4 hours under water lubrication to form a groove with a depth of 0.5 μm.
【0020】また、アモルファス化された前記イオン注
入部13の厚さは前記イオン注入時の加速電圧値に比例
する。Further, the thickness of the amorphous ion implanted portion 13 is proportional to the accelerating voltage value during the ion implantation.
【0021】そして、メカニカルシールの摺動部材に本
発明の製造方法によって製造されたSi3 N4 系摺
動材14が使用された場合には、使用される過程でイオ
ン注入部13が選択的に除去されて、スパイラル状の溝
が徐々に形成され、摺動時にポンプ作用を生じて回転部
分からの漏れを防止することができるようになる。[0021] When the Si3N4-based sliding material 14 manufactured by the manufacturing method of the present invention is used for the sliding member of a mechanical seal, the ion-implanted portion 13 is selectively removed during the process of use. As a result, a spiral groove is gradually formed, which creates a pumping action during sliding and prevents leakage from the rotating parts.
【0022】次に、Si3 N4 系摺動材の製造方法
の他の実施例を説明する。図4、図5にはスラスト軸受
に使用されるSi3 N4 系摺動材の製造方法の実施
例が示されている。[0022] Next, another embodiment of the method for manufacturing a Si3N4-based sliding material will be described. 4 and 5 show an example of a method for manufacturing a Si3 N4 sliding material used in thrust bearings.
【0023】このSi3 N4 系摺動材24を製造す
るには、まず、図4に示すように、Si3 N4 質で
構成される環状の摺動材本体21を用意し、この摺動材
本体21の軸方向の端面である摺動面22にマスキング
を施していない部分26がスパイラル状に残るようにマ
スキング25を施し、その後、窒素、アルゴン等のイオ
ンを所定の加速電圧で前記摺動材本体21の摺動面22
のマスキングを施していない部分26に注入する。In order to manufacture this Si3N4-based sliding material 24, first, as shown in FIG. 4, an annular sliding material body 21 made of Si3N4 material is prepared, Masking 25 is applied so that an unmasked portion 26 remains in a spiral shape on the sliding surface 22, which is the end face in the axial direction of the sliding material main body. 21 sliding surface 22
injection into the unmasked portion 26 of the mask.
【0024】その結果、図5に示すように、摺動材本体
21の摺動面22のマスキングを施していない部分26
にイオンが注入されてイオン注入部23がスパイラル状
に形成される。As a result, as shown in FIG. 5, the unmasked portion 26 of the sliding surface 22 of the sliding material body 21
Ions are implanted into the ion implantation portion 23 to form a spiral shape.
【0025】また、このイオン注入部23のSi3 N
4 はイオンが注入された結果アモルファス化し、他の
摺動面22と比較して軟化している。従って、前記イオ
ン注入部23は摺動時において選択的に除去されて、前
記摺動面22にはスパイラル状の溝が形成される。[0025] Also, the Si3N of this ion implantation part 23
4 becomes amorphous as a result of ion implantation, and is softer than the other sliding surfaces 22. Therefore, the ion implantation part 23 is selectively removed during sliding, and a spiral groove is formed in the sliding surface 22.
【0026】例えば、イオン注入条件を、イオン種がA
r+ で、加速電圧値が800keVとしてイオン注入
を行い、イオン注入後、Si3 N4 系摺動材24を
水潤滑下で4時間摺動させると深さ0.5μmの溝が形
成される。For example, the ion implantation conditions may be set such that the ion species is A.
Ion implantation is performed at r+ with an accelerating voltage value of 800 keV, and after the ion implantation, the Si3 N4 sliding material 24 is slid for 4 hours under water lubrication to form a groove with a depth of 0.5 μm.
【0027】また、アモルファス化された前記イオン注
入部23の厚さは前記イオン注入時の加速電圧値に比例
する。Furthermore, the thickness of the amorphous ion implanted portion 23 is proportional to the accelerating voltage value during the ion implantation.
【0028】そして、スラスト軸受の摺動部材に本発明
の製造方法によって製造されたSi3 N4 系摺動材
24が使用された場合には、使用される過程でイオン注
入部23が選択的に除去されて、スパイラル状の溝が徐
々に形成され、装置内部の流体を軸受の作動流体として
使用することができるようになる。When the Si3N4-based sliding material 24 manufactured by the manufacturing method of the present invention is used for the sliding member of the thrust bearing, the ion-implanted portion 23 is selectively removed during the process of use. As a result, a spiral groove is gradually formed, allowing the fluid inside the device to be used as the working fluid for the bearing.
【0029】[0029]
【発明の効果】本発明は前記のように構成したことによ
り、Si3 N4 質からなる摺動材本体の摺動面にス
パイラル状にイオン注入部を設け、メカニカルシール、
軸受等の摺動材として使用する過程でイオン注入部を選
択的に除去してスパイラル状の溝を形成させ、メカニカ
ルシールにおいては摺動時にポンプ作用を生じて回転部
分からの漏れを防止することができ、軸受においては装
置内部の流体を軸受の作動流体として使用することがで
き、装置の構造をコンパクト化し、かつ省エネルギー化
することができる。また製造工程も簡単で、しかも安価
に製造することができるというすぐれた効果を有するも
のである。[Effects of the Invention] By having the above-described structure, the present invention provides a spiral ion-implanted portion on the sliding surface of the sliding material body made of Si3N4, thereby creating a mechanical seal,
In the process of using it as a sliding material in bearings, etc., the ion-implanted part is selectively removed to form a spiral groove, and in mechanical seals, a pumping action occurs during sliding to prevent leakage from rotating parts. In the bearing, the fluid inside the device can be used as the working fluid of the bearing, making it possible to make the structure of the device more compact and save energy. Moreover, the manufacturing process is simple and it can be manufactured at low cost, which is an excellent effect.
【図1】本発明によるSi3 N4 系摺動材の実施例
を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an example of a Si3 N4-based sliding material according to the present invention.
【図2】本発明によるSi3 N4 系摺動材の製造方
法の一の実施例におけるイオン注入前の状態を説明する
図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a state before ion implantation in one embodiment of the method for manufacturing a Si3 N4-based sliding material according to the present invention.
【図3】本発明によるSi3 N4 系摺動材の製造方
法の一の実施例におけるイオン注入後の状態を説明する
図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the state after ion implantation in one embodiment of the method for manufacturing a Si3 N4-based sliding material according to the present invention.
【図4】本発明によるSi3 N4 系摺動材の製造方
法の他の実施例におけるイオン注入前の状態を説明する
図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a state before ion implantation in another embodiment of the method for manufacturing a Si3 N4-based sliding material according to the present invention.
【図5】本発明によるSi3 N4 系摺動材の製造方
法の他の実施例におけるイオン注入後の状態を説明する
図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the state after ion implantation in another embodiment of the method for manufacturing a Si3 N4-based sliding material according to the present invention.
1、11、21……摺動材本体
2、12、22……摺動面
3、13、23……イオン注入部
4、14、24……Si3 N4 系摺動材15、25
……マスキング1, 11, 21...Sliding material body 2, 12, 22...Sliding surface 3, 13, 23...Ion implantation part 4, 14, 24...Si3 N4-based sliding material 15, 25
……masking
Claims (3)
本体の摺動面に、イオン注入部がスパイラル状に設けら
れ、該イオン注入部は窒素、アルゴン等のイオンが所定
の加速電圧で注入されて、アモルファス化していること
を特徴とするSi3 N4 系摺動材。[Claim 1] An ion implantation section is provided in a spiral shape on the sliding surface of the sliding material body made of Si3N4, and the ion implantation section is injected with ions of nitrogen, argon, etc. at a predetermined accelerating voltage. A Si3 N4-based sliding material characterized by being amorphous.
軸方向端面が摺動面を形成している請求項1記載のSi
3 N4 系摺動材。2. The Si according to claim 1, wherein the sliding material main body is an annular body whose axial end surface forms a sliding surface.
3 N4-based sliding material.
本体の摺動面に、マスキングを施していない部分がスパ
イラル状に残るようにマスキングを施し、マスキングを
施していない部分に窒素、アルゴン等のイオンを所定の
加速電圧で注入してイオン注入部とし、該イオン注入部
がアモルファス化されていることを特徴とするSi3
N4 系摺動材の製造方法。[Claim 3] The sliding surface of the sliding material body made of Si3N4 is masked so that the unmasked portion remains in a spiral shape, and the unmasked portion is filled with nitrogen, argon, etc. ions are implanted at a predetermined acceleration voltage to form an ion-implanted part, and the ion-implanted part is made amorphous.
Method for manufacturing N4-based sliding material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5792191A JPH04275395A (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Si3n4-based sliding material and production thereof |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH04275395A true JPH04275395A (en) | 1992-09-30 |
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Family Applications (1)
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JP5792191A Pending JPH04275395A (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Si3n4-based sliding material and production thereof |
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JP (1) | JPH04275395A (en) |
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1991
- 1991-02-28 JP JP5792191A patent/JPH04275395A/en active Pending
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