JPH0476394B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、高温流体のシールに用いるシール部
材に関する。

（従来の技術） 従来、高温環境下（例えば700〜900℃）で使用
される機械装置内で液密や気密保持の目的で使用
されているシール部材では、その用途上耐熱性、
耐久性、耐摩耗性、潤滑性等の条件が要求されて
いる。

このようなシール部材の材質としては、アスベ
ストやセラミツク繊維の補強繊維と結合剤および
黒鉛の圧延シートを利用した材料が用いられてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上述したような従来のシール部材
では、高温環境下（例えば500〜700℃）におい
て、アスベストを使用したものはこのアスベスト
の結晶水の分離や黒鉛の酸化摩耗による強度低下
が顕著となり、致命的な事故を招く可能性があつ
た。

またセラミツク繊維を使用したものは、セラミ
ツク特有の脆性、低強度性から耐圧性に難点があ
りその使用目的が限定されるという問題があつ
た。いずれの場合にもその寿命は短く定期的な交
換が必要とされていた。

本発明は上述した問題点を解決するためのもの
で、高温環境下（例えば700〜900℃）での使用で
も酸化による摩耗が少なく、耐熱性、耐摩耗性に
優れたシール部材を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明によれば、金属繊維表面にセラミツク層
を形成した補強繊維の集合体と、補強繊維の集合
体の間隙に充填した六方晶系の結晶構造を有する
粉状の窒化硼素と、補強繊維と窒化硼素を結合す
る結合剤からなることを特徴とするシール部材が
得られる。

（作用） 本発明では、上述した手段により耐圧性、耐熱
性、耐摩耗性に優れたシール部材を得ることがで
きる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例を
説明する。

第１図は本発明に係るシール部材をダイカスト
機のパツキンに適用した一実施例を示す図で、溶
融金属１等の高温流体の流路となるダクト２の外
周には、このダクト２内を流動する溶融金属１を
加熱し所定の温度に保持するヒータ３が周設され
ており、さらにヒータ３の外周は断熱部材で作ら
れた保温筒４で被覆されている。

ダクト２はパツキン５を介して上下に分離可能
な構造となつており、通常使用時は緊定装置６に
より連結されている。

パツキン５は第２図に示すようにリング状の平
板で、その組成は高温環境下でも酸化摩耗が少な
く、自己潤滑性に優れ、しかも溶融金属による浸
蝕を受けない六方晶系の結晶構造を有する窒化硼
素（BN）粉末と、表面に高温環境下においても
強度大であるセラミツク層を有する金属補強繊維
と、窒化硼素粉末と補強繊維とを結合する結合剤
より製造されている。

上述した補強繊維は、金属繊維表面に一般的に
行われている化学処理（例えばガス窒化処理、浸
硼処理、化学蒸着等）によつて形成されたセラミ
ツク層を有しているため高温環境下での耐摩耗性
や耐蝕性についてはセラミツク繊維と同等の機能
を有しており、しかも強度や脆性においては、金
属繊維時の物性を生かしてセラミツク繊維以上の
機能を有している。

さらに窒化硼素の粉体は約1000℃程度の雰囲気
中では変質することがなくまた溶融金属と接触し
ても反応することがない。また窒化硼素の粉体と
補強繊維とを結合するために少量添加する無機の
結合剤により窒化硼素の剥落を防止し、シール部
材表面の損傷の発生を防止できる。

上述したようなシール部材の製造方法の一例を
以下に説明する。

まず使用する補強繊維の芯となる金属繊維であ
るが、芯径が約７〜30μｍ程度のものが好適であ
る。これは芯径が30μｍを超えると製造物中に生
ずる隙間が多くなり気密性に問題が生じてしま
い、また7μｍよりも小さい芯径のものは、その
製造上の困難さからコスト高となるためである。

金属繊維の部材であるが、チタニウムやチタニ
ウム合金（例えば６％アルミニウム、４％バナジ
ウム合金）が表面処理を行い易く好適である。ま
たニツケル基耐熱鋼、クローム基耐熱鋼、珪素基
耐熱鋼等により作られたものが多量に市販されて
いるのでこれを用いてもよい。

さて、例えば20μｍ線径の金属繊維を選択した
とすると、これを850〜900℃の高温窒化ガス中に
1.5時間程さらして、約４〜5μｍ厚の窒化層を形
成すれば黄金色を呈した補強繊維が得られる。こ
のようにして形成された窒化層の表層部は窒化チ
タニウム等の窒化物で形成されているので溶融金
属（例えば溶融アルミニウムや溶融亜鉛等）に対
して優れた耐蝕性を示す。

窒化層の形成方法としては、化学気相成長法
（CVD）を用いれば比較的安価に炭化チタニウ
ム、炭化チタニウムと窒化チタニウムの混合体、
さらに２硼化チタニウムからなるセラミツク層
（２〜5μｍの厚さ）を形成することができる。

このようにして製造された補強繊維を厚さ３〜
５mm程度の不織布状に作り、この不織布に約70重
量％の粉状窒化硼素、18重量％の結合剤（ほう
砂）、２重量％の分散剤、10重量％の水よりなる
泥状液中に浸して不織布中に浸透させた後、乾
燥、圧縮、焼成工程を経て0.6〜１mm厚の板状部
材が製造される。

なお補強繊維の含有率が70重量％（耐熱鋼の場
合）を下回ると、製造されたシール部材は脆性を
有してしまいクラツク等が生じやすくなると同時
に引張強度も低下する。さらに90重量％（チタニ
ウム合金の場合）を上回ると補強繊維の割合いが
多くなりすぎて厚さ方向の伸縮性が低下し、パツ
キン取付面との密着性が悪化する。

本発明の他の実施例として、第３図に溶融金属
の流路を構成する導管１１および１２と連絡管１
３との取付部に装着されたパツキン１４に本発明
を適用した例を示す。

なお導管１１および１２と連絡管１３には図示
を省略したヒータが外設されており、導管１１お
よび１２内を流れる溶融金属１５を加熱しその温
度保持を行つている。

さてこのようにして構成された溶融金属流路管
では、機械装置の運転開始または休止時の温度変
化により、図中矢印１６のように伸縮する力が加
わるので導管１１および１２と連絡管１３の間で
図中矢印１７および１８の如き相対運動が生じる
ためパツキン１４には摩擦作用が働く。

しかしながら本発明を適用したパツキン１４
は、その部材に窒化硼素を使用しているため高度
の潤滑性を有し従つてパツキン１４の摩耗は問題
にならずしかも前述した相対運動を円滑に行なう
ことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のシール部材によ
れば高圧高温環境下（例えば700〜900℃、
500atm）に耐え、しかも安価なシール部材が得
られる。またオートクレーブ、鋳造機の改良、溶
融金属の高速搬送の実用化に大きく貢献すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はダイカスト機内の溶融金属流路におけ
る結合部に本発明に係るシール部材を適用した実
施例を示す縦断面図、第２図は第１図のパツキン
部の拡大断面図、第３図は他の実施例を示す断面
図である。 １……溶融金属、２……ダクト、５……パツキ
ン、１４……パツキン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属繊維表面にセラミツク層を形成した補強
   繊維の集合体と、前記補強繊維の集合体の間隙に
   充填した六方晶系の結晶構造を有する粉状の窒化
   硼素と、前記補強繊維と前記窒化硼素を結合する
   結合剤からなることを特徴とするシール部材。 ２ 金属繊維がチタニウムまたはチタニウム合金
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のシール部材。 ３ 金属繊維が耐熱鋼であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のシール部材。 ４ セラミツク層が窒化チタニウム、炭化チタニ
   ウム、２硼化チタニウムのいずれか少なくとも１
   つを含有していることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のシール部材。