JPH0668330B2 - 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Info
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- JPH0668330B2 JPH0668330B2 JP1077290A JP7729089A JPH0668330B2 JP H0668330 B2 JPH0668330 B2 JP H0668330B2 JP 1077290 A JP1077290 A JP 1077290A JP 7729089 A JP7729089 A JP 7729089A JP H0668330 B2 JPH0668330 B2 JP H0668330B2
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- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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- C04B38/08—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by adding porous substances
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/36—Non-oxidic
-
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- C04B2237/36—Non-oxidic
- C04B2237/363—Carbon
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
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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。
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。
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。
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題 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。
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てあ
るため、炭化珪素と炭化珪素との組合せにおいては始動
時にの異音発生やリンキング（固着）の問題を起こし易
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ブリスタ
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。
るため、炭化珪素と炭化珪素との組合せにおいては始動
時にの異音発生やリンキング（固着）の問題を起こし易
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ブリスタ
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け精度を向上したり、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。
ニカルシールの取付け精度を向上したり、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、強度的な問題があるため、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。
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、強度的な問題があるため、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。
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
動面側層は独立気孔からなる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第一の顆粒又は粉末と、
水に対して不溶性のプラスチック粉末又は天然粉末を含
み独立気孔からなるポーラス層を形成する第二の顆粒又
は粉末とを積層状態に充填し成形し焼結することを特徴
とする摺動部材の製造方法である。
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
動面側層は独立気孔からなる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第一の顆粒又は粉末と、
水に対して不溶性のプラスチック粉末又は天然粉末を含
み独立気孔からなるポーラス層を形成する第二の顆粒又
は粉末とを積層状態に充填し成形し焼結することを特徴
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。
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、
いわゆる下し金現象を引き起こさない範囲の径の気孔を
持つ独立気孔からなるポーラスな組織で、その気孔径は
平均値として10〜40μｍが好ましい。10μｍ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40μｍ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。
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、
いわゆる下し金現象を引き起こさない範囲の径の気孔を
持つ独立気孔からなるポーラスな組織で、その気孔径は
平均値として10〜40μｍが好ましい。10μｍ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40μｍ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１〜5mm程度である。1mm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。
る点はあるが１〜5mm程度である。1mm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３〜13vol.％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。
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３〜13vol.％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。
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。
セラミック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ち緻密質層の形成原料と
する。
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ち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独立気孔を形成する
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。
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
独立気孔からなるポーラスな組織の原料となる粉末が流
動性に優れ、成形時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。
独立気孔からなるポーラスな組織の原料となる粉末が流
動性に優れ、成形時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、独立気孔からなるポーラスな
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。
末冶金法によって作成し、独立気孔からなるポーラスな
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独立気孔からなるポ
ーラスな層となる部分との積層構造よりなる摺動部材の
生成形体を金型プレス等により造る。
ーラスな層となる部分との積層構造よりなる摺動部材の
生成形体を金型プレス等により造る。
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か顆粒また
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。
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か顆粒また
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、更に必要に応じて研削加工およびラ
ップ仕上げを行い摺動部材を製造する。
後、脱脂、焼結し、更に必要に応じて研削加工およびラ
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。
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0.45μｍの炭化珪素粉末100重量部に対
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、35％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。
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、35％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0.45μｍ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20μｍ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。
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20μｍ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
性し、2mm下パンチを下げ更に第二の顆粒を充填して2to
n／cm2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Ar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24mm、厚さ24mm、摺
動面の気孔を除いた部分の面粗さがＲmax＝0.05μｍの
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。
性し、2mm下パンチを下げ更に第二の顆粒を充填して2to
n／cm2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Ar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24mm、厚さ24mm、摺
動面の気孔を除いた部分の面粗さがＲmax＝0.05μｍの
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独立気孔からなるポーラスな層の厚
さ1mm、緻密層厚さ3mmの摺動部材のJIS Ｒ 1601〜198
1による４点曲げ強度は35kg／mm2であった。
さ1mm、緻密層厚さ3mmの摺動部材のJIS Ｒ 1601〜198
1による４点曲げ強度は35kg／mm2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6kg／cm2、周速5cm／sec、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／cm2にて循環するポンプ式の試験機に
おいて、軸径40mm、摺動回転数Ｎ＝3,000rpm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。
シールを設置し、摺動面圧6kg／cm2、周速5cm／sec、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／cm2にて循環するポンプ式の試験機に
おいて、軸径40mm、摺動回転数Ｎ＝3,000rpm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であった。
りすることがなく、強度的にも十分耐えるもであった。
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／mm2であった。
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／mm2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。
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)
- 【請求項１】摺動部材の摺動面側層は、独立気孔からな
る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。 - 【請求項２】摺動部材の製造方法において、緻密質層を
形成する第一の顆粒又は粉末と、水に対して不溶性のプ
ラスチック粉末又は天然粉末を含み独立気孔からなるポ
ーラス層を形成する第二の顆粒又は粉末とを積層状態に
充填し成形し焼結することを特徴とする摺動部材の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1077290A JPH0668330B2 (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 摺動部材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1077290A JPH0668330B2 (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 摺動部材およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02256971A JPH02256971A (ja) | 1990-10-17 |
| JPH0668330B2 true JPH0668330B2 (ja) | 1994-08-31 |
Family
ID=13629747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1077290A Expired - Lifetime JPH0668330B2 (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 摺動部材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0668330B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5395807A (en) * | 1992-07-08 | 1995-03-07 | The Carborundum Company | Process for making silicon carbide with controlled porosity |
| DE10301175B4 (de) * | 2003-01-08 | 2006-12-07 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Bauteilen |
| JP2006282496A (ja) * | 2005-03-08 | 2006-10-19 | Bridgestone Corp | 炭化ケイ素焼結体からなる多孔体及びその製造方法 |
| EP1889821B1 (en) | 2005-04-27 | 2015-12-16 | Kyocera Corporation | SiC POROUS CERAMIC FOR SLIDING MEMBERS, METHOD FOR PRODUCING THE SAME AND MECHANICAL SEAL RING |
| CN104475736B (zh) * | 2014-12-31 | 2016-08-24 | 湖南华曙高科技有限责任公司 | 一种增材制造陶瓷件后处理方法 |
| WO2018177890A1 (de) * | 2017-03-28 | 2018-10-04 | Ceramtec Gmbh | Keramisches gleitlager |
| EP4202246A4 (en) * | 2020-08-24 | 2024-03-27 | Kyocera Corporation | SLIDING ELEMENT |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54125217A (en) * | 1978-03-23 | 1979-09-28 | Akira Washida | Parts for sliding portion |
| JPS61191575A (ja) * | 1985-02-19 | 1986-08-26 | イビデン株式会社 | 多孔質炭化珪素焼結体とその製造方法 |
| JPS62176970A (ja) * | 1985-06-27 | 1987-08-03 | トヨタ自動車株式会社 | メカニカルシ−ル用焼結セラミツク製スラストワツシヤ |
| JPH0239084Y2 (ja) * | 1986-08-09 | 1990-10-19 |
-
1989
- 1989-03-29 JP JP1077290A patent/JPH0668330B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02256971A (ja) | 1990-10-17 |
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