JPH1053480A - メカニカルシール用摺動材料 - Google Patents
メカニカルシール用摺動材料Info
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- JPH1053480A JPH1053480A JP8221856A JP22185696A JPH1053480A JP H1053480 A JPH1053480 A JP H1053480A JP 8221856 A JP8221856 A JP 8221856A JP 22185696 A JP22185696 A JP 22185696A JP H1053480 A JPH1053480 A JP H1053480A
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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
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- 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
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
- C04B41/5057—Carbides
- C04B41/5059—Silicon carbide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 カーボン摺動材を用いたメカニカルシールに
おいて、低速回転・高圧条件下でもカーボンブリスタ等
を発生することがなく優れた耐久性及びシール性をが得
られる摺動材料を提供する。 【解決手段】 メカニカルシール３の固定環３３が、カ
ーボンを基材とし、摺動面３３ａを含む表層部を部分的
にＳｉＣ質に転換してカーボン−ＳｉＣ質複合組織とし
た摺動材料からなる。カーボン基材は、気孔率が 5〜20
％、平均気孔直径が0.05〜１μｍの気孔を有し、熱伝導
率が0.05〜0.4cal/cm・s・℃の黒鉛質カーボンからなり、
前記表層部に形成されるＳｉＣの占有率は摺動面３３ａ
上で10〜50％好ましくは20〜25％、カーボン占有率は50
〜90％好ましくは75〜80％となるようにする。
おいて、低速回転・高圧条件下でもカーボンブリスタ等
を発生することがなく優れた耐久性及びシール性をが得
られる摺動材料を提供する。 【解決手段】 メカニカルシール３の固定環３３が、カ
ーボンを基材とし、摺動面３３ａを含む表層部を部分的
にＳｉＣ質に転換してカーボン−ＳｉＣ質複合組織とし
た摺動材料からなる。カーボン基材は、気孔率が 5〜20
％、平均気孔直径が0.05〜１μｍの気孔を有し、熱伝導
率が0.05〜0.4cal/cm・s・℃の黒鉛質カーボンからなり、
前記表層部に形成されるＳｉＣの占有率は摺動面３３ａ
上で10〜50％好ましくは20〜25％、カーボン占有率は50
〜90％好ましくは75〜80％となるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軸封技術分野に属
するメカニカルシールに使用される摺動材料に関する。
するメカニカルシールに使用される摺動材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】薬液等を混合して反応させる反応装置
は、概略的には図４に示すように、圧力容器１と、この
圧力容器１内の薬液Ｌを撹拌する撹拌機２とを備え、こ
の撹拌機２の撹拌翼２１を回転させるほぼ鉛直な回転軸
２２の軸周をメカニカルシール３で軸封している。メカ
ニカルシール３は、圧力容器１の上部で回転軸２２の軸
周を包囲するように設けられたハウジングの内周に装着
された非回転の固定環と、圧力容器１内の回転翼を低速
回転させる回転軸２２の外周面に装着されコイルスプリ
ングで前記固定環に押し付けられた回転環とを有し、こ
の回転環と固定環の互いの密接摺動によって軸封機能を
奏するものである。
は、概略的には図４に示すように、圧力容器１と、この
圧力容器１内の薬液Ｌを撹拌する撹拌機２とを備え、こ
の撹拌機２の撹拌翼２１を回転させるほぼ鉛直な回転軸
２２の軸周をメカニカルシール３で軸封している。メカ
ニカルシール３は、圧力容器１の上部で回転軸２２の軸
周を包囲するように設けられたハウジングの内周に装着
された非回転の固定環と、圧力容器１内の回転翼を低速
回転させる回転軸２２の外周面に装着されコイルスプリ
ングで前記固定環に押し付けられた回転環とを有し、こ
の回転環と固定環の互いの密接摺動によって軸封機能を
奏するものである。
【０００３】撹拌機２の撹拌翼２１は低速回転され、ま
た、メカニカルシール３によって圧力容器１の上方の軸
周に画成されたシールボックスには、圧力容器１の上部
空間のガスＧに対するシールを確実にすると共にメカニ
カルシール３の摺動面の潤滑を図るといった目的で、外
部のシール液加圧循環装置４によってシール液が加圧循
環されているため、メカニカルシール３は低速回転・高
圧条件下で使用されることになる。しかもこの種の反応
装置は、近時ますます高圧化の傾向を辿っている。した
がって低速回転・高圧条件下で使用される上記メカニカ
ルシール３においては、摺動面間へのシール液の巻き込
みが少なくなって、潤滑不足となる過酷な摺動条件とな
り、種々のトラブルが発生しやすい。
た、メカニカルシール３によって圧力容器１の上方の軸
周に画成されたシールボックスには、圧力容器１の上部
空間のガスＧに対するシールを確実にすると共にメカニ
カルシール３の摺動面の潤滑を図るといった目的で、外
部のシール液加圧循環装置４によってシール液が加圧循
環されているため、メカニカルシール３は低速回転・高
圧条件下で使用されることになる。しかもこの種の反応
装置は、近時ますます高圧化の傾向を辿っている。した
がって低速回転・高圧条件下で使用される上記メカニカ
ルシール３においては、摺動面間へのシール液の巻き込
みが少なくなって、潤滑不足となる過酷な摺動条件とな
り、種々のトラブルが発生しやすい。
【０００４】一般に、固定環や回転環等の摺動材料とし
てカーボンを使用したメカニカルシールに発生するトラ
ブルのひとつとして、カーボンブリスタが知られてい
る。このカーボンブリスタは、液体潤滑作用の乏しい粘
性流体や、潤滑性のない流体中でカーボン摺動材料を摺
動させた場合に、その摺動面に、火膨れ状の１〜２μｍ
の高さの局部的な隆起を生じたり、亀裂や虫食い状の異
常損耗を発生する現象で、メカニカルシールの密封摺動
面の平坦度が喪失して多量の漏洩を惹起する。したがっ
て、カーボンブリスタが発生した場合は、もはやこれ以
上の使用は不可能となる場合が多く、すなわちメカニカ
ルシールの寿命となってしまう。
てカーボンを使用したメカニカルシールに発生するトラ
ブルのひとつとして、カーボンブリスタが知られてい
る。このカーボンブリスタは、液体潤滑作用の乏しい粘
性流体や、潤滑性のない流体中でカーボン摺動材料を摺
動させた場合に、その摺動面に、火膨れ状の１〜２μｍ
の高さの局部的な隆起を生じたり、亀裂や虫食い状の異
常損耗を発生する現象で、メカニカルシールの密封摺動
面の平坦度が喪失して多量の漏洩を惹起する。したがっ
て、カーボンブリスタが発生した場合は、もはやこれ以
上の使用は不可能となる場合が多く、すなわちメカニカ
ルシールの寿命となってしまう。
【０００５】メカニカルシールのカーボン摺動材料にお
けるカーボンブリスタの発生原因としては、粘性流体が
摺動面間に介在することによる粘性抵抗説、トルクの変
動による疲労的破壊説などがあるため、カーボンブリス
タの防止には、カーボン粒子の結合強度を向上させるこ
とが有効であると考えられる。したがって、耐熱性に限
界のある樹脂含浸カーボンに代えて緻密質の無含浸カー
ボンを積極的に採用している。また、ＳｉＣ単体のよう
な高強度で比較的摺動面粗さの大きいセラミック摺動材
料を相手摺動材料として使用することによって、摺動面
間への密封対象液の介入による潤滑液膜の形成を容易に
し、低トルク化を図っている場合もある。更に設計的に
は、摺動面に潤滑溝等を形成することによって、摺動時
に摺動面間への密封対象液の介入を促して低トルク化を
図っているものもある。
けるカーボンブリスタの発生原因としては、粘性流体が
摺動面間に介在することによる粘性抵抗説、トルクの変
動による疲労的破壊説などがあるため、カーボンブリス
タの防止には、カーボン粒子の結合強度を向上させるこ
とが有効であると考えられる。したがって、耐熱性に限
界のある樹脂含浸カーボンに代えて緻密質の無含浸カー
ボンを積極的に採用している。また、ＳｉＣ単体のよう
な高強度で比較的摺動面粗さの大きいセラミック摺動材
料を相手摺動材料として使用することによって、摺動面
間への密封対象液の介入による潤滑液膜の形成を容易に
し、低トルク化を図っている場合もある。更に設計的に
は、摺動面に潤滑溝等を形成することによって、摺動時
に摺動面間への密封対象液の介入を促して低トルク化を
図っているものもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
カーボンブリスタ対策を図ったメカニカルシールにおい
ても、次のような問題が指摘される。 (1) 緻密質の無含浸カーボンを用いたもの；カーボン強
度に限界があり、反応装置の撹拌機のような高圧条件で
は耐圧性に問題がある。 (2) 相手摺動材料としてセラミックを用いた場合；セラ
ミックの摺動面粗さの維持が摩耗の進行等により困難に
なるため、反応装置の撹拌機のような低速回転で使用さ
れた場合は、摺動面間への密封対象液の介入が起こりに
くくなる。 (3) 摺動面に溝を形成したもの；製造コストが著しく高
くなる。 といった種々の問題が指摘される。
カーボンブリスタ対策を図ったメカニカルシールにおい
ても、次のような問題が指摘される。 (1) 緻密質の無含浸カーボンを用いたもの；カーボン強
度に限界があり、反応装置の撹拌機のような高圧条件で
は耐圧性に問題がある。 (2) 相手摺動材料としてセラミックを用いた場合；セラ
ミックの摺動面粗さの維持が摩耗の進行等により困難に
なるため、反応装置の撹拌機のような低速回転で使用さ
れた場合は、摺動面間への密封対象液の介入が起こりに
くくなる。 (3) 摺動面に溝を形成したもの；製造コストが著しく高
くなる。 といった種々の問題が指摘される。
【０００７】本発明は、上記のような事情のもとになさ
れたもので、その技術的課題とするところは、特にカー
ボン摺動材を用いたメカニカルシールにおいて、低速回
転・高圧条件下でもカーボンブリスタ等を発生すること
がなく優れた耐久性及びシール性を発揮し得るメカニカ
ルシール用摺動材料を提供することにある。
れたもので、その技術的課題とするところは、特にカー
ボン摺動材を用いたメカニカルシールにおいて、低速回
転・高圧条件下でもカーボンブリスタ等を発生すること
がなく優れた耐久性及びシール性を発揮し得るメカニカ
ルシール用摺動材料を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述した技術的課題を有
効に解決するため、本発明に係るメカニカルシール用摺
動材料は、カーボンを基材とし、摺動面を含む表層部を
部分的にＳｉＣ質に転換してカーボン−ＳｉＣ質複合組
織としたものである。すなわち、カーボン−ＳｉＣ質複
合組織からなる摺動面は、カーボンの一部がＳｉＣ質に
転換されていることによって強度が向上し、また、前記
摺動面のうちＳｉＣ部分からなる面はカーボン部分から
なる面に比較して耐摩耗性が大きいので、摩耗度の差に
よって、ＳｉＣ面がカーボン面よりも僅かに凸状とな
る。このため、摺動面粗さがカーボン単体等からなる摺
動面に比べて大きくなり、摺動時に密封対象流体を巻き
込むことによる流体潤滑状態を維持しやすくなる。した
がって、従来技術においては摺動面間への密封対象流体
の巻き込みが少なくなっていた低速回転・高圧条件で
も、良好な流体潤滑を図ることができる。
効に解決するため、本発明に係るメカニカルシール用摺
動材料は、カーボンを基材とし、摺動面を含む表層部を
部分的にＳｉＣ質に転換してカーボン−ＳｉＣ質複合組
織としたものである。すなわち、カーボン−ＳｉＣ質複
合組織からなる摺動面は、カーボンの一部がＳｉＣ質に
転換されていることによって強度が向上し、また、前記
摺動面のうちＳｉＣ部分からなる面はカーボン部分から
なる面に比較して耐摩耗性が大きいので、摩耗度の差に
よって、ＳｉＣ面がカーボン面よりも僅かに凸状とな
る。このため、摺動面粗さがカーボン単体等からなる摺
動面に比べて大きくなり、摺動時に密封対象流体を巻き
込むことによる流体潤滑状態を維持しやすくなる。した
がって、従来技術においては摺動面間への密封対象流体
の巻き込みが少なくなっていた低速回転・高圧条件で
も、良好な流体潤滑を図ることができる。
【０００９】また、本発明においては、カーボン基材
を、気孔率が 5〜20％、平均気孔直径が0.05〜１μｍの
気孔を有するものと規定する。表層部のカーボン−Ｓｉ
Ｃ質複合組織は、主に各気孔から浸透させたＳｉをカー
ボンと反応焼結させることによって、各気孔と対応した
局部的なＳｉＣ部がカーボン中にランダムに分布した組
織をなすものであるため、カーボン基材の気孔率及び平
均気孔直径を上記のように規定すれば、前記カーボン−
ＳｉＣ質複合組織からなる表層部（摺動面）はカーボン
に富んだ組織となる。したがって、低速回転・高圧条件
による液体潤滑膜の欠如から摺動面同士が固体接触状態
となっても、自己潤滑性に優れた黒鉛化されたカーボン
面が多いことと、この黒鉛質カーボンは熱伝導率が0.05
〜0.4cal/cm・s・℃であり、放熱効果が高いことによっ
て、固体接触時に起こる異常発熱や摺動面のかじり現象
を抑制することができる。
を、気孔率が 5〜20％、平均気孔直径が0.05〜１μｍの
気孔を有するものと規定する。表層部のカーボン−Ｓｉ
Ｃ質複合組織は、主に各気孔から浸透させたＳｉをカー
ボンと反応焼結させることによって、各気孔と対応した
局部的なＳｉＣ部がカーボン中にランダムに分布した組
織をなすものであるため、カーボン基材の気孔率及び平
均気孔直径を上記のように規定すれば、前記カーボン−
ＳｉＣ質複合組織からなる表層部（摺動面）はカーボン
に富んだ組織となる。したがって、低速回転・高圧条件
による液体潤滑膜の欠如から摺動面同士が固体接触状態
となっても、自己潤滑性に優れた黒鉛化されたカーボン
面が多いことと、この黒鉛質カーボンは熱伝導率が0.05
〜0.4cal/cm・s・℃であり、放熱効果が高いことによっ
て、固体接触時に起こる異常発熱や摺動面のかじり現象
を抑制することができる。
【００１０】前記表層部に形成されるＳｉＣの占有率は
摺動面上で10〜50％好ましくは20〜25％、カーボン占有
率は50〜90％好ましくは75〜80％となるようにする。こ
れは、気孔率及び平均径が上記値より小さい場合は、表
層部に形成されるＳｉＣ層が薄過ぎ、しかもＳｉＣ化の
際にクラックを伴うことがあるからであり、また、気孔
率及び平均径が前記値より大きい場合は、表層部に形成
されるＳｉＣの占有率が高くなり過ぎて、自己潤滑性や
放熱性、更には摺動面の仕上げの際の機械加工性が悪く
なり、しかも脆くなるからである。
摺動面上で10〜50％好ましくは20〜25％、カーボン占有
率は50〜90％好ましくは75〜80％となるようにする。こ
れは、気孔率及び平均径が上記値より小さい場合は、表
層部に形成されるＳｉＣ層が薄過ぎ、しかもＳｉＣ化の
際にクラックを伴うことがあるからであり、また、気孔
率及び平均径が前記値より大きい場合は、表層部に形成
されるＳｉＣの占有率が高くなり過ぎて、自己潤滑性や
放熱性、更には摺動面の仕上げの際の機械加工性が悪く
なり、しかも脆くなるからである。
【００１１】カーボン基材の表層部をＳｉＣ質に転換す
る方法は特に規定しないが、例えばＳｉを含むガスによ
る気相浸透法や、あるいはＳｉペーストの溶浸法などが
採用可能である。また、摺動面のみをカーボン−ＳｉＣ
質複合組織とするために、Ｓｉの浸透の際に他の表面を
マスキングしたり、Ｓｉの塗布面を限定しても良い。カ
ーボン基材としては、Ｓｉとの反応性及び自己潤滑性を
考慮して黒鉛化質とし、またＳｉが浸透しやすいように
微細な気孔を有するものが採用される。Ｓｉは主にカー
ボン基材の表面に存在する各気孔に侵入・浸透し、そこ
で焼結時にカーボンと反応してＳｉＣを局部的に形成
し、カーボン−ＳｉＣ質複合組織からなる表層部が形成
される。
る方法は特に規定しないが、例えばＳｉを含むガスによ
る気相浸透法や、あるいはＳｉペーストの溶浸法などが
採用可能である。また、摺動面のみをカーボン−ＳｉＣ
質複合組織とするために、Ｓｉの浸透の際に他の表面を
マスキングしたり、Ｓｉの塗布面を限定しても良い。カ
ーボン基材としては、Ｓｉとの反応性及び自己潤滑性を
考慮して黒鉛化質とし、またＳｉが浸透しやすいように
微細な気孔を有するものが採用される。Ｓｉは主にカー
ボン基材の表面に存在する各気孔に侵入・浸透し、そこ
で焼結時にカーボンと反応してＳｉＣを局部的に形成
し、カーボン−ＳｉＣ質複合組織からなる表層部が形成
される。
【００１２】カーボン基材の表層部をＳｉＣ質に転換す
るためにＳｉを浸透させる際に、比較的小さい気孔には
毛細管現象によってＳｉが充填されるが、大きい気孔に
は充填されず、したがって、上述のようにして作られた
摺動材料（固定環又は回転環）には気孔が残存している
ことから、熱硬化性樹脂等の含浸を行っても良い。ま
た、表層部に形成された得られたカーボン−ＳｉＣ質複
合組織に含まれる未反応のＳｉの存在は問題とはならな
い。
るためにＳｉを浸透させる際に、比較的小さい気孔には
毛細管現象によってＳｉが充填されるが、大きい気孔に
は充填されず、したがって、上述のようにして作られた
摺動材料（固定環又は回転環）には気孔が残存している
ことから、熱硬化性樹脂等の含浸を行っても良い。ま
た、表層部に形成された得られたカーボン−ＳｉＣ質複
合組織に含まれる未反応のＳｉの存在は問題とはならな
い。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の摺動材料は、例えば先に
述べた図４に示すような反応装置における撹拌機２のほ
ぼ鉛直な回転軸２２の軸周を軸封するメカニカルシール
３の固定環あるいは回転環に適用することができる。
述べた図４に示すような反応装置における撹拌機２のほ
ぼ鉛直な回転軸２２の軸周を軸封するメカニカルシール
３の固定環あるいは回転環に適用することができる。
【００１４】図１は、撹拌機２に用いられるメカニカル
シール３を概略的に示すもので、圧力容器１の上部で回
転軸２２の軸周を包囲するように設けられたハウジング
３１の内周にパッキン３２を介して装着された固定環３
３と、圧力容器１内の回転翼を低速回転させる回転軸２
２の外周面にパッキン３４を介して軸方向（上下）移動
自在に設けられ下端の摺動面３５ａが前記固定環３３の
上端の摺動面３３ａに摺接された回転環３５とを有す
る。回転環３５は、コイルスプリング３６によって固定
環３３に押し付けられ、回転軸２２と一体回転される。
ハウジング３１の内周であって当該メカニカルシール３
により下端が圧力容器１内のガスＧと絶縁されたシール
ボックス３ａ内には、外部から潤滑・冷却を兼ねたシー
ル液Ｓが加圧循環される。
シール３を概略的に示すもので、圧力容器１の上部で回
転軸２２の軸周を包囲するように設けられたハウジング
３１の内周にパッキン３２を介して装着された固定環３
３と、圧力容器１内の回転翼を低速回転させる回転軸２
２の外周面にパッキン３４を介して軸方向（上下）移動
自在に設けられ下端の摺動面３５ａが前記固定環３３の
上端の摺動面３３ａに摺接された回転環３５とを有す
る。回転環３５は、コイルスプリング３６によって固定
環３３に押し付けられ、回転軸２２と一体回転される。
ハウジング３１の内周であって当該メカニカルシール３
により下端が圧力容器１内のガスＧと絶縁されたシール
ボックス３ａ内には、外部から潤滑・冷却を兼ねたシー
ル液Ｓが加圧循環される。
【００１５】固定環３３としては、黒鉛化質のカーボン
を基材とし、摺動面３３ａを含む表層部が黒鉛化質のカ
ーボンに富んだカーボン−ＳｉＣ質複合組織からなる摺
動材料が採用されている。また、相手摺動材料である回
転環３５には、超硬合金からなる摺動材料が採用されて
いる。
を基材とし、摺動面３３ａを含む表層部が黒鉛化質のカ
ーボンに富んだカーボン−ＳｉＣ質複合組織からなる摺
動材料が採用されている。また、相手摺動材料である回
転環３５には、超硬合金からなる摺動材料が採用されて
いる。
【００１６】
【実施例】黒鉛化質のカーボンを基材とし、摺動面を含
む表層部を厚さ2mm の範囲でＳｉＣ化してカーボン−Ｓ
ｉＣ質複合組織とすることによって、次のような物性を
有する摺動材料からなる固定環供試体を製作し、図２に
示す試験機１００を用いて後述のような摺動試験を行っ
た。 (1) カーボン基材 気孔率； 11％ 平均気孔直径； 0.14μｍ 熱伝導率； 0.19 cal/cm・s・℃ (2) カーボン−ＳｉＣ質複合組織からなる摺動面 ＳｉＣ占有率； 23％ カーボン占有率；72％ 摺動面硬度； 77
む表層部を厚さ2mm の範囲でＳｉＣ化してカーボン−Ｓ
ｉＣ質複合組織とすることによって、次のような物性を
有する摺動材料からなる固定環供試体を製作し、図２に
示す試験機１００を用いて後述のような摺動試験を行っ
た。 (1) カーボン基材 気孔率； 11％ 平均気孔直径； 0.14μｍ 熱伝導率； 0.19 cal/cm・s・℃ (2) カーボン−ＳｉＣ質複合組織からなる摺動面 ＳｉＣ占有率； 23％ カーボン占有率；72％ 摺動面硬度； 77
【００１７】摺動試験に用いる試験機１００は、図２に
示すように、ベルト駆動によって低速回転されるほぼ鉛
直な回転軸１０１の軸周に、この回転軸１０１を包囲す
るハウジング１０２によってシールボックス１０３が形
成され、このシールボックス１０３の上下両端に位置し
て、それぞれ固定環供試体１０４，１０５が装着される
ようになっている。各固定環供試体１０４，１０５に
は、相手摺動材料としてそれぞれ回転環供試体１０６，
１０７が当接され、回転環供試体１０６，１０７は、シ
ールボックス１０３の中間部に位置して回転軸１０１の
外周に上下対称に装着され、下側の回転環供試体１０６
は下方へ向けて、また上側の回転環供試体１０７は上方
へ向けて、それぞれコイルスプリング（図示省略）を介
して付勢されている。すなわち、回転環供試体１０６，
１０７は回転軸１０１と共に回転し、固定環供試体１０
４，１０５と密接摺動される。
示すように、ベルト駆動によって低速回転されるほぼ鉛
直な回転軸１０１の軸周に、この回転軸１０１を包囲す
るハウジング１０２によってシールボックス１０３が形
成され、このシールボックス１０３の上下両端に位置し
て、それぞれ固定環供試体１０４，１０５が装着される
ようになっている。各固定環供試体１０４，１０５に
は、相手摺動材料としてそれぞれ回転環供試体１０６，
１０７が当接され、回転環供試体１０６，１０７は、シ
ールボックス１０３の中間部に位置して回転軸１０１の
外周に上下対称に装着され、下側の回転環供試体１０６
は下方へ向けて、また上側の回転環供試体１０７は上方
へ向けて、それぞれコイルスプリング（図示省略）を介
して付勢されている。すなわち、回転環供試体１０６，
１０７は回転軸１０１と共に回転し、固定環供試体１０
４，１０５と密接摺動される。
【００１８】ハウジング１０２には、シールボックス１
０３の上下両端に臨んでそれぞれシール液注入口１０２
ａ及びシール液注入口１０２ｂが開設されており、シー
ルボックス１０３内には、前記シール液注入口１０２ａ
及びシール液注入口１０２ｂを介してシール液加圧循環
装置１１０からシール液Ｓが循環供給されている。シー
ル液加圧循環装置１１０は、シール液Ｓを貯留するタン
ク１１１と、このタンク１１１からシール液Ｓをシール
ボックス１０３内へ供給するポンプ１１２と、シールボ
ックス１０３の内圧を任意に調整する圧力調整弁１１３
と、シール液Ｓを冷却するクーラー１１４と、圧力計１
１５、流量計１１６、フィルタ１１７、その他の弁装置
等を備えている。
０３の上下両端に臨んでそれぞれシール液注入口１０２
ａ及びシール液注入口１０２ｂが開設されており、シー
ルボックス１０３内には、前記シール液注入口１０２ａ
及びシール液注入口１０２ｂを介してシール液加圧循環
装置１１０からシール液Ｓが循環供給されている。シー
ル液加圧循環装置１１０は、シール液Ｓを貯留するタン
ク１１１と、このタンク１１１からシール液Ｓをシール
ボックス１０３内へ供給するポンプ１１２と、シールボ
ックス１０３の内圧を任意に調整する圧力調整弁１１３
と、シール液Ｓを冷却するクーラー１１４と、圧力計１
１５、流量計１１６、フィルタ１１７、その他の弁装置
等を備えている。
【００１９】ハウジング１０２には、下側の固定環供試
体１０４の下方の軸周隙間及び上側の固定環供試体１０
５の上方の軸周隙間に臨んで、それぞれ下部シール漏れ
検出口１０２ｃ及び上部シール漏れ検出口１０２ｄが開
設されており、シール液Ｓの漏洩量を計量できるように
してある。また、前記固定環供試体１０４，１０５に
は、その摺動面近傍に温度センサ１０８，１０９が設け
られており、図示されていない計測装置に接続されて、
摺動面温度が計測できるようにしてある。
体１０４の下方の軸周隙間及び上側の固定環供試体１０
５の上方の軸周隙間に臨んで、それぞれ下部シール漏れ
検出口１０２ｃ及び上部シール漏れ検出口１０２ｄが開
設されており、シール液Ｓの漏洩量を計量できるように
してある。また、前記固定環供試体１０４，１０５に
は、その摺動面近傍に温度センサ１０８，１０９が設け
られており、図示されていない計測装置に接続されて、
摺動面温度が計測できるようにしてある。
【００２０】摺動試験は、シール液Ｓとして低粘性であ
るISO VG＃32を用いた場合と、高粘性であるISO VG＃15
0 を用いた場合について、それぞれシールボックス１０
３内の圧力を30kg/cm2に設定した場合と、50kg/cm2に設
定した場合とに分けて実施した。その他の試験条件は、
次のとおりである。 (1) シールボックス１０３温度；40℃ (2) 軸回転数； 100r.p.m (3) 摺動面の周速； 1.1m/s (4) 試験時間； 100h (5) 相手回転環供試体； 超硬合金
るISO VG＃32を用いた場合と、高粘性であるISO VG＃15
0 を用いた場合について、それぞれシールボックス１０
３内の圧力を30kg/cm2に設定した場合と、50kg/cm2に設
定した場合とに分けて実施した。その他の試験条件は、
次のとおりである。 (1) シールボックス１０３温度；40℃ (2) 軸回転数； 100r.p.m (3) 摺動面の周速； 1.1m/s (4) 試験時間； 100h (5) 相手回転環供試体； 超硬合金
【００２１】比較例として、次のような固定環供試体を
用意し、それぞれ上述と同様にして摺動試験を行った。 ［比較例１］黒鉛化質のカーボンを基材とし、摺動面を
含む表層部を厚さ4mm の範囲でＳｉＣ化してカーボン−
ＳｉＣ質複合組織とした摺動材料からなり、次のような
物性を有する。 (1) カーボン基材 気孔率； 32％ 平均気孔直径； 0.68μｍ 熱伝導率； 0.25 cal/cm・s・℃ (2) カーボン−ＳｉＣ質複合組織からなる摺動面 ＳｉＣ占有率； 52％ カーボン占有率；43％ 摺動面硬度； 72 ［比較例２］摺動面を含む表層部をＳｉＣ化していない
高強度無含浸カーボンを基材とする摺動材料からなり、
次のような物性を有する。 気孔率； 2 ％ 平均気孔直径； 0.07μｍ 熱伝導率； 0.07 cal/cm・s・℃ カーボン占有率；98％ 摺動面硬度； 102
用意し、それぞれ上述と同様にして摺動試験を行った。 ［比較例１］黒鉛化質のカーボンを基材とし、摺動面を
含む表層部を厚さ4mm の範囲でＳｉＣ化してカーボン−
ＳｉＣ質複合組織とした摺動材料からなり、次のような
物性を有する。 (1) カーボン基材 気孔率； 32％ 平均気孔直径； 0.68μｍ 熱伝導率； 0.25 cal/cm・s・℃ (2) カーボン−ＳｉＣ質複合組織からなる摺動面 ＳｉＣ占有率； 52％ カーボン占有率；43％ 摺動面硬度； 72 ［比較例２］摺動面を含む表層部をＳｉＣ化していない
高強度無含浸カーボンを基材とする摺動材料からなり、
次のような物性を有する。 気孔率； 2 ％ 平均気孔直径； 0.07μｍ 熱伝導率； 0.07 cal/cm・s・℃ カーボン占有率；98％ 摺動面硬度； 102
【００２２】図３に示す試験結果を参照すると、双方と
も摺動面を含む表層部がカーボン−ＳｉＣ質複合組織か
らなる実施例による固定環供試体と比較例１の固定環供
試体は、シール液Ｓとして低粘性のISO VG＃32を用いて
その圧力を低圧（30kg/cm2）とした場合は、試験結果に
顕著な差はないが、上記ISO VG＃32の圧力を高圧（50kg
/cm2）とした場合や、シール液Ｓとして高粘性のISO VG
＃150 を用いた場合は、摺動面におけるＳｉＣ占有率の
大きい比較例１の固定環供試体は摺動面が高温になり、
摺動相手である超硬合金からなる回転環供試体１０６，
１０７の摩耗を伴う面荒れの発生が見られた。特に、IS
O VG＃150 を用いて高圧とした試験条件の場合は、比較
例１の固定環供試体の摺動面には面荒れのほかに内径部
の欠けも発生していた。
も摺動面を含む表層部がカーボン−ＳｉＣ質複合組織か
らなる実施例による固定環供試体と比較例１の固定環供
試体は、シール液Ｓとして低粘性のISO VG＃32を用いて
その圧力を低圧（30kg/cm2）とした場合は、試験結果に
顕著な差はないが、上記ISO VG＃32の圧力を高圧（50kg
/cm2）とした場合や、シール液Ｓとして高粘性のISO VG
＃150 を用いた場合は、摺動面におけるＳｉＣ占有率の
大きい比較例１の固定環供試体は摺動面が高温になり、
摺動相手である超硬合金からなる回転環供試体１０６，
１０７の摩耗を伴う面荒れの発生が見られた。特に、IS
O VG＃150 を用いて高圧とした試験条件の場合は、比較
例１の固定環供試体の摺動面には面荒れのほかに内径部
の欠けも発生していた。
【００２３】すなわち、比較例１の固定環供試体は、摺
動面が、ＳｉＣ化部分が支配的なカーボン−ＳｉＣ質複
合組織であるため、摺動面粗さが小さくなり、摺動面間
へのシール液Ｓの介入による潤滑液膜が形成されにくく
なり、したがって、シール液Ｓの粘性が高い場合や高圧
である場合に摺動面に潤滑不足となって、摩擦熱による
高温化や、固体接触による摺動負荷の増大によって、面
荒れや欠けが発生し、更に面荒れに伴うＳｉＣ化部分の
脱落によって回転環供試体側の面荒れや摩耗を惹き起こ
したものと考えられる。これに対し、実施例の固定環供
試体は、摺動面がカーボン占有率の高いカーボン−Ｓｉ
Ｃ質複合組織からなるため、いずれの条件でも安定した
摺動特性が得られた。一方、カーボンのみからなる比較
例２の固定環供試体は、実施例及び比較例１のように摺
動面を含む表層部にカーボン−ＳｉＣ質複合組織を形成
したものに比較して摺動面温度が高くなり、シール液Ｓ
として粘性が高いISO VG＃150 を用いた場合にカーボン
ブリスタが発生し、多量の漏れとなった。
動面が、ＳｉＣ化部分が支配的なカーボン−ＳｉＣ質複
合組織であるため、摺動面粗さが小さくなり、摺動面間
へのシール液Ｓの介入による潤滑液膜が形成されにくく
なり、したがって、シール液Ｓの粘性が高い場合や高圧
である場合に摺動面に潤滑不足となって、摩擦熱による
高温化や、固体接触による摺動負荷の増大によって、面
荒れや欠けが発生し、更に面荒れに伴うＳｉＣ化部分の
脱落によって回転環供試体側の面荒れや摩耗を惹き起こ
したものと考えられる。これに対し、実施例の固定環供
試体は、摺動面がカーボン占有率の高いカーボン−Ｓｉ
Ｃ質複合組織からなるため、いずれの条件でも安定した
摺動特性が得られた。一方、カーボンのみからなる比較
例２の固定環供試体は、実施例及び比較例１のように摺
動面を含む表層部にカーボン−ＳｉＣ質複合組織を形成
したものに比較して摺動面温度が高くなり、シール液Ｓ
として粘性が高いISO VG＃150 を用いた場合にカーボン
ブリスタが発生し、多量の漏れとなった。
【００２４】以上のような試験結果から、摺動面を含む
カーボン表層部をＳｉＣ化してその占有率を適切に設定
することによって、図４に示す撹拌機２の軸封部のよう
な低速回転・高圧条件でも安定した摺動状態が得られる
ことが分かる。
カーボン表層部をＳｉＣ化してその占有率を適切に設定
することによって、図４に示す撹拌機２の軸封部のよう
な低速回転・高圧条件でも安定した摺動状態が得られる
ことが分かる。
【００２５】なお、上記実施例においては、本発明をメ
カニカルシールの固定環に適用した場合について説明し
たが、回転環についても同様に実施することができる。
カニカルシールの固定環に適用した場合について説明し
たが、回転環についても同様に実施することができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明に係るメカニカルシール用摺動材
料によると、低速回転・高圧条件でも良好な流体潤滑を
図ることができ、しかも液体潤滑膜の欠如から摺動面同
士が固体接触状態となっても、自己潤滑性及び放熱性に
優れているため、異常発熱や摺動面のかじり現象を抑制
することができ、反応装置の撹拌機の軸封装置としても
優れた耐久性及びシール性が実現される。
料によると、低速回転・高圧条件でも良好な流体潤滑を
図ることができ、しかも液体潤滑膜の欠如から摺動面同
士が固体接触状態となっても、自己潤滑性及び放熱性に
優れているため、異常発熱や摺動面のかじり現象を抑制
することができ、反応装置の撹拌機の軸封装置としても
優れた耐久性及びシール性が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を反応装置の撹拌機の軸封装置として用
いられるメカニカルシールの固定環に適用した実施形態
を示す説明図である。
いられるメカニカルシールの固定環に適用した実施形態
を示す説明図である。
【図２】メカニカルシール用摺動材料の摺動試験に用い
る試験機の概略構成を示す説明図である。
る試験機の概略構成を示す説明図である。
【図３】本発明に係るメカニカルシール用摺動材料の実
施例としての固定環供試体及び比較例としての固定環供
試体の摺動試験結果を示す説明図である。
施例としての固定環供試体及び比較例としての固定環供
試体の摺動試験結果を示す説明図である。
【図４】薬液等を混合して反応させる反応装置の概略構
成を示す説明図である。
成を示す説明図である。
３３ 固定環（摺動材料） ３３ａ 摺動面 ３５ 回転環（摺動材料） ３５ａ 摺動面
Claims (2)
- 【請求項１】 カーボンを基材とし、摺動面を含む表層
部を部分的にＳｉＣ質に転換してカーボン−ＳｉＣ質複
合組織とした摺動材料であって、 前記カーボン基材は、気孔率が 5〜20％、平均気孔直径
が0.05〜１μｍの気孔を有し、熱伝導率が0.05〜0.4cal
/cm・s・℃の黒鉛質であることを特徴とするメカニカルシ
ール用摺動材料。 - 【請求項２】 請求項１の記載において、 摺動面におけるカーボン占有率が50〜90％、ＳｉＣ占有
率が10〜50％であることを特徴とするメカニカルシール
用摺動材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8221856A JPH1053480A (ja) | 1996-08-06 | 1996-08-06 | メカニカルシール用摺動材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8221856A JPH1053480A (ja) | 1996-08-06 | 1996-08-06 | メカニカルシール用摺動材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1053480A true JPH1053480A (ja) | 1998-02-24 |
Family
ID=16773267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8221856A Pending JPH1053480A (ja) | 1996-08-06 | 1996-08-06 | メカニカルシール用摺動材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1053480A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008175182A (ja) * | 2007-01-22 | 2008-07-31 | Ebara Corp | 多段高圧ポンプ |
| JP2014238374A (ja) * | 2013-06-10 | 2014-12-18 | 株式会社Ihi | メカニカルシール |
-
1996
- 1996-08-06 JP JP8221856A patent/JPH1053480A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008175182A (ja) * | 2007-01-22 | 2008-07-31 | Ebara Corp | 多段高圧ポンプ |
| JP2014238374A (ja) * | 2013-06-10 | 2014-12-18 | 株式会社Ihi | メカニカルシール |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050601 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051130 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060329 |