JPH11236976A - 摺動材 - Google Patents
摺動材Info
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- JPH11236976A JPH11236976A JP5737298A JP5737298A JPH11236976A JP H11236976 A JPH11236976 A JP H11236976A JP 5737298 A JP5737298 A JP 5737298A JP 5737298 A JP5737298 A JP 5737298A JP H11236976 A JPH11236976 A JP H11236976A
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- JP
- Japan
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- sliding
- hard
- dimples
- titanium
- dimple
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐摩耗性に優れると共に靭性が大きく、かつ
安価に製作することのできる摺動材とする。 【解決手段】 下地金属材料1を環状に加工し、摺動面
となる端面に、下地ディンプル1aを加工し、更に、ア
ルミナ、酸化クロム、酸化ニッケル等の硬質材料を溶射
するか、あるいはアモルファスカーボン、ダイヤモンド
ライクカーボン、炭化珪素、炭化チタン、窒化チタン、
炭窒化チタン、窒化珪素等の硬質材料をプラズマCVD
又はPVDにより蒸着して成膜する。これによって、摺
動面となる表面に硬質皮膜2が被着されると共に、下地
ディンプル1aと対応するディンプル2aが形成され
る。
安価に製作することのできる摺動材とする。 【解決手段】 下地金属材料1を環状に加工し、摺動面
となる端面に、下地ディンプル1aを加工し、更に、ア
ルミナ、酸化クロム、酸化ニッケル等の硬質材料を溶射
するか、あるいはアモルファスカーボン、ダイヤモンド
ライクカーボン、炭化珪素、炭化チタン、窒化チタン、
炭窒化チタン、窒化珪素等の硬質材料をプラズマCVD
又はPVDにより蒸着して成膜する。これによって、摺
動面となる表面に硬質皮膜2が被着されると共に、下地
ディンプル1aと対応するディンプル2aが形成され
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機器の回転軸周で
流体を密封するメカニカルシールにおいて回転軸側の密
封要素もしくはこれに摺接する静止側の密封要素として
用いられる摺動材に関するものである。
流体を密封するメカニカルシールにおいて回転軸側の密
封要素もしくはこれに摺接する静止側の密封要素として
用いられる摺動材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】メカニカルシールは、回転軸側に設けら
れてこの回転軸と共に回転する摺動材と、非回転のハウ
ジング側に設けられた静止側の摺動材とが軸心と直交す
る端面同士で密接摺動することにより、軸周における流
体の漏洩を阻止するものであるため、その摺動材には、
優れた耐摩耗性や摺動特性が要求される。このため、摺
動材の材料としては、耐摩耗性に優れた炭化珪素、アル
ミナ等の硬質材あるいは自己潤滑性に優れたカーボン等
が用いられる。
れてこの回転軸と共に回転する摺動材と、非回転のハウ
ジング側に設けられた静止側の摺動材とが軸心と直交す
る端面同士で密接摺動することにより、軸周における流
体の漏洩を阻止するものであるため、その摺動材には、
優れた耐摩耗性や摺動特性が要求される。このため、摺
動材の材料としては、耐摩耗性に優れた炭化珪素、アル
ミナ等の硬質材あるいは自己潤滑性に優れたカーボン等
が用いられる。
【0003】等温非圧縮性流体による潤滑下で平面同士
を摺動させた場合、前記平面が極めて平滑であれば、摺
動面間には理論的には定常状態において潤滑液膜は形成
されないが、実際のメカニカルシールでは、摺動面上に
生じた微小なうねりや、表面粗さ等の要因によって、潤
滑液膜が形成される。しかし、摺動中は、前記うねりや
表面粗さは摩擦熱等によって変化しており、この変化に
伴う潤滑液膜の厚さの変動によって、摺動面における摩
擦係数や発熱量も変動するため、摺動材をPV値等の著
しく高い過酷な条件で使用すると、摩擦係数の平均値や
最大値及び摺動発熱量が増大して、摺動面の微小な変質
や破壊等が進展する。
を摺動させた場合、前記平面が極めて平滑であれば、摺
動面間には理論的には定常状態において潤滑液膜は形成
されないが、実際のメカニカルシールでは、摺動面上に
生じた微小なうねりや、表面粗さ等の要因によって、潤
滑液膜が形成される。しかし、摺動中は、前記うねりや
表面粗さは摩擦熱等によって変化しており、この変化に
伴う潤滑液膜の厚さの変動によって、摺動面における摩
擦係数や発熱量も変動するため、摺動材をPV値等の著
しく高い過酷な条件で使用すると、摩擦係数の平均値や
最大値及び摺動発熱量が増大して、摺動面の微小な変質
や破壊等が進展する。
【0004】例えば、炭化珪素等の硬質摺動材は、自己
潤滑性を有するカーボンからなる摺動材と組み合わせて
使用した場合に、摩擦熱によってカーボン側の摺動面に
ブリスタと呼ばれる火膨れによる虫食い状の異常損耗が
しばしば発生することが知られている。このような摺動
面の破壊は、摺動面間の液体潤滑膜が完全に消滅したた
めに発生するものである。
潤滑性を有するカーボンからなる摺動材と組み合わせて
使用した場合に、摩擦熱によってカーボン側の摺動面に
ブリスタと呼ばれる火膨れによる虫食い状の異常損耗が
しばしば発生することが知られている。このような摺動
面の破壊は、摺動面間の液体潤滑膜が完全に消滅したた
めに発生するものである。
【0005】そこで近年は、摺動特性の向上を図るため
に、摺動面に多数のディンプルを規則的な配列パターン
で形成した摺動材が開発されている。この種の摺動材に
よれば、上述した摺動面でのブリスタ等の発生を有効に
防止することができる。これは、摺動面に形成された多
数のディンプルが潤滑液溜りとして機能することによっ
て、過酷な摺動条件でも安定した潤滑液膜を形成し、ま
た、スパイラル状の方向性をもったディンプルが摺動面
に介入する潤滑液にポンプ作用を与えることによって、
潤滑液膜の厚さ及び密封対象液の漏洩量を適切に制御
し、摺動面の潤滑及び冷却が促されるからである。
に、摺動面に多数のディンプルを規則的な配列パターン
で形成した摺動材が開発されている。この種の摺動材に
よれば、上述した摺動面でのブリスタ等の発生を有効に
防止することができる。これは、摺動面に形成された多
数のディンプルが潤滑液溜りとして機能することによっ
て、過酷な摺動条件でも安定した潤滑液膜を形成し、ま
た、スパイラル状の方向性をもったディンプルが摺動面
に介入する潤滑液にポンプ作用を与えることによって、
潤滑液膜の厚さ及び密封対象液の漏洩量を適切に制御
し、摺動面の潤滑及び冷却が促されるからである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭化珪
素やアルミナ等のファインセラミックスは硬質ではある
が破壊靭性値が著しく小さく、すなわち脆いといった問
題が指摘される。したがって、このような材料からなる
摺動材を回転軸側の密封要素として用いた場合、回転速
度が極めて高速になると、遠心力による内部引張応力が
増大して破損してしまう恐れがあり、運搬中や装着作業
時の衝撃によっても破損の恐れがある。また、摺動材全
体をこのようなファインセラミックスで製作すると、材
料コストが嵩むといった問題も指摘される。
素やアルミナ等のファインセラミックスは硬質ではある
が破壊靭性値が著しく小さく、すなわち脆いといった問
題が指摘される。したがって、このような材料からなる
摺動材を回転軸側の密封要素として用いた場合、回転速
度が極めて高速になると、遠心力による内部引張応力が
増大して破損してしまう恐れがあり、運搬中や装着作業
時の衝撃によっても破損の恐れがある。また、摺動材全
体をこのようなファインセラミックスで製作すると、材
料コストが嵩むといった問題も指摘される。
【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、耐摩耗性
に優れると共に靭性が大きく、かつ安価に製作すること
ができる摺動材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、耐摩耗性
に優れると共に靭性が大きく、かつ安価に製作すること
ができる摺動材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
効に解決するための手段として、本発明に係る摺動材
は、環状の下地金属材料の表面に硬質皮膜が被着され、
摺動面全域に、略一定の断面形状を有する多数のディン
プルを規則的な配列パターンで形成することによって、
ディンプルによる潤滑液膜の厚さ及び密封対象液の漏洩
量の適切な制御機能をもたせ、下地金属材料による強靭
性と、その摺動面を含む表面に被着した硬質皮膜による
耐摩耗性を得るものである。前記下地金属材料として
は、例えば工具鋼、ステンレス鋼、アルミニウム等の一
般的な金属材料や、あるいは高合金鋼等の特殊金属材料
から、密封対象流体の特性、温度あるいは材料価格等を
考慮して適切に選択される。
効に解決するための手段として、本発明に係る摺動材
は、環状の下地金属材料の表面に硬質皮膜が被着され、
摺動面全域に、略一定の断面形状を有する多数のディン
プルを規則的な配列パターンで形成することによって、
ディンプルによる潤滑液膜の厚さ及び密封対象液の漏洩
量の適切な制御機能をもたせ、下地金属材料による強靭
性と、その摺動面を含む表面に被着した硬質皮膜による
耐摩耗性を得るものである。前記下地金属材料として
は、例えば工具鋼、ステンレス鋼、アルミニウム等の一
般的な金属材料や、あるいは高合金鋼等の特殊金属材料
から、密封対象流体の特性、温度あるいは材料価格等を
考慮して適切に選択される。
【0009】硬質皮膜としては、アルミナ、酸化クロ
ム、酸化ニッケル等の硬質材料から選択された材料を下
地金属材料に溶射することにより形成されたものや、あ
るいはアモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカー
ボン、炭化珪素、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタ
ン、窒化珪素等の硬質材料から選択された材料を下地金
属材料に蒸着することによって形成されたものが好適で
ある。
ム、酸化ニッケル等の硬質材料から選択された材料を下
地金属材料に溶射することにより形成されたものや、あ
るいはアモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカー
ボン、炭化珪素、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタ
ン、窒化珪素等の硬質材料から選択された材料を下地金
属材料に蒸着することによって形成されたものが好適で
ある。
【0010】ディンプルの配列パターンとしては、例え
ば摺動方向に対して傾斜したスパイラル状の方向性をも
って形成することによって、摺動面間に介入する潤滑液
に対するポンプ作用を奏するため、潤滑液膜の厚さ及び
密封対象液の漏洩量を適切に制御することができる。
ば摺動方向に対して傾斜したスパイラル状の方向性をも
って形成することによって、摺動面間に介入する潤滑液
に対するポンプ作用を奏するため、潤滑液膜の厚さ及び
密封対象液の漏洩量を適切に制御することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る摺動材の一
実施形態を示す摺動面付近の概略的な断面斜視図で、以
下のような方法により製作されたものである。まず工具
鋼、ステンレス鋼、アルミニウム等の一般的な金属材料
や、あるいは高合金鋼等の特殊金属材料から選定した下
地金属材料1を環状に加工し、摺動面となる端面(軸心
と垂直な平面)に、下地ディンプル1aの加工を行う。
その方法としては、公知のサンドブラスト用感光フィル
ムを保護マスクとして用いたサンドブラスト加工や、あ
るいはエッチングによる加工法を採用することができ
る。
実施形態を示す摺動面付近の概略的な断面斜視図で、以
下のような方法により製作されたものである。まず工具
鋼、ステンレス鋼、アルミニウム等の一般的な金属材料
や、あるいは高合金鋼等の特殊金属材料から選定した下
地金属材料1を環状に加工し、摺動面となる端面(軸心
と垂直な平面)に、下地ディンプル1aの加工を行う。
その方法としては、公知のサンドブラスト用感光フィル
ムを保護マスクとして用いたサンドブラスト加工や、あ
るいはエッチングによる加工法を採用することができ
る。
【0012】次に、下地ディンプル1aを形成した下地
金属材料1の表面に、アルミナ、酸化クロム、酸化ニッ
ケル等の硬質材料を溶射するか、あるいはアモルファス
カーボン、ダイヤモンドライクカーボン、炭化珪素、炭
化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、窒化珪素等の硬
質材料をプラズマCVD又はPVDにより蒸着して成膜
する。これによって、摺動面となる表面に硬質皮膜2が
被着されると共に、下地ディンプル1aと対応するディ
ンプル2aが形成される。下地金属材料1の表面に加工
する下地ディンプル1aの大きさは、硬質皮膜2の膜厚
及び成膜後の最終的なディンプル2aの大きさを考慮し
て決定される。図示の例においては、ディンプル2aの
平面形状が長円形であり、その長手方向が摺動方向(摺
動材の円周方向)に対して角度θで傾斜したスパイラル
状の方向性をもって形成されている。
金属材料1の表面に、アルミナ、酸化クロム、酸化ニッ
ケル等の硬質材料を溶射するか、あるいはアモルファス
カーボン、ダイヤモンドライクカーボン、炭化珪素、炭
化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、窒化珪素等の硬
質材料をプラズマCVD又はPVDにより蒸着して成膜
する。これによって、摺動面となる表面に硬質皮膜2が
被着されると共に、下地ディンプル1aと対応するディ
ンプル2aが形成される。下地金属材料1の表面に加工
する下地ディンプル1aの大きさは、硬質皮膜2の膜厚
及び成膜後の最終的なディンプル2aの大きさを考慮し
て決定される。図示の例においては、ディンプル2aの
平面形状が長円形であり、その長手方向が摺動方向(摺
動材の円周方向)に対して角度θで傾斜したスパイラル
状の方向性をもって形成されている。
【0013】通常、加工可能なディンプルの最小径は5
0μm程度であるが、上述の方法によれば、硬質皮膜2
の表面に形成されるディンプル2aは、下地金属材料の
表面に形成された下地ディンプル1aより膜厚の分だけ
小さくなるので、50μmより小径のディンプル2aを
形成することも可能である。しかも、下地ディンプル1
aの縁部が鋭く立ち上がっていても、硬質皮膜2によっ
てディンプル2aの縁部は湾曲面となるので、相手摺動
材に対する攻撃性(おろし金作用)も少なくなる。ま
た、下地金属材料1の表面への下地ディンプル1aの加
工は、硬質材料へのディンプル加工に比較して容易に行
うことができる。
0μm程度であるが、上述の方法によれば、硬質皮膜2
の表面に形成されるディンプル2aは、下地金属材料の
表面に形成された下地ディンプル1aより膜厚の分だけ
小さくなるので、50μmより小径のディンプル2aを
形成することも可能である。しかも、下地ディンプル1
aの縁部が鋭く立ち上がっていても、硬質皮膜2によっ
てディンプル2aの縁部は湾曲面となるので、相手摺動
材に対する攻撃性(おろし金作用)も少なくなる。ま
た、下地金属材料1の表面への下地ディンプル1aの加
工は、硬質材料へのディンプル加工に比較して容易に行
うことができる。
【0014】
【実施例】図2は、以下に説明する摺動試験を行うメカ
ニカルシール試験機を概略的に示すものである。すなわ
ちこのメカニカルシール試験機は、試料である固定環1
0をガスケット12を介して非回転状態に支持するケー
シング11と、このケーシング11の内周に回転自在に
挿通された回転軸13と、この回転軸13の外周にパッ
キン14を介して軸方向移動自在に支持され前記固定環
1と軸方向に対向される回転環15と、この回転環15
を軸方向に付勢してその摺動面を前記固定環1の摺動面
に密接させるバネ16とを備え、ケーシング11〜回転
環15による密封空間には密封対象液Wが封入される。
ニカルシール試験機を概略的に示すものである。すなわ
ちこのメカニカルシール試験機は、試料である固定環1
0をガスケット12を介して非回転状態に支持するケー
シング11と、このケーシング11の内周に回転自在に
挿通された回転軸13と、この回転軸13の外周にパッ
キン14を介して軸方向移動自在に支持され前記固定環
1と軸方向に対向される回転環15と、この回転環15
を軸方向に付勢してその摺動面を前記固定環1の摺動面
に密接させるバネ16とを備え、ケーシング11〜回転
環15による密封空間には密封対象液Wが封入される。
【0015】上述のメカニカルシール試験機に、固定環
10として下記の実施例の摺動材を組み込んだ場合と比
較例の摺動材を組み込んだ場合の摺動試験を行い、その
結果を比較した。 実施例 固定環10として、36Ni−Fe合金からなる下地金
属材料の表面にCVD法によって厚さ30μmの炭化珪
素皮膜を形成し、その摺動面に、幅60μm、長さ12
0μmの略楕円形であって、長径を摺動方向(固定環1
0の円周方向)に対して45°傾斜させたディンプル
を、摺動面の面積に対し8%の面積率で有するものを用
いた。 比較例 固定環10として、炭化珪素のみからなる材料に、ディ
ンプルを実施例と同様に形成したものを用いた。
10として下記の実施例の摺動材を組み込んだ場合と比
較例の摺動材を組み込んだ場合の摺動試験を行い、その
結果を比較した。 実施例 固定環10として、36Ni−Fe合金からなる下地金
属材料の表面にCVD法によって厚さ30μmの炭化珪
素皮膜を形成し、その摺動面に、幅60μm、長さ12
0μmの略楕円形であって、長径を摺動方向(固定環1
0の円周方向)に対して45°傾斜させたディンプル
を、摺動面の面積に対し8%の面積率で有するものを用
いた。 比較例 固定環10として、炭化珪素のみからなる材料に、ディ
ンプルを実施例と同様に形成したものを用いた。
【0016】この摺動試験は下記の条件で行い、摺動面
における摩擦係数、固定環10の摺動面から1mmの深
さにおける温度、100時間摺動後の固定環10及び回
転環15の摺動面摩耗量を測定した。 試験条件 (1) 回転環15の材質 樹脂含浸カーボン (2) 密封対象液W 水道水 (3) 摺動面の周速 8.69m/s (4) 密封対象液Wの温度 25℃ (5) 摺動面の面圧 1.1MPa
における摩擦係数、固定環10の摺動面から1mmの深
さにおける温度、100時間摺動後の固定環10及び回
転環15の摺動面摩耗量を測定した。 試験条件 (1) 回転環15の材質 樹脂含浸カーボン (2) 密封対象液W 水道水 (3) 摺動面の周速 8.69m/s (4) 密封対象液Wの温度 25℃ (5) 摺動面の面圧 1.1MPa
【0017】上記試験の結果は、実施例及び比較例共ほ
ぼ同じ測定値が得られ、平均の摩擦係数=0.06、固
定環10の摺動面から1mmの深さにおける温度=33
℃であり、固定環10の摩耗量≒0、回転環15の摩耗
量=0.1μmであった。したがって実施例の摺動材
は、炭化珪素のみからなる摺動材と同様の摺動性が得ら
れることが確認された。
ぼ同じ測定値が得られ、平均の摩擦係数=0.06、固
定環10の摺動面から1mmの深さにおける温度=33
℃であり、固定環10の摩耗量≒0、回転環15の摩耗
量=0.1μmであった。したがって実施例の摺動材
は、炭化珪素のみからなる摺動材と同様の摺動性が得ら
れることが確認された。
【0018】
【発明の効果】本発明の摺動材によると、摺動面に形成
されたディンプルによって潤滑液膜の厚さ及び密封対象
液の漏洩量の適切な制御機能をもたせ、摺動面に硬質皮
膜を被着したことによって耐摩耗性を得るものであるた
め、全体が前記硬質皮膜と同材質のファインセラミック
スで製作された摺動材と同等の摺動特性が得られ、しか
も下地金属材料の有する靭性によって耐衝撃性や引張強
度が著しく向上し、全体をファインセラミックスで製作
する場合に比較して材料コスト及び加工コストを著しく
低減することができる。
されたディンプルによって潤滑液膜の厚さ及び密封対象
液の漏洩量の適切な制御機能をもたせ、摺動面に硬質皮
膜を被着したことによって耐摩耗性を得るものであるた
め、全体が前記硬質皮膜と同材質のファインセラミック
スで製作された摺動材と同等の摺動特性が得られ、しか
も下地金属材料の有する靭性によって耐衝撃性や引張強
度が著しく向上し、全体をファインセラミックスで製作
する場合に比較して材料コスト及び加工コストを著しく
低減することができる。
【図1】本発明に係る摺動材の摺動面付近の概略的な拡
大断面図である。
大断面図である。
【図2】摺動材の摺動試験に用いるメカニカルシール試
験機を軸心を通る平面で切断した概略的な半断面図であ
る。
験機を軸心を通る平面で切断した概略的な半断面図であ
る。
1 下地金属材料 1a 下地ディンプル 2 硬質皮膜 2a ディンプル
Claims (3)
- 【請求項1】 環状の下地金属材料の表面に硬質皮膜が
被着され、摺動面全域に、略一定の断面形状を有する多
数のディンプルが規則的な配列パターンで形成されたこ
とを特徴とする摺動材。 - 【請求項2】 請求項1に記載された硬質皮膜が、アル
ミナ、酸化クロム、酸化ニッケル等の硬質材料から選択
され、溶射により形成されたものであることを特徴とす
る摺動材。 - 【請求項3】 請求項1に記載された硬質皮膜が、アモ
ルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、炭化
珪素、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、窒化珪
素等の硬質材料から選択され、蒸着により形成されたも
のであることを特徴とする摺動材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5737298A JPH11236976A (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | 摺動材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5737298A JPH11236976A (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | 摺動材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11236976A true JPH11236976A (ja) | 1999-08-31 |
Family
ID=13053772
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5737298A Withdrawn JPH11236976A (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | 摺動材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11236976A (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1559806A1 (de) * | 2004-01-28 | 2005-08-03 | Ford Global Technologies, LLC, A subsidary of Ford Motor Company | Durch thermisches Spritzen aufgebrachte eisenhaltige Schicht einer Gleitfläche, insbesondere für Zylinderlaufflächen von Motorblöcken |
US7500676B2 (en) * | 2002-04-02 | 2009-03-10 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding element |
JP2009516130A (ja) * | 2005-11-15 | 2009-04-16 | メッカノテクニカ ウンブラ エス.ピー.エー. | ポンプのセラミック製機械用シールリングに対する表面処理工程および前述の工程により得られたリング |
WO2010137521A1 (ja) | 2009-05-25 | 2010-12-02 | イーグル工業株式会社 | シール装置 |
US20160195139A1 (en) * | 2013-09-18 | 2016-07-07 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding parts |
EP2470743A4 (en) * | 2009-08-26 | 2016-07-13 | Baker Hughes Inc | SYNERGIC SURFACE MODIFICATION FOR A BEARING SEAL |
WO2016121739A1 (ja) * | 2015-01-31 | 2016-08-04 | イーグル工業株式会社 | 摺動部品 |
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JP2019015401A (ja) * | 2017-07-04 | 2019-01-31 | イーグル工業株式会社 | メカニカルシール |
JP2019027466A (ja) * | 2017-07-27 | 2019-02-21 | 日本ピラー工業株式会社 | メカニカルシール |
-
1998
- 1998-02-24 JP JP5737298A patent/JPH11236976A/ja not_active Withdrawn
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