JPS597659Y2 - メカニカルシ−ル用密封端面材 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、メカニカルシールに適用される密封端面材に
係り、特に耐熱性と機械的強度に優れたメカニカルシー
ル用密封端面材に関する。

従来、メカニカルシール用の密封端面材として、炭化ケ
イ素の優れた特性を利用して、カーボン基村上に炭化ケ
イ素の皮膜を、例えば、ＣＶＤ法（化学蒸着法）の如く
、公知生或手段にて形威せしめたものがある。

しかしながら基材はカーボンを用いているため炭化ケイ
素に比して機械強度（特にヤング率）が小さいので、高
圧条件下において使用するときカーボン基材に歪が生じ
るため皮膜形威された炭化ケイ素の特性を充分に発揮す
ることが出来なかった。

従ってカーボン基村上に炭化ケイ素の皮膜を形威せしめ
たものがメカニカルシールの密封端面材として広く産業
用途に供せられようとするとき、負荷条件等の適用範囲
がら自づと制約される実状があった。

本考案は前述した事情に鑑みなされたもので、従来の欠
点を解決し、本考案者らの独自の研究の結果、非常に優
れたメカニカルシール用密封端面材を提供しようとする
ものである。

以下、本考案を詳細に説明する。

密封端面材としての基材となるべき基材の表面を被覆す
る炭化ケイ素の特性を充分に発揮できをる基材としては
、機械的強度（特にヤング率）に優れ、高負荷（通常、
メカニカルシールではＰｖ値にて、１５００ｋｇ／ｃｍ
２・ｍ／Ｓ程度であるがこれ以上の負荷の意）に対して
歪を生じない材料が必要であり、同時に高熱伝導率（熱
を放散しやすいの意）を具備し、さらに炭化ケイ素と比
較的差の少ない熱膨張係数を持つ材料から選ばれなけれ
ばならない。

そこで種々の特性に優れ、非常に高い負荷条件に耐える
密封端面材を得るべく、本考案者らの研究の結果、カー
ボン基材にかわる基材としては、金属炭化物が好ましい
ことがわかった。

即ち金属材料では、熱伝導の点でよいが、基材に被覆さ
れる皮膜との熱膨張係数と接合（接着）および耐負荷の
各点で問題を残し、また金属酸化物ないし金属酸化物を
含む複合材では、熱伝導の点で悪く、また熱膨張係数の
点でも問題を残すため等による。

従って、基材として好ましい金属炭化物としては、例え
ば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、タングステンカーバイト（
ＷＣ）、チタンカーバイト（ＴｉＣ）、ニオブカーバイ
｝ （Ｎｂｃ）等の炭化物を意味するものであるが、こ
の金属炭化物からなる基材の表面に化学蒸着による純枠
な炭化ケイ素からなる蒸着被覆層を形威せしめるので、
基材となる金属炭化物としては、特に炭化ケイ素の戒形
体が良い。

即ち、メカニ力ルシール用密封端面材が、高速度で摺動
しつつ押圧力による剪断力とが複合された負荷を受ける
ので、多大な発熱を生じるので、基材としては、純枠な
炭化ケイ素からなる蒸着被覆層と同じ熱膨張係数をもつ
炭化ケイ素の戒形体からなる基材が特に好ましい。

この化学蒸着法を採用すれば、スパッタリングのような
物理蒸着と異なり、ち密でツンポーラスな蒸着被覆層が
厚く、しかも速く形或することが出来るだけでなく、１
００％純枠な炭化ケイ素の蒸着被覆層が形或される。

このようにして得られたメカニカルシール用密封端面材
は後述するように非常に優れた密封端面材としての特性
を有することがわかり、多大な効果を奏するに至った。

つまり、密封端面材の基材となる炭化ケイ素からなる金
属炭化物を基材とした本考案品は、耐摩耗特性は、純枠
な炭化ケイ素にて直接受けると共に、負荷は基材にて受
けるので、歪を全く生じなく、接着剤も一切不要であり
ながらも接合強度も強く、良い熱伝導性を示し、熱膨張
の問題点等も全くない極めて相乗的に優れたものが得ら
れた。

そして炭化ケイ素からなる金属炭化物を基材とした本考
案品の場合、ホットプレートやフリーシンターリング等
の手段によって得られた炭化ケイ素の戒形体を基材とし
て用いることになるが、この場合基材となる炭化ケイ素
の戒形体は、密度が低くポーラスのある或形体でも利用
できる。

しかしながら、一方において、炭化ケイ素の或形体から
なる基材の表面に炭化ケイ素からなる蒸着被覆層を形威
せしめることは一見、重複したような技術であり、密度
が高く高性能の炭化ケイ素の戊形体からなる基材のみを
用いれば良いのではないかという考えが、考案者らの初
期の研究段階においてあった。

けれども密度が高く、高性能の炭化ケイ素の戒形体を得
るには、多大の設備が必要でありまたコスト高となる。

そして産業界においてどちらかといえば工業生産できる
段階でなく試験研究段階の域を超えていないのが実情の
ようである。

また密度が高く高性能の炭化ケイ素の戊形体を製造する
には、１００％の純枠な炭化ケイ素を得ることは技術上
不可能であり、その製造過程中に何んらかの添加物が混
入されている。

従ってこのような密度の高い高性能の炭化ケイ素の戒形
体のみにて、密封端面材として供した場合、或種の薬品
流体によっては、添加物を腐食する懸念がある。

本考案では、このような炭化ケイ素の或形体をも基材と
なすもので、この基材の所望する任意表面または、要す
れば表面の全面に１００％の純粋な炭化ケイ素からなる
蒸着被覆層を形或したメカニカルシール用密封端面材な
ので、耐食性をさらに向上できる。

なお、密度が低くポーラスな戒形体である炭化ケイ素を
基材として利用し、この基材の表面に純粋な炭化ケイ素
の蒸着被覆層を形或したものは、基材のポーラスを蒸着
被覆層によって埋めることが出来、封孔処理が出来る等
の効果がある。

ところで、基材としてカーボンを用いた場合の密封端面
材と本考案品とを対比すると、例えば、カーボン基材の
ものは、どうしても密封しようとする流体がカーボン中
に浸透し、それによる洩れ現象を生じるため、カーボン
に樹脂注入する必要があり、同時に樹脂注入による焼付
や浮上り等の問題を生じせしめている。

本考案に係るメカニカルシール用密封端面材は、このよ
うな問題を一挙に解決した。

また、密封端面材としてカーボン基材を用いたとき生じ
る歪の問題も考案によって解決された。

因みにカーボンのヤング率は２Ｘ１０４〜３×１０４
ｋｇ／ｃｍ２であるのに対し炭化ケイ素（或形体）では
約２ ．７ Ｘ １０６ｋｇ／ｃｍ２であった。

なお、第１図は、本考案の好適な一実施例図である。

第１図において１はメカニカルシールに供せられる密封
端面材、２は炭化ケイ素からなる蒸着被覆層であり、ホ
ットプレスによって得られた炭化ケイ素或形体を基材３
として用いた場合を示すものである。

この炭化ケイ素からなる基材３の表面に化学蒸着方法、
即ちケイ素化合物ガスと炭素化合物ガスとの混合ガスを
キャリアガス（Ｈ２）と共に流して分解反応させる方法
によって厚さ約５００μｍの純粋な炭化ケイ素からなる
蒸着被覆層２を形威せしめた。

このようにして得られた密封端面材１は、従来のもの、
従えばタングステンカーバイトのみからなる密封端面材
に比して、負荷条件としてのｐｖ値を１５００ ｋｇ／
ｃｍ２ｅ ｍ／ Ｓから３０００ｋｇ／ｃｍ２・ｍ／Ｓ
の如く約２倍に向上しており、しかも前述したようにヤ
ング率も高く、これによる耐歪性を良好しており、また
耐摩耗性も向上しており、これらの特性から密封性能も
著しるしく良好であることがわかった。

また第２図で示した他の実施例の如く、特に耐食性、耐
スラリー性等を具備させたときは、基材４の表面を全面
被覆した蒸着被覆層５を形威せしめてもよい。

なお、ここで耐摩耗性と密封性どの実験したので、実験
例を示す。

実験例 流体：工業用水、流体圧力：３０ｋｇ／ｃｍ２、軸回転
数：毎分３６００回転、メカニカルシール軸径：φ４０
ｍｍ、実験時間：１００時間なる実験条件を選定し、
実験に供する試料は、従来品がら、カーボン，単体（試
料ＮＯ．１）とチタンカーバイト（試料ＮＯ．２）およ
び本考案品密度２．９の炭化ケイ素の戒形体からなる基
材の表面に１００μｍ厚さの純粋な炭化ケイ素からなる
蒸着被覆層を形或した密封端面材）を各々選び、メカニ
カルシールとしての密封端面材の組合せを次の３種類、
即ちＡ：試料ＮＯ．１と試料ＮＯ，２、Ｂ：試料ＮＯ．
１と本考案品、Ｃ：本考案品と本考案品にて実験をした
。

実験結果を下表に示す。

以上のように実験から、本考案品がメカニカルシール用
密封端面材として優れていることが確認された。

以上、詳述したように本考案に係るメカニカルシール用
密封端面材は基材として従来用いられていたカーボン材
に変え、優れた機械強度を有し高負荷に対し耐歪性があ
りしかも高熱伝導率を具備した炭化ケイ素の或形体から
なる基材を用い、この基材の任意表面または、要すれば
、表面の全面に炭化ケイ素からなる蒸着被覆層を形或し
た密封端面材なので、接合剤等の不純物を一切不要であ
りかつ、熱膨張差による不都合をも解消した相乗的効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

図面、第１図と第２図は何れも本考案に係るメカニカル
シール用密封端面材の実施例図を示す断面図である。 １・・・・・・密封端面材、２，５・・・・・・蒸着被
覆層、３，４・・・・・・基材。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 炭化ケイ素の戒形体からなる基材の表面に純枠な炭化ケ
   イ素からなる蒸着被覆層を形威せしめたことを特徴とす
   るメカニカルシール用密封端面材。