JPS6018667A - メカニカルシ−ル - Google Patents
メカニカルシ−ルInfo
- Publication number
- JPS6018667A JPS6018667A JP59083681A JP8368184A JPS6018667A JP S6018667 A JPS6018667 A JP S6018667A JP 59083681 A JP59083681 A JP 59083681A JP 8368184 A JP8368184 A JP 8368184A JP S6018667 A JPS6018667 A JP S6018667A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- zirconia
- tetragonal
- mechanical seal
- mechanical
- crystalline structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
- F16J15/3496—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member use of special materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mechanical Sealing (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
この発明は、ジルコニア焼結体からなるメカニカルシー
ルに関づる。
ルに関づる。
（ロ）従来の技術
メカニカルシールは、機械や器具の摺動面を形成するも
ので、高荷重の下で使用されることから高い機械的強度
と耐摩耗性が要求されている。そのようなメカニカルシ
ールは、従来、はとんど力１鋼で作られている。鋼製の
メカニカルシールＩよ、機械的強度が比較的高く、高荷
重にも耐え得るという利点がある反面、耐食性に劣り、
また特別な場合を除いては油やグリースなどの潤滑剤の
使用が不可欠であるので、比較的高温に晒される場合や
、水中のような特殊な雰囲気下での使用は難しい。
ので、高荷重の下で使用されることから高い機械的強度
と耐摩耗性が要求されている。そのようなメカニカルシ
ールは、従来、はとんど力１鋼で作られている。鋼製の
メカニカルシールＩよ、機械的強度が比較的高く、高荷
重にも耐え得るという利点がある反面、耐食性に劣り、
また特別な場合を除いては油やグリースなどの潤滑剤の
使用が不可欠であるので、比較的高温に晒される場合や
、水中のような特殊な雰囲気下での使用は難しい。
一方、近年、炭化ケイ素や窒化ケイ素、アルミナからな
るメカニカルシールも提案されている。
るメカニカルシールも提案されている。
これらの、いわゆるセラミックス製メカニカルシールは
、セラミックスは本質的に酸化物であるがら錆る心配が
ない。しかしながら、上記いずれのメカニカルシールも
、機械的強度、特に靭性が著しく劣り、脆いという、高
？ｉ１ｍの下で摺動面を形成する部材として致命的な欠
点をもっている。
、セラミックスは本質的に酸化物であるがら錆る心配が
ない。しかしながら、上記いずれのメカニカルシールも
、機械的強度、特に靭性が著しく劣り、脆いという、高
？ｉ１ｍの下で摺動面を形成する部材として致命的な欠
点をもっている。
（ハ）発明が解決しようとする問題点
この発明は、従来のメカニカルシールの上記欠点を解決
し、機械的強度や耐摩耗性が高く、耐久性が優れている
ばかりか、錆る心配のないメカニカルシールを提供する
ことを目的としている。
し、機械的強度や耐摩耗性が高く、耐久性が優れている
ばかりか、錆る心配のないメカニカルシールを提供する
ことを目的としている。
（ニ）問題点を解決するための手段
上記目的を達、成するだめのこの発明は、立方晶系の結
晶構造をもつジルコニア（以下、立方晶ジルコニアとい
う）と正方晶系の結晶構造をもつジルコニア（以下、正
方晶ジルコニアという）が共存しており、かつ正方晶ジ
ルコニアが５〜７０モル％含まれているジルコニア焼結
体からなるメカニカルシールを特徴とするものである。
晶構造をもつジルコニア（以下、立方晶ジルコニアとい
う）と正方晶系の結晶構造をもつジルコニア（以下、正
方晶ジルコニアという）が共存しており、かつ正方晶ジ
ルコニアが５〜７０モル％含まれているジルコニア焼結
体からなるメカニカルシールを特徴とするものである。
この発明をさらに詳細に説明するに、この発明のメカニ
カルシールは、特定の結晶構造をもつジルコニア焼結体
（以下、焼結体という）からなっている。すなわち、そ
の焼結体は、ジルコニアにカルシア、イツトリア、イツ
テリじア、マグネシア、ランタニア、ストロンチア、カ
ルシア・マグネシア、マグネシア・イツトリア、カルシ
ア・マグネシア・イツトリアなどの酸化物を安定化剤と
して固溶させることにより、立方晶ジルコニアと正方晶
ジルコニアを共存せしめてなるものである。
カルシールは、特定の結晶構造をもつジルコニア焼結体
（以下、焼結体という）からなっている。すなわち、そ
の焼結体は、ジルコニアにカルシア、イツトリア、イツ
テリじア、マグネシア、ランタニア、ストロンチア、カ
ルシア・マグネシア、マグネシア・イツトリア、カルシ
ア・マグネシア・イツトリアなどの酸化物を安定化剤と
して固溶させることにより、立方晶ジルコニアと正方晶
ジルコニアを共存せしめてなるものである。
しかも、正方晶ジルコニアを５〜７０モル％含んでいる
。これにより、メカニカルシールが機械的な力を受けｌ
〔場合に、１［方晶ジルコニアが単斜晶系の結晶構造を
もつジルコニア（以下、単斜晶ジルコニアという）に変
態し、その変態に伴う体積膨゛脹が圧縮応力場を形成し
、これが機械的な力による弾性歪エネルギを減少させる
ように作用するので機械的強度が向上するのである。機
械的強度が高いということは、耐摩肝性が優れていると
いうことでもある。したがって、この発明のメカニカル
シールは耐久性も高い。まｌ〔、メカニカルシールの温
度が上昇すると、正方品ジルコニアがやはり単斜晶ジル
コニアに変態し、単斜晶ジルコニアまたはその近傍にマ
イクロクラックを発生して破壊エネルギを吸収するよう
になる。そのため、ジルコニアの中でも熱的に最も安定
な立方晶ジルコニアを含んでいることと相まって、この
発明のメカニカルシールは熱的安定性が高く、熱による
機械的強度の低下の心配が少ない。
。これにより、メカニカルシールが機械的な力を受けｌ
〔場合に、１［方晶ジルコニアが単斜晶系の結晶構造を
もつジルコニア（以下、単斜晶ジルコニアという）に変
態し、その変態に伴う体積膨゛脹が圧縮応力場を形成し
、これが機械的な力による弾性歪エネルギを減少させる
ように作用するので機械的強度が向上するのである。機
械的強度が高いということは、耐摩肝性が優れていると
いうことでもある。したがって、この発明のメカニカル
シールは耐久性も高い。まｌ〔、メカニカルシールの温
度が上昇すると、正方品ジルコニアがやはり単斜晶ジル
コニアに変態し、単斜晶ジルコニアまたはその近傍にマ
イクロクラックを発生して破壊エネルギを吸収するよう
になる。そのため、ジルコニアの中でも熱的に最も安定
な立方晶ジルコニアを含んでいることと相まって、この
発明のメカニカルシールは熱的安定性が高く、熱による
機械的強度の低下の心配が少ない。
焼結体中における正方晶ジルコニアの量は、上述しＩＣ
ように５〜７０モル％でなければならない。
ように５〜７０モル％でなければならない。
すなわち、正方晶ジルコニアが５′Ｅ−ル％未渦の場合
には、機械的なノｊや熱を受けて単斜晶ジルコニアに変
態しても、変態量があまりにも少なすぎて歪を十分に吸
収することができないばかりか、メカニカルシールに亀
裂を生じた場合にその伝播を防止することができなくな
る。また、７０モル％を越えると、こんどは変態量があ
まりにも多くなり１ぎ、圧縮状態の領域がメカニカルシ
ール全体に広がり、わずかな機械的力や熱でも簡単に破
壊してしまうようになる。このように、焼結体中におり
る５〜７０モル％という正方品ジルコニアの吊は、機械
的強度が高く、耐摩耗性に優れ、耐久性に優れたメカニ
カルシールを得るというこの発明の目的を達成するうえ
て必須の要件である。
には、機械的なノｊや熱を受けて単斜晶ジルコニアに変
態しても、変態量があまりにも少なすぎて歪を十分に吸
収することができないばかりか、メカニカルシールに亀
裂を生じた場合にその伝播を防止することができなくな
る。また、７０モル％を越えると、こんどは変態量があ
まりにも多くなり１ぎ、圧縮状態の領域がメカニカルシ
ール全体に広がり、わずかな機械的力や熱でも簡単に破
壊してしまうようになる。このように、焼結体中におり
る５〜７０モル％という正方品ジルコニアの吊は、機械
的強度が高く、耐摩耗性に優れ、耐久性に優れたメカニ
カルシールを得るというこの発明の目的を達成するうえ
て必須の要件である。
ここにおいて、正方品ジルコニアの量は、焼結体の粉末
をＸ線回折法によって分析し、その回折パターンの面積
を積分して得た強度から次式によって訂綽したものであ
る。
をＸ線回折法によって分析し、その回折パターンの面積
を積分して得た強度から次式によって訂綽したものであ
る。
Ｔ＝ ［（Ｂ＋Ｃ）／ （Ａ＋Ｂ十〇）］ ｘ１００た
だし、１゛：正方晶ジルコニアの母（モル％）Ａ；立方
晶ジルコニア４．６ ｏ面の回折強度 Ｂ：正方晶ジルコニア００４面の回 折弾痕 Ｃ：正方品ジルコニア２２０面の回 折強度 もっとも、この発明のメカニカルシールにおいては、７
０モル％以下の範囲で単斜晶ジルコニアがさらに共存し
ていてもよいものである。７０モル％以下の単斜晶ジル
コニアが共存していると、単斜晶ジルコニアの粒界の隙
間が熱による歪を吸収するとともに、この部分にマイク
ロクラックができて亀裂の伝播が防止されるようになり
、メカニカルシールの熱的安定性が一層向上する。なお
、正方晶ジルコニアに加えて単斜晶ジルコニアをさらに
共存させる場合には、正方晶ジルコニアを３０〜７０モ
ル％とするのが好ましい。なおまた、単斜晶ジルコニア
の量は、上記正方晶ジルコニアの場合と同様、Ｘ＄１回
折法を用いて次式によってめる。
だし、１゛：正方晶ジルコニアの母（モル％）Ａ；立方
晶ジルコニア４．６ ｏ面の回折強度 Ｂ：正方晶ジルコニア００４面の回 折弾痕 Ｃ：正方品ジルコニア２２０面の回 折強度 もっとも、この発明のメカニカルシールにおいては、７
０モル％以下の範囲で単斜晶ジルコニアがさらに共存し
ていてもよいものである。７０モル％以下の単斜晶ジル
コニアが共存していると、単斜晶ジルコニアの粒界の隙
間が熱による歪を吸収するとともに、この部分にマイク
ロクラックができて亀裂の伝播が防止されるようになり
、メカニカルシールの熱的安定性が一層向上する。なお
、正方晶ジルコニアに加えて単斜晶ジルコニアをさらに
共存させる場合には、正方晶ジルコニアを３０〜７０モ
ル％とするのが好ましい。なおまた、単斜晶ジルコニア
の量は、上記正方晶ジルコニアの場合と同様、Ｘ＄１回
折法を用いて次式によってめる。
Ｍ＝ ［（Ｅ−１−Ｆ）／ （１１−Ｅ＋Ｆ） ］ ｘ
ｌ ００ただし、Ｍ：単斜晶ジルコニアの量（モル％）
Ｄ＝立方晶ジルコニア１１１面の回 折強１良 Ｅ：単斜晶ジルコニア１１１面の回 折強度 Ｆ：単斜晶ジルコニア１１工面の回 折強度 立方晶ジルコニアの量は、上述した方法によってめた正
方晶および単斜晶ジルコニアの１ｈＸら次式によってめ
る。
ｌ ００ただし、Ｍ：単斜晶ジルコニアの量（モル％）
Ｄ＝立方晶ジルコニア１１１面の回 折強１良 Ｅ：単斜晶ジルコニア１１１面の回 折強度 Ｆ：単斜晶ジルコニア１１工面の回 折強度 立方晶ジルコニアの量は、上述した方法によってめた正
方晶および単斜晶ジルコニアの１ｈＸら次式によってめ
る。
Ｃ＝１００−Ｔ−Ｍ
ただし、Ｃ：立方晶ジルコニアの量（モル％）この発明
のメカニカルシールにおいて（よ、焼結体の気孔率が２
〜１０％であるのが好ましくＸｏここにおいて、気孔率
は、式 Ｐ＝［１−（かさ密度／理論密度）］Ｘ１００ただし、
Ｐ：気孔率（％） で表わされるもので、気孔率が２％未満で【ま破壊エネ
ルギの伝播速度が速くなり、また１０％を越えると、気
孔の存在はその部分への応力集中を４Ｇくことから、そ
の気孔の部分から破壊が進行し、また気孔を中心とした
亀裂が発生しやすくなり、しかもその伝播速度が速くな
るから、機械的強度の゛低下傾向が現われる。
のメカニカルシールにおいて（よ、焼結体の気孔率が２
〜１０％であるのが好ましくＸｏここにおいて、気孔率
は、式 Ｐ＝［１−（かさ密度／理論密度）］Ｘ１００ただし、
Ｐ：気孔率（％） で表わされるもので、気孔率が２％未満で【ま破壊エネ
ルギの伝播速度が速くなり、また１０％を越えると、気
孔の存在はその部分への応力集中を４Ｇくことから、そ
の気孔の部分から破壊が進行し、また気孔を中心とした
亀裂が発生しやすくなり、しかもその伝播速度が速くな
るから、機械的強度の゛低下傾向が現われる。
この発明のメカニカルシールは、いろいろな方法によっ
て製造することができる。たとえば、状態図を参照しな
がら、所望の割合でジルコニア粉末と安定化剤の粉末を
混合し、似−焼、粉砕を繰り返し行って原料粉末を作り
、周知の金型成形法やラバープレス法などを用いて所望
のメカニカルシールの形状に成形した後、１５００〜１
８００℃で焼成し、その後２００〜ｂ 徐冷するか、１０００へ−３０００°Ｃ／時の速度で急
冷するか、あるいは焼成＠１２００〜１５００℃の温度
下に数時間保持した後上記速度で徐冷または急冷するこ
とによってまず焼結体を製造する。
て製造することができる。たとえば、状態図を参照しな
がら、所望の割合でジルコニア粉末と安定化剤の粉末を
混合し、似−焼、粉砕を繰り返し行って原料粉末を作り
、周知の金型成形法やラバープレス法などを用いて所望
のメカニカルシールの形状に成形した後、１５００〜１
８００℃で焼成し、その後２００〜ｂ 徐冷するか、１０００へ−３０００°Ｃ／時の速度で急
冷するか、あるいは焼成＠１２００〜１５００℃の温度
下に数時間保持した後上記速度で徐冷または急冷するこ
とによってまず焼結体を製造する。
もっとも、焼成温度は安定化剤の種類などによって異な
り、安定化剤としてマグネシアやカルシアを使用する場
合には１７００〜１８００℃であるのが好ましく、イツ
トリアを使用する場合には１５００〜１６００であるの
が好ましい。なお、焼結体中における正方晶ジル′−，
Ｊニアの量や気孔率は、使用するジルコニア粉末や安定
化剤の純度、粒径、安定化剤の種類やり、焼成条件、冷
Ｎ１条件などによってｎなるので、製造にあたってこれ
らを注意深く選定する。
り、安定化剤としてマグネシアやカルシアを使用する場
合には１７００〜１８００℃であるのが好ましく、イツ
トリアを使用する場合には１５００〜１６００であるの
が好ましい。なお、焼結体中における正方晶ジル′−，
Ｊニアの量や気孔率は、使用するジルコニア粉末や安定
化剤の純度、粒径、安定化剤の種類やり、焼成条件、冷
Ｎ１条件などによってｎなるので、製造にあたってこれ
らを注意深く選定する。
次に、上記のようにして得た、所望のメカニカルシール
の形状をした焼結体を研削加工し、さらにラッピング加
工を施して、所望の平行度を得るとともに表面の凹凸を
除去し、メカニカルシールを得る。
の形状をした焼結体を研削加工し、さらにラッピング加
工を施して、所望の平行度を得るとともに表面の凹凸を
除去し、メカニカルシールを得る。
（ホ）発明の効果
この発明のメカニカルシールは、立方晶ジルコニアと正
方晶ジルコニアが共存しており、かつ正方品ジルコニア
が５〜７０モル％含まれている焼結体からなるものであ
るからして、鍬械的強度が高く、シ１〔がって耐摩耗性
が高く、耐久性が優ｔしている。すなわち、正方晶ジル
コニアを５〜７０モル％含む焼結体からなるメカニカル
シールは、機械的な力を受けた場合に正方品ジルコニア
が単斜晶ジルコニアに変態し、その変態に伴う体積膨張
が圧縮応力場を形成し、これが機械的な力による弾性歪
エネルギを減少さけるにうに作用するので機械的強度が
向上する。しかも、使用中に温度が上昇しでも、同様に
正方品から単斜晶への結晶構造の変態が起こり、単斜晶
ジルコニアまたはその近傍にマイクロクラックを発生し
て破壊エネルギを吸収するようになるので、ジルコニア
の中でも最も熱的に安定な立方晶ジルコニアを含んでい
ることと相まって熱的安定性も高い。つまり、使用中に
高温になっても機械的強度が低下する心配がほとんどな
い。かつまた、上記焼結体は本質的に酸化物であるから
、水中などの特殊な雰囲気でも錆る心配がない。したが
って、この発明のメカニカルシールは耐食性も高い。
方晶ジルコニアが共存しており、かつ正方品ジルコニア
が５〜７０モル％含まれている焼結体からなるものであ
るからして、鍬械的強度が高く、シ１〔がって耐摩耗性
が高く、耐久性が優ｔしている。すなわち、正方晶ジル
コニアを５〜７０モル％含む焼結体からなるメカニカル
シールは、機械的な力を受けた場合に正方品ジルコニア
が単斜晶ジルコニアに変態し、その変態に伴う体積膨張
が圧縮応力場を形成し、これが機械的な力による弾性歪
エネルギを減少さけるにうに作用するので機械的強度が
向上する。しかも、使用中に温度が上昇しでも、同様に
正方品から単斜晶への結晶構造の変態が起こり、単斜晶
ジルコニアまたはその近傍にマイクロクラックを発生し
て破壊エネルギを吸収するようになるので、ジルコニア
の中でも最も熱的に安定な立方晶ジルコニアを含んでい
ることと相まって熱的安定性も高い。つまり、使用中に
高温になっても機械的強度が低下する心配がほとんどな
い。かつまた、上記焼結体は本質的に酸化物であるから
、水中などの特殊な雰囲気でも錆る心配がない。したが
って、この発明のメカニカルシールは耐食性も高い。
特許出願人 東し株式会社
Claims (1)
- 立方晶系の結晶構造をもつジルコニアと正方品系の結晶
構造をもつジルコニアが共存しており、かつ正方晶系の
結晶構造をもつジルコニアが５〜７０モル％含まれてい
るジルコニア焼結体からなるメカニカルシール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59083681A JPS6018667A (ja) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | メカニカルシ−ル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59083681A JPS6018667A (ja) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | メカニカルシ−ル |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55182873A Division JPS6048471B2 (ja) | 1980-12-25 | 1980-12-25 | ジルコニア焼結体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6018667A true JPS6018667A (ja) | 1985-01-30 |
Family
ID=13809228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59083681A Pending JPS6018667A (ja) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | メカニカルシ−ル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6018667A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0200954A2 (de) * | 1985-04-13 | 1986-11-12 | Feldmühle Aktiengesellschaft | Sinterformkörper, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung |
| US5242873A (en) * | 1988-04-18 | 1993-09-07 | Arch Development Corporation | Electrically conductive material |
| US6288464B1 (en) | 1999-07-13 | 2001-09-11 | Asmo Co., Ltd. | Motor having worm gear mechanism |
-
1984
- 1984-04-27 JP JP59083681A patent/JPS6018667A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0200954A2 (de) * | 1985-04-13 | 1986-11-12 | Feldmühle Aktiengesellschaft | Sinterformkörper, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung |
| US5242873A (en) * | 1988-04-18 | 1993-09-07 | Arch Development Corporation | Electrically conductive material |
| US6288464B1 (en) | 1999-07-13 | 2001-09-11 | Asmo Co., Ltd. | Motor having worm gear mechanism |
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