JPS6241427A - すべり要素対 - Google Patents

すべり要素対

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JPS6241427A
JPS6241427A JP61187940A JP18794086A JPS6241427A JP S6241427 A JPS6241427 A JP S6241427A JP 61187940 A JP61187940 A JP 61187940A JP 18794086 A JP18794086 A JP 18794086A JP S6241427 A JPS6241427 A JP S6241427A
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silicon nitride
sliding
pair
sliding element
phase
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ハンス−ユルゲン・コマンス
ウルリヒ・クローン
ハンス・ユート
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Feldmuehle AG
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、窒化珪素を基材として製造され、少なくとも
１個の対応要素と摩擦的および場合により封止的に接触
している少なくとも１個のすべり要素を有するすべり要
素対（Ｇｌｓｉｔｅｌｅｍｅｎｔｐａａｒｕｎｇ）に関
する。
従来の技術 従来の技術からは、特にパレキン（Ａｒｍａｔｕｒ　）
用の軸方向スリップリングシールまたはシールディスク
（Ｄｉｃｈｔｓｃｈｅｉｂｅ）の形の、多数のすべ英国
特許第１４３４３６５号には、へみ栓へている２個の要
素の一方が炭化硼素から成る被覆を有するスリップリン
グシールが記、成されて２ているすべり要素が示されて
いる。このすべり要素対は明らかに好適ではないと考え
られた。
ヨーロッパ特許量１頌公開第１１’８０５６号は、すべ
り軸受におけるシール部材の製造のために酸化アルミニ
ウムおよび窒化珪素を使用することを開示しており、対
応要素の材料としてはグラファイトが挙げられている。
また、日本の特許出願（５０２２３，３４０２０および
１６０６２５）にも、窒化珪素から成るすべり要素が記
載されており、酸化クロムで被覆された材料から成る対
応要素、銅／ニッケルが要求されている。
またオランダ文献プログレス・イン・ナイトロジェン・
セラミックス（Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｎｉｔｒｏｇ
ａｎ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ）、１９８３％　６８３〜６９
３頁には、両要素がシアロン（Ｓｉａｌｏｎ）　（＝　
ｊＪｌｌｚｉｕ−ｍａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ｏｘｉｎｉｔ
ｒｉｄ）から成るすべり要素対も記載されている。
また混合給水装ｆ（Ｍｉｓｃｈｂａｔｔｅｒｉｅ）のシ
ールディスクの製造のためにすでに多数の材料が提過去
には混合型へのシールディスクは、一部分例えば酸化ジ
ルコニウムを混合した主として酸化アルミニウムから製
造された。例えば西独国特許出願公告第１２８２３７７
号；フランス国特許出願公開第１４５４７５５号；西独
国特許出願公告ｍ１２９１９５７号；西独国特許出願公
開第２８３４１４６号を含む従来の刊行物は、酸化アル
ミニウムを基材とする材料からなるすべり要素ならびに
対応要素に関するものである。これらの発明による提案
はまだ若干の欠点を有しており、特に公知すべり要素対
は静摩擦抵抗が高すぎるという欠点を有している。
これに対してヨーロッパ特許第４３４５６号によれば極
めて小さい接触面率（Ｐｒｏ　ｆｉ　ｌ　ｔｒａｇａｎ
ｊ、ｅｉｌ）を得るためにセラミック材料成分の特定の
混合物を提供している。
成程前記提案は、従来、十分なシール効果が高い接触面
率によってのみ達成されつ不という点にあった先人見を
初めて克服しているが、しかし同提案はまた、セラミッ
ク素粉末の著しく高い粉末度の結果として、多くの場合
、製造コストが高いエネルギー消費量により経済的に許
容可能な限度を越えることによって生じる、若干の製造
技術的欠点をなお有している。また、まだ公告されてい
ない極く最近の特許出願の中では、エツチングまたは被
覆によってより小さい摩擦係数を有するすべり要素を得
るために、このような表面処理もすでに提案された。こ
の表面処理方法は、静摩擦抵抗の減少に関してすべり要
素に極めて良好な成績を及ぼし、抜群の封止効果ヲアげ
るが、しかしこの技術はコスト高なので、同方法により
製造されたすべり要素は経済的条件下ではどこでも使用
するというわけにはいかない。
またイタリア国特許出願第６７７４６−）ｖ’８２号に
は、異なる特性を有する硬質材料から成る要素を有する
すべり要素対もすでに提案されているが、少なくとも１
個の板は炭化珪素から成る。
前記提案の欠点の一つは、大きい硬さの摩擦要素と小さ
い硬さまたは滑かさの劣った表面金有するすべり要素と
の提案による結合（これによって共働する両すべり要素
の間の接触面が減少して、より小さい摩擦が得られるこ
とになる）のために、炭化珪素の使用によってコストが
比較的高くなりかつすべり要素の硬さの相違により、硬
い方の要素は他方の小さい硬さのすべり要素に対してい
わば表面加工工具として働き、それによって小さい硬さ
のすべり要素の望ましくない表面変化が生じるという点
にある。
また摩擦パートナ一対、例えば１つのシールディスクが
炭化珪素から成っておりかつ１つのイスク対の場合には
、複雑な形を有するシールディスクは炭化珪素からでは
なく、例えば酸化アルミニウムから製造されねばならな
い。これは、炭化珪素部品の製造の際の公知の問題性か
ら明らかになるが、しかし複雑な構造形のために特に熱
衝撃に不安定なシールディスクを、それ自体極めて熱衝
撃に安定な炭化珪素から製造することができないという
ことは欠点である。
炭化珪素の前記欠点は、相対的に脆いこの材料の十分に
高くない靭性によって説明されうるが、このような靭性
の結果すでに製造の間に炭化珪素から製造される構造部
材に破裂が起ることが多く、特に構造部材が複雑な形で
設計されていて、それらの製造の間に例えばサンＶプラ
ストの際の衝撃的接触の生じる場合および同部材が大量
生産品としてばら荷駄に運搬される場合に破裂が多い。
最後に西独国実用新案第８０１２９９５号は、流動性物
質用の耐摩耗性パツキン（Ａｒｍａｔｕｒ）の場合、種
々の構造部材を製造するだめの炭化珪接触している他の
構造部材を選択する提案は見られない。
発明が解決しようとする問題点 本発明は、公知の従来技術に対して、費用のかかる表面
処理方法を省略して自体公知のセラミック材料から製造
することのできるパートナ−要素を有するすべり要素対
を開発するという課題を立てた。このすべり要素対は良
好なシール効果を奏すると同時に、例えば酸化アルミニ
ウムから成る被覆のない公知セラミック要素と比べては
るかに減少された摩擦係数、特に小さい靜、摩擦係数を
有することが要求される。
問題点を解決するだめの手段 前記課題は、すべり要素が窒化珪素を基材とする材料か
ら成り、この際窒化珪素相および／または窒化珪素混晶
相の割合が少なくとも６０重量％でありかつ対応要素が
酸化アルミニウムを基材とする材料から成ることを特徴
とする冒頭記載のすべり要素対によって解決される。
窒化珪素材料は、成程久しい以前からすべり要素の製造
上知られていたけれども、従来は酸化アルミニウムから
成る対応要素とは結合されなかった。本発明により提案
されたすべり要素対の性能は意外と考えなければならな
い、それというのも窒化珪素から成るすべり要素および
酸化アルミニウムから成る対応要素は高い接触率を有し
ており、その結果従来行われた専門的考察によれば実際
のところまた高い摩擦係数も予想されたからである。
すべりおよび静摩擦の際の小さい摩擦係数の原因が如何
なる作用に帰せられ５るかとい５ことは、まだ究極的確
信全もって説明されていない。しかし、窒化珪素材料か
ら成るすべり要素の場合には共有結合が多いために、す
べり要素表面では小さい電荷を有する軌道上の自由電子
しか利用されず、従って対応要素に対する物理的または
化学的結合の形成の傾向は双めて僅かしか生じないと、
推測することはできる。
本発明はまた、確認された高い耐摩耗性に関しても大成
功でおった、と評価できる。例えば軸方向スリップリン
グシールの要素としての窒化珪素材料と、多数の種々の
材料（例えば、酸化アルミニウムから成る要素との結合
のためにも開発された金属または炭素材料）から成る対
応要素との従来技術から公知の結合が、幾多の用途にお
いて十分な効果をもって使用できなかったから、窒化珪
素材料および酸化アルミニウムから成る要素の結合は意
外と考えなければならない。
本明細書中で使用される用語について：窒化珪素を基材
とし、窒化珪素結晶および／または窒化珪素混晶の割合
が少なくとも６Ｏｆｆｉ量チである材料は、前記数値範
囲の結晶相を有するすべての窒化珪素材料を包含する。
ここで混晶と（ま、Ｓｉ原子がｋｌ原子によって、Ｎ原
子がＯ原子によって置換されているようなものを意味す
る。本発明によれば特に、少なくとも８０重量％の割合
の窒化珪素相を有する材料から成るようなすべり要素が
好ましい。また、少なくとも８０重ｔチの割合の珪素ア
ルミニウムオキシ窒化物を有するすべり要素も好ましい
。他の好ましい実施態様によれば、窒化珪素相はα相ま
たはβ相で存在しかつ窒化珪素混晶相はβ′−混晶相で
存在する。β相およびβ′相が特に好ましい。
該材料の残部は、例えば５ｉ０２およびイットリ゛　ラ
ム化合物から成る、Ｓｉ３Ｎ４とは異なる結晶構造を有
するガラス相から成っていてもよい。
酸化アルミニウムを基材とする材料は、本発明によれば
、酸化アルミニウムの他に焼結助剤として例えば酸化マ
グネシウム等のような別の酸化物も含有し、さらに強度
の改良のために若干のパーセンテージの酸化ジルコニウ
ムを含有しかつ分散セラミックの名称で公知になってい
る材料も包含する。
例えば磨砕によって不可避的に物質中に入る可能性のあ
る普通の不純物は、本発明の範囲内で許容されているが
、しかし、このような不純物（例えば鉄、タングステン
、アルミニウム、ジルコニウム、セリウム、炭素および
酸素がこれに属する）の割合は、６重量％未満Ｑ）量で
ある。
啄めて好ましい実施態様によれば、すべり要素対におい
てすべり要素は、全部又は一部分が酸化マグネシウム１
〜５重量％と交漠されていてもよい酸化イツトリウム４
〜１５ｍ−ｆ４％、二酸化珪素０〜１０重量％、ｒ酸化
アルミニウム０〜１０重量％および酸化鉄０〜４ｆｆｉ
ｆｔハ残分の窒化珪素から成り、この際すべての重量部
は補充し合って１００重危チになる。
すべり要素は、好ましい実施態様によれば、形成された
粉末混合物の常圧焼結または反応焼結によって製造され
た成形体から成っている。
これによってすべり要素の複雑な形状も可能であり、ひ
いては比較的薄い厚さで設計することができ、これによ
って衛生給水装置のシールディスクの場合には比較的小
さいパツキンを製造することができる。債めて高い密度
および小さい多孔度、ひいては大きい強度を得るために
、焼結工程の次に熱間等静圧後圧、陥工程を続けて行っ
てもよい。
本発明によるすべり要嬌対の使用は、広い技術領域で可
能であり、特に好ましくは結合セットにおけるシールデ
ィスクとしてまたはスリップリングシールにおけるスリ
ップリングとして使用される。この際構造的手段がすべ
り要素または対応要素の複雑な設計全必要とする限り、
好ましくは複雑な形状を有するそれぞれの要素の形成が
、本発明により提案された、窒化珪素を基材とする材料
から提供される。これによって、窒化珪素から形成され
た要素は、同材料の高い熱＠撃安定性によりすべり要素
対の極めて高い使用価値をもたらす。
本発明により提案されたすべり要素を製造するためには
、自体公知のセラミック作業方法および装置が用いられ
る。
また平滑な表面を形成するためには、保護ガス下での焼
結工程の次に、慣用の機械的な研削、ラッピングまたは
研摩法が続けて行われる。
また、窒化珪素から成るすべり要素を衛生混合給水装置
で使用する場合には、同装置の組立ての際にそれ自体案
内される、弁シールディスクに対する力の作用を緩衝さ
せるためのプラスチック差込部材を省略することによっ
て他の利点が得られる。これもまた意外であった、それ
というのも例えば酸化アルミニウムセラミックと比べた
窒化珪素の強度の値によれば、公知のプラスチック差込
部材の使用を省略できることは予想することはできなか
ったからである。
実施例 酸化イツトリウム　　　　６重量部 二酸化珪素　　　　　　　３１ 酸化アルミニウム　　　２．５Ｎ 窒化珪素　　　　　　　　残　部 からなる粉末混合物を、次微子範囲にまで十分に粉砕し
かつ均質化した後、常用の弁シールディスクの形に圧縮
成形しかつ常圧で焼結する。
圧縮圧は１５００　ｂａｒであり、焼結工程は温度１７
５０°Ｃで１時間、窒素雰囲気下で行った。
得られたシールディスクを研削しかつ研摩して２本の光
の帯（Ｌｉｃｈｔｂａｎｄｅｒｎ）の平滑性および８０
チの接触面率（ＴｒａｇｆｌＫｃｈｅｎａｎｔｅｉｌ）
にした。
完成シールディスク中の平均粒度は２μｍである。
摩擦力を確定するために、実施例による材料からすべり
要素を一ン状の試験体の形で製造し、その表面を研磨し
かつこの試験片を摩擦値試験台で酸化アルミニウムから
成るシールディスク°の形の試験体に対する摩擦に関し
て試１験した。
比較のために、同様に研磨表面を有する同型の酸化アル
ミニウム試験体相互で試験した。次表からすべり摩擦係
数および静摩擦係数の試験結果が判る。
表によれば、本発明による試験体と酸化アルミニウムシ
ールディスクとの対の場合が純粋酸化アルミニウム対よ
りも明らかに優れており、特に極めて重要な、潤滑なし
の静摩擦係数の場合にそれがいえる。この値は静止分離
力の尺度である。
１頁の続き 発　明　者　　ハンス　・　ニート　　ドイツ連邦共和
国エストラーセ　７８

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、窒化珪素を基材として製造され、少なくとも１個の
    対応要素と摩擦的および場合により封止的に接触してい
    る少なくとも１個のすべり要素を有するすべり要素対に
    おいて、すべり要素が、窒化珪素相および／または窒化
    珪素混晶相の割合が少なくとも６０重量％である、窒化
    珪素を基材とする材料から成りかつ対応要素が酸化アル
    ミニウムを基材とする材料から成ることを特徴とするす
    べり要素対。 ２、すべり要素の窒化珪素相および／または窒化珪素混
    晶相の割合が少なくとも８０重量％である特許請求の範
    囲第１項記載のすべり要素対。 ３、窒化珪素相がα相またはβ相で存在し、窒化珪素混
    合相がβ′相で存在する特許請求の範囲第１項または第
    ２項記載のすべり要素対。 ４、すべり要素が、全部または一部分がＭｇＯ１〜５重
    量％によつて交換されていてもよい酸化イットリウム４
    ．０〜１５重量％、二酸化珪素０〜１０重量％、酸化ア
    ルミニウム０〜１０重量％、酸化鉄０〜４重量％、残分
    の窒化珪素から成る混合物から製造されていて、すべて
    の重量部が補充されて１００重量％になつている特許請
    求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項記載のす
    べり要素対。 ５、すべり要素が、成形されかつ前圧縮された粉末混合
    物の常圧焼結によつて製造された成形体である特許請求
    の範囲第１項から第４項までのいずれか１項記載のすべ
    り要素対。 ６、すべり要素が、成形された粉末混合物の反応焼結に
    よつて製造された成形体である特許請求の範囲第１項か
    ら第５項までのいずれか１項記載のすべり要素対。 ７、焼結されたまたは反応焼結されたすべり要素が次に
    熱間等静圧により後圧縮されている特許請求の範囲第１
    項から第６項までのいずれか１項記載のすベり要素対。 ８、すべり要素および対応要素が弁のデイスクとして形
    成されている特許請求の範囲第１項から第７項までのい
    ずれか１項記載のすベり要素対。 ９、すベり要素および対応要素が、軸方向スリップリン
    グシールの要素として形成されている特許請求の範囲第
    １項から第７項までのいずれか１項記載のすべり要素対
    。
JP61187940A 1985-08-13 1986-08-12 すべり要素対 Pending JPS6241427A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3528934.1 1985-08-13
DE19853528934 DE3528934A1 (de) 1985-08-13 1985-08-13 Gleitelement aus keramischem werkstoff

Publications (1)

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JPS6241427A true JPS6241427A (ja) 1987-02-23

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JP61187940A Pending JPS6241427A (ja) 1985-08-13 1986-08-12 すべり要素対

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EP (1) EP0214402B1 (ja)
JP (1) JPS6241427A (ja)
AT (1) ATE56795T1 (ja)
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