WO2007058177A1 - メカニカルシールリング - Google Patents

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WO2007058177A1
WO2007058177A1 PCT/JP2006/322671 JP2006322671W WO2007058177A1 WO 2007058177 A1 WO2007058177 A1 WO 2007058177A1 JP 2006322671 W JP2006322671 W JP 2006322671W WO 2007058177 A1 WO2007058177 A1 WO 2007058177A1
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WO
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mechanical seal
seal ring
hard material
dispersed
self
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PCT/JP2006/322671
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French (fr)
Inventor
Kiyoto Murakami
Kenji Matsuda
Motohiro Kaneta
Ryuichi Sakamoto
Akira Matsuo
Shuichi Imasato
Original Assignee
Nippon Tungsten Co., Ltd.
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Publication date
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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
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/22—Rings for preventing wear of grooves or like seatings

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical seal ring, and more particularly to a mechanical seal ring having a hard material force in which a self-lubricating material is dispersed in at least one of a fixed ring and a rotating ring.
  • the life characteristics and load capacity performance of mechanical seals are determined by the sliding characteristics of both the fixed ring and the rotating ring.
  • one of these seal rings is a hard material such as a cemented carbide or ceramic that is chemically stable, has high mechanical strength, and has high wear resistance.
  • carbon with excellent sliding characteristics is often selected, but when a hard material such as sand is contained in the sealing fluid, the viscosity of the fluid is low or A combination of hard materials is used for the environment because it is highly volatile and the fluid lubricating film is difficult to maintain.
  • the mechanical seal is a force used under fluid lubrication.
  • the lubrication environment changes from fluid lubrication to boundary mixed lubrication. Tsujiko may move to the solid boundary lubrication region.
  • Patent Document 3 discloses silicon carbide or a car as a fixing ring of a seal ring. It is made of Bonn material, and spherical pores with an average pore diameter of 0.001 to 0.040 mm are scattered in the crystal structure to improve the torsional characteristics.
  • the figure shows a seal ring in which pores (micropits) in which carbon parts are bonded to pore edges are formed on the sliding surface.
  • Non-Patent Document 1 the presence of micropits on the sliding surface of this mechanical seal has the effect of increasing the load that shifts from fluid lubrication to mixed lubrication.
  • the pit pattern is larger and has a lower area ratio (depth / diameter) ratio than the area ratio, and in Non-Patent Document 2, the cross-sectional shape of the pit is a sine waveform rather than a rectangle. Capability is high and micro-pits are arranged with a larger distance in the X-direction and a larger load capacity in the y-direction. In addition, as the pit depth increases, the film forming ability decreases. It is disclosed that
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 57-161368
  • Patent Document 2 JP 2000-170924 A
  • Patent Document 3 Japanese Patent Publication No. 5-69066
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-60738
  • Non-Patent Document 1 X. Wang, and K. Kato (2002), The Lubrication Effect of Micro-Pits on Parallel Sliding Face of SiC in Water, Tribology Transaction, Vol. 45, No. 3, pp294 -301
  • Non-Patent Document 2 Proceedings of the Japan Society of Mechanical Engineers No. 038-1
  • the cemented carbide in which the spherical carbon disclosed in each of the above-mentioned patent documents, particularly Patent Document 4, is dispersed will be described.
  • the dispersed carbon is a tungsten carbide or bonding layer which is a hard material during sintering. It is difficult to maintain a spherical shape of carbon due to its solid solution in such as conoleto, and there is a problem that carbon is consumed due to the formation of pores, and micropits covered with carbon are not formed. .
  • Non-Patent Document 1 laser processing is performed to form micropits.
  • the cross section has a concave shape on a rectangle. Pits are formed, and lens-shaped micropits cannot be formed.
  • micropits are formed on the sliding surface of the seal ring of the mechanical seal, and the uneven surface is formed by chemical or mechanical secondary treatment after polishing the sliding surface to a predetermined glossy surface roughness. is doing.
  • the formation of the concavo-convex surface by this secondary treatment has a high load capacity because the cross section of the pit is rectangular, and is inefficient in obtaining micropits.
  • the problem to be solved by the present invention is that the uniformly dispersed micropits having a high load capacity on the sliding surface of the mechanical seal, specifically, a diameter of 5 m or more and 30 m or less. Therefore, it is intended to provide a means for highly efficiently obtaining a mechanical seal ring in which concave lens-shaped micropits having a depth Z diameter ratio of 0.01 or more and 0.3 or less are uniformly dispersed. .
  • At least one of the rotating ring and the fixed ring is formed of a hard material in which a self-lubricating material substantially free of pores is dispersed, and the sliding surface has a diameter of 5 mm.
  • the mechanical seal of the present invention has two surfaces that slide with each other when the fluid flows into the inside due to the influence of micro pits of micropits existing on the sliding surface from the flat surface in the fluid lubrication state. Although the distance between the two surfaces increases and the pressure decreases, when the micropits flow to the flat surface, the distance between the two surfaces that slide together again decreases and the pressure increases.
  • the fluid flowing between the two surfaces has a larger pressure increase value due to the convergence of the flow path than the pressure loss due to the flow path expansion. Therefore, the shape force of the micro pit formed on the sliding surface When the fluid flows smoothly without stagnation inside, that is, when it has a shallow lens shape, the pressure increase value due to the micro pit increases. .
  • the mechanical seal of the present invention has a strong repulsive force between the two surfaces that slide with each other due to the pressure generated by the micropits.
  • a stable distance can be maintained between the surfaces, and the formation of a stable lubricating film can be maintained.
  • the depth of the pit formed is deeper than the area, so turbulence occurs in the fluid and repels between the two surfaces via the liquid. If the force becomes weak and the PV value increases, good liquid lubrication cannot be maintained.
  • the diameter of the lens-like micropit is less than 5 ⁇ m, the effect of increasing the pressure does not appear, and when it exceeds 30 m, turbulence tends to occur in the fluid, and the strength of the hard material Also decreases. Therefore, when the diameter of the lens-like micropit is 5 to 30 / ⁇ ⁇ , a sufficient pressure increasing effect can be obtained, and the strength of the hard material is hardly reduced.
  • the depth / diameter ratio of the lens-shaped micropit is less than 0.01, the pit is too shallow to sufficiently exert the effect of increasing the pressure of the fluid. Also, if it exceeds 0.3, turbulence occurs in the fluid flow, and the pressure between the rings decreases. Therefore, when the depth-diameter ratio of the micropits is 0.01 to 0.3, combined with the lens shape, the pressure rises through the fluid, and the effect of maintaining the fluid film is high. Become.
  • the torque does not increase rapidly due to the action of the self-lubricating material dispersed in the mechanical seal.
  • the mirror finish to be applied is performed by a mechanical means such as a normal lapping process so that the surface roughness is Ra, 0.003 m or less.
  • the hard material ceramics such as ordinary cemented carbide, carbide, nitride, and oxide can be used.
  • cemented carbide it is possible to use a cemented carbide based on tungsten carbide, with at least one of cobalt and nickel as a bonding layer, and a bonding layer with a content of 1% by mass to 30% by mass.
  • a hard material having a ceramic power consisting of at least one of nitride and oxide can also be used.
  • a binderless cemented carbide containing no metal binder such as Co or Ni is preferable in order to obtain a smooth surface by a normal lap caloche as a hard material.
  • the hard material of this binderless cemented carbide it is possible to use a solid solution alloy of at least one of TiC and TaC based on tandastene carbide and a total force of 30% to 30% by mass of TiC or TaC.
  • examples of the self-lubricating material dispersed in the hard material include graphite, boron nitride, tantalite disulfide, and molybdenum disulfide. From the Z-diameter ratio, the amount of dispersion that is preferably 15-20 / ⁇ ⁇ is preferably 5-30% by volume.
  • the solid solution element amount is adjusted to be within the solid solution limit so that the self-lubricating substance does not dissolve in the bonding layer during sintering. Adjustment is made so that a self-lubricating material of the above size can be obtained even after sintering.
  • the self-lubricating material dispersed on the surface of the cemented carbide has a lower hardness than the base material.
  • a micropit having a predetermined diameter and depth having a concave lens-like cross section is formed.
  • a self-lubricating material is dispersed in a hard material that is a base material for a seal ring, but fluid lubrication can be maintained without performing special secondary processing simply by performing normal mirror finishing. Therefore, micropits close to the ideal state can be formed.
  • Such a seal ring is characterized in that the pump can be used at high pressure because (1) the sealing pressure is high, and (2) it can be used in a dry type for a short time.
  • WC-5 mass% TiC-2 mass% TaC binderless cemented carbide which is generally used as a sealing material, is applied to the rotating side specimen, and the following four types are used for the stationary specimen. It was.
  • the same cemented carbide as the rotating side contains substantially no pore with a diameter of 15-20 / z m.
  • V a carbon dispersed cemented carbide containing 15% by volume of spherical carbon was used.
  • Comparative Example 2 a pore-dispersed cemented carbide containing 15% by volume of spherical pores having a diameter of 15 to 20 m was used.
  • Comparative Example 3 the same carbon-dispersed cemented carbide as in the example having pores inside was used.
  • Each of the sliding surfaces was processed with a No. 600 grinding wheel to a flat surface with a surface roughness of Ral. 6 ⁇ m, and then the grain sizes were 30 m, 9 m, and 3 m in this order.
  • a mirror finish was applied to a RaO.
  • FIG. 1 shows the case of the embodiment, in which the cross section having a predetermined diameter and depth Z diameter ratio is in the shape of a lens and the micropits p having the carbon coating c on the inner surface are uniformly dispersed. Has a surface.
  • Fig. 5 (b) shows the sliding surface of Comparative Example 1, and no micropits are formed.
  • Fig. 5 (c) shows the sliding surface of Comparative Example 2, in which the uniformity is lacking and a relatively deep non-uniform microphone pit p is formed.
  • FIG. 4D shows the sliding surface of Comparative Example 3, and the form of each micropit is a micropit p having a carbon coating c on the inner surface as in the case of the example. However, it is deep and lacks uniformity.
  • the pits on the sliding surface of the carbon-dispersed cemented carbide of the present invention have a depth of 2 m or less at the maximum regardless of the area of the carbon portion exposed on the sliding surface. .
  • Table 1 shows the mechanical properties of these specimens.
  • the weight 5 placed on the upper part of the apparatus was increased stepwise, and the generated sliding torque and the temperature 1 mm below the sliding surface of the test piece 1 on the fixed side were measured and recorded.
  • the load was changed by changing the weight of the weight 5, and the duration of one experiment was 5 minutes.
  • Fig. 3 shows the maximum sliding torque with respect to the PV value (product of speed and pressure) of each test piece, and the behavior of the maximum temperature at lmm below the sliding surface.
  • the maximum sliding torque is 14.5 MPa'm / s. You can see that it is soaring.
  • the PV value when the fluid lubrication state force shifts to the mixed lubrication state is also low as in Comparative Example 2, but the lubrication capability by carbon works effectively from the time of mixed lubrication. The friction is less than in Comparative Example 2.
  • the maximum sliding torque gradually increases from the PV value of 16.7 MPa'mZs, and at 26.7 MPa'mZs, the maximum of the normal cemented carbide is obtained. Shiyu has reached almost the same value as the dynamic torque.
  • the lubricity due to carbon works effectively during mixed lubrication, and the increase value of the maximum torque is smaller than in Comparative Examples 1 and 2.
  • the temperature rise is closely related to the torque value rise. Normally, it was found that the temperature during sliding tends to rise when some solid contact occurs.
  • each comparative example after the experiment had a sliding mark on the sliding surface after the experiment.
  • the present invention although a slight trace of sliding was confirmed on the sliding surface of the fixed-side test piece, it was not present on the sliding surface of the rotating side ring.
  • the portion where the torque or temperature has increased is considered to be a portion where the liquid lubrication has shifted to the mixed lubrication. That is, the carbon-dispersed cemented carbide of the present invention (Example), normal cemented carbide (Comparative Example 1), carbon-dispersed cemented carbide containing pores (Comparative Example 3), and pore-dispersed cemented carbide (Comparative Example 2).
  • the PV value when moving from fluid lubrication to mixed lubrication increases.
  • the mechanical seal ring obtained by the above embodiment. Can maintain the state of liquid lubrication even when the load of liquid lubrication is high, and the wear gradually increases even when transitioning to boundary lubrication.
  • FIG. 1 shows the form of micropits formed in each specimen.
  • FIG. 3 Shows the relationship between the PV value of each specimen, the maximum sliding torque and the maximum temperature at lmm below the sliding surface.

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Abstract

　メカニカルシールのしゅう動面において、負荷能力が高い形態の均一に分散した直径が５μｍ以上３０μｍ以下で、深さ／直径比が０．０１以上０．３以下の凹レンズ状のマイクロピットが均一に分散されているメカニカルシールリングを高能率で得るための手段を提供する。 　気孔を含まない自己潤滑物質を分散した硬質材料を格別の二次加工を施すことなく通常の鏡面加工を施すだけで、流体潤滑を持続させるための理想状態に近いマイクロピットを形成する。

Description

メカニカルシールリング 技術分野
[0001] 本発明は、メカ-カルシールリング、とくに、固定リングと回転リングの少なくとも何れ か一方に自己潤滑物質を分散させた硬質材料力 なるメカ-カルシールリングに関 する。
背景技術
[0002] メカ-カルシール自体は、特許文献 1に記載のとおり古くから知られているもので、 ポンプの回転軸がケーシングを貫く部分において、ケーシング内の流体が外部に漏 れたり、ケーシング内へ吸気するのを防ぐ軸封装置として用いられており、しゅう動端 面は膜厚の薄い流体を介した液体潤滑を行うので、固体接触が生じず、摩擦係数が 小さぐかつ接面圧力も小さいため、動力の損失が少なぐメンテナンスフリーである こと等の利点があることが知られて 、る。
[0003] メカ-カルシールの寿命特性や負荷能力性能は固定リングと回転リングの両シー ルリングのしゅう動特性によって決定される。これらシールリングとしては、特許文献 2 に記載のように、一方には、化学的に安定して、高い機械的強度を有し、かつ耐摩 耗性の高い超硬合金やセラミックス等の硬質材が用いられ、他方にはしゅう動特性に 優れたカーボンが選定される場合が多 、が、封止流体中へ砂などの硬質材ゃスラリ 一が含有される場合や、流体の粘度が低 ヽあるいは揮発性が高く流体潤滑膜が維 持しにく 、環境にぉ 、ては、硬質材料同士の組み合わせが用いられる。
[0004] メカニカルシールは流体潤滑下で使用される力 負荷条件が高い高圧力下や流体 の種類によっては、流体潤滑膜の維持に差が生じ、潤滑環境が、流体潤滑から境界 混合潤滑、さら〖こは、固体境界潤滑領域へ移行する場合がある。
[0005] そのため、シールリングのしゅう動特性、特に流体潤滑膜保持性能と高圧力（高 PV 値）下でのしゅう動特性を向上させるため、最適材種の選定や、表面形状などに関す る様々な取り組み長年行われてきた。
[0006] たとえば、特許文献 3には、シールリングの固定リングとして、炭化珪素またはカー ボン材製を用い、平均気孔径が 0. 010から 0. 040mmの球状の気孔を結晶組織内 に点在せしめてしゆう動特性を改良したものが示されており、さらに、特許文献 4には 、しゅう動面に気孔縁面にカーボン部が接着した気孔 (マイクロピット）を形成したシー ルリングが示されている。
[0007] さらには、非特許文献 1には、このメカ-カルシールのしゅう動面におけるマイクロピ ットの存在は、流体潤滑カゝら混合潤滑へと移行する荷重を高める効果があること、そ の好ま 、ピットのパターンは大き 、面積比とより低 ヽ (深さ/直径)比にあること、ま た、非特許文献 2には、ピットの断面形状は、矩形よりも正弦波形の方が負荷能力が 高い、またマイクロピットの配置は、 X—方向の間隔が広い方、 y—方向の多い方が負 荷能力が高い、さらには、ピット深さの増大に伴い、膜厚形成能力は低くなることが開 示されている。
特許文献 1 :特開昭 57— 161368号公報
特許文献 2：特開 2000 - 170924号公報
特許文献 3：特公平 5— 69066号公報
特許文献 4：特開 2004 - 60738号公報
非特許文献 1 : X. Wang, and K. Kato (2002), The Lubrication Effect of Micro-Pits o n Parallel Sliding Face of SiC in Water, Tribology Transaction, Vol.45, No.3, pp294 -301
非特許文献 2 :日本機械学会講演論文集 No. 038 - 1
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] ところが、上記それぞれの特許文献、とくに、特許文献 4に開示された球状カーボン を分散させた超硬合金について述べると、分散させたカーボンが焼結時に硬質材料 である炭化タングステンや結合層であるコノ レトなどに固溶し、カーボンが球形状を 維持することが困難であり、ポアの形成によってカーボンが消耗し、カーボンに覆わ れたマイクロピットが形成されな 、と 、う問題がある。
[0009] また、非特許文献 1では、マイクロピットを形成するために、レーザー加工を行って いるが、この手法では、レーザーが均一に照射されるため、断面が矩形上の凹状の ピットが形成され、レンズ状のマイクロピットを形成することはできない。また、メカ-力 ルシールのシールリングのしゅう動面へのマイクロピットの形成は、しゅう動面を所定 の光沢面表面粗さに研磨したのち化学的あるいは機械的な二次処理によって凹凸 面を形成している。この二次処理による凹凸面の形成は、ピットの断面が矩形となる ために上記負荷能力の高 、マイクロピットを得るためには効率が悪 、。
[0010] 本発明が解決しょうとする課題は、メカ-カルシールのしゅう動面において、負荷能 力が高い形態の均一に分散したマイクロピットを、具体的には、直径が 5 m以上 30 m以下で、深さ Z直径比が 0. 01以上 0. 3以下の凹レンズ状のマイクロピットが均 一に分散されているメカ-カルシールリングを高能率で得るための手段を提供するこ とにある。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明は、回転リングと固定リングの少なくとも何れか一方が、実質的に気孔を含ま ない自己潤滑物質を分散した硬質材料によって形成され、且つ、しゅう動面には、直 径が 5 m以上 30 m以下で、深さ Z直径比が 0. 01以上 0. 3以下の凹レンズ状の マイクロピットが均一に分散されているメカ-カルシールリングを、二次加工を施すこ となぐ鏡面仕上げのみによって形成することを特徴とする。
[0012] 本発明のメカ-カルシールは、流体潤滑状態において、流体が平坦表面からしゅう 動面に存在するマイクロピットの微細な凹みの影響により内部へ流れ入る際に、互い にしゅう動する 2面間の距離が拡大されて圧力が低下するものの、マイクロピットから 平坦面へと流れ出る際、再び互いにしゆう動する 2面間の距離が縮小し圧力が上昇 する。
[0013] 通常、 2面間を流れる流体は、流路拡大による圧力損失より、流路収束による圧力 上昇の値が大きい。そのため、しゅう動表面に形成されたマイクロピットの形状力 流 体が内部をよどみなくスムーズに流れる形状、つまり、浅ぐレンズ形状をしている場 合には、マイクロピットによる圧力上昇値が大きくなる。
[0014] このように、本発明のメカ-カルシールは、マイクロピットによって発生した圧力によ り、互いにしゆう動する 2面間を反発させる力が強くなるため、 PV値が高くなつても 2 面間に安定した距離を保つことができ、安定した潤滑膜の形成を維持することができ る。これに対して、従来のポア分散超硬合金の場合、形成されるピットの深さが、面積 に対して深ぐそのため、流体に乱流が生じ、液体を介して、 2面間を反発する力が 弱くなり、 PV値が上がると良好な液体潤滑が維持できない。
[0015] レンズ状のマイクロピットの径は、 5 μ m未満の場合は、圧力上昇効果が現れず、ま た、 30 mを超えると流体に乱流が生じやすくなり、また、硬質材料の強度も低下す る。したがって、レンズ状のマイクロピットの径は、 5〜30 /ζ πιにおいて、圧力上昇効 果が充分に得られ、硬質材料の強度低下も少ない。
[0016] また、レンズ状のマイクロピットの深さ/直径比が 0. 01未満の場合には、ピットが浅 すぎて、流体の圧力上昇効果が充分発揮できない。また、 0. 3を超えると、流体の流 れに乱流が起こり、リング間の圧力が低下する。したがって、マイクロピットの深さ Ζ直 径比が 0. 01〜0. 3において、レンズ状の形状と相俟って、流体を介した圧力の上 昇が起き、流体膜を維持する効果が高くなる。
[0017] また、相対する 2平面が、さらに高い圧力で押さえつけられ、直接接触を伴う境界潤 滑においては、メカ-カルシール中に分散された自己潤滑物質の作用により、トルク が急激に上昇しない。
[0018] 本発明において、施される鏡面仕上げは、通常のラップ加工のような機械的手段に よって、表面粗度が、 Raで 0. 003 m以下になるように鏡面力卩ェを行う。
[0019] 硬質材料としては、通常の超硬合金、炭化物、窒化物、酸ィ匕物などのセラミックスを 用いることができる。超硬合金の場合、炭化タングステンを基とし、コバルト、ニッケル の少なくとも 1つを結合層とし、結合層が 1質量％以上 30質量％以下の配合のものを 使用することができ、また、炭化物、窒化物、酸ィ匕物の少なくとも 1つからなるセラミツ タス力もなる硬質材料も使用することができる。とくに、硬質材料として通常のラップカロ ェによって、平滑面を得るためには、 Co, Ni等の金属バインダを含まないバインダレ ス超硬合金が好ましい。このバインダレス超硬合金硬質材料としては、炭化タンダス テンを基とし、 TiC、 TaCの少なくとも 1つと固溶合金化し、 TiCあるいは TaCの合計 力 質量％以上 30質量％以下のものが使用できる。
[0020] また、硬質材中に分散した自己潤滑物質としては、黒鉛、窒化ホウ素、二硫化タン ダステン、および二硫化モリブデン等であり、最終的に得られるマイクロピットの径と深 さ Z直径比とから、 15〜20 /ζ πιの球形であることが好ましぐ分散量は 5〜30体積％ であることが望ましい。
[0021] 硬質材料が、自己潤滑物質を固溶しやすい場合には、焼結時に自己潤滑物質が 結合層に固溶しないよう、固溶元素量を固溶限界内になるように調整し、焼結後も上 記サイズの自己潤滑物質が得られるように調整を行う。
[0022] このように、自己潤滑物質を分散した硬質材のしゅう動面に、鏡面仕上げ施すこと によって、超硬合金の表面に分散して存在する自己潤滑物質は、母材より硬度が低 いため選択的に研磨され、断面が凹レンズ状の所定の径と深さを有するマイクロピッ トが形成される。
発明の効果
[0023] 本発明によって、シールリングの基材である硬質材料に自己潤滑物質を分散したも のに、単に通常の鏡面加工を施すだけで、格別の二次加工を施すことなく流体潤滑 を持続させるための理想状態に近いマイクロピットを形成することができる。
[0024] さらに、相対する 2平面が直接接触する境界潤滑領域においても、トルクが急激に 上昇することがない。
[0025] このようなシールリングは、ポンプに、（1)封止圧力が高くなるため、高圧での使用 が可能、（2)短時間であれば、乾式での使用が可能、といった特徴を付与する。 発明を実施するための最良の形態
[0026] 以下、実施例によって本発明の実施の形態を説明する。
実施例
[0027] 回転側試験片には、一般にシール材として用いられる WC— 5質量％TiC— 2質量 %TaCバインダレス超硬合金を適用し、固定側試験片には、以下に示す 4種類を用 いた。
[0028] 実施例として、回転側と同じ超硬合金に直径 15— 20 /z mの実質的にポアを含まな
V、球状カーボンを 15容積％含むカーボン分散超硬合金を用いた。
[0029] 比較例 1として、回転側と同じ超硬合金を用いた。
[0030] 比較例 2として、直径 15— 20 mの球状気孔を 15容積％含むポア分散超硬合金 を用いた。 [0031] 比較例 3として、内部にポアを有する実施例と同じカーボン分散超硬合金を用いた
[0032] それぞれのしゅう動面に、 600番程度研削砥石で表面粗さが Ral. 6 μ mの平坦面 となるような加工を施した後、粒度が 30 m、 9 m、 3 mの順にダイヤモンド砲粒 を用いたラップカ卩ェによって、 RaO. 003 m以下になるように鏡面仕上げを行った。
[0033] この結果、しゅう動面には、それぞれ、図 1に示すマイクロピットを形成した。同図（a )は、実施例の場合を示し、所定の径と深さ Z直径比を有する断面がレンズ状であつ て内面にカーボンの皮膜 cを有するマイクロピット pが均一に分散したしゅう動面を有 する。
[0034] 同図（b)は、比較例 1のしゆう動面を示し、マイクロピットは形成されていない。
[0035] 同図（c)は、比較例 2のしゆう動面を示し、均一性に欠け、比較的深い不均一マイク 口ピット pが形成されている。
[0036] さらに、同図（d)は、比較例 3のしゆう動面を示し、個々のマイクロピットの形態は、 実施例の場合と同様に、内面にカーボンの皮膜 cを有するマイクロピット pが形成され ているが、深く且つ均一性に欠けたものである。
[0037] それに対し、本発明のカーボン分散超硬合金のしゅう動面にあるピットは、しゅう動 面に露出しているカーボン部分の面積にかかわらず、最大でも深さが 2 m以下であ る。
[0038] 表 1に、これら供試材の機械的特性を示す。
[表 1]
Figure imgf000008_0001
[0039] 図 2に示すシール試験機によりしゆう動特性を評価した。同図において固定側試験 片 1は、液槽 2の底部中央に取り付けられ、回転側試験片 3は回転軸 4に固定する。 両試験片（リング形状)の中央部は、液槽 2とつながっており、純水が封入されている 。両試験片は、装置上部の錘 5によって密着しており、回転リングは周速 7. lm/s ( 6050rpm)で回転する。
[0040] 装置上部に載せる錘 5を段階的に重くし、その際、生じるしゅう動トルクと、固定側試 験片 1のしゆう動面下 lmmの温度を測定し記録した。錘 5の重さを変えることにより荷 重を変え、一回の実験時間は 5分とした。
[0041] 図 3に、それぞれの試験片の PV値 (速度と圧力の積）に対する最大しゆう動トルクと 、しゅう動面下 lmmでの最大温度の挙動を示す。同図に示すように、比較例 1にお いては、 PV値が 8. 6MPa'm/sのとき、比較例 2においては、 14. 5MPa'm/sの ときそれぞれ最大しゆう動トルクが急上昇していることが分かる。比較例 3は、流体潤 滑状態力も混合潤滑状態に移行する際の PV値は、比較例 2と同様に低 、値になつ ているものの、混合潤滑時からはカーボンによる潤滑能が有効に働いており、比較例 2よりも摩擦が少なくなつている。
[0042] これに対して、本発明に係る実施例の場合は、 PV値が 16. 7MPa'mZsから最大 しゅう動トルクが徐々に上昇し、 26. 7MPa'mZsのとき通常超硬合金の最大しゆう 動トルクとほぼ同値に達している。また、混合潤滑時においては、カーボンによる潤 滑能が有効に働いており、比較例 1、比較例 2よりも最大トルクの上昇値が小さい。
[0043] また、図 3より、温度上昇はトルク値上昇には密接な関係がある。通常、何らかの固 体接触が生じた場合、しゅう動時の温度が上昇する傾向にあることが明らかになった
[0044] 実験後、各供試材のしゆう動面を観察した結果、これらから、実験後の各比較例は 、実験後のしゅう動面にしゅう動痕があることが確認された。それに対し、本発明の場 合、固定側試験片のしゅう動面に僅かながらしゅう動痕が確認されるものの、回転側 リングのしゅう動動面には存在しなかった。
[0045] 図 3において、トルクもしくは温度が上昇した部分は、液体潤滑から混合潤滑へと移 行した部分であると考えられる。つまり、本発明のカーボン分散超硬合金 (実施例）、 通常超硬合金 (比較例 1)、ポアを含むカーボン分散超硬合金 (比較例 3)およびポア 分散超硬合金 (比較例 2)の順で、流体潤滑から混合潤滑へと移行する時の PV値が 高いことになる。言い換えると、上記実施例によって得られたメカ-カルシールリング は、液体潤滑を荷重がカゝかった場合でも液体潤滑の状態を保つことができ、さらに、 境界潤滑に移行してもその摩耗は緩やかに増大する。
[0046] なお、上記実施例においては、硬質材料としてバインダレス超硬合金を使用し、自 己潤滑物質としてカーボンを使用した例について説明した力 それぞれ、他の超硬 合金またはセラミックス、他の自己潤滑物質を使用した場合も同様の効果が得られた 図面の簡単な説明
[0047] [図 1]それぞれの供試材において形成されたマイクロピットの形態を示す。
[図 2]しゅう動特性を評価するためのシール試験機を示す。
[図 3]それぞれの供試材の PV値と最大しゆう動トルクとしゅう動面下 lmmでの最大温 度の関係を示す。
符号の説明
[0048] 1 固定側試験片
2 液槽
3 回転側試験片
4 回転軸
5 錘

Claims

請求の範囲
[1] 回転リングと固定リングの少なくとも何れか一方が、自己潤滑物質を分散した硬質 材料によって形成され、且つ、しゅう動面にはマイクロピットが形成されているメカ-力 ルシールリングであって、
前記しゆう動面に形成されたマイクロピットは、実質的に気孔を含まない自己潤滑 物質を分散した硬質材料の鏡面仕上げのみによって形成されたものであって、直径 力 / z m以上 30 m以下で、深さ Z直径比が 0. 01以上 0. 3以下の凹レンズ状であ つて、且つ、均一に分散されているメカ-カルシールリング。
[2] 鏡面仕上げが硬質砲粒によるラップカ卩ェであって、凹レンズ状のマイクロピットは、 硬質材料に分散された自己潤滑物質が選択的に摩耗して得られたものである請求 項 1に記載のメカ-カルシールリング。
[3] 硬質材料は、炭化物、窒化物、および酸ィ匕物の中の少なくとも 1種力 なるセラミツ タスである請求項 1に記載のメカ-カルシールリング。
[4] 硬質材料は、炭化タングステンを基とし、 TiCある 、は TaCを合計で 1質量％以上 3
0質量％以下含み、且つ、金属バインダを実質的に含まないバインダレス超硬合金 である請求項 1に記載のメカ-カルシールリング。
[5] 硬質材料は、 Coあるいは Niからなる結合層を 1質量％以上 30質量％以下含む超 硬合金である請求項 1に記載のメカ-カルシールリング。
[6] 自己潤滑物質は黒鉛、窒化ホウ素、二硫化タングステン、および二硫化モリブデン の中の少なくとも 1種力もなる請求項 1に記載のメカ-カルシールリング。
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