WO2021095592A1 - 摺動部品 - Google Patents

摺動部品 Download PDF

Info

Publication number
WO2021095592A1
WO2021095592A1 PCT/JP2020/041089 JP2020041089W WO2021095592A1 WO 2021095592 A1 WO2021095592 A1 WO 2021095592A1 JP 2020041089 W JP2020041089 W JP 2020041089W WO 2021095592 A1 WO2021095592 A1 WO 2021095592A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
graphite film
sliding
sealing ring
base material
sliding surface
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/041089
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
峰洋 荒井
Original Assignee
イーグル工業株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by イーグル工業株式会社 filed Critical イーグル工業株式会社
Priority to US17/772,499 priority Critical patent/US20220389961A1/en
Priority to CN202080074865.6A priority patent/CN114630970A/zh
Priority to EP20886813.3A priority patent/EP4060200A4/en
Priority to JP2021556031A priority patent/JP7490324B2/ja
Publication of WO2021095592A1 publication Critical patent/WO2021095592A1/ja

Links

Images

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
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/24—Brasses; Bushes; Linings with different areas of the sliding surface consisting of different materials
    • 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
    • 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
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • 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
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/16—Sliding surface consisting mainly of graphite
    • 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
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/74—Sealings of sliding-contact bearings
    • 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
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/02—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of sliding-contact bearings
    • 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
    • F16J15/3464—Mounting of the seal
    • 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
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2206/00—Materials with ceramics, cermets, hard carbon or similar non-metallic hard materials as main constituents
    • F16C2206/40—Ceramics, e.g. carbides, nitrides, oxides, borides of a metal
    • F16C2206/56—Ceramics, e.g. carbides, nitrides, oxides, borides of a metal based on ceramic carbides, e.g. silicon carbide (SiC)
    • 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
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/54—Surface roughness
    • 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
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/60—Thickness, e.g. thickness of coatings

Definitions

  • the present invention relates to sliding parts that slide relative to each other, for example, sliding parts used in a shaft sealing device for shaft-sealing the rotating shaft of a rotating machine in an automobile, a general industrial machine, or other sealing field, or an automobile, a general industry.
  • the present invention relates to sliding parts used for bearings of machines or machines in the field of bearings.
  • the sliding component has a sliding surface that slides relative to the sliding surface on the mating side, and is configured as a bearing that supports a rotating or reciprocating shaft, etc., and a shaft sealing device that prevents leakage of the sealed fluid. It is used as a part.
  • a shaft sealing device for preventing leakage of the fluid to be sealed for example, a mechanical seal includes a pair of annular sliding parts that rotate relative to each other and slide on sliding surfaces.
  • the sliding component shown in Patent Document 1 is formed of carbon, which is a soft material, so that a low friction effect can be obtained by utilizing the self-lubricating property of carbon, but the sliding surface. When a foreign substance enters between them, the sliding surface of the sliding component formed of carbon is easily scraped, and there is a problem in foreign matter resistance.
  • the coating film Since the coating film has high hardness, galling may occur on the sliding surface on the mating side depending on the usage conditions. In order to obtain a low friction effect, the hydrogen content of the DLC coating film, etc. It was not versatile because it required complicated condition setting such as changing.
  • the present invention has been made by paying attention to such a problem, and an object of the present invention is to provide a sliding component capable of obtaining a stable low friction effect under a wide range of usage conditions.
  • the sliding parts of the present invention are A sliding component having a sliding surface that slides relative to each other.
  • the base material of the sliding component is coated with a graphite film, and the sliding surface is made of the graphite film.
  • the graphite film constituting the sliding surface is bonded by the van der Waals force due to friction with the sliding surface on the other side. It is sheared between the layers and a part of the graphite film remains in the fine recesses on the surface of the base material, so that the sliding surface is smoothed and the graphite exhibits self-lubricating property to the sliding surface on the mating side. Therefore, it is possible to stably obtain a low friction effect under a wide range of use conditions such as a fluid lubrication region, a boundary lubrication region, and a non-lubricated environment.
  • the hardness of the graphite film may be smaller than the hardness of the sliding surface on the mating side. According to this, since the graphite film is softer than the sliding surface on the mating side, the sliding surface on the mating side is less likely to be damaged by friction.
  • the hardness of the graphite film may be smaller than the hardness of the base material. According to this, since the base material coated with the graphite film is harder than the graphite film, when foreign matter enters between the sliding surfaces, the soft graphite film is preferentially scraped to the sliding surface. Since the smoothing of graphite is promoted and the foreign matter resistance can be enhanced by the exposed substrate surface, it is possible to achieve both the self-lubricating property of graphite and the foreign matter resistance between the sliding surfaces.
  • the thickness of the graphite film may be larger than the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the base material. According to this, since the thickness of the graphite film is larger than the unevenness of the surface of the base material, a part of the graphite film easily enters the fine recesses of the base material, and the low friction effect is easily exhibited.
  • the base material may be made of ceramics. According to this, since the surface roughness of porous ceramics is more likely to be obtained than that of metal, the graphite film is likely to be fixed to the base material.
  • the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the base material may be 0.1 ⁇ m or more. According to this, since the graphite film easily enters the fine recesses on the surface of the base material, even if the graphite film is sheared by friction with the sliding surface on the other side, a part of the graphite film is retained in the fine recesses and falls off. Difficult to do.
  • the entire surface of the base material may be covered with the graphite film. According to this, since a part of the graphite film on the base material side has entered all the fine recesses on the surface of the base material, the sliding surface is easily smoothed by shearing the graphite film.
  • the graphite film may be formed on only one of the relative sliding sliding surfaces. According to this, a mass of sheared graphite film is transferred to the unevenness of the surface of the sliding surface on the mating side, so that the sliding surface on the mating side is also smoothed, so that a better low friction effect can be obtained. Obtainable.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a sliding surface of a rotary sealing ring before use in which a graphite film is formed in an example.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a state in which a shear mass is generated by sliding between the sliding surface of the rotary sealing ring on which the graphite film is formed and the sliding surface of the static sealing ring in the embodiment.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a state after sliding between the sliding surface of the rotary sealing ring on which the graphite film is formed and the sliding surface of the static sealing ring in the embodiment.
  • the sliding parts according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • a mode in which the sliding component is a mechanical seal will be described as an example.
  • the inner diameter side of the sliding component constituting the mechanical seal will be described as a low pressure fluid side as a leak side
  • the outer diameter side will be described as a high pressure fluid side (sealed gas side) as a sealed fluid side.
  • the mechanical seal for general industrial machinery shown in FIG. 1 tends to leak from the outer diameter side to the inner diameter side of the sliding surface in a non-lubricated environment in which no liquid is interposed between the sliding surfaces, that is, in a dry environment.
  • An annular rotary sealing ring 20 as a sliding component provided on the rotary shaft 1 via a sleeve 2 so as to be rotatable together with the rotary shaft 1, which is an inside type that seals the gas to be sealed, and a cover. It is mainly composed of an annular static sealing ring 10 as a sliding component provided on the seal cover 5 fixed to the housing 4 of the mounting device in a non-rotating state and in a state of being movable in the axial direction, and is mainly composed of a spring 6.
  • the static sealing ring 10 and the rotary sealing ring 20 in this embodiment are made of SiC (silicon carbide).
  • the static sealing ring 10 and the rotary sealing ring 20 are not limited to those made of the same material, but may be made of different materials.
  • the rotary sealing ring 20 is configured by coating a graphite film 30 on a SiC base material 22 as a base material. That is, the substantially sliding surface 21 of the rotary sealing ring 20 is composed of the surface 30a of the graphite film 30. As will be described later, the sliding surface 21 of this embodiment has a graphite film 30 thicker than the surface roughness of the SiC base material 22, and the entire surface of one end surface portion 22a of the SiC base material 22 in the axial direction is graphite.
  • the embodiment covered with the film 30 will be described, but the present invention is not limited to this.
  • the sliding surface 21 is a part of the end surface portion 22a of the SiC base material 22, for example, the surface surface.
  • the top of the mountain may be exposed without being covered with the graphite film 30.
  • the graphite film 30 is directly coated on the SiC base material 22, so that there is no need to form an intermediate layer as compared with the case where there is an intermediate layer or the like, and the usage conditions according to the intermediate layer are satisfied. There is no limit.
  • the graphite film 30 has a conventionally known layered structure of carbon, is mainly composed of carbon atoms, is a kind of carbon material, and mainly has a hexagonal crystal structure. It is a general term for thin films of substances analyzed by Raman spectroscopic analysis and the like. Further, in this embodiment, it is assumed that the graphite film is not formed on the sliding surface 11 of the static sealing ring 10 (see FIG. 3).
  • the graphite film 30 of this example is a thin film having a composition in which the ratio of regions on the surface where the characteristics of the graphite component are prominently exhibited is 50% to 100%.
  • carbon atoms form a sheet-like crystal structure arranged in a hexagonal system by covalent bonds, and a thin sheet-like crystal structure is bonded in layers by van der Waals force to form a graphite layer. Is forming.
  • a part of the carbon atom may form a glassy carbon region composed of uncrystallized amorphous carbon.
  • the graphite film 30 is thermosetting one or more selected from phenol resin, melamine resin, urea resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, silicone resin, diallyl phthalate resin, polyimide resin, polyurethane resin and the like.
  • the precursor solution obtained by dissolving the sex resin in an organic solvent is directly applied so as to cover one end face portion 22a in the axial direction of the SiC base material 22 constituting the rotary sealing ring 20, and after drying and curing treatment, It is formed by heat-curing at a temperature of 800 ° C. or higher, preferably 1200 ° C. or higher, and further firing.
  • the graphite film 30 can be formed into a thin film having a thickness in a predetermined range to prevent the film from being torn, and the thermosetting resin can be graphitized by firing at a relatively low temperature. it can. Furthermore, the graphite film 30 before the initial use may be formed so as to have a thickness of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m. If the film thickness is thinner than the above value, peeling occurs between the SiC base material 22 and if the film thickness is thicker than the above value, cracks occur during film formation.
  • the end face portion 22a of the SiC base material 22 coated with the graphite film 30 has an arithmetic mean roughness Ra of 0.1 ⁇ m or more on the surface thereof, and the graphite film 30 is a fine particle of the end face portion 22a of the SiC base material 22. It is formed in a state where a part of the graphite film 30 is inserted in the recess 22b.
  • the hardness of the graphite film 30 and the SiC base material 12 was measured by a nanoindenter, and it was confirmed that the SiC base material 12 showed a harder value than the graphite film 30.
  • a graphite layer is formed by firing a thermosetting resin.
  • the composition of the graphite film 30 can be determined by analyzing the composition of the film by, for example, XRD, Raman spectroscopic analysis, or thermal analysis.
  • the graphitized area region of the surface of the graphite film 30 of the rotary sealing ring 20 in this example was analyzed by Raman spectroscopic analysis.
  • the degree of graphitization of the surface of the graphite film 30 was analyzed using a spectroscopic analyzer manufactured by Nanophoton, with a central wave number of 2082.24 cm -1 , an excitation wavelength of 532.36 nm, and a laser intensity of 0.8 mW. .. IG is the intensity of the G peak that appears at the central wave number 1574 to 1576 cm -1.
  • ID is the intensity of the D peak appearing in the central wave number 1344 to 1348 cm -1.
  • a plurality of points in a specific region were measured in the sample, and the intensity ratio ID / IG was calculated from the G and D peak intensities of the averaged spectrum to determine whether or not it was graphite.
  • Table 1 shows the analysis results of the graphitization degree (area%) of the surface of the graphite film 30 of the rotary sealing ring 20 and the test results of the Ring-on-Ring friction / wear test in this example.
  • the feasibility of use was determined based on whether or not seizure of the sliding surface occurred in a non-lubricated environment (the one in which seizure did not occur is ⁇ ). .. Furthermore, after the Ring-on-Ring friction / wear test, it was confirmed whether or not a transfer film was formed on the sliding surface 11 of the static sealing ring 10.
  • the graphite film 30 of the rotary sealing ring 20 having no seizure on the sliding surface and having a transfer film formed on the sliding surface 11 of the static sealing ring 10 has a surface graphitization degree of 50. Was found to be greater than or equal to% (Samples A, B, C).
  • Table 2 shows the results of forming the graphite film 30 of the rotary sealing ring 20 (samples F to G) and the test results of the Ring-on-Ring friction / wear test in this example.
  • the Ring-on-Ring friction / wear test as in Table 1, it was determined whether or not it could be used based on whether or not seizure of the sliding surface occurred in a non-lubricated environment. Furthermore, after the Ring-on-Ring friction / wear test, it was confirmed whether or not the graphite film 30 was peeled off from the sliding surface 21 of the rotary sealing ring 20 and whether or not there were cracks.
  • the graphite film 30 of the rotary sealing ring 20 having no seizure on the sliding surface and no peeling or cracking of the graphite film 30 from the sliding surface 21 of the rotary sealing ring 20 has a thickness of 1 ⁇ m or more. It was found to be 100 ⁇ m (Samples F, G, H, I, K).
  • the static sealing ring 10 on the mating side is formed of carbon, which is a soft material, with respect to the sliding surface 21 on which the graphite film 30 is not formed, as in the rotary sealing ring 20 of the sample K described above. Due to the intrusion of foreign matter between the moving surfaces 11 and 21, foreign matter gets caught in the sliding surface 11 of the static sealing ring 10 formed of soft carbon, and the sliding surface 11 is scraped, causing surface roughness and friction. The smoothness of the moving surface is lost, which adversely affects the coefficient of friction. As described above, the sliding surface of the sliding component formed of carbon has a problem in foreign matter resistance.
  • the rotary sealing ring 20 is formed by coating a hard SiC base material 22 with a graphite film 30, and the static sealing ring 10 on the other side is also formed of a hard material, SiC. Therefore, the soft graphite film 30 is preferentially scraped against the intrusion of foreign matter between the sliding surfaces 11 and 21, and the SiC group has an adverse effect on the friction coefficient of the sliding surface. The surface roughness of the materials 12 and 22 is less likely to occur.
  • the SiC base material 22 of the rotary sealing ring 20 according to the present invention is coated with the graphite film 30, and the graphite forming the sliding surface 21 due to friction with the sliding surface 11 of the static sealing ring 10.
  • the film 30 is sheared between the layers of the graphite layers bonded by a weak van der Waals force (see the enlarged part in FIG. 3), and is pushed in the axial direction by the pressure contact force between the sliding surfaces 11 and 21 to form a SiC group.
  • the sliding surface 21 is smoothed by leaving a part of the graphite film 30 in the fine recess 22b of the end surface portion 22a of the material 22 (see the enlarged portion in FIG. 4).
  • the graphite film 30 remaining in the fine recess 22b can exhibit the self-lubricating property of graphite with respect to the sliding surface 11 of the static sealing ring 10, so that the fluid lubrication area, the boundary lubrication area, and the non-lubricating environment A stable low friction effect can be obtained under a wide range of usage conditions such as below. Further, the graphite film 30 is formed only on the sliding surface 21 of the rotary sealing ring 20, so that a shear mass P30 derived from the graphite film 30 generated between the sliding surfaces 11 and 21 (see the enlarged portion in FIG. 3).
  • the sliding surface 11 of the static sealing ring 10 is also smoothed (see the enlarged portion of FIG. 4). As a result, the ratio of the sliding portion between SiC and graphite or graphite increases between the sliding surfaces 11 and 21, so that a better low friction effect can be obtained.
  • the hardness of the graphite film 30 is smaller than the hardness of the sliding surface 11 of the static sealing ring 10, that is, the SiC base material 12, the graphite film 30 becomes softer than the sliding surface 11 of the static sealing ring 10.
  • the sliding surface 11 of the static sealing ring 10 is not easily damaged by friction.
  • the hardness of the graphite film 30 is smaller than the hardness of the SiC base material 22 of the rotary sealing ring 20, the soft graphite film 30 preferentially shears when foreign matter enters between the sliding surfaces 11 and 21.
  • the base material of the rotary sealing ring 20 is formed of SiC which is a ceramic, and since the SiC base material 22 is porous, there are many fine recesses 22b in which a part of the graphite film 30 enters the end face portion 22a.
  • the surface roughness is more likely to appear than that of metal, the graphite film 30 is likely to be fixed on the surface of the base material.
  • the end face portion 22a of the SiC base material 22 on which the graphite film 30 is formed has a surface arithmetic average roughness Ra of 0.1 ⁇ m or more, so that the graphite film 30 is formed in the fine recess 22b of the end face portion 22a.
  • the end face portion 22a of the SiC base material 22 is entirely covered with the graphite film 30, in other words, the surface of the base material is not exposed, so that one of the graphite films 30 is contained in all the fine recesses 22b in the end face portion 22a. Since the portion is in a state of being inserted, the sliding surface 21 is likely to be smoothed by shearing the graphite film 30.
  • the graphite film 30 has a thickness of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, it is possible to prevent the graphite film 30 from peeling off from the end face portion 22a of the SiC base material 22 and cracks in the graphite film 30. It can be used as a film for sliding parts.
  • the thickness of the graphite film 30 is larger than the arithmetic average roughness Ra on the surface of the end face portion 22a of the SiC base material 22, that is, the thickness of the graphite film 30 is unevenness on the surface of the end face portion 22a of the SiC base material 22. Since it is larger than the above, a part of the graphite film 30 easily enters the fine recess 22b of the SiC base material 22, and the graphite film 30 is surely sheared by friction with the sliding surface 11 of the static sealing ring 10, so that the graphite film 30 is fine. A part of the graphite film 30 tends to remain in the recess 22b, and a low friction effect is likely to be exhibited.
  • the graphite film 30 since the graphite film 30 partially contains a glassy carbon region, the shear mass P30 generated by the shearing of the graphite film 30 tends to be small, and the static sealing ring 10 to which the shear mass P30 is on the other side tends to be small. Since it is easy to penetrate into the fine recess 12b of the SiC base material 12 constituting the above, the transfer film 31 is likely to be formed on the sliding surface 11 of the static sealing ring 10. Even if the graphite film 30 contains a glassy carbon region in part, the graphite film 30 is mainly composed of a graphite layer, so that the graphite film self-lubricates by friction with the sliding surface 11 of the static sealing ring 10. Can exert its sexuality.
  • the graphite film 30 is formed directly on the end face portion 22a of the SiC base material 22, the adhesion to the end face portion 22a of the SiC base material 22 is low. Therefore, for example, the graphite film 30 is formed via an adhesive. The graphite film 30 is more likely to be sheared due to friction with the sliding surface 11 of the static sealing ring 10 as compared with the case where the graphite film 30 is joined, whereby peeling of the graphite film 30 can be prevented.
  • the base material of the rotary sealing ring 20 and the sliding surface can be formed of different materials
  • the graphite film 30 on the sliding surface 21 makes the graphite material while giving the base material the rigidity of ceramics such as SiC. It can be self-lubricating. Furthermore, the cost of sliding parts can be reduced by changing the base material to an inexpensive material.
  • the mechanical seal for general industrial machines has been described as an example as the sliding component, but other mechanical seals for automobiles, water pumps, etc. may be used.
  • the present invention is not limited to the mechanical seal, and may be a sliding component other than the mechanical seal such as a slide bearing.
  • the graphite film 30 can be formed on the inner peripheral surface of the bearing, it can also be applied to sliding parts constituting a radial bearing or the like.
  • the mechanical seal to which the sliding component is applied has been described as being used in a non-lubricated environment, but the present invention is not limited to this, and a liquid which is a fluid to be sealed is interposed between the sliding surfaces. It may be used in a fluid lubrication area or a boundary lubrication area.
  • the graphite film 30 may be provided only on the rotary sealing ring 20
  • the graphite film 30 may be provided only on the static sealing ring 10
  • both the rotary sealing ring 20 and the static sealing ring 10 may be provided. It may be provided in.
  • the static sealing ring 10 and the rotary sealing ring 20 have been described as being formed of SiC, but the present invention is not limited to this, and the sliding material is used as a sliding material for mechanical sealing. If there is, it is applicable.
  • the SiC includes a sintered body using boron, aluminum, carbon and the like as a sintering aid, and materials composed of two or more phases having different components and compositions, for example, SiC and SiC in which graphite particles are dispersed. It may be reaction sintered SiC or the like made of Si.
  • alumina, zirconia, other ceramics such as silicon nitride (Si 3 N 4), a metal material, a resin material is also applicable composite materials.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Sealing (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

広い使用条件において安定した低摩擦効果を得ることができる摺動部品を提供する。　相対摺動する摺動面２１を有する摺動部品２０であって、摺動部品２０の基材２２には黒鉛膜３０が被膜されており、摺動面２１は黒鉛膜３０からなる。

Description

摺動部品
　本発明は、相対摺動する摺動部品に関し、例えば自動車、一般産業機械、あるいはその他のシール分野の回転機械の回転軸を軸封する軸封装置に用いられる摺動部品、または自動車、一般産業機械、あるいはその他の軸受分野の機械の軸受に用いられる摺動部品に関する。
　摺動部品は、相手側の摺動面と相対摺動する摺動面を有しており、回転または往復運動する軸等を支持する軸受や被密封流体の漏れを防止する軸封装置の構成部品として用いられている。被密封流体の漏れを防止する軸封装置として、例えばメカニカルシールは相対回転し摺動面同士が摺動する一対の環状の摺動部品を備えている。例えば、特許文献１に示される摺動部品は、軟質材であるカーボンから形成されることにより、カーボンの自己潤滑性を利用して低摩擦効果が得られるようになっているが、摺動面間に異物が侵入した場合、カーボンから形成される摺動部品の摺動面が削れやすく、耐異物性に問題がある。
特開２０１１－５８５１７号公報（第６頁、第１図） 特開２００４－２２５７２５号公報（第６頁、第２図）
　摺動部品を硬質材であるＳｉＣから形成する（例えば特許文献２）ことで耐異物性を高めることができるが、例えばメカニカルシールを摺動面間に液体を介在させない無潤滑環境下（ドライ環境下）で使用する場合、大気中におけるＳｉＣの摩擦係数が大きいことから、使用条件によっては摺動面にかじりが生じてしまう虞がある。また、特許文献２においては、摺動部品の摺動面がダイヤモンドライクカーボン被膜（以下、ＤＬＣ被膜と表記することもある。）により被覆されており、例えば無潤滑環境下で使用する場合、ＤＬＣ被膜が高硬度であることから、使用条件によっては相手側の摺動面にかじりが生じてしまう虞があり、低摩擦効果を得るためには、使用条件に応じてＤＬＣ被膜の水素含有量等を変更する等の煩雑な条件設定が必要となり、汎用性に乏しかった。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、広い使用条件において安定した低摩擦効果を得ることができる摺動部品を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明の摺動部品は、
　相対摺動する摺動面を有する摺動部品であって、
　前記摺動部品の基材には黒鉛膜が被膜されており、前記摺動面は前記黒鉛膜からなる。
　これによれば、摺動部品の基材が黒鉛膜により被膜されることにより、相手側の摺動面との摩擦によって摺動面を構成する黒鉛膜がファンデルワールス力で結合している黒鉛層の層間でせん断され、基材表面の微細凹部内に黒鉛膜の一部が残ることで摺動面が平滑化されるとともに、相手側の摺動面に対して黒鉛の自己潤滑性を発揮することができるため、流体潤滑域、境界潤滑域、無潤滑環境下等の広い使用条件において安定して低摩擦効果を得ることができる。
　前記黒鉛膜の硬度は、相手側の摺動面の硬度よりも小さくてもよい。
　これによれば、黒鉛膜が相手側の摺動面よりも軟質であるため、摩擦により相手側の摺動面を傷つけにくい。
　前記黒鉛膜の硬度は、前記基材の硬度よりも小さくてもよい。
　これによれば、黒鉛膜で被覆される基材が黒鉛膜よりも硬質であることにより、摺動面間に異物が侵入した場合、軟質な黒鉛膜が優先的に削られることにより摺動面の平滑化が促進され、露出した基材表面により耐異物性を高めることができるため、摺動面間において黒鉛の自己潤滑性と耐異物性とを両立することができる。
　前記黒鉛膜の厚さは、基材の表面の算術平均粗さＲａよりも大きくてもよい。
　これによれば、黒鉛膜の厚さが基材表面の凹凸よりも大きいため、黒鉛膜の一部が基材の微細凹部に入り込み易く、低摩擦効果を発揮し易い。
　前記基材は、セラミックスから形成されていてもよい。
　これによれば、多孔質のセラミックスは金属よりも表面粗さが出やすいため、黒鉛膜が基材に定着しやすい。
　前記基材の表面の算術平均粗さＲａは、０．１μｍ以上であってもよい。
　これによれば、基材表面の微細凹部内に黒鉛膜が入り込みやすいため、相手側の摺動面との摩擦によって黒鉛膜がせん断されても微細凹部内に黒鉛膜の一部が保持され脱落しにくい。
　前記基材の表面は、前記黒鉛膜により全面が被覆されていてもよい。
　これによれば、基材表面の全ての微細凹部に黒鉛膜の基材側の一部が入り込んだ状態となるため、黒鉛膜がせん断されることにより摺動面が平滑化されやすい。
　前記黒鉛膜は、前記相対摺動する摺動面のうち一方の摺動面のみに形成されていてもよい。
　これによれば、相手側の摺動面の表面の凹凸にせん断された黒鉛膜の塊が移着することにより、相手側の摺動面も平滑化されるため、より良好な低摩擦効果を得ることができる。
本発明の実施例におけるメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。 実施例における黒鉛膜が形成された使用前の回転密封環の摺動面を示す拡大断面図である。 実施例における黒鉛膜が形成される回転密封環の摺動面と静止密封環の摺動面との摺動によりせん断塊が生じた状態を示す拡大断面図である。 実施例における黒鉛膜が形成される回転密封環の摺動面と静止密封環の摺動面との摺動後の状態を示す拡大断面図である。
　本発明に係る摺動部品を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
　実施例に係る摺動部品につき、図１から図４を参照して説明する。尚、本実施例においては、摺動部品がメカニカルシールである形態を例に挙げ説明する。また、メカニカルシールを構成する摺動部品の内径側を漏れ側としての低圧流体側、外径側を被密封流体側としての高圧流体側（被密封気体側）として説明する。
　図１に示される一般産業機械用のメカニカルシールは、摺動面間に液体を介在させない無潤滑環境下、すなわちドライ環境下において摺動面の外径側から内径側に向かって漏れようとする被密封気体を密封するインサイド形のものであって、回転軸１にスリーブ２を介して回転軸１と共に回転可能な状態で設けられた摺動部品としての円環状の回転密封環２０と、被取付機器のハウジング４に固定されたシールカバー５に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた摺動部品としての円環状の静止密封環１０と、から主に構成され、スプリング６によって静止密封環１０が軸方向に付勢されることにより、静止密封環１０の摺動面１１と回転密封環２０の摺動面２１とが互いに密接摺動するようになっている。また、回転密封環２０とスリーブ２との間はガスケット７によりシールされており、静止密封環１０とシールカバー５との間はＯリング８によりシールされている。
　本実施例における静止密封環１０および回転密封環２０はＳｉＣ（炭化珪素）から形成されている。尚、静止密封環１０および回転密封環２０は、同一素材から構成されるものに限らず、異なる素材から構成されていてもよい。
　図２に示されるように、回転密封環２０は、基材としてのＳｉＣ基材２２に黒鉛膜３０が被覆されて構成されている。すなわち、回転密封環２０における実質的な摺動面２１は、黒鉛膜３０の表面３０ａにより構成されている。尚、本実施例の摺動面２１は後述するように黒鉛膜３０の厚さがＳｉＣ基材２２の表面粗さよりも厚く、ＳｉＣ基材２２の軸方向の一方の端面部２２ａの全面が黒鉛膜３０により被覆される態様について説明するが、これに限らず、例えば黒鉛膜３０の厚さを薄く形成することで摺動面２１はＳｉＣ基材２２の端面部２２ａの一部、例えば表面の山の頂部が黒鉛膜３０により被覆されず露出していてもよい。また、黒鉛膜３０はＳｉＣ基材２２に直接被覆されていると良く、これにより、中間層などがある場合に比べ、中間層を形成する手間が無く、また、中間層に合わせた使用条件の制限が無い。
　また、本実施例において、黒鉛膜３０とは、従来公知の炭素の層状構造を有するものあり、炭素原子から主に構成され、炭素材料の一種で六方晶系の結晶構造を主に有し、ラマン分光分析等により解析される物質の薄膜の総称である。また、本実施例において、静止密封環１０の摺動面１１には黒鉛膜が形成されないものとする（図３参照）。
　詳しくは、本実施例の黒鉛膜３０は、表面における黒鉛成分の特徴が顕著に表れる領域の比率が５０％～１００％の組成を示す薄膜である。黒鉛膜３０において、炭素原子同士は、共有結合により六方晶系に配置されたシート状の結晶構造を構成し、薄いシート状の結晶構造がファンデルワールス力により層状に結合することにより黒鉛層を形成している。尚、炭素原子の一部は、結晶化されていない非晶質炭素から構成されるガラス状カーボン領域を形成していてもよい。
　黒鉛膜３０は、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂等の中から選択される１種類または２種類以上の熱硬化性樹脂を有機溶媒に溶解させて得た前駆体溶液を回転密封環２０を構成するＳｉＣ基材２２の軸方向の一方の端面部２２ａを被覆するように直接塗布し、乾燥・硬化処理後、８００℃以上、好ましくは１２００℃以上の温度で加熱硬化し、さらに焼成することにより形成されている。尚、黒鉛膜３０は、所定の範囲の厚さの薄膜に形成されることにより、膜の破れを防止することができるとともに、比較的低温での焼成により熱硬化性樹脂を黒鉛化させることができる。さらに尚、初期の使用前における黒鉛膜３０は、厚みが１μｍ～１００μｍとなるように形成されていてもよい。膜厚が上記値より薄いとＳｉＣ基材２２との間に剥がれが生じ、膜厚が上記値より厚いと膜形成時に亀裂が生じる。
　また、黒鉛膜３０により被覆されるＳｉＣ基材２２の端面部２２ａは、その表面における算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上であり、黒鉛膜３０は、ＳｉＣ基材２２の端面部２２ａの微細凹部２２ｂ内に黒鉛膜３０の一部が入り込んだ状態で形成される。
　また、黒鉛膜３０とＳｉＣ基材１２の硬度測定はナノインデンターにより試験を行い、黒鉛膜３０よりもＳｉＣ基材１２が硬い値を示したことを確認した。
　上述したように、本実施例の黒鉛膜３０は、熱硬化性樹脂を焼成することにより黒鉛層が形成されるものである。尚、黒鉛膜３０における膜の組成は、例えばＸＲＤ、ラマン分光分析、熱分析により膜の組成を分析することにより判別することができる。
　次いで、本実施例における黒鉛膜３０が形成された回転密封環２０について、黒鉛化度を変えて作成し、次の条件でＲｉｎｇ‐ｏｎ‐Ｒｉｎｇ摩擦・摩耗試験を行った結果について説明する。尚、回転密封環２０の黒鉛膜３０は、厚さが２０μｍに統一された状態で形成されるものとする。また、静止密封環１０は、上述したように黒鉛膜が形成されず、少なくとも摺動面１１がＳｉＣにより形成されるものとする。
　　　荷重＝１０Ｎ
　　　静止密封環の摺動面の面圧＝０．２５ＭＰａ
　　　回転密封環の回転数＝７４ｒｐｍ
　　　ＰＶ値＝０．００８ＭＰａ．ｍ／ｓｅｃ
　　　試験時間＝摺動距離１０００ｍに達するまで
　　　被密封流体＝大気
　また、本実施例における回転密封環２０の黒鉛膜３０について、ラマン分光分析により表面の黒鉛化されている面積領域を分析した。尚、黒鉛膜３０の表面の黒鉛化度の分析には、ナノフォトン社製の分光分析装置を使用し、中心波数２０８２．２４ｃｍ－１、励起波長５３２．３６ｎｍ、レーザー強度０．８ｍＷで測定した。ＩＧは中心波数１５７４～１５７６ｃｍ－１に現れるＧピークの強度である。ＩＤは中心波数１３４４～１３４８ｃｍ－１に現れるＤピークの強度である。試料において特定の領域の複数点を測定し、平均化スペクトルのＧ、Ｄピーク強度より、強度比ＩＤ／ＩＧを計算し、黒鉛かどうかの判定を行った。
　本実施例における回転密封環２０の黒鉛膜３０の表面の黒鉛化度（面積％）の分析結果とＲｉｎｇ‐ｏｎ‐Ｒｉｎｇ摩擦・摩耗試験の試験結果は表１のとおりであった。尚、Ｒｉｎｇ‐ｏｎ‐Ｒｉｎｇ摩擦・摩耗試験については、無潤滑環境下において、摺動面の焼き付きが発現されたか否か（焼き付きが生じなかったものを〇）に基づき使用可否の判定を行った。さらに尚、Ｒｉｎｇ‐ｏｎ‐Ｒｉｎｇ摩擦・摩耗試験後に静止密封環１０の摺動面１１への移着膜形成の有無を確認した。移着膜形成の有無を確認については、静止密封環１０の摺動面１１に対するエア吹き付けで付着物を除き、光学顕微鏡５倍の倍率において、移着膜が接触範囲内の面積率で５％以下であれば、静止密封環１０の摺動面１１への移着膜形成がないものとして判定を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　無潤滑環境下において、摺動面の焼き付きが無く、かつ静止密封環１０の摺動面１１への移着膜形成がある回転密封環２０の黒鉛膜３０については、表面の黒鉛化度が５０％以上であることが判明した（サンプルＡ，Ｂ，Ｃ）。
　次いで、黒鉛化度７０％の黒鉛膜３０が形成された回転密封環２０について、次の条件でＲｉｎｇ‐ｏｎ‐Ｒｉｎｇ摩擦・摩耗試験を行った結果について説明する。また、静止密封環１０は、上述したように黒鉛膜が形成されず、少なくとも摺動面１１がＳｉＣにより形成されるものとする。
　　　荷重＝１０Ｎ
　　　静止密封環の摺動面の面圧＝０．２５ＭＰａ
　　　回転密封環の回転数＝７４ｒｐｍ
　　　ＰＶ値＝０．００８ＭＰａ．ｍ／ｓｅｃ
　　　試験時間＝摺動距離１０００ｍに達するまで
　　　被密封流体＝大気
　本実施例における回転密封環２０（サンプルＦ～Ｇ）の黒鉛膜３０の膜の形成結果とＲｉｎｇ‐ｏｎ‐Ｒｉｎｇ摩擦・摩耗試験の試験結果は表２のとおりであった。尚、Ｒｉｎｇ‐ｏｎ‐Ｒｉｎｇ摩擦・摩耗試験については、表１と同様に、無潤滑環境下において、摺動面の焼き付きが発現されたか否かに基づき使用可否の判定を行った。さらに尚、Ｒｉｎｇ‐ｏｎ‐Ｒｉｎｇ摩擦・摩耗試験後に回転密封環２０の摺動面２１からの黒鉛膜３０の剥がれの有無と亀裂の有無を確認した。黒鉛膜の剥がれの有無の確認については、回転密封環２０の摺動面２１に対するエア吹き付けで付着物を除き、光学顕微鏡５倍の倍率において、端面部２２ａの微細凹部２２ｂにおける黒鉛膜３０の残留が接触範囲内の面積率で８０％以下であれば、回転密封環２０の摺動面２１からの剥がれがあるものとして判定を行った。黒鉛膜の亀裂の有無の確認については、回転密封環２０の摺動面２１に対するエア吹き付けで付着物を除き、亀裂の有無を確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　無潤滑環境下において、摺動面の焼き付きが無く、かつ回転密封環２０の摺動面２１からの黒鉛膜３０の剥がれ、亀裂がなかった回転密封環２０の黒鉛膜３０については、厚み１μｍ～１００μｍであることが判明した（サンプルＦ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｋ）。
　尚、上述したサンプルＫの回転密封環２０のように、黒鉛膜３０が形成されない摺動面２１に対して、相手側である静止密封環１０が軟質材であるカーボンから形成される場合、摺動面１１，２１間への異物の侵入により、軟質なカーボンから形成される静止密封環１０の摺動面１１に異物が噛み込み、摺動面１１が削られることにより表面荒れが生じ、摺動面の平滑性が失われて摩擦係数に悪影響を与える。このように、カーボンから形成される摺動部品の摺動面は耐異物性に問題がある。これに対し、本実施例において、回転密封環２０は、硬質なＳｉＣ基材２２に黒鉛膜３０が被覆されて構成されるとともに、相手側である静止密封環１０も硬質材であるＳｉＣから形成されているため、摺動面１１，２１間への異物の侵入に対しては、軟質な黒鉛膜３０が優先的に削られることとなり、摺動面の摩擦係数に悪影響を与えるようなＳｉＣ基材１２，２２の表面荒れが生じにくくなっている。
　以上のように、本発明に係わる回転密封環２０のＳｉＣ基材２２が黒鉛膜３０により被覆されることにより、静止密封環１０の摺動面１１との摩擦によって摺動面２１を構成する黒鉛膜３０が弱いファンデルワールス力で結合している黒鉛層の層間でせん断されるとともに（図３の拡大部分参照）、摺動面１１，２１同士の圧接力により軸方向に押し込まれ、ＳｉＣ基材２２の端面部２２ａの微細凹部２２ｂ内に黒鉛膜３０の一部が入り込み残ることで摺動面２１が平滑化される（図４の拡大部分参照）。これにより、微細凹部２２ｂ内に残った黒鉛膜３０が静止密封環１０の摺動面１１に対して黒鉛の自己潤滑性を発揮することができるため、流体潤滑域、境界潤滑域、無潤滑環境下等の広い使用条件において安定して低摩擦効果を得ることができる。さらに、黒鉛膜３０は、回転密封環２０の摺動面２１のみに形成されることにより、摺動面１１，２１間に発生する黒鉛膜３０由来のせん断塊Ｐ３０（図３の拡大部分参照）は、摺動面１１，２１同士の圧接力により軸方向に押し込まれ、静止密封環１０の摺動面１１を構成するＳｉＣ基材１２の端面部１２ａの微細凹部１２ｂ内に入り込んで移着し、移着膜３１を形成することにより、静止密封環１０の摺動面１１も平滑化される（図４の拡大部分参照）。これにより、摺動面１１，２１間において、ＳｉＣと黒鉛または黒鉛同士の摺動部分の割合が多くなるため、より良好な低摩擦効果を得ることができる。
　また、黒鉛膜３０の硬度は、静止密封環１０の摺動面１１、すなわちＳｉＣ基材１２の硬度よりも小さいことにより、黒鉛膜３０が静止密封環１０の摺動面１１よりも軟質となり、摩擦により静止密封環１０の摺動面１１を傷つけにくい。さらに、黒鉛膜３０の硬度は、回転密封環２０のＳｉＣ基材２２の硬度よりも小さいことにより、摺動面１１，２１間に異物が侵入した場合、軟質な黒鉛膜３０が優先的にせん断されることにより摺動面２１の平滑化が促進され、露出した硬質なＳｉＣ基材２２の端面部２２ａにより耐異物性を高めることができるため、摺動面１１，２１間において黒鉛の自己潤滑性と耐異物性とを両立することができる。
　また、回転密封環２０の基材は、セラミックスであるＳｉＣから形成されており、ＳｉＣ基材２２が多孔質であることから端面部２２ａに黒鉛膜３０の一部が入り込む微細凹部２２ｂが多く存在し、金属よりも表面粗さが出やすいため、黒鉛膜３０が基材表面に定着しやすい。さらに、黒鉛膜３０が形成されるＳｉＣ基材２２の端面部２２ａは、その表面の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上であることにより、端面部２２ａの微細凹部２２ｂ内に黒鉛膜３０の一部がより入り込みやすくなるため、静止密封環１０の摺動面１１との摩擦によって黒鉛膜３０がせん断されても、微細凹部２２ｂ内に黒鉛膜３０の一部が保持され、摺動面１１，２１間から脱落しにくい。
　また、ＳｉＣ基材２２の端面部２２ａは、黒鉛膜３０により全面が被覆される、言い換えれば、基材表面が露出しないことにより、端面部２２ａにおける全ての微細凹部２２ｂ内に黒鉛膜３０の一部が入り込んだ状態となるため、黒鉛膜３０がせん断されることにより摺動面２１が平滑化されやすい。
　また、黒鉛膜３０は、厚さが１μｍ～１００μｍであることにより、ＳｉＣ基材２２の端面部２２ａからの黒鉛膜３０の剥がれや黒鉛膜３０に亀裂が生じることを防止することができるため、摺動部品の膜として用いることができる。
　さらに、黒鉛膜３０は、厚さがＳｉＣ基材２２の端面部２２ａの表面における算術平均粗さＲａよりも大きい、すなわち黒鉛膜３０の厚さがＳｉＣ基材２２の端面部２２ａの表面の凹凸よりも大きいことにより、黒鉛膜３０の一部がＳｉＣ基材２２の微細凹部２２ｂに入り込み易く、静止密封環１０の摺動面１１との摩擦により黒鉛膜３０が確実にせん断されるため、微細凹部２２ｂ内に黒鉛膜３０の一部が残りやすく、低摩擦効果を発揮し易い。
　また、黒鉛膜３０は、一部にガラス状カーボン領域を含有していることにより、黒鉛膜３０のせん断によって生じるせん断塊Ｐ３０が小さくなりやすく、当該せん断塊Ｐ３０が相手側である静止密封環１０を構成するＳｉＣ基材１２の微細凹部１２ｂ内の奥まで入り込みやすくなるため、静止密封環１０の摺動面１１に移着膜３１が形成されやすい。尚、黒鉛膜３０は、一部にガラス状カーボン領域が含有されていても黒鉛層から成る黒鉛領域を主とすることにより、静止密封環１０の摺動面１１との摩擦により黒鉛の自己潤滑性を発揮することができる。
　また、黒鉛膜３０は、ＳｉＣ基材２２の端面部２２ａ上に直接形成されることにより、ＳｉＣ基材２２の端面部２２ａとの密着性が低いため、例えば黒鉛膜３０が接着剤を介して接合されている場合と比べて静止密封環１０の摺動面１１との摩擦により黒鉛膜３０にせん断が生じやすく、これにより、黒鉛膜３０の剥がれを防止することができる。
　また、回転密封環２０の基材と摺動面とを別素材により形成することができるため、基材にＳｉＣ等のセラミックスの剛性を持たせつつ、摺動面２１の黒鉛膜３０により黒鉛の自己潤滑性を持たせることができる。さらに、基材を安価な材料に変更することで摺動部品のコストを削減することができる。
　以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
　例えば、前記実施例では、摺動部品として、一般産業機械用のメカニカルシールを例に説明したが、自動車やウォータポンプ用等の他のメカニカルシールであってもよい。また、メカニカルシールに限られず、すべり軸受などメカニカルシール以外の摺動部品であってもよい。さらに、黒鉛膜３０は、軸受の内周面にも形成可能であるため、ラジアル軸受等を構成する摺動部品にも適用することができる。
　また、前記実施例では、摺動部品が適用されるメカニカルシールは、無潤滑環境下で使用されるものとして説明したが、これに限らず、摺動面間に被密封流体である液体を介在させた流体潤滑域や境界潤滑域で使用されてもよい。
　また、前記実施例では、黒鉛膜３０を回転密封環２０にのみ設ける例について説明したが、黒鉛膜３０を静止密封環１０にのみ設けてもよく、回転密封環２０と静止密封環１０の両方に設けてもよい。
　また、前記実施例では、静止密封環１０および回転密封環２０はＳｉＣから形成されるものとして説明したが、これに限らず、摺動材料はメカニカルシール用摺動材料として使用されているものであれば適用可能である。尚、ＳｉＣとしては、ボロン、アルミニウム、カーボン等を焼結助剤とした焼結体をはじめ、成分、組成の異なる２種類以上の相からなる材料、例えば、黒鉛粒子の分散したＳｉＣ、ＳｉＣとＳｉからなる反応焼結ＳｉＣ等であってもよい。また、上記摺動材料以外では、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等の他のセラミックス、金属材料、樹脂材料、複合材料等も適用可能である。
１０　　　　　　　静止密封環（摺動部品）
１１　　　　　　　摺動面
１２　　　　　　　ＳｉＣ基材（基材）
１２ａ　　　　　　端面部
１２ｂ　　　　　　微細凹部
２０　　　　　　　回転密封環（摺動部品）
２１　　　　　　　摺動面
２２　　　　　　　ＳｉＣ基材（基材）
２２ａ　　　　　　端面部
２２ｂ　　　　　　微細凹部
３０　　　　　　　黒鉛膜
３０ａ　　　　　　表面
３１　　　　　　　移着膜
Ｐ３０　　　　　　せん断塊

Claims (8)

  1. 　相対摺動する摺動面を有する摺動部品であって、
    　前記摺動部品の基材には黒鉛膜が被膜されており、前記摺動面は前記黒鉛膜からなる摺動部品。
  2. 　前記黒鉛膜の硬度は、相手側の摺動面の硬度よりも小さい請求項１に記載の摺動部品。
  3. 　前記黒鉛膜の硬度は、前記基材の硬度よりも小さい請求項１または２に記載の摺動部品。
  4. 　前記黒鉛膜の厚さは、前記基材の表面の算術平均粗さＲａよりも大きい請求項１ないし３のいずれかに記載の摺動部品。
  5. 　前記基材は、セラミックスから形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動部品。
  6. 　前記基材の表面の算術平均粗さＲａは、０．１μｍ以上である請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部品。
  7. 　前記基材の表面は、前記黒鉛膜により全面が被覆されている請求項１ないし６のいずれかに記載の摺動部品。
  8. 　前記黒鉛膜は、前記相対摺動する摺動面のうち一方の摺動面のみに形成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の摺動部品。
PCT/JP2020/041089 2019-11-15 2020-11-02 摺動部品 WO2021095592A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/772,499 US20220389961A1 (en) 2019-11-15 2020-11-02 Sliding components
CN202080074865.6A CN114630970A (zh) 2019-11-15 2020-11-02 滑动部件
EP20886813.3A EP4060200A4 (en) 2019-11-15 2020-11-02 SLIDING COMPONENT
JP2021556031A JP7490324B2 (ja) 2019-11-15 2020-11-02 摺動部品

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019207206 2019-11-15
JP2019-207206 2019-11-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021095592A1 true WO2021095592A1 (ja) 2021-05-20

Family

ID=75912360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/041089 WO2021095592A1 (ja) 2019-11-15 2020-11-02 摺動部品

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220389961A1 (ja)
EP (1) EP4060200A4 (ja)
JP (1) JP7490324B2 (ja)
CN (1) CN114630970A (ja)
WO (1) WO2021095592A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0674239A (ja) * 1992-08-25 1994-03-15 Koyo Seiko Co Ltd 軸 受
JP2001090766A (ja) * 1999-09-02 2001-04-03 Illinois Tool Works Inc <Itw> グラファイト被覆リップシールを備えた空気ダンパー
JP2004225725A (ja) 2003-01-20 2004-08-12 Eagle Ind Co Ltd 摺動部品
JP2008232014A (ja) * 2007-03-20 2008-10-02 Sanden Corp 圧縮機
JP2011058517A (ja) 2009-09-07 2011-03-24 Nippon Pillar Packing Co Ltd ドライコンタクトメカニカルシール

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4122305B2 (ja) * 2004-02-18 2008-07-23 大同メタル工業株式会社 内燃機関用すべり軸受
US20090060408A1 (en) * 2005-03-02 2009-03-05 Ebara Corporation Diamond-coated bearing or seal structure and fluid machine comprising the same
JP4462077B2 (ja) * 2005-03-15 2010-05-12 トヨタ自動車株式会社 組合せ摺動部材
CN101663495B (zh) * 2007-04-20 2012-07-04 株式会社荏原制作所 使用了碳系滑动部件的轴承或密封件
JP5223747B2 (ja) * 2009-03-23 2013-06-26 株式会社豊田中央研究所 摺動部材及びその製造方法
US20110121518A1 (en) * 2009-11-25 2011-05-26 CHAIR MAN HI-TECH Co., Ltd. Silicon carbide mechanical seal
DE112013001452T5 (de) * 2012-03-15 2015-01-15 Aktiebolaget Skf Drehende Patronendichtung mit innenflächigen Dichtungsflächen
DE102013005926B4 (de) * 2013-04-04 2015-12-03 Eagleburgmann Germany Gmbh & Co. Kg Gleitringdichtungsanordnung mit unterschiedlich harten Gleitflächen
JP6422378B2 (ja) * 2015-03-09 2018-11-14 日本ピラー工業株式会社 端面接触形メカニカルシール
KR102394592B1 (ko) * 2015-03-09 2022-05-04 니혼삐라아코오교오카부시키가이샤 다 유로형 로터리조인트
US10280977B2 (en) * 2015-04-16 2019-05-07 Eagle Industry Co., Ltd Slide Component
US20180291815A1 (en) * 2017-04-10 2018-10-11 Rolls-Royce Corporation Reduced friction intershaft seal assembly
JP6895331B2 (ja) 2017-07-04 2021-06-30 イーグル工業株式会社 メカニカルシール
CN110296149A (zh) * 2019-07-17 2019-10-01 浙江中达精密部件股份有限公司 一种金属滑动构件及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0674239A (ja) * 1992-08-25 1994-03-15 Koyo Seiko Co Ltd 軸 受
JP2001090766A (ja) * 1999-09-02 2001-04-03 Illinois Tool Works Inc <Itw> グラファイト被覆リップシールを備えた空気ダンパー
JP2004225725A (ja) 2003-01-20 2004-08-12 Eagle Ind Co Ltd 摺動部品
JP2008232014A (ja) * 2007-03-20 2008-10-02 Sanden Corp 圧縮機
JP2011058517A (ja) 2009-09-07 2011-03-24 Nippon Pillar Packing Co Ltd ドライコンタクトメカニカルシール

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4060200A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP4060200A1 (en) 2022-09-21
EP4060200A4 (en) 2024-01-24
CN114630970A (zh) 2022-06-14
JP7490324B2 (ja) 2024-05-27
US20220389961A1 (en) 2022-12-08
JPWO2021095592A1 (ja) 2021-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Marian et al. Layered 2D nanomaterials to tailor friction and wear in machine elements—A review
AU2016248669B2 (en) Sliding part
JP5278970B2 (ja) メカニカルシール摺動材及びメカニカルシール
CN100567779C (zh) 机械密封装置、滑动部件及其制造方法
WO2018070265A1 (ja) 摺動部品
CN112204279B (zh) 轴密封装置
JP2024506966A (ja) 低摩擦コーティング
JP4586002B2 (ja) メカニカルシール
WO2021095592A1 (ja) 摺動部品
JP4094176B2 (ja) メカニカルシール
EP3330581B1 (en) Sliding member and method for producing a sliding member
EP4317729A1 (en) Sliding component
WO2022209966A1 (ja) 摺動部品
JP5302963B2 (ja) 摺動部材およびメカニカルシール
KR101059461B1 (ko) 윤활제 및 접동부재
JP2001026792A5 (ja)
CN111316009A (zh) 半分割推力轴承、推力轴承、轴承装置以及内燃机
JP5626715B2 (ja) 摺動部材およびメカニカルシール
WO2020209262A1 (ja) 摺動部品
JP2006144979A (ja) 回転ダイヤモンド摺動体による摩擦低減方法
JPH11141690A (ja) 密封装置
JP6155709B2 (ja) 摺動部材、軸受部材、シール部材、および、装置
JPH10103362A (ja) 摺動部材および転がり軸受

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20886813

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021556031

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020886813

Country of ref document: EP

Effective date: 20220615