(57)【要約】【課題】  長期に亘って歪みのない円筒体を提供すること。【解決手段】  本発明は、焼結体の表面に加工を施した円筒体を提供し、該円筒体は、同一材質の少なくとも２つ以上の焼結体部品から構成され、該円筒体を構成する任意の２つの該焼結体部品である第１部品および第２部品のそれぞれの表面上の任意の点において、Ｘ線応力測定法によって測定した所定の回折角度(２θ)における回折強度分布の任意のピークの半値幅の比が、（１／１．２）＜（第１部品の半値幅／第２部品の半値幅）＜１．２である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結体の表面に加工を施した円筒体であって、
同一材質の少なくとも２つ以上の焼結体部品から構成され、
該円筒体を構成する任意の２つの該焼結体部品である第１部品および第２部品のそれぞれの表面上の任意の点において、Ｘ線応力測定法によって測定した所定の回折角度(２θ)における回折強度分布の任意のピークの半値幅の比が、（１／１．２）＜（第１部品の半値幅／第２部品の半値幅）＜１．２である、
円筒体。
【請求項２】
前記加工が、前記円筒体の表面層の除去である、請求項１に記載の円筒体。
【請求項３】
前記円筒体がシールリングである、請求項１または２に記載の円筒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトのベアリングなどに用いるスリーブあるいはメカニカルシールなどに用いられるシールリングとして有用な円筒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
シャフトのベアリングなどに用いるスリーブ、モーターなどの回転体などの軸封装置として用いられるメカニカルシールなどには、円筒体が用いられている。この円筒体は、装置の修理や保守の際に取り外したりまたは交換したりする必要がある。その際の作業の困難性などを考慮して、通常、円筒体は分割できるような構造となっている。例えば、特許文献１には、縦に２分割した円筒体を、分割面で接合し、パッキングを介してボルトで締め付けることによって、ケーシングやメカニカルシールとして用いることが記載されている。さらに、パッキングの変形により被密封流体が漏洩することを防止するために、締め付けるための種々の構造が考え出されている（例えば、特許文献２）。しかし、構造が複雑となり、部品が増えることなどの問題がある。
【０００３】
そのため、軸方向に分割された分割型円筒体（例えば、シールリング）が用いられ得る。このタイプの円筒体は、必要に応じて応力集中を利用して分割し、再度破断面を合わせて、円筒体として使用することができる。このような分割型の円筒体の材料は、超硬合金（ＷＣ）、アルミナ、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などであり、円筒体はこれらを焼結して製造されている。特に、材料として金属の使用が好ましくないような場面においては、ＳｉＣなどが好ましく用いられる。
【０００４】
しかし、焼結体を用いて分割型円筒体を形成した場合、初期段階では破断面がほぼ合致できるため、破断面を接合してケーシングあるいはメカニカルシールなどのシールリングとして使用可能である。しかし、時間が経つにつれて、焼結体からなるスリーブあるいはメカニカルシールなどに歪みが生じる。特に、この円筒体をシールリングとして用いる場合、シール面も同時に歪むことから、被密封流体が漏洩し、シールリングとしては使用できなくなる。また、予備のために保管している円筒体も、分割後の保管期間が長いと歪みが生じるため使用できなくなる。あるいは、歪みの発生を避けるために、使用直前に分割しなければならないなどの手間がかかる。
【特許文献１】特開平７−１９８０４３号公報
【特許文献２】特開２００３−１６６６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、焼結体からなる歪みの少ない分割型円筒体、特に焼結体からなる分割型のシールリングであって、分割後に長期間放置しても歪みをほとんど生じることがないシールリングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、焼結体の表面に加工を施した円筒体を提供し、同一材質の少なくとも２つ以上の焼結体部品から構成され、該円筒体を構成する任意の２つの該焼結体部品である第１部品および第２部品のそれぞれの表面上の任意の点において、Ｘ線応力測定法によって測定した所定の回折角度(２θ)における回折強度分布の任意のピークの半値幅の比は、（１／１．２）＜（第１部品の半値幅／第２部品の半値幅）＜１．２である。
【０００７】
好適な実施態様では、上記加工は、上記円筒体の表面層の除去である。
【０００８】
さらに好適な実施態様では、上記円筒体はシールリングである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の円筒体は、該円筒体を構成する任意の２つの該焼結体部品である第１部品および第２部品のそれぞれの表面上の任意の点において、Ｘ線応力測定法によって測定した所定の回折角度（２θ）の回折強度分布の任意のピークの半値幅の比は、（１／１．２）＜（第１部品の半値幅／第２部品の半値幅）＜１．２である。第１部品および第２部品の任意の２点における半値幅の比がこのような関係にあることにより、言い換えると、表面に加工を施した場合に、第１部品および第２部品の表面上の任意の２点間の半値幅の差を小さくすることにより、各焼結体部品の外表面における結晶構造と内部における結晶構造が、ほぼ同じ結晶配向を有すると考えられる。したがって、結晶構造の相違による応力が低下し、歪みが生じにくくなるため、破断または分割後においても歪みが生じることがなく、破断面または分断面が合致する。そのため、各焼結体部品は、精密な円筒体を再構成することができ、３年経過しても当初の精度を維持し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の円筒体は、同一材質の少なくとも２つ以上の焼結体部品から構成され、その表面に加工が施されている。焼結体とは、金属あるいは非金属の粉体を加圧成型したものを融点または昇華温度以下で熱処理して得たものをいう。金属としては、ＷＣ、サーメットなどが挙げられる。非金属としては、カーボン、ＳｉＣ、アルミナなどが挙げられる。中でも、耐食性を要求されるメカニカルシールなどには、金属を含まないＳｉＣが好ましく用いられる。なお、焼結体部品は、以下で詳述するように、円筒状焼結体を分割することによって得られ得る。
【００１１】
焼結体の加工手段に特に制限はなく、代表的にはその表面層を除去することによって行われる。表面層の除去手段としては、研磨・研削、切削など当業者が通常用いる手段を単独であるいは組み合わせて用いることができる。切削の場合、例えば、フライス、グラインダーなど、当業者が通常用いる切削工具を用いて行うことができる。研磨や研削の場合、例えば、グラインダーなどの研磨機を用いて行われる。表面層は、焼結体の表面全体にわたってほぼ均一に、通常５０〜１００μｍの厚さずつ数回に分けて除去され得る。
【００１２】
本発明において焼結体の加工は、該円筒体を構成する任意の２つの該焼結体部品（第１部品および第２部品）のそれぞれの表面上の任意の点において、Ｘ線応力測定法によって測定した所定の回折角度(２θ)における回折強度分布の任意のピークの半値幅の比が、（１／１．２）＜（第１部品の半値幅／第２部品の半値幅）＜１．２となるように行われる。より好ましくは、半値幅の比は、（１／１．１）＜（第１部品の半値幅／第２部品の半値幅）＜１．１である。このような半値幅の関係になるように焼結体を加工するのは、以下の理由による。焼結体の製造においては、焼結時の成形体の表面温度と内部温度とが相違することにより焼結体の表面部分の結晶構造と内部の結晶構造とが異なり、その結果、表面および内部のそれぞれの応力の方向および／または大きさが異なる。そのため、特に円筒体を分割した際に、他の表面とは異なる結晶構造を有する分割面が表面に露出するため、焼結体に歪みが生じやすくなると考えられる。そこで、焼結体の表面に加工を施し、上記関係を満たすようにすれば、内部（分割面を含む）と表面とにおける応力の方向および／または大きさをほぼ同一とすることができるので、歪みを生じにくい円筒体が得られる。
【００１３】
所定の回折角度（２θ）における回折強度分布のピークの半値幅は、例えば、ゴニオメーターにより計数管を回転走査させ、Ｘ線信号を取り出して得られた回折強度曲線から求められる。回折角度（２θ）は、焼結体に用いる材料によって固有の値を示す。例えば、ＳｉＣの場合、α−ＳｉＣの純度が９３％以上であり、かつフリーのＳｉがなければ、回折角度２θ（回折強度分布のピーク）は、例えば、３３．５°、３３．７°、３４．７°、３５．５°、３５．７°、５６．８°、６０．０°、および７２．０°を示す。このうちの任意のピークを選択し、その回折強度分布から半値幅が求められる。また、β−ＳｉＣの純度が９７％以上であり、かつフリーのＳｉがなければ、回折角度２θ（回折強度分布のピーク）は、例えば、３５．７°、６０．０°および７２．０°を示す。このように、焼結体に用いる材料に特有の任意の回折角度（回折強度分布のピーク）を選択し、そのピークから半値幅が求められる。なお、レーザーフラッシュ法で回折強度曲線を求めてもよい。
【００１４】
本発明の円筒体の製造方法は、まず、円筒体を構成する焼結体部品を製造するための材料である１または複数の円筒状焼結体の表面に、上記のようにして加工を施す。具体的には、材料の円筒状焼結体の表面全体をほぼ均一に研磨し、任意の２つの該焼結体部品（第１部品および第２部品）になり得る部分のそれぞれの表面上の任意の点において、Ｘ線応力測定法による所定の回折角度（２θ）における回折強度分布を測定して所定のピークのそれぞれの半値幅を求める。以下に詳述するように分割によって得られる第１部品の半値幅／第２部品の半値幅の比が１．２以下となるまで研磨する。円筒状焼結体表面上のあらゆる任意の２点における半値幅比が１．２以下であれば、以下で製造される焼結体部品の表面の応力がほぼ均一であると判断される。このように研磨加工した円筒状焼結体の表面上の任意の２点において、Ｘ線応力測定法による所定の回折角度（２θ）における回折強度分布をそれぞれ測定した場合、この２点における回折強度分布の任意のピークの半値幅の比（第１部品の半値幅／第２部品の半値幅）は、（１／１．２）〜１．２、より好ましくは（１／１．１）〜１．１の範囲内となる。
【００１５】
次いで、上記の加工を施した円筒状焼結体から、円筒体を構成し得る少なくとも２つの焼結体部品を製造する。焼結体部品は、（ａ）１つの円筒状焼結体を応力集中によって破断・分割する方法、あるいは、（ｂ）機械的加工によって、複数の円筒状円筒体から円筒体を構成する焼結体部品を製造する方法によって製造され得る。（ａ）の場合、例えば、１つの円筒状焼結体（例えば、シールリング）に外部から応力を集中させると、円筒状焼結体が複数の焼結体部品に分割される。こうして得られた焼結体部品は、破断・分割面を接合することにより、全く隙間のない円筒状焼結体を構成できる（図１を参照のこと）。（ｂ）の場合は、複数の円筒状焼結体から、例えば、切断などの機械的加工手段によって、１つの円筒体を構成する少なくとも２つの焼結体部品を製造する（図２を参照のこと）。なぜなら、１つの円筒体を機械的に分断（例えば、切断）する場合には、分断によりわずかながら損失される部分が生じるため、その分断面を接合しても分断面が密着し得ないからである。
【００１６】
本発明の円筒体は、シールリングとして用いられている大型装置においても、装置を分解してシールリングを軸から抜き出す操作を行うことなく、シールリングの周囲のみを開けて簡単に円筒体（シールリング）を取り外すことができる。また、本発明の円筒体は、長期間（例えば、３ヶ月以上）放置しても歪みを生じないため、接合面で密着させることができる。そのため、円筒体を、容易に目的の装置に装着できるのみならず、接合面からの流体の漏洩もなく、長期間（例えば、３年以上）使用できる。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明がこの実施例に制限されないことはいうまでもない。
【００１８】
（実施例１）
円筒体を構成し得る第１部品および第２部品を製造するための２本のシリコンカーバイド円筒体（それぞれ、第１の円筒体および第２の円筒体という）の表面全体を研磨加工した。研磨後に、各円筒体の表面上の任意の各１点について、レーザーフラッシュ装置を用いて回折強度曲線を求め、２θ＝３５．７°における回折強度分布の面間隔ｄ＝２５．１ｎｍのピークについて回折強度分布のピークの半値幅をそれぞれ求めた（それぞれ、第１の円筒体の半値幅および第２の円筒体の半値幅という）。第１の円筒体の半値幅および第２の円筒体の半値幅の比（第１部品の半値幅／第２部品の半値幅）が１．２以下になるように表面の研磨を繰り返し、半値幅の比が１．０６の円筒体を得た。次いで、これらの第１および第２の円筒体を機械的に分割して、それぞれから製造された２つの部品から構成される１本のシリコンカーバイド円筒体を製造した。この円筒体について、分割前、分割直後、分割後３ヶ月目、および分割後３年目に分割面を合わせた場合のシール面（内周面）の平坦度を、平面度計を用いて測定した。結果を図３に示す。図３からわかるように、分割後３年経過しても、平坦度にほとんど変化は見られなかった。また、シール流体の漏出もなかった。
【００１９】
（実施例２）
半値幅の比が１．１４の円筒体を得たこと以外は、上記実施例１と同様に操作を行った。結果を図３に併せて示す。実施例１と同様に、分割後３年経過しても、平坦度にほとんど変化は見られなかった。また、シール流体の漏出もなかった。
【００２０】
（実施例３）
半値幅の比が０．８７の円筒体を得たこと以外は、上記実施例１と同様に操作を行った。結果を図３に併せて示す。実施例１と同様に、分割後３年経過しても、平坦度にほとんど変化は見られなかった。また、シール流体の漏出もなかった。
【００２１】
（実施例４）
１本のシリコンカーバイド円筒体の表面全体を研磨加工した。研磨後に、円筒体の第１部品および第２部品になり得る部分の表面上の任意の２点について、上記実施例１と同様にして、２θ＝３５．７°における回折強度分布の面間隔ｄ＝２５．１ｎｍのピークについて、回折強度分布のピークの半値幅をそれぞれ求めた（それぞれ、第１部品の半値幅および第２部品の半値幅という）。第１部品の半値幅および第２部品の半値幅の比（第１部品の半値幅／第２部品の半値幅）が１．２以下になるように表面の研磨を繰り返し、半値幅の比が１．０８の円筒体を得た。次いで、この円筒体を応力集中によって分割して、２つの部品から構成される１本のシリコンカーバイド円筒体を得た。この円筒体について、分割前、分割直後、分割後３ヶ月目、および分割後３年目に分割面を合わせた場合のシール面（内周面）の平坦度を、平面度計を用いて測定した。結果を図３に示す。図３からわかるように、分割後３年経過しても、平坦度にほとんど変化は見られなかった。また、シール流体の漏出もなかった。
【００２２】
（実施例５）
半値幅の比が０．９３の円筒体を得たこと以外は、上記実施例４と同様に操作を行った。結果を図３に併せて示す。実施例１と同様に、分割後３年経過しても、平坦度にほとんど変化は見られなかった。また、シール流体の漏出もなかった。
【００２３】
（比較例１）
半値幅の比が１．４２の円筒体を得たこと以外は、上記実施例１と同様に操作を行った。結果を図３に併せて示す。分割後、徐々に平坦度が悪化し、分割後３年経過後には、シール面に歪みが観察された。
【００２４】
（比較例２）
研磨を一方の円筒体についてのみ行ったこと、および半値幅の比が０．６７の円筒体を得たこと以外は、上記実施例１と同様に操作を行った。結果を図３に併せて示す。分割後、徐々に平坦度が悪化し、分割後３年経過後には、シール面に歪みが観察され、シール流体の漏れを生じた。
【００２５】
（比較例３）
研磨を円筒体表面の一部に対してのみ行ったこと、および半値幅の比が０．３８の円筒体を得たこと以外は、上記実施例１と同様に操作を行った。結果を図３に併せて示す。分割後、徐々に平坦度が悪化し、分割後３年経過後には、シール面に歪みが観察され、シール流体の漏れを生じた。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の焼結体の表面に加工を施した円筒体は、長期に亘って歪みを生じないため、ケーシング、シール部材などとして、広範囲に使用される。分割した後にも歪みを生じないため、密着性が要求される分割型のメカニカルシールの分野で特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】１つのリング状焼結体を応力集中によって分割して製造した本発明の円筒体の模式図である。
【図２】機械的加工によって製造した本発明の円筒体の模式図である。
【図３】実施例の本発明の円筒体および比較例の円筒体における分割後のメカニカルシールのシール面の歪みの経時変化を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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