(57)【要約】　　　（修正有）【課題】摺動部品の摺動面の摩擦係数を低減すると共に、シール能力を向上させることにある。【解決手段】静止用摺動部品と回転用摺動部品とが互いに相対摺動するものにおいて、摺動部品２５の摺動面１１に気孔１を有すると共に気孔１の縁面に５×１０−６ｍから１００×１０−６の範囲の厚さ寸法のカーボン部２が接着していると共に、気孔の内方に凹部を有するものである。また摺動部品に対する気孔率が２から１０容積％の範囲とする。【選択図】　　　　図３
2004060738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止用摺動部品と回転用摺動部品とが互いに相対摺動する摺動部品であって、前記摺動部品の前記摺動面に気孔を有すると共に前記気孔縁面にカーボン部が接着していることを特徴とする摺動部品。
【請求項２】
前記摺動部品に対する気孔率が２から１０容積％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
【請求項３】
前記気孔の縁に５×１０−６ｍから１００×１０−６ｍの範囲の厚さ寸法のカーボン部が接着していると共に前記気孔の内方に凹部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摺動部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メカニカルシール、軸受等の摺動部品の技術分野に関する。特に、摺動面の摩擦係数を小さくして摩耗量を低減する摺動部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に係わる摺動部品の先行技術として、特公平５−６９０６６号公報が存在する。
この公報に記載の摺動部品は、多孔質炭化珪素焼結材製であってメカニカルシールの一方又は両方のシールリングとして取り付けられるものである。そして、メカニカルシールは、ポンプ又は冷凍機などに用いられて水などの液体をシールする。
【０００３】
このメカニカルシールは、摺動部品をシールリングとして用いると共に、固定リングは炭化珪素又はカーボン材製を用いている。そして、このシールリングと固定リングとの密接により高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とをシールする。
このシールリングは、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して摺動特性を改良した炭化珪素焼結体である。
【０００４】
この炭化珪素焼結体の摺動面に形成された気孔は、焼結前にポリスチレンビーズを添加し、仮焼結時に分解・昇華して気孔を形成するものである。この為に、炭化珪素焼結体は、結晶粒内に気孔が点在している。このため、被密封流体が気孔を介して内部へ浸透し、外部へ漏洩するおそれが生じる。又、製造法に於いても高圧圧縮成形が困難であり、成形した平面度の寸法及び強度に機能上問題が惹起する。更に、焼結によりポリスチレンビーズを分解するものであるから、摺動部品としての焼結品の強度にも問題が生じる。
【０００５】
そして、シールリングの摺動面に点在する気孔が炭化珪素材製の固定リングと摺動すると、シールリングの気孔の周りから破壊し、その粉末が摺動面に介在するので、摺動面の摩耗を促進することになる。又、固定リングがカーボン材の場合には、シールリングの気孔によりカーボン材の摺動面が摺動中に削る取られるようになり、摺動面の摩耗促進と共に、被密封流体をシールする固定リングの摺動面の平面度が悪化する。
【０００６】
次に、上述の摺動部品の強度の低下及び被密封流体の漏れ量を改善したものとして特開昭５７−１６１３６８号公報のメカニカルシールが存在する。
このメカニカルシールは、上述のメカニカルシールと同様に構成されている。そして、ハウジングに保持された固定リングと回転軸に固定された図５に示す従動リング１００との摺動面が密接して被密封流体をシールする。
【０００７】
この従動リング１００の摺動面１０１には、凹部１０５が多数形成されている。この凹部１０５は最小幅が３０×１０−６ｍから１００×１０−６ｍとし、最大幅を６０×１０−６ｍから５００×１０−６ｍとするものであって、最小幅に対して最大幅の寸法比率を２倍以上とするものである。そして、図５に示すように、凹部１０５は摺動面１０１の回転方向に対して傾斜するように形成されている。
【０００８】
この凹部１０５は従動リング１００の摺動面１０１と固定リングの摺動面間に浸入した流体の漏れを阻止する役目をする。そして、従動リングの外周側から浸入した流体は内周端側へ至る前に凹部１０５に補足されて蓄えられる。この蓄えられた流体は、その粘性作用と従動リングの回転方向によって凹部１０５の外周方向へ移動される。このように順次繰り介した被密封流体は、摺動面の外周端側へ戻される。
【０００９】
しかし、このような凹部１０５は、凹部１０５のポンピング作用により被密封流体を外方に押し出すので、摺動面に潤滑作用を無くすことになる。この摺動面における潤滑作用の消滅は、凹部の縁を破壊することになり、その破壊した粉末が摺動面に介在して両摺動面を急速に摩耗させることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする課題は、摺動面にカーボン粉末を介在させて潤滑作用を成し、摺動抵抗を低減すると共に、摺動面の平面精度を保持して密封能力を向上させることにある。更に、高荷重、過酷な摺動条件に於いて、摺動面の摩擦係数を低減すると共に、摩耗を防止して耐久能力を向上させることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その解決するための手段は、以下のように構成されている。
【００１２】
請求項１に係わる本発明の摺動部品は、静止用摺動部品と回転用摺動部品とが互いに相対摺動する摺動部品であって、摺動部品の摺動面に気孔を有すると共に気孔の面にカーボン部が接着しているものである。
【００１３】
この請求項１に係わる本発明の摺動部品では、摺動面の気孔の面にカーボン部が接着しているので、摺動面の気孔内に存在する潤滑液が不足しても気孔面に接着するカーボン部が粉末として摺動面に介在して摩擦係数を低減し、炭化珪素の粉末が摺動面に介在するのを効果的に防止する。同時に、気孔の縁が破損するのを気孔の縁に接着するカーボン部により保護するとともに、カーボン粉末により摩擦係数が低減される効果を奏する。
【００１４】
請求項２に係わる本発明の摺動部品は、摺動部品に対する気孔率が２から１０容積％である。
【００１５】
この請求項２に係わる本発明の摺動部品では、摺動面の気孔率が２容量％以下ではカーボン部が粉末となって摺動面に介在しても量的に潤滑効果がみとめられず、摺動面の摩耗が促進される。
又、気孔率が１０容量％を越えると摺動面のシール能力が低下することが認められる。更に、気孔率が１０容量％を越えると摺動部品としての強度が低下する。
そして、摺動部品に対する気孔率が２から１０容量％の範囲内では、摺動面の摩擦係数を低下させると共に、気孔の縁から炭化珪素の粉末が破損するのを防止しているのが明確に認められる範囲である。
【００１６】
請求項３に係わる本発明の摺動部品は、前記気孔の縁に５×１０−６ｍから１００×１０−６ｍの範囲の厚さ寸法のカーボン部が接着していると共に気孔の内方に凹部を有するものである。
【００１７】
請求項３に係わる本発明の摺動部品では、カーボン部の厚さが５×１０−６ｍ以下では、炭化珪素に於ける気孔の縁を完全に保護できずに炭化珪素から破損する確率が増加傾向になると認められる。
又、カーボン部の厚さが１００×１０−６ｍを越えると、カーボン部がかけやすくなると共に、気孔が大きくなるので、気孔付近の強度が低下し、摺動部品自体の強度も低下することが認められる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態に係わる摺動部材を図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明に係わる第１実施の形態を示す摺動部品の摺動面を写真にした平面図である。又、図２は、図１の摺動面における気孔をスケッチした平面図である。図３は、１実施例に係わる摺動面の気孔を示す断面図である。図４は図１に示す摺動部品を試験した試験機の半断面図である。
【００１９】
図１は、本発明の摺動部品２５の第１実施の形態に係わる摺動面１１に設けられた気孔１の配置を示す光学顕微鏡写真である。
この摺動部品２５に気孔１を形成する方法は、種々の製法が存在する。例えば、炭化珪素にカーボン粉末を２から１０容積％になるように配合し、このカーボン粉末面の内方を微細加工により孔に形成し、炭化珪素の気孔１の縁に５×１０−６ｍから１００×１０−６ｍの厚さのカーボン部を形成する。
【００２０】
又、炭化珪素に樹脂粉末を２から１０容積％になるように配合し、この樹脂粉末を真空中で焼結して昇華気化させ、カーボン粉末の内方に凹部を形成する。
更には、炭化珪素にカーボン粉末を２から１０容積％になるように配合し、このカーボン粉末面の内方を微細加工（化学処理）により凹部に形成する。
又、炭化珪素の摺動表面を研磨加工して炭化珪素より軟質のカーボンの表面を硬度の差による削り取り加工によりカーボン部の内方に凹部を形成する。
更に、樹脂の表面にカーボンを付着させて焼結し、樹脂を気化させてカーボン部の内方に凹部を形成する。これらの製法は最近の技術を利用することが可能である。
【００２１】
図２は図１の摺動部品２５の摺動面１１に形成された気孔１にカーボン部２が接着した状態をスケッチした平面図である。この摺動部品２５の試験片は本発明の実験初期のものであり、気孔１の全面にカーボン部２が接着していないが、実験の結果では、摺動部品２５の摺動面１１に於ける摩擦係数の低下が認定できる。しかも、光学顕微鏡写真の結果では、気孔１の縁の破損も認められず、更に、摺動面１１の摩耗も認められない。
【００２２】
摺動部品２５に対する気孔率は、１．８から１４容量％の範囲にすると良好であることが認められる。好ましくは２から１０容量％にすると良い。気孔率が１．８容量％以下では摩擦係数を低減することが困難であると認められる。気孔率が２容量％を越えると、摩擦係数の低下と共に、炭化珪素に於ける気孔１の縁の破損が、減少することが認められる。
更に、気孔率が１４容量％を越えると、摺動面１１のシール能力の低下と共に、摺動面１１の強度の低下が認められる。気孔率が１０容量％以下では、気孔１の縁の破損防止が認められる。
【００２３】
この気孔１の断面形状は、円形、楕円形にしたものがあるが、大きさは平均半径が２０×１０−６ｍから１００×１０−６ｍにすると良い。又、長方形、繊維状の屈曲した気孔１の長い方向の長さは５０×１０−６ｍ〜２００×１０−６ｍ、短い方向の長さは１０×１０−６ｍから１００×１０−６ｍの範囲にすると良い結果がいられる。
【００２４】
図３は摺動部品２５の摺動面１１の１部を断面にしたものである。この摺動面１１の気孔１にはカーボン部２が接着されているが、気孔１に形成するカーボン部２の厚さは、気孔１の縁に５×１０−６ｍから１００×１０−６ｍの範囲にすると極めて良好であるが、カーボン部２の厚さを４×１０−６ｍから１２０×１０−６ｍにしても実験の結果、良好であることが認められる。
図３では、上述した気孔１の製造方法によりカーボン部２の形状が変化するが、気孔全体をカーボン部２が覆う場合と、気孔１の６割位を覆う場合があるが、どちらの場合も、摩擦係数の低下と共に、炭化珪素の破損防止に効果が認められる。
【００２５】
次に、図１に示す試験片を摺動試験機により摺動状態を実験した。
図４は、この試験片を試験した摺動試験機の半断面図である。ケーシング２３には、試験液である被密封流体Ｓが入れられるように空室に形成されている。この空室内に一端側を嵌挿した回転軸２４が設けられている。回転軸２４の一端にはフランジが設けられており、このフランジに取り付けられたばね２７を介して回転密封摺動部品２５が弾発に押圧されている。この回転密封摺動部品２５の取付面から被密封流体Ｗが漏洩しないようにパッキン２６が設けられている。
【００２６】
一方、ケーシング２３には、回転用摺動部品２５に対向する位置に固定用摺動部品２１が設けられている。この固定用摺動部品２１も取付面から被密封流体Ｓが漏洩しないようにガスケット２２が設けられている。
この固定用摺動部品２１と回転用摺動部品２５は本発明の図１に示す摺動材料を加工して製作したものである。
【００２７】
図４の摺動試験機に、本発明の固定用摺動部品２１と回転用摺動部品２５を取り付けて試験した。この試験条件は、
１）被密封流体　　　・・・水（中摺動）
２）摺動面の周速　　・・・５．０ｍ／ｓ
３）摺動時間　　　　・・・１００時間
４）被密封流体の温度・・・５０℃
５）摺動面圧　　　　・・・０．２ＭＰａである。
この摺動部品の実験結果は、上述した通りである。そして、高負荷においての摩擦係数が小さく、且つ摺動面の平面度が保持される。その結果、メカニカルシール等に利用してシール能力の点でも優れた結果がいられる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係わる摺動部品によれば、請求項１から３に記載した構成により、気孔内の凹部に潤滑作用のある液体を保持するのでこの液体により潤滑作用が発揮されて摩擦係数を低減する効果を奏する。
そして、潤滑液体が不足したときには、摺動面の摺動につれてカーボン部の微粉末が摺動面に介在することになるので、摩擦係数が低下して摺動面の摩耗を低減する効果を奏する。
特に、高荷重又は過酷な摺動条件により摩擦が増大するような場合でも、本発明の摺動部品によれば、摩擦係数を低減して摺動面の摩耗を効果的に防止する。
更に、摺動面が保護されるから摺動面のシール能力が長期に保持される。
そして、摺動面の発熱も効果的に低減し、種々の用途に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる第１実施の形態を示す摺動部品の摺動面の光学顕微鏡写真である。
【図２】図１の写真をスケッチしたものである。
【図３】図１の気孔を断面にした断面図である。
【図４】本発明に係わる摺動部品の試験機の断面図である。
【図５】従来例の摺動部品の摺動面の正面図である。
【符号の説明】
１　気孔
２　カーボン部
１１　摺動面
２１　固定用摺動部品
２２　ガスケット
２３　ケーシング
２４　回転軸
２５　回転用摺動部品
２６　パッキン
２７　ばね
Ｓ　被密封流体
【図１】
2004060738.tif 000003
【図２】
2004060738.tif 000004
【図３】
2004060738.tif 000005
【図４】
2004060738.tif 000006
【図５】
2004060738.tif 000007