(57)【要約】      （修正有）【課題】  シールリング等の摺動部材としての強度を確保し、且つ摺動特性に優れ、クラックが発生することのないセラミックス摺動部材を提供する。【解決手段】  セラミックス摺動部材１が、緻密質のセラミックスからなる基材１ｂの表面に、潤滑液が供給される摺動面３を備えたセラミックスからなる多孔質層１ａが形成されており、この多孔質層１ａの大多数の気孔は、摺動面３に垂直な方向の大きさが平行な方向の大きさより小さく、一部の気孔は摺動面３に開気孔４ａとなっていることを特徴とする。開気孔４ａ内に貯溜していた潤滑液１５を十分に摺動面３に供給するように作用して、摩擦係数を低くすることにより高い摺動特性を得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
緻密質のセラミックスからなる基材の表面に、潤滑液が供給される摺動面を備えたセラミックスからなる多孔質層が形成されており、該多孔質層の大多数の気孔は、前記摺動面に垂直な方向の大きさが平行な方向の大きさより小さく、一部の前記気孔は前記摺動面に開気孔となっていることを特徴とするセラミックス摺動部材。
【請求項２】
前記気孔は、前記摺動面に垂直な方向の大きさが５〜４０μｍであり、平行な方向の大きさが１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス摺動部材。
【請求項３】
前記気孔は、前記摺動面に垂直な方向の大きさと平行な方向の大きさとの差が３μｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセラミックス摺動部材。
【請求項４】
前記開気孔は、その開口の真円度が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセラミックス摺動部材。
【請求項５】
前記開気孔は、前記開口の直径が１０〜５０μｍであり、隣り合う前記開口の間隔が３０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセラミックス摺動部材。
【請求項６】
前記摺動面の気孔面積率は３〜１２％であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のセラミックス摺動部材。
【請求項７】
前記基材と前記多孔質層との界面は、凹部と凸部とが滑らかに繰り返される凹凸面であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のセラミックス摺動部材。
【請求項８】
前記凹凸面は、摺動面に垂直な方向にうねっている面であって、うねりの高さが前記多孔質層の厚みの０．０２〜１倍であることを特徴とする請求項７に記載のセラミックス摺動部材。
【請求項９】
セラミック粉末の造粒粉からなる第１の原料を準備するとともに、セラミック粉末の造粒粉に、樹脂ビーズからなり焼成工程において焼失または熱分解する気孔形成剤を混合してなる第２の原料を準備する工程と、成形型に前記第１の原料を基材部として充填するとともに前記第２の原料を前記基材部の表面に層状部として充填する工程と、前記成形型により前記層状部と前記基材部とを前記層状部の厚み方向に加圧して、前記層状部において前記気孔形成剤が前記層状部の厚み方向の大きさがそれに垂直な方向の大きさより小さく変形した成形体を得る工程と、前記成形体を焼成するとともに前記気孔形成剤を焼失または熱分解して気孔を形成し、緻密質のセラミックスからなる基材の表面に、加圧面を摺動面としたセラミックスからなる多孔質層を形成する工程とを備えることを特徴とするセラミックス摺動部材の製造方法。
【請求項１０】
前記樹脂ビーズは、シリコーンからなる樹脂ビーズ、あるいはポリスチレンおよびアクリル−スチレン共重合体の少なくとも１種からなる懸濁重合された非架橋性の樹脂ビーズのいずれかであることを特徴とする請求項９に記載のセラミックス摺動部材の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のセラミックス摺動部材からなり、リング状部材もしくは板状部材の表面または円筒状部材の外周面または円筒状部材の内周面に前記摺動面が潤滑液を介して当接し摺動することを特徴とするメカニカルシールリング用部材。
【請求項１２】
潤滑液を介して互いの摺動面を当接し摺動させる固定リングと回転リングとからなり、これら固定リングおよび回転リングの少なくとも一方が請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のセラミックス摺動部材からなることを特徴とするメカニカルシールリング。
【請求項１３】
前記セラミックス摺動部材は、前記セラミックスがアルミナ、炭化けい素、炭窒化けい素および炭素のいずれかであることを特徴とする請求項１２に記載のメカニカルシールリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車冷却水ポンプ、冷凍機等の軸封装置として用いられるメカニカルシールリングを始め、軸受またはフォーセットバルブの構成部品である弁体等の摺動部材に用いられるセラミックス摺動部材とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス摺動部材はその耐摩耗性を利用して、例えば流体機器の軸封装置のメカニカルシールに用いられるメカニカルシールリングに応用されている。軸封装置に用いられるメカニカルシールは、流体の完全密封を目的として、各種機械の回転部に用いられるシール方法の一つであり、メカニカルシールリングは各種機械の回転部に摺接して、摺動面の摩耗に従い軸方向に動くことができる回転リングと動かない固定リングとからなり、相対的に回転する軸にほぼ垂直な端面において、流体の漏れを制限する働きをするものである。
【０００３】
図４は従来のメカニカルシールリングを用いた軸封装置の一例を示す部分断面図である。この軸封装置は、メカニカルシールとして環状体である固定リング２２ａの摺動面２１ａ上で、凸状部を有する環状体である回転リング２２ｂの摺動面２１ｂを摺動させてシール作用を及ぼすメカニカルシールリング２２を用いた装置である。メカニカルシールリング２２は、駆動機構（不図示）による駆動力を伝達させる回転軸２３と、この回転軸２３を回転可動に支承するケーシング２４との間に取り付けられ、固定リング２２ａと回転リング２２ｂとの互いの摺動面２１ａ，２１ｂが回転軸２３に対して垂直面を形成するように設置されている。
【０００４】
そして、回転リング２２ｂはパッキング２６によって緩衝的に支持され、このパッキング２６の回転リング２２ｂと相対する側には回転軸２３を巻回するようにコイルスプリング２９が設置され、このコイルスプリング２９の弾発力（予め設定されたコイルスプリングの力）により、パッキング２６を押圧することによって、回転リング２２ｂの摺動面２１ｂが固定リング２２ａの摺動面２１ａに押圧されて摺動するようにしてある。
【０００５】
また、コイルスプリング２９がパッキング２６を押圧する側と相対する側には、カラー２８がセットスクリュー２７により回転軸２３に固定され、コイルスプリング２９のストッパーとして設置されている。一方、回転リング２２ｂの摺動面２１ｂと摺動面２１ａを介して接する固定リング２２ａは緩衝ゴム２５によって支持されており、緩衝ゴム２５はこの軸封装置の外枠となるケーシング２４の内側に取り付けられて固定リング２２ａを支持するようにしてある。
【０００６】
そして、回転軸２３が回転するとカラー２８がともに回転し、コイルスプリング２９の弾発力によって押圧されるパッキング２６と、このパッキング２６によって支持されている回転リング２２ｂの摺動面２１ｂと、が押圧されながら回転することによって、固定リング２２ａの摺動面２１ａとの間でシール作用が働くようにしてある。このような軸封装置を流体機器（不図示）に取り付ける場合には、メカニカルシールリング２２に対してカラー２８の側の延長上に、流体機器が配置されるように取り付けて用いられる。
【０００７】
このとき、流体機器に用いられている流体は、軸封装置のケーシング２４で囲まれた内部にまで侵入するが、パッキング２６と回転軸２３との間に設けられたＯリング３０によるシール作用と、メカニカルシールリング２２の摺動面２１ａ，２１ｂのシール作用によって、流体が軸封装置より外部に漏洩することを防止している。なお、このとき軸封装置によって密封された流体を密封流体３１と称し、その一部がメカニカルシールリング２２の摺動面２１ａ，２１ｂの間に入り込み潤滑液として作用するので、摩擦係数を低くし優れた摺動特性を得ることができる。
【０００８】
そして、このメカニカルシールリング２２に用いられるメカニカルシールリング用部材としては、カーボン材、超硬合金、炭化けい素質焼結体、アルミナ質焼結体が主として用いられ、近年では高硬度で高耐食性を有し、摺動時の摩擦係数が小さく平滑性も優れた多孔質炭化けい素質焼結体を用いるケースが増加している。例えば、特許文献１では、炭化けい素粉末と、成形助剤と、気孔形成剤として懸濁重合された非架橋性のポリスチレン、またはスチレン−アクリル共重合体から成る樹脂ビーズとを混合して粉末原料を得る工程と、この粉末原料を成形することで成形体を得る工程と、この成形体を脱脂、加熱焼結させる工程とを具備した製造方法により得られる摺動部材用多孔質炭化けい素質焼結体が提案されている。また、以下の特許文献に示されるように、内部と表面で気孔率の異なるセラミックス焼結体が提案され、このようなセラミックス焼結体をメカニカルシールリング用部材に適用することが検討されるようになりつつある。
【０００９】
また、特許文献２では、可燃性粉粒体、セラミックス原料、粘結材および混練用液体を含有する混練物を成形して成形体とし、この成形体の長さ方向または厚さ方向に沿って異なる温度で焼成するか、前記方向のいずれかに沿って一方を非酸化性雰囲気中、他方を酸化性雰囲気中で焼成することにより、気孔率および平均気孔径が異なる少なくとも２つの気孔性状部分を備えた多孔質セラミックスが提案されている。
【００１０】
また、特許文献３では、セラミックス原料と焼結助剤との混合物を成形し、得られた成形体を焼結させる前に減圧下焼結温度以下の温度に加熱して、成形体の表層部にある焼結助剤の一部を気化させて除いた後、常圧下で加熱して焼結を進めることにより、表層部の密度が基材の密度よりも低く且つ表層部−基材間の密度変化を連続的にしたセラミックス焼結体が提案されている。
【００１１】
また、特許文献４では、セラミックス原料粉末と焼失性気孔形成剤を含む混合粉末層（連通多孔質層）と、セラミックス原料粉末と同一または異なるセラミックス原料粉末からなるセラミックス原料粉末層（緻密層）とを、焼失性繊維材を介して積層し、この焼失性繊維材と焼失性気孔形成剤とを接触させた状態で成形し、得られた成形体中の焼失性気孔形成剤および焼失性繊維材を焼失させ、更にセラミックス原料粉末を焼結させることで、連通多孔質層と緻密層を備えたセラミックス焼結体が提案されている。
【００１２】
また、特許文献５では、緻密質セラミックスと多孔質セラミックスとのろう剤またはガラス接着剤による接合を排除するために、微粒で構成された緻密質セラミックス、粗粒で構成された多孔質セラミックスを一体的に加圧焼結したセラミックス焼結体が提案され、フィルターおよび半導体製造装置用部品への適用事例が示されている。
【００１３】
また、特許文献６では、超音波振動を用いた成形技術の利用により表面部における気孔率と、内部における気孔率とを異ならせることにより、耐熱性、断熱性および耐熱衝撃性を向上させたセラミックス焼結体が提案され、焼結用部品および焼結用タイル部品への適用事例が示されている。
【００１４】
また、特許文献７では、真球状の架橋性ポリスチレンビーズや乳化重合させたポリスチレンビーズ等、圧縮強度の高い気孔形成剤により気孔が形成された多孔質セラミックスからなる第１域と、緻密質セラミックスからなる第２域とを含むセラミックス焼結体やそれを用いたメカニカルシールリングが提案されている。
【特許文献１】特開２００５−１７９１００号公報
【特許文献２】特許第２５７１１４７号公報
【特許文献３】特許第２７３２２５６号公報
【特許文献４】特開２００４−３５２５９７号公報
【特許文献５】特開２００２−３３８３３４号公報
【特許文献６】特開平６−１８３８６０号公報
【特許文献７】特開平５−１４８０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１で提案された多孔質炭化けい素質焼結体をシールリング用部材に適用した場合、摺動開始時に瞬間的に高温の摩擦熱が発生しやすいような過酷な使用状況下では、なお強度が低いため、その内部からクラックが発生するという問題を避けることができなかった。
【００１６】
また、特許文献２で提案された多孔質セラミックスは、成形体の長さ方向または厚さ方向に沿って異なる温度で焼成するか、上記方向のいずれかに沿って一方を非酸化性雰囲気中、他方を酸化性雰囲気中で焼成して焼結しているため、焼成工程における制御が煩雑であった。その上、焼結体全体が多孔質体となるため、触媒担体、バイオリアクター、濾過材等の気孔率が５０％以上求められる用途には好適であるものの、摺動部材に対しては気孔率が高過ぎるために、強度が低く、適用することができなかった。
【００１７】
また、特許文献３で提案されたセラミックス焼結体は、他のセラミックス焼結体との接合を容易にしたり、耐熱衝撃性を向上させたりするものの、成形体表層部にある焼結助剤の一部を気化させて除くことで、表層部を低密度にしているため、摺動部材として用いると、表層部の強度が低く、脱粒が多くなるという問題があった。
【００１８】
また、特許文献４で提案されたセラミックス焼結体は、連通多孔質層、緻密層間の界面に焼失性繊維材を介在させているために、界面に応力が集中し、このセラミックス焼結体を摺動部材として用いると、連通多孔質層が剥離するという問題を避けられなかった。
【００１９】
また、特許文献５で提案されたセラミックス焼結体は、多孔質セラミックスと緻密質セラミックスとが十分高い接合強度をもって一体化されているものの、摺動部材への適用を考慮したセラミックス焼結体ではないために、摺動部材としての最適な気孔形状およびその制御方法が不明であるという問題があった。
【００２０】
また、特許文献６で提案されたセラミックス焼結体は、耐熱性、断熱性および耐熱衝撃性を兼ね備えたものではあるものの、特許文献５で提案されたセラミックス焼結体と同様、摺動部材への適用を考慮したセラミックス焼結体ではないために、摺動部材としての最適な気孔形状およびその制御方法が不明であるという問題があった。
【００２１】
また、特許文献７で提案されたセラミックス焼結体は、量産性が高いものの、その内部には球形或いは球に近い形状の気孔を有しており、このような形状の気孔を得ようとすると、真球状の架橋性ポリスチレンビーズや乳化重合させたポリスチレンビーズ等、圧縮強度が高く、加圧成形後に弾性回復しやすい気孔形成剤を用いなければならず、成形後の弾性回復時や脱脂時に気孔を起点としたマイクロクラックが発生しやすいという問題があった。
【００２２】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、メカニカルシールリングを始め、軸受またはフォーセットバルブの構成部品である弁体等の摺動部材としての強度を確保し、且つ摺動特性に優れ、クラックが発生することのないセラミックス摺動部材を提供することにある。また、各種機械の回転部に用いて、優れた摺動特性を備えたメカニカルシールリングを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明のセラミックス摺動部材は、緻密質のセラミックスからなる基材の表面に、潤滑液が供給される摺動面を備えたセラミックスからなる多孔質層が形成されており、該多孔質層の大多数の気孔は、前記摺動面に垂直な方向の大きさが平行な方向の大きさより小さく、一部の前記気孔は前記摺動面に開気孔となっていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明のセラミックス摺動部材は、上記構成において、前記気孔は、前記摺動面に垂直な方向の大きさが５〜４０μｍであり、平行な方向の大きさが１０〜５０μｍであることを特徴とする。
【００２５】
さらに、本発明のセラミックス摺動部材は、上記構成において、前記気孔は、前記摺動面に垂直な方向の大きさと平行な方向の大きさとの差が３μｍ以上であることを特徴とする。
【００２６】
さらにまた、本発明のセラミックス摺動部材は、上記構成において、前記開気孔は、その開口の真円度が５μｍ以下であることを特徴とする。
【００２７】
またさらに、本発明のセラミックス摺動部材は、上記構成において、前記開気孔は、開口の直径が１０〜５０μｍであり、隣り合う前記開口の間隔が３０〜１００μｍであることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明のセラミックス摺動部材は、上記構成において、前記摺動面の気孔面積率は３〜１２％であることを特徴とする。
【００２９】
さらに、本発明のセラミックス摺動部材は、上記構成において、前記基材と前記多孔質層との界面は、凹部と凸部とが滑らかに繰り返される凹凸面であることを特徴とする。
【００３０】
またさらに、本発明のセラミックス摺動部材は、上記構成において、前記凹凸面は、摺動面に垂直な方向にうねっている面であって、うねりの高さが前記多孔質層の厚みの０．０２〜１倍であることを特徴とする。
【００３１】
本発明のセラミックス摺動部材の製造方法は、セラミック粉末の造粒粉からなる第１の原料を準備するとともに、セラミック粉末の造粒粉に、樹脂ビーズからなり焼成工程において焼失または熱分解する気孔形成剤を混合してなる第２の原料を準備する工程と、成形型に前記第１の原料を基材部として充填するとともに前記第２の原料を前記基材部の表面に層状部として充填する工程と、前記成形型により前記層状部と前記基材部とを前記層状部の厚み方向に加圧して、前記層状部において前記気孔形成剤が前記層状部の厚み方向の大きさがそれに垂直な方向の大きさより小さく変形した成形体を得る工程と、前記成形体を焼成するとともに前記気孔形成剤を焼失または熱分解して気孔を形成し、緻密質のセラミックスからなる基材の表面に、加圧面を摺動面としたセラミックスからなる多孔質層を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明のセラミックス摺動部材の製造方法は、上記構成において、前記樹脂ビーズは、シリコーンからなる樹脂ビーズ、あるいはポリスチレンおよびアクリル−スチレン共重合体の少なくとも１種からなる懸濁重合された非架橋性の樹脂ビーズのいずれかであることを特徴とする。
【００３３】
さらに、本発明のメカニカルシールリング用部材は、上記構成のいずれかの本発明のセラミックス摺動部材からなり、リング状部材もしくは板状部材の表面または円筒状部材の外周面または円筒状部材の内周面に前記摺動面が潤滑液を介して当接し摺動することを特徴とする。
【００３４】
また、本発明のメカニカルシールリングは、潤滑液を介して互いの摺動面を当接し摺動させる固定リングと回転リングとからなり、これら固定リングおよび回転リングの少なくとも一方が上記構成のいずれかの本発明のセラミックス摺動部材からなることを特徴とする。
【００３５】
さらに、本発明のメカニカルシールリングは、上記構成において、前記セラミックス摺動部材は、前記セラミックスがアルミナ、炭化けい素、炭窒化けい素および炭素のいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のセラミックス摺動部材は、緻密質のセラミックスからなる基材の表面に、潤滑液が供給される摺動面を備えたセラミックスからなる多孔質層が形成されており、この基材は緻密質のセラミックスからなるので、高強度であるとともに、この多孔質層の大多数の気孔は、前記摺動面に垂直な方向の大きさが平行な方向の大きさより小さく、一部の気孔はこの摺動面に開気孔となっていることから、この摺動面の開気孔または摺動摩耗により新たに露出する開気孔はいずれも奥行きの浅い開気孔となるので、この開気孔が他の部材と摺動すると開気孔内に負圧が発生し、この負圧が開気孔内に貯溜していた潤滑液を十分に摺動面に供給するように作用して、摩擦係数を低くすることにより高い摺動特性を得ることができる。
【００３７】
また、前記気孔が、前記摺動面に垂直な方向の大きさが５〜４０μｍであり、平行な方向の大きさが１０〜５０μｍであるときには、すでに摺動面に存在する開気孔のみならず、摺動摩耗によって新たに露出する開気孔についても、負圧が開口付近の潤滑液を均一に供給できるように作用するとともに、開気孔の奥にも十分な負圧が作用して、潤滑液を十分に摺動面に供給でき、より高い摺動特性を得ることができる。
【００３８】
さらに、前記気孔が、前記摺動面に垂直な方向の大きさと平行な方向の大きさとの差が３μｍ以上であるときには、負圧が開口付近の潤滑液をさらに均一に供給できるように作用するとともに、開気孔の奥にもより十分な負圧がはたらくことにより、潤滑液を十分に摺動面に供給でき、より高い摺動特性を得ることができる。
【００３９】
さらにまた、前記開気孔は、その開口の真円度が５μｍ以下であるときには、潤滑液が特定方向にのみ偏よることなく摺動面に供給されるように作用するので、潤滑液が摺動面に行き渡り、摩擦係数を低くできるというより高い摺動特性を得ることができる。
【００４０】
またさらに、前記開気孔が、前記開口の直径が１０〜５０μｍであり、隣り合う前記開口の間隔が３０〜１００μｍであるときには、複数の結晶粒子が強固に結合されるので、摺動による脱粒を抑えられるとともに、開気孔の開口が摺動面に均一に配置されることになり、潤滑液が均等に摺動面に行き渡るように作用するので、摩擦係数を低くでき、より高い摺動特性を得ることができる。
【００４１】
また、前記摺動面の気孔面積率が３〜１２％であるときには、開気孔が他の開気孔と連通する比率が低くなり、摺動面に供給された潤滑液が前記連通した開気孔を伝わって、外部に漏れることがないように作用するので、セラミックス摺動部材としてのシール性能を維持しつつ、高い摺動特性が得られるとともに、摺動条件が過酷であっても多孔質層内部や基材内部に入るクラックを防止することができる。
【００４２】
さらに、前記基材と前記多孔質層との界面が、凹部と凸部とが滑らかに繰り返される凹凸面であるときには、界面が平面である場合に比べ、焼成後、前記凹凸面が界面に発生する応力を分散させるように作用するので、焼成時の収縮による変形を小さくすることができる。
【００４３】
またさらに、前記凹凸面が、摺動面に垂直な方向にうねっている面であって、うねりの高さが前記多孔質層の厚みの０．０２〜１倍であるときには、焼成後、凹凸面が界面に発生する応力を十分に分散して、内部歪みが小さくなるように作用するので、摺動面が平滑になって安定した摺動特性が得られる。
【００４４】
さらに、本発明のセラミックス摺動部材の製造方法は、セラミック粉末の造粒粉からなる第１の原料を準備するとともに、セラミック粉末の造粒粉に、樹脂ビーズからなり、焼成工程において焼失または熱分解する気孔形成剤を混合してなる第２の原料を準備する工程と、成形型に前記第１の原料を基材部として充填するとともに前記第２の原料を前記基材部の表面に層状部として充填する工程と、前記成形型により前記層状部と前記基材部とを前記層状部の厚み方向に加圧して、前記層状部において前記気孔形成剤が前記層状部の厚み方向の大きさがそれに垂直な方向の大きさより小さく変形した成形体を得る工程と、前記成形体を焼成するとともに前記気孔形成剤を焼失または熱分解して気孔を形成し、緻密質のセラミックスからなる基材の表面に、加圧面を摺動面としたセラミックスからなる多孔質層を形成する工程とを備えることで、気孔形成剤が加圧方向に塑性変形し、層状部の厚み方向の大きさがそれに垂直な方向の大きさより小さくなった気孔を有するセラミックス摺動部材とすることができ、摺動面に開口を有する開気孔に貯溜されていた潤滑液が摺動面に適切に供給されるので、高い摺動特性を備えたセラミックス摺動部材を容易に得ることができる。
【００４５】
また、前記樹脂ビーズが、シリコーンからなる樹脂ビーズ、あるいはポリスチレンおよびアクリル−スチレン共重合体の少なくとも１種からなる懸濁重合された非架橋性の樹脂ビーズのいずれかであるときには、これらの樹脂ビーズは塑性変形しやすく前記成形体の成形後やその後の脱脂中に弾性回復することがないように作用するので、多孔質層の大多数の気孔を摺動面に垂直な方向の大きさが平行な方向の大きさより小さくすることができるとともに、この樹脂ビーズは弾性回復しないので、気孔を起点とするマイクロクラックを防止することができる。
【００４６】
さらに、本発明のメカニカルシールリング用部材は、本発明のセラミックス摺動部材からなり、リング状部材もしくは板状部材の表面または円筒状部材の外周面または円筒状部材の内周面に前記摺動面が潤滑液を介して当接し摺動するときには、基材が緻密質のセラミックスからなり、前記セラミックス摺動部材の開気孔が他の部材と摺動すると開気孔内に負圧が発生し、この負圧が前記開気孔内に貯溜していた潤滑液を十分に摺動面に供給するように作用するので、摩擦係数が低くなり、高強度で摺動特性の高いメカニカルシールリング用部材とすることができる。
【００４７】
また、本発明のメカニカルシールリングは、潤滑液を介して互いの摺動面を当接し摺動させる固定リングと回転リングとからなり、これら固定リングおよび回転リングの少なくとも一方が本発明のセラミックス摺動部材からなるときには、基材が緻密質のセラミックスからなるので高強度であるとともに、前記セラミックス摺動部材の開気孔が他の部材と摺動することによって発生する負圧が開気孔内に貯溜していた潤滑液を摺動面に十分供給することができるので、高強度で摺動特性の高いメカニカルシールリングとすることができる。
【００４８】
さらに、セラミックス摺動部材のセラミックスがアルミナ、炭化けい素、炭窒化けい素および炭素のいずれかであるときには、これらセラミックスは低い摩擦係数を実現しやすいので、耐久性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
本発明は、メカニカルシールリング等の各種摺動部材における前記課題を解決するためにセラミックス摺動部材を種々検討したものである。以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００５０】
ここで、図１は、本発明のセラミックス摺動部材の摺動面に垂直な方向の部分断面図であって、（ａ），（ｂ）は気孔を模式的に表した部分断面図の一例であり、（ｃ）は界面のうねりの高さを示す図で、（ｂ）の界面部分の拡大図、（ｄ），（ｅ），（ｆ）は気孔の拡大図である。また、図２（ａ）は本発明のセラミックス摺動部材を摺動面から見た平面図、（ｂ）は開気孔の平面図である。図３は、本発明のメカニカルシールリングを用いた軸封装置の一例を示す部分断面図である。このセラミックス摺動部材１は、緻密質のセラミックスからなる基材１ｂ上にセラミックスからなる多孔質層１ａを界面２を介して形成し、多孔質層１ａが界面２と介する側と相対する側を摺動面３とするとともに、多孔質層１ａには気孔４と開気孔４ａを有して構成してある。
【００５１】
そして、本発明のセラミックス摺動部材１は、高強度である緻密質のセラミックスからなる基材１ｂの表面に、潤滑液１５が供給される摺動面３を備えたセラミックスからなる多孔質層１ａが形成されており、この多孔質層１ａの大多数の気孔４は、摺動面３に垂直な方向の大きさが平行な方向の大きさより小さく、一部の気孔４は摺動面３に開気孔４ａとなっていることを特徴としている。この摺動面３の開気孔４ａまたは摺動摩耗により新たに露出する開気孔４ａはいずれも奥行きの浅い開気孔４ａとなる。この開気孔４ａが他の部材と摺動すると負圧が発生し、気孔内に貯溜していた潤滑液１５を十分に摺動面３に供給するように作用して、摩擦係数を低くして、より高い摺動特性を得ることができる。
【００５２】
本発明では多孔質層１ａの大多数の気孔４を、摺動面３に垂直な方向の大きさが平行な方向の大きさより小さくすることが重要で、このようにすることで摺動による摩耗によって新たに露出した開気孔４ａ内に貯留する潤滑液１５を摺動面３に適切に供給するのに、十分な負圧を発生させることができる。なお、本発明でいう大多数とは、摺動面３に対して垂直な断面で多孔質層１ａにおける摺動面３に垂直な方向の大きさが平行な方向の大きさより小さくなっている気孔の個数がその断面の多孔質層１ａにおけるすべての気孔の個数の５０％を超えている状態を言う。この個数が７０％以上の状態ならばさらに好適である。
【００５３】
また、図１（ｄ）に示すように気孔４ｂが楕円体であってその長軸が摺動面３と平行になっている場合、短軸ｙ１を摺動面３に垂直な方向の大きさ、長軸ｘ１を摺動面３に平行な方向の大きさとする。また、図１（ｅ）に示すように気孔４ｃが偏平体であって、かつ長手方向が摺動面３と平行になっている場合、気孔４ｃの短軸方向の最大長ｙ２を摺動面３に垂直な方向の大きさ、気孔４ｃの長軸方向の最大長ｘ２を摺動面３と平行な方向の大きさとする。
【００５４】
さらに、図１（ｆ）に示すように垂直な方向の大きさｙ３および平行な方向の大きさｘ３をとればよい。気孔４ｂ，４ｃ，４ｄは、セラミックス摺動部材１の破断面を鏡面加工して得られた面を金属顕微鏡により倍率５０〜４００倍で観察することができ、このような気孔４ｂ，４ｃ，４ｄの形態としては、例えば偏平体、円柱、楕円体、繊維体およびこれらが複合した形態等が挙げられる。
【００５５】
また、気孔４は、摺動面３に垂直な方向の大きさが５〜４０μｍであり、平行な方向の大きさが１０〜５０μｍであることが好適であり、気孔４が複合した形態である場合、摺動面３に垂直な方向の大きさおよび平行な方向の大きさはそれぞれの最大値をとればよい。このときには、すでに摺動面３に存在する開気孔４ａのみならず、摺動摩耗によって新たに露出する開気孔４ａについても、負圧が開口付近の潤滑液１５を均一に供給できるように作用するとともに、開気孔４ａの奥にも十分な負圧が作用して、適正量の潤滑液１５を摺動面３に供給することができるので、より高い摺動特性を得ることができる。
【００５６】
ここで、摺動面３に垂直な方向の気孔４ｂ，４ｃ，４ｄの大きさを５〜４０μｍとしたのは、十分な負圧が得られるとともに、潤滑液１５を摺動面３上に十分供給するようにはたらくからで、摺動面３に垂直な方向の気孔４ｂ，４ｃ，４ｄの大きさが５μｍ未満であったり、逆に４０μｍを超えたりすると、潤滑液の粘性が高い場合には、十分な負圧が得られにくくなり、潤滑液１５が摺動面３上に十分供給されない場合があるからである。
【００５７】
また、摺動面３に平行な方向の大きさを１０〜５０μｍとしたのは、十分な負圧が得られるとともに、潤滑液１５を摺動面３上に十分供給するようにはたらくからで、摺動面３に平行な方向の大きさが１０μｍ未満であったり、逆に５０μｍを超えたりすると、垂直な方向の大きさと同様、潤滑液の粘性が高い場合には、負圧を得られにくくなり、潤滑液１５が摺動面３に十分供給されない場合があるからである。
【００５８】
ここで、摺動面３に垂直な方向の大きさと平行な方向の大きさは、セラミックス摺動部材１の摺動面３に対し垂直な方向の切断面を鏡面加工して得られた面から寸法測定用のゲージを備えた金属顕微鏡を用い、例えば倍率を５０〜４００倍にして、（２００〜１０００）μｍ×（２００〜１０００）μｍの範囲より気孔４ｂ，４ｃ，４ｄのいずれか１０個を抽出し、それぞれ気孔の大きさを前記ゲージを用いて測定し、その平均値を算出することで求めることができる。
【００５９】
特に、気孔４ｂ，４ｃ，４ｄの摺動面３に垂直な方向の大きさと平行な方向の大きさとの差が負圧に与える影響は大きく、その差が３μｍ以上であることが好適で、この差を３μｍ以上にするときには、負圧が開口付近の潤滑液１５をさらに均一に供給できるように作用するとともに、開気孔４ａの奥にもより十分な負圧がはたらくことにより、潤滑液１５を十分に摺動面３に供給でき、より高い摺動特性を得ることができる。
【００６０】
負圧により適正な量の潤滑液１５を摺動面３に供給することができるので、長期に渡って高い摺動特性を維持し続けることができる。また、気孔４ｂ，４ｃ，４ｄの摺動面３に垂直な方向の大きさと平行な方向の大きさとの差を４５μｍ以下にすることが好適で、４５μｍ以下にすることで適正な量の潤滑液１５を気孔４ａ内に予め貯留することができる。
【００６１】
また、開気孔４ａは、その開口の真円度が５μｍ以下であることが好適である。すなわち、開気孔４ａは、摺動面３から見たときに、より真円に近づける（真円度を上げる）ことで、潤滑液１５が特定方向にのみ偏よることなく摺動面３に供給されるように作用するので、摺動面３に行き渡り摩擦係数を低くできることにより高い摺動特性を得ることができる。そして、開気孔４ａの開口の大多数は略円形状である。
【００６２】
つぎに、図２（ｂ）に示すように、開気孔４ａは摺動面３から見ると、略円形になっており、その開口の直径Ｄは潤滑作用や脱粒の防止に影響を与える。ここで、この開口とは、開気孔４ａが摺動面３で外気と通じる出入口をいう。
【００６３】
また、開気孔４ａは、その開口の真円度が５μｍ以下であることが好適である。なお、真円度Ｅは、図２（ｂ）に示すように開口の外周側の３点に接する外接円の直径および開口の中心側の３点に接する内接円の直径をそれぞれＯＤ，ＩＤとして、
Ｅ＝（ＯＤ−ＩＤ）／２
で定義する。
【００６４】
真円度Ｅは、幾何学的円に対する偏差の度合いを示すものであり、真円度Ｅが０に近いほど、真円に近くなる。真円度Ｅは、画像処理機能を備えたマイクロスコープを用い、倍率１００〜１０００倍として、少なくとも１つの開気孔４ａが入る視野から画像処理機能を用いて内接円および外接円を特定した後、その各直径を測定し、算出することができる。
【００６５】
また、開気孔４ａは、開口の直径が１０〜５０μｍであり、隣り合う開口の間隔が３０〜１００μｍであることが好適である。開口の直径Ｄを大きくすると開気孔４ａ内に貯溜する潤滑液１５の量は多くなるので、高い潤滑作用が得られ、一方、開口の直径Ｄを小さくすると、摺動による摩耗によって開口の端部から発生する脱粒を少なくすることができる。この作用により、開気孔４ａは開口の直径Ｄが１０〜５０μｍであるものがセラミックス摺動部材１として好適である。
【００６６】
また、図２（ａ）に示すように、隣り合う開気孔４ａの最短距離を示す間隔Ｃも潤滑作用や脱粒の防止に影響を与える。間隔Ｃが３０μｍ未満と短かすぎると、摺動初期段階で隣り合う開気孔４ａ間に挟まれる結晶を結合する粒界相の量が少なくなるので、摺動初期段階で隣り合う開気孔４ａ間に挟まれる結晶は脱粒するおそれが高くなり、間隔Ｃが１００μｍを超えるまでに長すぎると、開気孔４ａ間の面積が大きくなり、潤滑液１５の粘度が高いと、摺動面３全体に亘って充分に潤滑液１５が供給されにくくなる。
【００６７】
したがって、隣り合う開気孔４ａの間隔Ｃは３０〜１００μｍであることが好適である。開気孔４ａが、開口の直径が１０〜５０μｍであり、隣り合う開口の間隔が３０〜１００μｍであるときには、複数の結晶粒子が強固に結合されるので、摺動による脱粒を抑えられるとともに、開気孔４ａの開口が摺動面３に均一に配置されることになり、潤滑液１５が均等に摺動面３に行き渡るように作用するので、摩擦係数を低くできるとともに、より高い摺動特性を得ることができる。ここで、開口の直径Ｄおよび間隔Ｃは、寸法測定用のゲージを備えた金属顕微鏡を用い、例えば倍率を５０〜４００倍にして、（２００〜１０００）μｍ×（２００〜１０００）μｍの範囲でゲージを用いて測定することができる。
【００６８】
また、摺動面３の気孔面積率は３〜１２％であることが好適である。本発明のセラミックス摺動部材１は、多孔質層１ａの気孔率を制御することで、摺動特性、シール性能とも向上させることができ、気孔率は摺動面３における気孔面積率で置き換えて捉えることができる。特に、多孔質層１ａは、摺動面３の気孔面積率を３〜１２％とするときには、開気孔４ａが他の開気孔４ａと連通する比率が低くなり、摺動面３に供給された潤滑液１５が連通した開気孔４ａを伝わって、外部に漏れることがないように作用するので、開気孔４ａ内に貯溜していた潤滑液１５は摺動面３に連続した流体膜を形成しやすくなり、多孔質層１ａの強度も確保できるので、高い摺動特性や、例えばメカニカルシールリングで要求される高いシール性能を得ることができる。なお、多孔質層１ａの気孔面積率は、摺動面３および開口の合計面積より、特定の視野を選定し、その視野の面積に対する開口の面積比率として定義されるものである。
【００６９】
ここで、多孔質層１ａの気孔面積率を３〜１２％としたのは、３％未満では潤滑液１５
の粘度が高い場合、開気孔４ａから滲出する潤滑液１５が少ないために、十分な潤滑効果を発揮できず、高い摺動特性が得られないおそれがあるからであり、１２％を超えると、開気孔４ａが互いに連通する比率が摺動面３上にあるすべての開気孔４ａに対して高くなるので例えばメカニカルシールリングで要求されるようなシール性能が低下するおそれがあるからである。
【００７０】
さらに同様にして、基材１ｂの気孔率を制御することで、摺動条件が過酷であっても、基材１ｂ内部に入るクラックを少なくすることができ、気孔率は摺動面３と平行な面における気孔面積率で置き換えて捉えることができる。特に、基材１ｂは、気孔面積率を２％以下とすることにより、基材１ｂ内部のクラック防止に効果的である。そして、基材１ｂの気孔面積率は、摺動面３と平行な断面の面積に対する、断面上の気孔の面積比率として定義されるものである。
【００７１】
なお、多孔質層１ａの気孔面積率は、金属顕微鏡を用いて、倍率１００倍にして、ＣＣＤカメラで摺動面３の画像を取り込み、画像解析装置（（株）ニレコ製（ＬＵＺＥＸ−ＦＳ））により画像内の１視野の測定面積を９．０×１０−２ｍｍ２、測定視野数を１０、測定総面積を９．０×１０−１ｍｍ２として測定すればよい。また、基材１ｂの気孔面積率は、取り込む画像を摺動面３と平行な断面とする以外、多孔質層１ａの気孔面積率を測定した条件と同じ条件で測定すればよい。
【００７２】
また、基材１ｂと多孔質層１ａとの界面２は、凹部と凸部とが滑らかに繰り返される凹凸面であることが好適である。本発明のセラミックス摺動部材１では、基材１ａと多孔質層１ｂとの界面２の性状は、界面２に発生する応力の分散に影響を与える。図１（ａ）で示されるように、界面２は凹部と凸部とが滑らかに繰り返される凹凸面であることにより、界面２が平面である場合に比べ、焼成後、凹凸面が界面２に発生する応力を分散させるように作用するので、焼成時の収縮による変形を小さくすることができる。なお、凹凸面は、窪み状の凹部と、突起状の凸部とが滑らかに繰り返される面をいい、図１（ｂ）で示されるように、摺動面３に垂直な方向にうねっている面であってもよい。
【００７３】
また、凹部のみが摺動面３と平行な平面であったり、逆に、凸部のみが摺動面３と平行な平面であったりしてもよく、セラミックスの結晶粒子の大きさの違いによって生じる微小な凹凸が界面２にあっても差し支えない。これら凹凸面はセラミックス摺動部材１の破断面を鏡面加工して得られた面を金属顕微鏡により、倍率５０〜４００倍で観察することができる。
【００７４】
また、凹凸面は、摺動面３に垂直な方向にうねっている面であって、うねりの高さが多孔質層１ａの厚みの０．０２〜１倍であることが好適である。図１（ｃ）は、気孔を模式的に表した図１（ｂ）の界面２部分の拡大断面図で、界面２のうねりの高さを示す図であるが、特に、凹凸面が摺動面３に垂直な方向にうねっている面である場合、うねりの高さｈは摺動特性に影響を与える。
【００７５】
うねりの高さｈが多孔質層１ａの厚みの０．０２〜１倍であることにより、摺動面３の変形を抑えられ、焼成後、凹凸面が界面２に発生する応力を十分に分散して、内部歪みが小さくなるように作用するので、長期間安定した摺動特性を得られるとともに、界面２が平面である場合に比べ、余裕を持ってセラミックス摺動部材１の交換をすることができる。加えて、凹凸面のうねりの高さが多孔質層１ａの厚みの０．０２〜１倍と十分に確保されているので、摺動摩耗によって、多孔質層１ａが摩耗して一気に緻密質のセラミックスからなる基材１ｂが露出することなく、凹凸面のうねりの高い部分から順に露出してくるように作用するので、急に摩擦係数が高くなることのないより高い摺動特性を得ることができる。うねりの高さｈおよび多孔質層１ａの厚み、および凹凸面はセラミックス摺動部材１の摺動面３に対し垂直な破断面を鏡面加工して得られた面を寸法測定用のゲージを備えた金属顕微鏡により、倍率５０〜４００倍でゲージを用いて測定することができる。
【００７６】
なお、うねりの高さｈとは、寸法測定用のゲージを備えた金属顕微鏡を用い、例えば倍率を５０〜４００倍にして、摺動面３に垂直な断面より（２００〜１０００）μｍ×（２００〜１０００）μｍの範囲を１０範囲抽出し、各範囲毎にゲージを用いて図１（ｃ）で示されるうねりの山ｍ、うねりの谷ｖ間の摺動面３に対する垂直方向の距離の最大値を測定し、前記１０範囲の中の最大値をいう。また、多孔質層１ａの厚みとは、寸法測定用のゲージを備えた金属顕微鏡を用い、例えば倍率を５０〜４００倍にして、うねりの高さｈを特定した範囲における摺動面３、うねりの谷ｖ間の距離の最大値をゲージを用いて測定した値をいう。
【００７７】
次に、本発明のセラミックス摺動部材１の製造方法を説明する。まず、セラミック粉末に水と必要に応じて焼結助剤と分散剤とを加え、ボールミルで混合してスラリー化し、このスラリーに有機添加剤である成形助剤として、バインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥してセラミック粉末の造粒粉からなる第１の原料を準備する。
【００７８】
なお、耐熱衝撃温度３００℃以上が要求されるセラミックス摺動部材１にはセラミック粉末を炭化けい素粉末とし、焼結助剤としてはアルミナ粉末、イットリア等の稀土類酸化物粉末を用いることが好適である。また、アルミナ粉末や稀土類酸化物粉末以外の焼結助剤としては炭素粉末や硼素粉末を組み合わせてもよく、炭素粉末を焼結助剤に用いた場合、開気孔４ａ内に容易に遊離炭素を含有させられ、この遊離炭素が摺動面３上に流出して、潤滑液１５としてはたらくことで摺動特性を向上させられるため、摺動初期に異音やリンキングが発生しやすいセラミックス摺動部材１には好適である。
【００７９】
次に、第１の原料とは別に、前記セラミック粉末と同じセラミック粉末の造粒粉と、樹脂ビーズからなり、焼成工程において焼失または熱分解する気孔形成剤とをボールミル等で混合してなる第２の原料を準備する。ここで、開口の直径が１０〜５０μｍであり、隣り合う開口の間隔を３０〜１００μｍにするには、直径１２．５〜６２．５μｍである気孔形成剤を例えば、セラミック粉末に対し２〜１０質量％含ませて十分均一に混合すればよい。
【００８０】
また、開口の真円度を５μｍ以下にするには、例えば、気孔形成剤の真球度を５μｍ以下にすることで得られる。ここで、気孔形成剤の真球度とは、互いに９０度をなし、中心軸を含む２または３の断面の輪郭を真円度測定器で測定し、それぞれの輪郭の外周側の３点と接する外接円から輪郭までの半径方向の距離の最大値として求めることができる。
【００８１】
そして、本発明のセラミックス摺動部材１の基材部を形成するために、第１の原料を成形型に充填し、凹部と凸部とが滑らかに繰り返される凹凸面を備えた加圧治具（不図示）で、基材部の表面を所定の圧力および所定の時間で加圧した後、第２の原料を基材部の表面に層状部として充填する。後記の焼成により基材部は基材１ｂに、層状部は多孔質層１ａとなる。
【００８２】
なお、先に本発明のセラミックス摺動部材１の層状部を形成するために、成形型（不図示）に第２の原料を充填し、加圧治具（不図示）で層状部の表面を所定の圧力および所定の時間で加圧した後、第１の原料を層状部の表面に基材部を形成するために充填してもよい。ここで、凹凸面が、摺動面３に垂直な方向にうねっている面であって、うねりの高さを多孔質層１ａの厚みの０．０２〜１倍とするには、加圧治具（不図示）の凹凸面にうねりを与え、その高さを多孔質層１ａの厚みの０．０３〜１．０１倍にすることでできる。
【００８３】
そして、成形型（不図示）により層状部と基材部とを層状部の厚み方向に加圧することで、層状部において気孔形成剤が層状部の厚み方向の大きさがそれに垂直な方向の大きさより小さく変形した成形体（不図示）を得ることができる。また、気孔形成剤が加圧方向に塑性変形する圧力で加圧することが重要であり、気孔形成剤が加圧方向に塑性変形し、層状部の厚み方向の大きさがそれに垂直な方向の大きさより小さくなった気孔４を有するセラミックス摺動部材１とすることができ、摺動面３に開口を有する開気孔４ａに貯溜されていた潤滑液１５が摺動面３に適切に供給されるので、高い摺動特性を備えたセラミックス摺動部材１を容易に得ることができる。また、摺動面３の気孔面積率は加圧方向の圧力で決めることができ、気孔面積率を３〜１２％にするには、圧力を例えば９０〜１１０ＭＰａにすればよい。さらに、基材１ｂの気孔面積率は加圧方向の圧力および焼成温度で決めることができ、気孔面積率を２％以下にするには、圧力を例えば９０〜１１０ＭＰａ、焼成温度を２０００〜２０５０℃にすればよい。
【００８４】
特に、樹脂ビーズは、シリコーンから成る樹脂ビーズ、あるいはポリスチレンおよびアクリル−スチレン共重合体の少なくとも１種からなる懸濁重合された非架橋性の樹脂ビーズのいずれかであることが好適である。これら樹脂ビーズはその圧縮強度が１．２ＭＰａ以下と低いので、通常の成形圧、例えば９８ＭＰａでは、これらの樹脂ビーズは塑性変形しやすく成形体（不図示）の成形後やその後の脱脂中に弾性回復することがないように作用するので、摺動面３に垂直な方向の大きさが平行な方向の大きさより小さい気孔が得られやすいからである。
【００８５】
なお、摺動面３に垂直な方向の大きさが５〜４０μｍであって、平行な方向の大きさが１０〜５０μｍである気孔４を得るには、直径６〜５０μｍの樹脂ビーズを用いればよく、摺動面３に垂直な方向の大きさと平行な方向の大きさとの差を３μｍ以上の気孔４を得るには成形圧を９８ＭＰａ以上にすればよい。摺動面３に垂直な方向の大きさと平行な方向の大きさとの差を４５μｍ以下の気孔４を得るには、成形圧を１１０ＭＰａ以上にすればよい。
【００８６】
また、気孔形成剤はガラス転移温度（Ｔｇ）が５０〜１５０℃であることが好適である。ここで、ガラス転移温度（Ｔｇ）とは、非晶質樹脂を加熱することにより、非晶質状からゴム状になる温度をいう。ガラス転移温度（Ｔｇ）を５０〜１５０℃としたのは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５０℃未満では、脱脂または焼成における昇温速度によっては気孔形成剤が容易にゴム状に変質して、気孔４がつぶれるおそれがあるからである。
【００８７】
一方、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１５０℃を超えると、気孔形成剤がビーズ、即ち球状体としての形状が維持されやすくなるので、球状体に近い気孔４が多くなり、セラミックス摺動部材１としての強度が低下するからである。ガラス転移温度（Ｔｇ）を５０〜１５０℃とすることで、塑性変形による気孔４のつぶれを防止することができるとともに、成形後や脱脂中に弾性回復することがないので、気孔４を起点とするマイクロクラックを防止することができ、セラミックス摺動部材１としての強度を高くすることができる。
【００８８】
そして、成形体（不図示）を必要に応じて、窒素雰囲気中、１０〜４０時間で昇温し、４５０〜６５０℃で２〜１０時間保持後、自然冷却して脱脂すればよい。そして、成形体（不図示）を、たとえば、１８００〜２０５０℃で、３〜５時間保持し焼成するとともに、気孔形成剤を脱脂または焼成における昇温過程で焼失または熱分解して気孔４を形成し、緻密質のセラミックスからなる基材１ｂの表面に、加圧面を摺動面３としたセラミックスからなる多孔質層１ａを形成することで、本発明のセラミックス摺動部材１とすることができる。なお、基材１ｂと多孔質層１ａとの界面２が、凹部と凸部とが滑らかに繰り返される凹凸面にするには焼成工程を加圧焼成より常圧焼成、減圧焼成、真空焼成等非加圧焼成を選ぶほうが好適である。
【００８９】
また、セラミックス摺動部材１は、必要に応じて加圧面を研削、研磨等の加工を施して摺動面３としてもよく、例えば、両頭研削盤や平面研削盤等で摺動面３を平面とした後、セラミックス摺動部材１がメカニカルシールリング用部材として用いられる場合には、平均粒径３μｍのダイヤモンド砥粒を用いてアルミナ製のラップ盤で粗加工し、錫製のラップ盤でシール性が維持できるように算術平均高さＲａが０．９８μｍ以下となるように鏡面加工してもよい。上述のような製造方法によれば、摺動部材としての強度を確保し、且つ摺動特性に優れ、クラックが発生することのないセラミックス摺動部材１を安価に得ることができる。
【００９０】
図３は本発明のメカニカルシールリングを用いた軸封装置の一例を示す断面図である。この軸封装置は、メカニカルシールとして環状体である固定リング５ａの摺動面３ａ上で、凸状部を有する環状体である回転リング５ｂの摺動面３ｂを摺動させてシール作用を及ぼすメカニカルシールリング５を用いた装置である。メカニカルシールリング５は、駆動機構（不図示）による駆動力を伝達させる回転軸６と、この回転軸６を回転可動に支承するケーシング７との間に取り付けられ、固定リング５ａと回転リング５ｂとの互いの摺動面３ａ，３ｂが回転軸６に対して垂直面を形成するように設置されている。
【００９１】
そして、回転リング５ｂはパッキング９によって緩衝的に支持され、このパッキング９の回転リング５ｂと相対する側には回転軸６を巻回するようにコイルスプリング１２が設置され、このコイルスプリング１２の弾発力（予め設定されたコイルスプリングの力）により、パッキング９を押圧することによって、回転リング５ｂの摺動面３ｂが固定リング５ａの摺動面３ａに押圧されて摺動するようにしてある。また、コイルスプリング１２がパッキング９を押圧する側と相対する側には、カラー１１がセットスクリュー１０により回転軸６に固定され、コイルスプリング１２のストッパーとして設置されている。
【００９２】
一方、回転リング５ｂの摺動面３ｂと摺動面３ａを介して接する固定リング５ａは緩衝ゴム８によって支持されており、緩衝ゴム８はこの軸封装置の外枠となるケーシング７の内側に取り付けられて固定リング５ａを支持するようにしてある。そして、回転軸６が回転するとカラー１１がともに回転し、コイルスプリング１２の弾発力によって押圧されるパッキング９と、このパッキング９によって支持されている回転リング５ｂの摺動面３ｂと、が押圧されながら回転することによって、固定リング５ａの摺動面３ａとの間でシール作用が働くようにしてある。このような軸封装置を流体機器（不図示）に取り付ける場合には、メカニカルシールリング５に対してカラー１１の側の延長上に、流体機器が配置されるように取り付けて用いられる。
【００９３】
このとき、流体機器に用いられている流体は、軸封装置のケーシング７で囲まれた内部にまで侵入するが、パッキング９と回転軸６との間に設けられたＯリング１３によるシール作用と、メカニカルシールリング５の摺動面３ａ，３ｂのシール作用によって、流体が軸封装置より外部に漏洩することを防止している。なお、このとき軸封装置によって密封された流体を、密封流体１４と称し、その一部がメカニカルシールリング５の摺動面３ａ，３ｂの間に入り込み潤滑液１５として作用する。一方、回転リング５ｂはパッキング９によって緩衝的に支持され、緩衝ゴム８およびパッキング９は回転軸６の回転で発生する振動を吸収する機能も有する。なお、図３に示す軸封装置では、固定リング５ａを環状体、回転リング５ｂを凸状部を有する環状体としたが、これとは逆に固定リング５ａを凸状部を有する環状体とし、回転リング５ｂを環状体とすることもできる。
【００９４】
そして、本発明は、基材１ｂが緻密質のセラミックスからなり、セラミックス摺動部材１の開気孔４ａが他の部材と摺動すると摺動面３で空気の流れによる動圧が先ず発生し、続いて開気孔４ａ上ではその動圧より低い負圧が開気孔４ａ内に貯溜していた潤滑液１５に対し作用し、開気孔４ａ上で発生する負圧によって開気孔４ａ内に貯溜していた潤滑液１５を摺動面３に適切に供給することができるので、セラミックス摺動部材１をリング状部材もしくは板状部材の表面または円筒状部材の外周面または円筒状部材の内周面に摺動面３が潤滑液１５を介して当接し摺動するメカニカルシールリング用部材に用いることが好ましい。
【００９５】
また、本発明のメカニカルシールリング５は、潤滑液１５を介して互いの摺動面３ａ，３ｂを当接し摺動させる固定リング５ａと回転リング５ｂとからなり、これら固定リング５ａおよび回転リング５ｂの少なくとも一方がセラミックス摺動部材１からなることが好適である。セラミックス摺動部材１は、前述した通り、基材１ｂが緻密質のセラミックスからなり、回転リング５ｂが摺動を開始すると、摺動面３ａ，３ｂで空気の流れによる動圧が先ず発生し、続いて開気孔４ａ上ではその動圧より低い負圧が開気孔内に貯溜していた潤滑液１５に対し作用し、この開気孔４ａ上で発生する負圧によって開気孔内に貯溜していた潤滑液１５を摺動面３ａ，３ｂに適切に供給することができるので、高強度で摺動特性の高いメカニカルシールリング５とすることができる。
【００９６】
そして、このようなメカニカルシールリング５を始めとするセラミックス摺動部材１は、セラミックスがアルミナ、炭化けい素、炭窒化けい素および炭素のいずれかであることが好適で、これらセラミックスは低い摩擦係数を実現しやすいので、耐久性を確保することができる。
【実施例１】
【００９７】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００９８】
まず、炭化珪素粉末にアルミナ粉末、イットリア粉末、分散剤および水を所定量加えボールミルに投入した後、４８時間混合してスラリー化した。このスラリーに成形助剤としてバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥することにより平均粒径１８μｍの造粒粉からなる第１の原料を準備した。
【００９９】
次に、この造粒粉の一部に、表１に示す気孔形成剤を８質量％添加、混合して第２の原料を準備した後、成形型に第１の原料を基材部として充填するとともに第２の原料を基材部の表面に層状部として充填し、成形型により層状部と基材部とを層状部の厚み方向に９８ＭＰａの圧力で加圧して、リング形状をなす成形体を作製した。
【０１００】
そして、成形体を窒素雰囲気中、６００℃で５時間保持して脱脂した後、アルゴン雰囲気中、１８５０℃で３時間保持し、層状部および基材部がそれぞれ多孔質層１ａおよび基材１ｂとなった焼結体を得た。その後、多孔質層１ａの表面を平面研削盤で研削して平面とした後、平均粒径３μｍのダイヤモンド砥粒を用いてアルミナ製のラップ盤で粗加工し、同じく平均粒径３μｍのダイヤモンド砥粒を用いて錫製のラップ盤で算術平均高さＲａが０．９８μｍ以下となるように鏡面加工し、外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体である固定リング５ａである試料Ｎｏ．１〜４を得た。
【０１０１】
なお、算術平均高さＲａは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２０００に準拠して触針式の表面粗さ計を用い、測定長さ、カットオフ値および触針の走査速度をそれぞれ５ｍｍ、０．８ｍｍおよび０．５ｍｍ／秒として測定した。その後、固定リング５ａと、外径２４ｍｍ、内径２１ｍｍの凸状部を有する外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体であって、炭素からなる回転リング５ｂとの互いの摺動面３ａ，３ｂを当接し、以下の条件で摺動させ、摺動中の摩擦係数を測定した。
【０１０２】
＜摺動条件＞
・ 相対速度：８ｍ／ｓ
・ 面圧    ：５００ｋＰａ
・ 潤滑液  ：水
・ 摺動時間：１００時間
なお、相対速度は回転軸の中心を基準として外周側に向かい、１１．２５ｍｍ離れた位置（以下、位置Ｐという。）における固定リング５ａに対する回転リング５ｂの回転速度である。面圧は固定リング５ａに対する回転リング５ｂの単位面積当たりの圧力であり、固定リング５ａと回転リング５ｂとを当接させるのに予め設定された加圧力Ｆを回転リング５ｂの摺動面３ｂの面積で除すことで求められ、面積は、寸法測定用のゲージを備えた金属顕微鏡を用い、倍率５０倍で回転リング５ｂの凸状部の外径および内径をゲージで測定し、算出した。
【０１０３】
また、摺動後、金属顕微鏡を用い倍率５０倍で、固定リング５ａの摺動面３ａに対し垂直な破断面を鏡面加工して得られた面内における１０００μｍ×１０００μｍの範囲より、多孔質層１ａ内におけるすべての気孔の個数に対する摺動面３ａに垂直な方向の大きさが平行な方向の大きさより小さい気孔４ｂ，４ｃ，４ｄの個数の比率を測定し、その比率を表１に示した。併せて、同じ範囲内における内部クラックの有無を観察し、表１に内部クラックが確認されなかったものを○、確認されたものを×で示した。
【０１０４】
また、摩擦係数μについては、トルクメーターを用いて摺動中の回転リング５ｂの位置Ｐにおける回転トルクＴを測定し、この回転トルクＴを、摺動面３ｂの面積に面圧を掛けることで得られる加圧力Ｆおよび回転軸の中心から位置Ｐまでの距離１１．２５ｍｍで除した値とした。すなわち、摩擦係数μはμ＝Ｔ／１１．２５Ｆとし、その値を表１に示した。
【表１】
2007084368.tif 000003
【０１０５】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１は前記比率が５０％以下であることから、摺動面上に潤滑液が適切に供給されなかったので、摩擦係数μが高い上、内部クラックも観察された。一方、本発明の試料Ｎｏ．２〜４は、比率が５０％を超えていることから、摺動面上に潤滑液は適切に供給され、摺動後も摩擦係数μは低く、摺動特性が高いことがわかる。特に比率が７０％のＮｏ．３は摩擦係数μがもっとも低く優れていた。また、摺動後、内部クラックも観察されないことから、強度も高いことがわかる。
【実施例２】
【０１０６】
炭化珪素粉末に、硼素粉末、フェノール樹脂粉末、分散剤および水を所定量加えボールミルに投入した後、４８時間混合してスラリー化した。このスラリーに成形助剤としてバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥することにより平均粒径１８μｍの造粒粉からなる第１の原料を準備した。次に、この造粒粉に、表２に示す気孔形成剤を８質量％添加、混合して第２の原料を準備した。
【０１０７】
そして、実施例１と同様にして、リング形状をなす成形体を作製後、脱脂、焼成を行って焼結体とし、表面を平面研削盤で研削して平面とした後、アルミナ製のラップ盤で粗加工し、錫製のラップ盤で鏡面加工して、外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体である固定リング５ａである試料Ｎｏ．５〜１３を得た。その後、固定リング５ａと、外径２４ｍｍ、内径２１ｍｍの凸状部を有する外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体であって、炭素からなる回転リング５ｂとを回転軸を通して互いの摺動面３ａ，３ｂを当接し、以下の条件で摺動させ、摺動中の摩擦係数μを測定し、その値を表２に示した。なお、算術平均高さＲａおよび摩擦係数μは、実施例１に示した方法と同じ方法で測定した。
【０１０８】
＜摺動条件＞
・ 相対速度：１２ｍ／ｓ
・ 面圧    ：３００ｋＰａ
・ 潤滑液  ：水
・ 摺動時間：２００時間
なお、実施例１と同様の方法により、相対速度、面圧を算出し、また、摺動後、多孔質層１ａ内におけるすべての気孔の個数に対する摺動面３ａに垂直な方向の大きさが平行な方向の大きさより小さい気孔４ｂ，４ｃ，４ｄの個数の比率を測定して表２に示し、併せて、内部クラックの有無を観察し、内部クラックが確認されなかったものを○、確認されたものを×で示した。
【表２】
2007084368.tif 000004
【０１０９】
表２に示すように、試料Ｎｏ．７は、気孔が摺動面３に垂直な方向の大きさと平行な方向の大きさが等しいことから、摺動面３ａ，３ｂに潤滑液が適切に供給されず、摩擦係数μが高い上、内部クラックも観察された。一方、本発明の試料Ｎｏ．５，６，８〜１３は、摺動面３ａ，３ｂに潤滑液は適切に供給され、摩擦係数μは低く、摺動特性が高いことがわかる。特に、気孔が摺動面３に垂直な方向の大きさが５〜４０μｍであって、平行な方向の大きさが１０〜５０μｍである試料Ｎｏ．６，８〜１３は、摩擦係数μが０．０６以下と低く好適である。
【０１１０】
さらに、垂直な方向の大きさと平行な方向の大きさとの差が３μｍ以上である試料Ｎｏ．６，９〜１３は摩擦係数μが０．０５５以下とより低く好適である。また、本発明の試料Ｎｏ．５，６，８〜１３は、摺動後、内部クラックはいずれも観察されないことから、強度も高いことがわかる。
【実施例３】
【０１１１】
炭化珪素粉末に、硼素粉末、フェノール樹脂粉末、分散剤および水を所定量加えボールミルに投入した後、４８時間混合してスラリー化した。このスラリーに有機添加剤である成形助剤としてバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥することにより平均粒径１８μｍの造粒粉からなる第１の原料を準備した。次に、この造粒粉に、気孔形成剤として懸濁重合された非架橋性ポリスチレンを添加、混合して第２の原料を準備した。
【０１１２】
そして、実施例１と同様にして、リング形状をなす成形体を作製後、脱脂、焼成を行って焼結体とし、表面を平面研削盤で研削して平面とした後、アルミナ製のラップ盤で粗加工し、錫製のラップ盤で鏡面加工して、外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体である固定リング５ａである試料Ｎｏ．１４，１５を得た。
【０１１３】
そして、開口の直径１０〜５０μｍである開気孔４ａの摺動面３から見たときの真円度Ｅを画像処理機能を備えたマイクロスコープを用い、倍率２００倍で３００μｍ×３００μｍの範囲より、画像処理機能を用いて、図２（ｂ）に示す内接円および外接円を特定してから、各直径をそれぞれ６点測定し、各真円度Ｅ１〜Ｅ６を算出した。その後、固定リング５ａと、外径２４ｍｍ、内径２１ｍｍの凸状部を有する外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体であって、炭素からなる回転リング５ｂとを回転軸を通して互いの摺動面３ａ，３ｂを当接し、外径２４ｍｍ、内径２１ｍｍの凸状部を有する外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体であって、以下の条件で摺動させ、摺動中の摩擦係数μを測定し、その値を表３に示した。なお、算術平均高さＲａおよび摩擦係数μは、実施例１に示した方法と同じ方法で測定した。
【０１１４】
＜摺動条件＞
・ 相対速度：５ｍ／ｓ
・ 面圧    ：１ＭＰａ
・ 潤滑液  ：水
・ 摺動時間：１００時間
なお、実施例１と同様の方法により、相対速度、面圧を算出した。
【表３】
2007084368.tif 000005
【０１１５】
表３に示すように、開口の直径Ｄが１０〜５０μｍの開気孔４ａの真円度Ｅが５μｍ以下の試料Ｎｏ．１４は、真円度Ｅが５μｍを超える試料Ｎｏ．１５より摩擦係数μが低く良好である。
【実施例４】
【０１１６】
炭化珪素粉末に、硼素粉末、フェノール樹脂粉末、分散剤および水を所定量加えボールミルに投入した後、４８時間混合してスラリー化した。このスラリーに有機添加剤である成形助剤としてバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥することにより平均粒径１８μｍの造粒粉からなる第１の原料を準備した。次に、この造粒粉に、気孔形成剤として懸濁重合された非架橋性ポリスチレンを添加、混合して第２の原料を準備した。
【０１１７】
そして、実施例１と同様にして、リング形状をなす成形体を作製後、脱脂、焼成を行い、焼結体を得、表面を平面研削盤で研削して平面とした後、アルミナ製のラップ盤で粗加工し、錫製のラップ盤で鏡面加工し、外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体である固定リング５ａである試料Ｎｏ．１６〜１８を得た。そして、開口の直径１０〜５０μｍである開気孔の間隔Ｃを金属顕微鏡を用い、倍率１００倍で２００μｍ×２００μｍの範囲より各６点測定し、Ｃ１〜Ｃ６とした。その後、上記固定リング５ａと、外径２４ｍｍ、内径２１ｍｍの凸状部を有する外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体であって、炭素からなる回転リング５ｂとを回転軸を通して互いの摺動面３ａ，３ｂを当接し、以下の条件で摺動させ、摺動中の摩擦係数μを用いて測定し、その値を表４に示した。なお、算術平均高さＲａおよび摩擦係数μは、実施例１に示した方法と同じ方法で測定した。
【０１１８】
＜摺動条件＞
・ 相対速度：２０ｍ／ｓ
・ 面圧    ：３００ｋＰａ
・ 潤滑液  ：エチレングリコール
・ 摺動時間：５００時間
なお、実施例１と同様の方法により、相対速度、面圧を算出した。また、摺動後、金属顕微鏡を用い倍率５０倍で、固定リング５ａの摺動面３ａで脱粒の有無を観察し、脱粒が確認されなかったものを○、確認されたものを△で示した。
【表４】
2007084368.tif 000006
【０１１９】
表４に示すように、試料Ｎｏ．１６は開口の直径Ｄが１０〜５０μｍである開気孔４ａの間隔Ｃが３０μｍ未満であることから、本実施例のように摺動条件が過酷な場合、摺動面３ａ，３ｂからわずかではあるが脱粒が発生し、摩擦係数μも高かった。また、試料Ｎｏ．１８は、開口の直径Ｄが１０〜５０μｍである開気孔４ａの間隔が１００μｍを超えていることから、本実施例のように粘度の高い潤滑液を用いると、摺動面３ａ，３ｂ全体に亘って潤滑液が良好に供給されず、摩擦係数μは高い値となった。一方、試料Ｎｏ．１７は、摺動面３ａ，３ｂ上に潤滑液は適切に供給され、摺動後も摩擦係数μは低く、摺動特性が高いことがわかる。
【実施例５】
【０１２０】
炭化珪素粉末に、アルミナ粉末、イットリア粉末、分散剤および水を所定量加えボールミルに投入した後、４８時間混合してスラリー化した。このスラリーに有機添加剤である成形助剤としてバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥することにより平均粒径１８μｍの造粒粉からなる第１の原料を準備した。次に、この造粒粉に、気孔形成剤として懸濁重合された非架橋性ポリスチレンを添加、混合して第２の原料を準備した。
【０１２１】
そして、実施例１と同様にして、リング形状をなす成形体を作製後、脱脂、焼成を行い、焼結体を得、表面を平面研削盤で研削して平面とした後、アルミナ製のラップ盤で粗加工し、錫製のラップ盤で鏡面加工し、外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体である固定リング５ａである試料Ｎｏ．１９〜２５を得た。また、多孔質層１ａの気孔面積率は、金属顕微鏡を用いて倍率１００倍にして、ＣＣＤカメラで摺動面の画像を取り込み、画像解析装置（（株）ニレコ製（ＬＵＺＥＸ−ＦＳ））により、画像内の１視野の測定面積を９．０×１０−２ｍｍ２、測定視野数を１０、測定総面積を９．０×１０−１ｍｍ２として測定した。
【０１２２】
その後、固定リング５ａと、外径２４ｍｍ、内径２１ｍｍの凸状部を有する外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体であって炭素からなる回転リング５ｂとを回転軸を通して互いの摺動面３ａ，３ｂを当接し、以下の条件で摺動させ、摺動中の摩擦係数μを測定し、その値を表５に示した。なお、算術平均高さＲａおよび摩擦係数μは、実施例１に示した方法と同じ方法で測定した。
【０１２３】
＜摺動条件＞
・ 相対速度：１６ｍ／ｓ
・ 面圧    ：３００ｋＰａ
・ 潤滑液  ：水
・ 摺動時間：３００時間
なお、実施例１と同様の方法により、相対速度、面圧を算出し、また、摺動後、内部クラックの有無を観察し、表５に内部クラックが確認されなかったものを○、確認されたものを△で示した。その後、多孔質層１ａを平均粒径３μｍのダイヤモンド砥粒を用いてアルミナ製のラップ盤で粗加工して除去した後、同じく平均粒径３μｍのダイヤモンド砥粒を用いて錫製のラップ盤で算術平均高さＲａが０．９８μｍ以下となるように基材１ｂを鏡面加工し、基材１ｂの気孔面積率を多孔質層１ａの気孔面積率を測定した方法と同じ方法で測定した。なお、算術平均高さＲａは、実施例１に示した方法と同じ方法で測定した。
【表５】
2007084368.tif 000007
【０１２４】
表５に示すように、試料Ｎｏ．２５は多孔質層１ａの気孔面積率が１２％を超えていることから、摺動１００時間後には内部に微小クラックが確認されなかったものの摺動３００時間後には、多孔質層１ａに内部クラックが確認された。また、試料Ｎｏ．２４は基材１ｂの気孔面積率が２％を超えていることから、摺動１００時間後には内部クラックが確認されなかったものの摺動３００時間後には、基材１ｂに内部に微小なクラックが確認された。
【０１２５】
また、試料Ｎｏ．１９は摺動３００時間後にも内部クラックが確認されなかったものの、多孔質層１ａの気孔面積率が３％未満であることから、摩擦係数μは高かった。一方、試料Ｎｏ．２０〜２３は、基材１ｂおよび多孔質層１ａの気孔面積率がそれぞれ２％以下および３〜１２％であることから、摩擦係数μも低く、摺動終了後にも内部クラックは発生せず、良好であった。
【実施例６】
【０１２６】
炭化珪素粉末に、アルミナ粉末、イットリア粉末、分散剤および水を所定量加えボールミルに投入した後、４８時間混合してスラリー化した。このスラリーに有機添加剤である成形助剤としてバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥することにより平均粒径１８μｍの造粒粉からなる第１の原料を準備した。次に、この造粒粉に、気孔形成剤として懸濁重合された非架橋性ポリスチレンを添加、混合して第２の原料を準備した後、成形型に第１の原料を基材部として充填し、一部の成形型には微小振動を与えることで、界面となる基材部の表面を凹部と凸部とが滑らかに繰り返される凹凸面にしたものと、一部の成形型には微小振動を与えず、基材部の表面を治具により平面にしたものとを準備した。
【０１２７】
そして、第２の原料を基材部の表面に層状部として充填し、成形型により層状部と基材部とを層状部の厚み方向に９８ＭＰａの圧力で加圧して、リング形状をなす成形体を作製した。得られた成形体を窒素雰囲気中、６００℃で５時間保持して脱脂した後、アルゴン雰囲気中、２０５０℃で３時間保持し、層状部および基材部がそれぞれ多孔質層１ａおよび基材１ｂとなった焼結体を得た。得られた焼結体に発生した多孔質層１ａの表面の変形量を形状寸法測定機で測定した。その結果を表６に示す。
【０１２８】
そして、多孔質層１ａの表面を平面研削盤で研削して平面とした後、平均粒径３μｍのダイヤモンド砥粒を用いてアルミナ製のラップ盤で粗加工し、同じく平均粒径３μｍのダイヤモンド砥粒を用いて錫製のラップ盤で算術平均高さＲａが０．９８μｍ以下となるように鏡面加工し、外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体である固定リング５ａである試料Ｎｏ．２６〜３２を得た。その後、固定リング５ａと、外径２４ｍｍ、内径２１ｍｍの凸状部を有する外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体であって、炭素からなる回転リング５ｂとを回転軸を通して互いの摺動面３ａ，３ｂを当接し、以下の条件で摺動させ、摺動中の摩擦係数μを測定し、その値を表６に示した。なお、算術平均高さＲａおよび摩擦係数μは、実施例１に示した方法と同じ方法で測定した。
【０１２９】
＜摺動条件＞
・ 相対速度：１２ｍ／ｓ
・ 面圧    ：１ＭＰａ
・ 潤滑液  ：エチレングリコール
・ 摺動時間：３００時間
なお、実施例１と同様の方法により、相対速度、面圧を算出した。摺動後、固定リング５ａの摺動面３ａに対し垂直な破断面を鏡面加工し、界面のうねりの高さｈを寸法測定用のゲージを備えた金属顕微鏡を用い、倍率１００倍でゲージを用いて測定した。そして、金属顕微鏡を用い倍率５０倍により、内部クラックの有無を観察し、表６に内部クラックが確認されなかったものを○、確認されたものを△で示した。
【表６】
2007084368.tif 000008
【０１３０】
表６に示すように、試料Ｎｏ．２６は界面２が平面であることから多孔質層１ａの表面の変形量が大きかった。一方、界面２が凹部と凸部が滑らかに繰り返される凹凸面である試料Ｎｏ．２７〜３２は多孔質層１ａの表面の変形量が小さく好適であった。特に、凹凸面が、摺動面３ａに垂直な方向にうねっている面であって、うねりの高さｈが多孔質層１ａの厚みの０．０２〜１倍である試料Ｎｏ．２８〜３２は、多孔質層１ａの表面の変形量が１２０μｍ以下とより小さく、摩擦係数μも小さかった。
【実施例７】
【０１３１】
表７に示す各種セラミック粉末に、所定の焼結助剤である各種粉末、分散剤および水を所定量加えボールミルに投入した後、４８時間混合してスラリー化した。このスラリーに有機添加剤である成形助剤としてバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥することにより造粒粉からなる第１の原料を準備した。次に、この造粒粉に、気孔形成剤として懸濁重合された非架橋性アクリル−スチレン共重合体を８質量％添加、混合して第２の原料を準備した後、成形型に第１の原料を基材部として充填するとともに第２の原料を基材部の表面に層状部として充填し、成形型により層状部と基材部とを層状部の厚み方向に９８ＭＰａの圧力で加圧して、リング形状をなす成形体を作製した。
【０１３２】
そして、成形体を窒素雰囲気中、６００℃で５時間保持して脱脂した後、各種セラミック粉末に応じた焼成条件により焼成して、層状部および基材部がそれぞれ多孔質層１ａおよび基材１ｂとなった焼結体を得た。その後、多孔質層１ａの表面を平面研削盤で研削して平面とした後、平均粒径３μｍのダイヤモンド砥粒を用いてアルミナ製のラップ盤で粗加工し、同じく平均粒径３μｍのダイヤモンド砥粒を用いて錫製のラップ盤で算術平均高さＲａが０．９８μｍ以下となるように鏡面加工し、外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体である固定リング５ａおよび外径２４ｍｍ、内径２１ｍｍの凸状部を有する外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体である回転リング５ｂを構成する試料Ｎｏ．３３〜３７を得た。その後、固定リング５ａおよび回転リング５ｂとを回転軸を通して互いの摺動面３ａ，３ｂを当接し、以下の条件で摺動させ、摺動中の摩擦係数μを測定した。なお、算術平均高さＲａおよび摩擦係数μは、実施例１に示した方法と同じ方法で測定した。
【０１３３】
＜摺動条件＞
・ 相対速度：８ｍ／ｓ
・ 面圧    ：２ＭＰａ
・ 潤滑液  ：水
・ 摺動時間：３００時間
なお、実施例１と同様の方法により、相対速度、面圧を算出した。また、摺動後、金属顕微鏡を用い倍率５０倍で、固定リング５ａおよび回転リング５ｂの摺動面３ａ，３ｂに対し垂直な破断面を鏡面加工して得られた面内で、多孔質層１ａにおけるすべての気孔の個数に対する摺動面３ａに垂直な方向の大きさｙが平行な方向の大きさｘより小さい気孔４ｂ，４ｃ，４ｄの個数の比率を測定し、その比率を表７に示した。
【表７】
2007084368.tif 000009
【０１３４】
表７に示すように、超硬を用いた試料Ｎｏ．３７は摩擦係数μが高かったのに対し、アルミナ、炭化けい素、炭窒化けい素および炭素を用いた試料Ｎｏ．３３，３４，３５，３６は摩擦係数μが低く好適であった。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】図１は、本発明のセラミックス摺動部材の摺動面に垂直な方向の部分断面図であって、（ａ），（ｂ）は気孔を模式的に表した部分断面図の一例であり、（ｃ）は界面のうねりの高さを示す図で、（ｂ）の界面部分の拡大図、（ｄ），（ｅ），（ｆ）は気孔の拡大図である。
【図２】（ａ）は本発明のセラミックス摺動部材を摺動面から見た平面図、（ｂ）は開気孔の平面図である。
【図３】本発明のメカニカルシールリングを用いた軸封装置の一例を示す部分断面図である。
【図４】従来のメカニカルシールリングを用いた軸封装置の一例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１：セラミックス摺動部材
１ａ：多孔質層
１ｂ：基材
２：界面
３，３ａ，３ｂ，２１ａ，２１ｂ：摺動面
４：気孔
４ａ：開気孔
４ｂ，４ｃ，４ｄ：閉気孔
５，２２：メカニカルシールリング
５ａ，２２ａ：固定リング
５ｂ，２２ｂ：回転リング
６，２３：回転軸
７，２４：ケーシング
８，２５：緩衝ゴム
９，２６：パッキング
１０，２７：セットスクリュー
１１，２８：カラー
１２，２９：コイルスプリング
１３，３０：Ｏリング
１４，３１：密封流体
１５：潤滑液
【図１】
2007084368.tif 000010
【図２】
2007084368.tif 000011
【図３】
2007084368.tif 000012
【図４】
2007084368.tif 000013