(57)【要約】【課題】炭化けい素焼結体の表面の開気孔の形状が規定されていないため、潤滑液を用いた摺動部材として使用する際、開気孔の形状に起因する潤滑液の流出の度合いを調整することは困難である。【解決手段】  表面に開口する開気孔を有する炭化けい素質焼結体であって、その表面における任意の直径２０μｍの円内の領域に、前記開気孔の外接円の直径を長径とし、該長径に直交するとともに、前記長径の中点を通過する直線と前記開気孔とが交わる直線を短径としたとき、前記長径に対する前記短径の比が０．２以上０．８以下である非球形開気孔を一つ以上有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に開口する開気孔を有する炭化けい素質焼結体であって、その表面における任意の直径２０μｍの円内の領域に、前記開気孔の外接円の直径を長径とし、該長径に直交するとともに、前記長径の中点を通過する直線と前記開気孔とが交わる直線を短径としたとき、前記長径に対する前記短径の比が０．２以上０．８以下である非球形開気孔を一つ以上有することを特徴とする炭化けい素質焼結体。
【請求項２】
前記非球形開気孔の長径は、１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の炭化けい素質焼結体。
【請求項３】
前記非球形開気孔の短径は、１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化けい素質焼結体。
【請求項４】
前記非球形開気孔は、平均直径１０μｍ以上１５０μｍ以下の３次元網目状に分散していることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の炭化けい素質焼結体。
【請求項５】
前記表面に開口する全開気孔の個数１００％に対する前記非球形開気孔の個数割合は、８０％以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の炭化けい素質焼結体。
【請求項６】
前記表面の面積１００％に対する前記表面に開口する全開気孔の面積占有率は、５％以上１２％以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の炭化けい素質焼結体。
【請求項７】
前記表面における前記全開気孔の分布密度は、２．５×１０４個／ｍｍ２以上１２．５×１０４個／ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の炭化けい素質焼結体。
【請求項８】
以下の式（２）で規定される熱衝撃抵抗係数Ｒ’が２９０００Ｗ／ｍ以上であることを特徴とする炭化けい素質焼結体。
Ｒ＝Ｓ・（１−ν）／（Ｅ・α）  ・・・（１）
但し  Ｓ：３点曲げ強度（Ｐａ）
ν：ポアソン比
Ｅ：ヤング率（Ｐａ）
α：４０〜４００℃における熱膨張係数（×１０−６／Ｋ）
Ｒ’＝Ｒ・ｋ  ・・・（２）
但し  ｋ：熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載の炭化けい素質焼結体を少なくとも摺動面に用いたことを特徴とする摺動部材。
【請求項１０】
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を備え、前記固定リングおよび回転リングの少なくとも一方を請求項９に記載の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１１】
請求項１０に記載のメカニカルシールリングを備えたことを特徴とするメカニカルシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化けい素質焼結体、この炭化けい素質焼結体を摺動部材、特に、自動車冷却水ポンプ、冷凍機等の軸封装置に用いられるメカニカルシールリングさらにこのメカニカルシールリングを備えたメカニカルシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック焼結体を用いた摺動部材はその耐摩耗性を利用して、例えば流体機器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。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軸封装置の一つであり、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、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メカニカルシールの一例を示す部分断面図である。このメカニカルシールは、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。このようなメカニカルシールを流体機器（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、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、このときメカニカルシール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に用いられる部材は、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が多用されている。従来のメカニカルシールリング等の摺動部材用の多孔質炭化けい素質焼結体としては、次のようなものが開示されている。
【０００９】
例えば、特許文献１には、平均気孔径が０．５〜１０μｍである気孔を２〜１８体積％の気孔率で有する炭化けい素質焼結体が記載され、この炭化けい素質焼結体の製造方法は、先ず、炭化けい素粉末に焼結助剤を混合、造粒して、粒径０．３〜０．６μｍの炭化けい素粉末を造粒して得られる平均粒径８０μｍの顆粒Ａと、粒径５〜９μｍの炭化けい素粉末を造粒して得られる、同じく平均粒径８０μｍの顆粒Ｂを作製、混合する。前記顆粒Ａと顆粒Ｂとは同一粒径でありながら、構成する炭化けい素粉末の粒径が異なることから、顆粒Ａは空隙の多い粗な顆粒、顆粒Ｂは空隙の少ない緻密な顆粒である。次に、顆粒Ａと顆粒Ｂを混合し、加圧成形して成形体を得た後、この成形体をアルゴン雰囲気中、温度２０５０℃で２時間焼成して、上記炭化けい素質焼結体が得られる。
【００１０】
特許文献２には、平均気孔径１０〜４０μｍの独立気孔を気孔率として３〜１３体積％含有する炭化けい素質焼結体が記載され、この炭化けい素質焼結体の製造方法は、調合した原料に乳化重合によるポリスチレンビーズ、球状澱粉分、バルブ質球体等の球状の気孔形成剤を添加した後、脱脂工程中で気孔形成剤を分解、昇華させ、アルゴン雰囲気中、温度２０５０℃で焼成するものである。
【００１１】
特許文献３には、気孔率が２〜１２体積％、平均気孔径５０〜５００μｍの気孔を有し、該気孔は、略球状であるとともに、焼結体中に均一に分布する炭化けい素質焼結体が記載され、この炭化けい素質焼結体の製造方法は、炭化けい素粉末７５〜９５質量％、硼素、炭化硼素、アルミニウム、窒化アルミニウム等の焼結助剤０．３〜３質量％、フェノール樹脂、コールタールピッチ等の炭素源０．３〜２０質量％、ポリビニルアルコール、アクリル樹脂等の結合剤１．２〜５質量％、架橋性のアクリル樹脂、ビニル樹脂等の気孔形成剤０．５〜７質量％からなる混合物を加圧成形して成形体を得た後、この成形体をアルゴン、ヘリウム、ネオン等の不活性ガス雰囲気中、温度２０６０〜２２００℃で焼成するものである。
【００１２】
特許文献４には、気孔率が４〜１８体積％であって、平均気孔径が６０〜２００μｍの気孔を有し、該気孔は密閉されるとともに、該気孔の形状が球状である炭化けい素質焼結体が記載され、この炭化けい素質焼結体の製造方法は、調合した原料にポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド等の気孔形成剤を添加した後、脱脂工程中で気孔形成剤を分解、昇華させ、アルゴン雰囲気中、温度２０７０℃で焼成するものである。
【００１３】
非特許文献１には、その表１に相対密度が９０〜９２％の多孔質炭化けい素質焼結体の熱衝撃抵抗係数Ｒおよび熱伝導率が開示されている。
【特許文献１】特開平９−１３２４７８号公報
【特許文献２】特開平２−５５２７３号公報
【特許文献３】特開平７−３３５５０号公報
【特許文献４】特開平４−３３１７８２号公報
【非特許文献１】Journal of American Society of Lubrication Engineers, Forms of Silicon Carbide and Their Effects on Seal Performance, volume 40[6],356-363(June 1984)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１の炭化けい素質焼結体は、その製造方法において顆粒Ａは空隙の多い粗な顆粒、顆粒Ｂは空隙の少ない緻密な顆粒を用いているため、焼成後には、開気孔の形状は顆粒Ａ、顆粒Ｂ間で歪みを生じやすく、摺動部材として用いた際に使用する、開気孔内に保持された潤滑液は、繰り返しの摺動時の適度に摺動面に流出させにくいため、摺動特性が低いものとなってしまう。また、顆粒Ａ、Ｂにより発生した歪みの間を伝搬するクラックが生じやすく、焼結体の強度が低下しやすいという問題があった。
【００１５】
特許文献２の炭化けい素質焼結体は、乳化重合させたポリスチレンビーズ、球状澱粉分、バルブ質球体等、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そのまま添加しているため、加圧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。
【００１６】
特許文献３の炭化けい素質焼結体は、架橋性のアクリル樹脂、ビニル樹脂等の気孔形成剤をそのまま添加しているため、特許文献２の炭化けい素質焼結体と同様、加圧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。さらに、この気孔はその平均気孔径が５０〜５００μｍと比較的大きいことから、摺動開始時に瞬間的に高温の摩擦熱が発生して、熱衝撃を受けやすい過酷な使用状況下で用いられるメカニカルシールリングに適用するには、強度が不足するという問題があった。
【００１７】
特許文献４の炭化けい素質焼結体は、気孔が密閉されていることで、シール性に優れているものの、その一方で、摺動面に良好な液体潤滑膜が形成されにくく、摺動特性を高めることができないという問題があった。さらに、前記気孔はその平均気孔径が６０〜２００μｍと比較的大きいことから、上述のような過酷な使用状況下に用いられるメカニカルシールリングに適用するには、強度が不足するという問題があった。
【００１８】
特許文献２〜４で提案された炭化けい素質焼結体は、摺動部材として用いた際の摺動性を高めるために気孔形成剤を添加しているが、得られた焼結体の表面の開気孔の形状が規定されていないため、潤滑液を用いた摺動部材として使用する際、開気孔の形状に起因する潤滑液の流出の度合いを調整することは困難であった。
【００１９】
また、特許文献１〜４で提案された炭化けい素質焼結体は、強度が低く、強度による影響を強く受ける熱衝撃抵抗係数Ｒ’も決して高いものではなかった。その結果、摺動開始時に瞬間的に高温の摩擦熱が発生して、熱衝撃を受けやすい過酷な使用状況下で用いられるメカニカルシールリングに適用するには、耐熱衝撃性が不足するという問題を解決できるものではなかった。
【００２０】
一方、非特許文献１の表１で開示されている相対密度９０〜９２％の多孔質炭化けい素質焼結体の熱衝撃抵抗係数Ｒおよび熱伝導率より熱衝撃抵抗係数Ｒ’を計算すると、その値は２８８４２Ｗ／ｍである。耐熱衝撃性をある程度考慮したものであることは伺えるものの、上述のような過酷な使用状況下で用いられるメカニカルシールリングに適用するには、十分とは言えなかった。
【００２１】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は摺動特性に優れるとともに耐熱衝撃性に優れたメカニカルシールリング等の摺動部材に用いられる炭化けい素質焼結体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、表面に開口する開気孔を有する炭化けい素質焼結体であって、その表面における任意の直径２０μｍの円内の領域に、前記開気孔の外接円の直径を長径とし、該長径に直交するとともに、前記長径の中点を通過する直線と前記開気孔とが交わる直線を短径としたとき、前記長径に対する前記短径の比が０．２以上０．８以下である非球形開気孔を一つ以上有することを特徴とする。
【００２３】
前記非球形開気孔の長径は、１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする。
【００２４】
前記非球形開気孔の短径は、１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００２５】
前記非球形開気孔は、平均直径１０μｍ以上１５０μｍ以下の３次元網目状に分散していることを特徴とする。
【００２６】
前記表面に開口する全開気孔の個数１００％に対する前記非球形開気孔の個数割合は、８０％以上であることを特徴とする。
【００２７】
前記表面の面積１００％に対する前記表面に開口する全開気孔の面積占有率は、５％以上１２％以下であることを特徴とする。
【００２８】
前記表面における前記全開気孔の分布密度は、２．５×１０４個／ｍｍ２以上１２．５×１０４個／ｍｍ２以下であることを特徴とする。
【００２９】
本発明の炭化けい素質焼結体は、以下の式（２）で規定される熱衝撃抵抗係数Ｒ’が２９０００Ｗ／ｍ以上であることを特徴とする。
【００３０】
Ｒ＝Ｓ・（１−ν）／（Ｅ・α）  ・・・（１）
但し  Ｓ：３点曲げ強度（Ｐａ）
ν：ポアソン比
Ｅ：ヤング率（Ｐａ）
α：４０〜４００℃における熱膨張係数（×１０−６／Ｋ）
Ｒ’＝Ｒ・ｋ  ・・・（２）
但し  ｋ：熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））
本発明の摺動部材は、これら炭化けい素質焼結体を少なくとも摺動面に用いたことを特徴とする。
【００３１】
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を備え、前記固定リングおよび回転リングの少なくとも一方を前記摺動部材からなることを特徴とする。
【００３２】
さらに、本発明のメカニカルシールは、メカニカルシールリングを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の炭化けい素質焼結体は、表面における任意の直径２０μｍの円内の領域に、前記長径に対する前記短径の比が０．２以上０．９以下である非球形開気孔を一つ以上有することから、摺動部材として用いた際にこの非球形開気孔内に潤滑液を保持しやすく、また保持された潤滑液は摺動面に瞬時に流出せず、徐々に供給されるため、長期間高い摺動特性を維持することができる。
【００３４】
本発明の炭化けい素質焼結体は、前記非球形開気孔の長径を１μｍ以上２０μｍ以下、または開気孔の短径を１μｍ以上１０μｍ以下にすることから、非球形開気孔の大きさ、形状は潤滑液が十分に保持され、徐々に流出できるものであるため、摺動部材として用いた際に潤滑液が摺動面に供給されると長期間高い摺動特性を維持することができる。
【００３５】
本発明の炭化けい素質焼結体は、前記開気孔は３次元網目を区分する粒界に沿って配置する傾向が強いので、前記非球形開気孔を平均直径１０〜１５０μｍの３次元網目状に配置することで、非球形開気孔はある程度規則的に配置されるため、安定した摺動特性を有することができる。
【００３６】
本発明の炭化けい素質焼結体は、前記表面に開口する全開気孔の個数１００％に対する前記非球形開気孔の個数割合は８０％以上であることから、潤滑液は表面全体に亘って徐々に供給されるため、長期間高い摺動特性を維持することができる。
【００３７】
本発明の炭化けい素質焼結体は、前記表面の面積１００％に対する前記表面に開口する全開気孔の面積占有率は、５％以上１２％以下であることから、開気孔が他の開気孔と連通する比率が低くなり、表面に供給された潤滑液は連通した開気孔を伝わるようなことが減少し、その結果、外部に漏れにくくなるので、シール性能を維持しつつ、高い摺動特性が得られる。
【００３８】
本発明の炭化けい素質焼結体は、全開気孔の分布密度を２．５×１０４個／ｍｍ２以上１２．５×１０４個／ｍｍ２以下とすることから、大きさのばらつきが小さい開気孔が均一に分散されるので、より高い摺動特性を得ることができる。
【００３９】
本発明の炭化けい素質焼結体は、その熱衝撃抵抗係数Ｒ’を２９０００Ｗ／ｍ以上とすることにより、摺動時に瞬間的に高温の摩擦熱が発生して、熱衝撃を受ける過酷な使用状況下であっても、強度が高く、しかも摩擦熱を瞬時に逃がすことができるため、クラックを発生させることがない。
【００４０】
本発明の摺動部材は、高い摺動特性や耐熱衝撃性を有する前記炭化けい素質焼結体からなるため、摺動部材として用いることが好適である。
【００４１】
本発明のメカニカルシールリングおよびメカニカルシールは、これらを構成する固定リングおよび回転リングの少なくとも一方が高い摺動特性、耐熱衝撃性を有する摺動部材を用いてなるため、長期間にわたって摺動特性を高いものにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１は、本発明の炭化けい素質焼結体を摺動部材に用いた場合の気孔の様子を模式的に表した図であり、（ａ）は摺動面の平面図、（ｂ）は摺動面と垂直な方向の断面図（図１（ａ）のＡＡ線における断面図）、（ｃ）は結晶構造を模式的に示す模式図である。また、図２は炭化けい素質焼結体の表面に存在する非球形開気孔を説明する図であり、図３は炭化けい素質焼結体をメカニカルシールリングに適用した軸封装置であるメカニカルシールの一例を示す部分断面図である。
【００４３】
本発明の炭化けい素質焼結体１は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように焼結体内部に存在する閉気孔と、少なくともその摺動部材の摺動面となる表面に開口する開気孔２を複数有するものである。前記開気孔２は、摺動部材の摺動時に使用する潤滑液を保持する機能を有し、摺動部材が可動すると潤滑液を表面に供給する作用を成す。
【００４４】
炭化けい素質焼結体１の開気孔２は、球形、非球形種々の形状を有するが、本発明は以下に規定する非球形開気孔を有することを特徴とし、この非球形気孔が摺動性を向上させる作用をなすものである。
【００４５】
非球形開気孔は、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、開気孔の外接円の直径を長径（Ａ）とし、長径（Ａ）に直交するとともに、長径（Ａ）の中点を通過する直線と開気孔とが交わる直線を短径（Ｂ）としたとき、長径（Ａ）に対する短径（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．２以上０．８以下である開気孔２ａをいい、本発明ではこの非球形開気孔２ａを摺動面となる表面の任意の直径２０μｍの円内の領域に少なくとも１つ以上有することが重要である。
【００４６】
非球形開気孔２ａの確認領域を直径２０μｍの円内と設定することで、炭化けい素質焼結体の表面である摺動面における開気孔２の分布状態を詳細に観察することができ、確認領域を直径２０μｍの微小領域とすることで非球形開気孔２ａが表面全体に均一に分散することとなるため、非球形開気孔２ａ内に保持される潤滑液は、摺動面全体に行き渡ることとなる。
【００４７】
非球形開気孔２ａの長径（Ａ）に対する短径（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）は、摺動部材の摺動特性に影響を与え、（Ｂ／Ａ）が小さいと、開気孔２の開口部の形状が繊維状になるため、潤滑液の供給量が少なくなる傾向が強く、（Ｂ／Ａ）が大きいと、開気孔２の開口部の形状が円状になるため、潤滑液を表面に供給するのに必要な負圧が得られず、潤滑液が表面に十分供給されなくなる傾向が強くなる。このような観点から本発明の炭化けい素質焼結体は、（Ｂ／Ａ）が０．２以上０．８以下である非球形開気孔２ａが表面全体に均一に分散させることができるため、非球形開気孔２ａ内に保持されていた潤滑液は表面に瞬時に流出せず、徐々に供給されるため、長期間にわたって高い摺動特性を維持することができる。さらには、長径（Ａ）に対する短径（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）は、０．５以下とすることがより好ましく、潤滑液をより緩やかな速度で供給しながら摺動させることができる。なお、図２（ａ）〜（ｄ）ではわかりやすくするため非球形開気孔２ａに破線を施している。
【００４８】
非球形開気孔２ａは、例えば、図２（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ示すような不規則形状の開気孔、略棒状の開気孔、鞍状の開気孔、数珠状の開気孔等があり、図２（ｃ）に示すように長径（Ａ）に直交し、且つ長径（Ａ）の中点を通過する直線を引いた際に、この直線が長径（Ａ）と交わらない場合、その延長が開気孔と交わる２点間の距離を短径（Ｂ）とするものである。また、炭化けい素質焼結体の表面における任意の直径２０μｍの円内の領域は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により倍率を２０００〜４０００倍にして特定され、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による画像より長径（Ａ）、短径（Ｂ）を測定することができる。
【００４９】
非球形開気孔２ａの大きさは、シール性能や摺動特性に影響を与える。非球形開気孔２ａの大きさを大きくする、即ち、非球形開気孔２ａの長径または短径を長くすると、非球形開気孔２ａが繋がったとき、シール性能が低下するおそれがある。一方、非球形開気孔２ａの大きさを小さくする、即ち、非球形開気孔２ａの長径または短径を短くすると、非球形開気孔２ａから潤滑液が表面に十分供給されず、長期間にわたって高い摺動特性を維持できなくなるおそれがある。そこで、非球形開気孔２ａの長径を１μｍ以上２０μｍ以下、または非球形開気孔２ａの短径を１μｍ以上１０μｍ以下にすることが好適であり、シール性能が維持されるとともに、予め非球形開気孔２ａ内に潤滑液が十分供給されるため、長期間にわたってより高い摺動特性を維持することができる。さらには非球形開気孔２ａの長径を１μｍ以上１０μｍ以下、短径を１μｍ以上５μｍ以下にすることがより好ましい。
【００５０】
なお、図１（ｂ）に示すように、炭化けい素質焼結体１の内部に存在する閉気孔は、摺動面が摩耗して、閉気孔は摺動面上に開気孔となって出現するため、摺動により表面が磨耗しても長期間にわたって非球形開気孔２ａを摺動面上に存在させることができる。
【００５１】
開気孔２は、図１（ｃ）に示すように結晶粒子の集合体３によって形成される３次元網目を区分する粒界４に沿って配置する傾向が強く、３次元網目の大きさにより、焼結体の摺動特性は影響を受ける。
【００５２】
非球形開気孔２ａがなす３次元網目の大きさは、図１（ｃ）における３次元網目の直径Ｄを用いて示すことができ、この３次元網目の直径Ｄの平均を１０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが好ましい。
【００５３】
平均直径を１０μｍ以上としたのは、１０μｍ未満では３次元網目を区分する粒界４が増え過ぎ、摺動中、脱粒が発生して摺動特性を損なうおそれがあるからであり、平均直径が１５０μｍを超えると、局部的に潤滑液が供給されない領域が増加して、摺動特性を損なうおそれがあるからである。３次元網目の平均直径を１０μｍ以上１５０μｍ以下とすることで、摺動面上に存在する非球形開気孔２ａはある程度規則的に配置され、安定した摺動特性を有する焼結体とすることができる。さらに、３次元網目の平均直径を５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることがより好ましく、脱粒を有効に防止して摺動特性をより高めることができる。
【００５４】
なお、３次元網目の直径は、寸法測定用のゲージを備えた金属顕微鏡を用い、倍率を１００〜１０００倍にして、（２００〜１０００）μｍ×（２００〜１０００）μｍの範囲より、インターセプト法により測定すればよい。このインターセプト法を用いる場合、金属顕微鏡で撮られた写真より一定長さの直線上にある結晶粒子の集合体３を区分する粒界４の個数から粒径を測定し、その平均を算出して３次元網目の直径とする。ここで、直線は３次元網目の直径に片寄りが出ないようにするため、５本以上にすることが好適である。
【００５５】
非球形開気孔２ａは、上述の通り、潤滑液を供給する速度に影響を与えることから、前記表面に開口する全ての開気孔２の個数に対して、非球形開気孔２ａの占める個数の割合は、高いほど潤滑液の摺動面への供給量が増えて、摺動特性が良好となるため、この割合を８０％以上、より好ましくは８５％以上とすることが好適である。
【００５６】
この個数割合は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、倍率１０００〜５０００倍で１２００μｍ２の範囲で得た画像より求めることができる。
【００５７】
表面における全開気孔の面積占有率により、シール性能、摺動特性および機械的特性は影響を受け、前記表面の面積１００％に対する前記表面に開口する全開気孔の面積占有率は、５％以上１２％以下とすることが好ましく、開気孔２が他の開気孔２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連通した開気孔２を伝わるようなことが減少し、その結果、外部に漏れることがないように作用する。従って、開気孔２内に保持されていた潤滑液は摺動面に連続した流体膜を形成しやすくなるので、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。一方、面積占有率が５％未満では潤滑液の粘度が高い場合、開気孔から供給される潤滑液が少ないために、十分な潤滑効果を発揮することができず、高い摺動特性が得られないおそれがある。また、面積占有率が１２％を超えると、摺動面にある開気孔２は、摺動中に連通するおそれが高くなるので、例えばメカニカルシールリングで要求されるシール性能が低下するおそれがある。
【００５８】
なお、全開気孔の面積占有率は、金属顕微鏡を用いて、倍率１００倍にして、ＣＣＤカメラで炭化けい素質焼結体の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として測定すればよい。
【００５９】
ここで、全開気孔とは、炭化けい素質焼結体の表面に存在する全ての気孔のうち、外接円の直径が１μｍ以上である開気孔をいう。
【００６０】
摺動面に存在する開気孔２は、その分布密度によっても摺動特性は影響を受ける。この分布密度を２．５×１０４個／ｍｍ２以上１２．５×１０４個／ｍｍ２以下とすることで、大きさのばらつきが小さい開気孔が均一に分散されるため、より高い摺動特性を得ることができる。
【００６１】
この分布密度は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、倍率１０００倍で得た画像より求めることができる。
【００６２】
本発明の炭化けい素質焼結体は、上述のような優れた摺動特性に加え、耐熱衝撃性にも優れ、以下の式（２）で規定される熱衝撃抵抗係数Ｒ’が２９０００Ｗ／ｍ以上であることが重要である。
【００６３】
Ｒ＝Ｓ・（１−ν）／（Ｅ・α）  ・・・（１）
但し  Ｓ：３点曲げ強度（Ｐａ）
ν：ポアソン比
Ｅ：ヤング率（Ｐａ）
α：４０〜４００℃における熱膨張係数（×１０−６／Ｋ）
Ｒ’＝Ｒ・ｋ  ・・・（２）
但し  ｋ：熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））
ここで、熱衝撃抵抗係数Ｒは加熱後、急冷した場合の耐熱衝撃性の指標となる係数であり、熱衝撃抵抗係数Ｒ’は、加熱後、比較的緩やかに冷却した場合の耐熱衝撃性の指標となる係数である。熱衝撃抵抗係数Ｒ’を２９０００Ｗ／ｍ以上としたのは、摺動時に瞬間的に高温の摩擦熱が発生して、熱衝撃を受ける過酷な使用状況下であっても、強度が高く、摩擦熱を瞬時に逃がすことができるため、クラックを発生させることがないからである。
【００６４】
熱衝撃抵抗係数をＲ’を２９０００Ｗ／ｍ以上とするには、例えば、３点曲げ強度（Ｓ）を２５５ＭＰａ以上、ポアソン比（ν）を０．１７、ヤング率（Ｅ）を３３３ＧＰａ、熱膨張係数（α）を３．４×１０−６／℃、熱伝導率（ｋ）を１５５Ｗ／（ｍ・ｋ）（数値は表６、試料Ｎｏ．４０と併せました。）とすればよく、特に熱衝撃抵抗係数をＲ’を３２０００Ｗ／ｍ以上とすることが好適である。
【００６５】
なお、３点曲げ強度（Ｓ）はＪＩＳ  Ｒ  １６０１−１９９５、ポアソン比（ν）およびヤング率（Ｅ）は、ＪＩＳ  Ｒ  １６０２−１９９５、４０〜４００℃における熱膨張係数（α）はＪＩＳ  Ｒ  １６１８−２００２、熱伝導率（ｋ）はＪＩＳ  Ｒ  １６１１−１９９７に準拠して測定すればよい。メカニカルシールリングが小さく、各ＪＩＳ規格で定める試験片の寸法を切り出せない場合、可能な範囲で切り出せる試験片を作製して、前記各物性値を測定してもよい。
【００６６】
また、本発明の炭化けい素質焼結体を摺動部材に用いる場合、摺動面である表面の硬度は耐摩耗性に影響を与え、表面のビッカース硬度Ｈｖを２０ＧＰａ以上２５ＧＰａ以下とすることで、耐摩耗性を高いものに保持したまま、上記摺動部材と当接する相手側の摺動部材の摩耗を抑制しやすくできる。一方、表面のビッカース硬度Ｈｖを２０ＧＰａ未満となると、炭化けい素質焼結体からなる摺動部材が摩耗しやすく、２５ＧＰａを超えると、当接する相手側の摺動部材の磨耗が進みやすい。
【００６７】
なお、ビッカース硬度Ｈｖは、ＪＩＳ  Ｒ  １６１０−２００３に準拠して測定すればよい。
【００６８】
次に、本発明の炭化けい素質焼結体の製造方法を説明する。
【００６９】
先ず、炭化けい素粉末に水、焼結助剤および分散剤を加え、ボールミルで混合してスラリー化し、このスラリーにバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥して炭化けい素の顆粒を準備する。この顆粒の粒径は１０〜２００μｍになるように調整し、特に焼成体における３次元網目の大きさを１０〜１５０μｍにするには、顆粒の粒径を１２．５〜１８７．５μｍになるように調整すればよい。
【００７０】
なお、焼結助剤としてはアルミナ粉末とイットリア等の稀土類酸化物粉末を組み合わせるか炭素粉末と硼素粉末を組み合わせてもよく、焼結助剤の一部として炭素粉末を用いた場合、開気孔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上に流出して、潤滑液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メカニカルシールリングには好適である。
【００７１】
そして、予め粉砕された気孔形成剤をこの気孔形成剤の長径（ａ）および短径（ｂ）に応じて形状、大きさを調整する分級処理を施し、この分級処理された気孔形成剤を顆粒に対して０．５〜１０質量％添加、混合して混合原料とした後、この混合原料を成形型に充填し、加圧、成形して所定形状の成形体とする。特に、表面に開口する全開気孔２の個数１００％に対する非球形開気孔２ａの個数割合を８０％以上とするには、気孔形成剤として、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を用い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、粉砕が容易にできるからである。
【００７２】
摺動面に存在する全開気孔の分布密度は、顆粒に対する気孔形成剤の比率に依存し、摺動面に存在する開気孔の分布密度を２．５×１０４個／ｍｍ２以上、且つ１２．５×１０４個／ｍｍ２以下とするには、顆粒に対する気孔形成剤の比率を２〜８質量％にすればよい。
【００７３】
得られた成形体は必要に応じて、窒素雰囲気中、１０〜４０時間で昇温し、４５０〜６５０℃で２〜１０時間保持後、自然冷却して脱脂した後、たとえば、１８００〜２１００℃で、３〜５時間保持し焼成することで炭化けい素質焼結体とすることができる。脱脂または焼成における昇温過程で、気孔形成剤は焼失または熱分解して気孔を形成する。
【００７４】
なお、摺動面に存在する開気孔の面積占有率は、顆粒に対する気孔形成剤の比率に依存し、この面積占有率を５％以上、且つ１２％以下とするには、顆粒に対する気孔形成剤の比率を２〜８質量％にすればよい。
【００７５】
また、気孔形成剤を使用しないで、焼結助剤の添加量を調整することで焼結状態を制御し、得られる開気孔の形状を調整することも可能である。
【００７６】
得られた焼結体は、必要に応じて摺動面を研削、研磨等の加工を施してもよく、例えば、両頭研削盤や平面研削盤等で摺動面を平面とし、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た後、平均粒径１μｍ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てもよい。算術平均高さＲａを０．９８μｍ以下とするのは、シール性を維持するためである。
【００７７】
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炭化けい素質焼結体を安価に得ることができる。
【００７８】
図３は本発明の炭化けい素質焼結体からなるメカニカルシールリングを適用したメカニカルシールの一例を示す部分断面図である。
【００７９】
このメカニカルシールは、環状体である固定リング６ａの摺動面１６ａ上で、凸状部を有する環状体である回転リング６ｂの摺動面１６ｂ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６を用いた装置である。メカニカルシールリング６は、駆動機構（不図示）による駆動力を伝達させる回転軸７と、この回転軸７を回転可動に支承するケーシング８との間に取り付けられ、固定リング６ａと回転リング６ｂとの互いの摺動面１６ａ，１６ｂが回転軸７に対して垂直面を形成するように設置されている。
【００８０】
そして、回転リング６ｂはパッキング１０によって緩衝的に支持され、このパッキング１０の回転リング６ｂと相対する側には回転軸７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１３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１０を押圧することによって、回転リング６ｂの摺動面１６ｂが固定リング６ａの摺動面１６ａ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１３がパッキング１０を押圧する側と相対する側には、カラー１２がセットスクリュー１１により回転軸７に固定され、コイルスプリング１３のストッパーとして設置されている。
【００８１】
一方、回転リング６ｂの摺動面１６ｂと摺動面１６ａを介して接する固定リング６ａは緩衝ゴム９によって支持されており、緩衝ゴム９はこの軸封装置の外枠となるケーシング８の内側に取り付けられて固定リング６ａを支持するようにしてある。そして、回転軸７が回転するとカラー１２がともに回転し、コイルスプリング１３の弾発力によって押圧されるパッキング１０と、このパッキング１０によって支持されている回転リング６ｂの摺動面１６ｂとが押圧されながら回転することによって、固定リング６ａの摺動面１６ａとの間でシール作用が働くようにしてある。このようなメカニカルシールを流体機器（不図示）に取り付ける場合には、メカニカルシールリング６に対してカラー１２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。
【００８２】
このとき、流体機器に用いられている流体は、ケーシング８で囲まれた内部にまで侵入するが、パッキング１０と回転軸７との間に設けられたＯリング１４によるシール作用と、メカニカルシールリング６の摺動面１６ａ，１６ｂのシール作用によって、流体がメカニカルシールより外部に漏洩することを防止している。なお、このときメカニカルシールによって密封された流体を、密封流体１５と称し、その一部がメカニカルシールリング６の摺動面１６ａ，１６ｂの間に入り込み潤滑液として作用する。一方、回転リング６ｂはパッキング１０によって緩衝的に支持され、緩衝ゴム９およびパッキング１０は回転軸７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に示すメカニカルシールでは、固定リング６ａを環状体、回転リング６ｂ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６ａを凸状部を有する環状体とし、回転リング６ｂを環状体とすることもできる。
【００８３】
メカニカルシールリング６は、潤滑液を介して互いの摺動面１６ａ，１６ｂを当接し摺動させる固定リング６ａと回転リング６ｂとからなり、これら固定リング６ａおよび回転リング６ｂの少なくとも一方が本発明の炭化けい素質焼結体からなることが好適である。
【００８４】
本発明の炭化けい素質焼結体１は、回転リング６ｂが摺動を開始すると、摺動面１６ａ，１６ｂで空気の流れによる動圧が先ず発生し、続いて非球形開気孔２ａ上ではその動圧より低い負圧が非球形開気孔２ａ内で保持されていた潤滑液に対しはたらき、この潤滑液を摺動面１６ａ，１６ｂ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６とすることができる。
【実施例】
【００８５】
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。
【００８６】
（実施例１）
まず、炭化けい素粉末に炭素粉末、硼素粉末、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８０μｍの炭化けい素の顆粒を準備した。
【００８７】
次に、気孔形成剤として予め粉砕され、懸濁重合された非架橋性ポリスチレンを長径（ａ）および短径（ｂ）に応じて分級処理し、この分級処理された非架橋性ポリスチレンを各顆粒に対して７．５質量％添加、混合して混合原料とした。分級処理された非架橋性ポリスチレンの長径（ａ）および短径（ｂ）の中央値（Ｍｅｄｉａｎ）を表１に示す。前記混合原料を成形型に充填し、厚み方向に９８ＭＰａの圧力で加圧、成形してリング形状をなす成形体とした。
【００８８】
得られた成形体は窒素雰囲気中、２０時間で昇温し、６００℃で５時間保持後、自然冷却して脱脂した。そして、１９００℃で、４時間保持し焼成することで、昇温過程で気孔形成剤を焼失または熱分解させることによって開気孔２を有する焼結体を得た。
【００８９】
その後、焼結体の表面を平面研削盤で研削して平面とし、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以下となるように鏡面加工して、外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体である固定リング６ａである試料Ｎｏ．１〜９を得た。
【００９０】
なお、算術平均高さＲａは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１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。また、鏡面加工して得られた摺動面における非球形開気孔２ａの長径（Ａ）に対する短径（Ｂ）の比（Ａ／Ｂ）は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、倍率２０００〜２００００倍で（３００〜３０００）μｍ×（３００〜３０００）μｍの範囲を観察して求めた。
【００９１】
その後、固定リング６ａ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６ｂとの互いの摺動面１６ａ，１６ｂ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。
【００９２】
＜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６ａに対する回転リング６ｂの回転速度である。面圧は固定リング６ａに対する回転リング６ｂの単位面積当たりの圧力であり、固定リング６ａと回転リング６ｂ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１６ｂ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６ｂの凸状部の外径および内径をゲージで測定し、算出した。
【００９３】
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６ｂ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１６ｂ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】
2007223890.tif 000003
【００９４】
表１に示すように、非球形開気孔２ａの長径（Ａ）に対する短径（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．２以上０．８以下である試料Ｎｏ．１，２，４，５，７〜９，１１〜１４は、非球形開気孔２ａ内に保持されていた潤滑液が摺動面に瞬時に流出せず、徐々に供給された結果、摩擦係数は０．３以下と低く、長期間高い摺動特性を維持すると言える。
【００９５】
特に、非球形開気孔の長径が１〜２０μｍ、短径が１〜１０μｍである試料Ｎｏ．５，７〜９，１１，１２は、摩擦係数が０．２５以下と低く、さらに長期間高い摺動特性を維持すると言える。
【００９６】
これに対し、非球形開気孔２ａの長径（Ａ）に対する短径（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．２未満である試料Ｎｏ．３，１０は、潤滑液を摺動面に十分供給することができず、摩擦係数が０．４５以上と高かった。また、非球形開気孔２ａの長径（Ａ）に対する短径（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．８を超える試料Ｎｏ．６は、潤滑液を摺動面に適正なタイミングで供給することができなかったため、摩擦係数は０．４５と高かった。
【００９７】
（実施例２）
まず、炭化けい素粉末に炭素粉末、硼素粉末、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表２に示す通り平均粒径１０〜２５０μｍの炭化けい素の顆粒を準備した。
【００９８】
次に、気孔形成剤として予め粉砕され、懸濁重合された非架橋性ポリスチレンを顆粒に対して７．５質量％添加、混合して混合原料とした後、この混合原料を成形型に充填し、厚み方向に９８ＭＰａの圧力で加圧、成形してリング形状をなす成形体とした。
【００９９】
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、錫製のラップ盤で算術平均高さＲａが０．９８μｍ以下となるように鏡面加工して、外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体である固定リング６ａである試料Ｎｏ．１５〜１９を得た。
【０１００】
ここで、非球形開気孔２ａの長径（Ａ）に対する短径（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）は、実施例１に示した方法と同様の方法で求めた。
【０１０１】
また、非球形開気孔がなす各３次元網目の直径については、寸法測定用のゲージを備えた金属顕微鏡を用い、倍率を１０００倍にして、１０００μｍ×１０００μｍの範囲より、インターセプト法を用いて、各試料の写真に５本の直線を引き、結晶粒子の集合体３を区分する粒界４の個数から粒径を測定し、その平均を算出して３次元網目の平均直径とした。
【０１０２】
その後、固定リング６ａ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６ｂとを回転軸を通して互いの摺動面１６ａ，１６ｂ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。
【０１０３】
＜摺動条件＞
相対速度：１２ｍ／ｓ、面圧：３００ｋＰａ、潤滑液：水、摺動時間：２００時間
【表２】
2007223890.tif 000004
【０１０４】
表２に示すように、３次元網目の平均直径が１０μｍ以上１５０μｍ以下である試料Ｎｏ．１６〜１８は、非球形開気孔２ａが規則的に配置されているため、摺動面に均一に潤滑液が供給され、摩擦係数が０．２以下と低く、摺動特性は良好であった。
【０１０５】
これに対し、非球形開気孔２ａがなす各３次元網目の平均直径が１０μｍ未満である試料Ｎｏ．１５は、３次元網目を区分する粒界が多く、摺動中、脱粒が発生して摩擦係数が０．３と高かった。また、各３次元網目の平均直径が１５０μｍを超える試料Ｎｏ．１９は、局部的に潤滑液が供給されない領域が多くなり、摩擦係数が０．３５と高かった。
【０１０６】
（実施例３）
まず、炭化けい素粉末に炭素粉末、硼素粉末、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８０μｍの炭化けい素の顆粒を準備した。
【０１０７】
次に、気孔形成剤として、粉砕時間１５時間で表３に示す径のボールを用いて粉砕され、懸濁重合された非架橋性ポリスチレンを顆粒に対して７．５質量％添加、混合して混合原料とした後、これら混合原料をそれぞれ成形型に充填し、厚み方向に９８ＭＰａの圧力で加圧、成形してリング形状をなす成形体とした。
【０１０８】
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、アルミナ製のラップ盤で粗加工した後、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て、外径２６ｍｍ、内径１９ｍｍの環状体である固定リング６ａである試料Ｎｏ．２０〜２４を得た。
【０１０９】
ここで、非球形開気孔２ａの長径（Ａ）に対する短径（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）は、実施例１に示した方法と同様の方法で求めた。
【０１１０】
また、全開気孔に対して、非球形開気孔２ａの外接円の直径が１μｍ以上２０μｍ以下、且つ、該非球形開気孔２ａの内壁の対向する面同士の最短距離が０．２〜１０μｍである非球形開気孔を、任意の直径２０μｍの円内の領域に一つ以上有する開気孔が占める個数の比率は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、倍率２０００倍として１２００μｍ２の範囲で得た画像より求めた。
【０１１１】
その後、固定リング６ａ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６ｂとを回転軸を通して互いの摺動面１６ａ，１６ｂ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。
【０１１２】
＜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】
2007223890.tif 000005
【０１１３】
表３に示すように、全開気孔の個数１００％に対する非球形開気孔２ａの個数割合が８０％以上である試料Ｎｏ．２１〜２４は、摺動面全体に亘って、潤滑液は徐々に供給されるため、摩擦係数が０．２以下と低く、長期間高い摺動特性を維持すると言える。
【０１１４】
これに対し、摺動面に開口する全開気孔の個数１００％に対する非球形開気孔２ａの個数割合が８０％未満である試料Ｎｏ．２０は、摺動面全体に対し、潤滑液が供給されない部分が発生し、摩擦係数が０．３と高いことがわかった。
【０１１５】
（実施例４）
まず、炭化けい素粉末に炭素粉末、硼素粉末、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８０μｍの炭化けい素の顆粒を準備した。
【０１１６】
次に、気孔形成剤として予め粉砕され、懸濁重合された非架橋性ポリスチレンを各顆粒に対して表４に示すように０．５〜１０質量％添加、混合して混合原料とした後、この混合原料を成形型に充填し、厚み方向に９８ＭＰａの圧力で加圧、成形してリング形状をなす成形体とした。
【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、焼成を行って焼結体とし、表面を平面研削盤で研削して平面とし、アルミナ製のラップ盤で粗加工した後、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６ａである試料Ｎｏ．２５〜２９を得た。
【０１１８】
ここで、非球形開気孔２ａの長径（Ａ）に対する短径（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）は、実施例１に示した方法と同様の方法で求めた。
【０１１９】
また、摺動面における全開気孔の面積占有率は、金属顕微鏡を用いて、倍率１００倍にして、ＣＣＤカメラで前記試料の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。
【０１２０】
その後、固定リング６ａ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６ｂとを回転軸を通して互いの摺動面１６ａ，１６ｂ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。
【０１２１】
＜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、シール性は摺動面１６ａ，１６ｂ間より回転軸７側に漏れた潤滑液の量を測定し、その量を漏れ量として評価した。
【表４】
2007223890.tif 000006
【０１２２】
表４に示すように、表面（摺動面）１００％に対する全開気孔の面積占有率が５％以上１２％以下である試料Ｎｏ．２６〜２８は、摩擦係数が０．２５以下、漏れ量は０ｍｌとともに低く、摺動特性、シール性能ともに良好であった。
【０１２３】
これに対し、全開気孔の面積占有率が５％未満である試料Ｎｏ．２５は、シール性能が良好であるものの、摩擦係数が０．３５と高く、良好な摺動特性を得ることができなかった。また、面積占有率が１２％を超える試料Ｎｏ．２９は、エチレングリコールのように高い粘度の潤滑液を用いると、摩擦係数は０．０７と低く、良好な摺動特性が得られているものの、シール性能は低下した。
【０１２４】
（実施例５）
まず、炭化けい素粉末に炭素粉末、硼素粉末、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８０μｍの炭化けい素の顆粒を準備した。
【０１２５】
次に、気孔形成剤として予め粉砕され、懸濁重合された非架橋性のアクリル−スチレン共重合体を顆粒に対して表５に示す比率で添加、混合して混合原料とした後、この混合原料を成形型に充填し、厚み方向に９８ＭＰａの圧力で加圧、成形してリング形状をなす成形体とした。
【０１２６】
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、アルミナ製のラップ盤で粗加工した後、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６ａである試料Ｎｏ．３０〜３４を得た。
【０１２７】
ここで、非球形開気孔２ａの長径（Ａ）に対する短径（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）は、実施例１に示した方法と同様の方法で求めた。
【０１２８】
また、摺動面における全開気孔の分布密度は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、倍率１０００倍として１２００μｍ２の範囲で得た画像より求めた。
【０１２９】
その後、固定リング６ａ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６ｂとを回転軸を通して互いの摺動面１６ａ，１６ｂ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。
【０１３０】
＜摺動条件＞
相対速度：１６ｍ／ｓ、面圧：３００ｋＰａ、潤滑液：水、摺動時間：３００時間
【表５】
2007223890.tif 000007
【０１３１】
表５に示すように、表面（摺動面）における全開気孔の分布密度が５％以上１２％以下である試料Ｎｏ．３１〜３３は、大きさのばらつきが小さい開気孔が均一に分散されるので、摩擦係数が０．１３以下と低く、高い摺動特性を得ることができた。
【０１３２】
これに対し、摺動面における全開気孔の分布密度が２．５×１０４個／ｍｍ２未満である試料Ｎｏ．３０は、単位面積当たりの気孔が少ないために、適正な量の潤滑液を摺動面に供給することができなかったために、摩擦係数が０．３と高く、良好な摺動特性を得ることができなかった。また、分布密度が１２．５×１０４個／ｍｍ２を超える試料Ｎｏ．３４は、単位面積当たりの気孔が多いために、気孔間の間隔が短くなって、摺動中、脱粒が発生し、この試料についても摩擦係数が０．３と高く、良好な摺動特性を得ることができなかった。
【０１３３】
（実施例６）
まず、炭化けい素粉末に炭素粉末、硼素粉末、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粒径８０μｍの炭化けい素の顆粒を準備した。
【０１３４】
次に、気孔形成剤として予め粉砕され、懸濁重合された非架橋性のアクリル−スチレン共重合体を顆粒に対して表６に示す比率で添加、混合して混合原料とした後、この混合原料を成形型に充填し、厚み方向に９８ＭＰａの圧力で加圧、成形してリング形状をなす成形体とした。
【０１３５】
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．３５〜４０を得た。
【０１３６】
試料Ｎｏ．３５〜４０の３点曲げ強度は、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１−１９９５に、また、ヤング率およびポアソン比は、いずれもＪＩＳ  Ｒ  １６０２−１９９５に基づく超音波パルス法に準拠し、これらＪＩＳ規格で定められる形状の試料を別途作製して測定した。
【０１３７】
また、試料Ｎｏ．３５〜３９の４０〜４００℃における熱膨張係数およびこの温度範囲における熱伝導率は、それぞれＪＩＳ  Ｒ  １６１１−１９９５，ＪＩＳ  Ｒ  １６１８−２００２に準拠し、これらＪＩＳ規格で定められる形状の試料を別途作製して測定した。
【０１３８】
その後、固定リング６ａ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６ｂとを回転軸を通して互いの摺動面１６ａ，１６ｂを当接し、以下の条件で摺動させた。
【０１３９】
＜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：１００時間および１０００時間
摺動開始から１００時間後および１０００時間後に、金属顕微鏡を用い倍率５０倍により、クラックの有無を観察し、クラックが確認されなかったものを○、確認されたものを△で表６に示した。
【表６】
2007223890.tif 000008
【０１４０】
表６に示すように、熱衝撃抵抗係数Ｒ’が２９０００Ｗ／ｍ以上の試料Ｎｏ．３６〜４０は、強度が高く、しかも摩擦熱を瞬時に逃がすことができるため、摺動時間１０００時間後にもクラックは観察されなかった。
【０１４１】
これに対し、熱衝撃抵抗係数Ｒ’が２９０００Ｗ／ｍ未満の試料Ｎｏ．３５は、強度が低く、摩擦熱も瞬時に逃がすことができなかったため、摺動時間１０００時間後にクラックが発生した。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の炭化けい素質焼結体をメカニカルシールリングに用いた場合の気孔を模式的に表した図であって、（ａ）は摺動面の平面図、（ｂ）は摺動面と垂直な方向の断面図（図１（ａ）のＡＡ断面図）、（ｃ）は３次元網目に沿って気孔が配置することを示す模式図の一例である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は非球形の各気孔を模式的に表した図である。
【図３】本発明の炭化けい素質焼結体をメカニカルシールリングに適用した軸封装置であるメカニカルシール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であるメカニカルシールの一例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１：炭化けい素質焼結体
２：気孔、２ａ：非球形開気孔
３：結晶粒子の集合体
４：粒界
６：メカニカルシールリング
６ａ：固定リング
６ｂ：回転リング
７：回転軸
８：ケーシング
９：緩衝ゴム
１０：パッキング
１１：セットスクリュー
１２：カラー
１３：コイルスプリング
１４：Ｏリング
１５：密封流体
１６ａ，１６ｂ：摺動面
【図１】
2007223890.tif 000009
【図２】
2007223890.tif 000010
【図３】
2007223890.tif 000011
【図４】
2007223890.tif 000012