JPH047400Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、メカニカルシール用摺動部材に関
し、特に密封摺動面に流体力学的なポンピング作
用を営むスパイラル相を設けたものに関する。

（従来の技術） 従来から、メカニカルシールの摺動部材とし
て、耐摩耗性に優れたセラミツクスの適用が検討
されている。セラミツクスは、耐摩耗性、高硬度
の故に加工が難しく、また靱性が金属材料等と比
較して低いために破損しやすいという欠点があ
る。

このようなセラミツクスの欠点をカバーし、そ
の長所を活かすために、加工性のよい基材表面に
セラミツクスコーテイングを施し、加工性に優
れ、しかも耐摩耗性を向上させる対策もなされて
いる（たとえば特公昭48−21724号公報参照）。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来技術にあつて
は、一般にセラミツクスコーテイングは緻密であ
るために、摺動面間に流体による潤滑膜が十分形
成されず、摺動面の摩耗が進んでしまうという問
題があつた。

すなわち、通常の摺動部材にあつては摺動面に
は適度に微細な凹凸が存在しており、凹部が「液
だめ」として機能して流体の潤滑膜形成を補助し
ている。

ところが、セラミツクスコーテイングをした場
合には、組織が緻密であるために、摺動面が平滑
で凹凸が無く、流体を保持する「液だめ」が十分
に形成されない。このことが潤滑膜の形成を阻害
し、固体接触による摩耗が進行してしまうものと
考えられる。

また、メカニカルシールの密封性能を向上させ
るために、密封摺動面に流体力学的なポンピング
作用を営むねじ溝等のスパイラル相を付与するこ
とがなされている。スパイラル相を付与する方法
としては種々あるが、いずれも高度な技術を要
し、このようなセラミツクスコーテイングを施し
た摺動部材にスパイラル相を付与することは困難
であつた。

本考案は、上記した従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところ
は、セラミツクスコーテイングの緻密で耐摩耗性
の高い特質を生かしつつ、摺動部における流体の
潤滑膜を効率よく形成でき、しかも簡単な構成で
流体力学的なポンピング機能を果たし得るメカニ
カルシール用摺動部材を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本考案にあつて
は、軟質の基材にセラミツクスコーテイングを施
した密封摺動面を構成するメカニカルシール用摺
動部材において、セラミツクスコーテイングに基
材の地肌が露出する露出部をスパイラル形状に配
して成ることを特徴とする。

（作用） 而して、セラミツクスコーテイングされた密封
摺動面に露出するスパイラル形状の基材露出部
が、摺動面に摩耗してセラミツクスコーテイング
に対して凹部となつて「液だめ」として機能す
る。この「液だめ」によつて摺動面間の流体潤滑
膜の形成が促進され、良好な潤滑性能が得られ
る。

また、基材露出部がスパイラル形状となつてい
ることから、摺動時にポンピング作用をしてシー
ル性が向上する。

（実施例） 以下に本考案を図示の実施例に基づいて説明す
る。本考案の一実施例に係るメカニカルシール用
摺動部材を示す第１図および第２図において、１
は摺動部材全体を示しており、概略軟質の基材と
してのカーボン基材２と、このカーボン基材２表
面にコーテイングされたセラミツクスコーテイン
グ層３とから構成されている。

カーボン基材２は円筒状部材で、その一端面が
密封摺動面Ｓとなつており、少なくとも、この密
封摺動面Ｓにセラミツクスコーテイング層３が設
けられている。セラミツクスとしては、本実施例
では、SiC（炭化ケイ素）が用いられているが、
その他TiC（炭化チタン）等の炭化物、Al₂O₃（配
化アルミニウム）等の酸化物、AlN（窒化アルミ
ニウム）等の窒化物、TiB₂（硼化チタン）等の硼
化物等の種々のものが適用され得る。また、基材
としても、カーボンに限るものではなく、その他
樹脂材料、金属材料等を用いてもよい。

このカーボン基材２の密封摺動面を構成するセ
ラミツクスコーテイング層３には、カーボン基材
２がスパイラル形状に露出する基材露出部４が設
けられている。この例ではインペラ型のスパイラ
ル形状となつている。したがつて、密封摺動面Ｓ
は、緻密で硬質のセラミツクスコーテイング層３
表面と、基材露出部４表面の２相で構成されるこ
とになる。

基材露出部４のスパイラル形状としては、イン
ペラ型の他に、第４図に示されるようなうず巻き
型にしてもよく、他の構造としてもよい。要する
に密封摺動時に流体力学的なポンピング作用を果
たし得る種々の形状を選択し得る。

上記構成のメカニカルシール用摺動部材にあつ
ては、メカニカルシールのシートリングあるいは
従動リングに適用され、密封摺動面Ｓが他の部材
１０と互いに密封接触して相対的に回転摺動す
る。そして、２部材１，１０間の摺動によつてカ
ーボンより成る基材露出部４が摩耗し、第３図ｂ
に示されるようにセラミツクスコーテイング層３
表面に対して凹部５となり、基材露出部４の形状
に倣つたスパイラル状の凹溝が構成される。

したがつて摺動面間に浸入してきたオイル等の
密封流体は基材露出部４の凹部５に保持され、基
材露出部４が「液だめ」として機能し、摺動面間
に流体の潤滑膜Ｆが形成されることを促進する。
また、摩耗したカーボン基材２の摩耗粉も摺動面
間に介在して固体潤滑剤として機能する。したが
つて、緻密で硬質のセラミツクスコーテイング層
３の耐摩耗性を相俟つて密封摺動面の摩耗が大幅
に低減され、長寿命化を図ることができる。

さらに、「液だめ」として機能する基材露出部
４は、密封摺動面間に漏出する密封流体をポンピ
ング作用によつて流体力学的に押し戻すことにな
り、シール性能を向上させることができる。

つぎに、上記構成のメカニカルシール用摺動部
材の製造方法について第５図ａ乃至ｃを参照して
説明する。

まず、第５図ａに示されるように、NC工作機
械等を用いてカーボン基材２の密封摺動面側端面
にスパイラル形状の凸部６を加工しておく。凸部
６の突出量は、この実施例では50〜1000〔μ〕程
度に設定している。

つぎに第５図ｂに示すように、カーボン基材２
の表面にセラミツクスコーテイング３を施す。本
実施例ではセラミツクスコーテイングの方法は
CVD法（化学蒸着法）が用いられている。CVD
法は高純度で緻密なコーテイング層を得ることが
でき、またコーテイングの密着性がきわめてよい
ことから好適である。コーテイング層３の膜厚
が、本実施例では50〜1000〔μ〕程度としている。

次いで、第５図ｃに示すように、セラミツクス
コーテイング層３を、カーボン基材２の凸６が露
出するまで平滑に研摩して摺動面Ｓを形成する。
このようにして、摺動面Ｓにはセラミツクスコー
テイング層３とカーボン基材２との２相構成に構
成される。

このように、成形加工が容易なカーボン基材２
に予じめスパイラル形状の凸部６を形成するの
で、スパイラル形状は任意に選択でき、しかも再
現性があり、シール性能も均質に製造することが
できる。

第６図ａ乃至ｃは、第４図に示したうず巻き型
スパイラル形状の摺動部材１の製造工程を示して
いる。この場合も、上記製造工程と同様に、まず
カーボン基材２を所定形状に加工してスパイラル
状の凸部７を形成しておき（第６図ａ参照）、
CVD法によりセラミツクスコーテイングをし
（第６図ｂ参照）、摺動面を研摩する（第６図ｃ参
照）ことによつて成形が完了する。

尚、上記実施例ではカーボン基材２にスパイラ
ル形状の凸部を形成したが、逆にスパイラル形状
の凹部を形成し、同様のセラミツクスコーテイン
グおよび研摩工程を経ることによりスパイラル形
状の基材露出部を形成するようにしてもよい。

（考案の効果） 本考案は、以上の構成および作用から成るもの
で、セラミツクスコーテイングされた密封摺動面
にスパイラル状の基材露出部を形成することによ
り、緻密で高強度、高硬度のセラミツクスコーテ
イングと、「液だめ」として摺動面上に薄い潤滑
膜を形成させる基材露出部と、しかもスパイラル
状に形成したことによるポンピング作用とをバラ
ンスさせることにより、長寿命で、しかも密封性
能の優れた理想的なメカニカルシール用摺動部材
を実現することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係るメカニカルシ
ール用摺動部材の密封摺動面の平面図、第２図は
第１図の部材の−線断面図、第３図ａおよび
ｂは密封摺動部の流体の状態を模式的に示す拡大
断面図、第４図は第１図の密封摺動面に形成する
基材露出部の他の態様を示す平面図、第５図ａ乃
至ｃは第１図の摺動部材の製造工程を示す概略構
成図、第６図ａ乃至ｃは第４図の摺動部材の製造
工程を示す概略構成図である。 符号の説明、１……摺動部材、２……カーボン
基材、３……セラミツクスコーテイング層、４…
…基材露出部、Ｓ……密封摺動面、Ｆ……潤滑
膜。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 軟質の基材にセラミツクスコーテイングを施し
   て密封摺動面を構成するメカニカルシール用摺動
   部材において、 前記セラミツクスコーテイングに基材の地肌が
   露出する露出部をスパイラル形状に配して成るこ
   とを特徴とするメカニカルシール用摺動部材。