JPH11230365A - 摺動材 - Google Patents
摺動材Info
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- JPH11230365A JPH11230365A JP10046365A JP4636598A JPH11230365A JP H11230365 A JPH11230365 A JP H11230365A JP 10046365 A JP10046365 A JP 10046365A JP 4636598 A JP4636598 A JP 4636598A JP H11230365 A JPH11230365 A JP H11230365A
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- sliding surface
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
- F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
- F16J15/3408—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface
- F16J15/3424—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with microcavities
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Sealing (AREA)
Abstract
を向上させる。 【解決手段】 硼化チタン等の靭性付与材bが分散され
た炭化珪素等の硬質材料aの摺動面cの全域に、直径が
50μm以上1,000μm以下の略円形又は幅が50
μm以上1,000μm以下かつ長さが2,000μm
以下であって略一定の断面形状を有する細長いディンプ
ルdを、規則的な配列パターンで形成する。
Description
流体を密封するメカニカルシールにおいて回転軸側の密
封要素もしくはこれに摺接する静止側の密封要素として
用いられる摺動材に関するものである。
れてこの回転軸と共に回転する摺動材と、非回転のハウ
ジング側に設けられた静止側の摺動材とが軸心と直交す
る端面同士で密接摺動することにより、軸周における流
体の漏洩を阻止するものであるため、その摺動材には、
優れた耐摩耗性や摺動特性が要求される。このため、摺
動材の材料としては、耐摩耗性に優れた炭化珪素、アル
ミナ等の硬質材あるいは自己潤滑性に優れたカーボン等
が用いられる。
を摺動させた場合、前記平面が極めて平滑であれば、摺
動面間には理論的には定常状態において潤滑液膜は形成
されないが、実際のメカニカルシールでは、摺動面上に
生じた微小なうねりや、表面粗さ等の要因によって、潤
滑液膜が形成される。しかし、摺動中は、前記うねりや
表面粗さは摩擦熱等によって変化しており、この変化に
伴う潤滑液膜の厚さの変動によって、摺動面における摩
擦係数や発熱量も変動するため、摺動材をPV値等の著
しく高い過酷な条件で使用すると、摩擦係数の平均値や
最大値及び摺動発熱量が増大して、摺動面の微小な変質
や破壊等が進展する。
潤滑性を有するカーボンからなる摺動材と組み合わせて
使用した場合に、摩擦熱によってカーボン側の摺動面に
ブリスタと呼ばれる火膨れによる虫食い状の異常損耗が
しばしば発生することが知られている。このような摺動
面の破壊は、摺動面間の液体潤滑膜が完全に消滅したた
めに発生するものである。
に、摺動面に多数のディンプルを規則的な配列パターン
で形成した摺動材が開発されている。この種の摺動材に
よれば、上述した摺動面でのブリスタ等の発生を有効に
防止することができる。これは、摺動面に形成された多
数のディンプルが潤滑液溜りとして機能することによっ
て、過酷な摺動条件でも安定した潤滑液膜を形成し、ま
た、スパイラル状の方向性をもったディンプルが摺動面
に介入する潤滑液にポンプ作用を与えることによって、
潤滑液膜の厚さ及び密封対象液の漏洩量を適切に制御
し、摺動面の潤滑及び冷却が促されるからである。
いては、ディンプルは砥粒のブラスト等により形成され
るが、高PV値等の過酷な条件で使用すると、ディンプ
ルを起点とするクラックや欠損を発生する恐れがある。
れたもので、その技術的課題とするところは、過酷な摺
動条件でも摺動面に安定した潤滑液膜を維持するための
ディンプルによる強度低下を来しにくい摺動材を提供す
ることにある。
効に解決するための手段として、本発明は、内部に靭性
付与材が分散して存在する硬質材料の摺動面全域に、多
数のディンプルを規則的な配列で形成することによっ
て、ディンプルによる潤滑液膜の厚さ及び密封対象液の
漏洩量の適切な制御機能をもたせ、靭性付与材によっ
て、ディンプルからのクラックや欠けの発生を防止した
摺動材を提供するものである。靭性付与材としては、例
えば炭化物、窒化物又は硼化物からなる粒子及びカーボ
ン又は炭化珪素からなる繊維から選択される。これらの
材料は、母材の硬質材料マトリクスを強固に接合するこ
とによって残留応力を発生させ、この残留応力によるク
ラックの偏向作用や、マイクロクラックによる主クラッ
クの分散作用を得て、破壊靭性値を向上させることがで
きるからである。また、その配合率は、2〜30容量%
とすることが好ましい。これは、2容量%未満では破壊
靭性値の向上機能が認められず、30容量%を超えると
硬質材料による耐摩耗性が低下してしまうからである。
ば炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステン等の炭化
物、又は窒化珪素、窒化チタン等の窒化物、又はアルミ
ナ、ジルコニア等の酸化物から選択される。ディンプル
は摺動面全域に形成され、直径が50μm以上1,00
0μm以下の略円形又は幅が50μm以上1,000μ
m以下かつ長さが2,000μm以下の細長い形状であ
って略一定の断面形状を有するものとする。
は幅を50μm以上と規定したのは、加工形状の制御可
能な最小径が50μm程度であり、直径あるいは幅を
1,000μm以下、長さを2,000μm以下と規定
したのは、直径があるいは幅が1,000μmを超えた
り、長さが2,000μmを超えるディンプルを設けた
場合は、前記摺動面間に潤滑液膜として介入した密封対
象液の漏洩が許容量以上になり、メカニカルシールの静
止時(非摺動時)にもこれらのディンプルを経由して漏
洩しやすくなるからである。しかも、大きなディンプル
の場合は、その開口縁が切り立った形状になって、相手
摺動面に対する攻撃性が高くなって、摩耗量の増大を来
すことが判明しており、これらの理由からディンプルの
大きさの上限を上記のように規定した。
ば摺動方向に対して傾斜したスパイラル状の方向性をも
って形成することによって、摺動面間に介入する潤滑液
に対するポンプ作用を奏するため、潤滑液膜の厚さ及び
密封対象液の漏洩量を適切に制御することができる。
公知のサンドブラスト用感光フィルムを保護マスクとし
て用いたサンドブラスト加工によって行うことができ
る。すなわち、まず炭化珪素、炭化チタン、炭化タング
ステン等の炭化物、又は窒化珪素、窒化チタン等の窒化
物、又はアルミナ、ジルコニア等の酸化物より選択した
硬質材料中に、硼化チタンあるいはカーボン繊維等から
なる靭性付与材を配合して分散させた材料によって環状
の摺動材を成形し、平滑に仕上げたその被加工面(摺動
面)全域にサンドブラスト用感光フィルムを貼着し、そ
の上に前記ディンプルのパターンと対応して配列した多
数の楕円形又は略長方形の転写パターンが描画されたフ
ォトマスク(ポジフィルム)を密着させ、露光して現像
するといった手法によって、前記サンドブラスト用感光
フィルムに、前記転写パターンによる感光部及び非感光
部に対応したマスクパターンを形成する。そして、この
サンドブラスト用感光フィルムの上から微細砥粒を噴射
するサンドブラスト加工を施すことによって、前記被加
工面のうちマスクパターンによる露出部分が前記砥粒で
侵食されるので、このマスクパターンと対応したディン
プルが形成される。
らなる摺動材の場合は、ディンプルの形成方法として、
特開平4−198078号公報、特開平4−32547
9号公報あるいは特開平4−325480号公報に開示
された方法も採用することができる。すなわちこの方法
においては、被加工面にステンレス鋼等の金属薄膜を貼
り付け、熱によりこの金属薄膜と炭化珪素あるいは窒化
珪素等とを化学反応させ、冷却後、その反応生成物を軽
い衝撃を与えて前記被加工面から除去することによっ
て、前記金属薄膜のパターンと対応するディンプルを形
成するものである。金属薄膜としては、金属箔からなる
ものや、蒸着、電着あるいは金属粉末の塗布によって形
成する方法が適用でき、また、そのパターン化には、エ
ッチングによる方法等が適用できる。
動面付近の拡大断面を図1に示すように、硬質材料a中
に靭性付与材bが配合されており、例えば図示の例のよ
うに繊維状の靭性付与材bは方向性のないランダムな状
態で分散されている。摺動面cにはディンプルdが形成
されており、図2はディンプルdを略円形として格子点
状の配列パターンで形成したものであり、図3はディン
プルdを略楕円形とし、摺動方向(円周方向)に対して
角度θで傾斜した配列パターンとしたものである。
ニカルシール試験機を概略的に示すものである。すなわ
ちこのメカニカルシール試験機は、試料である固定環1
0をガスケット12を介して非回転状態に支持するケー
シング11と、このケーシング11の内周に回転自在に
挿通された回転軸13と、この回転軸13の外周にパッ
キン14を介して軸方向移動自在に支持され前記固定環
1と軸方向に対向される回転環15と、この回転環15
を軸方向に付勢してその摺動面を前記固定環1の摺動面
に密接させるバネ16とを備え、ケーシング11〜回転
環15による密封空間には密封対象液Wが封入される。
10として下記の実施例の摺動材を組み込んだ場合と比
較例の摺動材を組み込んだ場合の摺動試験を行い、その
結果を比較した。 実施例 固定環10として、炭化珪素に、7容量%の配合率で、
靭性付与材として平均粒径10μmの硼化チタンを分散
させた材料からなり、摺動面に短径(幅)60μm、長
径120μmの略楕円形であって、長径を摺動方向(固
定環10の円周方向)に対して45°傾斜させたディン
プルを、摺動面の面積に対し5%の面積率で形成したも
のを用いた。 比較例 固定環10として、炭化珪素のみからなる材料に、ディ
ンプルを実施例と同様に形成したものを用いた。
る回転環15として緻密質の炭化珪素からなる摺動材を
用い、それ以外の条件は下記のとおりとした。 試験条件 (1) 密封対象液W 水 (2) 摺動面の周速 60m/s (3) 摺動時間 1hr. (4) 密封対象液Wの温度 90℃ (5) 摺動面の面圧 0.3MPa
ック及び欠けの発生確率を算出することにより行った。
その結果、実施例では発生確率が0.02%であったの
に対し、比較例では1.7%であり、実施例の優位性が
確認された。なお、ここでいう発生確率とは、試験後の
摺動面上の数千個のディンプルを光学顕微鏡で観察する
ことにより、正常なディンプルと、ディンプルの近傍又
はディンプル自体にクラック又は欠けが発生しているも
のとの割合を求めたものである。
安定した潤滑液膜を得るために摺動面に形成したディン
プルからの欠けやクラック等の発生を、靭性付与材の配
合によって有効に防止することができる。
大断面図である。
形態を示す摺動面の部分的な平面図である。
施形態を示す摺動面の部分的な平面図である。
験機を軸心を通る平面で切断した概略的な半断面図であ
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 内部に靭性付与材が分散して存在する硬
質材料からなり、摺動面全域に、直径が50μm以上
1,000μm以下の略円形であって略一定の断面形状
を有する多数のディンプルが規則的な配列パターンで形
成されたことを特徴とする摺動材。 - 【請求項2】 内部に靭性付与材が分散して存在する硬
質材料からなり、摺動面全域に、幅が50μm以上1,
000μm以下かつ長さが2,000μm以下の細長い
形状であって略一定の断面形状を有する多数のディンプ
ルが規則的な配列パターンで形成されたことを特徴とす
る摺動材。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載された硬質材料
が、炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステン等の炭化
物、又は窒化珪素、窒化チタン等の窒化物、又はアルミ
ナ、ジルコニア等の酸化物より選択されたものであるこ
とを特徴とする摺動材。 - 【請求項4】 請求項1又は2に記載された靭性付与材
が、2〜30容量%で分散されていることを特徴とする
摺動材。 - 【請求項5】 請求項1又は2に記載された靭性付与材
が、炭化物、窒化物又は硼化物からなる粒子及びカーボ
ン又は炭化珪素からなる繊維から選択されたことを特徴
とする摺動材。 - 【請求項6】 請求項1又は2に記載されたディンプル
が、その長手方向を摺動方向前方へ傾斜したスパイラル
状の仮想線に沿うように整列していることを特徴とする
摺動材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10046365A JPH11230365A (ja) | 1998-02-13 | 1998-02-13 | 摺動材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10046365A JPH11230365A (ja) | 1998-02-13 | 1998-02-13 | 摺動材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11230365A true JPH11230365A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=12745137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10046365A Pending JPH11230365A (ja) | 1998-02-13 | 1998-02-13 | 摺動材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11230365A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003343741A (ja) * | 2002-03-19 | 2003-12-03 | Eagle Ind Co Ltd | 摺動部品 |
| WO2005015063A1 (de) * | 2003-07-23 | 2005-02-17 | Burgmann Industries Gmbh & Co. Kg | Gleitring und gleitringdichtungsanordnung für strahltriebwerke |
| EP1962002A3 (en) * | 2002-07-02 | 2008-09-03 | JTEKT Corporation | Sealing device and sliding member |
| US9829043B2 (en) * | 2013-09-18 | 2017-11-28 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding parts |
| US9970478B2 (en) | 2013-09-18 | 2018-05-15 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding parts |
-
1998
- 1998-02-13 JP JP10046365A patent/JPH11230365A/ja active Pending
Cited By (7)
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| US9915289B2 (en) | 2013-09-18 | 2018-03-13 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding parts |
| US9970478B2 (en) | 2013-09-18 | 2018-05-15 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding parts |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050209 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050408 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050615 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050805 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051214 |