JPS61101480A - ハイドロダイナミックシール用高密度炭化珪素焼結体製摺動部材およびその摺動端面溝加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 溝加工方法に関するものである。

〔従来の技術〕

炭化珪素の高密度焼結体（以下賓Ｃ焼結体と略す）は、
よく知られているように、耐熱性、＃塵耗性および耐腐
食性に優れた特長を有し、例えばカスタービン材料など
のために非常に期待されているセラミック材料であり、
なかでも醋も早く実用化されたのは、メカニカルシール
の摺動部材としてＣあって、現在ではその優れた特性の
故に最高の性能を発揮する摺動部材として位置づけられ
ているところである。

また一方、技術の発達に併せて、この種のメカニカルシ
ールとしての使用環境は、日毎に厳格さを増してきてお
り、これに伴なってより一層高度なソール性能が要求さ
れ、シール構造についても一層複雑化を増す傾向にある
。そしてこのような折から、摺動端面での潤滑性の向上
、ならびに冷却性の促進などを意図して、同摺動端面に
溝加工を施したところの、いわゆるハイドロダイナミッ
クシールの構成が、最先端のシール設計技術として注目
されており、このように現時点での最高級の摺動部材で
あるＳＩＣ焼結体を、ハイドロダイナミックシールに使
用することは、とりも直さず最高級のメカニカルシール
を提供することにほかならないものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしなから、一方、この種′の一般的に使用されてＳ
ｉＣ焼結体は、極めて高硬度で耐玲耗性に優れた材料で
あるが故に、その機械加工が容易ではなく、また高硬度
な性状から反面、＃ｉ性材料でもあるために、これらの
性状を無視した強引な機械加工によっては、加工傷その
他の欠陥を生じて。

破壊しかねない惧れがあり、さらには＃腐食性であるこ
とから、化学薬品処理によるエツチング加工なども困難
、もしくは不可能に近いという問題点を有している。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は従来のこのような問題点に鑑み、この摺動部
材の材料としてのＳＩＣ焼結体の目己昇革分解を利用し
て、摺動端面に凹凸形状などの溝加工を、精度良くしか
も容易に施すようにしたものである。

すなわち、この発明は、高密度炭化珪素焼結体で構成さ
れた摺動部材の摺動端面所要部分に、その所要部分を除
く摺動部材の全表面を高高度珪素焼結体の分解点より高
い融点をもつ分解防止剤でコーティング被覆し、このコ
ーティング被覆された摺動部材を高密度炭化珪素焼結体
の分解点より高い温１化で且つ分解防【ヒ剤の融点より
低い温度で熱処理して、前記コーティング被覆されてい
ない所要部分を所定深さに亘り昇華分解させることによ
り得られる潤滑用の溝を、設けたことを特徴とする高密
度炭化珪素焼結体製摺動部材と、それに高密度炭化珪素
焼結体で構成された摺動部材を用い、その摺動部材の摺
動端面の被加工溝形成部分を除く全表面に、高密度炭化
珪素焼結体の分解点より高い融点をもつ分解防止剤をコ
ーティング被覆し、次いでコーティング被覆された摺動
部材を、高密度炭化珪素焼結体の分解点より高い温度で
且つ分解防止剤の融点より低い温度で熱処理して、前記
コーティング被覆されていない被加工溝形部分を所定深
さに亘り昇華分解させて溝加工をなし、その後、酸化ま
たは薬品処理若しくは機械的処理によって、前記コーテ
ィング被覆を除去することを特徴とする高密度炭化珪素
焼結体製摺動部材の摺動端面溝加工方法である。

〔実　施　例〕

以下、この発明に係る摺動端面溝を有する高密度ＳｉＣ
焼結体製摺動部材、および同摺動部材の摺切端面溝加工
方法の一実施例につき、第１図（ａ）ないしくｄ）を参
照して詳細に説明する。

一般的に高密度ＳｉＣ焼結体は、例えば、高純度に精製
された炭化珪素の微粉末原料に、焼結促進材としての所
定量のホウ素系化合物または／８よひアルミ系化合物と
、焼結助材としての所定量の炭素とを添加混合し、かつ
成形して２０００℃以上の高温で不活性雰囲気下に焼成
することによって構成される。

そしてこのように構成される高密度ＳｉＣ焼結体を、メ
カニカルシールの摺動部材とする場合は、その摺動端面
をラップ仕上げして使用するようにしている。一方、こ
の種のメカニカルシールの摺動部材においては、高負荷
における使用条件下で所定の潤滑シール特性、すなわち
重圧、高速下でのＰｖ値、また高温下でのＰｖＴ値など
を向上させるのには、単なるシール摺動端面間での境界
潤滑のみでは不充分であって、このために多少のンール
漏洩を許容してＣも、摺動端面に潤滑用の溝形成をなす
ようにした。いわゆるハイドロダイナミックシール構造
を採用しているが、さきにも述べたように、この摺動部
材としての、′、：ｉ密庶訓Ｃ焼結体は、その焼結後の
二次加工が極めて困難であり、前記のハイドロタイナミ
ックシール構造のための摺動端面への潤滑用の溝形成に
ついても例外ではない。

そこで発明者はこの高密度ＳｉＣ焼結体による摺動部材
をハイドロタイナミックシール構造とするための溝加工
形成について鋭意検討した結果１次のような手段を見出
した。

すなわち、一旦焼成後の高密度ＳｉＣ焼結体は、通ｇ　
、　２（１００℃以上で自己昇華分解を生じ、かつ真空
減圧下では１９００℃位から分解し始めるから、こ↑ の昇華分解作用（Ｓ　ｉＣ−＋　Ｓ　Ｉ＋　Ｃ）を利用
して、摺動端面に所望の凹凸形状などの溝加工を施すよ
うにしたものであり、またこのように昇華分解反応を効
果的に利用するために、摺動端面の被加工溝形成部分を
除く全表面を、高密度ＳＩＣ焼結体の分解点より高い融
点をもつ分解防止剤でコーティング被覆したのち、高に
度ＳｉＣ焼結体の分解点より高い温瓜で且つ分解防止剤
の融点より低い温度で熱処理して、コーティング被覆さ
れていない被加工溝形成部分を、所定の深さ範囲に亘り
昇華分解して溝加工をなす新規な技術手段である。

次にこの発明の堕ましい一実施例につき、第１図（ａ）
ないしくｄ）を参すして詳細に説明する。

この実施例方法では、所定の摺動部材形状に成形し、所
定の焼結温度で焼成された高密度ＳｉＣ焼結体を用いる
。そしてまず、第１図（ａ）に示されているように、こ
の所定形状に成形された高密度Ｓｉσ焼結体からなる摺
動部材１は、全表面、こ−では少なくとも摺動端面２を
含む所定表面をラップ仕上げする。

ついで同図（ｂ）に示されているように、前記摺動端面
２の被加工溝形成部分２ａを除いた全表面に対し、高融
点を有していて、かつ焼結温度、ニーでは例えば２００
０℃以下では蒸気圧が低くて昇華分解作用を生じない物
質による分解防止剤３をコーティング被Ｙｇさせる。こ
Ｘで分解防止剤３としては、カーホンと力’　Ｂ　４　
（：　、Ｔ　ＩＣなどのような炭化物、またはＴｉＢ２
．ＺｒＢ２などのようなホウ化物、さらにはタングステ
ン、モリブデンなどを用いることができ、またコーティ
ング方法としては、スプレーコーティング法、浸漬法、
印刷付着法とか、あるいはＣＶＤ法、ｐｖｏ法などであ
ってよい。

そして次に、前記コーティング被覆処理した摺動部材１
を、真空炉中にわいて、減圧下１１１９００℃以上の温
度で熱処理する。すなわち、この熱処理によって、同図
（ｃ）に示すように、摺動部材１のコーティング被覆処
理されていない被加工溝形成↑ 部分２ａに、昇華分解反応（ＳｉＣ−→Ｓ＋　　＋Ｃ）
を生じて、間部分２ａに凹状溝喀が形成される。こ−で
前記が処理温度としては、１９００℃以上で望ましくは
同宿動部材ｌとしての市雀度ＳｉＣ焼結体の焼結温度を
越えないように制御するのがよいもので、これは焼結温
度を越える場合、同焼結体の内部組織に変化をきたす惧
れを避けるためである。また前記凹状溝４の形成深さは
、熱処理温度と熱処理時間とを制御することによって自
由に調整可能である。

その後、同図（ｄ）に示すように、前記コーティング被
覆した分解防止剤３を、醇化処理とか、薬品によるエツ
チング処理、その他の機械的処理などにより除去して、
目的とするところの、摺動端面２に潤滑用の溝４をＦｆ
ｇ成した摺動部材１を得るのである。

こ＼でコーティング被覆をなす分解防止剤３として、カ
ーボンを用いるのが効果的であり、このカーボンを用い
るときは、熱処理時のマスキング作用に有効であるほか
に、熱処理後の除去を酸化処理に゛より容易に実行でき
、また必要に応じて、摺動端面２のみの昇華分解による
凹凸溝４の加工であれば、単なるラップ処理によっても
機械的除去処理が容易である。

またこの摺動部材ｌをハイドロダイナミックシールに適
用したとき、シール対象流体が紬糸の場合には、溝４部
に潤滑油をより一層安定に保持させるために、界層分解
によって生ずる溝４部内のカーホン層はこれが親油性で
あることから、そのま〜で残す方がよく、またシール対
象流体が水系の場合は、逆に昇華分解によって生ずる溝
４部内のカーボン層が疎水性として作用し、水潤滑が妨
げられるから、分解処理後、この溝４部内のカーホン層
を酸化処理などによって除去すると共に。

開溝４ｆｉＢ内には親水性のＳｉＯ３などの酸化膜を形
成させるようにして、水潤滑の効果を向上させるのがよ
い。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明によれば、高密度ＳｉＧ焼
結体による摺動部材の摺動端面所要部分に、その所要部
分を除く摺動部材の全表面を高密度ＳｉＧ焼結体の分解
点より高い融点をもつ分解防止剤でコーティング被覆し
、このコーティング被覆された摺動部材を高密度ＳｉＣ
焼結体の分解点より高い温度で且つ分解防止剤の融点よ
り低い温度で熱処理して、前記コーティング被覆されて
いない所要部分を所定深さに亘り昇華分解させることに
より得られる潤滑用の溝を、設けたから、高密度ＳＩＣ
焼結体による摺動部材としては、耐熱性、耐）９！耗性
および耐腐食性に優れていることは勿論のこと、摺動端
面での潤滑性ならびに冷却性なども大幅に向上し得、こ
のため高負荷条件下でも好適に使用できる高密度炭化珪
素焼結体製摺動部材を提供できるものである。また、こ
の発明の潜動端面の溝加工方法によれば、高密度ＳｒＣ
焼結体による摺動部材において、摺動端面の被加工溝形
成部分を除く全表面を、高密度ＳＩＣ焼結体の分解点よ
り高い融点をもつ分解防止剤でコーティング被覆し、次
いでコーティング被覆された摺動部材を。

高密度ＳｉＣ焼結体の分解点より高い温度で且つ分解防
止剤の融点より低い温度で熱処理して、＠記コーティン
グ被覆されていない被加工溝形成部分を所定深さに亘り
昇華分解させて溝加工をなし、その後、酸化または薬品
処理若しくは機械的処理によって、前記コーティング被
覆を除去するようにしたから、従来、極めて困難であっ
た高密度ＳＩＣ焼結体による摺動部材への潤滑用の溝加
工を頗る容易に行うことができ、しかも熱処理時の温度
および時間を制御することで、その加工溝深さなどを精
とにｙＪ整することができるなどの特徴を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ｃ＆）ないしくｄ）はこの発明に係る摺動端面溝
を有する高密度ＳｉＣ焼結体製摺動部材の摺動端面溝加
工方法の一実施例を工程順に示すそれぞれ要部の拡大断
面図である。 １・・・・高密度炭化珪素焼結体製摺動部材、２・・・
・同１ｆ！ｌ動部材の摺動端面、　２ａ・・・・同摺動
端面の被加工溝形成部分、３・・・・コーティング被覆
させた分解防１ヒ剤、４・・・・摺動端面に形成された
溝。 特許出願人　　　日木ビラーエ業株式会社代　理　人　
　　弁理士　　鈴江　孝−ｍ−Ｊ［は 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高密度炭化珪素焼結体で構成された摺動部材の摺
   動端面所要部分に、その所要部分を除く摺動部材の全表
   面を高密度炭化珪素焼結体の分解点より高い融点をもつ
   分解防止剤でコーティング被覆し、このコーティング被
   覆された摺動部材を高密度炭化珪素焼結体の分解点より
   高い温度で且つ分解防止剤の融点より低い温度で熱処理
   して、前記コーティング被覆されていない所要部分を所
   定深さに亘り昇華分解させることにより得られる潤滑用
   の溝を、設けたことを特徴とする高密度炭化珪素焼結体
   製摺動部材。
2. （２）高密度炭化珪素焼結体で構成された摺動部材を用
   い、その摺動部材の摺動端面の被加工溝形成部分を除く
   全表面に、高密度炭化珪素焼結体の分解点より高い融点
   をもつ分解防止剤でコーティング被覆し、次いでコーテ
   ィング被覆された摺動部材を、高密度炭化珪素焼結体の
   分解点より高い温度で且つ分解防止剤の融点より低い温
   度で熱処理して、前記コーティング被覆されていない被
   加工溝形部分を所定深さに亘り昇華分解させて溝加工を
   なし、その後、酸化または薬品処理若しくは機械的処理
   によって、前記コーティング被覆を除去することを特徴
   とする高密度炭化珪素焼結体製摺動部材の摺動端面溝加
   工方法。