JPH0788909B2 - ポア分散材を用いたメカニカルシール並びにポア分散超硬合金及びその製造方法 - Google Patents
ポア分散材を用いたメカニカルシール並びにポア分散超硬合金及びその製造方法Info
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- JPH0788909B2 JPH0788909B2 JP63202011A JP20201188A JPH0788909B2 JP H0788909 B2 JPH0788909 B2 JP H0788909B2 JP 63202011 A JP63202011 A JP 63202011A JP 20201188 A JP20201188 A JP 20201188A JP H0788909 B2 JPH0788909 B2 JP H0788909B2
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- 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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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はメカニカルシール及びシールリングや軸受など
の摺動部材用材料に適した多孔質超硬合金およびその製
造方法に関するものである。
の摺動部材用材料に適した多孔質超硬合金およびその製
造方法に関するものである。
〈従来の技術及びその問題点〉 従来のメカニカルシールにおいては、相手材と接触・摺
動して流体をシールする密封環の摺動面は当然ながら平
面状であり、しかもこの面にはポア等が存在しない（少
なくとも故意には存在させない）所謂鏡面状であった。
動して流体をシールする密封環の摺動面は当然ながら平
面状であり、しかもこの面にはポア等が存在しない（少
なくとも故意には存在させない）所謂鏡面状であった。
このタイプのメカニカルシールの部材には種々の組み合
せがあるが、PV値（Ｐは密封流体圧力、Ｖは周速）の大
きな用途では、超硬合金／炭素，超硬合金／超硬合金の
組み合せが用いられている。
せがあるが、PV値（Ｐは密封流体圧力、Ｖは周速）の大
きな用途では、超硬合金／炭素，超硬合金／超硬合金の
組み合せが用いられている。
しかし、冷凍機等においては高いPV値を要求される上、
回転と停止を繰返すために起動時に大きな熱衝撃が加わ
り、摺動面にヒートクラックを生じたり、炭素材ではブ
リスターと称する***が摺動面に生じる等の問題が起き
ている。
回転と停止を繰返すために起動時に大きな熱衝撃が加わ
り、摺動面にヒートクラックを生じたり、炭素材ではブ
リスターと称する***が摺動面に生じる等の問題が起き
ている。
このような問題を解決するために、摺動面の潤滑性を高
める種々の提案がなされている。
める種々の提案がなされている。
その一つとしてシールリングの形状を変更して潤滑性を
高めたものが知られている。例えば、摺動面と他の面と
の間に貫通孔を複数個設け、他の面の孔からポンプを使
って潤滑流体を摺動面に送り込む端面潤滑シール（ハイ
ドロスタティックシール）、または摺動面内にその中心
近くまで流体側から溝または切り欠きを設け、運転時に
潤滑の役割をする密封流体を、流体の粘性に基づくくさ
び効果によって摺動部に導くハイドロダイナミックシー
ル、またはサーモハイドロダイナミックシールなどがあ
る。これらは摩擦係数が低減するため従来のシールに比
べて高PV値で使うことが出来る。
高めたものが知られている。例えば、摺動面と他の面と
の間に貫通孔を複数個設け、他の面の孔からポンプを使
って潤滑流体を摺動面に送り込む端面潤滑シール（ハイ
ドロスタティックシール）、または摺動面内にその中心
近くまで流体側から溝または切り欠きを設け、運転時に
潤滑の役割をする密封流体を、流体の粘性に基づくくさ
び効果によって摺動部に導くハイドロダイナミックシー
ル、またはサーモハイドロダイナミックシールなどがあ
る。これらは摩擦係数が低減するため従来のシールに比
べて高PV値で使うことが出来る。
しかしながら、このようなハイドロスタティックシー
ル，ハイドロダイナミックシール，サーモハイドロダイ
ナミックシールはその効果をもたらすために超硬合金に
複雑な加工を施さねばならず、超硬合金の難加工性を考
慮すると従来のシールに比べて加工時間が著しく長くな
る。しかも超硬合金は形状が複雑になると応力集中が生
じ易くなり破壊し易いという欠点もある。したがってこ
のタイプのシールリングは限られた用途にしか使われな
いのが現状であり、このような加工の必要のない新しい
材料が望まれている。
ル，ハイドロダイナミックシール，サーモハイドロダイ
ナミックシールはその効果をもたらすために超硬合金に
複雑な加工を施さねばならず、超硬合金の難加工性を考
慮すると従来のシールに比べて加工時間が著しく長くな
る。しかも超硬合金は形状が複雑になると応力集中が生
じ易くなり破壊し易いという欠点もある。したがってこ
のタイプのシールリングは限られた用途にしか使われな
いのが現状であり、このような加工の必要のない新しい
材料が望まれている。
このような要望に応えるべく摺動面にラッピング加工や
ショットブラスト加工あるいはエッチング加工を施した
後にポリッシング加工を施して多数の微細な孔を形成
し、これにより摺動面の潤滑性を高めたメカニカルシー
ルが提案されている。しかし、このような構成の場合、
孔が微細でかつ摺動面表面にしか形成されないため、摺
動面が摩耗するのに伴い孔が消失し、潤滑性の向上効果
が長時間維持できない欠点があった。
ショットブラスト加工あるいはエッチング加工を施した
後にポリッシング加工を施して多数の微細な孔を形成
し、これにより摺動面の潤滑性を高めたメカニカルシー
ルが提案されている。しかし、このような構成の場合、
孔が微細でかつ摺動面表面にしか形成されないため、摺
動面が摩耗するのに伴い孔が消失し、潤滑性の向上効果
が長時間維持できない欠点があった。
またシールリング自体を多孔質材で形成したメカニカル
シールも提案されているが、この場合シールリングの強
度が低下し、高PV値を得られなくなる上、孔の大きさや
量によっては孔からの漏れが無視できない位に多くなる
問題があった。
シールも提案されているが、この場合シールリングの強
度が低下し、高PV値を得られなくなる上、孔の大きさや
量によっては孔からの漏れが無視できない位に多くなる
問題があった。
〈発明の概要〉 本発明は上記した問題点を解決するためになされたもの
で、メカニカルシールの少なくともシール面およびその
近傍をポアを全体に分散させたポア分散材で形成し、し
かもポアの大きさ、形状及び体積率を厳密に規定するこ
とにより潤滑性を向上させかつ強度を維持したメカニカ
ルシールを提供しようとするものである。またシールリ
ング等に適用するのに応しいポア分散超硬合金及びその
製造方法を提供するものである。
で、メカニカルシールの少なくともシール面およびその
近傍をポアを全体に分散させたポア分散材で形成し、し
かもポアの大きさ、形状及び体積率を厳密に規定するこ
とにより潤滑性を向上させかつ強度を維持したメカニカ
ルシールを提供しようとするものである。またシールリ
ング等に適用するのに応しいポア分散超硬合金及びその
製造方法を提供するものである。
〈実施例〉 以下本発明を実施例に基づいて説明する。第１図におい
て、回転シールリング１と非回転シールリング２により
シール面Ｓが形成されここでシールが行われている。回
転シールリング１はストッパ３に装着されたスプリング
４により押圧されている。この実施例では回転シールリ
ング１がポア分散材で構成されているが、非回転シール
リング２の方をポア分散材で構成しても良く、更に両方
をポア分散材で構成しても良い。
て、回転シールリング１と非回転シールリング２により
シール面Ｓが形成されここでシールが行われている。回
転シールリング１はストッパ３に装着されたスプリング
４により押圧されている。この実施例では回転シールリ
ング１がポア分散材で構成されているが、非回転シール
リング２の方をポア分散材で構成しても良く、更に両方
をポア分散材で構成しても良い。
本発明では、回転シールリング１を構成するポア分散材
のポアを次のように限定する。
のポアを次のように限定する。
またポア分散材としては、セラミックスや超硬合金が使
用可能であるが、セラミックスは超硬合金に比べて低強
度で耐熱衝撃性にも劣るため高PV値の使用には不向きで
ある。一方超硬合金の場合にはポアを分散させてもポア
のないセラミックス以上の強度があり、はるかに高いPV
値での使用が可能になる。
用可能であるが、セラミックスは超硬合金に比べて低強
度で耐熱衝撃性にも劣るため高PV値の使用には不向きで
ある。一方超硬合金の場合にはポアを分散させてもポア
のないセラミックス以上の強度があり、はるかに高いPV
値での使用が可能になる。
本発明はこの超硬合金の組成もまた下記するように厳格
に限定している。
に限定している。
（ポアの形状、寸法） ポアは、摺動面上において、流体をその中に保持し、ま
た摺動面内に流体を供給して、摺動面内の流体膜を保持
する働きをする。したがってその形状は、この働きから
言えば何でもよい。しかし、いびつな、特に鋭角のコー
ナーのあるような形状では応力集中が生じ、焼結体が破
壊し易くなるので、その形状は略球形または略円柱状と
する。
た摺動面内に流体を供給して、摺動面内の流体膜を保持
する働きをする。したがってその形状は、この働きから
言えば何でもよい。しかし、いびつな、特に鋭角のコー
ナーのあるような形状では応力集中が生じ、焼結体が破
壊し易くなるので、その形状は略球形または略円柱状と
する。
一方その寸法が小さすぎると流体膜保持効果が弱くな
り、潤滑性を保てなくなるので、略球形の場合も略円柱
状の場合も平均直径が３μｍ以上とする。後者の平均長
さは平均直径以上とした。このポアは大きい方が流体膜
の保持効果はあるが、あまりに大きいと、ポアによる漏
れが大きくなる上相手側のシールリングの摩耗が大きく
なり、また強度が低下し過ぎる。そのためポアの大きさ
は、略球形の場合へ平均直径が20μｍ以下、略円柱状の
場合は、平均直径が20μｍ以下、平均長さが300μｍ以
下とした。なお、特に強度を重視する場合にはいずれも
平均直径は16μｍ以下が好ましい。
り、潤滑性を保てなくなるので、略球形の場合も略円柱
状の場合も平均直径が３μｍ以上とする。後者の平均長
さは平均直径以上とした。このポアは大きい方が流体膜
の保持効果はあるが、あまりに大きいと、ポアによる漏
れが大きくなる上相手側のシールリングの摩耗が大きく
なり、また強度が低下し過ぎる。そのためポアの大きさ
は、略球形の場合へ平均直径が20μｍ以下、略円柱状の
場合は、平均直径が20μｍ以下、平均長さが300μｍ以
下とした。なお、特に強度を重視する場合にはいずれも
平均直径は16μｍ以下が好ましい。
第３図にポアの平均直径と漏れ量及び摩耗量との関係を
示す。これは後記する第１表の本発明合金３を基にポア
径を種々変化させて形成した60mmφのシールリングとカ
ーボンのシールリングによりメカニカルシールを構成
し、密封液として4kg/cm2、40〜50℃のタービン油を用
いて3600rpmで連続100Hrの運転を行って得たものであ
る。
示す。これは後記する第１表の本発明合金３を基にポア
径を種々変化させて形成した60mmφのシールリングとカ
ーボンのシールリングによりメカニカルシールを構成
し、密封液として4kg/cm2、40〜50℃のタービン油を用
いて3600rpmで連続100Hrの運転を行って得たものであ
る。
このグラフからわかるようにポアの平均直径が20μｍを
超えると漏れ量及び摩耗量が共に実用的な範囲を越えて
大きくなる。よって上記範囲に限定する。
超えると漏れ量及び摩耗量が共に実用的な範囲を越えて
大きくなる。よって上記範囲に限定する。
（ポアの体積率） ポアによる流体膜保持効果はそのポアの量が多い方が良
いので最小0.5体積％とした。一方その量が20体積％を
超えるとポア同士が連結し易くなり、かつ強度も低下す
るので、その上限を20体積％とした。好ましくは10〜15
体積％の範囲である。
いので最小0.5体積％とした。一方その量が20体積％を
超えるとポア同士が連結し易くなり、かつ強度も低下す
るので、その上限を20体積％とした。好ましくは10〜15
体積％の範囲である。
（ポアの連結度） ポアが長範囲に連結し、焼結体を貫通する様になると、
密封流体がこのポアを通して漏れるようになるので、シ
ールリング部材としては役に立たなくなる。それゆえポ
アは2mm以上は連結しないこととした。
密封流体がこのポアを通して漏れるようになるので、シ
ールリング部材としては役に立たなくなる。それゆえポ
アは2mm以上は連結しないこととした。
上記したポア分散材から構成されるシールリング１は、
該ポアに封液等が溜り、起動時にはシールリングの摺動
発熱により液体が熱膨張して、シール面Ｓに液体がにじ
み出し、シール面Ｓに膜を形成し潤滑性を維持する。ま
たポア自体が、従来のポリッシング加工による孔よりも
大きく深い上、シール面Ｓの表面だけでなく内部にもポ
アが分散しているため、シールリング１のシール面Ｓが
摩耗しても、新しいポアが表面に現われ、潤滑性保持効
果が消滅することがない。
該ポアに封液等が溜り、起動時にはシールリングの摺動
発熱により液体が熱膨張して、シール面Ｓに液体がにじ
み出し、シール面Ｓに膜を形成し潤滑性を維持する。ま
たポア自体が、従来のポリッシング加工による孔よりも
大きく深い上、シール面Ｓの表面だけでなく内部にもポ
アが分散しているため、シールリング１のシール面Ｓが
摩耗しても、新しいポアが表面に現われ、潤滑性保持効
果が消滅することがない。
ポア分散材はシールリング全体に用いる必要はなく、第
２図に示すようにシールリング１′のシール端面部10の
みをポア分散材としても良い。このポア分散材から成る
シール端面部10の厚さは適宜決定すれば良い。このよう
にシール端面部10のみをポア分散材で形成する場合シー
ルリング１′の強度向上を図ることができる。たとえ
ば、シールリング１′本体を普通の超硬合金で形成し、
シール端面部10を後述する超硬合金から成るポア分散材
で形成すれば、シールリング全体を該超硬合金のポア分
散材で形成するよりも大きな強度を得ることができる。
シール端面部10のみポア分散材で形成する方法は後述す
る。
２図に示すようにシールリング１′のシール端面部10の
みをポア分散材としても良い。このポア分散材から成る
シール端面部10の厚さは適宜決定すれば良い。このよう
にシール端面部10のみをポア分散材で形成する場合シー
ルリング１′の強度向上を図ることができる。たとえ
ば、シールリング１′本体を普通の超硬合金で形成し、
シール端面部10を後述する超硬合金から成るポア分散材
で形成すれば、シールリング全体を該超硬合金のポア分
散材で形成するよりも大きな強度を得ることができる。
シール端面部10のみポア分散材で形成する方法は後述す
る。
（超硬合金の組成） 次に本発明の超硬合金は次のように限定される。
周期律表第IV,V,VI族遷移金属の炭化物，窒化物，硼化
物，これら２種以上の固溶体、の中の１種又は２種以上
及び不可避不純物からなる焼結体であって、平均直径が
３〜20μｍの略球状または平均直径が３〜20μｍ、平均
長さが平均直径以上で300μｍ以下の略円柱状もしくは
それら両形状ならなるポアを0.5〜20体積％含み、該ポ
アが2mm以上は連結していないポア分散超硬合金。
物，これら２種以上の固溶体、の中の１種又は２種以上
及び不可避不純物からなる焼結体であって、平均直径が
３〜20μｍの略球状または平均直径が３〜20μｍ、平均
長さが平均直径以上で300μｍ以下の略円柱状もしくは
それら両形状ならなるポアを0.5〜20体積％含み、該ポ
アが2mm以上は連結していないポア分散超硬合金。
本発明において、第IV,V,VI族遷移金属の炭化物，窒化
物，硼化物を用いることにしたのは、強度よりも耐食性
を重視したためである。なお原料粉末あるいはこれらを
合金化する製造工程上不可避不純物が混入するが、その
量は高々0.5質量％である。
物，硼化物を用いることにしたのは、強度よりも耐食性
を重視したためである。なお原料粉末あるいはこれらを
合金化する製造工程上不可避不純物が混入するが、その
量は高々0.5質量％である。
一方、耐食性よりも強度を重視する用途では鉄族金属の
中１種又は２種以上を含ませ靱性を向上させることが望
ましいが、その量が0.1質量％より小では効果がなく、
一方、30質量％を超えると、靱性はあるものの、硬さが
小さくなり、耐摩耗性に劣るので、その範囲を0.1〜30
質量％とする。更に必要に応じて、これら２種の合金に
対して第IV,V,VI族遷移金属の中の１種又は２種以上を
0.1〜５質量％上記第IV,V,VI族遷移金属の炭化物，窒化
物，硼化物、これらの２種以上の固溶耐、の中の１種ま
たは２種以上に置換して添加することも可能である。こ
れは特に鉄族金属を含む超硬合金の場合には耐食性を向
上させるために有効であり、CrやMoなどの第IV,V,VI族
遷移金属の１種または２種以上を0.1〜５質量％置換添
加することにより耐食性向上を図れる。
中１種又は２種以上を含ませ靱性を向上させることが望
ましいが、その量が0.1質量％より小では効果がなく、
一方、30質量％を超えると、靱性はあるものの、硬さが
小さくなり、耐摩耗性に劣るので、その範囲を0.1〜30
質量％とする。更に必要に応じて、これら２種の合金に
対して第IV,V,VI族遷移金属の中の１種又は２種以上を
0.1〜５質量％上記第IV,V,VI族遷移金属の炭化物，窒化
物，硼化物、これらの２種以上の固溶耐、の中の１種ま
たは２種以上に置換して添加することも可能である。こ
れは特に鉄族金属を含む超硬合金の場合には耐食性を向
上させるために有効であり、CrやMoなどの第IV,V,VI族
遷移金属の１種または２種以上を0.1〜５質量％置換添
加することにより耐食性向上を図れる。
なお、ポアの径、形状、体積等の限定理由は前述した通
りである。
りである。
次に本発明のポア分散超硬合金の製造方法について説明
する。
する。
本発明方法は上記した材料、即ち周期律表第IV,V,VI族
遷移金属の炭化物，窒化物，硼化物，これらの２種以上
の固溶体、の中の１種又は２種以上及び不可避不純物か
らなる粉末、または周期律表第IV,V,VI族遷移金属の炭
化物，窒化物，硼化物，これらの２種以上の固溶体、の
中の１種又は２種以上を70〜99.9質量％，鉄族金属の中
１種又は２種以上を0.1〜30質量％及び不可避不純物か
らなる粉末、或いは上記２種の粉末の周期律表第IV,V,V
I族遷移金属の炭化物，窒化物，硼化物，これらの２種
以上の固溶体、の中の１種又は２種以上に置換する形
で、周期律表第IV,V,VI族遷移金属の中１種又は２種以
上を0.1〜５質量％添加した粉末、に対して、室温で固
体であり、上記粉末を焼結するに必要な温度よりも低温
で、その90％以上が揮散あるいは分解・蒸発するような
有機物からなり、その平均直径が３〜30μｍの略球状な
いし平均直径が３〜30μｍ、平均長さが平均直径以上で
370μｍ以下の略円柱状またはそれら両形状からなるポ
ア形成用物を0.5〜50体積％添加し、混合分散するＡ工
程と、Ａ工程によって得られた混合粉末を圧縮等により
任意形状に成形するＢ工程と、Ｂ工程により得られた成
形体を非酸化性雰囲気中で、ポア形成用有機物の90％以
上が揮散あるいは分解・蒸発するのに十分な温度で予備
焼結するＣ工程と、Ｃ工程により得られた予備焼結体を
非酸化性雰囲気中で、焼結するに必要な温度、時間保持
し焼結するＤ工程とから構成されている。
遷移金属の炭化物，窒化物，硼化物，これらの２種以上
の固溶体、の中の１種又は２種以上及び不可避不純物か
らなる粉末、または周期律表第IV,V,VI族遷移金属の炭
化物，窒化物，硼化物，これらの２種以上の固溶体、の
中の１種又は２種以上を70〜99.9質量％，鉄族金属の中
１種又は２種以上を0.1〜30質量％及び不可避不純物か
らなる粉末、或いは上記２種の粉末の周期律表第IV,V,V
I族遷移金属の炭化物，窒化物，硼化物，これらの２種
以上の固溶体、の中の１種又は２種以上に置換する形
で、周期律表第IV,V,VI族遷移金属の中１種又は２種以
上を0.1〜５質量％添加した粉末、に対して、室温で固
体であり、上記粉末を焼結するに必要な温度よりも低温
で、その90％以上が揮散あるいは分解・蒸発するような
有機物からなり、その平均直径が３〜30μｍの略球状な
いし平均直径が３〜30μｍ、平均長さが平均直径以上で
370μｍ以下の略円柱状またはそれら両形状からなるポ
ア形成用物を0.5〜50体積％添加し、混合分散するＡ工
程と、Ａ工程によって得られた混合粉末を圧縮等により
任意形状に成形するＢ工程と、Ｂ工程により得られた成
形体を非酸化性雰囲気中で、ポア形成用有機物の90％以
上が揮散あるいは分解・蒸発するのに十分な温度で予備
焼結するＣ工程と、Ｃ工程により得られた予備焼結体を
非酸化性雰囲気中で、焼結するに必要な温度、時間保持
し焼結するＤ工程とから構成されている。
なお、上記製造方法中で、Ｃ工程とＤ工程とは、それを
同一炉内で連続的に行う事も可能であり、又このＣ工程
とＤ工程との間に、Ｃ工程によって得られた予備焼結体
を切削或いは研削等で任意形状に加工する工程を入れる
ことも可能である。
同一炉内で連続的に行う事も可能であり、又このＣ工程
とＤ工程との間に、Ｃ工程によって得られた予備焼結体
を切削或いは研削等で任意形状に加工する工程を入れる
ことも可能である。
以下本発明方法の限定理由を説明する。
（有機物の性状） 有機物はその抜け跡がポアになるようにするので、圧縮
等により任意形状に成形する前に添加混合する。したが
ってこの混合およびまたは圧縮の時にその形状が壊れに
くいことが必要である。したがって室温で固体であるこ
とが必要である。
等により任意形状に成形する前に添加混合する。したが
ってこの混合およびまたは圧縮の時にその形状が壊れに
くいことが必要である。したがって室温で固体であるこ
とが必要である。
一方、圧縮等により成形された跡は焼結に影響を及ぼさ
ないように焼結温度よりも低い温度でその大部分が揮散
あるいは分解、蒸発していなければならない。
ないように焼結温度よりも低い温度でその大部分が揮散
あるいは分解、蒸発していなければならない。
したがって有機物の性状としては室温で固体であり、焼
結温度よりも低い温度でその90％以上が揮散または分解
・蒸発することとした。
結温度よりも低い温度でその90％以上が揮散または分解
・蒸発することとした。
（有機物の形状・寸法） 超硬合金の線収縮率はその組成によって数％程度の変化
はあるが、約20％である。したがって有機物の揮散また
は分解・蒸発した抜け跡も約20％収縮してポアになる
が、このポアの収縮率は有機物の直径や焼結温度によっ
ても変化する。それゆえ有機物の形状は目的とするポア
の形状とし、寸法は目的とするポアの寸法の概略20％前
後増しとする。以上により本発明では略球状有機物の平
均直径を３〜30μｍと限定する。また略円柱状の場合は
平均直径３〜30μｍ、平均長さが平均直径以上370μｍ
以下と限定する。
はあるが、約20％である。したがって有機物の揮散また
は分解・蒸発した抜け跡も約20％収縮してポアになる
が、このポアの収縮率は有機物の直径や焼結温度によっ
ても変化する。それゆえ有機物の形状は目的とするポア
の形状とし、寸法は目的とするポアの寸法の概略20％前
後増しとする。以上により本発明では略球状有機物の平
均直径を３〜30μｍと限定する。また略円柱状の場合は
平均直径３〜30μｍ、平均長さが平均直径以上370μｍ
以下と限定する。
（有機物の体積率） 有機物の揮散または分解・蒸発した抜け跡が約20％収縮
してポアになるのであるが、この寸法が小さいと、焼結
時に完全に収縮してポアとして残らないものもある。し
たがって有機物の添加量は0.5〜50体積％とした。
してポアになるのであるが、この寸法が小さいと、焼結
時に完全に収縮してポアとして残らないものもある。し
たがって有機物の添加量は0.5〜50体積％とした。
（予備焼結、焼結の雰囲気など） 超硬合金は非酸化物系の合金であり、高温では酸化する
ので、予備焼結、焼結の雰囲気は非酸化性とした。その
他温度、時間等は超硬合金を製造する時の標準的な方法
で十分である。ただし、有機物の種類，量によっては揮
散または分解・蒸発に時間がかかり、それゆえ予備焼結
の時に割れたり、揮散または分解、蒸発が不十分になっ
たりする。そのような場合には予備焼結の昇温速度を小
にすることなどが必要である。更に焼結温度、時間を適
宜コントロールすることにより、ポアの体積率は数％〜
20％程度コントロール可能である。
ので、予備焼結、焼結の雰囲気は非酸化性とした。その
他温度、時間等は超硬合金を製造する時の標準的な方法
で十分である。ただし、有機物の種類，量によっては揮
散または分解・蒸発に時間がかかり、それゆえ予備焼結
の時に割れたり、揮散または分解、蒸発が不十分になっ
たりする。そのような場合には予備焼結の昇温速度を小
にすることなどが必要である。更に焼結温度、時間を適
宜コントロールすることにより、ポアの体積率は数％〜
20％程度コントロール可能である。
次に前述したシール端面部10のみをポア分散材とし、他
の部分を、ポアを含まない通常材とする製造方法につい
て説明する。
の部分を、ポアを含まない通常材とする製造方法につい
て説明する。
この方法には２種類あり、その一つは、まず、既述のＡ
工程により得られた粉末をプレスし、このプレス体をプ
レスモールド内に残しておいて続けてポア形成用の樹脂
を含まない普通の超硬原料粉末をプレスし、一体化した
成形体を得る。これを既述のＢ〜Ｄ工程によって焼結体
を得る。この方法により、一部をポア分散材（超硬合
金）とし、残部をポアを含まない通常材（超硬合金）と
することが容易にできる。なお、この場合、上記２種の
超硬合金の組成は一致していなくても良いが、焼結温度
は近いもの（その差は少なくとも50℃以内）にしておか
なくてはならない。さもなくば焼結時にプレス体が異常
変形したり、著しい場合は割れたりすることがある。
工程により得られた粉末をプレスし、このプレス体をプ
レスモールド内に残しておいて続けてポア形成用の樹脂
を含まない普通の超硬原料粉末をプレスし、一体化した
成形体を得る。これを既述のＢ〜Ｄ工程によって焼結体
を得る。この方法により、一部をポア分散材（超硬合
金）とし、残部をポアを含まない通常材（超硬合金）と
することが容易にできる。なお、この場合、上記２種の
超硬合金の組成は一致していなくても良いが、焼結温度
は近いもの（その差は少なくとも50℃以内）にしておか
なくてはならない。さもなくば焼結時にプレス体が異常
変形したり、著しい場合は割れたりすることがある。
また、上記の２種粉末のプレスの順序はこの逆でも良
く、さらに既述のように同一モールドではなく、異なる
モールドを使っても良い。例えばまず、Ａ工程により得
られた粉末を１つのモールドでプレスし、これを最初の
モールドより大きなモールド中に置き、樹脂を含まない
普通の超硬原料粉末をプレスして一体化する。この後は
上記と同様の工程によって焼結体を得る。そうすると、
ポア分散超硬合金の部分を、ポアを含まない超硬合金が
３方から包みこむ状態になり、より強度の高いシールリ
ングとすることが可能になる。
く、さらに既述のように同一モールドではなく、異なる
モールドを使っても良い。例えばまず、Ａ工程により得
られた粉末を１つのモールドでプレスし、これを最初の
モールドより大きなモールド中に置き、樹脂を含まない
普通の超硬原料粉末をプレスして一体化する。この後は
上記と同様の工程によって焼結体を得る。そうすると、
ポア分散超硬合金の部分を、ポアを含まない超硬合金が
３方から包みこむ状態になり、より強度の高いシールリ
ングとすることが可能になる。
他の方法は次の通りである。まず、ポア分散材（超硬合
金）を作り、これとは別にポアを含まない通常材（超硬
合金）も作る。この両者をロウ接または拡散接合等で一
体化する。そうすれば、上記と同様に一部がポア分散超
硬合金で残部がそうでない超硬合金からなるシールリン
グが得られる。この場合は両者の合金組成は自由に選択
できるので、後者を特に高強度の超硬合金で構成すれ
ば、シールリングとしてもより高強度とすることが出来
る。
金）を作り、これとは別にポアを含まない通常材（超硬
合金）も作る。この両者をロウ接または拡散接合等で一
体化する。そうすれば、上記と同様に一部がポア分散超
硬合金で残部がそうでない超硬合金からなるシールリン
グが得られる。この場合は両者の合金組成は自由に選択
できるので、後者を特に高強度の超硬合金で構成すれ
ば、シールリングとしてもより高強度とすることが出来
る。
ロウ接、拡散接合を詳述すると次の通りである。まずロ
ウ接について述べる。まず両超硬合金のロウ接する面を
ダイヤモンド砥石等で研削し、Rmaxが10μｍ程度以下の
面を得る。これらを適当な溶媒で清浄にし、その間に、
棒状あるいは板状のロウ材を適量入れ、そのロウ材に適
した温度に加熱し、ロウ接する。ロウ材としてはNiロ
ウ、Agロウが好適であるが、耐食性が重視される場合に
は前者が好適である。
ウ接について述べる。まず両超硬合金のロウ接する面を
ダイヤモンド砥石等で研削し、Rmaxが10μｍ程度以下の
面を得る。これらを適当な溶媒で清浄にし、その間に、
棒状あるいは板状のロウ材を適量入れ、そのロウ材に適
した温度に加熱し、ロウ接する。ロウ材としてはNiロ
ウ、Agロウが好適であるが、耐食性が重視される場合に
は前者が好適である。
次に拡散接合であるが、拡散接合する面をロウ付の場合
と同様方法で同様面粗さまで加工し、同様方法で清浄に
する。そして、この両者の接合面を合わせ、非酸化性雰
囲気中で焼結温度近く（焼結温度−50℃程度）に加熱
し、10〜30分程度保持する。そうすると両者は容易に拡
散接合される。
と同様方法で同様面粗さまで加工し、同様方法で清浄に
する。そして、この両者の接合面を合わせ、非酸化性雰
囲気中で焼結温度近く（焼結温度−50℃程度）に加熱
し、10〜30分程度保持する。そうすると両者は容易に拡
散接合される。
なお、このようなロウ接あるいは拡散接合が容易に達成
できる点はいわゆるセラミックスにはない超硬合金特有
のメリットであることを付記する。
できる点はいわゆるセラミックスにはない超硬合金特有
のメリットであることを付記する。
以下本発明の具体的実施例を詳述する。
実施例１ 原料粉末として、平均粒径:1.3μｍのWC粉末，同1.3μ
ｍのCo粉末を用い、これらをWC−6.5質量％Coとなるよ
うに配合し、メタノール中湿式混合にて３日間ボール・
ミル混合した。この混合粉末を乾燥後、粉末に対して２
質量％となるように、トリクロールエタンに溶解したパ
ラフィンを添加，混合，乾燥し、母粉末を得た。この母
粉末に対して、ポア形成物として、第１表に示す種類，
形状，寸法，量の有機物をらいかい機にて添加・混合
し、各試料の原料粉末を得た。なおこの場合の原料粉末
は、それが焼結後に炭素またはη相が生じないように必
要に応じ、含まれる炭素量を調整したものを用いた。
ｍのCo粉末を用い、これらをWC−6.5質量％Coとなるよ
うに配合し、メタノール中湿式混合にて３日間ボール・
ミル混合した。この混合粉末を乾燥後、粉末に対して２
質量％となるように、トリクロールエタンに溶解したパ
ラフィンを添加，混合，乾燥し、母粉末を得た。この母
粉末に対して、ポア形成物として、第１表に示す種類，
形状，寸法，量の有機物をらいかい機にて添加・混合
し、各試料の原料粉末を得た。なおこの場合の原料粉末
は、それが焼結後に炭素またはη相が生じないように必
要に応じ、含まれる炭素量を調整したものを用いた。
これらの粉末を1ton/cm2の圧力で5.5×10×30mmの圧粉
体にプレス成形し、この圧粉体を真空中（約0.1torr.）
にて800℃まで10時間で加熱して、予備焼結した。次に
0.1〜0.3torr.の真空中で1370℃×１時間の焼結をし
て、本発明超硬合金１〜13,比較超硬合金１〜４をそれ
ぞれ得た。ただし、本発明超硬合金3,4,7,13および比較
超硬合金２は、この予備焼結条件では割れを生じたので
昇温時間を10時間の２倍とした。
体にプレス成形し、この圧粉体を真空中（約0.1torr.）
にて800℃まで10時間で加熱して、予備焼結した。次に
0.1〜0.3torr.の真空中で1370℃×１時間の焼結をし
て、本発明超硬合金１〜13,比較超硬合金１〜４をそれ
ぞれ得た。ただし、本発明超硬合金3,4,7,13および比較
超硬合金２は、この予備焼結条件では割れを生じたので
昇温時間を10時間の２倍とした。
このようにして得られた本発明超硬合金１〜13,比較超
硬合金１〜４についてそれぞれまずダイヤモンドホィー
ルで研削し、４×８×24mmのJIS抗折試片を各４個製作
した。これらの試片について密度，硬さ（HRA）を測定
し、さらにスパン間隔20mmにて３点曲げによる抗折力を
測定した。そして密度からポアの体積率も算出した。
硬合金１〜４についてそれぞれまずダイヤモンドホィー
ルで研削し、４×８×24mmのJIS抗折試片を各４個製作
した。これらの試片について密度，硬さ（HRA）を測定
し、さらにスパン間隔20mmにて３点曲げによる抗折力を
測定した。そして密度からポアの体積率も算出した。
これらの結果を第１表に併記した。
これより、本発明方法による超硬合金１〜13はポアの体
積率が0.5〜18.7体積％であり、限定範囲である0.5〜20
体積％を満たしていることが判る。しかし、比較合金１
はポアがなく、これを満たしていない。比較合金２はポ
アのサイズ及び体積率が大き過ぎ、又比較合金３はポア
のサイズが大き過ぎるため、いずれも抗折力が40kg/mm2
以下となって実用に供し得ないことが判る。比較合金４
は抗折力は比較的大きいが、ポアサイズが大きいため第
８図に示すように漏れ量が大き過ぎ、実用的でない。
積率が0.5〜18.7体積％であり、限定範囲である0.5〜20
体積％を満たしていることが判る。しかし、比較合金１
はポアがなく、これを満たしていない。比較合金２はポ
アのサイズ及び体積率が大き過ぎ、又比較合金３はポア
のサイズが大き過ぎるため、いずれも抗折力が40kg/mm2
以下となって実用に供し得ないことが判る。比較合金４
は抗折力は比較的大きいが、ポアサイズが大きいため第
８図に示すように漏れ量が大き過ぎ、実用的でない。
なお、これらの試料について組織を検討した所、ポアの
サイズはいずれも有機物のサイズの約80％であった。念
のためこの例を本発明合金2,6,8についてそれぞれの金
属組織写真を第４図〜第６図に示した。これらの写真よ
り、ポアは高々６個しか連結していないことが判る。こ
れは他の本発明合金でも同様であった。それゆえ、ポア
の連結は最大でも0.3mm×６＝1.8mmと推算され、限定範
囲を満たしていることが判る。
サイズはいずれも有機物のサイズの約80％であった。念
のためこの例を本発明合金2,6,8についてそれぞれの金
属組織写真を第４図〜第６図に示した。これらの写真よ
り、ポアは高々６個しか連結していないことが判る。こ
れは他の本発明合金でも同様であった。それゆえ、ポア
の連結は最大でも0.3mm×６＝1.8mmと推算され、限定範
囲を満たしていることが判る。
以上により、この本発明方法による合金のみが、限定範
囲を満たしていると言える。
囲を満たしていると言える。
実施例２ 原料粉末として、平均粒径:1.0μｍ〜5.0μｍのWC粉
と、第２表に示される各種粉末（平均粒径1.0〜3.0μ
ｍ）とを用い、これらを第２表に示される組成に配合
し、ついで実施例１と同様の条件で混合，乾燥，パラフ
ィン混合，乾燥し、これにさらに平均直径19μｍの高密
度ポリエチレンを第２表に示される量添加し、実施例１
と同様にして混合した。これらを実施例１と同様に圧粉
し、得られた圧粉体を実施例１と同様に予備焼結した。
そして第２表に示される温度で１時間真空（0.1〜0.3to
rr.）焼結し、本発明合金14〜27,比較合金５〜９をそれ
ぞれ得た。
と、第２表に示される各種粉末（平均粒径1.0〜3.0μ
ｍ）とを用い、これらを第２表に示される組成に配合
し、ついで実施例１と同様の条件で混合，乾燥，パラフ
ィン混合，乾燥し、これにさらに平均直径19μｍの高密
度ポリエチレンを第２表に示される量添加し、実施例１
と同様にして混合した。これらを実施例１と同様に圧粉
し、得られた圧粉体を実施例１と同様に予備焼結した。
そして第２表に示される温度で１時間真空（0.1〜0.3to
rr.）焼結し、本発明合金14〜27,比較合金５〜９をそれ
ぞれ得た。
得られた合金について実施例１と同様に加工し、実施例
１と同様な性質を測定した。これらの結果を第２表に併
記した。
１と同様な性質を測定した。これらの結果を第２表に併
記した。
なお第２表中WC/TiC/TaCは、50質量％WC−30質量％TiC
−20質量％TaCの固溶体を、又TiC/TiNは50質量％TiC−5
0質量％TiNの固溶体を示す。
−20質量％TaCの固溶体を、又TiC/TiNは50質量％TiC−5
0質量％TiNの固溶体を示す。
これよりポアの体積率は本発明合金14〜27、比較合金５
はいずれも0.5〜20.0体積％の範囲に入っているが、比
較合金６〜９は入っていないことが判る。比較合金５は
既述のようにポアの体積率の面では満足であるが、硬さ
が著しく小であり、耐摩耗性に劣る。また写真は省略す
るが、本発明合金14〜27のポアの直径はいずれも平均約
15μｍであり、またそのポア同士は高々数個しか連結し
ていなかった。よって本発明方法により作られた合金14
〜27のみ限定範囲内と言える。
はいずれも0.5〜20.0体積％の範囲に入っているが、比
較合金６〜９は入っていないことが判る。比較合金５は
既述のようにポアの体積率の面では満足であるが、硬さ
が著しく小であり、耐摩耗性に劣る。また写真は省略す
るが、本発明合金14〜27のポアの直径はいずれも平均約
15μｍであり、またそのポア同士は高々数個しか連結し
ていなかった。よって本発明方法により作られた合金14
〜27のみ限定範囲内と言える。
実施例３ 実施例1,2によれば、本発明の方法により、本発明の合
金が得られることが判った。そこでいくつかの合金につ
いてシールリングとして使った場合の性能を評価するこ
ととした。
金が得られることが判った。そこでいくつかの合金につ
いてシールリングとして使った場合の性能を評価するこ
ととした。
即ち、摺動面寸法が内径41mm,外径56mmの被テストリン
グを実施例1,2に準じる方法で用意し、これの摺動面を
鏡面ラップ仕上げする。次に相手材となる摺動面寸法が
内径43mm,外径52mmのカーボンリングを用意し、この摺
動面も鏡面ラップ仕上げする。これらを一般的なメカニ
カルシールテスト装置に取り付ける。メカニカルシール
の運転条件は次の通りである。密封流体：水道水，密封
流体圧力:15kg/cm2，回転数:410rpm。そして運転開始後
１時間までの平均所要動力を求める。この平均所要動力
が大きい方が摩擦係数は大きいことになるので、便宜的
にこの平均所要動力の大小で摺動性能を評価することと
した。
グを実施例1,2に準じる方法で用意し、これの摺動面を
鏡面ラップ仕上げする。次に相手材となる摺動面寸法が
内径43mm,外径52mmのカーボンリングを用意し、この摺
動面も鏡面ラップ仕上げする。これらを一般的なメカニ
カルシールテスト装置に取り付ける。メカニカルシール
の運転条件は次の通りである。密封流体：水道水，密封
流体圧力:15kg/cm2，回転数:410rpm。そして運転開始後
１時間までの平均所要動力を求める。この平均所要動力
が大きい方が摩擦係数は大きいことになるので、便宜的
にこの平均所要動力の大小で摺動性能を評価することと
した。
以上の方法によってまず第１表に示される本発明合金1,
3,13および比較合金１、４の平均所要動力を測定した。
結果が比較し易いように比較合金１の場合を１とし、こ
れに対する比を算出し、これを動力比として表１に併示
した。なお、φ60、5kg/cm2、タービン油、3600rpmの条
件でもテストを行なった結果、同様な動力比の結果を得
られた。
3,13および比較合金１、４の平均所要動力を測定した。
結果が比較し易いように比較合金１の場合を１とし、こ
れに対する比を算出し、これを動力比として表１に併示
した。なお、φ60、5kg/cm2、タービン油、3600rpmの条
件でもテストを行なった結果、同様な動力比の結果を得
られた。
これより、本発明合金はいずれも比較合金１よりも動力
比が小であり、より摺動性能が優れると言える。比較合
金４は動力比は小になるが、ポア径が大きすぎるため第
８図に示すように漏れ量が大きくなり実用的でない。
比が小であり、より摺動性能が優れると言える。比較合
金４は動力比は小になるが、ポア径が大きすぎるため第
８図に示すように漏れ量が大きくなり実用的でない。
同様にして第２表に示される本発明合金14,18,22,23お
よび、それぞれに対応するポアなし合金である比較合金
6,7,8,9について平均所要動力を測定した所、本発明合
金のそれぞれの比較合金に対する動力比はいずれも0.7
〜0.8であった。すなわち本発明のポア分散超硬合金は
従来超硬合金に比べて摺動性能が優れていると言える。
よび、それぞれに対応するポアなし合金である比較合金
6,7,8,9について平均所要動力を測定した所、本発明合
金のそれぞれの比較合金に対する動力比はいずれも0.7
〜0.8であった。すなわち本発明のポア分散超硬合金は
従来超硬合金に比べて摺動性能が優れていると言える。
実施例４ 第１表の本発明合金1,3,より内径60mmの回転シールリン
グを作成し、また比較合金１、４を用いて同じ回転シー
ルリングを作成した。
グを作成し、また比較合金１、４を用いて同じ回転シー
ルリングを作成した。
本発明合金1,3及び比較合金４のシールリングのシール
面はラップ仕上げし、比較合金１のシールリングのシー
ル面はラッピング加工した後ポリッシング加工を施し
た。本発明合金３のシールリングのシール面と比較合金
１のシールリングのシール面を接触針式表面粗さ測定器
で測定した。その結果を第７図に示す。（Ａ）が本発明
合金３、（Ｂ）が比較合金１である。第７図から明らか
なように、本発明合金３のシール面のシール面の孔の方
が深さが深く、ポリッシング加工では浅い孔しか形成で
きない。
面はラップ仕上げし、比較合金１のシールリングのシー
ル面はラッピング加工した後ポリッシング加工を施し
た。本発明合金３のシールリングのシール面と比較合金
１のシールリングのシール面を接触針式表面粗さ測定器
で測定した。その結果を第７図に示す。（Ａ）が本発明
合金３、（Ｂ）が比較合金１である。第７図から明らか
なように、本発明合金３のシール面のシール面の孔の方
が深さが深く、ポリッシング加工では浅い孔しか形成で
きない。
更に実施例３と同寸法の本発明合金1,3の回転シールリ
ングと比較合金１、４の回転シールリングを用いてアン
バランス型メカニカルシール（第１図のもの）を形成
し、漏れテストを実施した。非回転シールリングはいず
れもカーボンとし、ブリスタが発生し易い過酷な条件と
して、密封流体：粘度1000〜1500cp,油温13〜23℃，流
体圧力5kg/cm2のものを用い、回転軸を3600rpmで回転さ
せ、単位時間当りの漏れ量を測定した。その結果を第８
図に示す。
ングと比較合金１、４の回転シールリングを用いてアン
バランス型メカニカルシール（第１図のもの）を形成
し、漏れテストを実施した。非回転シールリングはいず
れもカーボンとし、ブリスタが発生し易い過酷な条件と
して、密封流体：粘度1000〜1500cp,油温13〜23℃，流
体圧力5kg/cm2のものを用い、回転軸を3600rpmで回転さ
せ、単位時間当りの漏れ量を測定した。その結果を第８
図に示す。
比較合金１はラッピング加工による孔が小さくかつ浅い
ため、当初は漏れ量が少ないが、運転時間の経過に従っ
て孔が潰れ、シール面の潤滑性を維持できなくなり、10
時間の運転時間を経過するとブリスタが発生し、漏れ量
が多くなる。
ため、当初は漏れ量が少ないが、運転時間の経過に従っ
て孔が潰れ、シール面の潤滑性を維持できなくなり、10
時間の運転時間を経過するとブリスタが発生し、漏れ量
が多くなる。
一方本発明合金１はポアの体積率が比較的小さいため、
運転時間20時間でブリスタが発生したが、それでも比較
合金１の２倍の寿命を得ている。またポア体積率の大き
い本発明合金３は40時間以上の運転後も漏れ量の増加は
なく、顕著な効果がみられた。比較合金４はブリスタの
発生はないが、運転当初から漏れ量が実用的な範囲を越
えて大きく、シールリングとして実用的な使用には不適
格である。
運転時間20時間でブリスタが発生したが、それでも比較
合金１の２倍の寿命を得ている。またポア体積率の大き
い本発明合金３は40時間以上の運転後も漏れ量の増加は
なく、顕著な効果がみられた。比較合金４はブリスタの
発生はないが、運転当初から漏れ量が実用的な範囲を越
えて大きく、シールリングとして実用的な使用には不適
格である。
実施例５ 本実施例では実施例３、４とは異なり、リールリングの
摺動面のみをポア分散超硬合金とした例について述べ
る。
摺動面のみをポア分散超硬合金とした例について述べ
る。
既述のＡ工程により得られた粉末をまずプレスし、続け
て、ポア形成用の樹脂を含まない粉末をプレスし、両者
を一体化したプレス体を得た。これを既述のＢ〜Ｄ工程
により焼結体とし、さらにダイヤモンドホイール等を用
いてR max＝10μｍに加工し、内径60mm、外径70mm、厚
さ5mmのシールリングを得た。ここで摺動面側のポア分
散超硬合金は本発明合金３と同じにし、これと一体化し
た超硬合金は本発明合金３と同じ組成のWC−6.5％Coと
した。また、摺動面側のポア分散超硬合金３の厚さは0.
5mm、1mmの２水準とし、強度比較のために全体をポア分
散超硬合金としたシールリングも作った。これらのリン
グはそれぞれ５ヶ作製し、３ヶを強度テストに、２ヶを
実施例４で述べたと同様方法による漏れテストに用い
た。なお、漏れテストに供したリングはその摺動面を鏡
面ラップ仕上げした。
て、ポア形成用の樹脂を含まない粉末をプレスし、両者
を一体化したプレス体を得た。これを既述のＢ〜Ｄ工程
により焼結体とし、さらにダイヤモンドホイール等を用
いてR max＝10μｍに加工し、内径60mm、外径70mm、厚
さ5mmのシールリングを得た。ここで摺動面側のポア分
散超硬合金は本発明合金３と同じにし、これと一体化し
た超硬合金は本発明合金３と同じ組成のWC−6.5％Coと
した。また、摺動面側のポア分散超硬合金３の厚さは0.
5mm、1mmの２水準とし、強度比較のために全体をポア分
散超硬合金としたシールリングも作った。これらのリン
グはそれぞれ５ヶ作製し、３ヶを強度テストに、２ヶを
実施例４で述べたと同様方法による漏れテストに用い
た。なお、漏れテストに供したリングはその摺動面を鏡
面ラップ仕上げした。
強度テストはJIS Z・2507−1960の圧環試験によって行
なった。この方法の模式図を第９図に示す。図のように
荷重Ｗをリングの上下方向から負荷すると、図のＡ点に
最大引張応力が生じる。この値をσとすると、これは次
の式で示される。
なった。この方法の模式図を第９図に示す。図のように
荷重Ｗをリングの上下方向から負荷すると、図のＡ点に
最大引張応力が生じる。この値をσとすると、これは次
の式で示される。
σ＝〔（1/R−6/（ｈ−h2／（2R））〕・（−WR）／
（πbh） ここでh:リングの幅、b:リングの厚さ、 R:リングの半径、 Ｒ＝（内径＋外径）/4である。
（πbh） ここでh:リングの幅、b:リングの厚さ、 R:リングの半径、 Ｒ＝（内径＋外径）/4である。
以上の方法によりリングが破壊する荷重と、その時の応
力をそれぞれのリングで求め、その平均値を第３表に示
した。これより、シールリング全体をポア分散超硬合金
とした本発明シールリング３に比べて、摺動面のみをポ
ア分散超硬合金とした本発明シールリング1,2の方が５
割程度強度が高いことが分る。
力をそれぞれのリングで求め、その平均値を第３表に示
した。これより、シールリング全体をポア分散超硬合金
とした本発明シールリング３に比べて、摺動面のみをポ
ア分散超硬合金とした本発明シールリング1,2の方が５
割程度強度が高いことが分る。
一方、漏れテストの結果、本発明シールリング1,2は、
実施例４で述べたと同様に著しく優れることが確かめら
れ、第８図に示す本発明合金３でシールリング全体を構
成した場合と全く同じ特性を得ることができた。よって
摺動面のみをポア分散超硬合金としたシールリングと同
等のシール性能を有し、なおかつ強度はより高いことが
明らかである。したがってより高負荷（高PV値）のシー
ルに好適である。
実施例４で述べたと同様に著しく優れることが確かめら
れ、第８図に示す本発明合金３でシールリング全体を構
成した場合と全く同じ特性を得ることができた。よって
摺動面のみをポア分散超硬合金としたシールリングと同
等のシール性能を有し、なおかつ強度はより高いことが
明らかである。したがってより高負荷（高PV値）のシー
ルに好適である。
第１図と第２図は本発明によるメカニカルシールの実施
例を示す半断面図，第３図はポア径と漏れ量、摩耗量の
関係を示すグラフ、第４図乃至第６図は本発明合金2,6,
8の金属組織写真（50倍），第７図はシール面の粗さ測
定の結果を示すグラフ，第８図は運転時間と漏れ量の関
係を示すグラフ、第９図はシーリングの強度テストの説
明図である。 1:回転シールリング,2:固定シールリング,3:ストッパ,
4:スプリング,10:シール端面部。
例を示す半断面図，第３図はポア径と漏れ量、摩耗量の
関係を示すグラフ、第４図乃至第６図は本発明合金2,6,
8の金属組織写真（50倍），第７図はシール面の粗さ測
定の結果を示すグラフ，第８図は運転時間と漏れ量の関
係を示すグラフ、第９図はシーリングの強度テストの説
明図である。 1:回転シールリング,2:固定シールリング,3:ストッパ,
4:スプリング,10:シール端面部。
フロントページの続き (72)発明者 徳本 啓 福岡県福岡市南区清水２丁目20番31号 日 本タングステン株式会社内 (72)発明者 永井 彌太郎 東京都大田区矢口３丁目14番15号 炭研精 工株式会社内 (72)発明者 松下 光好 東京都大田区矢口３丁目14番15号 炭研精 工株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】非回転シールリングと回転シールリングの
中少なくとも一方のシールリングをポア分散材で構成
し、 該ポア分散材が平均直径３〜20μｍの略球状のポア及び
／又は平均直径３〜20μｍで平均長さが平均直径以上30
0μｍ以下の略円柱状のポアを0.5〜20体積％含み、該ポ
アが2mm以上は連結していない、 ことを特徴とするメカニカルシール。 - 【請求項２】非回転シールリングと回転シールリングの
中少なくとも一方のシールリングのシール面とその近傍
をポア分散材で構成し他の部分をポアが分散しない通常
材で構成し、 該ポア分散材が平均直径３〜20μｍの略球状のポア及び
／又は平均直径３〜20μｍで平均長さが平均直径以上30
0μｍ以下の略円柱状のポアを0.5〜20体積％含み、該ポ
アが2mm以上は連結していない、 ことを特徴とするメカニカルシール。 - 【請求項３】周期律表第IV,V,VI族遷移金属の炭化物，
窒化物，硼化物，これらの２種以上の固溶体，の中の１
種又は２種以上及び不可避不純物からなる焼結体であっ
て、 平均直径が３〜20μｍの略球状または平均直径が３〜20
μｍ、平均長さが平均直径以上で300μｍ以下の略円柱
状もしくはそれら両形状からなるポアを0.5〜20体積％
含み、該ポアが2mm以上は連結していない、 ことを特徴とするポア分散超硬合金。 - 【請求項４】周期律表第IV,V,VI族遷移金属の炭化物，
窒化物，硼化物，これらの２種以上の固溶体，の中の１
種又は２種以上を70〜99.9質量％，鉄族金属の中１種又
は２種以上を0.1〜30質量％及び不可避不純物からなる
焼結体であって、 平均直径が３〜20μｍの略球状または平均直径が３〜20
μｍ、平均長さが平均直径以上で300μｍ以下の略円柱
状もしくはそれら両形状からなるポアを0.5〜20体積％
含み、該ポアが2mm以上は連結していないことを特徴と
するポア分散超硬合金。 - 【請求項５】周期律表第IV,V,VI族遷移金属の炭化物，
窒化物，硼化物，これらの２種以上の固溶体、の中の１
種または２種以上の0.1〜５質量％を周期律表第IV,V,VI
族遷移金属の中の１種または２種以上で置換した特許請
求範囲第３項又は第４項記載のポア分散超硬合金。 - 【請求項６】周期律表第IV,V,VI族遷移金属の炭化物，
窒化物，硼化物，これらの２種以上の固溶体、の中の１
種又は２種以上及び不可避不純物からなる粉末； または周期律表第IV,V,VI族遷移金属の炭化物，窒化
物，硼化物，これらの２種以上の固溶体、の中の１種又
は２種以上を70〜99.9質量％，鉄族金属の中１種又は２
種以上を0.1〜30質量％及び不可避不純物からなる粉
末； に対して、室温で固体であり、上記粉末を焼結するに必
要な温度よりも低温で、その90％以上が揮散あるいは分
解・蒸発するような有機物からなり、その平均直径が３
〜30μｍの略球状ないし平均直径が３〜30μｍ、平均長
さが平均直径以上で370μｍ以下の略円柱状またはそれ
ら両形状からなるポア形成用物を0.5〜50体積％添加
し、混合分散するＡ工定と、 Ａ工程によって得られた混合粉末を圧縮等により任意形
状に成形するＢ工程と、 Ｂ工程により得られた成形体を非酸化性雰囲気中で、ポ
ア形成用有機物の90％以上が揮散あるいは分解・蒸発す
るのに十分な温度で予備焼結するＣ工程と、 Ｃ工程により得られた予備焼結体を非酸化性雰囲気中
で、焼結するに必要な温度、時間保持し焼結するＤ工程
を含むことを特徴とするポア分散超硬合金の製造方法。 - 【請求項７】周期律表第IV、Ｖ、VI族遷移金属の炭化
物、硼化物、これらの２種以上の固溶体、の中の１種ま
たは２種以上の0.1〜５質量％を周期律表第IV、Ｖ、VI
族遷移金属の中の１種または２種以上で置換した特許請
求範囲第６項記載のポア分散超硬合金の製造方法。
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| JP63202011A JPH0788909B2 (ja) | 1987-12-28 | 1988-08-15 | ポア分散材を用いたメカニカルシール並びにポア分散超硬合金及びその製造方法 |
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