[發明專利]滑動構件用多孔質陶瓷及其制造方法以及機械密封環

有效

• 申請號: 200580049513.0
• 申請日: 2005-12-22
• 公開（公告）號: CN101166701A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發明（設計）人: 原毅;益山伸一郎
• 申請（專利權）人: 京瓷株式會社
• 主分類號: C04B38/00
• 分類號: C04B38/00;C04B38/06;F16J15/34
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 李香蘭

技術領域

本發明主要涉及形成作為汽車冷卻水泵、冷凍機等的軸封裝置使用的機械密封中的密封環等的滑動構件用多孔質陶瓷及其制造方法。

背景技術

作為滑動構件用多孔質陶瓷的用途的一例，列舉機械密封中使用的(機械)密封環。所謂機械密封，是以各種機械的旋轉部的流體完全密封為目的的流體設備的軸封裝置之一，由隨著滑動面的摩損能夠沿軸方向活動的從動環和不活動的密封環構成，具有緩沖振動的機構，在與相對旋轉的軸大致垂直的滑動面上，發揮限制流體泄漏的作用。

機械密封其基本結構如圖1所示，構成密封環的座環5和從動環6，安裝在旋轉軸1和殼體2之間。另外，涉及密封作用的滑動面3，在作為靜止構件的座環5和作為旋轉構件的從動環6的對接面，相對于旋轉軸1形成垂直面，發揮密封作用。從動環6由襯墊7緩沖性支承，不與旋轉軸1接觸。

套環9套在旋轉軸1上，利用固定螺釘10固定在旋轉軸1上。在套環9和襯墊7之間，纏繞著旋轉軸1夾有線圈彈簧8。從動環6和套環9在線圈彈簧8的彈力作用下，防止相互的相對旋轉，從動環6能夠只沿軸向活動。

座環5的側端面和從動環6的側端面，均相對于旋轉軸1的軸線大致垂直，這些面經由研磨形成減小了表面粗糙度和平面度的滑動面3。

密封流體從外部供給，其一部分浸入由相互的滑動面3形成的微小空間，作為潤滑劑發揮作用。各個滑動面3其構成是依靠線圈彈簧8的彈力相互滑動接觸。

緩沖橡膠4從殼體2內側緩沖性地支承座環5，防止浸入微小空間的潤滑劑在旋轉軸1的旋轉中向密封環內周泄漏。若旋轉軸1旋轉，則套環9旋轉，經由線圈彈簧8、襯墊7，從動環6也旋轉。

隨著旋轉發生的摩擦使滑動面3摩損，不過，還能夠維持從動環6與座環5壓接的狀態，保證滑動面3的密接。旋轉軸1相對于滑動面3的振動，基于緩沖橡膠4和襯墊7而被緩和，很難傳導。

基于以上結構而使機械密封成立，不過通常座環5和從動環6被稱為(機械)密封環。

作為在此使用的密封環用構件，主要采用例如碳素材料、超硬合金、碳化硅質陶瓷、氧化鋁質陶瓷等，近年來，采用具有高硬度且高耐蝕性、滑動時摩擦系數小、平滑性也優越的碳化硅質陶瓷的套日益增多。

另外，該碳化硅質陶瓷中，以進一步改善滑動特性為目的，在碳化硅質陶瓷的制造工序中使用造孔劑形成氣孔的多孔質碳化硅質陶瓷備受關注。

例如，專利文獻1中，提出了一種碳化硅質的密封環，作為造孔劑使用乳液聚合的聚苯乙烯顆粒，含有氣孔率3～13體積％的平均氣孔徑10～40μm的獨立氣孔。

專利文獻2中，提出了一種碳化硅質陶瓷的密封環，作為造孔劑采用交聯性聚苯乙烯顆粒、交聯性異丁烯酸甲酯顆粒、交聯性聚乙烯顆粒等，在氣孔率2～12體積％的范圍內形成平均氣孔徑50～500μm的獨立氣孔。

專利文獻3中，提出了一種在陶瓷制滑動構件的滑動接觸面具有平均氣孔徑5～30μm的獨立的開氣孔、同時由多孔質陶瓷形成的陶瓷制滑動裝置，該多孔質陶瓷，任選10處所述滑動接觸面的實體滑動面積率為40～90％、且所述10處區域的實體滑動面積率的標準偏差值為4～10％，用阿基米德法測定的氣孔率為4％以下。

專利文獻1：特公平05-69066號公報

專利文獻2：美國專利第5395807號公報

專利文獻3：專利第3481774號公報

不過，專利文獻1、2中提出的密封環，對獨立氣孔的平均氣孔徑進行了例示，然而，當如上所述作為造孔劑采用球狀的交聯性聚苯乙烯顆粒和乳液聚合的聚苯乙烯顆粒時，由于這些造孔劑壓縮強度高，從而在加壓、成形后發生彈性回復，由此獨立氣孔成為球狀體，也無法控制其孔徑的差異。從而，不能獲得足夠的強度，作為滑動構件使用時存在隨著長時間使用而容易產生裂紋的問題。

另外，采用這樣的造孔劑的密封環，在成形后的彈簧回復時和脫脂時容易發生以獨立氣孔為起點的微裂紋，很難獲得足夠的耐熱沖擊溫度，從而，存在隨著長時間使用而在溫度上升之際容易產生裂紋的問題。

再有，由于這些造孔劑壓縮強度高，從而，獨立氣孔的平均孔徑也容易產生差異，例如當制作在相對于滑動面平行的面內的獨立氣孔的孔徑的累積分布曲線時，75體積％的位置相對于25體積％的位置的比為超過1.9的大值，從而，無法獲得強度高的滑動構件用多孔質陶瓷。