[发明专利]滑动构件用多孔质陶瓷及其制造方法以及机械密封环

说明书

技术领域

本发明主要涉及形成作为汽车冷却水泵、冷冻机等的轴封装置使用的机械密封中的密封环等的滑动构件用多孔质陶瓷及其制造方法。

背景技术

作为滑动构件用多孔质陶瓷的用途的一例，列举机械密封中使用的(机械)密封环。所谓机械密封，是以各种机械的旋转部的流体完全密封为目的的流体设备的轴封装置之一，由随着滑动面的摩损能够沿轴方向活动的从动环和不活动的密封环构成，具有缓冲振动的机构，在与相对旋转的轴大致垂直的滑动面上，发挥限制流体泄漏的作用。

机械密封其基本结构如图1所示，构成密封环的座环5和从动环6，安装在旋转轴1和壳体2之间。另外，涉及密封作用的滑动面3，在作为静止构件的座环5和作为旋转构件的从动环6的对接面，相对于旋转轴1形成垂直面，发挥密封作用。从动环6由衬垫7缓冲性支承，不与旋转轴1接触。

套环9套在旋转轴1上，利用固定螺钉10固定在旋转轴1上。在套环9和衬垫7之间，缠绕着旋转轴1夹有线圈弹簧8。从动环6和套环9在线圈弹簧8的弹力作用下，防止相互的相对旋转，从动环6能够只沿轴向活动。

座环5的侧端面和从动环6的侧端面，均相对于旋转轴1的轴线大致垂直，这些面经由研磨形成减小了表面粗糙度和平面度的滑动面3。

密封流体从外部供给，其一部分浸入由相互的滑动面3形成的微小空间，作为润滑剂发挥作用。各个滑动面3其构成是依靠线圈弹簧8的弹力相互滑动接触。

缓冲橡胶4从壳体2内侧缓冲性地支承座环5，防止浸入微小空间的润滑剂在旋转轴1的旋转中向密封环内周泄漏。若旋转轴1旋转，则套环9旋转，经由线圈弹簧8、衬垫7，从动环6也旋转。

随着旋转发生的摩擦使滑动面3摩损，不过，还能够维持从动环6与座环5压接的状态，保证滑动面3的密接。旋转轴1相对于滑动面3的振动，基于缓冲橡胶4和衬垫7而被缓和，很难传导。

基于以上结构而使机械密封成立，不过通常座环5和从动环6被称为(机械)密封环。

作为在此使用的密封环用构件，主要采用例如碳素材料、超硬合金、碳化硅质陶瓷、氧化铝质陶瓷等，近年来，采用具有高硬度且高耐蚀性、滑动时摩擦系数小、平滑性也优越的碳化硅质陶瓷的套日益增多。

另外，该碳化硅质陶瓷中，以进一步改善滑动特性为目的，在碳化硅质陶瓷的制造工序中使用造孔剂形成气孔的多孔质碳化硅质陶瓷备受关注。

例如，专利文献1中，提出了一种碳化硅质的密封环，作为造孔剂使用乳液聚合的聚苯乙烯颗粒，含有气孔率3～13体积％的平均气孔径10～40μm的独立气孔。

专利文献2中，提出了一种碳化硅质陶瓷的密封环，作为造孔剂采用交联性聚苯乙烯颗粒、交联性异丁烯酸甲酯颗粒、交联性聚乙烯颗粒等，在气孔率2～12体积％的范围内形成平均气孔径50～500μm的独立气孔。

专利文献3中，提出了一种在陶瓷制滑动构件的滑动接触面具有平均气孔径5～30μm的独立的开气孔、同时由多孔质陶瓷形成的陶瓷制滑动装置，该多孔质陶瓷，任选10处所述滑动接触面的实体滑动面积率为40～90％、且所述10处区域的实体滑动面积率的标准偏差值为4～10％，用阿基米德法测定的气孔率为4％以下。

专利文献1：特公平05-69066号公报

专利文献2：美国专利第5395807号公报

专利文献3：专利第3481774号公报

不过，专利文献1、2中提出的密封环，对独立气孔的平均气孔径进行了例示，然而，当如上所述作为造孔剂采用球状的交联性聚苯乙烯颗粒和乳液聚合的聚苯乙烯颗粒时，由于这些造孔剂压缩强度高，从而在加压、成形后发生弹性回复，由此独立气孔成为球状体，也无法控制其孔径的差异。从而，不能获得足够的强度，作为滑动构件使用时存在随着长时间使用而容易产生裂纹的问题。

另外，采用这样的造孔剂的密封环，在成形后的弹簧回复时和脱脂时容易发生以独立气孔为起点的微裂纹，很难获得足够的耐热冲击温度，从而，存在随着长时间使用而在温度上升之际容易产生裂纹的问题。

再有，由于这些造孔剂压缩强度高，从而，独立气孔的平均孔径也容易产生差异，例如当制作在相对于滑动面平行的面内的独立气孔的孔径的累积分布曲线时，75体积％的位置相对于25体积％的位置的比为超过1.9的大值，从而，无法获得强度高的滑动构件用多孔质陶瓷。