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複合・新機能材料

高温無冷却向けメカニカルシール用部材の開発

岐阜県

美濃窯業株式会社

2021年2月19日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 潤滑性、耐久性に優れたメカニカルシール用部材の開発
基盤技術分野 複合・新機能材料
対象となる産業分野 自動車、産業機械、食品、工作機械、化学品製造
産業分野でのニーズ対応 高機能化(新たな機能の付与・追加)、高性能化(既存機能の性能向上)、高性能化(耐久性向上)、高性能化(信頼性・安全性向上)、高効率化(同じ生産量に対するリソースの削減)、高効率化(使用機器削減)、環境配慮
キーワード 冷却装置不要化、高寿命化、耐アブレッシブ性、高温非水冷、メカニカルシール
事業化状況 実用化に成功し事業化に向けて取り組み中
事業実施年度 平成29年度~令和1年度

プロジェクトの詳細

事業概要

メカニカルシールは回転機械の軸封装置の1つであり、過酷な用途では、摺動面に表面コーティングや表面テクスチャリングなどが施されている。しかし、高性能化された表面が剥がれると大幅に特性が低下するため、部材自体の高性能化がユーザーサイドから強く望まれている。これまでに炭化ホウ素-炭化ケイ素複合材料は長期使用しても潤滑性が維持されることを見出し、本材料のメカニカルシール用部材への実用化へ向け開発を行う。

メカニカルシールの外観写真(左)回転リング(右)固定リング
開発した技術のポイント

・B4C-SiC複合材をメカニカルシール部材に適用したことで、高硬度、高摺動特性が付与された。
・高温下においても無冷却運転実現の可能性が考えられ、省資源、省エネ寄与が期待できる。

具体的な成果

・材料開発
-抗折強度611MPa、ビッカース硬度2700Hvの開発材を得て目標達成
-開発材の摺動特性は無潤滑下摩擦係数0.29、無潤滑下比摩耗量4.5×10-6mm3/N-m、水潤滑下摩擦係数0.15で目標を達成
・実形状化
-ニアネットシェイプ成形技術を検討し実形状化を達成
・実機評価
-温度140℃、圧力0.6MPa、周速6m/s、無冷却下で100h連続運転を達成
-シール部からの漏れは認められず良好なシール性を示した
-従来材料と比較して摩耗量が60%低減

目標値、SiC代表値及び開発材代表値のレーダーチャート
知財出願や広報活動等の状況

・特許出願  名称:複合セラミックス部材及びその製造方法  出願番号:特願2018-046128
・特許出願  名称:摺動部材及びその製造方法  出願番号:特願2018-156875
・公益社団法人日本セラミックス協会 第31回(2018年)秋季シンポジウム(名古屋)にて発表

研究開発成果の利用シーン

過酷な環境下でかつメンテナンスフリーが要求されるポンプ軸等のシール要素など。
①高温無冷却での使用
②スラリー環境下の高周速・高圧力領域での使用

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

耐久性を実証し、事業化する予定。

提携可能な製品・サービス内容

素材・部品製造、製品製造、試験・分析・評価、共同研究・共同開発

製品・サービスのPRポイント

従来材料と開発材を比較評価した結果、従来材料に比べ摩耗痕の表面状態と摩耗量(従来材料と比較し60%減)で優位な結果がでている。また、従来材料は運転中の漏れの痕跡があったのに対し、開発材は漏れがなく、無冷却で使用できる可能性が示唆されている。
冷却装置が不要となることから、省エネ・省資源化につながる。

今後の実用化・事業化の見通し

社内における実機評価にて耐久性を実証し、サンプル提供の実績があるメーカーA社への令和3年度の採用を目指す予定である。A社での採用・実績後に他社(国内主要メーカー:5社)への展開を図る計画である。

実用化・事業化にあたっての課題

長時間での耐久性の実証

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 美濃窯業株式会社
事業管理機関 公益財団法人中部科学技術センター
研究等実施機関 国立大学法人名古屋大学
国立研究開発法人産業技術総合研究所

サポイン事業者 企業情報

企業名 美濃窯業株式会社(法人番号:5200001021920)
事業内容 「耐火物および耐火材料の製造販売」「工業窯炉および付帯品の設計・製作・施工・販売」「熱処理・自動化プラントの設計・建設」「建築材料および舗装用材の製造・施工・販売」「工業用セラミックス製品の製造販売」
社員数 258 名
本社所在地 〒509-6121 岐阜県瑞浪市寺河戸町719番地
ホームページ http://www.mino-ceramic.co.jp/
連絡先窓口 美濃窯業株式会社 技術研究所 所長代理 吉見 靖隆
メールアドレス yoshimi@mino-ceramic.co.jp
電話番号 0569-28-2019