JPS5934020A - 組合せ摺動部材 - 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】 本発明は液体中にて用いられ特に摺動面ｔこ摺動面の減
摩剤を用いることができない摺動部材、或は乾燥雰囲気
中で用いられる摺動部材に関する。

清水、油等を取扱うポンプでは軸受側にカーボン、銅系
焼結材料などが使われており、清水中では又ゴム軸受が
使われているが、スラリーの混入した場合摩耗が大きく
使用出来ない。また、海水などの腐食性液を取扱うポン
プでは焼付きのない様に摺動部の隙間？大きくしてステ
ンレス鋼、ＢＣ＃を使っているのが実状である（これに
よって、漏れ量が多くなり、ポンプ効率が下がる欠点を
有する）。

このほか最近、＃底のマンガン団塊の採取が注目されて
いるが、この場合スラリーが混入した腐食性海水と取扱
うことからケーシングリング、インペラリングの摺動部
のほかに軸シール部の材料組合わせが最大の問題となっ
ている。

スラリーは５ｉｎ２からなり最大粒径がθ／關以下であ
り、軸受隙間ト厘径でＱ、　３　ｎｕｎとすると殆んど
のスラリーは軸受隙間に入ってしまう。この軸シール部
は出来る限り摺動部のクリアランスを少なくし、また、
この部分で荷重もささえられる軸受としての働きが必要
である。このようなシール部に適する耐食、耐皐耗、耐
焼付性の有する材料組合わせは現在のところ全くないの
が実状である。更に一般的には竪軸ポンプ、斜軸ポンプ
尋では起動待摺動面が乾燥しているため注液して起動し
なければならない。その他ポンプによっては短時間にポ
ンプ封水のための摺動面及び軸受がドライに近い状態と
なることがあるのでドライ状態で使用できることが望ま
れる。

本発明は乾燥した条件下及び清水、海水等に浸漬された
条件下にある摺動部材、例えばポンプ内ライナリング、
軸封部材特に竪軸ポンプ、斜軸ポンプ或は一時的に乾燥
した条件で使用されるポンプの軸受に適する摺動部材と
提供することを目的とする。

本発明は二つの摺動部材の一方にカーボン又はカーボン
ファイバと混入したＯｕ又はＮｉをベースとした耐食耐
摩耗材を、他方に８１　！ｔ　Ｎ４のセラミック材を用
いたものである。

海水中に用いられる摺動部材に適する材料としては摩擦
係数の小さいこと、耐摩耗性力；良好なこと、スラリー
が混入しても焼付がないこと、また電位差腐食、隙間腐
食に耐えることなどがある。発明者らは第１図に示す試
験装置を用い、従来の組合わせ摺動部材と比較した。

第１図は摺動試験装置の縦断面図である。図において油
圧モータ／によりトルクメーターを介して軸３が回され
、軸３端にはスリーブ状の試験片Ｓが嵌入固定され、試
験片ｊに摺動するようＰこ成人するリング状試験片６が
軸受ハウスフに嵌入１７ており、図示矢印１０方向より
加わるラジアル荷重はロードセルｇｆ介してロッドゾ端
を通じて軸受ハウス７の保持部材／／に伝えられる。軸
受ハウスフには図示矢印ｌコより液体の送入されるホー
ス１３が配されている。

ｌりは軸３の回転数を知る回転計である。

リング状試験片（直径６０ミリメートル、幅／θミリメ
ートル）Ａｔ−支持する側の軸受ハウス７、ロードセル
ざ、ロンド？、軸受ハウス保持部材／ｌ、ホース７３等
は試験槽／ｊに支持され、試験槽／Ｊは上下送り装置／
６の上下動可能なロンド／７により支持されている。従
ってリング状試験片６は上下動し、スリーブ状試験片ｊ
が回転し、それらの軸受隙間に液体を送り込める如くな
っている。

本発明は互に摺動する摺動部材の一方はセラミックＳｉ
、Ｎ、のセラミック？用い、このセラミックの摺動部材
に摺擦する摺動部材は （ａ）　　銅、ニッケル等をベース金属として分散させ
るカーボンＣの混入率５〜コθ体積襲の複合材料（以下
金属基カー１ボン含有複合材料Ａと称、す・る） （ｂ）　　もしくは銅、ニッケル等とベース金属として
分散させるカーボッフッ４フフ０〜６０体積チの複合材
料（以下金属基カーボン含有複合材料Ｂと称する）であ
る。

尚１本発明でいう体積チとは金属基カーボン含有複合材
料Ａ、Ｂの断面にしめるカーボンの面積の割合？もって
大々５〜−〇％、グＯ〜６θ係と表わしｋものである。

セラミックＳｉ３Ｎ４は常圧焼結晶ホットプレス品どち
らでも可である。前者は常圧成形したセラミック５ｔ３
Ｎ４（一部助剤としてＭ　ｇＯ、Ｙ、　Ｏ。

その他を混入添加）　ｔ−／７３０　Ｃ，Ｎ２雰囲気中
で焼結したもので気孔率は２％以下としたものである。

後者のホットプレス品はセラミックＳｉ、Ｎ。

に常圧焼結晶と同様の助剤を添加しｔｑｊｏ　ｃの温度
で３θＯｋｇｆｌｏｆの圧力の下で焼結したもので、密
度も、２％以下のものである。

金属基カーボン含有複合材料Ａは約１０Ａｍの黒鉛粒を
５−ツθ体積チ含まれるようにＯｕ、Ｎｉ。

及びＭｏ等の合金粉末を圧縮成形し、約／２００Ｃの温
度で一定加圧のもとで焼結することによって、固体潤滑
剤の黒鉛と均一に分散させた焼結複合材料であり、金属
基カーボン含有複合材料Ｂはカーボンファイバー混入複
合材料、例えばボリアクリロンニトリルを炭素化して直
径約６μ？ｎ位の連続状の炭素繊維となし、これにチタ
ン又は銅の電気メッキを施した後、長さｓ１ｍ以下にカ
ットしてチョツプドファイバーとなし、次いで前記チョ
ツプドファイバーが６〜６０体積優含まれるようｅこ、
銅又はＮｉ粉末とホットプレスを行ない焼結化すること
により製造されるものである。

上述に用いられる材料のシリコンの窒化物５ｉｓＮ４は
常圧焼結晶、ホットプレス品どちらも後述されるように
同様の好結果を示す。

第２図は組合せ摺動部材の面圧ｋｌｌｆ／Ｃｄｔを横軸
にとり、縦軸に摩擦係数きとった線図であって軸受はセ
ラミックＳ量、Ｎ、２材料とする軸受に軸材料として各
種材料を組合せ実験したもので何れも清水中におけるす
べり摩擦であって摺動速度は２．　ｊｍ１５である。

図において分るようにセラミックＳｉ、Ｎ、ｖｓＳｉ、
Ｎ４の組合せは極めて高い摩擦係数を示し、軸受面圧の
増加につれて増加し飽和する。セラミック８ｉ、Ｎ、ｖ
ｓステンレス鋼ＳＵＳ、７　ｌｂの組合せでは図のよう
に摩擦係数は大きく、大略セラミックＳｉ３　Ｎ４ｖｓ
　Ｓｉ、　Ｎ４に倣うが面圧が１０〜／コｋｆｆ／ａｌ
ｔの間で急に摩擦係数が増大する。又レイプス相金属の
トリバロイ（商品名）　Ｔｙｏθでは更に低い摩耗係数
を示す。以上のように硬質材料とセラミック８ｉ、Ｎ４
との組合せ摺動は摩擦係数が大きい。工具鋼ＳＫ、２と
セラミックＳｉ、Ｎ４の組合せ摺動部材では硬質材料の
組合せ乍ら比較的低い０／／〜０．　／　ｊＳの摩擦係
数？示し、血圧がλ〜ｌコｋｔｆ／ＣＩＡの間次第ｔこ
摩擦係数が増加する。

以上の硬質材料の組合せ（金属ｖｓセラミックが３組、
セラミックＶＳセラミック／組）はトリバロイＴ７０θ
における面圧、２〜６ｋｆｆ　／Ｃノｄでの摩擦係数の
面圧の増大に反比例する増加があるけれども、全体とし
ては面圧の増加につれて摩擦係数は増加する。

砲金Ｂｏ６とセラミック８ｉ、Ｎ、の組合せは硬質金属
とセラミックＳｉ、Ｎ、との組合せよりも低い摩擦係数
？示し、面圧が一〜／　、２　ｋｙｆ／ｃｔｌ　ｔこお
いて摩擦係数は漸減する。摺動部材として砲金Ｂｏｂは
広い範囲において相手金属％に硬質金属との間において
摩擦係数が低く、面圧が比較的高くとれ、潤滑材があれ
ば′焼付が生じ難い等の特質があり賞月される処である
が、図のように非金属との摺動においても実用上必要と
される面圧下において優れた摩擦性能と有する。

発明者らが提案するＯｕ、Ｎｉ等の金属基カーボン含有
もしくはカーボンファイノζ−を含有する複合材料では
砲金ＢＯｇより更に低いほぼ半減したθ０２〜θ０５の
摩擦係数を示す。図に示すように金属基カーボン含有複
合材料Ａ、Ｂは面圧の変化にか−わらずほぼ一定の摩擦
係数を示し、金属基カーボン含有複合材料Ａは面圧の増
加につれて摩擦係数はわずかに漸減し、金属基カーボン
含有複合材料Ｂは面圧の増加につれて摩擦係数はわずか
に低下し、大略／／ｋｙｆ／ａ／ｌにて金属基カーボン
含有複合材料Ａ、Ｂの摩擦係数の変化曲線は交叉する。

以上のとおり、本発明のセラミックＳｉ３Ｎ、と金属基
カーボン複合材ＨＡ又はＢの組合せ摺動部材は清水中に
ふ・いて低摩擦係数である。

次に乾燥芽囲気即ちドライで運転した場合に従来水中軸
受で用いられるゴム軸受とステンレス銅５ＵＳ３１乙の
組合せと本願発明のセラミツク５ｉＢＮ４ｖｓ金属基カ
ーボン含有複合材料Ａについての実験についてのべる。

第３図は横軸に運転時間（分）、縦軸に摩擦係数？とり
摺動速度ユ５ｙｎ１５、面圧はゴム軸受ｖｓステンレス
鋼ＳＵ８．ｙｉｂについては０７り（四角形記号で示す
符号コ／）、ユＡ（逆三角形の記号ｋｐわす符号、２．
２）、、７．７（丸の記号を衣わす符号−２３）　’ｙ
ｆＡｎｄｋとつＣいる。そしてセラミックＳ　ｉ、　Ｎ
４’ｖｓ金國基力−ボン含有抜合イ、１岑・ｌＮは面圧
／　／ｑ　ｋｇｆ／ｃｌ　（正立三角形の記号で示す符
合２ダ）′ｔとっている。ステンレス鋼５（ＩＳ３／ｌ
、　ｖｓゴム軸受の場合は面圧をθ７４ｔ　ｋｙ　ｆ、
／ｃｒｌと極めて低くしても符号コ／に示すように約７
３分の運転時間でθ／３であった摩擦係数は急上昇し焼
付を表す。同部材で血圧２．２６ｋｆｆ／　ｃｄとする
と符号ココで示すようｔ−約３Ｑ秒の運転時間で摩擦係
数は急上昇と示し焼付と表わす。史にｉｉ″Ｉ〕圧が３
、ｑｋｆｆ／ｄｉとなると符号、２、？に示すようＦこ
約１０秒の運転時間で摩擦係数は急上昇し焼付状態を表
わす。

以上に対して本発明のセラミンクＳ　Ｌ３Ｎ４ｖｓ金属
基カーボン含有複合材料Ａはドライ運転においても摩擦
係数は清水中の実験時とほぼ一致するし、００３と低い
値を示す。そして３０分運転するも焼付を生じない。

尚砲金とセラミックの組合せのドライ運転は焼付を起す
ことは明かなので試験をしていない。

又、第１図に示す本発明品以外の上述の組合せ摺動部材
についても同じく明かなので試験を行っていない。

以上のべた組合せ摺動部材は何れも耐食性はすぐれてお
り、特に海水中においてはセラミックＳｉ８Ｎ４はすぐ
れる。一方金属基複合材料Ａ。

Ｂ共にＯｕ、　Ｎｉ　＃をベースとしてカーボン粒もし
くはカーボンせんいと介在させて金属基金適当に選べば
耐食性にすぐれる。

本発明の組合せ摺動部材は （１）　　例えば取扱液以外に潤滑液と用いることがで
きないポンプにおいてケーシングとインペラリングへ適
用することによりＰＪＴ要面圧が得られ摩擦係数の少な
い封水手段或は軸受を得ることができる。

（２）　　ケーシング、インペラとの接触腐食が生ずる
ことがなく、ポンプ運転停止時の摺動部間における隙間
昼食を防止することができる。

（３）摩擦係数が小さいから動力の軽減省エネとなる。

（４）　　ドライの状態でも焼付が生じないから、ポン
プが落水している状態で運転してもポンプにおける摺動
部分子ｃ損傷することがない。

従って竪軸ポンプ、斜軸ポンプの軸受に適し、又一般に
ポンプに用いるときは落水時にポンプ摺動面に生ずる損
傷が生じない。

（５）広く、水潤滑、乾式の摺動部材として用いること
ができ応用範囲？広くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転摩擦試験機の縦断面図、第一図、第３図は
夫々が本発明に係わる組合せ摺動部材の摩擦特性を示す
線図である。 ｊ・・・スリーブ状試験片　６・・・リング状試験片。 第２図 ｍ　５−（ＫＩＦ／ｃｒｎ２） 手続補正書（自発） 昭和５ｇ年り月７３日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 ｌ事件の表示 昭和５７年特許願第１／１６７ダ号 ３発明の名称 組合せ摺動部材 ユ補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所東京都大田区羽田旭町ｌ１番／号 召代　理　人　〒λタク　電　θ４ｔ５−５２ノ−クク
ざざ明細書の発明の詳細な説明のＭ１間 明細書第、２頁上り行目よりＳ行目「このほか最近、・
・・・・・・・・この場合」をＡＩＪ除する〇明細書第
２頁上ｇ行目「スラリーが」の前に「例えば」を加入す
る。 明細書第２頁上り行目「ことがら」を削除し「場合、」
を加入する■ 明細書第−頁上／−行目「スラリーは」の前に「スラリ
ーの種類によってはコを加入する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｌ　二つ部材が接触？して摺動するものにおいて、該二
   つの部材の内一つの部材はセラミンｌｓｉ、Ｎ４であり
   、該二つの部材の内の他の部材はＯｕもしくはＮ１等の
   金属をペースとしカーボン粒５〜２０体積襲？混入又は
   ＣｕもしくはＮ１等の金属をベースとしカーボンファイ
   バーｌｌＯ〜６θ体積ｔ１６ｆ！：混入した組合せ摺動
   部材。