JPS5984991A - 無潤滑摺動用材料 - 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、無潤滑下で使用される摺動用材料−に関する
ものであり、室温から高温に至る広い温度域において優
れた低摩擦性を示す摺動用材料を提供する１、のである
。

エンジンのシリンダーライナー、コンプレツサーのシリ
ンダーライナーなどの材料としては、高温、無潤滑下で
摺動可能でありかつ摩擦係数の低い材料が望まれる。こ
のような特性が要求される部位の材料選定上の問題及び
従来使用されている材料の問題点等について、−例とし
て高温無潤滑用エンジンシリンダーライナーへの検討を
主体に、以下に説明する。

エンジンのエネルギー効率向上は、現在及び将来にわた
って大きな技術課題で））す、エネルギー効率向上（燃
費率向上）を目指して、国内外で精力的な研究が行なわ
れている。エネルギー効率の向上を達成するためには、
現在、冷却熱として奪われている熱エネルギ・−を、機
関へ有効なエネルギーとし゛〔転換することが必殻であ
り、このためには、エンジンの燃焼部分の断熱化を行な
うことが最も有効な手段と考えられている。しかし、こ
の断熱化を行なう場合には、シリンダーライナーとピス
トンリング部が高温下に曝されるために、潤滑油が使用
できない状態となる。すなわち、現状においてシリンダ
ーライナー、ピストンリング間の潤滑油として用いられ
ているエンジンオイルの使用限界温度は、最も耐熱性の
高いオイルにおいても３００℃までである。これに対し
、断熱化を行なうと、シリンダーライナー、ピストンリ
ング間の穀筒温度は６００℃位に達するため、４１′Ｊ
滑油の使用は不可能である。それ故に、高温、無潤滑状
態で摺動可能な材料の開発が求められている。また、こ
の場合、シリンダーライナー、ピストンリング間の摩擦
力が増大することは、エンジンの摩擦ロスを増加させる
ので避けなければならない。

それ故に、高温、無潤滑下にお℃・て、前記したように
摺動可能である他に、低い摩擦係数を示す材料の開発が
求められている。

このような条件下での使用が考えられる一般的な材料と
しては、ＳｉＣ、８ｉ３Ｎ４などのセラミックス材料、
黒鉛、ＢＨなどの無機質材料及びＣａＦ２．　Ｍｏ５ａ
などの固体潤滑材との複合材料、ポリテトラフルオロエ
チレン（ＦＴＦＢ）、ポリイミド系の有機材料が考えら
れる。しかし、これらの材料はいずれも、低摩擦性及び
耐熱性のいずれかもしくは両方を満足することができな
かった。

一般に考えられる材料の中では、炭素−炭素繊維複合材
料（以下、Ｃ−Ｃ複合材料と称す）が最も高温、無潤滑
下での摺動に適していたが、ある。

その一つは、耐荷重性の低さである。摺動材料として用
いる場合には、浩然に何等かの負荷を受けながらの動作
を行なうものであり、特にエンジンシリンダー、ピスト
ンリング用材料としては、シリンダー内圧を受けながら
摺動することが必要となる。この内圧はＩ　ｔｏ　Ｒｙ
　／　ｃｒｌ〜１４０Ｋｒ　／　ｃａであり、これだけ
の耐荷重性は要求される。これに対し、Ｃ−Ｃ複合材料
は６５　Ｋｇ　／　ａｒｔから摩擦係数が上昇を始め、
ｌ　１０　Ｋｆ　／　ｃａにおいては急激な立上りを見
せ、表面が破壊の様子を呈している（第３図曲線Ｂ参照
）。

もう一つの問題点は、高面圧側での摩擦係数の高さであ
る。実際、エンジンにおいては、上死点付近にて最も大
きな内圧が発生し、高面圧となるため、しばしばこの点
での焼付きが問題となる。この焼付き（スカッフィング
）は、摩擦係数が低い領域では生じないが、第３図曲線
Ｂに示されるように、高面圧側で摩擦係数が０．１を超
えており、この場合にはスカッフィングの危険性が考え
られる。

従って、本発明の目的は、室温から高温に至る広い温度
域において、特に高温域において、無潤滑下での摺動に
適し、耐熱性、耐荷重性等に優れた低摩擦性の材料を提
供することにある。

本発明者らの研究によれば、特定の組成範囲の炭素繊維
、黒鉛、ＴｉＯ２及びフェノール樹脂からなる組成物の
高温焼成物が、高温、無潤滑下での摺動にｊ；つても、
高面圧側での摩擦係数の増大が見られず、高面圧下でも
材料表面は破損せず、高い耐面圧性と安定した低い摩擦
係数を示すことを見い出し、本発明を完成するに至った
ものである。

すなわち、本発明に係る無潤滑摺動用材料は、炭素繊維
２〜３０ｆｉ量係、黒鉛１５〜５０重量％、　ＴｉＯ２
３〜３０重量係、残部フェノール樹脂からなる組成物の
高温焼成物である。

ここで、高温焼成物とは、上記組成物を所望の材料形状
に成形し、これに必要に応じて熱処理を行なった後、高
温で焼成したものである。

上記材料中、炭素繊維は、２重量％未満では耐摩耗性に
寄与する効果が少なく、一方、３０重量係を超えると核
材料の摩擦係数の増大をきたすので、２〜３０重量％の
範囲内で添加する。

黒鉛は無機質増量材として添加するものであるが、低摩
擦特性をも助長しており、１５重列多未満ではこの効果
が少なく、一方、５０重量係を超えると成形性を阻害す
るので好ましくない。

ＴｌＯ２は低摩擦特性の向上と強度の増大に効いている
と考えられるが、３重ｔ　１未満では両特性の向上効果
が小さく、一方、３０　Ｍｌ：ｔ’　％を超えると、黒
鉛の場合と同様に成形が困ｔ１１．どなるので、３〜３
０重量％の範囲で添加する。

フェノール樹脂は、上記組成範囲の残部であり、高温焼
成において炭化される。

以上のように、本発明に係る無潤滑摺動用材料は、特定
の組成範囲の炭素繊維、黒鉛、Ｔ　ｉ　０２及びフェノ
ール樹脂からなる組成物の活温焼成物であるため、成形
性や耐熱性に優れると共に、高温、無潤滑下での摺動に
よっても、高い耐面圧性と安定した低い摩擦係数を示す
。また、黒鉛材とは異なり、第３図曲線Ａに示されるよ
うに高面圧側で摩擦係数の増大は見られず、また材料表
面の破損も見られない。このような特性ヲ有スる本発明
の材料は、エンジンのシリンダーライナー、コンプレッ
サーのシリンダーライナーなど、高温下の無潤滑状態で
の摺動が望まれる箇所で特に優れた特性を発揮する。

次に、実施例を示して本発明の摺動用材料の特性、効果
について具体的に説明する。

実施例 炭素繊維　　　　３重量％ 黒鉛　　　　　４７重量％ ＴｉＯ２５重量％ フェノール樹脂　４５重量％ 上記の組成物を成形し、熱処理を行なった後、無酸化雰
囲気中にて温度１０００℃で２４時間焼成を行ない、フ
ェノール樹脂質を炭化させ、本発明の材料を製造した。

得られた材料の組織写真を第１図及び第２図に示す。第
１図は電子顕微鏡写真による組織写Ｘ（ＳＥ像）、第２
図は同じ部分（領域）でＴｉを分析したＴＩＫα像（Ｘ
線波長にα）である（いずれも１０００倍）６第１図及
び第２図から、粒状の炭素繊維のまわりに′Ｊ″ｉ（白
く見える）が微細に均一分散しているのが解る。

摺動試験 前記実施例で得られた材料について、初動速度；　０．
４８　ｍ　／　ｓｅｃ　、雰囲気温度；３００℃、相手
リング；、８１ＶＦ溶射材、潤滑油なしの条件で摺動テ
ストを行なった。その結果を第３図の曲ＭＡに示す。対
照のために、同一条件下（３００℃、無潤滑下）におけ
る黒鉛材（フォルステライト入りＣ−Ｃ複合材）につい
ての結果も曲線Ｂで示す。

第３図から明らかなように、本発明の材料の場合、中、
高面圧側におしする摩擦係数は０．０５を超えることが
なく、面圧ｌ　３３　Ｋ９　／　ａＪ下でも該材料表面
は破損することなく、清澄な摺動面を保っていた。一方
、黒鉛材は非常に高い摩擦係数を示し、特に高面圧側で
摩擦係数は増大している。従って、本発明の材料の前記
特性が単なる黒鉛の潤滑性によるものでないことは明ら
かである。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で得られた本発明の摺動用材料の電子顕
微鏡写真による組織写真（Ｓ　Ｅ像）であり、（倍率Ｘ
１００Ｏ）、第２図は第１図と同じ領域でＴｉを分析し
たＴｉＫα　像であり（倍率Ｘ１００Ｏ）、第３図は本
発明による摺動用材料（曲線Ａ）と黒鉛材（曲線Ｂ）に
ついての摺動試験の結果を示すグラフである。 出願人　株式会社　小松製作所 代理人　　弁理士　米　原　正　章 弁理士　浜　本　　　忠　　− −６４： 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素繊維２〜３０重量％、熟鉛１５〜５０重預チ、Ｔｉ
   ０２３〜３０重量係、残部フェノール樹脂から１Ｚる組
   成物の高温焼成物である無潤滑摺動用材料。