JPS6127351B2

JPS6127351B2 -

Info

Publication number: JPS6127351B2
Application number: JP58004962A
Authority: JP
Inventors: Takao Sasaki
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1983-01-14
Filing date: 1983-01-14
Publication date: 1986-06-25
Also published as: JPS59131575A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、耐摩耗性摺動材料に関する。更に詳
しくは、無給油でも高温迄使用可能な耐摩耗性摺
動材料に関する。無給油で高温迄使用可能な摺動材料としては、
従来から黒鉛軸受があり、これがすべり軸受とし
て用いられている。黒鉛軸受は、耐薬品性にすぐ
れかつ自己潤滑性があるため、無給油で高温迄使
用できるものの、気孔率が大きく、そのため機械
的強度に劣るのが大きな欠点となつている。そこで、この機械的強度を補強する意味などか
ら、気孔部に熱硬化性樹脂や比較的低融点の金属
を含浸させることが行われている。しかしなが
ら、含浸物質たる樹脂または金属は、高温高圧下
では膨張、分解、溶融、浸出などがひき起され
る。その結果、樹脂を含浸した場合には、樹脂の
変質、分解があるため、耐熱温度は200℃以下と
なり、また黒鉛と樹脂との熱膨張係数が異なるこ
とが原因となつて、ブリスタリング現象（火ぶく
れ現象）が起る。また、金属を含浸した場合に
は、耐薬品性、耐食性が悪くなり、また摺動特性
も低下し、焼付現象が発生するようになる。更に、青銅系、鉄系の金属母材中に粉末冶金法
によつて黒鉛、二硫化モリブデンなどを均一に分
散させた固体潤滑剤分散型焼結金属軸受なども用
いられており、これは黒鉛軸受に比べ、機械的強
度は改善され、しかも無給油で高温迄使用できる
が、素地が金属であるので、耐薬品性、耐食性に
劣り、かつ高温では耐摩耗性に劣るばかりではな
く、酸化膨張のため軸受内径が収縮し、軸受隙間
に影響を与えるなどの欠点がみられる。この他に、プラスチツク軸受、焼結含油軸受も
用いられているが、これらは材料そのものの耐熱
温度あるいは含浸された潤滑油の寿命などを考慮
した使用限界温度から、フツ素樹脂軸受を除いて
は、約80〜120℃あるいはそれ以下の温度で実際
には使用される。また、フツ素樹脂軸受は、耐熱
温度が約250℃と高いばかりではなく、摩擦係数
が低く、耐薬品性にもすぐれているなどの特性を
有しているが、反面柔かく、クリープし易いとい
う欠点を有している。特に、面圧が大きくなつた
り、高温になる程クリープが大きく、変形、流れ
出しなどの障害が起る。更に、熱膨張係数が10^-5
のオーダーで金属より一桁大きく、このような熱
膨張係数やクリープのため、実用的には200℃以
下で使用されることが多い。本発明は、このような欠点をいずれも示さない
耐摩耗性摺動材料を提供するものであり、ガラス
状炭素材料および固体潤滑剤窒化ホウ素よりなる
本発明の耐摩耗性摺動材料は、無給油のまま大気
中では約450℃迄、また不活性ガス雰囲気中では
約2500℃の高温迄自己潤滑性が保持されている。ガラス状炭素材料は、フラン系樹脂、フエノー
ル系樹脂またはこれらの混合樹脂の硬化成形体を
高温、一般には約1000℃以上の温度の不活性雰囲
気中で焼成して炭化させ、必要に応じてこれを更
に黒鉛化することによつて得られる。また、水
素／炭素原子比（Ｈ／Ｃ）を調整したピツチから
誘導された酸素官能基を有する炭素前駆体物質を
粉末成形後、同様に焼成して炭化し、必要に応じ
てこれを更に黒鉛化することによつて得られる。必要に応じて行われる黒鉛化処理は、一旦焼成
させたものを黒鉛化炉を用いて約2000〜3000℃で
長時間高温処理することによつて行われる。ただ
し、ガラス状炭素材料は難黒鉛化性材料であり、
このような高温熱処理を行なつても、黒鉛化はわ
ずかに進行する程度であるが、この黒鉛化によつ
て、潤滑性に乏しいガラス状炭素材料が金属間接
触を発生させた場合などに、黒鉛構造を発達させ
ることにより、硬度は若干低下するものの、潤滑
性をより良好とさせる。これらのガラス状炭素材料は、黒鉛などと同様
に比重が軽いが、非常に硬質で強度も大きく、耐
薬品性、耐食性にすぐれ、耐熱性も大気中で約
450℃、また不活性ガス雰囲気中で約2500℃と高
く、更に比強度のきわめて高い新炭素材料であ
り、主としてルツボ、ボート、ヒーター、電極な
どの用途に従来から用いられている。かかるガラス状炭素材料に配合される固体潤滑
剤としての窒化ホウ素は、その結晶構造が黒鉛の
それと類似する六角網面の積み重なりを持つた
め、潤滑性の点で非常にすぐれている。しかも、
それの分解温度は約3000℃と高く、従つて空気中
では約700〜900℃、また不活性ガス雰囲気中では
約2800℃迄の高温で使用することができる。窒素ホウ素は、ガラス状炭素材料との配合物中
約５〜50重量％の配合割合で用いられる。これよ
り少ない使用割合では、得られる摺動材料が潤滑
性に欠け、摩擦係数も高く、耐摩耗性にも劣るよ
うになる。一方、これより多い割合で用いられる
と、硬度が低くなり、曲げ強度、圧縮強度などの
機械的強度が不足するばかりではなく、後述する
ように、摺動材料を製造するための硬化あるいは
粉末成形体の製作を困難とする。摺動材料の製造は、ガラス状炭素材料形成材料
と窒化ホウ素との均一配合物を所定形状に成形し
た後、これをガラス状炭素材料形成材料の焼成温
度で炭化させることにより行われる。樹脂の硬化
成形体を用いる場合には、窒化ホウ素との配合物
単独からは厚さ３mm程度の摺動材料しか製造し得
ないので、一般には黒鉛などの炭素材料あるいは
酸素官能基含有炭素前駆体物質の焼成品から形成
される、基材としての成形体上に被覆させた形で
用いられる。この場合、樹脂が炭素材料などの基
材成形体の気孔部に含浸されるので、被膜が成形
体に強固に接着されると同時に、成形体自体の強
度もそれによつて向上する。また、酸素官能基含
有炭素前駆体物質がガラス状炭素材料形成材料と
して用いられる場合には、窒化ホウ素との均一配
合粉末を常温加圧下に任意の厚さで所定形状に粉
末成形した後、焼成、炭化が行われる。なお、こ
のようにして製造される摺動材料は、ガラス状炭
素材料を素地としているため、十分な機械的強度
を有しているが、それを更に向上させるために
は、そこに炭素繊維、黒鉛繊維などを配合し、カ
ーボン−カーボン複合材料とすることもできる。本発明に係る摺動材料は、非常に硬質で強度が
大きく、しかも耐熱性のあるガラス状炭素材料を
素地材料とし、これに固体潤滑剤としての窒化ホ
ウ素を含有せしめているため、耐摩耗性にすぐ
れ、大気中では約450℃、また不活性ガス雰囲気
中では約2500℃の高温迄潤滑性を保持している。
更に、耐薬品性、耐食性にすぐれ、高温迄化学的
にも安定であるので、従来の金属含浸黒鉛軸受や
黒鉛分散型焼結金属軸受にみられた耐薬品性、耐
食性に劣るという欠点あるいは酸化膨張などとい
う現象は、いずれも存在しない。また、高温で
も、フツ素樹脂軸受にみられるようなクリープし
易いという現象もなく、熱膨張係数も鉄より若干
低い程度であり、軸受隙間のコントロールなども
容易である。次に、実施例について本発明を説明する。実施例１ピツチから誘導された酸素官能基含有炭素前駆
体物質（粒径10μ以下）80重量部および窒化ホウ
素（粒径５μ以下）20重量部の均一配合粉末を、
常温下に成形圧力3000Kg/cm²で、直径60mm、厚さ
10mmの円板状に粉末成形し、不活性雰囲気中30
℃/hrの昇温速度で1000℃迄昇温させ、炭素前駆
体物質の炭化を行なつた。比較例１実施例１において、窒化ホウ素を用いずに円板
体の粉末成形およびそれの炭化を行なつた。実施例１および比較例１で焼成された円板体
（表面粗さ3S）の諸特性値を測定し、その結果を
次の表１に示した。

【表】また、これらの焼成円板体を試験片に用い、鈴
木式摩擦摩耗試験機（スラストタイプ試験機）を
用いて、摩擦摩耗特性を調べた。摩擦摩耗試験
は、この試験片の上に、内径20mm、外径25.6mmの
円柱状相手材（S45C浸炭焼入、、硬度Ｈ_RC51〜
54、表面粗さ1S、摺動面積２cm³）を固定させる
ようにして載せ、下記条件下で試験片の方を回転
させることにより行われた。給油：なし回転速度：40ｍ／分一定（回転数：559rpm）面圧：0.5、3.0、5.5、8.0Kg/cm²（累積負荷）運転時間：各面圧に８時間保持（合計32時間）雰囲気温度：常温更に比較のために、いずれも表面粗さが3Sの
黒鉛分散型青銅系焼結金属軸受材料（比較例
２）、炭素繊維充填フツ素樹脂材料（比較例３）
および黒鉛材料（比較例４）についても、同様に
摩擦摩耗特性を調べた。累積負荷（およびそれの換算PV値）に対する
摩擦係数および上昇温度の値は、いずれも第１図
のグラフに示される。また、32時間運転終了時に
おける各試験片およびそれらの相手材の摩耗量を
測定した結果は、次の表２に示される。

【表】第１図および表２の結果から、本発明に係る摺
動材料は、常温において炭素繊維充填フツ素樹脂
材料よりも摩擦係数、上昇温度共低く、また摩耗
量も少ないので、摺動材料として十分に使用でき
ることが分る。実施例２液状のフラン系樹脂70重量部中に窒化ホウ素
（粒径５μ以下）30重量部を均一に分散させ、こ
の分散液を比較例１の円板状粉末成形体の表面に
数回刷毛で塗布し、そのたび毎に硬化をくり返
し、そこに被膜を形成させた。そして、被膜面を
平面を出すために研磨し、不活性ガス雰囲気中、
10℃/hrの昇温速度で1500℃迄昇温し、焼成、炭
化を行なつた。円板体の表面に、約１mmの厚さの被膜が形成さ
れ、それは30重量％の窒化ホウ素を含有する、非
常に硬質のガラス状炭素材料から形成されてい
た。これを、高周波加熱装置付きの鈴木式摩擦摩
耗試験機（スラストタイプ試験機）で300℃に加
熱して、摩擦摩耗試験を行なつた。試験条件は、
回転速度を５ｍ／分、面圧を８Kg/cm²、運転時間
を100時間と変更した以外は、実施例１の場合と
同じである。なお、前記各比較例の材料について
も、同様の試験が行われた。摩耗量については第２図のグラフに、また100
時間運転終了直前における各試験片の摩擦係数は
次の表３に、それぞれ示される。

【表】第２図および表３の結果から、300℃という高
温条件下においても、本発明に係る摺動材料は、
他の材料よりも摩耗量が大幅に少なく、かつ摩擦
係数も小さく安定していることが分る。また、摩
擦摩耗試験後の摺動面を観察すると、他の材料は
摺動痕が明瞭に刻まれ、凹凸が激しくなつていた
が、本発明の摺動材料はその摺動面が滑らかであ
り、良好な摩擦状態が摺動時に維持されていたこ
とを裏付けている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、摩擦摩耗試験における累積負荷（お
よびそれの換算PV値）に対する摩擦係数および
上昇温度の値を示したグラフである。また、第２
図は、摩擦摩耗試験における運転時間に対する摩
耗量の値を示したグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１ガラス状炭素材料約95〜50重量％および固体
潤滑剤窒化ホウ素約５〜50重量％よりなり、すべ
り軸受として成形されあるいはすべり軸受の摺動
面として軸受基材に被覆される耐摩耗性摺動材
料。