JPS6237517A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、比較的高い圧力で互いに密着させた状態で、
始動会停止が繰り返えされながら摺接し合う摺動部材に
関し、特にその摺動部材のいずれか少なくとも一方のＷ
１接部分が開放気孔を有するセラミックス質多孔質体に
よって形成されてなる摺動部材に関するものである。

（従来の技＃ｉ） セラミックスは、一般に高い強度を有して＃摩耗性、耐
酸化性、耐食性に優れ、良好な熱伝導率、低い熱膨張率
等の化学的および物理的に優れた諸特性を有するもので
あり、メカニカルシールや軸受けなどの耐摩耗性附動部
材又は耐食性の要求されるポンプ部品等の耐久材料とし
て広く使用されている。

ところで、このような優れた性質を有しているセラミッ
クスではあるが、常に互いに摺接する摺動部材として用
いる場合には、次のような欠点がある。すなわち、セラ
ミックスが耐摩耗性に優れしかも高強度を備えるべく高
密度に焼結されていることから、これによって摺動部材
を製造した場合１両者が密着してしまい摺動抵抗が大き
くなるという欠点がある。

このため、例えば、メカニカルシールや軸受けなどの一
対の部材の両者を相対的に回転させようとすると、その
始動時において相当大きなトルクを掛けなければならな
いといった欠点を有している。またバルブの固定弁体と
移動弁体のように、比較的高い圧力で丁いに密着された
状態で始動φ停止が繰り返えされながら摺接し合う摺動
部材にあっては、静摩擦抵抗が動摩擦抵抗に比して相当
大きなものとなり、これらの固定弁体と移動弁体とが相
対的に始動・停止を繰り返す場合に所謂ギクシャク運動
をすることになる。このギクシャク運動が発生するよう
になると、相当大きなトルクが必要になるだけでなく、
異音を発生する原因ともなる。

特に、摺動部材として相対的に始動・停止Ｆを繰り返す
ような条件で使用される１例えば／ヘルプ、あるいはメ
カニカルシールを考えた場合、次のような種々な要望が
ある。

■一対の部材が常に摺接し、かつ相当大きなシール圧が
要求されるような状態であっても、始動時の摩擦抵抗が
小さいこと。

■始動時のｆ！ｌ擦抵抗抵抗さいことが長期間維持でき
ること。

■各部材のメンテナンスが簡単で、出来れば全く不要で
あること。

■当然のことながら、各部材間の密着性が変化せず、長
期の使用によっても流体の漏れがないこと。

■各部材の製造が簡単であること。

以上のことを解決するために１本発明の発明者等は例え
ば特願昭６０−８５０９６号において。

「バルブ本体内に固定的に収納されて流体の通路を形成
した固定弁体と、前記バルブ本体の操作レバーによって
前記固定弁体に接触した状ｊｇで相対移動されることに
より前記固定弁体の通路の連通または遮断を行なうよう
にした移動弁体とを備えたバルブにおいて、前記固定弁
体または移動弁体の少なくともいずれか一方の摺接面部
分を、三次元網目構造の開放気孔を有するセラミックス
買焼結体によって形成するとともに、前記開放気孔中に
樹脂を充填したことを特徴とするセラミックス質複合体
からなる弁体を備えたバルブ」を既に提案した。

ところで、その後、この発明について種々検討した結果
、特に、摺動部材として相対的に始動・停止を繰り返す
ような条件で使用される、例えば上記のバルブ、あるい
はメカニカルシール等の摺動部材を考えた場合、互いに
摺接する摺接部分の面粗度が重要なポイントになること
を知見した。

また、上述したように、セラミックスそれ自体は高い硬
度を有しかつ耐摩耗性に優れてはいるものの、一般に自
己潤滑性に乏しいものであり、これを解決してバルブの
弁体等に適用できる摺動部材としては未だ十分なものが
提案されていなかったのである。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は以上のような実状に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは高い圧力で互いに密着せしめられ
た状態で、しかも比較的頻繁に始動・停止が繰り返えさ
れながら摺接し合う摺動部材として適し、始動・停止が
鰻り返えされて使用される場合であっても、始動・停止
間の相互移行が円滑に行なわれてその操作に要するトル
クが小さくて済むような汎用性の高い摺動部材を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために本発明が採った手段は、 互いに密着した状態で摺接し合う摺動部材であって、こ
れらの摺動部材のいずれか少なくとも一方の摺接部分が
、開放気孔を有するセラミックス質多孔質体によって形
成され、かつその面粗度が他方のそれよりも大きいこと
を特徴とする摺動部材 である。

以下にこの手段を更に詳細に説明する。

本発明に係る摺動部材は、その摺接部分が、開放気孔を
有するセラミックス質多孔質体によって形成されている
ことが必要である９本発明に係る摺動部材がセラミック
ス質多孔質体を基材とした理由は、二つの摺動部材が高
い圧力が懸けられた状態で互いに摺接し、しかも始動争
停止が繰り返される場合には、その摺動部材自体は高硬
度を有していることが必要だからである。

また、本発明に係る摺動部材は、そのいずれか少なくと
も一方の摺接部分が、セラミックス質多孔質体により形
成されていることが必要である。

その理由は、摺動部材において摩擦の問題が生じるのは
その摺接面においてのみであり、しかも互いに摺接して
いる両面共に加工を施す必要はないからである。勿論、
互いに摺接する摺動部材の両者の全体を、開放気孔を有
するセラミックス質多孔質体によって形成することには
問題はない。

さらに、本発明の摺動部材を構成しているセラミックス
質多孔質体は開放気孔を有しなければならない、その理
由は、この開放気孔中に樹脂または潤滑剤を保持させる
ことにより、潤滑性を著しく向上させることができるた
めである。

また、このようなセラミックス質多孔質体により構成さ
れる本発明に係る摺動部材にあっては。

少なくとも一方の摺動部材における摺接部分の面粗度が
、他方のそれよりも大きいことが必要である。このよう
にする理由は、各摺動部材が一定のシール機能を保持し
たままその摺動特性を高めることができるからである。

中でも、摺動部材を構成する一方の摺接部分の面粗度Ｒ
ａを０．０１〜０．２の範囲内とし、他方の摺接部分の
面粗度Ｒａを０．２以下とすることが好ましい。

この多孔質体の出発原料であるセラミックス粉末は、平
均粒径がｌＯμｍ以下であることが有利である。その理
由は、平均粒径が１０ＪＬｍより大きいセラミックス粉
末を使用すると、粒と粒との結合個所が少なくなるため
、高強度の多孔質体を製造することが困難になるばかり
でなく、表面の面粗度を本発明の目的とする面粗度の範
囲内とすることが困難になるからである。

前記セラミックス質多孔質体としては、耐摩耗性の観点
からなるべく硬度の高いものを使用することが有利であ
り、例えば、Ａ　Ｍ、０３、ＳｉＯ□、　′ＺｒＯ２、
Ｓ　ｉ　Ｃ，Ｔ　ｉ　Ｃ，ＴａＣ，Ｂ４Ｃ，ＷＣｌＣｒ
ｂｃユ、Ｓ　１３Ｎ４、Ｂ　Ｎ　、　Ｔ　ｉＮ　、Ａ　
Ｉ　Ｎ　、　Ｔ　ｉＢ２、Ｃｒ　Ｂ：、あるいはそれら
の化合物から選択されるいずれか１種または２種以上を
主として含有することが好ましい。

このセラミックス質多孔質体は、結晶の平均粒径が１０
４ｍ以下であることが有利である。その理由は、前記結
晶の平均粒径がＩＯμｍよりも大きいと多孔質体の面粗
度が大きくなり易く、摺動特性が劣化するからである。

前記セラミックス粉末を任意の形状の生成形体に成型し
、この生成形体中に存在する気孔を閉塞させることなく
結合させる方法としては、種々の方法が適用できるが、
例えば、セラミックス粉末自体を常圧焼結あるいは加圧
焼結して自己焼結させる方法、セラミックス粉末に反応
によってセラミックスを生成する物質を添加して反応焼
結させる方法、セラミックス粉末にＣ０１Ｎｉ、Ｍｏな
どの金属、あるいはガラスセメントなどの結合剤を配合
して常圧焼結あるいは加圧焼結して結合させる方法、セ
ラミックス粉末に熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を
結合剤として配合して結合させる方法を適用することが
できる。

この多孔質体の出発原料であるセラミックス粉末は、平
均粒径が１０μｍ以下であることが有利である。その理
由は、平均粒径が１０ＪＬｍより大きいセラミックス粉
末を使用すると、粒と粒との結合個所が少なくなるため
、高強度の多孔質体を製造することが困難になるばかり
でなく、表面の面粗度を本発明の目的とする面粗度の範
囲内とすることが困難になるからである。

この摺動部材を構成するセラミックス質多孔質体は、焼
成時に遊離カーボンを残す炭素源を出発原料中に添加す
ることができる。このような炭素源としては、焼成開始
時に炭素の状態で存在するものであれば使用することが
でき、たとえばフェノール樹脂、リグニンスルホン酸塩
、ポリビニルアルコール、コンスターチ、＠ｉ類、コー
ルタールピッチ、アルギン酸塩のような各種有機物質あ
るいはカーボンブラック、アセチレンブラックのような
熱分解炭素を有利に使用することができる。

Ｍｆｉカーボンが１ｉ７Ｊ記物質と同時に存在すると、
結晶の成長性を抑え、微細な気孔を有するセラミックス
質多孔質体を得るのに効果がある。また、前記遊離カー
ボンの含有量としては、出発原料１００重量部に対し、
５重量部以下であることが有利である。その理由は５重
量部より多く添加してもその効果はかわらず、逆に前記
焼結体に残留する量が多くなり、焼結体の強度が劣化す
るからである。

本発明の摺動部材を構成するセラミックス質多孔質体は
、その開放気孔率が５〜４０容積％であることが好まし
い、その理由は、前記開放気孔率が５容積％よりも低い
と実質的な潤滑剤の含浸あるいは充填量が少なくなり、
潤滑特性を十分に発揮させることが困難であるからであ
り、一方４０容積％より高いとセラミックス質多孔質体
の耐摩耗性が低く、特にＰＶ値の高い条件下での使用が
困難だからである。

また、本発明においては、セラミックス質多孔質体の前
記開放気孔内に樹脂を充填した複合体としたり、前記開
放気孔内に潤滑剤を含浸して使用することが有利である
。その理由は、樹脂をセラミックス質多孔質体の開放気
孔内に充填することによって、セラミックス質多孔質体
からの結晶粒の脱離を防止することができ、耐摩耗性を
著しく向上させることができるからであり、また前記開
放気孔内に潤滑剤を含浸することによって摺動部材の摺
動特性を著しく向上させることができるからである。

前記セラミックス質多孔質体に充填する樹脂としては、
エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、トリプシン樹脂、ポリ
パラバン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコン樹脂、
エポキシシリコン樹脂、アクリル酸樹脂、メタクリル酸
樹脂、アニリン酸樹脂、フェノール樹脂、ウレタン系樹
脂、フラン系樹脂、フッ素樹脂、アセタール樹脂、ナイ
ロン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネイト樹脂、
ポリエチレンテレフタレート樹脂、スチレンアクリロニ
トリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂あ
るいはポリフェニレンサルファイド樹脂から選択される
樹脂を単独あるいは混合して使用することが好ましい。

そして、これらの樹脂の充填率は、上述した開放気孔ｌ
ＯＯ容積部に対して少なくとも１０容積部充填したもの
が有利である。その理由は、樹脂の充填量がｌＯ容積部
より少ないと、セラミックス質多孔質体からの結晶粒の
脱離を防止する効果が十分でなく、摺動部材の耐摩耗性
を向上させることが困難だからである。

また、前記セラミックス質多孔買体に含浸する潤滑剤と
しては、フルオロエチレン、フルオロエステル、フルオ
ロトリアジン、ペルフルオロポリエーテル、フルオロシ
リコーン、これらの誘導体あるいはこれらの重合体から
選択されるフッ素系オイル、またはメチルシリコーン、
メチルフェニルシリコーン、これらの誘導体あるいはこ
れらの重合体から選択されるシリコン系オイルを単独あ
るいは混合して使用することが好ましい。

これらのフッ素系オイルまたはシリコン系オイルは、液
状、グリース状あるいはワックス状のいずれの状態であ
っても使用することができる。なお、これらのフッ素系
オイルまたはシリコン系オイルは、耐溶剤性、化学的安
定性および耐熱性に優れているため、長期間にわたって
極めて良好な潤滑特性を付与することができる。勿論、
これらのツー２素系オイルまたはシリコン系オイルに代
えて、通常使用されている潤滑油等を使用して実施して
もよい。

前記セラミックス質多孔質体の開放気孔中に潤滑剤を含
浸させる方法としては、加熱により低粘度化した潤滑剤
中にセラミ−２クス質多孔質体を浸漬し、真空または加
圧下で含浸する方法など一般的な方法が適用できる。こ
の場合、前記潤滑剤を前記多孔質体の開放気孔１００容
積部に対し、少なくとも１０容積部含浸することが有利
である。

その理由は、潤滑剤の含浸量がｌＯ容積部より少ないと
潤滑特性を向上させることが困難だからである。

次に、本発明に係る摺動部材を実施例によって具体的に
説明する。

（実施例） 支立患」 出発原料として使用した炭化珪素粉末は、９４．６重量
％がβ型結晶で、残部が実質的に２Ｈ型結晶よりなり、
０．２８重量％の遊離炭素、０．１７重量％の酸素、０
．０３重量％の鉄、０．０３重量％のアルミニウムを主
として含有し、０．２８μｍの平均粒径を有しており、
ホウ素は検出されなかった。

この炭化珪素粉末１００重最部に対し、炭化ホウ素粉末
を１重量部、カーボンブラック粉末を２１ｉ量部配合し
た乾燥物を使用し、焼成温度を１９００℃に低めて多孔
質体を得た。

得られた多孔質体は、結晶の平均粒径が約２．７ｇ、ｍ
で、三次元網目構造で結合しており、密度は２．８ｆ３
　ｇ　／　ｃ　ｍ’、平均曲げ強度は５２Ｋｇｆ／ｍ’
ｒｎ’であった。

この多孔質炭化珪素焼結体を外形が３０謬厘、内径が１
５ｍ層、厚さが５ｍ鳳のリング状に加工し、更に一端面
をダイヤモンド砥粒により、Ｒａ＝　０．０２２弘ｍに
研磨した。

この炭化珪素リングにフッ素系オイル−ペルフルオロポ
リエーテルを真空下で浸漬含浸して摺動部材を得た。

この摺動部材の各種材料に対する起動トルクを、リング
オンリング法で端面荷重を変動させて測定した結果を図
にまとめた。なお、相手材の摺動面の面粗度Ｒａは、約
０．００５Ｂｍの鏡面仕上とした。

結果が示すようにいずれも　１５にｇ−Ｃ■以下の低い
起動トルクであることが分る。

（以下余白） −２゛よび 実施例１と同様であるが、実施例１で作成した摺動部材
に対し、Ａ　Ｍ、Ｏ，焼結体の摺動面の面粗度を変化さ
せた相手材を使用して、ｔＯＫｇｆ／　Ｃｒｒｒ’にお
ける端面荷重における起動トルクを測定し、さらにリン
グ内に５　Ｋｇｆ／　ｃ　ｍ”の水圧を加えた時の水モ
レの有無を調べた。その結果を表にまとめた。

支ム直」 平均粒径が０．４μｍのα型アルミナ粉末１００重量部
に対し、ポリビニルアルコール２重量部、ポリエチレン
グリコール１重量部、ステアリン酸０．５重量部及び水
１００重量部を配合して噴霧乾燥した。

この乾燥物を適量採取し、金属製押し型を用いて３．Ｏ
ｔ／ｃｒｎ’の圧力で成型し、直径５０諷■、厚さ２０
謬■、　２．８ｇ／　ｅ　ｒｎ’の生成形体を得た。

この生成形体をアルミナ製ルツボに挿入し、大気圧下の
空気中で焼結時に液相が５重量％以上生成しない温度域
であるところの１３００℃の温度で１時間焼成した。

得られた多孔質体は、結晶の平均粒径が約２．４μｍで
三次元網目構造で結合しており、密度が２．８ｇ／ｃゴ
、平均曲げ強度は８．１Ｋｇｆ／　ｃ　ｒｎ”　テあっ
た。

この多孔質体を外径が３０ｍｍ、内径が１５薦１、厚さ
が５脂層のリング状に加工した後、ペルフルオロポリエ
ーテルに真空下で浸漬して含浸させた。この多孔質体中
に含浸されたペルフルオロポリエーテルの開放気孔中に
占める割合は約９０容積％であった− この実施例による摺動部材は、前述した実施例１と同様
に極めて優れた摺動特性を有していることが認められた
。

（発明の効果） 以上詳述した通り、本発明に係る摺動部材は、互いに密
着した状態で摺接し合う摺動部材であって、これらの摺
動部材のいずれか少なくとも一方の摺接部分が開放気孔
を有するセラミックス質多孔質体によって形成され、か
つその面粗度が他方のそれよりも大きくしたことにその
特徴があり、これにより、両槽動部材の始動−停止が、
高い圧力で密着せしめられた状態でしかも比較的頻繁に
行なわれる場合であっても、この始動９停止間の相互移
行を円滑に行なうことができるのである。

従って、特にその始動時における操作トルクが小さくて
済み、相対的に高速回転あるいは低速回転する部材、あ
るいは人が手で操作するようなバルブにあっても適用す
ることができ、汎用性に優れた摺動部材とすることがで
きる。

また１本発明に係る摺動部材は、これを構成するセラミ
ックス質多孔質体の生成条件を整えるのみで従来の方法
をそのまま使用することができるから、簡単に製造する
ことができる。それに、この摺動部材の基材としてセラ
ミックス質多孔質体を使用したのであるから、その密着
性が長期の使用によっても変化せず、また流体の漏れも
ない。

なお、基材であるセラミックス質多孔質体の開放気孔内
に潤滑剤を充填するようにすれば、より一層その摺動抵
抗を低下させることができ、流体に対するシール効果も
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る摺動部材の各種材料に対する起動トル
クを、端面加重を変動させて測定した結果を示すグラフ
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、）互いに密着した状態で摺接し合う摺動部材であっ
   て、これらの摺動部材のいずれか少なくとも一方の摺接
   部分が、開放気孔を有するセラミックス質多孔質体によ
   って形成され、かつその面粗度が他方のそれよりも大き
   いことを特徴とする摺動部材。 ２、）前記摺動部材を構成する前記一方の摺接部分の面
   粗度Ｒａは０．０１〜０．２の範囲内であり、他方の摺
   接部分の面粗度Ｒａは０．２以下であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の摺動部材。 ３、）前記セラミックス質多孔質体は、その結晶の平均
   粒径が１０μｍ以下で気孔率が５〜４０容積％であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の摺動部材
   。 ４、）前記セラミックス質多孔質体としては、Ａｌ＿２
   Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２、ＺｒＯ＿２、ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｔ
   ａＣ、Ｂ＿４Ｃ、ＷＣ、Ｃｒ＿３Ｃ＿２、Ｓｉ＿３Ｎ＿
   ４、ＢＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＴｉＢ＿２、ＣｒＢ＿２あ
   るいはそれらの化合物から選択されるいずれか１種また
   は２種以上を主として含有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の摺動部材。