JP2018048385A - Slide material, slide member and method for producing slide material - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a slide material, a slide member and a method for producing a slide material, making it possible to prepare a slide member with reduced variations in physical properties.SOLUTION: A slide material contains a carbon material having an open pore, a metal present in the open pore, and zirconium oxide present in the open pore and between the carbon material and the metal. The content of the zirconium oxide is 0.2 mass%-4.0 mass% of the total mass of the carbon material and the titanium oxide.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、摺動材料、摺動部材及び摺動材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a sliding material, a sliding member, and a manufacturing method of the sliding material.

電車のパンタグラフ用すり板、電動機器のブラシ、軸受け等の摺動部材の材料として、多孔質カーボン材を金属で含浸した摺動材料が知られている。この摺動材料は、他の摺動材料に比べて架線摩耗、すり板摩耗、欠損等が少ないという利点を有するため、摺動部材の材料として広く使用されている。   2. Description of the Related Art A sliding material obtained by impregnating a porous carbon material with a metal is known as a sliding member material for train pantographs, brushes for electric devices, bearings and the like. This sliding material is widely used as a material for a sliding member because it has the advantage that it has less overhead wire wear, sliding plate wear, chipping and the like than other sliding materials.

多孔質カーボン材を金属で含浸した摺動材料は、例えば、以下のようにして製造される。始めに、コークスを主成分とする人造黒鉛等の骨材と、タールピッチ等の結合剤とを配合し、これらを混練機に投入し、２００℃〜３００℃の温度で混練する。次に、この混練物を室温まで冷却した後、平均粒子径が１０μｍ〜５０μｍとなるように粉砕する。次いで、粉砕物を５０ＭＰａ〜１５０ＭＰａの圧力で成形し、１０００℃〜１８００℃の非酸化雰囲気で焼成して多孔質カーボン材を得る。この多孔質カーボン材の開気孔を溶融した金属で含浸して、摺動材料が製造される。   A sliding material obtained by impregnating a porous carbon material with a metal is manufactured, for example, as follows. First, an aggregate such as artificial graphite mainly containing coke and a binder such as tar pitch are blended, and these are put into a kneader and kneaded at a temperature of 200 ° C to 300 ° C. Next, after cooling this kneaded material to room temperature, it is pulverized so that the average particle size is 10 μm to 50 μm. Next, the pulverized product is molded at a pressure of 50 MPa to 150 MPa and fired in a non-oxidizing atmosphere at 1000 ° C. to 1800 ° C. to obtain a porous carbon material. A sliding material is produced by impregnating the open pores of the porous carbon material with molten metal.

多孔質カーボン材の開気孔を金属で含浸すると、開気孔の壁と金属との濡れ性が充分でなく小さい開気孔に金属が入りこみにくい等の理由から、摺動材料の金属の含浸の状態にバラつきが存在する場合がある。金属の含浸の状態のバラつきは、摺動材料の導電性、強度、耐摩耗性等の物理特性のバラつきの要因となりうる。そこで、多孔質カーボン材への金属の含浸性を改善するための手法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。   If the open pores of the porous carbon material are impregnated with metal, the wettability between the walls of the open pores and the metal is not sufficient, and the metal does not easily enter the small open pores. There may be variations. Variations in the state of metal impregnation can cause variations in physical properties such as conductivity, strength, and wear resistance of the sliding material. Therefore, a technique for improving the impregnation property of the metal into the porous carbon material has been proposed (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2).

特公昭５２−８２２号公報Japanese Patent Publication No.52-822 特開平７−１２６７１３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-126713

近年、摺動部材の物理特性に対する要求の高まりを受けて多孔質カーボン材への金属の含浸性のいっそうの向上が求められている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、物理特性のバラつきが抑制された摺動部材を作製可能な摺動材料、摺動部材及び摺動材料の製造方法を提供することを目的とする。 In recent years, there has been a demand for further improvement in the impregnation property of the metal into the porous carbon material in response to the increasing demand for the physical characteristics of the sliding member.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a sliding material, a sliding member, and a manufacturing method of the sliding material capable of producing a sliding member in which variations in physical properties are suppressed. To do.

前記課題を解決するための具体的手段には、以下の実施態様が含まれる。
＜１＞開気孔を有するカーボン材と、前記開気孔内に存在する金属と、前記開気孔内であって前記カーボン材と前記金属との間に存在する酸化ジルコニウムと、を含み、前記酸化ジルコニウムの含有率は、前記カーボン材と前記酸化ジルコニウムの合計質量の０．２質量％〜４．０質量％である、摺動材料。
＜２＞前記カーボン材の開気孔率は１０体積％〜２５体積％である、＜１＞に記載の摺動材料。
＜３＞前記金属が銅及び銅合金からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、＜１＞又は＜２＞に記載の摺動材料。
＜４＞前記金属の含有率は、前記摺動材料全体の２０質量％〜７０質量％である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の摺動材料。
＜５＞＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の摺動材料を用いる、摺動部材。
＜６＞開気孔を有するカーボン材の前記開気孔内に酸化ジルコニウムを存在させる工程と、前記カーボン材の前記開気孔内に金属を存在させる工程と、をこの順に有する、＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の摺動材料の製造方法。 Specific means for solving the above-described problems include the following embodiments.
<1> a carbon material having open pores, a metal present in the open pores, and zirconium oxide in the open pores and between the carbon material and the metal, the zirconium oxide The sliding material has a content of 0.2 to 4.0% by mass of the total mass of the carbon material and the zirconium oxide.
<2> The sliding material according to <1>, wherein the carbon material has an open porosity of 10% by volume to 25% by volume.
<3> The sliding material according to <1> or <2>, wherein the metal includes at least one selected from the group consisting of copper and a copper alloy.
<4> The sliding material according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal content is 20 mass% to 70 mass% of the entire sliding material.
<5> A sliding member using the sliding material according to any one of <1> to <4>.
<6> A step of causing zirconium oxide to exist in the open pores of the carbon material having open pores, and a step of causing metal to exist in the open pores of the carbon material, in this order, <1> to <4 The manufacturing method of the sliding material of any one of>.

本発明によれば、物理特性のバラつきが抑制された摺動部材を作製可能な摺動材料、摺動部材及び摺動材料の製造方法が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the sliding material which can produce the sliding member by which the dispersion | variation in the physical characteristic was suppressed, a sliding member, and a sliding material is provided.

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
本明細書において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において組成物中の各成分の含有率は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率を意味する。
本明細書において組成物中の各成分の粒子径は、組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本明細書において「膜」との語には、当該膜が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the components (including element steps and the like) are not essential unless otherwise specified. The same applies to numerical values and ranges thereof, and the present invention is not limited thereto.
In this specification, the term “process” includes a process that is independent of other processes and includes the process if the purpose of the process is achieved even if it cannot be clearly distinguished from the other processes. It is.
In the present specification, the numerical ranges indicated by using “to” include numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.
In the numerical ranges described stepwise in this specification, the upper limit value or the lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of another numerical range. Good. Further, in the numerical ranges described in this specification, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the values shown in the examples.
In the present specification, the content of each component in the composition is the sum of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific indication when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition. It means the content rate of.
In the present specification, the particle diameter of each component in the composition is a mixture of the plurality of types of particles present in the composition unless there is a specific indication when there are a plurality of types of particles corresponding to each component in the composition. Means the value of.
In this specification, the term “film” includes a case where the film is formed only on a part of the region in addition to the case where the film is formed on the entire region when the region where the film is present is observed. Is also included.

＜摺動材料＞
本実施形態の摺動材料は、開気孔を有するカーボン材と、前記開気孔内に存在する金属と、前記開気孔内であって前記カーボン材と前記金属との間に存在する酸化ジルコニウムと、を含み、前記酸化ジルコニウムの含有率は、前記カーボン材と前記酸化ジルコニウムの合計質量の０．２質量％〜４．０質量％である。 <Sliding material>
The sliding material of this embodiment includes a carbon material having open pores, a metal present in the open pores, zirconium oxide in the open pores and existing between the carbon material and the metal, The content of the zirconium oxide is 0.2 mass% to 4.0 mass% of the total mass of the carbon material and the zirconium oxide.

本実施形態の摺動材料は、物理特性のバラつきが抑制されている。その理由は明らかではないが、カーボン材の開気孔内に酸化ジルコニウムが特定の含有率で存在することによってカーボン材の開気孔の壁に対する金属の濡れ性が向上し、開気孔への金属の含浸性が向上するためと考えられる。   In the sliding material of this embodiment, variations in physical properties are suppressed. The reason is not clear, but the presence of zirconium oxide at a specific content in the open pores of the carbon material improves the wettability of the metal against the walls of the open pores of the carbon material, and impregnation of the metal into the open pores This is considered to improve the performance.

本明細書において摺動材料が「開気孔内であってカーボン材と金属との間に存在する酸化ジルコニウムを含む」とは、摺動材料の少なくとも一部の開気孔内においてカーボン材と金属との間に酸化ジルコニウムが存在していることを意味し、摺動材料のすべての開気孔内においてカーボン材と金属との間に酸化ジルコニウムが存在している場合に限られない。   In this specification, the sliding material includes “zirconium oxide present in the open pores and between the carbon material and the metal” means that the carbon material and the metal are present in at least some of the open pores of the sliding material. This means that zirconium oxide is present between the two, and is not limited to the case where zirconium oxide is present between the carbon material and the metal in all open pores of the sliding material.

摺動材料の開気孔内であってカーボン材と金属との間に酸化ジルコニウムが存在しているか否かは、例えば、走査透過型電子顕微鏡によって確認することができる。   Whether or not zirconium oxide exists in the open pores of the sliding material and between the carbon material and the metal can be confirmed by, for example, a scanning transmission electron microscope.

（カーボン材）
カーボン材は、金属が含浸しうる開気孔を有するものであれば特に制限されない。カーボン材を製造する場合、その方法は特に制限されない。例えば、コークス、黒鉛、カーボンブラック、油煙等の骨材と、タールピッチ、コールタール等の結合材とを配合し、この配合物に対して加熱混練、粉砕、成形及び焼成をこの順に実施することで製造できる。 (Carbon material)
The carbon material is not particularly limited as long as it has open pores that can be impregnated with metal. When producing a carbon material, the method is not particularly limited. For example, mix aggregates such as coke, graphite, carbon black, oil and smoke, and binders such as tar pitch, coal tar, etc., and heat knead, pulverize, mold, and fire this mixture in this order. Can be manufactured.

骨材は、粒子状であってもよい。骨材が粒子状である場合の平均粒子径は、強度の観点からは、１０μｍ〜３０μｍであることが好ましく、１５μｍ〜２５μｍであることがより好ましい。なお、本実施形態において、骨材の平均粒子径は、レーザー回折法によって測定した粒度の体積累積分布（％）において、粒子径の小さい方から積算して５０％となるときの粒子径Ｄ_５０（μｍ）をいう。 The aggregate may be particulate. The average particle diameter when the aggregate is particulate is preferably 10 μm to 30 μm and more preferably 15 μm to 25 μm from the viewpoint of strength. In the present embodiment, the average particle diameter of the aggregate, the volume cumulative distribution of the particle size measured by the laser diffraction method in (%), particle diameter D ₅₀ at which a 50% by accumulating from the smallest particle size (Μm).

骨材と結合材との配合割合は、例えば、骨材と結合材とが質量基準（骨材：結合材）で３０：７０〜５０：５０であることが好ましく、３５：６５〜４５：５５であることがより好ましく、３７：６３〜４３：５７であることが更に好ましい。   The mixing ratio of the aggregate and the binder is, for example, preferably 30:70 to 50:50 on the mass basis (aggregate: binder), and 35:65 to 45:55. It is more preferable that it is 37: 63-43: 57.

加熱混練は、双腕型ニーダー等を用いて、各原料を、好ましくは１５０℃〜３００℃、より好ましくは１８０℃〜２７０℃、更に好ましくは２００℃〜２５０℃の温度で混練する。混練温度が１５０℃以上であれば、混練時間が長くなりすぎず、製造上好ましい。一方、混練温度が３００℃以下であれば、摺動材料を用いる摺動部材の機械的強度が向上する傾向にある。混練時間は、混練物の量、骨材及び結合剤の配合割合等に応じて選択できる。   In the heat kneading, each raw material is kneaded at a temperature of preferably 150 ° C. to 300 ° C., more preferably 180 ° C. to 270 ° C., and further preferably 200 ° C. to 250 ° C., using a double-arm kneader or the like. If the kneading temperature is 150 ° C. or higher, the kneading time does not become too long, which is preferable in production. On the other hand, if the kneading temperature is 300 ° C. or lower, the mechanical strength of the sliding member using the sliding material tends to be improved. The kneading time can be selected according to the amount of the kneaded material, the blending ratio of the aggregate and the binder.

粉砕は、加熱混練で得られた混練物を、公知の粉砕機を用いて粉砕することにより行われる。粉砕後の粉砕物の平均粒子径は、摺動材料の所望の特性を考慮して選択できる。例えば、粉砕物の平均粒子径は１０μｍ〜１００μｍであることが好ましく、１０μｍ〜７０μｍであることがより好ましく、１０μｍ〜５０μｍであることが更に好ましい。   The pulverization is performed by pulverizing the kneaded product obtained by heat kneading using a known pulverizer. The average particle size of the pulverized product after pulverization can be selected in consideration of desired characteristics of the sliding material. For example, the average particle size of the pulverized product is preferably 10 μm to 100 μm, more preferably 10 μm to 70 μm, and still more preferably 10 μm to 50 μm.

成形は、粉砕して得られた粉砕物を、金型プレス等の方法で成形することにより行われる。成形圧力は、５０ＭＰａ〜２００ＭＰａであることが好ましく、６０ＭＰａ〜１５０ＭＰａであることがより好ましく、８０ＭＰａ〜１３０ＭＰａであることが更に好ましい。成形圧力が５０ＭＰａ以上であれば、摺動材料を用いる摺動部材の機械的強度が向上する傾向にある。一方、成形圧力が２００ＭＰａ以下であれば、後述の焼成中に揮発分の散逸の抑制が防止され、成形品に内部圧力が生じにくくなり、成形品が割れにくくなる傾向にある。   Molding is performed by molding a pulverized product obtained by pulverization by a method such as a die press. The molding pressure is preferably 50 MPa to 200 MPa, more preferably 60 MPa to 150 MPa, and still more preferably 80 MPa to 130 MPa. If the molding pressure is 50 MPa or more, the mechanical strength of the sliding member using the sliding material tends to be improved. On the other hand, if the molding pressure is 200 MPa or less, suppression of the dissipation of volatile components during firing, which will be described later, is prevented, internal pressure is less likely to occur in the molded product, and the molded product tends to be less prone to cracking.

焼成は、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いた非酸化雰囲気下で行われる。焼成における最高到達温度は９００℃〜１８００℃であることが好ましく、１０００℃〜１５００℃であることがより好ましく、１０００℃〜１３００℃であることが更に好ましい。焼成における最高到達温度が９００℃以上であれば、炭素化が充分に進行して摺動特性が向上する傾向にある。一方、焼成における最高到達温度が１８００℃以下であれば、焼成炉の劣化が進みにくい傾向にある。
焼成時間（昇温開始から冷却開始までの時間）は、原料の配合割合、成形品の形状、焼成炉の能力等により選択できる。生産性及び生産コストの観点からは、焼成時間は短いほど好ましく、炭素化を充分に進行させる観点からは、焼成時間は長いほど好ましい。具体的には、５時間〜４００時間であることが好ましく、１０時間〜３５０時間であることがより好ましく、２０時間〜１５０時間であることが更に好ましい。焼成中の昇温速度は一定であっても一定でなくてもよい。 Firing is performed in a non-oxidizing atmosphere using an inert gas such as nitrogen or argon. The highest temperature achieved during firing is preferably 900 ° C to 1800 ° C, more preferably 1000 ° C to 1500 ° C, and still more preferably 1000 ° C to 1300 ° C. If the maximum temperature reached in firing is 900 ° C. or higher, carbonization tends to proceed sufficiently to improve the sliding characteristics. On the other hand, if the maximum temperature reached in firing is 1800 ° C. or lower, the firing furnace tends to be less likely to deteriorate.
The firing time (time from the start of temperature rise to the start of cooling) can be selected depending on the blending ratio of raw materials, the shape of the molded product, the ability of the firing furnace, and the like. From the viewpoint of productivity and production cost, the shorter the firing time, the better. From the viewpoint of sufficiently proceeding the carbonization, the longer the firing time, the more preferable. Specifically, it is preferably 5 hours to 400 hours, more preferably 10 hours to 350 hours, and even more preferably 20 hours to 150 hours. The rate of temperature increase during firing may or may not be constant.

カーボン材の開気孔率は、比抵抗の観点からは、１０体積％以上であることが好ましく、１２体積％以上であることがより好ましい。かさ密度の観点からは、２５体積％以下であることが好ましく、２３体積％以下であることがより好ましい。カーボン材の開気孔率は、例えば、水銀圧入法により測定される。   The open porosity of the carbon material is preferably 10% by volume or more, and more preferably 12% by volume or more from the viewpoint of specific resistance. From the viewpoint of bulk density, it is preferably 25% by volume or less, and more preferably 23% by volume or less. The open porosity of the carbon material is measured, for example, by a mercury intrusion method.

（酸化ジルコニウム）
カーボン材の開気孔内に酸化ジルコニウムを存在させる方法は、特に制限されない。例えば、酸化ジルコニウム又は酸化ジルコニウムの前駆体を含む組成物（以下、酸化ジルコニウム生成剤ともいう）を開気孔を有するカーボン材に接触させ、必要に応じて熱処理、溶剤除去等を実施することで、カーボン材の開気孔内に酸化ジルコニウムを存在させることができる。この方法によれば、カーボン材の開気孔内に酸化ジルコニウムを膜の状態で存在させることができるため、金属の含浸性がより向上する傾向にある。 (Zirconium oxide)
The method for causing zirconium oxide to exist in the open pores of the carbon material is not particularly limited. For example, by contacting a composition containing zirconium oxide or a precursor of zirconium oxide (hereinafter also referred to as a zirconium oxide generator) with a carbon material having open pores, and performing heat treatment, solvent removal, etc. as necessary, Zirconium oxide can be present in the open pores of the carbon material. According to this method, since zirconium oxide can be present in the form of a film in the open pores of the carbon material, the metal impregnation property tends to be further improved.

酸化ジルコニウムを含む組成物としては、酸化ジルコニウム粒子の分散物が挙げられる。酸化ジルコニウムの前駆体を含む組成物としては、有機ジルコニウム化合物（ジルコニウムアルコキシド、ジルコニウムキレート等）を含む組成物が挙げられる。有機ジルコニウム化合物を含む組成物の市販品としては、マツモトファインケミカル株式会社から市販されているオルガチックスシリーズのオルガチックスＺＡ−４５、オルガチックスＺＡ−６５、オルガチックスＺＣ−５４０、オルガチックスＺＣ−７００、オルガチックスＺＣ−５８０、オルガチックスＺＣ−１２６、オルガチックスＺＣ−３００等が挙げられる。   Examples of the composition containing zirconium oxide include a dispersion of zirconium oxide particles. Examples of the composition containing a zirconium oxide precursor include a composition containing an organic zirconium compound (zirconium alkoxide, zirconium chelate, etc.). Commercially available compositions containing organozirconium compounds include the ORGATICS series ORGATICS ZA-45, ORGATICS ZA-65, ORGATICS ZC-540, ORGATICS ZC-700, commercially available from Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd. Examples include ORGATICS ZC-580, ORGATICS ZC-126, ORGATICS ZC-300, and the like.

酸化ジルコニウム生成剤は、１種のみを使用しても２種以上を併用してもよい。取り扱い性の観点からは、水系の酸化ジルコニウム生成剤が好ましく用いられる。   A zirconium oxide production | generation agent may use only 1 type, or may use 2 or more types together. From the viewpoint of handleability, an aqueous zirconium oxide generator is preferably used.

金属の含浸の度合いのバラつきを抑制する観点からは、酸化ジルコニウムの含有率は、カーボン材と酸化ジルコニウムの合計質量の０．２質量％以上であり、０．３質量％以上であることが好ましく、０．５質量％以上であることがより好ましい。
摺動材料を用いる摺動部材の機械的強度を維持する観点からは、酸化ジルコニウムの含有率は、カーボン材と酸化ジルコニウムの合計質量の４．０質量％以下であり、３．０質量％以下であることが好ましく、２．０質量％以下であることが好ましい。 From the viewpoint of suppressing variation in the degree of impregnation of the metal, the content of zirconium oxide is 0.2% by mass or more of the total mass of the carbon material and zirconium oxide, and preferably 0.3% by mass or more. More preferably, the content is 0.5% by mass or more.
From the viewpoint of maintaining the mechanical strength of the sliding member using the sliding material, the content of zirconium oxide is 4.0% by mass or less and 3.0% by mass or less of the total mass of the carbon material and zirconium oxide. It is preferable that it is 2.0 mass% or less.

酸化ジルコニウムの含有率は、例えば、酸化ジルコニウム生成剤によるカーボン材の含浸の回数、酸化ジルコニウム生成剤中の酸化ジルコニウム又は酸化ジルコニウムの前駆体の濃度等によって調節することができる。   The content of zirconium oxide can be adjusted, for example, by the number of impregnations of the carbon material with the zirconium oxide generator, the concentration of zirconium oxide or a precursor of zirconium oxide in the zirconium oxide generator, and the like.

（金属）
金属の種類は特に制限されず、摺動部材の用途等に応じて選択できる。例えば、銅、銅合金等が挙げられる。金属は、１種のみを使用しても２種以上を併用してもよい。比抵抗の観点からは、銅及び銅合金からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。銅合金としては、黄銅、リン青銅、白銅等が挙げられる。 (metal)
The type of metal is not particularly limited and can be selected according to the use of the sliding member. For example, copper, a copper alloy, etc. are mentioned. A metal may use only 1 type or may use 2 or more types together. From the viewpoint of specific resistance, at least one selected from the group consisting of copper and copper alloys is preferable. Examples of the copper alloy include brass, phosphor bronze, and white bronze.

金属が銅及び銅合金からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む場合、金属の全構成元素中に銅の占める割合が７０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることが更に好ましい。   When the metal contains at least one selected from the group consisting of copper and a copper alloy, the proportion of copper in all the constituent elements of the metal is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more. Preferably, it is 90 mass% or more.

金属は、金属中に不可避的に混入する金属以外の原子を含んでいてもよい。金属が金属以外の原子を含む場合、その含有率は０．１質量％以下であることが好ましく、０．０５質量％以下であることがより好ましい。   The metal may contain atoms other than the metal inevitably mixed in the metal. When a metal contains atoms other than a metal, the content rate is preferably 0.1% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or less.

カーボン材の開気孔内に金属を存在させる方法は、特に制限されない。例えば、カーボン材の開気孔内に酸化ジルコニウムを存在させる処理を行った後のカーボン材を金属含浸用の容器内に配置し、０．５ｋＰａ以下に減圧脱気した後、金属の溶湯を流し込んで窒素ガスを用いて８ＭＰａ〜２５ＭＰａの範囲まで加圧することにより行うことができる。   The method for allowing the metal to exist in the open pores of the carbon material is not particularly limited. For example, the carbon material after the treatment for allowing zirconium oxide to exist in the open pores of the carbon material is placed in a container for metal impregnation, degassed under a pressure of 0.5 kPa or less, and then a molten metal is poured. It can be performed by pressurizing to a range of 8 MPa to 25 MPa using nitrogen gas.

摺動材料における金属の含有率は特に制限されない。例えば、摺動材料全体の２０質量％〜７０質量％であることが好ましく、３０質量％〜６０質量％であることがより好ましく、４０質量％〜５０質量％であることが更に好ましい。   The metal content in the sliding material is not particularly limited. For example, it is preferably 20% by mass to 70% by mass of the entire sliding material, more preferably 30% by mass to 60% by mass, and further preferably 40% by mass to 50% by mass.

＜摺動部材＞
本実施形態の摺動部材は、本実施形態の摺動材料を用いるものである。本実施形態の摺動部材としては、パンタグラフ用すり板、電動機器用ブラシ、軸受け等が挙げられる。 <Sliding member>
The sliding member of this embodiment uses the sliding material of this embodiment. Examples of the sliding member of the present embodiment include a pantograph sliding plate, a brush for electric equipment, and a bearing.

本実施形態の摺動部材は、摺動材料の作製の段階で所望の摺動部材の形状となるようにしてもよく（例えば、摺動部材の形状を有するカーボン材を金属で含浸する）、摺動材料の作製後に所望の摺動部材の形状となるように摺動材料を加工してもよい。   The sliding member of the present embodiment may have a desired shape of the sliding member at the stage of manufacturing the sliding material (for example, impregnating a carbon material having the shape of the sliding member with metal), You may process a sliding material so that it may become a shape of a desired sliding member after preparation of a sliding material.

＜摺動材料の製造方法＞
本実施形態の摺動材料の製造方法は、開気孔を有するカーボン材の前記開気孔内に酸化ジルコニウムを存在させる工程と、前記カーボン材の前記開気孔内に金属を存在させる工程と、をこの順に有する。 <Manufacturing method of sliding material>
The manufacturing method of the sliding material of the present embodiment includes the step of causing zirconium oxide to exist in the open pores of the carbon material having open pores, and the step of causing metal to exist in the open pores of the carbon material. Have in order.

上記方法において、カーボン材の開気孔内に酸化ジルコニウムを存在させる方法及びカーボン材の開気孔内に金属を存在させる方法は特に制限されず、これらの方法について上述した記載を参照してもよい。   In the above method, the method for causing zirconium oxide to exist in the open pores of the carbon material and the method for causing the metal to exist in the open pores of the carbon material are not particularly limited, and the above-described descriptions of these methods may be referred to.

以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明は下記実施例により限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited by the following Example.

［比較例１］
（カーボン材の作製）
骨材として平均粒子径が２０μｍのピッチコークス５５質量％及び結合剤としてタールピッチ（川崎製鉄株式会社製、商品名：ＰＫＬ）４５質量％を配合し、双腕型ニーダーを用いて温度２５０℃で４時間加熱混練した。この混練物を、平均粒子径が２５μｍとなるように粉砕した。この粉砕物を、寸法が１５０ｍｍ×２５０ｍｍ×５０ｍｍの金型に入れ、成形圧力１４０ＭＰａで成形した。得られた成形品を、窒素雰囲気で１２００℃まで１２０時間かけて昇温速度１０℃／分で昇温した後、１２００℃で１時間保持し、その後冷却してカーボン材を作製した。 [Comparative Example 1]
(Production of carbon material)
55 mass% of pitch coke having an average particle diameter of 20 μm as an aggregate and 45 mass% of tar pitch (manufactured by Kawasaki Steel Corporation, trade name: PKL) as a binder are mixed at a temperature of 250 ° C. using a double-arm kneader. Heat-kneaded for 4 hours. The kneaded product was pulverized so that the average particle size was 25 μm. This pulverized product was put into a mold having dimensions of 150 mm × 250 mm × 50 mm and molded at a molding pressure of 140 MPa. The obtained molded product was heated to 1200 ° C. in a nitrogen atmosphere at a heating rate of 10 ° C./min over 120 hours, held at 1200 ° C. for 1 hour, and then cooled to produce a carbon material.

（酸化ジルコニウム膜の形成）
作製したカーボン材を容器に配置し、０．５ｋＰａ以下に減圧脱気した。その後、酸化ジルコニウム生成剤（マツモトファインケミカル株式会社製、商品名：ＺＣ−７００）をカーボン材に含浸した。更に、乾燥機に入れて１５０℃で１時間保持して溶剤を除去し、カーボン材の開気孔内に酸化ジルコニウム膜を形成して、カーボン材の開気孔内に酸化ジルコニウムを存在させた。 (Formation of zirconium oxide film)
The produced carbon material was placed in a container and vacuum degassed to 0.5 kPa or less. Thereafter, the carbon material was impregnated with a zirconium oxide generator (manufactured by Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd., trade name: ZC-700). Further, the solvent was removed by putting it in a dryer for 1 hour at 150 ° C., a zirconium oxide film was formed in the open pores of the carbon material, and zirconium oxide was present in the open pores of the carbon material.

（銅の含浸）
酸化ジルコニウム膜を形成した後のカーボン材を容器に配置し、０．５ｋＰａ以下に減圧脱気した。この状態で銅の溶湯を流し入れて、窒素ガスを用いて雰囲気を２０ＭＰａまで加圧した。この状態で３０分保持してカーボン材の開気孔を銅で含浸して、カーボン材の開気孔内に銅を存在させた。
以上の工程を経て、計４つの摺動材料を作製した。４つの摺動材料の作製に用いたカーボン材の開気孔率（水銀圧入法により測定、以下同様）の平均値は、１４体積％であった。 (Impregnation of copper)
The carbon material after forming the zirconium oxide film was placed in a container and degassed under reduced pressure to 0.5 kPa or less. In this state, molten copper was poured, and the atmosphere was pressurized to 20 MPa using nitrogen gas. Holding in this state for 30 minutes, the open pores of the carbon material were impregnated with copper, and copper was present in the open pores of the carbon material.
A total of four sliding materials were produced through the above steps. The average value of the open porosity (measured by a mercury intrusion method, the same applies hereinafter) of the carbon material used for the production of the four sliding materials was 14% by volume.

（酸化ジルコニウム含有率の測定）
摺動材料におけるカーボン材と酸化ジルコニウムの合計質量中の酸化ジルコニウム含有率（質量％）は、次式により算出した。作製した４つの摺動材料の酸化ジルコニウム含有率の平均値を表１に示す。
酸化ジルコニウム率＝〔｛（酸化ジルコニウム膜形成後のカーボン材の質量）−（酸化ジルコニウム膜形成前のカーボン材の質量）｝／酸化ジルコニウム形成後のカーボン材の質量〕×１００ (Measurement of zirconium oxide content)
The zirconium oxide content (% by mass) in the total mass of the carbon material and zirconium oxide in the sliding material was calculated by the following equation. Table 1 shows the average value of the zirconium oxide content of the four sliding materials produced.
Zirconium oxide ratio = [{(mass of carbon material after forming zirconium oxide film) − (mass of carbon material before forming zirconium oxide film)} / mass of carbon material after forming zirconium oxide] × 100

（銅含有率の測定）
摺動材料における銅含有率（質量％）は、次式により算出した。作製した４つの摺動材料の銅含有率の最小値Ａと最大値Ｂを表１に示す。
銅含有率＝〔｛（作製した摺動材料の質量）−（酸化ジルコニウム膜形成後且つ銅含浸前のカーボン材の質量）｝／作製した摺動材料の質量〕×１００ (Measurement of copper content)
The copper content (% by mass) in the sliding material was calculated by the following formula. Table 1 shows the minimum value A and the maximum value B of the copper content of the four manufactured sliding materials.
Copper content = [{(mass of produced sliding material) − (mass of carbon material after formation of zirconium oxide film and before copper impregnation)} / mass of produced sliding material] × 100

（比抵抗の測定）
摺動材料の比抵抗は、作製した４つの摺動材料のそれぞれから採取した試験片（寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍ×５０ｍｍの角棒）の両端を電流端子で挟み、１Ａの電流を通電し、試験片の中央部に１ｃｍの間隔の電圧降下測定端子を押し付け、電圧降下を測定し、得られた測定値から算出される値（μΩ・ｍ）とした。得られた値の最小値Ａと最大値Ｂを表１に示す。 (Measurement of specific resistance)
The specific resistance of the sliding material was determined by sandwiching both ends of a test piece (a square bar having dimensions of 10 mm × 10 mm × 50 mm) taken from each of the four manufactured sliding materials with a current terminal and conducting a current of 1A. A voltage drop measuring terminal with an interval of 1 cm was pressed against the center of the piece to measure the voltage drop, and a value (μΩ · m) calculated from the obtained measured value was obtained. Table 1 shows the minimum value A and the maximum value B of the obtained values.

（摩耗量の測定）
摺動材料の摩耗量は、作製した４つの摺動材料のそれぞれから採取した寸法が５ｍｍ×５ｍｍ×２５ｍｍの試験片（摺動面が５ｍｍ×５ｍｍ）を外径寸法φが３００ｍｍの銅リング上で摺動させる試験を実施した後の摩耗量（μｍ）とした。試験は、周速３０ｍ／ｓ、面圧０．３ＭＰａ、電流２０Ａの条件で、５時間行った。得られた値の最小値Ａと最大値Ｂを表１に示す。 (Measurement of wear)
The amount of wear of the sliding material is 5 mm x 5 mm x 25 mm test piece (sliding surface 5 mm x 5 mm) taken from each of the four sliding materials produced on a copper ring with an outer diameter φ of 300 mm. The amount of wear (μm) after the sliding test was performed. The test was performed for 5 hours under conditions of a peripheral speed of 30 m / s, a surface pressure of 0.3 MPa, and a current of 20 A. Table 1 shows the minimum value A and the maximum value B of the obtained values.

（曲げ強さの測定）
摺動材料の曲げ強さは、オートグラフ試験機を使用し、作製した４つの摺動材料のそれぞれから採取した試験片（寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍ×５０ｍｍの角棒）を支点間距離が４０ｍｍの治具の上に置き、垂直に荷重を加えて試験片が破壊したときの最大荷重（ＭＰａ）とした。得られた値の最小値Ａと最大値Ｂを表１に示す。 (Measurement of bending strength)
The bending strength of the sliding material was determined by using an autograph tester and using a test piece (a square bar having dimensions of 10 mm × 10 mm × 50 mm) collected from each of the four sliding materials produced, with a distance between fulcrums of 40 mm. The maximum load (MPa) when the specimen was broken by placing it on a jig and applying a load vertically. Table 1 shows the minimum value A and the maximum value B of the obtained values.

［実施例１］
粉砕物の成形圧力を１２０ＭＰａに変更した以外は比較例１と同様にして４つの摺動材料を作製し、酸化ジルコニウム含有率（質量％）、銅含有率（質量％）並びに物理特性（比抵抗、曲げ強さ及び摩耗量）を調べた。結果を表１に示す。４つの摺動材料の作製に用いたカーボン材の開気孔率の平均値は、１５体積％であった。 [Example 1]
Four sliding materials were prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the molding pressure of the pulverized product was changed to 120 MPa, and the zirconium oxide content (mass%), the copper content (mass%), and the physical properties (specific resistance) , Bending strength and wear amount). The results are shown in Table 1. The average value of the open porosity of the carbon material used for the production of the four sliding materials was 15% by volume.

［実施例２］
粉砕物の成形圧力を１２０ＭＰａに変更し、酸化ジルコニウム生成剤をＺＣ−５４０（マツモトファインケミカル株式会社製）に変更した以外は比較例１と同様にして４つの摺動材料を作製し、酸化ジルコニウム含有率（質量％）、銅含有率（質量％）並びに物理特性（比抵抗、曲げ強さ及び摩耗量）を調べた。結果を表１に示す。４つの摺動材料の作製に用いたカーボン材の開気孔率の平均値は、１５体積％であった。 [Example 2]
Four sliding materials were prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the molding pressure of the pulverized product was changed to 120 MPa and the zirconium oxide generator was changed to ZC-540 (manufactured by Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd.). The ratio (mass%), the copper content (mass%), and the physical properties (specific resistance, bending strength and wear amount) were examined. The results are shown in Table 1. The average value of the open porosity of the carbon material used for the production of the four sliding materials was 15% by volume.

［実施例３］
粉砕物の成形圧力を８０ＭＰａに変更し、酸化ジルコニウム生成剤をＺＣ−１２６（マツモトファインケミカル株式会社製）に変更した以外は比較例１と同様にして４つの摺動材料を作製し、酸化ジルコニウム含有率（質量％）、銅含有率（質量％）並びに物理特性（比抵抗、曲げ強さ及び摩耗量）を調べた。結果を表１に示す。４つの摺動材料の作製に用いたカーボン材の開気孔率の平均値は、１６体積％であった。 [Example 3]
Four sliding materials were produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the molding pressure of the pulverized product was changed to 80 MPa and the zirconium oxide generator was changed to ZC-126 (manufactured by Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd.). The ratio (mass%), the copper content (mass%), and the physical properties (specific resistance, bending strength and wear amount) were examined. The results are shown in Table 1. The average value of the open porosity of the carbon material used for the production of the four sliding materials was 16% by volume.

［実施例４］
ピッチコークスとタールピッチの配合割合をそれぞれ６５質量％と３５質量％にし、粉砕物の成形圧力を１２０ＭＰａに変更し、酸化ジルコニウム生成剤をＺＡ−６５（マツモトファインケミカル株式会社製）に変更した以外は比較例１と同様にして４つの摺動材料を作製し、酸化ジルコニウム含有率（質量％）、銅含有率（質量％）並びに物理特性（比抵抗、曲げ強さ及び摩耗量）を調べた。結果を表１に示す。４つの摺動材料の作製に用いたカーボン材の開気孔率の平均値は、１８体積％であった。 [Example 4]
Except that the blending ratio of pitch coke and tar pitch was 65% by mass and 35% by mass, respectively, the molding pressure of the pulverized product was changed to 120 MPa, and the zirconium oxide generator was changed to ZA-65 (manufactured by Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd.). Four sliding materials were produced in the same manner as in Comparative Example 1, and the zirconium oxide content (mass%), the copper content (mass%), and the physical properties (specific resistance, bending strength, and wear) were examined. The results are shown in Table 1. The average value of the open porosity of the carbon materials used for the production of the four sliding materials was 18% by volume.

［比較例２］
ピッチコークスとタールピッチの配合割合をそれぞれ６５質量％と３５質量％にし、粉砕物の成形圧力を８０ＭＰａに変更し、酸化ジルコニウム生成剤をＺＡ−６５（マツモトファインケミカル株式会社製）に変更した以外は比較例１と同様にして４つの摺動材料を作製し、酸化ジルコニウム含有率（質量％）、銅含有率（質量％）並びに物理特性（比抵抗、曲げ強さ及び摩耗量）を調べた。結果を表１に示す。４つの摺動材料の作製に用いたカーボン材の開気孔率の平均値は、２１体積％であった。 [Comparative Example 2]
Except that the blending ratio of pitch coke and tar pitch was 65% by mass and 35% by mass, respectively, the molding pressure of the pulverized product was changed to 80 MPa, and the zirconium oxide generator was changed to ZA-65 (manufactured by Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd.). Four sliding materials were produced in the same manner as in Comparative Example 1, and the zirconium oxide content (mass%), the copper content (mass%), and the physical properties (specific resistance, bending strength, and wear) were examined. The results are shown in Table 1. The average value of the open porosity of the carbon material used for the production of the four sliding materials was 21% by volume.

［比較例３］
ピッチコークスとタールピッチの配合割合をそれぞれ６５質量％と３５質量％にし、粉砕物の成形圧力を１００ＭＰａに変更し、酸化ジルコニウム膜を形成しなかった以外は比較例１と同様にして４つの摺動材料を作製し、銅含有率（質量％）並びに物理特性（比抵抗、曲げ強さ及び摩耗量）を調べた。結果を表１に示す。４つの摺動材料の作製に用いたカーボン材の開気孔率の平均値は、１９体積％であった。 [Comparative Example 3]
In the same manner as in Comparative Example 1, except that the blending ratio of pitch coke and tar pitch was 65% by mass and 35% by mass, the molding pressure of the pulverized product was changed to 100 MPa, and no zirconium oxide film was formed. A dynamic material was prepared, and the copper content (mass%) and physical properties (specific resistance, bending strength, and wear amount) were examined. The results are shown in Table 1. The average value of the open porosity of the carbon materials used for the production of the four sliding materials was 19% by volume.

［比較例４］
粉砕物の成形圧力を１００ＭＰａに変更し、酸化ジルコニウム膜を形成しなかったこと以外は比較例１と同様にして摺動材料を作製し、銅含有率（質量％）並びに物理特性（比抵抗、曲げ強さ及び摩耗量）を調べた。結果を表１に示す。４つの摺動材料の作製に用いたカーボン材の開気孔率の平均値は、１４体積％であった。 [Comparative Example 4]
A sliding material was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the molding pressure of the pulverized product was changed to 100 MPa and no zirconium oxide film was formed, and the copper content (mass%) and physical characteristics (specific resistance, Bending strength and wear amount) were examined. The results are shown in Table 1. The average value of the open porosity of the carbon material used for the production of the four sliding materials was 14% by volume.

表１に示されるように、カーボン材の開気孔内に酸化ジルコニウムが存在し、かつ酸化ジルコニウムの含有率がカーボン材と酸化ジルコニウムの合計質量の０．２質量％〜４．０質量％である実施例では、酸化ジルコニウムを含まないか、酸化ジルコニウムの含有率がカーボン材と酸化ジルコニウムの合計質量の０．２質量％〜４．０質量％の範囲外である比較例に比べて銅含有率のバラつきが少なく、物理特性（比抵抗、曲げ強さ及び摩耗量）のバラつきも総合的にみて少なかった。
以上より、本実施形態の摺動材料は、物理特性のバラつきが抑制されていることがわかる。 As shown in Table 1, zirconium oxide is present in the open pores of the carbon material, and the content of zirconium oxide is 0.2 mass% to 4.0 mass% of the total mass of the carbon material and zirconium oxide. In the examples, the copper content is lower than that of the comparative example in which zirconium oxide is not included or the content of zirconium oxide is out of the range of 0.2% by mass to 4.0% by mass of the total mass of the carbon material and zirconium oxide. The variation in physical properties (specific resistance, bending strength and wear amount) was also small overall.
From the above, it can be seen that the sliding material of the present embodiment has suppressed variations in physical properties.

Claims (6)

開気孔を有するカーボン材と、前記開気孔内に存在する金属と、前記開気孔内であって前記カーボン材と前記金属との間に存在する酸化ジルコニウムと、を含み、前記酸化ジルコニウムの含有率は、前記カーボン材と前記酸化ジルコニウムの合計質量の０．２質量％〜４．０質量％である、摺動材料。   A carbon material having open pores, a metal present in the open pores, and zirconium oxide present in the open pores and between the carbon material and the metal, and the content of the zirconium oxide Is a sliding material that is 0.2 mass% to 4.0 mass% of the total mass of the carbon material and the zirconium oxide. 前記カーボン材の開気孔率は１０体積％〜２５体積％である、請求項１に記載の摺動材料。   The sliding material according to claim 1, wherein an open porosity of the carbon material is 10% by volume to 25% by volume. 前記金属が銅及び銅合金からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、請求項１又は請求項２に記載の摺動材料。   The sliding material according to claim 1 or 2, wherein the metal includes at least one selected from the group consisting of copper and a copper alloy. 前記金属の含有率は、前記摺動材料全体の２０質量％〜７０質量％である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の摺動材料。   4. The sliding material according to claim 1, wherein the metal content is 20% by mass to 70% by mass of the entire sliding material. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の摺動材料を用いる、摺動部材。   The sliding member using the sliding material of any one of Claims 1-4. 開気孔を有するカーボン材の前記開気孔内に酸化ジルコニウムを存在させる工程と、前記カーボン材の前記開気孔内に金属を存在させる工程と、をこの順に有する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の摺動材料の製造方法。   5. The method according to claim 1, further comprising: a step of causing zirconium oxide to exist in the open pores of the carbon material having open pores; and a step of causing a metal to exist in the open pores of the carbon material in this order. A method for producing the sliding material according to claim 1.