JPH0781587B2

JPH0781587B2 - 炭素系摺動材料

Info

Publication number: JPH0781587B2
Application number: JP31063386A
Authority: JP
Inventors: 真也川上; 正春菊池
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 1986-12-24
Filing date: 1986-12-24
Publication date: 1995-08-30
Anticipated expiration: 2010-08-30
Also published as: JPS63163025A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は炭素系摺動材料に関し、より詳しくはグラファ
イトとガラス状炭素とを含有する炭素系摺動材料に関す
る。

「従来の技術」従来、この種の炭素系摺動材料として、特開昭59−1315
67号公報、特公昭57−25483号公報、特開昭59−43222号
公報等が知られている。

特開昭59−131567号公報の炭素系摺動材料は、30〜80wt
％のガラス状炭素と、20〜70wt％のグラファイトとを添
加した摺動材料である。

特公昭57−25483号公報の炭素系摺動材料は、ガラス状
炭素にグラファイトやタルク等の固体潤滑剤を１〜20wt
％添加するようにしたものである。

特開昭59−43222号公報の炭素系摺動材料は、ガラス状
炭素にオイルを添加し、さらに30wt％以下のグラファイ
トや50wt％以下のアルミナを添加するようにしたもので
ある。

「発明が解決しようとする問題」上記ガラス状炭素は硬質で強度が大きく、これに固体潤
滑剤であるグラファイトを含有させた炭素系摺動材料に
おいては、優れた耐摩耗性と小さな摩擦係数とが得られ
るが、より一層の耐摩耗性と低摩耗特性とを同時に達成
することが望まれていた。

「問題点を解決するための手段」本発明はそのような事情に鑑み、従来の炭素系摺動材料
に比較して一層の耐摩耗性と低摩耗特性とを同時に達成
することができる炭素系摺動材料を提供するものであ
る。

すなわち本発明は、50〜88wt％のグラファイトと、10〜
48wt％のガラス状炭素と、ムライト、クレー、タルク、
シリカ又はアルミナのうち少なくともムライトを含む１
種以上が２〜20wt％からなるものを基本とし、必要に応
じて、0.01〜20Vol％の空孔を設け、さらに必要に応じ
て前記空孔にオイルを含浸したものである。

「作用」本発明の添加物である上記ガラス状炭素は、グラファイ
トやムライト、クレー、タルク等の添加物を結合するも
ので、硬く、高い強度を有し、しかも不透過性に優れて
いて、全体の強度および耐摩耗性を向上させる。添加量
が10wt％未満であると、結合材としての役割が弱くな
り、強度、耐摩耗性に劣るようになる。また添加量が48
wt％を越えると、摩擦係数が大きくなりすぎる。より望
ましい範囲は15〜28wt％の範囲である。

上記ガラス状炭素は、フェノール樹脂、フラン樹脂、フ
ルフリールアルコール、ポリイミド等の熱硬化性樹脂ま
たはそれらの混合樹脂を高温の不活性雰囲気中で焼結し
て炭化させ、さらに必要に応じて黒鉛化することによっ
て得られる。また、水素／炭素原子比を調整したピッチ
から誘導された酸素官能基を有する炭素前駆体物資を粉
末成形した後、同様に焼成して炭化し、さらに必要に応
じて黒鉛化することによって得られる。

固体潤滑材であるグラファイトは、六方晶系の結晶構造
を有し、へき開し易いために自己潤滑性があり、摩擦係
数を小さくする。添加量が50wt％未満であると潤滑性に
劣り、摩擦係数が大となる。他方、添加量が88wt％を越
えると、グラファイト自身の強度、耐摩耗性が小さいた
め全体の強度が小となり、耐摩耗性が低下する。より望
ましい範囲は55〜75wt％の範囲である。

上記グラファイトとしては人造黒鉛又は天然黒鉛を用い
ることができる。形状は偏片状又は粒状のものを、粒径
としては300μｍ以下のものを、さらに結晶体はd₀₀₂＝
3.41Å以下のものを用いることができる。望ましくは、
形状が粒状、粒径が200μｍ以下、結晶性がd₀₀₂＝3.37
Å以下のものがよい。

ムライト、クレー、タルク、シリカ又はアルミナのムラ
イトを含む１種以上は、摩擦調整剤として添加するもの
で、炭素系摺動材料が摺接する相手材へのグラファイ
ト、ガラス状炭素の凝着物を取り除く働きがある。そし
てグラファイトよりも硬さ、耐摩耗性の点で優れている
ので、全体の耐摩耗性が向上するようになる。

なかでもムライトは、クレーを950℃以上で焼成した時
に生成する化合物であり、耐摩耗性・自己潤滑性・強度
・硬さ等の総合力が他の添加物であるクレー、タルク、
シリカ、アルミナより優れているため、必ず添加すべき
である。

クレーは粘度鉱物の総称で、粘度鉱物の主なものはカオ
リナイト、ハロイサイト、加水ハロサイト、絹雲母、イ
ライト、パイロフィライト、モンモリロナイト等が適用
できるが、本発明では前記クレーを焼成し、結晶水を失
わせ、非晶質状態になったものや、Si−Alスピネルとな
ったものを適用することが望ましい。

シリカは非晶質のものから結晶質のものまであり、ま
た、クレー等を1200℃以上で焼成した時に生成するクリ
ストラバイト等を適用することができる。

添加量が2wt％未満であると耐摩耗性が劣り、しかも相
手材へ凝着物の取り除き効果が発揮できないため、摩擦
が不安定となり易い。また20wt％を越えると、相手材に
キズを付けたり、摩耗させるようになる。より望ましい
範囲は５〜15wt％の範囲である。

必要に応じて設けられる空孔は摩擦係数を低下させるた
めのものである。空孔を設けることにより、摺動時の摩
擦表面は常にある粗さを持った状態になり、しかも、空
孔のないものに較べ材料強度が若干落ちることから、僅
かに摩耗を生じさせることにより摩擦係数を低くするこ
とができる。

また、表面の粗さをほぼ一定に保つことができるため、
特に境界潤滑条件下ではある程度の作動液を摩擦面に保
持することができやすくなり、摩擦係数は低下する。

なお、比較的低圧流体のシール材料として使用する場合
は問題が生じないが、高圧の流体をシールする場合は、
空孔からの洩れが心配されるので、摺動面以外の個所に
樹脂、ゴム、金属等を被覆あるいは塗着し、封孔処理す
ることが望ましい。

前記空孔は0.01Vol％未満では上記硬化が発揮されず、2
0Vol％を越えると、強度が低下し、しかも耐摩耗性も低
下することになる。より望ましい範囲は２〜10Vol％の
範囲である。

さらに必要に応じて含浸されるオイルは、一層摩擦係数
を下げるために含浸させるもので、摺動界面にオイルが
存在すると固体接触が減少し、耐摩耗性も向上する。特
に水をシールするメカニカルシールを用いた場合には、
オイルは水を溌水させる効果があるので、界面からの水
洩れ防止に効果がある。含浸量が、上述した添加物の全
体に対して0.01Vol％未満では上記効果が発揮されず、
また20Vol％を越えると、その状態はオイルを含浸させ
るための空孔が多く存在することを意味するので、その
多くの空孔により強度が低下し、しかも耐摩耗性も低下
することになる。より望ましい範囲は２〜10Vol％の範
囲である。

上記オイルとしては、スピンドル油、ダイナモ油、ター
ビン油、エンジン油、ディーゼルエンジン油、ギヤ油等
に用いられる鉱油、合成油を用いることができる。

「実施例」以下図示実施例について本発明を説明する。先ず本発明
に係る炭素系摺動材料の製造方法について説明すると、
フェノール樹脂、フラン樹脂、フルフリールアルコール
のガラス状炭素用材料と、グラファイトと、ムライト、
クレー、タルク等を所要の配合比で配合し、ホットロー
ル又はニーダによって混練する。次にこれを粉砕した
後、200〜500kg/cm²の圧力で成形し、さらに熱処理を施
して焼成する。この焼成は、ガラス状炭素用材料を炭素
化するだけであれば、800〜1500℃の不活性ガスによっ
て行われる。

このような温度域で焼成されるクレーは、クレー（焼成
クレー、焼成カオリン）、Si−Alスピネル等のスピネ
ル、ムライト、クリストラバイト（シリカ）という状態
を呈し、これらの単独、或いは混合体を生成するが、ど
の状態であっても適用できる。また、配合時点からこれ
らのものを添加してもよい。また、タルクについても焼
成温度によりほぼ同様な変化を示す。

なお、黒鉛化する場合には1800℃以上の不活性ガスによ
って行われる。

必要に応じて摩擦係数を低下させるために設けられる空
孔は、上述の製造方法によって炭素系摺動材料を製造す
れば約２％程度までの空孔を形成できる。空孔がそれ以
上必要な場合には、上記配合中に造孔剤として、例えば
重炭酸アルミニウムのように焼成時に揮発する成分を空
孔率に応じた量だけ添加して、熱処理を施せばよい。

さらに必要に応じて含浸させるオイルは、上述の製造方
法によって設けた空孔にオイルを含浸する。オイルの含
浸方法としては、加熱したオイル中に炭素系摺動材料を
浸漬させ、徐冷してから取り出せばよい。または、圧力
容器中に炭素系摺動材料を収容し、真空ポンプにて圧力
容器内を真空にして炭素系摺動材料の空孔から空気を除
去する。そしてその状態でオイルを注入し、加圧状態で
加熱した後、徐冷するようにしてもよい。

次に、下記の第１表、第２表はそれぞれ本発明に係る炭
素系摺動材料の組成と比較材としての炭素系摺動材料の
組成とを示すとともに、それらについて摩擦係数と摩耗
量とを計測した結果を示したものである。そして、第１
表がオイルを含まない炭素系摺動材料に関するもので、
試料１〜18が本発明品を試料19〜24が比較材を示してい
る。また第２表がオイルを含浸する炭素系摺動材料の関
するもので、試料25〜35が本発明品を、試料36〜38が比
較材を示している。

上記摩擦係数は、機械試験所型スラスト試験機を用い、
相手材をAl₂O₃、荷重を5kgf/cm²、速度を0.2m/sとして
その速度を１時間保持した後、測定した結果を示すもの
である。また摩耗量は、上記試験条件で、上述した0.2m
/sの速度を１時間保持した後、さらに0.5、１、1.5、2m
/sまで速度を１時間毎に順次増大させ、最後の2m/sの速
度を１時間保持した後に測定した結果を示すものであ
る。

第１図および第２図は、上記0.2m/sにおける摩擦係数の
他に、上述した0.5、１、1.5、2m/sの各点における摩擦
係数を測定した結果を示すもので、第１図は第１表の発
明品10と比較材20、24とについての、第２図は第２表の
発明品29と比較材36とについてのそれぞれの試験結果を
示している。

第１表に示されるように、本発明品は比較材に比較して
摩擦係数、摩耗量ともに優れた結果が得られている。例
えば、本発明品18と比較材20とを比較すれば、ほぼ同様
なグラファイトとガラス状炭素の成分に、本発明品18の
ようにムライトを少量含有させることにより、比較材20
に対し摩擦係数を減少させることができると同時に、摩
耗量を半分以下に激減させることができる。

また上記比較材20に対して、比較材23に示されるように
グラファイトを80wt％とし、かつムライトを15wt％添加
しても、ガラス状炭素が5wt％と少ないと、摩擦係数は
小さくなっても摩耗量が増大する結果となる。これとは
逆に、比較材22に示されるように、ガラス状炭素を60wt
％と増大させるとともに、グラファイトを30wt％に減少
させ、かつアルミナを10wt％添加した場合には、摩耗量
が小さくなるが、摩擦係数は大きいままである。

これに対し、上記第１表から理解されるように、グラフ
ァイトを50〜88wt％の範囲とし、かつガラス状炭素を10
〜48wt％とした上で、２〜20wt％のムライト等を添加す
ることによって、摩擦係数を低減させると同時に、摩耗
量を低減させることができる。

また第１図に示されるように、本発明品は特に低速度に
おける摩擦係数の改善の度合が大きく、したがってウオ
ーターポンプ用のメカニカルシールに用いた場合に、ア
イドリング時に生じやすい異音の発生を有効に防止する
ことが可能となる。

さらに、オイルを含浸させた本発明品においては、第２
表と第２図とに示されるように、オイルを含まないもの
に比較して、一層の摩擦係数の低減と摩耗量の低減とを
図ることができる。

「発明の効果」本発明は、50〜88wt％のグラファイトと、10〜48wt％の
ガラス状炭素と、ムライト、クレー、タルク、シリカ又
はアルミナのうち少なくともムライトを含む１種以上が
２〜20wt％からなものを基本とし、必要に応じて、0.1
〜20Vol％の空孔率を設けたり、さらに必要に応じて、
前記空孔にオイルを含浸したものであるから、耐摩耗性
と低摩耗特性とを同時に達成することができる炭素系摺
動材料を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明品10と比較材20、24とについて摩擦係数
を測定した結果を示す図、第２図は本発明品29と比較材
36とについて摩擦係数を測定した結果を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】50〜88wt％のグラファイトと、10〜48wt％
のガラス状炭素と、ムライト、クレー、タルク、シリカ
又はアルミナのうち少なくともムライトを含む１種以上
が２〜20wt％からなることを特徴とする炭素系摺動材
料。
【請求項２】上記炭素系摺動材料の全体に対し、0.01〜
20Vol％の空孔を有することを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の炭素系摺動材料。
【請求項３】上記空孔にオイルを含浸したことを特徴と
する特許請求の範囲第２項に記載の炭素系摺動材料。