JPS5934020A - 組合せ摺動部材 - Google Patents

組合せ摺動部材

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JPS5934020A
JPS5934020A JP11567482A JP11567482A JPS5934020A JP S5934020 A JPS5934020 A JP S5934020A JP 11567482 A JP11567482 A JP 11567482A JP 11567482 A JP11567482 A JP 11567482A JP S5934020 A JPS5934020 A JP S5934020A
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ceramic
friction
metal
carbon
sliding
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JP11567482A
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JPS6331003B2 (ja
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Shotaro Mizobuchi
庄太郎 溝淵
Katsumi Sasaki
勝美 佐々木
Yoshiharu Takeuchi
義治 竹内
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/24Brasses; Bushes; Linings with different areas of the sliding surface consisting of different materials

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

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】 本発明は液体中にて用いられ特に摺動面tこ摺動面の減
摩剤を用いることができない摺動部材、或は乾燥雰囲気
中で用いられる摺動部材に関する。
清水、油等を取扱うポンプでは軸受側にカーボン、銅系
焼結材料などが使われており、清水中では又ゴム軸受が
使われているが、スラリーの混入した場合摩耗が大きく
使用出来ない。また、海水などの腐食性液を取扱うポン
プでは焼付きのない様に摺動部の隙間?大きくしてステ
ンレス鋼、BC#を使っているのが実状である(これに
よって、漏れ量が多くなり、ポンプ効率が下がる欠点を
有する)。
このほか最近、#底のマンガン団塊の採取が注目されて
いるが、この場合スラリーが混入した腐食性海水と取扱
うことからケーシングリング、インペラリングの摺動部
のほかに軸シール部の材料組合わせが最大の問題となっ
ている。
スラリーは5in2からなり最大粒径がθ/關以下であ
り、軸受隙間ト厘径でQ、 3 nunとすると殆んど
のスラリーは軸受隙間に入ってしまう。この軸シール部
は出来る限り摺動部のクリアランスを少なくし、また、
この部分で荷重もささえられる軸受としての働きが必要
である。このようなシール部に適する耐食、耐皐耗、耐
焼付性の有する材料組合わせは現在のところ全くないの
が実状である。更に一般的には竪軸ポンプ、斜軸ポンプ
尋では起動待摺動面が乾燥しているため注液して起動し
なければならない。その他ポンプによっては短時間にポ
ンプ封水のための摺動面及び軸受がドライに近い状態と
なることがあるのでドライ状態で使用できることが望ま
れる。
本発明は乾燥した条件下及び清水、海水等に浸漬された
条件下にある摺動部材、例えばポンプ内ライナリング、
軸封部材特に竪軸ポンプ、斜軸ポンプ或は一時的に乾燥
した条件で使用されるポンプの軸受に適する摺動部材と
提供することを目的とする。
本発明は二つの摺動部材の一方にカーボン又はカーボン
ファイバと混入したOu又はNiをベースとした耐食耐
摩耗材を、他方に81 !t N4のセラミック材を用
いたものである。
海水中に用いられる摺動部材に適する材料としては摩擦
係数の小さいこと、耐摩耗性力;良好なこと、スラリー
が混入しても焼付がないこと、また電位差腐食、隙間腐
食に耐えることなどがある。発明者らは第1図に示す試
験装置を用い、従来の組合わせ摺動部材と比較した。
第1図は摺動試験装置の縦断面図である。図において油
圧モータ/によりトルクメーターを介して軸3が回され
、軸3端にはスリーブ状の試験片Sが嵌入固定され、試
験片jに摺動するようPこ成人するリング状試験片6が
軸受ハウスフに嵌入17ており、図示矢印10方向より
加わるラジアル荷重はロードセルgf介してロッドゾ端
を通じて軸受ハウス7の保持部材//に伝えられる。軸
受ハウスフには図示矢印lコより液体の送入されるホー
ス13が配されている。
lりは軸3の回転数を知る回転計である。
リング状試験片(直径60ミリメートル、幅/θミリメ
ートル)At−支持する側の軸受ハウス7、ロードセル
ざ、ロンド?、軸受ハウス保持部材/l、ホース73等
は試験槽/jに支持され、試験槽/Jは上下送り装置/
6の上下動可能なロンド/7により支持されている。従
ってリング状試験片6は上下動し、スリーブ状試験片j
が回転し、それらの軸受隙間に液体を送り込める如くな
っている。
本発明は互に摺動する摺動部材の一方はセラミックSi
、N、のセラミック?用い、このセラミックの摺動部材
に摺擦する摺動部材は (a)  銅、ニッケル等をベース金属として分散させ
るカーボンCの混入率5〜コθ体積襲の複合材料(以下
金属基カー1ボン含有複合材料Aと称、す・る) (b)  もしくは銅、ニッケル等とベース金属として
分散させるカーボッフッ4フフ0〜60体積チの複合材
料(以下金属基カーボン含有複合材料Bと称する)であ
る。
尚1本発明でいう体積チとは金属基カーボン含有複合材
料A、Bの断面にしめるカーボンの面積の割合?もって
大々5〜−〇%、グO〜6θ係と表わしkものである。
セラミックSi3N4は常圧焼結晶ホットプレス品どち
らでも可である。前者は常圧成形したセラミック5t3
N4(一部助剤としてM gO、Y、 O。
その他を混入添加) t−/730 C,N2雰囲気中
で焼結したもので気孔率は2%以下としたものである。
後者のホットプレス品はセラミックSi、N。
に常圧焼結晶と同様の助剤を添加しtqjo cの温度
で3θOkgflofの圧力の下で焼結したもので、密
度も、2%以下のものである。
金属基カーボン含有複合材料Aは約10Amの黒鉛粒を
5−ツθ体積チ含まれるようにOu、Ni。
及びMo等の合金粉末を圧縮成形し、約/200Cの温
度で一定加圧のもとで焼結することによって、固体潤滑
剤の黒鉛と均一に分散させた焼結複合材料であり、金属
基カーボン含有複合材料Bはカーボンファイバー混入複
合材料、例えばボリアクリロンニトリルを炭素化して直
径約6μ?n位の連続状の炭素繊維となし、これにチタ
ン又は銅の電気メッキを施した後、長さs1m以下にカ
ットしてチョツプドファイバーとなし、次いで前記チョ
ツプドファイバーが6〜60体積優含まれるようeこ、
銅又はNi粉末とホットプレスを行ない焼結化すること
により製造されるものである。
上述に用いられる材料のシリコンの窒化物5isN4は
常圧焼結晶、ホットプレス品どちらも後述されるように
同様の好結果を示す。
第2図は組合せ摺動部材の面圧kllf/Cdtを横軸
にとり、縦軸に摩擦係数きとった線図であって軸受はセ
ラミックS量、N、2材料とする軸受に軸材料として各
種材料を組合せ実験したもので何れも清水中におけるす
べり摩擦であって摺動速度は2. jm15である。
図において分るようにセラミックSi、N、vsSi、
N4の組合せは極めて高い摩擦係数を示し、軸受面圧の
増加につれて増加し飽和する。セラミック8i、N、v
sステンレス鋼SUS、7 lbの組合せでは図のよう
に摩擦係数は大きく、大略セラミックSi3 N4vs
 Si、 N4に倣うが面圧が10〜/コkff/al
tの間で急に摩擦係数が増大する。又レイプス相金属の
トリバロイ(商品名) Tyoθでは更に低い摩耗係数
を示す。以上のように硬質材料とセラミック8i、N4
との組合せ摺動は摩擦係数が大きい。工具鋼SK、2と
セラミックSi、N4の組合せ摺動部材では硬質材料の
組合せ乍ら比較的低い0//〜0. / jSの摩擦係
数?示し、血圧がλ〜lコktf/CIAの間次第tこ
摩擦係数が増加する。
以上の硬質材料の組合せ(金属vsセラミックが3組、
セラミックVSセラミック/組)はトリバロイT70θ
における面圧、2〜6kff /Cノdでの摩擦係数の
面圧の増大に反比例する増加があるけれども、全体とし
ては面圧の増加につれて摩擦係数は増加する。
砲金Bo6とセラミック8i、N、の組合せは硬質金属
とセラミックSi、N、との組合せよりも低い摩擦係数
?示し、面圧が一〜/ 、2 kyf/ctl tこお
いて摩擦係数は漸減する。摺動部材として砲金Bobは
広い範囲において相手金属%に硬質金属との間において
摩擦係数が低く、面圧が比較的高くとれ、潤滑材があれ
ば′焼付が生じ難い等の特質があり賞月される処である
が、図のように非金属との摺動においても実用上必要と
される面圧下において優れた摩擦性能と有する。
発明者らが提案するOu、Ni等の金属基カーボン含有
もしくはカーボンファイノζ−を含有する複合材料では
砲金BOgより更に低いほぼ半減したθ02〜θ05の
摩擦係数を示す。図に示すように金属基カーボン含有複
合材料A、Bは面圧の変化にか−わらずほぼ一定の摩擦
係数を示し、金属基カーボン含有複合材料Aは面圧の増
加につれて摩擦係数はわずかに漸減し、金属基カーボン
含有複合材料Bは面圧の増加につれて摩擦係数はわずか
に低下し、大略//kyf/a/lにて金属基カーボン
含有複合材料A、Bの摩擦係数の変化曲線は交叉する。
以上のとおり、本発明のセラミックSi3N、と金属基
カーボン複合材HA又はBの組合せ摺動部材は清水中に
ふ・いて低摩擦係数である。
次に乾燥芽囲気即ちドライで運転した場合に従来水中軸
受で用いられるゴム軸受とステンレス銅5US31乙の
組合せと本願発明のセラミツク5iBN4vs金属基カ
ーボン含有複合材料Aについての実験についてのべる。
第3図は横軸に運転時間(分)、縦軸に摩擦係数?とり
摺動速度ユ5yn15、面圧はゴム軸受vsステンレス
鋼SU8.yibについては07り(四角形記号で示す
符号コ/)、ユA(逆三角形の記号kpわす符号、2.
2)、、7.7(丸の記号を衣わす符号−23) ’y
fAndkとつCいる。そしてセラミックS i、 N
4’vs金國基力−ボン含有抜合イ、1岑・lNは面圧
/ /q kgf/cl (正立三角形の記号で示す符
合2ダ)′tとっている。ステンレス鋼5(IS3/l
、 vsゴム軸受の場合は面圧をθ74t ky f、
/crlと極めて低くしても符号コ/に示すように約7
3分の運転時間でθ/3であった摩擦係数は急上昇し焼
付を表す。同部材で血圧2.26kff/ cdとする
と符号ココで示すようt−約3Q秒の運転時間で摩擦係
数は急上昇と示し焼付と表わす。史にii″I〕圧が3
、qkff/diとなると符号、2、?に示すようFこ
約10秒の運転時間で摩擦係数は急上昇し焼付状態を表
わす。
以上に対して本発明のセラミンクS L3N4vs金属
基カーボン含有複合材料Aはドライ運転においても摩擦
係数は清水中の実験時とほぼ一致するし、003と低い
値を示す。そして30分運転するも焼付を生じない。
尚砲金とセラミックの組合せのドライ運転は焼付を起す
ことは明かなので試験をしていない。
又、第1図に示す本発明品以外の上述の組合せ摺動部材
についても同じく明かなので試験を行っていない。
以上のべた組合せ摺動部材は何れも耐食性はすぐれてお
り、特に海水中においてはセラミックSi8N4はすぐ
れる。一方金属基複合材料A。
B共にOu、 Ni #をベースとしてカーボン粒もし
くはカーボンせんいと介在させて金属基金適当に選べば
耐食性にすぐれる。
本発明の組合せ摺動部材は (1)  例えば取扱液以外に潤滑液と用いることがで
きないポンプにおいてケーシングとインペラリングへ適
用することによりPJT要面圧が得られ摩擦係数の少な
い封水手段或は軸受を得ることができる。
(2)  ケーシング、インペラとの接触腐食が生ずる
ことがなく、ポンプ運転停止時の摺動部間における隙間
昼食を防止することができる。
(3)摩擦係数が小さいから動力の軽減省エネとなる。
(4)  ドライの状態でも焼付が生じないから、ポン
プが落水している状態で運転してもポンプにおける摺動
部分子c損傷することがない。
従って竪軸ポンプ、斜軸ポンプの軸受に適し、又一般に
ポンプに用いるときは落水時にポンプ摺動面に生ずる損
傷が生じない。
(5)広く、水潤滑、乾式の摺動部材として用いること
ができ応用範囲?広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は回転摩擦試験機の縦断面図、第一図、第3図は
夫々が本発明に係わる組合せ摺動部材の摩擦特性を示す
線図である。 j・・・スリーブ状試験片 6・・・リング状試験片。 第2図 m 5−(KIF/crn2) 手続補正書(自発) 昭和5g年り月73日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 l事件の表示 昭和57年特許願第1/167ダ号 3発明の名称 組合せ摺動部材 ユ補正をする者 事件との関係  特許出願人 住所東京都大田区羽田旭町l1番/号 召代 理 人 〒λタク 電 θ4t5−52ノ−クク
ざざ明細書の発明の詳細な説明のM1間 明細書第、2頁上り行目よりS行目「このほか最近、・
・・・・・・・・この場合」をAIJ除する〇明細書第
2頁上g行目「スラリーが」の前に「例えば」を加入す
る。 明細書第2頁上り行目「ことがら」を削除し「場合、」
を加入する■ 明細書第−頁上/−行目「スラリーは」の前に「スラリ
ーの種類によってはコを加入する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. l 二つ部材が接触?して摺動するものにおいて、該二
    つの部材の内一つの部材はセラミンlsi、N4であり
    、該二つの部材の内の他の部材はOuもしくはN1等の
    金属をペースとしカーボン粒5〜20体積襲?混入又は
    CuもしくはN1等の金属をベースとしカーボンファイ
    バーllO〜6θ体積t16f!:混入した組合せ摺動
    部材。
JP11567482A 1982-07-03 1982-07-03 組合せ摺動部材 Granted JPS5934020A (ja)

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