JP2000072550A

JP2000072550A - 摺動部材

Info

Publication number: JP2000072550A
Application number: JP10237183A
Authority: JP
Inventors: Akio Sayano; 顕生佐谷野; Chihiro Shudo; 千尋周藤; Tamotsu Sato; 保佐藤; Hidehiko Kobayashi; 英彦小林; Hirotada Sasaki; 宏忠佐々木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2000-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】耐熱性、耐摩耗性、耐衝撃性と高制動性（高摩
耗係数）、さらに相手材に対する攻撃性の低い特性の摺
動部材を得ること。【解決手段】硬度の異なる炭化珪素セラミックスの長繊
維を一方向に積層した後、多孔質製の樹脂型に挿入して
マトリックス原料スラリーを加圧含浸する。加圧成形し
乾燥した後、シリコン溶融金属の接触下において、1450
℃，４時間真空中で加熱して、反応焼結による複合材を
作る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、エレベー
タの非常止めのシューなどに採用される摺動部材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】過密都市の建物の高層化に従いエレベー
タの高速化が進むにつれて、このエレベータのかごに組
み込まれる非常止めのシュー材に対する要求は過酷とな
ってきている。

【０００３】すなわち、従来から採用されている銅系の
材料では、摺動面の温度が上昇して、異常摩耗や溶着等
のおそれがあるので、耐熱性、耐摩耗性、耐衝撃性、高
制動性（高摩耗係数）の優れた材料の開発が強く求めら
れている。これに対して、特殊な鋳鉄やセラミック等を
シュー材に適用することが試みられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このうち鋳鉄
は耐熱温度が不十分であるとともに、十分な制動性、す
なわち高い摩耗係数が得られず、また、通常のセラミッ
クスでは、特に耐衝撃性が不十分なため、これをブレー
キのシュー材に適用すると、亀裂が発生したり破損する
おそれがある。

【０００５】本発明は、このような課題を解決するため
に、耐熱性、耐摩耗性、耐衝撃性と高制動性（高摩耗係
数）、さらに相手材に対する攻撃性の低い特性の摺動部
材を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
の摺動部材では、繊維とマトリックスからなる繊維強化
複合材料であって、５〜50体積％のセラミック繊維を含
み、マトリックスが実質的に反応焼結によって生成され
た炭化シリコンからなることを特徴とする。

【０００７】請求項２に対応する発明の摺動部材では、
請求項１記載の摺動部材において、セラミック繊維は炭
化珪素繊維であることを特徴とする。請求項３に対応す
る発明の摺動部材では、請求項１から請求項２記載の摺
動部材において、セラミック繊維は長繊維であることを
特徴とする。

【０００８】請求項４に対応する発明の摺動部材では、
請求項１から請求項３記載の摺動部材において、セラミ
ック繊維はマイクロビッカースかたさが1800から2600で
あることを特徴とする。

【０００９】請求項５に対応する発明の摺動部材では、
請求項１から請求項４記載の摺動部材において、マトリ
ックスは９体積％以上30体積％以下の残留シリコンを含
有することを特徴とする。

【００１０】５〜50体積％のセラミック繊維は、マトリ
ックスとなる炭化シリコン中での引き抜き効果で靭性が
向上する。このセラミック繊維は、例えば複数の繊維
（フィラメント）を揃えてヤーンとし、これをプリフォ
ームとすることにより、マトリックス中に複合化する。

【００１１】本発明の請求項１において繊維の含有率を
５〜50体積％としたのは、繊維含有率が５体積％より少
ない場合には、十分な破壊靭性を得ることが困難とな
り、また、繊維含有率が50体積％より多い場合には、材
料の緻密化が困難となり、同様に強度、靭性を得ること
ができないからである。

【００１２】また、マトリックスを反応焼結による炭化
シリコンとしたのは、炭化シリコンが耐熱性、耐摩耗
性、強度等に優れると同時に、特に反応焼結法による炭
化シリコンの場合では、より低い温度でマトリックスを
形成することができるので、プリフォームを構成する繊
維にダメージを与えることなく複合材を製造することが
できるからである。

【００１３】さらに、この反応焼結法で形成された炭化
シリコンマトリックスは、比較的硬度の低い残留シリコ
ンを含むので、この残留シリコンが相手材と摺動する際
の摺動特性を改善し、相手材への攻撃性が極めて低くな
るからである。

【００１４】本発明の請求項２において、特にセラミッ
ク繊維を炭化珪素繊維としたのは、強度、剛性、耐熱
性、各種環境に対する安定性等の点で他の繊維より優れ
ているためであり、特に反応焼結法で繊維プリフォーム
に炭化シリコンマトリックスを形成する際には、1400℃
以上の耐熱性が要求されることなどから、炭化珪素セラ
ミック繊維が好ましいからである。

【００１５】また、本発明の請求項３において、セラミ
ック繊維を長繊維としたのは、高い破壊靭性を得るため
には長繊維が有効であるからである。ここでいう長繊維
とは、連続繊維を意味する。ウィスカーや短繊維でも靭
性が向上するが、より優れた破壊靭性を得るという点で
は長繊維が好ましい。

【００１６】さらに、本発明の請求項４において、繊維
のマイクロビッカースかたさを1800〜2600としたのは、
マイクロビッカースかたさが1800より低いと耐摩耗性が
十分でなく、これをブレーキ用のシュー材に用いた場
合、シュー材の摩耗が顕著となり、高い摩耗係数、すな
わち優れた制動性が得られないからである。

【００１７】マイクロビッカースかたさが1800以上の場
合は、より高い耐摩耗特性を示すため、ブレーキ用シュ
ー材、特に高負荷の超高速エレベータ非常ブレーキ用の
材料として、高い摩耗係数、すなわち優れた制動性を示
す。

【００１８】一般的に、炭化シリコンは高い硬度を有す
るが、通常の炭化シリコン繊維は過剰のカーボン、ある
いは不純物としての酸素、チタン、ジルコニウム等を含
んでいる。

【００１９】したがって、このように不純物を含んだ場
合の硬度は純粋の炭化シリコンの硬度より低い。ただ
し、気相反応法（ＣＶＤ）等の特殊な方法で作製された
炭化シリコン繊維は、高純度であるため、不純物を含ん
だ繊維に比べて高い。したがって、本摺動部材を構成す
るセラミック繊維としては、このような高純度、すなわ
ち高硬度の繊維を適用することが好ましい。

【００２０】上記繊維をマトリックス中に配置する際
に、摺動部近傍のみ繊維を配置し、その他の部分はマト
リックスのみの構造でもよい。この結果、比較的高価な
繊維の配合量を減らしより入手性のよい材料となる。

【００２１】反応焼結法によりマトリックスを形成した
場合、マトリックス中に未反応の残留シリコンが存在す
ることになるが、本発明の請求項５において特に残留シ
リコン量を９体積％以上30体積％以下としたのは、残留
シリコン量が９体積％より少ない場合には、摺動する際
の相手材への攻撃性が高くなり、相手材を傷めるため摺
動部材として好ましくないからである。

【００２２】また、残留シリコン量が30体積％より多い
場合には、マトリックスの破壊靭性が著しく低くなり、
複合材としての特性が低下するとともに材料の耐摩耗性
も低下するためである。

【００２３】上記構成に係わる摺動部材は、高い耐熱
性、耐摩耗性、耐衝撃性、制動性（高摩耗係数）を有
し、さらには相手材に対する攻撃性が極めて低いため摺
動部材として優れた特性を発揮する。ブレーキのシュー
材、特に高速エレベータの非常止め装置のシュー材など
に最適である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の摺動部材の第１の
実施形態について説明する。本実施形態では、硬度の異
なる炭化シリコン系セラミックスの長繊維を繊維素材と
して用いた。

【００２５】この繊維を一方向に積層した後、多孔質製
樹脂型に挿入し（体積含有率30％）、マトリックス原料
スラリーを加圧含浸した。このセラミックス原料スラリ
ーは、平均粒径３μｍの炭化珪素粉末70重量％，平均粒
径0.03μｍのカーボンブラック粉末30重量％を固形分と
し、固形分53重量％＋純水47重量％と微量の分散剤を混
合したものである。

【００２６】加圧成形し乾燥した後、シリコン（純度98
％）溶融金属の接触下、1450℃，４時間真空中で加熱
し、反応焼結で複合材を作製した。この得られた複合材
を構成するマトリックス中の残留シリコン量はいずれも
20体積％であった。

【００２７】この複合材から20mm×20mm×５mmの試験片
を切り出し、以下述べる摩擦試験と摩耗試験を行った。
なお、比較材１，２は、それぞれ用いた炭化シリコン繊
維のマイクロビッカースかたさが本発明で用いた炭化シ
リコン繊維の硬度よりも低いものである。

【００２８】摩擦試験と摩耗試験は、回転する鉄製ディ
スク（材質SS400 ）を複合材のパッドで両側から挟み込
む方式の慣性摩耗試験機を用いた。試験条件は面圧；20
0kg／cm²，速度；1200ｍ／minとした。評価結果を表１
に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】図１は、本実施例による繊維強化複合材料
（サンプルNo．３）の組織を示す顕微鏡写真（倍率100
倍）である。この写真で４本斜めに等間隔に見えるのが
炭化シリコンの長繊維であり、それ以外の部分が炭化シ
リコンおよびシリコンからなる反応焼結炭化シリコンの
マトリックスである。

【００３１】次に、本発明の摺動部材の第２の実施形態
では、マトリックススラリーのカーボンブラック粉末の
添加量を変えて、残留シリコン量の異なるマトリックス
からなる炭化シリコン系繊維強化複合材料を作製した。
繊維素材としては、マイクロビッカースかたさが2500の
炭化シリコン長繊維を用いた。この繊維を第１の実施形
態と同様に一方向に積層し、多孔質製樹脂型に挿入し
（Ｖｆ＝30％）、マトリックス原料スラリーを加圧含浸
した。

【００３２】このセラミックス原料スラリーも第１の実
施の形態と同様に、平均粒径３μｍの炭化珪素粉末70重
量％，平均粒径0.03μｍのカーボンブラック粉末30重量
％を固形分とし、固形分53重量％＋純水47重量％と微量
の分散剤を混合したものである。加圧成形し乾燥した
後、シリコン（純度98％）溶融金属の接触下、1450℃，
４時間真空中で加熱し、反応焼結で複合材を作製した。

【００３３】得られた複合材から第１の実施形態と同様
に20mm×20mm×５mmの試験片を切り出し、摩擦試験と摩
耗試験を実施した。なお、比較材１，２は、それぞれ用
いた炭化シリコン系繊維強化複合材料を構成するマトリ
ックスの残留シリコン量が本発明で用いた炭化シリコン
系繊維強化複合材料の残留シリコン量よりも低いもので
ある。

【００３４】摩擦試験と摩耗試験の試験機と試験条件
は、第１の実施形態と同様で、回転する鉄製ディスク
（材質SS400 ）を複合材のパッドで両側から挟み込む方
式の慣性摩耗試験機を用い、試験条件は面圧；200kg／c
m²，速度；1200ｍ／minである。評価結果を表２に示
す。

【００３５】

【表２】

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
５〜50％体積％のセラミックス繊維を含む炭化珪素の繊
維強化複合材を用いることで、耐熱性、耐摩耗性、耐衝
撃性と制動性（高摩耗係数）に優れ、相手材に対する攻
撃性の低い摺動部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法で製造した試料の摺動面に平行な
面の組織を示す顕微鏡写真である。

フロントページの続き (72)発明者佐藤保東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者小林英彦東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者佐々木宏忠東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内Ｆターム(参考） 3F304 CA13 DA45 4G001 BA22 BA60 BA62 BA86 BB22 BB62 BB86 BC13 BC46 BC47 BD12 BD16 BE11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維とマトリックスからなる繊維強化複
合材料であって、５〜50体積％のセラミック繊維を含
み、マトリックスが実質的に反応焼結によって生成され
た炭化シリコンからなることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】請求項１記載の摺動部材において、セラ
ミック繊維は、炭化珪素繊維であることを特徴とする摺
動部材。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の摺動部材
において、セラミック繊維は、長繊維であることを特徴
とする摺動部材。
【請求項４】請求項１乃至請求項３に記載の摺動部材
において、セラミック繊維はマイクロビッカースかたさ
が1800から2600であることを特徴とする摺動部材。
【請求項５】請求項１乃至請求項４に記載の摺動部材
において、マトリックスは９体積％以上30体積％以下の
残留シリコンを含有することを特徴とする摺動部材。