JP2000283167A

JP2000283167A - 軸受け

Info

Publication number: JP2000283167A
Application number: JP8488299A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hanzawa; 茂半澤; Kenji Nakano; 健治中野
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】潤滑材を使用する必要が無く、かつ、高温、
高圧下といった悪作業環境下でも、短時間で摩耗したり
することもなく、また、悪使用環境によっても影響を実
質的に受けずに、要求性能を長時間保持することができ
る軸受けの提供。【解決手段】ＳｉまたはＣｕを、特定の構成を有する
炭素繊維に含浸させることにより得られる、液体中の動
摩擦係数をピン・オン・ディスク法で測定するとき、最
大値が０．１５以下で、変動幅が±０．０７５以下であ
る炭素繊維強化炭素複合材料から軸受けを製造すること
により上記課題を達成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異常環境下の液
体中で使用される、例えば、水温２００℃前後の条件下
で使用される高圧ノンシールポンプや、金属溶湯内軸受
け等の様な、各種機器の軸受けに関する。

【０００２】

【従来の技術】油田等で使用されるキャンドモーター
ポンプの軸受け材としては、現在、炭素製のものや、炭
化珪素製の部材等が使用されている。しかし、使用中
に、軸受け材が高温の水分などの影響で膨潤してきて、
その摺動性が低下し、場合によっては、破損するため
に、いずれも、その寿命は約１月程度と短い。そのため
に、頻繁に交換しなければならず、交換作業も、悪環境
下で行うために、多大の経費と人員を割かなければなら
という問題があった。また、水中や油中以外でも、鋼板
のメッキ用のアルミ溶湯や亜鉛溶湯等の金属溶湯内での
軸受けも、貧酸素条件下とはいえ、高温下に曝されるた
めに、長期間の使用に耐え得る材料が未だ存在していな
いのが現状である。一方、深海の資源の有効利用の観点
からも、高圧下の作業環境で作業可能な各種機器の開発
も早急に求められているにもかかわらず、このような環
境下で使用可能な、摺動性が高く、耐摩耗性も高い部
材、特に、長寿命の軸受けが存在しなかったために、そ
の開発が遅れているのが現状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】使用環境が液体中の
場合には、潤滑材を使用できず、軸受け用の部材として
使用可能な材料は自ずと制限される。従って、本発明の
目的は、液中では使用不可能な潤滑材を使用する必要も
無く、また、高温および／または高圧下といった悪作業
環境下でも、短時間で摩耗したりすることもなく、ま
た、上記のような悪使用環境においても実質的に影響を
受けず、要求性能を長時間保持することができる軸受け
を提供する目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の様
な現状に鑑みて種々検討した結果、液体中で使用可能な
各種機器用の軸受けとして、ＳｉまたはＣｕを、特定の
構成を有する炭素繊維に含浸させることにより得られ
る、液体中の動摩擦係数をピン・オン・ディスク法で測
定するとき、最大値が０．１５以下で、変動幅が±０．
０７５以下であるＳｉまたはＣｕを含浸させた複合材料
から製造することにより、上記の目的を達成することを
見いだして、本発明を完成させたものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明に係る軸受けは、Ｓｉま
たはＣｕを含浸させた複合材料から構成される。本発明
に係る軸受けを製造するに際しては、例えば、所望の形
状に成形したＣ／Ｃコンポジットあるいはその焼成体
を、以下に詳述する方法により、ＳｉまたはＣｕを含浸
させることにより容易に製造できる。なお、Ｓｉまたは
Ｃｕを含浸させた複合材料としては、炭素と、珪素と、
炭化珪素とから構成され、少なくとも炭素繊維の束と炭
素繊維以外の炭素成分とを含有するヤーンが層方向に配
向しつつ三次元的に組み合わされ、互いに分離しないよ
うに一体化されているヤーン集合体と、このヤーン集合
体中で隣り合う前記ヤーンの間に充填されているＳｉ−
ＳｉＣ系材料からなるマトリックスと有するＳｉ−Ｓｉ
Ｃ系複合材料、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分とか
ら構成され、その一部分には炭化珪素が存在していても
よい骨格部と、骨格部の周囲に形成された、少なくとも
５０％はβ型である炭化珪素からなるマトリックスとか
らなる構造を有するＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材
料であって、二山型の平均気孔径の分布を有するＳｉＣ
系複合材料と、Ｃｕを含浸させた複合材料が挙げられ
る。

【０００６】ところで、本発明に係る軸受けは、その
基本材質がＣ／Ｃコンポジットを形成している炭素繊維
から構成されている為に、潤滑性に富む。厳しい高温条
件下、例えば７００℃を超える環境温度で使用しても、
非酸素雰囲気下であれば金属製部品と組み合わせて使用
しても特に問題を引き起こすことなく使用できる。ま
た、Ｓｉを含浸させたものは、少なくともその表面の一
部に、Ｓｉ−Ｃ結合が形成されているので、Ｃ／Ｃコン
ポジットのみからなるものと比較して、摩擦による摩耗
に対して十分な耐性を示す。また、Ｃ／Ｃコンポジット
の炭素からなる表面も含浸金属で被覆されるので、酸素
濃度が比較的低い酸化雰囲気では、酸化による部材の減
量を充分に抑制することができ、特に、Ｓｉを含浸させ
たものは、一部にＳｉＣが形成されているので、より好
適に使用できる。従って、使用環境に応じて、Ｓｉ含浸
させた複合材料、または、Ｃｕを含浸させた複合材料を
使い分けして、使用環境に応じた軸受けを製造すること
ができる。

【０００７】本発明に係る軸受けの基本素材として重
要なＣ／Ｃコンポジットについて先ず説明することとす
る。本明細書において、Ｃ／Ｃコンポジットとは、炭素
繊維の束のマトリックスとして作用する粉末状のバイン
ダーであって、焼成後には炭素繊維の束に対して遊離炭
素となるピッチ、コークス類を包含させ、さらに必要に
応じてフェノール樹脂粉末等を含有させることによっ
て、炭素繊維束を調製し、この炭素繊維束の周囲に、熱
可塑性樹脂等のプラスチックからなる柔軟な被膜を形成
し、柔軟性中間材としてのプレフォームドヤーンを得
る。このプレフォームドヤーンを、特開平２−８０６３
９号公報に記載されている方法によりシート状または織
布状にし、必要量を積層した後、ホットプレスで成形し
得られた成形体、または、この成形体を焼成して得られ
る焼成体をいう。

【０００８】基本素材として使用するＣ／Ｃコンポジ
ットとしては、直径が１０μｍ前後の炭素繊維を、通
常、数百本〜数万本束ねて繊維束（ヤーン）を形成し、
この繊維束を熱可塑性樹脂で被覆して調製した柔軟性糸
状中間材を得、これを特開平２−８０６３９号公報に記
載されている方法によりシート状にし、このシート状と
したものを二次元または三次元方向に配列して一方向シ
ート（ＵＤシート）や各種クロスとしたり、また上記シ
ートやクロスを積層したりすることにより、所定形状の
予備成形体（繊維プリフォーム）を形成し、該予備成形
体の繊維束の外周に形成されている有機物からなる熱可
塑性樹脂等の被膜を焼成し、上記の同皮膜を炭化除去し
たものを使用すればよい。本発明に於いて使用するＣ／
Ｃコンポジットは、上記のヤーン中の炭素繊維以外の炭
素成分は、好ましくは炭素粉末であり、特に好ましくは
黒鉛化した炭素粉末である。なお、本明細書に於いて、
参考のために特開平２−８０６３９号公報の記載を引用
する。

【０００９】本発明に係る軸受けの材料として使用可
能なＳｉを含浸させた複合材料の一つである、Ｓｉ−Ｓ
ｉＣ系複合材料とは、５５重量％〜７５重量％の炭素
と、１重量％〜１０重量％の珪素と、１０重量％〜５０
重量％の炭化珪素とから構成され、少なくとも炭素繊維
の束と炭素繊維以外の炭素成分とを含有するヤーンが層
方向に配向しつつ三次元的に組み合わされ、互いに分離
しないように一体化されているヤーン集合体と、このヤ
ーン集合体中で隣り合う前記ヤーンの間に充填されてい
るＳｉ−ＳｉＣ系材料からなるマトリックスとを備え、
液体中の動摩擦係数が、ピン・オン・ディスク法で測定
するとき、最大値が０．１５以下で、変動幅が±０．０
７５以下である複合材料をいう。この材料は、平成１０
年９月４日付出願の特願平１０−２６７４６２号に開示
された方法により製造することができる。従って、参考
のために特願平１０−２６７４６２号の記載を引用す
る。

【００１０】なお、ここで、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料と
は、未反応の状態で残存する珪素からなる珪素相からほ
ぼ純粋な炭化珪素に至るまでの、いくつかの相異なる相
を含む、典型的には珪素相と炭化珪素相からなるが、炭
化珪素相には、珪素の含有量が傾斜的に変化しているＳ
ｉＣ共存相を含みうるものをいう。従って、Ｓｉ−Ｓｉ
Ｃ系材料とは、このようにＳｉ−ＳｉＣ系列において、
炭素の濃度として、０ｍｏｌ％から５０ｍｏｌ％までの
範囲以内で含まれてる材料の総称である。本発明に係る
Ｓｉ−ＳｉＣ系複合材料においては、マトリックス部が
Ｓｉ−ＳｉＣ系材料により形成されていることとなる。

【００１１】また、このＳｉ−ＳｉＣ系複合材料は、
好ましくは、ヤーンの表面から離れるのに従って珪素の
含有比率が上昇する傾斜組成を有するマトリックスを有
している。また、このＳｉ−ＳｉＣ系複合材料において
は、好ましくは、炭素繊維からなるヤーン集合体は、複
数のヤーン配列体から構成されており、各ヤーン配列体
はそれぞれ特定本数の炭素繊維を束ねて構成したヤーン
をほぼ平行に二次元的に配列することによって形成され
ており、各ヤーン配列体が積層されることによってヤー
ン集合体が構成されている。これによって、Ｓｉ−Ｓｉ
Ｃ系複合材料は、複数層のヤーン配列体を特定方向に積
層した積層構造を有することになる。

【００１２】図１は、ヤーン集合体の概念を説明する
ための概略斜視図であり、図２（ａ）は、Ｓｉ−ＳｉＣ
系複合材料を図１のＩＩａ−ＩＩａ線で切断した場合の
断面図であり、図２（ｂ）は、同材料を図１のＩＩｂ−
ＩＩｂ線で切断した場合の断面図である。Ｓｉ−ＳｉＣ
系複合材料７の骨格は、ヤーン集合体６によって構成さ
れている。ヤーン集合体６は、ヤーン配列体１Ａ、１
Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆを上下方向に積層してな
る。各ヤーン配列体においては、各ヤーン３が二次元的
に配列されており、各ヤーンの長手方向がほぼ平行であ
る。上下方向に隣り合う各ヤーン配列体における各ヤー
ンの長手方向は、直交している。即ち、各ヤーン配列体
１Ａ、１Ｃ、１Ｅの各ヤーン２Ａの長手方向は、互いに
平行であり、かつ各ヤーン配列体１Ｂ、１Ｄ、１Ｆの各
ヤーン２Ｂの長手方向に対して直交している。各ヤーン
は、炭素繊維と、炭素繊維以外の炭素成分とからなる繊
維束３からなる。ヤーン配列体が積層されることによっ
て、三次元格子形状のヤーン集合体６が構成される。各
ヤーンは、後述するような加圧成形工程の間に押しつぶ
され、略楕円形になっている。

【００１３】各ヤーン配列体１Ａ、１Ｃ、１Ｅにおい
ては、隣り合う各ヤーンの間隙には、マトリックス８Ａ
が充填されており、各マトリックス８Ａはヤーン２Ａの
表面に沿ってそれと平行に延びている。各ヤーン配列体
１Ｂ、１Ｄ、１Ｆにおいては、隣り合う各ヤーンの間隙
には、マトリックス８Ｂが充填されており、各マトリッ
クス８Ｂは、ヤーン２Ｂの表面に沿ってそれと平行に延
びている。本例では、マトリックス８Ａ、８Ｂは、それ
ぞれ、各ヤーンの表面を被覆する炭化珪素相４Ａ、４Ｂ
と、炭化珪素相４Ａ、４Ｂよりも炭素の含有割合が少な
いＳｉ−ＳｉＣ系材料相５Ａ、５Ｂからなっている。炭
化珪素相中にも珪素を一部含有していてよい。また、本
例では、上下方向に隣接するヤーン２Ａと２Ｂとの間に
も、炭化珪素相４Ａ、４Ｂが生成している。各マトリッ
クス８Ａと８Ｂとは、それぞれヤーンの表面に沿って細
長く、好ましくは直線状に延びており、各マトリックス
８Ａと８Ｂとは互いに直交している。そして、ヤーン配
列体１Ａ、１Ｃ、１Ｅにおけるマトリックス８Ａと、こ
れに直交するヤーン配列体１Ｂ、１Ｄ、１Ｆにおけるマ
トリックス８Ｂとは、それぞれヤーン２Ａと２Ｂとの間
隙部分で連続している。この結果、マトリックス８Ａ、
８Ｂは、全体として、三次元格子を形成している。

【００１４】本発明に係る軸受けの材料として使用可
能なＳｉを含浸させた複合材料のもう一つの材料であ
る、ＳｉＣ系複合材料とは、炭化珪素と炭素繊維と炭素
繊維以外の炭素成分とから構成され、骨格部と骨格部の
周囲に形成されマトリックスとからなる構造を有するＳ
ｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料であって、炭化珪素
の少なくとも５０％はβ型で、骨格部は、炭素繊維と炭
素繊維以外の炭素成分により形成されており、その骨格
部の一部分には炭化珪素が存在していてもよく、マトリ
ックスは、炭化珪素により形成され、前記マトリックス
と前記骨格部とは一体的に形成されており、かつ、前記
複合材料は、二山型の平均気孔径の分布を有し、液体中
の動摩擦係数が、ピン・オン・ディスク法で測定すると
き、最大値が０．１５以下で、変動幅が±０．０７５以
下である複合材料をいう。

【００１５】従って、このＳｉＣ系複合材料は、骨格
部として、各炭素繊維が炭素繊維束から構成されている
Ｃ／Ｃコンポジットを用いており、そのため、その一部
にＳｉＣが形成されていても、各炭素繊維としては炭素
繊維としての構造が、破壊されることなく保持されてい
るために、全ての炭素繊維が炭化珪素化してしまうこと
がなく、それゆえ、炭素繊維が短繊維化することがない
ので、原料であるＣ／Ｃコンポジットの有する機械的強
度がほぼ保持されるか、炭化珪素化により増大するとい
う大きな特徴を有している。しかも、ヤーン集合体中で
隣り合うヤーンの間に、ＳｉＣ系材料からなるマトリッ
クスが形成された複合構造を有している。この点で、上
記のＳｉＣ−Ｃ系複合材料とは異なる。なお、この材料
は、平成１１年２月９日付出願の特願平１１−３１９７
９号に開示された方法により製造することができる。従
って、参考のために特願平１１−３１９７９号の記載を
引用する。

【００１６】なお、本発明において、ＳｉＣ系材料と
は、炭素との結合度を異にする炭化珪素を含有する材料
をいい、このＳｉＣ系材料は以下のようにして製造され
るものをいう。本発明では、Ｃ／Ｃコンポジットに対し
て、金属珪素を含浸させるが、その際、金属珪素はコン
ポジット内の炭素繊維を構成する炭素原子および／また
は炭素繊維の表面に残存している遊離炭素原子と反応
し、一部が炭化されるために、Ｃ／Ｃコンポジットの最
表面や炭素繊維からなるヤーンとヤーンとの間には、一
部炭化された珪素が生成し、かくして上記のヤーンとヤ
ーンとの間には炭化珪素からなるマトリックスが形成さ
れる。

【００１７】このマトリックスにおいては、極微量の
珪素と炭素とが結合したが炭化珪素質の相から、純粋な
炭化珪素結晶相に至るまで、いくつかの相異なる相を含
みうる。しかし、このマトリックスには、Ｘ線による検
出限界（０．３重量％）以下の金属珪素しか含まれな
い。つまり、このマトリックスは、典型的には炭化珪素
相からなるが、炭化珪素相には、珪素の含有量が傾斜的
に変化しているＳｉＣ質相を含みうる。従って、ＳｉＣ
系材料とは、このようなＳｉＣ系列において、炭素の濃
度として、少なくとも０．０１ｍｏｌ％以上から５０ｍ
ｏｌ％までの範囲以内で含まれてる材料の総称である。
なお、炭素濃度が、０．０１ｍｏｌ％未満に制御するに
は、Ｃ／Ｃコンポジット中の遊離炭素の量とに関係で、
添加する金属珪素の量の厳密な計量が要求されること
と、後述する最終工程での温度管理が複雑になるので実
質的でない。従って、理論的には、炭素濃度を０．００
１ｍｏｌ％程度まで制御することは可能である。

【００１８】このＳｉ系複合材料について、図面を使
用してさらに説明することとする。このＳｉＣ系複合材
料の骨格部も、基本的には図１に示したものと同じであ
る。本発明に係るＳｉＣ系複合材料を、図１においての
ＩＩａ−ＩＩａ線で切断した場合の断面図は、図３
（ａ）、同じく図１においてのＩＩｂ−ＩＩｂ線で切断
した場合の断面図は、図３（ｂ）として示す。ＳｉＣ系
複合材料１７の骨格は、ＳｉＣ−Ｃ系複合材料７の骨格
と同様に、ヤーン集合体１６によって構成されている。
ヤーン集合体１６は、ヤーン配列体１１Ａ、１１Ｂ、１
１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆを上下方向に積層してな
る。各ヤーン配列体においては、各ヤーン１３が二次元
的に配列されており、各ヤーンの長手方向がほぼ平行で
ある。上下方向に隣り合う各ヤーン配列体における各ヤ
ーンの長手方向は、直交している。すなわち、各ヤーン
配列体１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｅの各ヤーン１２Ａの長手
方向は、互いに平行であり、かつ各ヤーン配列体１１
Ｂ、１１Ｄ、１１Ｆの各ヤーン１２Ｂの長手方向に対し
て直交している。各ヤーンは、炭素繊維と、炭素繊維以
外の炭素成分とからなる繊維束１３からなる。ヤーン配
列体が積層されることによって、三次元格子形状のヤー
ン集合体１６が構成される。各ヤーンは、後述するよう
な加圧成形工程の間に押しつぶされ、やや楕円形になっ
ている。

【００１９】各ヤーン配列体１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｅ
においては、隣り合う各ヤーンの間隙には、マトリック
ス１８Ａが充填されており、各マトリックス１８Ａはヤ
ーン１２Ａの表面に沿ってそれと平行に延びている。各
ヤーン配列体１１Ｂ、１１Ｄ、１１Ｆにおいては、隣り
合う各ヤーンの間隙には、マトリックス１８Ｂが充填さ
れており、各マトリックス１８Ｂは、ヤーン１２Ｂの表
面に沿ってそれと平行に延びている。図３（ａ）および
図３（ｂ）に示したように、マトリックス１８Ａ、１８
Ｂは、それぞれ、各ヤーンの表面を被覆する炭化珪素相
１４からなっている。炭化珪素相の一部は、小突起部１
９として表面に突出するか、あるいは、複合部材の内部
においては、炭素繊維層に突出していてもよい。この様
な小突起部の内部には、中央値が約１００μｍの孔径を
有する気孔（空隙：１５）が形成されている。なお、こ
の小突起部１９は、殆どが原料のＣ／Ｃコンポジットの
炭素繊維以外の炭素成分からなるマトリックスの跡に沿
って形成されるので、ヤーンとヤーンとの間隔および／
またはヤーン配列体とヤーン配列体との間隔を適宜選択
することにより、単位面積当たりの小突起部１９の密度
を調整することが可能である。隣接するヤーン１２Ａと
１２Ｂとの間にも、炭化珪素相１４が形成されていても
よい。

【００２０】各マトリックス１８Ａと１８Ｂとは、そ
れぞれヤーンの表面に沿って細長く、好ましくは直線状
に延びており、各マトリックス１８Ａと１８Ｂとは互い
に直交している。そして、ヤーン配列体１１Ａ、１１
Ｃ、１１Ｅにおけるマトリックス１８Ａと、これに直交
するヤーン配列体１１Ｂ、１１Ｄ、１１Ｆにおけるマト
リックス１８Ｂとは、それぞれヤーン１２Ａと１２Ｂと
の間隙部分で連続している。この結果、マトリックス１
８Ａ、１８Ｂは、全体として、三次元格子を形成してい
る。

【００２１】本発明に係る軸受けの材料として使用可
能なＣｕを含浸させた複合材料とは、炭素繊維と炭素繊
維以外の炭素成分とから構成された骨格部と、同骨格部
の周囲にＣｕを含浸させて形成したＣｕからなるマトリ
ックスとからなる複合材料であって、炭素が３５重量％
〜８５重量％を占め、残部が、最大１重量％迄の銅と炭
素繊維との濡れ性改良材としてのＢｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍ
ｇ、ＴｉおよびＮｉと、不可避的不純物であるＣａ、Ａ
ｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｇａ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｇ
ｅ、Ｒｈ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｃｏ、Ａｓ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｓ
ｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｐｂ等を含んでいてもよい、Ｃｕまたは
銅合金であり、前記マトリックスと前記骨格部とは一体
的に形成されており、かつ、液体中の動摩擦係数が、ピ
ン・オン・ディスク法で測定するとき、最大値が０．１
５以下で、変動幅が±０．０７５以下である複合材料を
いう。

【００２２】従って、このＣｕを含浸させた複合材料
は、骨格部として、各炭素繊維が炭素繊維束から構成さ
れているＣ／Ｃコンポジットを用いており、炭素繊維と
しての構造が、破壊されることなく保持されているため
に、原料であるＣ／Ｃコンポジットの有する機械的強度
がほぼ保持されているという特徴を有している。しか
も、ヤーン集合体中で隣り合うヤーンの間に、Ｃｕから
なるマトリックスが形成された複合構造を有している。
なお、この材料は、平成１０年９月１８日付出願の特願
平１０−２６５１３１号明細書に開示された方法により
製造することができる。従って、参考のために特願平１
０−２６５１３１号の記載を引用する。

【００２３】上記の３種類の複合材料は、いずれも、
摺動性が良好であり、耐摩耗性も高く、高温および／ま
たは高圧下等という悪環境条件下に曝される作業現場に
おいても物性の変化が長期間に亘って実質的になく、一
年を超える長期間このような条件下に曝されても、連続
使用が可能であり、従って、交換作業の頻度を著しく低
減させることができる。また、高い耐摩耗性を有するこ
とから、装着されている作業機器の内部などを摩擦によ
り発生する粉塵などで汚染することが実質的にないとい
う優れた部材であるということができる。

【００２４】次に、図４に示したような形状を有する
軸受けを製造し、これをキャンドモーターポンプに装着
させて、軸受けの寿命を試験した結果を以下に示す。ま
た、液体中動摩擦係数を以下の方法により、軸受けの材
料の一部を試験試料として用いて試験した。

【００２５】（ピン・オン・ディスク動摩擦係数測定
法）図５に示す共和技研製の試験板を用いた試験装置を
水中にセットし、この装置を使用して、下記の製造例１
で得られた試料から調製した試験試料の液体中の動摩擦
係数を測定した。ピン形状：直径４ｍｍ×長さ２０ｍｍ回転数：１０００ｒｐｍ荷重：１５ｋｇｆ／ｃｍ² 摺動時間：１０分摺動回転半径：８ｍｍ摺動距離：５０３ｍ

【００２６】（軸受けの製造例１）炭素繊維を一方向に
引き揃えたものにフェノール樹脂を含浸させ、直径１０
μｍの炭素長繊維を約１万本束ね、繊維束（ヤーン）を
得、このヤーンを簾状にしたヤーン配列体（プリプレグ
シート）を作り、これを図１のように配列し、プリプレ
グシート積層体を得た。かくして得たプリプレグシート
積層体を直径が２５ｍｍの円柱状の型に巻き付け、この
上から炭素系接着剤を塗布し、ヤーン同士を固着した。
固着後、型から固着体を離型させ、離型させた円筒状の
プリプレグシート積層体をオーブン中に入れ、含浸させ
たフェノール樹脂を１８０℃、常圧で硬化させた後、窒
素雰囲気中で２０００℃で焼成した。次いで得られた炭
素繊維強化炭素複合材料に純度９９．９％、平均粒径１
ｍｍのＳｉ粉末を添加し、このものを炉内温度１３００
℃、炉内圧１ｈＰａの焼成炉内に入れ、炉内に毎分アル
ゴンガスを２０ＮＬの割合で流しながら、４時間保持し
た。次いで、炉内圧はそのままとし、炉内温度を１６０
０℃に昇温させて、Ｓｉを含浸させた。かくして、Ｓ
ｉ、Ｓｉ−Ｃ、炭素繊維からなるＳｉ−ＳｉＣ系複合材
料を得た。得られた焼成体を切断、外周加工して、長さ
が４０ｍｍ、孔の内径が２３ｍｍ、外周径が５５ｍｍの
軸受けを製造した。

【００２７】なお、かくして得られた材料の一部か
ら、直径４ｍｍ×長さ２０ｍｍのピンを試験試料として
切り出し、これを用いて、液体中の動摩擦係数を測定し
た。その結果は、同一の材料を、大気中で測定したとき
の動摩擦係数の測定結果と共に、図６として示す。２０
０ｍｍ以上もの距離を移動した後でも、動摩擦係数の変
動は殆ど認められず、また、最大値も、０．１２以下で
あり、その平均は０．０８で、何れの変動も±０．０７
５の範囲内であった。

【００２８】（軸受けの製造例２）Ｃｕ粉末を含浸させ
るに際して、製造例１と同様にプリプレグシート積層体
を用い調製した円筒状のプリプレグシート積層体をオー
ブン中に入れ、同積層体に含浸させたフェノール樹脂を
１８０℃、常圧で硬化させた後、窒素雰囲気中で２００
０℃で焼成させて得た焼成体を用い、この焼成体とＣｕ
粉末を相互に接触させずに同一炉内で加熱し、Ｃｕ粉末
が溶融した時点で、両者を接触させると共に、同時に高
圧力を掛けて溶融した銅を焼成体に含浸させ、直ちに冷
却して製造した以外は上記製造例１と同様にして軸受け
を製造した。

【００２９】（実装試験）製造例１で製造した軸受け
を、高圧型キャンドモーターポンプ（日揮装社製多段
式）に装着し、水温２００℃に保った試験槽内で、約１
ヶ月間作動させた後分解し、検査したが、全く軸受けに
は異常は認められなかった。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る軸受けの場合には、高温、
および／または高圧条件下においての耐摩耗性、摺動性
において著しく優れており、液体中という悪環境条件下
でも、その動摩擦係数の変動の幅が低いことから、この
ような悪条件下でも長時間使用可能である。勿論、耐摩
耗性に優れていることから、摩擦による摩耗が少ないの
で、摩耗により生じる粉塵の発生が実質的になく、結果
として低汚染性となり、また、Ｃ／Ｃコンポジットを母
材としていることから、軽量であり、エネルギーの損失
が少なく、省エネルギーの要請にも沿う。さらに、母材
がＣ／Ｃコンポジットであるため、靭性に富み、優れた
耐衝撃性、高硬度性を有する。従って、高温、高圧下で
使用されることとなる各種作業機器用の軸受けとして、
極めて有望であることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸受けに使用する複合材料の基本構
造をなすヤーン集合体の構造を模式的に示す斜視図であ
る。

【図２】（ａ）は、Ｓｉ−ＳｉＣ系複合材料を図１の
ＩＩａ−ＩＩａ線で切断した場合の断面図であり、
（ｂ）は、同材料を図１のＩＩｂ−ＩＩｂ線で切断した
場合の断面図である。

【図３】（ａ）は、ＳｉＣ系複合材料を図１のＩＩａ
−ＩＩａ線で切断した場合の断面図であり、（ｂ）は、
同材料を図１のＩＩｂ−ＩＩｂ線で切断した場合の断面
図である。

【図４】本発明に係る軸受けの構造を示す斜視図であ
る。

【図５】ピン・オン・ディスク回転摩擦係数測定に使
用する装置の模式図である。

【図６】ピン・オン・ディスク回転摩擦係数の測定結
果を示すチャートである。

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅおよび１Ｆ…ヤーン配列
体、２Ａ…ヤーン、２Ｂ…ヤーン、３…繊維束（ヤー
ン）、４Ａ…炭化珪素相、４Ｂ…炭化珪素相、４Ｃ…炭
化珪素相、５Ａ…Ｓｉ−ＳｉＣ系材料相、５Ｂ…Ｓｉ−
ＳｉＣ系材料相、５Ｃ…Ｓｉ−ＳｉＣ系材料相、６…ヤ
ーン集合体、７…繊維複合材料、８Ａ…マトリックス、
８Ｂ…マトリックス、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１
Ｄ、１１Ｅおよび１１Ｆ…ヤーン配列体、１２Ａ…ヤー
ン、１２Ｂ…ヤーン、１３…繊維束（ヤーン）、１４…
炭化珪素相、１５…空隙、１６…ヤーン集合体、１７…
繊維複合材料、１８Ａ…マトリックス、１８Ｂ…マトリ
ックス、１９…小突起部、２１…試験板、２２…試験ピ
ン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体中の動摩擦係数が、ピン・オン・デ
ィスク法で測定するとき、最大値が０．１５以下で、変
動幅が±０．０７５以下であることを特徴とする、Ｓｉ
またはＣｕを含浸させた複合材料からなる、液体中で使
用可能な機器の軸受け。
【請求項２】上記複合材料がＳｉを含浸させた複合材
料であることを特徴とする請求項１に記載の軸受け。
【請求項３】上記Ｓｉを含浸させた複合材料がＳｉ−
ＳｉＣ系複合材料であることを特徴とする請求項２に記
載の軸受け。
【請求項４】上記Ｓｉを含浸させた複合材料がＳｉＣ
系複合材料であることを特徴とする請求項２に記載の軸
受け。
【請求項５】上記複合材料がＣｕを含浸させた複合材
料であることを特徴とする請求項１に記載の軸受け。