JP2002323038A - 水中用摺動部材ならびにその製造方法 - Google Patents
水中用摺動部材ならびにその製造方法Info
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Abstract
性を有するとともに、起動時のドライ運転の条件下にお
いても良好な摺動特性を有する水中用摺動部材ならびに
その製造方法を提供すること。 【解決手段】 グラファイト、四フッ化エチレン樹脂、
窒化ホウ素および無定形炭素から選択される1種または
2種以上の充填材5〜40重量%と残部フェノール樹脂
からなるフェノール樹脂組成物を含有した炭素繊維布の
積層体からなる水中用摺動部材。
Description
スラストワッシャー等に使用されて好適な水中用摺動部
材ならびにその製造方法に関する。
樹脂からなる水中軸受はよく知られている。しかしなが
ら、土砂などの異物濃度の高い環境で使用される場合は
充分な性能が得られなかった。また、ポンプなどに使用
される場合、起動時の短時間ではあるがドライ条件での
運転となる。ところが、従来の補強基材そのものおよび
フェノール樹脂自体は何ら潤滑性を有さないものである
ため、起動時の摩擦が大きい、摩耗が進行するといった
問題があった。
鑑みなされたもので、その目的は、異物濃度の高い環境
においても充分な耐摩耗性を有するとともに、起動時の
ドライ運転の条件下においても良好な摺動特性を有する
水中用摺動部材ならびにその製造方法を提供することに
ある。
を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、特定のフェノール
樹脂組成物を含有する炭素繊維布を用いて摺動層を形成
することにより、上記目的を達成し得るとの知見を得
た。
のであり、その第一の要旨は、グラファイト、四フッ化
エチレン樹脂、窒化ホウ素および無定形炭素から選択さ
れる1種または2種以上の充填材5〜40重量%と残部
フェノール樹脂からなるフェノール樹脂組成物を含有し
た炭素繊維布の積層体からなる水中用摺動部材に存す
る。該積層体は円筒状であっても平板状であってもよ
い。
ト、四フッ化エチレン樹脂、窒化ホウ素および無定形炭
素から選択される1種または2種以上の充填材5〜40
重量%と残部フェノール樹脂からなるフェノール樹脂組
成物を炭素繊維布に含浸せしめ乾燥して炭素繊維布プリ
プレグを製造する工程、(ロ)該炭素繊維布プリプレグ
を芯金に加熱加圧しながら所定の厚みになるまで巻きつ
け円筒状積層体を形成する工程、(ハ)該円筒状積層体
を芯金とともに加熱硬化処理する工程、からなる円筒状
の水中用摺動部材の製造方法に存する。
ト、四フッ化エチレン樹脂、窒化ホウ素および無定形炭
素から選択される1種または2種以上の充填材5〜40
重量%と残部フェノール樹脂からなるフェノール樹脂組
成物を炭素繊維布に含浸せしめ乾燥した後所定の寸法に
裁断して炭素繊維布プリプレグを製造する工程、(ロ)
該炭素繊維布プリプレグを所定の枚数重ね合わせて平板
状積層体を形成する工程、(ハ)該平板状積層体を加圧
しながら加熱硬化処理する工程、からなる平板状の水中
用摺動部材の製造方法に存する。
フッ化エチレン樹脂、窒化ホウ素および無定形炭素から
選択される1種または2種以上の充填材5〜40重量%
と残部フェノール樹脂からなるフェノール樹脂組成物を
含有した炭素繊維布の1層または2層以上からなる摺動
層が、熱硬化性合成樹脂を含有したガラス繊維布の積層
補強層に一体に接合されてなる水中用摺動部材に存す
る。このとき、円筒状の積層補強層の内周面に摺動層が
一体に接合された構成、平板状の積層補強層上に摺動層
が一体に接合された構成をとることができる。
ト、四フッ化エチレン樹脂、窒化ホウ素および無定形炭
素から選択される1種または2種以上の充填材5〜40
重量%と残部フェノール樹脂からなるフェノール樹脂組
成物を炭素繊維布に含浸せしめ乾燥して炭素繊維布プリ
プレグを製造する工程、(ロ)該炭素繊維布プリプレグ
を芯金に加熱加圧しながら1層または2層以上巻きつけ
て摺動層を形成する工程、(ハ)該摺動層の外周に熱硬
化性合成樹脂を含有したガラス繊維布プリプレグを加熱
加圧しながら所定の厚みになるまで巻きつけ摺動層およ
び積層補強層からなる円筒状積層体を形成する工程、
(ニ)該円筒状積層体を芯金とともに加熱硬化処理する
工程、からなる円筒状の水中用摺動部材の製造方法に存
する。
ト、四フッ化エチレン樹脂、窒化ホウ素および無定形炭
素から選択される1種または2種以上の充填材5〜40
重量%と残部フェノール樹脂からなるフェノール樹脂組
成物を炭素繊維布に含浸せしめ乾燥した後所定の寸法に
裁断して炭素繊維布プリプレグを製造する工程、(ロ)
熱硬化性合成樹脂を含有したガラス繊維布プリプレグを
所定の大きさに裁断し所定の枚数重ね合わせ、その上に
前記炭素繊維布プリプレグを1層または2層以上重ね合
わせ平板状積層体を形成する工程、(ハ)該平板状積層
体を加圧しながら加熱硬化処理する工程、からなる平板
状の水中用摺動部材の製造方法に存する。
炭素繊維布について説明する。本発明に用いる炭素繊維
布としては従来公知の二次元織物を用いることができ
る。織物の形態としては、平織、斜文織、朱子織、バス
ケット織などが使用されるが、これらの中でも樹脂含浸
性の点で平織、バスケット織が好ましい。具体的には、
呉羽化学工業社製「クレカクロス(商品名)」、東レ社
製「トレカクロス(商品名)」、東邦レーヨン社製「ベ
スファイトクロス(商品名)」等が挙げられる。
ボラック型いずれであってもよいが、加熱のみによって
硬化可能なレゾール型フェノール樹脂がプリプレグ作製
時における取扱い性の点から好ましい。具体的には、群
栄化学工業社製「レヂトップ(商品名)」、昭和高分子
社製「ショウノール(商品名)」等が挙げられる。
しては、グラファイト、四フッ化エチレン樹脂、窒化ホ
ウ素および無定形炭素が使用される。これらは単独また
は2種以上を組合わせて使用される。
片状黒鉛、鱗状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛が好まし
い。
フッ化エチレン樹脂が好ましく、具体的には、三井デュ
ポンフロロケミカル社製「TLP−10(商品名)」、
ダイキン工業社製「ルブロンL−5(商品名)」、喜多
村社製「KTL−8N(商品名)」等が挙げられる。
コークス粉末、炭化フェノール樹脂等が挙げられる。こ
こで、炭化フェノール樹脂とは、粒状のフェノール・ホ
ルムアルデヒド樹脂を不活性雰囲気で400〜2200
℃の高温焼成によって炭素化させたもので、例えば、鐘
紡社製「ベルパールC−800(商品名)」、「ベルパ
ールC−2000(商品名)」が挙げられる。
素繊維布に含有させるフェノール樹脂組成物が形成され
るが、フェノール樹脂組成物における充填材の配合割合
は、5〜40重量%、好ましくは10〜40重量%、さ
らに好ましくは20〜30重量%である。5重量%より
少ない場合は配合の効果が現われず、40重量%を超え
て配合した場合は炭素繊維布同士の結合力が低下し摺動
部材としての強度が不充分となってしまう。
ノール樹脂組成物が炭素繊維布に含有されるのだが、フ
ェノール樹脂組成物と炭素繊維布の配合比率は、重量比
でフェノール樹脂組成物:炭素繊維布=80:20〜6
0:40である。フェノール樹脂組成物の配合割合が前
記割合より多い場合は耐摩耗性が不充分となり、少ない
場合は炭素繊維布同士の結合力が低下してしまう。
ては従来公知のものが使用され、このガラス繊維布に含
有される熱硬化性合成樹脂としては、フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが使用され
る。そして、この熱硬化性合成樹脂とガラス繊維布の配
合割合は、熱硬化性合成樹脂:ガラス繊維布=40:6
0〜60:40が好ましい。熱硬化性合成樹脂の配合割
合が前記割合より多い場合は補強層としての強度が不充
分となり、少ない場合はガラス繊維布同士の結合力が低
下し製造が困難となる。
製造方法について説明する。
脂、窒化ホウ素および無定形炭素から選択される1種ま
たは2種以上の充填材をフェノール樹脂ワニスと混合し
て、必要であればさらに溶剤を加えて混合して、固形分
が50〜70重量%の含浸液を調製する。
含浸させて、成形材料である炭素繊維布プリプレグを製
造する。製造方法の一例を図1に示す。図において、ロ
ーラー5に巻きつけられた基材である炭素繊維布1が引
き出され、含浸液2に浸漬された後、乾燥炉3を通して
溶剤を飛ばして半硬化状態に乾燥される。こうして得ら
れた成形材料としての炭素繊維布プリプレグ4をローラ
ー6に巻きつける。
筒状の摺動部材(軸受ブッシュ)を製造するには、ロー
ルド成形法が適用される。ロールド成形法は、ローラー
端面から見て、三角形を形成するように3本のローラー
を平行に配設し、この3本のローラーで挟むように芯金
を配し、この芯金にプリプレグを巻きつけ、芯金を一定
方向に駆動回転させるとともに、芯金に接する各ローラ
ーを芯金に従動するように回転させ、積層管を成形する
方法である。ロールド成形法の概略を図2に示す。図1
において得られた炭素繊維布プリプレグ4をローラー6
より、予め80〜100℃に加温された加熱ローラー
9、冷却ローラー10を介し、加圧ローラー8で2〜
2.5kgf/mm(線圧に換算した値である)で加圧
しながら、予め100〜110℃に加温された芯金7に
連続的に所望の径まで巻きつけて円筒状積層体を製造す
る。
0〜180℃の雰囲気に調製された加熱炉に入れて硬化
処理を行なう。この加熱硬化処理は一般には加圧するこ
となく行なわれるが、必要に応じて加圧しながら行なっ
てもよい。硬化処理終了後冷却して芯金を抜き取り、円
筒状成形物を得る。このようにして得られた円筒状成形
物は、用途に応じて適当な長さに切断し、内外径面およ
び端面を切削加工することによって、フェノール樹脂組
成物を含有する炭素繊維布の積層体からなる円筒状の摺
動部材が得られる。
ス繊維布からなる積層補強層を設ける場合は、図3に示
すように、芯金7にまず炭素繊維布プリプレグを1層ま
たは2層以上巻きつけ摺動層11を形成し、その外側に
炭素繊維布プリプレグと同様の方法により得たガラス繊
維布プリプレグ13を巻きつけて積層補強層12を形成
する。こうして得られた円筒状積層体を加熱硬化処理し
た後、切削加工することにより、内周面にフェノール樹
脂組成物を含有する炭素繊維布からなる摺動層を有し、
外周側に熱硬化性合成樹脂を含有するガラス繊維布の積
層補強層を有する円筒状の摺動部材を得ることができ
る。
場合は、図4に示すように、成形品形状に応じて様々な
形に炭素繊維布プリプレグを裁断し、得られた板状の炭
素繊維布プリプレグ21を必要な枚数だけ積み重ね、温
度120〜180℃、圧力20〜40kgf/cm2で
加圧加熱成形を行なう。
からなる積層補強層を有するすべり板を製造する場合
は、所望の寸法に裁断したガラス繊維布プリプレグを必
要枚数積み重ね、その上に同様の寸法に裁断した炭素繊
維布プリプレグを必要枚数積み重ねて、これを加圧加熱
成形すればよい。
が、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例
に限定されるものではない。
度が62重量%のフェノール樹脂ワニス(群栄化学工業
社製「レヂトップPL−4222(商品名)」)および
充填材を固形分組成が表1〜3に示す組成となるように
混合し、この混合液にメタノールを加えて固形分濃度が
60重量%の含浸液を調製した。図1に示す装置を用い
て炭素繊維布に前記含浸液を含浸させた後、110〜1
40℃に雰囲気調整された乾燥炉を通して溶剤を飛ば
し、フェノール樹脂および充填材からなるフェノール樹
脂組成物が含浸された炭素繊維布プリプレグを製造し
た。
示す装置によりロールド成形を行ない、得られた円筒状
積層体を芯金とともに120〜180℃に雰囲気調整さ
れた加熱炉に入れて12時間程度加熱硬化処理せしめた
後、冷却して芯金を抜き取り、機械加工して内径60m
m、外径75mm、長さ60mmの円筒状摺動部材を得
た。
て固形分組成が表2に示す組成であるフェノール樹脂組
成物が含有された炭素繊維布プリプレグを製造した。
に前記炭素繊維布プリプレグを所定の厚さになるまで巻
き付けて摺動層を形成し、その外周にエポキシ樹脂を5
0重量%含浸させたガラス繊維布プリプレグを巻き付け
て円筒状積層体を得た。得られた円筒状積層体を芯金と
ともに120〜180℃に雰囲気調整された加熱炉に入
れて12時間程度加熱硬化処理せしめた後、冷却して芯
金を抜き取り、機械加工して内径60mm、外径75m
m、長さ60mm、摺動層の厚さが2.5mm、積層補
強層の厚さが5mmの円筒状摺動部材を得た。
ェノール樹脂ワニス(群栄化学工業社製「レヂトップP
L−4222(商品名)」)および充填材を固形分組成
が表3に示す組成となるように混合し、これに綿布の4
mm角細片を加えて充分撹拌混合してフェノール樹脂組
成物を綿布細布に含浸させ、加温して溶剤を飛ばして所
定の縮合度に乾燥した。このようにして得られたものを
成形材料として金型に入れ加熱加圧成形して内径60m
m、外径75mm、長さ60mmの円筒状摺動部材を得
た。
合は重量%であり、フェノール樹脂組成物と炭素繊維布
の配合比率は重量比である。また、無定形炭素として
は、鐘紡社製炭化フェノール樹脂「ベルパールC−20
00(商品名)」を使用した。 (以下余白)
で作製した円筒状摺動部材について、表4に示す条件で
異物の存在する水中での累積負荷試験を行なった。表5
〜6に各荷重における摩擦係数および試験終了後の摩耗
量を示す。摩擦係数は各荷重において終了直前の値を示
し、摩耗量は摺動部材の寸法変化量で示した。
/cm2ずつ累積して最大15kgf/cm2 相手材:タングステンカーバイド 試験時間:90分 潤滑:JIS1種ケイ砂が3000ppm含まれる水中
いずれも良好な摺動特性を示した。特に摩耗量が少ない
という特徴を有する。これに対して、比較例の摺動部材
は、摩擦係数は本発明の摺動部材とあまり変わらぬ値を
示すものの、摩耗量が多かった。
表7に示す条件にて評価を行なった。その結果を表8〜
9に示す。摩擦係数は試験開始後5分経過以降の安定後
の摩擦係数を示し、摩耗量は試験終了後の摺動部材の寸
法変化量で示した。
ドライ条件においても良好な摺動特性を示した。これに
対して、比較例1の摺動部材は試験開始後7分で摩擦係
数が0.3を超えたため試験を中止した。表の摩擦係数
は摩擦係数が上昇する直前の値である。試験を途中で中
止したため摩耗量は測定しなかった。比較例2の摺動部
材は摩擦係数は低い値を示すものの摩耗量が多かった。
比較例3の摺動部材は摩擦係数も高く、摩耗量も多かっ
た。
動部材によれば、炭素繊維布を用いたことにより摺動面
の表面硬度が向上するので、耐摩耗性が高められる。ま
た、耐吸水性が向上するので、水中での使用において摺
動部材の膨潤が抑えられ、膨潤に起因する寸法変化、こ
れによる相手材への抱きつき、さらには焼付きなどの発
生を防止できる。さらに、熱伝導性も向上するので、い
っそう焼付きの防止に効果を発揮する。また、炭素繊維
布にグラファイト、四フッ化エチレン樹脂、窒化ホウ素
および無定形炭素から選択される1種または2種以上の
充填材5〜40重量%と残部フェノール樹脂組成物から
なるフェノール樹脂組成物を含有した構成としたので、
異物濃度の高い水中においても充分な耐摩耗性を有する
とともに、ドライ条件においても良好な摺動特性を示
す。
布の配合比率を重量比で、フェノール樹脂組成物:炭素
繊維布=80:20〜60:40とした場合、積層され
た炭素繊維布間の結合力を向上させる。
ば、円筒状の水中用摺動部材を得ることができ、ロール
ド成形法を用いているので大口径の摺動部材も容易に得
ることができる。
ば、平板状の水中用摺動部材が得られる。
部材によれば、摺動特性に重要な摺動層のみをフェノー
ル樹脂組成物を含有した炭素繊維布で構成し、摺動層以
外を熱硬化性合成樹脂を含有したガラス繊維布で構成し
たので、炭素繊維布のみを使用した場合に比較して、摺
動部材全体の強度が向上するとともに、寸法変化量がさ
らに低く抑えられる。
れば、円筒状の積層補強層の内周面に摺動層が一体に接
合されてなる、円筒状の水中用摺動部材が得られる。
平板状の積層補強層の上に摺動層が一体に接合されてな
る、平板状の水中用摺動部材が得られる。
である。
成形法の説明図である。
を有する摺動部材の説明図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 グラファイト、四フッ化エチレン樹脂、
窒化ホウ素および無定形炭素から選択される1種または
2種以上の充填材5〜40重量%と残部フェノール樹脂
からなるフェノール樹脂組成物を含有した炭素繊維布の
積層体からなることを特徴とする水中用摺動部材。 - 【請求項2】 積層体が円筒状である請求項1に記載の
水中用摺動部材。 - 【請求項3】 積層体が平板状である請求項1に記載の
水中用摺動部材。 - 【請求項4】 フェノール樹脂組成物と炭素繊維布の配
合比率が、重量比でフェノール樹脂組成物:炭素繊維布
=80:20〜60:40である請求項1〜3のいずれ
か一項に記載の水中用摺動部材。 - 【請求項5】 (イ)グラファイト、四フッ化エチレン
樹脂、窒化ホウ素および無定形炭素から選択される1種
または2種以上の充填材5〜40重量%と残部フェノー
ル樹脂からなるフェノール樹脂組成物を炭素繊維布に含
浸せしめ乾燥して炭素繊維布プリプレグを製造する工
程、(ロ)該炭素繊維布プリプレグを芯金に加熱加圧し
ながら所定の厚みになるまで巻きつけ円筒状積層体を形
成する工程、(ハ)該円筒状積層体を芯金とともに加熱
硬化処理する工程、からなることを特徴とする円筒状の
水中用摺動部材の製造方法。 - 【請求項6】 (イ)グラファイト、四フッ化エチレン
樹脂、窒化ホウ素および無定形炭素から選択される1種
または2種以上の充填材5〜40重量%と残部フェノー
ル樹脂からなるフェノール樹脂組成物を炭素繊維布に含
浸せしめ乾燥した後所定の寸法に裁断して炭素繊維布プ
リプレグを製造する工程、(ロ)該炭素繊維布プリプレ
グを所定の枚数重ね合わせて平板状積層体を形成する工
程、(ハ)該平板状積層体を加圧しながら加熱硬化処理
する工程、からなることを特徴とする平板状の水中用摺
動部材の製造方法。 - 【請求項7】 フェノール樹脂組成物と炭素繊維布の配
合比率が、重量比でフェノール樹脂組成物:炭素繊維布
=80:20〜60:40である請求項5または6に記
載の水中用摺動部材の製造方法。 - 【請求項8】 グラファイト、四フッ化エチレン樹脂、
窒化ホウ素および無定形炭素から選択される1種または
2種以上の充填材5〜40重量%と残部フェノール樹脂
からなるフェノール樹脂組成物を含有した炭素繊維布の
1層または2層以上からなる摺動層が、熱硬化性合成樹
脂を含有したガラス繊維布の積層補強層に一体に接合さ
れてなることを特徴とする水中用摺動部材。 - 【請求項9】 円筒状の積層補強層の内周面に摺動層が
一体に接合されてなる請求項8に記載の水中用摺動部
材。 - 【請求項10】 平板状の積層補強層上に摺動層が一体
に接合されてなる請求項8に記載の水中用摺動部材。 - 【請求項11】 フェノール樹脂組成物と炭素繊維布の
配合比率が、重量比でフェノール樹脂組成物:炭素繊維
布=80:20〜60:40である請求項8〜10のい
ずれか一項に記載の水中用摺動部材。 - 【請求項12】 (イ)グラファイト、四フッ化エチレ
ン樹脂、窒化ホウ素および無定形炭素から選択される1
種または2種以上の充填材5〜40重量%と残部フェノ
ール樹脂からなるフェノール樹脂組成物を炭素繊維布に
含浸せしめ乾燥して炭素繊維布プリプレグを製造する工
程、(ロ)該炭素繊維布プリプレグを芯金に加熱加圧し
ながら1層または2層以上巻きつけて摺動層を形成する
工程、(ハ)該摺動層の外周に熱硬化性合成樹脂を含有
したガラス繊維布プリプレグを加熱加圧しながら所定の
厚みになるまで巻きつけ摺動層および積層補強層からな
る円筒状積層体を形成する工程、(ニ)該円筒状積層体
を芯金とともに加熱硬化処理する工程、からなることを
特徴とする円筒状の水中用摺動部材の製造方法。 - 【請求項13】 (イ)グラファイト、四フッ化エチレ
ン樹脂、窒化ホウ素および無定形炭素から選択される1
種または2種以上の充填材5〜40重量%と残部フェノ
ール樹脂からなるフェノール樹脂組成物を炭素繊維布に
含浸せしめ乾燥した後所定の寸法に裁断して炭素繊維布
プリプレグを製造する工程、(ロ)熱硬化性合成樹脂を
含有したガラス繊維布プリプレグを所定の大きさに裁断
し所定の枚数重ね合わせ、その上に前記炭素繊維布プリ
プレグを1層または2層以上重ね合わせ平板状積層体を
形成する工程、(ハ)該平板状積層体を加圧しながら加
熱硬化処理する工程、からなることを特徴とする平板状
の水中用摺動部材の製造方法。 - 【請求項14】 フェノール樹脂組成物と炭素繊維布の
配合比率が、重量比でフェノール樹脂組成物:炭素繊維
布=80:20〜60:40である請求項12または1
3に記載の水中用摺動部材の製造方法。
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JP2001128383A JP4519355B2 (ja) | 2001-04-25 | 2001-04-25 | 水中用摺動部材ならびにその製造方法 |
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