JP2004182539A

JP2004182539A - 摺動部材

Info

Publication number: JP2004182539A
Application number: JP2002352167A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsuto; 宏之津戸; Ichiro Aoki; 一郎青木
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】熱膨張係数が低く、強度が高く、熱伝導率が低い、レンズ成形型または遮熱エンジン部品として用いられる摺動部材を提供する。
【解決手段】リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなる複合材料を用いて摺動部材を構成する。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、レンズ成形型または遮熱エンジン部品など、摺動操作を繰り返す部材として用いられる摺動部材に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、摺動部材は益々高速作動する傾向にあり、部材の軽量化の要求が高まっている。このため、従来の鋳鉄に替えてアルミニウム合金にセラミックス繊維を複合させた摺動部材用複合材料が鋭意検討されている。（たとえば、特許文献１参照）
【０００３】
また、周囲の温度変化による熱膨張によるわずかな変形でも不具合を発生するような用途として、例えば、半導体製造装置の構成部材としては、コーディエライトを主成分とする低熱膨張材料が用いられるようになってきている。（たとえば、特許文献２参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−２０５０４２号公報
【特許文献２】
特開平１１−２０９１７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の金属やセラミックスでは、熱膨張率が大きく、摺動摩擦による熱で摺動部材間のクリアランスが変化して不具合が発生するという問題があった。
【０００６】
特に、レンズ成形型として従来の金属型を使用すると熱膨張率が大きく、型がレンズを締め付け、離型性が悪いという課題があった。また、従来のセラミックスでは、ポアがあるためレンズ成形型としては、不適であった。
また、遮熱エンジン用部品として、従来検討されているセラミックスを使用すると強度が１０〜２００ＭＰａと低く、熱伝導率が５〜４０Ｗ／ｍＫと高いため、断熱構造に適した高強度断熱材料ではなかった。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、熱膨張係数が低く、強度が高く、熱伝導率が低い、レンズ成形型または遮熱エンジン部品として用いられる摺動部材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の（１）〜（３）によって達成される。
（１）２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０^−６〜１×１０^−６／℃であり、かつ、ヤング率が１２０ＧＰａ以上、曲げ強度が２００ＭＰａ以上の低熱膨張セラミックスからなることを特徴とする摺動部材。
（２）上記（１）において、前記低熱膨張セラミックスを構成する複合材料が、リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなることを特徴とする摺動部材。
（３）上記（２）において、前記摺動部材がレンズ成形型または遮熱エンジン用部品であることを特徴とする摺動部材。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係る摺動部材は、２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０^−６〜１×１０^−６／℃であり、かつ、ヤング率が１２０ＧＰａ以上、曲げ強度が２００ＭＰａ以上の低熱膨張セラミックスからなる。
【００１０】
このような低熱膨張セラミックスを摺動部材として用いる理由は、熱膨張率が小さいため、摺動摩擦による熱で摺動部材間のクリアランスが変化して不具合が発生することがなくなるからである。
特に、レンズ成形型として使用すれば、従来の金属型より熱膨張率が小さいため、離型性が良くなるという効果が期待できる。
また、剛性が大きく強度が高いため、高強度断熱材料として用いることができるからである。
【００１１】
前記低熱膨張セラミックスを構成する複合材料としては、リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の第１の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の第２の材料とからなるものが好適である。これら構成材料のうち第１の材料は熱膨張が極めて小さく、第２の材料は熱膨張係数は第１の材料よりも大きいがヤング率が高く、これらを複合化することにより、所望の低熱膨張および高剛性を兼備した材料とすることができる。
【００１２】
上記第１の材料としては、リチウムアルミノシリケートであるβ−ユークリプタイトやスポジューメンが好ましい。また、その中でもβ−ユークリプタイトはマイナスの熱膨張を示すので、プラスの熱膨張を示す第２の材料と組み合わせることにより、極めて低い熱膨張係数を得ることが可能であるし、また、配合を調節することにより熱膨張係数をマイナスからプラスの広い範囲で調節することが可能となる。
ここで、低熱膨張セラミックスの組成としてはβ−ユークリプタイト５０〜９５質量％と炭化珪素５〜５０質量％であることが、特に好ましい。
【００１３】
なお、複合材料において、実質的な化学的反応が生じなければ、第１の材料として複数の材料を組み合わせて用いることも可能である。また、第２の材料も同様に、実質的な化学的反応が生じなければ、複数の材料を組み合わせて用いることも可能である。
【００１４】
次に、本発明の摺動部材の具体的な適用について詳細に説明する。
（１）レンズ成形型の作製
まず、β−ユークリプタイト粉末と炭化珪素粉末とを質量比で６５：３５の割合でポットミル混合して乾燥させ、低熱膨張セラミックスの原料混合粉末を作製した。この混合粉末を一軸加圧成形して成形体を作製し、１５０ＭＰａでＣＩＰ処理した。次に、得られた成形体を直径５０ｍｍΦの円板状のレンズ成形型形状に研削加工した。次に、この成形体を窒素雰囲気において、１３８０℃の温度で焼成して焼結体を得た。
ここで、同様にして焼成して得られた試験片から、レーザー干渉式熱膨張測定装置（アルバック理工社製ＬＩＸ−１）を用いて熱膨張係数を求めた。また、共振法にてヤング率を測定した。その結果、熱膨張係数は０．５２×１０^−６／℃と十分に小さく、ヤング率は１６９ＧＰａと十分に大きかった。
また、得られた焼結体はポアがなく、熱膨張係数も小さいためレンズ成形型として好適に使用することができた。
【００１５】
（２）遮熱エンジン用部品の作製
まず、β−ユークリプタイト粉末と炭化珪素粉末とを質量比で７８：２２の割合でポットミル混合して乾燥させ、低熱膨張セラミックスの原料混合粉末を作製した。この混合粉末を一軸加圧成形して遮熱エンジン用部品形状の成形体を作製し、１５０ＭＰａでＣＩＰ処理した。次に、この成形体を窒素雰囲気において、１３７０℃の温度で焼成して焼結体を得た。
ここで、同様にして焼成して得られた試験片から、レーザー干渉式熱膨張測定装置（アルバック理工社製ＬＩＸ−１）を用いて熱膨張係数を求めた。また、曲げ強度と熱伝導率を測定した。その結果、熱膨張係数は−０．０３×１０^−６／℃と十分に小さく、曲げ強度は２４０ＭＰａと十分に大きく、熱伝導率は１Ｗ／ｍＫ以下と十分に小さかった。
このように、得られた焼結体は、熱膨張係数が小さく、強度が高く、熱伝導率が小さいため遮熱エンジン用部品として好適に使用することができた。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小さい熱膨張係数を維持しつつ、剛性と強度が大きいため、レンズ成形型または遮熱エンジン部品に適用可能な摺動部材を得ることができる。

Claims

２０〜３０℃における平均の熱膨張係数が−１×１０^−６〜１×１０^−６／℃であり、かつ、ヤング率が１２０ＧＰａ以上、曲げ強度が２００ＭＰａ以上の低熱膨張セラミックスからなることを特徴とする摺動部材。
前記低熱膨張セラミックスを構成する複合材料が、リチウムアルミノシリケート、コーディエライト、リン酸ジルコニウムカリウムから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、炭化ホウ素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
前記摺動部材がレンズ成形型または遮熱エンジン用部品であることを特徴とする請求項２に記載の摺動部材。