JP2015014315A - 自己潤滑性複合材料、並びにそれを用いた転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）等の固体潤滑剤の配合比率を６０質量％以上にしつつ、必要な強度を得ることができる自己潤滑性複合材料、並びにそれを用いた転がり軸受を提供する。
【解決手段】 二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を６０質量％〜８０質量％、クロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれかを０．１質量％〜２質量％、残部に少なくとも鉄（Ｆｅ）を含有することを特徴とする自己潤滑性複合材料。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば各種機械の軸受部材又は摺動部材として使用される固体潤滑剤を含む自己潤滑性複合材料、並びにそれを用いた転がり軸受、及びそれらを備えた搬送装置に関するものである。

従来、六方晶の結晶構造を持つ粉体である二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、黒鉛や二硫化タングステン（ＷＳ_２）等の固体潤滑剤と、各種の金属又は合金の結合材とからなる焼結体が自己潤滑性複合材料として使用されている。このような複合材料は、例えば特許文献１に記載されているように、固体潤滑剤として二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、黒鉛及び二硫化タングステン（ＷＳ_２）を、強度を与える金属結合剤として銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）を主成分とし、焼結して成形したものが代表的である。

特開２０００−１９９０２８号公報

しかしながら、従来、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）等の固体潤滑剤の配合比率は、５０質量％程度以下に抑えられている。これは、５０質量％を超えると、焼結によっても使用に耐えるために必要な強度を得られなかったためである。
本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）等の固体潤滑剤の配合比率を６０質量％以上にしつつ、必要な強度を得ることができる自己潤滑性複合材料、並びにそれを用いた転がり軸受、直動装置、ボールねじ装置、直動案内装置、及び搬送装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、下記の自己潤滑性複合材料及び転がり軸受を提供する。
（１）二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を６０質量％〜８０質量％、
クロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれかを０．１質量％〜２質量％、
残部に少なくとも鉄（Ｆｅ）を含有することを特徴とする自己潤滑性複合材料。
（２）前記残部が、黒鉛を２〜７質量％、タングステン（Ｗ）を２〜２０質量％、鉄（Ｆｅ）を５〜２０質量％含有することを特徴とする上記（１）に記載の自己潤滑性複合材料。
（３） 二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）と鉄（Ｆｅ）とからなる潤滑粒子を主成分とする潤滑相と、クロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれかを含む結合相とを有することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の自己潤滑性複合材料。
（４）前記潤滑粒子の粒径が、３０〜５００μｍであることを特徴とする上記（３）に記載の自己潤滑性複合材料。
（５）前記結合相が炭素（Ｃ）及びタングステン（Ｗ）の少なくとも一方を含有することを特徴とする上記（３）に記載の自己潤滑性複合材料。
（６）前記潤滑相と前記結合相との面積率比が、９８：２〜８０：２０であることを特徴とする上記（３）又は（４）に記載の自己潤滑性複合材料。
（７）鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃｒ）との化合物が生成されていることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の自己潤滑性複合材料。
（８）前記化合物の粒径が１μｍ〜１ｍｍであることを特徴とする上記（７）記載の自己潤滑性複合材料。
（９）粉末状の二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）６０質量％〜８０質量％と 、粉末状のクロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれか０ ．１質量％〜２質量％と、少なくとも粉末状の鉄（Ｆｅ）を含有する残部とを焼結させてなることを特徴とする上記（１）〜（８）の何れか１項に記載の自己潤滑性複合材料。
（１０）焼結後の圧縮強度が４０ＭＰａ以上であることを特徴とする上記（９）に記載の自己潤滑性複合材料。
（１１）形状が円柱状であることを特徴とする上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の自己潤滑性複合材料。
（１２）上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の自己潤滑性複合材料を転動体間に配置したことを特徴とする転がり軸受。
（１３）外輪回転で使用されることを特徴とする上記（１２）に記載の転がり軸受。
（１４）テンタクリップ用軸受であることを特徴とする上記（１２）又は（１３）に記載の転がり軸受。

本発明によれば、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）等の固体潤滑剤の配合比率を６０質量％以上にしつつ、必要な強度を有する自己潤滑性複合材料、並びにそれを用いた転がり軸受を提供することができる。

本発明の転がり軸受のある実施形態における構成を示す部分断面図である。 圧縮強度測定装置の構成を示す正面図である。 摩擦・摩耗測定装置の構成を示す正面図である。 高温軸受耐久試験装置の構成を示す正面図である。 本実施例における自己潤滑性複合材料の圧縮強度と軸受耐久性との関係を示すグラフである。 本実施例におけるＭｏＳ_２の添加量と自己潤滑性複合材料の圧縮強度との関係を示すグラフである。 本実施例における潤滑性能（往復回数と摩擦係数との関係）を示すグラフである。 本実施例におけるＭｏＳ_２添加量と摩擦係数との関係を示すグラフである。 本実施例におけるＣ添加量による酸化重量変化を示すグラフである。 本実施例におけるＣ添加量と圧縮強度との関係を示すグラフである。 本実施例におけるＣｒ及びＭｎ添加量と圧縮強度との関係を示すグラフである。 本実施例における摩擦試験後の試料の摩耗深さを示すグラフである。 本実施例におけるＷ添加量と摩耗深さとの関係を示すグラフである。 本実施例におけるＷ添加量と圧縮強度との関係を示すグラフである。 本実施例におけるＦｅ添加量と圧縮強度との関係を示すグラフである。 本実施例におけるＦｅ添加量と摩擦係数との関係を示すグラフである。 本実施例における耐久性能を示すグラフである。 本実施例における自己潤滑性複合材料の圧縮強度と軸受耐久性との関係を示すグラフである。 高温外内輪回転動摩擦測定装置の構成を示す図であり、（ａ）は外輪回転試験時の正面図、（ｂ）は内輪回転試験時の正面図である。 本実施例における潤滑性能評価として、評価開始後の摩擦係数の経時変化を示すグラフである。 本実施例における回転速度と摩擦係数との関係を示すグラフである。 本発明の転がり軸受のある実施形態として用いられるテンタークリップの構成を示す正面図である。 本発明の転がり軸受のある実施形態として用いられるテンタークリップの構成を示す斜視図である。 本発明の転がり軸受のある実施形態として用いられるテンタークリップの動作及び加熱の概要を説明する図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の自己潤滑性複合材料の第１実施形態について詳細に説明する。本実施形態は、各種機械に用いられる転がり軸受、特にフィルム搬送ローラ用支持軸受等高温特殊環境で使用される転がり軸受の潤滑に適する自己潤滑性複合材料に関するものである。

従来、自己潤滑性複合材料において、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）含有量を増やせば潤滑性（低摩擦・低トルク）が向上することが分かっていたが、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）含有量が増えると焼結後の強度が不足するため実現できていなかった。本実施形態によれば、鉄（Ｆｅ）の存在下で、特定量のクロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれかを添加することにより、強度低下をきたさず二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）含有量を増やした自己潤滑性複合材料を得ることができる。

また、その自己潤滑性複合材料を転がり軸受の転動体間に配置することで、転がり軸受をより高温で使用可能にできる。その際、図１に示すような転動体の保持構造を有する軸受構造が好ましい。
図１において、転がり軸受１では、円環状小径の内輪２と円環状大径の外輪３の間に球状の転動体４を転動自在に介在させ、内輪２と外輪３が滑らかに相対回転できるようになっている。保持器５は複数の転動体４及び固体潤滑スペーサ６を内包し、別の保持器５と連結されている。固体潤滑スペーサ６は転動体４間に配置され、転動体４同士の摩擦による摩耗を防止している。

固体潤滑スペーサ６は、円柱状の形状で、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）６０質量％〜８０質量％、クロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれかが０．１質量％〜２質量％、残部に鉄（Ｆｅ）を含有する組成物からなる自己潤滑性複合材料でできている。本組成であれば、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）が６０質量％以上であっても鉄（Ｆｅ）の存在下におけるクロム（Ｃｒ）やマンガン（Ｍｎ）との相互作用により焼結体の強度低下をきたさない。これは、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）とクロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）とが複合化合物（複雑な化合物）を形成して、これが、焼結体の結びつきを強固にし、強度低下を防止していると考えられる。しかしながら、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）が８０質量％を超えると複合化合物の効果が少なく強度の低下につながる。よって、本組成においては、強度の低下を抑えつつ、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を６０質量％以上含有することで良好な潤滑性が得られる。

また本組成では、クロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）は、それぞれ０．１〜２質量％含有し、合計で０．１〜２質量％含有することが好ましい。下限を下回ると、強度上昇効果がなく、上限を超えて含有させても強度上昇効果は飽和状態になる。これは、クロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）は酸化しやすいため、酸化防止剤である黒鉛量を増やさざるを得ず、そのために強度低下をきたす。

また、上記自己潤滑性複合材料は、上記残部に黒鉛を２〜７質量％、タングステン（Ｗ）を２〜２０質量％、鉄（Ｆｅ）を５〜２０質量％の割合で含有することが好ましい。黒鉛は、高温下で酸化防止効果があり、特にクロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）の酸化防止のためには２〜７質量％を必要とする。黒鉛が２質量％未満であると酸化防止効果が不十分であり、７質量％を超えると強度低下につながる。また、鉄（Ｆｅ）は残部として存在すれば強度低下防止効果はあるが、タングステン（Ｗ）と組み合わせたほうが好ましい。また、タングステン（Ｗ）と鉄（Ｆｅ）は、重量比で概ね１：１であると強度が安定し更に好ましい。タングステン（Ｗ）は、２０質量％を超えると強度が低下するおそれがあり、２質量％を下回ると、鉄（Ｆｅ）との相互作用による強度の安定化が損なわれるおそれがある。

また、本実施形態の自己潤滑性複合材料は、鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃｒ）の化合物が生成されていることが好ましい。また、本実施形態の自己潤滑性複合材料は、クロム（Ｃｒ）と二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）の化合物が生成されていることが好ましい。これは、化合物により複合材料の結びつきがより強固になるためである。

また、本実施形態の自己潤滑性複合材料は、上記化合物の粒径が１μｍ〜１ｍｍであることが好ましい。また、本実施形態の自己潤滑性複合材料は、粉末状の原料を焼結させたものであることが好ましい。またその原料粉末の粒径は、０．８ｍｍ以下であることが好ましい。これらにより、良好な潤滑性と必要な強度が得られる。なお、ここでいう「原料」とは、粉末状の二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）６０質量％〜８０質量％、クロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれか０．１質量％〜２質量％、並びに残部として含まれる鉄（Ｆｅ）である。

（第２実施形態）
以下、本発明の自己潤滑性複合材料の第２実施形態について詳細に説明する。本実施形態も、各種機械に用いられる転がり軸受、特にフィルム搬送ローラ用支持軸受等高温特殊環境で使用される転がり軸受の潤滑に適する自己潤滑性複合材料に関するものである。

本実施形態の自己潤滑性複合材料は、以下の（ａ）〜（ｄ）を満たす。
（ａ）二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）と鉄（Ｆｅ）とからなる潤滑粒子と、この潤滑粒子を結合材で結合し、複合化してなる。なお、上記潤滑粒子の粒径は、１０〜７００μｍ（好ましくは３０〜５００μｍ）であり、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）と、鉄（Ｆｅ）と比は７０質量％〜９０質量％：１０質量％〜３０質量％である。また、上記結合材としては、例えば、タングステン（Ｗ）、黒鉛（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）が挙げられる。ここで、上記「粒径」は、「平均粒径」とし、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で粒子が１０個以上含まれる視野において、例えば、０．５ｍｍ×０．５ｍｍ□を観察し、粒子の最大径（長径）を測定し、平均粒径を算出されるものである。

（ｂ）上記潤滑粒子と、上記結合材との配合比率は上記潤滑粒子が７０質量％〜９０質量％で、上記結合材が３０質量％〜１０質量％である。
（ｃ）上記潤滑粒子は、空孔率が２０％以下（好ましくは１０％以下）である。
（ｄ）二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）の含有率が６０質量％〜８０質量％であり、クロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれかの含有率が０．１質量％〜２質量％である。

従来、固体潤滑剤と金属を複合化した固体潤滑複合材料に含まれる固体潤滑剤成分、例えば、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）は、５０質量％以下の含有量に抑えられている。潤滑性を向上させるためには、潤滑成分であるＭｏＳ_２をできるだけ多く含有することが重要であるが、含有量が５０質量％を超えると緻密な材料が得られず機械的強度は大幅に低下する。また、この様な強度の低い材料を摩擦摩耗の潤滑材に使用するとＭｏＳ_２が優先的に材料から脱落し潤滑材としての機能が全く作用しなくなることがあった。
そこで、本実施形態のように、上記（ａ）〜（ｄ）を満たすことにより、機械的強度を損なうことなく固体潤滑剤成分を、より多く添加することができ、潤滑性の優れた固体潤滑複合材料の製造が可能になった。

＜（ａ）について＞
以下、本実施形態の自己潤滑性複合材料を構成する上記（ａ）について説明する。
本実施形態を構成する材料は、ＭｏＳ_２−Ｆｅ−Ｗ−Ｃ−Ｃｒ−Ｍｎである。市販されているＭｏＳ_２粉末の平均粒径は４μｍ程度であり、この平均粒径のＭｏＳ_２粉末を用いて固体潤滑複合材料を作製すると、微粒であるが故に粒子同士の接触面積が拡大し、焼結時にＣｕ及びＮｉとの反応がより促進されＭｏＳ_２が分解を起こす。そして、ＭｏＳ_２は潤滑性の無い物質に変化する。
また、ＭｏＳ_２の粉末は、流動性が非常に悪く、成形加工ができない。

そこで、予め、ＭｏＳ_２を含む潤滑粒子の平均粒径を１０〜７００μｍ（好ましくは３０〜５００μｍ）の大きさに造粒することで、クロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）との接触面積が小になり、ＭｏＳ_２との反応を抑えることができる。また、粉末の流動性が改善され成形加工が可能になる。
なお、潤滑粒子の平均粒径が１０μｍより粒径が小だと、反応が促進され潤滑性の無い物質に変化し、且つ成形加工ができない。一方、潤滑粒子の平均粒径が７００μｍより大であると、分散性が悪くなり、強度低下を招く。
また、粒度分布の幅は狭い方が強度的にも潤滑的にも良好で、生産性を考慮すれば５０〜３００μｍがより好ましい。

また、潤滑粒子の作製にあっては、Ｆｅを単独で添加するより、ＭｏＳ_２からなる１０〜７００μｍ（好ましくは３０〜５００μｍ）の粒子内にＦｅを分散させた方が、潤滑性のある強固な硫化物（ＭｏとＦｅからなる硫化物）が生成されることを知見した。
さらに、ＭｏＳ_２の含有量が９０％より多いと、強固な硫化物が生成されず、７０％より少ないとＦｅリッチになり、潤滑性が無くなる。
したがって、潤滑粒子の粒径を大きくし、潤滑粒子内にＦｅを分散させることで潤滑成分が強固になり、摩擦摩耗に対し脱落し難くなる。

＜（ｂ）について＞
以下、本実施形態の自己潤滑性複合材料を構成する上記（ｂ）について説明する。
ＭｏＳ_２とＦｅとからなる潤滑粒子は、従来よりも粒径が大きい（１０〜７００μｍ）ので、粒界に空隙が発生し易く、かかる潤滑粒子は脱落し易い傾向になる。
そこで、上記潤滑粒子に、Ｗ、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｎを添加することで、上記空隙を満たし、Ｗ、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｎが、潤滑粒子同士の結合相としての働きをするので、潤滑粒子の脱落を抑制できる。
結合相を構成する各金属（Ｗ、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｎ）は、１０質量％より少ないと空隙を満たさない。一方、結合相を構成する各金属（Ｗ、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｎ）が３０質量％より多いと、上記潤滑粒子と結合相との反応（特に、Ｃｒ及びＭｎとの反応）が促進され、潤滑性の無い物質が生成される。

ここで、結合相を構成する各金属を添加する理由について説明する。
Ｍｏは耐摩耗性を向上させる目的で潤滑粒子に添加され、黒鉛は高温での潤滑性を保持する目的で潤滑粒子に添加される。
また、Ｃｒ及びＭｎは、Ｗと黒鉛、そして潤滑粒子との結合力を向上させる目的で添加される。
潤滑粒子の結合相として働く（Ｗ−Ｃ−Ｃｒ−Ｍｎ）の組成は、Ｃｒが２質量％〜３質量％、Ｍｎが５質量％〜６質量％、残部はＷとＣになるが、体積比でおよそＷ：Ｃ＝１：３が好ましく、この組成にて強固な結合相が形成される。

＜（ｃ）について＞
以下、本実施形態の自己潤滑性複合材料を構成する上記（ｃ）について説明する。
ＭｏＳ_２とＦｅとからなる上記潤滑粒子は、空孔率２０％以下（好ましくは１０％以下）の緻密性を有している。空孔率が２０％を超えると、空孔が多く、潤滑粒子が脱落し易くなる。また、高温での酸化劣化が激しくなる。

空孔率２０％以下の緻密体を作製する方法としては、例えば、粉末を成形する際、ＣＩＰ等を使用し、成形圧を超高圧にすることで、緻密体を作製する方法が挙げられる。また、予め（ＭｏＳ_２−Ｆｅ）の潤滑粒子を予備焼結し、緻密化した材料を粉砕し適正粒度の潤滑粒子を作製する方法が挙げられる。また、メカニカルアロ−イング法で作製する方法が挙げられる。このように、空孔率２０％以下の緻密体を作製する方法は種々あるが、緻密化が可能であれば上記方法に限られず、製法に制限はない。

＜（ｄ）について＞
以下、本実施形態の自己潤滑性複合材料を構成する上記（ｄ）について説明する。
上述したように、本実施形態の自己潤滑性複合材料は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）の当該自己潤滑性複合材料中の含有率が、６０質量％〜８０質量％であり、クロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれかの当該自己潤滑性複合材料中の含有率が、０．１質量％〜２質量％である。

このような組成であれば、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）が６０質量％以上であっても鉄（Ｆｅ）の存在下におけるクロム（Ｃｒ）やマンガン（Ｍｎ）との相互作用により焼結体の強度低下をきたさない。これは、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）とクロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）が複合化合物（複雑な化合物）を形成して、これが、焼結体の結びつきを強固にし、強度低下を防止していると考えられる。しかしながら、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）が８０質量％を超えると複合化合物の効果が少なく強度の低下につながる。よって、本組成においては、強度の低下を抑えつつ、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を６０質量％以上含有することで良好な潤滑性が得られる。

以下、実施例を挙げて更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
（実施例１）
二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を６０〜８０質量％と、クロム（Ｃｒ）を０．１〜２質量％、マンガン（Ｍｎ）を０．１〜２質量％含有し、残部に、鉄（Ｆｅ）とタングステン（Ｗ）を概ね１：１と、さらに黒鉛を含むものを図１のような転がり軸受（内径１０ｍｍ）用円柱状焼結型で成形し焼結して実施例１の自己潤滑性複合材料を作製した。このとき、原料粉末（ＭｏＳ_２、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｗ）は粒径が０．８ｍｍ以下のもので、代表的組成として以下の組成を用いた。
ＭｏＳ_２６０質量％−Ｃｒ・Ｍｎ等量合計１．０質量％−Ｃ４質量％−Ｗ１７．５質量％−残部Ｆｅ１７．５質量％

（比較例１）
クロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）を含まず、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を６０〜８０質量％含有し、残部に鉄（Ｆｅ）とタングステン（Ｗ）を概ね１：１、さらに黒鉛を含むものを実施例１と同じ条件で成形し焼結して比較例１の自己潤滑性複合材料を作製した。組成の詳細は以下のとおりである。
ＭｏＳ_２６０質量％−Ｃ４質量％−Ｗ１８質量％−残部Ｆｅ１８質量％

（焼結結果）
実施例１は、円柱状に焼結可能であったが、比較例１については焼結後、円柱状の形態を維持できなかった。顕微鏡観察及び材料分析により、実施例１には、鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃｒ）の化合物及びクロム（Ｃｒ）と二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）の化合物が観察された。また、実施例１には、粒径が１μｍ〜１ｍｍの上記化合物が観察された。

（評価）
実施例１及び比較例１で得られた円柱状の自己潤滑性複合材料について、以下のように評価を行った。
（１）回転試験
実施例１で得られたものを固体潤滑スペーサ６として、図１のような転がり軸受１に組み付け回転試験を行った。その結果、常温、高温（４００℃）とも回転特性に不具合はなかった。

（２）圧縮強度の測定
図２に示す圧縮強度測定装置を用いて、以下の要領で円柱形状の自己潤滑性複合材料の圧縮強度を測定した。
図２に示すように、圧縮強度測定装置は、直動案内１０６に案内方向を等しくして、ボールねじ１０３のナット１０４が接続されている。ボールねじ１０３のねじ軸の端部に接続したモータ１０１を回転させることで、ナット１０４が直動案内１０６に案内されて上下する。ナット１０４には円筒のハウジング１０５が取り付けられていて、ハウジング１０５の端面にロードセル１０７が設置されている。ロードセル１０７の端面が、円柱形状の試料（自己潤滑性複合材料）１０８の端面と平行になっている。そして、モータ１０１を回転させることで、ロードセル１０７の端面を試料１０８の端面に接触させ、所定の圧縮速度でナット１０４を直動させると、ロードセル１０７が試料１０８を圧縮する。ロードセル１０７がさらに直動して、円柱を圧縮し続けると、圧縮荷重がやがて試料１０８の圧縮強度荷重に達し、試料１０８が崩壊する。その圧縮強度荷重を試料１０８の断面積で除して、単位面積あたりの圧縮荷重（単位は圧力）を求め、それを試料１０８の圧縮強度とする。

なお、本実施例では、試験条件（測定条件）を以下のように設定した。
・試料の形状：約φ４ｍｍ×３ｍｍの円柱スペーサ
・圧縮速度：５μｍ／ｓ
・試料個数：３個（平均値を採用）

（３）摩擦及び摩耗の測定
摩擦・摩耗測定装置を用いた円柱形状の試料（自己潤滑性複合材料）の端面の摩擦係数を測定すると共に、摩擦試験後の摩耗深さを測定する方法について説明する。
図３に示すように、摩擦・摩耗測定装置は、シーソ式のアーム２０３の一端にウェイト２０１が固定されている。一方、他端付近には移動可能なウェイト２０２が配置されている。ウェイト２０２をアーム２０３上、前後に移動させることで、アーム２０３の支点２０４とウェイト２０１との間に配置されているロードセル２０５を介して、試料２０８の端面に負荷する荷重の大きさを調整することができる。ロードセル２０５の端面にはボールホルダ２０６が設置されていて、ボール２０７が試料２０８の端面法線方向の荷重を当該試料２０８に負荷している。試料２０８は水平に配置されたディスク２０９にボール２０７と反対の端面が固定されている。ディスク２０９は水平方向に転動可能な、直動装置２１０上に配置されていて、ディスク２０９に接続された直動モータ２１１によって直動することができる。ディスク２０９が直動するとディスク２０９に固定された試料２０８も直動し、その時、接触しているボール２０７の表面と試料２０８の端面との間で摺動が生じ、その摩擦抵抗力をロードセル２０５で測定することができる。直動モータ２１１は所定の距離を繰り返し往復する。往復によって、直動の方向が毎回反転すると摩擦抵抗力の方向も反転するが、ロードセル２０５はどちらの方向の荷重も測定可能となっている。所定の総往復回数を往復させ、その間の摩擦抵抗力を連続的に測定し、摩擦抵抗力から換算される摩擦係数の変化を測定することができる。試料２０８は図示しないヒータで取り囲まれており、高温下での摩擦測定ができるようになっている。

なお、本実施例では、試験条件（測定条件）を以下のように設定した。
・試料の形状：約φ４ｍｍ×３ｍｍの円柱スペーサ
・ボール直径：約３ｍｍ
・荷重：５Ｎ
・往復距離：２ｍｍ
・往復速度：１往復／ｓｅｃ
・往復回数：１８００往復
・温度：室温、および３００℃

（４）高温軸受耐久試験
高温軸受耐久試験装置を用いて、軸受の高温下での回転耐久試験を行う方法について説明する。
図４に示すように、高温軸受耐久試験装置は、軸３０３に軸受が４個挿入されていて、中央の２個がサポート軸受３０２，３０２、外側の２個が試験軸受３０１，３０１である。２つのサポート軸受３０２，３０２と、２つの試験軸受３０１，３０１とはそれぞれ同一名番である。試験軸受３０１は門型のハウジング３０４で外輪を支持されて、恒温槽３１２の底面に固定されている。サポート軸受３０２は、サポートハウジング３０５で外輪を支持されていて、サポートハウジング３０５に取付られたブラケット３０６を介して、恒温槽３１２の底面を通過して懸垂されたウェイト３０７によりサポート軸受３０２にラジアル荷重が負荷されるようになっている。サポート軸受３０２は、２個の試験軸受３０１，３０１の中間位置に配置されていて、サポート軸受３０２に負荷されたラジアル荷重は、試験軸受３０１に１／２ずつラジアル荷重として負荷される。軸３０３の一端は、恒温槽３１２の壁面を通過して挿入された回転導入軸３１０とカップリング３０９を介して接続されており、図示しないモータによって回転導入軸３１０を回転させると、試験軸受３０１を回転させることができる。恒温槽３１２を所定の温度に設定し、一定高温下での軸受回転耐久試験を実施できる。モータのトルク電圧をモニタして、試験軸受３０１が損傷して軸受トルクが上昇するのを測定し、試験軸受３０１の耐久試験時間を測定する。門型ハウジング３０４は一体品で、キューブを底面から中抜きして製作している。中抜き穴は恒温槽３１２の底面の穴と連通していて、図示しない送風機からの冷風を中抜き穴に下から導入して、サポート軸受３０２を冷却するようになっている。そのため、サポート軸受３０２は試験軸受３０１より早期に損傷することはない。

なお、本実施例では、試験条件（測定条件）を以下のように設定した。
・試験軸受内の自己潤滑性複合材料の形状：約φ４ｍｍ×３ｍｍ 円柱スペーサ
・軸受内径：φ１０ｍｍ
・軸受タイプ：図１に示す形状の軸受、ただし、自己潤滑性複合材料の材料比較の際は、軸受をもみ抜き（削り出し）保持器タイプの軸受、又は円柱スペーサ入れ溝タイプの軸受を用いる。
・ラジアル荷重：５０Ｎ／１軸受
・回転速度：１０００ｍｉｎ^−１
・軸受温度：４００℃

（５）自己潤滑性複合材料の圧縮強度と軸受耐久性との関係−１
実施例１の焼結条件だけを変更して、２種類の自己潤滑性複合材料を焼結した。焼結条件の違いは、焼結時間が一方は他方の１／２であるという点である。焼結された自己潤滑性複合材料を図２に示す圧縮強度測定装置を用いて同じ測定条件で圧縮試験を行い、一方の圧縮強度が４５ＭＰａ、他方が６７ＭＰａの結果を得た。それぞれを図１に示す形状の軸受に組み込み、図４に示す高温軸受耐久試験装置を用いて上述と同じ試験条件で耐久試験を実施したところ、４０ＭＰａ品は８３８万回転で軸受寿命となり、６７ＭＰａ品は１５５０万回転で軸受寿命となった。その結果を図５に示す。損傷形態は、摩耗粉のつまりによる回転困難である。焼結によりＭｏＳ_２粒が粒界を埋めるＦｅやＷの補強金属によって結合されているが、その結合力が小さい、つまり圧縮強度が小さいとＭｏＳ_２粒が容易に脱粒してしまって、潤滑に使用されまま、必要以上に自己潤滑性複合材料の摩耗が進み、軸受の摩耗粉づまりを引き起こす。よって、同一組成では、圧縮強度と軸受寿命とが相関を持ち、圧縮強度が大きい方が、軸受寿命が長い。したがって、自己潤滑性複合材料の圧縮強度を高めることは重要ということになる。

（６）ＭｏＳ_２の添加量と自己潤滑性複合材料の圧縮強度との関係
自己潤滑性複合材料の潤滑剤の主成分であるＭｏＳ_２の量が少ないと自己潤滑性複合材料の潤滑性能が小さくなってしまうため、極力、ＭｏＳ_２量を多く添加した方が良い。しかしながら、ＭｏＳ_２が８０質量％を超えると、自己潤滑性複合材料の圧縮強度が著しく低下する。したがって、ＭｏＳ_２添加量の上限値は８０質量％と定める。

ここで、ＭｏＳ_２の添加量を５０質量％から９０質量％まで５質量％おきに変化させて原料粉を製作し、同一条件で焼結して、自己潤滑性複合材料の圧縮強度の違いを調べた。組成配合比は実施例１の通り、ＭｏＳ_２とＦｅとの合計質量％を一定とし、他の組成はすべて同一とした。図２に示す圧縮強度測定装置を用いて圧縮強度を測定した。その結果を図６に示す。この結果より、ＭｏＳ_２の添加量が８０質量％を超えると、自己潤滑性複合材料の圧縮強度が著しく低下することがわかった。

（７）潤滑性能の評価
図３に示す摩擦・摩耗測定装置を用いて、実施例１の自己潤滑性複合材料の摩擦係数を測定し、潤滑性能を評価した。その測定結果を図７に示す。なお、この測定では、試験条件（測定条件）を以下のように設定した。
・試料の形状：約φ４ｍｍ×３ｍｍの円柱スペーサ
・ボールの直径：約φ３ｍｍ
・環境：大気
・往復距離×回数：２ｍｍ×１８００往復
・往復速度：１往復／ｓｅｃ
・荷重：５Ｎ

（８）ＭｏＳ_２添加量と摩擦係数との関係
ＭｏＳ_２の添加量を変えた自己潤滑性複合材料を用意し、図３に示す摩擦摩耗測定装置を用いて自己潤滑性複合材料の摩擦係数を測定した。その測定結果を図８に示す。図８に示すように、室温と３００℃の２つの温度環境について行ったが、いずれもＭｏＳ_２量が６０質量％を下回ると、摩擦係数が著しく大きくなる。添加量が６０質量％以上では、室温では摩擦係数が０．０９５〜０．１５程度、３００℃では０．１１〜０．１２程度である。よって、ＭｏＳ_２は６０質量％以上添加するのが良い。
ＭｏＳ_２とＦｅの合計質量％は一定として、実施例１の組成の範囲で配合している。他の元素の配合比率は変化させていない。これにより、ＭｏＳ_２添加量が６０質量％以下になると摩擦係数が著しく大きくなることがわかった。この傾向は、３００℃の時も同じである。

（９）Ｃ添加量による酸化重量変化
Ｃ添加量を１〜９質量％まで変化させたときの自己潤滑性複合材料の耐酸化特性を調べた。各物質の配合比率は実施例１に規定した範囲で、ＣとＭｏＳ_２の合計の質量％を一定とし、他の元素の量は変化させていない。Ｃ添加量の違う自己潤滑性複合材料を大気中で標記温度に暴露して保持し、その前後の重量変化を測定した。測定結果を図９に示す。
その結果、Ｃ添加量が２質量％を下回ると重量が著しく増加することが分かった。これは酸化による重量増加と判断される。よって、Ｃ添加量は２質量％以上必要である。２質量％以上を添加しても重量変化量は大きくは変わらない。

なお、この測定では、測定条件を以下のように設定した。
・試料の形状：約φ４ｍｍ×３ｍｍの円柱スペーサ
・試料個数：１組成につき８個
・環境：大気
・温度：５００℃（恒温槽中に保持）
・保持時間：１ｈｒ
・重量測定：試験前後の８個全体での重量変化を求めて平均した
これにより、Ｃの添加量が２質量％以下になると酸化による重量増加が著しく大きくなることがわかった。

（１０）Ｃ添加量と圧縮強度との関係
Ｃ添加量を１〜９質量％まで変化させたときの自己潤滑性複合材料の圧縮強度を調べた。各物質の配合比率は実施例１に規定した範囲で、ＣとＭｏＳ_２の合計の質量％を一定とし、他の元素の量は変化させていない。図２に示す圧縮強度測定装置を用いて、同じ測定条件で行った。測定結果を図１０に示す。
その結果、Ｃ添加量が７質量％を上回ると圧縮強度が著しく減少することが分かった。よって、Ｃ添加量は７質量％以下である必要がある。７質量％以下の領域での圧縮強度は大きくは変わらない。したがって、Ｃ添加量による酸化重量変化の結果と併せて考えると、Ｃ添加量は２質量％以上で７質量％以下である必要がある。
これにより、Ｃの添加量が７質量％以上になると圧縮強度が著しく小さくなることがわかった。

（１１）Ｃｒ及びＭｎ添加量と圧縮強度との関係
Ｃｒ添加量を０〜２．５質量％まで変化させたときの自己潤滑性複合材料の圧縮強度を調べた。各物質の配合比率は実施例１に規定した範囲で、ＣとＭｏＳ_２の合計の質量％を一定とし、他の元素の量は変化させていない。図２に示す圧縮強度測定装置を用いて、同じ測定条件で行った。測定結果を図１１に示す。

その結果、Ｃｒ添加量が０．１〜２質量％の範囲から外れると圧縮強度が著しく減少することが分かった。よって、Ｃｒ添加量は０．１〜２質量％の範囲である必要がある。その領域内での圧縮強度は大きくは変わらない。
同様に、Ｍｎについても行った。添加量の範囲はＣｒと同一である。その結果、Ｃｒの結果とほぼ同じ結果を得た。よって、Ｍｎ添加量は０．１〜２質量％の範囲である必要がある。その領域内での圧縮強度は大きくは変わらない。

さらに、ＣｒとＭｎとを半々にして、上記範囲の合計添加量について同様に調べた。その結果、Ｃｒ単体、及びＭｎ単体と同じく０．１〜２質量％の範囲で圧縮強度が大きくなることが分かった。さらにその圧縮強度値はＣｒ単体、またはＭｎ単体を添加した時よりも大きくなる。よって、ＣｒとＭｎとを等量ずつ、合計０．１〜２質量％の範囲で添加すると圧縮強度をより大きくすることができる。上記範囲内では圧縮強度の違いは小さい。

これにより、Ｃｒ，Ｍｎは０．１〜２質量％添加されていると圧縮強度が大きくなる。その領域を外れると著しく圧縮強度が低下することがわかった。また、Ｃｒ、Ｍｎが半々、両方とも添加されていると上記領域でさらに圧縮強度が大きくなることがわかった。上記領域を逸脱すると著しく圧縮強度が低下するのも同一である。

（１２）摩擦試験後の試料の摩耗深さ
図３に示す摩擦・摩耗測定装置を用いて摩擦試験を行うと、ボールが摺動した領域が舟形に摩耗する（図１２参照）。船形の断面方向に試料の中央の形状を測定し、摩耗深さを求める。この値によって、試料の摩耗量の大きさを比較することができる。舟の断面方向の長さは０．６ｍｍ程度である。
これにより、摩擦試験後の試料端面は摩耗していて、その中央の摩耗深さによって摩耗量の大きさを表すことができることがわかった。

（１３）Ｗ添加量と摩耗深さとの関係
Ｗを０〜２５質量％の範囲で添加量を変化させて摩擦試験後の自己潤滑性複合材料摩耗深さの違いを調べた。添加物質の配合比は実施例１に規定した範囲で行い、ＷとＭｏＳ_２の合計添加量は一定とした。その他の元素はすべて同一組成とした。その結果、図１３に示すように、２〜２０質量％の範囲で摩耗深さが減少することが確認された。上記領域を外れると摩耗深さが著しく大きくなる。したがって、自己潤滑性複合材料の耐摩磨耗性を向上させるにはＷを２〜２０質量％添加する必要がある。また、３００℃で同様の試験を行ったところ、相対的に室温時に比べて摩耗深さは大きくなったが、２〜２０質量％の範囲で摩耗深さが小さくなることが分かった。室温、及び３００℃とも、上記領域内での摩耗深さに大きな違いはない。室温から高温領域まで耐摩耗性を向上させるのにＷを２〜２０質量％添加することが有用である。

なお、この測定において、試験条件（測定条件）を以下のように設定した。
・試料の形状：約φ４ｍｍ×３ｍｍの円柱スペーサ
・ボール直径：約３ｍｍ
・環境：大気
・往復距離×回数：２ｍｍ×１０^５回
・往復速度：１往復／ｓｅｃ
・荷重：５Ｎ
・温度：室温、及び３００℃
これにより、Ｗを２〜２０質量％添加すると自己潤滑性複合材料の耐摩耗性を大きくすることができることがわかった。

（１４）Ｗ添加量と圧縮強度との関係
Ｗを０〜２５質量％の範囲で添加量を変化させて圧縮強度の違いを調べた。添加物質の配合比は実施例１に規定した範囲で行い、ＷとＭｏＳ_２の合計添加量は一定とした。その他の元素はすべて同一組成とした。その結果、図１４に示すように、Ｗの添加量が２０質量％以上になると、圧縮強度が低下することが確認された。よって、Ｗの添加量は２０質量％以下である必要がある。２０質量％以下であれば、圧縮強度に大きな差は認められない。

Ｗが２〜２０質量％の範囲で耐摩耗性が向上する試験結果と併せて考えると、Ｗが２〜２０質量％の範囲で、耐摩耗性が大きく、かつ圧縮強度も大きい自己潤滑性複合材料が得られることになる。
なお、この測定において、試験条件（測定条件）を以下のように設定した。
・試料の形状：約φ４ｍｍ×３ｍｍの円柱スペーサ
・ボール直径：約３ｍｍ
・環境：大気
・往復距離×回数：２ｍｍ×１０^５回
・往復速度：１往復／ｓｅｃ
・荷重：５Ｎ
・温度：室温
これにより、Ｗを２〜２０質量％添加すると自己潤滑性複合材料の耐摩耗性を大きくすることができることがわかった。

（１５）Ｆｅ添加量と圧縮強度との関係
Ｆｅを０〜２５質量％の範囲で添加量を変化させて圧縮強度の違いを調べた。添加物質の配合比は実施例１に規定した範囲で行い、ＦｅとＭｏＳ_２の合計添加量は一定とした。その他の元素はすべて同一組成とした。

その結果、図１５に示すように、Ｆｅの添加量が３質量％以下だと粒子同士が結合されず焼結が不可能であった。また、Ｆｅの添加量が４質量％以上の試料について、円柱形状の自己潤滑性複合材料を軸受に内蔵して組み立て体とし、手回しによる回転性を調べたところ、圧縮強度が４０ＭＰａ以下では、回転開始後、３０万回転程度で自己潤滑性複合材料が崩壊して軸受内でつまり回転不能になることが分かった。つまり、圧縮強度４０ＭＰａ以下では軸受に内蔵する自己潤滑性複合材料としては使用できない。Ｆｅの添加量が５質量％を超えると圧縮強度が４０ＭＰａ以上になる。Ｆｅの添加量が大きくなるにつれて、ほぼ単調増加で圧縮強度は大きくなる。したがって、軸受に内蔵して自己潤滑性複合材料を使用するには、Ｆｅの添加量は５質量％以上にする必要があると言える。

なお、この試験では、試験条件（測定条件）を以下のように設定した。
・試験軸受内の自己潤滑性複合材料の形状：約φ４ｍｍ×３ｍｍの円柱スペーサ
・軸受内径：φ１０ｍｍ
・軸受タイプ：図１に示す形状の軸受
・手回し方法：内輪に軸を通して支持した後、指先で外輪を上から下へ回転させて、初期回転速度を３００〜５００ｍｉｎ^−１程度にする。
・圧縮速度：５μｍ／ｓ
・試料個数：３個（平均値を採用） これにより、Ｆｅを５〜２５質量％添加すると自己潤滑性複合材料を軸受内に内蔵することができる圧縮強度が得られることがわかった。

（１６）Ｆｅ添加量と摩擦係数との関係
Ｆｅを５〜２５質量％の範囲で添加量を変化させて摩擦係数の変化を調べた。添加物質の配合比は実施例１に規定した範囲で行い、ＦｅとＭｏＳ_２の合計添加量は一定とした。その他の元素はすべて同一組成とした。５質量％以下は４０ＭＰａ以上の圧縮強度が得られないので試験を行っていない。
その結果、図１６に示すように、Ｆｅの添加量が増えるにつれて摩擦係数も上昇する傾向があるが、添加量が２０質量％を超えると著しく摩擦係数が上昇する。よって、Ｆｅの添加量は２０質量％以下である必要がある。圧縮強度測定結果と併せて、Ｆｅの添加量は５〜２０質量％であることが良い。

なお、本試験では、試験条件（測定条件）を以下のように設定した。
・試料の形状：約φ４ｍｍ×３ｍｍの円柱スペーサ
・圧縮速度：５μｍ／ｓ
・試料個数：３個（平均値を採用） したがって、Ｆｅを５〜２５質量％添加したとき、自己潤滑性複合材料の摩擦係数はほぼ単調増加に近い上昇を示し、２０質量％を超えると著しく上昇する。圧縮強度測定の結果と併せて考えるとＦｅは５〜２０質量％添加するのが良いことがわかった。

（１７）耐久性能
ＭｏＳ_２を５０〜９０質量％の範囲で添加量を変化させた自己潤滑性複合材料を内蔵する軸受を使い、耐久性能を調べた。添加物質の配合比は実施例１に規定した範囲で行い、ＦｅとＭｏＳ_２の合計添加量は一定とした。その他の元素はすべて同一組成とした。
その結果、図１７に示すように、ＭｏＳ_２の添加量が６０〜８０質量％の場合に軸受が総回転数２０００万回転を超えて試験が打ち切りとなった。ＭｏＳ_２が５０質量％のときは、１６４０万回転で軸受寿命となり、９０質量％では４４０万回転と著しく小さくなった。したがって、自己潤滑性複合材料を軸受に内蔵する場合、ＭｏＳ_２の添加量は６０〜８０質量％の範囲であることが好ましい。

なお、この測定では、試験条件（測定条件）を以下のように設定した。
・試験軸受内の自己潤滑性複合材料の形状：約φ４ｍｍ×３ｍｍの円柱スペーサ
・軸受内径：φ１０ｍｍ
・軸受タイプ：図１に示す形状の軸受
・ラジアル荷重：５０Ｎ／１軸受
・回転速度：１０００ｍｉｎ^−１
・軸受温度：４００℃
・環境：大気
したがって、ＭｏＳ_２添加量を６０〜８０質量％添加したとき、自己潤滑性複合材料を内蔵する軸受の耐久性能は大きくなることがわかった。

（１８）自己潤滑性複合材料の圧縮強度と軸受耐久性との関係−２
上記（５）自己潤滑性複合材料の圧縮強度と軸受耐久性との関係−１と同様にして、圧縮強度３５ＭＰａ品及び４０ＭＰａ品を製作し、同様の軸受試験を行った。結果を図１８に示すが、圧縮強度３５ＭＰａ品では回転開始初期に自己潤滑性複合材料が軸受内部で割損し、約３０万回転で回転不能となった。また、圧縮強度４０ＭＰａ品では８３８万回転で軸受寿命となった。更に、圧縮強度６７ＭＰａ品の軸受寿命を併記するが（図５参照）、軸受寿命は１５５０万回転である。これにより、圧縮強度は４０ＭＰａ以上である必要があることがわかった。

（１９）高温下での対外輪・対内輪摺動摩擦係数測定
図１９（ａ），（ｂ）に示す高温外内輪回転動摩擦係数測定装置を用いて、以下の要領で円柱形状の自己潤滑性複合材料の高温下での対外輪・対内輪摺動摩擦係数を測定した。なお、この高温外内輪回転動摩擦測定装置は、軸を組み替えることで対外輪回転と対内輪回転の両方の摺動摩擦抵抗を測定することができる。図１９（ａ）は、高温外内輪回転動摩擦測定装置による外輪回転試験時の正面図を示し、図１９（ｂ）は高温外内輪回転動摩擦測定装置による内輪回転試験時の正面図を示す。

高温外内輪回転動摩擦係数測定装置による外輪回転時の摩擦抵抗測定について説明する。
図１９（ａ）に示すように、外輪回転駆動軸（以下、駆動軸）４１８がモータ４２１に接続されて回転可能となっている。恒温槽４２０の壁面に開けられた駆動軸導入孔４０６から恒温槽４２０内に駆動軸４１８の先端が導入されている。

駆動軸導入孔４０６は、駆動軸４１８の径よりやや大きく作られていて、両者は接触しない。駆動軸４１８の先端には、断面がコの字の外輪回転摺動カップ４０２が同軸的に取り付けられている。駆動軸４１８は、恒温槽４２０外に配置された駆動軸支持軸受４１９により支持されていて、駆動軸支持軸受４１９は、駆動軸受ハウジング４１５に収容支持されていて、図示しない冷却ファンによって冷却され、駆動軸４１８が加熱された場合も軸受の耐久性能が小さくならないように軸受温度を下げるようになっている。

外輪回転摺動カップ４０２（以下、カップ）は、ＳＵＳ４４０Ｃ焼入れ焼き戻し材製で内周は研磨後スーパフィニッシュ仕上げが施され、面粗さを０．１μｍＲａ以下としてある。外輪回転摺動カップ４０２の内周面最下点位置に円柱試料（本実施例の潤滑材料、以下、試料）４０１と相互に軸を平行にして接触している。すなわち、カップ４０２の内周面と試料４０１の外周が一本の直線で接触している。

試料４０１は、外輪回転連れ回り軸（以下、連れ回り軸）４０３の外周部に設けられた試料４０１と同一径の円柱形状を持った嵌合孔に嵌合されていて、連れ回り軸４０３から脱落することはないようになっている。連れ回り軸４０３は、恒温槽４２０の連れ回り軸導入孔４０７から恒温槽４２０内に導入されていて、恒温槽４２０外に配置されるもう一方の軸端部がフランジ形状となっている（軸結合用フランジ４０５）。

軸結合用フランジ４０５の他端は軸形状になっていて、軸結合用フランジ４０５と一体化した連れ回り軸４０３の軸端を形成している。連れ回り軸４０３の軸端には、軸固定型のトルク計４１４が接続されていて、連れ回り軸４０３の軸力（トルク）を測定することができる。

２個の軸結合用フランジ４０５，４０５同士は、断熱セラミックスリーブ（以下、断熱スリーブ）４０４を介して、同軸、一体的に締結されている。締結された両フランジ４０５，４０５は図示しない冷却ファンによって冷却されている。両フランジ４０５，４０５を締結するねじは断熱スリーブ４０４を複数介することで、フランジ４０５の一方にしか接触しない構造になっていて、ねじによる熱伝導を極力小さくしている。そのため、連れ回り軸４０３が加熱されて温度が上昇しても、その熱量はトルク計４１４には伝導しにくくなっており、熱によってトルク計４１４が破損するのを防止している。

トルク計４１４と連れ回り軸４０３とを接続しているカップリング４０８は、リジッドカップリングであって、カップリング４０８が屈曲して連れ回り軸４０３が撓むということはない。
駆動軸受ハウジング４１５は直動支持装置４０９に一体化していて、駆動軸４１８ごと上下方向にだけ直動する。モータ４２１は駆動軸受ハウジング４１５と一体化したブラケットで支持されている。

駆動軸４１８はそれに接続される部品、駆動軸支持軸受４１９や駆動軸受ハウジング４１５、モータ４２１等の自重により、下方へ直動して、もしカップ４０２の中に試料４０１や連れ回り軸４０３が挿入されていなかったとしたら、駆動軸導入孔４０６と駆動軸４１８とが接触して停まることになるが、駆動軸受ハウジング４１５の上方に接続したウェイト牽引用ワイヤ４１３をプーリ４１１によりワイヤ４１３方向を変更して、ワイヤ４１３端に重量補償ウェイト４１２を接続することで重量をキャンセルすることができる。そのため、駆動軸４１８は、上下方向任意の位置で停止されることが可能で、駆動軸導入孔４０６の真ん中に位置させることができる。

駆動軸４１８が上下に釣り合って静止している状態で、重量補償ウェイト４１２の上に重ねて試験荷重用ウェイト４１０を積むと、駆動軸４１８は上昇して駆動軸導入孔４０６と接触して停まる。その時、駆動軸導入孔４０６が受けるラジアル荷重はあとに載せた試験荷重用ウェイト４１０の荷重そのものになる。この時、カップ４０２の中に試料４０１を保持した連れ回り軸４０３が挿入されているとすると、駆動軸４１８は試料４０１に接触しているため、その位置を保持しつつ、試料４０１は試験荷重ウェイト４１０と同一のラジアル荷重を受けることになる。この位置関係を保持したまま、モータ４２１を回転させると、カップ４０２が試料４０１と摺動しながら連れ回り軸４０３の周りを回転する。その時、試料４０１とカップ４０２の摺動面との間で動摩擦力が発生し、連れ回り軸４０３が連れ回りをしようと軸力を発生し、それがトルク計４１４で測定されることになる。その測定値とラジアル荷重とからその試験条件での摩擦係数を求めることができる。恒温槽４２０の温度を試験条件温度に設定し、十分に保持した後にモータ４２１の回転を行って、設定温度での摩擦係数を求める。この時、求められた摩擦係数値が、試料４０１に外輪回転のリングが摺動した際の摩擦係数を表している。

次に、図１９（ｂ）を参照して、高温外内輪回転動摩擦係数測定装置による内輪回転時の摩擦抵抗測定について説明する。
高温外内輪回転動摩擦係数測定装置の主たる構成は前述の外輪回転試験時の装置構成と同じであるが、駆動される軸が内輪回転摺動軸（以下、摺動軸）４１６に変更され、試料４０１は摺動軸４１６と軸が平行に設置され、外径が直線的に、摺動軸４１６の最下点位置で接触している。

試料４０１は、内輪回転連れ回りカップ（以下、連れ回りカップ）４１７に装着されていて外輪回転試験時と同様、脱落することはない。内輪回転試験の場合も、プーリ４１１を介して重量補償用ウェイト４１０を接続することで摺動軸４１６を上下任意位置に静止させることができる。
その状態で、摺動軸４１６に連れ回りカップ４１７をかぶせて、試料４０１を接触させ、さらに試験荷重用ウェイト４１０を駆動軸受ハウジング４１５の上部に載せると、ラジアル荷重が摺動軸４１６を介して試料４０１に負荷されることになる。

モータ４２１を回転させると、摺動軸４１６は連れ回りカップ４１７の中で試料４０１と摺動しながら回転し、連れ回り軸４２２に軸力が生じる。それをトルク計４１４で測定して換算すれば、所定試験荷重時の摩擦係数が求められるのは外輪回転試験の時と同じである。
恒温槽４２０を試験温度に設定して十分に試料を保持し、設定温度になったのちに回転を始めれば、その温度での摩擦係数が求められる。この図１９（ｂ）の試験装置（高温外内輪回転動摩擦係数測定装置）による摩擦係数値が、試料４０１が接触する軸が回転（内輪回転）した時の摩擦係数を表している。

なお、本実施例では、試験条件（測定条件）を以下のように設定した。
・自己潤滑性複合材料形状（試料形状）：約φ４ｍｍ×３ｍｍの円柱スペーサ
・外輪回転試験時
・摺動カップ内径：φ３０ｍｍ
・連れ回り軸外径：φ２８ｍｍ
・内輪回転試験時
・摺動軸外径：φ３０ｍｍ
・連れ回りカップ内径：φ３２ｍｍ
（外輪回転・内輪回転とも摺動面径はφ３０に設定）
・ラジアル荷重：５Ｎ
・回転速度：６０ｍｉｎ^−１、３６０ｍｉｎ^−１
・軸受温度：３００℃

（２０）潤滑性能の評価
図１９（ａ）に示す高温外内輪回転動摩擦係数測定装置を用いて、実施例１の自己潤滑性複合材料の摩擦係数を測定し、潤滑性能を評価した。その測定結果を図２０に示す。図２０では、評価開始後、約２時間の摩擦係数の経時的変化を示している。
なお、この測定では、試験条件（測定条件）を以下のように設定した。
・試料の形状：約φ４ｍｍ×３ｍｍの円柱スペーサ
・摺動面の直径：約φ３０ｍｍ
・環境：大気、及び３００℃
・回転輪：外輪
・回転速度：２００ｍｉｎ^−１
・ラジアル荷重：５Ｎ

（２１）回転輪と摩擦係数との関係
上述と同様の測定条件で高温外内輪回転動摩擦係数測定装置を用いて、回転輪と摩擦係数との関係を調べた。
結果を図２１に示すが、環境条件として、大気、及び３００℃の場合、同じ回転速度では外輪回転（リングが回転していて、摺動面はリングの内径面）の時に摩擦係数が小さい。また、回転速度６０ｍｉｎ^−１と３６０ｍｉｎ^−１とを比較すると、６０ｍｉｎ^−１の時の方が外輪回転と内輪回転の摩擦係数値の差が大きい。すなわち、３００℃の場合、外輪回転かつ６０ｍｉｎ^−１の時が最も摩擦係数が小さい。したがって、環境温度が３００℃程度で、外輪回転、かつ６０ｍｉｎ^−１程度の回転速度で使用される場合が本実施例の自己潤滑性複合材料の潤滑性能が特に発揮される条件と言える。そこで、本実施例の自己潤滑性複合材料は、例えば、テンタークリップ用軸受等に用いられるのが良い。

以上の評価結果から、本実施例の自己潤滑性複合材料を備えた玉軸受は、図２２〜図２４に示すようなテンタークリップ（搬送装置）に好適に用いられる。図２２は、本実施例の転がり軸受が用いられるテンタークリップの構成を示す正面図である。また、図２３は、本実施例の転がり軸受が用いられる搬送装置としてのテンタークリップの構成を示す斜視図である。また、図２４は、本実施例の転がり軸受が用いられるテンタークリップの動作及び加熱の概要を説明する図である。

図２２〜図２４に示すように、このテンタークリップ７１０は、フィルム７１８を保持する保持部７１１と、複数の転がり軸受７１２と、保持部７１１及び転がり軸受７１２が取り付けられたテンタークリップ本体７１５と、で構成されており、軸７１４によって取り付けられた各転がり軸受７１２は内輪７１２ａが固定輪、外輪７１２ｂが回転輪とされている。

そして、各転がり軸受７１２の外輪７１２ｂの外周面がフィルム延伸機（図示せず）のガイドレール７１９に接触するようにガイドレール７１９に装着したテンタークリップ７１０は、転がり軸受７１２の転動を介してガイドレール７１９に沿って走行するようになっている（図２４中、矢印Ｄ１で表示）。外輪７１２ｂの外周面とガイドレール７１９との接触部を潤滑するため、走行時にはエステル油のような潤滑油が上記接触部に噴霧される。

このようなテンタークリップ７１０を多数用意して、フィルム７１８の左右両側部に保持部７１１を用いて取り付けた上、高温（例えば２２０℃）に加熱しながら略ハ字状に配置した２本のガイドレール７１９に沿って走行させる（例えば、矢印Ｄ２の向き、図２４参照）。そうすると、フィルム７１８の左右両側部のテンタークリップ７１０は走行するにしたがって徐々に間隔が広げられ、左右方向に向いた張力がフィルム７１８に負荷されるから、フィルム７１８が延伸される。なお、前述の加熱温度（図２４に示すＡ領域における加熱温度）は、フィルム７１８の材質や延伸度合いに応じて設定すればよい。

以上説明したように、本実施形態の自己潤滑性複合材料は、「高温環境下での摩擦係数が小さい」という効果を奏する。また、本実施形態の転がり軸受は、「高温環境下での耐久性能が大きい」及び「高温環境下、外輪回転での摩擦係数が小さい」という効果を奏する。したがって、本実施形態の自己潤滑性複合材料及び転がり軸受は、「高温環境用搬送装置」や、「高温環境用外輪回転搬送装置（テンタクリップ等）」といった用途に好適である。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。

１ 転がり軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ 固体潤滑スペーサ

本発明は、例えば各種機械の軸受部材又は摺動部材として使用される固体潤滑剤を含む自己潤滑性複合材料、並びにそれを用いた転がり軸受に関するものである。

しかしながら、従来、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）等の固体潤滑剤の配合比率は、５０質量％程度以下に抑えられている。これは、５０質量％を超えると、焼結によっても使用に耐えるために必要な強度を得られなかったためである。
本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）等の固体潤滑剤の配合比率を６０質量％以上にしつつ、必要な強度を得ることができる自己潤滑性複合材料、並びにそれを用いた転がり軸受を提供することにある。

（５）自己潤滑性複合材料の圧縮強度と軸受耐久性との関係−１
実施例１の焼結条件だけを変更して、２種類の自己潤滑性複合材料を焼結した。焼結条件の違いは、焼結時間が一方は他方の１／２であるという点である。焼結された自己潤滑性複合材料を図２に示す圧縮強度測定装置を用いて同じ測定条件で圧縮試験を行い、一方の圧縮強度が４５ＭＰａ、他方が６７ＭＰａの結果を得た。それぞれを図１に示す形状の軸受に組み込み、図４に示す高温軸受耐久試験装置を用いて上述と同じ試験条件で耐久試験を実施したところ、４５ＭＰａ品は８３８万回転で軸受寿命となり、６７ＭＰａ品は１５５０万回転で軸受寿命となった。その結果を図５に示す。損傷形態は、摩耗粉のつまりによる回転困難である。焼結によりＭｏＳ_２粒が粒界を埋めるＦｅやＷの補強金属によって結合されているが、その結合力が小さい、つまり圧縮強度が小さいとＭｏＳ_２粒が容易に脱粒してしまって、潤滑に使用されまま、必要以上に自己潤滑性複合材料の摩耗が進み、軸受の摩耗粉づまりを引き起こす。よって、同一組成では、圧縮強度と軸受寿命とが相関を持ち、圧縮強度が大きい方が、軸受寿命が長い。したがって、自己潤滑性複合材料の圧縮強度を高めることは重要ということになる。

Claims (14)

1. 二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を６０質量％〜８０質量％、
   クロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれかを０．１質量％〜２質量％、
   残部に少なくとも鉄（Ｆｅ）を含有することを特徴とする自己潤滑性複合材料。
2. 前記残部が、黒鉛を２〜７質量％、タングステン（Ｗ）を２〜２０質量％、鉄（Ｆｅ）を５〜２０質量％含有することを特徴とする請求項１に記載の自己潤滑性複合材料。
3. 二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）と鉄（Ｆｅ）とからなる潤滑粒子を主成分とする潤滑相と、クロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれかを含む結合相とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の自己潤滑性複合材料。
4. 前記潤滑粒子の粒径が、３０〜５００μｍであることを特徴とする請求項３に記載の自己潤滑性複合材料。
5. 前記結合相が炭素（Ｃ）及びタングステン（Ｗ）の少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項３に記載の自己潤滑性複合材料。
6. 前記潤滑相と前記結合相との面積率比が、９８：２〜８０：２０であることを特徴とする請求項３又は４に記載の自己潤滑性複合材料。
7. 鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃｒ）との化合物が生成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の自己潤滑性複合材料。
8. 前記化合物の粒径が１μｍ〜１ｍｍであることを特徴とする請求項７記載の自己潤滑性複合材料。
9. 粉末状の二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）６０質量％〜８０質量％と 、粉末状のクロム（Ｃｒ）及びマンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれか０ ．１質量％〜２質量％と、少なくとも粉末状の鉄（Ｆｅ）を含有する残部とを焼結させてなることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の自己潤滑性複合材料。
10. 焼結後の圧縮強度が４０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項９に記載の自己潤滑性複合材料。
11. 形状が円柱状であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の自己潤滑性複合材料。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の自己潤滑性複合材料を転動体間に配置したことを特徴とする転がり軸受。
13. 外輪回転で使用されることを特徴とする請求項１２に記載の転がり軸受。
14. テンタクリップ用軸受であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の転がり軸受。
    

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