JP6339527B2 - 多機能ハイブリッド材料を用いた機械部品及び構築部品 - Google Patents
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Description
なお、排水ポンプやスクリュー駆動シャフトには大小色々なものがあるが、例えば、巨大な羽根車やスクリューが装着された長大な回転軸を備えたものもあり、このような長大な回転軸を支える滑り軸受の交換も莫大な費用が発生するので、上記のように回転軸の摩耗防止だけではなく、滑り軸受の摩耗も出来るだけ抑制することも望まれている。
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、前記骨材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が75〜90%、
残りがバインダ樹脂であることを特徴とする。
なお、好ましくは骨材粉末が83〜88%、残りがバインダ樹脂である。
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が17〜27%、
負熱膨張性材粉末が58〜68%で、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が75〜90%となるように配合され、
残りがバインダ樹脂であることを特徴とする。
なお、好ましくは骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が83〜88%、残りがバインダ樹脂である。
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、酸化チタンナノチューブ(チタニアナノチューブ)と、前記骨材粉末と酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が75〜90%、
酸化チタンナノチューブが3〜7%で、
骨材粉末と酸化チタンナノチューブの合計が78〜90%となるように配合され、
残りがバインダ樹脂であることを特徴とする。
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と負熱膨張材粉末及び酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が17〜27%、
負熱膨張性材粉末が58〜68%、
酸化チタンナノチューブが3〜7%で、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が78〜90%、残りがバインダ樹脂であることを特徴とする。
上記第2又は第4に記載の多機能ハイブリッド材料を、装着される回転軸11の外径に合わせて筒状に加工されたスリーブ13と、
上記第1又は第3に記載の多機能ハイブリッド材料を、装着される軸受部分のケーシング6の内径と前記スリーブ13の外径に合わせて筒状に加工された軸受部材12とで構成されたことを特徴とする。
上記第1〜第4のいずれかに記載の多機能ハイブリッド材料の混合粉を金型に充填し、加圧加熱して形成したことを特徴とする。
上記第1〜第4のいずれかに記載の多機能ハイブリッド材料の混合粉を金型に充填し、加圧加熱して形成した熱圧部材を機械加工して形成することを特徴とする。
#115は、50メッシュ篩で落ちた骨材粉末(最大粒径=300μm)と、100メッシュ篩で落ちた骨材粉末(最大粒径=150μm)の混合物である。両者の配合比は、重量%で、前者が40〜60%、後者が残りである。
これに対して#134は、50メッシュ篩で落ちた粗い骨材粉末だけである。
従って、#115には粒径の粗いものに対して細かいものが多量に含まれていることになり、#134は粒径の粗いものが#115より多く含まれていることになる。使用骨材粉末は上記番手のものに限られず、用途に合わせて選択される。
超高分子ポリエチレンは分子量が100〜700万で、ポリカーボネートより高い耐衝撃性を持ち、その特性は低温から高温までの幅広い温度領域においても低下しない。更に、耐摩耗性に優れ、自己潤滑性を持つ。砂を用いた摩擦試験でもフッ素樹脂やポリアセタールよりも良好である。また、酸を含む耐薬品性を持つ。吸水率も低く寸法安定性に優れる。
ポリプロピレンは、軽量で耐熱性、酸を含む耐薬品性に優れる。ポリプロピレンには、その組成によりホモポリマー(単独重合体)と、共重合体であるランダムコポリマー、ブロックコポリマーの3種類があり、使用用途によって選択される。一般にホモポリマーは高剛性、ランダムコポリマーは透明性が高く、ブロックコポリマーはホモポリマーよりも耐衝撃強度が優れている。図1の拡大図A、Bでは、骨材粉末を1で示し、バインダ樹脂を2で示す。後述する負膨張性材粉末を3、潤滑油を4で示す。
骨材粉末とバインダ樹脂の配合は、重量比で骨材粉末が75〜90%(好ましくは骨材粉末が83〜88%)、残りがバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンである。バインダ樹脂が90%以下になるとこれが過少となって成形性が悪くなるだけでなく、成形品の機械的強度は低下する。バインダ樹脂が25%以上になるとバインダ樹脂の物理的性質が現れやすくなる。バインダ樹脂量は第1〜4の多機能ハイブリッド材料にほぼ共通する。
この場合、骨材粉末が27%の場合、負熱膨張性材粉末は63%であり、負熱膨張性材粉末が68%の場合は骨材粉末が22%と言う意味である。
ベータ−ユークリプタイトを始めとする負熱膨張性材粉末をバインダ樹脂の中に組み込むと、その熱圧(加熱圧縮)成形組成物の膨張係数を低下或いはマイナスにさせる傾向を有する。
本実施例における第2の多機能ハイブリッド材料の熱膨張率は、100℃まではほぼゼロを維持しているが、100℃を越えると大きく低下し、120℃で底を打ち、170℃まで緩やかに回復するがマイナスを維持している(図4)。
酸化チタンには結晶構造にはアナターゼ型(正方晶)、ルチル型(正方晶)、ブルッカイト型(斜方晶)があるが、ここで使用される酸化チタンナノチューブはアナターゼ型である。酸化チタンは、フッ化水素酸、熱濃硫酸および溶融アルカリ塩に溶解するが、それ以外の酸、アルカリ、水および有機溶剤には溶解しない。アナターゼ型酸化チタンは紫外線(387nm)より短波長の光を吸収すると価電子帯の電子が伝導帯に励起され、自由電子と正孔を生成し、非常に強い酸化力(活性酸素種の生成)を示す。活性酸素種の生成は二酸化チタンへの超音波照射によっても引き起こすことができる。
これらの多機能ハイブリッド材料の加熱加圧成形品の内、第1の多機能ハイブリッド材料の熱圧成形品の機械的強度の例を示すと、引っ張り強さが91±20MPa、引っ張り伸びが50〜120%、アイゾット衝撃値が88±20J/m、吸水率が0.5±0.1%である。耐熱温度は最大280℃である。第2〜4の多機能ハイブリッド材料の熱圧成形品の機械的強度もその前後である。耐摩耗性は酸化チタンナノチューブの添加により前述のように大幅に向上する。
逆に、骨材粉末が90%を超えると耐熱性に優れるようになるが(290℃)、が切削時に切子が粉になることから分かるように靱性が損なわれて脆性を示す。
従って、第1〜4の多機能ハイブリッド材料の熱圧成形材料は、高強度、高温耐酸性、高耐摩耗性、非熱膨張性など優れた機械的性質を示す。特に、第2〜4の多機能ハイブリッド材料は負熱膨性材粉末の存在によりマイナスの熱膨張性を示し、酸化チタンナノチューブ添加材は上記のように耐摩耗性及び非破壊特性(破壊されない事)が著しく向上する。
軸受側部材12は、装置(本実施例では排水ポンプ)の軸受部に嵌め込まれる軸受ケース12a、その内側に固着されたゴムリング12b、ゴムリング12bの内側に固着されたバックアップリング12c、バックアップリング12cの内側に固着され、第1又は3の多機能ハイブリッド材料の熱圧成形品の機械加工品で形成された軸受部12dで構成される。
スリーブ13は回転軸11に挿脱可能に装着され、キー固定される構造で、第2又は4の多機能ハイブリッド材料の熱圧成形品の機械加工品で形成される。例えば、回転軸11に挿入できるように回転軸11の外径に合わせてその内径が旋盤加工される。スリーブ13の外径は滑り回転できるように、挿入される軸受部12dの内径に合わせて旋盤加工される。
軸受部12dは同様にバックアップリング12cに固着され、スリーブ13が回転可能に挿入される。耐摩耗性の関係から、前述のように軸受部12dの材質は第1又は3の多機能ハイブリッド材料が使用される。軸受部12dの材質が第1の多機能ハイブリッド材料の場合には、スリーブ13の材質は、第2の多機能ハイブリッド材料が使用され、軸受部12dの材質が第3の多機能ハイブリッド材料の場合には、第4の多機能ハイブリッド材料が使用される。
即ち、本実施例では、軸受部12dの方がスリーブ13より耐摩耗性に優れたものを使用し、スリーブ13側が優先的に摩耗するようにしている。換言すれば、回転軸とこれを支承する滑り軸受が交換困難な場合、スリーブを交換容易な構造にし、スリーブが滑り軸受(ここでは軸受部12d)に対して優先的に摩耗するようにして滑り軸受側を保護するようにしている。
軸受部12dでは、回転摺動面であるその内周面には硬い石英質の骨材粉末が表面一面に分散して露出し、その間をバインダ樹脂が埋めた状態となり、潤滑油が内周面全面を覆うと同時に潤滑油が消費されると骨材粉末に含まれた潤滑油が表面に滲み出し供給される。
また、船舶のスクリュー駆動シャフトの滑り軸受は、高圧力及び海水(或いは淡水)に曝されるので、高強度、高耐摩耗性、低含水率などが要求される。
第1〜4の多機能ハイブリッド材料の熱圧成形品の吸水率は前述のように0.5±0.1%と低吸水率であるので、含水による寸法変化は殆どない。そして、酸化チタン添加材は高強度、高耐摩耗性の点で特に優れている。
複合滑り軸受20の軸受部12dには、第1又は3の多機能ハイブリッド材料が使用され、回転軸11には第2又は4の多機能ハイブリッド材料が使用されたスリーブ13が取り付けられている。回転軸11がスリーブ13とともに軸受部12d内を高速で回転摺動すると、潤滑油が存在していたとしても次第に摩擦熱で高温になる。
スリーブ13は、第2又は4の多機能ハイブリッド材料が使用されているので、90℃近辺までは熱膨張はほぼ0であり、これを超えると大きく収縮し、その後、収縮率が減少するが熱膨張までは生じない。
これにより摩擦によってスリーブ13と軸受部12dとが昇温したとしても両者の隙間は拡大することになり、従来例ような焼き付きを生ずることがない。
そして、スリーブ13も軸受部12dもともに高い硬度を有する石英を主成分とする骨材粉末を含有すること、骨材粉末がポーラスで潤滑油が含浸しており、常時、接触面が微細孔から染み出した潤滑油に覆われて接触面同士の直接的な接触が抑制されるので、ドライ運転がなされたとしてもその摩耗量は大幅に抑制される。
なお、複合滑り軸受20は上記のようなスリーブ13と軸受部材12dとの組み合わせによるものに限られるものでなく、従来のような単なる筒状の滑り軸受として使用することも可能であるし、回転軸11を摩耗から保護するために回転軸11を挿入して使用する単体のスリーブとしても使用することができる。
Claims (6)
- 主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、前記骨材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が75〜90%、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が17〜27%、
負熱膨張性材粉末が58〜68%、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が75〜90%となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が75〜90%、
酸化チタンナノチューブが3〜7%、
骨材粉末と酸化チタンナノチューブの合計が78〜90%となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と負熱膨張材粉末及び酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が17〜27%、
負熱膨張性材粉末が58〜68%、
酸化チタンナノチューブが3〜7%、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が78〜90%、残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料にて円筒状に構成されたことを特徴とする滑り軸受。 - 主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、前記骨材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が75〜90%、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が17〜27%、
負熱膨張性材粉末が58〜68%、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が75〜90%となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が75〜90%、
酸化チタンナノチューブが3〜7%、
骨材粉末と酸化チタンナノチューブの合計が78〜90%となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と負熱膨張材粉末及び酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が17〜27%、
負熱膨張性材粉末が58〜68%、
酸化チタンナノチューブが3〜7%、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が78〜90%、残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料にて円筒状に構成され、回転軸の軸受箇所に装着されることを特徴とするスリーブ。 - 主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が17〜27%、
負熱膨張性材粉末が58〜68%、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が75〜90%となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と負熱膨張材粉末及び酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が17〜27%、
負熱膨張性材粉末が58〜68%、
酸化チタンナノチューブが3〜7%、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が78〜90%、残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料を、装着される回転軸の外径に合わせて筒状に加工されたスリーブと、
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、前記骨材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が75〜90%、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨 材粉末と酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が75〜90%、
酸化チタンナノチューブが3〜7%、
骨材粉末と酸化チタンナノチューブの合計が78〜90%となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料を、装着される軸受部分のケーシングの内径と前記スリーブの外径に合わせて筒状に加工された軸受部材とで構成されたことを特徴とする複合滑り軸受。 - 主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、前記骨材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が75〜90%、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が17〜27%、
負熱膨張性材粉末が58〜68%、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が75〜90%となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が75〜90%、
酸化チタンナノチューブが3〜7%、
骨材粉末と酸化チタンナノチューブの合計が78〜90%となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と負熱膨張材粉末及び酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が17〜27%、
負熱膨張性材粉末が58〜68%、
酸化チタンナノチューブが3〜7%、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が78〜90%、残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料の混合粉を金型に充填し、加圧加熱して形成したことを特徴とする締結部材。 - 主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、前記骨材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が75〜90%、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が17〜27%、
負熱膨張性材粉末が58〜68%、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が75〜90%となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が75〜90%、
酸化チタンナノチューブが3〜7%、
骨材粉末と酸化チタンナノチューブの合計が78〜90%となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と負熱膨張材粉末及び酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が17〜27%、
負熱膨張性材粉末が58〜68%、
酸化チタンナノチューブが3〜7%、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が78〜90%、残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料の混合粉を金型に充填し、加圧加熱して形成した熱圧部材を機械加工して形成することを特徴とする締結部材。 - 主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、前記骨材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が75〜90%、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が17〜27%、
負熱膨張性材粉末が58〜68%、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が75〜90%となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
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酸化チタンナノチューブが3〜7%、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が78〜90%、残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料の混合粉を金型に充填し、加圧加熱してブロック状に形成したことを特徴とする耐酸煉瓦。
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