JPH0238388A - 摺動材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、セラミック多孔質体の開放気孔中に潤滑剤が
含浸されてなる摺動特性および耐摩耗性に優れた使用時
に浸み出しおよび摺動特性劣化のない摺動材料の製造方
法に関する。

〔従来の技術〕

一般にセラミックスは機械的強度に優れていること、熱
膨張率が小さくて温度変化が少ないこと、酸・アルカリ
に対する耐食性に優れていること等各種の特性があり、
メカニカルシールや軸受等の耐摩耗材料、酸およびアル
カリ等の強い腐食性を有する溶液のポンプ部分などに優
れた材料であることが知られている。

また、精密測定機械・精密加工機械等にあっては、「こ
ろがりＪや「すベリ」等の対偶を構成する必要上から、
ガイドレール、ガイド軸あるいは基準柱等の各種の精密
な対偶部品としても使用されている。

ところで、高い硬度を有し、耐摩耗性に優れているセラ
ミックは一般に自己潤滑性に乏しいものが多い。しかし
ながら、これらの用途においては、所定の剛性が必要で
あるとともに、一定の摺動特性も必要とされる。

したがって、前述の如き問題を解決する材料として、セ
ラミック粉末を任意の形状の生成形体に成形し、前記生
成形体中に存在する気孔を独立化させることなくセラミ
ック粉末を結合することによって、三次元網目構造の開
放気孔を具備せしめたセラミック多孔質体の開放気孔中
に潤滑剤を含浸することによって、摺動特性および耐摩
耗性に著しく優れた摺動材料としたのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記セラミック多孔質体の開放気孔中に
潤滑剤を含浸した摺動材料は、含浸時において開放気孔
中への含浸すべき潤滑剤の量、いわゆる含浸率を調整す
るのであるが、前記使用状態によっては、含浸された潤
滑剤が使用時に浸み出し摺動部を汚染するばかりでなく
、摺動特性を長期に亘り維持することができないという
現象が発生する。

このような現象は、特に高温や減圧下で使用した場合に
は顕著である。このことは、前記条件下で前記精密部品
等に使用される場合においては深刻な問題である。

すなわち、高温、減圧等使用条件においては含浸された
潤滑剤が膨張収縮するため、熱サイクルを伴う場合には
余剰の潤滑剤の浸み出し、汚染あるいは潤滑剤の不足に
よる摺動特性の劣化という問題が生じることとなる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、前述の如き問題点を解決することを目的と
して種々研究した結果、セラミック多孔質体の開放気孔
中に潤滑剤を含浸した後、該セラミック多孔質体を該摺
動材料の使用温度より５０℃〜１００℃高い温度で加熱
処理することによって摺動特性および耐摩耗性に優れた
使用時に浸み出しおよび劣化のない摺動材料の製造方法
を新規に完成したのである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明に使用されるセラミック多孔質体は、セラミック
粉末を任意の形状の生成形体に成形し、前記生成形体中
に存在する気孔を独立化させることなくセラミック粉末
を結合することによって、三次元網目構造の開放気孔を
具備せしめたものである。その理由は、前記セラミック
粉末を結合させる際に気孔が独立すると、前記独立化し
た気孔すなわち独立気孔には、潤滑剤が含浸されないた
め、本発明の目的とする摺動特性および耐摩耗性に優れ
た摺動材料を製造することが困難であるが、三次元網目
構造の開放気孔を具備せしめた多孔質体は潤滑剤を含浸
するのに極めて好適であるからである。

前記セラミック多孔質体は、開放気孔率が５〜５５容積
％であ″ることが好ましい。その理由は、前記開放気孔
率が５容積％よりも低いと実質的な潤滑剤の含浸量が少
なくなり、潤滑剤による潤滑特性を充分に揮発させるこ
とが困難であるからであり、一方５５容積％よりも高い
と多孔質体の強度が低く粒子が脱離し易いからである。

前記セラミック多孔質体は、結晶の平均粒径が１０μｍ
以下であることが有利である。その理由は、前記結晶の
平均粒径が１０μｍよりも大きいと多孔質体表面の面粗
度が大きくなり易く、摺動特性が劣化するからである。

前記セラミック粉末としては、耐摩耗性の観点からなる
べく硬度の高いものを使用することが有利であり、例え
ば、Ａｎ！ｚ０３　、　Ｓｉｎｇ　、Ｚｒ０ｇ、ＳｉＣ
。

ＴｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＷＣ，、Ｃｒ３Ｃ，、Ｓｉ：＋Ｌ　、
０ＮＳＴｉＮ　、　ＴａＣ。

ＡＩＮ　、　Ｔｉ１ｔ、ＣｒＢｔあるいは、それらの化
合物から選択されるいずれか１種または２種以上を主と
して含有するものであることが好ましい。

本発明の摺動材料は、セラミック多孔質体の開放気孔中
に潤滑剤が含浸されたものであることが必要である。そ
の理由は、耐摩耗性に優れたセラミック基材に潤滑特性
に優れた潤滑剤を含浸することによって、摺動特性を著
しく向上させることができるからである。

前記潤滑剤としては、フッ素系オイルまたはシリコン系
オイルであることができる。このようなオイルとしては
、フルオロエチレン、フルオロエチレン、フロオロトリ
アジン、ペルフルオロポリエーテル、フルオロシリコン
、これらの誘導体あるいはこれらの重合体から選択され
るフッ素系オイル、またはメチルシリコン、メチルフェ
ニルシリコン、これらの誘導体あるいはこれらの重合体
から選択されるシリコン系オイルを単独あるいは混合し
て使用することができる。

これらのフッ素系オイルまたはシリコン系オイルは、液
状、グリース状あるいはワックス状のいずれかの状態で
あっても使用することができる。

なお・これらのフッ素系オイルまたはシリコン系オイル
は、耐溶剤性、化学的安定性および耐熱性に優れている
ため、長期間にわたって極めて良好な潤滑特性を付与す
ることができる。勿論、これらのフッ素系オイルまたは
シリコン系オイルに代えて、通常使用されている潤滑油
等を使用して実施してもよい。このような潤滑剤を多孔
質セラミンクの開放気孔中に含浸させる方法としては、
加熱により低粘土化した潤滑剤中に多孔質セラミックを
浸漬し、真空または加圧下で含浸する方法など一般的な
方法が適用できる。

本発明の摺動材料としての潤滑剤含浸の多孔質セラミッ
クは使用時において摺動特性および耐摩耗性を向上させ
ることが目的であり、前記潤滑剤含浸する上において、
前記セラミック多孔質体の開放気孔１００容積部に対し
、潤滑剤が少なくとも１０容積部含浸されたものである
ことが好ましい。潤滑剤の含浸量がｌＯ容積部より少な
いと摺動特性および耐摩耗性を向上させることが困難で
あるからである。

本発明によれば、前記方法により潤滑剤が含浸された多
孔質体セラミックを加熱処理する必要がある。

具体的には加熱処理する温度は、該摺動材の使用温度よ
り５０’Ｃ〜１００″Ｃ高い温度で加熱処理をする必要
がある。

その理由は、前記含浸において、含浸量を規定量節して
も潤滑剤が熱膨張あるいは収縮して充分なる摺動特性を
発揮しえないのである。すなわち、含浸時よりも高温で
使用した場合には、潤滑剤が浸み出し逸脱することとな
る。一方、低温で使用した場合には、潤滑剤が収縮し摺
動部表面での潤滑剤が不足することとなり、充分に潤滑
剤の効果が発揮しえなくなる。

また、加熱処理温度を該摺動材の使用温度より５０゛Ｃ
〜１００　”Ｃ高い温度で加熱処理する理由は５０’Ｃ
よりも少ないと使用時に表面への浸み出しが発生する恐
れがあり、１００　’Ｃより大きいと前記の如く使用時
に潤滑剤が表面に存在せず含浸効果が発揮しえなくなる
からである。

すなわち、潤滑剤含浸の多孔質セラミックは使用時に適
正な潤滑効果を発揮しえるものでなければならないので
ある。

なお、前記加熱処理は潤滑剤含浸時に使用条件に適した
浸み出し等の問題のない条件で行えば良いのであるが、
確実に処理することは実情不可能であることから、本発
明の加熱処理を別途設けたのである。

次に、本発明の摺動材を加熱処理する方法について説明
する。まず、前記セラミック多孔質体の開放気孔中に潤
滑剤を含浸させる方法は前記方法を採用する事ができる
が、前記の如く使用条件に応じて含浸方法を選択する必
要があり、少なくとも前記加熱処理温度において浸み出
す程度に過剰含浸される条件で含浸することが好ましい
。加熱処理する前に含浸量が不足している場合には加熱
含浸を繰り返し行うことが必要となるからである。

具体的には使用温度以下、使用圧力以上で含浸粘度が保
ち得る事が好ましい。

次に前記含浸された多孔質セラミックを取り出し、該セ
ラミックスを使用する。使用温度より５０℃〜１００℃
に保持された加熱室に投入し加熱処理を行う、加熱処理
時間は多孔質セラミックの材質、気孔率などにより異な
るが少なくともセラミック体が前記加熱処理温度と同温
度に到達するまで加熱保持する必要がある。加熱手段は
、直接加熱、間接加熱など限定しないが、セラミックを
均一加熱できればどれでもよい。

加熱処理後、直ちに余剰の潤滑剤を取り除くことが重要
である。このことは言うまでもなく、加熱温度において
余剰の潤滑剤を取り除がなければ効果がないことはもち
ろんである。

以上の如く処理された潤滑剤含浸の多孔質セラミックは
摺動材としていがなる条件下において使用しても、長期
に亘り優れた摺動特性および耐摩耗性を発揮できるもの
である。

なお、前記多孔質体セラミックはＡｌｔｏｚ　、Ｓｔｏ
ｗ、Ｚｒ０ｔ１ＳｉＣ１ＴｉＣ−、ＴａＣ５ＢａＣＳ’
ＡＣＳ（：ｒ＝Ｃｚ　１５ｉｓＮａ　、ＢＮＸＴｉＮ　
ＳＡｊ！Ｎ　、　ＴｉＢｚ、ＣｒＢｚあるいはそれらの
化合物から選択されるいずれか１種または２種以上を主
として含有するものであればどれでもよい。また、前記
出発原料であるセラミック粉末は、平均粒径が１０μｍ
以下であることが有利である。その理由は、平均粒径が
１０μｍより大きいセラミック粉末を使用すると粒と粒
との結合箇所が少なくなるため、高強度の多孔質体を製
造することが困難になるばかりでなく、表面の面精度が
劣化するからである。

前記セラミック粉末を任意の形状の生成形体に成形し、
生成形体中に存在する気孔を閉塞させることなく結合さ
せる方法としては、種々の方法が適用できるが、例えば
、セラミック粉末自体を常圧焼結あるいは加圧焼結して
自己結合させる方法、セラミンク粉末に反応によってセ
ラミックを生成する物質を添加して、反応焼結して結合
させる方法、セラミック粉末にＣｏ、Ｎｉ、Ｍｏなどの
金属あるいは、ガラスセメントなどの結合剤を配合して
常圧焼結あるいは加圧焼結して結合させる方法、セラミ
ック粉末に熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を結合と
して配合して結合させる方法を適用することができる。

次に本発明を実施例によって説明する。

災施桝土 平均粒径が０．４μｍで純度が９０％のα型アルミナ粉
末１００重量部に対し、ポリビニルアルコール粉末２重
量部、ポリエチレングリコール１重量部、ステアリン酸
０．５重量部および水１００重量部を混合した後噴霧乾
燥した。

この乾燥物を適量採取し、金属製押し型を用いて１．５
ｔ／ｃｄの圧力で成形し、直径４６Ｉｌ１１１．厚さ１
５ａ１、密度２．３ｇ／ｃｄ（５９容積％）の生成形体
を得た。

前記生成形体をアルミナ製ルツボに装入し、大気圧下の
空気中で焼結時に液相が５重量％以上生成しない温度域
であるところの１３００　’Ｃの温度で１時間焼成した
。

得られた焼結体は結晶の平均粒径が約２．７μｍで三次
元網目構造で結合しており、密度は２．３ｇ／ｃｊ、平
均曲げ強度は６　、９　ｋｇ　ｆ　／　ｍｗｉ　”であ
った。

この焼結体を呼び番号６００４番に相当するころがり軸
受の軌道輪に加工した。なお、このころがり軸受の軌道
輪は、１２０℃の高温雰囲気中で使用するものであり、
低粘度化するために１００℃に加熱したペルフルオロア
ルキルポリエーテル中に浸漬し、減圧下で含浸させた。

この焼結体中に含浸させたペルフルオロアルキルポリエ
ーテルの焼結体の空隙に占める割合は約７５容積％であ
った。

この含浸された焼結体の表面を布で余剰のペルフルオロ
アルキルポリエーテルをぬぐい取り１８０“Ｃの恒温槽
に入れた。この焼結体を約５時間恒温槽内で保持した。

この時この焼結体動部は一様に加熱された。次に前記恒
温槽から焼結体を取り出し直ちに焼結体表面に浸み出し
たペルフルオロアルキルポリエーテルをふき取った。加
熱処理して得られた焼結体の空隙に占めるペルフルオロ
アルキルポリエーテルの割合は約７０容積％であった。

このころがり軸受の軌道輪に緻密質の炭化珪素焼結体よ
りなるベアリングボールを用いてころがり軸受を組立て
て雰囲気１２０　”Ｃで使用したところ、極めて良好な
摺動特性を有しており、耐久性も極めて良好で使用時の
浸み出しは認められなかった。

災施拠叉 平均粒径が０．４　μｍの窒化珪素粉末１００重量部に
対し、ワックス２重量部、ポリエチレングリコール１重
量部、ステアリン酸０．５重量部およびベンゼン１００
重量部を配合し、ボールミル中で５時間混合した後噴霧
乾燥した。なお、前記窒化珪素粉末は遊離シリコンを２
１．５重量％、酸素を１．７重量％、炭素を１重量％、
鉄を０．０７重世％、アルミニウムを０．２重量％、マ
グネシウムを０．０３重重景含有していた。

この乾燥物を適量採取し、金属製押し型を用いて１．５
ｔ／ｃ−ｄの圧力で成形し、直径４６ｎ＊、厚さ１６ｍ
ｍ、密度１．９５／ｃｄの生成形体を得た。

前記生成形体を黒鉛製ルツボに装入し、大気圧下の窒素
ガス雰囲気中で１６００℃の温度で１時間焼成した。

得られた焼結体は結晶が三次元網目構造で結合しており
、その密度は２．３３ｇ／ｃ４、平均曲げ強度は１６．
５ｋｇｆ／ａｍ２であった。

この焼結体を雰囲気２５０℃で１０−’ｔｏｒｒの真空
下で使用するころがり軸受の軌道輪に加工した。

次にこの焼結体を実施例１と同様の方法で２５０℃のフ
ルオロトリアジンに浸漬し、焼結体の空隙に対し約８０
容積％の割合で含浸し、その後３００℃で加熱処理を行
った。

得られた軌道輪を用いてころがり軸受を組立てた。ころ
がり軸受は２５０　’Ｃ，１０−’ｔｏｒｒの真空下で
も極めて良好な摺動特性を有し、実施例１と同様潤滑剤
の浸み出しはなかった。

〔発明の効果］ 以上述べた如く、本発明の摺動材料は、耐摩耗性に優れ
ており、ころがり軸受のポール、リテーナ−および軌道
輪、メカニカルシールおよびすべり軸受部品ガイドレー
ルなどの単位面積当りに大きな荷重のかかる機械構成部
品として、極めて好適な材料であり、かつ使用する潤滑
剤を選択することにより、高温下、真空中を初め様々な
雰囲、気中においても優れた摺動特性を得ることのでき
る使用時に潤滑剤の浸み出しおよび不足のトラブルのな
い材料を製造することができ、装置の耐久性および信転
性を著しく向上させることができるばかりでなく、使用
分野も著しく広くすることができ産業上極めて有用であ
る。

以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック多孔質体の開放気孔中に潤滑剤を含浸
   した後、該セラミック多孔質体を加熱処理することを特
   徴とする摺動材料の製造方法。
2. （２）前記加熱処理は、該摺動材料の使用温度より５０
   ℃〜１００℃高い温度で加熱処理をすることを特徴とす
   る請求項１記載の摺動材料の製造方法。