JPH0476097A - ブッシュ - 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］ 本発明は無潤滑下ですべり軸受としで使用されるブツシ
ュ（以下、単にブツシュという）に関する ［従来の技術］ 無潤滑下です一ベリ軸受として使用されるブツシュとし
て、樹脂系あるいは金属系（含油又は固体潤滑剤入り〉
のものが知られている。

例えば、特開昭６　／１−５５４２２号公報は炭素系物
質を含む含油樹脂系軸受を開示し、特開平１１８２６２
２＠公報は、炭素系の固体潤滑剤を含有する合金軸受を
開示し、特公平１−５５６６７号公報は、炭素系の固体
潤滑剤を含有する樹脂軸受を開示する。

［発明が解決しようとづる課題］ しかしながら、近時、ブツシコ−の適用範囲か拡大する
とともに、更に優れた耐摩耗性や耐固石性を右するブツ
シュの実現が強く要望されている。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものでおり、
優れた耐摩耗性又は耐焼付き性を有するブツシュを提供
することを、その目的としている。

［課題を解決覆るだめの手段］ 第１発明のブッシコは、無潤滑下ですべり軸受として使
用可能なブツシュにｄ３いて、炭素マトリックス中に炭
素繊維があるいは炭素繊維及び無機微小体が一体的に埋
設された組織を有し、該炭素マトリックスは偏光顕微鏡
で兄て光学異方性の微粒子が均一に密集したモザイク構
造をもら、該炭素繊維と該炭素マトリックスとの間の界
面で剥離している界面の割合か全界面に対して１０％以
下であり、かつ密度が１．６５以上である炭素繊維強化
炭素焼結体を用いて構成されていることを特徴としてい
る。

第２発明のブツシュは、無潤滑下でづぺり軸受として使
用可能なブツシュにおいて、未炭化炭素質繊維をあるい
は未炭化炭素質繊維及び無機微小体を埋設した自己焼結
性を有する炭素質粉末からなる複合体を焼結して得られ
る炭素繊維強化炭素焼結体を用いて構成されていること
を特徴としている。

本発明のブツシュは、無潤滑下、−リ−なわち、潤滑油
を定期的あるいは連続的に供給り−ることなしに使用さ
れる。

この炭素繊維強化炭素焼結体は、炭素７１ヘワツクス中
に炭素繊維かあるいは炭素、ｍｉ維および無機微小体が
一体的に埋設された組織構造を有している。炭素マトリ
ックスは偏光顕微鏡で児で光学的異方性の微粒子か均一
に密集したモザイク１ｒＸ４造をもち、炭素繊維と炭素
マトリックスとの闇の全界面面積に対する剥離している
界面の割合は１０％以下とされている。

この炭素繊維強化炭素焼結体を構成Ｊる炭素繊維は、焼
結体の強度を確保するためのもので、偏光顕微鏡で児で
、異方性を示ずものでも等方性を承りものでもよい。炭
素繊維は、切断された短繊維でも、長繊維でもよい。ま
た、炭素繊維は７１へリックス中に一定方向に配向して
いるものでも逆にランダムに配向しているものでもよい
。炭素繊維強化炭素焼結体にお【プる炭素繊維の配合割
合は２〜５０重量％、より好ましくは１０〜４０％かよ
い。

炭素繊維強化炭素焼結体の構成部分となりうる無機微小
体としては、微小な金属やセラミックスで構成できる。

これら無機微小体の形状は、粉末状、ウィスカ等の繊維
状、箔片状等でもよい３、炭素繊維強化炭素焼結体にお
ける無機微小体の配合割合は３〜２３重量％程度が好ま
しい。

炭素繊維強化炭素焼結体の構成成分である炭素マＩ〜リ
ツクスは偏光顕微鏡で見て光学的異方性の微粒子が均一
に密集したモザイク構造をもつ。偏光顕微鏡で見て光学
的異方性をもつとは、炭素か一定方向に規則的に配列し
た組織をもつものと考えられる。即ち、この炭素マトリ
ックスは、光学的異方性をもつ炭素粒子が密集した状態
で押し固められた状態にある。均一に密集したとは、炭
素粒子が流動しで形成される流れ線等の模様が無いこと
を意味する。偏光顕微鏡下でモザイク状に観察される炭
素粒子の大きさは３０μ社以下か好よしい。

この炭素繊維強化炭素焼結体を構成する炭素繊維と炭素
マトリックスとの間の全界面面積に対する剥離しでいる
界面の割合は、１０％以下である必要がある。炭素マト
リックスと炭素繊維とが剥離していると炭素繊維の補強
効果か充分でない。

このため界面の剥離面積は全界面の１０％以下より好ま
しくは５％以下かよい。

この炭素繊維と炭素マトリックスとの剥離は走査型電子
顕微鏡（以下、ＳＥＭと称する。）で観察測定できる。

また、この炭素繊維強化炭素焼結体の気孔率（ｊ。

１０％以下であるのが好ましい。この焼結体の気孔は偏
光顕微鏡で観察すると黒い点としで観察される。従って
観察している面積に占める黒い点の面積より気孔率か計
算できる。

本発明にかかる炭素繊維強化炭素焼結体の密１宴が１．
６５以上とは、炭素マトリックスの緻密性、気孔か少な
くかつ炭素繊維と炭素マ］〜リツクスとの界面か剥離し
ていない等が総合された特性である。従って、これら７
１ヘリツクスの緻密性が欠りたり、気孔率か高すぎたり
、繊維とマトリックスとの間の剥離が多いと、比重は１
．６５以下となる。

この炭素繊維強化炭素焼結体を構成する炭素繊維の配合
割合、無機微小体の祠貿ａ３よび配合割合、炭素繊維と
炭素マトリックスとの間の剥離面積の割合、気孔率は、
直接にこの炭素繊維強化炭素焼結体の機械的強度に影響
復る。この炭素繊維強化炭素焼結体の機械的特性を曲げ
強度で規定すると、この焼結体の曲げ強度は６００ｋＣ
Ｉ／ｃｍ２以上であるのか好ましい。

本発明の炭素繊維強化炭素焼結体としては、未炭化炭素
質繊維をあるいは未炭化炭素質繊維および無機微小体を
埋設した自己焼結性炭素質粉末とからなる複合体を焼結
して得られる焼結体を採用できる。

ここで、未炭化炭素質繊維とは、通常の炭化処理の施さ
れていない状態の炭素質繊維をいう。換言すれば、さら
に熱処理をすることにより、さらに炭化する余地を有す
る炭素質粉末をいう。具体的には、原料ピッチを使用し
た場合には、紡糸したままの繊維または紡糸後に表面処
理された繊維を５５０’Ｃを越えない温度で不融化した
繊維をいう。ＰＡＮ　（ポリアクリロニトリル）系、レ
ーヨン系などの高分子系の繊維では分解工程を終えた黒
鉛化処理前の繊維をいう。この種の炭素貿繊絹としては
、例えば、石炭系または石油系の原料ピッチを紡糸して
得たピッチ繊維またはこれを不融化しで得た不融化繊維
などがある。

この原料ピッチの紡糸および不融化は常法に従って行え
ばＪ：り、条件などは特に限定されない。

通常、ピッチ繊維は、原料ピッチを紡糸ノズルに供給し
、３００へ一４００’Ｃ程度に加熱した状態で不活性カ
スによる加圧下にて紡糸ノズルから押出して得ることが
できる。また、このようなピッチ繊維をさらに酸化性雰
囲気中１５０〜５００℃程度で０．５〜５時間程度保持
して不融化繊維とすることかできる。なｄ３、この原料
ピッチは、光学的等方性のものでも、光学的異方性のも
のでもよい。

未炭化炭素質繊維の繊維長さは、短繊維、長繊維に限ら
ない。しかし、短繊維の場合には０．０１〜５Ｑｍｍの
ものを使用することかできる。特に、０．０３〜１０ｍ
ｍのものか？捏合のしや１さ、アスペクト比の関係から
好ましい。長ずぎては繊ｌ同十か絡みあい分散性か低下
し、ひいては製品特性の等方性に劣り、また０、０１ｍ
ｍより短くでは製品の強度か急激に低下して好ましくな
い。

また、繊維径としては、５〜２５μｍ程度のものか好ま
しい。さらに、これらの繊維からなる不織をｉまたは］
−ディング布として使用覆ることもて′きる。

未炭化炭素質繊維は、さらにタール、ピッチ、有機高分
子などの粘結成分を含有する材料で表面処理し、結合月
とのなじみ性を向上させることが好ましい。この表面処
理は、炭素質繊維１００重量部に１００〜１００００１
部程度の上記粘結成分含有材料を加えて撹拌し、有機溶
媒により洗浄後、乾燥して行うことかできる。。

この表面処理に使用するタール、ピッチは、石炭系およ
び石油系のいずれてあってもよい１、ピッチを使用する
場合には、撹拌時に１４．０〜・１７０°Ｃ程度の加熱
が必要となるので、粘結成分含右祠斜としてはタールの
方がより好ましく、また後続の炭化ｄ３よび黒鉛化１７
稈ての炭化歩留りの５ｉｉｊからは、石炭系のものかよ
り好ましい。

この表面処理に使用する有機高分子として、フェノール
樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリビニルｉｌル］−ルなどを
挙げることができる。

この表面処理中の洗浄において使用づるイｊは溶媒には
、１〜ルエン、キシレンなどの芳香族系溶媒を使用する
ことかできる。、未炭化炭素質繊維と粘結成分含有材料
との混合物１００重量部に対して上記溶媒を１００〜１
０００重量部程度を加え、撹拌洗浄する。この洗浄によ
り、揮発成分か多く含まれる軽質油分か除去される。洗
浄を終えた未炭化炭素質繊維は、たとえば、窒素、アル
ゴン４工どの非酸化性雰囲気中で、加熱および／または
減圧などの条件下で乾燥処理される。しかし、乾燥処理
は洗浄に使用した有機溶媒が除去されるものであれば、
これらの方法に限定されるもので゛はない。

さらに、乾燥を終え表向処理された未炭化炭素質繊維は
、必要に応じて分散処理される。すなわら、乾燥さＵた
繊維か、塊状化または凝集していることがあるので、こ
のような場合には、通常の粉体ミル、アトマイリ”−、
パルバライザーなどの任意の手段により分散を行う。

無機微小体は未炭化炭素質繊維とともに、本発明の炭素
繊維強化炭素焼結体の原Ｉｔとなる。この無機微小体は
、ブツシュが給油されないので、その摩擦係数μを低く
づるために添加される。もちろん、低い摩擦係数μを（
＝１与する無機微小体とともに高耐摩耗性を付与する無
機微小体をともに添加することも可能である。この無機
微小体は、融点１０００’Ｃ以上で炭素と反応しないも
の、より好ましくはｔ−１ｖ　１０００以上のものがよ
い。

低い摩擦係数μを付与する無機微小体として、無機ボウ
化物を採用することができる。無機ホウ化物として、た
とえばＴ　ｉ　Ｂ２　、ＺｒＢ２　、Ｂ４Ｃ，Ｎ　ｉ　
Ｂ、ＣｏＢ、ＢＮ、丁ａＢ２などを挙げることができる
。

また、無機ホウ化物とともに添加可能な無機物として、
無機酸化物、無機炭化物、無機窒化物などを挙げること
ができる。無機酸化物として、たとえばＡ、Ｇ２０３、
Ｔｉ　０２　、ＺｒＯ２、ＭｇＯなどを挙げることがで
きる。無機炭化物として、たとえば８４Ｃ１王ｉ　Ｃ，
ＴａＣ１１ｒ　Ｃなどを挙げることができる。無機窒化
物として、１３Ｎ、Ｔ　ｉ　Ｎ、Ｃｒ２Ｎ、ＴａＮ、△
、ＩＩＮ、７ｒＮなどを挙げることができる。さらに、
Ｆｅ、Ｍｎ、１Ｖｌｏ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｖ、Ｔｉ、
Ｗなどの無機物も使用することができる。なお、これら
の無機物は、金属の状態で添加することも可能である。

また、無機微小体としては、微粒子状のもののばかウィ
スカ、セラミックス繊維が含まれる。

前記した無機微小体のうちから、適切なものを選択する
ことによって、ブツシュの用途に応じて、その摩擦係数
μ、耐摩耗特性、耐焼イ」き特性などを好適な特性に管
理することができる。特に、摺動特性を好適なものと覆
るため、ずなわら、ブツシュを高強度で耐摩耗性に優れ
、かつ焼付き荷重が２００ｋＣ］ｆ以上であって、摩擦
係数が０．１５以下を示すものとづるために、無機微小
体としてホウ素化合物を使用することがにい。

かかるホウ素化合物として、焼結温度以下で分解または
融解しないものが好ましいが、ＭｇＢ２、ＣＯＢのよう
に焼結温度で分解するが、分解したホウ素か炭素と反応
して炭化ホウ素を形成するものＣ゛ある場合には、焼結
温度で分解するものも使用できる。このようなホ１り素
化合物として、炭化ホウ素のイ也、Ｃｒ、Ｔｉ、丁ａ、
７ｒ、ｌ！、Ｎ、Ｍｇ、Ｎｂ、　Ｍｎ、　Ｆｅ、■、Ｗ
などのホウ化物を挙げることができる。なａ３、これら
の添加物は、金属の状態で添加することも可能である。

無機微小体として無機粉末を使用した場合は、ン１〜ワ
ックス材とのなじみ性、分散性およびでき上った焼結体
の強度と耐摩耗性を考慮して、粒径」　３ ０．１〜５μｍのものが好ましく、より好ましくは０．
２〜４μｍである。

また、無機微小体として無機繊維を使用した場合は、マ
トリックス材とのなじみ性、分散性、出来上った焼結体
の強度と耐摩耗性および繊維の離脱を考慮して、直径０
．７〜４０μｍ、長さ０゜０１〜８ｍｍのものが好まし
く、にり好ましくは直径１〜１５μｍ１長さ０．０５〜
３ｍｍである。

特に、摺動特性を好適な・しのとするために、無機微小
体としてホウ素化合物を使用した場合は、ホウ素化合物
粉末の粒径は０．１〜１０μｍか好ましく、より好まし
くは０．３〜５μｍである。粒径が０．１μｍより小さ
いと、均一混合が難しく、粒径が１０μｍより大きいと
、異常（ｊ７グレツシブ）摩耗を起こす可能性が増す。

炭素質粉末は、本発明にかかる炭素繊維強化炭素焼結体
の結合材を構成するものである。この炭素質粉末は自己
焼結性を有し、未炭化、または完全に炭化されていない
ものである。この自己焼結性炭素質粉末としては、石油
系および石炭系のいずれてあってもよく、具体的には、
メンカーボンマイクロビーズ、バルクメソフェーズ粉砕
品、低温か焼］−クス粉砕品などを挙げることができる
。

これらの中では、粒径および組成の均一性、安定性など
の観点から、石油系および石炭系のメッカホンマイクロ
ビーズが好ましく、炭化歩留りの観点から石炭系のもの
がより好ましい。自己焼結性炭素質粉末としては、粒径
３０μｍ以下、βレジン吊が３〜５０％程度のものが好
ましい。なｄフ、このβ−レジン量は、より好ましくは
６〜３０％、さらに好ましくは８〜２５％である。

本発明の焼結体は、たとえば第１図に示すような乾式混
合、乾式成形および焼成という簡単な工程で製造できる
。

未炭化炭素質繊維と、無機微小体（無機粉末または無機
繊維）と、自己焼結性炭素質粉末とは、混合、成形され
て複合体を構成する。このときの混合手段は特に限定さ
れないか、強度および耐摩耗性を等方面にするためには
、前記した原料を均一に混合することか好ましい。また
、自己焼結性炭素質粉末と未炭化炭素質繊維との配合割
合は、前者１００重量部に対して、後者２〜７０重量部
重量部品り、より好ましくは前者１００重量部に対して
後者１０〜５０重量部程度である。また、無機微小体の
添加量は、全体を１００重量％とじたとき３〜３０重量
％が好ましく、より好ましくは５〜１０重量％である。

特に、摺動特性を好適なものとＪるために、無機微小体
としてホウ素化合物を使用した場合は、ホウ素化合物粉
末の添加量は、全体を１００重量％としたとき１〜５０
重量％か好ましく、より好ましくは３〜３５重量％であ
る。ホウ素化合物粉末の添加量か５０重量％を超えると
焼結体の切削加工性か不良となり、かつ強度が若干低下
ける。

本発明にかかる焼結体の成形は、常法によって行うこと
かでき、通常１〜１０　ｔ　ｏ　ｎ／ｃｍ２程度の加圧
下に所定の形状に成形すればよい。または、ＣＩＰ法、
ＨＩＰ法、ホラ１〜プレス法などによって成形を行って
もよい。成形は、常温でまたは不活性雰囲気上５００　
’Ｃ程度までの加熱下に行うことかできる。

複合体は、焼結されて本発明にかかる焼結体となる。な
お、ここで焼結とは、常圧で７００〜１５００℃程度に
焼成し−Ｃ未炭化炭素質繊維ａ３よび自己焼結性炭素質
粉末を炭化固結させることをいう。なお、必要に応じて
この炭化された複合体を黒鉛化炉で焼結温度以上に加熱
して黒鉛化させてもよい。炭化の条件は、特に限定され
ないが、通常非酸化性雰囲気中０．１〜３００’Ｃ／時
間程度の速度で常温から１５００’Ｃ程度の温度まで昇
温し、０．５〜１０時間程時間待して行えばよい。

なお、焼結時においてより高温で焼結することにより複
合体の一部は炭化の後、黒鉛化り−る。

また、黒鉛化の条（′−１も、特に限定され覆、非酸化
性雰囲気中で焼結時の温度から０．１へ５００℃／時間
程度の速度で１５００−３０００’Ｃ程度の温度まで昇
温し、０．５〜１０時間程時間待すればよい。黒鉛化を
行った場合には、黒鉛結晶が十分に成長するとともに秩
序正しく配向し、これにより製品の密度、強度ａ３よび
耐摩耗性などがざらに向上する。

この特殊な炭素繊維強化炭素焼結体は、焼結前の複合体
を、未炭化炭素質繊維ｄ′−）よび無機微小体（無機粉
末または無機繊維〉と、この無機微小体を埋設した自己
焼結性未決化炭素質粉末とで構成したものである。した
かつて、複合体を焼結覆る場合、強化材としての炭素質
繊維が未炭化、または完全に炭化されていないものであ
るため、この未炭化炭素質繊維と自己焼結性を右する未
炭化炭素質粉末とは、炭化される際に同程度の物理的性
質（強度、収縮率など）をもつ。このため、これら炭素
質繊維と炭素質粉末との界面密着性が向上し、したかっ
て、高強度ｄ３よび優れた耐摩耗性を得ることかできる
。要Ｊるに、複合体を焼結する場合、未炭化同士の炭素
質繊維と炭素質粉末とが同程度に収縮して結合リ−るの
で、これらの界面密着性が高まり、店動部祠の強度およ
び耐摩耗性か向上する。

また、無機微小体（無機粉末または無機繊維）を添加し
た炭素繊維強化炭素焼結体で作られた部品は、相手材と
の間に機械的な抵抗力が動き、これにより摩擦係数μが
高く、安定したものとなる。

すなわち、添加された無機粉末または無機繊維が、相手
材に対して機械的な抵抗力を及ばずので、摺動部材の摩
擦係数μが高く、安定したものとなる。

たとえば、無機粉末を添加した場合には、粉末状Ｃ゛あ
るため荷重の増加に伴い炭素マトリックス部から離脱し
やずくなり、この無機粉末の離脱と炭素マトリックス部
の凝着とがつり合うことにより、荷重の変動に対して摩
擦係数μが安定したものとなる。また、無機繊維を添加
した場合には、荷重か増加しても繊維状であるため炭素
７１〜リックス部から離脱しにくく、このため摩擦係数
μが高い値となる。

また、前記したように結合材としての自己焼結性炭素質
粉末は、液状炭素質材料からなる従来の結合材の使用を
不要とり−る。したかって、液状結合（Δの使用により
発生する気孔を充填するために、含浸、焼成を繰返す必
要がなく、本発明にかかる特殊炭素繊維強化炭素焼結体
は、前記したように第１図に示す乾式混合、乾式成形、
焼成という簡単な工程などで、安価に製造することがで
きる。

なお、適切な無機粉末または無機繊維を選択することに
よって、炭素繊維強化炭素焼結体で作られた部品の摩擦
係数μを、その用途に応じた好適な値に管理することが
できる。特に、無機粉末としてホウ素化合物を添加した
場合、このホ「り素化合物粉末が、高荷重すなわら高温
にさらされると熱分解し、その液相が生じる。この液相
によって、摺動部材の耐焼イ」ぎ性が向上し、かつその
摩擦係数μを低く押えることができるものと考えられる
。

たとえば、無機粉末を無機ホウ化物とした場合、摺動部
品の摩擦係数μを０．０５−０．２の範囲に管理するこ
とができる。

なお、添加する無＠粉末または無機繊維によって摺動部
品の摩１察係数μか大きく変化するのは、摺動に伴う発
熱により、無機粉末または無機繊維の状態が変化するた
めと考えられている。たとえば、酸化物は耐熱性が高い
ため、ｌ占動時に′ｂその粒子とか繊維の形状を残し、
このため、高い摩１寮係数μを承りものと考えられてい
る。また、ホウ化物は、酸化物とは逆に囲動時の熱にに
す、分解し液相を形成し、摩擦係数μを低Ｆさせている
と考えられている。

ざらに、未炭化炭素質繊紺をタール、ピッチ、有機高分
子などの粘結成分を含有する祠お１により表面処理した
場合には、炭素質繊維の界面の濡れ性か高まり、これに
より結合材としての炭素質粉末とのなじみ性が高まるの
で、これら炭素質繊維と炭素質粉末との界面密着性かさ
らに向上する。

本発明のブツシュは前記した炭素繊維強化炭素焼結体で
作られている。なおブツシュは、成形後に焼結しても、
焼結体から機械加工してもよい。

ブツシュと組合せる相手軸としては、例えば１−」ｖ２
５０以上のスチールａ３よびその窒化処理材を採用する
ことかで゛ぎる。

［実施例１ 以上、本発明の一実施例を第２図を参照して説明する。

この実施例のプツシ］−１４，１５は、スロワ１〜ルバ
ルブ１０（第２図参照）に採用されるもので必っ−で、
使用部位によってそれぞれ人きざ及び名称が異なるもの
の全て後述する新しい炭素繊維強化炭素焼結体を用いて
形成されている。づなわら、スロットルバルブ１０はス
ロツ］〜ルボデイ１１を煤え、スロワ１〜ルポデイ１１
には両端開口の空気通路′１２と、空気通路１２に対し
直交する軸孔１３とが形成されている。軸孔１３には、
レバー側のブツシュ１／１及びセンサ側のプツシ１−１
５が珪人されており、これらレバー側のブツシコ−１４
及びセンサ側のブツシュ１５によりス［１ツトルシヤフ
ト１６が回動自在に支持されている。、１７はオイルシ
ールて゛ある。

スロワ１〜ルシＶフト２の中央部にはスロツｌ〜ル弁（
図示せず）が設（プられで、空気流量を制御する。

ブッシコ−１５の形状を第３図に示す。

このプツシ］１５は、後）ホする新しい炭素繊維強化炭
素焼結体を用いて形成されており、外径９ｍｍ、内径７
ｍｍ、長さ１４ｍｍの円筒形状を有リ−る覆べり軸受で
あって、潤滑油を給油せずに用いられる。

以■、これらブツシュ１／′Ｉ、１５の製造方法を説明
する。

（実施測量１の製造方法） まず、ブッシコ−１／１．１５の実施側型１用に次の方
法で炭素繊維強化炭素焼結体（炭素焼結体１）を製造し
た。

６炭系の光学的等方性ピッチから常法により紡糸して得
られた、糸径１５μｍ、糸長ざか３ｍｍの不融化繊維か
らなる未炭化炭素室繊維を準備した。この未炭化炭素室
繊維を強化材としてこの未炭化炭素質繊維３００重量部
に、中心粒径７μｍのコールタール系メソカーボンマイ
クロビーズからなる自己焼結性炭素質粉末７００重量部
を加えた後、均一に混合し、得られた混合物を２　ｔ　
Ｏｎ／　ｃｕｔの成形圧力で成形しで直径１．２ｃｍ、
高さ１．５Ｃｎ］の柱状の複合体とした。

次に、この複合体を非酸化性雰囲気中、１５０’Ｃ／時
間の速度で１０００’Ｃまで昇温し、同温度で１時間保
持して焼成して、未炭化炭素室繊維及び自己焼結性炭素
質粉末を炭化固結させた。そして、さらに非酸化性雰囲
気中、５００’Ｃ／時間の速度で２８００’Ｃまで加熱
し、２０分間保持して黒鉛化した。

このようにして得られた炭素繊維強化炭素焼結体（炭素
焼結体１〉を機械加工して、ブツシュ１４．１５を製造
した〈実施測量１．８丁３０ともいう）。

なａ３、この炭素繊維強化炭素焼結体の一部を用いて、
偏光顕微鏡による表面観察、走査型電子顕微鏡によるマ
トリックスと強化繊維の界面状態の観察、密度および曲
げ強度を測定した。偏光顕微鏡による観察では、マトリ
ックスが焼結した炭素粒子か互いに密着し個々の粒子が
異なる色模様に輝くモザイク状に観察され、繊維はこの
マトリックス中に点在した一様の色をもつ島状に観察さ
れた。また、気孔を示す黒い点か所々に１察された。こ
れら黒い点の面積は、全体の面積を１００面積％とした
とぎ約３面積％であった。走査型電子顕微鏡で観察した
マトリックスと強化繊維の界面状態は両者が−・体向に
結合された状態が観察され、マトリックスと強化繊維と
か剥離している状態は観察されなかった。また、この炭
素繊維強化炭素焼結体の密度は１．７６０／ｃｍ３　、
曲げ強度は９．３ｋｇ／ｍｍ２−Ｃあった。

（実施測量２の製造方法） 史に、ブツシュ１４．１５の実施測量２用に次の方法で
新たな炭素繊維強化炭素焼結体（炭素焼結体２）を製造
した。

この炭素焼結体２を製造するに当たり、まず、石炭系の
光学的等方性ピッチを紡糸ノズルに供給し、３　／′Ｉ
Ｏ’Ｃに加熱した状態−Ｃ不活性カスににる加圧下で紡
糸ノズルから押出して得られたピッチ繊維を、更に酸化
性雰囲気中３５０’Ｃで２時間保持して不融化し、繊維
径１５μｍ、繊維長さＯｏｂｍｍの不融化未炭化炭素貿
繊維３０重量部と、自己焼結性炭素質粉末としての中心
粒径７μｍの１１−７レタール系メソカーボンマイクロ
じ−ス゛７０重量部とを混合したもの９５重量部に対し
、粒径１．４μｍのホウ化チタンＴｉＢ２粉末（無は微
小体）を５重量部加えて均一に混合し、得られた混合物
を２ｔｏｎ、／Ｃ＝　　の成形圧力で成形して複合体を
得た。

次に、この複合体を常圧の非酸化性雰囲気中で、１５０
’Ｃ／時間の速度で１０００’Ｃまでを温し、同温度で
１時間保持して焼成して、未炭化炭素質繊維及び自己焼
結性炭素質粉末を炭化固結させた。

そして、さらに非酸化性雰囲気中、５０ｏ　’ｃ　７時
間の速度で２０００″Ｃまて加熱し、２０分間保持して
さらに焼結した。得られた炭素繊維強化炭素焼結体（炭
素焼結体１）を機械加工して、ブツシュ１４．１５を製
造した（実施測量２．８丁３０Ｃともいう）。

なお、この炭素繊維強化炭素焼結体の一部を用いて、実
施例１と同様に、偏光Ｗ１微鏡による表面観察、走査型
電子顕微鏡によるマトリックスと強化繊維の界面状態の
観察、密度Ｊ３よび曲げ強度を測定した。偏光顕微鏡に
よる観察では、マトリックスか焼結した炭素粒子か与い
に密着し個々の粒ＧＧ 子か異なる色模様に輝く一シザイク状に観察され、繊維
はこのマトリックス中に点在した一様の色をもつ島状に
観察され、また、アルミナ粒子は白い点状に観察された
。また、気孔を示す黒い点が所々に観察された。これら
黒い点の面積は、全体の面積を１００面槓面積したとき
約３面積％であった。走査型電子顕微鏡で観察したマト
リックスと強化繊維の界面状態は両者か一体的に結合さ
れた状態か観察され、マトリックスと強化繊維とか剥離
している状態は観察されなかった。また、この炭素ｉ維
強化炭素焼結体の密度は１．７６Ｑ／ｃｍｌｌ　、曲げ
強度は８．５ｋｑ／ｍｍ２であった。

これら実施測量１．２の性能試験として、実施測量１．
２のブロック試験片を製作し、摩耗試験及び焼付き試験
を実施した。

更に比較測量として、テフロンと鉛を含浸したＱｕ−１
０８ｎ焼結体合金製のブツシュ（比較測量１〉のブロッ
ク試験片と、含油させたＣｕ−１０８ｎ焼結体合金製の
ブツシュ（比較測量２）のブロック試験片についても試
験した。

摩耗試験は、ＬＦＷ−１摩擦摩耗試験機（第５図参照）
を用いて実施した。ブロック試験片の寸法は１５ｍｍＸ
１０ｍｍＸ７ｍｍとし、シャツ１〜何科としてのリング
試験片を５０ｒｌ）ｍで回転させつつ、ブロック試験片
に無潤滑状態で加圧力９ｋｇｆで３０分間押圧し、ブロ
ック試験片（試験面１５ｍｍｘ７ｍｍ）の摩耗量（摩耗
痕の深さ）を調べた。なお、リング試験片は、浸炭焼入
したＨＶ７２０の５Ｃｒ２０を直径３５ｍｍ、肉厚８゜
７ｍｍに加工して用いた。

第５図に試験結果を示す。

第５図かられかるように、この実施測量１．２は、比較
測量１．２に対し摩耗量が少なく耐摩耗性か格段に優れ
ていることかわかった。

また実施測量１．２及び比較測量１．２を累月とするブ
ツシュを製造し、それらの振動耐久テストを行った。ブ
ツシュの寸法は直径９ｍｍ、肉厚１、Ｑｍｍ、長３１０
ｍｍであり、５Ｃｒ２０浸炭焼入れ（表面粗さ１．６μ
Ｒｚ）製のシャツ１〜を嵌入して振動させた。振動は人
気中にて最大加Ｂ 速度２５Ｇ、振動周波数は２００１−１　ｚ、振動時間
５０時間の条件で実施した。

第６図に試験結果を示す。

第６図かられかるように、この実施測量１．２（３Ｌ、
各比較測量に対し優れた耐フレツテイング摩耗性を有す
ることがわかった。

次に、この実施例１．２及び比較測量１．２と同−累月
でブツシュ１４．１５を製造して、実際にスロットルバ
ルブに組込んで試験を行った。シＶ７１〜は５Ｃｒ２０
浸炭焼入れ（表面粗さ１．６μＲｚ　）とし、５０〜２
００　ＨＺで最大加速度２５Ｇのの振動を加えながら耐
久テストを実施した。

その結果を第２表に示す。

実施測量１．２は、比較測量１．２に比べて摩耗量が数
分の−になり、優れた耐摩耗性を有することがわかった
。また、シャフトとの固着がなく、無潤滑ブツシュとし
て極めて優れていることもわがつ　ノご。

更にこの実施例のブツシュは、樹脂系１ツシユ及び含油
ブツシュに比べて、耐熱性に優れ高温環境下の使用が可
能であるという優れた利点を有する。

更にまた、この実施例のブツシュは炭素系製品であり、
比較測量のものより酸や海水などの腐蝕環境下において
化学的に安定であり優れた耐食性を有する。

次に、これらブツシュの摺動特性を定量化する目的で、
本発明に係る炭素焼結体１．２．３と、従来使用されて
いる合金とを摩擦摩耗試験機にか（プて試験した。

なお、炭素焼結体３は、無機微小体として、粒径１．４
μｍ（日本新金属製）、粒径５．０μｍ（共存窯業（株
）製）のホウ化チタンを使用したこと以外は、炭素焼結
体２と同様の方法により作った。

摩耗試験は、機械試験所式摩擦摩耗試験機により無潤滑
下の摩擦係数及び焼付荷重、そしてＬＦＷ摩擦摩耗試験
機による油潤滑下での１５分及び６０分間の摩耗量を測
定した。これらの値を第１表に示す。

’：ｒ　Ｊ５、機械試験所式摩擦摩耗試験機による試験
は、試験片を３Ｑｍｍ角、厚さ５ｍｍの板状とし、この
試験片の上面に外径２５．６ｍｍ、内径２０゜０　ｍ　
ｍ、高さ１７ｍｍのＳ　Ｕ　、Ｊ　２製の円筒状加圧体
の下面を押圧し、１０ｋｇｆの押圧力をかりて試験片を
無潤滑下で１６０回転／分で２分回転し、焼付の有無を
測定するものである。そして焼付が生じない場合は次ぎ
次ぎに１０　ｋ　ｇｆの押圧力を追加して同じ条件で試
験し、焼イ」か生じた荷重を測定するものである。

また、１−［Ｗ摩！察摩耗試験機による試験は、相手材
として外径３５ｍｍ、内径３１ｒｒ１ｍ、軸方向の長さ
８．７ｍｍのリングを使用し、潤滑油とじ第１表 てＳ八「規格の５Ｗ−３０ベースオイルを使用し、回転
速度１６０回転／分で、相手材の外周面に縦１５．７ｍ
ｍ、　＠６．３ｍｍ、高ざ１Ｑｍｍの試験片を荷重１５
ｋＱｆで加Ｌ１ヨし、１５分及び６０分居動させ、ぞの
時の摩１察係数および摩耗量を測定した。なお、相手材
としては第１表に示す合金鋼（り１丁１ムモリブデン合
金鋼）、アルミニウム合金（Ｊ　ｌ５６０６１　）　、
実施例で使用した炭素繊維強化炭素焼結体（炭素焼結体
１として示ず〉を使用した。　更に、炭素焼結体２に混
入する無機微小体としてのセラミックの種類及び添加量
を種々変更して、ＬＦＷ摩擦摩耗試験機による試験を実
施した。相手材として外径３りｍｍ、内径３１ｍｍ、［
１方向の長さ８．７ｍｍ０）ＳＩＪＪ２製のリングを使
用し、潤滑油とじてＳＡＥ規格の５Ｗ３０ベースオイル
を使用し、回転速度１６０回転／分で、相手材の外周面
に縦１５．７ｍｍ、横６゜３ｍｍ、高さ１０ｍｍ（７）
試験片を荷重１５ｋｏｆで加圧し、１５分ｌ舌動させ、
その時の摩耗量を測定した。その結果を第４図に示す。

なお、上記実施例では添加する無機微小体を一種類とし
たが、例えば摩擦係数低減に優れたものと、耐摩耗性に
優れたものを適切な比率で混合すれば更によい特性が得
られるであろう。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のプツシ」−は、新しい炭
素繊維強化炭素焼結体を用いて製造している。

このブツシュは従来のものに対し、格段に優れた耐摩耗
性及び耐固着性を有し、かつ、腐蝕環境下でも化学的に
安定である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いるブツシュの製法を示づ工程図、
第２図はこの実施例のブツシュを用いるスロットルバル
ブの模式断面図、第３図はこの実施例のブツシュを示す
斜視図、第４図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）は無機
微小体の種類を代えた場合の摩耗量を示す図、第５図及
び第６図は摩耗試験結果及び焼イ」き試験結果をしめず
図である。 ３／′ｌ １４． １５・・・ブツシュ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）無潤滑下ですべり軸受として使用可能なブッシュ
   において、 炭素マトリックス中に炭素繊維があるいは炭素繊維及び
   無機微小体が一体的に埋設された組織を有し、該炭素マ
   トリックスは偏光顕微鏡で見て光学異方性の微粒子が均
   一に密集したモザイク構造をもち、該炭素繊維と該炭素
   マトリックスとの間の界面で剥離している界面の割合が
   全界面に対して１０％以下であり、かつ密度が１．６５
   以上である炭素繊維強化炭素焼結体を用いて構成されて
   いることを特徴とするブッシュ。
2. （２）無潤滑下ですべり軸受として使用可能なブッシュ
   において、 未炭化炭素質繊維をあるいは未炭化炭素質繊維及び無機
   微小体を埋設した自己焼結性を有する炭素質粉末からな
   る複合体を焼結して得られる炭素繊維強化炭素焼結体を
   用いて構成されていることを特徴とするブッシュ。