JPH0476226A - ターボチャージャー用フロート軸受 - 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］ 本発明は内燃機関のターボチャージャー用フロート軸受
に関する。

［従来の技術］ 内燃機関のターボチャージャーは、第２図に示すように
タービン翼１と、コンプレッサ翼（図示せず）とを両端
部に結合してなるスチール製のシャフト２と、鋳鉄製の
ケーシング３とからなり、シャフト２はフローティング
ベアリング４で回転自在に軸支されてケーシング３に収
められている。

この銅系合金製のフローティングベアリング４（以下、
ベアリングという）は、ケーシング３に設けられた油路
５より洞滑剤としての鉱物油がベアリング４およびケー
シング３の摺動面に供給されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、熱負荷の厳しい条件下、たとえばデッド
ソータ時、すなわちタービン翼が高温で使用された直後
にエンジンが停止された時には、タービン翼からの熱が
シャフトを伝わり、油路から供給された鉱物油が急激に
高温となるため、コーキング（炭化）がおこり、ベアリ
ングの周りに付着することがある。またタービン翼が高
速で回転すると潤滑油の供給が不十分となり焼付きがお
きやすくなる。このためベアリングの摩耗が大きくなる
という問題がある。

上記の問題を解決するために、このベアリングを金属で
なく炭素繊Ｎ／炭素複合材（以下Ｃ／Ｃ材という）を用
いて形成する旨の開示がある（特開平１−１４４２２１
５号公報）。このＣ／Ｃ材は、炭素繊維を筒状に積層し
、これにフェノール樹脂を含浸させ、それを硬化させた
後、加熱して炭化してＣ／Ｃ材の成形体を得る。この成
形体に樹脂の含浸、炭化を数回繰返し、ＣＶＤ処理によ
り高密度化して黒鉛化してベアリングを作製している。

しかしこのＣ／Ｃ材は、強化繊維とマトリックスの炭素
との結合が不十分てそれ自体が脆く、また炭化時に揮発
性物質が発生するためＣ／Ｃ材に気孔が残りポーラスと
なりやすい。そのため摺動時にエツジ部が増加して摩耗
量が増大し安定性に欠けるという問題がある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、耐摩耗性
に優れた炭素系複合材料により従来のベアリングより摺
動性のすぐれたターボチャージャー用フロート軸受とす
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のターボチャージャー用フロート軸受は、タービ
ン翼とコンプレッサー翼とを該多翼を両端部に結合した
シャフトと、該シャフトを保持収納するケーシングと、
該シャフトと該ケーシングとの間に遊嵌され、該シャフ
トを回転自在に軸支するフローティングベアリングとで
構成されるタボチャージャー用フロート軸受において、
前記フローティングベアリングは、炭素マトリックス中
に炭素繊維があるいは炭素繊維と無機微小体とが一体的
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
強化炭素焼結体で構成されていることを特徴とする。

本発明のターボチャージャー用フロート軸受は、７０−
ティングベアリングが炭素ｍ雑強化炭素焼結体で構成さ
れている。

この炭素繊維強化炭素焼結体を構成する炭素繊維は、焼
結体の強度を確保するもので、偏光顕微鏡で見て、異方
性を示すものでも等方性を示すものでもよい。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ｌ！雑はマト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中の炭素繊維の配合割合は２〜５０
重量％、より好ましくは１０〜４０重量％がよい。

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、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、箔片等でもよい。無機微小体の炭素繊維強化炭素焼
結体の配合割合は３〜３０重量％、より好ましくは５〜
１０重量％がよい。

炭素繊維強化炭素焼結体の構成部分である炭素マトリッ
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、炭素が一定
方向に規則的に配列した組織をもつものと考えられる。

すなわち、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、炭素粒子が流動していず、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３０μｍ以下が
好ましい。

本発明の炭素、Ｉ雑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界面の剥離面積は、全界面
面積に対する剥離している界面面積を１０％以下にする
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が充分に発揮されない。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３％にするのがよい。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という）
で観測測定できる。

また、この炭素繊維強化炭素焼結体の気孔率は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て観察される。従って気孔は観
察している面積に占める黒い点の面積により気孔率か計
綽できる。

本発明にかかる炭素繊維強化炭素焼結体の密度が１．６
５以上とは、炭素マトリックスの緻密性、気孔が少なく
かつ炭素繊維と炭素マトリックスとの界面が剥離してい
ないなどの総合された特性である。これらマトリックス
の緻密性か欠けたり、気孔率が高すぎたり、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は、構成する炭素繊維の配
合割合、無機微小体の材質および配合割合、炭素繊維と
炭素マトリックスとの間の剥離面積の割合、気孔率など
が直接機械的強度に影響する。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６００Ｋｇ／ｃｒＡ以上であるのが好まし
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と無機微小体とを埋
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
焼結して得られる焼結体が採用できる。

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、ざら
に熱処理をすることにより、炭化する余地を有する炭素
質繊維をいう。具体的には、原料に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した繊維を５５
０℃を超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、黒鉛化処理前の繊維をい
う。この種の炭素質繊維としては、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
これを不融化して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、常法に従ってお
こなえばよく、条件などは特に限定されない。通常、ピ
ッチ繊維は、原料ピッチを紡糸機に供給し、３００〜４
００℃程度に加熱した状態で不活性ガスによる加圧下に
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ｌＩ維をざらに酸化性雰囲気中１５０〜５００
℃程度の温度で０．５〜５時間程度保持して不融化繊維
とすることができる。なお、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、長繊維に特に
限定されるものではない。しかし、短繊維の場合には０
．０１〜５０＃のちのを使用することができる。特に、
０．０３〜１０ｍのものが混合のしやすさ、アスペクト
比の関係から好ましい。長すぎては繊維同士が絡みあい
分散性が低下し、ひいては製品特性の等方性に劣り、ま
た０゜０１７１！Ｉ１１より短くては製品の強度が急激
に低下して好ましくない。また、繊維径としては、５〜
２５μｍ程度のものが好ましい。ざらに、これらの繊維
からなる不織布またはコーティング布として使用するこ
ともできる。

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、結合材
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ｌｌ１１００重１部に１００〜１０００
重量部程度の粘結成分含有材料を加えて攪拌し、有機溶
媒により洗浄後、乾燥しておこなうことができる。

この表面処理に使用するタール、ピッチは、石炭系およ
び石油系のいずれであってもよい。ピッチを使用する場
合には、攪拌時に１４０〜１７０°Ｃ程度の加熱か必要
となるので、処理材としては、タールの方がより好まし
く、また後続の炭化および黒鉛化工程での炭化歩留りの
点からは、石炭系のものがより好ましい。

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、ポリビニルアルコールなどを挙
げることができる。

上記の表面処理の洗浄で使用する有機溶媒としては、ト
ルエン、キシレンなどの芳香族系溶媒を使用することが
できる。有機溶媒は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１００〜１０００重
量部程度を加え、攪拌洗浄する。この洗浄により、揮発
成分が多く含まれる軽質油分が除去される。洗浄を終え
た未炭化炭素質繊維は、たとえば、窒素、アルゴンなど
の非酸化性雰囲気中で、加熱および／または減圧などの
条件下に乾燥処理される。乾燥処理は、これらの方法に
限定されるものではない。

さらに、乾燥を終え表面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。すなわち、乾燥させた
繊維が、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、アトマイザ−、バ
ルバライザーなどの任意の手段により分散をおこなう。

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料となる。この無機微小体は、
ベアリングの摩擦係数μを低く安定したものとしたり、
比較的高い値の摩擦係数μであっても高耐摩耗性、高耐
焼付き特性を付与したりするために、添加するものであ
る。この無機微小体は、融点１０００℃以上で炭素と反
応しないもの、より好ましくはさらにＨＶ１０００以上
のものがよい。

かかる無機物として、無機酸化物、無機炭化物、無機窒
化物、無機ホウ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ＡＪＪ２０３、Ｔ　１０２　、Ｚ
ｒＯ２、Ｍ（７０などを挙げることができる。無機炭化
物として、たとえばＢ４Ｃ１丁Ｃ，ＴａＣ，ＺｒＣなど
を挙げることができる。

無機窒化物として、たとえばＢＮ、Ｔ　ｒ　Ｎ、ｃｒ２
　Ｎ、ＴａＮ、Ａ、Ｑ　Ｎ、ＺｒＮなどを挙げることが
できる。無機ホウ化物として、たとえばＴｉＢ２　、Ｚ
ｒ’Ｂ２　、Ｂ４　Ｃ，Ｎ　ｉ　Ｂ、ＣｏＢ、ＢＮ、Ｔ
ａＢ２などを挙げることができる。さらに、Ｆｅ、　Ｍ
ｎ、　Ｍｏ、　Ｎ　ｉ、　Ｎｂ、　Ｓｉ、　Ｖ、丁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、微粒子状のものの他ウィスカ、
セラミックス繊維が含まれる。

前記したように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、ベアリングの摩擦係数μ、耐摩耗
特性、耐焼付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するため、焼付
き荷重か２００に！ｊｆ以上であって、摩擦係数が０．
１５以下を示すものとするためには、無機微小体として
、ホウ素化合物を使用することができる。

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、分解したホウ素が炭素と反応
して炭化ホウ素を形成するものである場合には、焼結温
度で分解するものも使用できる。このようなホウ素化合
物として、炭化ホウ素、窒化ホウ素の他、Ｃｒ、Ｔｉ、
Ｔａ、Ｚｒ、ＡＩ！、Ｎ＋、ＭＣＩ、Ｎｂ、Ｍｒｌ、Ｆ
ｅ、Ｖ、Ｗなどのホウ化物を挙げることができる。なお
、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、マトリッ
クス材とのなじみ性、分散性およびできあがった焼結体
の強度と耐摩耗性を考慮して、粒径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、できあがった焼結
体の強度と耐摩耗性および繊維の離脱を考慮して、直径
０．７〜４０μｍ１長ざ０゜０１〜８ｍのものが好まし
く、より好ましくは直径１〜１５μｍ、長さ０．０５＋
−３＃である。

特に、摺動特性を好適なものとするために、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が好ましく、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（アブレッシブ）摩耗
を起こす可能性が増す。

炭素質粉末は、本発明の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、メソカ
ーボンマイクロビーズ、バルクメソフェーズ粉砕品、低
温か焼コークス粉砕品などを挙げることかできる。これ
らの中では、粒径あ、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ソカーホンマイクロ
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−レジン量３〜５０％程度のものか好
ましい。なお、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が、強度
および耐摩耗性を等方向にするためには、前記した原料
を均一に混合することが好ましい。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１０
０重量部に対して、後者２〜７０重量部程度であり、よ
り好ましくは前者１００重量部に対して後者１０〜５０
Ｍ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％としたとき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には、ホウ素化合物
粉末の添加量は、全体を１００重量％としたとき１〜５
０重量％が好ましく、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が５０重量％を超える
と焼結体の切削加工性が不良となり、かつ強度が若干低
下する。

本発明にかかる焼結体の成形は、常法によって行うこと
ができ、通常１〜１０ｔｏｎ／ｃｉ程度の加圧下で所定
の形状に成形すればよい。または、ＣＩＰ法、ＨＩＰ法
、ホット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下５００℃程度までの
加熱下に行うことができる。

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７００〜２０００℃程度の
温度で焼成して未炭化炭素質繊維お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／
時間程度の昇温速度で常温から１５００’Ｃ程度の温度
まで昇温し、０．５〜１０時間程時間待すればよい。な
お、焼結時においても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、黒鉛化する。

また、黒鉛化の条件も、特に限定されず、非酸化性雰囲
気中で焼結時の温度から０．１〜ｂ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、黒鉛結晶が製品の密度、強度および耐摩
耗性などをさらに向上させる。

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および無機粉末または無機繊維とを
埋設した自己焼結性を有する未炭化炭素質粉末で構成し
たものである。したがって、複合体を焼結する場合、強
化材としての炭素質繊維か未炭化、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
己焼結性を有する未炭化炭素質繊維とは、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、高強度および優れた耐摩耗性を得ることが
できる。要するに、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す
るので、これらの界面密着性が高まり、ベアリングの強
度および耐摩耗性が向上する。

また、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
抵抗力が働き、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
１Ｉｌｉ維が、相手材に対して機械的な抵抗力を及ぼす
ので、摺動部材の摩擦係数μか高く、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、粉末状である
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
すくなり、この無機粉末の離脱と炭素マトリックス部の
凝着とか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、荷重が増加しても繊維状であるため炭素マ
ト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
不要とする。したがって、液状結合材の使用により発生
する気孔を充填するために、含浸、焼成を繰返す必要が
ない。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ｍ維強化炭素焼結体で作られた製品の摩擦
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、このホウ素化合物粉末が、高荷重すなわち高温に
ざらされると熱分解し、液相を形成する。この液相によ
って、摺動部材の耐焼付き性が向上し、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、無機粉末を無機炭化物とした場合、摺動部品
の摩擦係数μを０．１５〜０゜３５の範囲に管理するこ
とができ、無機粉末を無機窒化物とした場合、摺動部品
の摩擦係数μを０゜１〜０．３５の範囲に管理すること
ができ、そして無機粉末を無機酸化物とした場合、摺動
部品の摩擦係数μを０．２５〜０．５の範囲に管理する
ことができる。

なお、添加する無機粉末または無機ｌｉＭによって摺動
部品の摩擦係数μが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、摺動時にもその粒子とか４Ｍ！’ｆｆｌの形状を
残し、このため、高い摩擦係数μを示すものと考えられ
ている。また、ホウ化物は、酸化物とは逆に摺動時の熱
により、分解し液相を形成し、摩擦係数μを低下させて
いると考えられている。

ざらに、未決化炭素質ｌ！維をタール、ピッチ、有機高
分子などの粘結成分を含有する材料により表面処理した
場合には、炭素質ＩＩの界面の濡れ性が高まり、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ｉ雑と炭素質粉末との界面密着性がさ
らに向上する。

本発明のベアリングは、直接ベアリング形状に成形し焼
結して作っても、あるいはブロック状の炭素繊維強化炭
素焼結体を作り、その後所定の形状寸法に機械加工して
つくってもよい。

［実施例］ 以下、本発明の詳細な説明する。

本発明のターボチャージャー用フロート軸受の概略模式
図を第２図に、ベアリングの斜視図を第３図に示す。こ
のターボチャージャー用フロート軸受は、ケーシング３
内にタービンン翼１とコンプレッサー翼（図示せず〉と
を両端に結合したシャフト２と、シャフト２を回転自在
に軸支するベアリング４がケーシング３とシャフト２と
の間に設けられている。このベアリング４の摺動面に■
滑油を供給するための油路５がケーシング３内に形成さ
れている。

このベアリング４は次の様にして作製した。

石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、糸長ざが３ｍの不融化繊維から
なる未炭化炭素質繊維を用意する。

この未炭化炭素質繊維を強化材としてこの未炭化炭素質
繊維１００重量部に、中心粒径７μｍのコールタール系
メソカーボンミクロビーズからなる自己焼結性炭素粉末
９００重量部を加えた後、均一に混合し、得られた混合
物を外径２５＃７１高さ２０ｒｒｗｎの円筒状に２ｔｏ
ｎ／ｃｙｆの成形圧力で成形体とした。

次に、この複合体を非酸化性雰囲気中、１５０℃／時間
の昇温速度で１０００℃まで昇温し、同温度で１時間保
持して焼結して未炭化炭素質繊維および自己焼結性炭素
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℃／時間の昇
温速度で２０００℃まで昇温させて２０分間保持してＮ
ｏ、１のベアリング４とした。

なお、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、ＳＥＸ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
した炭素粒子が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面積％としたとき約３％面
積％であった。ＳＥＭで観察したマトリックスと強化ａ
ｍの界面状態は両者が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が剥離している状態は観
察されなかった。

また、この炭素繊維強化焼結体の密度は１．８０ｇ／ｃ
ｔｎ”、曲げ強度は９．３に９／ｍｍ２であった。

無機微小体を含む炭素繊維強化炭素焼結体のＮＯ，２の
ベアリングは次のようにして作製した。

石炭系の光学的等方性ピッチを紡糸機に供給し、３４０
℃に加熱した状態で不活性ガスによる加圧下にノズルか
ら押出して得られたピッチ繊維を、ざらに酸化性雰囲気
中で３５０℃で２時間保持して不融化し、繊維径１５μ
ｍ、繊維長さが０．５Ｍの不融化未決化炭素繊維を作製
した。この強化材としての不融化未膨化炭素ｍ維３０重
量％と、自己焼結性炭素質粉末としての中心粒径７μｍ
のコールタール系メソカーボンマイクロビーズ７０重量
％とを混合したちの９０％に対し、粒径４゜０μｍ（共
立窯業■製）のチタン化ホウ素を１０重量％加えた混合
物をＮ００１と同様の条件で成形した。

次に、この複合体を非酸化性雰囲気中、１５０℃／時間
の昇温速度で１０００℃まで昇温し、同温度で１時間保
持して焼結して未炭化炭素質繊維および自己焼結性炭素
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℃／時間の昇
温速度で２０００℃まで昇温させて２０分間保持して焼
結した。

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Ｎｏ、１と同様に、偏光顕微鏡による表面観察、ＳＥ
Ｍ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て炭素粒子が互いに密着し個
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、また、チタン化ホウ素粒子は白い点状に
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面積％
としたとき約３面積％であった。ＳＥＭ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一体的に結合さ
れた状態が観察され、マトリックスと強化繊維とが剥離
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１．８６ｇ／Ｃｍ３、曲げ強度
は８．５Ｋｇ／１Ｍ１２であった。

Ｎ００３はＮｏ、２の無機微小体のＴｌ８２を、粒径１
μｍのジルコニアに代え添加量を５重量％とにした他は
同様の方法で作製した。

Ｎｏ、４は比較としてＣ／Ｃ材でベアリングを作製した
。これは直径１０μｍの長繊維の炭素繊維よりなる織物
を筒状に積層し、これにフエノル樹脂を含浸させた後、
これを硬化させて成形体を得た。これを１０００℃で２
４時間加熱してＣ／Ｃ成形体とした。この成形体に樹脂
の含浸および炭化を２〜３回繰返し、ＣＶＤ処理をした
ものである。

Ｎ００５は従来の高力黄銅（ＭＢＡ２）でベアリングを
作製したものである。なおこのＭＢＡ２の組成はＣｕ６
０〜６４、Ａ１１．９〜２．５、Ｆｅく０．５、Ｍｎ２
．５〜３．５、Ｃｒ０．１〜０．２５、Ｓｉ０．６〜１
．２、Ｎｉ０．２５〜０．５、Ｐｂ＜０．１５．７ｎ残
りである。

相手材のシャフトの材質はＣ：０．３７〜０゜４４、Ｓ
ｒ　：０．１５〜０．３５、Ｍｎ；０，５５〜０．９、
Ｐ：＜０．０３、Ｓ：＜０．０３、Ｃｒ　：０．８５〜
１．２５の５Ｃｒ４０で浸炭焼入れ材である。

なおベアリングはシャフト％程度の速度で回転するため
シャフト材との摩擦を評価した。また油切れもシャフト
とベアリング材との間で顕著におきるため上記の５Ｃｒ
４０を相手材とした。

（試験例１） 潤滑油中の摩耗試験 この試験は表に示す上記の方法で作製した各ベアリング
を５Ｃｒ４０　（Ｊ　ＩＳでは５Ｃｒ４４０Ｈに相当）
材をシャフト２とし、２０００ｃｃガソリン実機エンジ
ンでタービン翼を回転させて耐久試験をおこなった。

試験は４７００ｒ、ｐ０ｍ全負荷で運転および停止を２
０回繰返しておこなった。その後ベアリングおよびシャ
フトの摩耗量を調べた。結果を第４図の棒グラフで示す
。

第４図のグラフより明らかなように、炭素系複合材料で
形成されたベアリングは、従来の高力黄銅材Ｎｏ、５に
比べてそれ自体の摩耗量が激減しており、なをかつ相手
攻撃性も少ない。

本発明のＮｏ、１はＣ／Ｃ材のＮｏ、４に比べて高密度
となるため、摩耗量も少ない。Ｎ００４はポーラスであ
るので油切れが起こりにくいはずなので、摩耗量は減る
はずであるが、この場合は材料自体が脆いのでポーラス
であるほど摩耗時のエツジ部が増加することになり摩耗
量が増加する。

Ｎｏ、２のＮｏ、１にＴｉＢｚを添加するとこのホウ化
物が液相を生じることにより摩耗量が減少したものと考
えられる。

Ｎｏ、３のセラミックス粒子をマトリックス中に分散さ
せた場合は、摺動面に露出した粒子が母材の摩耗を抑制
しなおかつ油切れを防ぐことによりシャフト材の摩耗も
抑制することによる。

（試験例２） 焼付き試験として潤滑油なしで、機械試験新式摩擦摩耗
試験をおこなった。尚、この試験片は３０Ｘ３０Ｘ５ｍ
の板材とし、この試験片の上面に外径２５．６＃Ｉ、内
径２０ｍ、高さ１５Ｍの５ＵＪ２製の円筒状の加圧体の
下面で押圧し１０Ｋｇｆの押圧をかけ無潤滑下で１６０
回転／分で回転し、焼付けの有無を測定するものである
。そして焼付きが生じない場合は、次々に１０Ｋｙｆを
加えて同じ条件で試験し、焼付きの生じた荷重を測定し
たものでおる。結果を第５図の棒グラフに示す。

炭素系のベアリングは高力黄銅とは比較にならないほど
焼付き荷重が向上している。またＴｉＢ２の添加のＮｏ
、２はＮｏ、４に比べて３倍程度の耐焼付き性を有する
。

［発明の効果］ 本発明のベアリングは、特殊な炭素繊維強化炭素焼結体
で作られている。この炭素繊維強化炭素焼結体は摩擦係
数が低く、かつ無機微小体により摩擦係数が調整できる
ので、摩耗量が少なく、かつ焼付き荷重を高くすること
ができる。このためベアリングはオイル潤滑時の摩耗量
が少なく、オイル無測滑時の焼付き荷重か大きい。

したがって、従来のベアリングよりも摩耗が少なく、万
一オイル切れがおこった場合でも焼付き荷重が大きいた
め焼付きが生じない利点がある。

その結果、厳しい条件下でも使用できる。また炭素材料
は比重が小さく腐蝕に強いため、軽量で腐蝕に強いベア
リングとすることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のベアリングを構成する特殊炭素繊維強
化炭素焼結体の製造工程を示すブロック図、第２図はタ
ービチャージャー用フロート軸受の概略説明図、第３図
（ａ）、（ｂ）はベヤリングの斜視図および組付は後の
側断面図、第４図は摩耗試験の棒グラフ、第５図は焼付
は荷重の棒グラフである。 １・・・タービン翼　　２・・・シャフト３・・・ケー
シング　　４・・・ベアリング５・・・油路 第２図 第３ｂ図 第１ 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）タービン翼とコンプレッサー翼とを該各翼を両端
   部に結合したシャフトと、該シャフトを保持収納するケ
   ーシングと、該シャフトと該ケーシングとの間に遊嵌さ
   れ、該シャフトを回転自在に軸支するフローティングベ
   アリングとで構成されるターボチャージャー用フロート
   軸受において、前記フローティングベアリングは、炭素
   マトリックス中に炭素繊維があるいは炭素繊維と無機微
   小体と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で構成されていることを
   特徴とするターボチャージャー用フロート軸受。
2. （２）タービン翼とコンプレッサー翼とを該各翼を両端
   部に結合したシャフトと、該シャフトを保持収納するケ
   ーシングと、該シャフトと該ケーシングとの間に遊嵌さ
   れ、該シャフトを回転自在に軸支するフローティングベ
   アリングとで構成されるターボチャージャー用フロート
   軸受において、前記ターボチャージャー用フロート軸受
   は、未炭化炭素質繊維を、あるいは未炭化炭素質繊維と
   無機微小体とを埋設した自己焼結体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
   結体で、構成されていることを特徴とするターボチャー
   ジャー用フロート軸受。