JPH0478320A - 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］ 本発明は潤滑剤の存在下ですべり軸受として使用可能な
ブツシュ（以下、単にブツシュという）に関する ［従来の技術］ 潤滑剤の存在下ですべり軸受として使用されるブツシュ
は広く用いられており、低摩擦係数、高耐摩耗性、高耐
焼付き性などが期待される性能である。

従来、これらの性能を満たすために、Ｃｕ系（例えば、
Ｃｕ−Ｐｂ−３ｎなど）や、Ａ１合金系（例えば、Ａｌ
−３ｎなど）の材料が多用されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のブツシュは、潤滑条件が厳しく、
また、これら従来のブツシュに対して、油膜切れによる
異常摩耗や焼付きの更なる抑止が望まれている。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものでおり、
広い潤滑条件下で使用することができ、油膜切れによる
異常摩耗や焼付きが生じにくいブツシュを提供すること
を、その目的としている。

［課題を解決するための手段］ 第１発明のブツシュは、潤滑剤の存在下ですべり軸受と
して使用可能なブツシュにおいて、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し
ている。

第２発明のブツシュは、潤滑剤の存在下ですべり軸受と
して使用可能なブツシュにおいて、未炭化炭素質１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、一般に、潤滑剤の存在下で使用さ
れる。潤滑剤としては通常の潤滑油か採用されるが、そ
の他に、水中等の特殊な条件下で用いることもできる。

潤滑油の給油型式は強制圧送型式の他、滴下方式などど
んな型式でもよい。

この炭素繊維強化炭素焼結体は、炭素マトリックス中に
炭素繊維かあるいは炭素繊＃ｆ１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ち、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する炭素繊維は、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、炭素繊維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における炭素繊維の配合割合は
十〜５０重量％程度、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。炭素Ｉ！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。即ち、この炭素マド１ノ
ツクスは、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３０ｕｍ程度が好ましい。

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ている
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
効果が充分でない。

このため界面の面積は全界面の１０％以下より好ましく
は５％以下がよい。

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。従って観察して
いる面積に占める黒い点の面積より気孔率が計算できる
。

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
ない等が総合された特性である。従って、これらマトリ
ックスの緻密性が欠けたり、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を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す
る。この炭素４ｉｉ１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６００ｋ
Ｑ／ｒ、ｊ２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Ｎ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ＩＮ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、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℃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１ｑ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、原料ピッチを紡糸ノズルに供給し
、３００〜４．　ＯＯ℃程度に加熱した状態で不活性ガ
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’Ｃ程度で０．５〜５時間時間像
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ができる。特に、０．０３〜１Ｑｍ
ｍのものが混合のしゃすき、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、０１ｍｍ
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。さらに、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１１００重量部に１００〜１００００重
量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、撹拌時に１４０〜１７０℃程度の加熱が必要と
なるので、粘結成分含有材料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。

この表面処理中の洗浄において使用する有機溶媒には、
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。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１００〜１０００
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。

ざらに、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−、
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料となる。この無機微小体は、
目的とするブツシュの用途に応じて、その摩擦係数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ＨＶ１０００以上のものかよ
い。

かかる無機微小体には、無機酸化物、無機炭化物、無機
窒化物、無機ホウ化物などを用いることができる。無機
酸化物として、たとえばＡＮ２０３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ
２、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Ｂ４Ｃ１Ｔ　＋　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Ｂ
Ｎを除き、ＴＩ　Ｎ、Ｃｒ２Ｎ、ＴａＮ、Ａ、ｌＪ　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Ｔｌ８２、ＺｒＢ２、Ｂ４Ｃ，ＮｉＢ、Ｃ
。

Ｂ、ＢＮ、ＴａＢ２などを挙げることができる。

ざらに、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｂ、ＳＶ、ＴＩ、
Ｗなどの無機物も使用することができる。なあ、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。

耐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、すなわち、ブツシュを高強度で耐摩耗性に優れ、
かつ焼付き荷重が２００ｋｇｆ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、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、ＭＱＢｚ、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、炭化ホウ素の他、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、
ＡＪＩ　、Ｎｉ、ｆＶｌｇ、Ｎｂ、Ｍｎ、　Ｆｅ、ｖ、
Ｗなどのホウ化物を挙げることができる。なあ、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、分散性およびでき上った焼結体の
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、出来上った焼結体
の強度と耐摩耗性およびｌＪ雑の離脱を考慮して、直径
０．７〜４０μｍ、長さ０゜０１〜ａｍｍのものが好ま
しく、より好ましくは直径１〜１５μｍ、長さ０．０５
〜３ｍｍ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（アグレッシブ）摩耗を起こす可能性か増す。

炭素質粉末は、本発明に係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Ｉｉ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であってもよく、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ソカーボンマイク
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レジン量が３〜５０％程度のものが
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、無機微小体（無機粉末または無機
ｔａ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的にするために
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１００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！量部（二対
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％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１〜１０↑ｏｎ／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７００〜１５００℃程度に
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。なあ、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〜ｂ の速度で常温から１５００℃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。

なあ、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、強度および耐摩耗性
などがさらに向上する。

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、未炭化炭素質繊維および無機微小体く無機粉末また
は無機繊維）と、この無機微小体を埋設した自己焼結性
未炭化炭素黄粉末と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有する未炭化炭
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、したがって、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、摺動部材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
繊維が、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Ｉ！ｌｉ雑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、このホウ素化合物粉末が、高荷重すなわち
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繊維によって摺動部
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繊維の形状を残し、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。

さらに、未炭化炭素質繊維をタール、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、炭素質繊維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
、これら炭素質繊維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、ＨＶ２５
０以上のスチールおよびその窒化処理材を採用すること
ができる。

［実施例コ 以下、本発明の一実施例を説明する。

この実施例のブツシュは、オートマチックトランスミッ
ション（第２図参照）に採用されるものであって、使用
部位によってそれぞれ大きさ及び名称が異なるものの全
て後述する新しい炭素ｌ！維強化炭素焼結体を用いて形
成されている。すなわち、１はトルクコンバータのステ
ータシャフトを軸支するものでステータシャフトブツシ
ュと呼ばれ、２はオイルポンプのシャフトを軸支するも
のでオイルポンプブツシュと呼ばれ、３はサンギヤのシ
ャフトを軸支するものでサンギヤブツシュと呼ばれ、４
はシャフト中央部をを軸支するものでセンターサポート
ブツシュと呼ばれ、５はケースを軸支するものでケース
ブツシュと呼ばれ、６はアウトプットシャフトを軸支す
るものでアウトプットシャフトブツシュと呼ばれている
。

−例としてサンギヤブツシュ３の形状を第３図に示す。

このサンギヤブツシュ３は、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おり、外径２５ｍｍ、
内径２１．８ｍｍ、長さ’ｌ　□ｍｍの円筒形状を有す
るすべり軸受であって、潤滑油の強制給油下において用
いられる。

以下、これらブツシュ１〜６の製造方法を説明する。

（実施例量１の製造方法） まず、ブツシュ１〜６の実施例量１用に次の方法で炭素
繊維強化炭素焼結体く炭素焼結体１）を製作した。

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、糸長さが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２１ｏｎ
／ｃｉの成形圧力で成形して直径２．３ｃｍ、高さ１．
５ｃｍ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℃まで昇温し、同温度で１時間保持
して焼成して、未決化炭素室ｍ維及び自己焼結性炭素質
粉末を炭化固結させた。そして、ざらに非酸化性雰囲気
中、５００℃／時間の速度で２８００℃まで加熱し、２
０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く炭素
焼結体１）を機械加工して、ブツシュ１〜６を製造した
（実施例量１．５Ｔ３０ともいう）なあ、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％でめっ
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１．７６ｇ／ｃｒｒｕ　、曲げ強度は９．３ｋＱ
／ｍｒｎ２であツタ。

（実施例量２の製造方法） 更に、ブツシュ１〜６の実施例量２用に次の方法で新た
な炭素ｔｉ維強化炭素焼結体（炭素焼結体２）を製作し
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、３４０℃に
加熱した状態で不活性ガスによ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℃で２時間保持して不融化し、繊維径１５μｍ、
ｌｌｉ維長さ０゜５ｍｍの不融化未炭化炭素質ｍ雑３０
重量部と、自己焼結性炭素質粉末としての中心粒径７μ
ｍのコールタール 重量部とを混合したちの９５重量部に対し、粒径０、５
μｍのアルミナ粉末（無機微小体）を５重量部加えて均
一に混合し、得られた混合物を２１Ｏｎ／ｃｔＡ　　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
℃／時間の速度で１０００℃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、ざらに非酸化性雰囲気中、５００℃／時間の速
度で２０００℃まで加熱し、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
２）を機械加工して、ブツシュ１〜６を製造した（実施
例量２、ＳＴ３０Ｃともいう）。

なあ、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、１ｉＡＭ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
積％としたとき約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１．７６Ｑ／Ｃ
ｍ３、曲げ強度は８．５ｋＱ／ｍｍ２であった。

これら実施例量１．２の性能試験として、実施例量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。

更に比較例量として、組成が１Ｃｕ−１０Ｐｂ−１０Ｓ
ｎであるＣｕ系ブツシュ（比較例量１）と、組成がｌＡ
ｌ−６３ｎ−１３ｉＴＪ５るＡ１合金系ブツシュ（比較
例量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１５ｍｍＸ１０
ｍｍＸ７ｍｍとし、シャフト材料としてのリング試験片
をｉ６ｏｒｐｍで回転させつつ、潤滑油５Ｗ−３０ベー
スオイル中でブロック試験片に加圧力１５ｋｇｆで３０
分間押圧し、ブロック試験片の摩耗量を調べた。なお、
リング試験片は、浸炭焼入したＨＶ７２０の３Ｃｒ２０
を直径３５ｍｍ、肉厚８．７ｍｍに加工して用いた。

第６図に試験結果を示す。

第６図かられかるように、実施例量１．２は、比較例量
１．２に対し摩耗量が１／３以下と大幅に耐摩耗性が改
善されることが判明した。

また焼付き試験は、機械試験新式摩擦摩耗試験機を用い
て実施した。シャフト材料としリング試験片（内径２０
ｍｍ、外径２５．６ｍｍ、高さ１６ｍｍ）を使用し、ブ
ツシュ材料としてブロック試験片（３０ｍｍｘ３０ｍｍ
、厚さ５ｍｍ）を使用した。そして、潤滑油５Ｗ−３０
ベースオイル中でリング試験片を１００１０００ｒＤ、
２ｍ／５ｅｃ）で回転しつつブロック試験片の上面にリ
ング試験片の下面を押圧し、試験荷重を２分間に２５ｋ
ｇｆづつ増加させていき、摩擦係数μが０゜２以上若し
くは摩耗量となった時の荷重値をもって焼付荷重とした
。

第７図に試験結果を示す。

第７図かられかるように、実施例量１．２は、比較例量
１．２に対し優れた耐焼付き性を示した。

次に、各実施例量及び比較例量のブツシュ１〜６を実際
にオートマチックトランスミッションに組込んで急発進
加速耐久試験を行った。試験条件は１速→２速→３速→
２速→１速とする１サイクルの変速を１０，０００サイ
クル行なった。その結果、各比較例量が約５０〜１００
μｍ摩耗するのに対し、各実施例量のブツシュの摩耗量
は１０μｍ以下となり、格段の摩耗低下が実現した。

また、比較例量１のブツシュは上記耐久テストによりそ
の摺動面の一部が焼付き気味となったが、この実施例の
ブツシュでは全く焼付きは生じなかった。

更に、この実施例のブツシュと同一製法で燃料噴射ポン
プ用のブツシュを製作し、実際に組込んで調べたところ
同様に耐久性が大幅向上することを確認した。

更にまた、実施例量１．２のブツシュは炭素系製品であ
り、比較例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けて試験した。

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（井守窯業（株
）製）のホウ化チタンを使用したこと以外は、上述の炭
素焼結体２と同様の方法により作った。

摩耗試験は、機械試験新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。

なお、機械試験新式摩擦摩耗試験機による試験は、試験
片を３０ｍｍ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゜０ｍｍ、高さ１７
ｍｍの５ＬＩＪＺ製の円筒状加圧体の下面を押圧し、１
０ｋＯｆの押圧力をかけ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１０ｋｑｆの
押圧力を追加して同じ条件で試験し、焼付が生じた荷重
を測定するものである。

また、ＬＦＷ摩擦摩耗試験機による試験は、相第１表 平材として外径３５ｍｍ、内径３１ｍｍ、軸方向の長さ
８．７ｍｍのリングを使用し、潤滑油としてＳＡＥ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１５．７ｍｍ、横５．３
ｍｍ、高さ１０ｍｍの試験片を荷重１５ｋｇｆで加圧し
、１５分及び６０分摺動させ、その時の摩擦係数および
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（クロムモリブデン合金鋼）、アルミニウム合金
（Ｊ　１ｓ６０６１　）　、実施例で使用した炭素繊維
強化炭素焼結体く炭素焼結体１として示す）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３５
ｍｍ、内径３１ｍｍ、軸方向の長さ８．７ｍｍの５ＵＪ
２製のリングを使用し、潤滑油としてＳＡＥ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１５．７ｍｍ、横５．３ｍｍ、
高さ”ｌＱｍｍの試験片を荷重１５ｋｇｆで加圧し、１
５分摺動させ、その時の摩耗量を測定した。その結果を
第４図に示す。

摩耗量の点からＺｒＯ２，ＢＮは問題があるが、その他
の無機微小体を含有する炭素焼結体２と合金鋼との組合
せが優れていることがわかる。

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、本発明のブツシュは、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
性及び耐焼付き性を有し、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す工程図、
第２図はこの実施例のブツシュを用いるオートマチック
トランスミッションの模式断面図、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図は摩耗試験の情況を説明する説明図、第
６図及び第７図は摩耗試験結果及び焼付き試験結果を示
す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）潤滑剤の存在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）潤滑剤の存在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。