JPS61276963A - 水中摩擦機構部 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は水力発電プラントおよび水中ポンプの水中動作
部材などとして使用される水中摩擦機構部に係り、特に
原子カプラントの制御棒、駆動機構における水中摩擦機
構部に関する。

〔発明の背景〕

原子炉機器を構成する制御棒、駆動機構は、水中で摺動
体となるインデックスチューブが水圧ピストンによりガ
イド用ブツシュおよびウォータシーリングを介して制御
棒の出し入れを行うようになっている。

上記のすべり摩擦する部分の組合せとして、現在耐食、
耐かじりおよび耐摩耗性を得るため窒化処理した鉄系材
料を用い、ブツシュおよび７−ルリングをカーボンで構
成している。しかし、これら制御棒駆動機構部の耐摩耗
性は良好なものとけいえない。これはカーボン材が相手
摺動体に対して馴み性がよく、シール部材として好適な
材料の一つである反面、低強度のためブツシュに、偏心
により横荷重やこじれ等の影響が生じると、偏摩耗が生
じ、同様にシーリングにも偏摩耗が生じる。

したがって、これら制御棒駆動機構部り水封効果が低下
することになる。

そこで、摺動体ガイド用ブツシュとウォータシーリング
とを炭化硅素を材料とするセラミックスで構成した従来
例が存在する（特開昭５７−５５８１６号）っ しかし、上記従来例では、摺動体ガイド用ブツシュとウ
ォータシーリングとに面圧がかかり、セラミックが割れ
摩耗粉が脱落する虞れがある。この結果、脱落したセラ
ミック片がすべり摩擦部分に入り、水中摩擦機構部の組
合せの相手側である鉄系材料にくい込み、摩擦機構部が
ロックする虞れが存在する。

すなわち、上記従来例では、ガイド用ブツシュとウォー
タシーリングの耐摩耗性が充分でなく、この結果すべり
摩擦部分の耐かじり性が間；但となっていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、すべり摩擦部分の耐摩耗性および耐か
じり注が１憂れ、水中雰囲気で動作する水中摩擦機構部
を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するブこめに１本発明（は、摺動体と、
該摺動体をシール固定部材との組合ぜからなる水中摩擦
機構部において、前記組合せの一方がツク材料および炭
素およびニッケルの複合材で構成されていることを特徴
とする水中摩擦機構部である。

上記本発明の構成において、複合材中■セラミック材の
硅素とニッケルの反応性は高いものであるために、複合
材の強度が向上し、耐摩耗性が高いものとなる。

また、複合材中に炭素が含まれるのけ、固体潤滑材とし
ての炭素の機能をそのまま持たせようとするものであり
、複合材の主成分をニッケルとしたのは、水中で使用さ
れても耐腐食性の点で問題がないからである。

複合材に含まれる硅素含有セラミック材として、例えば
炭化硅素（ｓｉＣ）を窒化硅素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化硅
素（８１０２）を用いることができる。

ＳｉＣが最も望ましい。

複合材中の成分の含有比は、セラミック材としてＳｉＣ
を用いた場合には、ＳｉＣ：１５重量係、炭素（Ｃ）３
重量％、残りをニッケルとすることができる。

ＳｉＣの量は上記の他に、５〜３５重量％の間で選択で
き、同時にＣの量はＬ記の他に、３〜１０重量％の間で
選択することができる。なお、他のＳｉ含有セラミック
材でも、はぼ同じ債のＳｉを含有するように含有比を決
めることができる。

Ｓｉ含有セラミック材として、５ｉＣ（ｉ７用いた場合
は、他のＳ＋含有セラミック材を用いた場合に比べて、
ａ合材を焼結した際にＳ＋とニッケルが反応し、Ｓｌに
結合していたＣは遊離して、その分複合材の馴み性を向
−ヒすることができるだめに、セラミック材としては＋
　　ＳａＣを用いることが望ましい。

水中摩擦機構部の組合せの一方をセラミックで構成した
場合、他方の組合せは、窒化処理を施した鉄系材料で構
成する。望−ましくけ窒化処理を施した鉄系材料の硬さ
を、Ｈｖ８００〜工２００とすることがよい。これは、
Ｈｖ８００以下では自身の耐摩耗性が得られないことに
なり、Ｓｉ含有セラミック材で構成された組合せの一方
によるかじり現象が生ずることによるものである。

鉄系材料としては、オーステナイト系ステンレス鋼を用
いることが望ましい。これは、水中で使用された場合、
耐食性と耐摩耗性が他の鉄系材料に比べて良好なもので
あるからである。

〔実施例１〕 複合材の製造 表１ 表１は腹合材の化学組成を示しだものである。

各試料の製造方法は、上記組成の各粉末を混合したのち
、６トンでプレス成形し、５００Ｃで仮焼結したのち８
トンで再圧成形し、８７０Ｃで焼結することにより行う
。

供試材としては、ＪＩＳ規格の市販材である５ＵＳ３０
４，５ＵＳ６３０を用いた。また、黒鉛は市販の粒度１
０μｍのものを用いた。

〔実施例２〕 耐かじり摩耗限界面圧の測定 第１図は、各試料を組合せた場合の耐かじり摩耗限界面
圧を測定した結果を示すグラフである。

耐かじり限界面圧は、雰囲気を水中とし１面圧を適宜変
化させることにより求めた。

耐かじり摩耗限界面圧が高いと、耐摩耗性が良好である
ことを示す。

第１図に示す結果から明らかなように、ＳＵＳ同士の組
合せにおいて、同−硬さおよび硬さを変合材（試料／／
１ｌｘｌ）と５ＩＪＳ３０４に窒化処理して硬さＨｖ８
００以上としたものとの組合せ材の方は、耐かじり摩耗
性に最も優れていることがわかる。

試料Ａ２の炭素が含まれていない複合材では１馴み性が
ないために、試料ＡＩと５ＵＳ３０４との組合せのもの
より耐かじり限界面圧が低くなっている。そして、試料
煮３のようにＳｉＣがき有されていないものけ、そのこ
とにより複合材の強度が低いために、８０８３０４と組
合せたものが試料應１と５ＵＳ３０４と組合せたものよ
り耐かじり限界面圧が低いものとなっているっ複合材と
の組合せの一方である５ＵＳ３０４は、第１図から、良
好な耐かじり限界面圧を得るために表面硬さＨｖ８００
以上が必要となっている。

なお、黒鉛材と５ＵＳ３０４との組合せはおいて、かじ
り限界面圧５０Ｋｇ／ｃｒｌとしたのは、それ以上の面
圧においてもかじり摩耗を発生しないと思われるが、黒
鉛自体が強度が低いため、試験中に摩耗面圧に耐えられ
ず破損したためである。したがって、摩擦機構部材とし
ては低面圧部所にしか適用できないことになる。

〔実施例３〕 摩耗量の測定 第１図と同じ組合せ材によって、組合せ材の摺動部（摩
擦機構部）における摩耗量を測定した。

測定条件は、雰囲気を水中とじ面圧および速度を一定と
して求めたものである。その結果を第２図に示す。

第２図において、摩耗量が少ないほど組合せ材の摺動部
における耐摩耗性が良好であることを示す。

第２図より明らかなように、従来より用いていた黒鉛と
５ＵＳ３０４との組合せは、摩耗量が非常に多いことが
わかる。また、５ＵＳ３０４表面硬さＨｖ１８０とＳ　
Ｕ　Ｓ　６３０表面硬さＨｖ３６０との組合せも摩耗量
が非常に多く、耐摩耗性が著しく劣っていることがわか
る。

これに対して複合材（試料＆１　）と窒化処理した８Ｕ
Ｓ３０４表面硬さＨｖｌｏｏｏとの組合せ材は摩耗量が
井筒に少なく、耐摩耗性が最も良好であることがわかる
。

ＳｉＣ２たはＣのどちらか一方が含有されない試料（試
料煮２．試料Ａ３）の場合、耐摩耗性が試料廠１のもの
より劣ることがわかる。これは、前述したように、Ｓｉ
Ｃが含まれないと複合材の強度が低いものとなり、Ｃが
含有されないと複合材の馴み性が充分でないことによる
ものである。

〔実施例４〕 摩擦係数の測定 第３図は、第１図と同じ組合せにおける摩擦係数を示し
たものである。摩擦条件は、雰囲気を水中とじ面圧、速
度を一定として求めた。

５ＵＳ３０４と試料１６１の複合材との組合せの摩擦係
数は、従来より用いられていた５ＵＳ３０４と黒鉛との
組合せにおける摩擦係数とほぼ同じ値を示していること
がわかる。他の組合せ材は、試料應１の複合材に比べ摩
擦係数のばらつきも大きく、かつ、高い値を示し、望ま
しい摩擦特性を示していないことがわかる。これにより
、本発明に係る複合材は１耐かじり摩耗性、耐摩耗性お
よび摩擦係数においても他の組合せ材より優れ、水中摩
擦部材として良好な組合せ材であることがわかる。

〔実施例５〕 耐食性の測定 Ａｌの複合材を３％食塩水に１００時間浸漬した。この
結果、複合材にはさびの発生は全くみられなかった。し
たがって、本発明に係る複合材は耐食性においても優れ
ていることがわかる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明に係る水中摩擦機構部によ
れば、摩擦機構部の耐摩耗性が著しく向上する。したが
って、摩擦機構部の部品の交換局期が著しく長くなり、
莫大な交換費用を節約することができる。そして、摩擦
機構部の耐摩耗性が著しく向上することは、摩擦機構部
における信頼性を向上させるものである。

また本発明に係る水中摩擦機構部によれば、摩擦機構部
の組合せの一方がＳＩＣのみで構成された場合に比べ、
複合材中に炭素およびニッケルが含有されているために
、馴み性が向上する。したがって組合せの相手部材が変
形しても、それに応じて複合材が変形することになり、
摩擦機構部における大きな面圧に耐えることができる。

また馴み性が向上することにより、加工性が良好なもの
となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は水中摩擦機構部の各組合せの耐かじり限界面圧
を示すグラフ、第２図はその耐摩耗性を示すグラフ、第
３図はその摩擦係数を示すグラフであろう

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、摺動体と、該摺動体をシール固定する固定部材との
   組合せからなる水中摩擦機構部において、前記組合せの
   一方が相手部材との接触面に窒化処理を施した鉄系材料
   で構成され、他の一方が硅素系セラミックスと炭素およ
   びニッケルの複合材で構成されることを特徴とする水中
   摩擦機構部。 ２　特許請求の範囲第１項において、上記鉄系材料が窒
   化処理されＨｖ８００以上の表面硬さを有するステンレ
   ス鋼であることを特徴とする水中摩擦機構部。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記硅素系セラミ
   ックス材が、炭化硅素を材料とす るものであることを特徴とする水中摩擦機構部。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記硅素系セラミ
   ックスと炭素およびニッケルよりなる複合材が、炭化珪
   素５〜３５重量％と炭素３〜１０重量％およびニッケル
   残部よりなることを特徴とする水中摩擦機構部。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記硅素系セラミ
   ックスと炭素とニッケルよりなる複合材が焼結品よりな
   ることを特徴とする水中摩擦機構部。