(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、前記骨材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が７５〜９０％、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が１７〜２７％、
負熱膨張性材粉末が５８〜６８％、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が７５〜９０％となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が７５〜９０％、
酸化チタンナノチューブが３〜７％、
骨材粉末と酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と負熱膨張材粉末及び酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が１７〜２７％、
負熱膨張性材粉末が５８〜６８％、
酸化チタンナノチューブが３〜７％、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％、残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料にて円筒状に構成されたことを特徴とする滑り軸受。
【請求項２】
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、前記骨材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が７５〜９０％、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が１７〜２７％、
負熱膨張性材粉末が５８〜６８％、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が７５〜９０％となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が７５〜９０％、
酸化チタンナノチューブが３〜７％、
骨材粉末と酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と負熱膨張材粉末及び酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が１７〜２７％、
負熱膨張性材粉末が５８〜６８％、
酸化チタンナノチューブが３〜７％、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％、残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料にて円筒状に構成され、回転軸の軸受箇所に装着されることを特徴とするスリーブ。
【請求項３】
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が１７〜２７％、
負熱膨張性材粉末が５８〜６８％、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が７５〜９０％となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と負熱膨張材粉末及び酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が１７〜２７％、
負熱膨張性材粉末が５８〜６８％、
酸化チタンナノチューブが３〜７％、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％、残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料を、装着される回転軸の外径に合わせて筒状に加工されたスリーブと、
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、前記骨材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が７５〜９０％、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨 材粉末と酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が７５〜９０％、
酸化チタンナノチューブが３〜７％、
骨材粉末と酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料を、装着される軸受部分のケーシングの内径と前記スリーブの外径に合わせて筒状に加工された軸受部材とで構成されたことを特徴とする複合滑り軸受。
【請求項４】
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、前記骨材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が７５〜９０％、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が１７〜２７％、
負熱膨張性材粉末が５８〜６８％、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が７５〜９０％となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が７５〜９０％、
酸化チタンナノチューブが３〜７％、
骨材粉末と酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と負熱膨張材粉末及び酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が１７〜２７％、
負熱膨張性材粉末が５８〜６８％、
酸化チタンナノチューブが３〜７％、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％、残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料の混合粉を金型に充填し、加圧加熱して形成したことを特徴とする締結部材。
【請求項５】
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、前記骨材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が７５〜９０％、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が１７〜２７％、
負熱膨張性材粉末が５８〜６８％、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が７５〜９０％となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が７５〜９０％、
酸化チタンナノチューブが３〜７％、
骨材粉末と酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と負熱膨張材粉末及び酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が１７〜２７％、
負熱膨張性材粉末が５８〜６８％、
酸化チタンナノチューブが３〜７％、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％、残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料の混合粉を金型に充填し、加圧加熱して形成した熱圧部材を機械加工して形成することを特徴とする締結部材。
【請求項６】
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、前記骨材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が７５〜９０％、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が１７〜２７％、
負熱膨張性材粉末が５８〜６８％、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が７５〜９０％となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が７５〜９０％、
酸化チタンナノチューブが３〜７％、
骨材粉末と酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％となるように配合され、
残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料、又は
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と負熱膨張材粉末及び酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が１７〜２７％、
負熱膨張性材粉末が５８〜６８％、
酸化チタンナノチューブが３〜７％、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％、残りがバインダ樹脂である多機能ハイブリッド材料の混合粉を金型に充填し、加圧加熱してブロック状に形成したことを特徴とする耐酸煉瓦。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗性、耐衝撃性、耐熱性、非熱膨張性、耐薬品性及び引っ張り強度等の機械的性質に優れた多機能ハイブリッド材料及びこれを用いた滑り軸受及びスリーブ、締結部材、耐酸内張煉瓦などの機械及び構築部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械又は構築材料として金属、樹脂、石材その他様々なものが用途に合わせて使用されている。例えば、羽根車が装着された排水ポンプの回転軸を支承する軸受は回転時に高圧が掛る上に水に接している部位なので滑り軸受が使用されている。この回転軸はステンレス製であり、羽根車その他多くの部材が装着されているために摩耗した時の交換には分解・組立が必要となりメンテナンスに多額の費用が掛る。この回転軸を摩耗から保護するために、回転軸を支承する円筒状の滑り軸受の焼結金属製基材の内径面側にはこれに重ねて樹脂層が一体に設けられている（特許文献１）。
【０００３】
処が、排水ポンプが災害時用というような特殊用途のものである場合、通常は稼働せず、災害時にフル稼働されるというような特殊な使われ方をするため、点検日に１時間、滑り軸受と回転軸との間に流体（水）が存在しないドライ状態で排水ポンプをフル回転させ、その性能が維持されているかをチェックする試験が行われている。
【０００４】
ドライ状態で１時間の排水ポンプのフル回転を行うと、樹脂層と回転軸との接触部分において摩擦熱が発生し、その摩擦熱で滑り軸受に対して回転軸と、焼結金属製基材に拘束された樹脂層が次第に膨張し、その嵌め合いが急速にきつくなって樹脂層の摩擦表面が次第に炭化し、遂には焼き付きを生じて排水ポンプの回転を停止させてしまうという事故が生じた。そこでこの分野ではこのような事故に対して、高速ドライでの長時間連続運転で焼き付きを生じないような滑り軸受及び該滑り軸受用の材料が求められている。
【０００５】
滑り軸受は排水ポンプに限らず、機械部品として広く使われており、例えば、船舶の長大なスクリュー駆動シャフトのようなもの支承する滑り軸受としても使用されている。このような分野の滑り軸受は、高圧力及び海水（或いは淡水）に曝されるので、高強度、耐熱性、高耐摩耗性、低含水率などが要求される。
なお、排水ポンプやスクリュー駆動シャフトには大小色々なものがあるが、例えば、巨大な羽根車やスクリューが装着された長大な回転軸を備えたものもあり、このような長大な回転軸を支える滑り軸受の交換も莫大な費用が発生するので、上記のように回転軸の摩耗防止だけではなく、滑り軸受の摩耗も出来るだけ抑制することも望まれている。
【０００６】
また、機械設備のパーツはボルトやナット或いはワッシャのような締結部材で組み立てられる。特に化学プラントや製鋼プラントでは、例えば、１００℃内外の高温雰囲気下で強い酸性雰囲気に曝される部署があり、このような部署では耐酸性樹脂ボルト（例えば、繊維強化ボルトや塩化ビニル製ボルト）が使用されている。このような樹脂ボルトでは耐熱性が乏しいため１００℃程度で変形が始まり、強酸化性雰囲気に長時間曝されると経年劣化により破断に至り設備の破損につながることがあった。実際の使用例としては、次に述べる酸洗槽の内側面に配設される配管の受け部材の固定ボルトが挙げられる。
【０００７】
この配管は９５℃程度に保たれた高濃度塩酸液中、或いは液表面の近傍に配置されるため、常時、高温高濃度塩酸液又はその高濃度塩酸蒸気に曝され続けている。壁面に捻じ込まれた樹脂ボルトには常時高い引っ張り応力が掛っているためクリープが生じて次第に緩んだり甚だしい場合には破断する。これに対しては、高温酸性雰囲気でクリープや破断が生じないような締結部材及び該締結部材用の材料が求められている。
【０００８】
その他、高温・耐薬品性が要求される産業設備用部材としては、酸洗槽用の耐酸内貼煉瓦が挙げられる。酸洗槽は、長さが１００ｍ以上、幅が１５ｍ以上の長大な槽で、鋼製の槽本体に内面にゴムをライニングし、このゴムライニング層の内面に耐酸磁器煉瓦を積み上げ、耐酸モルタルで煉瓦同士及びライニングゴムに煉瓦を固着して内張りとしている。槽内は前述の高濃度塩酸溶液で満たされ、液温は９５℃程度である。耐酸磁器煉瓦はこのような強酸には優れた耐酸性を示すが非常に脆く、酸洗い作業開始時に重量のある帯鋼或いはクレーンのような可動部材が接触して耐酸磁器煉瓦を破損し、酸洗槽の寿命を著しく損なう。また、組立中でも耐酸磁器煉瓦同士を誤って衝突させると欠け、使えなくなるという事も指摘されている。この用途では、高温耐酸性は勿論、衝撃にも強い素材が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１６６４９２
【特許文献２】特表２０１２−５２８７４６
【特許文献３】特開２０１０−９０４１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、耐摩耗性、耐衝撃性、耐熱性、非熱膨張性、低吸水率及び高温耐酸性その他の機械的性質に優れた多機能ハイブリッド材料を開発し、この多機能ハイブリッド材料を用いた摩耗しにくく、焼き付きのないスリーブ及び軸受部材、耐熱性締結部材、高強度な耐酸煉瓦などを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の多機能ハイブリッド材料は、
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、前記骨材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が７５〜９０％、
残りがバインダ樹脂であることを特徴とする。
なお、好ましくは骨材粉末が８３〜８８％、残りがバインダ樹脂である。
【００１２】
本発明の第２の多機能ハイブリッド材料は、
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が１７〜２７％、
負熱膨張性材粉末が５８〜６８％で、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が７５〜９０％となるように配合され、
残りがバインダ樹脂であることを特徴とする。
なお、好ましくは骨材粉末と負熱膨張性材粉末の合計が８３〜８８％、残りがバインダ樹脂である。
【００１３】
本発明の第３の多機能ハイブリッド材料は、
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、酸化チタンナノチューブ（チタニアナノチューブ）と、前記骨材粉末と酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が７５〜９０％、
酸化チタンナノチューブが３〜７％で、
骨材粉末と酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％となるように配合され、
残りがバインダ樹脂であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第４の多機能ハイブリッド材料は、
主成分を石英とする連続気泡性流紋岩骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張材粉末と、酸化チタンナノチューブと、前記骨材粉末と負熱膨張材粉末及び酸化チタンナノチューブのバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成され、
配合比は重量比で、
前記骨材粉末が１７〜２７％、
負熱膨張性材粉末が５８〜６８％、
酸化チタンナノチューブが３〜７％で、
骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％、残りがバインダ樹脂であることを特徴とする。
【００１５】
【表１】
0006339527.tif 000002
【００１６】
請求項１は、上記第１〜第４のいずれかに記載の多機能ハイブリッド材料にて円筒状に構成されたことを特徴とする滑り軸受１０である。
【００１７】
請求項２は、上記第１〜第４のいずれかに記載の多機能ハイブリッド材料にて円筒状に構成され、回転軸１１の軸受箇所に装着されることを特徴とするスリーブ１３である。
【００１８】
請求項３は、上記滑り軸受１０とスリーブ１３の組み合わせで構成される複合滑り軸受２０で、
上記第２又は第４に記載の多機能ハイブリッド材料を、装着される回転軸１１の外径に合わせて筒状に加工されたスリーブ１３と、
上記第１又は第３に記載の多機能ハイブリッド材料を、装着される軸受部分のケーシング６の内径と前記スリーブ１３の外径に合わせて筒状に加工された軸受部材１２とで構成されたことを特徴とする。
【００１９】
請求項４は、ワッシャのような機械加工を必要としない締結部材に関し、
上記第１〜第４のいずれかに記載の多機能ハイブリッド材料の混合粉を金型に充填し、加圧加熱して形成したことを特徴とする。
【００２０】
請求項５は、ボルトやナット等の機械加工を必要とする締結部材に関し、
上記第１〜第４のいずれかに記載の多機能ハイブリッド材料の混合粉を金型に充填し、加圧加熱して形成した熱圧部材を機械加工して形成することを特徴とする。
【００２１】
請求項６は、上記第１〜第４のいずれかに記載の多機能ハイブリッド材料の混合粉を金型に充填し、加圧加熱してブロック状に形成した耐酸煉瓦４０である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に用いられる材料は、石英を含有する連続気泡性流紋岩骨材粉末、更には負熱膨張部材粉末を主成分とし、バインダ樹脂として超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンが添加されているので、加熱加圧成形され部材は、耐摩耗性、耐衝撃性、耐熱性、非熱膨張性及び高温耐酸性等の機械的性質に優れた多機能ハイブリッド材料になる。更に、酸化チタンナノチューブ（チタニアナノチューブ）が添加されると、耐摩耗性の急増と非破壊性とが実現する。そして、これらの材料は、例えば、複合滑り軸受、単なる滑り軸受やスリーブ、締結材料或いは耐酸煉瓦等の機械又は構築材料に適用されることで、それぞれ優れた機械的性質を示すことになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る多機能ハイブリッド材料を用いた排水ポンプの滑り軸受装着部分の要部断面図である。
【図２】本発明に係る多機能ハイブリッド材料を用いた滑り軸受又はスリーブの断面図である。
【図３】本発明に係る多機能ハイブリッド材料を用いた耐酸煉瓦を使用した酸洗槽の断面斜視図である。
【図４】本発明に係る多機能ハイブリッド材料の熱膨張グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を図示実施例に従って説明する。本発明の多機能ハイブリッド材料は４種類あり、いずれも共通の第１の成分として石英を主成分をとする連続気泡性流紋岩を原料とする骨材粉末が用いられる。更に言えば骨材粉末は、これに限定されることはないが、例えば、抗火石粉末が使用される。使用される骨材粉末の粒度は、これに限定されることはないが、例えば、本実施例では＃１１５と＃１３４とが用いられている。
＃１１５は、５０メッシュ篩で落ちた骨材粉末（最大粒径＝３００μｍ）と、１００メッシュ篩で落ちた骨材粉末（最大粒径＝１５０μｍ）の混合物である。両者の配合比は、重量％で、前者が４０〜６０％、後者が残りである。
これに対して＃１３４は、５０メッシュ篩で落ちた粗い骨材粉末だけである。
従って、＃１１５には粒径の粗いものに対して細かいものが多量に含まれていることになり、＃１３４は粒径の粗いものが＃１１５より多く含まれていることになる。使用骨材粉末は上記番手のものに限られず、用途に合わせて選択される。
【００２５】
４種類の多機能ハイブリッド材料の共通のバインダ樹脂は、超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンである。両者の物理的性質は似通っている。
超高分子ポリエチレンは分子量が１００〜７００万で、ポリカーボネートより高い耐衝撃性を持ち、その特性は低温から高温までの幅広い温度領域においても低下しない。更に、耐摩耗性に優れ、自己潤滑性を持つ。砂を用いた摩擦試験でもフッ素樹脂やポリアセタールよりも良好である。また、酸を含む耐薬品性を持つ。吸水率も低く寸法安定性に優れる。
ポリプロピレンは、軽量で耐熱性、酸を含む耐薬品性に優れる。ポリプロピレンには、その組成によりホモポリマー（単独重合体）と、共重合体であるランダムコポリマー、ブロックコポリマーの３種類があり、使用用途によって選択される。一般にホモポリマーは高剛性、ランダムコポリマーは透明性が高く、ブロックコポリマーはホモポリマーよりも耐衝撃強度が優れている。図１の拡大図Ａ、Ｂでは、骨材粉末を１で示し、バインダ樹脂を２で示す。後述する負膨張性材粉末を３、潤滑油を４で示す。
【００２６】
本発明の第１の多機能ハイブリッド材料は、骨材粉末とバインダ樹脂で構成されている。この骨材粉末の粒度はこれに限定されず、＃１３５（最大粒径＝３００μｍ）以外のものを使用することも可能であるが、ここでは、後述する滑り軸受との関係で例えば、＃１３５（最大粒径＝３００μｍ）が使用されるものとする。
骨材粉末とバインダ樹脂の配合は、重量比で骨材粉末が７５〜９０％（好ましくは骨材粉末が８３〜８８％）、残りがバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンである。バインダ樹脂が９０％以下になるとこれが過少となって成形性が悪くなるだけでなく、成形品の機械的強度は低下する。バインダ樹脂が２５％以上になるとバインダ樹脂の物理的性質が現れやすくなる。バインダ樹脂量は第１〜４の多機能ハイブリッド材料にほぼ共通する。
【００２７】
両者を均一に混合した混合粉を製造対象商品に大略似た形状、又は一致したキャビティを持つ金型に充填し、形状やボリュームにより一概に言えないが、２００℃〜２４０℃の加熱温度で加圧して成形体を形成する。加熱時間は一概には言えないが通常１２０分〜１８０分である。得られた成形品を必要に応じてこれを機械加工（例えば、旋盤やフライス加工など）して求められる形状にする。成形部材又は成形部材の加工材の表面には、例えば滑り軸受のような機械部材には必要に応じて潤滑剤が塗布される。これらの点も第１〜４の多機能ハイブリッド材料に共通する。なお、第１の多機能ハイブリッド材料では、主成分の骨材粉末は石英を主成分とするものであるから、その熱膨張は０に近い。従って熱膨張についてはバインダ樹脂の熱膨張だけを考慮すればよいことになる。バインダ樹脂の含有量は骨材粉末に比べて少ないので、熱膨張への影響は少なく、全体としての熱膨張率はほぼ０になる。本実施例では１５０℃を越えると熱膨張率は却って小さくなる（図４）。
【００２８】
本発明の第２の多機能ハイブリッド材料は、第１の多機能ハイブリッド材料の骨材粉末の一部を負熱膨張性材粉末に代えたもので、骨材粉末と、温度の上昇と共に熱膨張率が減少する負熱膨張性材粉末と、前記骨材粉末と負熱膨張性材粉末のバインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成されている。ただし、第２の多機能ハイブリッド材料の骨材粉末は第１の多機能ハイブリッド材料と異なり、＃１１５が使用され、骨材粉末の粗粒が第１の多機能ハイブリッド材料より少ない。このことは第１の多機能ハイブリッド材料より第２の多機能ハイブリッド材料で作った部材の方が摩耗性で劣ることを意味する。後述する複合滑り軸受２０の場合、第１の多機能ハイブリッド材料を用いた軸受部材１２と関係で、スリーブ１３には＃１１５を使用するとしているが、勿論これに限られずこれ以外の番手の骨材粉末を使用することは可能である。
【００２９】
負熱膨張性材粉末としては、ケイ素酸化物（例えば、β-ユークリプタイト）やマンガン窒化物（Ｍｎ3ＸＮ：Ｘ＝Ｃｕ−Ｓｎ，Ｚｎ−Ｓｎ）或いはＺｒＷ2Ｏ8が挙げられる。配合比は、骨材粉末が１７〜２７％、負熱膨張性材粉末が５８〜６８％で両者の合計が７５〜９０％であり、残りがバインダ樹脂である。
この場合、骨材粉末が２７％の場合、負熱膨張性材粉末は６３％であり、負熱膨張性材粉末が６８％の場合は骨材粉末が２２％と言う意味である。
【００３０】
ベータ−ユークリプタイトを始めとする負熱膨張性材粉末は、高い負の熱膨張係数を有するという特殊な特徴（温度が上昇すると収縮する）を有する。ベータ−ユークリプタイトのナノスケールまたはミクロンサイズの多結晶の熱膨張係数は、約-８×１０-6Ｋ-1（Ｋはケルビン温度）である。
ベータ−ユークリプタイトを始めとする負熱膨張性材粉末をバインダ樹脂の中に組み込むと、その熱圧（加熱圧縮）成形組成物の膨張係数を低下或いはマイナスにさせる傾向を有する。
本実施例における第２の多機能ハイブリッド材料の熱膨張率は、１００℃まではほぼゼロを維持しているが、１００℃を越えると大きく低下し、１２０℃で底を打ち、１７０℃まで緩やかに回復するがマイナスを維持している（図４）。
【００３１】
第３の多機能ハイブリッド材料は、第１の多機能ハイブリッド材料に酸化チタンナノチューブを加えたもので、骨材粉末と、酸化チタンナノチューブと、バインダ樹脂である超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンとで構成されている。
【００３２】
酸化チタン（チタニア）ナノチューブは、ナノサイズのシート状のチタニア（酸化チタン）を筒状に丸めた形状であり、筒の内径は約５〜２０ナノメートル、長さは１００〜５００ナノメートルであり、１グラム当たりの表面積は酸化チタンが７〜１０平方メートルに対し、酸化チタンナノチューブは２００〜４００平方メートルと大幅に広くなり、非常に高い活性を示す。
酸化チタンには結晶構造にはアナターゼ型（正方晶）、ルチル型（正方晶）、ブルッカイト型（斜方晶）があるが、ここで使用される酸化チタンナノチューブはアナターゼ型である。酸化チタンは、フッ化水素酸、熱濃硫酸および溶融アルカリ塩に溶解するが、それ以外の酸、アルカリ、水および有機溶剤には溶解しない。アナターゼ型酸化チタンは紫外線(３８７ｎｍ)より短波長の光を吸収すると価電子帯の電子が伝導帯に励起され、自由電子と正孔を生成し、非常に強い酸化力（活性酸素種の生成）を示す。活性酸素種の生成は二酸化チタンへの超音波照射によっても引き起こすことができる。
【００３３】
第３の多機能ハイブリッド材料の配合比は重量比で、骨材粉末が７５〜９０％、酸化チタンナノチューブが３〜７％で、骨材粉末と酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％となるように配合され、残りがバインダ樹脂である。
【００３４】
成形方法は第１の多機能ハイブリッド材料と同じである。機械的性質は第１の多機能ハイブリッド材料の機械的性質に加えて耐摩耗性が向上する。耐摩耗性は酸化チタンナノチューブの非配合材に比べて３〜５倍に達する。
【００３５】
第４の多機能ハイブリッド材料は、第２の多機能ハイブリッド材料に酸化チタンナノチューブを添加したものである。その配合比は重量比で、骨材粉末が１７〜２７％、負熱膨張性材粉末が５８〜６８％、酸化チタンナノチューブが３〜７％で、骨材粉末と負熱膨張性材粉末及び酸化チタンナノチューブの合計が７８〜９０％、残りがバインダ樹脂である。
【００３６】
成形方法は第２の多機能ハイブリッド材料と同じである。機械的性質は第２の多機能ハイブリッド材料の機械的性質に加えて前述同様耐摩耗性が３〜５倍向上する。
【００３７】
第１〜４の多機能ハイブリッド材料は加熱加圧成形されるので、流動状態の超高分子ポリエチレン又はポリプロピレンは骨材粉末の連続気泡に入り込んでそのアンカー効果で強固に固着一体化する。負熱膨張材も同様と考えられる。
【００３８】
また、前記酸化チタンナノチューブは、セラミックスと全く結合性の異なる金属でもナノサイズで分散した場合、破壊強度が大幅に向上する。即ち、非常に広い表面積を持ち、酸化物であるから非常に硬い材料なので、骨材粉末や負熱膨張材粉末及びバインダ樹脂と強固に結び付くことになり、耐摩耗性を始め破壊強度等の機械的性質の飛躍的向上に資する。
これらの多機能ハイブリッド材料の加熱加圧成形品の内、第１の多機能ハイブリッド材料の熱圧成形品の機械的強度の例を示すと、引っ張り強さが９１±２０ＭＰａ、引っ張り伸びが５０〜１２０％、アイゾット衝撃値が８８±２０Ｊ／ｍ、吸水率が０．５±０．１％である。耐熱温度は最大２８０℃である。第２〜４の多機能ハイブリッド材料の熱圧成形品の機械的強度もその前後である。耐摩耗性は酸化チタンナノチューブの添加により前述のように大幅に向上する。
【００３９】
なお、骨材粉末が７５％より少ない場合ではバインダ樹脂量が多くなるためバインダ樹脂の物性に近づく。
逆に、骨材粉末が９０％を超えると耐熱性に優れるようになるが（２９０℃）、が切削時に切子が粉になることから分かるように靱性が損なわれて脆性を示す。
【００４０】
第１〜４の多機能ハイブリッド材料では、構成材料である骨材粉末の主成分が石英なので、高温に強く且つ高い硬度を有する。骨材粉末の例として挙げた流紋岩の一種である抗火石は連続気泡に富んだ軽量石材で、１０００℃以上の耐熱性を有し、５０％硫酸液に犯されず、塩酸や硝酸にも溶けず、耐酸性にも優れている。
従って、第１〜４の多機能ハイブリッド材料の熱圧成形材料は、高強度、高温耐酸性、高耐摩耗性、非熱膨張性など優れた機械的性質を示す。特に、第２〜４の多機能ハイブリッド材料は負熱膨性材粉末の存在によりマイナスの熱膨張性を示し、酸化チタンナノチューブ添加材は上記のように耐摩耗性及び非破壊特性（破壊されない事）が著しく向上する。
【００４１】
図１は本第１〜４の多機能ハイブリッド材料を軸受側部材１２とスリーブ１３で構成される複合滑り軸受２０に使用した例である。
軸受側部材１２は、装置（本実施例では排水ポンプ）の軸受部に嵌め込まれる軸受ケース１２ａ、その内側に固着されたゴムリング１２ｂ、ゴムリング１２ｂの内側に固着されたバックアップリング１２ｃ、バックアップリング１２ｃの内側に固着され、第１又は３の多機能ハイブリッド材料の熱圧成形品の機械加工品で形成された軸受部１２ｄで構成される。
スリーブ１３は回転軸１１に挿脱可能に装着され、キー固定される構造で、第２又は４の多機能ハイブリッド材料の熱圧成形品の機械加工品で形成される。例えば、回転軸１１に挿入できるように回転軸１１の外径に合わせてその内径が旋盤加工される。スリーブ１３の外径は滑り回転できるように、挿入される軸受部１２ｄの内径に合わせて旋盤加工される。
【００４２】
本実施例では、軸受ケース１２ａとバックアップリング１２ｃは、例えば、ステンレス鋼で構成され、その間に設けられたゴムリング１２ｂは、例えば、焼き付けのような固着方法で一体化されている。
軸受部１２ｄは同様にバックアップリング１２ｃに固着され、スリーブ１３が回転可能に挿入される。耐摩耗性の関係から、前述のように軸受部１２ｄの材質は第１又は３の多機能ハイブリッド材料が使用される。軸受部１２ｄの材質が第１の多機能ハイブリッド材料の場合には、スリーブ１３の材質は、第２の多機能ハイブリッド材料が使用され、軸受部１２ｄの材質が第３の多機能ハイブリッド材料の場合には、第４の多機能ハイブリッド材料が使用される。
即ち、本実施例では、軸受部１２ｄの方がスリーブ１３より耐摩耗性に優れたものを使用し、スリーブ１３側が優先的に摩耗するようにしている。換言すれば、回転軸とこれを支承する滑り軸受が交換困難な場合、スリーブを交換容易な構造にし、スリーブが滑り軸受（ここでは軸受部１２ｄ）に対して優先的に摩耗するようにして滑り軸受側を保護するようにしている。
【００４３】
これら軸受部１２ｄおよびスリーブ１３に対しては潤滑油が塗布される。塗布された潤滑油は少なくとも表層のポーラスな骨材粉末に浸透する。
軸受部１２ｄでは、回転摺動面であるその内周面には硬い石英質の骨材粉末が表面一面に分散して露出し、その間をバインダ樹脂が埋めた状態となり、潤滑油が内周面全面を覆うと同時に潤滑油が消費されると骨材粉末に含まれた潤滑油が表面に滲み出し供給される。
【００４４】
一方、回転摺動面であるスリーブ１３の外周面には、骨材粉末と負熱膨張材素材粉末が表面一面に分散して露出し、これらの間をバインダ樹脂が埋める。スリーブ１３に塗布された潤滑油の一部は骨材粉末に吸収され、残部がスリーブ１３の外周面を覆う。潤滑油は同様に浸み込んだ骨材粉末から摺接面に絶えず染み出し、消耗した潤滑油を絶えず補給して摺接面を保護する。
【００４５】
本実施例で掲げた排水ポンプは、使用地域での気温差や水温差による温度帯対応、水吸い上げ、吸出し時の汚泥を含む水対応での高耐摩耗性、排水では水を扱うために軸受部材及びスリーブは水に曝されているための低含水率などが要求される。
また、船舶のスクリュー駆動シャフトの滑り軸受は、高圧力及び海水（或いは淡水）に曝されるので、高強度、高耐摩耗性、低含水率などが要求される。
第１〜４の多機能ハイブリッド材料の熱圧成形品の吸水率は前述のように０．５±０．１％と低吸水率であるので、含水による寸法変化は殆どない。そして、酸化チタン添加材は高強度、高耐摩耗性の点で特に優れている。
【００４６】
そして既に述べたように排水ポンプでは、点検運転時にドライ運転を行う必要があるため、ドライ運転時に回転軸１１と複合滑り軸受２０の軸受部１２ｄとの間で摩耗や焼き付けがあってはならないとされている。船舶のスクリュー駆動シャフトも上記のように滑り軸受に対して巨大な圧力が加わるので、高耐磨耗性が必要とされる。
複合滑り軸受２０の軸受部１２ｄには、第１又は３の多機能ハイブリッド材料が使用され、回転軸１１には第２又は４の多機能ハイブリッド材料が使用されたスリーブ１３が取り付けられている。回転軸１１がスリーブ１３とともに軸受部１２ｄ内を高速で回転摺動すると、潤滑油が存在していたとしても次第に摩擦熱で高温になる。
【００４７】
軸受部１２ｄは第１又は３の多機能ハイブリッド材料が使用されているので、前述のように１５０℃近辺までは熱膨張はほぼ０であり、これを超えると逆にわずか収縮する。
スリーブ１３は、第２又は４の多機能ハイブリッド材料が使用されているので、９０℃近辺までは熱膨張はほぼ０であり、これを超えると大きく収縮し、その後、収縮率が減少するが熱膨張までは生じない。
これにより摩擦によってスリーブ１３と軸受部１２ｄとが昇温したとしても両者の隙間は拡大することになり、従来例ような焼き付きを生ずることがない。
そして、スリーブ１３も軸受部１２ｄもともに高い硬度を有する石英を主成分とする骨材粉末を含有すること、骨材粉末がポーラスで潤滑油が含浸しており、常時、接触面が微細孔から染み出した潤滑油に覆われて接触面同士の直接的な接触が抑制されるので、ドライ運転がなされたとしてもその摩耗量は大幅に抑制される。
【００４８】
なお、この間、接触面で摩耗が生じたとしても、スリーブ１３側は硬くて粗い骨材粉末が軸受部１２ｄに比べて少ないことから、キー固定されたスリーブ側が優先的に摩耗されることになり、軸受部１２ｄが保護されることになる。摩耗したスリーブは必要に応じて交換されることになる。これにより、従来例で述べたような巨大な排水ポンプや船舶の滑り軸受の摩耗は抑制される。
【００４９】
また、上記のように酸化チタンナノチューブ添加材は、酸化チタンナノチューブの高耐破壊強度および高耐摩耗性により、複合滑り軸受２０の寿命を大幅に伸ばすことができる。
なお、複合滑り軸受２０は上記のようなスリーブ１３と軸受部材１２ｄとの組み合わせによるものに限られるものでなく、従来のような単なる筒状の滑り軸受として使用することも可能であるし、回転軸１１を摩耗から保護するために回転軸１１を挿入して使用する単体のスリーブとしても使用することができる。
【００５０】
次に、第１〜４の多機能ハイブリッド材料を締結部材に用いる場合を説明する。締結部材の代表例としては、ネジやボルト３１、或いはナット、ワッシャなどがあげられる。ネジやボルト３１或いはナットの場合は、切削代を設けた金型に第１〜４の多機能ハイブリッド材料の混合粉末を充填し、既述のように加圧加熱成形により熱圧成形体を形成する。この成形体をダイヤモンド工具で機械切削加工を施し、求める形状にする。これらの締結部材は多機能ハイブリッド材料の有する特性を具備しているので、従来、使用が困難であった高温抗酸化性環境での使用が可能となる。
【００５１】
次に、耐酸煉瓦４０であるが、原則として機械加工が不要なので、必要形状の金型に第１〜４の多機能ハイブリッド材料の混合粉末を充填し、既述のように加圧加熱成形により成形体を形成する。出来た耐酸煉瓦は高強度である。この耐酸煉瓦４０を用いる場合、従来通りの煉積みとなる。
【符号の説明】
【００５２】
１０：滑り軸受、１１：回転軸、１２：軸受部材、１２ａ：軸受ケース、１２ｂ：ゴムリング、１２ｃ：バックアップリング、１２ｄ：軸受部、１３：スリーブ、２０：複合滑り軸受。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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