(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
米ぬかから得られる脱脂ぬかと、熱硬化性樹脂を混合して混錬し、不活性ガス中７００℃〜１０００℃で一次焼成した後、１００メッシュ以下に粉砕して炭化粉末とし、当該炭化粉末と熱硬化性樹脂を混合して混錬し、圧力２０ＭPa〜３０ＭPaで加圧成形した後、成形体を不活性ガス雰囲気中で再び１００℃〜１１００℃で熱処理した多孔質ベアリング転動体用材料。
【請求項２】
熱硬化性樹脂が、フェノール系樹脂、ジアリールフタレート系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、トリアジン系樹脂から選ばれる1種又は２種以上である請求項１に記載された多孔質ベアリング転動体用材料。
【請求項３】
脱脂ぬかと熱硬化性樹脂の混合割合が、重量比で、５０〜９０：５０〜１０である請求項１又は請求項２に記載された多孔質ベアリング転動体用材料。
【請求項４】
炭化粉末と熱硬化性樹脂の混合割合が、重量比で、５０〜９０：５０〜１０である請求項１ないし請求項３のいずれかひとつに記載された多孔質ベアリング転動体用材料。
【請求項５】
炭化粉末の粒径が５０〜２５０μｍである請求項１ないし請求項４のいずれかひとつに記載された多孔質ベアリング転動体用材料。
【請求項６】
脱脂ぬかと混合する熱硬化性樹脂が液体状であり、炭化粉末と混合する熱硬化性樹脂が固体状である請求項１ないし請求項５のいずれかひとつに記載された多孔質ベアリング転動体用材料。
【請求項７】
炭化粉末の一部をSi3N4,ZrO2,Al2O3,SiC,BN,WC,TiC,サイアロンからなる群れより選ばれるセラミックス粉末の１種又は２種以上で置き換える 請求項１ないし請求項６のいずれかひとつに記載された多孔質ベアリング転動体用材料。
【請求項８】
炭化粉末とセラミックス粉末の比が、重量比５〜９５：９５〜５である請求項７記載の多孔質ベアリング転動体用材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ベアリング転動体に適した多孔質材料に関し、より詳しくは、米ぬかから得られる脱脂ぬかと、熱硬化性樹脂を混合して混錬し、不活性ガス中７００℃〜１０００℃で一次焼成した後、１００メッシュ以下に粉砕して炭化粉末とし、当該炭化粉末又は炭化粉末とセラミックス粉末と熱硬化性樹脂とを混合して混錬し、圧力２０ＭPa〜３０ＭPaで加圧成形した後、成形体を不活性ガス雰囲気中で再び１００℃〜１１００℃で熱処理したベアリング転動体に適した多孔質材料に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、ボールベアリング、ローラベアリングなどの軸受の転動体用材料には、合金やチッ化珪素などのセラミックスが広く使用きれている。これら軸受の転動体用材料には、機械的な強度のほか表面硬度や温度による寸法変化特性などが要求され、合金系の材料は必然的に密度が高くなり、その結果重さのゆえに加速時のベアリング特性が低下し、セラミックスは密度が低いが衝撃に弱いほか高価なばかりか、電気絶縁性であるため、静電気防止の工夫が要求される。
一方、日本において９０万トン／年、世界中で３３００万トン／年も排出されている米ぬかを利用して、多孔質炭素材料を得ようとすることは、本件の第一発明者である堀切川  一男の研究により知られている。（機能材料  １９９７年  ５月号  Ｖｏｌ．１７  Ｎｏ．５  ｐ２４〜２８参照）
ここには、米ぬかから得られる脱脂ぬかと、熱硬化性樹脂を混合して混錬し、加圧成形した成形体を乾燥させた後、乾燥成形体を不活性ガス雰囲気中で焼成した炭素材料及びその製造方法が示されている。
しかし、この方法によれば、加圧成形した成形体の寸法と、不活性ガス雰囲気中で焼成した出来あがりの成形体との寸法の収縮比率が２５％も違ってくるので実質上、精密な成形体を作成することが困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、成形時の寸法と仕上がり時の寸法収縮比率が小さく、かつ、電気伝導性が良く、温度による歪が小さく、損傷しにくい、軽量長寿命でしかも、オイルやグリースを長期間に亘って保持することができる多孔質ベアリング転動体用材料を提供し、同時に従来の工業材料とは異なるバイオマス系資源を用いたハイテクエコマテリアル（環境適合性に優れた先端技術材料）を提供することを目的としている。
【０００４】
本発明者は、ベアリング転動体用材料として優れた特性を持ち、かつ成形時の寸法と仕上がり時の寸法収縮比率が小さく精密なベアリング転動体を作成するのに適した多孔質ベアリング転動体用材料を開発した。
日本において９０万トン／年、世界中で３３００万トン／年も排出されている米ぬかから得られる脱脂ぬかを原料として有効利用し、成形時の寸法と仕上がり時の寸法収縮比率が小さく、耐ホットオイル性が良く、温度による寸法変化が小さく、損傷しにくい、軽量長寿命でしかも、オイルやグリースを長期間に亘って保持する多孔質ベアリング転動体用材料が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究した結果、米ぬかから得られる脱脂ぬかと、熱硬化性樹脂を混合して混錬し、不活性ガス中７００℃〜１０００℃で一次焼成した後、１００メッシュ以下に粉砕して炭化粉末とし、当該炭化粉末と熱硬化性樹脂を混合して混錬し、圧力２０〜３０ＭPaで加圧成形した後、成形体を不活性ガス雰囲気中で再び１００℃〜１１００℃で熱処理した焼成したところ多孔質材料が得られ、当該多孔質材料がベアリング転動体用材料として理想的な特性を有することを見出した。すなわち、上記の多孔質材料は、成形時寸法と仕上がり時の寸法収縮比率が３％以下と小さく、油保持が１３ｗｔ％、体積抵抗率４．８５×１０−３Ωcm、密度が１．１〜１．３ｇ／ｃｍ３であり、高温焼成すれば、ビッカース硬度も３００〜６００以上のものが得られ、しかも摩擦係数が約０．１５程度のものが得られた。
【０００６】
（本発明の実施の形態）
本発明において用いられる米ぬかから得られる脱脂ぬかは、米の種類に関係なく、国内産でも外国産でも良い。
また、熱硬化性樹脂は、熱硬化しさえすればどのようなものでも良く、代表的にはフェノール系樹脂、ジアリールフタレート系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、トリアジン系樹脂が挙げられる。とくにフェノール系樹脂が好適に用いられる。
また、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、ポリアミド等の熱可塑性樹脂を併用することも出来る。
本発明において炭化粉末の一部として置き換えることが出来るセラミックスとしては、Si3N4,ZrO2,Al2O3,SiC,BN,WC,TiC,サイアロン（Si-Al-O-N系化合物固溶体）等がある。本発明においては、このようなセラミックスの１種又は２種以上を用いることができる。セラミックスの粒径は、５０μｍ以下のものが望ましく、好ましくは２０μｍ以下のものが良く、より好ましくは０．３〜３μｍのものを用いる。
炭化粉末の一部を粒径５０μｍ以下のセラミックスで置き換えると、表面硬度が安定化する効果がある。炭素粉末とセラミックス粉末は良く混合することができ、その比は、重量比５〜９５：９５〜５とすることが可能である。
【０００７】
脱脂ぬかと熱硬化性樹脂の混合割合は、重量比で、５０〜９０：５０〜１０であるが、好適には７５：２５が用いられる。ここで用いられる熱硬化性樹脂は、比較的分子量が小さい液体状のものが望ましい。一次焼成温度は、７００℃〜１０００℃であり、通常はロータリーキルンが用いられ、焼成時間は約４０分から１２０分である。一次焼成した炭化粉末と熱硬化性樹脂の混合割合が、重量比で、５０〜９０：５０〜１０であが、好適には７５：２５が用いられる。一次焼成した炭化粉末と熱硬化性樹脂の混錬物は、加圧成形時の圧力は、２０〜３０ＭPaであり、好適には２２〜２５ＭPa が用いられる。金型の温度は約１５０℃が好ましい。熱処理温度は、１００℃〜１１００℃であり、通常は充分にコントロールされた電気炉で行う。焼成時間は約６０分から３６０分である。本発明の多孔質ベアリング転動体用材料は、高温度の熱処理をすると多孔質となるためにビッカース硬度は、非常にバラつくが、おおよその傾向として焼成温度と関連している。１００〜４００℃程度の温度で熱処理したものは、機械的な特性が良い。１１００℃以上でも、逆にビッカース硬度が小さいものが得られ、としてはベアリング転動体用材料適していない。焼成温度までの昇温速度は、５００℃までは比較的穏やかに上げることが要求される。具体的な数値で云うと、０．５〜２℃／分であり、好ましくは１℃／分である。また、焼き上げた後、温度を下げるのには、５００℃までは比較的穏やかに下げることが要求される。５００℃以下になると自然放冷する。具体的な数値で云うと、０．５〜４℃／分であり、好ましくは１℃〜２℃／分である。また、不活性ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、窒素ガスどれでも良いが、好適には窒素ガスが用いられる。
【０００８】
本発明の実施の形態をまとめると、以下のとおりである。
（１） 米ぬかから得られる脱脂ぬかと、熱硬化性樹脂を混合して混錬し、不活性ガス中７００℃〜１０００℃で一次焼成した後、１００メッシュ以下に粉砕して炭化粉末とし、当該炭化粉末と熱硬化性樹脂を混合して混錬し、圧力２０ＭPa〜３０ＭPaで加圧成形した後、成形体を不活性ガス雰囲気中で再び１００℃〜１１００℃で熱処理した多孔質ベアリング転動体用材料。
（２） 熱硬化性樹脂が、フェノール系樹脂、ジアリールフタレート系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、トリアジン系樹脂から選ばれる1種又は２種以上である上記（１）に記載された多孔質ベアリング転動体用材料。
（３） 脱脂ぬかと熱硬化性樹脂の混合割合が、重量比で、５０〜９０：５０〜１０である上記（１）又は上記（２）に記載された多孔質ベアリング転動体用材料。
（４） 炭化粉末と熱硬化性樹脂の混合割合が、重量比で、５０〜９０：５０〜１０である上記（１）ないし上記（３）のいずれかひとつに記載された多孔質ベアリング転動体用材料。
（５） 炭化粉末の粒径が５０〜２５０μmである上記（１）ないし上記（４）のいずれかひとつに記載された多孔質ベアリング転動体用材料。
（６）脱脂ぬかと混合する熱硬化性樹脂が液体状であり、炭化粉末と混合する熱硬化性樹脂が固体状である上記（１）ないし上記（５）のいずれかひとつに記載された多孔質ベアリング転動体用材料。
（７） 炭化粉末の一部を、Si3N4,ZrO2,Al2O3,SiC,BN,WC,TiC,サイアロンからなる群れより選ばれるセラミックス粉末の１種又は２種以上で置きかえる上記（１）ないし上記（６）のいずれかひとつに記載された多孔質ベアリング転動体用材料。
（８） 炭化粉末とセラミックス粉末の比が、重量比５〜９５：９５〜５である上記（７）記載の多孔質ベアリング転動体用材料。
（９） 米ぬかから得られる脱脂ぬかと、熱硬化性樹脂を混合して混錬し、不活性ガス中７００℃〜１０００℃で一次焼成した後、１００メッシュ以下に粉砕して炭化粉末とし、当該炭化粉末と熱硬化性樹脂を混合して混錬し、圧力２０ＭPa〜３０ＭPaで加圧成形した後、成形体を不活性ガス雰囲気中で再び１００℃〜１１００℃で熱処理した後、徐冷する多孔質ベアリング転動体用材料の製造方法。
（１０）徐冷速度が５００℃までは、１〜４℃／分である上記（９）に記載した多孔質ベアリング転動体用材料の製造方法。
（１１）一次焼成をロータリーキルンで行う上記（９）又は上記（１０）記載の多孔質ベアリング転動体用材料の製造方法。
（１２）不活性ガスが窒素ガスである上記（９）ないし上記（１１）のいずれかひとつに記載した多孔質ベアリング転動体用材料の製造方法。
【０００９】
（実施例）本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
多孔質ベアリング転動体用材料の製造方法の例１〜7米ぬかから得られる脱脂ぬか５５〜７５ｇと液体状のフェノール樹脂（レゾール）１５〜４０ｇを、５０℃〜６０℃に加熱しながら、混合して混錬した。可塑性を有する均質な混合物が得られた。混合物を、ロータリーキルンを使って窒素雰囲気中で、８００〜１０００℃で６０〜７０分焼き上げた。得られた炭化焼成物を、粉砕機を用いて粉砕し、ついで１００メッシュの篩にかけて、粒径が５０〜２５０μｍである炭化粉末を得た。得られた炭化粉末７５ｇ又は炭化粉末４５〜７０ｇとセラミックス粉末の１種又は２種１０〜４０ｇと固体状の熱硬化型フェノール樹脂（レゾール）１５〜２５ｇとを１００℃〜１５０℃に加熱しながら、混合して混錬した。可塑性を有する均質な混合物が得られた。製造方法の４は、炭化粉末４５ｇ、粒径が２〜３μｍの窒化ホウ素粉末３０ｇ及び熱硬化性樹脂（レゾール）を２５ｇ、製造方法５は、炭化粉末５５ｇ、粒径が２〜３μｍ炭化珪素粉末２０ｇ及び熱硬化性樹脂（レゾール）を２５ｇ、製造方法６は、炭化粉末７０ｇ、粒径が２〜３μｍ窒化ホウ素粉末１０ｇ及び熱硬化性樹脂（レゾール）を２０ｇ、製造方法７は、炭化粉末４５ｇ、粒径が２〜３μｍ窒化ホウ素粉末２０ｇ、同炭化珪素２０ｇ、熱硬化性樹脂（レゾール）１５ｇをそれぞれ用いた。次いで、可塑物を圧力２２ＭPa で転動体の形に加圧成形した。金型の温度は１５０℃であった。金型から成形体を取り出し、窒素雰囲気中で５００℃までは１℃／分の昇温速度で温度を上げ、５００℃で６０分間保持し、９００℃で約１２０分燒結した。次いで５００℃までは２〜３℃／分の冷却速度で、温度を下げ、５００℃以下になると自然放冷した。表１に多孔質ベアリング転動体用材料の製造方法の条件を示す。
【００１０】
【表１】
0004550994.tif 000002
製造例１〜7で得られた、多孔質ベアリング転動体用材料の特性を実施例として表２に示す。さらに、
【００１１】
【表２】
0004550994.tif 000003
圧縮強度は、直径５ｍｍ×高さ１２．５ｍｍの円柱状試験片で試験した。油保持性は、試料に潤滑油を脱気含浸後、１１５０ｒｐｍ，４５秒間遠心分離し、試料に対する分離された潤滑油の重量で示した。吸水率は、試料を１５０℃で６時間加熱し、真空デシケータで２０時間処理した後、常温の室内で７２時間放置して測定した。
【００１２】
【表３】
0004550994.tif 000004
実施例1の材料を用いて摩擦係数の試験を行った。
摩擦係数は、直径１０mmのスチールボールを用いて、荷重１０Ｎと５０Ｎを加えて、常温１mmストロークでＳＲＶ試験機により求めた。
【表４】
0004550994.tif 000005
実施例１の材料を用いてビッカース硬度の試験を行った。
ビッカース硬度は、ビッカース硬度計により測定した。
数値がバラついているのは、試料が多孔質であるためである。
（従来例）
米ぬかから得られる脱脂ぬか７．５ｋｇと、水０．５ｋｇと液状のフェノール樹脂（レゾール）２．５ｋｇを混合して混錬し、乾燥後、可塑物を圧力２１．５ＭＰａ で転動体の形に加圧成形した。金型の温度は１５０℃であった。
金型から成形体を取り出し、窒素雰囲気中で５００℃までは１℃／分の昇温速度で温度を上げ、９００℃で約１２０分燒結した。
次いで５００℃までは２〜３℃／分の冷却速度で、温度を下げ、５００℃以下になると自然放冷した。その特性を表２に示す。
【００１３】
【本発明の効果】
本発明の多孔質ベアリング転動体用材料は、成形時の寸法と仕上がり時の寸法収縮比率が小さく、電気導電性であり、温度による歪が小さく、損傷しにくい、軽量長寿命でしかも、オイルやグリースを長期間に亘って保持することができるという従来の材料には見られないベアリング転動体に適した特性があることを確認することができた。