(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中で直接水に触れる軸受を構成する材料に用いられ、平均径が、３００μｍ以下であるＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末を、ＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末：合成樹脂の質量比が、３０〜９０：７０〜１０で合成樹脂中に均一に分散した水中摺動用合成樹脂組成物。
【請求項２】
合成樹脂が、ナイロン６６、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイドから選ばれる樹脂の１種又は２種以上である請求項１に記載した水中摺動用合成樹脂組成物。
【請求項３】
熱硬化性樹脂の１種又は２種以上を併用する請求項１又は請求項２に記載した水中摺動用合成樹脂組成物。
【請求項４】
ＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末の平均径が、１０〜５０μｍである請求項１ないし請求項３のいずれかに記載した水中摺動用合成樹脂組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、水中での摩擦係数が小さい水中で用いる軸受の摺動材に適した水中摺動用合成樹脂組成物に関する。
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、加圧成型した成型体を乾燥させた後、乾燥成型体を不活性ガス雰囲気中で焼成した炭素材料であるＲＢセラミックス（以下ＲＢＣという）及びその製造方法が示されている。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。  脱脂ぬかと熱硬化性樹脂の混合割合は、質量比で、５０〜９０：５０〜１０であるが、好適には７５：２５  が用いられる。
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。
ＲＢセラミックスをさらに改良した炭素材料であるＣＲＢセラミックス（以下ＣＲＢＣという）は、米ぬかから得られる脱脂ぬかと、熱硬化性樹脂とから得られるＲＢセラミックスの改良材であって、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メッシュ程度以下に粉砕して炭化粉末とし、該炭化粉末と熱硬化性樹脂を混合して混錬し、圧力２０ＭＰａ〜３０ＭＰａで加圧成型した後、成型体を不活性ガス雰囲気中で再び５００℃〜１１００℃で熱処理して得られる黒色樹脂ないし多孔質セラミックスである。
【０００２】
ＲＢＣ及びＣＲＢＣは、次のような優れた特徴を持っている。
・硬度が高い。
・粒子にしても形状がいびつ。
・膨張係数が非常に小さい。
・組織構造がポーラスである。
・電気伝導性を有する。
・比重が小さく軽い。
・摩擦係数が非常に小さい。
・耐摩耗性に優れる。
・材料が米ぬかで地球環境への悪影響が少なく、省資源に繋がる。
本発明においては、ＲＢＣ及びＣＲＢＣを平均粒子径３００μｍ以下、好ましくは１０〜１００μｍとくに好ましくは、１０〜５０μｍに微粉末化して用い、合成樹脂と混合することにより得られる合成樹脂組成物を特殊な用途に利用する技術に関する。
【０００３】
【従来技術】
従来、ウオータポンプなど液体中で使われるポンプの軸受には、軸受に液体が浸入しないように、シールドが施されていた。また、液体中で使われるポンプの軸受として、シールドしないで液体中で用いるスリーブ軸受構造など直接液体に触れる軸受を構成する材料の摩擦特性は、液体中で好ましい特性を発揮するものは知られていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、シールドしないで液体中で用いるスリーブ軸受構造など直接液体に触れる軸受を構成する材料に適した摩擦特性を有する水中摺動用合成樹脂組成物を提供することを目的としている。さらに、本発明の別の目的は、ＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末を含む合成樹脂組成物は、グリースを用いない画期的なスリーブ軸受を製造するための軸受材料を開発することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ＲＢＣ（ＲＢセラミックス）又はＣＲＢＣ（ＣＲＢセラミックス）の特異性に着目し、鋭意研究した結果驚くべきことには、ＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末を均一に分散し、とくに、ＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末：合成樹脂の質量比が、３０〜９０：７０〜１０とした樹脂組成物が、水、アルコール、エチレングリコール及びこれらの混合物の液体中において、驚異的な摩擦特性を発揮することを見いだし、本発明を完成させるに至った。
本発明の水中摺動用合成樹脂組成物の典型的な製造方法は、ＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末を合成樹脂の融点付近の温度で混錬することにより、ＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末を均一に分散することにより簡単に得られる。
【０００６】
【本発明の実施の形態】
本発明において用いるＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末は、平均粒子径３００μｍ以下のものが用いられる。特に平均粒子径１０〜１００μｍより好ましくは１０〜５０μｍのものが、摩擦係数の良い表面状態を作り出し、水中摺動用合成樹脂組成物として適している。
【０００７】
本発明において用いることが出来る合成樹脂としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂が挙げられる。具体的には、ナイロン６６（ポリヘキサメチレンアジポアミド）、ナイロン６（ポリカプラミド）、ナイロン１１（ポリウンデカンアミド）、ナイロン１２、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂が挙げられる。とくに、ナイロン６６が好ましく用いられる。これら熱可塑性樹脂は、１種又は２種以上を混合して用いても良い。
【０００８】
さらに、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、熱硬化性樹脂を組成物全体の２０質量％程度まで併用することも出来る。このような熱硬化性樹脂としては、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、トリアジン系樹脂などが挙げられる。
本発明において、合成樹脂の添加割合は、ＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末：合成樹脂の質量比が、３０〜９０：７０〜１０であることが必要である。合成樹脂の添加割合が７０質量％を超えると、摩擦特性が悪くなり、１０質量％以下では、成型が難しくなる。
【０００９】
成型は、通常、押出成型または射出成型で行われる。
また、金型の温度をやや低めに設定すると良いことが解っている。基本的には合成樹脂のガラス転移点ないし融点の範囲の温度が良い。さらに、金型は、急冷するよりも徐冷する方が、良い摩擦特性の成型物が得られることがわかっている。
本発明の水中摺動用合成樹脂組成物は、水中ポンプを含む一般軸受材料としての用途に用いることが出きる。これらは低摩擦、低摩耗の特徴を生かしたものであるが、さらに、導電性の特性を生かせばキーキャップなどにも利用できるばかりか、分散特性がよいことから、各種のＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末を含む合成樹脂の成型品を作り出すことができる。
【００１０】
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）水中で直接水に触れる軸受を構成する材料に用いられ、平均径が、３００μｍ以下であるＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末を、ＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末：合成樹脂の質量比が、３０〜９０：７０〜１０で合成樹脂中に均一に分散した水中摺動用合成樹脂組成物。
（２）  合成樹脂が、ナイロン６６、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイドから選ばれる樹脂の１種又は２種以上である上記（１）に記載した水中摺動用合成樹脂組成物。
（３）  熱硬化性樹脂の１種又は２種以上を併用する上記（１）又は上記（２）に記載した水中摺動用合成樹脂組成物。
（４）ＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末の平均径が、１０〜５０μｍである上記（１）ないし上記（３）のいずれかに記載した水中摺動用合成樹脂組成物。
【００１１】
（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。
実施例１
（ＲＢＣ微粉末の製造）
米ぬかから得られる脱脂ぬか７５０ｇと液体状のフェノール樹脂（レゾール）２５０ｇ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９００℃で１００分焼き上げ、得られた炭化焼成物を、さらに粉砕機を用いて粉砕し、ついで１５０メッシュの篩にかけて、平均粒径が１４０〜１６０μｍであるＲＢＣ微粉末を得た。
（ＲＢＣ微粉末と合成樹脂混合物の作成）
得られたＲＢＣ微粉末５００ｇ、ナイロン６６粉末５００ｇを２４０℃〜２９０℃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。ＲＢＣ微粉末の含有量は５０質量％であった。
（試験片の作成）
ＲＢＣ微粉末とナイロン６６を溶融混合して得られた樹脂組成物を、射出成形して、試験片を作成した。
【００１２】
実施例２
実施例１と同じ方法を用いて、平均粒径が１４０〜１６０μｍであるＲＢＣ微粉末を得た。
（ＲＢＣ微粉末と合成樹脂混合物の作成）
得られたＲＢＣ微粉末７００ｇ、ナイロン６６粉末３００ｇを２４０℃〜２９０℃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。ＲＢＣ微粉末の含有量は７０質量％であった。
（試験片の作成）
ＲＢＣ微粉末とナイロン６６を溶融混合して得られた樹脂組成物を、射出成形して、試験片を作成した。
【００１３】
実施例３
（ＲＢＣ微粉末の製造）
米ぬかから得られる脱脂ぬか７５０ｇと液体状のフェノール樹脂（レゾール）２５０ｇ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１０００℃で１００分焼き上げ、得られた炭化焼成物を、さらに粉砕機を用いて粉砕し、ついで４００メッシュの篩にかけて、平均粒径が４０〜５０μｍであるＲＢＣ微粉末を得た。
（ＲＢＣ微粉末と合成樹脂混合物の作成）
得られたＲＢＣ微粉末７００ｇ、ナイロン６６粉末３００ｇを２４０℃〜２９０℃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。ＲＢＣ微粉末の含有量は７０質量％であった。
（試験片の作成）
ＲＢＣ微粉末とナイロン６６を溶融混合して得られた樹脂組成物を、射出成形して、試験片を作成した。
【００１４】
実施例４（ＣＲＢＣ微粉末の製造）
米ぬかから得られる脱脂ぬか７５０ｇと液体状のフェノール樹脂（レゾール）２５０ｇ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９００℃で６０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２００メッシュの篩にかけて、平均粒径が１００〜１２０μｍであるＲＢＣ微粉末を得た。
得られたＲＢＣ微粉末７５０ｇと固体状のフェノール樹脂（レゾール）５００ｇ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。
次いで、可塑物を圧力２２ＭＰａで直径約１ｃｍの球形に加圧成型した。金型の温度は１５０℃であった。
金型から成型体を取り出し、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分焼結した。
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。
得られたＣＲＢＣ成型物を、粉砕機を用いて粉砕し、ついで５００メッシュの篩にかけて、平均粒径が２０〜３０μｍであるＣＲＢＣ微粉末を得た。
（ＣＲＢＣ微粉末と合成樹脂混合物の作成）
得られたＣＲＢＣ微粉末５００ｇ、ナイロン６６粉末５００ｇを２４０℃〜２９０℃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。ＣＲＢＣ微粉末の含有量は５０質量％であった。
（試験片の作成）
ＣＲＢＣ微粉末とナイロン６６を溶融混合して得られた樹脂組成物を、射出成形して、試験片を作成した。
【００１５】
実施例５〜９及び比較例１
実施例１〜３と同じ、ＲＢＣまたはＣＲＢＣ微粉末を用いて同様にして、表１に示すような条件で試験片を作成した。
さらに、市販の水中ポンプ用ＰＰＳ樹脂（出光石油化学株式会社製）を用いて比較試験を行った。
【表１】
0004031266.tif 000002
【００１６】
実施例１〜９で得られた水中摺動用合成樹脂組成物の特性を表２にまとめる。
【表２】
0004031266.tif 000003
【００１７】
実施例１〜９で得られた水中摺動用合成樹脂組成物の水中での摩擦特性を表３にまとめる。
【表３】
0004031266.tif 000004
【００１８】
【本発明の効果】
表３の結果からも明らかなように、本発明のＲＢＣ又はＣＲＢＣの微粉末及び合成樹脂からなる水中摺動用合成樹脂組成物は、水中での摩擦特性が際立って優れており、液体中で使われるポンプの軸受として、シールドしないで液体中で用いるスリーブ軸受構造など直接液体に触れる軸受を構成する材料として有望である。