- ▸グラファイトブッシュは破壊靭性がわずか1.0～1.5 MPa·m^(1/2)の脆い材料であり、組み立て時の割れを防ぐために干渉嵌合は0.02～0.05 mmの範囲内で厳密に管理する必要があります。
- ▸ボア基準のH8/f7クリアランス嵌合が推奨され、最小クリアランスは0.020 mm、最大クリアランスは0.075 mm（Φ50 mmブッシュの場合）で、運転時の柔軟性と同心度の要求をバランスさせます。
- ▸200℃以上の高温条件では熱膨張差の補償が必要です。鋼軸の熱膨張係数は11.5×10⁻⁶/℃、グラファイトは4.5×10⁻⁶/℃であり、100 mmの嵌合長さあたり100℃の温度上昇ごとに0.07 mmの補償が必要です。
- ▸アンチモン含浸グラファイトブッシュは表面粗さRa 0.8～1.6 μm、軸の粗さRa 0.4～0.8 μmを推奨します。粗さが過度に低いと、グラファイトの自己潤滑性転写膜の形成が妨げられます。
滑り軸受の重要部品として、グラファイトブッシュはギアポンプ、遠心ポンプ、コンプレッサー、真空ポンプなどで広く使用されています。金属製ブッシュとは異なり、グラファイトブッシュは一般に脆い材料であり、嵌合公差に非常に敏感です。霍邱县华豪密封件有限公司（Huahao Sealing）での多年にわたるグラファイトブッシュ製造経験の中で、不適切な嵌合公差設計による早期故障事例を多数経験しました。本記事では、グラファイトブッシュの嵌合公差設計原則と計算方法を体系的に紹介します。
1. グラファイトブッシュの材料特性
1.1 脆性特性
グラファイト材料の破壊靭性はわずか1.0～1.5 MPa·m^(1/2)であり、金属材料の約1/50に相当します。これは、グラファイトが局所的な応力集中に極めて敏感であり、過度な組み立て干渉や熱応力が軸方向の割れや剥離を引き起こす可能性があることを意味します。したがって、グラファイトブッシュの嵌合設計は「クリアランス優先」の原則に従う必要があります。
1.2 弾性係数
一般的なグラファイトの弾性係数は10～15 GPaであり、アンチモン含浸グラファイトは15～20 GPaに達します。鋼材（210 GPa）と比較すると、グラファイトの弾性係数は鋼の約1/15に過ぎません。これは、グラファイトブッシュが組み立て応力下でほとんど変形せず、加工誤差を弾性変形で吸収できないため、より高い加工精度が要求されることを示しています。
1.3 熱膨張係数
グラファイトの熱膨張係数は4.0～5.0×10⁻⁶/℃であり、鋼（11.5×10⁻⁶/℃）、銅（17×10⁻⁶/℃）、アルミニウム（23×10⁻⁶/℃）よりはるかに低いです。高温環境下では、金属部品の膨張がグラファイト部品より大きくなり、嵌合クリアランスが温度上昇とともに減少するため、設計時に熱膨張補償を考慮する必要があります。
2. 適合公差の選定
2.1 ブッシュ内径と軸の適合
カーボングラファイトブッシュの内径と軸の適合は摺動対の要です。内径基準のH8/f7クリアランス適合を推奨します。Φ50 mmブッシュの場合：
- ブッシュ内径：Φ50 H8（+0.000/+0.039 mm）
- 軸径：Φ50 f7（-0.025/-0.050 mm）
- 最小クリアランス：0.025 mm
- 最大クリアランス：0.089 mm
低速・重荷重条件では、同心度向上のためにH7/f7適合（クリアランス0.025-0.075 mm）を使用できます。高速・軽荷重条件では、潤滑膜厚を増すためにH8/e7適合（クリアランス0.050-0.114 mm）を使用できます。
2.2 ブッシュ外径とハウジング内径の適合
カーボングラファイトブッシュ外径とハウジング内径の適合は組立応力を考慮する必要があります。H7/d8クリアランス適合を推奨し、干渉量は0.02-0.05 mmとし、接着またはスナップリングやピンなどの機械的固定で軸方向位置決めを行います。直接の干渉圧入は厳禁であり、カーボングラファイトブッシュの放射状割れを引き起こします。
2.3 長さ公差
カーボングラファイトブッシュの長さはh11公差を推奨します（Φ50 mmで-0.000/-0.160 mm）、ハウジング内径深さはH12公差とし、熱膨張による底付き防止のため0.5-1.0 mmの軸方向遊びを確保します。
3. 熱膨張補償計算
3.1 計算式
熱膨張補償 ΔL = L × (α_metal - α_graphite) × ΔT
ここで：
- L：適合長さ（mm）
- α_metal：金属部の熱膨張係数（1/℃）
- α_graphite：カーボングラファイト部の熱膨張係数（4.5×10⁻⁶/℃）
- ΔT：温度差（℃）
3.2 計算例
Φ50 mmの鋼軸にカーボングラファイトブッシュを組み合わせ、作動温度が20℃から220℃に上昇する場合（ΔT=200℃）：
ΔL = 50 × (11.5×10⁻⁶ - 4.5×10⁻⁶) × 200 = 50 × 7.0×10⁻⁶ × 200 = 0.07 mm
つまり、20℃で組み立てる際、220℃で焼き付き防止のためクリアランスは0.07 mm以上必要です。
3.3 多層スリーブによる補償
高温条件（300℃以上）では、カーボングラファイトブッシュ＋金属スリーブ＋カーボングラファイトブッシュの多層構造を用い、金属スリーブの弾性変形で熱膨張差を吸収させることが可能です。
4. 表面粗さと組立工程
4.1 表面粗さ
カーボングラファイトブッシュ内径はRa 0.8-1.6 μm、外径はRa 1.6-3.2 μmを推奨します。軸の摺動面粗さはRa 0.4-0.8 μmが適切です。過度に低い粗さ（Ra < 0.2 μm）はカーボングラファイトの自己潤滑性転写膜の形成を妨げ、乾式摩擦と摩耗を悪化させます。
4.2 組立工程
1.洗浄：組立前に無水エタノールで適合面を洗浄し、バリや異物を除去します。
2.潤滑：組立時にモリブデン二硫化物またはPTFEドライフィルム潤滑剤を適合面に塗布します。
3.圧入：均等に力点を分散した専用治具を使用し、圧入速度は5 mm/s以下に制御します。
4.検査：組立後にシックネスゲージでクリアランスを測定し、ダイヤルゲージで同心度（≤0.02 mm）を確認します。
結論
カーボングラファイトブッシュの適合公差設計は信頼性の高い摺動軸受の基盤です。Huahao Sealing Co., Ltd.は内径公差IT6（Φ50 mmで公差0.016 mm）に管理された高精度カーボングラファイトブッシュを提供し、カスタム公差設計ソリューションもご用意しております。ご使用条件に基づく最適な適合公差のご提案は、ぜひ当社技術チームまでお問い合わせください。