JP2002257168A - ブレーキ用パッドまたはディスク、およびブレーキ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｃ／Ｃコンポジットを母材として利用し、よ
り簡便な方法により製造可能であって、耐磨耗性に優れ
たブレーキ用パッドまたはディスク、および同パッドか
らなるブレーキの提供。 【解決手段】 複合炭素繊維であるＣ／Ｃコンポジット
または所望の形状にＣ／Ｃコンポジットを成形して製造
した成形体の表面に、耐磨耗性に優れた、少なくとも炭
化珪素と、所望により含有されていてもよい金属珪素と
からなる複合材部を所定の割合で配置させて形成するこ
とにより製造されるブレーキ用パッドまたはディスク、
および同パッドからなるブレーキにより達成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、軽量で、耐磨耗
性、耐酸化性等に優れた新規ブレーキ用パッドまたはデ
ィスクに関する。特に、大型自動車等や航空機などの大
型輸送機械の停止または速度制御の際に使用する速度制
御装置に連動して装着されているブレーキ用パッドまた
はディスク、および同ブレーキ用パッドまたはディスク
を使用して構成されるブレーキに関する。

【０００２】

【従来の技術】 軽量で、耐磨耗性等に優れ、大型自動
車等や航空機などの大型輸送機械において装着されてい
る制動装置で使用されるブレーキ用パッドまたはディス
クとしては、現在は高温下での摩擦係数が極めて高く、
軽量であり、熱変形を生じない材料であるカーボンファ
イバーインコンポジット（以下Ｃ／Ｃコンポジットと称
することもある）が広く使用されている。

【０００３】 このような大型輸送機械においては、緊
急停止のための過大荷重下でのブレーキ制動、長時間に
わたるブレーキ制動、高頻度でのブレーキ制動等を繰り
返す必要に迫られることがあり、Ｃ／Ｃコンポジットを
摩擦材として使用した制動装置の場合には、摩擦材が空
気中で高温下に長時間曝されることとなる。従って、摩
擦材は基本的には高温で燃焼しやすい炭素繊維をその主
成分とするものであるために、このような条件下では、
酸素と反応して、著しく磨耗するだけでなく、発煙して
大事故寸前に至るケースもあると報告されている。しか
しながら、高温下における摩擦力の高さ、ブレーキに装
着の際に要求される柔軟性などの性能の点から、それに
代わる原料を見い出せていないのが現状である。

【０００４】 そこで、本発明者らは、複合炭素繊維で
あるＣ／Ｃコンポジットが有する優れた耐衝撃性、軽量
等の優れた点を保持しながら、高温が発生することを余
儀なくされる大型輸送機械のブレーキ用摩擦材として使
用しても、酸素存在下でもその磨耗を著しく軽減でき、
結果として、頻繁に交換作業することを必要としないブ
レーキ用摩擦材として、少なくとも炭素繊維の束と炭素
繊維以外の炭素成分とを含有するヤーンが層方向に配向
しつつ三次元的に組み合わされ、互いに分離しないよう
に一体化されているヤーン集合体と、このヤーン集合体
中で隣り合う前記ヤーンの間に充填されている、Ｓｉ−
ＳｉＣ系材料からマトリックスとを備えている繊維複合
材料からなることを特徴とするブレーキ用部材を特開２
０００−８１０６２公報において提案している。

【０００５】 上記の公開公報に開示のブレーキ用摩擦
材は、Ｃ／Ｃコンポジットからなる母材にＳｉ−ＳｉＣ
材料からなる層を配したセラミックス・金属・炭素から
なる複合材料を用いて構成される。このＳｉ−ＳｉＣ材
料は、繊維複合材料のマトリックス層として形成されて
いるので、繊維の積層方向での強度が増し、剥離を防止
でき、ひいてはブレーキ用部材に耐久性を付与すること
ができる。しかし、このＳｉ−ＳｉＣ材料からなるマト
リックスを形成させるに際しては、金属珪素をＣ／Ｃコ
ンポジットである母材に含浸させ、次いで、所望の条件
下で含浸物を焼成することを要する。

【０００６】 上述のような構成からなる積層体である
Ｃ／Ｃコンポジットに金属珪素を含浸させるには、温度
・圧力・雰囲気を微妙に制御する特殊な設備や、かなり
の熟練と時間を要することから、さらに改良が望まれて
いる。また、母材そのものも、上述のような特別な構造
体であることから必ずしも、安価とはいえないことか
ら、より安価に入手可能な母材を利用し、用途、使用態
様等に応じてより広い製品群から所望とする性能を発揮
できる製品を選択できる様にするための品揃えのため
に、用途、使用態様等に応じた設計性能を有する複合材
料の出現が望まれているのが現状である。

【０００７】 一方、米国特許第５，５６０，４５５号
明細書においては、アルミナ製の繊維、窒化珪素製の繊
維、炭素繊維などを基材とし、これにポリマー由来のセ
ラミックを配してなるブレーキ用パッドまたはディス
ク、および同パッドを使用したブレーキが提案されてい
る。しかし、製造方法についての詳しい記載は同明細書
にはないので、正確な判断はできないが、必ずしも、容
易に製造できるかについては若干の不安があるだけでな
く、その性能評価に関するデータの記載もないことから
どの程度の性能を発揮できるかについての判断材料を欠
くので、その有用性を評価できない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】 本発明は、上記のよ
うな現状に鑑みてなされたもので、Ｃ／Ｃコンポジット
を母材として利用し、より簡便な方法により製造可能で
あって、耐磨耗性に優れたブレーキ用パッドまたはディ
スク、および同パッドからなるブレーキを提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 本発明者らは上記の目
的を達成するために種々検討した結果、複合炭素繊維で
あるＣ／Ｃコンポジットまたは所望の形状にＣ／Ｃコン
ポジットを成形して製造した成形体の表面に、耐磨耗性
に優れた、少なくとも炭化珪素と、所望により含有され
ていてもよい金属珪素とからなる複合材部を所定の割合
で配置させて形成することにより製造されるブレーキ用
パッドまたはディスク、および同パッドからなるブレー
キが、耐磨耗性に優れていることを見出して本発明を完
成させたものである。

【００１０】 なお、ここで成形体とは、成形後焼成し
たいわゆる焼結体をも含むものであることはいうまでも
ない。また、複合材部とは、少なくとも炭化珪素と、所
望により含有されていてもよい金属珪素とからなり、母
材であるＣ／Ｃコンポジットの表面と同一か、場合によ
っては、若干飛び出して形成されているものをいう。母
材表面に形成された形状は、摩擦力を発揮できればよ
く、特別に制限は無いが、通常は、円形、楕円形、多角
形、所謂星型などの何れでもよく、加工性などの点か
ら、円形が好ましい。複合材部が、母材表面から若干飛
び出して形成されている場合の、飛び出している部分の
高さは、通常は、０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度、好ま
しくは、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度である。また、各
複合材部の大きさは、円形の場合でその直径が０．５ｃ
ｍ〜２．５ｃｍ程度、好ましくは、０．７〜１．５ｃｍ
程度であればよい。

【００１１】 本発明のブレーキ用パッドまたはディス
クは、炭素繊維と炭素とから構成される母材と、少なく
とも炭化珪素と、所望により含有されていてもよい金属
珪素とからなる複合材料であって、少なくとも炭化珪素
と、所望により含有されていてもよい金属珪素とから構
成される複合材部が、パッドの両表面に所望の大きさで
点在して形成されており、該複合材部がパッドの表面積
の５％〜５０％を占める。５％未満では、充分なブレー
キ制動が発揮できず、また、５０％を超えて複合材部を
形成させても、金属珪素を大量に使用しなければならな
いことから、コスト高となるだけでなく、ブレーキ制動
の効果に積極的な貢献は認められにくい。

【００１２】 なお、該複合材部が中心部において密
で、外周部において疎となるように形成されており、パ
ッドの外周部からパッドの半径の２分の１の距離までの
表面における複合材部の占める面積が全複合材部の面積
の最大５０％、最小で１５％となるように構成させるこ
とが好ましい。なお、パッドの外周部からパッドの半径
の２分の１の距離までの表面における複合材部の占める
面積が全複合材部の面積の５０％を超すことは、必ずし
も、外周部の強度低下という問題が発生することがある
ので好ましくない。また、車輪または車軸との凸部と嵌
合することによりブレーキを制動させることとなるブレ
ーキ用パッドまたはディスクに設けられている切り欠き
部近傍には、他の部分と比較して、機械的強度が高いこ
とが要求されるので、さらにブレーキ用パッドまたはデ
ィスクの切り欠き部近傍には実質的に複合材部が形成さ
れていないことが好ましい。なお、切り欠き部近傍と
は、パッドの大きさや切り欠き部そのものの大きさによ
っても異なるが、切り欠き部のそれぞれの端部から少な
くとも５ｍｍ迄の距離をいう。

【００１３】 該複合材部は母材内部に延びて形成され
た脚部を有し、かつ、該脚部は少なくとも炭化珪素と所
望により含有されていてもよい金属珪素からなることを
が好ましい。さらに、該脚部は一部が中空である管状体
であり、ブレーキ用パッドまたはディスクの両表面から
それぞれ延びて形成されており、一方の表面から延びて
形成された管状体である脚部は、他の表面から延びて形
成されている管状体である脚部とは、相互に互い違いと
なるような位置に設けられており、かつ、その先端部
は、それぞれ、他端から延びて形成されている管状体の
脚部の先端部を超えて、ブレーキ用パッドまたはディス
クを構成する母材を貫通しない長さで反対側の表面に向
かって延びていることが好ましい。

【００１４】 本発明に係るブレーキ用パッドまたはデ
ィスクは、常温における動摩擦係数が０．０５〜０．６
であることが好ましく、さらに、比磨耗量が０．０〜
０．３ｍｍ³／（Ｎ・ｋｍ）であることが好ましい。さ
らにまた、大気中で１０℃／分の割合で昇温したときに
５％質量減少が生じる温度が６００℃以上であることが
好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】 本発明に係るブレーキ用パッド
またはディスクは、典型的には、図１（Ａ）および
（Ｂ）に模式的に示すように、Ｃ／Ｃコンポジットから
なる母材４と、該母材４上に所望とする割合において点
在する複合材部２と、母材内部に侵入して形成された脚
部３（図示せず）とからなる複合材料１である。そして
その脚部は、図２に示すように、その先端は少なくとも
母材内部にまで達している、少なくとも炭化珪素と、所
望により含有されていてもよい金属珪素から形成され
た、少なくとも一部が中空である管状体の脚部３を形成
していてもよい複合材料１である。

【００１６】 本発明に係るブレーキ用パッドまたはデ
ィスクは、本出願人による平成１２年１２月８日出願に
かかる特願２０００−３７４９７２記載の方法により製
造することができる。従って、同出願の内容をここに参
考までに引用することとする。なお、本発明に係るブレ
ーキ用パッドまたはディスクの製造においては、母材ま
たは同母材からの成形体に対して、焼成により所望の
量、即ち、該複合材部がパッドの表面積の５％〜５０％
を占めるような充分な密度で金属珪素を含浸させた後、
焼成し、このものを所望とする大きさ、形状に加工する
ことにより、製造される。さらに好ましくは、該複合材
部が中心部において密で、外周部において疎となるよう
に形成されており、パッドの外周部からパッドの半径の
２分の１の距離までの表面における複合材部の占める面
積が全複合材部の面積の最大５０％となるように金属珪
素を配置させることが好ましい。もちろん、切り欠き部
近傍には、実質的に複合材部を設けないようにする。即
ち、パッドの大きさや切り欠き部そのものの大きさによ
っても異なるが、切り欠き部のそれぞれの端部から少な
くとも５ｍｍ迄の距離の範囲内には、複合材部を設けな
いことが好ましい。

【００１７】 ペレット状の金属珪素を使用して複合材
部を形成させる場合には、ペレット状の金属珪素の配置
場所、配置量を調整することで、母材表面を複合材部が
所定の面積を占めるように形成させればよい。

【００１８】 あるいは、所望の大きさに調製したＣ／
ＣコンポジットまたはＣ／Ｃコンポジットから常法に従
い調製した成形体に、該複合材部がパッドの表面積の５
％〜５０％を占めるような充分な密度で金属珪素を含浸
させた所望の大きさと深さを有する微細な孔隙を形成
し、この微細な孔隙に金属珪素を含浸させ、次いで、焼
成して目的とするブレーキ用パッドまたはディスクを形
成させることにより製造してもよい。

【００１９】 微細な孔隙を形成する方法としては、通
常、直径０．２〜２．０ｍｍ、好ましくは０．３〜１．
０ｍｍの微細な孔隙を穿削できる方法であれば、どの様
な方法も使用可能である。即ち、通常、微細な孔隙の穿
削に採用される、ドリルによる穿削、レーザーによる穿
削、ドリルでの細孔加工などの方法が挙げられるが、作
業効率、得られた微細な孔隙の直線性等の点からドリル
による穿削が好ましい。なお、使用するドリルとして
は、穿削性能の点から、ダイヤモンドコーティングドリ
ルが好適に使用され、加工時の回転数は３６００ｒｐｍ
以上が好ましい。通常は、微細な孔隙の深さは、母材表
面から測定して、少なくとも１０ｍｍ、好ましくは１５
ｍｍ程度に達していればよい。場合によっては、貫通孔
を形成していてもよいことはいうまでもない。

【００２０】 また、形成する微細な孔隙は、上述のよ
うに、焼成により所望とする量で複合材部を両表面に形
成するに充分な密度であればよく、通常は、１００ｃｍ
²当たり５〜５０個、好ましくは、１６〜３６個程度
を、所望とする間隔、好ましくは各微細な孔隙相互間の
間隔が均等な位置となるように設けられる。もちろん、
所望の大きさに調製したＣ／ＣコンポジットまたはＣ／
Ｃコンポジットから常法に従い調製した成形体の表面
に、パッドの中心からパッドの外周部までのパッドの半
径の２分の１の距離までの表面における複合材部の占め
る面積が全複合材部の面積の最大５０％となるように金
属珪素を配置し、圧力、温度を制御して含浸させ得るよ
うに形成されていることが好ましい。

【００２１】 なお、複合材部の配置は、パッドの表面
積の５％〜５０％を占めるような充分な密度となるよう
に配置させることが必要であり、好ましくは、パッドの
外周部からパッドの半径の２分の１の距離までの表面に
おける複合材部の占める面積が全複合材部の面積の最大
５０％となるように形成する必要があるが、各表面から
穿削する微細な空隙の位置は、上記の条件を充足できる
限り、特に制限はないが、各表面から穿削する微細な空
隙の位置が千鳥掛けとなるように構成することが好まし
い。

【００２２】 いずれの形成方法を採用するにしても、
本発明に係るブレーキ用パッドまたはディスクの複合材
部においては、ほぼ純粋に珪素が残留している珪素相か
ら、ほぼ純粋な炭化珪素相に至るまで、いくつかの相異
なる相を含み得る。つまり、複合材部は、典型的には珪
素相と炭化珪素相とからなるが、珪素相と炭化珪素相と
の間に、珪素をベースとして炭素の含有量が傾斜的に変
化している珪素と炭化珪素の共存相、換言すれば、Ｓｉ
−ＳｉＣ相を含み得る。従って、複合材部とは、炭素の
濃度が０ｍｏｌ％から５０ｍｏｌ％まで変化している材
料から形成されたものをいうこととなる。

【００２３】 なお、摩擦力等の機械的作用に対して充
分な強度を有する脚部が形成された複合材部を形成する
には、ドリルなどにより所望とする大きさの微細な空隙
を所望とする位置に所望量形成し、この微細な空隙に金
属珪素を含浸させればよい。微細な孔隙内においても、
シリコンが同孔隙の周囲に存在する炭素繊維を構成する
炭素原子および／または微細な孔隙内で周囲に存在する
炭素繊維の表面に残存している遊離炭素原子と反応し、
炭化珪素が生成し、微細な孔隙には、母材内部深くまで
達した炭化珪素と所望により含有されていてもよい金属
珪素とから形成された少なくとも一部が中空の管状体で
ある脚部が形成されることとなる。炭化珪素と所望によ
り含有されていてもよい金属珪素とから形成された少な
くとも一部が中空の管状体の脚部は、いわゆるアンカー
効果を発揮する。即ち、少なくとも一部が中空の管状体
であるこの脚部は、複合材部がＣ／Ｃコンポジットまた
はその成形体の表面に突き出て形成されている場合で
も、この複合材部に予測を遙かに超えた機械的衝撃が加
えられても、母材から剥離することを防止できるという
効果を発揮するものである。

【００２４】 少なくとも一部が中空であるとは、シリ
コンが微細な孔隙の周囲に存在する炭素繊維を構成する
炭素原子および／または微細な孔隙内で周囲に存在する
炭素繊維の表面に残存している遊離炭素原子との反応に
より生成する炭化珪素と未反応の状態で残存することも
ある金属珪素が、微細な空隙を完全に塞ぐ量には達しな
いために、一部に中空部が残存することを意味するもの
である。なお、炭化珪素と所望により含有されていても
よい金属珪素とから形成された少なくとも一部が中空で
ある管状の脚部とは、主として炭化珪素から形成された
管状体で、一端は母材表面に露出して形成されている複
合材部に接合し、他端は少なくとも母材内部深くまで達
して形成されており、その管状体の平均直径は、微細な
孔隙の径によっても左右されるが、通常は、約０．３ｍ
ｍ〜約１．０ｍｍ程度で、その全長は、母材の厚さによ
り異なるが、通常は、少なくとも１０ｍｍ、好ましく
は、少なくとも１５ｍｍ程度である。もちろん、上述の
ように貫通孔を形成していてもよい。

【００２５】 なお、焼成条件については、以下の条件
によればよい。Ｃ／Ｃコンポジットまたは成形体と金属
珪素を、１１００〜１４００℃の温度、０．１〜１０ｈ
Ｐａの圧力に１時間以上保持し、かつその際、Ｃ／Ｃコ
ンポジットまたは成形体と金属珪素の合計質量１ｋｇ当
たり不活性ガスを０．１ＮＬ以上、好ましくは１ＮＬ以
上、さらに好ましくは１０ＮＬ以上流すように制御する
ことが望ましい。Ｃ／Ｃコンポジットまたは成形体へ金
属珪素を溶融、含浸する際には、雰囲気温度を１４５０
〜２５００℃、好ましくは１７００〜１８００℃に昇温
する。この場合、焼成炉内圧は０．１〜１０ｈＰａの範
囲が好ましい。

【００２６】 この様にして製造される本発明に係るブ
レーキ用パッドまたはディスクは、常温での動摩擦係数
が０．０５〜０．６と大きく、また、耐クリープ性、耐
スポーリング性を有する炭化珪素と所望により含有され
ていてもよい金属珪素とからなる複合材部がパッドの表
面に形成されているので、Ｃ／Ｃコンポジットの有する
低耐磨耗性を克服することができ、酸素存在下において
高温下に余儀なく曝される、例えば、ブレーキ用パッド
またはディスクとしても使用する場合には、その磨耗量
は、５００℃で１．０％／時間以下、より好ましくは
０．６％／時間以下である。また、優れた耐磨耗性をも
併せ持つ。

【００２７】 また、Ｃ／Ｃコンポジットを母材として
いることから、軽量であり、大型輸送機械に実装しても
燃料消費に実質的に影響せず、エネルギーの消費上問題
を生ずることがなく、省エネルギーの要請にもかなう材
料であるといえる。さらに、母材がＣ／Ｃコンポジット
であるため、靱性に富み、優れた耐衝撃性、高硬度性を
有する。従って、従来使用されているＣ／Ｃコンポジッ
トが有している特性を保持したまま、同Ｃ／Ｃコンポジ
ットが有する耐高温磨耗性が低いという欠点を克服する
ことができる。

【００２８】 炭化珪素と所望により含有されていても
よい金属珪素とからなる複合材部が母材表面に形成され
ているので、高温下で酸素に曝されても、表面に存在す
る金属珪素−炭化珪素材料が溶融してガラスとなり母材
それ自体を酸素から保護する速度の方が、酸素が母材で
あるＣ／Ｃコンポジットの内部に拡散する速度よりも大
きいため、母材を酸化から保護することができる。即
ち、本発明に係るブレーキ用パッドまたはディスクの場
合には、自己修復性を示し、より長期間にわたる使用が
可能となる。この効果は、金属珪素が窒化ホウ素、銅、
ビスマス等の物質または元素を含有しても影響は受けな
い。

【００２９】 さらに、ＳｉＣ材料は熱膨張係数がＣ／
Ｃコンポジットより大きいため、長期間のブレーキ制動
により発生する高温下で使用しても、ＳｉＣ材料からな
る層が剥離するおそれがあるのに対し、本発明に係るブ
レーキ用パッドまたはディスクの場合には、表面に形成
されている炭化珪素と所望により含有されていてもよい
金属珪素とからなる複合材部の熱膨張係数はＣ／Ｃコン
ポジットと同程度であるため、熱膨張係数の差に起因す
る剥離を防ぐことができ、ブレーキ用パッドまたはディ
スクとして優れた特質を有するものであるとすることが
できる。

【００３０】 このような本発明に係るブレーキ用パッ
ドまたはディスクは、Ｃ／Ｃコンポジットの耐衝撃性、
高硬度性および軽量性と、Ｓｉ−ＳｉＣ材料の、耐酸化
性、耐スポーリング性、自己潤滑性、耐磨耗性等を併せ
持ち、さらに、自己修復性をも有するため、高温酸化条
件下での使用に長期間耐えることができ、具体的には、
航空機を含む大型輸送機械の分野におけるブレーキ用パ
ッドまたはディスクとしても、好適に用いることができ
る。

【００３１】 なお、ブレーキを本発明に係るブレーキ
用パッドまたはディスクから構成するには、例えば、図
１（Ａ）に示した形状のブレーキ用パッドまたはディス
クと図１（Ｂ）に示した形状のブレーキ用パッドまたは
ディスクとを通常は交互に所望とする量を重ね合わせて
調製すればよい。すなわち、本発明によれば、さらに、
炭素繊維と炭素とから構成される母材と、少なくとも炭
化珪素と、所望により含有されていてもよい金属珪素と
からなる複合材料からなるブレーキ用パッドまたはディ
スクであって、少なくとも炭化珪素と、所望により含有
されていてもよい金属珪素とから構成される複合材部
が、パッドの両表面に所望の大きさで点在して形成され
ており、該複合材部がパッドの表面積の５％〜５０％を
占める複数のブレーキ用パッドまたはディスクからなる
ブレーキが提供されることとなる。

【００３２】 さらにまた、該複合材部が中心部におい
て密で、外周部において疎となるように形成されてお
り、パッドの外周部からパッドの半径の２分の１の距離
までの表面における複合材部の占める面積が全複合材部
の面積の最大５０％であるブレーキ用パッドまたはディ
スクからなるブレーキが提供されることとなる。

【００３３】

【実施例】 次に、本発明を実施例および比較例により
詳しく説明することとするが、本発明はこの実施例によ
り何ら限定されるものではない。なお、各例によって得
られた複合材料は、以下に示す方法よりその特性を評価
した。

【００３４】（動摩擦係数の評価方法）テストピースを
ジグにセットして１００ｒｐｍで１０分間回転させ、相
手材（ＳＵＪ１０ｍｍ球）を２ｋｇの荷重Ｆｐ（Ｎ）で
テストピースに押し付け、その際の摩擦力Ｆｓ（Ｎ）を
測定した。摩擦係数の値は下式により算出した。摩擦係
数μ＝Ｆｓ／Ｆｐ

【００３５】（比磨耗量の評価方法）テストピースをジ
グにセットして１００ｒｐｍで１０分間回転させ、相手
材（ＳＵＪ１０ｍｍ球）を２ｋｇの荷重Ｐでテストピー
スに押し付け、試験前の質量Ｗａ（ｍｇ）と試験後の質
量Ｗｂ（ｍｇ）を測定した。テストピースの密度ρ（ｇ
／ｃｍ³）より、磨耗量Ｖ（ｍｍ³）を下式により算出し
た。 Ｖ＝（Ｗａ−Ｗｂ）／ρ 比磨耗量Ｖｓ（ｍｍ³／（Ｎ・ｋｍ））は、磨耗量Ｖ
（ｍｍ³）、試験荷重Ｐ（Ｎ）および摺動距離Ｌ（ｋ
ｍ）より、下式にて算出した。 Ｖｓ＝Ｖ／（Ｐ・Ｌ）

【００３６】（圧縮強さの評価方法）テストピースに圧
縮荷重を加え、下記の式により算出した。 圧縮強さ＝Ｐ／Ａ （式中、Ｐは最大荷重時の荷重、Ａはテストピースの最
小断面積を表す。）

【００３７】（層間せん断強さの評価方法）テストピー
スの厚さｈの４倍の距離を支点間距離として３点曲げを
行い、下式により算出した。 層間せん断強さ＝３Ｐ／４ｂｈ （式中、Ｐは破壊時の最大曲げ荷重、ｂはテストピース
の幅を表す。）

【００３８】（曲げ弾性率の評価方法）テストピースの
厚さｈの４０倍の距離を支点間距離Ｌとして３点曲げを
行い、荷重−たわみ曲線の直線部の初期の勾配Ｐ／σを
用いて、下式により算出した。 曲げ弾性率＝１／４・Ｌ³／ｂｈ³・Ｐ／σ （式中、ｂはテストピースの幅を表す。）

【００３９】（自己修復性の評価方法）Ｍａｘ：２０Ｍ
Ｐａ〜Ｍｉｎ：５ＭＰａの繰り返し応力を１０万回印加
し、内部にマイクロクラックを発生させた後、９００℃
で２時間アルゴン雰囲気下でアニールし、圧縮強度の測
定を行った。

【００４０】（製造例）外径３００ｍｍ、内径１５０ｍ
ｍ、厚さ２０ｍｍの大きさを有する円盤様Ｃ／Ｃコンポ
ジット（嵩比重：１．６；アクロス社製）を母材として
使用して、以下の条件で本発明に係るブレーキ用ディス
クを製造した。すなわち、上記Ｃ／Ｃコンポジットに一
方の表面に、１００ｃｍ²当たり４５個、直径１０ｍ
ｍ、高さ２０ｍｍで、重さ３ｇの純度９９．５％の金属
珪素のペレットを、所定の間隔で設けられた直径０．５
ｍｍの孔の上に配置させた。この金属珪素を母材に含浸
させ、次いで、焼成して焼結体の表面に、母材の海に点
在する島状に形成された、炭化珪素と所望により含有さ
れていてもよい金属珪素からなる複数の複合材部を形成
させて目的とする、炭素繊維とから構成される母材と、
炭化珪素と、金属珪素とからなる複合材料であって、該
Ｃ／ＣコンポジットまたはＣ／Ｃコンポジットからなる
成形体の焼結体の表面に、点在して形成されて炭化珪素
と所望により含有されていてもよい金属珪素からなる複
合材部であって、その一部は母材内部に侵入して脚部を
形成している複合材料を得た。

【００４１】 この複合材料を平面研削盤により図１
（Ａ）に示した外周部に切り欠き部を形成させる態様に
ついては、外径２９０ｍｍ、内径１６０ｍｍ、厚さ１５
ｍｍの大きさ、図１（Ｂ）に示した外周部に切り欠き部
を形成させる態様については、外径２７０ｍｍ、内径１
３０ｍｍ、厚さ１５ｍｍに切断加工した後、更に、図１
（Ａ）に示した態様については、外周部に最大幅２８ｍ
ｍ、深さ２２ｍｍの切り欠き部と、図１（Ｂ）に示した
態様については、内周部に最大幅１８ｃｍ、深さ２０ｍ
ｍの切り欠き部をそれぞれ等間隔で設け、８００＃砥石
で平面研削仕上げし、ブレーキ用ディスクとした。得ら
れたブレーキ用ディスクは、その複合材部の合計面積の
表面を占める割合は１０．５％で、かつ、の外周部から
パッドの半径の２分の１の距離までの表面における複合
材部の占める面積が全複合材部の面積１５％を占めてお
り、その研削面における表面粗さはＲａ＝１μｍであ
り、平面度は真直度で２μｍであった。得られたブレー
キ用パッドまたはディスクについて、上記の測定方法に
より、摩擦係数、比磨耗量、層間せん断強さ、圧縮強
さ、曲げ弾性率等を測定し、その結果を表１に示す。

【００４２】（比較例）外径３００ｍｍ、内径１５０ｍ
ｍ、厚さ２０ｍｍの大きさを有する円盤様Ｃ／Ｃコンポ
ジット母材に、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料からなるマトリック
ス層を配した繊維複合材料を製造し、これを用いてブレ
ーキ用部材を製造した。Ｃ／Ｃコンポジットは、特開２
０００−８１０６２公報に記載の方法、即ち、以下のよ
うな方法により製造した。炭素繊維を一方向に引き揃え
たものにフェノール樹脂を含浸させたプリプレグシート
を炭素繊維が互いに直交するように積層し、ホットプレ
スで１８０℃、１０ｋｇ／ｃｍ²で樹脂を硬化させた。
次いで、窒素中で２０００℃で焼成し、密度１．０ｇ／
ｃｍ³、開気孔率５０％のＣ／Ｃコンポジットを得た。

【００４３】 次に、得られたＣ／Ｃコンポジットを、
純度９９．８％で平均粒径１ｍｍのＳｉ粉末で充填され
たカーボンるつぼ内に施設した。次いで、焼成炉内にカ
ーボンるつぼを移動した。焼成炉内の温度を１３００
℃、不活性ガスとしてアルゴンガス流量を２０ＮＬ／
分、焼成炉内圧を１ｈＰａとし、またその保持時間を４
時間として処理した後、焼成炉内の圧力をそのまま保持
しつつ、炉内温度を１６００℃に昇温することにより、
Ｃ／ＣコンポジットにＳｉを含浸させて複合材料を製造
した。

【００４４】 上記の複合材料を用い、平面研削盤によ
り実施例と同様に所定の大きさに切断加工した後、切り
欠き部を設け、次いで８００＃砥石で平面研削仕上げ
し、ブレーキ用部材とした。得られた摺動材の研削面に
おける表面粗さはＲａ＝１μｍであり、平面度は真直度
で２μｍであった。

【００４５】 得られたブレーキ用部材について、製造
例と同様の方法により測定し、その結果を表１に併せ示
す。

【００４６】

【表１】

【００４７】 表１より、本発明に係る複合材料は、本
発明者らが先に提案した特開２０００−８１０６２公報
に開示のブレーキ用部材に比較して、各測定項目におい
て遜色なく、極めて優れた複合材料であることがわか
る。即ち、本発明に係るブレーキ用パッドまたはディス
クの場合には、上記の公開公報に開示のブレーキ用部材
と同程度の摩擦係数と、酸素の存在下での高温条件での
耐磨耗性とを有していることがわかる。

【００４８】 比磨耗量についても、本発明に係るブレ
ーキ用ディスクは、比較例のブレーキ用部材と同等で、
また、圧縮強さおよび層間せん断強さにおいて優れた値
を示し、曲げ弾性率においてＣ／Ｃコンポジットと同程
度の値を示した。本発明に係るブレーキ用ディスクの場
合には、炭化珪素と所望により含有されていてもよい金
属珪素から形成された少なくとも一部が中空である管状
の脚部が母材内部深くまで達して形成されていることか
ら、比較例のブレーキ用部材に比べ、圧縮強さが大きく
なったものと考えられる。

【００４９】

【発明の効果】 本発明に係る複合材料は酸素の存在下
での高温条件での耐磨耗性においても優れ、また、耐酸
化性、耐クリープ性、耐スポーリング性を有するＳｉ−
ＳｉＣ層が所望とする割合で両表面に配されているの
で、Ｃ／Ｃコンポジットの有する低耐磨耗性を克服する
ことができ、高温でかつ酸素存在下においても、使用が
可能である。また、Ｃ／Ｃコンポジットを母材としてい
ることから、軽量であり、エネルギーの損失が少なく、
省エネルギーの要請にも沿う。さらに、母材がＣ／Ｃコ
ンポジットであるため、靱性に富み、優れた耐衝撃性、
高硬度性を有する。従って、本発明に係るブレーキ用パ
ッドまたはディスクは、航空機などの大型輸送機械の制
動装置におけるブレーキ用部材として極めて有望な素材
であることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るブレーキ用ディスクにおける複
合材部の形成状態の一態様を示す模式図、（Ａ）はブレ
ーキ制動時に車輪側に、（Ｂ）は車軸側にそれぞれ嵌合
して、停止制動するように取り付けられる。

【図２】 本発明に係るブレーキ用ディスクの一態様の
部分断面構造を模式的に示す拡大図である。

【符号の説明】

１…ブレーキ用ディスク、２…複合材部、３…少なくと
も一部が中空の管状体である脚部、４…母材、５…ブレ
ーキ用ディスクの穴。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素繊維と炭素とから構成される母材
   と、少なくとも炭化珪素と、所望により含有されていて
   もよい金属珪素とからなる複合材料からなるブレーキ用
   パッドまたはディスクであって、少なくとも炭化珪素
   と、所望により含有されていてもよい金属珪素とから構
   成される複合材部が、パッドの両表面に所望の大きさで
   点在して形成されており、該複合材部がパッドの表面積
   の５％〜５０％を占めることを特徴とするブレーキ用パ
   ッドまたはディスク。
2. 【請求項２】 該複合材部が中心部において密で、外周
   部において疎となるように形成されており、パッドまた
   はディスクの外周部からパッドまたはディスクの半径の
   ２分の１の距離までの表面における複合材部の占める面
   積が全複合材部の面積の最大５０％であることを特徴と
   する請求項１に記載のブレーキ用パッドまたはディス
   ク。
3. 【請求項３】 さらにブレーキ用パッドまたはディスク
   の切り欠き部近傍には実質的に複合材部が形成されてい
   ないことを特徴とする請求項１または２に記載のブレー
   キ用パッドまたはディスク。
4. 【請求項４】 該複合材部は母材内部に延びて形成され
   た脚部を有し、かつ、該脚部は少なくとも炭化珪素と所
   望により含有されていてもよい金属珪素からなることを
   特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブレー
   キ用パッドまたはディスク。
5. 【請求項５】 該脚部は一部が中空である管状体であ
   り、ブレーキ用パッドまたはディスクの両表面からそれ
   ぞれ延びて形成されており、一方の表面から延びて形成
   された管状体である脚部は、他の表面から延びて形成さ
   れている管状体である脚部とは、相互に互い違いとなる
   ような位置に設けられており、かつ、その先端部は、そ
   れぞれ、他端から延びて形成されている管状体の脚部の
   先端部を超えて、ブレーキ用パッドまたはディスクを構
   成する母材を貫通しない長さで反対側の表面に向かって
   延びていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
   項に記載のブレーキ用パッドまたはディスク。
6. 【請求項６】 常温における動摩擦係数が０．０５〜
   ０．６である請求項１〜５のいずれか１項に記載のブレ
   ーキ用パッドまたはディスク。
7. 【請求項７】 比磨耗量が０．０〜０．３ｍｍ³／（Ｎ
   ・ｋｍ）である請求項１〜６のいずれか１項に記載のブ
   レーキ用パッドまたはディスク。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項に記載のブ
   レーキ用パッドまたはディスクからなるブレーキ。