JP2004225765A - Disc rotor for disc brake for vehicle - Google Patents

Disc rotor for disc brake for vehicle Download PDF

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JP2004225765A JP2003012413A JP2003012413A JP2004225765A JP 2004225765 A JP2004225765 A JP 2004225765A JP 2003012413 A JP2003012413 A JP 2003012413A JP 2003012413 A JP2003012413 A JP 2003012413A JP 2004225765 A JP2004225765 A JP 2004225765A
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Shigeru Fukazawa
Shoji Kaiume
Hirofumi Kobayashi
Toru Noguchi
Shuichi Shimizu
弘文 小林
茂 深澤
修一 清水
正二 貝梅
徹 野口
Original Assignee
Nissin Kogyo Co Ltd
日信工業株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a disc rotor for a disc brake for a vehicle with improved rigidity, heat resistance, heat radiation performance, and abrasion resistance.
SOLUTION: This disc rotor 1 for a disc brake 10 for a vehicle is composed of metal containing at least either carbon nano-fibers of average diameter of 0.7-500 nm and average length of 0.01-100 μm or fullerene as spherical shells of carbon.
COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、自動車等に用いられる車両用ディスクブレーキのディスクロータに関するものである。 The present invention relates to a disk rotor for a vehicle disc brake used in an automobile or the like.
【0002】 [0002]
【背景技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
自動車等に用いられる車両用ディスクブレーキは、キャリパボディに取り付けられたブレーキパッドをディスクロータに対して両側から押しつけることで摩擦力を得て、車両を制動させるものである。 Vehicle disc brake used in an automobile, the brake pad attached to the caliper body to obtain a frictional force by pressing from both sides of the disc rotor, is intended to brake the vehicle. 従来、車両用ディスクブレーキのディスクロータとしては、一般に鋳鉄やクロム系ステンレスが用いられている。 Conventionally, as a disc rotor for a vehicle disc brake, generally cast iron or chromium-based stainless steel is used. しかしながら、ブレーキ特性例えば耐熱性、放熱性、耐摩耗性の向上及び軽量化が求められている。 However, the brake characteristics eg heat resistance, heat dissipation, wear resistance improvement and weight reduction of is required.
【0003】 [0003]
そこで、ディスクロータとブレーキパッドの間の摺動面に酸化物セラミックス材を溶射させ、耐摩耗性を向上させた車両用ディスクブレーキのディスクロータが提案されている。 Therefore, by spraying an oxide ceramic material on the sliding surface between the disc rotor and the brake pad, disk rotor for a vehicle disc brake with improved wear resistance it has been proposed. また、この車両用ディスクブレーキのディスクロータは、母材をアルミニウムで形成し、軽量化している(特許文献1参照)。 The disk rotor of the vehicle disc brake, a base material formed of aluminum, (see Patent Document 1) that is lighter.
【0004】 [0004]
【特許文献1】 [Patent Document 1]
特開2001−65612号公報(第1−5頁、図1−3) JP 2001-65612 JP (No. 1-5, pp. 1-3)
【0005】 [0005]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかしながら、従来の軽量化したディスクロータにおいては、ディスクロータ本体を製造する工程とディスクロータに溶射する工程の2工程が必要になっていた。 However, in the conventional lighter disk rotors, two steps of a step of spraying process and disc rotor to produce a disc rotor body had become necessary. また、軽量化したディスクロータの剛性、耐熱性、放熱性及び耐摩耗性のさらなる向上が望まれている。 Further, the rigidity of the lighter disk rotors, heat resistance, further improvement of the heat radiation and abrasion resistance is desired.
【0006】 [0006]
本発明は、剛性、耐熱性、放熱性及び耐摩耗性を向上させ、また剛性を維持しつつ軽量化が可能な車両用ディスクブレーキのディスクロータを提供することを目的とする。 The present invention, rigidity, heat resistance, to improve the heat radiation and abrasion resistance, also an object to provide a disk rotor of a vehicle disk brake capable lighter while maintaining the rigidity.
【0007】 [0007]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
上記課題を解決するため、本発明の第一の態様に係る車両用ディスクブレーキのディスクロータは、平均直径が0.7〜500nmであって平均長さが0.01〜1000μmであるカーボンナノファイバー及び球殻状炭素であるフラーレンの少なくとも一方を含有する金属によって形成される。 To solve the above problems, a disk rotor for a vehicle disc brake according to the first aspect of the present invention, the carbon nanofiber average length average diameter a 0.7~500nm is 0.01~1000μm and is formed by a metal containing at least one fullerene is a spherical shell-like carbon.
【0008】 [0008]
本発明の第一の態様によれば、カーボンナノファイバー及びフラーレンの少なくとも一方を含有する金属によって形成することで、剛性、特に破壊靭性を向上させることができ、また剛性を維持しつつディスクロータを軽量化することができる。 According to a first aspect of the present invention, by forming a metal containing at least one of carbon nano-fibers and fullerene, stiffness, particularly it is possible to improve the fracture toughness and the disc rotor while maintaining the rigidity it is possible to reduce the weight of. また、この態様によれば、耐熱性・放熱性や耐摩耗性を向上させることができる。 Further, according to this embodiment, it is possible to improve the heat resistance and heat dissipation and wear resistance. 特に、高温時で摩擦係数が低下しにくく(耐熱性)、摩耗量が少ない特性(耐摩耗性)があるので、高回転領域からの制動時や高負荷領域での制動効果が向上する。 In particular, the friction coefficient at high temperatures is likely to decrease (heat resistance), there is a wear amount is small characteristics (wear resistance) is improved braking effect on the braking or a high load region from the high rotation region.
【0009】 [0009]
ここで、本発明の第一の態様に係る車両用ディスクブレーキのディスクロータにおいては、 Here, in the disc rotor of a vehicle disc brake according to the first aspect of the present invention,
前記金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金とすることができる。 The metal may be aluminum or an aluminum alloy.
【0010】 [0010]
このような構成とすることで、剛性を維持したままディスクロータを軽量化することができる。 With such a configuration, it is possible to reduce the weight of the disk rotor while maintaining the rigidity. これによって、車両、特に競技用車両などの車体軽量化に貢献することができる。 Thus, the vehicle can particularly contribute to the body weight, such as racing vehicles. また、鋳鉄やステンレスなどに比べて摩耗しやすいアルミニウムまたはアルミニウム合金にカーボンナノファイバー及びフラーレンの少なくとも一方を含有することで、耐摩耗性を向上させることができる。 Further, by containing at least one of carbon nanofibers and fullerenes easily worn aluminum or aluminum alloy than are cast iron or stainless steel, it is possible to improve the wear resistance.
【0011】 [0011]
ここで、本発明の第一の態様に係る車両用ディスクブレーキのディスクロータにおいては、 Here, in the disc rotor of a vehicle disc brake according to the first aspect of the present invention,
前記金属は、マグネシウムまたはマグネシウム合金とすることができる。 The metal may be a magnesium or magnesium alloy.
【0012】 [0012]
このような構成とすることで、剛性を維持したままディスクロータを軽量化することができる。 With such a configuration, it is possible to reduce the weight of the disk rotor while maintaining the rigidity. これによって、車両、特に競技用車両などの車体軽量化に貢献することができる。 Thus, the vehicle can particularly contribute to the body weight, such as racing vehicles. また、鋳鉄やステンレスなどに比べて摩耗しやすいマグネシウムまたはマグネシウム合金にカーボンナノファイバー及びフラーレンの少なくとも一方を含有することで、耐摩耗性を向上させることができる。 Further, by containing at least one of carbon nanofibers and fullerenes easily worn magnesium or magnesium alloy than are cast iron or stainless steel, it is possible to improve the wear resistance.
【0013】 [0013]
ここで、本発明の第一の態様に係る車両用ディスクブレーキのディスクロータにおいては、 Here, in the disc rotor of a vehicle disc brake according to the first aspect of the present invention,
前記金属は、チタンまたはチタン合金とすることができる。 The metal may be titanium or a titanium alloy.
【0014】 [0014]
このような構成とすることで、剛性を維持したままディスクロータを軽量化することができる。 With such a configuration, it is possible to reduce the weight of the disk rotor while maintaining the rigidity. これによって、車両、特に競技用車両などの車体軽量化に貢献することができる。 Thus, the vehicle can particularly contribute to the body weight, such as racing vehicles.
【0015】 [0015]
ここで、本発明の第一の態様に係る車両用ディスクブレーキのディスクロータにおいては、 Here, in the disc rotor of a vehicle disc brake according to the first aspect of the present invention,
前記カーボンナノファイバーは、イオン注入処理されていることができる。 The carbon nanofibers may have been ion-implantation process.
【0016】 [0016]
このような構成とすることで、イオン注入されたカーボンナノファイバーは、少なくともその表面の化学的な組成が変ることで、ディスクロータを構成する金属(アルミニウム、マグネシウム、チタンなど)とカーボンナノファイバーの接着性やヌレ性が改善され、ディスクロータの機械的強度をさらに向上させることができるとともに、カーボンナノファイバーの金属中における分散性が向上することで、全体に均質な性能を有することができる。 With such a configuration, the carbon nanofibers ion implantation, by chemical composition of at least the surface is changed, the metal constituting the disc rotor (aluminum, magnesium, titanium) and carbon nanofibers adhesion and wettability is improved, it is possible to further improve the mechanical strength of the disk rotor, that improves the dispersibility in the metal in the carbon nanofibers may have a uniform performance throughout.
【0017】 [0017]
ここで、本発明の第一の態様に係る車両用ディスクブレーキのディスクロータにおいては、 Here, in the disc rotor of a vehicle disc brake according to the first aspect of the present invention,
前記カーボンナノファイバーは、スパッタエッチング処理されていることができる。 The carbon nanofibers may have been sputter etched.
【0018】 [0018]
このような構成とすることで、スパッタエッチング処理されたカーボンナノファイバーは、その表面に微細な凹凸を形成されるため、ディスクロータを構成する金属(アルミニウム、マグネシウム、チタンなど)とカーボンナノファイバーの接着性やヌレ性が改善され、ディスクロータの機械的強度をさらに向上させることができるとともに、カーボンナノファイバーの金属中における分散性が向上することで、全体に均質な性能を有することができる。 With such a configuration, the carbon nanofibers sputter etching treatment, since the formed fine irregularities on its surface, the metal constituting the disc rotor (aluminum, magnesium, titanium) and carbon nanofibers adhesion and wettability is improved, it is possible to further improve the mechanical strength of the disk rotor, that improves the dispersibility in the metal in the carbon nanofibers may have a uniform performance throughout.
【0019】 [0019]
ここで、本発明の第一の態様に係る車両用ディスクブレーキのディスクロータにおいては、 Here, in the disc rotor of a vehicle disc brake according to the first aspect of the present invention,
前記カーボンナノファイバーは、プラズマ処理されていることができる。 The carbon nanofibers may have been plasma treated.
【0020】 [0020]
このような構成とすることで、プラズマ処理されたカーボンナノファイバーは、その表面に微細な凹凸を形成する等の表面改質されるため、ディスクロータを構成する金属(アルミニウム、マグネシウム、チタンなど)とカーボンナノファイバーの接着性やヌレ性が改善され、ディスクロータの機械的強度をさらに向上させることができるとともに、カーボンナノファイバーの金属中における分散性が向上することで、全体に均質な性能を有することができる。 With such a configuration, the carbon nanofibers plasma treatment, because the surface-modified such as to form fine irregularities on its surface, the metal constituting the disc rotor (aluminum, magnesium, titanium, etc.) and improved adhesion and wettability of the carbon nanofibers, it is possible to further improve the mechanical strength of the disk rotor, that improves the dispersibility in the metal in the carbon nanofiber, a homogenous performance throughout it can have.
【0021】 [0021]
ここで、本発明の第一の態様に係る車両用ディスクブレーキのディスクロータにおいては、 Here, in the disc rotor of a vehicle disc brake according to the first aspect of the present invention,
前記フラーレンは、カーボン60とカーボン70とを含み、 The fullerene comprises a carbon 60 and carbon 70,
前記カーボン70より前記カーボン60が多く含有されていることができる。 Can be the carbon 60 is contained more than the carbon 70.
【0022】 [0022]
このような構成とすることで、フラーレンの合成過程において、カーボン70より多く合成されるカーボン60を有効に利用することができる。 With such a structure, doing, in the synthesis process of the fullerene, it is possible to effectively utilize the carbon 60 to be greater than the carbon 70 synthesis. フラーレンは、金属中における分散性が高いため、ディスクロータ全体で均質な特性を得ることができることができる。 Fullerene has a high dispersibility in metal, it can be able to obtain a homogeneous properties throughout the disk rotor.
【0023】 [0023]
ここで、本発明の第一の態様に係る車両用ディスクブレーキのディスクロータにおいては、 Here, in the disc rotor of a vehicle disc brake according to the first aspect of the present invention,
前記金属は、前記カーボンナノファイバー及び前記フラーレンの少なくとも一方の合成過程において得られる炭素及び炭素化合物を含有することができる。 The metal can contain the carbon nanofibers and the carbon and carbon compounds obtained in at least one of the synthetic process of the fullerene.
【0024】 [0024]
このような構成とすることで、カーボンナノファイバー及びもしくはフラーレンの合成過程において、合成される不純物である炭素及び炭素化合物を有効に利用することができる。 With such a configuration, in the synthesis process of the carbon nanofibers and or fullerenes, it is possible to effectively utilize the carbon and carbon compounds which are impurities to be synthesized.
【0025】 [0025]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0026】 [0026]
図1は、本発明の一実施の形態に係る車両用ディスクブレーキ10のディスクロータ1を説明する図である。 Figure 1 is a diagram for explaining a disk rotor 1 of the vehicular disk brake 10 according to an embodiment of the present invention. 図2は、ディスクブレーキ10の断面図である。 Figure 2 is a cross-sectional view of the disc brake 10. 図3は、全方位型イオン注入装置の概略構成図であり、図4は、その回転テーブルの他の実施態様を示す一部断面図である。 Figure 3 is a schematic diagram of the omnidirectional type ion implantation apparatus, FIG. 4 is a partial sectional view showing another embodiment of the rotary table.
【0027】 [0027]
自動車等の車両に用いられるディスクブレーキ10の構造は、図2に示すように、油圧装置による油圧によってキャリパボディ11の液圧室14に伝えられてピストン12を押圧し、その押圧する力によって、パッド20の摩擦材を円板状のディスクロータ1に押圧して、車の運動エネルギーをその摩擦作用によって熱エネルギーへと変えて制動するものである。 Structure of the disc brake 10 for use in a vehicle such as an automobile, as shown in FIG. 2, by the force of the piston 12 presses conveyed by the hydraulic by the hydraulic device in the hydraulic chamber 14 of the caliper body 11 and the pressing, to press the friction material of the pad 20 to the disc-shaped disc rotor 1, is intended to brake changed into heat energy by the friction action the vehicle kinetic energy.
【0028】 [0028]
図1に示すように、車両用ディスクブレーキ10のディスクロータ1は、パッド20が押し当てられる平滑な摺動面4が円板状の本体2の外周面の両面に形成されている。 As shown in FIG. 1, the disc rotor 1 of the vehicular disk brake 10, smooth sliding surface 4 against which the pad 20 is pressed is formed on both surfaces of the outer peripheral surface of a disk-shaped main body 2. 本実施の形態において、ディスクロータ1の本体2は、製造の容易さなどからアルミニウムを用いているが、金属製であれば鋳鉄やステンレス製であってもよく、特に軽量化の目的を達成するために、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金などのいわゆる軽金属の中から適宜選択することができる。 In this embodiment, the body 2 of the disc rotor 1 uses aluminum from easiness of manufacture, if metal may be made of cast iron or stainless steel, in particular achieve the purpose of weight reduction for, aluminum, aluminum alloys, magnesium, magnesium alloy, titanium, may be appropriately selected from among the so-called light metals such as titanium alloys.
【0029】 [0029]
本発明のディスクロータ1の成形方法としては、特に限定されないが、鍛造、鋳造、粉末冶金、メタルインジェクションモールディング(MIM)などで製造することができる。 As the molding method of the disk rotor 1 of the present invention is not particularly limited, forging, casting, powder metallurgy, it can be produced by such metal injection molding (MIM). 本実施の形態においては、金属溶湯(アルミニウム溶湯)にカーボンナノファイバー及びフラーレンの少なくとも一方を混入し、金型によって形成されたキャビティ内に金属溶湯(アルミニウム溶湯)を充填し、加圧する。 In the present embodiment, by mixing at least one of the carbon nanofibers and fullerenes molten metal (molten aluminum), in the cavity formed by the mold filled with molten metal (molten aluminum), pressurized. 溶湯が固化した後、ディスクロータ1の本体2をキャビティから取りだし、所望の切削加工を施して最終製品であるディスクロータ1を得る。 After the molten metal has solidified, it removed a body 2 of the disc rotor 1 from the cavity, to obtain a disc rotor 1 as a final product is subjected to desired cutting. なお、この切削加工によって、ディスクロータ1の摺動面4にスリットや孔などを適宜加工してもよい。 Incidentally, this cutting, and the like slits or holes may be processed appropriately to the sliding surface 4 of the disc rotor 1.
【0030】 [0030]
ディスクロータ1おいて、炭素繊維およびフラーレンを合わせて0.01〜50重量%含むことが好ましい。 Disk rotor 1 Oite preferably contains 0.01 to 50 wt% combined carbon fibers and fullerene. 炭素繊維およびフラーレンの割合が50重量%を超えると成形性の点で好ましくなく、0.01重量%未満であると、機械的強度を十分向上することができない場合がある。 The proportion of carbon fibers and fullerene not preferable in terms of moldability and more than 50% by weight, is less than 0.01 wt%, it may be impossible to sufficiently improve the mechanical strength. なお、上記重量割合は、炭素繊維およびフラーレンをそれぞれ単独で含有する場合は、炭素繊維およびフラーレン単独の重量%である。 The weight ratio, when they contain solely each carbon fiber and the fullerene are weight percent carbon fibers and fullerene alone.
【0031】 [0031]
また、金属例えばアルミニウムに混入させるカーボンナノファイバーは、平均直径が0.7nm〜500nmであって、平均長さが0.01〜1000μmのカーボンナノファイバーを用いることが好ましい。 The carbon nanofibers mixed in the metal, such as aluminum, an average diameter of a 0.7Nm~500nm, average length it is preferable to use the carbon nanofibers in 0.01~1000Myuemu. また、カーボンナノファイバーの配合量は、成形時の流動性、得られるディスクロータの強度などの観点から、ディスクロータ1の本体2の金属例えばアルミニウム中に0.01〜50重量%の範囲で含まれていることが好ましい。 The amount of carbon nanofibers, fluidity during molding, in view of strength of the resulting disc rotor, at concentrations ranging from 0.01 to 50% by weight of metal, such as aluminum body 2 of the disc rotor 1 it is preferred that the. このようなカーボンナノファイバーは、炭素六角網面のグラフェンシートが円筒状に閉じた単層構造あるいはこれらの円筒構造が入れ子状に配置された多層構造をしたいわゆるカーボンナノチューブなどである。 Such carbon nanofiber is a carbon nanotube and the like in which the multi-layer structure in which a single-layer structure or in which the cylindrical structures in which a graphene sheet of a hexagonal carbon layer is closed in a cylindrical shape are nested. カーボンナノチューブは、単層構造のみから構成されていても多層構造のみから構成されていても良く、単層構造と多層構造が混在していてもかまわない。 Carbon nanotubes may be composed of only a single layer structure may be composed of only the multilayer structure, a single-layer structure and multilayer structure may be mixed. また、部分的にカーボンナノチューブの構造を有している炭素材料も使用することができる。 Further, the carbon material having a partial carbon nanotube structure may also be used. なお、カーボンナノチューブという名称の他にグラファイトフィブリルナノチューブといった名称で称されることもある。 Incidentally, sometimes the other named carbon nanotubes referred by the name graphite fibril nanotube.
【0032】 [0032]
単層カーボンナノチューブもしくは多層カーボンナノチューブは、アーク放電法、レーザーアブレーション法、気相成長法などによって望ましいサイズに製造される。 Single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes, an arc discharge method, laser ablation method, is produced to a desired size, such as by vapor deposition.
【0033】 [0033]
アーク放電法は、大気圧よりもやや低い圧力のアルゴンや水素雰囲気下で、炭素棒でできた電極材料の間にアーク放電を行うことで、陰極に堆積した多層カーボンナノチューブを得るものである。 Arc discharge method, under slightly lower pressure of argon or hydrogen atmosphere than the atmospheric pressure, by performing an arc discharge between the electrode materials made of carbon rods, thereby obtaining a multi-walled carbon nanotube deposited on the cathode. また、単層カーボンナノチューブは、前記炭素棒中にニッケル/コバルトなどの触媒を混ぜてアーク放電を行い、処理容器の内側面に付着するすすから得られる。 Further, the single-walled carbon nanotubes performs the arc discharge by mixing a catalyst such as nickel / cobalt into the carbon rod, obtained from soot adhering to the inner surface of the processing container.
【0034】 [0034]
レーザーアブレーション法は、希ガス(例えばアルゴン)中で、ターゲットであるニッケル/コバルトなどの触媒を混ぜた炭素表面にYAGレーザーの強いパルスレーザー光を照射することによって炭素表面が溶融・蒸発し、単層カーボンナノチューブを得るものである。 Laser ablation method, in a rare gas (e.g., argon), carbon surface melted and evaporated by irradiation of intense pulsed laser beam having a YAG laser in the catalyst was mixed with carbon surface such as nickel / cobalt is the target, the single it is intended to obtain a layer of carbon nanotubes.
【0035】 [0035]
気相成長法は、ベンゼンやトルエン等の炭化水素を気相で熱分解し、カーボンナノチューブを合成するもので、流動触媒法やゼオライト担持触媒法などがある。 The vapor-phase growth method, a hydrocarbon such as benzene or toluene and thermally decomposed in a gas phase, intended to synthesize carbon nanotubes, there is a floating catalyst method, a zeolite-supported catalyst method.
【0036】 [0036]
カーボンナノファイバーは、金属例えばアルミニウムに混入する前に、あらかじめ表面処理例えば、イオン注入処理、スパッタエッチング処理、プラズマ処理などを行うことによって、アルミニウムとの接着性やぬれ性を改善することができる。 Carbon nanofibers, before mixed into a metal such as aluminum, preliminarily surface treated for example, ion implantation, sputter etching treatment, by performing a plasma treatment, it is possible to improve the adhesiveness and wettability with aluminum.
【0037】 [0037]
(イオン注入処理) (Ion implantation process)
イオン注入処理(ion implantation)は、イオン源によってイオン化された元素例えば酸素などに加速器によって必要なエネルギーを与え、真空ポンプによって高真空状態に保たれた真空チャンバにあるカーボンナノファイバーの表面内にイオンを打ちこむものである。 Ion implantation (ion Implantation) gives the energy required by the accelerator and the like ionized elements such as oxygen by the ion source, ions in the surface of the carbon nanofibers in the vacuum chamber which is kept at a high vacuum state by the vacuum pump it is the devote ones.
【0038】 [0038]
本発明の一実施の形態のイオン注入処理について、図3に示す全方位型イオン注入装置の概略構成図を用いて説明する。 The ion implantation process of an embodiment of the present invention, will be described using the schematic diagram of the omnidirectional type ion implantation apparatus shown in FIG. 全方位型イオン注入装置50は、真空ポンプ57に接続された例えばステンレス製の真空チャンバー51内にイオン注入処理を施す試料(例えばカーボンナノファイバー52)を置く回転テーブル53が回転自在に配置されている。 Omnidirectional type ion implantation apparatus 50, rotary table 53 to place the sample (e.g. carbon nanofibers 52) subjected to ion implantation process in the connected, for example, stainless steel in the vacuum chamber 51 to a vacuum pump 57 is arranged rotatably there. 回転テーブル53は、パルスバイアス電源54に接続され、真空チャンバー51との間は絶縁体55によって絶縁されている。 Turntable 53 is connected to a pulse bias power source 54, between the vacuum chamber 51 are insulated by an insulator 55. 真空チャンバー51は、プロセスガス供給装置58と、高周波電源59に接続されたコイル60と、アーク式蒸発源61と、真空チャンバー51内温度を測定する赤外線放射温度計62と接続されている。 Vacuum chamber 51 includes a process gas supply unit 58, a coil 60 connected to a high-frequency power source 59, an arc evaporation source 61 is connected to the infrared radiation thermometer 62 for measuring the vacuum chamber 51 temperature.
【0039】 [0039]
イオン注入処理は、真空ポンプ57によって適当な真空状態とされた真空チャンバー51内に、プロセスガス供給装置58からガスが供給され、高周波電源59によってコイル60の周りにプラズマを発生させる。 Ion implantation process, into a vacuum chamber 51 which is an appropriate vacuum state by the vacuum pump 57, is supplied a gas from the process gas supply apparatus 58, a plasma is generated around the coil 60 by the high frequency power source 59. これによってイオン化されたガスが、パルスバイアス電源54の負極に接続されている試料例えばカーボンナノファイバー52に引き込まれ、注入される。 This ionized gas is drawn into the sample such as carbon nanofibers 52 are connected to the negative pole of the pulse bias source 54 is injected. また、真空チャンバー51に接続されたアーク式蒸発源61によって、金属イオンを試料例えばカーボンナノファイバー52に注入させることができる。 Further, the arc evaporation source 61 connected to the vacuum chamber 51, it is possible to inject the metal ions in the sample such as carbon nanofibers 52. この場合、アーク式蒸発源61内の金属蒸発源は、図示せぬ直流アーク電源に接続され、アーク放電によって蒸発させられる。 In this case, the metal evaporation source arc in the evaporation source 61 is connected to a DC arc power supply (not shown), it is evaporated by arc discharge. このとき、回転テーブル53及び試料例えばカーボンナノファイバー52は、スイッチ63によって切りかえられた負の直流バイアス電源56により印加されているので、金属イオンが試料例えばカーボンナノファイバー52に注入される。 At this time, the turntable 53 and the sample such as carbon nanofibers 52, since it is applied by a negative DC bias power source 56 which is switched by the switch 63, the metal ions are injected into the sample such as carbon nanofibers 52.
【0040】 [0040]
また、全方位型イオン注入装置50の回転テーブル53を図4に示すような攪拌羽53a及び容器53bを有する構造としてもよい。 It is also a rotary table 53 of the omnidirectional type ion implantation apparatus 50 as a structure having a stirring blade 53a and the container 53b, as shown in FIG. 容器53bは、広口の開口部を上方に有し、容器53b中には試料例えばカーボンナノファイバー52を配置できる。 Container 53b has a wide-mouth opening upwardly, the vessel 53b can be disposed a sample such as carbon nanofibers 52. イオン注入処理の間、カーボンナノファイバー52のような粉体の試料は、攪拌羽53aの回転によって攪拌されることで、全体にまんべんなくイオン注入処理を受けることができる。 During the ion implantation process, a powder sample, such as carbon nanofibers 52, it is agitated by the rotation of the stirring blade 53a, it is possible to receive a uniformly ion implantation process throughout. 攪拌翼53aの回転速度は、カーボンナノファイバー52の量や、イオン注入処理時間などによって適宜調整することができる。 Rotational speed of the stirring blade 53a is and the amount of carbon nanofibers 52 can be appropriately adjusted by ion implantation processing time.
【0041】 [0041]
イオン注入処理されたカーボンナノファイバーは、その表面が化学的に改質され、ディスクロータ1の本体2の金属例えばアルミニウムに対するぬれ性や接着性などが改善され、ディスクロータ1の破壊靭性や耐摩耗性の向上が得られる。 Carbon nanofibers ion implantation process, the surface of chemically modified, improved and wettability and adhesion to metals such as aluminum body 2 of the disc rotor 1, of the disc rotor 1 fracture toughness and wear sexual improvement is obtained.
【0042】 [0042]
イオン注入処理に用いられる元素は、例えば、酸素(O)、窒素(N)、塩素(Cl)、クロム(Cr)、炭素(C)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、リン(P)、アルミニウム(Al)等、ディスクロータ1の本体2の金属例えばアルミニウムとの相性によって適宜選択することができる。 Element used in the ion implantation process, for example oxygen (O), nitrogen (N), chlorine (Cl), chromium (Cr), carbon (C), boron (B), titanium (Ti), molybdenum (Mo) , can be appropriately selected depending on compatibility with phosphorus (P), aluminum (Al) or the like, a metal such as aluminum body 2 of the disc rotor 1.
【0043】 [0043]
(スパッタエッチング処理) (Sputter etching)
ドライエッチング方式のスパッタエッチング処理は、真空ポンプによって高真空状態に保たれた真空チャンバ内にエッチングガス、極低圧不活性ガス雰囲気例えばアルゴン(Ar)中で、交流を印加してグロー放電を行わせ、かつグロー放電によって生じたプラズマ中に露出される電極と接触したカーボンナノファイバーの表面にイオンを衝突させることで、エッチングするものである。 Sputter etching dry etching method, the etching gas into the vacuum chamber which is maintained at a high vacuum state by the vacuum pump, at a very in a low pressure inert gas atmosphere such as argon (Ar), to perform the glow discharge by applying an alternating and by impinging ions on the surface of the carbon nanofiber in contact with the electrode exposed in plasma generated by the glow discharge, it is to etch.
【0044】 [0044]
スパッタエッチング処理されたカーボンナノファイバーの表面は、物理的にエッチングされることで、微細(ナノサイズ)な凹凸が形成される。 Sputter etched surface of the carbon nanofibers, by being physically etched, fine (nanosized) unevenness is formed. このカーボンナノファイバーの表面の凹凸が、ディスクロータ1の本体2の金属例えばアルミニウムとの接触面積を増大させることとなり、アルミニウムとカーボンナノファイバーとの接着強度を向上させることができる。 Unevenness of the surface of the carbon nanofibers, will increase the contact area between the metal such as aluminum body 2 of the disc rotor 1, it is possible to improve the adhesion strength between the aluminum and the carbon nanofibers. アルミニウムにカーボンナノファイバーを混入させ製造したディスクロータ1における破壊靭性や耐摩耗性の向上が得られる。 Aluminum improving fracture toughness and wear resistance of the disk rotor 1 prepared by mixing the carbon nanofibers is obtained.
【0045】 [0045]
(プラズマ処理) (Plasma treatment)
プラズマ処理は、プラズマをカーボンナノファイバーに照射することによって表面を改質させるものである。 Plasma treatment are those which modify the surface by irradiating plasma to the carbon nanofibers. プラズマ処理は、一般的なグロー放電処理やコロナ放電処理などを採用することができる。 Plasma treatment, or the like can be employed general glow discharge treatment or corona discharge treatment.
【0046】 [0046]
例えばプラズマは、相対向する放電極と対向電極との間に、パルス生成回路によって生成された高電圧・高頻度のパルス電圧を印加し、両電極間にコロナ放電を惹起して空気中にプラズマを発生させるようにしている。 For example plasma between the opposing discharge electrode and the counter electrode, applying a pulse voltage of the high voltage and high frequency generated by the pulse generating circuit, a plasma to induce a corona discharge in the air between the electrodes and so as to generate. そして、被処理物は、両電極間に静止状態又は移動状態で配置され、その表面にプラズマ処理が施される。 The object to be treated is placed in a stationary state or moving state between the electrodes, a plasma process is performed on the surface thereof.
【0047】 [0047]
プラズマの作り方には、2枚の平行平板電極に数百から数千ボルトの電圧をかけて放電する二極放電タイプ、熱陰極から発した大量の電子が陽極に入るまでに気体分子と衝突しプラズマを作る熱電子放電タイプ、磁場を使って高真空で放電するマグネトロン放電タイプ、高周波電磁誘導によりプラズマを発生させる無電極放電タイプ、磁場のある共振室へマイクロ波を送りこみ電子を共振させるECR(Electron Cyclotron Resonance)放電タイプなどがあり、適宜選択することができる。 A plasma recipe is bipolar discharge type discharge by applying a voltage of several thousand volts from a few hundred to two parallel plate electrodes, a large amount of electrons emitted from the hot cathode collide with gas molecules to enter the anode thermionic discharge type making plasma, magnetron discharge type of discharge in a high vacuum using a magnetic field, an electrodeless discharge type for generating plasma by a high frequency electromagnetic induction, ECR for resonating electrons infeed microwaves to the resonant chamber with a magnetic field (Electron Cyclotron Resonance) include discharge type, can be appropriately selected.
【0048】 [0048]
このようにプラズマ処理されたカーボンナノファイバーの表面は、ディスクロータ1の本体2の金属例えばアルミニウムとの接着性やぬれ性が改善し、アルミニウムにカーボンナノファイバーを混入させて製造したディスクロータ1における破壊靭性や耐摩耗性の向上が得られる。 Thus plasma treated surface of the carbon nanofibers improves adhesion and wettability with metals such as aluminum body 2 of the disc rotor 1, the disc rotor 1 manufactured aluminum is mixed with carbon nanofibers improvement in fracture toughness and wear resistance.
【0049】 [0049]
本実施の形態に用いられるフラーレンは、球殻状炭素例えばカーボン60(以下C60とする)、C70、C74、C76、C78、C82、C84、C720、C860などのフラーレン類などが挙げられるが、C60を主成分とすることが好ましい。 Fullerene used in the present embodiment, (hereinafter referred to C60) spherical shell-like carbon such as carbon 60, C70, C74, C76, C78, ​​C82, C84, C720, C860 but like fullerenes, such as, C60 it is preferable that a main component. また、C60を主成分として、C70がC60よりも少量含まれるフラーレンを用いることが好ましい。 Further, as a main component C60, it is preferable to use a fullerene C70 is contained a small amount than C60. さらに、C60を主成分として、他のフラーレン類を含んでもよいし、フラーレン以外のフラーレン生成時に同時に生成された他の炭素及び炭素化合物を含んでもよい。 Furthermore, as a main component C60, it may include other fullerenes may include other carbon and carbon compound produced at the same time generate fullerene other than fullerene. フラーレン類の形態は、例えば、サッカーボール状、バッキーボール状などであってもよい。 Form of fullerenes, for example, a soccer ball-like, may be a buckyball shape.
【0050】 [0050]
また、フラーレン類は置換基の導入などにより修飾されていてもよい。 Further, fullerenes may be modified by the introduction of substituents. 修飾方法は、特に限定されず、例えば、フラーレン類の反応性に富む炭素5員環部を化学的に修飾できる。 Modification method is not particularly limited, for example, carbon 5-membered ring portion rich in reactivity of fullerenes can be chemically modified. 置換基の種類は、特に限定されず、例えば、アルキル基、アリール基、アラルキル基、ジオキソラン単位、ハロゲン又は酸素原子などが例示でき、液晶ポリマー、色素類、ポリエチレンオキシドなどの導入により修飾してもよい。 The kind of the substituent is not particularly limited, for example, an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, dioxolane unit, can like are exemplified halogen or oxygen atoms, liquid crystal polymers, dyes, be modified by the introduction of such polyethylene oxide good. フラーレン類の修飾により、選択された金属例えばアルミニウムとの親和性の改善、フラーレン類の分散を可能にする。 By modification of fullerenes, improved affinity with the selected metal such as aluminum, allowing the distribution of fullerenes.
【0051】 [0051]
C60フラーレンは、黒鉛電極を用い、ヘリウム雰囲気でアーク放電し、得られたススをベンゼンで抽出し、得られたC60混合物を、塩基性活性アルミナを担体とし、ヘキサンを展開溶媒として、カラム分離精製することにより調製した。 C60 fullerene, using graphite electrodes, arc discharge in a helium atmosphere, to extract the resulting soot with benzene, the C60 mixture obtained, a basic active alumina as a carrier, as a developing solvent of hexane, column separation and purification It was prepared by. フラーレンを得る方法は、このアーク放電法に限らず、他の手法でもよい。 How to obtain the fullerene is not limited to the arc discharge method, or in other manners.
【0052】 [0052]
このようにディスクロータ1の本体2の金属例えばアルミニウムにフラーレンを混入させて製造したディスクロータ1における耐熱性や耐摩耗性の向上が得られる。 Thus improvement in heat resistance and wear resistance of the disk rotor 1 manufactured by mixing fullerene metal such as aluminum body 2 of the disc rotor 1 are obtained.
【0053】 [0053]
なお、本発明は、本実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。 The present invention is not limited to the present embodiment, is deformable in various forms within the scope of the present invention.
【0054】 [0054]
例えば、ディスクロータ1の本体2を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金に、マグネシウムまたはマグネシウム合金を数パーセント混入させた複合材料とするなど、例えばアルミニウム、マグネシウム、チタンを主成分とする金属に、他の金属を混入させてもよい。 For example, the aluminum or aluminum alloy constituting the body 2 of the disc rotor 1, such as a composite material obtained by mixing several percent magnesium or magnesium alloy, such as aluminum, magnesium, a metal mainly composed of titanium, other metals it may be mixed.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の一実施の形態に係る車両用ディスクブレーキのディスクロータの正面図である。 1 is a front view of a disk rotor for a vehicular disk brake according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施の形態に係るディスクブレーキの断面図である。 2 is a cross-sectional view of a disc brake according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施の形態に用いられる全方位型イオン注入装置の概略説明図である。 3 is a schematic illustration of an omnidirectional type ion implantation apparatus used in an embodiment of the present invention.
【図4】全方位型イオン注入装置の回転テーブルの他の実施態様を示す一部断面図である。 4 is a partial cross-sectional view showing another embodiment of the rotary table of the omnidirectional type ion implantation apparatus.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1 ディスクロータ2 本体4 摺動面10 ディスクブレーキ11 キャリパボディ12 ピストン14 液圧室50 全方位型イオン注入装置53 回転テーブル53a 攪拌羽53b 容器 1 disk rotor 2 body 4 sliding surface 10 disc brake 11 caliper body 12 a piston 14 fluid pressure chamber 50 omnidirectional ion implantation apparatus 53 rotary table 53a stirring blade 53b container

Claims (9)

  1. 車両用ディスクブレーキのディスクロータにおいて、 In the disk rotor for a disc brake the vehicle,
    平均直径が0.7〜500nmであって平均長さが0.01〜1000μmであるカーボンナノファイバー及び球殻状炭素であるフラーレンの少なくとも一方を含有する金属によって形成される、車両用ディスクブレーキのディスクロータ。 The average diameter of average length a 0.7~500nm is formed by a metal containing at least one fullerene is a carbon nanofiber and spherical shell-like carbon is 0.01~1000Myuemu, the vehicle disc brake disk rotor.
  2. 請求項1記載の車両用ディスクブレーキのディスクロータにおいて、 The disk rotor of the vehicular disc brake according to claim 1,
    前記金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である、車両用ディスクブレーキのディスクロータ。 Wherein the metal is aluminum or an aluminum alloy, the disc rotor of a vehicle disc brake.
  3. 請求項1記載の車両用ディスクブレーキのディスクロータにおいて、 The disk rotor of the vehicular disc brake according to claim 1,
    前記金属は、マグネシウムまたはマグネシウム合金である、車両用ディスクブレーキのディスクロータ。 Wherein the metal is magnesium or a magnesium alloy, a disk rotor for a disc brake the vehicle.
  4. 請求項1記載の車両用ディスクブレーキのディスクロータにおいて、 The disk rotor of the vehicular disc brake according to claim 1,
    前記金属は、チタンまたはチタン合金である、車両用ディスクブレーキのディスクロータ。 Wherein the metal is titanium or a titanium alloy, a disk rotor for a disc brake the vehicle.
  5. 請求項1〜4記載の車両用ディスクブレーキのディスクロータのいずれかにおいて、 In any of the disk rotor of the vehicular disc brake of claims 1 to 4, wherein,
    前記カーボンナノファイバーは、イオン注入処理されている、車両用ディスクブレーキのディスクロータ。 The carbon nanofibers are ion-implantation process, a disk rotor for a vehicle disc brake.
  6. 請求項1〜4記載の車両用ディスクブレーキのディスクロータのいずれかにおいて、 In any of the disk rotor of the vehicular disc brake of claims 1 to 4, wherein,
    前記カーボンナノファイバーは、スパッタエッチング処理されている、車両用ディスクブレーキのディスクロータ。 The carbon nanofibers are sputter etched, a disk rotor for a disc brake the vehicle.
  7. 請求項1〜4記載の車両用ディスクブレーキのディスクロータのいずれかにおいて、 In any of the disk rotor of the vehicular disc brake of claims 1 to 4, wherein,
    前記カーボンナノファイバーは、プラズマ処理されている、車両用ディスクブレーキのディスクロータ。 The carbon nanofibers are plasma treatment, a disk rotor for a disc brake the vehicle.
  8. 請求項1〜7記載の車両用ディスクブレーキのディスクロータのいずれかにおいて、 In any of the disk rotor of the vehicular disc brake according to claim 7, wherein,
    前記フラーレンは、カーボン60とカーボン70とを含み、 The fullerene comprises a carbon 60 and carbon 70,
    前記カーボン70より前記カーボン60が多く含有されている、車両用ディスクブレーキのディスクロータ。 Wherein it is contained a lot of the carbon 60 from carbon 70, a disk rotor for a disc brake the vehicle.
  9. 請求項1〜8記載の車両用ディスクブレーキのディスクロータのいずれかにおいて、 In any of the disk rotor of the vehicular disc brake according to claim 8, wherein,
    前記金属は、前記カーボンナノファイバー及び前記フラーレンの少なくとも一方の合成過程において得られる炭素及び炭素化合物を含有する、車両用ディスクブレーキのディスクロータ。 The metal, the carbon nanofibers and containing carbon and carbon compounds obtained in at least one of the synthetic process of the fullerene, the disk rotor for a disc brake the vehicle.
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