JP3987656B2 - 摺動集電用チタン銅炭素複合材料、及び摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法 - Google Patents
摺動集電用チタン銅炭素複合材料、及び摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3987656B2 JP3987656B2 JP08832999A JP8832999A JP3987656B2 JP 3987656 B2 JP3987656 B2 JP 3987656B2 JP 08832999 A JP08832999 A JP 08832999A JP 8832999 A JP8832999 A JP 8832999A JP 3987656 B2 JP3987656 B2 JP 3987656B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- group
- copper
- transition metal
- carbon
- metal element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
- B60L5/18—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles using bow-type collectors in contact with trolley wire
- B60L5/20—Details of contact bow
- B60L5/205—Details of contact bow with carbon contact members
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
- C04B41/5127—Cu, e.g. Cu-CuO eutectic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
- C04B41/88—Metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2200/00—Type of vehicles
- B60L2200/26—Rail vehicles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
- Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
- Y10T428/249967—Inorganic matrix in void-containing component
- Y10T428/24997—Of metal-containing material
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素からなる炭素基材中に銅とチタンを含ませた摺動集電用チタン銅炭素複合材料、及びこの摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電車や電気機関車などの電気鉄道車両は、架線（以下、「トロリー線」という。）からパンタグラフを介して集電を行っている。このパンタグラフは、電気鉄道車両の屋根上に取り付けられる装置であり、図３に示すような構成を有している。
【０００３】
図３に示すように、このパンタグラフ５００においては、電気鉄道車両の屋根の上に、電気絶縁用の碍子５０７に乗った台枠５０６が置かれ、台枠５０６の上に主軸５０８が軸受で支持され、この主軸５０８から下枠５０１が斜め上方に立設され、他の軸受を介して上枠５０２が下枠５０１とは逆の斜め方向に向うように支えられている。
【０００４】
上枠５０２の頂点付近には、略舟状の集電舟５０３が配設されている。また、この集電舟５０３上には、トロリー線（図示せず）の下面を摺動する摺板がネジ等によって取り付けられている。トロリー線から摺板５０４が離れる「離線現象」が生じないようにパンタグラフ５００をつねにトロリー線に追随させるため、主ばね５０５により主軸５０８が軸まわり回転方向に付勢され、下枠５０１，上枠５０２が集電舟５０３を上方へ押し上げるようになっている。
【０００５】
上記したパンタグラフ５００の構成要素のうち、摺板５０４は、硬質銅材からなるトロリー線の下面と接触しつつ互いに摺動しながら大電流を集電する。このため、摺板５０４は、
▲１▼ 導電性が良いこと
▲２▼ 摩擦抵抗が小さく、トロリー線表面上を滑りやすいこと
▲３▼ 摺板自身の摩耗が少なく、かつ相手のトロリー線も摩耗させにくいこと
▲４▼ 使用により厚みが薄くなっても破損等を生じないような強度を有すること▲５▼ アーク（火花）による損耗や溶損等が少ないこと
等の条件を満足するような材料（以下、「摺動集電用材料」という。）である必要がある。
【０００６】
上記のような条件から、近年、摺板５０４に適した材料として、炭素（Ｃ）からなる焼結体の中に銅（Ｃｕ）を含浸させた材料（以下、「銅含浸炭素焼結体」という。）が注目されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の銅含浸炭素焼結体の製造方法では、炭素焼結体中に銅を含浸させるため、大掛かりな加圧含浸炉が必要となる。また、炭素焼結体中への銅の含浸には非常に長い時間が必要であり、生産性が低く、製造コストが非常に高い、という欠点がある。
【０００８】
例えば、特開平７−１２６７１３号公報に記載された技術によれば、「圧力２ｔｏｒｒに減圧した含浸炉内において、１１５０°Ｃ以上の温度に加熱した無酸素銅の溶湯に炭素焼結体を浸漬し、１３０気圧の圧力を付加することにより、炭素焼結体中に銅を含浸させる。」としている。
【０００９】
さらに、従来の製造方法による銅含浸炭素焼結体では、炭素焼結体に対する無酸素銅の「ぬれ性」が非常に悪いため、炭素焼結体中への銅の含浸状態に「むら」ができやすく、摺動集電用材料に要求される導電性を一定に確保することが困難である、という問題を抱えている。
【００１０】
しかも、従来の製造方法による銅含浸炭素焼結体では、本来「ぬれ性」が悪いため炭素焼結体中へ含浸し難い無酸素銅を強制的に炭素焼結体中へ含浸させるため、大きな加圧力により物理的に銅を炭素焼結体内へ押し込んでいるだけである。したがって、この場合には、炭素と銅は接触面で化学的に反応はしておらず、両者は強固に融合しているとはいえない。このことから、従来の銅含浸炭素焼結体は、所要の強度、特に、外力に対しもろくなく粘り強い性質である「靭性」が不足している。このため、従来の銅含浸炭素焼結体をパンタグラフの摺板等に使用すると、使用により厚みが薄くなった場合に破損等が生じやすい、という問題がある。
【００１１】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、導電性が良く、トロリー線等との摩擦が小さく、摺動時の摩耗が少なく、十分な強度を有し、かつ製造工程が簡易な銅炭素複合材料、及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係るチタン銅炭素複合材料は、
炭素からなる炭素基材と、炭素繊維からなり全長が５ミリメートル以上で前記炭素基材中に配設されて前記炭素基材を強化する炭素繊維補強部材とに、
複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンと、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金とが融合されており、
前記チタンと銅又は銅合金が融合されるにあたり、炭素繊維を含む予形成部材の段階でチタンを含有させた後に炭化処理工程を行うようにしかつ銅又は銅合金は予形成工程と同時又は前記予形成工程以後に常圧で加えられるようにし、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上しており、
鉄道用パンタグラフの摺動集電用材料として用いることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る摺動集電用チタン銅炭素複合材料は、
炭素からなる炭素基材と、炭素繊維からなり全長が５ミリメートル以上で前記炭素基材中に配設されて前記炭素基材を強化する炭素繊維補強部材とに、
複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンと、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金とが融合されており、
前記チタンと銅又は銅合金が融合されるにあたり、炭素繊維を含む予形成部材の段階でチタンを含有させた後に炭化処理工程を行うようにしかつ銅又は銅合金は予形成工程と同時又は前記予形成工程以後に常圧で加えられるようにし、
前記銅合金は、マグネシウムを除く第２族典型金属元素、第５族遷移金属元素、マンガンを除く第７族遷移金属元素、鉄を除く第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、ニッケルを除く第１０族遷移金属元素、銅を除く第１１族遷移金属元素、亜鉛を除く第１２族遷移金属元素、ホウ素を除く第１３族元素、ゲルマニウム、ヒ素又はビスマスである第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し及び耐摩耗性が向上しており、
鉄道用パンタグラフの摺動集電用材料として用いることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項３に係る摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法は、
炭素からなる炭素基材と、炭素繊維からなり全長が５ミリメートル以上で前記炭素基材中に配設されて前記炭素基材を強化する炭素繊維補強部材に、
複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンと、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金とが融合されており、
前記炭素繊維を含む予形成部材の段階でチタンを含有させた後に炭化処理工程を行うようにしかつ銅又は銅合金は予形成工程と同時又は前記予形成工程以後に常圧で加えられるようにし、
前記銅合金は、第５族遷移金属元素及び第９族遷移金属元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し及び耐摩耗性が向上しており、
鉄道用パンタグラフの摺動集電用材料として用いることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項４に係る摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法は、
全長が５ミリメートル以上の炭素繊維と炭素からなる炭素基材を所定の形状に形成して予形成部材を得るとともに当該予形成部材に常圧で、複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンを介在させつつ、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金を含有させる予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行う摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項５に係る摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法は、
全長が５ミリメートル以上の炭素繊維に炭素からなる炭素基材と、複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンを含有させて糸状部材を作製し当該糸状部材を製織又は絡み合わせてシート状部材を作製し当該シート状部材を積層して積層体を形成しかつ銅又は銅合金が前記シート状部材の表面に常圧で配設され予形成部材を得る予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行う摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項６に係る摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法は、
全長が５ミリメートル以上の炭素繊維に炭素からなる炭素基材と、複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンを含有させて糸状部材を作製し当該糸状部材を製織又は絡み合わせてシート状部材を作製し当該シート状部材を積層して積層体を形成し予形成部材を得る予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行い、
前記炭化処理工程又は前記黒鉛化処理工程では、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金が、被処理部材の上に常圧で乗せられ、溶融した銅又は銅合金が前記被処理部材中に含浸される摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項７に係る摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法は、
炭素繊維に炭素からなる炭素基材と、複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンを含有させて糸状部材を作製し、前記糸状部材を長さが５ミリメートル以上に切断して型に充填し、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金からなる粉末が、前記糸状部材とともに前記型内に充填されることにより予形成部材を形成する予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行う摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項８に係る摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法は、
炭素繊維に炭素からなる炭素基材と、複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンを含有させて糸状部材を作製し、前記糸状部材を長さが５ミリメートル以上に切断して型に充填することにより予形成部材を形成する予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行い、
前記炭化処理工程又は前記黒鉛化処理工程では、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金が、被処理部材の上に常圧で乗せられ、溶融した銅又は銅合金が前記被処理部材中に含浸される摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする
【００２７】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について、図，表等を適宜参照しつつ詳細に説明する。まず、上記した本発明の一例であるチタン銅炭素複合材料を実際に製造した例について、以下に詳細に説明を行う。以下のチタン銅炭素複合材料の製造にあたっては、まず炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンを製造し、次にこの炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンから炭素−Ｔｉプリフォームドシートを製造する。このため、まず、炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン、及び炭素−Ｔｉプリフォームドシートの製造例について説明を行う。
【００２８】
（１）炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンの製造例
炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンは、アクリロニトリル共重合体から製造された炭素繊維束に炭素系微粉末とチタン（Ｔｉ）微粉末を含有させ、これを熱可塑性樹脂で被覆することにより得られる。
【００２９】
上記した炭素繊維束は、１２，０００本の炭素繊維フィラメントからなる。炭素繊維束の密度は１．７６ｇ／ｃｍ3 であり、引張強度は３６０ｋｇｆ／ｍｍ2 であり、引張弾性率は２３．５×１０３ ｋｇｆ／ｍｍ2 であり、伸度は１．５％であった。ここに、ｋｇｆは、キログラム重を示している。
【００３０】
炭素繊維としては、
（ｉ）ＰＡＮ（ポリアクリルニトリル），石炭（コールタール）ピッチ，石油ピッチ等を前駆体とし、空気酸化による架橋構造化を施す「安定化工程」と、「炭素化工程」と、「黒鉛化工程」を行うことにより生成されるもの
（ｉｉ）熱硬化性樹脂を紡糸、硬化、カーボン化させて生成されるガラス状炭素繊維
（ｉｉｉ）気相の炭素から成長させる気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）
等が使用可能である。
【００３１】
また、炭素系微粉末（カーボンブラック）としては、石炭系バルクメソフェーズピッチ及びピッチコークスを用いた。このバルクメソフェーズピッチは軟化点２８０°Ｃ、含有揮発分（１８．０重量％）、平均粒径１５μｍであった。ピッチコークスは軟化点を有さず、含有揮発分（８．０重量％）、平均粒径１０μｍであった。
【００３２】
また、チタン微粉末としては、純度９９．１〜９９．６％のものを適宜に選択する。その形状としては、粉末状のものを使用し、粒径は、５００μｍ以下のものを適宜に選択する。チタン微粉末の添加量としては、複合材料の全重量に対して１〜７０重量％の比率である。
【００３３】
また、炭素繊維束を被覆するための熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン（以下、「ＰＰ」という。）を用いた。このＰＰの密度は０．９ｇ／ｃｍ3 であり、曲げ強度は９．５ｋｇｆ／ｍｍ2 であり、曲げ弾性率は１００ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。
【００３４】
上記のような材料を用い、炭素繊維束に流動層を用いて炭素系微粉末とチタン微粉末を包含させた後、炭素繊維束をＰＰ樹脂で被覆させ、炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンを製造した。得られた炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンの直径は約１．８ｍｍであった。この炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンは、糸状部材に相当している。
【００３５】
（２）炭素−Ｔｉプリフォームドシートの製造例
図１は、本発明に係るチタン銅炭素複合材料の製造方法の実施例において製造された炭素−Ｔｉプリフォームドシートの構成を示す斜視図である。
【００３６】
図１に示すように、この炭素−Ｔｉプリフォームドシート１０１は、上記のようにして製造された炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン１０２と、熱可塑性樹脂繊維糸１０３を備えて構成されている。また、これらの炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン１０２と熱可塑性樹脂繊維糸１０３は、熱可塑性樹脂繊維糸１０３が縦糸（経糸）となり、炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン１０２が横糸（緯糸）となるようにして平織りされている。
【００３７】
また、熱可塑性樹脂繊維糸１０３としては、ＰＰ繊維糸を用いた。このＰＰ繊維糸１０３は、フィラメント数が１本で、デニール数は１８０ｄｅ（直径：約１４０μｍ）であった。
【００３８】
次に、上記したＰＰ繊維糸１０３を経糸として、レピア織機にセットし、上記した炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン１０２を緯糸として製織することにより、炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン１０２の延在方向への強度が卓越した炭素−Ｔｉプリフォームドシート（以下、「一方向炭素−Ｔｉプリフォームドシート」という。）１０１を作製した。この一方向炭素−Ｔｉプリフォームドシートは、シート状部材に相当している。
【００３９】
上記の製織において、ＰＰ繊維糸１０３に作用していた張力は１２ｇｆであり、炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン１０２に作用していた張力は４５０ｇｆであった。ここに、ｇｆは、グラム重を示している。
【００４０】
なお、得られた一方向炭素−Ｔｉプリフォームドシート１０１のうちの炭素繊維，ＰＰ樹脂（炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンを被覆しているものと、熱可塑性樹脂繊維糸として用いられているものとの合計），及び炭素系粉末の体積比は、
４５：５：５０
であった。
【００４１】
（３）実施例１
上記のようにして製作された一方向炭素−Ｔｉプリフォームドシート１０１の表面に、銅合金粉末とフェノール樹脂を混合した混合物（以下、「銅合金−フェノール樹脂混合物」という。）を塗布し、一方向炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシートを得る。
【００４２】
上記の銅合金の組成は、銅（Ｃｕ）が９６．０重量％、アルミニウム（Ａｌ）が３．０重量％、燐（Ｐ）が１．０重量％である。
【００４３】
フェノール樹脂としては、〜大日本インキ化学工業株式会社製の「フェノライトＪ−３２５」を使用した。
【００４４】
次に、図２に示すように、上記のようにして製造した一方向炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシートを、２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃのように、重ね合わせて積層することによって、炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体３０１を作製する。この工程は、予形成工程に相当している。
【００４５】
図２において、一方向炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート２０１Ａ〜２０１Ｃに図示した平行線は、線の延在方向がシートのプリフォームドヤーンの方向（炭素繊維強化方向）であることを示している。すなわち、炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体３０１においては、一方向炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシートの炭素繊維強化方向がシートごとに直交している。以下、このような炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体を「二方向性積層体」という。
【００４６】
次に、上記のようにして形成した積層構造の炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体３０１を、ホットプレス（加熱加圧装置）により加熱・加圧しつつ成型した。この工程は、成型処理工程に相当している。この場合の成型温度（第１温度に相当している。）は６００°Ｃであり、成型圧力（第１圧力に相当している。）は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、二方向性のチタン銅炭素複合材料（図示せず）が得られた。以下、積層構造の炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体３０１をホットプレス法によって加熱しつつ加圧して成型したものを、「炭素−Ｔｉ−銅合金シート成型体」という。
【００４７】
二方向性材料とは、基材中の強化繊維の延在方向が２つの異なる方向となっているものである。上記した炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体３０１の場合には２つの炭素繊維方向の交差角度は直角（９０度）である。しかし、２つの炭素繊維方向としては任意の方向が可能である。二方向性材料では、それぞれの強化方向に配置される強化繊維の量（例えば、本数、各繊維の断面積）や各強化繊維の１本当りの強度により、それぞれの方向の強度が決定され、一般には、いずれか一方の方向への強度が卓越するが、強化繊維量を適当に調整すれば、両方向の強度を等しくさせることができる。また、これを応用すれば、多数の一方向炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシートを重ねて積層し、各シートの炭素繊維強化方向を一様に異なる方向とすることにより、強化方向が一様な「等方性材料」を得ることができる。
【００４８】
次に、上記の炭素−Ｔｉ−銅合金シート成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１３００°Ｃまで昇温し、１３００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この工程は、炭化処理工程に相当している。また、１３００°Ｃの温度は、第２温度に相当している。この焼成の結果得られたもの（図示せず）は、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（以下、「Ｃ／Ｃコンポジット」という。）の内部に銅合金及びチタン（Ｔｉ）が含有され、Ｃ／Ｃコンポジット，銅合金，Ｔｉの各々が強固に焼結された複合材料となっている。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第１焼結体」という。
【００４９】
上記のＣ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第１焼結体中における炭素繊維含有率は、４５．０体積％であり、寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×３０ｍｍ（厚さ）であった。
【００５０】
（４）実施例２
上記のようにして製作された一方向炭素−Ｔｉプリフォームドシートを、実施例１とは異なり、表面に銅合金−フェノール樹脂混合物を塗布せずに、そのまま積層し、各一方向炭素−Ｔｉプリフォームドシートの炭素繊維強化方向を互い違いに直交させることによって二方向性積層体（図示せず）を作製する。この工程は、予形成工程に相当している。以下、この積層体を、「炭素−Ｔｉプリフォームドシート積層体」という。
【００５１】
次に、上記のようにして形成した積層構造の炭素−Ｔｉプリフォームドシート積層体を、ホットプレス法により加熱・加圧しつつ成型した。この工程は、成型処理工程に相当している。この場合の成型温度は６００°Ｃ（第１温度に相当している。）であり、成型圧力（第１圧力に相当している。）は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、二方向性の炭素系複合材料（図示せず）が得られた。以下、炭素−Ｔｉプリフォームドシート積層体をホットプレス法によって加熱しつつ加圧して成型したものを、「炭素−Ｔｉシート成型体」という。
【００５２】
次に、上記のようにして得られた炭素−Ｔｉシート成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１２００°Ｃまで昇温し、１２００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この工程は、炭化処理工程に相当している。また、１２００°Ｃの温度は、第２温度に相当している。この焼成の結果得られたものは、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）の内部にチタン（Ｔｉ）が含有され、Ｃ／ＣコンポジットとＴｉの各々が焼結された複合材料（図示せず）となっている。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第１焼結体」という。
【００５３】
次に、上記のようにして得られたＣ／Ｃ−Ｔｉ第１焼結体の上に塊状又は板状若しくは粒状あるいは粉末状等の銅合金を乗せる。この銅合金の組成は、銅（Ｃｕ）が９４．５重量％、錫（Ｓｎ）が３．０重量％、亜鉛（Ｚｎ）が１．０重量％、リン（Ｐ）が０．５重量％、コバルト（Ｃｏ）が１．０重量％である。
【００５４】
次に、この状態で還元ガス雰囲気中で１０００°Ｃまで昇温し、１０００°Ｃにおいて６０分間保持した。これにより、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第１焼結体の上に乗せた銅合金が溶融し、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第１焼結体の表面及び内部に形成されている多数の微少孔（図示せず）に、溶融した銅合金がしみ込み、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第１焼結体の内部に溶融銅合金が含浸され、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第１焼結体中でＣ／Ｃコンポジット，銅合金，Ｔｉの各々が強固に焼結された複合材料となる。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第２焼結体」という。
【００５５】
上記のＣ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第２焼結体中における炭素繊維含有率は、４５．０体積％であり、寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×２８ｍｍ（厚さ）であった。
【００５６】
（５）実施例３
実施例１と同様の方法により製造した炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンを長さ１５ｍｍに切断したものと、銅合金粉末とを混合し、ホットプレスの型内に均一に充填した。この工程は、予形成工程に相当している。
【００５７】
次に、これをホットプレス法により加熱・加圧しつつ成型した。この工程は、成型処理工程に相当している。この場合の成型温度は６００°Ｃ（第１温度に相当している。）であり、成型圧力は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 （第１圧力に相当している。）であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、等方性のチタン銅炭素複合材料（図示せず）が得られた。以下、上記の成型体を、「炭素−Ｔｉ−銅合金等方成型体」という。
【００５８】
上記の銅合金の組成は、銅（Ｃｕ）が９３．０重量％、アンチモン（Ｓｂ）が７．０重量％、ベリリウム（Ｂｅ）が２．０重量％、バナジウム（Ｖ）が１．０重量％、モリブデン（Ｍｏ）が４．０重量％である。
【００５９】
次に、上記のようにして製造した炭素−Ｔｉ−銅合金等方成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１３００°Ｃまで昇温し、１３００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この工程は、炭化処理工程に相当している。また、１３００°Ｃの温度は、第２温度に相当している。この焼成の結果得られたもの（図示せず）は、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）の内部に銅合金及びチタン（Ｔｉ）が含有され、Ｃ／Ｃコンポジット，銅合金，Ｔｉの各々が強固に焼結された複合材料となっている。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第３焼結体」という。
【００６０】
上記のＣ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第３焼結体中における炭素繊維含有率は、４０．０体積％であり、寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×２８ｍｍ（厚さ）であった。
【００６１】
（６）実施例４
実施例１と同様の方法により製造した炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンを長さ１５ｍｍに切断したものを、ホットプレスの型内に均一に充填した。この工程は、予形成工程に相当している。
【００６２】
次に、これをホットプレス法により加熱・加圧しつつ成型した。この工程は、成型処理工程に相当している。この場合の成型温度は６００°Ｃ（第１温度に相当している。）であり、成型圧力は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 （第１圧力に相当している。）であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、等方性の炭素複合材料（図示せず。以下、「炭素−Ｔｉ等方成型体」という。）が得られた。
【００６３】
次に、上記のようにして得られた炭素−Ｔｉ等方成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１２００°Ｃまで昇温し、１２００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この工程は、炭化処理工程に相当している。また、１２００°Ｃの温度は、第２温度に相当している。この焼成の結果得られたものは、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）の内部にチタン（Ｔｉ）が含有され、Ｃ／ＣコンポジットとＴｉの各々が焼結された複合材料（図示せず）となっている。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第２焼結体」という。
【００６４】
次に、上記のようにして得られたＣ／Ｃ−Ｔｉ第２焼結体の上に塊状又は板状若しくは粒状あるいは粉末状等の銅合金を乗せる。この銅合金の組成は、銅（Ｃｕ）が９３．０重量％、亜鉛（Ｚｎ）が２．０重量％、ビスマス（Ｂｉ）が５．０重量％である。
【００６５】
次に、この状態で水素ガス（Ｈ2 ）雰囲気中で１０００°Ｃまで昇温し、１０００°Ｃにおいて６０分間保持した。これにより、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第２焼結体の上に乗せた銅合金が溶融し、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第２焼結体の表面及び内部に形成されている多数の微少孔（図示せず）に、溶融した銅合金がしみ込み、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第２焼結体の内部に溶融銅合金が含浸され、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第２焼結体中でＣ／Ｃコンポジット，銅合金，Ｔｉの各々が強固に焼結された複合材料となる。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第４焼結体」という。
【００６６】
上記のＣ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第４焼結体中における炭素繊維含有率は、４０．０体積％であり、寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×２８ｍｍ（厚さ）であった。
【００７３】
上記した実施例１〜４を製造した結果得られた最終焼結体の組成等の緒元を表１に示す。
【００７４】
【表１】
【００７５】
次に、上記した実施例１〜４と比較する対象物として、５つの比較例の製造を行った。以下、これらについて説明する。
【００７６】
（８）比較例１
圧力２ｔｏｒｒに減圧した含浸炉内において、炭素粉末焼結体を、１１５０°Ｃに加熱して溶融させた純銅の溶湯に浸漬させ、１３０気圧の圧力を付加した。これにより、炭素粉末焼結体に銅を含浸させ、「銅含浸炭素粉末焼結体」を得た。
【００７７】
上記の銅含浸炭素粉末焼結体の寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×３０ｍｍ（厚さ）であった。
【００７８】
（９）比較例２
アクリロニトリル共重合体から製造された炭素繊維束に炭素系微粉末を含有させ、これを熱可塑性樹脂で被覆することにより「炭素プリフォームドヤーン」（図示せず）を製造した。これは、Ｔｉが含浸されていない点を除き、他の点は、上記した炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンとまったく同様の構成を有し、まったく同様の製造方法である。
【００７９】
次に、上記の炭素プリフォームドヤーンを、ＰＰ繊維糸を経糸としてレピア織機を用いて製織し、「一方向炭素プリフォームドシート」（図示せず）を製作した。これは、Ｔｉが含浸されていない点を除き、他の点は、上記した一方向炭素−Ｔｉプリフォームドシートとまったく同様の構成を有し、まったく同様の製造方法である。
【００８０】
次に、上記のようにして製作された一方向炭素プリフォームドシートの表面に、銅合金粉末とフェノール樹脂を混合した「銅合金−フェノール樹脂混合物」を塗布し、一方向炭素−銅合金プリフォームドシートを得る。この場合の銅合金、及びフェノール樹脂は、実施例１で用いたものと同様である。
【００８１】
次に、上記のようにして製造した一方向炭素−銅合金プリフォームドシートの炭素繊維強化方向を互い違いに直交させることによって二方向性積層体（図示せず）を作製する。以下、この積層体を、「炭素−銅合金プリフォームドシート積層体」という。
【００８２】
次に、上記のようにして形成した炭素−銅合金プリフォームドシート積層体を、ホットプレス（加熱加圧装置）により加熱・加圧しつつ成型した。この場合の成型温度は６００°Ｃであり、成型圧力は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、二方向性の銅炭素複合材料（図示せず）が得られた。以下、これを、「炭素−銅合金シート成型体」という。
【００８３】
次に、上記の炭素−銅合金シート成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１３００°Ｃまで昇温し、１３００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この焼成の結果得られたもの（図示せず）は、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）の内部に銅合金が含有された複合材料となっている。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−銅合金第１焼結体」という。
【００８４】
上記のＣ／Ｃ−銅合金第１焼結体の寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×３０ｍｍ（厚さ）であった。
【００８５】
（１０）比較例３
比較例２で製作された一方向炭素プリフォームドシートを、比較例２とは異なり、その表面に銅合金−フェノール樹脂混合物を塗布せず、シートの炭素繊維強化方向を互い違いに直交させることによって二方向性積層体（図示せず）を作製する。以下、この積層体を、「炭素プリフォームドシート積層体」という。
【００８６】
次に、上記のようにして形成した炭素プリフォームドシート積層体を、ホットプレス（加熱加圧装置）により加熱・加圧しつつ成型した。この場合の成型温度は６００°Ｃであり、成型圧力は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、二方向性の炭素複合材料（図示せず）が得られた。以下、これを、「炭素シート成型体」という。
【００８７】
次に、上記の炭素シート成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１２００°Ｃまで昇温し、１２００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この焼成の結果得られたもの（図示せず）は、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）となっている。
【００８８】
次に、上記のようにして得られたＣ／Ｃコンポジットの上に銅合金を乗せる。この銅合金の組成は、実施例２の場合と同様である。
【００８９】
次に、この状態で還元ガス雰囲気中で１０００°Ｃまで昇温し、１０００°Ｃにおいて６０分間保持した。これにより、Ｃ／Ｃコンポジットの上に乗せた銅合金を溶融させ、Ｃ／Ｃコンポジットの表面及び内部に形成されている多数の微少孔（図示せず）から、溶融した銅合金を含浸させようとしたが、溶融銅合金は、Ｃ／Ｃコンポジットに形成されている微少孔内へしみ込まず、Ｃ／Ｃ−銅合金焼結体を得ることはできなかった。
【００９０】
（１１）比較例４
比較例２と同様の方法により製造した炭素プリフォームドヤーンを長さ１５ｍｍに切断したものと、銅合金粉末とを混合し、ホットプレスの型内に均一に充填した。銅合金の組成は、実施例３の場合と同様であった。次に、これをホットプレス法により加熱・加圧しつつ成型した。この場合の成型温度は６００°Ｃであり、成型圧力は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、等方性の銅炭素複合材料（図示せず）が得られた。以下、上記の成型体を、「炭素−銅合金等方成型体」という。
【００９１】
次に、上記のようにして製造した炭素−銅合金等方成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１３００°Ｃまで昇温し、１３００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この焼成の結果得られたもの（図示せず）は、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）の内部に銅合金が含有され、Ｃ／Ｃコンポジットと銅合金が焼結された複合材料となっている。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−銅合金第２焼結体」という。
【００９２】
上記のＣ／Ｃ−銅合金第２焼結体中における炭素繊維含有率は、４０．０体積％であり、寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×２８ｍｍ（厚さ）であった。
【００９３】
（１２）比較例５
比較例２と同様の方法により製造した炭素プリフォームドヤーンを長さ１５ｍｍに切断したものを、ホットプレスの型内に均一に充填した。次に、これをホットプレス法により加熱・加圧しつつ成型した。この場合の成型温度は６００°Ｃであり、成型圧力は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、等方性の炭素複合材料（図示せず。以下、「炭素等方成型体」という。）が得られた。
【００９４】
次に、上記のようにして得られた炭素等方成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１２００°Ｃまで昇温し、１２００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この焼成の結果得られたものは、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）となっている。
【００９５】
次に、上記のようにして得られたＣ／Ｃコンポジットの上に銅合金を乗せる。この銅合金の組成は、実施例４の場合と同様である。
【００９６】
次に、この状態で還元ガス雰囲気中で１０００°Ｃまで昇温し、１０００°Ｃにおいて６０分間保持した。これにより、Ｃ／Ｃコンポジットの上に乗せた銅合金を溶融させ、Ｃ／Ｃコンポジットの表面及び内部に形成されている多数の微少孔（図示せず）から、溶融した銅合金を含浸させようとしたが、溶融銅合金は、Ｃ／Ｃコンポジットに形成されている微少孔内へしみ込まず、Ｃ／Ｃ−銅合金焼結体を得ることはできなかった。
【００９７】
上記のＣ／Ｃ−銅合金第３焼結体中における炭素繊維含有率は、４５．０体積％であり、寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×２８ｍｍ（厚さ）であった。
【００９８】
（１５）実施例及び比較例に関する試験結果
上記のようにして製造した実施例１〜４、及び比較例１〜５について、各種の試験を行った。以下、表を参照しつつ、各種試験の結果について説明する。
【００９９】
ａ．物理的強度試験
上記のようにして製造した実施例１〜４、及び比較例１，２，４について、材料の物理的強度、特に靭性を評価するため、各例の材料から、１０ｍｍ×１０ｍｍ×５５ｍｍの寸法の試験片を各１０本ずつ切り出し、５本について曲げ強さ試験を、残りの５本についてシャルピー衝撃試験を行った。この結果を表２に示す。
【０１００】
【表２】
【０１０１】
この表２に示された数値は、測定結果の平均値である。また、曲げ強さ試験の結果の数値の単位は、ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、シャルピー衝撃試験の結果の数値の単位は、ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ2 である。
【０１０２】
表２の結果より、曲げ強さについては、実施例１〜４はいずれも比較例よりも強度が高かった。特に実施例２は、２６９０ｋｇｆ／ｃｍ２ という高い値を示し、比較例のうち最も強度の低い比較例４と比較すると３．１倍であり、また、実施例のうち最も強度の低い実施例３の場合でも、比較例４と比較すると１．８倍である。また、パンタグラフ用摺板として要求される曲げ強度値は、約１０００ｋｇｆ／ｃｍ２ 程度であるから、実施例１〜４のチタン銅炭素複合材料の曲げ強度値は、その約１．６〜２．６倍程度と高い値であり、本実施例のチタン銅炭素複合材料の強度（靭性）が良好であることがわかる。
【０１０３】
一方、シャルピー衝撃値については、実施例１〜４はいずれも比較例とほぼ同等、あるいはそれ以上の値を示した。特に実施例１は、１０．８ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ２ という大きな値を示し、比較例のうち値の小さい比較例１と比較すると２．０倍であり、また、実施例のうち最も値の小さい実施例４の場合でも、比較例１と比較すると１．６倍である。また、パンタグラフ用摺板として要求されるシャルピー衝撃値は、約３．５ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ２ 程度であるから、実施例１〜４のチタン銅炭素複合材料のシャルピー衝撃値は、その約２．４〜３．１倍程度と高い値であり、この点においても本実施例のチタン銅炭素複合材料の強度（靭性）が良好であることがわかる。
【０１０４】
また、曲げ強さ、シャルピー衝撃値のいずれについても、実施例２と実施例１が高い、あるいは大きな値を示しており、「炭素−Ｔｉプリフォームドシート」を積層し焼成するタイプの物理的強度（靭性）が良好であることがわかった。
【０１０５】
ｂ．導電性試験
上記のようにして製造した実施例１〜４、及び比較例１，２，４について、材料の導電性を評価するため、各例の材料から、１０ｍｍ×１０ｍｍ×５５ｍｍの寸法の試験片を各１０本ずつ切り出し、これらについて比抵抗を測定した。この結果を表３に示す。
【０１０６】
【表３】
【０１０７】
この表３に示された数値は、測定結果の平均値である。また、比抵抗の測定結果の数値の単位は、μΩ・ｃｍ（＝１０-6×Ω・ｃｍ）である。
【０１０８】
表３の結果より、比抵抗値については、実施例１〜４は、最小が実施例１の８０μΩ・ｃｍであり、最大でも実施例４の１４５μΩ・ｃｍであった。パンタグラフ用摺板として要求される比抵抗値は、約３００μΩ・ｃｍ程度であるから、実施例１〜４のチタン銅炭素複合材料の比抵抗値は、その約２６〜４８％程度と低い値であり、本実施例のチタン銅炭素複合材料の導電性が良好であることがわかる。この比抵抗については、比較例２，４は、実施例より大幅に高く、また、比較例１は２７０μΩ・ｃｍと、パンタグラフ用摺板として要求される比抵抗値（約３００μΩ・ｃｍ）の限界に近い値であり、実際上は不適と考えられる。
【０１０９】
また、比抵抗値については、実施例１と実施例２が最も低い値を示しており、「炭素−Ｔｉプリフォームドシート」を積層し焼成するタイプの導電性が良好であることがわかった。
【０１１０】
ｃ．通電摩耗試験
上記のようにして製造した実施例１〜４、及び比較例１，２，４について、パンタグラフ用摺板として用いた場合の摩耗あるいは損傷の程度を評価するため、各例の材料から、１０ｍｍ（厚さ）×２５ｍｍ（幅）×２５ｍｍ（長さ）の寸法の試験片を５本切り出し、これらについて通電摩耗試験を行った。この結果を表４に示す。
【０１１１】
【表４】
【０１１２】
通電摩耗試験は、電動モータの水平回転軸に固定され、電動モータにより駆動されて回転するように構成された円盤の外周に模擬トロリー線が取り付けられた通電摩耗試験装置（図示せず）により行われた。模擬トロリー線は、硬銅（ＪＩＳ・Ｃ１１００・ＢＢ−Ｈ）からなり、外径が８３ｃｍ、幅が６ｍｍ、厚さ５ｍｍの硬銅リングとして円盤に取り付けられている。
【０１１３】
通電摩耗試験は、上記の硬銅リングを、円盤の回転速度（接線速度）１００ｋｍ／時の速度で回転させつつ、押し付け力５ｋｇｆで１分間だけ面接触するように押し付け、２００アンペアの電流を硬銅リングに通電することを４回繰り返す。その後、各試験片の比摩耗量を測定した。表２に示された比摩耗量の数値は、測定結果の平均値である。また、比摩耗量の数値の単位は、１０-7ｍｍ3 ／ｋｇｆ・ｍｍである。また、各試験片の「割れ」あるいは「欠け」の有無を観察した。
【０１１４】
表４の結果より、比摩耗量については、実施例１〜４はいずれも比較例よりも比摩耗量が小さかった。特に実施例４は、４．０×１０ −７ ｍｍ３ ／ｋｇｆ・ｍｍという小さい値を示し、比較例のうち最も比摩耗量の大きい比較例２，４と比較すると６２％であり、比較例のうち最も比摩耗量の小さい比較例１と比較しても６７％と小さい摩耗特性を示した。また、実施例のうち最も比摩耗量の大きい実施例３の場合でも、比較例２，４と比較すると７４％であり、比較例１と比較しても８０％の摩耗特性を示した。
【０１１５】
一方、割れ，欠けの有無については、実施例１〜４はいずれも割れ，欠けとも無かったのに対し、比較例１では割れ，欠けが認められた。
【０１１６】
また、通電摩耗試験については、実施例４が小さな値を示しているが、他の実施例１〜３との差は少なかった。
【０１１７】
上記のことから、上記各実施例１〜４のチタン銅炭素複合材料は、以下に述べるような利点を有していることが判明した。
【０１１８】
Ｉ） 比抵抗（電気抵抗）が低く導電性が非常に良い。
【０１１９】
ＩＩ） 炭素材料は、摺動時の摩擦抵抗が小さく、トロリー線等の表面上を滑りやすい。また、トロリー線の摺動面を滑らかにする効果もあり、トロリー線を摩耗させにくい。
【０１２０】
ＩＩＩ） 銅は摩耗しやすいが炭素材料は摩耗しにくいため、材料全体としては、銅や銅合金の摺板よりも摩耗が少ない。
【０１２１】
ＩＶ） 炭素基材が炭素繊維補強部材によって補強され、さらに含浸された銅合金等も補強材料として機能するため、十分な強度、特に十分な靭性を有し、パンタグラフ摺板として長期間使用され厚みが薄くなっても破損等を生じることがない。
【０１２２】
Ｖ） 離線時のアークによる損耗が少なく、耐アーク性が高い。
【０１２３】
ＶＩ） 従来のパンタグラフ摺板に用いられていた焼結合金等に比べて軽量であり、高速車両のパンタグラフ摺板材料として適している。
【０１２４】
ＶＩＩ） 従来の銅含浸炭素焼結体等の製造方法に比べて、常圧で製造することができ、製造方法が非常に簡易であり、製造装置が簡素なものでよく、製造コストが大幅に低減できるため製品価格も低廉なものとすることができる。
【０１２５】
実施例１〜４が、上記のような利点を有する理由については、以下の理由が考えられる。
【０１２６】
（Ａ）Ｔｉによる炭素と銅の「ぬれ性」の改善
従来の銅含浸炭素焼結体は、炭素（Ｃ）と銅（Ｃｕ）、あるいは炭素と銅合金からなる。しかし、炭素と銅は、非常に「ぬれ性」が悪い、という欠点がある。「ぬれ性」とは、固体と液体との境界面において、固体と液体の間の接触角度が０〜９０度の場合に「液体が固体をぬらす」といい、固体と液体の間の接触角度が９０〜１８０度の場合に「ぬらさない」という性質である。「ぬれ性」が良い場合には、固体の表面に液体が付着して広がることになる。
【０１２７】
銅炭素複合材料においては、炭素が固体であり、加熱されて溶融した銅（又は溶融した銅合金。以下、銅を例として説明する。）が液体となる。上記したように、炭素と銅は、非常に「ぬれ性」が悪い。したがって、炭素は溶融銅にはぬれず、溶融銅をはじくことになる。炭素材料中の空隙や空洞内に溶融銅が導かれた場合には、溶融銅は炭素の壁面に接触することをせず、球状や滴状となると考えられる。この状態で冷却硬化すると、銅は、炭素材料の空隙内において単体の銅として炭素材料とは遊離した状態で存在することになる。これでは、複合材料とはいえず、強度も高くはならない。このことから、従来の方法は、１００気圧以上の高圧を利用して銅を炭素材料へ含浸させている（以下、「高圧銅含浸法」という。）である。
【０１２８】
一方、上記実施例１〜４の場合は、特に高圧付加を行っていないのに、優れた銅炭素複合材料を得ることができた。この理由は、チタン（Ｔｉ）の添加にある、と考えられる。すなわち、炭素と銅は、Ｔｉが介在する場合には「ぬれ性」が大幅に改善される、と考えられるからである。したがって、Ｔｉが存在する場合には、高圧を付加しなくても銅は容易に炭素とぬれるようになるため、銅は炭素材料中に自律的に含浸し、炭素と反応して融合し、強固な複合材料になる、と考えられる。また、本発明のチタン銅炭素複合材料中におけるチタン含有率は、炭素複合材料の各種データ等を勘案すると、約１〜７０重量％程度の範囲、好ましくは約３〜５３重量％程度の範囲とするのがよい、と考えられる。
【０１２９】
（Ｂ）所定長さ以上の炭素繊維の使用
炭素粉末を焼結した炭素材料、あるいは炭素粉末と短い炭素繊維（長さ２．０ｍｍ以下）を焼結した炭素材料の場合は、比較例１のように割れや欠けが発生しやすい。これは、炭素だけでは強度が足りず、炭素繊維を補強部材とする場合でも、炭素繊維にはある程度以上の長さが必要であることを示している。上記実施例３，４では、炭素繊維部材（プリフォームドヤーン）を長さ１５ｍｍに切断したものを用いているが、上記したように靭性、割れ等においても、他の実施例と遜色は無かった。このため、長さ１５ｍｍの炭素繊維の場合は十分な強度がある、と考えられる。したがって、炭素繊維の長さは、２ｍｍと１５ｍｍの間のいずれかの値が実用上の強度の下限である、と考えられる。炭素複合材料の各種データ等を勘案すると、この下限値（炭素繊維の長さの最小値）は、５ｍｍ程度であろう、と考えられる。
【０１３０】
（Ｃ）所定範囲の銅含有量の設定
上記各実施例１〜４の試験結果からもわかるように、チタン銅炭素複合材料中の銅含有率が低下すれば、炭素に比べ銅の方が柔らかいため、チタン銅炭素複合材料としての比摩耗量は低下すると考えられる。しかし、銅含有率が低下すれば、チタン銅炭素複合材料としての導電性は低下する。したがって、銅含有率にはある下限値が存在する、と考えられる。一方、チタン銅炭素複合材料中の銅含有率を増加すれば、比摩耗量は増大する傾向が見られるから、比摩耗量の要求値から、チタン銅炭素複合材料中の銅の含有率には上限値も存在する、と考えられる。これらのことを考慮すると、本発明のチタン銅炭素複合材料中における銅含有率は、約１〜７５重量％程度の範囲、好ましくは約４〜６８重量％程度の範囲とするのがよい、と考えられる。
【０１３１】
（Ｄ）所定組成の銅合金の使用
本発明のチタン銅炭素複合材料では、炭素基材にＴｉを介在させることにより炭素基材中に純銅を含有させてももちろん良いが、銅合金を含有させることも有用である。銅（Ｃｕ）に他の元素が融合され銅としての性質を維持しているものを「銅合金」と定義する。融合される元素によって、銅合金は各種の性質を獲得する。例えば、柔らかい純銅の硬度の向上、融点の低下（鋳造性の向上）、耐腐食性の向上、耐摩耗性の向上等である。融合される元素については、各実施例においても確認されたが、以下のものが挙げられる。例えば、スズ（Ｓｎ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ），アルミニウム（Ａｌ），コバルト（Ｃｏ），リン（Ｐ），アンチモン（Ｓｂ），ベリリウム（Ｂｅ），バナジウム（Ｖ），モリブデン（Ｍｏ），ビスマス（Ｂｉ）である。また、もちろん上記各実施例１〜５で用いたチタン（Ｔｉ）との合金も可能である。
【０１３２】
また、ベリリウム（Ｂｅ）との合金が可能であることから、同じ第２族典型金属元素（アルカリ土類金属元素）であるマグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ），ストロンチウム（Ｓｒ），バリウム（Ｂａ）等との合金も可能であることがわかる。また、チタン（Ｔｉ）との合金が可能であることから、同じ第４族遷移金属元素であるジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ）等との合金も可能であることがわかる。また、バナジウム（Ｖ）との合金が可能であることから、同じ第５族遷移金属元素であるニオブ（Ｎｂ），タンタル（Ｔａ）等との合金も可能であることがわかる。また、モリブデン（Ｍｏ）との合金が可能であることから、同じ第６族遷移金属元素であるクロム（Ｃｒ），タングステン（Ｗ）等との合金も可能であることがわかる。
【０１３３】
また、上記各実施例では実施してはいないが、金属であることから、マンガン（Ｍｎ）等の第７族遷移金属元素、及び鉄（Ｆｅ）等の第８族遷移金属元素との合金も可能であると考えられる。また、コバルト（Ｃｏ）との合金が可能であることから、同じ第９族遷移金属元素であるロジウム（Ｒｈ），イリジウム（Ｉｒ）等との合金も可能であることがわかる。また、ニッケル（Ｎｉ）との合金が可能であることから、同じ第１０族遷移金属元素であるパラジウム（Ｐｄ）等との合金も可能であることがわかる。また、銅（Ｃｕ）と同じ第１１族遷移金属元素である銀（Ａｇ）等との合金も可能である。また、亜鉛（Ｚｎ）との合金が可能であることから、同じ第１２族遷移金属元素であるカドミウム（Ｃｄ）等との合金も可能であることがわかる。また、アルミニウム（Ａｌ）との合金が可能であることから、同じ第１３族元素であるホウ素（Ｂ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ）等との合金も可能であることがわかる。また、スズ（Ｓｎ）との合金が可能であることから、同じ第１４族元素であるケイ素（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），鉛（Ｐｂ）等との合金も可能であることがわかる。また、リン（Ｐ），アンチモン（Ｓｂ），ビスマス（Ｂｉ）との合金が可能であることから、同じ第１５族元素であるヒ素（Ａｓ）等との合金も可能であることがわかる。
【０１３４】
また、銅に融合される元素は、上記定義から、生成された合金が「銅としての性質を維持するもの」である必要がある。このため、融合される元素の含有量には、おのずから上限がある。また、合金としての性質を発揮させるために、融合される元素の含有量には、下限値もある。下限値と上限値の範囲は、融合される元素に応じて種々の数値となることが考えられるが、実施例の結果等から、おおむね０．１〜３０．０重量％程度と考えられる。また、銅中に含有される他の元素は、１種類でもよいし、適宜のものを適宜の組み合わせで２種類以上選び、各々の含有比率を適宜設定してもよい。複数の元素の銅合金の場合には、銅に融合される複数の元素の含有量の総和を、上記した０．１〜３０．０重量％程度の範囲とするとよいと考えられる。
【０１３５】
なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではない。上記した各実施例は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１３６】
例えば、本発明のチタン銅炭素複合材料は、パンタグラフの摺板をトロリー線下面に摺動させて集電を行う方式における摺動部材の材料には限定されず、他の摺動集電方式、例えば走行用の２本のレールの近傍に碍子で支持された第３のレール（軌条）を配設し、この第３軌条に通電を行い、この第３軌条の表面に集電用の部材（「集電子」又は「集電靴」という。）を摺動させることにより集電を行う方式（第３軌条方式）にも応用可能である。
【０１３７】
また、本発明のチタン銅炭素複合材料は、摺動集電を行うための部材の材料には限定されず、集電は行わなくとも摺動や摩耗等にさらされる機械部品の材料として使用可能である。例えば、回転軸の軸受等である。
【０１３８】
また、上記実施例１，２においては、炭素繊維によって作製されたシート、あるいは織布を積層して積層体を作る例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の方法、例えば、炭素繊維を絡み合わせて作製した不織布状又はフェルト状の部材を積層して積層体を作製してもよい。あるいは、炭素プリフォームドヤーン、又は炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンを絡み合わせて作製した不織布状又はフェルト状の部材を積層して積層体を作製してもよい。この場合には、作製された積層体からは等方性材料が得られる。
【０１３９】
また、上記各実施例においては、成型処理工程における第１温度が６００°Ｃ、又は１８０°Ｃの例について説明したが、本発明はこれには限定されず、第１温度としては、１５０〜９００°Ｃ程度の範囲の温度が採用可能である。また、上記各実施例においては、成型処理工程における第１圧力が１００ｋｇｆ／ｃｍ2 、又は２０ｋｇｆ／ｃｍ2 の例について説明したが、本発明はこれには限定されず、第１圧力としては、常圧（無圧縮）〜３００ｋｇｆ／ｃｍ2 程度の範囲の圧力が採用可能である。
【０１４０】
また、上記各実施例においては、炭化処理工程における第２温度が１３００°Ｃ、又は１２００°Ｃの例について説明したが、本発明はこれには限定されず、第２温度としては、７００〜１３００°Ｃ程度の範囲の温度が採用可能である。
【０１４１】
また、本発明のチタン銅炭素複合材料の製造方法は、上記各実施例において説明した方法には限定されない。例えば、炭化処理工程の後に、必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行うようにしてもよい。第３温度としては、１３００〜３０００°Ｃ程度の範囲の温度が採用可能である。このように、第２温度よりもさらに高温で処理することにより、部材を黒鉛化させて炭素を純化し、強度や導電性等を向上させることができる。
【０１４２】
また、本発明のチタン銅炭素複合材料の製造方法は、上記各実施例において説明した方法には限定されない。例えば、実施例１の予形成工程では、シート状部材（例えば炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン）の表面にフェノール樹脂とともに銅合金を塗布する例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の方法、例えば、他のシート状部材（以下、「銅合金含有シート」という。）の中に銅合金を分散させておき、炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンどうしの中間に銅合金含有シートを挟み込むようにして積層体を形成してもよい。また、実施例１のように、シート状部材（例えば炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン）の表面に銅合金を塗布する場合でも、銅合金のバインダー材として、フェノール樹脂以外の他のバインダー材を用いてもよい。
【０１４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、炭素からなる炭素基材と、チタンと、銅又は銅合金が融合されるように構成したので、導電性が良く、トロリー線等との摩擦が小さく、摺動時の摩耗が少なく、十分な強度（靭性）を有する、という利点を有している。
【０１４５】
また、本発明によれば、炭素繊維を含む部材を所定の形状に形成して予形成部材を得る予形成工程を行い、次いで予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行い、前記工程のうちのいずれかにおいて処理される被処理部材にチタンを介在させつつ銅又は銅合金を含有させるようにして製造することができ、従来のような高圧処理が不要で製造工程が簡易であり、製造コストを低減することができる、という利点も有している。
【０１４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るチタン銅炭素複合材料の製造方法の実施例において製造された炭素−Ｔｉプリフォームドシートの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るチタン銅炭素複合材料の製造方法の実施例において製造された炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体の構成を示す斜視図である。
【図３】鉄道車両におけるパンタグラフの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０１，１０１Ａ〜１０１Ｃ 炭素−Ｔｉプリフォームドシート
１０２ 炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン
１０３ ＰＰ繊維糸
３０１ 炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体
５００ パンタグラフ
５０１ 下枠
５０２ 上枠
５０３ 集電舟
５０４ 摺板
５０５ 主ばね
５０６ 台枠
５０７ 碍子
５０８ 主軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素からなる炭素基材中に銅とチタンを含ませた摺動集電用チタン銅炭素複合材料、及びこの摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電車や電気機関車などの電気鉄道車両は、架線（以下、「トロリー線」という。）からパンタグラフを介して集電を行っている。このパンタグラフは、電気鉄道車両の屋根上に取り付けられる装置であり、図３に示すような構成を有している。
【０００３】
図３に示すように、このパンタグラフ５００においては、電気鉄道車両の屋根の上に、電気絶縁用の碍子５０７に乗った台枠５０６が置かれ、台枠５０６の上に主軸５０８が軸受で支持され、この主軸５０８から下枠５０１が斜め上方に立設され、他の軸受を介して上枠５０２が下枠５０１とは逆の斜め方向に向うように支えられている。
【０００４】
上枠５０２の頂点付近には、略舟状の集電舟５０３が配設されている。また、この集電舟５０３上には、トロリー線（図示せず）の下面を摺動する摺板がネジ等によって取り付けられている。トロリー線から摺板５０４が離れる「離線現象」が生じないようにパンタグラフ５００をつねにトロリー線に追随させるため、主ばね５０５により主軸５０８が軸まわり回転方向に付勢され、下枠５０１，上枠５０２が集電舟５０３を上方へ押し上げるようになっている。
【０００５】
上記したパンタグラフ５００の構成要素のうち、摺板５０４は、硬質銅材からなるトロリー線の下面と接触しつつ互いに摺動しながら大電流を集電する。このため、摺板５０４は、
▲１▼ 導電性が良いこと
▲２▼ 摩擦抵抗が小さく、トロリー線表面上を滑りやすいこと
▲３▼ 摺板自身の摩耗が少なく、かつ相手のトロリー線も摩耗させにくいこと
▲４▼ 使用により厚みが薄くなっても破損等を生じないような強度を有すること▲５▼ アーク（火花）による損耗や溶損等が少ないこと
等の条件を満足するような材料（以下、「摺動集電用材料」という。）である必要がある。
【０００６】
上記のような条件から、近年、摺板５０４に適した材料として、炭素（Ｃ）からなる焼結体の中に銅（Ｃｕ）を含浸させた材料（以下、「銅含浸炭素焼結体」という。）が注目されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の銅含浸炭素焼結体の製造方法では、炭素焼結体中に銅を含浸させるため、大掛かりな加圧含浸炉が必要となる。また、炭素焼結体中への銅の含浸には非常に長い時間が必要であり、生産性が低く、製造コストが非常に高い、という欠点がある。
【０００８】
例えば、特開平７−１２６７１３号公報に記載された技術によれば、「圧力２ｔｏｒｒに減圧した含浸炉内において、１１５０°Ｃ以上の温度に加熱した無酸素銅の溶湯に炭素焼結体を浸漬し、１３０気圧の圧力を付加することにより、炭素焼結体中に銅を含浸させる。」としている。
【０００９】
さらに、従来の製造方法による銅含浸炭素焼結体では、炭素焼結体に対する無酸素銅の「ぬれ性」が非常に悪いため、炭素焼結体中への銅の含浸状態に「むら」ができやすく、摺動集電用材料に要求される導電性を一定に確保することが困難である、という問題を抱えている。
【００１０】
しかも、従来の製造方法による銅含浸炭素焼結体では、本来「ぬれ性」が悪いため炭素焼結体中へ含浸し難い無酸素銅を強制的に炭素焼結体中へ含浸させるため、大きな加圧力により物理的に銅を炭素焼結体内へ押し込んでいるだけである。したがって、この場合には、炭素と銅は接触面で化学的に反応はしておらず、両者は強固に融合しているとはいえない。このことから、従来の銅含浸炭素焼結体は、所要の強度、特に、外力に対しもろくなく粘り強い性質である「靭性」が不足している。このため、従来の銅含浸炭素焼結体をパンタグラフの摺板等に使用すると、使用により厚みが薄くなった場合に破損等が生じやすい、という問題がある。
【００１１】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、導電性が良く、トロリー線等との摩擦が小さく、摺動時の摩耗が少なく、十分な強度を有し、かつ製造工程が簡易な銅炭素複合材料、及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係るチタン銅炭素複合材料は、
炭素からなる炭素基材と、炭素繊維からなり全長が５ミリメートル以上で前記炭素基材中に配設されて前記炭素基材を強化する炭素繊維補強部材とに、
複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンと、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金とが融合されており、
前記チタンと銅又は銅合金が融合されるにあたり、炭素繊維を含む予形成部材の段階でチタンを含有させた後に炭化処理工程を行うようにしかつ銅又は銅合金は予形成工程と同時又は前記予形成工程以後に常圧で加えられるようにし、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上しており、
鉄道用パンタグラフの摺動集電用材料として用いることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る摺動集電用チタン銅炭素複合材料は、
炭素からなる炭素基材と、炭素繊維からなり全長が５ミリメートル以上で前記炭素基材中に配設されて前記炭素基材を強化する炭素繊維補強部材とに、
複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンと、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金とが融合されており、
前記チタンと銅又は銅合金が融合されるにあたり、炭素繊維を含む予形成部材の段階でチタンを含有させた後に炭化処理工程を行うようにしかつ銅又は銅合金は予形成工程と同時又は前記予形成工程以後に常圧で加えられるようにし、
前記銅合金は、マグネシウムを除く第２族典型金属元素、第５族遷移金属元素、マンガンを除く第７族遷移金属元素、鉄を除く第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、ニッケルを除く第１０族遷移金属元素、銅を除く第１１族遷移金属元素、亜鉛を除く第１２族遷移金属元素、ホウ素を除く第１３族元素、ゲルマニウム、ヒ素又はビスマスである第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し及び耐摩耗性が向上しており、
鉄道用パンタグラフの摺動集電用材料として用いることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項３に係る摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法は、
炭素からなる炭素基材と、炭素繊維からなり全長が５ミリメートル以上で前記炭素基材中に配設されて前記炭素基材を強化する炭素繊維補強部材に、
複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンと、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金とが融合されており、
前記炭素繊維を含む予形成部材の段階でチタンを含有させた後に炭化処理工程を行うようにしかつ銅又は銅合金は予形成工程と同時又は前記予形成工程以後に常圧で加えられるようにし、
前記銅合金は、第５族遷移金属元素及び第９族遷移金属元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し及び耐摩耗性が向上しており、
鉄道用パンタグラフの摺動集電用材料として用いることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項４に係る摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法は、
全長が５ミリメートル以上の炭素繊維と炭素からなる炭素基材を所定の形状に形成して予形成部材を得るとともに当該予形成部材に常圧で、複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンを介在させつつ、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金を含有させる予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行う摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項５に係る摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法は、
全長が５ミリメートル以上の炭素繊維に炭素からなる炭素基材と、複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンを含有させて糸状部材を作製し当該糸状部材を製織又は絡み合わせてシート状部材を作製し当該シート状部材を積層して積層体を形成しかつ銅又は銅合金が前記シート状部材の表面に常圧で配設され予形成部材を得る予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行う摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項６に係る摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法は、
全長が５ミリメートル以上の炭素繊維に炭素からなる炭素基材と、複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンを含有させて糸状部材を作製し当該糸状部材を製織又は絡み合わせてシート状部材を作製し当該シート状部材を積層して積層体を形成し予形成部材を得る予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行い、
前記炭化処理工程又は前記黒鉛化処理工程では、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金が、被処理部材の上に常圧で乗せられ、溶融した銅又は銅合金が前記被処理部材中に含浸される摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項７に係る摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法は、
炭素繊維に炭素からなる炭素基材と、複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンを含有させて糸状部材を作製し、前記糸状部材を長さが５ミリメートル以上に切断して型に充填し、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金からなる粉末が、前記糸状部材とともに前記型内に充填されることにより予形成部材を形成する予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行う摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項８に係る摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法は、
炭素繊維に炭素からなる炭素基材と、複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンを含有させて糸状部材を作製し、前記糸状部材を長さが５ミリメートル以上に切断して型に充填することにより予形成部材を形成する予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行い、
前記炭化処理工程又は前記黒鉛化処理工程では、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金が、被処理部材の上に常圧で乗せられ、溶融した銅又は銅合金が前記被処理部材中に含浸される摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする
【００２７】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について、図，表等を適宜参照しつつ詳細に説明する。まず、上記した本発明の一例であるチタン銅炭素複合材料を実際に製造した例について、以下に詳細に説明を行う。以下のチタン銅炭素複合材料の製造にあたっては、まず炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンを製造し、次にこの炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンから炭素−Ｔｉプリフォームドシートを製造する。このため、まず、炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン、及び炭素−Ｔｉプリフォームドシートの製造例について説明を行う。
【００２８】
（１）炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンの製造例
炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンは、アクリロニトリル共重合体から製造された炭素繊維束に炭素系微粉末とチタン（Ｔｉ）微粉末を含有させ、これを熱可塑性樹脂で被覆することにより得られる。
【００２９】
上記した炭素繊維束は、１２，０００本の炭素繊維フィラメントからなる。炭素繊維束の密度は１．７６ｇ／ｃｍ3 であり、引張強度は３６０ｋｇｆ／ｍｍ2 であり、引張弾性率は２３．５×１０３ ｋｇｆ／ｍｍ2 であり、伸度は１．５％であった。ここに、ｋｇｆは、キログラム重を示している。
【００３０】
炭素繊維としては、
（ｉ）ＰＡＮ（ポリアクリルニトリル），石炭（コールタール）ピッチ，石油ピッチ等を前駆体とし、空気酸化による架橋構造化を施す「安定化工程」と、「炭素化工程」と、「黒鉛化工程」を行うことにより生成されるもの
（ｉｉ）熱硬化性樹脂を紡糸、硬化、カーボン化させて生成されるガラス状炭素繊維
（ｉｉｉ）気相の炭素から成長させる気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）
等が使用可能である。
【００３１】
また、炭素系微粉末（カーボンブラック）としては、石炭系バルクメソフェーズピッチ及びピッチコークスを用いた。このバルクメソフェーズピッチは軟化点２８０°Ｃ、含有揮発分（１８．０重量％）、平均粒径１５μｍであった。ピッチコークスは軟化点を有さず、含有揮発分（８．０重量％）、平均粒径１０μｍであった。
【００３２】
また、チタン微粉末としては、純度９９．１〜９９．６％のものを適宜に選択する。その形状としては、粉末状のものを使用し、粒径は、５００μｍ以下のものを適宜に選択する。チタン微粉末の添加量としては、複合材料の全重量に対して１〜７０重量％の比率である。
【００３３】
また、炭素繊維束を被覆するための熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン（以下、「ＰＰ」という。）を用いた。このＰＰの密度は０．９ｇ／ｃｍ3 であり、曲げ強度は９．５ｋｇｆ／ｍｍ2 であり、曲げ弾性率は１００ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。
【００３４】
上記のような材料を用い、炭素繊維束に流動層を用いて炭素系微粉末とチタン微粉末を包含させた後、炭素繊維束をＰＰ樹脂で被覆させ、炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンを製造した。得られた炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンの直径は約１．８ｍｍであった。この炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンは、糸状部材に相当している。
【００３５】
（２）炭素−Ｔｉプリフォームドシートの製造例
図１は、本発明に係るチタン銅炭素複合材料の製造方法の実施例において製造された炭素−Ｔｉプリフォームドシートの構成を示す斜視図である。
【００３６】
図１に示すように、この炭素−Ｔｉプリフォームドシート１０１は、上記のようにして製造された炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン１０２と、熱可塑性樹脂繊維糸１０３を備えて構成されている。また、これらの炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン１０２と熱可塑性樹脂繊維糸１０３は、熱可塑性樹脂繊維糸１０３が縦糸（経糸）となり、炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン１０２が横糸（緯糸）となるようにして平織りされている。
【００３７】
また、熱可塑性樹脂繊維糸１０３としては、ＰＰ繊維糸を用いた。このＰＰ繊維糸１０３は、フィラメント数が１本で、デニール数は１８０ｄｅ（直径：約１４０μｍ）であった。
【００３８】
次に、上記したＰＰ繊維糸１０３を経糸として、レピア織機にセットし、上記した炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン１０２を緯糸として製織することにより、炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン１０２の延在方向への強度が卓越した炭素−Ｔｉプリフォームドシート（以下、「一方向炭素−Ｔｉプリフォームドシート」という。）１０１を作製した。この一方向炭素−Ｔｉプリフォームドシートは、シート状部材に相当している。
【００３９】
上記の製織において、ＰＰ繊維糸１０３に作用していた張力は１２ｇｆであり、炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン１０２に作用していた張力は４５０ｇｆであった。ここに、ｇｆは、グラム重を示している。
【００４０】
なお、得られた一方向炭素−Ｔｉプリフォームドシート１０１のうちの炭素繊維，ＰＰ樹脂（炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンを被覆しているものと、熱可塑性樹脂繊維糸として用いられているものとの合計），及び炭素系粉末の体積比は、
４５：５：５０
であった。
【００４１】
（３）実施例１
上記のようにして製作された一方向炭素−Ｔｉプリフォームドシート１０１の表面に、銅合金粉末とフェノール樹脂を混合した混合物（以下、「銅合金−フェノール樹脂混合物」という。）を塗布し、一方向炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシートを得る。
【００４２】
上記の銅合金の組成は、銅（Ｃｕ）が９６．０重量％、アルミニウム（Ａｌ）が３．０重量％、燐（Ｐ）が１．０重量％である。
【００４３】
フェノール樹脂としては、〜大日本インキ化学工業株式会社製の「フェノライトＪ−３２５」を使用した。
【００４４】
次に、図２に示すように、上記のようにして製造した一方向炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシートを、２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃのように、重ね合わせて積層することによって、炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体３０１を作製する。この工程は、予形成工程に相当している。
【００４５】
図２において、一方向炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート２０１Ａ〜２０１Ｃに図示した平行線は、線の延在方向がシートのプリフォームドヤーンの方向（炭素繊維強化方向）であることを示している。すなわち、炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体３０１においては、一方向炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシートの炭素繊維強化方向がシートごとに直交している。以下、このような炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体を「二方向性積層体」という。
【００４６】
次に、上記のようにして形成した積層構造の炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体３０１を、ホットプレス（加熱加圧装置）により加熱・加圧しつつ成型した。この工程は、成型処理工程に相当している。この場合の成型温度（第１温度に相当している。）は６００°Ｃであり、成型圧力（第１圧力に相当している。）は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、二方向性のチタン銅炭素複合材料（図示せず）が得られた。以下、積層構造の炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体３０１をホットプレス法によって加熱しつつ加圧して成型したものを、「炭素−Ｔｉ−銅合金シート成型体」という。
【００４７】
二方向性材料とは、基材中の強化繊維の延在方向が２つの異なる方向となっているものである。上記した炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体３０１の場合には２つの炭素繊維方向の交差角度は直角（９０度）である。しかし、２つの炭素繊維方向としては任意の方向が可能である。二方向性材料では、それぞれの強化方向に配置される強化繊維の量（例えば、本数、各繊維の断面積）や各強化繊維の１本当りの強度により、それぞれの方向の強度が決定され、一般には、いずれか一方の方向への強度が卓越するが、強化繊維量を適当に調整すれば、両方向の強度を等しくさせることができる。また、これを応用すれば、多数の一方向炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシートを重ねて積層し、各シートの炭素繊維強化方向を一様に異なる方向とすることにより、強化方向が一様な「等方性材料」を得ることができる。
【００４８】
次に、上記の炭素−Ｔｉ−銅合金シート成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１３００°Ｃまで昇温し、１３００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この工程は、炭化処理工程に相当している。また、１３００°Ｃの温度は、第２温度に相当している。この焼成の結果得られたもの（図示せず）は、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（以下、「Ｃ／Ｃコンポジット」という。）の内部に銅合金及びチタン（Ｔｉ）が含有され、Ｃ／Ｃコンポジット，銅合金，Ｔｉの各々が強固に焼結された複合材料となっている。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第１焼結体」という。
【００４９】
上記のＣ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第１焼結体中における炭素繊維含有率は、４５．０体積％であり、寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×３０ｍｍ（厚さ）であった。
【００５０】
（４）実施例２
上記のようにして製作された一方向炭素−Ｔｉプリフォームドシートを、実施例１とは異なり、表面に銅合金−フェノール樹脂混合物を塗布せずに、そのまま積層し、各一方向炭素−Ｔｉプリフォームドシートの炭素繊維強化方向を互い違いに直交させることによって二方向性積層体（図示せず）を作製する。この工程は、予形成工程に相当している。以下、この積層体を、「炭素−Ｔｉプリフォームドシート積層体」という。
【００５１】
次に、上記のようにして形成した積層構造の炭素−Ｔｉプリフォームドシート積層体を、ホットプレス法により加熱・加圧しつつ成型した。この工程は、成型処理工程に相当している。この場合の成型温度は６００°Ｃ（第１温度に相当している。）であり、成型圧力（第１圧力に相当している。）は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、二方向性の炭素系複合材料（図示せず）が得られた。以下、炭素−Ｔｉプリフォームドシート積層体をホットプレス法によって加熱しつつ加圧して成型したものを、「炭素−Ｔｉシート成型体」という。
【００５２】
次に、上記のようにして得られた炭素−Ｔｉシート成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１２００°Ｃまで昇温し、１２００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この工程は、炭化処理工程に相当している。また、１２００°Ｃの温度は、第２温度に相当している。この焼成の結果得られたものは、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）の内部にチタン（Ｔｉ）が含有され、Ｃ／ＣコンポジットとＴｉの各々が焼結された複合材料（図示せず）となっている。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第１焼結体」という。
【００５３】
次に、上記のようにして得られたＣ／Ｃ−Ｔｉ第１焼結体の上に塊状又は板状若しくは粒状あるいは粉末状等の銅合金を乗せる。この銅合金の組成は、銅（Ｃｕ）が９４．５重量％、錫（Ｓｎ）が３．０重量％、亜鉛（Ｚｎ）が１．０重量％、リン（Ｐ）が０．５重量％、コバルト（Ｃｏ）が１．０重量％である。
【００５４】
次に、この状態で還元ガス雰囲気中で１０００°Ｃまで昇温し、１０００°Ｃにおいて６０分間保持した。これにより、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第１焼結体の上に乗せた銅合金が溶融し、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第１焼結体の表面及び内部に形成されている多数の微少孔（図示せず）に、溶融した銅合金がしみ込み、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第１焼結体の内部に溶融銅合金が含浸され、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第１焼結体中でＣ／Ｃコンポジット，銅合金，Ｔｉの各々が強固に焼結された複合材料となる。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第２焼結体」という。
【００５５】
上記のＣ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第２焼結体中における炭素繊維含有率は、４５．０体積％であり、寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×２８ｍｍ（厚さ）であった。
【００５６】
（５）実施例３
実施例１と同様の方法により製造した炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンを長さ１５ｍｍに切断したものと、銅合金粉末とを混合し、ホットプレスの型内に均一に充填した。この工程は、予形成工程に相当している。
【００５７】
次に、これをホットプレス法により加熱・加圧しつつ成型した。この工程は、成型処理工程に相当している。この場合の成型温度は６００°Ｃ（第１温度に相当している。）であり、成型圧力は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 （第１圧力に相当している。）であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、等方性のチタン銅炭素複合材料（図示せず）が得られた。以下、上記の成型体を、「炭素−Ｔｉ−銅合金等方成型体」という。
【００５８】
上記の銅合金の組成は、銅（Ｃｕ）が９３．０重量％、アンチモン（Ｓｂ）が７．０重量％、ベリリウム（Ｂｅ）が２．０重量％、バナジウム（Ｖ）が１．０重量％、モリブデン（Ｍｏ）が４．０重量％である。
【００５９】
次に、上記のようにして製造した炭素−Ｔｉ−銅合金等方成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１３００°Ｃまで昇温し、１３００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この工程は、炭化処理工程に相当している。また、１３００°Ｃの温度は、第２温度に相当している。この焼成の結果得られたもの（図示せず）は、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）の内部に銅合金及びチタン（Ｔｉ）が含有され、Ｃ／Ｃコンポジット，銅合金，Ｔｉの各々が強固に焼結された複合材料となっている。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第３焼結体」という。
【００６０】
上記のＣ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第３焼結体中における炭素繊維含有率は、４０．０体積％であり、寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×２８ｍｍ（厚さ）であった。
【００６１】
（６）実施例４
実施例１と同様の方法により製造した炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンを長さ１５ｍｍに切断したものを、ホットプレスの型内に均一に充填した。この工程は、予形成工程に相当している。
【００６２】
次に、これをホットプレス法により加熱・加圧しつつ成型した。この工程は、成型処理工程に相当している。この場合の成型温度は６００°Ｃ（第１温度に相当している。）であり、成型圧力は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 （第１圧力に相当している。）であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、等方性の炭素複合材料（図示せず。以下、「炭素−Ｔｉ等方成型体」という。）が得られた。
【００６３】
次に、上記のようにして得られた炭素−Ｔｉ等方成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１２００°Ｃまで昇温し、１２００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この工程は、炭化処理工程に相当している。また、１２００°Ｃの温度は、第２温度に相当している。この焼成の結果得られたものは、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）の内部にチタン（Ｔｉ）が含有され、Ｃ／ＣコンポジットとＴｉの各々が焼結された複合材料（図示せず）となっている。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第２焼結体」という。
【００６４】
次に、上記のようにして得られたＣ／Ｃ−Ｔｉ第２焼結体の上に塊状又は板状若しくは粒状あるいは粉末状等の銅合金を乗せる。この銅合金の組成は、銅（Ｃｕ）が９３．０重量％、亜鉛（Ｚｎ）が２．０重量％、ビスマス（Ｂｉ）が５．０重量％である。
【００６５】
次に、この状態で水素ガス（Ｈ2 ）雰囲気中で１０００°Ｃまで昇温し、１０００°Ｃにおいて６０分間保持した。これにより、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第２焼結体の上に乗せた銅合金が溶融し、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第２焼結体の表面及び内部に形成されている多数の微少孔（図示せず）に、溶融した銅合金がしみ込み、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第２焼結体の内部に溶融銅合金が含浸され、Ｃ／Ｃ−Ｔｉ第２焼結体中でＣ／Ｃコンポジット，銅合金，Ｔｉの各々が強固に焼結された複合材料となる。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第４焼結体」という。
【００６６】
上記のＣ／Ｃ−Ｔｉ−銅合金第４焼結体中における炭素繊維含有率は、４０．０体積％であり、寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×２８ｍｍ（厚さ）であった。
【００７３】
上記した実施例１〜４を製造した結果得られた最終焼結体の組成等の緒元を表１に示す。
【００７４】
【表１】
【００７５】
次に、上記した実施例１〜４と比較する対象物として、５つの比較例の製造を行った。以下、これらについて説明する。
【００７６】
（８）比較例１
圧力２ｔｏｒｒに減圧した含浸炉内において、炭素粉末焼結体を、１１５０°Ｃに加熱して溶融させた純銅の溶湯に浸漬させ、１３０気圧の圧力を付加した。これにより、炭素粉末焼結体に銅を含浸させ、「銅含浸炭素粉末焼結体」を得た。
【００７７】
上記の銅含浸炭素粉末焼結体の寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×３０ｍｍ（厚さ）であった。
【００７８】
（９）比較例２
アクリロニトリル共重合体から製造された炭素繊維束に炭素系微粉末を含有させ、これを熱可塑性樹脂で被覆することにより「炭素プリフォームドヤーン」（図示せず）を製造した。これは、Ｔｉが含浸されていない点を除き、他の点は、上記した炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンとまったく同様の構成を有し、まったく同様の製造方法である。
【００７９】
次に、上記の炭素プリフォームドヤーンを、ＰＰ繊維糸を経糸としてレピア織機を用いて製織し、「一方向炭素プリフォームドシート」（図示せず）を製作した。これは、Ｔｉが含浸されていない点を除き、他の点は、上記した一方向炭素−Ｔｉプリフォームドシートとまったく同様の構成を有し、まったく同様の製造方法である。
【００８０】
次に、上記のようにして製作された一方向炭素プリフォームドシートの表面に、銅合金粉末とフェノール樹脂を混合した「銅合金−フェノール樹脂混合物」を塗布し、一方向炭素−銅合金プリフォームドシートを得る。この場合の銅合金、及びフェノール樹脂は、実施例１で用いたものと同様である。
【００８１】
次に、上記のようにして製造した一方向炭素−銅合金プリフォームドシートの炭素繊維強化方向を互い違いに直交させることによって二方向性積層体（図示せず）を作製する。以下、この積層体を、「炭素−銅合金プリフォームドシート積層体」という。
【００８２】
次に、上記のようにして形成した炭素−銅合金プリフォームドシート積層体を、ホットプレス（加熱加圧装置）により加熱・加圧しつつ成型した。この場合の成型温度は６００°Ｃであり、成型圧力は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、二方向性の銅炭素複合材料（図示せず）が得られた。以下、これを、「炭素−銅合金シート成型体」という。
【００８３】
次に、上記の炭素−銅合金シート成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１３００°Ｃまで昇温し、１３００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この焼成の結果得られたもの（図示せず）は、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）の内部に銅合金が含有された複合材料となっている。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−銅合金第１焼結体」という。
【００８４】
上記のＣ／Ｃ−銅合金第１焼結体の寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×３０ｍｍ（厚さ）であった。
【００８５】
（１０）比較例３
比較例２で製作された一方向炭素プリフォームドシートを、比較例２とは異なり、その表面に銅合金−フェノール樹脂混合物を塗布せず、シートの炭素繊維強化方向を互い違いに直交させることによって二方向性積層体（図示せず）を作製する。以下、この積層体を、「炭素プリフォームドシート積層体」という。
【００８６】
次に、上記のようにして形成した炭素プリフォームドシート積層体を、ホットプレス（加熱加圧装置）により加熱・加圧しつつ成型した。この場合の成型温度は６００°Ｃであり、成型圧力は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、二方向性の炭素複合材料（図示せず）が得られた。以下、これを、「炭素シート成型体」という。
【００８７】
次に、上記の炭素シート成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１２００°Ｃまで昇温し、１２００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この焼成の結果得られたもの（図示せず）は、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）となっている。
【００８８】
次に、上記のようにして得られたＣ／Ｃコンポジットの上に銅合金を乗せる。この銅合金の組成は、実施例２の場合と同様である。
【００８９】
次に、この状態で還元ガス雰囲気中で１０００°Ｃまで昇温し、１０００°Ｃにおいて６０分間保持した。これにより、Ｃ／Ｃコンポジットの上に乗せた銅合金を溶融させ、Ｃ／Ｃコンポジットの表面及び内部に形成されている多数の微少孔（図示せず）から、溶融した銅合金を含浸させようとしたが、溶融銅合金は、Ｃ／Ｃコンポジットに形成されている微少孔内へしみ込まず、Ｃ／Ｃ−銅合金焼結体を得ることはできなかった。
【００９０】
（１１）比較例４
比較例２と同様の方法により製造した炭素プリフォームドヤーンを長さ１５ｍｍに切断したものと、銅合金粉末とを混合し、ホットプレスの型内に均一に充填した。銅合金の組成は、実施例３の場合と同様であった。次に、これをホットプレス法により加熱・加圧しつつ成型した。この場合の成型温度は６００°Ｃであり、成型圧力は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、等方性の銅炭素複合材料（図示せず）が得られた。以下、上記の成型体を、「炭素−銅合金等方成型体」という。
【００９１】
次に、上記のようにして製造した炭素−銅合金等方成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１３００°Ｃまで昇温し、１３００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この焼成の結果得られたもの（図示せず）は、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）の内部に銅合金が含有され、Ｃ／Ｃコンポジットと銅合金が焼結された複合材料となっている。以下、これを、「Ｃ／Ｃ−銅合金第２焼結体」という。
【００９２】
上記のＣ／Ｃ−銅合金第２焼結体中における炭素繊維含有率は、４０．０体積％であり、寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×２８ｍｍ（厚さ）であった。
【００９３】
（１２）比較例５
比較例２と同様の方法により製造した炭素プリフォームドヤーンを長さ１５ｍｍに切断したものを、ホットプレスの型内に均一に充填した。次に、これをホットプレス法により加熱・加圧しつつ成型した。この場合の成型温度は６００°Ｃであり、成型圧力は１００ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、成型保持時間は２０分間であった。これにより、等方性の炭素複合材料（図示せず。以下、「炭素等方成型体」という。）が得られた。
【００９４】
次に、上記のようにして得られた炭素等方成型体を、窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中で１２００°Ｃまで昇温し、１２００°Ｃにおいて６０分間保持して焼成した。この焼成の結果得られたものは、炭素（Ｃ）からなる炭素基材中に炭素（Ｃ）からなる繊維部材が配設された炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）となっている。
【００９５】
次に、上記のようにして得られたＣ／Ｃコンポジットの上に銅合金を乗せる。この銅合金の組成は、実施例４の場合と同様である。
【００９６】
次に、この状態で還元ガス雰囲気中で１０００°Ｃまで昇温し、１０００°Ｃにおいて６０分間保持した。これにより、Ｃ／Ｃコンポジットの上に乗せた銅合金を溶融させ、Ｃ／Ｃコンポジットの表面及び内部に形成されている多数の微少孔（図示せず）から、溶融した銅合金を含浸させようとしたが、溶融銅合金は、Ｃ／Ｃコンポジットに形成されている微少孔内へしみ込まず、Ｃ／Ｃ−銅合金焼結体を得ることはできなかった。
【００９７】
上記のＣ／Ｃ−銅合金第３焼結体中における炭素繊維含有率は、４５．０体積％であり、寸法は、１００ｍｍ（幅）×３００ｍｍ（長さ）×２８ｍｍ（厚さ）であった。
【００９８】
（１５）実施例及び比較例に関する試験結果
上記のようにして製造した実施例１〜４、及び比較例１〜５について、各種の試験を行った。以下、表を参照しつつ、各種試験の結果について説明する。
【００９９】
ａ．物理的強度試験
上記のようにして製造した実施例１〜４、及び比較例１，２，４について、材料の物理的強度、特に靭性を評価するため、各例の材料から、１０ｍｍ×１０ｍｍ×５５ｍｍの寸法の試験片を各１０本ずつ切り出し、５本について曲げ強さ試験を、残りの５本についてシャルピー衝撃試験を行った。この結果を表２に示す。
【０１００】
【表２】
【０１０１】
この表２に示された数値は、測定結果の平均値である。また、曲げ強さ試験の結果の数値の単位は、ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、シャルピー衝撃試験の結果の数値の単位は、ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ2 である。
【０１０２】
表２の結果より、曲げ強さについては、実施例１〜４はいずれも比較例よりも強度が高かった。特に実施例２は、２６９０ｋｇｆ／ｃｍ２ という高い値を示し、比較例のうち最も強度の低い比較例４と比較すると３．１倍であり、また、実施例のうち最も強度の低い実施例３の場合でも、比較例４と比較すると１．８倍である。また、パンタグラフ用摺板として要求される曲げ強度値は、約１０００ｋｇｆ／ｃｍ２ 程度であるから、実施例１〜４のチタン銅炭素複合材料の曲げ強度値は、その約１．６〜２．６倍程度と高い値であり、本実施例のチタン銅炭素複合材料の強度（靭性）が良好であることがわかる。
【０１０３】
一方、シャルピー衝撃値については、実施例１〜４はいずれも比較例とほぼ同等、あるいはそれ以上の値を示した。特に実施例１は、１０．８ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ２ という大きな値を示し、比較例のうち値の小さい比較例１と比較すると２．０倍であり、また、実施例のうち最も値の小さい実施例４の場合でも、比較例１と比較すると１．６倍である。また、パンタグラフ用摺板として要求されるシャルピー衝撃値は、約３．５ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ２ 程度であるから、実施例１〜４のチタン銅炭素複合材料のシャルピー衝撃値は、その約２．４〜３．１倍程度と高い値であり、この点においても本実施例のチタン銅炭素複合材料の強度（靭性）が良好であることがわかる。
【０１０４】
また、曲げ強さ、シャルピー衝撃値のいずれについても、実施例２と実施例１が高い、あるいは大きな値を示しており、「炭素−Ｔｉプリフォームドシート」を積層し焼成するタイプの物理的強度（靭性）が良好であることがわかった。
【０１０５】
ｂ．導電性試験
上記のようにして製造した実施例１〜４、及び比較例１，２，４について、材料の導電性を評価するため、各例の材料から、１０ｍｍ×１０ｍｍ×５５ｍｍの寸法の試験片を各１０本ずつ切り出し、これらについて比抵抗を測定した。この結果を表３に示す。
【０１０６】
【表３】
【０１０７】
この表３に示された数値は、測定結果の平均値である。また、比抵抗の測定結果の数値の単位は、μΩ・ｃｍ（＝１０-6×Ω・ｃｍ）である。
【０１０８】
表３の結果より、比抵抗値については、実施例１〜４は、最小が実施例１の８０μΩ・ｃｍであり、最大でも実施例４の１４５μΩ・ｃｍであった。パンタグラフ用摺板として要求される比抵抗値は、約３００μΩ・ｃｍ程度であるから、実施例１〜４のチタン銅炭素複合材料の比抵抗値は、その約２６〜４８％程度と低い値であり、本実施例のチタン銅炭素複合材料の導電性が良好であることがわかる。この比抵抗については、比較例２，４は、実施例より大幅に高く、また、比較例１は２７０μΩ・ｃｍと、パンタグラフ用摺板として要求される比抵抗値（約３００μΩ・ｃｍ）の限界に近い値であり、実際上は不適と考えられる。
【０１０９】
また、比抵抗値については、実施例１と実施例２が最も低い値を示しており、「炭素−Ｔｉプリフォームドシート」を積層し焼成するタイプの導電性が良好であることがわかった。
【０１１０】
ｃ．通電摩耗試験
上記のようにして製造した実施例１〜４、及び比較例１，２，４について、パンタグラフ用摺板として用いた場合の摩耗あるいは損傷の程度を評価するため、各例の材料から、１０ｍｍ（厚さ）×２５ｍｍ（幅）×２５ｍｍ（長さ）の寸法の試験片を５本切り出し、これらについて通電摩耗試験を行った。この結果を表４に示す。
【０１１１】
【表４】
【０１１２】
通電摩耗試験は、電動モータの水平回転軸に固定され、電動モータにより駆動されて回転するように構成された円盤の外周に模擬トロリー線が取り付けられた通電摩耗試験装置（図示せず）により行われた。模擬トロリー線は、硬銅（ＪＩＳ・Ｃ１１００・ＢＢ−Ｈ）からなり、外径が８３ｃｍ、幅が６ｍｍ、厚さ５ｍｍの硬銅リングとして円盤に取り付けられている。
【０１１３】
通電摩耗試験は、上記の硬銅リングを、円盤の回転速度（接線速度）１００ｋｍ／時の速度で回転させつつ、押し付け力５ｋｇｆで１分間だけ面接触するように押し付け、２００アンペアの電流を硬銅リングに通電することを４回繰り返す。その後、各試験片の比摩耗量を測定した。表２に示された比摩耗量の数値は、測定結果の平均値である。また、比摩耗量の数値の単位は、１０-7ｍｍ3 ／ｋｇｆ・ｍｍである。また、各試験片の「割れ」あるいは「欠け」の有無を観察した。
【０１１４】
表４の結果より、比摩耗量については、実施例１〜４はいずれも比較例よりも比摩耗量が小さかった。特に実施例４は、４．０×１０ −７ ｍｍ３ ／ｋｇｆ・ｍｍという小さい値を示し、比較例のうち最も比摩耗量の大きい比較例２，４と比較すると６２％であり、比較例のうち最も比摩耗量の小さい比較例１と比較しても６７％と小さい摩耗特性を示した。また、実施例のうち最も比摩耗量の大きい実施例３の場合でも、比較例２，４と比較すると７４％であり、比較例１と比較しても８０％の摩耗特性を示した。
【０１１５】
一方、割れ，欠けの有無については、実施例１〜４はいずれも割れ，欠けとも無かったのに対し、比較例１では割れ，欠けが認められた。
【０１１６】
また、通電摩耗試験については、実施例４が小さな値を示しているが、他の実施例１〜３との差は少なかった。
【０１１７】
上記のことから、上記各実施例１〜４のチタン銅炭素複合材料は、以下に述べるような利点を有していることが判明した。
【０１１８】
Ｉ） 比抵抗（電気抵抗）が低く導電性が非常に良い。
【０１１９】
ＩＩ） 炭素材料は、摺動時の摩擦抵抗が小さく、トロリー線等の表面上を滑りやすい。また、トロリー線の摺動面を滑らかにする効果もあり、トロリー線を摩耗させにくい。
【０１２０】
ＩＩＩ） 銅は摩耗しやすいが炭素材料は摩耗しにくいため、材料全体としては、銅や銅合金の摺板よりも摩耗が少ない。
【０１２１】
ＩＶ） 炭素基材が炭素繊維補強部材によって補強され、さらに含浸された銅合金等も補強材料として機能するため、十分な強度、特に十分な靭性を有し、パンタグラフ摺板として長期間使用され厚みが薄くなっても破損等を生じることがない。
【０１２２】
Ｖ） 離線時のアークによる損耗が少なく、耐アーク性が高い。
【０１２３】
ＶＩ） 従来のパンタグラフ摺板に用いられていた焼結合金等に比べて軽量であり、高速車両のパンタグラフ摺板材料として適している。
【０１２４】
ＶＩＩ） 従来の銅含浸炭素焼結体等の製造方法に比べて、常圧で製造することができ、製造方法が非常に簡易であり、製造装置が簡素なものでよく、製造コストが大幅に低減できるため製品価格も低廉なものとすることができる。
【０１２５】
実施例１〜４が、上記のような利点を有する理由については、以下の理由が考えられる。
【０１２６】
（Ａ）Ｔｉによる炭素と銅の「ぬれ性」の改善
従来の銅含浸炭素焼結体は、炭素（Ｃ）と銅（Ｃｕ）、あるいは炭素と銅合金からなる。しかし、炭素と銅は、非常に「ぬれ性」が悪い、という欠点がある。「ぬれ性」とは、固体と液体との境界面において、固体と液体の間の接触角度が０〜９０度の場合に「液体が固体をぬらす」といい、固体と液体の間の接触角度が９０〜１８０度の場合に「ぬらさない」という性質である。「ぬれ性」が良い場合には、固体の表面に液体が付着して広がることになる。
【０１２７】
銅炭素複合材料においては、炭素が固体であり、加熱されて溶融した銅（又は溶融した銅合金。以下、銅を例として説明する。）が液体となる。上記したように、炭素と銅は、非常に「ぬれ性」が悪い。したがって、炭素は溶融銅にはぬれず、溶融銅をはじくことになる。炭素材料中の空隙や空洞内に溶融銅が導かれた場合には、溶融銅は炭素の壁面に接触することをせず、球状や滴状となると考えられる。この状態で冷却硬化すると、銅は、炭素材料の空隙内において単体の銅として炭素材料とは遊離した状態で存在することになる。これでは、複合材料とはいえず、強度も高くはならない。このことから、従来の方法は、１００気圧以上の高圧を利用して銅を炭素材料へ含浸させている（以下、「高圧銅含浸法」という。）である。
【０１２８】
一方、上記実施例１〜４の場合は、特に高圧付加を行っていないのに、優れた銅炭素複合材料を得ることができた。この理由は、チタン（Ｔｉ）の添加にある、と考えられる。すなわち、炭素と銅は、Ｔｉが介在する場合には「ぬれ性」が大幅に改善される、と考えられるからである。したがって、Ｔｉが存在する場合には、高圧を付加しなくても銅は容易に炭素とぬれるようになるため、銅は炭素材料中に自律的に含浸し、炭素と反応して融合し、強固な複合材料になる、と考えられる。また、本発明のチタン銅炭素複合材料中におけるチタン含有率は、炭素複合材料の各種データ等を勘案すると、約１〜７０重量％程度の範囲、好ましくは約３〜５３重量％程度の範囲とするのがよい、と考えられる。
【０１２９】
（Ｂ）所定長さ以上の炭素繊維の使用
炭素粉末を焼結した炭素材料、あるいは炭素粉末と短い炭素繊維（長さ２．０ｍｍ以下）を焼結した炭素材料の場合は、比較例１のように割れや欠けが発生しやすい。これは、炭素だけでは強度が足りず、炭素繊維を補強部材とする場合でも、炭素繊維にはある程度以上の長さが必要であることを示している。上記実施例３，４では、炭素繊維部材（プリフォームドヤーン）を長さ１５ｍｍに切断したものを用いているが、上記したように靭性、割れ等においても、他の実施例と遜色は無かった。このため、長さ１５ｍｍの炭素繊維の場合は十分な強度がある、と考えられる。したがって、炭素繊維の長さは、２ｍｍと１５ｍｍの間のいずれかの値が実用上の強度の下限である、と考えられる。炭素複合材料の各種データ等を勘案すると、この下限値（炭素繊維の長さの最小値）は、５ｍｍ程度であろう、と考えられる。
【０１３０】
（Ｃ）所定範囲の銅含有量の設定
上記各実施例１〜４の試験結果からもわかるように、チタン銅炭素複合材料中の銅含有率が低下すれば、炭素に比べ銅の方が柔らかいため、チタン銅炭素複合材料としての比摩耗量は低下すると考えられる。しかし、銅含有率が低下すれば、チタン銅炭素複合材料としての導電性は低下する。したがって、銅含有率にはある下限値が存在する、と考えられる。一方、チタン銅炭素複合材料中の銅含有率を増加すれば、比摩耗量は増大する傾向が見られるから、比摩耗量の要求値から、チタン銅炭素複合材料中の銅の含有率には上限値も存在する、と考えられる。これらのことを考慮すると、本発明のチタン銅炭素複合材料中における銅含有率は、約１〜７５重量％程度の範囲、好ましくは約４〜６８重量％程度の範囲とするのがよい、と考えられる。
【０１３１】
（Ｄ）所定組成の銅合金の使用
本発明のチタン銅炭素複合材料では、炭素基材にＴｉを介在させることにより炭素基材中に純銅を含有させてももちろん良いが、銅合金を含有させることも有用である。銅（Ｃｕ）に他の元素が融合され銅としての性質を維持しているものを「銅合金」と定義する。融合される元素によって、銅合金は各種の性質を獲得する。例えば、柔らかい純銅の硬度の向上、融点の低下（鋳造性の向上）、耐腐食性の向上、耐摩耗性の向上等である。融合される元素については、各実施例においても確認されたが、以下のものが挙げられる。例えば、スズ（Ｓｎ），亜鉛（Ｚｎ），ニッケル（Ｎｉ），アルミニウム（Ａｌ），コバルト（Ｃｏ），リン（Ｐ），アンチモン（Ｓｂ），ベリリウム（Ｂｅ），バナジウム（Ｖ），モリブデン（Ｍｏ），ビスマス（Ｂｉ）である。また、もちろん上記各実施例１〜５で用いたチタン（Ｔｉ）との合金も可能である。
【０１３２】
また、ベリリウム（Ｂｅ）との合金が可能であることから、同じ第２族典型金属元素（アルカリ土類金属元素）であるマグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ），ストロンチウム（Ｓｒ），バリウム（Ｂａ）等との合金も可能であることがわかる。また、チタン（Ｔｉ）との合金が可能であることから、同じ第４族遷移金属元素であるジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ）等との合金も可能であることがわかる。また、バナジウム（Ｖ）との合金が可能であることから、同じ第５族遷移金属元素であるニオブ（Ｎｂ），タンタル（Ｔａ）等との合金も可能であることがわかる。また、モリブデン（Ｍｏ）との合金が可能であることから、同じ第６族遷移金属元素であるクロム（Ｃｒ），タングステン（Ｗ）等との合金も可能であることがわかる。
【０１３３】
また、上記各実施例では実施してはいないが、金属であることから、マンガン（Ｍｎ）等の第７族遷移金属元素、及び鉄（Ｆｅ）等の第８族遷移金属元素との合金も可能であると考えられる。また、コバルト（Ｃｏ）との合金が可能であることから、同じ第９族遷移金属元素であるロジウム（Ｒｈ），イリジウム（Ｉｒ）等との合金も可能であることがわかる。また、ニッケル（Ｎｉ）との合金が可能であることから、同じ第１０族遷移金属元素であるパラジウム（Ｐｄ）等との合金も可能であることがわかる。また、銅（Ｃｕ）と同じ第１１族遷移金属元素である銀（Ａｇ）等との合金も可能である。また、亜鉛（Ｚｎ）との合金が可能であることから、同じ第１２族遷移金属元素であるカドミウム（Ｃｄ）等との合金も可能であることがわかる。また、アルミニウム（Ａｌ）との合金が可能であることから、同じ第１３族元素であるホウ素（Ｂ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ）等との合金も可能であることがわかる。また、スズ（Ｓｎ）との合金が可能であることから、同じ第１４族元素であるケイ素（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），鉛（Ｐｂ）等との合金も可能であることがわかる。また、リン（Ｐ），アンチモン（Ｓｂ），ビスマス（Ｂｉ）との合金が可能であることから、同じ第１５族元素であるヒ素（Ａｓ）等との合金も可能であることがわかる。
【０１３４】
また、銅に融合される元素は、上記定義から、生成された合金が「銅としての性質を維持するもの」である必要がある。このため、融合される元素の含有量には、おのずから上限がある。また、合金としての性質を発揮させるために、融合される元素の含有量には、下限値もある。下限値と上限値の範囲は、融合される元素に応じて種々の数値となることが考えられるが、実施例の結果等から、おおむね０．１〜３０．０重量％程度と考えられる。また、銅中に含有される他の元素は、１種類でもよいし、適宜のものを適宜の組み合わせで２種類以上選び、各々の含有比率を適宜設定してもよい。複数の元素の銅合金の場合には、銅に融合される複数の元素の含有量の総和を、上記した０．１〜３０．０重量％程度の範囲とするとよいと考えられる。
【０１３５】
なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではない。上記した各実施例は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１３６】
例えば、本発明のチタン銅炭素複合材料は、パンタグラフの摺板をトロリー線下面に摺動させて集電を行う方式における摺動部材の材料には限定されず、他の摺動集電方式、例えば走行用の２本のレールの近傍に碍子で支持された第３のレール（軌条）を配設し、この第３軌条に通電を行い、この第３軌条の表面に集電用の部材（「集電子」又は「集電靴」という。）を摺動させることにより集電を行う方式（第３軌条方式）にも応用可能である。
【０１３７】
また、本発明のチタン銅炭素複合材料は、摺動集電を行うための部材の材料には限定されず、集電は行わなくとも摺動や摩耗等にさらされる機械部品の材料として使用可能である。例えば、回転軸の軸受等である。
【０１３８】
また、上記実施例１，２においては、炭素繊維によって作製されたシート、あるいは織布を積層して積層体を作る例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の方法、例えば、炭素繊維を絡み合わせて作製した不織布状又はフェルト状の部材を積層して積層体を作製してもよい。あるいは、炭素プリフォームドヤーン、又は炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンを絡み合わせて作製した不織布状又はフェルト状の部材を積層して積層体を作製してもよい。この場合には、作製された積層体からは等方性材料が得られる。
【０１３９】
また、上記各実施例においては、成型処理工程における第１温度が６００°Ｃ、又は１８０°Ｃの例について説明したが、本発明はこれには限定されず、第１温度としては、１５０〜９００°Ｃ程度の範囲の温度が採用可能である。また、上記各実施例においては、成型処理工程における第１圧力が１００ｋｇｆ／ｃｍ2 、又は２０ｋｇｆ／ｃｍ2 の例について説明したが、本発明はこれには限定されず、第１圧力としては、常圧（無圧縮）〜３００ｋｇｆ／ｃｍ2 程度の範囲の圧力が採用可能である。
【０１４０】
また、上記各実施例においては、炭化処理工程における第２温度が１３００°Ｃ、又は１２００°Ｃの例について説明したが、本発明はこれには限定されず、第２温度としては、７００〜１３００°Ｃ程度の範囲の温度が採用可能である。
【０１４１】
また、本発明のチタン銅炭素複合材料の製造方法は、上記各実施例において説明した方法には限定されない。例えば、炭化処理工程の後に、必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行うようにしてもよい。第３温度としては、１３００〜３０００°Ｃ程度の範囲の温度が採用可能である。このように、第２温度よりもさらに高温で処理することにより、部材を黒鉛化させて炭素を純化し、強度や導電性等を向上させることができる。
【０１４２】
また、本発明のチタン銅炭素複合材料の製造方法は、上記各実施例において説明した方法には限定されない。例えば、実施例１の予形成工程では、シート状部材（例えば炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン）の表面にフェノール樹脂とともに銅合金を塗布する例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の方法、例えば、他のシート状部材（以下、「銅合金含有シート」という。）の中に銅合金を分散させておき、炭素−Ｔｉプリフォームドヤーンどうしの中間に銅合金含有シートを挟み込むようにして積層体を形成してもよい。また、実施例１のように、シート状部材（例えば炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン）の表面に銅合金を塗布する場合でも、銅合金のバインダー材として、フェノール樹脂以外の他のバインダー材を用いてもよい。
【０１４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、炭素からなる炭素基材と、チタンと、銅又は銅合金が融合されるように構成したので、導電性が良く、トロリー線等との摩擦が小さく、摺動時の摩耗が少なく、十分な強度（靭性）を有する、という利点を有している。
【０１４５】
また、本発明によれば、炭素繊維を含む部材を所定の形状に形成して予形成部材を得る予形成工程を行い、次いで予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行い、前記工程のうちのいずれかにおいて処理される被処理部材にチタンを介在させつつ銅又は銅合金を含有させるようにして製造することができ、従来のような高圧処理が不要で製造工程が簡易であり、製造コストを低減することができる、という利点も有している。
【０１４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るチタン銅炭素複合材料の製造方法の実施例において製造された炭素−Ｔｉプリフォームドシートの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るチタン銅炭素複合材料の製造方法の実施例において製造された炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体の構成を示す斜視図である。
【図３】鉄道車両におけるパンタグラフの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０１，１０１Ａ〜１０１Ｃ 炭素−Ｔｉプリフォームドシート
１０２ 炭素−Ｔｉプリフォームドヤーン
１０３ ＰＰ繊維糸
３０１ 炭素−Ｔｉ−銅合金プリフォームドシート積層体
５００ パンタグラフ
５０１ 下枠
５０２ 上枠
５０３ 集電舟
５０４ 摺板
５０５ 主ばね
５０６ 台枠
５０７ 碍子
５０８ 主軸
Claims (8)
- 炭素からなる炭素基材と、炭素繊維からなり全長が５ミリメートル以上で前記炭素基材中に配設されて前記炭素基材を強化する炭素繊維補強部材とに、
複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンと、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金とが融合されており、
前記チタンと銅及び／又は銅合金が融合されるにあたり、炭素繊維を含む予形成部材の段階でチタンを含有させた後に炭化処理工程を行うようにしかつ銅又は銅合金は予形成工程と同時又は前記予形成工程以後に常圧で加えられるようにし、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上しており、
鉄道用パンタグラフの摺動集電用材料として用いることを特徴とする摺動集電用チタン銅炭素複合材料。 - 炭素からなる炭素基材と、炭素繊維からなり全長が５ミリメートル以上で前記炭素基材中に配設されて前記炭素基材を強化する炭素繊維補強部材とに、
複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンと、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅／又は銅合金とが融合されており、
前記チタンと銅又は銅合金が融合されるにあたり、炭素繊維を含む予形成部材の段階でチタンを含有させた後に炭化処理工程を行うようにしかつ銅又は銅合金は予形成工程と同時又は前記予形成工程以後に常圧で加えられるようにし、
前記銅合金は、マグネシウムを除く第２族典型金属元素、第５族遷移金属元素、マンガンを除く第７族遷移金属元素、鉄を除く第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、ニッケルを除く第１０族遷移金属元素、銅を除く第１１族遷移金属元素、亜鉛を除く第１２族遷移金属元素、ホウ素を除く第１３族元素、ゲルマニウム、ヒ素又はビスマスである第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し及び耐摩耗性が向上しており、
鉄道用パンタグラフの摺動集電用材料として用いることを特徴とする摺動集電用チタン銅炭素複合材料。 - 炭素からなる炭素基材と、炭素繊維からなり全長が５ミリメートル以上で前記炭素基材中に配設されて前記炭素基材を強化する炭素繊維補強部材に、
複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンと、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金とが融合されており、
前記炭素繊維を含む予形成部材の段階でチタンを含有させた後に炭化処理工程を行うようにしかつ銅又は銅合金は予形成工程と同時又は前記予形成工程以後に常圧で加えられるようにし、
前記銅合金は、第５族遷移金属元素及び第９族遷移金属元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し及び耐摩耗性が向上しており、
鉄道用パンタグラフの摺動集電用材料として用いることを特徴とする摺動集電用チタン銅炭素複合材料。 - 全長が５ミリメートル以上の炭素繊維と炭素からなる炭素基材を所定の形状に形成して予形成部材を得るとともに当該予形成部材に常圧で、複合材料の全重量に対 し３〜５３重量％の比率となるチタンを介在させつつ、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金を含有させる予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行う摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法。 - 全長が５ミリメートル以上の炭素繊維に炭素からなる炭素基材と、複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンを含有させて糸状部材を作製し当該糸状部材を製織又は絡み合わせてシート状部材を作製し当該シート状部材を積層して積層体を形成しかつ銅又は銅合金が前記シート状部材の表面に常圧で配設され予形成部材を得る予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行う摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法。 - 全長が５ミリメートル以上の炭素繊維に炭素からなる炭素基材と、複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンを含有させて糸状部材を作製し当該糸状部材を製織又は絡み合わせてシート状部材を作製し当該シート状部材を積層して積層体を形成し予形成部材を得る予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行い、
前記炭化処理工程又は前記黒鉛化処理工程では、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金が、被処理部材の上に常圧で乗せられ、溶融した銅又は銅合金が前記被処理部材中に含浸される摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法。 - 炭素繊維に炭素からなる炭素基材と、複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンを含有させて糸状部材を作製し、前記糸状部材を長さが５ミリメートル以上に切断して型に充填し、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金からなる粉末が、前記糸状部材とともに前記型内に充填されることにより予形成部材を形成する予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行う摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法。 - 炭素繊維に炭素からなる炭素基材と、複合材料の全重量に対し３〜５３重量％の比率となるチタンを含有させて糸状部材を作製し、前記糸状部材を長さが５ミリメートル以上に切断して型に充填することにより予形成部材を形成する予形成工程を行い、
次いで前記予形成部材を第１温度で加熱しつつ第１圧力で加圧する成型処理工程を行い、
次いで第２温度で加熱する炭化処理工程を行い、
次いで必要に応じて第３温度で加熱する黒鉛化処理工程を行い、
前記炭化処理工程又は前記黒鉛化処理工程では、複合材料の全重量に対し４〜６８重量％の銅含有率となる銅又は銅合金が、被処理部材の上に常圧で乗せられ、溶融した銅又は銅合金が前記被処理部材中に含浸される摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法であって、
前記銅合金は、第２族典型金属元素、第４族遷移金属元素、第５族遷移金属元素、第６族遷移金属元素、第７族遷移金属元素、第８族遷移金属元素、第９族遷移金属元素、第１０族遷移金属元素、第１１族遷移金属元素、第１２族遷移金属元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素のうちのいずれか又はこれらの適宜の組み合わせを、銅に対して０．１〜３０．０重量％の比率で含有させることにより構成され、
前記銅合金の含有元素により、銅合金の硬度が向上し、融点が低下し、耐腐食性が向上し、及び耐摩耗性が向上していること
を特徴とする摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08832999A JP3987656B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 摺動集電用チタン銅炭素複合材料、及び摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法 |
| US09/537,661 US6183667B1 (en) | 1999-03-30 | 2000-03-29 | Titanium-and copper-containing carbon composite material and process for the production thereof |
| EP00302642A EP1041056B1 (en) | 1999-03-30 | 2000-03-30 | Titanium- and copper-containing carbon composite material and process for the production thereof |
| DE60018227T DE60018227T2 (de) | 1999-03-30 | 2000-03-30 | Titan und Kupfer enthaltender Kohlenstoff-Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung |
| ES00302642T ES2234527T3 (es) | 1999-03-30 | 2000-03-30 | Material compuesto de carbono que contiene titanio y cobre y su procedimiento de fabricacion. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08832999A JP3987656B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 摺動集電用チタン銅炭素複合材料、及び摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000281446A JP2000281446A (ja) | 2000-10-10 |
| JP3987656B2 true JP3987656B2 (ja) | 2007-10-10 |
Family
ID=13939854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08832999A Expired - Lifetime JP3987656B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 摺動集電用チタン銅炭素複合材料、及び摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6183667B1 (ja) |
| EP (1) | EP1041056B1 (ja) |
| JP (1) | JP3987656B2 (ja) |
| DE (1) | DE60018227T2 (ja) |
| ES (1) | ES2234527T3 (ja) |
Families Citing this family (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10143015C2 (de) * | 2001-09-03 | 2003-11-13 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes |
| DE10212486A1 (de) * | 2002-03-21 | 2003-10-16 | Sgl Carbon Ag | Verbundwerkstoff mit Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff |
| DE10328546A1 (de) * | 2003-06-24 | 2005-01-27 | Sgl Carbon Ag | Schleifleiste aus Kohlenstoff mit einem geringen Anteil an dünnen metallischen Leitern |
| CN1311476C (zh) * | 2005-04-21 | 2007-04-18 | 王占武 | 电力机车受电弓用滑板及其制造方法 |
| CN1326152C (zh) * | 2005-07-08 | 2007-07-11 | 山东大学 | 混杂纤维增强复合材料受电弓滑板及其制备方法 |
| JP5456995B2 (ja) * | 2008-07-11 | 2014-04-02 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | パンタグラフ用すり板集電材料 |
| CN102311273B (zh) * | 2011-06-09 | 2012-08-22 | 苏州东南碳制品有限公司 | 一种炭纤维增强受电弓碳滑板及其制造方法 |
| US9963395B2 (en) * | 2013-12-11 | 2018-05-08 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Methods of making carbon composites |
| US9325012B1 (en) | 2014-09-17 | 2016-04-26 | Baker Hughes Incorporated | Carbon composites |
| US10315922B2 (en) | 2014-09-29 | 2019-06-11 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Carbon composites and methods of manufacture |
| US10480288B2 (en) | 2014-10-15 | 2019-11-19 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Articles containing carbon composites and methods of manufacture |
| US9962903B2 (en) | 2014-11-13 | 2018-05-08 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Reinforced composites, methods of manufacture, and articles therefrom |
| US11097511B2 (en) | 2014-11-18 | 2021-08-24 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Methods of forming polymer coatings on metallic substrates |
| US10300627B2 (en) | 2014-11-25 | 2019-05-28 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Method of forming a flexible carbon composite self-lubricating seal |
| US20160186031A1 (en) * | 2014-12-08 | 2016-06-30 | Baker Hughes Incorporated | Carbon composites having high thermal conductivity, articles thereof, and methods of manufacture |
| JP6619012B2 (ja) * | 2015-01-16 | 2019-12-11 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ | 背もたれ、及びそれを含んだ座席 |
| JP6658226B2 (ja) * | 2016-04-05 | 2020-03-04 | 日立化成株式会社 | 摺動材料、摺動部材及び摺動材料の製造方法 |
| US10125274B2 (en) | 2016-05-03 | 2018-11-13 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Coatings containing carbon composite fillers and methods of manufacture |
| US10344559B2 (en) | 2016-05-26 | 2019-07-09 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | High temperature high pressure seal for downhole chemical injection applications |
| CN106083211B (zh) * | 2016-06-17 | 2019-01-25 | 大同新成新材料股份有限公司 | 碳滑板表面置铜的方法 |
| CN106631083B (zh) * | 2016-09-30 | 2019-09-06 | 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 | 一种受电弓滑板用短切碳纤维增强碳/碳复合材料的制备方法 |
| CN107161976B (zh) * | 2017-06-02 | 2019-04-26 | 中南大学 | 一种受电弓滑板用铜/炭基复合材料的制备方法 |
| CN107675065B (zh) * | 2017-09-30 | 2019-05-28 | 贵州新安航空机械有限责任公司 | 一种轻轨车辆用铜基受电弓滑板及其制备方法 |
| CN107757376A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-03-06 | 盐城金麦穗科技发展有限公司 | 稻麦秸秆石墨烯受电弓滑板及其生产方法 |
| CN107972493B (zh) * | 2017-12-12 | 2020-07-28 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种间距以及弧度可调节的碳滑板支撑基座 |
| CN108484195B (zh) * | 2018-03-01 | 2020-06-16 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种受电弓碳滑板的制备方法 |
| CN108422868A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-08-21 | 青岛大学 | 一种受电弓滑板用碳纤维复合材料及制备方法 |
| JP7253454B2 (ja) * | 2019-06-19 | 2023-04-06 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 集電摺動材料及びその製造方法 |
| CN110272295B (zh) * | 2019-07-30 | 2022-02-18 | 西南交通大学 | 一种高电导率受电弓滑板基材及其制备方法 |
| CN110436926B (zh) * | 2019-08-27 | 2021-04-06 | 西南交通大学 | 一种高电导率受电弓碳滑板及其制备方法 |
| CN111015575B (zh) * | 2019-12-11 | 2021-05-04 | 大同新成新材料股份有限公司 | 便于智能碳滑板多角度安装的辅助设备及其安装方法 |
| CN111098713B (zh) * | 2019-12-12 | 2020-12-18 | 西南交通大学 | 多滚轮旋转受电弓弓头及双极刚性悬挂汇流排复合系统 |
| CN111546897A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-08-18 | 湖南文理学院 | 一种可多角度调节的井下电动运矿车集电弓结构 |
| CN111960839B (zh) * | 2020-07-27 | 2022-07-26 | 河南工业大学 | 一种高速列车用受电弓滑板的制备方法 |
| CN113880598B (zh) * | 2021-09-29 | 2022-11-11 | 湖北瑞宇空天高新技术有限公司 | 高铁用高电导率受电弓滑板用复合材料及其制备方法 |
| CN116003149A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-04-25 | 贵州省紫安新材料科技有限公司 | 一种碳-铜纤维混编受电弓碳滑板复合材料的制备方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3869259A (en) * | 1973-05-02 | 1975-03-04 | Gen Motors Corp | Composite sliding member |
| JPS5839216B2 (ja) * | 1981-05-27 | 1983-08-29 | 日本国有鉄道 | 炭素繊維を配合した集電用すり板 |
| JPS6340764A (ja) * | 1986-08-02 | 1988-02-22 | 株式会社アクロス | 無機質繊維強化炭素複合材料用の柔軟性中間材及びその製造方法 |
| US5206085A (en) * | 1987-08-13 | 1993-04-27 | Across Co., Ltd. | Preformed yarn useful for forming composite articles and process for producing same |
| DE3838968A1 (de) * | 1988-01-22 | 1989-07-27 | Asea Brown Boveri | Verbundwerkstoff auf der basis von kohlenstoff-fasern als bewehrungsgeruest und einer metallischen matrix als fuellstoff und verfahren zu dessen herstellung |
| JPH01270571A (ja) * | 1988-04-19 | 1989-10-27 | Nippon Steel Corp | 摺動集電用炭素材料の製造方法 |
| JPH01270512A (ja) * | 1988-04-21 | 1989-10-27 | Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk | 貴金属の溶解方法 |
| US5410796A (en) * | 1993-10-06 | 1995-05-02 | Technical Research Associates, Inc. | Copper/copper alloy and graphite fiber composite and method |
| US5621607A (en) * | 1994-10-07 | 1997-04-15 | Maxwell Laboratories, Inc. | High performance double layer capacitors including aluminum carbon composite electrodes |
-
1999
- 1999-03-30 JP JP08832999A patent/JP3987656B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-03-29 US US09/537,661 patent/US6183667B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-30 ES ES00302642T patent/ES2234527T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-30 DE DE60018227T patent/DE60018227T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-30 EP EP00302642A patent/EP1041056B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2234527T3 (es) | 2005-07-01 |
| DE60018227T2 (de) | 2006-02-16 |
| EP1041056B1 (en) | 2005-02-23 |
| EP1041056A2 (en) | 2000-10-04 |
| DE60018227D1 (de) | 2005-03-31 |
| US6183667B1 (en) | 2001-02-06 |
| JP2000281446A (ja) | 2000-10-10 |
| EP1041056A3 (en) | 2001-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3987656B2 (ja) | 摺動集電用チタン銅炭素複合材料、及び摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法 | |
| EP0257847B1 (en) | Preformed yarn useful in forming composite articles and process of producing same | |
| JP4829465B2 (ja) | 炭素−基質複合体、およびそれに関連する組成および方法 | |
| US5688577A (en) | Multi-directional friction materials | |
| US4443726A (en) | Brushes and method for the production thereof | |
| EP1908740A1 (en) | CARBON-FIBER-REINFORCED SiC COMPOSITE MATERIAL AND SLIDE MEMBER | |
| CN106585388A (zh) | 一种电力车辆受电弓滑板用复合材料及其制备方法 | |
| WO2020256040A1 (ja) | 集電摺動材料及びその製造方法 | |
| KR20220028025A (ko) | 섬유상 탄소를 포함하는 전고체 리튬 이차 전지용의 활물질층, 및 전고체 리튬 이차 전지 | |
| CN111320485B (zh) | 一种C/C-Cu复合材料的制备方法 | |
| JP2000037001A (ja) | 摺動集電用炭素系材料、及び摺動集電用炭素系材料の製造方法 | |
| JP2007511197A (ja) | 複合集電装置 | |
| US5554354A (en) | Carbon fiber-reinforced carbon composite material and process for producing the same | |
| EP0572045A2 (en) | Carbon/metal composite | |
| CN107719128B (zh) | 碳纤维复合金属材料针刺预制体及其制备方法 | |
| US6162544A (en) | Kiln tool with good workability | |
| JP2783807B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料及びその製造方法 | |
| JPH0347348B2 (ja) | ||
| JP2006002240A (ja) | 高熱伝導・低熱膨脹複合体およびその製造方法 | |
| JPH01270571A (ja) | 摺動集電用炭素材料の製造方法 | |
| JPS63100062A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造法 | |
| CN113880598B (zh) | 高铁用高电导率受电弓滑板用复合材料及其制备方法 | |
| CN116536597A (zh) | 一种三维网络碳相增强铜基复合材料及其制备方法 | |
| JPS6138231B2 (ja) | ||
| JPH04234476A (ja) | 炭素繊維強化炭素質摩擦ディスクの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040816 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050315 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050516 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060704 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060812 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20061130 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20061130 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070402 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070529 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070622 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070713 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100720 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100720 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110720 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110720 Year of fee payment: 4 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110720 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120720 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120720 Year of fee payment: 5 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120720 Year of fee payment: 5 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130720 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |