JPH0239649B2 - - Google Patents
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- JPH0239649B2 JPH0239649B2 JP57046712A JP4671282A JPH0239649B2 JP H0239649 B2 JPH0239649 B2 JP H0239649B2 JP 57046712 A JP57046712 A JP 57046712A JP 4671282 A JP4671282 A JP 4671282A JP H0239649 B2 JPH0239649 B2 JP H0239649B2
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- Japan
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- friction
- silicon nitride
- sintered body
- disc brake
- rotating member
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D65/00—Parts or details
- F16D65/02—Braking members; Mounting thereof
- F16D65/12—Discs; Drums for disc brakes
- F16D65/127—Discs; Drums for disc brakes characterised by properties of the disc surface; Discs lined with friction material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
- F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
- F16D69/027—Compositions based on metals or inorganic oxides
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は高エネルギーを負荷されるデイスク
ブレーキ組立体、とくにその摩擦材料に関するも
のである。
ブレーキ組立体、とくにその摩擦材料に関するも
のである。
高エネルギー負荷ブレーキ、たとえば航空機の
車輪用ブレーキの場合着陸に際し高速度の重量物
を僅かな時間と距離で停止せしめるのでブレーキ
はこの大きなエネルギーを吸収せねばならず、摩
擦部分は大きな摩擦力と高い温度上昇に耐えねば
ならない。このような高エネルギー負荷の航空機
用ブレーキとしてローター（回転円板）とステー
ター（固定摩擦板）を多数重ね合わせて相互に油
圧により押圧することによつて摩擦力を発生させ
るいわゆる多板式ブレーキが使用される。この種
の高エネルギー負荷ブレーキでは従来ローター側
としてスパイダーに固定した多数の鋼（スチー
ル）セグメント、すなわち鋼（スチール）を摩擦
材とし、ステーター側にはセラメタリツク材、す
なわち銅、鉄、Ni、などをベースとした焼結体
中に黒鉛、ムライト、その他のセラミツク粉末を
均質に分散させた材料を摩擦材として用いてい
る。しかしこの鋼−セラメタリツク系のように金
属をベースとした摩擦材は本質的に温度が上昇し
て金属の融点近くの温度になると凝固を起こし易
く、急激に摩耗量が増加する欠点がある。これに
対し最近カーボンコンポジツト材の使用が開発さ
れているが高温では酸化が始まる問題がありさら
にカーボン繊維を材料とするので非常に高価とな
る欠点がある。
車輪用ブレーキの場合着陸に際し高速度の重量物
を僅かな時間と距離で停止せしめるのでブレーキ
はこの大きなエネルギーを吸収せねばならず、摩
擦部分は大きな摩擦力と高い温度上昇に耐えねば
ならない。このような高エネルギー負荷の航空機
用ブレーキとしてローター（回転円板）とステー
ター（固定摩擦板）を多数重ね合わせて相互に油
圧により押圧することによつて摩擦力を発生させ
るいわゆる多板式ブレーキが使用される。この種
の高エネルギー負荷ブレーキでは従来ローター側
としてスパイダーに固定した多数の鋼（スチー
ル）セグメント、すなわち鋼（スチール）を摩擦
材とし、ステーター側にはセラメタリツク材、す
なわち銅、鉄、Ni、などをベースとした焼結体
中に黒鉛、ムライト、その他のセラミツク粉末を
均質に分散させた材料を摩擦材として用いてい
る。しかしこの鋼−セラメタリツク系のように金
属をベースとした摩擦材は本質的に温度が上昇し
て金属の融点近くの温度になると凝固を起こし易
く、急激に摩耗量が増加する欠点がある。これに
対し最近カーボンコンポジツト材の使用が開発さ
れているが高温では酸化が始まる問題がありさら
にカーボン繊維を材料とするので非常に高価とな
る欠点がある。
この発明は高温で凝着性を有せず、したがつて
高エネルギー負荷においても耐摩耗性が良好であ
り、かつ安価な摩擦材料を用いることによつて前
記の欠点を解消した高性能の高エネルギー負荷
（吸収）ブレーキを提供することを目的とするも
のである。
高エネルギー負荷においても耐摩耗性が良好であ
り、かつ安価な摩擦材料を用いることによつて前
記の欠点を解消した高性能の高エネルギー負荷
（吸収）ブレーキを提供することを目的とするも
のである。
本発明は高エネルギー負荷のデイスクブレーキ
の回転部材及び固定部材の両方あるいは片方の摩
擦材料として窒化珪素の焼結体を用いることを特
徴とするデイスクブレーキ組立体である。
の回転部材及び固定部材の両方あるいは片方の摩
擦材料として窒化珪素の焼結体を用いることを特
徴とするデイスクブレーキ組立体である。
窒化珪素（Si3N4）焼結体は珪素粉末をプレス
成形して1200℃〜1450℃で窒素ガス中で窒化焼結
するか、あるいは予め合成した窒化珪素の粉末に
添加物例えば、MgO、Al2O3、Y2O3、SiO2、
CaO、ZrO2、TiO2、Ta3O5、HfO2、CeO2、
BeOCr2O3、Li3O、AlN、TaN、TiN、Mg3N2、
YNなどの１種又は２種以上を１〜20体積％を加
えてプレス、静圧成形、射出成形等により所望の
形状に成形した後、雰囲気焼結するか、またはホ
ツトプレスにより加熱圧縮成形することにより得
られるものであり、比較的容易に適宜の形の部品
とすることができる。また主原料の珪素は酸化物
として地球上には豊富に存在するものでありこれ
を窒化するだけで得られる窒化珪素は安価に入手
し得るものである。
成形して1200℃〜1450℃で窒素ガス中で窒化焼結
するか、あるいは予め合成した窒化珪素の粉末に
添加物例えば、MgO、Al2O3、Y2O3、SiO2、
CaO、ZrO2、TiO2、Ta3O5、HfO2、CeO2、
BeOCr2O3、Li3O、AlN、TaN、TiN、Mg3N2、
YNなどの１種又は２種以上を１〜20体積％を加
えてプレス、静圧成形、射出成形等により所望の
形状に成形した後、雰囲気焼結するか、またはホ
ツトプレスにより加熱圧縮成形することにより得
られるものであり、比較的容易に適宜の形の部品
とすることができる。また主原料の珪素は酸化物
として地球上には豊富に存在するものでありこれ
を窒化するだけで得られる窒化珪素は安価に入手
し得るものである。
本発明者らは窒化珪素焼結体の各種特性を検討
した結果、高エネルギー負荷デイスクブレーキ組
立体の摩擦材料として最適であることを見出し本
発明をなしたものである。
した結果、高エネルギー負荷デイスクブレーキ組
立体の摩擦材料として最適であることを見出し本
発明をなしたものである。
すなわち高エネルギー負荷のデイスクブレーキ
において適宜の形に成形した窒化珪素焼結体を回
転部材および固定部材の両方にあるいは片方に摩
擦材として装着して使用すると次の利点がある。
において適宜の形に成形した窒化珪素焼結体を回
転部材および固定部材の両方にあるいは片方に摩
擦材として装着して使用すると次の利点がある。
１ 窒化珪素焼結体は1600℃附近以上では解離お
よび酸化現象が始まるが、1500℃の高温までは
自己融着性が無い。したがつて凝着摩耗が起こ
りにくく高温までブレーキが使用でき、大きな
制動エネルギーを吸収することができる。
よび酸化現象が始まるが、1500℃の高温までは
自己融着性が無い。したがつて凝着摩耗が起こ
りにくく高温までブレーキが使用でき、大きな
制動エネルギーを吸収することができる。
２ 熱膨脹係数が小さいため耐熱衝撃性が極めて
良好である。たとえば耐熱材として知られるジ
ルコニア（Zr2O3）、アルミナ（Al2O3）の熱膨
脹係数はそれぞれ７〜15×10-6／℃および８×
10-6／℃であるが窒化珪素のそれは３×10-6／
℃と小さい。したがつて窒化珪素を摩擦材と使
用するとヒートクラツクの発生が少く、急激な
制御の繰り返しの熱衝撃に耐えることができ安
全である。
良好である。たとえば耐熱材として知られるジ
ルコニア（Zr2O3）、アルミナ（Al2O3）の熱膨
脹係数はそれぞれ７〜15×10-6／℃および８×
10-6／℃であるが窒化珪素のそれは３×10-6／
℃と小さい。したがつて窒化珪素を摩擦材と使
用するとヒートクラツクの発生が少く、急激な
制御の繰り返しの熱衝撃に耐えることができ安
全である。
３ 窒化珪素は熱伝導率が高く、したがつてブレ
ーキ内に発生した熱を速に放散させることがで
きる。窒化珪素は焼結体の稠密度により約
0.09cal／cmsec℃の熱伝導率を有するものであ
り、これに比しジルコニアは0.014cal／cmsec
℃、アルミナは0.06cal／cmsec℃である。
ーキ内に発生した熱を速に放散させることがで
きる。窒化珪素は焼結体の稠密度により約
0.09cal／cmsec℃の熱伝導率を有するものであ
り、これに比しジルコニアは0.014cal／cmsec
℃、アルミナは0.06cal／cmsec℃である。
４ 窒化珪素は比重が理論密度3.19gr／c.c.、焼結
体としてはほぼ2.5〜3.4gr／c.c.であり、セラメ
タリツク摩擦材料の５〜7gr／c.c.あるいは銅な
どの金属材料に比し非常に小さいのでデイスク
ブレーキ組立体の重量を軽くすることができ
る。この条件は航空機に使用する場合に大きな
利点である。
体としてはほぼ2.5〜3.4gr／c.c.であり、セラメ
タリツク摩擦材料の５〜7gr／c.c.あるいは銅な
どの金属材料に比し非常に小さいのでデイスク
ブレーキ組立体の重量を軽くすることができ
る。この条件は航空機に使用する場合に大きな
利点である。
本発明者らは摩擦摩耗試験機により固定部材と
して鋳鉄および窒化珪素焼結体、転部材として窒
化珪素焼結体を用いて摩擦試験を行つた結果は次
の通りであつた。
して鋳鉄および窒化珪素焼結体、転部材として窒
化珪素焼結体を用いて摩擦試験を行つた結果は次
の通りであつた。
実験１
第１図に示すように30×30mm、厚さ3.5mmの鋳
鉄片を表面を平滑に研磨して固定部材１とし、一
方外径25.6mm、内径20mm、高さ3.5mmのリング状
部材を回転部材２とし、回転部材を高速回転して
両者を押圧力４Kgで押圧して摩擦係数を測定し
た。摺動面積は２cm2であり、中心径は22.8mmであ
る。その結果は第２図に示す通りであつた。すな
わち先ず回転部材を滑り速度1000mm／secで回転
して押圧したところ摩擦係数は第２図ａ点に示す
ように0.7であり逐次滑り速度が減少するにした
がつて図中矢印で示すように摩擦係数が変化して
最後には摩擦係数0.62（図中ｂ点）となつた。つ
ぎに両部材を引き離して滑り速度6000mm／secに
なるように回転部材を回転し両部材を４Kgで押圧
したところ第２図ｃ点に示すように摩擦係数は
0.32であり、逐次滑り速度を減少しながら摩擦係
数を測定すると第２図のｃ点を起点とする矢印で
示す曲線のように摩擦係数が変化した。また各滑
り速度における鋳鉄固定部材の温度は第２図の点
線で示すように変化した。以上に説明した実験か
ら鋳鉄−窒化珪素焼結体の組合せによる摩擦にお
いては摩擦係数が最終的1.0と非常に大きな値が
得られることがわかつた。さらに表面観察すると
摩耗量は鋳鉄板、窒化珪素焼結体共に無視しうる
ほど小さかつた。すなわち窒化珪素焼結体はブレ
ーキの摩擦材として非常にすぐれた性質であるこ
とがわかつた。
鉄片を表面を平滑に研磨して固定部材１とし、一
方外径25.6mm、内径20mm、高さ3.5mmのリング状
部材を回転部材２とし、回転部材を高速回転して
両者を押圧力４Kgで押圧して摩擦係数を測定し
た。摺動面積は２cm2であり、中心径は22.8mmであ
る。その結果は第２図に示す通りであつた。すな
わち先ず回転部材を滑り速度1000mm／secで回転
して押圧したところ摩擦係数は第２図ａ点に示す
ように0.7であり逐次滑り速度が減少するにした
がつて図中矢印で示すように摩擦係数が変化して
最後には摩擦係数0.62（図中ｂ点）となつた。つ
ぎに両部材を引き離して滑り速度6000mm／secに
なるように回転部材を回転し両部材を４Kgで押圧
したところ第２図ｃ点に示すように摩擦係数は
0.32であり、逐次滑り速度を減少しながら摩擦係
数を測定すると第２図のｃ点を起点とする矢印で
示す曲線のように摩擦係数が変化した。また各滑
り速度における鋳鉄固定部材の温度は第２図の点
線で示すように変化した。以上に説明した実験か
ら鋳鉄−窒化珪素焼結体の組合せによる摩擦にお
いては摩擦係数が最終的1.0と非常に大きな値が
得られることがわかつた。さらに表面観察すると
摩耗量は鋳鉄板、窒化珪素焼結体共に無視しうる
ほど小さかつた。すなわち窒化珪素焼結体はブレ
ーキの摩擦材として非常にすぐれた性質であるこ
とがわかつた。
実験２
同じ装置により固定部材１、回転部材２共に窒
化珪素焼結体を用いて実験１と同じ方法で摩擦試
験を行つた結果は第３図に示す通りであつた。第
３図に示すように滑り速度1000mm／secで試験開
始時には図中a′点で摩擦係数0.5であつたが滑り
速度が低くなると逐次約0.25に安定した。さらに
滑り速度を6000mm／secとしたつぎの試験におい
ては開始時にはc′点でμ＝0.3、その後滑り速度
が低い状態でμ＝0.35〜0.6と安定していた。
化珪素焼結体を用いて実験１と同じ方法で摩擦試
験を行つた結果は第３図に示す通りであつた。第
３図に示すように滑り速度1000mm／secで試験開
始時には図中a′点で摩擦係数0.5であつたが滑り
速度が低くなると逐次約0.25に安定した。さらに
滑り速度を6000mm／secとしたつぎの試験におい
ては開始時にはc′点でμ＝0.3、その後滑り速度
が低い状態でμ＝0.35〜0.6と安定していた。
以上の実験の結果、窒化珪素焼結体を固定部
材、回転部材の両方に使用すると摩擦係数が安定
しており、また試験中および試験後の観察によれ
ば摩擦材料の表面はほとんど変化がなく、窒化珪
素焼結体は摩擦材料として極めて優秀であること
がわかつた。
材、回転部材の両方に使用すると摩擦係数が安定
しており、また試験中および試験後の観察によれ
ば摩擦材料の表面はほとんど変化がなく、窒化珪
素焼結体は摩擦材料として極めて優秀であること
がわかつた。
以上詳しく説明したように本発明は窒化珪素焼
結体をローター、およびステーター両側もしくは
片側の摩擦材に用いたデイスクブレーキであり、
窒化珪素焼結体は耐熱性、熱衝撃性が優れ、自高
融着性が無く、かつ密度が小さいので本発明のデ
イスクブレーキは航空機などの高エネルギー負荷
デイスクブレーキとして従来のものに比し優秀な
性能を有するものである。
結体をローター、およびステーター両側もしくは
片側の摩擦材に用いたデイスクブレーキであり、
窒化珪素焼結体は耐熱性、熱衝撃性が優れ、自高
融着性が無く、かつ密度が小さいので本発明のデ
イスクブレーキは航空機などの高エネルギー負荷
デイスクブレーキとして従来のものに比し優秀な
性能を有するものである。
第１図は摩擦摩耗試験機の摩擦部分を示す斜視
図、第２図、第３図は摩擦試験の結果を示すグラ
フである。 １……固定部材、２……回転部材、Ｆ……押
力。
図、第２図、第３図は摩擦試験の結果を示すグラ
フである。 １……固定部材、２……回転部材、Ｆ……押
力。
Claims (1)
- １ 回転部材と固定部材を相対して配置し両者を
相互に押圧して摩擦力を発生させるデイスクブレ
ーキにおいて、ローターおよびステーターの両側
もしくは片側に摩擦材として窒化珪素粉末に焼結
助剤を加え焼結した焼結体を用いたことを特徴と
する高エネルギー負荷デイスクブレーキ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4671282A JPS58163835A (ja) | 1982-03-23 | 1982-03-23 | 高エネルギ−負荷デイスクブレ−キ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4671282A JPS58163835A (ja) | 1982-03-23 | 1982-03-23 | 高エネルギ−負荷デイスクブレ−キ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58163835A JPS58163835A (ja) | 1983-09-28 |
| JPH0239649B2 true JPH0239649B2 (ja) | 1990-09-06 |
Family
ID=12754960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4671282A Granted JPS58163835A (ja) | 1982-03-23 | 1982-03-23 | 高エネルギ−負荷デイスクブレ−キ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58163835A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2818326B2 (ja) * | 1991-07-18 | 1998-10-30 | 日信工業株式会社 | 摩擦材 |
| GB2284238B (en) * | 1993-11-25 | 1997-11-05 | Gkn Sankey Ltd | A brake disc and method for its production |
| FR2717874B1 (fr) * | 1994-03-25 | 1996-04-26 | Gec Alsthom Transport Sa | Disque multimatériaux pour freinage à haute énergie. |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58147481A (ja) * | 1982-02-25 | 1983-09-02 | Masato Miyauchi | 重荷重用焼結摩擦材料 |
-
1982
- 1982-03-23 JP JP4671282A patent/JPS58163835A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58147481A (ja) * | 1982-02-25 | 1983-09-02 | Masato Miyauchi | 重荷重用焼結摩擦材料 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58163835A (ja) | 1983-09-28 |
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