JPH0478332A - ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

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め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野Ｊ 本発明は乗用自動車、］・ラック等の自動車、電車、貨
車等の軌道走行車両、フォークリフｊ〜、ブルドーザ等
の産業用車両、飛行機、工作機械等にに使用されるブレ
ーキ装置に関する。

［従来の技術１ ブレーキ装置は、ドラムブレーキのドラムとかディスク
ブレーキのディスクのように、制動すべき回転部分に保
持されて回転する第一部材と、ドラムブレーキのシュー
とかディスクブレーキのパッドのように、該回転部分を
回動自在に保持する非回転部分に保持され、該第一部材
と当接して該回転部分の回転、を制動する第二部材とを
具備する。

従来のブレーキ装置では、前記第一部材および第二部材
の一方に鋳鉄等の金属材料を使用し、他方に耐熱繊維を
基材とし、有機系結合剤で形成された摩擦材料が使用さ
れている。また、苛酷な制動条件下に使用されるブレー
キ装置には、前記第一部材および第二部材の少なくとも
一方に炭素ａｍ強化炭素焼結体で構成されたものが知ら
れている（例えば、特開平１−２７５４６８号公報）。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の耐熱繊維を基材とし、有機系結合剤で形成された
摩擦材料を使用するブレーキ装置は、摩擦材料の高温摩
擦特性が十分でないために、苛酷な使用条件下では使用
できない。また、炭素繊維強化炭素焼結体を第一部材お
よび第二部材の少なくとも一方とするブレーキ装置は、
炭素繊維強化炭素焼結体の摩耗量が多いため、耐久性に
乏しいという問題点がある。

本発明の目的は、新しい摺動材料を用いて従来以上に高
い性能をもつブレーキ装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のブレーキ装置は、制動すべき回転部分に保持さ
れて回転する第一部材と該回転部分を回動自在に保持す
る非回転部分に保持され、該第−部材と当接して該回転
部分の回転を制動する第二部材とを具備するブレーキ装
置において、前記第一部材および前記第二部材の少なく
とも一方は、炭素マトリックス中に炭素ｌｌｆｔがある
いは炭素ｔＭＭと無機微小体とが一体的に埋設された組
織を有し、該炭素マトリックスは偏光顕微鏡で見て光学
的異方性の微粒子が均一に密集したモザイク構造をもち
、該炭素ＮＮと該炭素マトリックスとの間の界面で剥離
している界面の割合か全界面に対して１０％以下であり
、かつ密度が１．６５以上である炭素繊維強化炭素焼結
体で構成されていることを特徴とする。

ブレーキ装置は、制動すべき回転部分に保持されて回転
する第一部材と該回転部分を回動自在に保持する非回転
部分に保持され、該第一部材と当接して該回転部分の回
転を制動する第二部材とを具備する。

本発明のブレーキ装置は、互いに当接して回転部分の回
転を制動する第一部材および第二部材の少なくとも一方
が、以下に詳述する特殊な炭素繊維強化炭素焼結体で構
成されている。この炭素繊維強化炭素焼結体は、炭素マ
トリックス中に炭素繊維あるいは炭素繊維と金属および
セラミックスからなる無機微小体が一体的に埋設された
組織を有し、該炭素マトリックスは偏光顕微鏡で見て光
学的異方性の微粒子が均一に密集したモザイク構造をも
ち、該炭素繊維と該炭素マトリックスとの間の界面の全
界面面積に対する剥離している界面の剥離面積は１０％
以下でり、かつ密度が１．６５以上あるものである。

この炭素４ｆｉ雑強化炭素焼結体を構成する炭素繊維は
、焼結体の強度を確保するもので、偏光顕微鏡で見て、
異方性を示すものでも等方性を示すものでもよい。炭素
繊維は、切断された短繊維でも、長ｌ！維でもよい。ま
た、炭素繊維はマトリックス中に一定方向に配向してい
るものでも逆にランダムに配向しているものでもよい。

炭素繊維強化炭素焼結体中の炭素繊維の配合割合は２〜
５０重量％、より好ましくは１０〜４０重四％がよい。

炭素繊維強化炭素焼結体の構成成分となりうる無機微小
体としては、微小な金属、セラミックスで構成できる。

これら無機微小体の形状は、粉末状、ウィスカ等の繊維
状、箔片等でもよい。炭素繊維強化炭素焼結体中の無機
微小体の配合割合は３〜３０重量％程度が好ましい。

炭素繊維強化炭素焼結体の構成成分である炭素マトリッ
クスは偏光顕微鏡で見て光学的異方性の微粒子が均一に
密集したモザイク構造をもつ。偏光顕微鏡で見て光学的
異方性をもつとは、炭素が一定方向に規則的に配列した
組織をもつものと考えられる。即ち、この炭素マトリッ
クスは、光学的異方性をもつ炭素粒子が密集した状態で
押し固められだ状態にある。均一に密集したとは、炭素
粒子か流動していない、流れ線等の模様が無いことを意
味する。偏光顕微鏡下で土ザイク状に観察される炭素粒
子の人きざは３０μｍ以下が好ましい。

本発明の炭素繊維強化炭素焼結体を構成する炭素繊維と
炭素マトリックスとの間の仝界面面積に対覆−る剥離し
ている界面の剥離面積は、１０％以下である必要がある
。炭素７１〜ワツクスと炭素繊維とか剥離していると炭
素繊維の補強効梁が充分−Ｃない。このため界面の剥離
面積は仝界面の１０％以下より好ましくは５％以下かよ
い。この炭素繊維と炭素７１〜リツクスとの剥離は走査
型電子順＠鏡（以下、ＳＥＸと称する。）で観察測定で
きる。

また、この炭素繊維強化炭素焼結体の気孔率は１０％以
下であるのか好ましい。この焼結体の気什は偏光顕微鏡
で観察−すると黒い点として観察される１、従って観察
している面積に占める黒い点の面積より気孔率か計篩て
きる。

本発明にかかる炭素繊維強化炭素焼結体の密度が１．６
５以上と１．１，２素マトリツクスの緻密性、気孔が少
なくかつ炭素繊維と炭素マトリックスとの界面が剥離し
ていない等が総合された特性である。従って、これらマ
トリックスの緻密性が欠けたり、気孔率か高プぎたり、
繊維と７１〜リツクスとの間の剥離が多いと、比重は１
．６５１ｘ下となる。

この炭素繊維強化炭素焼結体を構成する炭素繊維の配合
割合、無機微小体の材質および配合割合、炭素繊維と炭
素マトリックスとの間の剥離面積の割合、気孔率は直接
にこの炭素繊維強化炭素焼結体の機械的強度、摺動特性
に影響する。この炭素繊維強化炭素焼結体の機械的特性
を曲げ強度で規定すると、この焼結体の曲げ強度は６０
０ｋｇ／ｃｍ２以上であるのが好ましい。

本発明の炭素ＨＡＭ強化炭素焼結体としては、未炭化炭
素質繊維あるいは未炭化炭素質ｌ１ｌｉ雑と金属および
セラミックスからなる無機微小体とを埋設した自己焼結
性を有する炭素質粉末とからなる複合体４焼結しで得ら
れる焼結体を採用できる。

ここで、木炭化炭素質Ｎ雑とは、通常の炭化処理の施さ
れ−Ｃいない状態の炭素質繊維をいう。横片１れば、さ
らに熱処理をすることにより、さらに炭化づ−る余地を
有する炭素質繊維をいう。具体的には、原料ピッチを使
用した場合には、紡糸したままの繊維または紡糸したＷ
＆帷を５５０℃を越えない温度で不融化したＩｌｉ雑を
いう。ＰＡＮ　（ポリアクリロニトリル）系レーヨン系
などの高分子系の繊維では分解工程を終え、黒鉛化処理
前の繊維をいう。この種の炭素質繊維としては、例えば
、石炭系または石油系の原料ピッチを紡糸して得たピッ
チ繊維またはこれを不融化して得た不融化繊維などがあ
る。

この原料ピッチの紡糸および不融化は常法に従って行え
ばよく、条件などは特に限定されない。

通常、ピッチ繊維は、原料ピッチを紡糸器に供給し、３
００〜４００℃程磨に加熱した状態で不活性カスによる
加圧下にノズルから押出して得ることができる。また、
このようなピッチ繊維をさらに酸化性雰囲気中１５０−
５００℃程度でＯ−５〜５時間程度保持して不融化繊維
とすることができる。なお、この原料ピッチは、光学的
等方性のものでも、光学的異方性のものでもよい。

未炭化炭素質繊維の繊維長さは、短繊維、長繊維に限ら
ない。しかし、短繊維の場合には０９０１〜５０ｍｍの
ものを使用する口とができる。特に、０．０３〜１０ｍ
ｍのものが混合のしやすさ、アスペクト比の関係から好
ましい。長すぎては繊維どうしが絡みあい分散性が低下
し、ひいては製品特性の等方性に劣り、また０、０１ｍ
ｍより短くては製品の強度が急激に低下して好ましくな
い。

また、繊紺径としては、５〜２５μｍ程度のものが好ま
しい。さらに、これらのｍｓからなる不織布または」−
ティング布として使用することもできる。

未炭化炭素質繊維は、さらにタール、ピッチ、有機高分
子などの粘結成分を含有する材料で表面処理し、結合材
とのなじみ性を向上させることが好ましい。この表面処
理は、炭素質ｉ籍１００重置部に１００〜１０００重量
部程度の粘結置部含有材料を加えて撹拌し、有機溶媒に
より洗浄後、乾燥して行うことができる。

この表面処理に使用するタール、ピッチは、石炭系およ
び石油系のいずれであってもよい。ピッチを使用する場
合には、撹拌時に１４０〜１７０℃程度の加熱が必要と
なるので、処理材としては、タールの方がより好ましく
、また後続の炭化および黒鉛化工程での炭化歩溜りの点
からは、石炭系のものがより好ましい。

この表面処理に使用する有機高分子として、フェノール
樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコールなどを挙
げることができる。

この表面処理の洗浄において使用する有機溶媒は、トル
エン、キシレンなどの芳香族系溶媒を使用することがで
きる。未炭化炭素質繊維と粘結成分含有材料との混合物
１００重量部に対して１００〜１０００重量部程度を加
え置部拌洗浄する。

この洗浄により、揮発成分が多く含まれる軽質油分が除
去される。洗浄を終えた未炭化炭素質繊維は、たとえば
、窒素、アルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、加熱およ
び／または減圧などの条件下に乾燥処理される。乾燥処
理は、洗浄に使用した有機溶媒が除去される限り、これ
らの方法に限定されるものではない。

さらに、乾燥を終え表面処理された未炭化炭素質繊維は
、必要に応じて分散処理される。すなわち、乾燥させた
繊維が、塊状化または凝集していることがあるので、こ
のような場合には、通常の粉体ミル、アトマイザ−、パ
ルバライザーなどの任意の手段により分散を行う。

無機微小体は未炭化炭素質繊維とともに、本発明の炭素
繊維強化炭素焼結体の原料となる。この無機微小体は、
目的とするブレーキ装置の用途に応じて、第一部材、第
二部材の摩擦係数μを高く安定したものとしたり、比較
的低い値の摩擦係数μであっても高い耐摩耗性を付与し
たりするために、添加するものである。この無機微小体
は、融点１０００’Ｃ以上で炭素と反応しないもの、よ
り好ましくはざらにＨＶ１００Ｏ以上のものかよい。

かかる無機物として、無機酸化物、無機炭化物、無機窒
化物、無機ホウ化物などを挙げることができる。無機酸
化物として、たとえばＡ、ｕ２ｏ３、ＴｉＯ２、Ｚｒ０
ｚ、ＭＱＯなどを挙げることができる。無機炭化物とし
て、たとえばＢ４Ｃ，Ｔｒ　ｃ、　Ｔａｃ、ｚｒｃなど
を挙げることができる。

無機窒化物として、たとえばＢＮ、Ｔ　ｉ　Ｎ、Ｃｒ２
　Ｎ、ＴａＮ、Ａ９Ｎ、ＺｒＮなどを挙げることができ
る。無機ホウ化物として、たとえばＴｉＢ２　、ＺｒＢ
２　、Ｂ４Ｃ，Ｎ　＋　Ｂ、ＣＯＢ、ＢＮ、ＴａＢ２な
どを挙げることができる。ざらに、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、
Ｎｉ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｖ、Ｔｉ、Ｗなどの無機物も使用す
ることができる。なお、これらの無機物は、金属の状態
で添加することも可能である。また、無機微小体としは
、微粒子状のもののほかウィスカ、セラミックス繊維が
含まれる。

前記したような無機微小体のうちから、適切なものを選
択することによって、ブレーキ装置の用途（応じて、そ
の−摩擦係数μ、耐摩耗特性などを好適な特性に管理す
ることができる。特に、摩擦係数を高いものとするため
には、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭＣｌ０等の酸化物を採
用するのが好ましい。また、０．２〜０．３程度の摩擦
係数が好ましい場合には、Ｔ　ｉ　Ｃ，ＴａＣ，ＺｒＣ
およびＴＮ、Ａ　Ｉ　Ｎ、ＴａＮ等の炭化物、窒化物を
採用するのが好ましい。また、逆に摩擦係数を少し低く
したいような場合、摩擦特性を安定させたいような場合
には、８４Ｃ，ＴｉＢ２、ＢＮ、ＺｒＢ２等の硼化物を
少し採用するのが好ましい。

無機微小体として無機粉末を使用した場合は、マトリッ
クス材とのなじみ性、分散性およびでき上った焼結体の
強度と耐摩耗性を考慮して、粒径０．１〜５μｍのもの
が好ましく、より好ましくは０．２〜４μｍである。

また、無機微小体として無機ｌ！維を使用した場合は、
マトリックス材とのなじみ性、分散性、でき上った焼結
体の強度と耐摩耗性および１ＭＮの離脱を考慮して、直
径０．７〜４０μｍ、長さ０゜０１〜Ｂｍｍのものが好
ましく、より好ましくは直径１−１５μｍ、長さ０．０
５へ一３ｍｍでｃｉる。

炭素質粉末は、本発明の炭素繊維強化炭素焼結体の結合
材を構成するものである。この炭素質粉末は自己焼結性
を有し、未炭化、または完全に炭化されていないもので
ある。この自己焼結性炭素７・１粉末とし、では、０油
系Ｊ３よび石炭系のいずれであってもよく、具体的には
、メソカーボンマイク［］ビーズ、バルクメソフェーズ
粉砕品、低温か焼二」−クス粉砕品などを挙げることが
できる。これらの中では、粒径および組成の均一性、安
定性などの観点から、石油系および石炭系のメソカーボ
ンマイクロビーズがクイましく、炭化集溜りの観点から
６炭系のものがより好ましい。自己焼結性炭にミ質粉末
としては、粒径３０ｕｍ以下、β−レジンイニ３へ一５
０％程度のものが好ましい。なお、このβ−レジン量は
、より好まし７くは６〜３０％、さらに好まし２くは８
−２５％である。

本発明の焼結体は、たとえば第１図に示づような乾式混
合、乾式成形および焼成という簡単な工程で製造できる
。

未炭化炭素質繊維と、無＠粉末または無機繊維と、自己
焼結性炭素質粉末とは、混合、成形されて複合体を構成
する。このどぎの混合手段は特に限定されないが、強度
および耐摩耗性を等方向にするためには、前記した原料
を均一に混合することが好ましい。また、自己焼結性炭
素質粉末と未炭化炭素質繊維との配合割合は、前者１０
０重量部に対して、後者２〜７０重量部程置部あり、よ
り好ましくは前者１００重量部に対して後者１０〜５０
重量部程度置部る。また、無機微小体の添加量は、全体
を１００重量％としたとき３〜３０重量％が好ましく、
より好ましくは５〜１０重１％である。

特に、摩擦係数を高くするために、無機微小体として酸
化物を使用した場合は、酸化物粉末あるいは酸化物繊維
の添加量は、全体を１００重１％としたとき３〜３０重
量％が好ましく、より好ましくはｂへ・１０＠炬％であ
る。

本発明にかかる焼結体の成形は、常法！５二よって行う
ことができ、通常１〜・］Ｏ↑０「１／・’ｃｍ２稈度
の加斤−トに所定の形状に成形や−ればよい。または、
ＣＩ　Ｆ’法、ＨＩ　Ｐ法、ホラ１〜プレス法などによ
って成形を行ってもよい。成形は、常温でまた４３裏不
活＋４雰囲気小５００℃程度までの加熱下に行うことが
できる。

複合体ＩＪ、焼結されて本発明にかかる焼結体となる。

なａ３、ここで焼結とは、常圧で７００〜１５００’Ｃ
程度に焼成して未炭化炭素質繊維および自己焼結性炭素
質粉末を炭化固結させることをいう。なお、必要に応じ
てこの炭化された複合体を黒鉛化炉で焼結温度以上に加
熱して黒鉛化させてもよい。炭化の条件は、特に限定さ
れないが、通常非酸化性雰囲気中０．１〜３００℃７／
時間程度の速度で常温から１５００℃程度の温度まで胃
温し、０．５〜１０時間程時間待して行えばよい。

なあ、焼結時においてもより高温で焼結すること〔こよ
り複合体の一部は炭化の後、黒鉛化する。

また、黒鉛化の条件も、特に限定されず、非酸化性雰囲
気中で焼結時の温度からＣＬ　１〜５００℃、″時間程
度の速度で１５００〜３０００℃程度の温度まで昇温し
、Ｏ１５〜］Ｏ時間程度保持１ればよい。黒鉛化を行っ
た場合には、黒鉛結晶が十分に成長するとともに秩序正
しく配向し、これにより製品の密度、強度および耐摩耗
性などがさらに向上する。

この特殊な炭素繊維強化炭素焼結体は、焼結前の複合体
を未炭化炭素質繊維および無機粉末または無機繊維と、
未炭化炭素質繊維および無機粉末または無機１帷を埋設
した自己焼結性を右する未炭化炭素質粉末とで構成した
ものである。したがって、複合体を焼結する場合、強化
材としての炭素質ｌ！雑が未炭化、または完全に炭化さ
れていないものであるため、この未膨化炭素質ｍ雑と自
己焼結性を有する未炭化炭素質粉末とは、炭化される際
に同程度の物理的性質（強度、収縮率など）をもつ。こ
のため、これら炭素質繊維と炭素質粉末との界面密着性
が向上し、したがって、高強度および優れた耐摩耗性を
得ることができる。要するに、複合体を焼結する場合、
未炭化同士の炭素質繊維と炭素質粉末とが同程度に収縮
して結合するので、これらの界面密着性が高まり、摺動
部材の強度および耐摩耗性が向上する。

また、無機粉末または無機繊維を添加した炭素繊維強化
炭素焼結体で作られた部品は、相手材との間に機械的な
抵抗力が働き、これにより摩擦係数μが高く、安定した
ものとなる。すなわち、添加された無機粉末または無機
繊維が、相手材に対して機械的な抵抗力を及ぼすので、
摺動部材の摩擦係数μが高く、安定したものとなる。

たとえば、無機粉末を添加した場合には、粉末状である
ため荷重の増加に伴い炭素マトリックス部から離脱しや
すくなり、この無機粉末の離脱と炭素マトリックス部の
凝着とがつり合うことにより、荷重の変動に対して摩擦
係数μが安定したものとなる。また、無機繊維を添加し
た場合には、荷重が増加しても繊維状であるため炭素マ
トリックス部から離脱しにくく、このため摩擦係数μが
高い値となる。

また、前記したように結合材としての自己焼結性炭素質
粉末は、液状炭素質材料からなる従来の結合材の使用を
不要とする。したがって、液状結合材の使用により発生
する気孔を充填するために、含浸、焼成を繰返す必要が
なく、本発明にかかる特殊炭素繊維強化炭素焼結体は、
前記したように第１図に示す乾式混合、乾式成形、焼成
という簡単な工程などで、安価に製造することができる
。

なあ、添加する無機粉末または無機ｔｉ＆緒によって摺
動部品の摩擦係数μが大きく変化するのは、摺動に伴う
発熱により、無機粉末または無Ｒ繊維の状態が変化する
ためと考えられている。たとえば、酸化物は耐熱性が高
いため、摺動時にもその粒子とか繊維の形状を残し、こ
のため、高い摩擦係数μを示すものと考えられている。

また、ホウ化物は、酸化物とは逆に摺動時の熱により、
分解し液相を形成し、摩擦係数μを低下させていると考
えられている。

さらに、未炭化炭素質繊維をタール、ピッチ、有機高分
子などの粘結成分を含有する材料により表面処理した場
合には、炭素質１ｉ１ｉ雑の界面の濡れ性が高まり、こ
れにより結合材としての炭素質粉末とのなじみ性が高ま
るので、これら炭素質繊維と炭素質粉末との界面密着性
がざらに向上する。

本発明のブレーキ装置は、第一部材および第二部材の両
方を前記した炭素繊維強化炭素焼結体で構成しても、い
ずれか一方を炭素繊維強化炭素焼結体で構成してもよい
。また、両方を炭素繊維強化炭素焼結体で構成する場合
、配合する無機微小体の種類および配合割合を互いに異
なったものとすることができる。また、第一部材、第二
部材の全体を前記した炭素繊維強化炭素焼結体で構成し
ても、摺動面となる部分のみを炭素繊維強化炭素焼結体
で構成し、強度を受は持つ部分、例えば、背板部を金属
、樹脂あるいはセラミックス等の構造材料で構成するこ
とができる。第一部材および第二部材は、前記した方法
で直接所定の形状に成形し、焼結して作っても、あるい
はブロック状の炭素繊維強化炭素焼結体を作りその後所
定形状寸法に機械加工して作ってもよい。なお、本発明
に係る特殊炭素繊維強化炭素焼結体以外の材料で作られ
た第一部材および第二部材以外の他のブレーキ装置の部
品は従来のブレーキ装置の部品と同一のものでもよい。

［実施例］ 以下、本発明の詳細な説明する。

（実施例１） 現在使用されている１／１０スケールのディスクブレー
キ試験機のロータおよびパッドを本発明にかかる炭素繊
維強化炭素焼結体製のものに代え、他の部品をそのまま
使用して、本発明の実施例１のブレーキ装置を作った。

このブレーキ装置の基本構造を第２図に示す。このブレ
ーキ装置は、ロータ１として後に詳細に説明する直径９
７ｍｍ、内径４４ｍｍ、厚さ６ｍｍ、制動有効半径３０
ｍｍのものを使用している。また、パッド２として、縦
、横、高さがそれぞれ１４．５ｍｍ、３０．５ｍｍ、１
０ｍｍのものを使用している。

ロータ１およびパッド２は次ぎのようにして作った。

石炭系の光学的等方性ピッチから常法により紡糸して得
られた、糸径１５μｍ、糸長さが３ｍｍの不融化繊維か
らなる未炭化炭素質繊維を準備した。この未炭化炭素質
繊維を強化材としてこの未炭化炭素質繊Ｍ１００重量部
に、中心粒径７μｍの」−ルタール系メソカーボンマイ
クロビーズからイｊる自己焼結性炭素質粉末９００重量
部を加えた後、均一に混合し、得られた混合物を２ｔｏ
ｎ／Ｃｍ２の成形圧力で成形して直径１２ＣＩ７１厚さ
１．２ｃｍの盤状の複合体とした。

次に、この複合体を非酸化性雰囲気中、１５０℃／時間
の速度で１０００℃まで昇温し、同温度で１時間保持し
て焼成して、未炭化炭素質繊維及び自己焼結性炭素質粉
末を炭化固結させた。そして、さらに非酸化性雰囲気中
、５００℃／時間の速度で２０００℃まで加熱し、２０
分保持した。

このようにして得られた炭素繊維強化炭素ブ［−］ツク
を機械加工して、それぞれロータ１、パッド２を製造し
た。

なお、この炭素繊維強化炭素焼結体ブロックの一部を用
いて、偏光顕微鏡による表面観察、走査型電子顕微鏡に
よるマトリックスと強化繊維の界面状態の観察、密度お
よび曲げ強度を測定した。

偏光顕微鏡による観察では、マトリックスが焼結した炭
素粒子が互いに密着し個々の粒子が異なる色模様に輝く
モザイク状に観察され、ＩＭＮはこのマトリックス中に
点在した一様の色をもつ島状に観察された。また、気孔
を示す黒い点が所々に観察された。これら黒い点の面積
は、全体の面積を１００面積％としたとき６面積％であ
った。走査型電子顕微鏡で観察したマトリックスと強化
繊維の界面状態は両者が一体的に結合された状態か観察
され、マド１ノツクスと強化Ｉｌ′緒とが剥離している
状態は観察されなかった。また、この炭素繊維強化炭素
焼結体の密度は１．８４ｇ／ｃｍ１曲げ強度は８７０　
ｋ　ｇ／ｍｒｒ＋２であった。

本実施例のブレーキ装置を用い、イナーシャとして２．
３３ｋｐ　＃　Ｃｍ−Ｓ−２、速度５０ｋｍ、／）ｌｒ
、パッド２を付勢する油圧の圧力を１０ｋｇ／ｃｍ２か
ら１０ｋｇ／ｃｍ２間隔で９０ｋｇ’Ｃｍ２までの各圧
力で摩擦係数を測定した。結果を第３図に白丸と実線で
示す。

なＪ３、参考までに、ロータとして鋳鉄を使用し、パッ
ドにカラス繊維を基材とし、フェノール樹脂で固め−Ｃ
成形した市販のブレーキ材料を使用した場合の同じ条件
による各圧力での摩擦係数を黒丸と破線で示１゜ 本実施例のブレーキ装置では、油圧が４０ｋｑ／Ｃｍ２
以下では従来のブレーキ装置より低い摩擦係数を示すが
、油圧が３０ｋｑ／ｃｒｎ２以上では市販のものより高
い摩擦係数を示している。

さらに、本実施例のブレーキ装置の高速制動時の摩に量
を測定するため、初速度１００〜２５０ｋｒｒ＋／）−
１ｒ、制動減速度０．３Ｇ〜０．５Ｇで１４０回の制動
を行い、試験後のディスクおよびパッドの摩耗量（摩耗
厚さ）を測定した。結果をまとめて第１表に示す。なあ
、前記したロータとして鋳鉄を使用し、パッドに市販の
ブレーキ材料を使用したプレー４−装置についても同じ
試験をした。

その結果もまとめて第１表に示す。

また、他の参考例として、炭素繊維クロスに黒煙粉末と
ピッチを複数回含浸焼結して得られた市販の炭素繊維強
化炭素焼結体を使用して作ったディスクとパッドとを用
いたブレーキ装置の同じ摩耗試験の結果を第１表に示す
。

第１表より、本実施例のブレーキ装置は、ディスクの摩
耗量が鋳鉄で作られたディスクの摩耗量とほぼ等しく、
パッドの摩耗量は市販のブレーキ材料の摩耗量の１／６
〜１／７程度と優れているのがわかる。

（実施例２） 実施例］のブレーキ装置のロータとパッドとを以下に説
明する炭素繊維強化炭素焼結体で作ったロータとパッド
に代え、他の構成部分はそのまま実施例１のものを使用
して本実施例２のブレーキ装置を作った。

本実施例２に係る炭素Ｉｌ雑強化炭素焼結体を製造する
に当り、まず、石炭系の光学的等方性ピッチを紡糸器（
供給し、３４０℃に加熱した状態で不活性ガスによる加
圧下にノズルから押出して得られたピッチ繊維を、さら
に酸化性雰囲気中３５０℃で２時間保持して不敵化し、
Ｉｉ＆維径１５μｍ、第 表 （以下余白） 繊維長さがＱ、、５ｍｍの不融止木炭化炭素質繊維を準
備した。この強化材としての不融化未炭化炭素質繊１３
０重四％と、自己焼結性炭素質粉末としての中心粒径７
μｍのコールタール系メッカボンマイクロビーズ７０重
量％とを混合したちの９５重量％に対し、粒径０．５μ
ｍのアルミナ粒子５重量％加えて均一に混合し、得られ
た混合物を２ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧力で成形して複合
体を得た。

次に、この複合体を常圧で非酸化性雰囲気中、１５０℃
／時間の速度で１０００’Ｃまで昇温し、同温度で１時
間保持して焼成して、未炭化炭素質繊維および自己焼結
性炭素質粉末を焼結固結させた。そして、さらに非酸化
性雰囲気中、５００℃／時間の速度で２０００℃まで加
熱し、２０分保持してさらに焼結した。これにより本実
施例２に係る炭素ｔＭＭ強化炭素焼結体を得た。

なお、この炭素ｔＭＮ強化炭素焼結体ブロックの一部を
用いて、実施例１と同様に、偏光顕微鏡による表面観察
、走査型電子顕微鏡によるマトリックスと強化繊維の界
面状態の観察、密度および曲げ強度を測定した。偏光顕
微鏡による観察では、マトリックスが焼結した炭素粒子
が互いに密着し個々の粒子が異なる色模様に輝くモザイ
ク状に観察され、繊維はこのマトリックス中に点在した
一様の色をもつ島状に観察され、また、アルミナ粒子は
白い点状に観察された。また、気孔を示す黒い点が所々
に観察された。これら黒い点の面積は、全体の面積を１
００面積％としたとき６面積％であった。走査型電子顕
微鏡で観察したマトリックスと強化繊維の界面状態は両
者が一体的に結合された状態が観察され、マトリックス
と強化繊維とが剥離している状態は観察されなかった。

また、この炭素繊維強化炭素焼結体の密度は１．７８０
／Ｃｍｌ　、曲げ強度は８４０ｋｇ／Ｃｍ２であった。

本実施例のブレーキ装置を用い、実施例１と同様に、イ
ナーシャとして２．３３ｋｇ−ｃｍ−５−２、速度５０
ｋｍ／Ｈｒ、パッド２を付勢する油圧の圧力を１０ｋｇ
／ｃｍ２から１０ｋｇ／ｃｍ２間隔で９０ｋＣ］／Ｃｍ
２までの各圧力で摩擦係数を測定した。結果をまとめて
第３図に二重丸と太い実線で示す。

本実施例のブレーキ装置では、油圧が２０ｋｑ／Ｃｍ２
以上で摩擦係数が約０．６という高い値を示す。

さらに、本実施例のブレーキ装置の高速制動時の摩耗量
を測定するため、実施例１と同様に、初速度１００〜２
５０　ｋｍ／Ｈｒ、制動減速度０゜３Ｇ−０，５Ｇで１
４０回の制動を行い、試験後のディスクおよびパッドの
摩耗量（摩耗厚さ）を測定した。結果をまとめて第１表
に示す。

第１表より、本実施例２のブレーキ装置は、実施例１の
ブレーキ装置のディスクおよびパッドの摩耗量よりいず
れも１／２以下と、極めて摩耗量が少ないことが解る。

（試験例） 実施例１および実施例２に使用された炭素Ｖ＆雑強化炭
素焼結体と、実施例２の炭素ｌｌｉ維強化炭素焼結体の
製造方法において使用された５重量％のアルミナに代え
、第２表に示すセラミック粉末を用い、実施例２で採用
した方法とほぼ同様の方法で製造した各炭素繊維強化炭
素焼結体との密度、曲げ強さ、Ｌ、、　Ｆ　Ｗ摩擦摩耗
試験機による摩耗量および摩擦係数を測定した。ＬＦＷ
摩擦摩耗試験機による試験は、ＪＩＳＳＵＪ２で作られ
た、外径２５．５ｍｍ、内径２０．Ｏｍｍ、軸方向の長
さ１５．０ｍｍのリングと同じ炭素繊維強化炭素焼結体
Ｃ゛作られた縦１５．７ｍｍ、横１０．１ｒｒ＋ｍ、高
さ６．３５ｍｍのブロックを使用し、回転速度１６０回
転、・′分で、リングの外周面に荷重１５０Ｊｆでブロ
ックを押し付け、その状態で１５分店動させ、その時の
摩擦係数および摩耗量を測定したものである。測定され
た結果を第２表にまとめて示す。なお、測定値が複数の
ものは試験が複数回なされたことを示している。

セラミックスの配合量が増加するにつれ、密度、曲げ強
さかいずれも低下し、摩耗量が増加するのが見られる。

いずれも、摩耗量が８〜４２μｍ程度で極めて少ない。

この結果より、第２表に示Ｊいずれの炭素繊維強化炭素
焼結体も本発明のブレーキ装置の第一部材および第二部
材の材料として採用できることがわかる。

［発明の効果Ｊ 本発明のブレーキ装置は、互いに摺動じ、制動機能を持
つ第一部材および第二部材の少なくともＩｊか、特殊な
炭素繊維強化炭素焼結体でつくられでいる。この炭素繊
維強化炭素焼結体は所定の摩擦係数をもち、摩耗量が極
めて少ない。また、通常のブレーキ装置に見られるよう
な苛酷な条件下で使用した場合に見られるフェード現象
が見られない。このため、本発明のブレーキ装置は従来
のブレーキ装置に比較して、極めて信頼性が高く、また
、摩耗量が少ないために耐久性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブレーキ装置の第一部材および第二部
材の少なくとも一方を構成する特殊炭素ＩＩＩ強化炭素
焼結体の製造工程を示すブロック図、第２図は実施例１
のブレーキ装置の基本構成を示す図、第３図は実施例１
、実施例２および従来のブレーキ装置の油圧と摩擦係数
の関係を示す線図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）制動すべき回転部分に保持されて回転する第一部
   材と該回転部分を回動自在に保持する非回転部分に保持
   され、該第一部材と当接して該回転部分の回転を制動す
   る第二部材とを具備するブレーキ装置において、 前記第一部材および前記第二部材の少なくとも一方は、
   炭素マトリックス中に炭素繊維があるいは炭素繊維と無
   機微小体とが一体的に埋設された組織を有し、該炭素マ
   トリックスは偏光顕微鏡で見て光学的異方性の微粒子が
   均一に密集したモザイク構造をもち、該炭素繊維と該炭
   素マトリックスとの間の界面で剥離している界面の割合
   が全界面に対して１０％以下であり、かつ密度が１．６
   ５以上である炭素繊維強化炭素焼結体で構成されている
   ことを特徴とするブレーキ装置。
2. （２）制動すべき回転部分に保持されて回転する第一部
   材と該回転部分を回動自在に保持する非回転部分に保持
   され、該第一部材と当接して該回転部分の回転を制動す
   る第二部材とを具備するブレーキ装置において、 前記第一部材および前記第二部材の少なくとも一方は、
   未炭化炭素質繊維をあるいは未炭化炭素質繊維と無機微
   小体とを埋設した自己焼結性を有する炭素質粉末とから
   なる複合体を焼結して得られる炭素繊維強化炭素焼結体
   で構成されていることを特徴とするブレーキ装置。