JPS58163835A - 高エネルギ−負荷デイスクブレ−キ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ィスクブレーキ
組立体、とくにその摩擦材料に関するものである。

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
圧によシ抑圧することによっ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
リック材、すなわち銅、鉄、Ｎｉ、などをペースとした
焼結体中に黒鉛、ムライト、その他のセラミック粉末を
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−セラメタリッ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
度になると凝着を起こし易く、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ット材の
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、したがって高エネル
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っ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ィ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ィスクブレ
ーキ組立体である。

窒化珪素（８１３Ｎ４）焼結体は珪素粉末をプレス成形
して１２００″Ｃ〜１４５０°Ｃ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、　ｉｐ、２ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＳｉＱ
！、Ｃａｂ、　ＺｒＯ２、Ｔ　１０２、Ｔａ３０５、Ｈ
ｆＯ□、０ｅ０２、Ｂｅ００　ｒ２０３、Ｌｉ３０、Ａ
ＩＮ、　ＴａＮ、　ＴｉＮ、　Ｍｇ３　Ｎ２、ＹＮなど
の１種又は２種以上を１〜２０体積チ体積光てプレス、
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、またはホッ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ィ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［７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ィ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。

１、窒化珪素焼結体は１６００’Ｃ附近以上では解離お
よび酸化現象が始まるが、１５００°Ｃの高温までは自
己融着性が無い。したがっ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　熱膨張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＝　７　（
Ｚｒ２Ｏ３）、アルミナ（Ａｇ２Ｏ３）の熱膨張係数は
それぞれ７〜１５Ｘ１０／°Ｃおよび８×１０７°Ｃで
あるが窒化珪素のそれは３ＸＩＯ’／’Ｃと小さい。し
たがって窒化珪素を摩擦材と使用するとヒートクラック
の発生が少く、急激な制動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、したがってブレーキ内
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０．０９ｃｄｌ　／　ａｎ　
ｓｅｃ　’Ｃ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０．０１４　ｃ４　／　ｃｖｔｗ’（２
、アルミナは０．０６　ｃｄ　ｌＣＭ式°Ｃである。

４　窒化珪素は比重が理論密度３．１９　ｆｒ／　ｃＣ
１焼結体としてはほぼ２．５〜３．４９ｒ／　ｃｃであ
り、セラメタリック摩擦材料の５〜７　Ｌ１１７ｃｃあ
るいは銅などの、金属材料に比し非常に小さいのでディ
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った結果は次の通りであった。

実験１　第１図に示すように３０Ｘ３０１１１１１．厚
さ３．５ｆｌ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２５６ｙｎ、内径２０朋、畠さ３、５
　ＭＭ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４ｋｔｑで押圧して摩擦係数を
測定した。摺動面積は２　ｄであり、中心径は２２８朋
である。その結果は第２図に示す通りであった。すなわ
ち先ず回転部材を滑り速度］００Ｑ朋／ｓｅｃで回転し
て押圧したところ摩擦係数は第２図（０点に示すように
０７であり逐次滑り速度が減少するにしたがって図中矢
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）となった。つぎに両部材を引き
離して滑り速度５　Ｑ　Ｑ　ＱＭｇ／ｓｅｃになるよう
に回転部材を回転し両部材を４ｋＱ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った。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
った。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った。

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
った結果は第３図に示す通りであった。第３図に示すよ
うに滑り速度１００　Ｑ　ｔｔａｘ／ｓｉｘで試験開始
時には図中ａ点で摩擦係数０．５であったが滑シ速度が
低くなると達次約０．２５に安定した。さらに滑り速度
を６０００ｆｌ／Ｓｅｃとしたつぎの試験においては開
始時には０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ゎかった。

以−ヒ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
に用いたディスクプレー色であり、窒化珪素焼結体は耐
熱性、熱衝撃性が優れ、自己融着性が無く、かつ密度が
小さいので本発明のディスクブレーキは航空機などの高
エネルギー負荷ディ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。

【図面の簡単な説明】

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　　　　　　　
　１フである。 （１）・・・固定部材、　　　　（２）・・・回転部材
、（ト）・・・押力。 代理人　弁理士　　１）中　理　夫 ４、才亨立入！？噴「１　°、。４．！！レイプ４ｔｋ
ノ片りｙ訃１艷−・）４ｕ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転部材と固定部材を相対して配置して両者を相
   互に押圧して摩擦力を発生させるディスクブレーキにお
   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を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ィスクブ
   レーキ組立体。