JPS6313924A - 炭素質パツドを用いたブレ−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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は摩擦材として炭素質パッドと金属ディスクを組
合せた高性能のブレーキに関する。

〔従来の技術〕

ブレーキには種々のタイプがあるが、原理は、２つの材
料を摩擦させ、運動エネルギーを熱エネルギーに変換す
ることにより制動することである。従って、摩擦材とし
て種々の材料が考案され、使用されてきた。現在、ブレ
ーキの主流をなすディスク・ブレーキは、鋳鉄ディスク
とレジン系パッドの組合せである。レジンは強度が弱い
ため、石綿、鋼ｔａｇ、ガラスｌａｍ等で補強されてい
る。このように繊維で補強されても、ベースがレジンで
あるため、耐熱性が低いのが最大の欠点であった。

耐熱性を上げるため、焼結合金製パッドが考案され使わ
れるようになってきた。しかし、通常もちいられる銅−
すずの焼結合金の場合には、７００〜８００℃以上の温
度では使用できず、より７・Ｙ酷な条件では、さらに耐
熱性の高い材料が求められている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

近年、自動車、鉄道の分野で高速化が進み、高速下での
制動は、より大きな運動エネルギーを短時間に吸収する
必要があり、ブレーキは苛酷な条件にざらされるように
なってきた。

勿論、ブレーキを大きくすれば、中位体積当りの、又は
、単位面積当りの吸収エネルギーも小さくなり、従来の
材ネ４を使えるが、構造的にそのような方法は不可能で
ある。むしろ、高速化するためには、できるだけ小型化
が求められている。

本発明の目的は、より耐熱性の高い、苛酷な条件にも酎
える摩擦材を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、まずディスクの材質について検討を加えた
。＃熱性という点ではセラミックス製ディスクも考えら
れるが、ぜい性材料をディスクに用いることは安全上問
題であり、金属製ディスクにせざるを得ないとの結論に
達した。

ディスクブレーキの場合、ディスクとパッドの摩擦面の
面積を比較すると、ディスクの方が５〜２０倍あるため
、ディスクの方が温度上昇が少ない、従って、金属材料
は耐熱性としては不充分であるが、ディスクに使用する
ことはできる。

勿論、少しでも＃熱性の高い金属が望ましいが、鉄ある
いはその合金であれば、相当苛酷な条件でも使用可能で
ある。

問題はパッドの材質である０本発明者は１種々の材料を
検討した結果、炭素材料が最も耐熱性もあり、摩擦性能
も良好であることを見出した。炭素材料を摩擦材に使用
することは公知であり、航空機用ブレーキとして実用化
されているが、炭素材料の場合従来は同質材の摩擦に限
られていた。

それはＩＩＩＦ＃熱性を目的とする以上、炭素材料より
も耐熱性に劣る金属の使用は考えられなかったからであ
る。確かに多板式ブレーキの場合は、双方の材料が全面
で摩擦するため、双方とも温度が上昇するので、双方と
も耐熱性のある材料が必要である。本発明者は、ディス
クブレーキの場合ディスクとパッドの面積比が５〜２０
あるので、ディスクの温度上昇が少い点に着目した。デ
ィスクとパッドの温度上昇は、単に面積比だけでなく、
双方の熱伝導も関係する。炭素材は比較的熱伝導が良い
ので、　ＦＩｉＪ！Ｘ熱を良く伝えるため、ディスクの
負担はそれだけ軽くなる。従って、従来、金属材ネ４と
炭素材料の組合せが考えられなかったのが、ディスクブ
レーキの場合はそれが可能となった。

また摩擦係数については、炭素材料と金属材料の組合せ
のものは炭素質同志のものと大差はなく問題はなかった
。

本発明はこのような事情のもとに開発したもので金属製
ディスクと炭素パッドを組合せてなるブレーキである。

従来、ディスクブレーキのディスクに使われる材料は、
パーライト組織の鋳鉄が用いられてきた。このような鋳
鉄が用いられた理由の１つが、組織中にある黒鉛の潤滑
性である０本発明にように、炭素材料と組合せた場合は
炭素材料の方に潤滑性があるので、本発明における金属
製ディスクは」―記にような鋳鉄に限る必要はなく、鋼
でも良く、又、銅・ニッケルのような金属でも良い。し
かし、経済性を考えると、鉄又は鉄合金から選ぶのが賢
明である。

次に炭素質パッドについて説明する。

炭素質材料には一般的に性質の異なる各種のものがあり
、これをブレーキ材にした場合、炭素材料の種類によっ
てブレーキ性能が異なり、特に静酷な条件で使用するも
のでない限り、公知の炭素材料はすべて使用可能である
６例えばコークス。

黒鉛等のフィラーとピッチバインダーからつくられる通
常の炭素材料、炭素ｌ！雄をピッチ、合成樹脂等で成形
、炭化したいわゆるＣ−Ｃ複合材、さらに熱硬化性樹脂
を炭化したいわゆるガラスカーボンなどである。

本発明においてはこれらの炭素材料をパッドとして使用
するが、摩耗の点を考えるとある程度の強度、例えば曲
げ強さで３００Ｋｇ／　ｃ　ｍ’以」−必要であり、５
００Ｋｇ／　ｃ　ｔｎ’あれば望ましい、これらの点か
らＣ−Ｃ複合材が最も適する。

炭素材料に金属あるいはセラミックスを混合あるいは含
浸させることにより摩擦性能を制御することができるが
、本発明のパッドにもこれを行なうことができる。金属
としてはインジウム、錫。

ビスマス、カドミウム、鉛、アンチモン、アルミニウム
、銀、金、ｉｆ等及びこれらを主成分とする合金など、
セラミックスとしては８４Ｃ、Ｓ　＋　Ｃ１ＴｉＣ，Ｚ
ｒＣ，ＨｆＣ，丁ａＣ、ＷＣ及びこれを主成分とするセ
ラミックスなどを用いることができる。金属ならその粉
末を炭素原料中に混合するか、あるいはパッドに成形後
にその溶湯を含浸するなどの方法で含有させることがで
きる。セラミックスは一般に融点が高いのでその粉末を
炭素原料に混合して用いられる。これらの量は金属では
多量に含有させると耐熱性が下るので２０重量％以下が
好ましく、またセラミックスの場合は一般に硬いのでそ
の量が多いとディスクを傷つけるおそれがあり、そのた
め２０重量％以下が好ましい。

＞ＲＺ材料には周知の如くいわゆるソフトカーボンと言
われるものとハードカーボンと言われるものがある０両
者の区別の仕方はいろいろあるが、ここでは製造する際
の加熱過程で液体状態を経て炭化するもの例えば、コー
クス、ピッチの炭化物、及び気相熱分解炭素をソフトカ
ーボンといい、液体とならずに固体状態のまま炭化する
もの例えば熱硬化性樹脂の炭化物、又は炭素＃ａ雄。

カーボンブラックなどをハードカーボンという。

一般に炭素材料は潤滑性があるがなかでもソフトカーボ
ンは１１￥１滑性が大であり、なめらかな摩擦特性が得
られる。従ってこの面からはノクンド材１まソフトカー
ボンがよいが、ソフトカーボンｌ−１一般に強度が弱い
。そこでソフトカーボンでｌｌ：Ｊ滑性を出し、ハード
カーボンで強度をもたせるのがよく、そのため両者を２
０〜８０重量％の範囲内で含有させたものが最適である
。前記のように炭未繊維はハードカーボンであり、ピッ
チの炭化したものはソフトカーボンなので、これらを複
合したＣ−Ｃ複合材が最も望ましい。

（実施例１） 鋳鉄（Ｆｅ１２）を用いて所定形状のディスクを作成し
た。

石油コークス微粉と石炭ピッチを原料とし常法により製
造し、２０００°Ｃに黒鉛化した均質炭素材（密度１．
８０、曲げ強さ４００Ｋｇ／　ｃ　ｒｎ’　）を用イテ
所定形状のパッドに加工した。

両材料を慣性式摩擦試験機にセットし、時速２００Ｋｇ
／Ｈ、面圧１０Ｋｇ／　ｃ　ｍ’　（１）条件でテスト
したところ、安定した摩擦性能が得られ、摩擦係数は０
．４０であった。５００回テスト後のノくラドの摩耗量
が０．３０値式あった・ （実施例２） ＰＡＮ系　炭素繊維（長さ約５ｃ＋ｓ）をマット状にし
たものを積層し、石炭ピッチ（軟化点８５℃）を含浸し
て板状に成形した。成形品を焼成し、さらに石炭ピッチ
の含浸・焼成を繰返し、かさ密度１．８ｇ／ｃｍ’とし
た。黒鉛化は２０００℃とした。このものをパッド状に
加工した。

実施例１と同様のディスクと組合せて、実施例１と同じ
条件で慣性式摩擦試験をした結果、摩擦係数＄０．３５
．５００回後のノくラドの摩耗量０．０８用ｍ−であっ
た。このパッド材はピッチの炭化物（ソフトカーボン）
約６２重量％、炭素繊維（）＼−ドカーボン）約３８重
量％である。

（実施例３） 炭素ｆｉ　（Ｓ４５Ｇ）を用いて所定形状のディスクを
作成した。実施例２と同様のパッドと組合せて、実施例
１と同じ条件でテストした結果、摩擦係数０．３３、５
００回後のパッドの摩耗量０．０５ｇｎ＋であつた。

（比較例１） 実施例１と同様のディスクと市販焼結合金ノくラド（銅
〜すず系）を組合せて、実施例１と同じ条件でテストし
たところ、摩擦の途中から、高音を発するとともに試験
機が振動し、なめらかな摩擦を得ることができなかった
。平均の摩擦係数は相５高かったが、摩耗が極端に多い
ので、テストは１０回で中止した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、金属ディスクと炭素質パッドを組合せ
ることにより、苛酷な条件でも使用できることがわかり
、産業上の利用性は大きい。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属製ディスクと炭素質パッドを組合せてなるブ
   レーキ
2. （２）炭素質パッドがソフトカーボン２０〜８０重量％
   、ハードカーボン８０〜２０重量％からなる特許請求の
   範囲第１項記載のブレーキ
3. （３）炭素質パッドがソフトカーボンと炭素繊維複合材
   である特許請求の範囲第１項又は第２項記載のブレーキ