(57)【要約】【課題】耐摩耗性に優れるととともに、耐アーク性に優れたカーボン系すり板を得る。【解決手段】カーボンと銅とを主成分とし、さらに炭素繊維と、ビッカース硬度Ｈｖが１０ＧＰａ〜２０ＧＰａの範囲にあるセラミックスとが含有されている材料からなる。前記材料を、２０００℃で熱処理した後、前記材料について波長５３２ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を用いたラマンスペクトル分析を行うことによって得たＤバンドとＧバンドとの比で定義されるＲ値＝（Ｉ１３６０／Ｉ１５８０）が、０．６以上となることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンと銅とを主成分とし、さらに炭素繊維と、ビッカース硬度Ｈｖが１０ＧＰａ〜２０ＧＰａの範囲にあるセラミックスとが含有されている材料からなることを特徴とするカーボン系すり板。
【請求項２】
前記材料を２０００℃で熱処理した後、ラマンスペクトル分析を行うことによって得たＤバンドとＧバンドとの比で定義されるＲ値＝（Ｉ１３６０／Ｉ１５８０）が、０．６以上となることを特徴とする請求項１に記載のカーボン系すり板。
【請求項３】
前記セラミックスの含有率が、全質量の０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のカーボン系すり板。
【請求項４】
前記炭素繊維の含有量が、全質量の０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のカーボン系すり板。
【請求項５】
前記セラミックスの平均粒径が１μｍ〜３００μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のカーボン系すり板。
【請求項６】
前記セラミックスが酸化ジルコニウムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカーボン系すり板。
【請求項７】
前記炭素繊維が、１μｍ〜５００μｍの長さのミルドファイバー又はチョップドファイバーであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のカーボン系すり板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車等のパンタグラフに取り付けられる集電用のカーボン系すり板に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車等に用いられるすり板は金属(合金)材料が使用されていたが、架線の摩耗が少なく、摺動性に優れたカーボン系材料に移行しつつある。
【０００３】
このような材料を用いたカーボン系すり板のうち、HIP(Hot Isostatic Press)装置などを用いて、溶融した銅系金属をカーボン基材に含浸することによって製造される「金属含浸型カーボン系すり板」は、架線の摩耗を低減すると同時にすり板自身の摩耗量が少ないため、多くの路線で採用されている。
【０００４】
しかしながら、この金属含浸型カーボン系すり板は架線とすり板が離れた(離線した)際に発生するアークによって、すり板摺動面端部などにカケを発生させる場合がある。このカケも有害とされる大きさ以上となると、正常な集電ができなくなる恐れがあり使用できなくなることから、比較的離線アークの多い山間部の路線などではこの「金属含浸型カーボン系すり板」は使用が制限されるものであった。例えば、ＪＲでは有害なカケの大きさを７（幅）×６０（長さ）×６（厚み）ｍｍ以上と規定している。
【０００５】
これに対し、カーボンと銅粉を混合し、成形、焼成する「混合焼結型カーボン系すり板」は、一般に離線アークによるカケが発生し難いといわれるものの、「金属含浸型カーボン系すり板」に比べすり板の摩耗量が多いと評価されているため、一部の路線での使用に限定されるものであった。
【０００６】
上述のような経緯のもと、離線アークによるクラックの発生を防止するため、下記特許文献１では、炭素と銅の比率の変化により耐摩耗性、耐アークが変化することを明らかにし、炭素比が低下することで摩耗量が上昇することのほか、放熱性に優れ、クラックの発生しにくい耐クラック性を有する「混合焼結型カーボン系すり板」が開示されている。すなわち、下記特許文献１では、炭素粉末と銅粉末を混合、成形、焼成して得られる炭素−銅複合材料によって形成される耐クラック性を有する炭素系焼結すり板材料であって、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、熱膨張係数が８×１０−６／Ｋ以上である耐クラック性を有するものが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−７６０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、すり板に要求される特性の優先順位としては、（１）耐摩耗性、（２）耐アーク(クラック)性であり、いくら耐アーク性に優れたすり板であったとしても、すり板摩耗量が多ければ使用できないことから、その両方の性能を同時に高める必要があった。
【０００９】
そこで、本発明は、いわゆる「金属含浸型カーボン系すり板」の耐摩耗性に優れた特徴と、いわゆる「混合焼結型カーボン系すり板」の耐アーク性（耐カケ、クラック性）に優れた特徴とを併せ持つカーボン系すり板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のカーボン系すり板は、カーボンと銅とを主成分とし、さらに炭素繊維と、ビッカース硬度Ｈｖが１０ＧＰａ〜２０ＧＰａの範囲（好ましくは１０〜１６ＧＰａの範囲）にあるセラミックスとが含有されている材料からなる。なお、ビッカース硬度Ｈｖが１０ＧＰａよりも小さいと、すり板の耐摩耗性の向上効果が小さく、２０ＧＰａよりも大きいと、架線を損傷する恐れや、走行時にセラミックスが脱粒する恐れもあり、好ましくない。架線を損傷せず、架線の損傷によるすり板の摩耗量を最小限に抑えることができるので、ビッカース硬度Ｈｖが１０〜１６ＧＰａの範囲となることが好ましい。
【００１１】
本発明のカーボン系すり板においては、前記材料を２０００℃で熱処理した後、前記材料について波長５３２ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を用いたラマンスペクトル分析を行うことによって得たＤバンドとＧバンドとの比で定義されるＲ値＝（Ｉ１３６０／Ｉ１５８０）が、０．６以上となることが好ましい。
【００１２】
本発明のカーボン系すり板においては、前記セラミックスの含有率が、全質量の０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％であることが好ましい。なお、カーボン系すり板の全質量の５ｗｔ％以上の添加ではカーボン系すり板の曲げ強さが低下し、また、カーボン系すり板の全質量の０．１ｗｔ％未満では添加の効果が十分に発揮されないので好ましくない。
【００１３】
本発明のカーボン系すり板においては、前記炭素繊維の含有量が、全質量の０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％であることが好ましい。なお、カーボン系すり板の全質量の０．１ｗｔ％未満の添加では熱膨張係数に変化がなく、また、カーボン系すり板の全質量の５ｗｔ％以上の添加では材料の熱膨張係数の減少には寄与するものの、曲げ強さが急激に低下することから好ましくない。
【００１４】
本発明のカーボン系すり板においては、前記セラミックスの平均粒径が１μｍ〜３００μｍであることが好ましいが、１０〜２００μｍがより好ましく、３０〜１５０μｍがさらに好ましい。なお、粒径が３００μｍより大きいものはカーボン系すり板中に均一分散されにくく、カーボン系すり板として使用した場合にセラミックスが脱粒しやすくなるので好ましくない。また、粒径が１μｍよりも小さいと、カーボン系すり板の耐摩耗性の向上に寄与しなくなるので好ましくない。なお、セラミックスの粒形については、特に制限はない。
【００１５】
本発明のカーボン系すり板においては、前記セラミックスが酸化ジルコニウムであることが好ましい。セラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素などが使用できるが、強度が大きく摺動特性も良好な酸化ジルコニウムがもっとも好ましい。また、酸化ジルコニウムは市販されているものを使用できるが、純度が高いことが好ましい。
【００１６】
本発明のカーボン系すり板においては、前記炭素繊維が、１μｍ〜５００μｍの長さのミルドファイバー又はチョップドファイバーであることが好ましい。なお、繊維長が５００μｍを超える炭素繊維を使用する場合は均一に分散させることが難しく、また成形時にクラックが発生する場合があり、好ましくない。繊維長が１μm未満だと繊維としての働きが得られず、すり板の耐アーク性向上の効果が十分に得られないので好ましくない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、いわゆる「金属含浸型カーボン系すり板」の耐摩耗性に優れた特徴と、いわゆる「混合焼結型カーボン系すり板」の耐アーク性（耐カケ、クラック性）に優れた特徴とを併せ持つカーボン系すり板を提供できる。その結果として、製造工程にHIP装置など大掛かりな装置を用いる必要がないため、コストメリットがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態に係るカーボン系すり板について説明する。
【００１９】
本実施形態のカーボン系すり板は、カーボンと銅とを主成分とし、さらに炭素繊維と、ビッカース硬度Ｈｖが１０ＧＰａ〜２０ＧＰａの範囲にあるセラミックスとが含有されている材料からなる。また、カーボン原料をラマン分光のR値＝（Ｉ１３６０／Ｉ１５８０）から選定したものを使用している。
【００２０】
より具体的には、硬質成分である平均粒径１μｍ〜３００μｍの範囲にあるセラミックス粉末を全質量の０．１ｗｔ〜５ｗｔ％添加する。なお、セラミックス粉末には、セラミックス焼結体（バルク体）の機械的特性であるビッカース硬度Ｈｖ（JIS R1610  試験荷重９８Ｎ）が１０ＧＰａ〜２０ＧＰａの範囲にある、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素などを使用する。これにより、カーボン系すり板自身の耐摩耗性を高めることができる。また、セラミックス粉末の粒度分布は、分布の幅が狭く粒径が均一である。これにより、すり板の曲げ強さを大きくすることができる。なお、粒度分布の幅が広く、セラミックスの微粉が含まれていると、すり板の曲げ強さが小さくなる。
【００２１】
また、離線アークにより瞬間的に数千℃の高温にさらされるカーボン材料の観点から、カーボン原料には、耐摩耗性の向上に効果がある以下の特性を有するようなものを用いる。すなわち、カーボン原料粉末もしくはその成形体を、１０Ｔｏｒｒの減圧下、Ｎ２ガスを５Ｌ／ｍｉｎ流しつつ、室温から２０００℃まで３時間で昇温し、２０００℃で１時間保持した後、室温まで冷却後、波長５３２ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を用いたラマン分光により測定したＲ値が０．６以上となるようなカーボン原料を用いる。なお、ここで使用されるカーボン原料には、コークス、ピッチ、タール、樹脂等が用いられるが、ニードルコークスなど加熱により急激に黒鉛化が進展するコークスは好ましくない。
【００２２】
ここで、炭素材料の評価とラマン分光法との関係について説明する。一般に、炭素材料の評価にはラマン分光法が極めて有効な評価方法であるといわれており、黒鉛化の発達に従い、Ｒ値は減少するといわれている。本実施形態においては、離線アーク後のカーボン系すり板表面の黒鉛化状態をラマン分光法にて評価したところ、摺動面の黒鉛化と摩耗量には相関があり、黒鉛化が発達するほど摩耗量が多いことから、黒鉛化しがたい原料を選定することで、耐摩耗性に優れた材料を提供することができることがわかった。この還元雰囲気下の２０００℃焼成は離線アークにより高温にさらされるカーボン系すり板の表面状態を再現し、人工で実現できる熱処理温度で摩耗量に明確な違いを見出すために設定した温度である。なお、２０００℃で焼成した材料のＲ値が０．６未満の場合には、材料の黒鉛化が著しく進展しやすく、耐摩耗性は急激に劣化するため好ましくない。
【００２３】
炭素繊維には、繊維長１μｍ〜５００μｍのミルドファイバーまたはチョップドファイバーを使用し、すり板質量の０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％添加する。炭素繊維の例としては、カーボンミルドファイバーまたはチョップドファイバーなどが挙げられ、カーボン系すり板材料の熱膨張係数を下げ、離線アークによる急激な熱膨張を緩和し、クラックの発生および伸展を抑制することができる。炭素繊維はサイジング剤除去など事前の熱処理の有無に関わらず使用することができる。
【００２４】
銅粉には、電解銅粉で、平均粒径が１μｍ〜２５０μｍのものを使用する。なお、電解銅粉は樹枝状であるためカーボンとのからみが良く、かつ銅粉末同士の平均距離も近いので、機械的強さの向上、電気比抵抗の低減に効果的である。平均粒径が２５０μmよりも大きいと、電気比抵抗を低減するために銅粉を多量に添加しなければならず、そのためにすり板の機械的強さが低下してしまい好ましくない。また、銅粉の割合が多くなるので、すり板の物理的摩耗量が増加するとともにすり板質量が増加する。そのため、架線との追随性が悪くなり、離線アークによるクラック及び摩耗量が増加する。また、平均粒径が１μmよりも小さいと取扱いが困難で、金属が酸化しやすいこと等から好ましくない。また、銅粉は、カーボン系すり板の全質量の２０ｗｔ％〜８０ｗｔ％添加される。一変形例として、カーボン系すり板の全質量の３０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲で添加することとしてもよい。これにより、電気比抵抗、機械的強さのバランスが、より最適なすり板とすることができ、すり板の耐摩耗性、架線との追随性が向上する。なお、銅粉が多すぎると、カーボンの含有量が少なくなるためにすり板の物理的摩耗量が増加するとともに、すり板質量が増加し、架線との追随性が悪くなることで、離線アークによるクラック、摩耗量増加が予想される。また、銅粉が少なすぎるとすり板の導電性が悪くなるだけでなく、すり板の耐アーク性が悪くなり、離線アークによりクラックが発生する。
【００２５】
本実施形態によれば、いわゆる「金属含浸型カーボン系すり板」の耐摩耗性に優れた特徴と、いわゆる「混合焼結型カーボン系すり板」の耐アーク性（耐カケ、クラック性）に優れた特徴とを併せ持つカーボン系すり板を提供できる。その結果として、製造工程にHIP装置など大掛かりな装置を用いる必要がないため、コストメリットがある。
【００２６】
なお、上記実施形態の変形例として、銅の代わりに、チタン、鉄、ニッケル、スズ、モリブデン、コバルト、クロム、タングステン、銀などの金属元素の他、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＳｎＯなどの化合物、カーボンナノチューブ、天然黒鉛、人造黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどのいずれか１種以上を、カーボン系すり板の全質量の２％未満添加することとしてもよい。
【実施例】
【００２７】
次に、実施例及び比較例を用い、本発明について具体的に説明する。まず、各実施例及び各比較例のサンプルについて説明する。
【００２８】
（実施例１）
１０〜２０μmの平均粒径を有する石油系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５６重量部、繊維長約３０μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を２重量部、平均粒径が９０μｍの酸化ジルコニウム粉末（東ソー（株）製）を２重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、実施例１に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．２Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は１１０ＭＰａであった。
【００２９】
（実施例２）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石油系レギュラーコークスと１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスを混合し、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５６重量部、繊維長約３０μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を２重量部、平均粒径が９０μｍの酸化ジルコニウム粉末（東ソー（株）製）を２重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、実施例２に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は１０５ＭＰａであった。
【００３０】
（実施例３）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石油系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４５重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を４５重量部、繊維長約３０μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を５重量部、平均粒径が９０μｍの酸化ジルコニウム粉末（東ソー（株）製）を５重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、実施例３に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．１Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は９５ＭＰａであった。
【００３１】
（実施例４）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５３重量部、繊維長約３００μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を２重量部、平均粒径が４０μｍの酸化ジルコニウム粉末（第一稀元素化学工業（株）製）を５重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、実施例４に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は８５ＭＰａであった。
【００３２】
（実施例５）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５４．９重量部、繊維長約３０μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を０．１重量部、平均粒径が４０μｍの酸化ジルコニウム粉末（第一稀元素化学工業（株）製）を５重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、実施例５に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は９０ＭＰａであった。
【００３３】
（実施例６）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５４．９重量部、繊維長約３０μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を５重量部、平均粒径が４０μｍの酸化ジルコニウム粉末（第一稀元素化学工業（株）製）を０．１部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、実施例６に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は９０ＭＰａであった。
【００３４】
（実施例７）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５３重量部、繊維長約１μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を２重量部、平均粒径が４０μｍの酸化ジルコニウム粉末（第一稀元素化学工業（株）製）を５重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、実施例７に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は８５ＭＰａであった。
【００３５】
（実施例８）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５３重量部、繊維長約５００μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を２重量部、平均粒径が４０μｍの酸化ジルコニウム粉末（第一稀元素化学工業（株）製）を５重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、実施例８に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．２Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は９０ＭＰａであった。
【００３６】
（実施例９）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５０重量部、繊維長約３０μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を５重量部、平均粒径が１μｍの酸化ジルコニウム粉末（第一稀元素化学工業（株）製）を５重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、実施例９に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．４Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は１００ＭＰａであった。
【００３７】
（実施例１０）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５０重量部、繊維長約３０μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を５重量部、平均粒径が１５０μｍの酸化ジルコニウム粉末（第一稀元素化学工業（株）製）を５重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、実施例１０に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は１００ＭＰａであった。
【００３８】
（実施例１１）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５０重量部、繊維長約３０μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を５重量部、平均粒径が２００μｍの酸化ジルコニウム粉末（第一稀元素化学工業（株）製）を５重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、実施例１１に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は９５ＭＰａであった。
【００３９】
（実施例１２）
１０〜２０μmの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５０重量部、繊維長約３０μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を５重量部、平均粒径が３００μｍの酸化ジルコニウム粉末（第一稀元素化学工業（株）製）を５重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、実施例１２に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は９０ＭＰａであった。
【００４０】
（比較例１：酸化ジルコニウムの添加がない場合）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石油系レギュラーコークスと１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系ニードルコークスを混合し、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５８重量部、繊維長約３０μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を２重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例１に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．２Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は１００ＭＰａであった。
【００４１】
（比較例２：酸化ジルコニウム及び炭素繊維の添加がない場合１）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系ニードルコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を６０重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例２に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は９０ＭＰａであった。
【００４２】
（比較例３：酸化ジルコニウム及び炭素繊維の添加がない場合２）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石油系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径１０μｍの電解銅粉を６０重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例３に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は９５ＭＰａであった。
【００４３】
（比較例４：炭素繊維の添加がない場合）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石油系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を６０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を３８重量部、平均粒径が９０μｍの酸化ジルコニウム粉末（東ソー（株）製）を２重量部、の分量で混合、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例４に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は２．６Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は８５ＭＰａであった。
【００４４】
（比較例５：酸化ジルコニウム及び炭素繊維の添加がない場合３）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石油系ニードルコークスに、石油系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を３５重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を６５重量部、の分量で混合、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例５に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．６Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は１００ＭＰａであった。
【００４５】
（比較例６：銅の添加量が多く、酸化ジルコニウム及び炭素繊維の添加がない場合）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系ニードルコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を１５重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を８５重量部、の分量で混合、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例６に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は４．９Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は７０ＭＰａであった。
【００４６】
（比較例７：銅の添加量が少なく、酸化ジルコニウム及び炭素繊維の添加がない場合）
１０〜２０μmの平均粒径を有する石炭系ニードルコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料Ｄを８５重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を１５重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例７に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は１．９Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は８０ＭＰａであった。
【００４７】
（比較例８：酸化ジルコニウムの添加が多い場合１）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５４重量部、平均粒径が４０μｍの酸化ジルコニウム粉末（第一稀元素化学工業（株）製）を６重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例８に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Mｇ／ｍ３、曲げ強度は６５ＭＰａであった。
【００４８】
（比較例９：酸化ジルコニウムの添加が多い場合２）
１０〜２０μmの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μm以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５０重量部、平均粒径が４０μｍの酸化ジルコニウム粉末（第一稀元素化学工業（株）製）を１０重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例９に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は４０ＭＰａであった。
【００４９】
（比較例１０：炭素繊維の添加が多い場合１）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５５重量部、繊維長約３０μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を６重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例１０に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．２Mｇ／ｍ３、曲げ強度は６５ＭＰａであった。
【００５０】
（比較例１１：炭素繊維の添加が多い場合２）
１０〜２０μmの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μm以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉５０重量部、繊維長約３０μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を１０重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例１１に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．０Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は５０ＭＰａであった。
【００５１】
（比較例１２：酸化ジルコニウムの粒径が大きい場合）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５５重量部、平均粒径が４００μｍの酸化ジルコニウム粉末（第一稀元素化学工業（株）製）を５重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例１２に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．２Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は６０ＭＰａであった。
【００５２】
（比較例１３：炭素繊維の繊維長が短い場合）
１０〜２０μmの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μm以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５８重量部、繊維長約０．５μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を２重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例１３に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は８５ＭＰａであった。
【００５３】
（比較例１４：炭素繊維の繊維長が長い場合）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５８重量部、繊維長約６００μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を２重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例１４に係るサンプルを得た。なお、混合の際、炭素繊維を均一に分散できなかった。得られたサンプルのかさ密度は３．３Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は９０ＭＰａであった。
【００５４】
（比較例１５：酸化ジルコニウムの添加量が少ない場合）
１０〜２０μmの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μm以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径20μｍの電解銅粉を５9．９５重量部、平均粒径が４０μｍの酸化ジルコニウム粉末（第一稀元素化学工業（株）製）を０．０５部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例１５に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．４Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は１００ＭＰａであった。
【００５５】
（比較例１６：炭素繊維の添加量が少ない場合）
１０〜２０μｍの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５９．９５重量部、繊維長約３０μｍのカーボンミルドファイバー（東レ（株）製）を０．０５重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例１６に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Mｇ／ｍ３、曲げ強度は１１０ＭＰａであった。
【００５６】
（比較例１７：酸化ジルコニウムの粒径が小さい場合）
１０〜２０μmの平均粒径を有する石炭系レギュラーコークスに、石炭系ピッチバインダを加え、ニーダーにて２００〜３００℃で混ねつ、冷却後、粉砕機にて粒径２００μｍ以下に粉砕し、カーボン原料とした。このカーボン原料を４０重量部、平均粒径２０μｍの電解銅粉を５５重量部、平均粒径が０．５μｍの酸化ジルコニウム粉末（第一稀元素化学工業（株）製）を５重量部、の分量で混合し、３５０ＭＰａにて成形後、非酸化性雰囲気下１０００℃にて焼成して、比較例１７に係るサンプルを得た。得られたサンプルのかさ密度は３．３Ｍｇ／ｍ３、曲げ強度は１００ＭＰａであった。
【００５７】
上述の実施例及び比較例の各サンプル（比較例８〜１２のものを除く。）について、室温で２０Ａの直流電流を流すといった条件の下、直径約３００mm、巾２mmの回転体である銅円板と３０分間摺動試験を行い、試験前後の重量変化から体積換算した摩耗量を測定した。この際、回転体である銅円板とサンプルとの間で電流の流れない非接触時間を離線率とし、離線率１０％、２０％の際の摩耗量をそれぞれ測定した。例えば、実施例１の離線率１０％の場合、銅円板のすり板への押付け力（ｋｇｆ）とすり板の重量変化から１万ｋｍ走行での摩耗量を算出、体積換算した摩耗率は、１３ｃｍ３／ｋｇｆ／万ｋｍであった。１ｋｇｆ＝９．８Ｎ≒１０Ｎより、１．０ｃｍ３／ｋｇｆ／万ｋｍ＝１．０×１０−６ｍ３／１０Ｎ／１０７ｍ＝１．０×１０−１４ｍ２／Ｎとなるので、実施例１の離線率１０％の際の摩耗率は、１３×１０−１４ｍ２／Ｎである。その他の各実施例及び各比較例も同様である。
【００５８】
また、溶接機を用い、φ８ｍｍの銅棒と各サンプル（比較例８〜１２のものを除く。）間において約２秒間アーク放電させた後、クラックの有無を目視で検査するという検証も行った。さらに、各サンプルから５×５×５ｍｍのテストピースを切り出し、真空炉に入れて１０Ｔｏｒｒの減圧下、Ｎ２ガスを５Ｌ／ｍｉｎ流しながら、室温から２０００℃まで３時間で昇温し、２０００℃で１時間保持した後、室温まで冷却後、波長５３２ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー光を用いたラマンスペクトル分析を行って、Ｒ値を測定した。これらの結果と評価とを各サンプルのかさ密度などとともに、まとめて下記表１に示す。なお、各実施例及び各比較例のサンプルにおける、（１）かさ密度の測定、（２）曲げ強度の測定、（３）ラマンスペクトル分析は、それぞれ、
（１）ＪＩＳ  Ｒ７２２２−１９９７に準じて、
（２）ＪＩＳ  Ｒ１６０１−１９９５に準じて、
（３）Thermo Nicolet社製  顕微鏡レーザーラマン分光装置 Almegaを用い、測定条件は、レーザーラマン法マクロモードにて、レーザー光波長５３２ｎｍ、露出時間１０秒、積算回数６０、レーザー光出力レベル２０％、にて行った。
【００５９】
【表１】
2008144189.tif 000002
【００６０】
ここで、表１の摩耗率の欄の括弧書きにおける測定結果の評価を示す符号の意味は、以下の通りである。
（離線率１０％の列）
◎：５≦摩耗率≦１５×１０−１４ｍ２／Ｎ
○：１５＜摩耗率≦２５×１０−１４ｍ２／Ｎ
△：２５＜摩耗率≦３５×１０−１４ｍ２／Ｎ
×：摩耗率＞３５×１０−１４ｍ２／Ｎ
−：未実施
【００６１】
（離線率２０％の列）
◎：１０≦摩耗率≦３０×１０−１４ｍ２／Ｎ
○：３０＜摩耗率≦６０×１０−１４ｍ２／Ｎ
△：６０＜摩耗率≦１００×１０−１４ｍ２／Ｎ
×：摩耗率＞１００×１０−１４ｍ２／Ｎ
−：未実施
【００６２】
また、表１の曲げ強度の欄の括弧書きにおける測定結果の評価を示す符号の意味は、以下の通りである。
◎：曲げ強度≧８５ＭＰａ
○：７０≦曲げ強度＜８５ＭＰａ
×：曲げ強度＜７０ＭＰａ
【００６３】
表１からわかるように、すり板の原料として、２０００℃焼成後のラマン分光のR値から選定したものを使用することと、硬質成分として酸化ジルコニウムなどのセラミックス粉末を混合することにより、すり板の耐摩耗性を向上することができた。また、炭素繊維を混合することですり板のアーク発生時のクラックを抑制できた。さらに、すり板への銅粉添加量と、酸化ジルコニウムなどのセラミックス粉末の粒径、添加量と、炭素繊維の繊維長、添加量を調整することにより、耐摩耗性と耐アーク性を維持しながら、すり板として使用できる機械的強さの大きなすり板となっていることがわかる。これにより、すり板として十分な機械的強さと電気比抵抗を有し、金属含浸型カーボン系すり板の特徴である優れた耐摩耗性に加えて、混合焼結型カーボン系すり板の特徴である耐アーク性を兼ね備えたすり板とすることができた。
【００６４】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。