(57)【要約】【課題】  優れた耐摩耗性と耐久性を有する摩擦パッド構造を提供する。【解決手段】  厚さは０．４５〜１ｍｍにあり、炭素繊維布、接着剤、サポート材、接着剤及び炭素繊維布の順に積層されてなる摩擦パッド構造であって、前記炭素繊維布は、複数の繊維束が交差して織られて形成され、前記繊維束は、複数の短繊維を撚り合わせることで前記複数の短繊維が前記繊維束の軸方向に局所的に重なり合う部分を形成して、各短繊維の長さ方向が前記繊維束の軸方向に対応し、前記接着剤は前記炭素繊維布の前記繊維束の間に局所的に浸透して、含浸率は８０％以上に達し、且つ前記炭素繊維布の前記繊維束のピーク領域が前記接着剤から局所的に暴露し、前記摩擦パッド構造の径方向引張強さは９０ＭＰａ〜１７７ＭＰａにあり、軸方向引張強さは６０ＭＰａ〜１３６ＭＰａにあり、動・静摩擦係数比は０．８〜０．９８にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さは０．４５〜１ｍｍにあり、
炭素繊維布、接着剤、サポート材、接着剤及び炭素繊維布の順に積層されてなる摩擦パッド構造であって、
前記炭素繊維布は、複数の繊維束が交差して織られて形成され、
前記繊維束は、複数の短繊維を撚り合わせることで前記複数の短繊維が前記繊維束の軸方向に局所的に重なり合う部分を形成して、各短繊維の長さ方向が前記繊維束の軸方向に対応し、
前記接着剤は、前記炭素繊維布の前記繊維束の間に局所的に浸透して、含浸率は８０％以上に達し、且つ前記炭素繊維布の前記繊維束のピーク領域が前記接着剤から局所的に暴露し、
前記摩擦パッド構造の径方向引張強さは、９０ＭＰａ〜１７７ＭＰａにあり、
軸方向引張強さは、６０ＭＰａ〜１３６ＭＰａにあり、
動・静摩擦係数比は、０．８〜０．９８にあることを特徴とする、摩擦パッド構造。
【請求項２】
前記接着剤は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする、請求項１記載の摩擦パッド構造。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂は、ポリカーボネートであり、
前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする、請求項２記載の摩擦パッド構造。
【請求項４】
前記サポート材は、炭素繊維布、ガラス繊維布、ケブラー織布又は玄武岩繊維布であることを特徴とする、請求項１記載の摩擦パッド構造。
【請求項５】
摩擦パッド構造の製造方法であって、
ゲル状の熱硬化性樹脂を離型紙の表面に塗布してフィルム状に形成するステップと、
前記離型紙上に塗布された前記熱硬化性樹脂を炭素繊維布上に覆った後、前記離型紙を剥がすステップと、
サポート材を前記熱硬化性樹脂上に覆い、さらに前記熱硬化性樹脂が塗布されたもう１つの離型紙を覆って、再び離型紙を剥がすステップと、
もう１つの炭素繊維布を前記熱硬化性樹脂上に覆った後、前記熱硬化性樹脂、前記炭素繊維布、前記サポート材をホットプレス硬化して摩擦パッド構造を形成するステップと、を含み、
前記熱硬化性樹脂の体積は、前記サポート材と前記炭素繊維布の体積の８５体積％以上を占め、且つ
前記炭素繊維布における複数の繊維束は、ピーク領域が前記熱硬化性樹脂から局所的に暴露することを特徴とする、摩擦パッド構造の製造方法。
【請求項６】
前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする、請求項５記載の摩擦パッド構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦パッド構造に関し、特に、不連続炭素繊維を有し、且つ樹脂が高度に含浸された自己潤滑性が高い摩擦パッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦材料は、動力機械に使用する必需品の１つであり、その作用原理は、摩擦材料とペアリングの機械装置の間の摩擦関係より、動力の伝導やブレーキングの効果を生み出すことである。摩擦材料は、様々な機械器具や設備に実装されるので、その摩擦材料の品質優劣が、前述の機械器具や設備の性能を直接に影響するため、それを操作する人員の安全にも大きく関与することになる。
【０００３】
従来の摩擦パッドを開示する文献としては、下記の特許文献１がある。特許文献１に開示の摩擦パッド（ブレーキパッド）は、基材繊維と、結合材と、摩擦調整剤とを主成分とする摩擦部材であって、前記基材繊維は、前記結合材より耐熱性の高い耐熱材料でコーティングされた金属繊維を含む。このように耐熱性材でコーティングされた金属繊維を含むことにより、ブレーキ振動の発生を抑制することが可能なブレーキパッドを作製することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２７４１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在の動力機械に使用される摩擦パッドの材料は、主に、アスベスト、金属または紙ベースの材料等が挙げられるが、それらの材料はそれぞれの欠陥または制限が存在する。
【０００６】
例えば、最も先に開発されたアスベスト製の摩擦パッドは、人体や環境に重大な影響と危害を及ぼすことがすでに確認されており、早くもその後に開発された他の摩擦材料に置き換えられている。
【０００７】
また、金属製の摩擦パッドは、錆の問題と共に、摩擦パッド表面が損耗したり平坦でなくなってしまったりすることに起因して、摩擦パットを使用中に鋭い金切り音が生じ易い問題も存在する。
【０００８】
また、紙ベース材料製の摩擦パッドは、材料コストが比較的低いという利点があるものの、摩擦性能が制限され、耐久性も優れないため、その構造自体が高い摩擦力と摩耗に耐えられないので、摩擦性能の要求が低い機械のみに適用され、高い摩擦性能を要求するハイエンド機械では適用することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
現に使われているアスベスト、金属または紙ベース製の摩擦パッドによる様々な問題を解決すべく、本発明は一種の摩擦パッド構造を提供し、その厚さは０．４５〜１ｍｍにあり、炭素繊維布、接着剤、サポート材、接着剤及び炭素繊維布の順に積層されてなり、そのうち、前記炭素繊維布は、複数の繊維束が交差して織られて形成され、前記繊維束は、複数の短繊維を撚り合わせることで前記複数の短繊維が前記繊維束の軸方向に局所的に重なり合う部分を形成して、各短繊維の長さ方向が前記繊維束の軸方向に対応し、前記接着剤は前記炭素繊維布の前記繊維束の間に局所的に浸透して、含浸率は８０％以上に達し、且つ前記炭素繊維布の前記繊維束のピーク領域が前記接着剤から局所的に暴露し、前記摩擦パッド構造の径方向引張強さは９０ＭＰａ〜１７７ＭＰａにあり、軸方向引張強さは６０ＭＰａ〜１３６ＭＰａにあり、動・静摩擦係数比は０．８〜０．９８にある。
【００１０】
そのうち、前記接着剤は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含む。
【００１１】
そのうち、前記熱可塑性樹脂は、ポリカーボネートであり、前記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂である。
【００１２】
そのうち、前記サポート材は、炭素繊維布、ガラス繊維布、ケブラー織布又は玄武岩繊維布である。
【００１３】
本発明はさらに一種の摩擦パッド構造の製造方法を提供し、その方法は：ゲル状の熱硬化性樹脂を離型紙の表面に塗布してフィルム状に形成するステップと、前記離型紙上に塗布された前記熱硬化性樹脂を炭素繊維布上に覆った後、前記離型紙を剥がすステップと、サポート材を前記熱硬化性樹脂上に覆い、さらに前記熱硬化性樹脂が塗布されたもう１つの離型紙を覆って、再び離型紙を剥がすステップと、もう１つの炭素繊維布を前記熱硬化性樹脂上に覆った後、前記熱硬化性樹脂、前記炭素繊維布、前記サポート材をホットプレス硬化して摩擦パッド構造を形成するステップとを含み、そのうち、前記熱硬化性樹脂の体積は、前記サポート材と前記炭素繊維布の体積の８５体積％以上を占め、且つ前記炭素繊維布における複数の繊維束は、ピーク領域が前記熱硬化性樹脂から局所的に暴露する。
【００１４】
そのうち、前記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂である。
【発明の効果】
【００１５】
以上の説明でわかるように、本発明は以下の利点を有する：
【００１６】
１．現状で使われているアスベスト、金属または紙ベース材料に比べて、本発明の材料は環境または人体に危害を及ぼすことはなく、且つ使用中に金属製の摩擦パッドのように騒音が生じる問題もなく、より優れた耐摩耗性と耐久性を有するので、ハイエンド機械にも適用することができる。
【００１７】
２．本発明は、炭素繊維布、サポート材及び接着剤の材料選択、製造方法と含浸率により、自己潤滑性、耐摩耗性と耐久性が優れ、自動車領域または食品機械領域に適用することができる。自動車領域では、例えばトルクコンバータ、トランスミッションギアまたはリアディファレンシャルに適用可能であり、食品機械領域では、ギアワッシャーに適用することができると同時に、優れる自己潤滑性を有するため、食品機械に使われる場合は追加の潤滑油を必要としないので、加工添加剤が人体に過剰摂取されるリスクを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の好ましい一実施例を示す模式図。
【図２】本発明の好ましい一実施例を示す断面図。
【図３】本発明の好ましい一実施例を示すＳＥＭ図。
【図４】図４ａ、図４ｂは接着剤としてポリエステルを使う場合の本発明の好ましい一実施例の摩擦試験データを示すグラフ。
【図５】図５ａ、図５ｂは接着剤としてエポキシ樹脂を使う場合の本発明の好ましい一実施例の摩擦試験データを示すグラフ。
【図６】接着剤としてポリエステルを使う場合の本発明の好ましい一実施例の含浸率を示すＳＥＭ図。
【図７】接着剤としてエポキシ樹脂を使う場合の本発明の好ましい一実施例の含浸率を示すＳＥＭ図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１〜図３を参照して、本発明の摩擦パッド構造１０は、二枚の炭素繊維布１１の間に接着剤２０を介してサポート材３０を挟んだものであり、具体的には、炭素繊維布１１、接着剤２０、サポート材３０、接着剤２０及び炭素繊維布１１の順に積層されてなる、厚さ０．４５〜１ｍｍの摩擦パッド構造１０である。そのうち、各前記炭素繊維布１１は複数の繊維束１１１が交差して織られて形成され、前記繊維束１１１は複数の短繊維１１１１を撚り合わせることで前記複数の短繊維１１１１が前記繊維束１１の軸方向Ｘに局所的に重なり合う部分を形成し、各短繊維１１１１の長さ方向が前記繊維束１１の前記軸方向Ｘに対応する。好ましくは、前記複数の経緯繊維が交差して織られて形成された前記繊維束１１１は、図３の電子顕微鏡（ＳＥＭ）図に示すように、経緯方向で上下交差するように織られて形成される。
【００２０】
前記炭素繊維布１１単体の厚さが薄いので、使用された時は主に他の機械部品との潤滑や摩擦の機能を発揮し、そして前記炭素繊維布１１を前記サポート材３０と積層することで前記炭素繊維布１１の厚さと強度を向上させることができる。前述のサポート材３０の材料はケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）織布、ガラス繊維布、炭素繊維布、玄武岩繊維布又は前述の布の組み合わせ等を採用することができる。本発明が三層又は三層以上の摩擦パッド構造１０に形成された時は、前記炭素繊維布１１は最外層に積層され、他のサポート材３０（単層だけに限定されず、多層に積層されたものでもいい）は内層に積層又は包まれて、サンドイッチ構造に形成される。
【００２１】
さらに、本発明に使用した前記接着剤２０は、主に前記炭素繊維布１１と前記サポート材３０を接着するためのものであるが、さらに本発明の前記摩擦パッド構造１０の自己潤滑効果を提供できる。また、前記接着剤２０が前記炭素繊維布１１の前記繊維束１１１の間に浸透して、含浸率は８０体積％以上（体積比）に達し、８５体積％〜９９体積％であることが好ましく、それによって前記炭素繊維布１１の少なくとも一部が前記接着剤２０から露出させることができる。その炭素繊維布１１が前記接着剤２０から露出した状態は、図２、３に示すように、前記炭素繊維布における前記繊維束のピーク１１２の領域が前記接着剤２０から局所的に暴露することになり、それによって前記摩擦パッド構造１０がより優れる耐摩耗性が得られる。ここで、繊維束のピーク１１２とは、炭素繊維布１１の表面よりも局所的に盛り上がっている領域を意味する。
【００２２】
前記接着剤２０は、ポリカーボネート（ＰＣ）などの熱可塑性樹脂であってもよく、エポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ）などの熱硬化性樹脂であってもいい。前記炭素繊維布１１と前記接着剤２０の間の接着を行う時は、ホットプレス機を４５〜２５０Ｋｇ／ｃｍ2の圧力と≦３５０℃の温度で、前記炭素繊維布１１と一定の厚さを持つ前記サポート材３０とを重ね合わせた後にホットプレス接着を行い、図２、３に示すように、前記接着剤２０を前記炭素繊維布１１の繊維に局所的に浸透させると共に、前記接着剤２０が熱硬化（または熱固化）されたことによって前記２つの炭素繊維布１１を結合させることにより一定強度の構造剛性を備え、且つ層間剥離の問題を防ぐ。前述した前記サポート材３０の一定の厚さとは、前記炭素繊維布１１の厚さ、体積％及び所要の含浸率に基づいて制御され、例えば、前記接着剤２０を前記炭素繊維布の間に８５％の含浸率を達したい場合、前記炭素繊維布に対し接着剤を、塗布（Ｃｏａｔｉｎｇ）、スプレー（Ｓｐｒａｙ）またはフィルムスタッキング（Ｆｉｌｍ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ）方法で施すことにより、８５ｖｔ％の前記接着剤２０を前記炭素繊維布１１の繊維に浸透させ、本実施例の最外層に設けられた前記炭素繊維布１１を短繊維、不連続繊維が露出する状態になり、使用された時に従来技術より優れる自己潤滑性、耐摩耗性及び耐久性の効果を得ることができる。
【００２３】
また、熱硬化性樹脂を採用した場合は加工プロセスがより複雑になるが、より優れた物理特性（硬度、剛性）を発揮するので、本発明をさらに高品質のブレーキパッドや摩擦パッドの領域に応用可能になるので、製品の利用価値を増やすことができる。その熱硬化性樹脂の加工プロセスとは、例えば、本発明の前記接着剤２０として熱硬化性のエポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ）を採用した場合、常温下で高粘度のゲル状になるので、直接加工することが困難であるため、熱可塑性樹脂と同様な成膜方法ではなく、代わりに離型紙上に塗布する方法で、先にゲル状の前記熱可塑性樹脂を離型紙上に塗布してフィルム状に形成し、前記炭素繊維布１１上に覆った後、前記離型紙を剥がし、前記サポート材３０を貼り付けて積層するステップを、数回繰り返した後にホットプレス硬化で本発明の摩擦パッド構造１０を形成する。この加工方法によって前記熱硬化性樹脂でも前記炭素繊維布１１と前記サポート材３０中に含浸させることができ、本発明の前記摩擦パッド構造１０のサンドイッチ構造を形成され得る。
【００２４】
次に、以下において、本発明の前記摩擦パッド構造１０の耐摩耗、自己潤滑、優れた熱伝導と高速放熱の効能を検証する。まず、表１は、本発明が実験サンプルとして選択した前記サポート材３０の規格リストであり、そのうち、前記サポート材３０のサンプルＡ〜Ｄは台玻（ＴＡＩＷＡＮＧＬＡＳＳ）から購入したガラス繊維布であり、サンプルＫｅｖｌａｒはケブラー繊維布である。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表２は本発明の表１のサポート材３０に対して選択された炭素繊維布１１の規格であり、本発明が採用した炭素繊維布は▲翼▼程科技株式会社から購入したものである。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
表３は、前述の表１、２で選択したサポート材３０と炭素繊維布１１とを熱可塑性樹脂−ポリエステルまたは熱硬化性樹脂−エポキシ樹脂で作製した複数の摩擦パッド構造１０の検証実施例であって、万能引張試験機を使ってＡＳＴＭ  Ｄ６３８の試験条件で得られた試験データである。表３で見られるように、熱硬化性樹脂を使用して作製した摩擦パッド構造１０は熱可塑性樹脂より優れる機械強度を有する。
【００２９】
【表３】
2020012064.tif 000005
【００３０】
表４と図４ａ〜５ｂに、万能引張試験機を使ってＡＳＴＭ  Ｄ１８９４の試験条件で得られた動・静摩擦試験のデータを示す。そのうち、図４ａ〜４ｂは表４のポリエステルＡ〜Ｄ及びＫｅｖｌａｒサンプルの摩擦係数試験のデータグラフであり、図４ａは乾式摩擦試験のデータであり、図４ｂは湿式摩擦試験のデータである。図５ａ〜５ｂは表４のエポキシ樹脂Ａ〜Ｄ及びＫｅｖｌａｒサンプルの摩擦係数試験のデータグラフであり、図５ａは乾式摩擦試験のデータであり、図５ｂは湿式摩擦試験のデータである。本発明の前記摩擦パッド構造１０の動・静摩擦係数比は０．８〜０．９８にあることが好ましく、それによって前記摩擦パッド構造１０が安定性の高い動・静摩擦係数比とトルク伝達力が大きいという特性を備え、且つ耐摩耗性も向上する。
【００３１】
【表４】
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【００３２】
続いて図６〜７はそれぞれ熱可塑性樹脂・ポリエステル（図６）と熱硬化性樹脂・エポキシ樹脂（図７）で作製した摩擦パッド構造であり、図６に示すように、本発明が熱可塑性樹脂を採用した場合の含浸率が９２〜９４％に達し、熱硬化性樹脂を採用した場合の含浸率が８５％以上に達することができる。
【００３３】
以上、本発明の好適な実施例を開示したが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではなく、本発明の趣旨と範囲を逸脱しないすべての変更及び修正は、本発明の請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１０    摩擦パッド構造
１１    炭素繊維布
１１１    繊維束
１１２    ピーク
１１１１    短繊維
２０    接着剤
３０    サポート材
Ｘ      軸方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
2020012064.tif 000012
【図５ｂ】
2020012064.tif 000013
【図６】
2020012064.tif 000014
【図７】
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