(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維クロスに熱硬化性樹脂溶液を含浸し、加熱硬化したのち非酸化性雰囲気中８００℃以上の温度で焼成炭化処理して得られた気孔率が１０〜２０％の炭素繊維複合炭素シート（Ｃ／Ｃシート）に、再度熱硬化性樹脂溶液を含浸し、加熱硬化して気孔率が１０％未満のシート基材を作製し、該シート基材を所定形状に加工して金属支持板に接合することを特徴とする炭素系湿式摩擦材の製造方法。
【請求項２】
シート基材の厚さが２ｍｍ以下である請求項１記載の炭素系湿式摩擦材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相対する摩擦面間に潤滑油などの油液が介在する湿式状態で使用される炭素系の湿式摩擦材の製造方法に係り、特にクラッチや差動制限装置（ＬＳＤ）などの駆動伝達装置に用いられる摩擦材として好適な摩擦性能をバランス良く付与することのできる炭素繊維を主成分とする炭素系湿式摩擦材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、炭素繊維を主成分とする摩擦材としては、炭素繊維基材を樹脂結合材または炭素結合材で結合した複合組織の材料が開発されている。例えば、特開昭５０−７２０５０号公報には１つの支持材料、および、有機樹脂バインダーを含浸した炭素繊維ウエブを含む１つの摩擦層、から成る、可動部分間の力の伝達用油中運転用摩擦要素が、特開昭６２−２１５２８号公報には炭素繊維のような繊維状物質および結合剤を含む組成物を加圧加熱成形後、３５０〜１０００℃で非酸化性雰囲気中で加熱する摩擦材の製造法が、また特公昭６０−５４２７０号公報には炭素繊維織物をフラン樹脂等で固めた成形物を焼成して得られる炭素材に、コールタールまたはコールタールおよび／またはピッチとフラン樹脂とを含浸させたのち焼成し、含浸、焼成を繰り返し、且つ少なくとも１回は２３００℃以上で焼成して得られた動的摩擦係数が０．１〜０．４０、摩耗量が１００×１０−４ｍｍ／面／停止以下である炭素繊維強化炭素摩擦材が提案されている。
【０００３】
このほか、特公平２−３７４９２号公報には、連続多孔度を有する炭素繊維の支持体に熱分解炭素の被膜を形成して前記連続多孔度が１５〜８５％の範囲にあるエネルギー吸収用摩擦アセンブリーが、特公平２−４０８９０号公報には、炭素繊維で織って形成される網目状織布と、化学的蒸着（ＣＶＤ）  処理によって前記炭素繊維の表面にのみ炭素被膜を施し、炭素被膜形成後も網目状織布が多孔性を保持している湿式摩擦材料が開示されている。
【０００４】
湿式摩擦材は、使用時に潤滑油などの油状成分が常に摩擦面間に介在することが要求される関係で、摩擦材自体が有する油液の保持能力が耐焼付け性および耐摩耗性に大きな影響を与える。このため、摩擦材の組織内部に油液を吸蔵保持するための適度の気孔や空隙を保有させることが必要となる。ところが、炭素繊維基材に炭化性の樹脂類やピッチなどの結合材を被着成形したのち非酸化性雰囲気中で焼成炭化する方法で得られる炭素繊維複合炭素材（Ｃ／Ｃ材）は、結合材成分が揮散した後の気孔が多く耐摩耗性の低下や摩擦特性を変動させ、同時に炭素繊維の弾性率が増大することにより組織が脆弱化してハンドリング性を損ねる欠点がある。また、Ｃ／Ｃ複合系の摩擦材は製造工程の加熱硬化および焼成炭化段階で結合材成分から発生する縮合水や分解ガスがマトリックス組織中に吸蔵されて発泡現象を生じ、この状態で炭化が進行する関係で炭化過程で材質組織に亀裂や破損が発生したり、得られる摩擦材の強度が極端に低下して正常な摩擦特性の付与が困難となる問題がある。
【０００５】
一般的に、炭素繊維を主成分とする炭素系の湿式摩擦材では、摩擦係数レベルの保持及び安定性は主に炭素繊維部が担っており、衝撃的な負荷に対してはマトリックス部が大きな影響をもっている。しかしながら、炭素繊維強化炭素材（Ｃ／Ｃ材）は焼成炭化過程で発生する縮合水や分解ガスによりマトリックス部に空隙が生じるために充分な強度特性を得ることが難しい。したがって、単にＣ／Ｃ材で摩擦材を構成したのでは摩擦係数と耐摩耗性との摩擦性能をバランスよく付与することが困難である。
【０００６】
そこで、本出願人は炭素繊維を基材として油状成分の吸蔵保持性に優れる湿式炭素系摩擦材の製造方法として、クロスピッチ幅が０．７〜３．０ｍｍの炭素繊維平織クロスに、炭化性の熱硬化性樹脂液とカーボンブラックを配合した混練物を被着して熱硬化し、得られたＣＦＲＰの硬化シートを所定形状に裁断加工したのち金属支持板に接合することを特徴とする炭素系湿式摩擦材の製造方法、更にＣＦＲＰの硬化シートを非酸化性雰囲気中で８００℃以上の温度により焼成炭化処理し、得られたＣ／Ｃ板に再び炭化性の熱硬化性樹脂液とカーボンブラックを配合した混練物を被着して熱硬化し、これを金属支持板に接合することを特徴とする炭素系湿式摩擦材の製造方法を開発し、特開平９−７１６６５号公報として提案した。
【０００７】
更に、本出願人は炭素系湿式摩擦材について研究を進めた結果、高度の摩擦係数ならびに耐摩耗性をバランスよく兼備する炭素系湿式摩擦材の製造方法としてクロスピッチ幅が０．７〜３．０ｍｍの炭素繊維平織クロスに熱硬化性樹脂溶液を含浸して３５〜５０％の樹脂分を被着させ、加熱硬化して得られた細孔直径０．１〜３００μｍ  における気孔率が０．５〜３５％の硬化シートを所定形状に裁断加工した後、金属支持板に接合することを特徴とする湿式摩擦材の製造方法を提案（特願平８−１６５３９８号）した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は引き続き炭素系湿式摩擦材について研究を進めた結果、気孔率を特定した炭素繊維複合硬化樹脂シート（ＣＦＲＰシート）及び／又は炭素繊維複合炭素シート（Ｃ／Ｃシート）とを交互に金属支持板に接合することにより、摩擦性能をバランスよく向上できることを見出し、炭素繊維平織クロスに熱硬化性樹脂溶液を含浸して加熱硬化したＣＦＲＰシートを基材とし、該基材をセグメント状に加工して、その気孔率が１０％未満のセグメント状ＣＦＲＰシート基材と、気孔率が１０〜２０％のセグメント状ＣＦＲＰシート基材とを、交互に金属支持板に接合する方法、及び、ＣＦＲＰシートをセグメント状に加工したのち、非酸化性雰囲気中８００℃以上の温度で焼成炭化処理したＣ／Ｃシートを基材とし、その気孔率が１０％未満のセグメント状Ｃ／Ｃシート基材と、気孔率が１０〜２０％のセグメント状Ｃ／Ｃシート基材とを、交互に金属支持板に接合する方法、更に、セグメント状ＣＦＲＰシート基材と、セグメント状Ｃ／Ｃシート基材とを、交互に金属支持板に接合し、一方の基材の気孔率を１０％未満、他方の基材の気孔率を１０〜２０％とする、炭素系湿式摩擦材の製造方法を開発し、特願平９−３８３０４号として提案した。
【０００９】
本発明者らは、上記特願平９−３８３０４号の技術を改良し、ＣＦＲＰシート基材を用いることなく簡便な手法により、摩擦性能の向上を図ることができることを確認した。本発明はこの知見に基づいて完成したものであり、その目的はクラッチや差動制限装置（ＬＳＤ）などの駆動伝達装置に用いられる摩擦材として好適に用いることができる高度の摩擦係数ならびに耐摩耗性をバランスよく兼備する炭素系湿式摩擦材の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による炭素系湿式摩擦材の製造方法は、炭素繊維クロスに熱硬化性樹脂溶液を含浸し、加熱硬化したのち非酸化性雰囲気中８００℃以上の温度で焼成炭化処理して得られた気孔率が１０〜２０％の炭素繊維複合炭素シート（Ｃ／Ｃシート）に、再度熱硬化性樹脂溶液を含浸し、加熱硬化して気孔率が１０％未満のシート基材を作製し、該シート基材を所定形状に加工して金属支持板に接合することを構成上の特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の炭素系湿式摩擦材を構成する炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル系、レーヨン系、ピッチ系等の各種原料から製造された平織、朱子織、綾織などのクロスが用いられる。なお、用いる炭素繊維クロスは、濡れ性を改善するための表面処理を施したものであってもよい。
【００１２】
炭素繊維クロスに含浸する熱硬化性樹脂溶液としては、例えばフェノール系樹脂、フラン系樹脂、エポキシ系樹脂あるいはこれらの混合樹脂等の高炭化性の熱硬化性樹脂液をメタノール、エタノール、エーテル、アセトン等の適宜な有機溶媒に溶解した溶液が用いられる。熱硬化性樹脂溶液の濃度は炭素繊維クロスに被着させる樹脂量との関係で調整されるが、均一に含浸させるためには低粘度であることが好ましい。
【００１３】
熱硬化性樹脂溶液を炭素繊維クロスに含浸する方法としては、塗布、浸漬などの常用の手段が適用され、炭素繊維クロスに含浸する樹脂量は目標とする気孔率との関係で調整する。所定量の樹脂分を含浸した炭素繊維クロスは風乾し、有機溶媒を揮散除去してプリプレグシートを得たのち、加熱硬化する。加熱硬化はプリプレグシートを耐熱性の金属板、セラミック等の平板に挟持して適宜な加圧下に保持しながら加熱炉内に設置し、１０℃／ｈｒ以下、好ましくは５℃／ｈｒ以下の昇温速度で２００〜３００℃の温度に加熱し、適宜時間保持することにより行われる。
【００１４】
プリプレグシートを加熱硬化した炭素繊維複合樹脂シートは、窒素、アルゴン等の非酸化性雰囲気に保持された加熱炉中で８００℃以上の温度に加熱して焼成炭化処理することにより炭素繊維複合炭素シート（Ｃ／Ｃシート）が得られる。焼成温度が８００℃未満の低い温度では熱硬化性樹脂の炭化が不完全となり強度が低下する。このようにして炭素繊維クロスに含浸する熱硬化性樹脂の被着量を制御することにより、１０〜２０％の気孔率を有するＣ／Ｃシートを得ることができる。Ｃ／Ｃシートの気孔率が２０％を越えるとＣ／Ｃシートの強度が低下して摩耗量が多くなり摩擦材としての機能が低下する。一方気孔率が１０％を下回ると、Ｃ／Ｃシートに含浸する熱硬化性樹脂溶液の含浸量が少なくなり、脆化し欠けが発生し易くなる。
【００１５】
次いで気孔率が１０〜２０％のＣ／Ｃシートに、再び熱硬化性樹脂溶液を含浸して、１０℃／ｈｒ以下、好ましくは５℃／ｈｒ以下の昇温速度で２００〜３００℃の温度に加熱して樹脂成分を硬化処理することにより、気孔率が１０％未満の熱硬化性樹脂含浸Ｃ／Ｃシートを得て、シート基材とする。シート基材の気孔率が１０％を越えると、含浸樹脂量が少ないために摩耗量が増大し、良好な摩擦性能を付与することができなくなる。また、シート基材が厚くなると、摩擦力の作用時に摩擦材に蓄積される熱量が多くなり、摩擦材の温度上昇に伴い金属支持板からの剥離や相手板の表面性状を損なうために、摩耗量が許容される範囲内で薄いことが望ましく、シート基材の厚さは２ｍｍ以下であることが更に好ましい。
【００１６】
このシート基材はドーナツ状あるいはセグメント状等の所定の形状に打ち抜きまたは裁断加工したのち、鉄板等の金属支持板に一体に接合される。接合は樹脂質の接着材を介して熱圧する方法で行われるが、予め金属支持板の表面をショットブラストして粗面化したのち含浸した熱硬化性樹脂と同一の樹脂バインダーを被覆し、シート基材を熱圧接合することが望ましい。接合後は乾燥して炭素系湿式摩擦材が製造される。
【００１７】
このように、本発明は気孔率が１０〜２０％の範囲にあるＣ／Ｃシートに、熱硬化性樹脂を含浸充填して気孔率を１０％未満に緻密化することにより、摩擦係数および摩耗量をバランスよく備え、優れた摩擦性能を有する炭素系湿式摩擦材を製造することが可能となる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して具体的に説明する。
【００１９】
実施例１〜５、比較例１〜４
炭素繊維クロスにはポリアクリロニトリル系炭素繊維の６ｋ（６０００本）  と１２ｋ  （１２０００本）を編組した平織クロスを用いた。熱硬化性樹脂溶液としてはフェノール樹脂初期縮合物をエタノールに溶解した溶液を用い、樹脂濃度を変えて塗布して炭素繊維に充分に含浸させたのち２４時間風乾してエタノールを揮散除去するとともに予備硬化した。このようにして得た被着樹脂量の異なるプリプレグシートを異なる枚数で積層して厚さの異なる積層シートを黒鉛質平板で挟持して１０ｋｇｆ／ｃｍ２  の面圧を掛けながら熱圧プレスにより５℃／ｈｒ  の昇温速度で２５０℃に加熱し、２時間保持して加熱硬化した。次いで、窒素ガス雰囲気に保持された電気炉に入れ、２５℃／ｈｒの昇温速度で１０００℃に加熱し、５時間保持して焼成炭化処理した。このようにして気孔率の異なるＣ／Ｃシートを作製した。
【００２０】
このＣ／Ｃシートに樹脂濃度の異なるフェノール樹脂初期縮合物のエタノール溶液を再び含浸し、予備硬化したのち１０ｋｇｆ／ｃｍ２  の面圧を掛けながら熱圧プレスにより５℃／ｈｒ  の昇温速度で２５０℃に加熱し２時間保持して加熱硬化して気孔率の異なるシート基材を作製した。このシート基材を打ち抜き裁断して、外径８０ｍｍ、内径５０ｍｍの摩擦ライニングシートを作製し、ショットブラストした鉄製の金属支持板（外径８０ｍｍ、内径５０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ  ）にフェノール樹脂初期縮合物をバインダーとして６０ｋｇｆ／ｃｍ２  の圧力下に２２０℃の温度に加熱し、２．５分間保持して熱圧接合し、試験用の炭素系湿式摩擦材を製造した。
【００２１】
各摩擦材について下記の条件で定速型試験機により湿式摩擦試験を行い、得られた摩擦係数および摩耗量を用いたＣ／Ｃシート及びシート基材の気孔率と対比して表１に示した。
湿式摩擦試験条件
摩擦材の相手板；鋼材ＳＫ５（直径８０ｍｍ）
回転数；２０ｒｐｍ
押付け圧力；２０ｋｇｆ／ｃｍ２  
潤滑油；ハイポイドギア油（７５Ｗ−９０）
摩擦試験は５時間連続して行い、摩擦係数は３０分毎の値の平均値として、また摩耗量は摩擦板の厚み（９０°毎の４点）をマイクロメーターで測定し、４点の平均値を試験前後の厚みの差で示した。また、気孔率は水銀ポロシメータを用いて測定した。
【００２２】
【表１】
0003560768.tif 000002
【００２３】
表１の結果から、気孔率が１０〜２０％のＣ／Ｃシートに熱硬化性樹脂溶液を含浸して気孔率が１０％未満のシート基材を用いて製造した実施例１〜５の摩擦材は良好な摩擦係数を保持し、摩耗量も低位にあることが判る。また、シート基材の厚さが２ｍｍ以下では相手板を変色させることもない。しかしながら、比較例１、３、４の摩擦材では摩耗量が多く、摩擦係数とのバランスが充分でないことが認められる。また、比較例２では良好な摩擦係数を保持し、摩耗量も低位にあるものの欠けが発生した。
【００２４】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の炭素系湿式摩擦材の製造方法によれば、炭素繊維クロスに熱硬化性樹脂溶液を含浸、加熱硬化し、焼成炭化した炭素繊維複合炭素シート（Ｃ／Ｃシート）の気孔率を１０〜２０％に設定し、このＣ／Ｃシートに再度熱硬化性樹脂溶液を含浸、加熱硬化して気孔率を１０％未満としたシート基材を所定形状に加工した摩擦ライニングシートを金属支持板に接合するので、Ｃ／Ｃシートの空隙中を樹脂成分が適度に充填、緻密化し、摩擦係数や耐摩耗性をバランス良く付与することが可能となる。したがって、摩擦板を薄く、全体的に摩擦システムのコンパクト化を図ることも可能である。